DE102020107277A1 - Rc-igbt - Google Patents

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DE102020107277A1
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Erich Griebl
Viktoryia Lapidus
Anton Mauder
Frank Dieter Pfirsch
Christian Philipp Sandow
Antonio Vellei
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Infineon Technologies Austria AG
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Abstract

Ein RC-IGBT (1) umfasst in einem aktiven Gebiet (1-2) einen IGBT-Bereich (1-21) und mindestens drei Diodenbereiche (1-22). Die Anordnung der Diodenbereiche (1-22) befolgt eine Konstruktionsregel.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Schrift bezieht sich auf Ausführungsformen einer Leistungshalbleitervorrichtung und auf Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung. Insbesondere betrifft diese Schrift Ausführungsformen eines RC-IGBTs und Ausführungsformen eines entsprechenden Herstellungsverfahrens, wobei mehrere Diodenbereiche des RC-IGBTs gemäß einer Konstruktionsregel im aktiven Gebiet angeordnet sind.
  • HINTERGRUND
  • Viele Funktionen moderner Vorrichtungen in Kraftfahrzeug-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie etwa die Umwandlung von elektrischer Energie und das Antreiben eines Elektromotors oder einer elektrischen Maschine, sind auf Leistungshalbleiterschalter angewiesen. Zum Beispiel sind Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs, Insulated Gate Bipolar Transistors), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) und Dioden, um nur einige zu nennen, für verschiedene Anwendungen verwendet worden, einschließlich Schaltern in Stromversorgungen und Leistungswandlern, aber nicht darauf beschränkt.
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung umfasst in der Regel einen Halbleiterkörper, der dazu konfiguriert ist, einen Vorwärtslaststrom entlang einem Laststrompfad zwischen zwei Lastanschlüssen der Vorrichtung zu leiten.
  • Ferner kann im Fall einer steuerbaren Leistungshalbleitervorrichtung, zum Beispiel eines Transistors, der Laststrompfad mittels einer isolierten Elektrode, die gemeinhin als Gate-Elektrode bezeichnet wird, gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Steuerelektrode bei Empfangen eines entsprechenden Steuersignals, zum Beispiel von einer Treibereinheit, die Leistungshalbleitervorrichtung in einen vorwärts leitenden Zustand oder einen sperrenden Zustand versetzen. In manchen Fällen kann die Gate-Elektrode innerhalb eines Grabens des Leistungshalbleiterschalters enthalten sein, wobei der Graben zum Beispiel eine Streifenkonfiguration oder eine Nadelkonfiguration aufweisen kann.
  • Manche Leistungshalbleitervorrichtungen stellen ferner eine Rückwärtsleitfähigkeit bereit; während eines rückwärts leitenden Zustands leitet die Leistungshalbleitervorrichtung einen Rückwärtslaststrom. Solche Vorrichtungen können so konzipiert sein, dass die Vorwärtslaststromfähigkeit (hinsichtlich Größe) der Rückwärtslaststromfähigkeit im Wesentlichen entspricht.
  • Eine typische Vorrichtung, die sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtslaststromfähigkeit bereitstellt, ist der rückwärts leitende (RC, reverse conducting) IGBT, dessen allgemeine Konfiguration dem Fachmann bekannt ist. In der Regel ist für einen RC-IGBT der vorwärts leitende Zustand mittels Bereitstellung eines entsprechenden Signals für die Gate-Elektroden steuerbar, und der rückwärts leitende Zustand ist in der Regel nicht steuerbar, aber der RC-IGBT nimmt den rückwärts leitenden Zustand ein, wenn aufgrund einer oder mehrerer Diodenstrukturen in dem RC-IGBT eine Rückwärtsspannung an den Lastanschlüssen vorliegt.
  • Es ist natürlich möglich, eine Rückwärtsstromfähigkeit mittels einer separaten Diode, zum Beispiel einer antiparallel zu einem regelmäßigen IGBT (keine Rückwärtsleitung) geschalteten Diode, bereitzustellen. Die hier beschriebenen Ausführungsformen betreffen jedoch die Variante, bei der sowohl die IGBT-Struktur als auch die Diodenstrukturen monolithisch in dem gleichen Chip integriert sind.
  • Typische Konstruktionsziele für solch einen RC-IGBT beinhalten zum Beispiel eine niederohmige Verbindung zwischen den Gate-Elektroden und einen Gate-Anschluss des RC-IGBTs, der das Gate-Signal empfängt, sowie einen geringen Wärmewiderstand der Vorrichtung sowohl im vorwärts als auch im rückwärts leitenden Zustand.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein RC-IGBT ein aktives Gebiet mit einem IGBT-Bereich und einer Mehrzahl von mindestens drei Diodenbereichen; ein Randabschlussgebiet, das das aktive Gebiet umgibt; einen Halbleiterkörper, der sich sowohl im aktiven Gebiet als auch im Randabschlussgebiet erstreckt und eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei der Halbleiterkörper eine Dicke aufweist, wobei die Dicke der Abstand entlang der Vertikalrichtung von der Vorderseite zu der Rückseite in einem der Diodenbereiche ist, einen ersten Lastanschluss und einen Steueranschluss, beide an der Halbleiterkörpervorderseite, und einen zweiten Lastanschluss an der Halbleiterkörperrückseite. Jeder der Diodenbereiche ist zum Leiten eines Diodenlaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss konfiguriert. Der IGBT-Bereich ist zum Leiten eines Vorwärtslaststroms zwischen dem zweiten Lastanschluss und dem ersten Lastanschluss konfiguriert. Der Steueranschluss ist mit einer elektrisch leitenden Steuerungs-Runner-Struktur verbunden, die an der Vorderseite des Halbleiterkörpers angeordnet ist und sich zumindest teilweise entlang einem Verlauf eines lateralen Umfangs des aktiven Gebiets erstreckt. Mehrere Steuergräben sind entlang einer ersten lateralen Richtung parallel zueinander angeordnet, und jeder Steuergraben erstreckt sich entlang einer von der Vorderseite zu der Rückseite weisenden Vertikalrichtung in den Halbleiterkörper. Jeder Steuergraben weist eine Streifenkonfiguration auf, die sich von einem jeweiligen ersten Bereich des lateralen Umfangs entlang einer zweiten lateralen Richtung zu einem jeweiligen zweiten Bereich des lateralen Umfangs gegenüber dem jeweiligen ersten Bereich erstreckt, wobei die erste laterale Richtung senkrecht zu der zweiten lateralen Richtung verläuft. Jeder Steuergraben nimmt eine isolierte Steuerelektrode auf, die dazu konfiguriert ist, über die Steuerungs-Runner-Struktur ein Steuersignal zum Steuern des IGBT-Bereichs zu empfangen. Jeder der Steuergräben ist entlang seiner jeweiligen Erstreckung in der zweiten lateralen Richtung durch höchstens einen einzigen der Diodenbereiche nicht mehr als einmal unterbrochen. Innerhalb der lateralen Fläche des aktiven Gebiets überlappen die Diodenbereiche weder sich selbst noch horizontale Projektionen derselben entlang der zweiten lateralen Richtung. Innerhalb der lateralen Fläche des aktiven Gebiets überlappen sich keine horizontalen Projektionen von mindestens zwei der Diodenbereiche entlang der ersten lateralen Richtung.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines RC-IGBTs das Bilden der folgenden Komponenten des RC-IGBTs: eines aktiven Gebiets mit einem IGBT-Bereich und einer Mehrzahl von mindestens drei Diodenbereichen; eines Randabschlussgebiets, das das aktive Gebiet umgibt; eines Halbleiterkörpers, der sich sowohl im aktiven Gebiet als auch im Randabschlussgebiet erstreckt und eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei der Halbleiterkörper eine Dicke aufweist, wobei die Dicke der Abstand entlang der Vertikalrichtung von der Vorderseite zu der Rückseite in einem der Diodenbereiche ist, eines ersten Lastanschlusses und eines Steueranschlusses, beide an der Halbleiterkörpervorderseite, und eines zweiten Lastanschlusses an der Halbleiterkörperrückseite. Jeder der Diodenbereiche ist zum Leiten eines Diodenlaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss konfiguriert. Der IGBT-Bereich ist zum Leiten eines Vorwärtslaststroms zwischen dem zweiten Lastanschluss und dem ersten Lastanschluss konfiguriert. Der Steueranschluss ist mit einer elektrisch leitenden Steuerungs-Runner-Struktur, die an der Vorderseite des Halbleiterkörpers angeordnet ist und sich zumindest teilweise entlang einem Verlauf eines lateralen Umfangs des aktiven Gebiets erstreckt, elektrisch verbunden. Mehrere Steuergräben sind entlang einer ersten lateralen Richtung parallel zueinander angeordnet, und jeder Steuergraben erstreckt sich entlang einer von der Vorderseite zu der Rückseite weisenden Vertikalrichtung in den Halbleiterkörper. Jeder Steuergraben weist eine Streifenkonfiguration auf, die sich von einem jeweiligen ersten Bereich des lateralen Umfangs entlang einer zweiten lateralen Richtung zu einem jeweiligen zweiten Bereich des lateralen Umfangs gegenüber dem jeweiligen ersten Bereich erstreckt, wobei die erste laterale Richtung senkrecht zu der zweiten lateralen Richtung verläuft. Jeder Steuergraben nimmt eine isolierte Steuerelektrode auf, die dazu konfiguriert ist, über die Steuerungs-Runner-Struktur ein Steuersignal zum Steuern des IGBT-Bereichs zu empfangen. Das Herstellungsverfahren umfasst das Befolgen einer Konstruktionsregel gemäß der: jeder der Steuergräben entlang seiner jeweiligen Erstreckung in der zweiten lateralen Richtung durch höchstens einen einzigen der Diodenbereiche nicht mehr als einmal unterbrochen ist. Innerhalb der lateralen Fläche des aktiven Gebiets überlappen sich weder die Diodenbereiche selbst lateral noch horizontale Projektionen derselben entlang der zweiten lateralen Richtung. Innerhalb der lateralen Fläche des aktiven Gebiets überlappen sich keine horizontalen Projektionen von mindestens zwei der Diodenbereiche entlang der ersten lateralen Richtung.
  • Die vorgeschlagene Konstruktionsregel beinhaltet die Erkenntnis, dass die vorstehend aufgezeigten Konstruktionsziele durch eine bestimmte Platzierung der Diodenbereiche innerhalb des aktiven Gebiets erreicht werden können. Zum Beispiel platziert die vorgeschlagene Regel die Diodenbereiche derart, dass eine niederohmige Verbindung zwischen den Steuerelektroden in dem IGBT-Bereich und der Steuerungs-Runner-Struktur sowie ein geringer Wärmewiderstand der Diodenbereiche erreicht werden kann.
  • Der Fachmann wird bei Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung und bei Durchsicht der begleitenden Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile erkennen.
  • Figurenliste
  • Die Teile in den Figuren sind nicht zwangsweise maßstabsgetreu, stattdessen wird Wert auf Veranschaulichen der Grundzüge der Erfindung gelegt. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszahlen einander entsprechende Teile. In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion eines RC-IGBTs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 2 schematisch und beispielhaft einen vereinfachten Schaltungsaufbau eines RC-IGBTs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 3 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines IGBT-Bereichs eines RC-IGBTs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 4 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Diodenbereichs eines RC-IGBTs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 5 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines RC-IGBTs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 6-9 jeweils schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion eines RC-IGBTs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 10-11 beide schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines RC-IGBTs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 12-15 jeweils schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion eines RC-IGBTs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 16 schematisch und beispielhaft, basierend auf einem Abschnitt einer horizontalen Projektion, Beispiele für mögliche Formen von Diodenbereichen eines RC-IGBTs gemäß einigen Ausführungsformen;
    • 17 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion eines RC-IGBTs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 18-19 beide schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines RC-IGBTs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
    • 20-21 beide schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion eines RC-IGBTs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen spezielle Ausführungsformen, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann, als Veranschaulichung gezeigt werden.
  • In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie, wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „unter“, „vor“, „hinter“, „zurück“, „führender“, „nachlaufender“, „oberhalb“ usw., mit Bezug auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Teile von Ausführungsformen in einer Anzahl von verschiedenen Ausrichtungen positioniert werden können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist keineswegs einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung soll daher nicht in einem einschränkenden Sinne verstanden werden, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angehängten Ansprüche definiert.
  • Es wird nunmehr ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren veranschaulicht werden. Jedes Beispiel wird als Erklärung bereitgestellt und soll die Erfindung nicht einschränken. Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben werden, können beispielsweise bei oder kombiniert mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Die vorliegende Erfindung soll solche Modifikationen und Variationen mit einschließen. Die Beispiele werden unter Verwendung einer speziellen Ausdrucksweise beschrieben, die nicht als den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche einschränkend ausgelegt werden soll. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich veranschaulichenden Zwecken. Der Übersicht halber wurden in den verschiedenen Zeichnungen die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, sofern nichts Anderes angegeben ist.
  • Der Begriff „horizontal“, wie er in dieser Schrift verwendet wird, soll eine Ausrichtung im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Fläche eines Halbleitersubstrats oder einer Halbleiterstruktur beschreiben. Dies kann zum Beispiel die Fläche eines Halbleiterwafers oder eines Dies oder eines Chips sein. Zum Beispiel können sowohl die erste laterale Richtung X als auch die zweite laterale Richtung Y, die nachstehend erwähnt werden, Horizontalrichtungen sein, wobei die erste laterale Richtung X und die zweite laterale Richtung Y senkrecht zueinander sein können.
  • Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Schrift verwendet wird, soll eine Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der horizontalen Fläche, das heißt, parallel zu der Normalrichtung der Fläche des Halbleiterwafers/- chips/-dies, angeordnet ist. Zum Beispiel kann die nachstehend erwähnte Erstreckungsrichtung Z eine Erstreckungsrichtung sein, die sowohl zu der ersten lateralen Richtung X als auch zu der zweiten lateralen Richtung Y senkrecht ist. Die Erstreckungsrichtung Z wird hier auch als „Vertikalrichtung Z“ bezeichnet.
  • In dieser Schrift wird n-dotiert als „erster Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet, während p-dotiert als „zweiter Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet wird. Alternativ können entgegengesetzte Dotierungsbeziehungen verwendet werden, so dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert sein kann und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann.
  • Im Rahmen der vorliegenden Schrift sollen die Begriffe „in ohmschem Kontakt“, „in elektrischem Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ beschreiben, dass eine niederohmige elektrische Verbindung oder ein niederohmiger Strompfad zwischen zwei Gebieten, Abschnitten, Zonen, Bereichen oder Teilen einer Halbleitervorrichtung oder zwischen verschiedenen Anschlüssen einer oder mehrerer Vorrichtungen oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Bereich oder Teil einer Halbleitervorrichtung besteht. Ferner soll im Rahmen der vorliegenden Schrift der Begriff „in Kontakt“ beschreiben, dass eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen der jeweiligen Halbleitervorrichtung besteht; zum Beispiel umfasst ein Übergang zwischen zwei in Kontakt miteinander befindlichen Elementen möglicherweise kein weiteres Zwischenelement oder dergleichen.
  • Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Schrift der Begriff „elektrische Isolierung“, wenn nicht anders angegeben, im Rahmen seines allgemein gültigen Verständnisses verwendet und soll somit beschreiben, dass zwei oder mehr Komponenten separat voneinander angeordnet sind und dass keine diese Komponenten verbindende ohmsche Verbindung besteht. Jedoch können elektrisch voneinander isolierte Komponenten nichtsdestotrotz miteinander gekoppelt, zum Beispiel mechanisch gekoppelt und/oder kapazitiv gekoppelt und/oder induktiv gekoppelt, sein. Um ein Beispiel zu nennen, können zwei Elektroden eines Kondensators elektrisch voneinander isoliert, und gleichzeitig mechanisch und kapazitiv, zum Beispiel mit Hilfe einer Isolierung, zum Beispiel eines Dielektrikums, miteinander gekoppelt sein.
  • In dieser Schrift beschriebene spezielle Ausführungsformen betreffen einen RC-IGBT, der eine Streifenzellenkonfiguration aufweist, zum Beispiel einen RC-IGBT zur Verwendung innerhalb eines Leistungswandlers oder eines Netzteils. Somit kann bei einer Ausführungsform solch ein RC-IGBT dazu konfiguriert sein, einen Laststrom zu führen, der einer Last zugeführt werden soll bzw. der jeweils durch eine Energiequelle bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann der RC-IGBT mehrere Leistungshalbleiterzellen, wie zum Beispiel monolithisch integrierte Diodenzellen, Ableitungen einer monolithisch integrierten Diodenzelle, monolithisch integrierte IGBT-Zellen und/oder Ableitungen davon umfassen. Solche Dioden-/Transistorzellen können in einem Leistungshalbleitermodul integriert sein. Mehrere solcher Zellen können ein Zellenfeld bilden, das in einem aktiven Gebiet der RC-IGBT angeordnet ist.
  • Der Begriff „RC-IGBT“, wie er in dieser Schrift verwendet wird, soll eine Leistungshalbleitervorrichtung auf einem einzelnen Chip mit Fähigkeiten zum Sperren einer hohen Spannung und/oder Führen eines hohen Stroms beschreiben. Mit anderen Worten sind hier beschriebene Ausführungsformen des RC-IGBTs Einzelchipleistungshalbleitervorrichtungen, die für einen hohen Strom, typischerweise im Ampere-Bereich, zum Beispiel bis zu mehreren Ampere oder mehreren Dutzend oder hundert Ampere, und/oder hohe Spannungen, typischerweise 100 V und darüber, zum Beispiel bis zu mindestens 400 V oder sogar noch mehr, zum Beispiel bis zu mindestens 3 kV oder sogar bis zu 10 kV oder mehr, konfiguriert sind.
  • Zum Beispiel kann der nachfolgend beschriebene RC-IGBT eine Einzelchipleistungshalbleitervorrichtung sein, die eine Streifenzellenkonfiguration aufweist und dazu konfiguriert ist, als eine Leistungskomponente in einer Anwendung mit einer niedrigen, mittleren und/oder hohen Spannung eingesetzt zu werden. Mehrere Einzelchip-RC-IGBTs können in einem Modul integriert sein, um ein RC-IGBT-Modul, zum Beispiel zur Installation und zur Verwendung in einer Anwendung mit einer niedrigen, mittleren und/oder hohen Spannung, wie zum Beispiel großen Haushaltsgeräten, einem Allzweckantrieb, einem Elektro-Antriebsstrang, Servoantrieben, Traktion, Einrichtungen für höhere Leistungsübertragung usw., zu bilden.
  • Zum Beispiel richtet sich der Begriff „RC-IGBT“, wie er in dieser Schrift verwendet wird, nicht auf eine logische Halbleitervorrichtung, die zum Beispiel zum Speichern von Daten, Berechnen von Daten und/oder für andere Arten von halbleiterbasierter Datenverarbeitung verwendet wird.
  • 1 zeigt schematisch und beispielhaft auf eine vereinfachte Weise eine horizontale Projektion eines RC-IGBTs 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Der RC-IGBT 1 kann zum Beispiel ein Einzelchip-RC-IGBT sein. Mehrere solcher Einzelchip-RC-IGBTs können in einem Leistung-RC-IGBT-Modul integriert sein.
  • Zum Beschreiben der Konfiguration des RC-IGBTs 1 wird im Folgenden auch auf die 2-5 Bezug genommen.
  • Der RC-IGBT 1 umfasst ein aktives Gebiet 1-2 mit einer Mehrzahl von mindestens drei Diodenbereichen 1-22 und einem IGBT-Bereich 1-21. Sowohl die Diodenbereiche 1-22 als auch der IGBT-Bereich 1-21 sind in dem gleichen Chip des RC-IGBTs 1 integriert.
  • Das aktive Gebiet 1-2 ist von einem Randabschlussgebiet 1-3 umgeben. Das Randabschlussgebiet 1-3 ist außerhalb des aktiven Gebiets 1-2 angeordnet. Das Randabschlussgebiet 1-3 ist lateral durch einen Rand 1-4 abgeschlossen. Der Rand 1-4 kann den Chiprand der Leistungshalbleitervorrichtung 1, zum Beispiel ausgehend von einem Dicing/Säge-Verarbeitungsschritt, bilden.
  • Wie hier verwendet, ist den Begriffen „Randabschlussgebiet“ und „aktives Gebiet“ die jeweilige technische Bedeutung zugeordnet, die ihnen der Fachmann im Zusammenhang mit Leistungshalbleitervorrichtungen, wie zum Beispiel RC-IGBTs, in der Regel beimisst. Das heißt, das aktive Gebiet 1-2 ist in erster Linie zur Vorwärtslaststromleitung (das heißt „IGBT-Laststrom“) und Rückwärtslaststromleitung (das heißt „Diodenlaststrom“) und zu Schaltzwecken konfiguriert, während das Randabschlussgebiet 1-3 in erster Linie Funktionen hinsichtlich zuverlässiger Blockierfähigkeiten, geeigneter Führung des elektrischen Felds, manchmal auch Ladungsträgerableitungsfunktionen und/oder weiteren Funktionen bezüglich Schutz und geeigneten Abschlusses des aktiven Gebiets 1-2 dient.
  • Die vorliegende Schrift betrifft in erster Linie das aktive Gebiet 1-2.
  • Wie nachfolgend ausführlicher erläutert wird, kann der RC-IGBT 1 den IGBT-Bereich 1-21 und mehrere im Wesentlichen gleich konfigurierte Diodenbereiche 1-22 umfassen. Die verschiedenen Bereiche 1-21 und 1-22 können innerhalb des aktiven Gebiets 1-2 lateral verteilt sein, wobei Beispiele für solch eine Verteilung nachfolgend ausführlicher erläutert werden.
  • Bei einer Ausführungsform besteht das aktive Gebiet 1-2 aus mehreren Diodenbereichen 1-22 und einem IGBT-Bereich 1-21.
  • Es sollte jedoch auf der Hand liegen, dass gemäß einer oder mehreren hier beschriebenen Ausführungsformen keiner der mehreren Diodenbereiche 1-22 in dem IGBT-Bereich 1-21 integriert ist; somit sind die Diodenbereiche 1-22 und der IGBT-Bereich 1-21 nicht miteinander vermischt. Bei einer Ausführungsform umfassen die Diodenbereiche 1-22 zum Beispiel keine Halbleiter-Source-Gebiete (Bezugszahl 101) vom ersten Leitfähigkeitstyp, die mit dem ersten Lastanschluss (Bezugszahl 11) elektrisch verbunden sind.
  • Zum Beispiel machen die Diodenbereiche 1-22 (die bei einer Ausführungsform nicht in den IGBT-Bereich 1-21 integriert/damit vermischt sind und nicht über die Source-Gebiete 101 vom ersten Leitfähigkeitstyp mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden sind) einen wesentlichen Teil des aktiven Gebiets 1-2 aus. Somit kann gemäß einer Ausführungsform jeder der hier erwähnten Diodenbereiche 1-22 ein „Nur-größere-Diode“-Teil des aktiven Gebiets 1-2 sein.
  • Unabhängig von der gewählten lateral-räumlichen Verteilung des IGBT-Bereichs 1-21 und der Diodenbereiche 1-22 kann gewährleistet werden, dass bezüglich eines Volumens des aktiven Gebiets 1-2 das Verhältnis zwischen der Summe des IGBT-Bereichs 1-21 und der Summe der Diodenbereiche 1-22 mindestens 1,5:1 bzw. mindestens 2:1, das heißt größer gleich 2:1, beträgt. Das gewählte Verhältnis kann von der Anwendung abhängen, in der die Leistungshalbleitervorrichtung 1 verwendet wird. Zum Beispiel kann unabhängig von der gewählten lateral-räumlichen Verteilung der IGBT-Bereiche 1-21 und der Diodenbereiche 1-22 gewährleistet werden, dass bezüglich eines Volumens des aktiven Gebiets 1-2 das Verhältnis zwischen dem (den) IGBT-Bereich(en) 1-21 und dem (den) Diodenbereich(en) 1-22 sogar größer als 3:1 oder größer als 5:1 ist.
  • Bei einer Ausführungsform können mindestens 75% des Gesamtvolumens des aktiven Gebiets 1-2 zum Bilden des IGBT-Bereichs 1-21 eingenommen sein, und die verbleibenden 25% (oder ein geringerer Prozentanteil) des aktiven Gebiets 1-2 können zum Bilden der Diodenbereiche 1-22 verwendet werden.
  • Bei einer Ausführungsform bildet die laterale Gesamtfläche (horizontale Querschnittsfläche) der Diodenbereiche 1-22 einen Teil von 5% bis 40% der lateralen Gesamtfläche (horizontalen Querschnittsfläche) sowohl der Diodenbereiche 1-22 als auch des IGBT-Bereichs 1-21. Die lateralen Flächen können an einer Vorderseite 110 des Halbleiterkörpers bestimmt werden.
  • Des Weiteren kann jeder der Diodenbereiche 1-22 eine laterale Fläche und einen die laterale Fläche definierenden Umfang haben, wobei jeder Diodenbereich 1-22 der Beziehung entspricht, dass das Quadrat des Umfangs dividiert durch die Fläche kleiner gleich 20 oder kleiner gleich 18 ist.
  • Im Folgenden wird auf „den“ Diodenbereich 1-22, „den“ IGBT-Bereich 1-21 Bezug genommen. Es versteht sich, dass die nachfolgend bereitgestellte Erläuterung in Bezug auf diese Bereiche 1-21, und 1-22 für jeden Bereich 1-21 bzw. jeden Bereich 1-22 gelten kann, die im aktiven Gebiet 1-2 bereitgestellt sind. Zum Beispiel kann, falls mehr als ein IGBT-Bereich 1-21 bereitgestellt ist, jeder IGBT-Bereich 1-21 gleichermaßen konfiguriert sein (wobei sich zum Beispiel die IGBT-Bereiche 1-21 in der gesamten Lateralerstreckung unterscheiden können oder identische gesamte Lateralerstreckungen aufweisen können). Entsprechend kann, falls mehrere Diodenbereiche 1-22 bereitgestellt sind, jeder Diodenbereich 1-22 gleichermaßen konfiguriert sein (wobei sich zum Beispiel die Diodenbereiche 1-22 in der gesamten Lateralerstreckung unterscheiden können oder identische gesamte Lateralerstreckungen aufweisen können).
  • Nunmehr auch auf 2 Bezug nehmend, erstreckt sich ein Halbleiterkörper 10 des RC-IGBTs 1 sowohl in dem aktiven Gebiet 1-2 als auch dem Randabschlussgebiet 1-3 und weist eine Vorderseite 110 und eine Rückseite 120 auf. Die Vorderseite 110 und die Rückseite 120 können den Halbleiterkörper 10 vertikal abschließen. Folglich ist eine Dicke d des Halbleiterkörpers 10 als der Abstand entlang einer Vertikalrichtung Z zwischen der Vorderseite 110 und der Rückseite 120 definiert. In den lateralen Richtungen kann der Halbleiterkörper 10 durch den Rand 1-4 (vgl. 1) abgeschlossen sein. Ferner können sich sowohl die Vorderseite 110 als auch die Rückseite 120 lateral entlang sowohl der ersten lateralen Richtung X als auch der zweiten lateralen Richtung Y erstrecken. Zum Beispiel können sowohl die Vorderseite 110 als auch die Rückseite 120 eine jeweilige horizontale Oberfläche des Halbleiterkörpers 10 bilden. Die Dicke d des Halbleiterkörpers 10 kann der Abstand zwischen der Vorderseite 110 und der Rückseite 120 entlang der Vertikalrichtung Z in einem der Diodenbereiche 1-22 im aktiven Gebiet 1-2 sein.
  • Bei einer Ausführungsform beläuft sich eine Gesamtlateralerstreckung des IGBT-Bereichs 1-21 auf mindestens 50% der Halbleiterkörpergesamtdicke d. Die Gesamtlateralerstreckung des IGBT-Bereichs 1-21 kann auch größer als 50% der Dicke d, zum Beispiel größer als 2*d oder sogar größer als 5*d sein.
  • Bei einer Ausführungsform beläuft sich die Gesamtlateralerstreckung jedes der Diodenbereiche 1-22 auf mindestens 20% der Halbleiterkörperdicke d. Die Gesamtlateralerstreckung des Diodenbereichs 1-22 kann auch größer als 30% der Dicke d, zum Beispiel größer als .5*d oder sogar größer als d sein. Zum Beispiel weist die laterale Fläche (Horizontalquerschnittsfläche) jedes der mindestens zwei Diodenbereiche 1-22 eine sich auf mindestens das Fünffache der Halbleiterkörperdicke d belaufende Mindestlateralerstreckung entlang der ersten lateralen Richtung X und/oder entlang der zweiten lateralen Richtung Y auf.
  • Ein erster Lastanschluss 11 sowie ein Steueranschluss 13 (vgl. 8) befinden sich an der Vorderseite 110 des Halbleiterkörpers, und ein zweiter Lastanschluss 12 befindet sich an der Rückseite 120 des Halbleiterkörpers.
  • Der IGBT-Bereich 1-21 ist zum Leiten eines Vorwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12, wenn zum Beispiel das elektrische Potenzial am zweiten Lastanschluss 12 größer als das elektrische Potenzial am ersten Lastanschluss 11 ist, konfiguriert. Zum Steuern des Vorwärtslaststroms ist der Steueranschluss 13 mit einer elektrisch leitenden Steuerungs-Runner-Struktur 131, die an der Vorderseite 110 des Halbleiterkörpers angeordnet ist und sich zumindest teilweise entlang einem Verlauf eines lateralen Umfangs 1-20 des aktiven Gebiets 1-2 erstreckt, wie in 8 dargestellt ist, elektrisch verbunden.
  • Bei einer Ausführungsform definiert die vertikale Projektion des lateralen Umfangs 1-20 des aktiven Gebiets 1-2 die Grenze zwischen dem aktiven Gebiet 1-2 und dem Randabschlussgebiet 1-3 und/oder einem benachbarten aktiven Gebiet (vgl. 21 und zugehörige Beschreibung).
  • Jeder der Diodenbereiche 1-22 ist zum Leiten eines Diodenlaststroms (hier auch als „Rückwärtslaststrom“ bezeichnet) zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12, wenn zum Beispiel das elektrische Potenzial am zweiten Lastanschluss 12 niedriger als das elektrische Potenzial am ersten Lastanschluss 11 ist, konfiguriert. Der Diodenlaststrom kann somit als ein Rückwärtslaststrom bezeichnet werden.
  • Bei einer Ausführungsform können die Diodenbereiche 1-22, die den Diodenlaststrom leiten, von dem IGBT-Bereich 1-21, der den Vorwärtslaststrom leitet, räumlich getrennt sein. Wie vorstehend angeführt wurde, sind die Diodenbereiche 1-22 nicht Teil des IGBT-Bereichs 1-21, sondern davon getrennt und beinhalten zum Beispiel kein Quellengebiet 101 vom ersten Leitfähigkeitstyp, der mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden ist, vielmehr sind die Diodenbereiche 1-22 gemäß einigen Ausführungsformen „Nur-große-Diode-Bereiche“ des aktiven Gebiets 1-2.
  • Ein in dem Halbleiterkörper 10 gebildeter Pfad des Vorwärtslaststroms und ein in dem Halbleiterkörper 10 gebildeter Pfad des Diodenlaststroms überlappen sich bei einer Ausführungsform zum Beispiel räumlich nicht stark. Zum Beispiel fließt kein oder weniger als 20% oder sogar weniger als 10% des Vorwärts(IGBT-)Laststroms durch die Diodenbereiche 1-22.
  • Des Weiteren sind bei einer Ausführungsform die Diodenbereiche 1-22 unabhängig von einem Steuersignal (zum Beispiel dem nachfolgend erwähnten Steuerelektroden 141 zugeführten Steuersignal). Zum Beispiel kann der Diodenbereich 1-22 so konfiguriert sein, dass er den Diodenlaststrom führt, sobald das elektrische Potenzial (von der typischen Polarität) am zweiten Lastanschluss 12 (zum Beispiel um die innere Diodenbereichsschwellenspannung) niedriger ist als das elektrische Potenzial am ersten Lastanschluss 11, unabhängig von dem dem IGBT-Bereich 1-21 zugeführten Steuersignal, das heißt unabhängig von dem Strompotenzial der Steuerelektroden 141.
  • Gemäß der typischerweise mit RC-IGBTs assoziierten Terminologie kann der Steueranschluss 13 ein Gate-Anschluss sein, kann der erste Lastanschluss 11 ein Emitter-Anschluss sein und kann der zweite Lastanschluss 12 ein KollektorAnschluss sein.
  • Zum Beispiel umfasst der erste Lastanschluss 11 eine Vorderseitenmetallisierung und/oder umfasst der zweite Lastanschluss 12 eine Rückseitenmetallisierung. Zum Beispiel ist der erste Lastanschluss 11 ein Emitteranschluss und ist der zweite Lastanschluss 12 ein Kollektoranschluss. An der Vorderseite 110 kann der Halbleiterkörper 10 an die Vorderseitenmetallisierung ankoppeln. An der Rückseite 120 kann der Halbleiterkörper 10 an die Rückseitenmetallisierung ankoppeln.
  • Bei einer Ausführungsform überlappt sich der erste Lastanschluss 11 (zum Beispiel die Vorderseitenmetallisierung) lateral, das heißt entlang der ersten lateralen Richtung X und/oder der zweiten lateralen Richtung Y und/oder Kombinationen davon, mit dem aktiven Gebiet 1-2. Es sei darauf hingewiesen, dass der erste Lastanschluss 11 lateral strukturiert sein kann, zum Beispiel um lokale Kontakte mit dem Halbleiterkörper 10 an der Vorderseite 110 herzustellen. Wie zum Beispiel in den 3 und 4 beispielhaft dargestellt ist, können die lokalen Kontakte mit Hilfe von Kontaktstopfen 111 eingerichtet werden, die eine Isolationsstruktur 19 durchdringen, um die in dem Halbleiterkörper 10 gebildeten Mesateile 17 zu kontaktieren.
  • Analog dazu überlappt sich bei einer Ausführungsform der zweite Lastanschluss 12 (zum Beispiel die Rückseitenmetallisierung) lateral, das heißt entlang der ersten lateralen Richtung X und/oder der zweiten lateralen Richtung Y und/oder Kombinationen davon, mit dem aktiven Gebiet 1-2. Es sei darauf hingewiesen, dass der zweite Lastanschluss 12 typischerweise nicht strukturiert sondern homogen und monolithisch an der Halbleiterkörperrückseite 120 ausgebildet wird, zum Beispiel um einen lateral homogenen Kontakt (das heißt eine durchgehende Kontaktfläche) mit dem Halbleiterkörper 10 an der Rückseite 120 herzustellen. Solch eine homogene Struktur kann auch in Gebieten realisiert werden, in denen sich der zweite Lastanschluss 12 lateral mit dem Randabschlussgebiet 1-3 überlappt.
  • Zum Beispiel ist die laterale Begrenzung des aktiven Gebiets 1-2 durch die laterale Begrenzung der äußersten Leistungszelle des IGBT-Bereichs 1-21 definiert. Folglich kann die laterale Begrenzung des aktiven Gebiets 1-2 an der Vorderseite 110 definiert sein. Diese laterale Begrenzung kann zum Beispiel durch äußerste Source-Gebiete 101 definiert sein (vgl. nachfolgende ausführlichere Erläuterung). Zum Beispiel sind alle Funktionselemente zum Ermöglichen des Leitens des Diodenlaststroms des Vorwärtslaststroms in einer vertikalen Projektion des aktiven Gebiets 1-2 der Leistungshalbleitervorrichtung 1 vorhanden, zum Beispiel einschließlich mindestens eines Teils des ersten Lastanschlusses 11 (zum Beispiel eines Vorderseitenmetallkontakts desselben, zum Beispiel eines oder mehrere der ersten Kontaktstopfen 111), eines Source-Gebiets/Source-Gebieten 101, eines Body-Gebiets 102, eines Drift-Gebiets 100, eines IGBT-Emittergebiets 103, eines Dioden-Kathodengebiets 104 und des zweiten Lastanschlusses 12 (zum Beispiel eines Rückseitenmetalls desselben), wie nachstehend ausführlicher ausgeführt wird.
  • Bei einer Ausführungsform können das Randabschlussgebiet 1-3 und das aktive Gebiet 1-2 im Wesentlichen symmetrisch zueinander angeordnet sein, zum Beispiel in Bezug auf eine zentrale Vertikalebene des RC-IGBTs 1.
  • Des Weiteren kann gemäß einer Ausführungsform der laterale Übergang (entlang der ersten oder zweiten lateralen Richtung X; Y oder Kombinationen davon) zwischen dem aktiven Gebiet 1-2 und dem Randabschlussgebiet 1-3 ausschließlich entlang der Vertikalrichtung Z verlaufen. Wie vorstehend erläutert wurde, kann die laterale Begrenzung des aktiven Gebiets 1-2 an der Vorderseite 110 definiert sein, und eine vertikale Projektion entlang der Vertikalrichtung Z einer so definierten lateralen Begrenzung lässt sich folglich theoretisch an der Rückseite 120 beobachten, wobei der zweite Lastanschluss 12 an der Rückseite 120 zum Beispiel lateral unstrukturiert, aber homogen ausgebildet ist.
  • Nunmehr auf die 3 bis 5 genauer Bezug nehmend, sind mehrere Steuergräben 14 in dem IGBT-Bereich 1-21 angeordnet. Die Steuergräben 14 sind entlang der ersten lateralen Richtung X parallel zueinander angeordnet und erstrecken sich entlang der Vertikalrichtung Z in den Halbleiterkörper 10. Jeder Steuergraben 14 weist eine Streifenkonfiguration auf, die sich entlang der zweiten lateralen Richtung Y von einem jeweiligen ersten Bereich des lateralen Umfangs 1-20 (vgl. 1) zu einem jeweiligen zweiten Bereich des lateralen Umfangs 1-20, der dem jeweiligen ersten Bereich gegenüberliegt, erstreckt. Jeder Steuergraben 14 nimmt eine isolierte Steuerelektrode 141 auf, die dazu konfiguriert ist, ein Steuersignal über die Steuerungs-Runner-Struktur 131 (vgl. zum Beispiel 6) zum Steuern des IGBT-Bereichs 1-21 zu empfangen.
  • Die Steuerelektroden 141 sind durch einen jeweiligen Grabenisolator 142 von dem Halbleiterkörper 10 isoliert.
  • Zwei benachbarte Gräben 14 können einen jeweiligen Mesateil 17 in dem Halbleiterkörper 10 definieren.
  • Jeder Steuergraben 14 kann eine Streifenkonfiguration aufweisen, wie zum Beispiel am besten in einer von den horizontalen/perspektivischen Projektionen, zum Beispiel in den 6 und 8, dargestellt ist, was bedeutet, dass die jeweilige Grabenlänge (zum Beispiel entlang der zweiten lateralen Richtung Y) viel größer als die jeweilige Grabenbreite (zum Beispiel entlang der ersten lateralen Richtung X) ist.
  • Wie nachfolgend weiter erläutert wird, können weitere Gräben vorgesehen sein, die Grabenelektroden mit einem elektrischen Potenzial, das von dem elektrischen Potenzial der Steuerelektroden 141 verschieden ist, aufnehmen.
  • Ein erster Grabentyp kann der Steuergraben 14 sein, dessen Grabenelektrode 141 mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden ist und folglich als Steuerelektrode 141 bezeichnet wird.
  • Ein zweiter Grabentyp kann der Source-Graben 16 sein, dessen Grabenelektrode 161 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden ist und folglich als Source-Elektrode 161 bezeichnet wird.
  • Ein dritter Grabentyp kann ein weiterer Graben sein, dessen Grabenelektrode weder mit dem ersten Lastanschluss 11 noch mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden ist. Zum Beispiel ist der Graben bei einer Ausführungsform ein floatender Graben, und die Grabenelektrode ist mit keinem definierten elektrischen Potenzial verbunden, sondern elektrisch floatend. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Graben ein Dummy-Graben und seine Grabenelektrode ist mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden, steuert aber nicht direkt die Leitung des Vorwärtslaststroms, da kein elektrisch verbundenes Source-Gebiet 101 (mit dem ersten Lastanschluss verbunden) neben dem Graben vom dritten Typ angeordnet ist. Bei noch einer anderen Ausführungsform ist die Grabenelektrode des Grabens vom dritten Typ mit einem elektrischen Potenzial verbunden, das von dem elektrischen Potenzial des Steueranschlusses 13 verschieden ist und von dem elektrischen Potenzial des ersten Lastanschlusses 11 verschieden ist.
  • Jeder Grabentyp kann breitenmäßig (entlang der ersten lateralen Richtung X) und tiefenmäßig (entlang der Vertikalrichtung Z, zum Beispiel Abstand zwischen Vorderseite 110 bis zum Grabenboden) und/oder längenmäßig (entlang der zweiten lateralen Richtung Y, wobei einige Gräben entlang ihrem Verlauf in der zweiten lateralen Richtung Y, wie nachfolgend beschrieben wird, durch die Diodenbereiche unterbrochen sein können) die gleichen Maße aufweisen.
  • Der IGBT-Bereich 1-21 kann mehrere IGBT-Zellen umfassen, wobei jede IGBT-Zelle ein bestimmtes Grabenmuster aufweist, das heißt eine laterale Folge (entlang der ersten lateralen Richtung X) von Gräben spezieller Typen, zum Beispiel einen oder mehr Steuergräben 14, null oder mehr Source-Gräben 16 und null oder mehr andere Gräben.
  • Analog dazu kann jeder der Diodenbereiche 1-22 mehrere Diodenzellen umfassen, wobei jede Diodenzelle ein bestimmtes Grabenmuster aufweist, das heißt eine laterale Folge von Gräben spezieller Typen, zum Beispiel null oder mehr Source-Gräben 16 und/oder null oder mehr andere Gräben.
  • Bei einer anderen Ausführungsform sind keine Gräben mit Grabenelektroden in den Diodenbereichen 1-22 vorgesehen, so dass zum Beispiel jeder Diodenbereich 1-22 nur eine Diodenzelle aufweist (wie zum Beispiel in 5 dargestellt ist). Bei einer Ausführungsform beinhaltet keiner der Diodenbereiche 1-22 einen Graben mit einer Grabenelektrode, die mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden ist. Zum Beispiel erstreckt sich keiner der Steuergräben 14 in einen oder mehrere der Diodenbereiche 1-22. Zum Beispiel sind die Diodenbereiche 1-22 somit sowohl von dem IGBT-Bereich 1-21 als auch von den Steuergräben 14 (das heißt von den Steuergrabenelektroden 141) getrennt, wodurch das Erreichen von „guten“ Diodeneigenschaften, wie zum Beispiel wenig oder keine Abhängigkeit von dem Potenzial der Steuerelektroden 141 und/oder niedrige Schaltverluste, gestattet werden kann.
  • Wenn Gräben, zum Beispiel andere Gräben als jene, deren Grabenelektroden mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden sind, in den Diodenbereichen 1-22 vorgesehen sind, kann vorgesehen sein, dass die Gräben sowohl im IGBT-Bereich 1-21 als auch in den Diodenbereichen 1-22 in Übereinstimmung mit der gleichen lateralen Grabenteilung lateral nebeneinander angeordnet sind; das heißt, die laterale Grabenteilung (das heißt der Abstand zwischen zwei benachbarten Gräben entlang der ersten lateralen Richtung X) ändert sich gemäß einer Ausführungsform nicht zwischen den Bereichen 1-21 in 1-22.
  • Die laterale Grabenteilung kann bei einer Ausführungsform einen lateralen Abstand zwischen zwei benachbarten Gräben von nicht mehr als 1/30 der Dicke d des Halbleiterkörpers definieren.
  • Folglich können die Gräben 14, 16 bei einer Ausführungsform jeweils die gleiche Grabentiefe (Gesamtvertikalerstreckung) aufweisen. Zum Beispiel kann die laterale Grabenteilung einen lateralen Abstand zwischen zwei benachbarten Gräben von nicht mehr als 50% oder nicht mehr als 30% der Grabentiefe definieren.
  • Bei einer Ausführungsform kann die laterale Grabenteilung einen lateralen Abstand zwischen zwei benachbarten Gräben von nicht mehr als 10 µm oder nicht mehr als 5 µm oder nicht mehr als 1 µm definieren. Zum Beispiel sind benachbarte Gräben folglich um nicht mehr als 1 µm voneinander lateral versetzt.
  • Folglich liegt die Breite jedes Mesateils 17 innerhalb des durch die laterale Grabenteilung definierten Bereichs, zumindest in dem IGBT-Bereich 1-21.
  • Wie vorstehend erläutert wurde, kann die laterale Grabenteilung für beide Bereiche 1-21 und 1-22 identisch sein, oder sie variiert zwischen den Bereichen. Zum Beispiel kann die durchschnittliche Dichte von Grabenelektroden auch für beide Bereiche 1-21 und 1-22 gleich sein. Das Grabenmuster, zum Beispiel die Anordnung der verschiedenen Typen von Gräben, kann zwischen den Bereichen 1-21 und 1-22 jedoch variieren. Eine beispielhafte Variation besteht darin, dass die Dichte der Steuerelektroden 141 in dem IGBT-Bereich 1-21 mindestens doppelt so hoch wie die Dichte der Steuerelektroden 141 im Diodenbereich 1-22 (die sogar null betragen kann) ist.
  • In einem veranschaulichenden Beispiel beträgt die Gesamtzahl von Grabenelektroden im IGBT-Bereich 1-21 120, und 40 Grabenelektroden sind Steuerelektroden 141, was eine Steuerelektrodendichte von 30% ergibt. Zum Beispiel beträgt die Gesamtzahl von Grabenelektroden im Diodenbereich 1-22 100, und nicht mehr als zehn Grabenelektroden sind Steuerelektroden 141, was eine Steuerelektrodendichte von nicht mehr als 10% ergibt. Bei einer Ausführungsform beinhalten die Grabenelektroden in den Diodenbereichen 1-22 keine Steuergrabenelektrode 141.
  • Bei einer Ausführungsform sind mindestens 50% der Grabenelektroden der Gräben im Diodenbereich 1-22 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden, das heißt mindestens 50% der Grabenelektroden der Gräben im Diodenbereich 1-22 sind Grabenelektroden 161 der Source-Gräben 16.
  • Zum Beispiel sind die Gräben im Diodenbereich 1-22 entweder Source-Gräben 16 oder floatende Gräben 15, zum Beispiel sind alle der Gräben im Diodenbereich 1-22 Source-Gräben 16. Des Weiteren können alle oder einige Mesateile 17 im Diodenbereich 1-22 zum Beispiel mittels der ersten Kontaktstopfen 111 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden sein.
  • Im Gegensatz dazu können die Grabentypen in dem IGBT-Bereich 1-21 variieren; gemäß einer Ausführungsform kann zur Bildung von IGBT-Zellen ein sich nachfolgend wiederholendes, „kGkSoSoSoS“ entsprechendes Graben-Mesa-Muster eingesetzt werden, wobei „k“ einen mit dem ersten Lastanschluss 11 verbundenen Mesateil 17 bezeichnet, „o“ einen nicht mit dem ersten Lastanschluss 11 verbundenen Mesateil 17 bezeichnet (das heißt der Übergang zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem Mesateil 17 entlang der Vertikalrichtung Z ist nicht leitend), „G“ einen Gate-Graben 14 bezeichnet und „S“ einen Source-Graben 16 bezeichnet. Natürlich können bei anderen Ausführungsformen verschiedene Graben-Mesa-Muster verwendet werden. Zum Beispiel könnte ein Dummy-Graben (der mit einem zwischen nicht kontaktierten Mesateilen 17 angeordneten Gate-Graben identisch ist) in dem Muster des Diodenbereichs 1-22 und/oder in dem Muster des IGBT-Bereichs 1-21 enthalten sein. Es wird wieder betont, dass gemäß einigen oder allen hier beschriebenen Ausführungsformen die Diodenbereiche 1-22 keine Steuergrabenelektrode 141 oder irgendeine andere Grabenelektrode (zum Beispiel Dummy-Grabenelektroden), die mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden sind, beinhalten.
  • Weiterhin auf die 3 bis 5 und zusätzlich auf 7 Bezug nehmend, umfasst der RC-IGBT 1 ferner ein Drift-Gebiet 100 vom ersten Leitfähigkeitstyp, das im Halbleiterkörper 10 ausgebildet ist und sich in den Diodenbereich 1-22 und den IGBT-Bereich 1-21 erstreckt.
  • Ein Body-Gebiet 102 vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist in dem Halbleiterkörper 10 (falls vorhanden: in den Mesateilen 17 davon) der Diodenbereiche 1-22 und des IGBT-Bereichs 1-21 gebildet. Mindestens Teile des Body-Gebiets 102 sind mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden. Das Body-Gebiet 102 kann pn-Übergänge mit Unterbereichen der Mesateile 17 vom ersten Leitfähigkeitstyp bilden. Der jeweilige Teil des Body-Gebiets 102 ist zum Beispiel nicht in jedem Mesateil 17 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden, um „Dummy-Mesateile“, das heißt jene, die nicht zur Laststromleitung verwendet werden, zu bilden.
  • In dem IGBT-Bereich 1-21 sind Source-Gebiete 101 vom ersten Leitfähigkeitstyp an der Vorderseite 110 angeordnet und mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden. Die Source-Gebiete 101 sind zum Beispiel nur lokal im IGBT-Bereich 1-21 bereitgestellt und erstrecken sich zum Beispiel nicht in die Diodenbereiche 1-22.
  • Das Body-Gebiet 102 kann zum Beispiel mittels der ersten Kontaktstopfen 111 in elektrischem Kontakt mit dem ersten Lastanschluss 11 angeordnet sein. In jeder IGBT-Zelle des IGBT-Bereichs 1-21 kann ferner mindestens ein Source-Gebiet 101 vom ersten Leitfähigkeitstyp zum Beispiel ebenfalls mittels der ersten Kontaktstopfen 111 in elektrischem Kontakt mit dem ersten Lastanschluss 11, angeordnet sein. Ein Großteil des Halbleiterkörpers 10 ist als ein Drift-Gebiet 100 vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet, das an das Body-Gebiet 102 ankoppeln und einen pn-Übergang 1021 mit diesem bilden kann. Das Body-Gebiet 102 isoliert die Source-Gebiete 101 vom Drift-Gebiet 100. Hier bezieht sich der Begriff „Body-Gebiet 102“ auf das Halbleitergebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp, das an der Vorderseite 110 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden ist. Dieses Gebiet erstreckt sich sowohl in den IGBT-Bereich 1-21 als auch die Diodenbereiche 1-22 (das somit hier auch als „Dioden-Anodengebiet“ oder dergleichen bezeichnet werden könnte). Die Implementierung des Body-Gebiets 102 im IGBT-Bereich 1-21 kann sich in den Diodenbereichen 1-22, zum Beispiel hinsichtlich Dotierstoffkonzentration, Dotierstoffdosis, Dotierstoffprofil und/oder räumliche Erstreckung, von der Implementierung des Body-Gebiets 102 unterscheiden.
  • Bei Empfang eines entsprechenden Steuersignals, zum Beispiel von einer nicht dargestellten Gate-Treibereinheit bereitgestellt, kann jede Steuerelektrode 141 einen Inversionskanal in einem der jeweiligen Steuerelektrode 141 benachbarten Bereich des Body-Gebiets 102 induzieren. Somit kann die Anzahl von IGBT-Zellen jeweils zum Leiten mindestens eines Teils des Vorwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 konfiguriert sein.
  • Die vorstehend beschriebene grundlegende Konfiguration der IGBT-Zellen in dem IGBT-Bereich 1-21 der Leistungshalbleitervorrichtung 1 ist als solche dem Fachmann bekannt, und die vorliegende Schrift verwendet den Begriff „IGBT-Zelle“ im Umfang der technischen Bedeutung, die ihr der Fachmann typischerweise beimisst.
  • Bei einer Ausführungsform erstreckt sich das Drift-Gebiet 100 entlang der Vertikalrichtung Z, bis es an eine Feldstoppschicht 108 ankoppelt, wobei die Feldstoppschicht 108 ebenfalls vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, verglichen mit dem Drift-Gebiet 100 aber eine höhere Dotierstoffdosis aufweist. Die Feldstoppschicht 108 ist typischerweise von wesentlich kleinerer Dicke als das Drift-Gebiet 100.
  • Das Drift-Gebiet 100 oder, falls vorhanden, die Feldstoppschicht 108 erstreckt sich entlang der Vertikalrichtung Z, bis es bzw. sie entweder an ein IGBT-Emittergebiet 103 des IGBT-Bereichs 1-21 oder ein Dioden-Kathodengebiet 104 des Diodenbereichs 1-22 ankoppelt.
  • Das Dioden-Kathodengebiet 104 ist vom ersten Leitfähigkeitstyp und mit dem zweiten Lastanschluss 12 elektrisch verbunden und zum Beispiel mittels der Feldstoppschicht 108 mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt.
  • Das IGBT-Emittergebiet 103 ist vom zweiten Leitfähigkeitstyp und mit dem zweiten Lastanschluss 12 elektrisch verbunden und zum Beispiel mittels der Feldstoppschicht 108 mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt.
  • Sowohl das IGBT-Emittergebiet 103 des IGBT-Bereichs 1-21 als auch das Dioden-Kathodengebiet 104 des Diodenbereichs 1-22 können jeweils in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Lastanschluss 12 angeordnet sein.
  • Insgesamt kann das IGBT-Emittergebiet 103 als Emitter vom zweiten Leitfähigkeitstyp wirken. Ferner umfasst das IGBT-Emittergebiet 103 bei einigen Ausführungsformen keinen Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp, der eine ziemlich hohe Dotierstoffkonzentration, typischerweise im Bereich von 1016 cm-3 bis 1020 cm-3, aufweist; vielmehr ist das Dioden-Kathodengebiet 104 gemäß einigen Ausführungsformen ausschließlich im Diodenbereich 1-22 ausgebildet.
  • Bei einer Ausführungsform kann die durchschnittliche Dotierstoffkonzentration des Drift-Gebiets 100 im Bereich von 1012 cm-3 bis 1014 cm-3 liegen.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierstoffkonzentration jedes Source-Gebiets 101 im IGBT-Bereich 1-21 im Bereich von 1019 cm-3 bis 1021 cm-3 liegen.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierstoffkonzentration des Body-Gebiets 102 im Bereich von 1016 cm-3 bis 1018 cm-3 liegen. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann sich zum Beispiel die Dotierstoffkonzentration des Body-Gebiets 102 im IGBT-Bereich 1-21 von der Dotierstoffkonzentration des Body-Gebiets 102 in den Diodenbereichen 1-22 unterscheiden.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierstoffkonzentration der (optionalen) Feldstoppschicht 108 im Bereich von 1014 cm-3 bis 3*1016 cm-3 liegen.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierstoffkonzentration des IGBT-Emittergebiets 103 im Bereich von 1016 cm-3 bis 1018 cm-3 liegen. Jedoch kann bei einer Ausführungsform die Dotierstoffkonzentration entlang der Lateralerstreckung des IGBT-Emittergebiets 103 variieren.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierstoffkonzentration des Dioden-Kathodengebiets 104 im Bereich von 1019 cm-3 bis 1021 cm-3 liegen. Jedoch kann bei einer Ausführungsform die Dotierstoffkonzentration entlang der Lateralerstreckung des Dioden-Kathodengebiets 104 variieren (und sogar ihre Polarität ändern).
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die in den 3 und 4 dargestellten Grabenmuster nur beispielhaft sind; es sind andere Grabenmuster möglich.
  • Bei einer Ausführungsform ist der Diodenbereich 1-22 nicht mit Source-Gebieten 101 ausgestattet. Zum Beispiel ist im Diodenbereich 1-22 kein dotiertes Halbleitergebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp mit dem ersten Lastanschluss elektrisch verbunden. Vielmehr ist zum Bilden der Diodenkonfiguration in dem Diodenbereich 1-22 zum Leiten des Rückwärtslaststroms nur das Body-Gebiet 102 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden, wobei das Body-Gebiet 102 den pn-Übergang 1021 mit zum Beispiel dem Drift-Gebiet 100 bildet, und entlang der Vertikalrichtung Z zum zweiten Lastanschluss 12 hin liegt unter dem pn-Übergangs 1021 ein Halbleiterpfad nur vom ersten Leitfähigkeitstyp vor, der nicht durch weitere Gebiete vom zweiten Leitfähigkeitstyp unterbrochen ist.
  • Wie vorstehend erläutert wurde, umfasst gemäß einer Ausführungsform der IGBT-Bereich 1-21 im Gegensatz zum Diodenbereich 1-22 mindestens eine IGBT-Zelle mit einem mit dem ersten Lastanschluss 11 verbundenen und einem der Steuergräben 14 benachbart angeordneten und durch das Body-Gebiet 102 von dem Drift-Gebiet 100 isolierten Bereich des Source-Gebiets 101. Zum Beispiel ist die laterale Begrenzung des IGBT-Bereichs 1-21 durch die laterale Begrenzung der äußersten IGBT-Zelle(n) definiert. Folglich kann die laterale Begrenzung des IGBT-Bereichs 1-21 an der Vorderseite 110 definiert sein. Diese laterale Begrenzung kann durch ein äußerstes Source-Gebiet bzw. äußerste Source-Gebiete 101 definiert sein. Zum Beispiel sind alle funktionalen Elemente zum Ermöglichen des Leitens des Vorwärtslaststroms in einer vertikalen Projektion des IGBT-Bereichs 1-21 der Leistungshalbleitervorrichtung 1 vorhanden, zum Beispiel einschließlich mindestens des ersten Lastanschlusses 11 (zum Beispiel eines Vorderseitenmetallkontakts desselben, zum Beispiel eines oder mehrerer der Kontaktstopfen 111), des Source-Gebiets/der Source-Gebiete 101, des Body-Gebiets 102, des Drift-Gebiets 100, des IGBT-Emittergebiets 103 und des zweiten Lastanschlusses 12 (zum Beispiel eines Rückseitenmetalls desselben). Weiterhin können sich diese funktionalen Elemente entlang der gesamten Lateralerstreckung des IGBT-Bereichs 1-21 erstrecken.
  • Bei einer Ausführungsform sind die ersten Kontaktstopfen 111 Teil einer Kontaktstopfenstruktur der Leistungshalbleitervorrichtung 1. Jeder erste Kontaktstopfen 111 kann dazu konfiguriert sein, Kontakt mit einem jeweiligen Mesateil 17 herzustellen, um den jeweiligen Mesateil 17 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch zu verbinden. Wie dargestellt ist, kann sich jeder erste Kontaktstopfen 111 von der Vorderseite 110 entlang der Vertikalrichtung Z in den jeweiligen Mesateil 17 erstrecken.
  • Die 6-9 stellen schematisch und beispielhaft Abschnitte einer horizontalen Projektion des RC-IGBTs 1 gemäß einigen Ausführungsformen dar. Jede dieser Ausführungsformen kann gemäß der vorhergehenden Erläuterung konfiguriert sein.
  • Zum Beispiel umfasst bei jeder dieser Ausführungsformen der RC-IGBT das aktive Gebiet 1-2 mit dem IGBT-Bereich 1-21 und der Mehrzahl von mindestens drei Diodenbereichen 1-22; das Randabschlussgebiet 1-3, das das aktive Gebiet umgibt; den Halbleiterkörper 10, der sich sowohl im aktiven Gebiet 1-2 als auch im Randabschlussgebiet 1-3 erstreckt und die Vorderseite 110 und die Rückseite 120 aufweist; den ersten Lastanschluss 11 und den Steueranschluss 13, beide an der Halbleiterkörpervorderseite 110, und den zweiten Lastanschluss 12 an der Halbleiterkörperrückseite 120. Jeder der Diodenbereiche 1-22 ist zum Leiten des Diodenlaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 konfiguriert. Der IGBT-Bereich 1-21 ist zum Leiten des Vorwärtslaststroms zwischen dem zweiten Lastanschluss 12 und dem ersten Lastanschluss 11 konfiguriert. Der Steueranschluss 13 ist mit der elektrisch leitenden Steuerungs-Runner-Struktur 131 elektrisch verbunden, die an der Vorderseite 110 des Halbleiterkörpers angeordnet ist und sich zumindest teilweise entlang dem Verlauf des lateralen Umfangs des aktiven Gebiets 1-2 erstreckt. Die mehreren Steuergräben 14 sind entlang der ersten lateralen Richtung X parallel zueinander angeordnet, und jeder Steuergraben erstreckt sich entlang der von der Vorderseite 110 zu der Rückseite 120 weisenden Vertikalrichtung Z in den Halbleiterkörper. Jeder Steuergraben 14 weist die Streifenkonfiguration auf, die sich von einem jeweiligen ersten Bereich des lateralen Umfangs 1-20 entlang der zweiten lateralen Richtung Y zu einem jeweiligen zweiten Bereich des lateralen Umfangs 1-20 gegenüber dem jeweiligen ersten Bereich erstreckt, wobei die erste laterale Richtung X senkrecht zu der zweiten lateralen Richtung Y verläuft. Jeder Steuergraben 14 nimmt die jeweilige isolierte Steuerelektrode 141 auf, die dazu konfiguriert ist, über die Steuerungs-Runner-Struktur 131 das Steuersignal zum Steuern des IGBT-Bereichs 1-21 zu empfangen.
  • Es sind vorstehend viele mögliche Konfigurationen der Diodenbereiche 1-22 und des IGBT-Bereichs 1-21 dargeboten worden. Diese möglichen Konfigurationen können auch in den in den 6-9 dargestellten Ausführungsformen implementiert sein.
  • Bei einer Ausführungsform erfolgt die Anordnung der Diodenbereiche 1-22 gemäß einer Konstruktionsregel. Diese Regel gibt das Folgende an:
    • - Jeder der Steuergräben 14 ist entlang seiner jeweiligen Erstreckung in der zweiten lateralen Richtung Y durch höchstens einen einzigen der Diodenbereiche 1-22 nicht mehr als einmal unterbrochen (vgl. 6).
    • - Innerhalb der lateralen Fläche des aktiven Gebiets 1-2 überlappen sich weder die Diodenbereiche 1-22 selbst noch horizontale Projektionen derselben entlang der zweiten lateralen Richtung Y lateral (in 7 gestrichelt gezeigt).
    • - Des Weiteren überlappen sich innerhalb der lateralen Fläche des aktiven Gebiets 1-2 keine horizontalen Projektionen von mindestens zwei der Diodenbereiche 1-22 entlang der ersten lateralen Richtung X (in 9 gestrichelt gezeigt). Wie in 9 beispielhaft dargestellt ist, überlappt sich die im unteren Teil der Figur dargestellte horizontale X-Projektion des Diodenbereichs 1-22 nicht mit den horizontalen X-Projektionen der anderen beiden Diodenbereiche 1-22.
  • 8 stellt beispielhaft Aspekte des RC-IGBTs 1 bezüglich des Steueranschlusses 13 dar. Der Steueranschluss 13 kann ein Pad 135 umfassen, das an einer Ecke an der Vorderseite des aktiven Gebiets 1-2 angeordnet ist und zum Kontaktieren durch Steuersignalübertragungsmittel, zum Beispiel einen Bonddraht oder dergleichen, konfiguriert ist.
  • Die Steuerungs-Runner-Struktur 131 kann von dem Pad 135 ausgehen und sich streifenartig entlang dem Weg des lateralen Umfangs 1-20 des aktiven Gebiets 1-2 erstrecken, zum Beispiel derart, dass jede Steuerelektrode 141 jedes nicht unterbrochenen Steuergrabens 14 an ihren beiden Enden (bezüglich der zweiten lateralen Richtung Y), die sich nahe dem lateralen Umfang 1-20 des aktiven Gebiets 1-2 befinden, elektrisch kontaktiert sein kann. Zum Beispiel kann dadurch das Erfordernis des Kontaktierens der Steuerelektroden 141 innerhalb des aktiven Gebiets 1-2 vermieden werden.
  • Das unter Bezugnahme auf die 6 bis 9 Erläuterte kann gleichermaßen bzw. analog für die in den verbleibenden 10 bis 21 dargestellten Ausführungsformen gelten.
  • Die 10 und 11 stellen beide schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts des RC-IGBTs 1 gemäß einigen Ausführungsformen dar.
  • Gemäß 10 sind sowohl die Steuergräben 14 als auch die Source-Gräben 16 in dem IGBT-Bereich 1-21 vorgesehen und abwechselnd angeordnet. Das heißt, jeder zweite Graben ist ein Source-Graben 16, und jeder andere zweite Graben ist ein Steuergraben 14. Die Source-Grabenelektroden 161 sind über mindestens zweite Kontaktstopfen 112 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden, während mindestens erste Kontaktstopfen 111 die elektrische Verbindung zwischen den Mesateilen 17 und dem ersten Lastanschluss 11 herstellen. Wie dargestellt ist, unterscheidet sich das Grabenmuster in dem benachbarten Diodenbereich 1-22 (und zum Beispiel auch in jedem zweiten Diodenbereich 1-22) insofern, als nur die Source-Gräben 16, aber keine Steuergräben 14 vorgesehen sind. Die Grabenteilung ist jedoch unverändert. Somit ist bei dem Diodenbereich die Kontaktstopfenstruktur insofern verändert, als jede Grabenelektrode - die Source-Grabenelektroden 161 sind - durch einen jeweiligen zweiten Kontaktstopfen 112 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden ist. Des Weiteren ist in dem Diodenbereich 1-22 gewährleistet, dass keine Source-Gebiete 101 vorgesehen sind, aber dass die ersten Kontaktstopfen nur das Body-Gebiet 102 kontaktieren. Aufgrund dessen, dass jede zweite Grabenelektrode in dem IGBT-Bereich 1-21 eine Source-Grabenelektrode 161 ist, ist zum Beispiel die gesamte Gate-Kapazität des RC-IGBTs 1 reduziert. Da die Grabenteilung in den Diodenbereichen 1-22 aufrechterhalten wird, kann des Weiteren bei der Herstellung des RC-IGBTs 1 ein homogener Ätzprozess verwendet werden.
  • Der IGBT-Bereich 1-21 der in 11 dargestellten Ausführungsform weist eine identische Konfiguration mit dem in 10 dargestellten IGBT-Bereich 1-21 auf. In dem Diodenbereich 1-22 sind jedoch überhaupt keine Gräben vorgesehen. Vielmehr erstreckt sich das Body-Gebiet 102 durchgehend (das heißt ist nicht durch einen Graben unterbrochen) innerhalb des Diodenbereichs 1-22 und ist durch eine Isolierschicht 191 von dem ersten Lastanschluss 11 getrennt. Die Isolierschicht 191 wird von den ersten Kontaktstopfen 111 durchdrungen, die die elektrische Verbindung zwischen dem Body-Gebiet 102 und dem ersten Lastanschluss 11 herstellen. Alternativ kann die elektrische Verbindung ohne Kontaktstopfen hergestellt sein, wie in 5 gezeigt ist. Das Weglassen von Gräben in den Diodenbereichen 1-22 kann für die Schalteigenschaften der Diodenbereiche 1-22 von Vorteil sein.
  • Die 12-17 stellen jeweils schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion des RC-IGBTs 1 gemäß einigen Ausführungsformen dar.
  • Die Ausführungsform gemäß der Darstellung von 12 entspricht der in 11 gezeigten Ausführungsform; sowohl die Steuergräben 14 als auch die Source-Gräben 16 sind in dem IGBT-Bereich 1-21 vorgesehen und sind dort abwechselnd angeordnet. Das heißt, jeder zweite Graben ist ein Source-Graben 16, und jeder andere zweite Graben ist ein Steuergraben 14. Die Source-Grabenelektroden 161 sind über mindestens zweite Kontaktstopfen 112 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden, während mindestens erste Kontaktstopfen 111 die elektrische Verbindung zwischen den Mesateilen 17 und dem ersten Lastanschluss 11 herstellen (in 12 nicht gezeigt). Keiner der Gräben 14, 16 erstreckt sich in die Diodenbereiche 1-22. Jeder Graben 14, 16, der sich entlang der zweiten lateralen Richtung Y nicht durchgehend entlang der Gesamterstreckung des aktiven Gebiets 1-2 erstreckt, sondern durch einen der Diodenbereiche 1-22 „unterbrochen“ ist (bzw. an einem der Diodenbereiche 1-22 endet), ist so abgeschlossen, dass er, zum Beispiel mindestens um einen vorgegebenen Mindestabstand, der weiter unten erläutert wird, von dem jeweiligen Diodenbereich 1-22 räumlich versetzt ist. Die Struktur des Steueranschlusses 13 entspricht der in 8 dargestellten, so dass hier auf die obige Erläuterung verwiesen wird.
  • 13 stellt eine Variante dar, bei der fünf Diodenbereiche 1-22 in dem aktiven Gebiet 1-2 vorgesehen sind. Jedoch stellt 13 unabhängig von der gewählten Anzahl der Diodenbereiche 1-22 und unabhängig von dem gewählten Grabenmuster in dem IGBT-Bereich 1-21 und den Diodenbereichen 1-22 (wenn dort überhaupt implementiert) und ferner unabhängig von der Struktur des Steueranschlusses 13 (nicht dargestellt) eine optionale weitere Bestimmung der Konstruktionsregel des Anordnens der Diodenbereiche 1-22 in dem aktiven Gebiet 1-2 dar, gemäß der sich ein lateraler Abstand xy1 zwischen beliebigen der Diodenbereiche 1-22 und dem Randabschlussgebiet 1-3 auf mindestens die Halbleiterkörperdicke d beläuft.
  • Dieser laterale Abstand xy1 kann sogar noch größer als d, zum Beispiel größer als 2*d oder größer als 5*d sein. Zum Beispiel beinhaltet diese weitere Bestimmung die Erkenntnis, dass für Kommutierung in hartschaltenden Anwendungen (zum Beispiel Laufwerke) eine hohe Kommutierungsrobustheit erforderlich sein kann; ein dem Randabschlussgebiet 1-3 direkt benachbarter Diodenbereich kann weniger robust sein, da während der Kommutierung aufgrund dessen, dass das zusätzliche Elektronenlochplasma aus dem Randabschlussgebiet 1-3 extrahiert wird, dort eine höhere Stromdichte fließt.
  • Alternativ oder zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen optimalen weiteren Bestimmung der Konstruktionsregel des Anordnens der Diodenbereiche 1-22 in dem aktiven Gebiet 1-2 kann die Konstruktionsregel angeben, dass sich der laterale Abstand xy2 zwischen beliebigen der Diodenbereiche 1-22 zu einem anderen der Diodenbereiche 1-22 auf mindestens die Dicke d des Halbleiterkörpers beläuft. Dieser laterale Abstand xy2 kann sogar noch größer als d, zum Beispiel größer als 4*d oder größer als 8*d sein. Das Erfüllen dieser optionalen zusätzlichen Bestimmung der Konstruktionsregel kann zu einer homogenen Verteilung der Diodenbereiche 1-22 innerhalb des aktiven Gebiets 1-2 und einer verbesserten Leistungskennlinie des RC-IGBTs 1 beitragen.
  • Obgleich mindestens drei räumlich verteilte Diodenbereiche 1-22 in dem aktiven Gebiet 1-2 vorgesehen sind, ist bei einer Ausführungsform nur ein IGBT-Bereich 1-21 im aktiven Gebiet 1-2 vorgesehen und kann der IGBT-Bereich 1-21 innerhalb des aktiven Gebiets 1-2 durchgehend sein, so dass der einzige IGBT-Bereich 1-21 (und keiner der Diodenbereiche 1-22) den Übergang zu dem Randabschlussgebiet 1-3 bildet und so, dass der einzige IGBT-Bereich 1-21 jeden der mindestens drei Diodenbereiche 1-22 umgibt.
  • Die in den 14 und 15 dargestellten Ausführungsformen entsprechen der in 12 dargestellten Ausführungsform, bei der sich keiner der Gräben 14, 16 in die Diodenbereiche 1-22 erstreckt, wobei die Source-Gräben 16 in den 14 und 15 nicht gezeigt sind (nur einer in dem vergrößerten Abschnitt). Die 14 und 15 stellen zwei Varianten dar, wie die Gräben 14, 16 in der Nähe des jeweiligen Diodenbereichs 1-22 abgeschlossen werden können.
  • Zum Beispiel bestehen die Steuergräben 14 aus nicht unterbrochenen Steuergräben und Steuergräben, die einmal durch einen jeweiligen der Diodenbereiche 1-22 unterbrochen sind. Die nicht unterbrochenen Steuergräben können sich entlang der zweiten lateralen Richtung Y durchgehend von einem Abschnitt des lateralen Umfangs 1-20 zu dem gegenüberliegenden Abschnitt des lateralen Umfangs 1-20 erstrecken. Wenn Source-Gräben 16 vorgesehen sind, gilt eine analoge Definition in dem Fall, dass sich auch die Source-Gräben 16 nicht in die Diodenbereiche 1-22 erstrecken.
  • Somit können sich die Steuerelektroden 141 in den nicht unterbrochenen Steuergräben 14 entlang der zweiten lateralen Richtung Y durchgehend erstrecken, und die Steuerelektroden 141 in den unterbrochenen Steuergräben können in eine erste Steuerelektrode 1411 in einem ersten Steuergrabenteil, bezüglich der zweiten lateralen Richtung Y vor dem jeweiligen Diodenbereich 1-22, und in eine zweite Steuerelektrode 1412 in einem zweiten Steuergrabenteil, bezüglich der zweiten lateralen Richtung Y hinter dem jeweiligen Diodenbereich 1-22, unterteilt sein, wie in den 6, 8, 13, 14, 15 schematisch und beispielhaft dargestellt ist. Wenn Source-Gräben 16 vorgesehen sind, gilt eine analoge Definition in dem Fall, dass sich auch die Source-Gräben 16 nicht in die Diodenbereiche 1-22 erstrecken. Es sei darauf hingewiesen, dass im Gegensatz zu der schematischen Darstellung in den 14 und 15 (und in den anderen Figuren) die Teile der unterbrochenen Gräben vor und hinter dem jeweiligen Diodenbereich bezüglich der ersten lateralen Richtung X voneinander versetzt sein können, anstatt (wie dargestellt ist) entlang der gleichen Geraden in der lateralen Richtung Y angeordnet zu sein.
  • Jede Steuerelektrode 141, 1411, 1412 weist hinsichtlich der zweiten lateralen Richtung Y zwei laterale Enden auf. Zum Beispiel weisen die Steuerelektroden 141 der nicht unterbrochenen Steuergräben 14 ein erstes laterales Ende, das an dem (hinsichtlich der zweiten lateralen Richtung Y) „unteren“ Bereich der Steuerungs-Runner-Struktur 131 abschließt und elektrisch damit verbunden ist, und ein zweites laterales Ende, das (hinsichtlich der zweiten lateralen Richtung Y) an dem „oberen“ Bereich der Steuerungs-Runner-Struktur 131 gegenüber dem „unteren“ Bereich abschließt und elektrisch damit verbunden ist, auf.
  • Das heißt, bei einer Ausführungsform ist jede der Steuerelektroden 141 in den nicht unterbrochenen Steuergräben 14 mittels einer jeweiligen ersten elektrisch leitenden Struktur, die sich entlang der ersten lateralen Richtung X erstreckt, und einer jeweiligen zweiten elektrisch leitenden Struktur, die sich entlang der ersten lateralen Richtung X erstreckt, an beiden ihrer jeweiligen lateralen Enden mit einem Potenzial des Steueranschlusses 13 elektrisch verbunden. Bezüglich der Steuerelektroden 141 wird die erste elektrisch leitende Struktur in den nicht unterbrochenen Steuergräben 14 durch den „unteren“ Bereich der Steuerungs-Runner-Struktur 131 gebildet, und die zweite elektrisch leitende Struktur wird durch den „oberen“ Bereich der Steuerungs-Runner-Struktur 131 gebildet.
  • Des Weiteren ist bei einer Ausführungsform auch jede von der ersten und der zweiten Steuerelektrode 1411, 1412 in den unterbrochenen Steuergräben 14 an beiden ihrer jeweiligen lateralen Enden mittels einer jeweiligen ersten elektrisch leitenden Struktur, die sich entlang der ersten lateralen Richtung X erstreckt, und einer jeweiligen zweiten elektrisch leitenden Struktur, die sich entlang der ersten lateralen Richtung X erstreckt, mit einem Potenzial des Steueranschlusses 13 elektrisch verbunden.
  • Bezüglich der ersten Steuerelektroden 1411 in den unterbrochenen Steuergräben 14 vor dem jeweiligen Diodenbereich 1-22 wird die erste elektrisch leitende Struktur durch den (bezüglich der zweiten lateralen Richtung Y beispielsweise in 14) „unteren“ Bereich der Steuerungs-Runner-Struktur 131 gebildet.
  • Bezüglich der zweiten Steuerelektroden 1412 in den unterbrochenen Steuergräben 14 hinter dem jeweiligen Diodenbereich 1-22 wird die zweite elektrisch leitende Struktur durch den „oberen“ Bereich der Steuerungs-Runner-Struktur 131 gebildet.
  • Bezüglich der lateralen Enden der ersten und zweiten Steuerelektroden 1411, 1412 in den unterbrochenen Steuergräben 14 vor und hinter dem jeweiligen Diodenbereich 1-22 und in der Nähe des jeweiligen Diodenbereichs 1-22 (und nicht an der Steuerungs-Runner-Struktur 131) abschließend, kann jede der elektrisch leitenden Strukturen, die die elektrische Verbindung mit dem Potenzial des Steueranschlusses 13 herstellen, mittels einer in der Nähe des Diodenbereichs 1-22 angeordneten Quergrabenstruktur 18 implementiert sein, die sich zumindest teilweise entlang der ersten lateralen Richtung X erstreckt. Beispiele für die in der Nähe des Diodenbereichs 1-22 angeordnete Quergrabenstruktur 18, die sich zumindest teilweise entlang der ersten lateralen Richtung X erstreckt, sind in den vergrößerten Abschnitten der 14 und 15 gezeigt, wobei beide eine Fläche (bezüglich der zweiten lateralen Richtung Y) vor dem Diodenbereich 1-22, das heißt mit den ersten Steuerelektroden 1411 der unterbrochenen Steuergräben 14, zeigen. In dem in 15 gezeigten Beispiel erstreckt sich, wie dargestellt ist, die Quergrabenstruktur 18 vor dem jeweiligen Diodenbereich 1-22 durchgehend zur Herstellung der Verbindung aller erster Steuergrabenelektroden 1411 aller erster Grabenteile der Steuergräben 14, die vor dem jeweiligen Diodenbereich 1-22 enden, und dementsprechend erstreckt sich die Quergrabenstruktur 18 hinter dem jeweiligen Diodenbereich 1-22 durchgehend zur Herstellung der Verbindung aller zweiter Steuerelektroden 1412 aller zweiter Grabenteile der Steuergräben 14, die hinter dem jeweiligen Diodenbereich 1-22 enden. In dem in 14 gezeigten Beispiel sind hingegen, wie dargestellt ist, jeweilige mehrere Quergrabenstrukturen 18 vor und hinter dem jeweiligen Diodenbereich 1-22 vorgesehen, und jede Quergrabenstruktur 18 verbindet nur die Steuergrabenelektroden 1411 (bzw. 1412) von zwei benachbarten Steuergräben 14 miteinander.
  • Die in den 14 und 15 dargestellten Ausführungsformen beinhalten die Source-Gräben 16, wobei die Steuergräben 14 und die Source-Gräben 16 nur in dem IGBT-Bereich 1-21 (und nicht in den Diodenbereichen 1-22) vorgesehen sind und dort abwechselnd angeordnet sind. Das heißt, in dem IGBT-Bereich 1-21 ist jeder zweite Graben ein Source-Graben 16, und jeder andere zweite Graben ist ein Steuergraben 14. Die Source-Grabenelektroden 161 sind über mindestens zweite Kontaktstopfen 112 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden, wie unter Bezugnahme auf vorherige Figuren (zum Beispiel 10 und 11) erläutert wurde.
  • Bei einer Ausführungsform sind die Quergrabenstrukturen 18 dahingehend angeordnet, eine jeweilige „Wende“ um das laterale Ende der jeweiligen Source-Grabenelektrode 161 herum herzustellen, wie sowohl in 14 also 15 dargestellt ist. Zum Beispiel ist jeder oder mindestens einer der Source-Gräben 16 durch einen jeweiligen der Diodenbereiche 1-22 unterbrochen, wobei der Sourcegraben 16 bzw. jeder Source-Graben 16 zwischen zwei unterbrochenen Steuergräben 14 angeordnet ist und die (jeweilige) Quergrabenstruktur 18 von einem Ende des Source-Grabens 16 entlang der zweiten lateralen Richtung Y versetzt ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass das Konzept der Verwendung der Quergrabenstrukturen 18 zur elektrischen Verbindung von Enden benachbarter erster/zweiter Steuergrabenelektroden 1411/1412, die in der Nähe von einem der Diodenbereiche 1-22 abschließen, auch implementiert werden kann, wenn mehr als ein Source-Graben 16, wenn einer oder mehr andere Arten von Gräben oder wenn überhaupt keine Gräben zwischen den benachbarten Steuergräben 14 vorgesehen sind.
  • Wenn Source-Gräben 16 vorgesehen sind, kann gewährleistet werden, dass sich keiner der Source-Gräben 16 in einen oder mehr der Diodenbereiche 1-22 erstreckt, und/oder das gemäß einer Ausführungsform jeder der Source-Gräben 16 entlang seiner jeweiligen Erstreckung in der zweiten lateralen Richtung Y nicht mehr als einmal durch höchstens einen einzigen der Diodenbereiche 1-22 unterbrochen ist. Bei anderen Ausführungsformen können sich, wie vorstehend erläutert wurde, ein oder mehrere der Source-Gräben 16 in einen oder mehrere der Diodenbereiche 1-22 erstrecken.
  • Zur Herstellung der Verbindung der benachbarten Steuergräben 14 kann jede Quergrabenstruktur 18 entweder mit Abschrägung (wie in 14 dargestellt ist) versehen sein oder kann sich nur entlang der ersten lateralen Richtung X erstrecken, so dass die die Steuerelektroden 1411 aufnehmenden Steuergräben 14 und die Quergrabenstruktur 18 rechtwinklige Kurven bilden (wie in 15 dargestellt ist). Des Weiteren können mit einem benachbarten nicht unterbrochenen Steuergraben „T-Verzweigungen“ gebildet werden, wie in 15 dargestellt ist.
  • Zur Herstellung der elektrischen Verbindung der benachbarten Steuergräben 1411 kann jede Quergrabenstruktur 18 eine Quergrabenelektrode 181 beinhalten, die die ersten Steuerelektroden 1411 von zwei benachbarten unterbrochenen Steuergräben 14 vor dem Diodenbereich 1-22 elektrisch verbindet (wie dargestellt ist) bzw. die zweiten Steuerelektroden 1412 von zwei benachbarten unterbrochenen Steuergräben 14 hinter dem Diodenbereich 1-22 elektrisch verbindet.
  • Die Verwendung der Quergrabenstrukturen 18 in der Nähe der Diodenbereiche 1-22 reduziert die Gefahr floatender erster/zweiter Steuerelektroden 1411/1412; wenn die elektrische Verbindung an dem lateralen Ende an der Steuerungs-Runner-Struktur 131 aus irgendeinem Grunde zum Beispiel verloren/nicht hergestellt ist, können gemäß einer Ausführungsform die betroffene erste oder zweite Steuerelektrode 1411/1412 aufgrund der elektrischen Verbindung mit der benachbarten ersten oder zweiten Steuerelektrode 1411/1412, die mit der Quergrabenstruktur 18 hergestellt ist, immer noch mit dem Potenzial des Steueranschlusses 13 elektrisch verbunden sein. Somit kann der RC-IGBT 1 eine hohe Zuverlässigkeit und Steuerbarkeit aufweisen.
  • 16 stellt basierend auf einem Abschnitt einer horizontalen Projektion schematisch und beispielhaft Beispiele für mögliche Formen der Diodenbereiche 1-22 des RC-IGBTs 1 gemäß einigen Ausführungsformen dar. Zum Beispiel kann mindestens einer oder jeder der mindestens drei Diodenbereiche 1-22 ein quadratisches laterales Areal, das heißt einen horizontalen Querschnitt (Variante (a)), zum Beispiel mit abgerundeten Ecken oder Ecken, die mit einer Abschrägung (nicht dargestellt) versehen sind, aufweisen. In einem anderen Beispiel kann mindestens einer oder jeder der mindestens drei Diodenbereiche 1-22 ein rechteckiges laterales Areal, das heißt einen horizontalen Querschnitt (Variante (b)), zum Beispiel mit abgerundeten Ecken oder Ecken, die mit einer Abschrägung (nicht dargestellt) versehen sind, aufweisen. In einem anderen Beispiel kann mindestens einer oder jeder der mindestens drei Diodenbereiche 1-22 ein kreisförmiges laterales Areal, das heißt einen horizontalen Querschnitt (Variante (c)), aufweisen. In einem anderen Beispiel kann mindestens einer oder jeder der mindestens drei Diodenbereiche 1-22 ein elliptisches laterales Areal, das heißt einen horizontalen Querschnitt (nicht dargestellte Variante) aufweisen. Bei einer Ausführungsform können verschiedene Formen der Diodenbereiche 1-22 mit dem aktiven Gebiet 1-2 des RC-IGBTs 1 kombiniert sein.
  • Zum Beispiel ist eine Form der Diodenbereiche 1-22 dahingehend angemessen, eine große laterale Fläche (= horizontale Querschnittsfläche) bereitzustellen, weist aber einen kleinen Umfang auf, der selbige definiert. Wenn zum Beispiel ein rechteckiger Horizontalquerschnitt gewählt wird (Variante (b)), sollte dieser mit wenig Unterschied zwischen den Gesamtlateralerstreckungen ly und lx ausgelegt sein. Diese Ausführungsform basiert auf der Erkenntnis, dass, da in dem leitenden Zustand des RC-IGBTs 1 (insbesondere in dem Diodenleitzustand, wenn der Rückwärts-/Diodenlaststrom fließt) Ladungsträger durch die Grenzen zwischen dem IGBT-Bereich 1-21 und den Diodenbereichen 1-22 verlorengehen können und weniger zu dem Stromfluss, aber immer noch zu Schaltverlusten beitragen. Somit weisen die Diodenbereiche 1-22 gemäß einer Ausführungsform eine Form mit einer großen lateralen Fläche, aber geringem Umfang, das heißt mit einer „kurzen Grenze“ zu dem IGBT-Bereich 1-21, auf. Vor diesem Hintergrund, die oben vorgestellte Ausführungsform des RC-IGBTs 1, gemäß der jeder der Diodenbereiche 1-22 eine laterale Fläche (= horizontale Querschnittsfläche) und einen Umfang, der die laterale Fläche definiert, aufweist, wobei jeder Diodenbereich 1-22 die Beziehung, dass das Quadrat des Umfangs geteilt durch die Fläche kleiner gleich 18 ist, erfüllt. Natürlich ist in dieser Hinsicht die Kreisform am besten; tt weist einen Wert von 4*pi ≈ 12,57 für (Umfang)2/Fläche auf. Eine quadratische Form (Quadrat) erreicht den Wert 16, und ein Rechteck mit einem Seitenverhältnis ly/lx = 2 erreicht 18.
  • 17 stellt schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion des RC-IGBTs 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Dort ist jeder Diodenbereich 1-22 mittels einer im Wesentlichen durchgehenden Struktur 15, die mittels elektrisch leitender Kontakte (wie zum Beispiel Stopfens oder dergleichen) 159 mit dem Potenzial des ersten Lastanschlusses 11 elektrisch verbunden ist, von dem IGBT-Bereich 1-21 getrennt.
  • Zum Beispiel auf 18 Bezug nehmend, kann die im Wesentlichen durchgehende Struktur 15 einen im Wesentlichen durchgehenden Graben 155 beinhalten, der sich entlang der Vertikalrichtung Z, zum Beispiel bis zu den Steuergräben 14 und den Source-Gräben 16, in den Halbleiterkörper 10 erstreckt, wobei der im Wesentlichen durchgehende Graben 155 eine im Wesentlichen durchgehende Grabenelektrode 156 beinhalten kann, die mit dem Potenzial des ersten Lastanschlusses 11 elektrisch verbunden ist und durch einen Grabenisolator 157 von dem Halbleiterkörper isoliert ist. In den 17 und 18 bezeichnen zum Beispiel die Bezugszeichen 159 elektrisch leitende Kontakte (zum Beispiel Kontaktstopfen), die die elektrische Verbindung zwischen der im Wesentlichen durchgehenden Struktur, zum Beispiel der im Wesentlichen durchgehenden Grabenelektrode 156, und dem ersten Lastanschluss 11 herstellen. Diese Kontakte 159 können in Bereichen zwischen den Diodenbereichen 1-22 und dem IGBT-Bereich 1-21 angeordnet sein, wie in 17 veranschaulicht ist. Jede der Grabenelektroden 156 kann durchgehend, das heißt ohne Unterbrechung, den jeweiligen Diodenbereich 1-22 umgeben.
  • Zusätzlich oder als Alternative zu dem im Wesentlichen durchgehenden Graben 155, der den Diodenbereich 1-22 umgibt, kann unter Bezugnahme auf 19 die im Wesentlichen durchgehende Struktur 15 einen Halbleiterteil 151 vom zweiten Leitfähigkeitstyp beinhalten. Der Halbleiterteil 151 ist mit dem Potenzial des ersten Lastanschlusses 11 elektrisch verbunden und kann sich sowohl in den Diodenbereich 1-22, den er umgibt, sowie in den IGBT-Bereich 1-21 dahingehend erstrecken, sich mit mindestens einem oder mehreren der Source-/Steuergräben 14, 16, die in der Nähe des Diodenbereichs 1-22 angeordnet sind, lateral zu überlappen, und/oder sowohl in dem Diodenbereich 1-22 als auch dem IGBT-Bereich 1-21 nahtlos in das Body-Gebiet 102 überzugehen. Der Halbleiterteil 151 erstreckt sich zum Beispiel in ein Gebiet zwischen dem Graben 155 und den Steuergräben 14 neben den Diodenbereichen 1-22. Des Weiteren kann sich der Halbleiterteil 151 vom zweiten Leitfähigkeitstyp entlang der Vertikalrichtung Z verglichen mit dem Body-Gebiet 102 weiter erstrecken oder sogar weiter als die Source-/Steuergräben 14, 16, und/oder der Halbleiterteil 151 vom zweiten Leitfähigkeitstyp kann sich durchgehend, das heißt ohne Unterbrechung, dahingehend erstrecken, den jeweiligen Diodenbereich 1-22 zu umgeben.
  • Die Dotierstoffkonzentration des Halbleiterteils 151 kann innerhalb des Bereichs von 50% bis 500% der Dotierstoffkonzentration des Body-Gebiets 102 IGBT-Bereich 1-21 liegen.
  • Basierend auf den 20 und 21 die beide schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion des RC-IGBTs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellen, sollen weitere optionale Merkmale beschrieben werden.
  • Zum Beispiel unter Bezugnahme auf 20, die der Ausführungsform von 17 entspricht, kann gewährleistet werden, dass jeder Diodenbereich 1-22 von jeglichem Halbleitergebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp, das mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden ist, um einen Abstand dxy von mindestens 4 µm oder von mindestens 6 µm oder von mindestens 10 µm lateral versetzt ist. Die Halbleitergebiete vom ersten Leitfähigkeitstyp können zum Beispiel die Source-Gebiete 101 sein, die basierend auf den mehreren Linien, die sich entlang der ersten lateralen Richtung X parallel erstrecken, in 20 schematisch dargestellt sind. Das heißt, bei einer Ausführungsform ist jedes Halbleitergebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp, das mit dem ersten Lastanschluss 11 (wie zum Beispiel den Source-Gebieten 101) des RC-IGBTs 1 elektrisch verbunden ist, von jedem der Diodenbereiche 1-22 um mindestens 4 µm räumlich versetzt. Im Gegensatz zu der schematischen Darstellung in 20 kann diese optionale Maßnahme auch ohne die Quergrabenstrukturen und/oder ohne die im Wesentlichen durchgehende Struktur 15 vorgesehen sein.
  • Falls der RC-IGBT 1 in einem Chip mit vergleichsweise großer Größe vorgesehen ist, kann die aktive Fläche des RC-IGBTs 1 mehrere aktive Gebiete 1-2 umfassen, die z. B. als Quadranten A, B, C und D, die mit mit dem Potenzial des Steueranschlusses 3 elektrisch verbundener Steuerfingerstruktur 132 voneinander getrennt sind, angeordnet sein. In jedem dieser aktiven Gebiete 1-2 kann die oben beschriebene Konstruktionsregel zum Positionieren und Dimensionieren des Diodenbereichs 1-22 sowie anderer Merkmale im Hinblick auf die Diodenbereiche 1-22 und den IGBT-Bereich 1-21 gelten. In solch einem Fall umgeben zum Beispiel ein äußerer Teil der Steuerungs-Runner-Struktur 131 (zumindest teilweise) die gesamte aktive Fläche des RC-IGBTs 1, einschließlich der vier aktiven Gebiete 1-2A, 1-2B, 1-2C und 1-2D, und ein innerer Teil der Steuerungs-Runner-Struktur 131 (manchmal auch als Steuerfinger bezeichnet) schneidet die aktive Fläche, so dass jedes der vier aktiven Gebiete 1-2A, 1-2B, 1-2C und 1-2D von der Steuerungs-Runner-Struktur 131 teilweise umgeben ist. Das heißt, die Steuerungs-Runner-Struktur 131 erstreckt sich entlang dem Verlauf der lateralen Umfänge 1-20A, 1-20B, 1-20C und 1-20D der vier aktiven Gebiete 1-2A, 1-2B, 1-2C und 1-2D (in dem Beispiel vollständig entlang 1-20A und 1-20B und teilweise entlang 1-20C und 1-20D).
  • Aufgrund des Verlaufs der Steuerungs-Runner-Struktur 131, der in 21 beispielhaft dargestellt ist, könnte die Streifenkonfiguration der Steuergräben 14 in dem aktiven Gebiet 1-2A und/oder in dem aktiven Gebiet 1-2B senkrecht zu der Streifenkonfiguration der Steuergräben 14 in dem aktiven Gebiet 1-2C und/oder in dem aktiven Gebiet 1-2D angeordnet sein. Allgemeiner kann die Streifenkonfiguration der Gräben 14 (und falls vorhanden der Gräben 16) in einem der aktiven Gebiete 1-2A bis 1-2D verglichen mit der Streifenkonfiguration der Gräben 14 (und falls vorhanden der Gräben 16) in einem anderen der aktiven Gebiete 1-2A bis 1-2D anders ausgerichtet, zum Beispiel senkrecht angeordnet, sein. Die oben beschriebene Konstruktionsregel zum Positionieren und Dimensionieren des Diodenbereichs 1-22 sowie anderer Merkmale im Hinblick auf die Diodenbereiche 1-22 und den IGBT-Bereich 1-21 würden jedoch immer noch für das aktive Gebiet 1-2A und/oder in dem aktiven Gebiet 1-2B gelten (wobei die X- und Y- Richtungen dann vertauscht sein würden, wie für den Fachmann ersichtlich ist).
  • Es wird hier auch ein Verfahren zum Herstellen eines RC-IGBTs vorgestellt. Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Bilden der folgenden Komponenten des RC-IGBTs: eines aktiven Gebiets mit einem IGBT-Bereich und einer Mehrzahl von mindestens drei Diodenbereichen; eines Randabschlussgebiets, das das aktive Gebiet umgibt; eines Halbleiterkörpers, der sich sowohl im aktiven Gebiet als auch im Randabschlussgebiet erstreckt und eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei der Halbleiterkörper eine Dicke aufweist, wobei die Dicke der Abstand entlang der Vertikalrichtung von der Vorderseite zu der Rückseite in einem der Diodenbereiche ist, eines ersten Lastanschlusses und eines Steueranschlusses, beide an der Halbleiterkörpervorderseite, und eines zweiten Lastanschlusses an der Halbleiterkörperrückseite. Jeder der Diodenbereiche ist zum Leiten eines Diodenlaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss konfiguriert. Der IGBT-Bereich ist zum Leiten eines Vorwärtslaststroms zwischen dem zweiten Lastanschluss und dem ersten Lastanschluss konfiguriert. Der Steueranschluss ist mit einer elektrisch leitenden Steuerungs-Runner-Struktur elektrisch verbunden, die an der Vorderseite des Halbleiterkörpers angeordnet ist und sich zumindest teilweise entlang einem Verlauf eines lateralen Umfangs des aktiven Gebiets erstreckt. Mehrere Steuergräben sind entlang einer ersten lateralen Richtung parallel zueinander angeordnet, und jeder Steuergraben erstreckt sich entlang einer von der Vorderseite zu der Rückseite weisenden Vertikalrichtung in den Halbleiterkörper. Jeder Steuergraben weist eine Streifenkonfiguration auf, die sich von einem jeweiligen ersten Bereich des lateralen Umfangs entlang einer zweiten lateralen Richtung zu einem jeweiligen zweiten Bereich des lateralen Umfangs gegenüber dem jeweiligen ersten Bereich erstreckt, wobei die erste laterale Richtung senkrecht zu der zweiten lateralen Richtung verläuft. Jeder Steuergraben nimmt eine isolierte Steuerelektrode auf, die dazu konfiguriert ist, über die Steuerungs-Runner-Struktur ein Steuersignal zum Steuern des IGBT-Bereichs zu empfangen. Das Herstellungsverfahren umfasst das Befolgen einer Konstruktionsregel gemäß der: jeder der Steuergräben entlang seiner jeweiligen Erstreckung in der zweiten lateralen Richtung durch höchstens einen einzigen der Diodenbereiche nicht mehr als einmal unterbrochen ist. Innerhalb der lateralen Fläche des aktiven Gebiets überlappen sich weder die Diodenbereiche selbst lateral noch horizontale Projektionen derselben entlang der zweiten lateralen Richtung. Innerhalb der lateralen Fläche des aktiven Gebiets überlappen sich keine horizontalen Projektionen von mindestens zwei der Diodenbereiche entlang der ersten lateralen Richtung.
  • Ausführungsbeispiele dieses Verfahrens entsprechen den Ausführungsformen des oben beschriebenen RC-IGBTs 1.
  • Vorstehend wurden RC-IGBTs betreffende Ausführungsformen und entsprechende Herstellungsverfahren erläutert. Gemäß mindestens einigen dieser Ausführungsformen wird ein Design vorgeschlagen, das praktisch Gate-(Steuerelektroden-)unabhängige Diodeneigenschaften ergibt, während eine niederohmige Verbindung zwischen den Steuerelektroden in dem IGBT-Bereich und der Steuerungs-Runner-Struktur sowie ein geringer Wärmewiderstand für die Diodenbereiche erreicht werden. Des Weiteren erreichten Ausführungsformen zusätzlich eine reduzierte Einschaltüberspannung der Diodenbereiche.
  • Vorstehend wurden Leistungshalbleitervorrichtungen, wie zum Beispiel RC-IGBTs, betreffende Ausführungsformen und entsprechende Herstellungsverfahren erläutert. Zum Beispiel basieren diese Leistungshalbleitervorrichtungen auf Silicium (Si). Dementsprechend können ein(e) monokristalline(s) Halbleitergebiet oder -schicht, zum Beispiel der Halbleiterkörper 10 und seine Gebiete/Zonen, zum Beispiel Gebiete usw., ein(e) monokristalline(s) Si-Gebiet oder Si-Schicht sein. Bei anderen Ausführungsformen kann polykristallines oder amorphes Silicium verwendet werden.
  • Es sollte jedoch auf der Hand liegen, dass der Halbleiterkörper 10 und seine Gebiete/Zonen aus einem beliebigen Halbleitermaterial hergestellt sein können, das zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung geeignet ist. Beispiele für solche Materialien umfassen elementare Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Silicium (Si) oder Germanium (Ge), Gruppe IV-Verbindungshalbleitermaterialien, wie zum Beispiel Siliciumkarbid (SiC) oder Siliciumgermanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre 111-V-Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumphosphid (InGaPa), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Aluminiumindiumnitrid (AlInN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGalnN) oder Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP), und binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilbercadmiumtellurid (HgCdTe), um nur wenige zu nennen, ohne darauf beschränkt zu sein. Die vorstehend erwähnten Halbleitermaterialien werden auch als „Homoübergangshalbleitermaterialien“ bezeichnet. Beim Kombinieren zweier verschiedener Halbleitermaterialien wird ein Heteroübergangshalbleitermaterial gebildet. Beispiele für Heteroübergangshalbleitermaterialien umfassen Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGalnN), Indiumgalliumnitrid (InGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGalnN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Galliumnitrid (GaN), Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)-Galliumnitrid (GaN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Silicium-Siliciumkarbid (SixC1-x) und Silicium-SiGe-Heteroübergangshalbleitermaterialien, ohne darauf beschränkt zu sein. Für Anwendungen mit Leistungshalbleiterschaltern werden zurzeit hauptsächlich Si-, SiC-, GaAs- und GaN-Materialien verwendet.
  • Sich auf Raum beziehende Begriffe, wie zum Beispiel „unter“, „unterhalb“, „niedriger“, „über“, „oberer“, und dergleichen werden der Einfachheit der Beschreibung halber dazu verwendet, die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu beschreiben. Diese Begriffe sollen zusätzlich zu verschiedenen Ausrichtungen, die von jenen, die in den Figuren veranschaulicht sind, verschiedenen sind, verschiedene Ausrichtungen der jeweiligen Vorrichtung mit einschließen. Ferner werden Begriffe, wie „erster“, „zweiter“ und dergleichen auch zum Beschreiben verschiedener Elemente, Gebiete, Abschnitte usw. verwendet und sollen ebenfalls nicht einschränkend sein. Gleiche Begriffe beziehen sich in der gesamten Beschreibung auf gleiche Elemente.
  • Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „aufweisen“, „enthalten“, „beinhalten“, „umfassen“, „haben“ und dergleichen offene Begriffe und geben das Vorhandensein der angegebenen Elemente oder Merkmale an, schließen aber keine zusätzlichen Elemente oder Merkmale aus.
  • Unter Berücksichtigung der vorstehenden Abwandlungen und Anwendungen versteht sich, dass die vorliegende Erfindung weder durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt wird, noch wird sie durch die beigefügten Zeichnungen eingeschränkt. Stattdessen wird die vorliegende Erfindung lediglich durch die folgenden Ansprüche und ihre legalen Äquivalente eingeschränkt.

Claims (20)

  1. RC-IGBT (1), umfassend: - ein aktives Gebiet (1-2) mit einem IGBT-Bereich (1-21) und einer Mehrzahl von mindestens drei Diodenbereichen (1-22); - ein Randabschlussgebiet (1-3), das das aktive Gebiet (1-2) umgibt; - einen Halbleiterkörper (10), der sich sowohl im aktiven Gebiet (1-2) als auch im Randabschlussgebiet (1-3) erstreckt und eine Vorderseite (110) und eine Rückseite (120) aufweist, wobei der Halbleiterkörper (10) eine Dicke (d) aufweist, wobei die Dicke (d) der Abstand entlang der Vertikalrichtung (Z) von der Vorderseite (110) zu der Rückseite (120) in einem der Diodenbereiche (1-22) ist, - einen ersten Lastanschluss (11) und einen Steueranschluss (13), beide an der Halbleiterkörpervorderseite (110), und einen zweiten Lastanschluss (12) an der Halbleiterkörperrückseite (12), wobei - jeder der Diodenbereiche (1-22) zum Leiten eines Diodenlaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) konfiguriert ist; und - der IGBT-Bereich (1-21) zum Leiten eines Vorwärtslaststroms zwischen dem zweiten Lastanschluss (12) und dem ersten Lastanschluss (11) konfiguriert ist; - der Steueranschluss (13) mit einer elektrisch leitenden Steuerungs-Runner-Struktur (131) verbunden ist, die an der Vorderseite (110) des Halbleiterkörpers angeordnet ist und sich zumindest teilweise entlang einem Verlauf eines lateralen Umfangs (1-20) des aktiven Gebiets (1-2) erstreckt, - mehrere Steuergräben (14), die entlang einer ersten lateralen Richtung (X) parallel zueinander angeordnet sind und sich entlang einer von der Vorderseite (110) zu der Rückseite (120) weisenden Vertikalrichtung (Z) in den Halbleiterkörper (10) erstrecken, wobei jeder Steuergraben (14) - eine Streifenkonfiguration aufweist, die sich von einem jeweiligen ersten Bereich des lateralen Umfangs (1-20) entlang einer zweiten lateralen Richtung (Y) zu einem jeweiligen zweiten Bereich des lateralen Umfangs (1-20) gegenüber dem jeweiligen ersten Bereich erstreckt, wobei die erste laterale Richtung (X) senkrecht zu der zweiten lateralen Richtung (Y) verläuft; und - eine isolierte Steuerelektrode (141), die dazu konfiguriert ist, über die Steuerungs-Runner-Struktur (131) ein Steuersignal zum Steuern des IGBT-Bereichs (1-21) zu empfangen, aufnimmt; wobei: - jeder der Steuergräben (14) entlang seiner jeweiligen Erstreckung in der zweiten lateralen Richtung (Y) durch höchstens einen einzigen der Diodenbereiche (1-22) nicht mehr als einmal unterbrochen ist, - innerhalb der lateralen Fläche des aktiven Gebiets (1-2) die Diodenbereiche (1-22) weder sich selbst noch horizontale Projektionen derselben entlang der zweiten lateralen Richtung (Y) überlappen; und - innerhalb der lateralen Fläche des aktiven Gebiets (1-2) sich keine horizontalen Projektionen von mindestens zwei der Diodenbereiche (1-22) entlang der ersten lateralen Richtung (X) überlappen.
  2. RC-IGBT (1) nach Anspruch 1, wobei sich keiner der Steuergräben (14) in einen oder mehrere der Diodenbereiche (1-22) erstreckt.
  3. RC-IGBT (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der IGBT-Bereich (1-21) in dem aktiven Gebiet (1-2) durchgehend ist.
  4. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder der Diodenbereiche (1-22) von einem Teil des IGBT-Bereichs (1-21) umgeben ist.
  5. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich ein lateraler Abstand (xy1, xy2) zwischen beliebigen der Diodenbereiche (1-22) und einem anderen der Diodenbereiche (1-22) bzw. zwischen beliebigen der Diodenbereiche (1-22) und dem Randabschlussgebiet (1-3) mindestens die Halbleiterkörperdicke (d) beträgt.
  6. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder von mindestens zwei der Diodenbereiche (1-22) eine laterale Erstreckung entlang der ersten lateralen Richtung (X) von mindestens dem Fünffachen der Halbleiterkörperdicke (d) aufweist.
  7. RC-IGBT (1) nach Anspruch 6, wobei jeder der mindestens zwei Diodenbereiche (1-22) ferner eine laterale Erstreckung entlang der zweiten lateralen Richtung (Y) von mindestens dem Fünffachen der Dicke (d) des Halbleiterkörpers (10) aufweist.
  8. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die laterale Gesamtfläche der Diodenbereiche (1-22) einen Teil von 5% bis 40% der gesamten lateralen Fläche sowohl der Diodenbereiche (1-22) als auch des IGBT-Bereichs (1-21) bildet.
  9. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder der Diodenbereiche (1-22) eine laterale Fläche und einen die laterale Fläche definierenden Umfang aufweist, wobei jeder Diodenbereich (1-22) der Beziehung entspricht, dass das Quadrat des Umfangs dividiert durch die Fläche kleiner gleich 20 ist.
  10. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuergräben (14) aus nicht unterbrochenen Steuergräben und Steuergräben, die durch einen jeweiligen der Diodenbereiche (1-22) einmal unterbrochen sind, bestehen, wobei sich die Steuerelektroden (141) in den nicht unterbrochenen Steuergräben entlang der zweiten lateralen Richtung (Y) durchgehend erstrecken und die Steuerelektroden (141) in den unterbrochenen Steuergräben in eine erste Steuerelektrode (1411) in einem ersten Steuergrabenteil bezüglich der zweiten lateralen Richtung (Y) vor dem jeweiligen Diodenbereich (1-22) und in eine zweite Steuerelektrode (1412) in einem zweiten Steuergrabenteil bezüglich der zweiten lateralen Richtung (Y) hinter dem jeweiligen Diodenbereich (1-22) unterteilt sind, wobei: - jede der Steuerelektroden (141, 1411, 1412) in den unterbrochenen Steuergräben (14) und in den nicht unterbrochenen Steuergräben (14) an ihren beiden jeweiligen lateralen Enden mittels einer jeweiligen ersten elektrisch leitenden Struktur, die sich entlang der ersten lateralen Richtung (X) erstreckt, und einer jeweiligen zweiten elektrisch leitenden Struktur, die sich entlang der ersten lateralen Richtung (X) erstreckt, mit einem Potenzial des Steueranschlusses (13) elektrisch verbunden ist.
  11. RC-IGBT (1) nach Anspruch 10, wobei bei den nicht unterbrochenen Steuergräben sowohl die erste elektrisch leitende Struktur als auch die zweite elektrisch leitende Struktur mittels der Steuerungs-Runner-Struktur (131) implementiert sind.
  12. RC-IGBT (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei bei den unterbrochenen Steuergräben eine von der ersten elektrisch leitenden Struktur und der zweiten elektrisch leitenden Struktur mittels der Steuerungs-Runner-Struktur (131) implementiert ist und die andere von der ersten elektrisch leitenden Struktur und der zweiten elektrisch leitenden Struktur mittels einer Quergrabenstruktur (18), die in der Nähe des Diodenbereichs (1-22) angeordnet ist und sich zumindest teilweise entlang der ersten lateralen Richtung (X) erstreckt, implementiert ist.
  13. RC-IGBT (1) nach Anspruch 12, wobei die Quergrabenstruktur (18) eine Quergrabenelektrode (181) beinhaltet, die die ersten Steuerelektroden (1411) von zwei benachbarten unterbrochenen Steuergräben (14) vor dem Diodenbereich (1-22) elektrisch verbindet.
  14. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend, mindestens in dem IGBT-Bereich (1-21), mehrere Source-Gräben (16), die entlang der ersten lateralen Richtung (X) parallel zueinander angeordnet sind und sich entlang der Vertikalrichtung (Z) in den Halbleiterkörper (10) erstrecken, wobei jeder Source-Graben (16) - eine Streifenkonfiguration aufweist, die sich von einem jeweiligen ersten Bereich des lateralen Umfangs (1-20) entlang der zweiten lateralen Richtung (Y) zu einem jeweiligen zweiten Bereich des lateralen Umfangs (1-20) gegenüber dem jeweiligen ersten Bereich erstreckt, und - eine isolierte Source-Elektrode (161), die mit dem Potenzial des ersten Lastanschlusses (11) elektrisch verbunden ist, aufnimmt.
  15. RC-IGBT (1) nach Anspruch 12 oder 13 und nach Anspruch 14, wobei mindestens einer der Source-Gräben (16) durch einen der Diodenbereiche (1-22) unterbrochen ist, wobei der Source-Graben (16) zwischen zwei unterbrochenen Steuergräben (14) angeordnet ist, wobei die Quergrabenstruktur (18) von einem Ende des Source-Grabens (16) entlang der zweiten lateralen Richtung (Y) versetzt ist.
  16. RC-IGBT (1) nach Anspruch 14 oder 15, wobei sich keiner der Source-Gräben (16) in einen oder mehrere der Diodenbereiche (1-22) erstreckt und/oder wobei jeder der Source-Gräben (16) entlang seiner jeweiligen Erstreckung in der zweiten lateralen Richtung (Y) nicht mehr als einmal durch höchstens einen einzigen der Diodenbereiche (1-22) unterbrochen ist.
  17. RC-IGBT (1) nach Anspruch 14 oder 15, wobei sich einer oder mehrere der Source-Gräben (16) in eine oder mehrere der Diodenbereiche (1-22) erstrecken.
  18. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Diodenbereich (1-22) mittels einer im Wesentlichen durchgehenden Struktur (15), die mit dem Potenzial des ersten Lastanschlusses (11) elektrisch verbunden ist, von dem IGBT-Bereich (1-21) getrennt ist.
  19. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Diodenbereich (1-22) von einem beliebigen Halbleitergebiet (101) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, das mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist, um einen Abstand (dxy) von mindestens 5 µm lateral versetzt ist.
  20. Verfahren zum Herstellen eines RC-IGBTs (1), das das Bilden der folgenden Komponenten des RC-IGBTs (1) umfasst: - eines aktiven Gebiets (1-2) mit einem IGBT-Bereich (1-21) und einer Mehrzahl von mindestens drei Diodenbereichen (1-22); - eines Randabschlussgebiets (1-3), das das aktive Gebiet (1-2) umgibt; - eines Halbleiterkörpers (10), der sich sowohl im aktiven Gebiet (1-2) als auch im Randabschlussgebiet (1-3) erstreckt und eine Vorderseite (110) und eine Rückseite (120) aufweist, wobei der Halbleiterkörper (10) eine Dicke (d) aufweist, wobei die Dicke (d) der Abstand entlang der Vertikalrichtung (Z) von der Vorderseite (110) zu der Rückseite (120) in einem der Diodenbereiche (1-22) ist; - eines ersten Lastanschlusses (11) und eines Steueranschlusses (13), beide an der Halbleiterkörpervorderseite (110), und eines zweiten Lastanschlusses (12) an der Halbleiterkörperrückseite (12), wobei - jeder der Diodenbereiche (1-22) zum Leiten eines Diodenlaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) konfiguriert ist; und - der IGBT-Bereich (1-21) zum Leiten eines Vorwärtslaststroms zwischen dem zweiten Lastanschluss (12) und dem ersten Lastanschluss (11) konfiguriert ist; - der Steueranschluss (13) mit einer elektrisch leitenden Steuerungs-Runner-Struktur (131), die an der Vorderseite (110) des Halbleiterkörpers angeordnet ist und sich zumindest teilweise entlang einem Verlauf eines lateralen Umfangs (1-20) des aktiven Gebiets (1-2) erstreckt, elektrisch verbunden ist. - mehrerer Steuergräben (14), die entlang einer ersten lateralen Richtung (X) parallel zueinander angeordnet sind und sich entlang einer von der Vorderseite (110) zu der Rückseite (120) weisenden Vertikalrichtung (Z) in den Halbleiterkörper (10) erstrecken, wobei jeder Steuergraben (14) - eine Streifenkonfiguration aufweist, die sich von einem jeweiligen ersten Bereich des lateralen Umfangs (1-20) entlang einer zweiten lateralen Richtung (Y) zu einem jeweiligen zweiten Bereich des lateralen Umfangs (1-20) gegenüber dem jeweiligen ersten Bereich erstreckt, wobei die erste laterale Richtung (X) senkrecht zu der zweiten lateralen Richtung (Y) verläuft; und - eine isolierte Steuerelektrode (141) aufnimmt, die dazu konfiguriert ist, über die Steuerungs-Runner-Struktur (131) ein Steuersignal zum Steuern des IGBT-Bereichs (1-21) zu empfangen; wobei das Herstellungsverfahren das Befolgen einer Konstruktionsregel umfasst, gemäß der: - jeder der Steuergräben (14) entlang seiner jeweiligen Erstreckung in der zweiten lateralen Richtung (Y) durch höchstens einen einzigen der Diodenbereiche (1-22) nicht mehr als einmal unterbrochen ist, - innerhalb der lateralen Fläche des aktiven Gebiets (1-2) sich weder die Diodenbereiche (1-22) selbst lateral noch horizontale Projektionen derselben entlang der zweiten lateralen Richtung (Y) überlappen; und - innerhalb der lateralen Fläche des aktiven Gebiets (1-2) sich keine horizontalen Projektionen von mindestens zwei der Diodenbereiche (1-22) entlang der ersten lateralen Richtung (X) überlappen.
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