DE102020124901A1 - RC-IGBT, Verfahren zum Produzieren eines RC-IGBT und Verfahren zum Steuern eines Halbbrückenschaltkreises - Google Patents

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Abstract

Ein RC-IGBT (1) umfasst ein aktives Gebiet (1-2) mit einem IGBT-Abschnitt (1-21) und einem Diodenabschnitt (1-22). Es gibt mehrere IGBT-Steuerelektroden (141) in mehreren Steuergräben (14, 15) des mehrere IGBT-Steuerelektroden (1) und, elektrisch von den IGBT-Steuerelektroden (141) isoliert, mehrere Plasmasteuerelektroden (151), wobei jede der IGBT-Steuerelektroden (141) und Plasmasteuerelektroden (151) elektrisch von den beiden Lastanschlüssen als (11, 12) des mehrere IGBT-Steuerelektroden (1) isoliert ist. Der IGBT-Abschnitt (1-21) beinhaltet sowohl eine erste Teilmenge der IGBT-Steuerelektroden (141) als auch eine erste Teilmenge der Plasmasteuerelektroden (151). Der Diodenabschnitt (1-22) beinhaltet eine zweite Teilmenge der Plasmasteuerelektroden (151).

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Schrift bezieht sich auf Ausführungsformen einer Leistungshalbleitervorrichtung und auf Ausführungsformen eines Verfahrens zum Verarbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung. Insbesondere betrifft diese Schrift Ausführungsformen eines RC-IGBT, Ausführungsformen eines entsprechenden RC-IGBT-Produktionsverfahren und Ausführungsformen eines Verfahrens zum Betreiben eines Leistungshalbleiterhalbbrückenschaltkreises, der einen ersten RC-IGBT und einen zweiten RC-IGBT umfasst. Die hier beschriebenen RC-IGBTs sind mit wenigstens zwei Arten von Steuerelektroden ausgestattet.
  • HINTERGRUND
  • Viele Funktionen moderner Vorrichtungen in Automobil-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie etwa das Umwandeln elektrischer Energie und das Antreiben eines Elektromotors oder einer Elektromaschine, hängen von Leistungshalbleiterschaltern ab. Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) und Dioden, um nur einige zu nennen, werden zum Beispiel für verschiedenste Anwendungen verwendet, einschließlich unter anderem für Schalter in Leistungsversorgungen und Leistungswandlern.
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung umfasst üblicherweise einen Halbleiterkörper, der dazu konfiguriert ist, einen Vorwärtslaststrom entlang eines Laststrompfads zwischen zwei Lastanschlüssen der Vorrichtung zu leiten.
  • Ferner kann im Fall einer steuerbaren Leistungshalbleitervorrichtung, z. B. eines Transistors, der Laststrompfad mittels einer isolierten Elektrode gesteuert werden, die üblicherweise als Gate-Elektrode bezeichnet wird. Zum Beispiel kann die Steuerelektrode beim Empfangen eines entsprechenden Steuersignals, z. B. 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 z. B. eine Streifenkonfiguration oder eine Nadelkonfiguration aufweisen kann.
  • Manche Leistungshalbleitervorrichtungen können ferner eine Rückwärtsleitfähigkeit bereitstellen; während eines rückwärts leitenden Zustands leitet die Leistungshalbleitervorrichtung einen Rückwärtslaststrom. Solche Vorrichtungen können derart gestaltet werden, dass die Vorwärtslaststromfähigkeit (in Bezug auf einen Betrag) im Wesentlichen gleich der Rückwärtslaststromfähigkeit ist.
  • Eine typische Vorrichtung, die sowohl eine Vorwärts- als auch Rückwärtslaststromfähigkeit bereitstellt, ist der Rückwärtsleitung(RC: Reverse Conducting)-IGBT. Typischerweise ist für einen RC-IGBT der vorwärts leitende Zustand steuerbar, z. B. durch Liefern eines entsprechenden Signals an die Gate-Elektrode, und ist der rückwärts leitende Zustand typischerweise nicht steuerbar, aber aufgrund einer oder mehreren Diodenstrukturen in dem RC-IGBT nimmt der RC-IGBT den rückwärts leitenden Zustand automatisch an, falls eine Rückwärtsspannung an den Lastanschlüssen vorhanden ist.
  • Es ist natürlich möglich, eine Rückwärtsstromfähigkeit mittels einer separaten Diode bereitzustellen; z. B. einer Diode, die antiparallel zu einem regulären (nicht rückwärtsleitenden) IGBT bereitgestellt ist. Die hier beschriebenen Ausführungsformen betreffen jedoch die Variante, bei der sowohl die IGBT-Struktur als auch die Diodenstruktur monolithisch innerhalb desselben Chips integriert sind.
  • Ein hoher Grad einer Steuerbarkeit eines RC-IGBT ist gewünscht, um den RC-IGBT sicher und effizient zu betreiben. Dies gilt insbesondere dann, wenn zwei RC-IGBTs verwendet werden, um einen Leistungshalbleiterhalbbrückenschaltkreis, z. B. als Teil einer Schaltkreistopologie eines größeren Haushaltsgeräts, eines Mehrzweckantriebs, eines Elektroantriebsstrangs, eines Servoantriebs, einer Zugmaschine, einer (höheren) Leistungsübertragungsanlage, zu bilden.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein RC-IGBT Folgendes: ein aktives Gebiet mit einem IGBT-Abschnitt und einem Diodenabschnitt; einen Halbleiterkörper, der eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist; einen ersten Lastanschluss auf der ersten Seite und einen zweiten Lastanschluss auf der zweiten Seite; mehrere Steuergräben, die parallel zueinander entlang einer ersten lateralen Richtung angeordnet sind und sich entlang einer zweiten Richtung in den Halbleiterkörper hinein erstrecken, wobei sich die mehreren Steuergräben in sowohl den IGBT-Abschnitt als auch den Diodenabschnitt hinein erstrecken; mehrere IGBT-Mesas und mehreren Diodenmesas in dem Halbleiterkörper, wobei jeder wenigstens mancher der Mesas durch wenigstens einen der Steuergräben lateral entlang der ersten Lateralrichtung begrenzt ist; mehrere IGBT-Steuerelektroden in den mehreren Steuergräben und, elektrisch von den IGBT-Steuerelektroden isoliert, mehrere Plasmasteuerelektroden, wobei jede der IGBT-Steuerelektroden und Plasmasteuerelektroden elektrisch von sowohl dem ersten Lastanschluss als auch dem zweiten Lastanschluss isoliert ist. Der IGBT-Abschnitt beinhaltet sowohl eine erste Teilmenge der IGBT-Steuerelektroden als auch eine erste Teilmenge der Plasmasteuerelektroden. Der Diodenabschnitt beinhaltet eine zweite Teilmenge der Plasmasteuerelektroden.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungshalbleiterhalbbrückenschaltkreises präsentiert, der einen ersten RC-IGBT gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform und einen zweiten RC-IGBT gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform umfasst. Das Verfahren umfasst Folgendes: Liefern eines ersten IGBT-Steuersignals an die mehreren IGBT-Steuerelektroden des ersten RC-IGBT und Liefern eines ersten Plasmasteuersignals an die mehreren Plasmasteuerelektroden des ersten RC-IGBT; und Liefern eines zweiten IGBT-Steuersignals an die mehreren IGBT-Steuerelektroden des zweiten RC-IGBT und Liefern eines zweiten Plasmasteuersignals an die mehreren Plasmasteuerelektroden des zweiten RC-IGBT.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Bilden eines RC-IGBT Bilden von folgenden Komponenten: ein aktives Gebiet mit einem IGBT-Abschnitt und einem Diodenabschnitt; einen Halbleiterkörper, der eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist; einen ersten Lastanschluss auf der ersten Seite und einen zweiten Lastanschluss auf der zweiten Seite; mehrere Steuergräben, die parallel zueinander entlang einer ersten lateralen Richtung angeordnet sind und sich entlang einer zweiten Richtung in den Halbleiterkörper hinein erstrecken, wobei sich die mehreren Steuergräben in sowohl den IGBT-Abschnitt als auch den Diodenabschnitt hinein erstrecken; mehrere IGBT-Mesas und mehreren Diodenmesas in dem Halbleiterkörper, wobei jeder wenigstens mancher der Mesas durch wenigstens einen der Steuergräben lateral entlang der ersten Lateralrichtung begrenzt ist; mehrere IGBT-Steuerelektroden in den mehreren Steuergräben und, elektrisch von den IGBT-Steuerelektroden isoliert, mehrere Plasmasteuerelektroden, wobei jede der IGBT-Steuerelektroden und Plasmasteuerelektroden elektrisch von sowohl dem ersten Lastanschluss als auch dem zweiten Lastanschluss isoliert ist. Der IGBT-Abschnitt beinhaltet sowohl eine erste Teilmenge der IGBT-Steuerelektroden als auch eine erste Teilmenge der Plasmasteuerelektroden. Der Diodenabschnitt beinhaltet eine zweite Teilmenge der Plasmasteuerelektroden.
  • Zusätzliche Merkmale und Vorteile werden für einen Fachmann bei der Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung und bei der Betrachtung der begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
  • Figurenliste
  • Die Teile in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen wird Wert auf die Veranschaulichung von Prinzipien der Erfindung gelegt. Zudem bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile. In den Zeichnungen gilt:
    • 1 veranschaulicht einen Abschnitt einer horizontalen Projektion eines RC-IGBT gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft;
    • 2 veranschaulicht einen Abschnitt eine vereinfachte Repräsentation eines RC-IGBT gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft;
    • 3-4 veranschaulichen einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines IGBT-Abschnitts eines RC-IGBT gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft;
    • 4 veranschaulicht einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Diodenabschnitts eines RC-IGBT gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft;
    • 5-10 veranschaulichen jeweils einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines RC-IGBT gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft;
    • 11 veranschaulicht einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines vertikalen Querschnitts und eines Abschnitts einer horizontalen Projektion eines RC-IGBT gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft;
    • 12 veranschaulicht eine Strom-Spannung-Kennlinie in Bezug auf ein erstes Steuerpotential und ein zweites Steuerpotential eines RC-IGBT gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft; und
    • 13-18 veranschaulichen RC-IGBT-Steuerverfahren schematisch und beispielhaft.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen spezielle Ausführungsformen als Veranschaulichung gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann.
  • In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „unterhalb“, „vor“, „hinter“, „rück“, „führend“, „folgend“, „oberhalb“ usw. unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Weil Teile von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist in keiner Weise beschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist daher nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
  • Es wird nun ausführlich auf unterschiedliche Ausführungsformen Bezug genommen, von welchen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren veranschaulicht sind. Jedes Beispiel wird als Erklärung bereitgestellt und soll die Erfindung nicht beschränken. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben werden, auf andere Ausführungsformen angewandt oder mit diesen kombiniert werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Die vorliegende Erfindung soll solche Modifikationen und Variationen einschließen. Die Beispiele werden unter Gebrauch einer speziellen Sprache beschrieben, die nicht als den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche beschränkend ausgelegt werden soll. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich veranschaulichenden Zwecken. Der Klarheit halber wurden in den verschiedenen Zeichnungen die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • Der Ausdruck „horizontal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder einer Halbleiterstruktur beschreiben. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Halbleiterwafers oder eines Die oder eines Chips sein. Sowohl die unten erwähnte erste laterale Richtung X als auch die hier erwähnte zweite laterale Richtung Y können zum Beispiel horizontale Richtungen sein, wobei die erste laterale Richtung X und die zweite laterale Richtung Y senkrecht zueinander sein können.
  • Der Ausdruck „vertikal“, wie in dieser Beschreibung verwendet, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der horizontalen Oberfläche ausgerichtet ist, d. h. parallel zu der Normalenrichtung der Oberfläche des Halbleiterwafers/-chips/-Die. Die hier erwähnte vertikale Richtung Z kann zum Beispiel eine Ausdehnungsrichtung sein, die sowohl zu der ersten lateralen Richtung X als auch zu der zweiten lateralen Richtung Y senkrecht ist.
  • In dieser Schrift wird n-dotiert als ein „erster Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet wohingegen p-dotiert als ein „zweiter Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet wird. Alternativ dazu können umgekehrte Dotierungsbeziehungen eingesetzt werden, so dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann.
  • Im Kontext der vorliegenden Beschreibung sollen die Ausdrücke „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, Anteilen oder Teilen einer Halbleitervorrichtung oder zwischen verschiedenen Anschlüssen eines oder mehrerer Bauelemente oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Anteil oder einem Teil einer Halbleitervorrichtung vorliegt. Ferner soll der Ausdruck „in Kontakt“ in dem Zusammenhang der vorliegenden Patentschrift beschreiben, dass eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen der entsprechenden Halbleitervorrichtung vorliegt; z. B. beinhaltet ein Übergang zwischen zwei miteinander in Kontakt stehenden Elementen möglicherweise kein weiteres Zwischenelement oder dergleichen.
  • Zusätzlich wird in dem Kontext der vorliegenden Patentschrift der Ausdruck „elektrische Isolation“ im Kontext seines allgemein gültigen Verständnisses, falls nicht anderweitig angegeben, verwendet und soll somit beschreiben, dass sich zwei oder mehrere Komponenten getrennt voneinander befinden und dass es keine ohmsche Verbindung gibt, die diese Komponenten verbindet. Jedoch können Komponenten, die elektrisch voneinander isoliert sind, trotzdem miteinander gekoppelt, beispielsweise mechanisch gekoppelt und/oder kapazitiv gekoppelt und/oder induktiv gekoppelt, sein. Um ein Beispiel anzuführen, können zwei Elektroden eines Kondensators elektrisch voneinander isoliert sein und können gleichzeitig mechanisch und kapazitiv miteinander gekoppelt sein, z. B. mittels einer Isolierung, z. B. eines Dielektrikums.
  • Spezielle in dieser Beschreibung beschriebene Ausführungsformen betreffen einen RC-IGBT, der eine Streifen- oder Nadelzellenkonfiguration aufweist, z. B. einen RC-IGBT, der innerhalb eines Leistungswandlers oder einer Leistungsversorgung zu verwenden ist. Dementsprechend kann ein solcher RC-IGBT bei einer Ausführungsform dazu konfiguriert sein, einen Laststrom zu führen, der jeweils einer Last zugeführt werden soll und/oder der entsprechend von einer Stromversorgung bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann der RC-IGBT mehrere Leistungshalbleiterzellen, wie etwa 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 darstellen, das innerhalb eines aktiven Gebiets des RC-IGBT angeordnet ist.
  • Der Ausdruck „RC-IGBT“, wie in dieser Beschreibung verwendet, soll eine Leistungshalbleitervorrichtung auf einem einzigen Chip mit hohen Spannungssperr- und/oder hohen Stromführungsfähigkeiten beschreiben. Mit anderen Worten sind hier beschriebene Ausführungsformen des RC-IGBT Einzelchipleistungshalbleitervorrichtungen, die für hohen Strom, typischerweise in dem Amperebereich, z. B. bis zu einigen Ampere oder bis zu einigen zehn oder hundert Ampere, und/oder hohen Spannungen, typischerweise 100 V und mehr, z. B. bis zu wenigstens 400 V oder sogar mehr, z. B. bis zu wenigstens 3 kV oder sogar bis zu 10 kV oder mehr, konfiguriert sind.
  • Zum Beispiel kann der unten beschriebene RC-IGBT eine Einzelchipleistungshalbleitervorrichtung sein, die eine Streifenzellenkonfiguration aufweist und dazu konfiguriert ist, als eine Leistungskomponente in einer Nieder-, Mitte- und/oder Hochspannungsanwendung eingesetzt zu werden. Einige Einzelchipleistungs-RC-IGBTs können in ein Modul integriert sein, so dass sie ein RC-IGBT-Modul bilden, z. B. zur Installation und Verwendung in Nieder-, Mittel- und/oder Hochspannungsanwendung, wie etwa ein größeres Haushaltsgerät, ein Mehrzweckantrieb, ein Elektroantriebsstrang, ein Servoantrieb, eine Zugmaschine, eine (höhere) Leistungsübertragungsanlage usw.
  • Zum Beispiel bezieht sich der Ausdruck „RC-IGBT“, wie in dieser Schrift verwendet, nicht auf eine logische Halbleitervorrichtung, die für z. B. Speichern von Daten, Berechnen von Daten und/oder andere Arten von halbleiterbasierter Datenverarbeitung verwendet werden.
  • 1 veranschaulicht einen Abschnitt einer horizontalen Projektion eines RC-IGBT 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen auf vereinfachte Weise schematisch und beispielhaft. Der RC-IGBT 1 kann zum Beispiel ein Einzelchip-IGBT sein. Einige solche Einzelchip-RC-IGBTs können in ein Leistungshalbleitermodul integriert sein. z. B. in einer Konfiguration, die einen Leistungshalbleiterhalbbrückenschaltkreis 2 bildet, wie schematisch in 13, 14 und 16 veranschaulicht ist.
  • Zum Beschreiben der Konfiguration des RC-IGBT 1 wird nachfolgend auch auf 2-4 Bezug genommen.
  • Der RC-IGBT 1 umfasst ein aktives Gebiet 1-2 mit einem oder mehreren Diodenabschnitten 1-22 und einem oder mehreren IGBT-Abschnitten 1-21. Sowohl der eine oder die mehreren Diodenabschnitte 1-22 als auch der eine oder die mehreren IGBT-Abschnitte 1-21 sind innerhalb desselben Chips des RC-IGBT 1 integriert.
  • Ein Randabschlussgebiet 1-3 umgibt das aktive Gebiet 1-2. Das Randabschlussgebiet 1-3 ist außerhalb des aktiven Gebiets 1-2 angeordnet. Das Randabschlussgebiet 1-3 wird lateral durch einen Rand 1-4 abgeschlossen. Das Randabschlussgebiet 1-4 kann den Chiprand der Leistungshalbleitervorrichtung 1 bilden, der z. B. von einem Zerteilungs-/Sägeverarbeitungsschritt stammt.
  • Bei einer Ausführungsform definiert die vertikale Projektion eines lateralen Umfangs 1-20 des aktiven Gebiets 1-2 die Grenze zwischen dem aktiven Gebiet 1-2 und dem Randabschlussgebiet 1-3.
  • Wie hier verwendet, haben die Begriffe „Randabschlussgebiet“ und „aktives Gebiet“ die jeweilige technische Bedeutung, die ein Fachmann typischerweise im Kontext von Leistungshalbleitervorrichtungen, wie etwa RC-IGBTs, damit assoziiert. Das heißt, das aktive Gebiet 1-2 ist primär zu Vorwärtslaststrom(d. h. „IGBT-Laststrom“)- und Rückwärtslaststrom(d. h. „Diodenlaststrom“)-Leitungs- und Schaltzwecken konfiguriert, wohingegen das Randabschlussgebiet 1-3 primär Funktionen bezüglich zuverlässiger Sperrfähigkeiten, einer angemessenen Führung des elektrischen Feldes, manchmal auch Ladungsträgerableitungsfunktionen und/oder anderer Funktionen bezüglich Schutz und angemessenem Abschluss des aktiven Gebiets 1-2 erfüllt.
  • Die vorliegende Schrift betrifft die Konfiguration des aktiven Gebiets 1-2 und ein Verfahren zum Steuern eines RC-IGBT mit einer solchen Konfiguration des aktiven Gebiets 1-2.
  • Wie unten ausführlicher erläutert wird, kann der RC-IGBT 1 in dem aktiven Gebiet 1-2 den (die) IGBT-Abschnitt(e) 1-21 und den (die) Diodenabschnitt(e) 1-22 umfassen. Die unterschiedlichen Abschnitte 1-21 und 1-22 können lateral innerhalb des aktiven Gebiets 1-2 verteilt sein, wobei Beispiele für eine solche Verteilung in den anhängigen deutschen Patentanmeldungen DE 10 2019 125 007.2 und DE 10 2020 107 277.5 beschrieben sind.
  • Bei einer Ausführungsform besteht das aktive Gebiet 1-2 aus dem (den) Diodenabschnitt(en) 1-22 und (einem) IGBT-Abschnitt(en) 1-21.
  • Gemäß einer oder mehreren hier beschriebenen Ausführungsformen ist keiner der Diodenabschnitte 1-22 in den IGBT-Abschnitt 1-21 integriert; daher sind bei einer solchen Ausführungsform die Diodenabschnitte 1-22 und der IGBT-Abschnitt 1-21 nicht miteinander vermischt. Zum Beispiel umfassen die Diodenabschnitte 1-22 bei einer Ausführungsform keinerlei Halbleiter-Source-Gebiete (Bezugsziffer 101) des ersten Leitfähigkeitstyps, die elektrisch mit dem ersten Lastanschluss (Bezugsziffer 11) verbunden sind und angrenzend an einen jeweiligen der Steuergräben 14 angeordnet sind.
  • Zum Beispiel stellen die Diodenabschnitte 1-22 (die nicht in den IGBT-Abschnitt 1-21 integriert/mit diesem vermischt sind und die nicht über Source-Gebiete 101 des ersten Leitfähigkeitstyps bei einer Ausführungsform elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden sind) einen erheblichen Teil des aktiven Gebiets 1-2 dar. Daher kann jeder der hier erwähnten Diodenabschnitte 1-22 ein „größerer Nur-Diode“-Teil des aktiven Gebiets 1-2 gemäß einer Ausführungsform sein. Zum Beispiel kann wenigstens 1/5 oder wenigstens 1/4 oder wenigstens 1/3 des aktiven Gebiets 1-2 durch den (die) Diodenabschnitt(e) 1-22 belegt werden und der Rest des aktiven Gebiets 1-2 kann durch den (die) IGBT-Abschnitt(e) 1-21 belegt werden.
  • Unabhängig von der gewählten lateralen räumlichen Verteilung des IGBT-Abschnitts 1-21 und der Diodenabschnitte 1-22 kann sichergestellt werden, dass mit Bezug auf ein Volumen des aktiven Gebiets 1-2 das Verhältnis zwischen der Gesamtheit des IGBT-Abschnitts 1-21 und der Gesamtheit der Diodenabschnitte 1-22 wenigstens 1,5:1 bzw. wenigstens 2:1 beträgt, d. h. größer oder gleich 2:1 ist. Das gewählte Verhältnis kann von der Abwendung abhängen, in der die Leistungshalbleitervorrichtung 1 eingesetzt wird. Zum Beispiel kann unabhängig von der gewählten lateralen räumlichen Verteilung der IGBT-Abschnitte 1-21 und der Diodenabschnitte 1-22 kann sichergestellt werden, dass mit Bezug auf ein Volumen des aktiven Gebiets 1-2 das Verhältnis zwischen dem (den) IGBT-Abschnitt(en) 1-21 und dem (den) Diodenabschnitt(en) 1-22 größer als 3:1 oder größer als 5:1 ist.
  • Bei einer Ausführungsform können wenigstens 75 % des Gesamtvolumens des aktiven Gebiets 1-2 zum Bilden des IGBT-Abschnitts (der IGBT-Abschnitte) 1-21 belegt werden und können die verbleibenden 25 % (oder ein geringerer prozentualer Anteil) des aktiven Gebiets 1-2 zum Bilden des Diodenabschnitts (der Diodenabschnitte 1-22) eingesetzt werden.
  • Des Weiteren kann es ein jeweiliges (nicht veranschaulichtes) Übergangsgebiet geben, das zwischen einem jeweiligen des Diodenabschnitts (der Diodenabschnitte) 1-22 und einem jeweiligen des IGBT-Abschnitts (der IGBT-Abschnitte) 1-21 angeordnet ist. Jedes des einen oder der mehreren Übergangsgebiete ist zum Beispiel nicht mit einem Halbleiter-Source-Gebiet ausgestattet und weist eine vergleichsweise niedrige Anodenemittereffizienz (zum Beispiel durch Aufzeigen einer höheren Dotierungsstoffkonzentration in seinem Teil des (weiter unten genannten) optionalen Barrieregebiets 105 im Vergleich zu einem jeweiligen Teil davon in dem (den) Diodenabschnitt(en) 1-22) gemäß einer Ausführungsform auf.
  • Falls ein oder mehrere Übergangsgebiete bereitgestellt ist/sind, ist der dadurch belegte Teil kleiner als 20 %, kleiner als 10 % oder sogar kleiner als 5 % der gesamten lateralen Fläche (horizontale Querschnittsfläche) des aktiven Gebiets 1-2 gemäß einer Ausführungsform.
  • Bei einer Ausführungsform bildet die gesamte laterale Fläche (horizontale Querschnittsfläche) der Diodenabschnitte 1-22 einen Teil von 5 % bis 40 % oder einen Teil von 15 % bis 35 % der gesamten lateralen Fläche (horizontale Querschnittsfläche) sowohl der Diodenabschnitte 1-22 als auch des IGBT-Abschnitts 1-21. Die lateralen Flächen können auf einer ersten Seite 110 eines Halbleiterkörpers 10 bestimmt werden, die eine Vorderseite sein kann.
  • Des Weiteren kann jeder der Diodenabschnitte 1-22 eine laterale Fläche und einen Umfang, der die laterale Fläche definiert, aufweisen, wobei jeder Diodenabschnitt 1-22 die Beziehung befolgt, dass das Quadrat des Umfangs geteilt durch die Fläche kleiner oder gleich 40 oder kleiner oder gleich 30 ist.
  • Nachfolgend wird auch auf „den“ Diodenabschnitt 1-22 und „den“ IGBT-Abschnitt 1-21 Bezug genommen. Es versteht sich, dass die unten mit Bezug auf diese Abschnitte 1-21 und 1-22 bereitgestellte Erklärung auf jeden IGBT-Abschnitt 1-21 bzw. jeden Diodenabschnitt 1-22 zutreffen kann, die in dem aktiven Gebiet 1-2 bereitgestellt sind. Falls zum Beispiel ein IGBT-Abschnitt 1-21 bereitgestellt ist, kann jeder IGBT-Abschnitt 1-21 gleich konfiguriert sein (wobei sich zum Beispiel die IGBT-Abschnitte 1-21 bezüglich der gesamten lateralen Ausdehnung unterscheiden können oder identische gesamte laterale Ausdehnungen aufweisen können). Falls mehrere Diodenabschnitte 1-22 bereitgestellt ist, kann jeder Diodenabschnitt 1-22 gleich konfiguriert sein (wobei sich zum Beispiel die Diodenabschnitte 1-22 bezüglich der gesamten lateralen Ausdehnung unterscheiden können oder identische gesamte laterale Ausdehnungen aufweisen können).
  • Nun auch unter Bezugnahme auf 2 kann sich der Halbleiterkörper 10 des RC-IGBT 1 in sowohl dem aktiven Gebiet 1-2 als auch dem Randabschlussgebiet 1-3 erstrecken und weist eine erste Seite (hier als Vorderseite bezeichnet) 110 und eine zweite Seite (hier als Rückseite bezeichnet) 120 auf. Die Vorderseite 110 und die Rückseite 120 können den Halbleiterkörper 10 vertikal abschließen.
  • Eine Dicke d des Halbleiterkörpers 10 kann als die Entfernung in dem aktiven Gebiet 1-2 entlang der vertikale Richtung Z zwischen der Vorderseite 110 und der Rückseite 120 definiert werden.
  • In den lateralen Richtungen kann der Halbleiterkörper 10 durch den Rand 1-4 abgeschlossen werden (vergleiche 1). Des Weiteren 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.
  • Bei einer Ausführungsform beträgt eine gesamte laterale Ausdehnung des IGBT-Abschnitts 1-21 in der ersten lateralen Richtung X und/oder der zweiten lateralen Richtung Y wenigstens 50 % der Halbleiterkörperdicke d. Die gesamte laterale Ausdehnung des IGBT-Abschnitts 1-21 kann auch größer als 50 % der Dicke d, z. B. größer als 2*d oder sogar größer als 5*d sein.
  • Bei einer Ausführungsform beträgt eine gesamte laterale Ausdehnung der Diodenabschnitte 1-22 in der ersten lateralen Richtung X und/oder der zweiten lateralen Richtung Y die Halbleiterkörperdicke d oder wenigstens die Dicke eines Driftgebiets 100. Die gesamte laterale Ausdehnung des Diodenabschnitts 1-22 kann größer als d sein. Zum Beispiel weist die laterale Fläche (horizontale Querschnittsfläche) von jedem von wenigstens zwei der Diodenabschnitte 1-22 eine minimale laterale Ausdehnung entlang der ersten lateralen Richtung X und/oder entlang der zweiten lateralen Richtung Y, die wenigstens 50 % der Halbleiterkörperdicke d oder wenigstens 50 % der Driftgebietdicke beträgt.
  • Sowohl ein erster Lastanschluss 11 als auch ein IGBT-Steueranschluss 13-1 und ein Plasmasteueranschluss 13-2 können sich auf der Halbleiterkörpervorderseite 110 befinden und der zweite Lastanschluss 12 kann sich auf der Halbleiterrückseite 120 befinden.
  • Der IGBT-Abschnitt 1-21 ist zur Leitung eines Vorwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 konfiguriert, z. B. falls das elektrische Potential an dem zweiten Lastanschluss 12 größer als das elektrische Potential an dem ersten Lastanschluss 11 ist. Der Vorwärtslaststrom kann daher als ein IGBT-Laststrom betrachtet werden.
  • Der Diodenabschnitt 1-22 ist zur Leitung eines Diodenlaststroms (hier als „Rückwärtslaststrom“ bezeichnet) zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 konfiguriert, z. B. falls das elektrische Potential an dem zweiten Lastanschluss 12 niedriger als das elektrische Potential an dem ersten Lastanschluss 11 ist. Der Diodenlaststrom kann daher als ein Rückwärtslaststrom betrachtet werden.
  • Bei einer Ausführungsform kann der Diodenabschnitt 1-22, der den Diodenlaststrom leitet, räumlich von dem IGBT-Abschnitt 1-21 separiert werden, der den Vorwärtslaststrom leitet. Wie oben angegeben, ist der Diodenabschnitt 1-22 nicht Teil des IGBT-Abschnitts 1-21, sondern ist davon separiert, und beinhaltet keinerlei Source-Gebiet 101 des ersten Leitfähigkeitstyps, das mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden ist; stattdessen ist der Diodenabschnitt 1-22 ein „großes Ausschließlich-Diode-Gebiet“ des aktiven Gebiets 1-2 gemäß manchen Ausführungsformen.
  • Zum Beispiel überschneiden sich bei einer Ausführungsform ein Pfad des Vorwärtslaststroms, der in dem Halbleiterkörper 10 gebildet ist, und ein Pfad des Diodenlaststroms, der in dem Halbleiterkörper 10 gebildet ist, nicht beträchtlich. Zum Beispiel fließt kein oder weniger als 20 % oder sogar weniger als 10 % des Vorwärts(-IGBT)-Laststroms durch den (die) Diodenabschnitt(e) 1-22.
  • Des Weiteren ändert sich bei einer Ausführungsform der Stromfluss in dem Diodenabschnitt 1-22 um weniger als 50 % oder weniger als 30 % oder sogar weniger als 20 %, wenn das IGBT-Steuersignal geändert wird (z. B. das Steuersignal, das an die unten erwähnten Steuerelektroden 141 geliefert wird). Zum Beispiel ist der Diodenabschnitt 1-22 unabhängig von einem IGBT-Steuersignal (z. B. dem Steuersignal, das an die unten erwähnten Steuerelektroden 141 geliefert wird). Zum Beispiel kann der Diodenabschnitt 1-22 derart konfiguriert sein, dass er den Diodenlaststrom leitet, sobald das elektrische Potential (der typischen Polarität) an dem zweiten Lastanschluss 12 (wenigstens um die interne Diodenabschnittschwellenspannung) niedriger als das elektrische Potential des ersten Lastanschlusses 11 ist, unabhängig von dem IGBT-Steuersignal, das an den IGBT-Abschnitt 1-21 geliefert wird, das heißt unabhängig von dem aktuellen Potential der Steuerelektroden 141.
  • Gemäß der typischerweise mit RC-IGBTs assoziierten Terminologie kann das IGBT-Steuersignal 13-1 ein erster Gate-Anschluss sein, kann der zweite Plasmasteueranschluss 13-2 ein zweiter Gate-Anschluss sein, kann der erste Steueranschluss 11 ein Emitteranschluss sein und kann der zweite Lastanschluss 12 ein Kollektoranschluss sein.
  • Zum Beispiel umfasst der erste Lastanschluss 11 eine Vorderseitenmetallisierung und umfasst der zweite Lastanschluss 12 eine Rückseitenmetallisierung. Zum Beispiel ist der erste Lastanschluss 11 ein Emitteranschluss und ist der zweite Lastanschluss 12 ein Kollektoranschluss. Auf der Vorderseite 110 kann der Halbleiterkörper 10 an die Vorderseitenmetallisierung anschließen. Auf der Rückseite 120 kann der Halbleiterkörper 10 an die Rückseitenmetallisierung anschließen.
  • Bei einer Ausführungsform überlappt der erste Lastanschluss 11 (z. B. eine Vorderseitenmetallisierung) lateral, das heißt entlang der ersten lateralen Richtung X und/oder der zweiten lateralen Richtung Y und/oder Kombinationen daraus, mit dem aktiven Gebiet 1-2. Es ist anzumerken, dass der erste Lastanschluss 11 lateral strukturiert werden kann, so dass z. B. lokale Kontakte zu dem Halbleiterkörper 10 auf der Vorderseite 110 hergestellt werden. Wie z. B. beispielhaft in 3 und 4 veranschaulicht, können die lokalen Kontakte mittels erster Kontaktstopfen 111 hergestellt werden, die eine Isolationsstruktur 119 durchdringen, so dass sie in dem Halbleiterkörper 10 gebildete Mesas 17, 18 kontaktieren.
  • Analog dazu überlappt bei einer Ausführungsform der zweite Lastanschluss 12 (z. B. eine Rückseitenmetallisierung) lateral, das heißt entlang der ersten lateralen Richtung X und/oder der zweiten lateralen Richtung Y und/oder Kombinationen daraus, mit dem aktiven Gebiet 1-2. Es ist anzumerken, dass der zweite Lastanschluss 12 zum Beispiel nicht strukturiert wird, sondern homogen und monolithisch auf der Halbleiterrückseite 120 gebildet wird, so dass z. B. ein lateral homogener Kontakt (d. h. eine zusammenhängende Kontaktoberfläche) zu dem Halbleiterkörper 10 auf der Rückseite 120 hergestellt wird. Eine solche homogene Struktur kann auch in Gebieten implementiert werden, in denen der zweite Lastanschluss 12 lateral mit dem Randabschlussgebiet 1-3 überlappt.
  • Zum Beispiel ist die laterale Grenze des aktiven Gebiets 1-2 durch die laterale Grenze der äußersten Leistungszellen des IGBT-Abschnitts (der IGBT-Abschnitte) 1-21 und oder des Diodenabschnitts (der Diodenabschnitte) 1-22 definiert. Daher kann die laterale Grenze des aktiven Gebiets 1-2 auf der Vorderseite 110 definiert werden. Zum Beispiel sind alle funktionalen Elemente zum Ermöglichen einer Leitung des Diodenlaststroms und des Vorwärtslaststroms in dem aktiven Gebiet 1-2 des RC-IGBT 1 vorhanden, z. B. einschließlich wenigstens eines Teils des ersten Lastanschlusses 11 (z. B. eines Vorderseitenmetallkontakts davon, z. B. eines oder mehrerer der ersten Kontaktstopfen 111), des Source-Gebiets (der Source-Gebiete) 101, eines Körpergebiets 102, eines Driftgebiets 100, eines IGBT-Emittergebiets 103, eines Diodenemittergebiets 104 und des zweiten Lastanschlusses 12 (z. B. eines Rückseitenmetalls davon), wie nachfolgend ausführlicher erklärt wird.
  • Des Weiteren kann sich der laterale Übergang (entlang der ersten oder zweiten lateralen Richtung X; Y oder Kombinationen daraus) zwischen dem aktiven Gebiet 1-2 und dem Randabschlussgebiet 1-3 gemäß einer Ausführungsform ausschließlich entlang der vertikalen Richtung Z erstrecken. Wie oben erklärt, kann die laterale Grenze des aktiven Gebiets 1-2 auf der Vorderseite 110 definiert sein und kann eine vertikale Projektion entlang der vertikalen Richtung Z einer derart definierten lateralen Grenze daher theoretisch auf der Rückseite 120 beobachtet werden.
  • Nun unter ausführlicherer Bezugnahme auf 3 bis 4 können sich mehrere Gräben in den Halbleiterkörper 10 hinein erstrecken. Die Gräben können einen oder mehrere IGBT-Steuergräben 14, einen oder mehrere Plasmasteuergräben 15 und/oder einen oder mehrere Source-Gräben 16 beinhalten. Die Gräben 14, 15 und 16 sind parallel zueinander entlang der ersten lateralen Richtung X angeordnet und erstrecken sich entlang der vertikalen Richtung Z in den Halbleiterkörper 10 hinein. Jeder Graben kann eine Streifenkonfiguration aufweisen, die sich entlang der zweiten lateralen Richtung Y von einem jeweiligen ersten Abschnitt des lateralen Umfangs 1-20 (vergleiche 1) zu einem jeweiligen zweiten Abschnitt des lateralen Umfangs 1-20 gegenüber dem jeweiligen ersten Abschnitt erstreckt. Jeder Graben 14, 15, 16 beherbergt eine jeweilige Grabenelektrode 141, 151 und 161, die elektrisch mit einem definierten elektrischen Potential, z. B. mit dem Potential des einen des IGBT-Steueranschlusses 13-1, des Plasmasteueranschlusses 13-2 oder des ersten Lastanschlusses 11, verbunden sein kann. Das heißt, die elektrischen Potentiale der IGBT-Grabenelektroden 141, 151, 161 können sich voneinander unterscheiden.
  • Die Grabenelektroden 141, 151, 161 sind durch einen jeweiligen Grabenisolator 142, 152, 162 von dem Halbleiterkörper 10 isoliert.
  • Zwei angrenzende Gräben können eine jeweilige Mesa in dem Halbleiterkörper 10 definieren. Die Mesas beinhalten IGBT-Mesas 17 und Diodenmesas 18.
  • Zum Beispiel kann jeder Graben 14, 15, 16 eine Streifenkonfiguration aufweisen, was bedeutet, dass die jeweilige Grabenlänge (z. B. entlang der zweiten lateralen Richtung Y) viel größer als die jeweilige Grabenbreite (z. B. entlang der ersten lateralen Richtung X) ist. Daher kann jede Mesa 17, 18 eine Streifenkonfiguration aufweisen.
  • Die Grabenelektroden 141 können elektrisch mit dem IGBT-Steueranschluss 13-1 verbunden sein und werden daher als IGBT-Steuerelektroden 141 bezeichnet. Über den IGBT-Steueranschluss 13-1 können die IGBT-Steuerelektroden 141 mit einem IGBT-Steuersignal 13-21 versorgt werden.
  • Die Grabenelektroden 151 können elektrisch mit dem Plasmasteueranschluss verbunden sein und werden daher als Plasmasteuerelektroden 151 bezeichnet. Über den Plasmasteueranschluss 13-2 können die Plasmasteuerelektroden 151 mit einem Plasmasteuersignal 13-22 versorgt werden.
  • Die Grabenelektroden 161 können elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden sein und werden daher als IGBT-Steuerelektroden 161 bezeichnet.
  • Eine weitere Art von Graben kann ein anderer Graben sein, dessen Elektrode weder elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 noch mit dem IGBT-/Plasmasteueranschluss 13-1/2 verbunden ist. Zum Beispiel ist bei einer Ausführungsform ein solcher Graben ein potentialfreier Graben und seine Grabenelektrode ist mit keinem definierten elektrischen Potential verbunden, sondern ist elektrisch potentialfrei. Bei einer anderen Ausführungsform ist ein solcher Graben ein Dummy-Graben und seine Grabenelektrode ist elektrisch mit entweder dem IGBT-Steueranschluss 13-1 oder dem Plasmasteueranschluss 13-2 verbunden, aber steuert eine Leitung des Vorwärtsstroms nicht direkt, da kein elektrisch verbundenes Source-Gebiet 101 (das mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden ist) angrenzend an den Graben der weiteren Art angeordnet ist. Bei noch einer anderen Ausführungsform ist die Grabenelektrode des Grabens der weiteren Art mit einem elektrischen Potential verbunden, das von dem elektrischen Potential des IGBT-/Plasmasteueranschlusses 13-1/2 verschieden ist und von dem elektrischen Potential des ersten Lastanschlusses 11 verschieden ist.
  • Jede Grabenart kann gleiche Abmessungen in Bezug auf eine Breite entlang der ersten lateralen Richtung X und einer Tiefe entlang der vertikalen Richtung Z (z. B. eine Entfernung zwischen der Vorderseite 110 und einer Grabenunterseite) und/oder eine Länge entlang der zweiten lateralen Richtung Y aufweisen.
  • Der IGBT-Abschnitt 1-21 kann mehrere IGBT-Zellen umfassen, wobei jede IGBT-Zelle eine gewisse Grabenstruktur aufweist, d. h. eine laterale Abfolge (entlang der ersten lateralen Richtung X) von Gräben spezieller Arten, z. B. einem oder mehreren IGBT-Steuergräben 14, einem oder mehreren Plasmasteuergräben 15 und keinem oder mehr Source-Gräben 16 und keinem oder mehr anderen Gräben.
  • Analog dazu kann jeder de Diodenabschnitte 1-22 kann eine Anzahl an Diodenzellen umfassen, wobei jede Diodenzelle eine gewisse Grabenstruktur aufweist, d. h. eine laterale Abfolge von Gräben spezieller Arten, z. B. einem oder mehreren Plasmasteuergräben 15, keinem oder mehr Source-Gräben 16 und/oder keinem oder mehr anderen Gräben.
  • Bei einer Ausführungsform beinhaltet keiner der Diodenabschnitte 1-22 einen der IGBT-Steuergräben 14, z. B. gibt es in den Diodenabschnitten 1-22 keine Grabenelektrode, die elektrisch mit dem IGBT-Steueranschluss 13-1 verbunden ist. Zum Beispiel erstreckt sich keiner der IGBT-Steuergräben 14 in eine oder mehrere der Diodenabschnitte 1-22 hinein. Zum Beispiel sind die Diodenabschnitte 1-22 daher von dem IGBT-Abschnitt 1-21 und insbesondere von den IGBT-Steuergräben 14 (d. h. von den IGBT-Steuergrabenelektroden 141) separiert. Dies kann das Erzielen „guter“ Diodeneigenschaften ermöglichen, wie etwa einer geringen oder keiner Abhängigkeit von dem Potential der IGBT-Steuerelektroden 141 und/oder niedrige Schaltverluste.
  • Es kann gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Gräben in sowohl dem IGBT-Abschnitt 1-21 als auch dem Diodenabschnitt 1-22 lateral nebeneinander gemäß dem gleichen lateralen Grabenrastermaß angeordnet sind; d. h., das laterale Rastermaß (das heißt die Entfernung entlang der ersten lateralen Richtung X zwischen zwei angrenzenden Gräben) ändert sich nicht zwischen den Abschnitten 1-21 und 1-22.
  • Das laterale Grabenrastermaß definiert bei einer Ausführungsform eine laterale Entfernung zwischen zwei angrenzenden Gräben (und damit z. B. die Mesabreite) von nicht mehr als 1/30 oder nicht mehr als 1/60 der Halbleiterkörperdicke d.
  • Außerdem können die Gräben 14, 15, 16 bei einer Ausführungsform jeweils die gleiche Grabentiefe (totale vertikale Ausdehnung) aufweisen. Zum Beispiel kann das laterale Grabenrastermaß eine laterale Entfernung zwischen zwei angrenzenden Gräben von nicht mehr als 50 % oder nicht mehr als 30 % der Grabentiefe definieren.
  • Bei einer Ausführungsform kann das laterale Grabenrastermaß eine laterale Entfernung zwischen zwei angrenzenden Gräben von nicht mehr als 10 µm oder nicht mehr als 5 µm oder nicht mehr als 1 µm definieren. Zum Beispiel sind angrenzende Gräben daher lateral um nicht mehr als 1 µm voneinander versetzt.
  • Daher liegt die Breite jeder Mesa 17, 18 innerhalb eines wie durch das laterale Grabenrastermaßen definierten Bereichs.
  • Wie oben erklärt, kann das laterale Grabenrastermaß für beide Abschnitte 1-21 und 1-22 identisch sein oder es variiert zwischen den Abschnitten. Bei einer weiteren Ausführungsform beträgt die Mesabreite in dem IGBT-Abschnitt 1-21 weniger als 80 %, weniger als 65 % oder sogar weniger als 50 % der Mesabreite in dem Diodenabschnitt 1-22. Zum Beispiel kann die durchschnittliche Dichte der Gesamtheit der Grabenelektroden 141, 151, 161 auch für beide Abschnitte 1-21 und 1-22 gleich sein. Jedoch kann die Grabenstruktur, z. B. die Anordnung der verschiedenen Arten von Gräben, zwischen den Abschnitten 1-21 und 1-22 variieren. Eine beispielhafte Variation ist, dass die Dichte der IGBT-Steuerelektroden 141 in dem IGBT-Abschnitt 1-21 wenigstens zweimal so hoch wie die Dichte der IGBT-Steuerelektroden 141 in dem Diodenabschnitt 1-22 (die null betragen kann) ist.
  • Bei einem veranschaulichenden Beispiel ist die Gesamtanzahl an Grabenelektroden 141, 151, 161 in dem IGBT-Abschnitt 1-21 120 und 40 Grabenelektroden sind IGBT-Steuerelektroden 141, was eine IGBT-Steuerelektrodendichte von 30 % ergibt. Zum Beispiel ist die Gesamtanzahl an Grabenelektroden in dem Diodenabschnitt 1-22 fünf und nicht mehr als fünf Grabenelektroden sind IGBT-Steuerelektroden 141, was eine IGBT-Steuerelektrodendichte von nicht mehr als 10 % ergibt. Bei einer Ausführungsform beinhalten die Grabenelektroden in dem Diodenabschnitt 1-22 keiner IGBT-Steuergrabenelektrode 141.
  • Bei einer Ausführungsform sind wenigstens 50 % der Grabenelektroden der Gräben in dem Diodenabschnitt 1-22 elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden, d. h. wenigstens 50 % der Grabenelektroden der Gräben in dem Diodenabschnitt 1-22 sind Source-Grabenelektroden 161 der Source-Gräben 16.
  • Bei einer Ausführungsform sind wenigstens 50 % der Grabenelektroden der Gräben in dem IGBT-Abschnitt 1-21 elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden, d. h. wenigstens 50 % der Grabenelektroden der Gräben in dem IGBT-Abschnitt 1-21 sind Source-Grabenelektroden 161 der Source-Gräben 16.
  • Zum Beispiel sind die Grabenelektroden in dem Diodenabschnitt 1-22 entweder Source-Grabenelektroden 161 oder Plasmasteuerelektroden 151. Des Weiteren können alle oder manche der Diodenmesas 18 in dem Diodenabschnitt 1-22 z. B. mittels der ersten Kontaktstopfen 111 elektrisch dem ersten Lastanschluss 11 verbunden sein.
  • Immer noch unter Bezugnahme auf 1-4 umfasst der RC-IGBT 1 ferner ein Driftgebiet 100 des ersten Leitfähigkeitstyps, das in dem Halbleiterkörper 10 gebildet ist und sich in den Diodenabschnitt 1-22 und den IGBT-Abschnitt 1-21 hinein erstreckt.
  • Ein Körpergebiet 102 des zweiten Leitfähigkeitstyps ist in den IGBT-Mesas 17 und den Diodenmesas 18 des Halbleiterkörpers 10 in dem Diodenabschnitt 1-22 und dem IGBT-Abschnitt 1-21 gebildet. Wenigstens Teile des Körpergebiets 102 sind elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden. Das Körpergebiet 102 kann pn-Übergänge zu Mesaunterabschnitten des ersten Leitfähigkeitstyps bilden. Zum Beispiel ist in manchen Mesas (vergleiche Bezugsziffer 19 in den anderen Zeichnungen) der jeweilige Teil des Körpergebiets 102 nicht elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden, um „Dummy-Mesas“ zu bilden, d. h. jene, die nicht zur Laststromleitung verwendet werden, wie später beschrieben wird.
  • In dem IGBT-Abschnitt 1-21 sind Source-Gebiete 101 des ersten Leitfähigkeitstyps auf der Vorderseite 110 angeordnet und elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden. Die Source-Gebiete 101 sind z. B. nur lokal in dem IGBT-Abschnitt 1-21 bereitgestellt und erstrecken sich zum Beispiel nicht in die Diodenabschnitte 1-22 hinein.
  • Das Körpergebiet 102 kann z. B. mittels der ersten Kontaktstopfen 111 in elektrischem Kontakt mit dem ersten Lastanschluss 11 angeordnet sein. In jeder IGBT-Zelle des IGBT-Abschnitts 1-21 kann des Weiteren wenigstens eines der Source-Gebiete 101 des ersten Leitfähigkeitstyps bereitgestellt sein, das z. B. ebenfalls mittels der ersten Kontaktstopfen 111 in elektrischem Kontakt mit dem ersten Lastanschluss 11 angeordnet ist.
  • Ein größerer Teil des Halbleiterkörpers 10 ist als das Driftgebiet 100 gebildet, das den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist und das an das Körpergebiet 102 anschließen und einen pn-Übergang 1021 damit bilden kann. Das Körpergebiet 102 isoliert die Source-Gebiete 101 von dem Driftgebiet 100. Hier verweist der Ausdruck „Körpergebiet 102“ auf das Halbleitergebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps, das elektrisch auf der Vorderseite 110 mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden ist. Dieses Gebiet 102 erstreckt sich in sowohl den IGBT-Abschnitt 1-21 als auch den Diodenabschnitt 1-22 (der könnte daher auch als „Diodenanodengebiet“ oder dergleichen bezeichnet werden könnte) hinein. Die Implementierung des Körpergebiets 102 in dem IGBT-Abschnitt 1-21 kann sich von der Implementierung des Körpergebiets 102 in den Diodenabschnitten 1-22 unterscheiden oder nicht, z. B. hinsichtlich einer Dotierungsstoffkonzentration, Dotierungsstoffdosis, Dotierungsstoffprofil und/oder räumlicher Ausdehnung.
  • Beim Empfang des IGBT-Steuersignals 13-21, z. B. durch eine nichtveranschaulichte erste Gate-Ansteuerungseinheit bereitgestellt, kann jede IGBT-Steuerelektrode 141 einen Inversionskanal in einem Abschnitt des Körpergebiets 102 angrenzend an die jeweilige IGBT-Steuerelektrode 141 induzieren. Dementsprechend kann jede der Anzahl an IGBT-Zellen zum Leiten wenigstens eines Teils des Vorwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 konfiguriert sein.
  • Die oben beschriebene Basiskonfiguration der IGBT-Zellen in dem IGBT-Abschnitt 1-21 des RC-IGBT 1 ist von daher einem Fachmann bekannt und die vorliegende Schrift nutzt den Ausdruck „IGBT-Zelle“ in dem Schutzumfang der technischen Bedeutung, die ein Fachmann typischerweise damit assoziiert.
  • Bei einer Ausführungsform erstreckt sich das Driftgebiet 100 entlang der vertikalen Richtung Z, bis es an eine Feldstoppschicht 108 angrenzt, wobei die Feldstoppschicht 108 auch den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, aber eine höhere Dotierungsstoffdosis im Vergleich zu dem Driftgebiet 100 aufweist. Die Feldstoppschicht 108 weist typischerweise eine signifikant kleinere Dicke als das Driftgebiet 100 auf.
  • Das Driftgebiet 100 oder, falls vorhanden, die Feldstoppschicht 108 erstreckt sich entlang der vertikalen Richtung Z, bis sie an entweder ein IGBT-Emittergebiet 103 des IGBT-Abschnitts 1-21 und ein Diodenemittergebiet 104 des Diodenabschnitts 1-22 angrenzt.
  • Das Diodenemittergebiet 104 weist oft den ersten Leitfähigkeitstyp auf und ist z. B. mittels der Feldstoppschicht 108 elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss 12 verbunden und mit dem Driftgebiet 100 gekoppelt.
  • Das IGBT-Emittergebiet 103 weist oft den zweiten Leitfähigkeitstyp auf und ist z. B. mittels der Feldstoppschicht 108 elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss 12 verbunden und mit dem Driftgebiet 100 gekoppelt.
  • Sowohl das IGBT-Emittergebiet 103 des IGBT-Abschnitts 1-21 als auch das Diodenemittergebiet 104 des Diodenabschnitts 1-22 können in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Lastanschluss 12 angeordnet sein.
  • Insgesamt kann das IGBT-Emittergebiet 103 als ein Emitter des zweiten Leitfähigkeitstyps wirken. Des Weiteren umfasst das IGBT-Emittergebiet 103 bei manchen Ausführungsformen keinerlei Abschnitt des ersten Leitfähigkeitstyps, der eine eher hohe Dotierungsstoffkonzentration aufweist, typischerweise in dem Bereich von 1016 cm-3 bis 1020 cm-3; stattdessen ist das Diodenkathodengebiet 104 gemäß manchen Ausführungsformen ausschließlich in dem Diodenabschnitt 1-22 gebildet. Bei anderen Ausführungsformen kann das IGBT-Emittergebiet 103 einen oder mehrere Abschnitte des ersten Leitfähigkeitstyps umfassen, z. B. nur in einem gewissen Unterabschnitt des IGBT-Emittergebiets 103, wie weiter unten beschrieben wird.
  • Bei einer Ausführungsform kann die durchschnittliche Dotierungsstoffkonzentration des Driftgebiets 100 in dem Bereich von 1012 cm-3 bis 1014 cm-3 liegen.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierungsstoffkonzentration jedes Source-Gebiets 101 in dem IGBT-Abschnitt 1-21 in dem Bereich von 1019 cm-3 bis 1021 cm-3 liegen.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierungsstoffkonzentration des Körpergebiets 102 in dem Bereich von 1016 cm-3 bis 1018 cm-3 liegen. Wie oben beschrieben, kann sich z. B. die Dotierungsstoffkonzentration des Körpergebiets 102 in dem IGBT-Abschnitt 1-21 von der Dotierungsstoffkonzentration des Körpergebiets 102 in dem Diodenabschnitt 1-22 unterscheiden.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierungsstoffkonzentration der (optionalen) Feldstoppschicht 108 in dem Bereich von 1014 cm-3 bis 3* 1016 cm-3 liegen.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierungsstoffkonzentration des IGBT-Emittergebiets 103 in dem Bereich von 1016 cm-3 bis 1018 cm-3 liegen. Jedoch kann die Nettodotierungsstoffkonzentration bei einer Ausführungsform entlang der lateralen Ausdehnung des IGBT-Emittergebiets 103 variieren (und sogar ihre Polarität ändern).
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierungsstoffkonzentration des Diodenemittergebiets 104 in dem Bereich von 1019 cm-3 bis 1021 cm-3 liegen. Jedoch kann die Nettodotierungsstoffkonzentration bei einer Ausführungsform entlang der lateralen Ausdehnung des Diodenemittergebiets 104 variieren (und sogar ihre Polarität ändern).
  • Es ist anzumerken, dass die in 3 und 4 veranschaulichten Grabenmuster nur beispielhaft sind; andere Grabenstrukturen sind möglich und werden weiter unten beschrieben.
  • Bei einer Ausführungsform ist der Diodenabschnitt 1-22 nicht mit Source-Gebieten 101 ausgestattet, z. B. wenigstens nicht mit Source-Gebieten 101, die angrenzend an einen jeweiligen der IGBT-Steuergräben 14 angeordnet sind. Zum Beispiel gibt es in dem Diodengebiet 1-22 kein dotiertes Halbleitergebiet des ersten Leitfähigkeitstyps, das elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden ist. Stattdessen ist zum Bilden der Diodenkonfiguration in dem Diodenabschnitt 1-22 zur Leitung des Diodenlaststroms nur das Körpergebiet 102 elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden, wobei das Körpergebiet 102 den pn-Übergang 1021 mit z. B. dem Driftgebiet 100 bildet und entlang der vertikalen Richtung Z zu dem zweiten Lastanschluss 12 hin, unterhalb des pn-Übergangs 1021, gibt es einen Halbleiterpfad nur des ersten Leitfähigkeitstyps, der nicht durch irgendwelche weiteren Gebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps unterbrochen wird.
  • Wie oben erklärt, umfasst im Gegensatz zu dem Diodenabschnitt 1-22 der IGBT-Abschnitt 1-21 gemäß einer Ausführungsform wenigstens eine IGBT-Zelle mit einem Abschnitt des Source-Gebiets 101, der mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden ist und angrenzend an einen der IGBT-Steuergräben 14 angeordnet ist und von dem Driftgebiet 100 durch das Körpergebiet 102 isoliert ist. Zum Beispiel ist die laterale Grenze des IGBT-Abschnitts 1-21 durch die laterale Grenze der äußersten IGBT-Zelle(n) definiert. Daher kann die laterale Grenze des IGBT-Abschnitts 1-21 auf der Vorderseite 110 definiert werden. Diese laterale Grenze kann durch (ein) äußerste(s) Source-Gebiet(e) 101 definiert werden. Zum Beispiel sind alle funktionalen Elemente zum Ermöglichen einer Leitung des Vorwärts-/IGBT-Laststroms in einer vertikalen Projektion des IGBT-Abschnitts 1-21 der Leistungshalbleitervorrichtung 1 vorhanden, z. B. einschließlich wenigstens des ersten Lastanschlusses 11 (z. B. eines Vorderseitenmetallkontakts davon, z. B. eines oder mehrerer der ersten Kontaktstopfen 111), des Source-Gebiets (der Source-Gebiete) 101, des Körpergebiets 102, des Driftgebiets 100, des IGBT-Emittergebiets 103 und des zweiten Lastanschlusses 12 (z. B. eines Rückseitenmetalls davon). Des Weiteren können sich die funktionalen Elemente entlang der gesamten lateralen Ausdehnung des IGBT-Abschnitts 1-21 erstrecken.
  • Bei einer Ausführungsform sind die ersten Kontaktstopfen 111 Teil einer Kontaktstopfenstruktur der Leistungshalbleitervorrichtung 1. Jeder erste Kontaktstopfen 111 kann zum Herstellen eines Kontakts mit einer der Mesas 17, 18 konfiguriert sein, so dass die Mesa 17/18 elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden wird. Wie veranschaulicht, kann sich jeder erste Kontaktstopfen 111 von der Vorderseite 110 entlang der vertikalen Richtung Z in die jeweilige Mesa 17/18 erstrecken.
  • 5 bis 11 veranschaulicht verschiedene Ausführungsformen des RC-IGBT 1. Gemäß diesen Ausführungsformen umfasst der RC-IGBT 1 Folgendes: das aktive Gebiet 1-2 mit dem IGBT-Abschnitt 1-21 und dem Diodenabschnitt 1-22; den Halbleiterkörper 10, der die erste Seite 110 und die zweite Seite 120 aufweist; den ersten Lastanschluss 11 auf der ersten Seite 110 und den zweiten Lastanschluss 12 auf der zweiten Seite 120; die mehreren Steuergräben 14, 15, die parallel zueinander entlang der ersten lateralen Richtung X angeordnet sind und sich erstrecken entlang der vertikalen Richtung Z in den Halbleiterkörper 10 hinein erstrecken. Die mehreren Steuergräben 14, 15 erstrecken sich in sowohl den IGBT-Abschnitt 1-21 und den Diodenabschnitt 1-22. Jeder Steuergraben 14, 15 kann eine Streifenkonfiguration aufweisen, die sich entlang der zweiten lateralen Richtung Y erstreckt. Die mehreren IGBT-Mesas 17 und die mehreren Diodenmesas 18 befinden sich in dem Halbleiterkörper 10. Jeder von wenigstens manchen der Mesas 17, 18 ist wenigstens durch einen der Steuergräben 14, 15 lateral entlang der ersten lateralen Richtung X begrenzt. In den mehreren Steuergräben 14, 15 gibt es mehrere IGBT-Steuerelektroden 141 und die mehreren Plasmasteuerelektroden 151, die elektrisch von den IGBT-Steuerelektroden 141 isoliert sind. Jede der IGBT-Steuerelektroden 141 und Plasmasteuerelektroden 151 ist elektrisch von sowohl dem ersten Lastanschluss 11 als auch dem zweiten Lastanschluss 12 isoliert. Der IGBT-Abschnitt 1-21 beinhaltet sowohl eine erste Teilmenge der IGBT-Steuerelektroden 141 als auch eine erste Teilmenge der Plasmasteuerelektroden 151. Der Diodenabschnitt 1-22 beinhaltet eine zweite Teilmenge der Plasmasteuerelektroden 151.
  • In 5-9 und 11 sind die Gräben, die mit den Bezugsziffern 14, 15 und 16 bezeichnet sind, jeweils mit einer jeweiligen Grabenelektrode 141/151/161 und einem jeweiligen Grabenisolator 142/152/162 (wie beispielhaft in 3-4 veranschaulicht) bezeichnet, wobei diese Grabenkomponenten in 5-9 und in 11 zur klaren Darstellung nicht mit Bezugszeichen versehen sind.
  • Folgendes kann auf jede durch 5-11 veranschaulichte Ausführungsform zutreffen. Ferner kann das, was mit Bezug auf 1-4 beschrieben wurde, gleichermaßen für jede durch 5-11 veranschaulichte Ausführungsform gelten:
  • Allgemein kann die räumliche Dichte der Gräben (d. h. die Anzahl aller Gräben pro laterale Flächeneinheit unabhängig von der Grabenart) in dem Diodenabschnitt 1-22 gleich der räumlichen Dichte der Gräben in dem IGBT-Abschnitt sein. Bei einer anderen Ausführungsform können sich die Grabendichten voneinander unterscheiden. Zum Beispiel beträgt die Grabendichte in dem Diodenabschnitt 1-22 weniger als 100 % der Grabendichte in dem IGBT-Abschnitt 1-21, z. B. weniger als 90 % oder weniger als 50 %.
  • Bei einer Ausführungsform sind die mehreren IGBT-Steuerelektroden 141 zum Empfangen des IGBT-Steuersignals 13-21 ausgelegt. Zu diesem Zweck kann jede IGBT-Steuerelektrode 141 elektrisch mit dem IGBT-Steueranschluss 13-1 verbunden sein. Des Weiteren können die mehreren Plasmasteuerelektroden 151 zum Empfangen des Plasmasteuersignal 13-22 konfiguriert sein, das von dem IGBT-Steuersignal 13-21 verschieden ist. Zu diesem Zweck kann jede Plasmasteuerelektrode 151 elektrisch mit dem Plasmasteueranschluss 13-2 verbunden sein. Der Plasmasteueranschluss 13-2 kann elektrisch von dem IGBT-Steueranschluss 13-1 isoliert sein. Die Beiden Steueranschlüsse 13-1 und 13-2 können auf der ersten Seite 110 angeordnet sein. Zum Beispiel wird das IGBT-Steuersignal 13-21 als eine Spannung zwischen dem IGBT-Steueranschluss 13-1 und dem ersten Lastanschluss 11 bereitgestellt. Das Plasmasteuersignal 13-22 kann als eine Spannung zwischen dem Plasmasteueranschluss 13-2 und dem ersten Lastanschluss 11 bereitgestellt werden.
  • Wie oben beschrieben, können die Steuergräben IGBT-Steuergräben 14 und Plasmasteuergräben 15 umfassen. Die Steuergräben können jedoch auch wenigstens einen Mehrfachelektrodensteuergraben umfassen, der zwei oder mehr Grabenelektroden beherbergt, z. B. sowohl eine IGBT-Steuerelektrode 141 und eine Plasmasteuerelektrode 151 (vergleiche 10).
  • Bei einer Ausführungsform ist jede der IGBT-Steuerelektroden 141 in einem jeweiligen der Steuergräben 14, 15 angeordnet, die an eine der IGBT-Mesas 17 angrenzen. Ein solcher Steuergraben kann der IGBT-Steuergraben 14 sein. Ferner kann jede der Plasmasteuerelektroden 151 in einem jeweiligen der Steuergräben 14, 15 angeordnet sein, die an eine der Diodenmesas 18 angrenzen. Ein solcher Steuergraben kann der Plasmasteuergraben 15 sein.
  • Zum Beispiel ist jeder IGBT-Steuergraben 14 zum Steuern der Plasmamesa 17 (falls vorhanden) konfiguriert, die angrenzend an den IGBT-Steuergraben 14 angeordnet ist. Ferner ist jeder IGBT-Steuergraben 15 zum Steuern der Diodenmesa 18 (falls vorhanden) konfiguriert, die angrenzend an den IGBT-Steuergraben 15 angeordnet ist.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst jede IGBT-Mesa 17 wenigstens eines der Source-Gebiete 101 des ersten Leitfähigkeitstyps und wenigstens eines der Körpergebiete 102 des zweiten Leitfähigkeitstyps, die beide elektrischen mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden sind, wobei das Körpergebiet 102 das Source-Gebiet 101 von einem verbleibenden Teil mit einem ersten Leitfähigkeitstyp in der IGBT-Mesa 17 isoliert und mit dem verbleibenden Teil den pn-Übergang 1021 in der IGBT-Mesa 17 bildet.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst jede Diodenmesa 18 das Körpergebiet 102 des zweiten Leitfähigkeitstyps, das elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden ist, wobei das Körpergebiet 102 mit einem verbleibenden Teil eines ersten Leitfähigkeitstyps in der Diodenmesa 18 den pn-Übergang 1021 in der Diodenmesa 18 bildet.
  • Mit Bezug auf das Körpergebiet 102 versteht es sich, dass dieses Gebiet im Wesentlichen lateral homogen innerhalb des aktiven Gebiets 1-2 gebildet werden soll. Zum Beispiel muss das Körpergebiet 102 nicht notwendigerweise mit Bezug auf die Verteilung des Diodenabschnitts (der Diodenabschnitte) 1-22 und des IGBT-Abschnitts (der IGBT-Abschnitte) 1-21 in dem aktiven Gebiet 1-2 strukturiert sein (wobei die Möglichkeit besteht). Dementsprechend kann die oben beschriebene Konfiguration der Mesas 17 und 18 so verstanden werden, dass jede der IGBT-Mesas 17 und der Diodenmesas 18 einen jeweiligen Teil des gebildeten Körpergebiets 102 veranschaulicht, wie in 5-9 und 11 veranschaulicht ist. Dies gilt gleichermaßen für ein optional bereitgestelltes Barrieregebiet 105 des ersten Leitfähigkeitstyps, das eine Dotierungsstoffkonzentration wenigstens 100-mal höher im Vergleich zu dem Driftgebiet 100 aufweist. Zum Beispiel schließt das Barrieregebiet 105 an das Körpergebiet 102 in dem Diodenabschnitt 1-22 und/oder dem IGBT-Abschnitt 1-21 an. Bei einer Ausführungsform endet das Barrieregebiet 105 bei einer vertikalen Ebene oberhalb der Unterseiten der Gräben 14, 15, 16. Das heißt: Das Barrieregebiet 105 erstreckt sich zum Beispiel nicht unterhalb der Grabenunterseiten.
  • Bei einer Ausführungsform ist das Barrieregebiet 105 lateral strukturiert, z. B. derart, dass das Barrieregebiet 105 in manchen Teilen der Mesas 17 und 18 vorhanden ist und in anderen Teilen der Mesas 17 und 18 fehlt. Die Strukturierung kann so implementiert werden, dass das Verhältnis zwischen den Teilen einschließlich des Barrieregebiets 105 und den Teilen ohne das Barrieregebiet 105 in den Mesas, die durch einen der Plasmasteuergräben 15 begrenzt werden, wenigstens 20 %, wenigstens 40 % oder sogar wenigstens 60 % höher im Vergleich zu Mesas ist, die durch einen der IGBT-Steuergräben 14 begrenzt werden.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst der Diodenabschnitt 1-22 keine IGBT-Mesa 17. Zum Beispiel gibt es in dem Diodengebiet 1-22 kein Halbleitergebiet des ersten Leitfähigkeitstyps (wie etwa das Source-Gebiet 101), das elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden ist. Dementsprechend ist in dem Diodenabschnitt 1-22 der Halbleiterkörper 10 gemäß einer Ausführungsform nur mittels des Körpergebiets 102, das den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden. Zum Beispiel ist jede Diodenmesa 18 daher frei von einem Gebiet des ersten Leitfähigkeitstyps, das elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden ist.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst der Diodenabschnitt 1-22 keine IGBT-Steuerelektrode 141. Zum Beispiel kann der Diodenabschnitt 1-22 unabhängig von dem IGBT-Steuersignal 13-21 gesteuert werden.
  • Wie bereits mit Bezug auf 1-4 beschrieben, kann der RC-IGBT 1 einige Diodenabschnitte 1-22 umfassen. Jeder Diodenabschnitt 1-22 kann eine signifikante Abmessung aufweisen. Zum Beispiel weist wenigstens jeder mancher der Diodenabschnitte 1-22 eine laterale Ausdehnung entlang der ersten lateralen Richtung X auf, die wenigstens 50 % der Dicke des Driftgebiets 100 in der vertikalen Richtung Z oder wenigstens 50 % der Dicke d des Halbleiterkörpers in der vertikalen Richtung Z beträgt. Die laterale Ausdehnung entlang der ersten lateralen Richtung X kann auch größer als ein Vielfaches der Halbleiterkörper-/Driftgebietdicke sein, z. B. wenigstens viermal die Halbleiterkörper-/Driftgebietdicke betragen.
  • Die Driftgebietdicke kann die Entfernung entlang der vertikalen Richtung Z zwischen dem durch das Körpergebiet 102 gebildeten pn-Übergang 1021 und einem durch das IGBT-Emittergebiet 103 gebildeten pn-Übergang 1031 sein. Falls das Barrieregebiet 104 und/oder die Feldstoppschicht 108 bereitgestellt sind, können die Dicken dieser Gebiete von der Entfernung subtrahiert werden. Oder die Driftgebietdicke kann die Entfernung entlang der vertikalen Richtung Z zwischen einer oberen Ebene, wo die durchschnittliche Dotierungsstoffkonzentration des Driftgebiets 100 um 20 % gegenüber der vertikalen Richtung Z zunimmt, und einer unteren Ebene sein, wo die durchschnittliche Dotierungsstoffkonzentration des Driftgebiets 100 um 20 % in der vertikalen Richtung Z zunimmt.
  • Ferner kann wenigstens jeder mancher der Diodenabschnitte 1-22 eine laterale Ausdehnung entlang der zweiten lateralen Richtung Y aufweisen, die wenigstens die Driftgebietdicke oder wenigstens die Halbleiterkörperdicke beträgt. Die laterale Ausdehnung entlang der zweiten lateralen Richtung Y kann auch größer als ein Vielfaches der Halbleiterkörper-/Driftgebietdicke sein, z. B. wenigstens viermal die Halbleiterkörper-/Driftgebietdicke betragen.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Diodenemittergebiet 104 den ersten Leitfähigkeitstyp auf und bildet einen Teil des Diodenabschnitts 1-22. Das Diodenemittergebiet 104 weist eine laterale Ausdehnung in der ersten lateralen Richtung X auf, die wenigstens 50 % der Driftgebietdicke oder wenigstens 50 % der Halbleiterkörperdicke d beträgt. Das Diodenemittergebiet 104 kann laterale Ausdehnungen in der ersten und zweiten lateralen Richtung X und Y identisch mit jenen lateralen Ausdehnungen des Diodenabschnitts 1-22 aufweisen. Zum Beispiel ist das Diodenemittergebiet 104 homogen dotiert und nicht lateral strukturiert (keine Variationder-Lateraldotierung(VLD)-Struktur).
  • Bei einer Ausführungsform weist das IGBT-Emittergebiet 103 den zweiten Leitfähigkeitstyp auf und bildet einen Teil des IGBT-Abschnitts 1-21. Das IGBT-Emittergebiet 103 weist eine laterale Ausdehnung in der ersten lateralen Richtung X auf, die wenigstens 70 % der Driftgebietdicke oder wenigstens 70 % der Halbleiterkörperdicke d beträgt. Das IGBT-Emittergebiet 103 kann laterale Ausdehnungen in der ersten und zweiten lateralen Richtung X und Y identisch mit jenen lateralen Ausdehnungen des IGBT-Abschnitts 1-21 aufweisen. Zum Beispiel ist das IGBT-Emittergebiet 103 homogen dotiert und nicht lateral strukturiert (keine VLD-Struktur). Bei anderen Ausführungsformen (vergleiche z. B. 9) kann das IGBT-Emittergebiet 103 eine VLD-Konfiguration aufweisen und/oder sogar Unterteile des ersten Leitfähigkeitstyps aufweisen.
  • Zum Beispiel ist, wie in 5 veranschaulicht, in dem Diodenabschnitt 1-22 jeder Plasmasteuergraben 15 lateral von zwei Diodenmesas 18 flankiert. Zwei angrenzende Diodenmesas 18 sind durch einen jeweiligen Source-Graben 16 lateral voneinander beabstandet. Der Diodenabschnitt 1-22 beinhaltet daher weder eine IGBT-Mesa 17 noch einen IGBT-Steuergraben 14. Jede Diodenmesa 18 kann lateral mit dem Diodenemittergebiet 104 überlappen, das auf der zweiten Seite 120 gebildet ist. Bei einer Ausführungsform ist/sind ein, mehrere oder alle der Source-Gräben 16 des Diodenabschnitts 1-22 durch einen jeweiligen Graben einer anderen Art ersetzt, z. B. einen potentialfreien Graben, dessen Grabenelektrode nicht mit einem definierten elektrischen Potential verbunden ist.
  • Falls vorhanden kann die räumliche Dichte der Source-Gräben 16 (d. h. die Anzahl an Source-Gräben pro lateraler Flächeneinheit) in dem Diodenabschnitt 1-22 gleich der räumlichen Dichte der Gräben 16 in dem IGBT-Abschnitt 1-21 sein. Bei einer anderen Ausführungsform können sich die Grabendichten voneinander unterscheiden. Zum Beispiel beträgt die Source-Grabendichte in dem IGBT-Abschnitt 1-21 weniger als 100 % der Source-Grabendichte in dem Diodenabschnitt 1-22, z. B. weniger als 90 % oder weniger als 50%.
  • Immer noch unter Bezugnahme auf 5 ist der IGBT-Abschnitt 1-21 (der minimale laterale Ausdehnungen in der ersten und zweiten lateralen Richtung X, Y aufweist, die wenigstens die entsprechenden lateralen Ausdehnungen des Diodenabschnitts 1-22 betragen, für die beispielhafte Werte oben beschrieben sind) mit sowohl IGBT-Steuergräben 14 als auch Plasmasteuergräben 15 ausgestattet. Das heißt, im Gegensatz zu dem Diodenabschnitt 1-22 kann der IGBT-Abschnitt 1-21 basierend auf sowohl dem IGBT-Steuersignal 13-21 als auch dem Plasmasteuersignal 13-22 gesteuert werden. Zum Beispiel ist jede der IGBT-Mesas 17 in dem IGBT-Abschnitt 1-21 angrenzend an wenigstens einen der IGBT-Steuergräben 14 oder einen der Plasmasteuergräben 15 angeordnet. Bei der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der IGBT-Abschnitt 1-21 nur IGBT-Mesas 17, die jeweils über sowohl das jeweilige Körpergebiet 102 als auch das jeweilige Source-Gebiet 101 elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden sind. Die Grabenstruktur 16-15-16-14-16-15-16-14-16-15-16-14-... ergibt, dass jede IGBT-Mesa 17 lateral durch einen jeweiligen Source-Graben 16 auf einer Seite und auf der anderen Seite durch entweder einen Plasmasteuergraben 15 oder einen IGBT-Steuergraben 14 flankiert ist. Daher kann jede IGBT-Mesa 17 in Abhängigkeit von der jeweiligen „Grabenumgebung“ entweder basierend auf dem IGBT-Steuersignal 13-21 oder basierend auf dem Plasmasteuersignal 13-22 gesteuert werden. Zum Beispiel kann ein solches Merkmal in einer Struktur erreicht werden, bei der der IGBT-Graben 14 und der Plasmasteuergraben 15 nebeneinander sind, falls das Source-Gebiet 101 nur an einen der Gräben 14, 15 angrenzt. Gemäß einer Ausführungsform ist in den IGBT-Mesas 17 das Source-Gebiet 101 möglicherweise nur auf der Seite angrenzend an den jeweiligen Steuergraben 14/15 gebildet und nicht auf der Seite, die dem Source-Graben 16 zugewandt ist. Jede IGBT-Mesa 17 kann lateral mit dem IGBT-Emittergebiet 103 überlappen, das auf der zweiten Seite 120 gebildet ist. Bei einer Ausführungsform ist/sind ein, mehrere oder alle der Source-Gräben 16 des IGBT-Abschnitts 1-21 durch einen jeweiligen Graben einer anderen Art ersetzt, z. B. einen potentialfreien Graben, dessen Grabenelektrode nicht mit einem definierten elektrischen Potential verbunden ist.
  • Bei der in 6 veranschaulichten Ausführungsform ist der Diodenabschnitt 1-22 wie bei der Ausführungsform aus 5 konfiguriert. Jedoch umfasst der IGBT-Abschnitt 1-21 auch Diodenmesas 18. Zum Beispiel ist die Grabenstruktur im Vergleich zu der Ausführungsform aus 5 nicht geändert, aber jeder Plasmasteuergraben 15 wird lateral durch zwei der Diodenmesas 18 flankiert. Zum Beispiel kann zusätzliches Bereitstellen der Diodenmesas 18 in dem IGBT-Abschnitt 1-21 das Erzielen einer verbesserten Kurzschlussrobustheit ermöglichen, z. B. falls beide Steuersignale 13-2 und 13-1 oberhalb der Schwellenspannung in einem Vorwärtsleitungszustand sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform, wie z. B. in 7 veranschaulicht (wo der Diodenabschnitt 1-22 wie bei der Ausführungsform aus 5 konfiguriert sein kann), beinhaltet der IGBT-Abschnitt 1-21 einen ersten Unterabschnitt 1-211 und einen zweiten Unterabschnitt 1-212. Zum Beispiel ist in dem zweiten Unterabschnitt 1-212 jede IGBT-Mesa 17 angrenzend an wenigstens einen der Plasmasteuergräben 15 angeordnet. In dem ersten Unterabschnitt 1-211 kann jede IGBT-Mesa 17 angrenzend an wenigstens einen der IGBT-Steuergräben 14 oder einen der Plasmasteuergräben 15 angeordnet sein. Zum Beispiel ist der zweite Unterabschnitt 1-212 nicht mit den IGBT-Steuergräben 14 ausgestattet. Dementsprechend wird der zweite Unterabschnitt 1-212 des IGBT-Abschnitts 1-21, z. B. seine IGBT-Mesas 17, basierend auf dem Plasmasteuersignal 13-22 gesteuert. Der erste Unterabschnitt 1-211 ist mit sowohl IGBT-Steuergräben 14 und Plasmasteuergräben 15 ausgestattet. Jeder der IGBT-Steuergräben 14 und Plasmasteuergräben 15 kann in dem zweiten Unterabschnitt lateral durch zwei der IGBT-Mesas 17 flankiert werden. Zum Beispiel umfasst der IGBT-Abschnitt 1-21, d. h. seine ersten und zweiten Unterabschnitte 1-211 und 1-212, möglicherweise keinen Diodenmesa 18.Zum Beispiel begrenzt in den Unterabschnitten 1-212 jeder oder beinahe jeder Plasmasteuergraben 15 eine jeweilige der IGBT-Mesas 17. In den ersten Unterabschnitten könnte (auch) jeder oder beinahe jeder Plasmasteuergraben 15 (z. B. mehr als 95 % der Plasmasteuergräben 15) eine jeweilige der Diodenmesas 18 begrenzen.
  • Gemäß der Ausführungsform aus 7 umfasst der IGBT-Abschnitt 1-21 eine oder mehrere Mesas 19 einer weiteren Art. Diese Mesas 19 einer weiteren Art können Dummy-Mesas 19 sein, die nicht elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden sind, was in 7 durch den fehlenden Kontaktstopfen für diese Dummy-Mesas 19 angegeben ist. Zum Beispiel sind ein oder mehrere der Dummy-Mesas 19 an dem Übergang zwischen dem ersten Unterabschnitt 1-212 und dem zweiten Unterabschnitt 1-212 angeordnet.
  • Solche Dummy-Mesas 19 können irgendwo innerhalb des aktiven Gebiets 1-2 angeordnet sein, z. B. auch in dem Diodenabschnitt 1-22.
  • Gemäß Ausführungsformen können die unterschiedlichen Mesaarten daher basierend auf Merkmalen (a) bis (c) wie folgt definiert werden:
  • Jede IGBT-Mesa 17 (a) umfasst wenigstens eines der Source-Gebiete 101, (b) ist lateral durch wenigstens einen der IGBT-Steuergräben 14 oder der Plasmasteuergräben 15 lateral begrenzt und (c) ist elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden.
  • Jede Diodenmesa 18 kann als die IGBT-Mesa 17 definiert sein, aber es fehlt wenigstens eines der Merkmale (a) oder (b).
  • Eine Dummy-Mesa 19 kann als eine IGBT-Mesa 17 oder eine Diodenmesa 18 definiert sein, aber es fehlt wenigstens das Merkmal (c).
  • Bei einer Ausführungsform ist der zweite Unterabschnitt 1-212 des IGBT-Abschnitts 1-21 angrenzend an den Diodenabschnitt 1-22 angeordnet. Mit anderen Worten ist der erste Unterabschnitt 1-211 des IGBT-Abschnitts 1-21 mittels des zweiten Unterabschnitts 1-212 lateral von dem Diodenabschnitt 1-22 beabstandet.
  • Immer noch unter Bezugnahme auf 7 kann jeder des einen oder der mehreren Unterabschnitte 1-211 und des einen oder der mehreren zweiten Unterabschnitte 1-212 signifikante Abmessungen aufweisen. Zum Beispiel weist jeder der Unterabschnitte 1-211/1-212 eine laterale Ausdehnung entlang der ersten lateralen Richtung X auf, die wenigstens 50 % der Dicke des Driftgebiets 100 in der vertikalen Richtung Z oder wenigstens 50 % der Dicke d des Halbleiterkörpers in der vertikalen Richtung Z beträgt. Die laterale Ausdehnung entlang der ersten lateralen Richtung X kann auch größer als ein Vielfaches der Halbleiterkörper-/Driftgebietdicke sein, z. B. wenigstens viermal die Halbleiterkörper-/Driftgebietdicke betragen. Ferner kann jeder der Unterabschnitte 1-211/1-212 eine laterale Ausdehnung entlang der zweiten lateralen Richtung Y aufweisen, die wenigstens die Driftgebietdicke oder wenigstens die Halbleiterkörperdicke beträgt. Die laterale Ausdehnung entlang der zweiten lateralen Richtung Y kann auch größer als ein Vielfaches der Halbleiterkörper-/Driftgebietdicke sein, z. B. wenigstens fünfmal die Halbleiterkörper-/Driftgebietdicke betragen.
  • 8 veranschaulicht eine Variation der Ausführungsform aus 7 (immer noch die gleiche Konfiguration des Diodenabschnitts 1-22, wie mit Bezug auf 5 erklärt). Gemäß dieser Ausführungsform ist der erste Unterabschnitt 1-211 des IGBT-Abschnitts 1-21 angrenzend an den Diodenabschnitt 1-22 angeordnet. Mit anderen Worten ist der zweite Unterabschnitt 1-212 des IGBT-Abschnitts 1-21 mittels des ersten Unterabschnitts 1-211 lateral von dem Diodenabschnitt 1-22 beabstandet. Welcher Weg gewählt wird, hängt von den gewünschten thermischen Charakteristiken des RC-IGBT 1 ab.
  • Unter Bezugnahme auf sowohl 7 als auch 8 kann der zweite Unterabschnitt 1-212 nahe dem Übergang zu dem Randabschlussgebiet 1-3 und/oder in der Nähe zu einer (nicht veranschaulichten) Gate-Pad-, Gate-Finger- oder Gate-Runner-Struktur angeordnet sein, die vorhanden sein kann und die zum Transferieren des Plasmasteuersignals 13-22 an die Plasmasteuerelektroden 151 oder zum Transferieren des IGBT-Steuersignals 13-21 an die IGBT-Steuerelektroden 141 konfiguriert sein.
  • 9 veranschaulicht eine andere Variation der Ausführungsform aus 7 (immer noch die gleiche Konfiguration des Diodenabschnitts 1-22, wie mit Bezug auf 5 erklärt). Daher sind die Positionen des ersten und zweiten Unterabschnitts nicht geändert, aber die Variation betrifft das IGBT-Emittergebiet 103 auf der zweiten Seite 120.
  • Gemäß Variante (I) aus 9 kann ein Teil des IGBT-Emittergebiets 103, das sich in den zweiten Unterabschnitt 1-212 hinein erstreckt, lateral strukturiert sein, z. B. durch das Vorhandensein eines oder mehrerer Unterteile 1033 des ersten Leitfähigkeitstyps. Die räumliche Dichte dieser Unterteile 1033 kann entlang der Richtung zu dem Diodenabschnitt 1-22 hin zunehmen (vergleiche Variante II). Die Unterteile 1033 sind z. B. nur in dem zweiten Unterabschnitt 1-212 des IGBT-Abschnitts 1-21 bereitgestellt und nicht in dem ersten Unterabschnitt 1-211, wo z. B. das Emittergebiet 103 nicht strukturiert ist. Zum Beispiel wird basierend auf dem einen oder mehreren Unterteilen 1033 die Kollektorseite-p-Emittereffizienz, d. h. die Emittereffizienz des IGBT-Emittergebiets 103, verringert, was zu einem reduzierten Stromschwanz während des Abschaltens führt.
  • Zum Beispiel kann die laterale Entfernung in der ersten lateralen Richtung X zwischen angrenzenden der Unterteile 1033 wenigstens ein Vielfaches (z. B. 3-, 5- oder 8-mal) der lateralen Entfernung in der ersten lateralen Richtung X zwischen angrenzenden der IGBT-Mesas 17 betragen. Bei einer Ausführungsform können die Unterteile 1033 eine Streifenkonfiguration ähnlich den Gräben/Mesas aufweisen und auf eine gestaffelte Weise entlang der ersten lateralen Richtung X angeordnet sein, während sie über einen Teil des IGBT-Emittergebiets 103 in dem zweiten Unterabschnitt 1-212 mit dem Teil des IGBT-Emittergebiets 103 in dem ersten Unterabschnitt 1-211 gekoppelt sind, wie beispielhaft veranschaulicht ist.
  • 10 veranschaulicht Varianten von Grabenkonfigurationen schematisch und beispielhaft, die in dem Diodenabschnitt 1-22 (vergleiche linker Teil (I)) und dem IGBT-Abschnitt 1-21 (vergleiche rechter Teil (II)) angeordnet sein können. Wie oben erwähnt, können anstelle von nur einer Grabenelektrode pro Graben auch Mehrfachelektrodengräben eingesetzt werden.
  • Zum Beispiel beherbergt gemäß einer Variante I-a) ein Plasmasteuergraben 15' zwei Plasmasteuerelektroden 151, die jeweils die jeweilige, angrenzend angeordnete Diodenmesa 18 steuern. Gemäß einer Variante I-b) beherbergt ein Plasmasteuergraben 15" sowohl eine der Plasmasteuerelektroden 151 als auch eine der Source-Grabenelektroden 161. Gemäß einer Variante I-c) beherbergt ein Source-Graben 16' zwei der Source-Grabenelektroden 161. Anstelle der Plasmasteuergrabenelektrode 151 könne es auch eine andere der Source-Grabenelektroden 161 in Variante I-c) sein.
  • Nun in Bezug auf mögliche Grabenkonfigurationen für den IGBT-Abschnitt 1-21, z. B. gemäß einer Variante II-a), beherbergt ein Plasmasteuergraben 14' zwei der IGBT-Steuerelektroden 141, die jeweils die jeweilige, angrenzend angeordnete IGBT-Mesa 17 steuern. Gemäß einer Variante II-b) beherbergt ein IGBT-Steuergraben 14" sowohl eine der Plasmasteuerelektroden 151 als auch eine der IGBT-Steuerelektroden 141. Gemäß einer Variante II-c) beherbergt ein Source-Graben 16' sowohl eine der IGBT-Steuerelektroden 141 als auch eine der Source-Grabenelektroden 161. Ferner können die Gräben, wie die Gräben 15', 15" und 16', auch in dem IGBT-Abschnitt 1-21 angeordnet sein. Viele Variationen der Grabenkonfigurationen sind möglich.
  • Eine Kombination aus Mehrfachelektrodengräben und Einzelelektrodengräben in wenigstens einem des Diodenabschnitts 1-22 und des IGBT-Abschnitts 1-21 sind ebenfalls möglich.
  • In 11 zeigt Teil (I) einen Abschnitt einer horizontalen Projektion des aktiven Gebiets 1-2. Zum Beispiel ist nur ein Diodenabschnitt 1-22 und nur ein IGBT-Abschnitt 1-21 in dem aktiven Gebiet 1-2 enthalten. Teil (II) zeigt einen entsprechenden Abschnitt eines vertikalen Querschnitts des aktiven Gebiets 1-2 gemäß einem ersten Beispiel und Teil (III) zeigt einen entsprechenden Abschnitt eines vertikalen Querschnitts des aktiven Gebiets 1-2 gemäß einem zweiten Beispiel. Was oben beschrieben wurde, kann gleichermaßen auf die in 11 veranschaulichte Ausführungsform zutreffen (z. B.: das Barrieregebiet 105 kann weggelassen werden; und/oder Dummy-Mesas 19 können in dem Diodenabschnitt 1-22 und/oder in dem IGBT-Abschnitt 1-21 bereitgestellt sein; die Menge an Source-Gräben 16 kann variiert werden, wie oben beschrieben ist, usw.). Die Konfiguration der Diodenabschnitte 1-22 kann daher bei beiden Beispielen identisch mit dem Diodenabschnitt 1-22 der Ausführungsform aus 5. Bei beiden Beispielen weisen die IGBT-Abschnitte 1-21 die gleiche Graben-Mesa-Struktur wie veranschaulicht auf (wobei die Source-Gebiete 101 in den IGBT-Mesas 17 vorhanden sind, aber zur klaren Darstellung nicht veranschaulicht sind). Jeder Steuergraben 14, 15 ist zwischen zwei jeweiligen der Source-Gräben angeordnet. Jeder Plasmasteuergraben 15 ist lateral auf beiden Seiten durch zwei jeweilige der Diodenmesas 18 flankiert. Jeder IGBT-Steuergraben 14 ist lateral auf beiden Seiten durch zwei jeweilige der IGBT-Mesas 17 flankiert. Immer noch unter Bezugnahme auf beide Beispiele umfasst das IGBT-Emittergebiet 103 die Unterteile 1033 des ersten Leitfähigkeitstyps. Außerdem ist das Barrieregebiet 105 bereitgestellt. Gemäß dem ersten Beispiel (Teil (II) aus 11) ist das Barrieregebiet homogen dotiert, z. B. derart, dass es eine im Wesentlichen konstante Dotierungsstoffkonzentration entlang beider lateraler Richtungen X und Y aufzeigt. Bei einer Ausführungsform, wie für das zweite Beispiel in Teil (III) aus 11 veranschaulicht, variiert die Konzentration des Barrieregebiets 105 entlang der ersten lateralen Richtung X, z. B. insofern, dass seine Teile 1051 in den IGBT-Mesas 17 (Bezugszeichen fehlen in Teil (III), da nicht genug Platz ist) angrenzend an die IGBT-Steuergräben 14 eine größere Dotierungsstoffkonzentration als in den Diodenmesas 18 aufweisen. Zum Beispiel sind die Barrieregebietteile 1051 wenigstens zweimal so stark wie die verbleibenden Teile des Barrieregebiets 105 dotiert, was eine Reduzierung des Laststroms in den IGBT-Mesas 17 (die Bezugszeichen 17 sind in Teil (III) aus Gründen der Klarheit weggelassen) während des Diodenbetriebs ermöglicht.
  • Hier sind nicht nur Ausführungsformen eines RC-IGBT präsentiert, sondern auch Ausführungsformen eines Verfahrens zum Produzieren eines RC-IGBT. Zum Beispiel umfasst das Verfahren Bilden der folgenden Komponenten: ein aktives Gebiet mit einem IGBT-Abschnitt und einem Diodenabschnitt; einen Halbleiterkörper, der eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist; einen ersten Lastanschluss auf der ersten Seite und einen zweiten Lastanschluss auf der zweiten Seite; mehrere Steuergräben, die parallel zueinander entlang einer ersten lateralen Richtung angeordnet sind und sich entlang einer zweiten Richtung in den Halbleiterkörper hinein erstrecken, wobei sich die mehreren Steuergräben in sowohl den IGBT-Abschnitt als auch den Diodenabschnitt hinein erstrecken; mehrere IGBT-Mesas und mehreren Diodenmesas in dem Halbleiterkörper, wobei jeder wenigstens mancher der Mesas durch wenigstens einen der Steuergräben lateral entlang der ersten Lateralrichtung begrenzt ist; mehrere IGBT-Steuerelektroden in den mehreren Steuergräben und, elektrisch von den IGBT-Steuerelektroden isoliert, mehrere Plasmasteuerelektroden, wobei jede der IGBT-Steuerelektroden und Plasmasteuerelektroden elektrisch von sowohl dem ersten Lastanschluss als auch dem zweiten Lastanschluss isoliert ist. Der IGBT-Abschnitt beinhaltet sowohl eine erste Teilmenge der IGBT-Steuerelektroden als auch eine erste Teilmenge der Plasmasteuerelektroden. Der Diodenabschnitt beinhaltet eine zweite Teilmenge der Plasmasteuerelektroden.
  • Zum Bilden der Komponenten des RC-IGBT können verschiedene Verarbeitungstechniken eingesetzt werden, wie etwa einen oder mehrere Epitaxieschritte, einen oder mehrere Ätzschritte, einen oder mehrere Diffusionsverarbeitungsschritte, einen oder mehreren Implantationsverarbeitungsschritte, einen oder mehrere Temperungsverarbeitungsschritte, einen oder mehrere Annealing-Verarbeitungsschritte, einen oder mehrere Lithografieverarbeitungsschritte; einen oder mehrere Reinigungsverarbeitungsschritte und so weiter.
  • Ausführungsformen des vorgeschlagenen RC-IGBT-Produktionsverfahren entsprechen den Ausführungsformen des oben präsentierten RC-IGBT 1.
  • Des Weiteren sind hier auch Ausführungsformen zum Betreiben eines RC-IGBT, z. B. eines RC-IGBT gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen, präsentiert.
  • In Bezug auf 12 ist ein Diodenlaststrom (d. h. der Rückwärtsstrom) -ID mit Bezug auf die Spannung VCE veranschaulicht, die zwischen dem zweiten Lastanschluss 12 (z. B. dem Kollektoranschluss) und dem ersten Lastanschluss 11 (z. B. Emitteranschluss) vorhanden ist. Wie oben erklärt, befindet sich der RC-IGBT 1 im Fall einer negativen Spannung VCE im Rückwärts-/Diodenmodus. Der Rückwärts-/Diodenlaststrom -ID nimmt (in Bezug auf seinen Absolutwert) mit zunehmendem Betrag der negativen Spannung VCE zu, wobei der tatsächliche Verlauf von der Spannung der Steuersignale 13-21 (IGBT; G1 in 12) und 13-22 (Diode; G2 in 12) abhängen kann. Der Nennrückwärts-/- diodenlaststrom ist in 12 mit IF veranschaulicht. Ein Nennstrom ist ein Strom, für den die Vorrichtung ausgelegt wurde.
  • Falls zum Beispiel die beiden Steuersignale 13-21 und 13-22 positiv (oder neutral, vergleiche Verlauf auf der linken Seite) sind, wird typischerweise ein größerer Spannungsabfall beobachtet, da vergleichsweise wenig Ladungsträger vorhanden sind. Falls beide Steuersignale 13-21 und 13-22 negativ sind, wird typischerweise ein geringerer Spannungsabfall für IF beobachtet, da vergleichsweise viele Ladungsträger vorhanden sind. Aber, wie in 12 veranschaulicht, ist der Spannungsabfall für IF näherungsweise/beinahe unabhängig von dem Wert des IGBT-Steuersignals 13-21. Stattdessen kann der durch IF verursachte Spannungsabfall im Wesentlichen durch das Plasmasteuersignal 13-22 gesteuert werden. Falls z. B. das Plasmasteuersignal 13-22 größer als ein Schwellenwert (von z. B. 3 V) ist, ist der Spannungsabfall sehr hoch und, falls das Plasmasteuersignal 13-22 niedriger als der Schwellenwert (von z. B. 3 V) ist, ist der Spannungsabfall sehr niedrig.
  • Bei einer Ausführungsform kann der RC-IGBT 1 daher so gestaltet werden, dass für IF Folgendes gilt:
    • a. eine Modifikation des IGBT-Steuersignals 13-21 von einem EIN-Wert Voiein zu einem AUS-Wert VGlaus (z. B. -15 V, -10 V, -8 V oder 0 V) induziert eine erste Modifikation des Vorwärtsspannungsabfalls DVF1, der durch IF verursacht wird (wobei DVF1 entsprechend für das Plasmasteuersignal 13-22 beobachtet werden kann, das sich auf einem AUS-Wert VG2aus (z. B. -15 V) befindet); und
    • b. eine Modifikation des Plasmasteuersignals 13-22 von einem EIN-Wert VG2ein zu einem AUS-Wert VG2aus (z. B. -15 V, -10 V, -8 V) induziert eine zweite Modifikation des Vorwärtsspannungsabfalls DVF2, der durch IF verursacht wird, wobei Folgendes gilt:
      1. i. DVF1 < 60 % DVF2; oder
      2. ii. DVF1 < 30 % DVF2; oder
      3. iii. DVF1 < 15 % DVF2.
  • 13 zeigt einen Halbleiterhalbbrückenschaltkreis 2, der einen ersten RC-IGBT 1-A und einen zweiten RC-IGBT 1-B umfasst. Eine Last und/oder eine Filterinduktivität 21 ist mit einem Ausgangsanschluss 20 des Halbbrückenschaltkreises 2 verbunden und wird einem Laststrom IL ausgesetzt. Der Laststrom IL kann ein AC-Strom sein (z. B. ein Niederfrequenzstrom, wie etwa 50 Hz). Der zweite Lastanschluss des ersten RC-IGBT 1-A kann elektrisch mit einer High-Side einer DC-Versorgung oder eines DC-Zwischenkreises verbunden sein und der erste Lastanschluss des zweiten RC-IGBT 12 kann elektrisch mit einer Low-Side der DC-Versorgung oder des DC-Zwischenkreises verbunden sein. Bei dem veranschaulichten Beispiel sind die beiden RC-IGBTs 1-A und 1-B nur mit IGBT-Steuergräben (und nicht mit Plasmasteuergräben) ausgestattet und können daher basierend auf einem ersten IGBT-Steuersignal 13-21A und einem zweiten IGBT-Steuersignal 13-21B gesteuert werden. Zum Beispiel ist für den Fall, dass die Richtung des Laststroms IL positiv ist, wie in 13 angegeben ist, das erste IGBT-Steuersignal 13-21A eine Gate-Spannung VGE, die in dem oberen der zwei Signaldiagramme in 13 veranschaulicht ist, und ist das zweite IGBT-Steuersignal 13-21B eine Gate-Spannung VGE, die in dem unteren der zwei Signaldiagramme in 13 veranschaulicht ist. Zum Beispiel werden die beiden RC-IGBTs 1-A und 1-B mit einer Schaltfrequenz betrieben, die höher als die Frequenz des Laststroms IL ist, z. B. mit einigen hundert Hz oder mit einigen kHz.
  • Gemäß dem Beispiel aus 13 wird bestimmt, ob sich der jeweilige RC-IGBT in einem Vorwärts- oder in einem Rückswärtsbetrieb befindet, und dann wird der RC-IGBT mit einem entsprechend konfigurierten IGBT-Steuersignal, z. B. mit VGE = 15 V oder mit VGE < Vth,n (z. B. Vth,n = 2 V, 5 V oder 6 V) angesteuert. Dies führt zu einer Flexibilität zum Optimieren der Gesamtvorrichtungsleistungsfähigkeit in Bezug auf Verluste. Außerdem kann ein Entsättigungsimpuls auf den RC-IGBT im Rückwärtsmodus angewandt werden, z.B. direkt vor der Rückwärtswiederherstellung. Es gibt verschiedene Optionen für die Entsättigung, wie für das zweite IGBT-Steuersignal 13-21B gezeigt (Gate-Spannung VGE, die in dem unteren der zwei Signaldiagramme in 13 veranschaulicht ist):
    • (i) Entsättigung bei 15 V: in diesem Fall kann eine Sperrzeit (oder Totzeit) zwischen dem Ende des Entsättigungsimpulses und dem Ausschalten des anderen RC-IGBT (im Fall des Halbbrückenschaltkreises aus 13: des ersten RC-IGBT 1) bereitgestellt werden, um einen Kurzschluss in dem DC-Zwischenkreis zu vermeiden.
    • (ii) Entsättigung bei 0 V (Neutralentsättigung): in diesem Fall arbeitet der RC-IGBT mit einem negativen Gate-Potential (z. B. -8 V/-10 V/-15 V) in dem Rückwärts-Ein-Zustand und entsättigt bei einem höheren Gate-Potential (Vth,p < VGE < Vth,n), z. B. bei 0 V. Unter diesen Bedingungen kann der RC-IGBT die Spannung auch in der Entsättigung blockieren. Folglich ist es möglich, den Entsättigungsimpuls zu einem Zeitpunkt während oder nach dem Rückwärtswiederherstellungsprozess zu erweitern, wie veranschaulicht ist.
  • In dem rechten Teil aus 14 repräsentiert der Zickzackverlauf den Laststrom IL, die zentrale Sinuswelle den Referenzstrom und die obere und untere Sinuswelle die Grenzen. Die untere Pulsstruktur des PWM-Signals kann von dem Punkt abgeleitet werden, wo der Laststrom IL unterhalb der unteren Grenze oder oberhalb der oberen Grenze wäre. Oder das PWM-Signal wird aus einem Vergleich einer Sinuswelle mit einem Sägezahnsignal einer höheren Frequenz abgeleitet. Die IGBT-Steuersignale 13-21A und 13-21B können aus dem PWM-Signal abgeleitet werden. Das IGBT-Steuersignal 13-21B kann einer invertierten Version des Signals 13-21A entsprechen. Wenn der Laststrom IL positiv ist (wie durch den Pfeil bei der Bezugsziffer IL angegeben), befindet sich der zweite RC-IGBT 1-B im Dioden-/Rückwärtsmodus und, wenn der Laststrom IL negativ ist, befindet sich der zweite RC-IGBT 1-B im IGBT-/Vorwärtsmodus.
  • Es kann wünschenswert sein, sicherzustellen, dass das IGBT-Steuersignal auf 15 V (oder einem vergleichbaren Wert, der den jeweiligen RC-IGBT zum Ausschalten veranlasst) ist, falls sich der jeweilige RC-IGBT in dem Vorwärts-Ein-Zustand befindet; ansonsten könnte die Vorrichtung zerstört werden. Das bedeutet, dass wenigstens während einer Periode 25 des PWM-Signals, in der die Änderung der Stromrichtung des Laststroms IL stattfindet, die Steuerspannung des IGBT-Steuersignals 15 V (oder ein vergleichbarer Wert) sein muss. Es wurde beobachtet, dass es einen kritischen Strompegel (z. B. einen gewissen Prozentsatz des Nennvorrichtungslaststroms INenn, wie etwa 10 % * INenn oder 20 % * INenn) geben sollte, unterhalb dessen der RC-IGBT bei 15 V auch im Rückwärtsmodus arbeitet. Der kritische Strompegel sollte eher hoch sein, da Oszillationen in dem Strom auftreten können, die durch Schaltereignisse in anderen Phasen ausgelöst werden können. Diese Einschränkung begrenzt jedoch die Gestaltungsoptimierung.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungshalbleiterhalbbrückenschaltkreises 2 präsentiert, der einen ersten RC-IGBT 1-A (vergleiche 16) gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform und einen zweiten RC-IGBT 1-B gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform umfasst. Das Verfahren umfasst Folgendes: Liefern eines ersten IGBT-Steuersignals 13-21A an die mehreren IGBT-Steuerelektroden 141 des ersten RC-IGBT 1-A und Liefern eines ersten Plasmasteuersignals 13-22A an die mehreren Plasmasteuerelektroden 151 des ersten RC-IGBT 1-A; und Liefern eines zweiten IGBT-Steuersignals 13-21B an die mehreren IGBT-Steuerelektroden 141 des zweiten RC-IGBT 1-B und Liefern eines zweiten Plasmasteuersignals 13-22B an die mehreren Plasmasteuerelektroden 151 des zweiten RC-IGBT 1-B.
  • Zum Beispiel wird das erste IGBT-Steuersignal 13-21A als eine Spannung zwischen einem IGBT-Steueranschluss 13-1A des ersten RC-IGBT 1-A und dem ersten Lastanschluss 11-A des ersten RC-IGBT 1-A bereitgestellt. Zum Beispiel ist das erste IGBT-Steuersignal 13-21A ein erstes Gate-Signal, das z. B. durch eine (nicht veranschaulichte) Ansteuerungseinheit bereitgestellt wird.
  • Zum Beispiel wird das erste Plasmasteuersignal 13-22A als eine Spannung zwischen einem Plasmasteueranschluss 13-2A des ersten RC-IGBT 1-A und dem ersten Lastanschluss 11-A des ersten RC-IGBT 1-A bereitgestellt. Zum Beispiel ist das erste Plasmasteuersignal 13-22A ein zweites Gate-Signal für den ersten RC-IGBT 1-A, das z. B. durch die (nicht veranschaulichte) Ansteuerungseinheit bereitgestellt wird.
  • Zum Beispiel wird das zweite IGBT-Steuersignal 13-21B als eine Spannung zwischen einem IGBT-Steueranschluss 13-1B des zweiten RC-IGBT 1-B und dem ersten Lastanschluss 11-B des zweiten RC-IGBT 1-B bereitgestellt. Zum Beispiel ist das zweite IGBT-Steuersignal 13-21B ein erstes Gate-Signal für den zweiten RC-IGBT 1-B, das z. B. durch eine weitere (nicht veranschaulichte) Ansteuerungseinheit bereitgestellt wird.
  • Zum Beispiel wird das zweite Plasmasteuersignal 13-22B als eine Spannung zwischen einem Plasmasteueranschluss 13-2B des zweiten RC-IGBT 1-B und dem ersten Lastanschluss 11-B des zweiten RC-IGBT 1-B bereitgestellt. Zum Beispiel ist das zweite Plasmasteuersignal 13-22B ein zweites Gate-Signal für den zweiten RC-IGBT 1-B, das z. B. durch die weitere (nicht veranschaulichte) Ansteuerungseinheit bereitgestellt wird.
  • Zum Beispiel ist der Leistungshalbleiterhalbbrückenschaltkreis 2 (vergleiche 16, linker Teil), z. B. als Teil eines Vollbrückenschaltkreises oder einer anderen Schaltkreistopologie, zum Invertieren eines DC-Eingangssignals (z. B. der Spannung über den zweiten Lastanschluss 12-A des ersten RC-IGBT 1-A und den ersten Lastanschluss 11-B des zweiten RC-IGBT 1-B) in ein AC-Ausgangssignal, z. B. den Laststrom IL (vergleiche 14, rechter Teil).
  • Zum Beispiel befindet sich in jedem Halbzyklus des Laststroms IL einer der zwei RC-IGBTs 1-A, 1-B im Dioden-/Rückwärtsbetrieb und befindet sich der andere im IGBT/Vorwärtsbetrieb; nach jedem Halbzyklus ändert sich der Betrieb von dem Dioden-/Rückwärtsbetrieb zu dem IGBT-/Vorwärtsbetrieb bzw. von dem IGBT-/Vorwärtsbetrieb zu dem Dioden-/Rückwärtsbetrieb.
  • Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen kann der RC-IGBT 1-A/1-B des Halbbrückenschaltkreises 2, der sich im IGBT-/Vorwärtsbetrieb befindet, auf eine herkömmliche Weise gesteuert werden, z. B. wenigstens basierend auf dem ersten IGBT-Steuersignal 13-21A bzw. wenigstens basierend auf dem zweiten IGBT-Steuersignal 13-21B gesteuert werden. Außerdem kann der RC-IGBT 1-A/1-B des Halbbrückenschaltkreises 2, der sich im IGBT-/Vorwärtsbetrieb befindet, auch basierend auf dem ersten Plasmasteuersignal 13-22A bzw. basierend auf dem zweiten Plasmasteuersignal 13-22B gesteuert werden.
  • Ferner können gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen das erste Plasmasteuersignal 13-22A und das zweite Plasmasteuersignal 13-22B in Abhängigkeit von einer Stromrichtung des Laststroms IL bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann der RC-IGBT 1-A/1-B des Halbbrückenschaltkreises 2, der sich im Dioden-/Rückwärtsbetrieb befindet, wenigstens basierend auf dem ersten Plasmasteuersignal 13-22A bzw. wenigstens basierend auf dem zweiten Plasmasteuersignal 13-22B gesteuert werden, die beide in Abhängigkeit von einer Stromrichtung des Laststroms IL erzeugt werden. Außerdem kann der RC-IGBT 1-A/1-B des Halbbrückenschaltkreises 2, der sich im Dioden-/Rückwärtsbetrieb befindet, auch basierend auf dem ersten IGBT-Steuersignal 13-21A bzw. basierend auf dem zweiten IGBT-Steuersignal 13-21B gesteuert werden.
  • Das Verfahren kann daher ferner Detektieren einer Richtung eines Halbbrückenlaststroms IL und Bereitstellen sowohl des ersten Plasmasteuersignals 13-22A als auch des zweiten Plasmasteuersignals 13-22B in Abhängigkeit von der detektierten Laststromrichtung umfassen.
  • Zum Beispiel kann unter Bezugnahme auf 15, falls sich der erste RC-IGBT 1-A im IGBT-/Vorwärtsbetrieb befindet, er basierend auf dem ersten Plasmasteuersignal 13-22A entsättigt werden, bevor er basierend auf dem ersten IGBT-Steuersignal 13-21A ausgeschaltet wird, z. B. einige wenige µs vor dem Ausschalten (vergleiche tverzögerung aus = 3 µs in der Figur).
  • Die Entsättigungsdauern können von der Dicke des Halbleiterkörpers abhängen. Zum Beispiel weist die Entsättigungsdauer in µs einen Betrag in dem Bereich der Halbleiterkörperdicke (in µm) geteilt durch 50 bis zu der Halbleiterkörperdicke (in µm) geteilt durch zehn auf.
  • Alternativ dazu oder zusätzlich kann immer noch, wenn sich der erste RC-IGBT 1-A im IGBT-/Vorwärtsbetrieb befindet, das „Einschalten“ auch der IGBT-Mesas 17, die durch die Plasmasteuergräben 15 gesteuert werden, basierend auf dem ersten Plasmasteuersignal 13-22A verzögert werden, z. B. um einige wenige µs nach dem Einschalten basierend auf dem ersten IGBT-Steuersignal 13-21A (vergleiche tverzögerung ein = 3 µs in der Figur). Natürlich können beliebige andere geeignete Verzögerungszeiten in Abhängigkeit von der tatsächlichen Anwendung gewählt werden. Das erste Plasmasteuersignal 13-22A kann daher derart bereitgestellt werden, dass es einen Entsättigungsvorgang vor einem Ausschaltvorgang auslöst, der durch das erste IGBT-Steuersignal 13-21A ausgelöst wird, und/oder derart, dass es einen Einschaltvorgang nach einem Einschaltvorgang auslöst, der durch das erste IGBT-Steuersignal 13-21A ausgelöst wird. Bei einer Ausführungsform wird, falls sich der erste RC-IGBT 1-A im IGBT-/Vorwärtsbetrieb befindet, das erste Plasmasteuersignal 13-22A gleichzeitig mit dem ersten IGBT-Steuersignal 13-21A geschaltet, und/oder mit dem gleichen Betrag wie das erste IGBT-Steuersignal 13-21A. Das heißt, bei einer solchen Ausführungsform kann das erste Plasmasteuersignal 13-22A identisch mit dem ersten IGBT-Steuersignal 13-21A sein. Natürlich gilt die Beschreibung in diesem Absatz analog für den zweiten RC-IGBT 1-B, wenn sich der zweite RC-IGBT 1-B im IGBT-/Vorwärtsbetrieb befindet.
  • In 16 befindet sich der erste RC-IGBT 1-A im IGBT-Betrieb (der hier als Vorwärtsbetrieb oder als IGBT-/Vorwärtsbetrieb bezeichnet wird) und befindet sich der zweite RC-IGBT 1-B im Diodenbetrieb (der hier als Rückwärtsbetrieb oder als Dioden-/Rückwärtsbetrieb bezeichnet wird). Das obere der zwei Signalverlaufsdiagramme veranschaulicht daher, was in dem vorhergehenden Absatz beschrieben wurde: Das erste Plasmasteuersignal 13-22A wird derart bereitgestellt, dass es einen Entsättigungsvorgang vor einem Ausschaltvorgang auslöst, der durch das erste IGBT-Steuersignal 13-21A ausgelöst wird (vergleiche tverzogerung_ aus), und/oder derart, dass es einen Einschaltvorgang nach einem Einschaltvorgang auslöst, der durch das erste IGBT-Steuersignal 13-21A ausgelöst wird (vergleiche tverzögerung ein). Zum Beispiel wird das zweite IGBT-Steuersignal 13-21B als eine invertierte Version des ersten IGBT-Steuersignals 13-21A bereitgestellt (natürlich einschließlich einer Totzeit, um einen Kurzschluss des DC-Zwischenkreises zu vermeiden). Bei einer Ausführungsform wird, wenn sich der zweite RC-IGBT 1-B im Diodenmodus befindet, das zweite Plasmasteuersignal 13-22 derart bereitgestellt, dass es einen Entsättigungsvorgang vor einem Ende eines Ein-Impulses auslöst, der durch das zweite IGBT-Steuersignal 13-21B definiert ist. Zum Beispiel wird der Entsättigungsvorgang basierend auf einem Ein-Impuls des zweiten Plasmasteuersignals 13-22B ausgelöst. Zum Beispiel befindet sich der Ein-Impuls des zweiten Plasmasteuersignals 13-22B innerhalb eines Zeitrahmens, der durch den Ein-Impuls des zweiten IGBT-Steuersignals 13-21B definiert wird, und/oder weist den gleichen Betrag wie der Ein-Impuls des zweiten IGBT-Steuersignals 13-21B auf (vergleiche Variante (i) in 16). Oder der Ein-Impuls des zweiten Plasmasteuersignals 13-22B ersetzt einen Zeitrahmen, der durch den Ein-Impuls des zweiten IGBT-Steuersignals 13-21B definiert wird, und/oder weist einen kleineren Betrag (z. B. 0 V) als der Ein-Impuls des zweiten IGBT-Steuersignals 13-21B auf (vergleiche Variante (ii) in 16).
  • Die Beschreibung in dem vorhergehenden Absatz bezog sich auf 16, wo sich der erste RC-IGBT 1-A im IGBT-Betrieb befindet und sich der zweite RC-IGBT 1-B im Diodenbetrieb befindet. Natürlich versteht es sich, dass die Beschreibung des Steuersignalverlaufs analog zutrifft, falls sich der erste RC-IGBT 1-A im Diodenbetrieb befindet und sich der zweite RC-IGBT 1-B im IGBT-Betrieb befindet.
  • Nun unter Bezugnahme auf 17 sollen zwei Varianten zum Steuern des ersten RC-IGBT 1-A im IGBT-Betrieb basierend auf sowohl dem ersten IGBT-Steuersignal 13-21A als auch dem ersten Plasmasteuersignal 13-22A beschrieben werden. Diese Beschreibung gilt analog für den zweiten RC-IGBT, falls sich derselbe nicht im Diodenbetrieb, sondern im IGBT-Betrieb befindet. Variante (1) in 17 entspricht der Weise zum Steuern des ersten RC-IGBT 1-A, wie bereits mit Bezug auf 16 und 15 beschrieben ist. Das erste Plasmasteuersignal 13-22A wird dort derart bereitgestellt, dass es einen Entsättigungsvorgang vor einem Ausschaltvorgang auslöst, der durch das erste IGBT-Steuersignal 13-21A ausgelöst wird (vergleiche tverzögerung aus), und derart, dass es einen Einschaltvorgang nach einem Einschaltvorgang auslöst, der durch das erste IGBT-Steuersignal 13-21A ausgelöst wird (vergleiche tverzögerung ein). Aber in Abhängigkeit von der Chipgestaltung des RC-IGBT 1-A, falls z. B. der RC-IGBT 1-A IGBT-Mesas 17 aufweist, die angrenzend an Plasmasteuergräben 15 angeordnet sind (vergleiche 7, erster Unterabschnitt 1-211), kann es angemessen sein, dass die Entsättigung vor dem Ausschalten basierend auf dem ersten IGBT-Steuersignal 13-21A induziert wird, wie in Variante (2) aus 17 veranschaulicht ist. Zum Beispiel wird erste Plasmasteuersignal 13-22A daher derart bereitgestellt, dass es einen Entsättigungsvorgang nach einem Ausschaltvorgang auslöst, der durch das erste IGBT-Steuersignal 13-21A ausgelöst wird (vergleiche tVerzögerung_aus2), und/oder dass es einen Einschaltvorgang nach einem Einschaltvorgang auslöst, der durch das erste IGBT-Steuersignal 13-21A ausgelöst wird (vergleiche tverzögerung ein). Somit kann hier das erste Plasmasteuersignal 13-22A tatsächlich das „Haupt“-Gate-Signal sein.
  • Nun zurückkehrend zu 18 sollen beispielhafte Plasmasteuerschemata mit Bezug auf den ersten RC-IGBT 1-A beschrieben werden (d. h., wenn sich der erste RC-IGBT 1-A im Diodenbetrieb befindet und sich der zweite RC-IGBT 1-B im IGBT-Betrieb befindet). Wie oben mit Bezug auf 16 erklärt wurde (wo die Situation der RC-IGBTs komplementär war), wird das erste Plasmasteuersignal 13-22A derart bereitgestellt, dass es einen Entsättigungsvorgang vor einem Ende eines Ein-Impulses auslöst, der durch das erste IGBT-Steuersignal 13-21A ausgelöst wird.
  • Zum Beispiel wird der Entsättigungsvorgang basierend auf einem Ein-Impuls des ersten Plasmasteuersignals 13-22A ausgelöst. 18 zeigt manche Varianten (1) - (3) eines solchen Ein-Impulses (der hier als ein Entsättigungsimpuls betrachtet werden kann). Zum Beispiel liegt der Ein-Impuls des ersten Plasmasteuersignals 13-22A innerhalb eines Zeitrahmens, der durch den Ein-Impuls des ersten IGBT-Steuersignals 13-21A definiert ist (vergleiche Variante (1), Variante (2)-(i) und Variante (3)-(i)). Zum Beispiel beträgt die Dauer des Ein-Impulses des ersten Plasmasteuersignals 13-22A weniger als 30 % oder wenigerer als 10 % der Dauer des Ein-Impulses des ersten IGBT-Steuersignals 13-21A (vergleiche Varianten in 18).
  • Die Entsättigungsdauern können von der Dicke d des Halbleiterkörpers 10 abhängen. Zum Beispiel weist die Entsättigungsdauer in µs einen Betrag in dem Bereich der Halbleiterkörperdicke d (in µm) geteilt durch 50 bis zu der Halbleiterkörperdicke d (in µm) geteilt durch zehn auf.
  • Ferner kann der Ein-Impuls des ersten Plasmasteuersignals 13-22A an dem gleichen Zeitpunkt wie der Ein-Impuls des ersten IGBT-Steuersignals 13-21A enden (vergleiche Variante (1), Variante (2)-(i) und Variante (3)-(i)). Ferner kann der Ein-Impuls des ersten Plasmasteuersignals 13-22A den gleichen Betrag wie der Ein-Impuls des ersten IGBT-Steuersignals 13-21A aufzeigen (vergleiche Varianten (i) und (iii), 16). Oder der Ein-Impuls des ersten Plasmasteuersignals 13-22A ersetzt einen Zeitrahmen, der durch den Ein-Impuls des ersten IGBT-Steuersignals 13-21A definiert wird (Variante (2)-(ii) und Variante (3)-(ii)), und/oder weist einen kleineren Betrag (z. B. kleiner als 70 % oder kleiner als 55 %) als der Ein-Impuls des ersten IGBT-Steuersignals 13-21A auf (vergleiche Variante (2)-(i) und Variante (2)-(ii)).
  • Die Konfiguration des Entsättigungsimpulses für den Diodenbetrieb kann in Abhängigkeit von der gewählten Gestaltung der Chipgestaltung des RC-IGBT gewählt werden, wofür viele Beispiele oben präsentiert wurden. Gemäß manchen Ausführungsformen kann Folgendes gelten: Für Variante (2) (i) und (ii) in 18 kann die Mesabreite kleiner als 1,5 µm, kleiner als 1 µm, kleiner als 600 nm sein und/oder die Dotierungsstoffdosis des Barrieregebiets 105 kann höher als 8*1012 cm-2, 1*1013cm-2 oder sogar höher als 3*1013cm-2 sein. Für Variante (3) (ii) in 18 gibt es z. B. keine IGBT-Mesa 17, die angrenzend an einen der Plasmasteuergräben 15 angeordnet ist. Für die Variante (1) in 18 kann es wenigstens eine Unterstruktur innerhalb des Diodenabschnitts 1-22 geben, in der die minimale Entfernung zwischen zwei Plasmasteuergräben 15 wenigstens 20 % oder wenigstens 40 % oder wenigstens 70 % der Halbleiterkörperdicke d beträgt.
  • Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beträgt ein Amplitudenbereich des ersten Plasmasteuersignals 13-22A weniger als 70 % oder sogar weniger als 50 % eines Amplitudenbereichs des ersten IGBT-Steuersignals 13-21A (vergleiche z. B. Varianten (2) in 18. Der Amplitudenbereich des zweiten Plasmasteuersignals 13-22B kann entsprechend weniger als 70 % oder sogar weniger als 50 % eines Amplitudenbereichs des zweiten IGBT-Steuersignals 13-21B betragen. Zum Beispiel kann das jeweilige Plasmasteuersignal in dem Bereich von -8 V bis 15 V oder in dem Bereich von -8 V bis 0 V liegen, wobei das jeweilige IGBT-Steuersignal in dem Bereich von -15 V bis 15 V liegen kann. Bei einer Ausführungsform sind die Aus-Spannungen der IGBT-Steuersignale 13-21A und 13-21-B höher (z. B. 0 V) als für Plasmasteuersignale 13-22A und 13-22B (z. B. -8 V, -10 V oder -15 V).
  • Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen wird der Halbbrückenschaltkreis 2 mit einer Schaltfrequenz betrieben, wobei die Beziehungen zwischen den Steuersignalen 13-21A/B, 13-22A/B, wie oben beschrieben, in jeder Periode der Schaltfrequenz befolgt werden. Die Schaltfrequenz kann innerhalb des Bereichs von 100 Hz bis 100 kHz liegen.
  • Gemäß Ausführungsformen des hier beschriebenen Verfahrens können die beiden RC-IGBTs 1-A und 1-B, wenn sie sich in dem IGBT-/Vorwärtsmodus befinden, auf eine herkömmliche Weise basierend auf wenigstens dem jeweiligen IGBT-Steuersignal 13-21A/B gesteuert werden. Optional ist es möglich, die beiden RC-IGBTs 1-A und 1-B, wenn sie sich in dem IGBT-/Vorwärtsmodus befinden, außerdem auch basierend auf den jeweiligen Plasmasteuersignalen 13-22A/B zu steuern, z. B. um den jeweiligen RC-IGBT 1-A/B vor oder nach dem Ausschalten zu entsättigen (vergleiche 17 für ein Beispiel, „tVerzögerung_aus“/„tVerzögerung_aus2“). Zum Beispiel löst gemäß 17, Variante (2), das IGBT-Steuersignal 13-21A die Entsättigung aus und das Plasmasteuersignal 13-22A initialisiert den Ausschaltprozess. In dem IGBT-Modus können die sowohl das jeweilige IGBT-Steuersignal 13-21A/B als auch das jeweilige Plasmasteuersignal 13-22A/B im Wesentlichen identische Pulsbreiten aufweisen, wobei der optionale Unterschied die Zeitverzögerungen sind, wie beispielhaft in 17 veranschaulicht ist, vergleiche „tVerzögerung_aus“ oder „tVerzögerung _aus2“ und/oder „tVerzögerung_ein“, wobei, wie oben beschrieben, auch synchrone Signalverläufe möglich sind, wobei daher das jeweilige IGBT-Steuersignal 13-21A/B und das jeweilige Plasmasteuersignal 13-22A/B identisch sind.
  • Gemäß Ausführungsformen des hier beschriebenen Verfahrens können die beiden RC-IGBTs 1-A und 1-B, wenn sie sich in dem Diode-/Rückwärtsmodus befinden, auf eine herkömmliche Weise basierend auf wenigstens dem jeweiligen IGBT-Steuersignal 13-21A/B gesteuert werden. Zum Beispiel ist das erste IGBT-Steuersignal 13-21A eine invertierte Version des zweiten IGBT-Steuersignals 13-21B (wobei Totzeiten befolgt werden). Optional ist es möglich, die beiden RC-IGBTs 1-A und 1-B, wenn sie sich in dem Dioden-/Rückwärtsmodus befinden, auch basierend auf den jeweiligen Plasmasteuersignalen 13-22A/B zu steuern, z. B. um den jeweiligen RC-IGBT 1-A/B um die Ausschaltzeit herum zu entsättigen (vergleiche 18). In dem Diodenmodus können das jeweilige IGBT-Steuersignal 13-21A/B und das jeweilige Plasmasteuersignal 13-22A/B im Wesentlichen unterschiedliche Pulsbreiten aufzeigen. Zum Beispiel beträgt eine Pulsbreite des Plasmasteuersignals weniger als 50 % oder weniger als 30 % oder sogar weniger als 10 % der IGBT-Steuersignal-Pulsbreite (vergleiche 18). Nicht nur die Pulsbreite kann im Vergleich zu dem IGBT-Steuersignal kleiner sein, sondern auch der Amplitudenbereich des Plasmasteuersignals. Der Puls des Plasmasteuersignals kann zu verschiedenen Zeiten um die Ausschaltzeit herum auftreten, die durch das IGBT-Steuersignal definiert wird, wie mit Bezug auf 18 erklärt wurde. Das heißt, während des Diodenbetriebs und basierend auf dem Plasmasteuersignal kann ein definierter Entsättigungsvorgang um das Ausschalten herum (basierend auf dem IGBT-Steuersignal) des RC-IGBT ausgeführt werden. Die Form des Entsättigungsimpulses kann basierend auf der Konfiguration des RC-IGBT angepasst werden, wofür viele Beispiele oben mit Bezug auf 1-11 präsentiert wurden.
  • Das Verfahren kann Detektieren der Betriebsart (Diodenbetrieb oder IGBT-Betrieb) basierend auf dem Halbbrückenlaststrom (vergleiche Bezugszeichen IL) und Bereitstellen des jeweiligen Plasmasteuersignals entweder gemäß dem IGBT-Betriebsschema (z. B. 17) oder gemäß dem Diodenbetriebsschema (z. B. 18) in Abhängigkeit von der detektierten Halbbrückenlaststromrichtung umfassen.
  • Bei einer Ausführungsform kann der RC-IGBT 1 mit anderen VGEmin-Werten für das Plasmasteuersignal 13-22A betrieben werden (z. B. -15 V, -8 V, -5 V, 0 V, 3 V, 10 V, 15 V). Zum Beispiel für eine niedrige Schaltfrequenz, für die Ein-Zustand-Verluste wichtig sind, ist VGEmin auf einem niedrigen Pegel, z. B. kleiner als -5 V, kleiner als -8 V, kleiner als -13 V. Für höhere Schaltfrequenzen kann VGEmin auf einen höheren Pegel erhöht werden, z. B. höher als -8 V, höher als -3 V oder sogar höher als 3 V. Optional können die Entsättigungsverfahren gemäß 18 angewandt werden.
  • Oben wurden Ausführungsformen erklärt, die eine Leistungshalbleitervorrichtung, wie etwa RC-IGBTs, und entsprechende Verarbeitungsverfahren betreffen. Diese Leistungshalbleitervorrichtung basiert zum Beispiel auf Silicium (Si). Entsprechend kann ein(e) monokristalline(s) Halbleitergebiet oder -schicht, z. B. der Halbleiterkörper 10 und seine Gebiete/Zonen, z. B. Gebiete usw., ein(e) monokristalline(s) Si-Gebiet oder Si-Schicht sein. Bei anderen Ausführungsformen kann polykristallines oder amorphes Silicium eingesetzt werden.
  • Es versteht sich jedoch, dass der Halbleiterkörper 10 und seine Gebiete/Zonen aus einem beliebigen Halbleitermaterial gefertigt sein können, das zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung geeignet ist. Beispiele für solche Materialien beinhalten unter anderem Si, SiC, GaAs und GaN.
  • Räumlichen Begriffe, wie etwa „unter“, „unterhalb“, „niedriger“, „über“, „höher“ und dergleichen werden der Einfachheit der Beschreibung halber verwendet, um die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu beschreiben. Es wird beabsichtigt, dass diese Begriffe zusätzlich zu verschiedenen Orientierungen, die in den Figuren dargestellt sind, verschiedene Orientierungen der entsprechenden Vorrichtung einschließen. Ferner werden auch Begriffe wie „erster“, „zweiter“ und dergleichen verwendet, um verschiedene Elemente, Gebiete, Abschnitte usw. zu beschreiben, und es wird auch hier nicht beabsichtigt, dass diese beschränkend sind. Durch die Beschreibung hinweg verweisen gleiche Begriffe auf gleiche Merkmale.
  • Wie hier verwendet, sind die Ausdrücke „aufweisend“,,,enthaltend",,,beinhaltend",,,umfassend‟,,,aufzeigend‟ und dergleichen offene Ausdrücke, die das Vorhandensein der angegebenen Elemente oder Merkmale angeben, aber keine zusätzlichen Elemente oder Merkmale ausschließen.
  • In Anbetracht der obigen Bandbreite an Variationen und Anwendungen versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung weder durch die vorangehende Beschreibung beschränkt wird, noch durch die beigefügten Zeichnungen beschränkt wird. Stattdessen ist die vorliegende Erfindung lediglich durch die folgenden Ansprüche und deren rechtliche Äquivalente beschränkt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102019125007 [0033]
    • DE 102020107277 [0033]

Claims (27)

  1. RC-IGBT (1), der Folgendes umfasst: - ein aktives Gebiet (1-2) mit einem IGBT-Abschnitt (1-21) und einem Diodenabschnitt (1-22); - einen Halbleiterkörper (10), der eine erste Seite (110) und eine zweite Seite (120) aufweist; - einen ersten Lastanschluss (11) auf der ersten Seite (110) und einen zweiten Lastanschluss (12) auf der zweiten Seite (120); - mehrere Steuergräben (14, 15), die parallel zueinander entlang einer ersten lateralen Richtung (X) angeordnet sind und sich entlang einer zweiten Richtung in den Halbleiterkörper (10) hinein erstrecken, wobei sich die mehreren Steuergräben (14, 15) in sowohl den IGBT-Abschnitt (1-21) als auch den Diodenabschnitt (1-22) hinein erstrecken; - mehrere IGBT-Mesas (17) und mehreren Diodenmesas (18) in dem Halbleiterkörper (10), wobei jeder wenigstens mancher der Mesas (17, 18) durch wenigstens einen der Steuergräben (14, 15) lateral entlang der ersten Lateralrichtung (X) begrenzt ist; - mehrere IGBT-Steuerelektroden (141) in den mehreren Steuergräben (14, 15) und, elektrisch von den IGBT-Steuerelektroden (141) isoliert, mehrere Plasmasteuerelektroden (151), wobei jede der IGBT-Steuerelektroden (141) und Plasmasteuerelektroden (151) elektrisch von sowohl dem ersten Lastanschluss als (11) auch dem zweiten Lastanschluss (12) isoliert ist; wobei: ◯ der IGBT-Abschnitt (1-21) sowohl eine erste Teilmenge der IGBT-Steuerelektroden (141) als auch eine erste Teilmenge der Plasmasteuerelektroden (151) beinhaltet; oder Diodenabschnitt (1-22) eine zweite Teilmenge der Plasmasteuerelektroden (151) beinhaltet.
  2. RC-IGBT (1) nach Anspruch 1, wobei die mehreren IGBT-Steuerelektroden (141) zum Empfangen eines IGBT-Steuersignals (13-21) konfiguriert sind, und wobei die mehreren Plasmasteuerelektroden (151) zum Empfangen eines Plasmasteuersignals (13-22) konfiguriert sind, das sich von dem IGBT-Steuersignal (13-21) unterscheidet.
  3. RC-IGBT (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede der IGBT-Steuerelektroden (141) in einem jeweiligen der Steuergräben (14) angeordnet, die an eine der IGBT-Mesas (17) angrenzen.
  4. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Plasmasteuerelektroden (151) in einem jeweiligen der Steuergräben (15) angeordnet, die an eine der Plasmamesas (18) angrenzen.
  5. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede IGBT-Mesa (17) eine Source-Gebiet (101) eines ersten Leitfähigkeitstyps und ein Körpergebiet (102) des zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst, die beide elektrischen mit einem ersten Lastanschluss (11) verbunden sind, wobei das Körpergebiet (102) das Source-Gebiet (101) von einem verbleibenden Teil mit einem ersten Leitfähigkeitstyp in der IGBT-Mesa (17) isoliert und mit dem verbleibenden Teil einen pn-Übergang (1021) in der IGBT-Mesa (17) bildet.
  6. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Diodenabschnitt (1-22) keine IGBT-Mesa (17) umfasst.
  7. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Diodenmesa (18) ein Körpergebiet (102) des zweiten Leitfähigkeitstyps, das elektrisch mit dem ersten Lastanschluss (11) verbunden ist, wobei das Körpergebiet (102) mit einem verbleibenden Teil eines ersten Leitfähigkeitstyps in der Diodenmesa (18) einen pn-Übergang (1021) in der Diodenmesa (18) bildet.
  8. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Diodenmesa (18) frei von einem Gebiet des ersten Leitfähigkeitstyps, das elektrisch mit dem ersten Lastanschluss (11) verbunden ist.
  9. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der mehrere Diodenabschnitte (1-22) umfasst, wobei jeder von wenigstens zwei der Diodenabschnitte (1-22) eine laterale Ausdehnung entlang der ersten lateralen Richtung (X) aufweist, die wenigstens eine Dicke des Driftgebiets (100) in der vertikalen Richtung (Z) oder wenigstens eine Dicke (d) des Halbleiterkörpers in der vertikalen Richtung (Z) beträgt.
  10. RC-IGBT (1) nach Anspruch 9, wobei jeder der wenigstens zwei Diodenabschnitte (1-22) ferner eine laterale Ausdehnung entlang der zweiten lateralen Richtung (Y) aufweist, die wenigstens die Driftgebietdicke oder wenigstens die Halbleiterkörperdicke (d) beträgt.
  11. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner ein Barrieregebiet (105) des ersten Leitfähigkeitstyps umfasst, wobei das Barrieregebiet (105) an das Körpergebiet (102) in wenigstens einem des Diodenabschnitts (1-22) und des IGBT-Abschnitts (1-21) anschließt und eine Dotierungsstoffkonzentration aufweist, die wenigstens 100-mal höher im Vergleich zu einem Driftgebiet (100) des RC-IGBT (1) sind.
  12. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der IGBT-Abschnitt (1-21) einen ersten Unterabschnitt (1-211) und einen zweiten Unterabschnitt (1-212) beinhaltet, wobei in dem ersten Unterabschnitt (1-212) jede IGBT-Mesa (17) angrenzend an wenigstens einen der-Steuergräben (14, 15) angeordnet ist, der eine der Plasmasteuerelektroden (151) beinhaltet, und wobei in dem ersten Unterabschnitt (1-211) jede IGBT-Mesa (17) angrenzend an wenigstens einen der-Steuergräben (14, 15) angeordnet ist, der wenigstens eine der Plasmasteuerelektroden (151) oder eine der IGBT-Steuerelektroden (141) beinhaltet.
  13. RC-IGBT (1) nach Anspruch 12, wobei sowohl der erste Unterabschnitt (1-211) als auch der zweite Unterabschnitt (1-212) eine laterale Ausdehnung entlang der zweiten lateralen Richtung (Y) aufweist, die wenigstens die Driftgebietdicke oder wenigstens die Halbleiterkörperdicke (d) beträgt.
  14. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner in dem Halbleiterkörper (10) und auf der zweiten Seite (120) beides von Folgendem umfasst: - ein Diodenemittergebiet (104) des ersten Leitfähigkeitstyps, das einen Teil des Diodenabschnitts (1-22) bildet und das eine laterale Ausdehnung in der ersten lateralen Richtung (X) aufweist, die wenigstens 50 % der Driftgebietdicke oder wenigstens 50 % der Halbleiterkörperdicke (d) beträgt; und - ein IGBT-Emittergebiet (103) des zweiten Leitfähigkeitstyps, das einen Teil des IGBT-Abschnitts (1-21) bildet und das eine laterale Ausdehnung in der ersten lateralen Richtung (X) aufweist, die wenigstens 70 % der Driftgebietdicke oder wenigstens 70 % der Halbleiterkörperdicke (d) beträgt.
  15. Verfahren zum Betreiben eines Leistungshalbleiterhalbbrückenschaltkreises (2), der einen ersten RC-IGBT (1-A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen zweiten RC-IGBT (1-B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, umfassend: - Liefern eines ersten IGBT-Steuersignals (13-21A) an die mehreren IGBT-Steuerelektroden (141) des ersten RC-IGBT (1-A) und Liefern eines ersten Plasmasteuersignals (13-22A) an die mehreren Plasmasteuerelektroden (151) des ersten RC-IGBT (1-A); und - Liefern eines zweiten IGBT-Steuersignals (13-21B) an die mehreren IGBT-Steuerelektroden (141) des zweiten RC-IGBT (1-B) und Liefern eines zweiten Plasmasteuersignals (13-22B) an die mehreren Plasmasteuerelektroden (151) des zweiten RC-IGBT (1-B).
  16. Verfahren nach Anspruch 15, das ferner Detektieren einer Richtung eines Halbbrückenlaststroms (IL) und Bereitstellen sowohl des ersten Plasmasteuersignals (13-22A) als auch des zweiten Plasmasteuersignals (13-22B) in Abhängigkeit von der detektierten Laststromrichtung umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei, falls sich der erste RC-IGBT (1-A) in einem IGBT-Betrieb befindet und sich der zweite RC-IGBT (1-B) in einem Diodenbetrieb befindet, das erste Plasmasteuersignal (13-22A) derart bereitgestellt wird, dass - es einen Entsättigungsvorgang vor einem Ausschaltvorgang auslöst, der durch das erste IGBT-Steuersignal (13-21A) ausgelöst wird, und oder derart, dass - es einen Einschaltvorgang nach einem Einschaltvorgang auslöst, der durch das erste IGBT-Steuersignal (13-21A) ausgelöst wird.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 17, wobei das zweite IGBT-Steuersignal (13-21B) einer invertierten Version des ersten IGBT-Steuersignals (13-21A) entspricht.
  19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 17, wobei, falls sich der erste RC-IGBT (1-A) in einem IGBT-Betrieb befindet und sich der zweite RC-IGBT (1-B) in einem Diodenbetrieb befindet, das zweite Plasmasteuersignal (13-22B) derart bereitgestellt wird, dass - es einen Entsättigungsvorgang am Ende eines Ein-Impulses auslöst, der durch das zweite IGBT-Steuersignal (13-21B) definiert ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Entsättigungsvorgang basierend auf einem Ein-Impuls des zweiten Plasmasteuersignals (13-22B) ausgelöst wird, wobei sich der Ein-Impuls des zweiten Plasmasteuersignals (13-22B) innerhalb eines Zeitrahmens befindet, der durch den Ein-Impuls des zweiten IGBT-Steuersignals (13-21B) definiert wird, und/oder den gleichen Betrag wie der Ein-Impuls des zweiten IGBT-Steuersignals (13-21B) aufweist.
  21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei der Entsättigungsvorgang basierend auf einem Ein-Impuls des zweiten Plasmasteuersignals (13-22B) ausgelöst wird, wobei der Ein-Impuls des zweiten Plasmasteuersignals (13-22B) einen Zeitrahmen ersetzt, der durch den Ein-Impuls des zweiten IGBT-Steuersignals (13-21B) definiert wird, und/oder einen kleineren Betrag als einen Ein-Impuls des zweiten IGBT-Steuersignals (13-21B) aufweist.
  22. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei, falls sich der erste RC-IGBT (1-A) in einem IGBT-Betrieb befindet und sich der zweite RC-IGBT (1-B) in einem Diodenbetrieb befindet, das erste Plasmasteuersignal (13-22A) derart bereitgestellt wird, dass - es einen Entsättigungsvorgang nach einem Ausschaltvorgang auslöst, der durch das erste IGBT-Steuersignal (13-21A) ausgelöst wird, und oder derart, dass - es einen Einschaltvorgang nach einem Einschaltvorgang auslöst, der durch das erste IGBT-Steuersignal (13-21A) ausgelöst wird.
  23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 22, wobei ein Amplitudenbereich des ersten Plasmasteuersignals (13-22A) weniger als 70 % eines Amplitudenbereichs des ersten IGBT-Steuersignals (13-21A) beträgt, und/oder wobei ein Amplitudenbereich des zweiten Plasmasteuersignals (13-22B) weniger als 70 % eines Amplitudenbereichs des zweiten IGBT-Steuersignals (13-21B) beträgt.
  24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 23, wobei der Halbbrückenschaltkreis (2) mit einer Schaltfrequenz betrieben und wobei die Beziehungen zwischen den Steuersignalen (13-21A/B, 13-22A/B), wie in einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 22 definiert, in jeder Periode der Schaltfrequenz befolgt werden.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Schaltfrequenz innerhalb des Bereichs von 100 Hz bis 100 kHz liegt.
  26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 25, wobei: - das erste IGBT-Steuersignal (13-21A) als eine Spannung zwischen einem IGBT-Steueranschluss (13-1A) des ersten RC-IGBT (1-A) und dem ersten Lastanschluss (11-A) des ersten RC-IGBT (1-A) bereitgestellt wird; - und das erste Plasmasteuersignal (13-22A) als eine Spannung zwischen einem Plasmasteueranschluss (13-2A) des ersten RC-IGBT (1-A) und dem ersten Lastanschluss (11-A) des ersten RC-IGBT (1-A) bereitgestellt wird; - das zweite IGBT-Steuersignal (13-21B) als eine Spannung zwischen einem IGBT-Steueranschluss (13-1B) des zweiten RC-IGBT (1-B) und dem ersten Lastanschluss (11-B) des zweiten RC-IGBT (1-B) bereitgestellt wird; und - das zweite Plasmasteuersignal (13-22B) als eine Spannung zwischen einem Plasmasteueranschluss (13-2B) des zweiten RC-IGBT (1-B) und dem ersten Lastanschluss (11-B) des zweiten RC-IGBT (1-B) bereitgestellt wird.
  27. Verfahren zum Bilden eines RC-IGBT Bilden der folgenden Komponenten: - ein aktives Gebiet (1-2) mit einem IGBT-Abschnitt (1-21) und einem Diodenabschnitt (1-22); - einen Halbleiterkörper (10), der eine erste Seite (110) und eine zweite Seite (120) aufweist; - einen ersten Lastanschluss (11) auf der ersten Seite (110) und einen zweiten Lastanschluss (12) auf der zweiten Seite (120); - mehrere Steuergräben (14, 15), die parallel zueinander entlang einer ersten lateralen Richtung (X) angeordnet sind und sich entlang einer zweiten Richtung in den Halbleiterkörper (10) hinein erstrecken, wobei sich die mehreren Steuergräben (14, 15) in sowohl den IGBT-Abschnitt (1-21) als auch den Diodenabschnitt (1-22) hinein erstrecken; - mehrere IGBT-Mesas (17) und mehreren Diodenmesas (18) in dem Halbleiterkörper (10), wobei jeder wenigstens mancher der Mesas (17, 18) durch wenigstens einen der Steuergräben (14, 15) lateral entlang der ersten Lateralrichtung (X) begrenzt ist; - mehrere IGBT-Steuerelektroden (141) in den mehreren Steuergräben (14, 15) und, elektrisch von den IGBT-Steuerelektroden (141) isoliert, mehrere Plasmasteuerelektroden (151), wobei jede der IGBT-Steuerelektroden (141) und Plasmasteuerelektroden (151) elektrisch von sowohl dem ersten Lastanschluss als (11) auch dem zweiten Lastanschluss (12) isoliert ist; wobei: o der IGBT-Abschnitt (1-21) sowohl eine erste Teilmenge der IGBT-Steuerelektroden (141) als auch eine erste Teilmenge der Plasmasteuerelektroden (151) beinhaltet; oder Diodenabschnitt (1-22) eine zweite Teilmenge der Plasmasteuerelektroden (151) beinhaltet.
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