DE102021002618A1 - Leistungshalbleitervorrichtung - Google Patents

Leistungshalbleitervorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE102021002618A1
DE102021002618A1 DE102021002618.7A DE102021002618A DE102021002618A1 DE 102021002618 A1 DE102021002618 A1 DE 102021002618A1 DE 102021002618 A DE102021002618 A DE 102021002618A DE 102021002618 A1 DE102021002618 A1 DE 102021002618A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
region
regions
emitter
semiconductor device
sectors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021002618.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Roman Baburske
Moritz Hauf
Hans-Joachim Schulze
Holger Schulze
Benedikt Stoib
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE102021002618.7A priority Critical patent/DE102021002618A1/de
Priority to US17/741,527 priority patent/US20220375811A1/en
Priority to CN202210544614.0A priority patent/CN115377184A/zh
Publication of DE102021002618A1 publication Critical patent/DE102021002618A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/07—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common
    • H01L27/0705—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type
    • H01L27/0727—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with diodes, or capacitors or resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
    • H01L29/0623—Buried supplementary region, e.g. buried guard ring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0692—Surface layout
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/083—Anode or cathode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843—Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/0852—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate of DMOS transistors
    • H01L29/0873—Drain regions
    • H01L29/0882—Disposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7811—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with an edge termination structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H01L29/7397—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

Eine Leistungshalbleitervorrichtung (1) umfasst: einen Halbleiterkörper (10) mit einer Vorderseite (10-1) und einer Rückseite (10-2); eine erste Lastanschlussstruktur (11) und eine zweite Lastanschlussstruktur (12); einen aktiven Bereich (15) des Halbleiterkörpers (10), der zum Leiten eines Laststroms zwischen der ersten Lastanschlussstruktur (11) und der zweiten Lastanschlussstruktur (12) ausgelegt ist; eine Driftregion (100) des Halbleiterkörpers (10), wobei die Driftregion (100) einen ersten Leitfähigkeitstyp hat und zum Leiten des Laststroms ausgelegt ist; eine rückseitige Region (17) des Halbleiterkörpers (10), wobei die rückseitige Region (17) an der Rückseite (10-1) angeordnet ist und in dem aktiven Bereich (15) eine erste rückseitige Emitterzone (171) und eine zweite rückseitige Emitterzone (172) umfasst. Die ersten rückseitigen Emitterzone (171) und die zweiten rückseitigen Emitterzone (172) umfassen eine Mehrzahl von ersten Sektoren (171-1, 172-1) mit jeweils mindestens einer ersten Region (1711, 1721) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei die ersten Regionen (1711, 1721) in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) angeordnet sind. Die zweite rückseitige Emitterzone (172) unterscheidet sich von der ersten rückseitigen Emitterzone (171) dadurch, dass eine kleinste laterale Erstreckung (x1, x2) der ersten Sektoren (171-1, 172-1) größer ist als eine kleinste laterale Erstreckung (xl', x2') der zweiten Sektoren (171-2, 172-2).

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Beschreibung betrifft Ausführungsformen einer Leistungshalbleitervorrichtung. Insbesondere betrifft diese Beschreibung Aspekte einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer oder mehreren rückseitigen Emitterzonen, die in einem Halbleiterkörper enthalten sind, wobei die rückseitigen Emitterzonen unterschiedliche Emitterwirkungsgrade und/oder unterschiedliche Injektionswirkungsgrade aufweisen.
  • HINTERGRUND
  • Viele Funktionen moderner Vorrichtungen in Automobil-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie z. B. das Umwandeln elektrischer Energie und das Antreiben eines Elektromotors oder einer elektrischen Maschine, beruhen auf Leistungshalbleitervorrichtungen. So werden beispielsweise Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) und Dioden, um nur einige zu nennen, für verschiedene Anwendungen verwendet, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Schalter in Leistungsversorgungen und Leistungswandlern.
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung umfasst in der Regel einen Halbleiterkörper mit einem aktiven Bereich, der dazu ausgelegt ist, einen Laststrom entlang eines Laststrompfades zwischen zwei Lastanschlüssen der Vorrichtung zu leiten. Während des Betriebs einer solchen Leistungshalbleitervorrichtung ist eine räumliche Temperaturverteilung in dem Halbleiterkörper im Allgemeinen tendenziell inhomogen und weist z. B. ein Maximum in der Mitte des aktiven Bereichs auf. Dies hat zur Folge, dass eine Ein- und Ausschaltzuverlässigkeit und eine thermische Kurzschluss- oder Stoßstromfestigkeit der Leistungshalbleitervorrichtung reduziert sein können, was die Bereitstellung kostenaufwändiger Sicherheitsfaktoren bei der thermischen Konstruktion der Leistungshalbleitervorrichtung erforderlich machen kann.
  • Es ist daher wünschenswert, die Temperaturverteilung in dem Halbleiterkörper einer Leistungshalbleitervorrichtung zu beeinflussen, z. B. zu homogenisieren, um die Zuverlässigkeit der Vorrichtung zu erhöhen. Ferner kann es wünschenswert sein, einen Kompromiss zwischen Weichheit und Leistungsverlusten einer Leistungshalbleitervorrichtung zu verbessern.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Hierin beschriebene Aspekte betreffen eine spezielle neue Konstruktion einer rückseitigen Region einer Leistungshalbleitervorrichtung, die beispielsweise eine verbesserte thermische Robustheit und einen verbesserten Kompromiss zwischen Weichheit und Leistungsverlusten im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen bereitstellen kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung: einen Halbleiterkörper mit einer Vorderseite und einer Rückseite; eine erste Lastanschlussstruktur, die mit der Vorderseite gekoppelt ist, und eine zweite Lastanschlussstruktur, die mit der Rückseite gekoppelt ist; einen aktiven Bereich des Halbleiterkörpers, der zum Leiten eines Laststroms zwischen der ersten Lastanschlussstruktur und der zweiten Lastanschlussstruktur ausgelegt ist; eine Driftregion des Halbleiterkörpers, wobei die Driftregion einen ersten Leitfähigkeitstyp hat und zum Leiten des Laststroms ausgelegt ist; eine rückseitige Region des Halbleiterkörpers, wobei die rückseitige Region an der Rückseite angeordnet ist und in dem aktiven Bereich eine erste rückseitige Emitterzone und eine zweite rückseitige Emitterzone umfasst. Die erste rückseitige Emitterzone ist in dem aktiven Bereich mit größerem Abstand zu einer äußeren Begrenzung des aktiven Bereichs angeordnet als die zweite rückseitige Emitterzone. Daher kann die erste rückseitige Emitterzone einen größeren Abstand zu einem nicht aktiven Bereich, z. B. einer Randabschlussregion, der Leistungshalbleitervorrichtung, wobei der nicht aktive Bereich den aktiven Bereich lateral umgibt, aufweisen als die zweite rückseitige Emitterzone. Die erste rückseitige Emitterzone umfasst eine Mehrzahl von ersten Sektoren, die jeweils mindestens eine erste Region von einem zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen, wobei die erste Region in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur angeordnet ist. Mit anderen Worten kann jeder der ersten Sektoren entweder eine Mehrzahl von ersten Regionen umfassen oder kann jeder der ersten Sektoren aus nur einer ersten Region gebildet sein. Die zweite rückseitige Emitterzone umfasst eine Mehrzahl von zweiten Sektoren, die jeweils mindestens eine zweite Region vom zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen, wobei die zweiten Regionen in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur angeordnet sind. Mit anderen Worten kann jeder der zweiten Sektoren entweder eine Mehrzahl von zweiten Regionen umfassen oder kann jeder der zweiten Sektoren aus nur einer zweiten Region gebildet sein. Ein Pitch, der eine Gitterkonstante entlang mindestens einer ersten lateralen Richtung definiert, ist in der ersten rückseitigen Emitterzone und der zweiten rückseitigen Emitterzone zumindest im Wesentlichen gleich. Die erste rückseitige Emitterzone unterscheidet sich von der zweiten rückseitigen Emitterzone dadurch, dass eine kleinste laterale Erstreckung der ersten Sektoren größer ist als eine kleinste laterale Erstreckung der zweiten Sektoren. Alternativ oder zusätzlich kann sich die erste rückseitige Emitterzone von der zweiten rückseitigen Emitterzone dadurch unterscheiden, dass eine kleinste laterale Erstreckung der ersten Regionen größer ist als eine kleinste laterale Erstreckung der zweiten Regionen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung: eine Leistungshalbleitervorrichtung, die umfasst: Einen Halbleiterkörper mit einer Vorderseite und einer Rückseite, eine erste Lastanschlussstruktur, die mit der Vorderseite gekoppelt ist, und eine zweite Lastanschlussstruktur, die mit der Rückseite gekoppelt ist; einen aktiven Bereich des Halbleiterkörpers, der zum Leiten eines Laststroms zwischen der ersten Lastanschlussstruktur und der zweiten Lastanschlussstruktur ausgelegt ist; eine Driftregion des Halbleiterkörpers, wobei die Driftregion einen ersten Leitfähigkeitstyp hat und zum Leiten des Laststroms ausgelegt ist; eine rückseitige Region des Halbleiterkörpers, wobei die rückseitige Region an der Rückseite angeordnet ist und in dem aktiven Bereich eine zweite rückseitige Emitterzone umfasst. Die zweite rückseitige Emitterzone umfasst eine Mehrzahl von zweiten Sektoren, die jeweils mindestens eine zweite Region vom zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen, wobei die zweiten Regionen in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur angeordnet sind. Darin nimmt entlang einer gedachten Linie für mindestens drei oder mindestens fünf oder mindestens acht benachbarte zweite Sektoren deren kleinste laterale Erstreckung streng monoton zu. Mit anderen Worten sind die mindestens drei benachbarten zweiten Sektoren entlang der gedachten Linie angeordnet, wobei ihre kleinste laterale Erstreckung entlang der gedachten Linie streng monoton zunimmt. Ein mittlerer zweiter Sektor der mindestens drei benachbarten zweiten Sektoren, der zwischen zwei umgebenden zweiten Sektoren der mindestens drei benachbarten zweiten Sektoren angeordnet sein kann, kann eine kleinste laterale Erstreckung aufweisen, die kleiner als eine der umgebenden zweiten Sektoren und größer als die andere der umgebenden zweiten Sektoren ist. Die gedachte Linie kann eine gerade Linie sein. Die zweiten Sektoren können gemäß einem Gitter mit einem Pitch angeordnet sein, der eine Gitterkonstante entlang mindestens einer ersten lateralen Richtung definiert, wobei der Pitch für die mindestens drei benachbarten zweiten Regionen entlang der gedachten Linie zumindest im Wesentlichen konstant sein kann. Die kleinste laterale Erstreckung der mindestens drei benachbarten zweiten Regionen kann mit zunehmendem Abstand zu einer äußeren Begrenzung des aktiven Bereichs zunehmen. Mit anderen Worten können die mindestens drei benachbarten zweiten Regionen in Bezug auf ihre kleinste laterale Erstreckung umso größer sein, je weiter sie von der Begrenzung des aktiven Bereichs oder eines den aktiven Bereich lateral umgebenden nicht aktiven Bereichs beabstandet sind.
  • Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung: einen Halbleiterkörper mit einer Vorderseite und einer Rückseite; eine erste Lastanschlussstruktur, die mit der Vorderseite gekoppelt ist, und eine zweite Lastanschlussstruktur, die mit der Rückseite gekoppelt ist; einen aktiven Bereich des Halbleiterkörpers, der zum Leiten eines Laststroms zwischen der ersten Lastanschlussstruktur und der zweiten Lastanschlussstruktur ausgelegt ist; eine Driftregion des Halbleiterkörpers, wobei die Driftregion einen ersten Leitfähigkeitstyp hat und zum Leiten des Laststroms ausgelegt ist; eine rückseitige Region des Halbleiterkörpers, wobei die rückseitige Region an der Rückseite angeordnet ist und in dem aktiven Bereich eine erste rückseitige Emitterzone und eine zweite rückseitige Emitterzone umfasst, wobei die erste rückseitige Emitterzone eine Mehrzahl von ersten Sektoren umfasst, die jeweils mindestens eine erste Region von einem zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen, wobei die erste Region in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur angeordnet ist; und wobei die zweite rückseitige Emitterzone eine Mehrzahl von zweiten Sektoren umfasst, die jeweils mindestens eine Inselregion vom zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen, wobei die Inselregion von der zweiten Lastanschlussstruktur isoliert ist. Die erste rückseitige Emitterzone unterscheidet sich von der zweiten rückseitigen Emitterzone dadurch, dass die Inselregionen von dem zweiten Lastanschluss isoliert sind und die ersten Regionen mit dem zweiten Lastanschluss verbunden sind. „Isoliert sind“ bedeutet, dass es keine ohmsche Verbindung zwischen den entsprechenden Inselregionen und dem zweiten Lastanschluss gibt. Beispielsweise kann ein Abschnitt vom ersten Leitfähigkeitstyp oder ein Abschnitt eines isolierenden Materials zwischen den Inselregionen und dem zweiten Lastanschluss angeordnet sein. In der ersten rückseitigen Emitterzone können die Inselregionen beispielsweise weggelassen werden. Zum Beispiel können in der ersten rückseitigen Emitterzone keine Inselregionen angeordnet sein. Zum Beispiel können in der zweiten rückseitigen Emitterzone erste Regionen weggelassen werden. Zum Beispiel können in der zweiten Halbleiterzone keine ersten Regionen angeordnet sein. Zum Beispiel kann die erste rückseitige Emitterzone in dem aktiven Bereich mit einem größeren Abstand zu einer äußeren Begrenzung des aktiven Bereichs als die zweite rückseitige Emitterzone angeordnet sein. Daher kann die erste rückseitige Emitterzone einen größeren Abstand zu einem nicht aktiven Bereich, z. B. einer Randabschlussregion, der Leistungshalbleitervorrichtung, wobei der nicht aktive Bereich den aktiven Bereich lateral umgibt, aufweisen als die zweite rückseitige Emitterzone. Ein Pitch, der eine Gitterkonstante entlang mindestens einer ersten lateralen Richtung definiert, kann in der ersten rückseitigen Emitterzone und der zweiten rückseitigen Emitterzone zumindest im Wesentlichen gleich sein. Alternativ kann der Pitch in der ersten rückseitigen Emitterzone und der zweiten rückseitigen Emitterzone unterschiedlich sein.
  • Zum Beispiel können die ersten Regionen eine kleinste laterale Erstreckung von höchstens 50 µm und/oder die zweiten Regionen eine kleinste laterale Erstreckung von mindestens 50 µm haben.
  • Beispielsweise kann ein lateraler Abstand zwischen benachbarten ersten Sektoren in der ersten rückseitigen Emitterzone höchstens das Dreifache der kleinsten lateralen Erstreckung des ersten Sektors betragen und/oder kann ein lateraler Abstand zwischen benachbarten zweiten Sektoren in der zweiten rückseitigen Emitterzone höchstens das Dreifache der kleinsten lateralen Erstreckung der zweiten Sektoren betragen.
  • Die erste rückseitige Emitterzone kann sowohl einen ersten Emitterwirkungsgrad als auch einen ersten Injektionswirkungsgrad aufweisen und die zweite rückseitige Emitterzone kann sowohl einen zweiten Emitterwirkungsgrad als auch einen zweiten Injektionswirkungsgrad bei einem Nennstrom der Leistungshalbleitervorrichtung aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform unterscheidet sich der erste Emitterwirkungsgrad von dem zweiten Emitterwirkungsgrad um mindestens 1 % oder sogar um mindestens 3 % oder sogar um mindestens 10 % und/oder unterscheidet sich der erste Injektionswirkungsgrad von dem zweiten Injektionswirkungsgrad um mindestens 1 % oder sogar um mindestens 3 % oder sogar um mindestens 10 %.
  • Das vorstehend genannte Verhältnis zwischen dem ersten Injektionswirkungsgrad und dem zweiten Injektionswirkungsgrad kann sich beispielsweise auf den ersten und zweiten Injektionswirkungsgrad bei einem Strom beziehen, der das 0,1-Fache eines Nennstroms der Leistungshalbleitervorrichtung beträgt.
  • Alternativ kann sich das vorstehend genannte Verhältnis zwischen dem ersten Injektionswirkungsgrad und dem zweiten Injektionswirkungsgrad auch auf den ersten und zweiten Injektionswirkungsgrad bei einem Nennstrom der Leistungshalbleitervorrichtung oder bei dem Doppelten des Nennstroms der Leistungshalbleitervorrichtung beziehen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung: einen Halbleiterkörper mit einer Vorderseite und einer Rückseite; eine erste Lastanschlussstruktur, die mit der Vorderseite gekoppelt ist, und eine zweite Lastanschlussstruktur, die mit der Rückseite gekoppelt ist; einen aktiven Bereich des Halbleiterkörpers, der zum Leiten eines Laststroms zwischen der ersten Lastanschlussstruktur und der zweiten Lastanschlussstruktur ausgelegt ist; eine Driftregion des Halbleiterkörpers, wobei die Driftregion einen ersten Leitfähigkeitstyp hat und zum Leiten des Laststroms ausgelegt ist; eine rückseitige Region des Halbleiterkörpers, wobei die rückseitige Region an der Rückseite angeordnet ist und in dem aktiven Bereich eine erste rückseitige Emitterzone und eine zweite rückseitige Emitterzone umfasst, wobei jede der ersten rückseitigen Emitterzone und der zweiten rückseitigen Emitterzone eine Mehrzahl von Regionen von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, die in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp, die in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur angeordnet sind, umfasst; wobei eine Dotierstoffkonzentration in einem entsprechenden mittleren Abschnitt der Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der ersten rückseitigen Emitterzone im Wesentlichen gleich einer Dotierstoffkonzentration in einem entsprechenden mittleren Abschnitt der Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der zweiten rückseitigen Emitterzone ist; wobei eine Dotierstoffkonzentration in einem entsprechenden mittleren Abschnitt der Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp in der ersten rückseitigen Emitterzone im Wesentlichen gleich einer Dotierstoffkonzentration in einem entsprechenden mittleren Abschnitt der Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp in der zweiten rückseitigen Emitterzone ist; wobei die erste rückseitige Emitterzone sowohl einen ersten Emitterwirkungsgrad als auch einen ersten Injektionswirkungsgrad bei einem Nennstrom der Leistungshalbleitervorrichtung aufweist; wobei die zweite rückseitige Emitterzone sowohl einen zweiten Emitterwirkungsgrad als auch einen zweiten Injektionswirkungsgrad bei einem Nennstrom der Leistungshalbleitervorrichtung aufweist; wobei sich der erste Emitterwirkungsgrad von dem zweiten Emitterwirkungsgrad um mindestens 1 % oder sogar um mindestens 5 % oder sogar um mindestens 10 % oder sogar um mindestens 20 % unterscheidet und/oder sich der erste Injektionswirkungsgrad von dem zweiten Injektionswirkungsgrad um mindestens 1 % oder sogar um mindestens 5 % oder sogar um mindestens 10 % oder sogar um mindestens 20 % unterscheidet.
  • Das vorstehend genannte Verhältnis zwischen dem ersten Injektionswirkungsgrad und dem zweiten Injektionswirkungsgrad kann sich beispielsweise auf den ersten und zweiten Injektionswirkungsgrad bei einem Strom beziehen, der das 0,1-Fache eines Nennstroms der Leistungshalbleitervorrichtung beträgt.
  • Alternativ kann sich das vorstehend genannte Verhältnis zwischen dem ersten Injektionswirkungsgrad und dem zweiten Injektionswirkungsgrad auch auf den ersten und den zweiten Injektionswirkungsgrad bei einem Nennstrom der Leistungshalbleitervorrichtung oder bei dem Doppelten des Nennstroms der Leistungshalbleitervorrichtung beziehen.
  • Die rückseitige Region kann beispielsweise ferner eine dritte rückseitige Zone aufweisen, die mindestens eine Region vom ersten Leitfähigkeitstyp und eine Mehrzahl von Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp umfasst, die in abwechselnder Reihenfolge in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur, den Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp und den Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet sind. Die Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp und/oder die Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp können eine kleinste laterale Erstreckung von höchstens 50 µm haben. Zum Beispiel ist die dritte rückseitige Zone in einer Randabschlussregion des Halbleiterkörpers angeordnet. Beispielsweise ist die dritte rückseitige Zone unter einer an der Vorderseite angeordneten Gate-Runner-Elektrode angeordnet. Eine laterale Erstreckung der dritten rückseitigen Zone kann beispielsweise mindestens das 0,5-Fache einer vertikalen Dicke der Driftregion betragen. Alternativ kann die laterale Erstreckung der dritten rückseitigen Zone mindestens das Gleiche wie die vertikale Dicke der Driftregion oder das Zweifache oder sogar das Vierfache der vertikalen Dicke der Driftregion betragen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die rückseitige Region außerdem eine Abstandshalterregion, die die zweite rückseitige Emitterzone lateral von der dritten rückseitigen Zone trennt. Die Abstandshalterregion kann die zweite rückseitige Emitterzone lateral vollständig umgeben. Die dritte Region kann die Abstandshalterregion lateral vollständig umgeben. Eine kleinste laterale Erstreckung der Abstandshalterregion kann mindestens das 0,5-Fache der vertikalen Dicke der Driftregion betragen. Alternativ kann die kleinste laterale Erstreckung der Abstandshalterregion mindestens das Gleiche wie die vertikale Dicke der Driftregion oder das Zweifache oder sogar Vierfache der vertikalen Dicke der Driftregion betragen.
  • Der Fachmann wird beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung und beim Betrachten der beiliegenden Zeichnungen weitere Merkmale und Vorteile erkennen.
  • Figurenliste
  • Die Teile in den Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu. Stattdessen wird der Schwerpunkt auf die Darstellung der Prinzipien der Erfindung gelegt. Ferner bezeichnen gleiche Bezugszahlen in den Figuren die entsprechenden Teile. In den Zeichnungen zeigen:
    • 1A-B jeweils schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt in vertikalem Querschnitt einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 2-12 jeweils schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt in vertikalem Querschnitt einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 13A-E schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt in horizontalem Querschnitt einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 14A-F jeweils schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt in horizontalem Querschnitt einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 15A-B schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt in horizontalem Querschnitt einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 16A-C schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt in horizontalem Querschnitt einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
    • 17A-D schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt in horizontalem Querschnitt verschiedener Ausführungsformen einer dritten Region gemäß den in 15A-16C dargestellten Leistungshalbleitervorrichtungen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil davon bilden und in denen zur Veranschaulichung spezielle Ausführungsformen dargestellt sind, in denen die Erfindung umgesetzt werden kann.
  • In diesem Zusammenhang können richtungsbezogene Begriffe wie „oben“, „unten“, „unterhalb“, „vorderseitig“, „hinter“, „rückseitig“, „vordere“, „hintere“, „über“ usw. mit Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Teile von Ausführungsformen in verschiedenen Ausrichtungen positioniert sein können, dient die richtungsbezogene Terminologie der Veranschaulichung und ist in keiner Weise einschränkend. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist daher nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen und der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
  • Es wird nun ausführlicher auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, für die eines oder mehrere Beispiele in den Figuren dargestellt sind. Jedes Beispiel dient nur zur Erläuterung und ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. So können beispielsweise Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben sind, auf oder in Verbindung mit weiteren Ausführungsformen verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu ergeben. Die vorliegende Erfindung soll solche Modifikationen und Variationen umfassen. Die Beispiele werden mit einer speziellen Sprache beschrieben, die nicht als Einschränkung des Umfangs der beiliegenden Ansprüche verstanden werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen nur der Veranschaulichung. Aus Gründen der Klarheit wurden die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte in den verschiedenen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen, sofern nicht anders angegeben.
  • Der Begriff „horizontal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder einer Halbleiterstruktur verläuft. Dies kann zum Beispiel die Oberfläche eines Halbleiterwafers oder eines Dies oder eines Chips sein. Zum Beispiel können sowohl die erste laterale (oder horizontale) Richtung X als auch die zweite laterale (oder horizontale) Richtung Y, die nachstehend erwähnt und/oder in den Figuren gezeigt werden, horizontale Richtungen sein, wobei die erste laterale Richtung X und die zweite laterale Richtung Y rechtwinklig zueinander verlaufen können.
  • Der in dieser Beschreibung verwendete Begriff „vertikal“ soll eine Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen rechtwinklig zu der horizontalen Oberfläche, d. h. parallel zu der normalen Richtung der Oberfläche des Halbleiterwafers/- chips/-dies, verläuft. Zum Beispiel kann die vertikale Richtung Z, die nachstehend erwähnt und/oder in den Figuren gezeigt wird, eine Richtung sein, die sowohl zu der ersten lateralen Richtung X als auch zu der zweiten lateralen Richtung Y rechtwinklig verläuft.
  • In dieser Beschreibung wird n-dotiert im Allgemeinen als „erster Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet, während p-dotiert als „zweiter Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet wird. Alternativ können auch entgegengesetzte Dotierungsbeziehungen verwendet werden, so dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann.
  • Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung sollen die Begriffe „in ohmschem Kontakt“, „in elektrischem Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ beschreiben, dass eine niederohmige elektrische Verbindung oder ein niederohmiger Strompfad zwischen zwei Regionen, Sektionen, Zonen, Abschnitten oder Teilen einer Halbleitervorrichtung oder zwischen verschiedenen Anschlüssen einer oder mehrerer Vorrichtungen oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Abschnitt oder einem Teil einer Halbleitervorrichtung besteht. Ferner soll der Begriff „in Kontakt“ im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung beschreiben, dass eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen der entsprechenden Halbleitervorrichtung besteht; z. B. darf ein Übergang zwischen zwei Elementen, die miteinander in Kontakt stehen, kein weiteres Zwischenelement oder dergleichen umfassen.
  • Außerdem wird der Begriff „elektrische Isolierung“ im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung, sofern nicht anders angegeben, im Zusammenhang mit seinem allgemein gültigen Verständnis verwendet und soll somit beschreiben, dass zwei oder mehr Komponenten getrennt voneinander angeordnet sind und dass keine ohmsche Verbindung besteht, die diese Komponenten verbindet. Allerdings können Komponenten, die elektrisch voneinander isoliert sind, dennoch miteinander gekoppelt sein, zum Beispiel mechanisch und/oder kapazitiv und/oder induktiv gekoppelt sein. So können z. B. zwei Elektroden eines Kondensators elektrisch voneinander isoliert und gleichzeitig mechanisch und kapazitiv miteinander gekoppelt sein, z. B. durch eine Isolierung, z. B. ein Dielektrikum.
  • Spezielle Ausführungsformen, die in dieser Beschreibung beschrieben werden, beziehen sich, ohne darauf beschränkt zu sein, auf eine Leistungshalbleitervorrichtung, die eine Einzelzellen-, eine Streifenzellen- oder eine zelluläre (auch als „nadelförmig“ oder „säulenförmig“ bezeichnete) Zellenkonfiguration aufweist, z. B. eine Leistungshalbleitervorrichtung, die in einem Leistungswandler oder einer Leistungsversorgung verwendet werden kann. In einer Ausführungsform kann eine solche Vorrichtung somit dazu ausgelegt sein, einen Laststrom zu führen, der einer Last zugeführt werden soll und/oder von einer Leistungsquelle bereitgestellt wird. Die Leistungshalbleitervorrichtung kann beispielsweise eine oder mehrere aktive Leistungshalbleiterzellen umfassen, wie eine monolithisch integrierte Diodenzelle, eine Ableitung von einer monolithisch integrierten Diodenzelle (z. B. eine monolithisch integrierte Zelle aus zwei antiseriell verbundenen Dioden), eine monolithisch integrierte Transistorzelle, z. B. eine monolithisch integrierte IGBT- oder MOSFET-Zelle und/oder Ableitungen davon. Solche Dioden-/Transistorzellen können in ein Leistungshalbleitermodul integriert sein. Eine Mehrzahl solcher Leistungszellen kann ein Zellenfeld bilden, das mit einem aktiven Bereich der Leistungshalbleitervorrichtung angeordnet ist.
  • Der Begriff „Leistungshalbleitervorrichtung“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Halbleitervorrichtung auf einem einzelnen Chip mit Hochspannungssperr- und/oder Hochstromführungsfähigkeiten beschreiben. Mit anderen Worten ist eine solche Leistungshalbleitervorrichtung für hohe Ströme, typischerweise im Ampere-Bereich, z. B. bis zu mehreren zehn oder hundert Ampere, und/oder hohe Spannungen, typischerweise über 15 V, typischerweise 100 V und mehr, z. B. bis zu mindestens 400 V oder sogar mehr, z. B. im Bereich von 1,2 kV bis 2 kV, oder bis zu mindestens 3 kV, oder sogar bis zu 6 kV oder mehr, bestimmt.
  • Bei der nachstehend beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung kann es sich beispielsweise um einen einzelnen Halbleiterchip handeln, der eine Einzelzellenkonfiguration (z. B. eine einzelne Diodenzelle), eine Streifenzellenkonfiguration oder eine zelluläre Zellenkonfiguration aufweist und so ausgelegt sein kann, dass er als eine Leistungskomponente in einer Nieder-, Mittel- und/oder Hochspannungsanwendung eingesetzt werden kann.
  • Der Begriff „Leistungshalbleitervorrichtung“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, richtet sich beispielsweise nicht auf logische Halbleitervorrichtungen, die z. B. zum Speichern von Daten, zum Berechnen von Daten und/oder für andere Arten der Datenverarbeitung auf Halbleiterbasis verwendet werden.
  • 1A zeigt schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt in vertikalem Querschnitt einer Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10 mit einer Vorderseite 10-1 und einer Rückseite 10-2. Der Halbleiterkörper 10 kann beispielsweise ein Substrat auf Siliziumbasis, ein Substrat auf Siliziumkarbidbasis, ein Substrat auf Galliumnitridbasis oder z. B. ein anderes Halbleitersubstrat mit breiter Bandlücke umfassen oder daraus gebildet sein.
  • Der Halbleiterkörper 10 umfasst einen aktiven Bereich 15, der auch als ein aktiver Zellenbereich 15 bezeichnet werden kann. Der aktive Zellenbereich 15 kann eine oder mehrere Leistungszellen 14 umfassen, die zum Leiten und/oder Steuern eines Laststroms zwischen einer an der Vorderseite 10-1 des Halbleiterkörpers 10 angeordneten ersten Lastanschlussstruktur 11 und einer an der Rückseite des Halbleiterkörpers 10 angeordneten zweiten Lastanschlussstruktur 12 gebildet sein können. Dementsprechend kann die Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einigen Ausführungsformen als eine vertikale Leistungshalbleitervorrichtung 1 ausgelegt sein.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 ist beispielsweise eine Leistungsdiode, ein MOSFET, ein IGBT, ein rückwärts leitfähiger IGBT (RC-IGBT), ein HEMT (High-Electron-Mobility-Transistor), z. B. ein HEMT auf Galliumbasis, oder ein Thyristor oder umfasst mindestens eines davon.
  • Wenn die Leistungshalbleitervorrichtung 1 eine Leistungsdiode ist oder umfasst, kann der aktive Bereich 15 beispielsweise eine große Leistungszelle 14 umfassen, wie in 1A beispielhaft dargestellt. Die Leistungszelle 14 kann beispielsweise eine p-dotierte Halbleiterregion umfassen, die als eine Anodenregion ausgelegt ist und in Kontakt mit einer vorderseitigen Metallisierung ist, die Teil einer ersten Lastanschlussstruktur 11 bildet. Die Anodenregion kann zum Beispiel einen pn-Übergang mit einer n-dotierten Driftregion 100 des Halbleiterkörpers 10 bilden.
  • Alternativ kann der aktive Bereich 15 im Fall einer Transistorkonfiguration, z. B. in Form eines MOSFET oder eines IGBT, ein aktives Zellenfeld 14 mit einer Mehrzahl von Transistorzellen umfassen, das z. B. jeweils eine Source-Region, eine Body-Region und eine Gate-Elektrode (z. B. eine Graben-Gate-Elektrode) umfassen kann, wobei die Gate-Elektrode dazu ausgelegt ist, die Leistungshalbleitervorrichtung 1 selektiv in einen Vorwärtsdurchlasszustand oder einen Vorwärtssperrzustand zu schalten. Die Konstruktion solcher aktiver Zellenfelder von Leistungshalbleitervorrichtungen ist dem Fachmann an sich gut bekannt und wird daher hierin nicht genauer erläutert.
  • Zusätzlich zu dem aktiven Bereich 15 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 1 eine Randabschlussregion 16 aufweisen, die sich zwischen dem aktiven Bereich 15 und einem lateralen Chiprand (nicht dargestellt) des Halbleiterkörpers 10 erstreckt. Die Randabschlussregion 16 kann den aktiven Bereich 15 zum Beispiel lateral umgeben.
  • Wie hierin verwendet sind die Begriffe „Randabschlussregion“ und „aktiver Bereich“ beide der entsprechenden technischen Bedeutung zugeordnet, die der Fachmann typischerweise im Zusammenhang mit Leistungshalbleitervorrichtungen assoziiert. Das heißt, der aktive Bereich 15 ist in erster Linie für die Leitung von Laststrom und im Fall einer Transistorkonfiguration für Schaltzwecke ausgelegt, während die Randabschlussregion 16 in erster Linie Funktionen hinsichtlich zuverlässigen Sperrfähigkeiten, einer geeigneten Führung des elektrischen Feldes und manchmal auch Ladungsträgerableitungsfunktionen und/oder weitere Funktionen hinsichtlich des Schutzes und des geeigneten Abschlusses des aktiven Bereichs 15 erfüllt.
  • Die Randabschlussregion 16 kann eine Randabschlussstruktur 18 umfassen, die an der Vorderseite 10-1 des Halbleiterkörpers 10 angeordnet sein kann. Eine solche Randabschlussstruktur 18 kann auch als Übergangsabschlussstruktur oder kurz als Übergangsabschluss bezeichnet werden. Die Randabschlussstruktur 18 kann beispielsweise eine oder mehrere Komponenten umfassen, die in dem Halbleiterkörper 10 angeordnet sind und/oder eine oder mehrere Komponenten, die über der Vorderseitenfläche 10-1 des Halbleiterkörpers 10 angeordnet sind. In 1A ist die Randabschlussstruktur 18 nur schematisch als eine Struktur dargestellt, die an der Vorderseite 10-1 in dem Halbleiterkörper 10 angeordnet ist, ohne spezielle strukturelle Details zu zeigen.
  • Übliche Beispiele für Randabschlussstrukturen 18 sind Feldringe (manchmal auch als Schutzringe bezeichnet), Feldplatten, eine Kombination aus Feldringen und Feldplatten und eine Randabschlussstruktur mit Übergangsabschlusserstreckung (JTE), wie z. B. eine Randabschlussstruktur mit Variation der lateralen Dotierung (VLD). Dem Fachmann sind diese Arten von Randabschlussstrukturen als solche gut bekannt. Sie werden daher an dieser Stelle nicht im Detail erläutert.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 umfasst ferner eine rückseitige Region 17, die in dem Halbleiterkörper 10 an der Rückseite 10-1 angeordnet ist. Die rückseitige Region 17 umfasst mindestens eine erste rückseitige Emitterzone 171 und mindestens eine zweite rückseitige Emitterzone 172, wobei die erste und die zweite rückseitige Emitterzone 171, 172 in dem aktiven Bereich 15 der Leistungshalbleitervorrichtung 1 angeordnet sind.
  • 1A zeigt beispielhaft eine erste rückseitige Emitterzone 171 und eine zweite rückseitige Emitterzone 172. Es ist jedoch anzumerken, dass gemäß einigen Ausführungsformen eine Mehrzahl von ersten rückseitigen Emitterzonen 171 und/oder eine Mehrzahl von zweiten rückseitigen Emitterzonen 172 vorgesehen sein kann.
  • 1B zeigt schematisch und beispielhaft eine Variante der Ausführungsform, die sich von derjenigen aus 1A dadurch unterscheidet, dass der Halbleiterkörper 10 zusätzlich eine Feldstoppregion 100-1 aufweist. Die Feldstoppregion 100-1 ist zwischen der Driftregion 100 und der rückseitigen Region 17 angeordnet und weist eine höhere Dotierstoffkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp auf als die Driftregion 100.
  • Die Feldstoppregion 100-1 kann eine oder mehrere Dotierstoffkonzentrationsspitzen aufweisen. Die Feldstoppregion 100-1 kann z. B. durch eine oder mehrere Protonenimplantationen durch die Rückseite 10-2 gebildet worden sein. Solche Verfahren und Varianten von Feldstoppregionen, die manchmal auch als Pufferregionen bezeichnet werden, sind dem Fachmann im Prinzip bekannt und werden daher hierin nicht weiter erörtert.
  • In einer Ausführungsform wurde die Feldstoppregion 100-1 durch eine oder mehrere Protonenimplantationen erzeugt, so dass sich ein Ende des Bereichs der flachsten Dotierstoffkonzentrationsspitze in einer Tiefe im Bereich von 1 µm bis 4 µm unter einer rückseitigen Oberfläche des Halbleiterkörpers 10 befindet. In diesem Zusammenhang soll die „flachste“ Spitze entweder die einzige Feldstoppspitze (wenn es nur eine gibt) oder diejenige Feldstoppspitze von mehreren Feldstoppspitzen bezeichnen, die sich am nächsten an der rückseitigen Oberfläche befindet.
  • In einer Ausführungsform wurde die Feldstoppregion 100-1 durch eine Ionenimplantation von donatorartigen Atomen wie Phosphor, Selen oder Schwefel mit einem anschließenden Eintreibschritt oder Aushärtungsschritt realisiert, was beispielsweise zu einem Gauß-artigen Dotierprofil der Feldstoppregion 100-1 führt. Insbesondere kann durch die Implementierung einer Feldstoppregion 100-1 mit tiefen Donatoren wie Selenatomen die Temperaturabhängigkeit der Lochinjektion durch die p-kurzen Regionen 1711, 1712, 1721, 1722 während des Ausschaltvorgangs reduziert werden. Zur Feinabstimmung dieser Temperaturabhängigkeit können zusätzlich flache Donatoren in die Feldstoppregion 100-1 eingebracht werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann eine entsprechende Flächenerstreckung jeder der ersten rückseitigen Emitterzone 171 und der zweiten rückseitige Emitterzone 172 mindestens 5 %, beispielsweise mindestens 25 % oder sogar mindestens 40 % einer Flächenerstreckung des aktiven Bereichs 15 betragen.
  • Die erste und die zweite rückseitige Emitterzone 171, 172 können sich hinsichtlich ihrer Eigenschaften der rückseitigen Emitter voneinander unterscheiden.
  • Zum Beispiel kann die mindestens eine erste rückseitige Emitterzone 171 bei einem Nennstrom der Leistungshalbleitervorrichtung 1 sowohl einen ersten Emitterwirkungsgrad als auch einen ersten Injektionswirkungsgrad aufweisen, während die mindestens eine zweite rückseitige Emitterzone 171 bei dem Nennstrom sowohl einen zweiten Emitterwirkungsgrad als auch einen zweiten Injektionswirkungsgrad aufweisen kann.
  • Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung ist der Emitterwirkungsgrad definiert als das Verhältnis des Elektronenstroms an einem rückseitigen p/n- oder n-/n+-Übergang (d. h. an einer Grenzfläche zwischen der Feldstoppregion 100-1 und der ersten rückseitigen Emitterzone 171 und/oder der zweiten rückseitigen Emitterzone) und dem Gesamtstrom, wobei diese Größe über die entsprechende erste oder zweite rückseitige Emitterzone 171, 172 gemittelt wird.
  • Ferner ist für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung der Injektionswirkungsgrad definiert als das Verhältnis zwischen der Menge von injizierten Löchern während der Rückwärtskommutierung der Leistungshalbleitervorrichtung 1 und der gesamten Sperrverzögerungsladung unter weichheitskritischen Bedingungen (d. h. bei einem relativ niedrigen Strom, z. B. dem 0,1-Fachen eines Nennstroms, und bei einer relativ niedrigen Temperatur, z. B. 25 °C). Mit anderen Worten ist der Injektionswirkungsgrad das Zeitintegral über den Löcherstrom in die Vorrichtung 1 während der Sperrverzögerung im Vergleich zu dem Zeitintegral über den Gesamtstrom während der Sperrverzögerung, üblicherweise als Qrr bezeichnet, unter besagten weichheitskritischen Bedingungen.
  • Ferner wird für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung eine injizierte Löcherladung der ersten rückseitigen Emitterzone 171 bzw. der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 definiert als die Ladung der injizierten Löcher während der Rückwärtskommutierung der Leistungshalbleitervorrichtung 1 unter weichheitskritischen Bedingungen (d. h. bei einem relativ niedrigen Strom, z. B. dem 0,1-Fachen eines Nennstroms, und bei einer relativ niedrigen Temperatur, z. B. 25 °C). Mit anderen Worten ist der Injektionswirkungsgrad das Zeitintegral über den Löcherstrom in die Vorrichtung 1 während der Umkehrung unter den besagten weichheitskritischen Bedingungen.
  • Ferner wird für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung eine gemittelte rückseitige Plasmakonzentration, die der ersten rückseitigen Emitterzone 171 bzw. der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 zugeordnet ist, als ein Flächenintegral einer Konzentration von freien Elektronen über eine horizontale Querschnittsfläche in einem Abstand von 1 µm von einer Grenzfläche zwischen der Feldstoppregion 100-1 und der entsprechenden ersten oder zweiten rückseitigen Emitterzone 171, 172, normalisiert von der Fläche, definiert.
  • Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unterscheidet sich der erste Emitterwirkungsgrad von dem zweiten Emitterwirkungsgrad um mindestens 1 %, beispielsweise um mindestens 5 %, z. B. um mindestens 10 % oder sogar um mindestens 20 %. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass sich der erste Injektionswirkungsgrad um mindestens 5 %, z. B. um mindestens 10 % oder sogar um mindestens 20 %, von dem zweiten Injektionswirkungsgrad unterscheidet.
  • Ferner unterscheidet sich gemäß einer Ausführungsform die injizierte Löcherladung der ersten rückseitigen Emitterzone 171 von der injizierten Löcherladung der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 um mindestens 10 %, wie z. B. um mindestens 20 % oder sogar um mindestens 40 %.
  • Ferner unterscheidet sich gemäß einer Ausführungsform die gemittelte rückseitige Plasmakonzentration, die der ersten rückseitigen Emitterzone (171) zugeordnet ist, von der gemittelten rückseitigen Plasmakonzentration, die der zweiten rückseitigen Emitterzone (172) zugeordnet ist, um mindestens 5 %, beispielsweise um mindestens 10 %, z. B. um mindestens 20 %.
  • Hinsichtlich struktureller Merkmale können solche Unterschiede zwischen dem ersten und zweiten Emitter- und/oder Injektionswirkungsgrad und zwischen den entsprechenden injizierten Löcherladungen oder gemittelten rückseitigen Plasmakonzentrationen beispielsweise dadurch erreicht werden, dass in der ersten und/oder der zweiten rückseitigen Emitterzone 171, 172 eine Mehrzahl von Halbleiterregionen von einem zweiten Leitfähigkeitstyp (z. B. p-Typ) vorgesehen wird, der komplementär zu einem ersten Leitfähigkeitstyp (z. B. n-Typ) der Driftregion 100 ist.
  • Mit anderen Worten können, wie nachstehend mit Bezugnahme auf 2-11 näher erläutert, die erste rückseitige Emitterzone 171 und die zweite rückseitige Emitterzone 172 als Metastrukturen ausgelegt sein, die jeweils unterschiedliche Anordnungen von Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp 1711, 1721, 1712, 1722, die in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp 1740, die in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet sind, umfassen. In einigen Ausführungsformen kann eine solche Metastruktur 171, 172 auch durch das Nichtvorhandensein von Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp 1711, 1721, 1712, 1722 gekennzeichnet sein.
  • 2-11 zeigen schematisch und beispielhaft jeweils einen Ausschnitt in vertikalem Querschnitt einer Leistungshalbleitervorrichtung 1, z. B. einer Leistungsdiode, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Der Querschnitt umfasst jeweils einen Abschnitt des Halbleiterkörpers 10 an der Rückseite 10-1, der einen Abschnitt der Feldstoppregion 100-1 und einen Abschnitt der rückseitigen Region 17 umfasst.
  • Der dargestellte Abschnitt der rückseitigen Region 17 umfasst eine erste rückseitige Emitterzone 171 sowie eine zweite rückseitige Emitterzone 172. Ferner ist ein Abschnitt der zweiten Lastanschlussstruktur 12 (in Form einer rückseitigen Metallisierung) dargestellt.
  • Die Ausführungsformen gemäß 2-11 unterscheiden sich voneinander durch die spezielle Anordnung von Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp 1711, 1721, 1712, 1722 und von Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp 1740 in der ersten und zweiten rückseitigen Emitterzone 171, 172, wie nachstehend näher erläutert wird.
  • Gemäß den Ausführungsformen jeder von 2-11 kann mindestens eine der ersten rückseitigen Emitterzone 171 und der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 eine Mehrzahl von ersten Sektoren 171-1, 172-1 und/oder eine Mehrzahl von zweiten Sektoren 171-2, 172-2 umfassen.
  • Die ersten Sektoren 171-1, 172-1 sowie die zweiten Sektoren 171-2, 172-2 können so ausgelegt sein, dass sie während des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 1 keinerlei nennenswerte Injektion von Ladungsträgern vom ersten Leitfähigkeitstyp (z. B. Elektronen) unterstützen.
  • Zum Beispiel kann jeder erste Sektor 171-1, 171-2 mindestens eine erste Region 1711, 1721 vom zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen, wobei die erste Region 1711, 1721 in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet ist und eine kleinste laterale Erstreckung x1, x1' von höchstens 50 µm, beispielweise höchstens 30 µm, zum Beispiel höchstens 10 µm, aufweist.
  • Die ersten Regionen 1711, 1721 können so ausgelegt sein, dass sie während des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 1 keinerlei nennenswerte Injektion von Ladungsträgern vom zweiten Leitfähigkeitstyp (z. B. Löchern) unterstützen.
  • Ferner kann jeder zweite Sektor 171-2, 172-2 aus einer zweiten Region 1712, 1722 vom zweiten Leitfähigkeitstyp gebildet sein, wobei die zweiten Regionen 1712, 1722 in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet sind und eine kleinste laterale Erstreckung x2, x2' von mindestens 50 µm, beispielsweise mindestens 100 µm, z. B. mindestens 200 µm, haben. Wenn der zweite Leitfähigkeitstyp „p“ ist, können die zweiten Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp 1712, 1722 auch als „p-kurze Regionen“ bezeichnet werden.
  • Die kleinste laterale Erstreckung x2, x2' dieser p-kurzen Regionen 1712, 1722 definiert den sperrstrominduzierten lateralen Spannungsabfall unter diesen Regionen 1712, 1722 während des Ausschaltvorgangs und damit das Anfangsniveau der Injektion von Löchern während der Ausschaltphase. Vorzugsweise ist das vertikale Dotierprofil dieser p-kurzen Regionen 1712, 1722 in der Mitte dieser Regionen 1712, 1722 für alle diese Regionen 1712, 1722 ungefähr gleich. Alternativ dazu können diese p-Regionen 1712, 1722 unterschiedliche vertikale Dotierprofile aufweisen.
  • Im Gegensatz zu den ersten Regionen 1711, 1721 können die zweiten Regionen 1712, 1722 so ausgelegt sein, dass sie die Injektion von Ladungsträgern vom zweiten Leitfähigkeitstyp (z. B. Löchern) während des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 1 unterstützen.
  • Lateral zwischen den Sektoren 171-1, 172-1, 171-2, 172-2 sind Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp 1740 angeordnet, die auch in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet sind. Eine laterale Erstreckung dieser Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp 1740 kann ausreichend groß sein, damit die Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp 1740 eine Injektion von Ladungsträgern vom ersten Leitfähigkeitstyp (z. B. Elektronen) während des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 1 unterstützen können. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen eine laterale Erstreckung der Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp 1740 mindestens 50 µm, beispielsweise mindestens 100 µm, z. B. mindestens 200 µm betragen.
  • Dementsprechend kann in einigen Ausführungsformen ein lateraler Abstand d1, d1', d2, d2' zwischen benachbarten ersten und/oder zweiten Sektoren 171-1, 172-1, 171-2, 172-2 mindestens 50 µm, beispielsweise mindestens 100 µm oder sogar mindestens 200 µm betragen.
  • In einigen Ausführungsformen können die Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp 1740 eine höhere Dotierstoffkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen als die Feldstoppregion 100-1.
  • Zum Beispiel können die Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp 1740 eine höhere Dotierstoffkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen als eine gemittelte Dotierstoffkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Feldstoppregion 100-1, wobei das Mittel über eine vertikale Dicke der Feldstoppregion 100-1 genommen wird. In einigen Ausführungsformen kann die vertikale Dicke der Feldstoppregion 100-1 größer als 2 µm, z. B. größer als 5 µm oder sogar größer als 10 µm sein.
  • Solche relativ hohen Dotierstoffkonzentrationen der Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp 1740 können z. B. durch einen auf der Rückseite 10-1 durchgeführten Laserwärmebehandlungs(LTA: Laser-Thermal-Annealing)-Prozess entstanden sein.
  • Zusätzlich oder alternativ kann eine Dotierstoffkonzentration vom zweiten Leitfähigkeitstyp der ersten Regionen 1711, 1721 und/oder eine Dotierstoffkonzentration vom zweiten Leitfähigkeitstyp der zweiten Regionen 1712, 1722 auch höher sein als die Dotierstoffkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp der Feldstoppregion 100-1.
  • Zum Beispiel können die ersten und/oder zweiten Regionen 1711, 1721, 1712, 1722 eine höhere Dotierstoffkonzentration vom zweiten Leitfähigkeitstyp als eine gemittelte Dotierstoffkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Feldstoppregion 100-1 aufweisen, wobei das Mittel über eine vertikale Dicke der Feldstoppregion 100-1 genommen wird. In einigen Ausführungsformen kann die vertikale Dicke der Feldstoppregion 100-1 größer als 2 µm, beispielsweise größer als 5 µm oder sogar größer als 10 µm sein.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist eine Dotierstoffkonzentration in einem entsprechenden mittleren Abschnitt der Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp 1711, 1712 in der ersten rückseitigen Emitterzone 171 im Wesentlichen gleich einer Dotierstoffkonzentration in einem entsprechenden mittleren Abschnitt der Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp 1721, 1722 in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172; und ist eine Dotierstoffkonzentration in einem entsprechenden mittleren Abschnitt der Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp 1740 in der ersten rückseitigen Emitterzone 171 im Wesentlichen gleich einer Dotierstoffkonzentration in einem entsprechenden mittleren Abschnitt der Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp 1740 in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172. In diesem Zusammenhang ist die Aussage, dass die Dotierstoffkonzentrationen „im Wesentlichen gleich“ sind, dahingehend zu verstehen, dass sich die eine Dotierstoffkonzentration von der anderen höchstens um den Faktor 1,3 unterscheidet, wie beispielsweise höchstens um den Faktor 1,1, z. B. höchstens um den Faktor 1,05.
  • Ferner kann in einigen Ausführungsformen vorgesehen sein, dass sich die zweite rückseitige Emitterzone 172 von der ersten rückseitigen Emitterzone 171 durch mindestens einen der folgenden Punkte unterscheidet:
    • - das Vorhandensein (oder Nichtvorhandensein) der ersten Sektoren 171-1, 172-1;
    • - das Vorhandensein (oder Nichtvorhandensein) der zweiten Sektoren 171-2, 172-2;
    • - eine kleinste laterale Erstreckung x11, x11' der ersten Sektoren 171-1, 172-1;
    • - eine kleinste laterale Erstreckung x2, x2' der zweiten Sektoren 171-2, 172-2;
    • - einen lateralen Abstand d1, d1' zwischen benachbarten ersten Sektoren 171-1, 172-1;
    • - einen lateralen Abstand d2, d2' zwischen benachbarten zweiten Sektoren 171-2, 172-2;
    • - eine kleinste laterale Erstreckung x1, x1' der ersten Regionen 1711, 1721;
    • - einen lateralen Abstand d11, d11' zwischen benachbarten ersten Regionen 1711, 1721 in dem gleichen ersten Sektor 171-1, 172-1.
  • In der in 2 schematisch dargestellten Ausführungsform unterscheidet sich die zweite rückseitige Emitterzone 172 von der ersten rückseitigen Emitterzone 171 beispielsweise dadurch, dass erste oder zweite Sektoren 172-1, 172-2 in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 gänzlich fehlen, während die erste rückseitige Emitterzone 171 eine Mehrzahl von zweiten Sektoren 171-2 aufweist. Die zweiten Sektoren 171-2 sind aus zweiten Regionen 1712 vom zweiten Leitfähigkeitstyp (z. B. p-kurze Regionen) gebildet, die jeweils eine laterale Erstreckung x2 entlang der lateralen Richtung der Querschnitte aufweisen und in einem lateralen Abstand d2 zueinander angeordnet sind. Jeweils zwischen zwei benachbarten zweiten Regionen 1712 vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist eine Region 1740 vom ersten Leitfähigkeitstyp angeordnet, die eine höhere Dotierstoffkonzentration als die Feldstoppregion 100-1 aufweist.
  • Beispielsweise kann sich während des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform aus 2 durch das Vorhandensein der zweiten Sektoren 171-2 in der ersten rückseitigen Emitterzone 171 eine relativ geringe Plasmadichte freier Ladungsträger ergeben. Das heißt, dass eine Plasmadichte in der ersten rückseitigen Emitterzone 171 und in Abschnitten des Halbleiterkörpers 10, die sich über dem ersten rückseitigen Emitter 171 befinden, im Vergleich zu einer Plasmadichte in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 und in Abschnitten des Halbleiterkörpers 10, die sich über der zweiten rückseitigen Emitterregion 172 befinden, relativ gering sein kann.
  • Infolgedessen können im Bereich der ersten rückseitigen Emitterzone 171 geringere statische und dynamische Verluste auftreten als im Bereich der zweiten rückseitigen Emitterzone 172. Da sich die erste rückseitige Emitterzone 171 näher an einer Mitte des aktiven Bereichs 15 befindet als die zweite rückseitige Emitterzone 172 (siehe in 2 gezeigter Abschnitt der Randabschlussregion 173), kann das Vorhandensein der zweiten Sektoren 171-2 somit zu einer Temperaturhomogenisierung in dem Halbleiterkörper 10 beitragen.
  • Ferner kann die Verlusterzeugung durch Anpassung des Emitterwirkungsgrads in Regionen mit verbesserter thermischer Kühlung, z. B. unter Bondfüßen und/oder in der Nähe verlustarmer Regionen, wie z. B. Strommesspads oder dergleichen, erhöht werden.
  • In einem weiteren Aspekt kann nicht nur die Temperaturverteilung, sondern auch die Weichheit der Vorrichtung 1 beeinflusst werden: Zum Beispiel können die p-kurzen 171-2 während der Kommutierung Löcher injizieren und so eine ausreichende Weichheit schaffen.
  • Im Hinblick auf die Randabschlussregion 173 ist anzumerken, dass in jeder der Ausführungsformen gemäß 2-11 die rückseitige Region 17 ferner eine dritte rückseitige Zone 173 umfasst, die in der Randabschlussregion 16 angeordnet ist. Die dritte rückseitige Zone 173 umfasst eine Mehrzahl von Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp 1731 und eine Mehrzahl von Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp 1732, die in abwechselnder Reihenfolge in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet sind, wobei die Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp 1731 und die Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp 1732 eine kleinste laterale Erstreckung x4, x5 von höchstens 50 µm, beispielsweise höchstens 30 µm, z.B. höchstens 10 µm, aufweisen.
  • Die dritte rückseitige Zone 173 kann so ausgelegt sein, dass während des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 1 keinerlei nennenswerte Injektion von Elektronen oder Löchern in dieser Region stattfindet. In diesem Sinne kann die dritte rückseitige Zone 173 auch als ein „toter Bereich“ bezeichnet werden. Infolgedessen ist in der dritten rückseitigen Zone 173 und in den Abschnitten des Halbleiterkörpers 10, die sich über der dritten rückseitigen Zone 173 befinden, keine wesentliche Menge an Plasma vorhanden. Auf diese Weise kann mittels der dritten rückseitigen Emitterzone(n) 173 ein Konzept „hoher dynamischer Robustheit (HDR)“ realisiert werden.
  • Beispielsweise kann die laterale Erstreckung x6 der dritten rückseitigen Zone 173 mindestens das 0,5-Fache, beispielsweise mindestens das 2-Fache oder sogar mindestens das 4-Fache der vertikalen Dicke z1 der Driftregion 100 betragen (siehe 1A-B).
  • In den in 2-11 gezeigten beispielhaften Ausführungsformen ist die dritte rückseitige Zone 173 in der Randabschlussregion 16 angeordnet. In einigen Ausführungsformen, bei denen die Leistungshalbleitervorrichtung 1 ein Gate aufweist (z. B. bei einem MOSFET oder einem RC-IGBT), kann eine solche dritte rückseitige Zone 173 zusätzlich oder alternativ (zumindest teilweise) unter einer Gate-Runner-Elektrode angeordnet sein, die an der Vorderseite 10-1 angeordnet ist.
  • In der beispielhaft in 3 dargestellten Ausführungsform umfassen sowohl die erste rückseitige Emitterzone 171 als auch die zweite rückseitige Emitterzone 172 jeweils eine Mehrzahl von zweiten Sektoren 171-2, 172-2. Der wesentliche Unterschied zwischen der ersten rückseitigen Emitterzone 171 und der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 liegt in diesem Fall in der kleinsten lateralen Erstreckung x2, x2' der entsprechenden zweiten Sektoren 171-2, 172-2 und in einem lateralen Abstand d2, d2' zwischen benachbarten zweiten Sektoren 171-2, 172-2: Die zweiten Regionen 1722 vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 weisen eine größere laterale Erstreckung x2' auf im Vergleich zu der lateralen Erstreckung x2 der zweiten Regionen 1712 vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der ersten rückseitigen Emitterzone 171. Auch der laterale Abstand d2' zwischen benachbarten zweiten Regionen 1722 in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 ist größer im Vergleich zu dem lateralen Abstand d2 zwischen benachbarten zweiten Regionen 1712 in der ersten rückseitigen Emitterzone 171.
  • Beispielsweise kann ein Flächenverhältnis der zweiten Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp 1722 in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 gegenüber den Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp 1740 in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 ähnlich oder gleich einem Flächenverhältnis der zweiten Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp 1712 in der ersten rückseitigen Emitterzone 171 gegenüber Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp 1740 in der ersten rückseitigen Emitterzone 172 sein. Dennoch können unterschiedliche Emitter- und/oder Injektionswirkungsgrade in der ersten rückseitigen Emitterzone 171 und in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 durch eine geeignete Konstruktion der entsprechenden zweiten Regionen 1712, 1722 realisiert werden.
  • Beispielsweise kann die relativ grobe Struktur der zweiten Sektoren 172-2 (relativ breite p-kurze) in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 zu einer effizienteren Kathode in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 im Vergleich zu der ersten rückseitigen Emitterzone 171 führen. Infolgedessen können im Betrieb, ähnlich wie vorstehend mit Bezugnahme auf 2 beschrieben, die Plasmadichte sowie die statischen und dynamischen Verluste im Bereich der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 höher sein als im Bereich der ersten rückseitigen Emitterzone 171.
  • In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass eine höhere Plasmadichte die Durchlassspannung der Diode 1 verringern kann. Ferner wählt der Strom bei einer Parallelschaltung von Bereichen mit unterschiedlichen Plasmadichten und damit unterschiedlichen (lokalen) Durchlassspannungen vorzugsweise einen Weg durch den Bereich mit einer relativ niedrigen Durchlassspannung, d. h. im vorliegenden Beispiel die zweite rückseitige Emitterzone 172. Infolgedessen können in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 im Vergleich zu der ersten rückseitigen Emitterzone 171 höhere statische und dynamische Verluste auftreten (was zu einer lokalen Temperaturerhöhung führt).
  • Ferner ist mit Bezugnahme auf alle vorstehend und nachstehend beschriebenen Ausführungsformen hinsichtlich der Weichheit anzumerken, dass aufgrund der unterschiedlichen Konstruktion der rückseitigen Emitterregionen 171, 172 (die z. B. einen Einfluss auf einen anfänglichen Plasmaspiegel, aber auch auf ein Sperrverzögerungsverhalten haben können) die verschiedenen rückseitigen Emitterregionen 171, 172 ihr maximales dI/dt (das für die Überspannung verantwortlich ist) zu unterschiedlichen Zeiten haben können. Dadurch kann Überspannung erheblich reduziert werden.
  • Ein weiterer weichheitsbezogener Aspekt, der insbesondere für die dargestellten Varianten mit „toten Bereichen“ 171-1, wie nachstehend erwähnt, relevant sein kann, ist der folgende: hierin wird das Plasma an der Rückseite 10-2 stark reduziert, ohne jedoch weichheitsgebende Löcher bei der Kommutierung zu schaffen. Die möglicherweise frühe und starke Reduzierung des Plasmas von freien Ladungsträgern in den rückseitigen Emitterregionen 171, 172 mit solchen toten Bereichen 171-1 kann dann durch die jeweils andere rückseitige Emitterregion 171, 172 gedämpft werden, die zu diesem Zeitpunkt noch Plasma hat und Strom führen kann und somit in der Lage sein kann, die Schwingungen zu dämpfen. Beispielsweise kann die Konstruktion so sein, dass die „nicht weiche Region“ 171, 172 von dem Plasma freigemacht wird, bevor die „weiche Region“ 171, 172 von dem Plasma freigemacht wird.
  • 4 zeigt eine weitere Variante von Ausführungsform, bei der der laterale Abstand d2' zwischen benachbarten zweiten Regionen 1722 in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 größer ist im Vergleich zu dem lateralen Abstand d2 zwischen benachbarten zweiten Regionen 1712 in der ersten rückseitigen Emitterzone 171. In dieser Ausführungsform sind die kleinsten lateralen Erstreckungen x2, x2' der zweiten Sektoren 171-2, 172-2 in der ersten rückseitigen Emitterzone 171 und in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 im Wesentlichen gleich.
  • In der in 5 gezeigten beispielhaften Ausführungsform umfasst die erste rückseitige Emitterzone 171 eine Mehrzahl von ersten Sektoren 171-1, wobei jeder der ersten Sektoren 171-1 eine Mehrzahl von ersten Regionen 1711 umfasst, wobei die ersten Regionen 1711 in einem lateralen Abstand d11 voneinander angeordnet sind, der höchstens das Dreifache der kleinsten lateralen Erstreckung x1 der ersten Regionen 1711 beträgt. Mit anderen Worten umfasst jeder der ersten Sektoren 171-1 eine Mehrzahl von ersten Regionen 1711 vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die in einer abwechselnden Reihenfolge mit einer Mehrzahl von Regionen 1740 vom ersten Leitfähigkeitstyp angeordnet sind, ähnlich wie die dritte rückseitige Zone 173 in der vorstehend beschriebenen Randabschlussregion 16.
  • Im Gegensatz dazu umfasst die zweite rückseitige Emitterzone 172, ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß 2, keine ersten oder zweiten Sektoren 172-1, 172-2. Stattdessen ist die zweite rückseitige Emitterzone 172 in der Ausführungsform gemäß 5 aus einer Region vom ersten Leitfähigkeitstyp 1740 gebildet, die einen durchgängigen Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 bildet und eine laterale Erstreckung d3 von mindestens dem Zehnfachen der kleinsten lateralen Erstreckung x1 der ersten Regionen 1711 aufweist.
  • Während beispielsweise der Emitterwirkungsgrad in der ersten rückseitigen Emitterregion 171 und in der zweiten rückseitigen Emitterregion 172 gleich oder ähnlich sein kann, kann das Vorhandensein der relativ fein strukturierten ersten Sektoren 171-1 den Injektionswirkungsgrad der ersten rückseitigen Emitterregion 171 im Vergleich zu der zweiten rückseitigen Emitterregion 172 so reduzieren, dass sich durch die fein strukturierten Sektoren keine oder nur eine geringe Injektion von freien Ladungsträgern ergibt. Dadurch können dynamische Verluste im Bereich der ersten rückseitigen Emitterregion 171 im Vergleich zu dem Bereich der zweiten rückseitigen Emitterregion 172 reduziert werden.
  • Beispielsweise können die fein strukturierten ersten Sektoren 171-1 dazu ausgelegt sein, keinerlei nennenswerte Injektion von Elektronen oder Löchern zu unterstützen. In diesem Fall können die ersten Sektoren 171-1 auch als „tote Bereiche“ bezeichnet werden, ähnlich wie vorstehend in Bezug auf die dritte Zone 173 in der Randabschlussregion 16 beschrieben.
  • In der in 6 gezeigten beispielhaften Ausführungsform umfasst die erste rückseitige Emitterzone 171 eine Mehrzahl von ersten Sektoren 171-1, wobei jeder der ersten Sektoren 171-1 eine Mehrzahl von ersten Regionen 1711 umfasst, wobei die ersten Regionen 1711 in einem lateralen Abstand d11 voneinander angeordnet sind, der höchstens das Dreifache der kleinsten lateralen Erstreckung x1 der ersten Regionen 1711 beträgt. Die zweite rückseitige Emitterzone 172 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Sektoren 172-2, die jeweils aus einer zweiten Region 1722 mit einer kleinsten lateralen Erstreckung x2' von mindestens dem Zehnfachen der kleinsten lateralen Erstreckung x1 der ersten Regionen 1711 gebildet sind.
  • Mit anderen Worten ist in der Ausführungsform gemäß 6 die erste rückseitige Emitterzone 171 wie in der Ausführungsform gemäß 5 ausgelegt, während die zweite rückseitige Emitterzone 172 wie in den Ausführungsformen gemäß 3 und 4 ausgelegt ist.
  • Zum Beispiel kann die relativ grobe Strukturierung der zweiten Regionen 1722 vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 den Kathodenwirkungsgrad im Vergleich zur Konfiguration der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 gemäß 5 verringern. Gleichzeitig kann die relativ große laterale Erstreckung x2' der zweiten Regionen 1722 (breite p-kurze Regionen) zu einer starken Injektion von Löchern während der Kommutierung führen, wodurch die Weichheit der Leistungshalbleitervorrichtung 1 verbessert wird.
  • In der ersten rückseitigen Emitterzone 171 können die relativ fein strukturierten ersten Sektoren 171-1 zu einem ähnlichen Kathodenwirkungsgrad führen wie die zweiten Regionen 1722 in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172. Aufgrund der fein strukturierten ersten Sektoren 171-1 kann der Injektionswirkungsgrad jedoch relativ niedrig sein. Da keine zusätzlichen Löcher injiziert werden, können in dieser Region weniger Schaltverluste (und damit ein geringerer Temperaturanstieg) auftreten.
  • In der in 7 dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist die erste rückseitige Emitterzone 171 wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gemäß 5 und 6 ausgelegt. In der Ausführungsform gemäß 7 umfasst jedoch auch die zweite rückseitige Emitterzone 172 eine Mehrzahl von fein strukturierten ersten Sektoren 172-1, wobei die ersten Sektoren 172-1 eine größere laterale Erstreckung x11' haben im Vergleich zu der lateralen Erstreckung x11 der ersten Sektoren 171-1 in der ersten rückseitigen Emitterzone 171. Ferner ist ein lateraler Abstand d1' zwischen benachbarten ersten Sektoren 172-1 in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 größer als ein lateraler Abstand d1 zwischen benachbarten ersten Sektoren 171-1 in der ersten Emitterzone 171.
  • In der in 8 gezeigten beispielhaften Ausführungsform umfasst die erste rückseitige Emitterzone 171 eine Mehrzahl von zweiten Sektoren 171-2 (p-kurze), wie vorstehend mit Bezugnahme auf die ersten rückseitigen Emitterzonen 171 der Ausführungsformen gemäß 2 und 3 beschrieben. Die zweite rückseitige Emitterzone 172 weist eine Mehrzahl von ersten Sektoren 172-1 auf, die jeweils eine einzelne, relativ kleine erste Region 1721 vom zweiten Leitfähigkeitstyp („winzige p-kurze“) umfassen. Die ersten Sektoren 172-1 in der zweiten rückseitigen Emitterzone 12 sind um einen relativ großen lateralen Abstand d1' voneinander beabstandet, der den lateralen Abstand d2 zwischen benachbarten zweiten Sektoren 171-2 in der ersten rückseitigen Emitterzone 171 übersteigt.
  • In der in 9 dargestellten Ausführungsform ist die zweite rückseitige Emitterzone 172 wie in der Ausführungsform gemäß 8 ausgelegt. Die erste rückseitige Emitterzone 171 umfasst keine ersten oder zweiten Sektoren 171-1, 171-2, sondern ist aus einer durchgehenden Region 1740 vom ersten Leitfähigkeitstyp (z. B. eine Region vom Typ n++) gebildet.
  • In der in 10 gezeigten beispielhaften Ausführungsform weisen sowohl die zweite rückseitige Emitterzone 172 als auch die erste rückseitige Emitterzone 171 eine Mehrzahl von ersten Sektoren 171-1, 172-1 auf, die denen in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 in den Ausführungsformen gemäß 8 und 9 ähneln („winzige p-kurze“). In diesem Fall ist der laterale Abstand d1 zwischen benachbarten ersten Regionen 1711 in der ersten rückseitigen Emitterzone 171 relativ groß und übersteigt den lateralen Abstand d1' zwischen benachbarten ersten Regionen 1721 in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172.
  • In der in 11 gezeigten beispielhaften Ausführungsform umfassen die erste rückseitige Emitterzone 171 und die zweite rückseitige Emitterzone 172 jeweils eine Mehrzahl von zweiten Sektoren 171-2, 172-2 („breite p-kurze“) . Zusätzlich ist in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 eine kleine erste Region 1721 („winzige p-kurze“) in der Nähe jeder zweiten Region 1722 angeordnet. Bei weiteren Varianten von Ausführungsformen (nicht dargestellt) kann eine Mehrzahl solcher winzigen p-kurzen 1721 in der Nähe einiger oder aller zweiten Regionen 1722 angeordnet sein.
  • Die in 12 gezeigte beispielhafte Ausführungsform ähnelt der von 3 darin, dass sowohl die erste rückseitige Emitterzone 171 als auch die zweite rückseitige Emitterzone 172 jeweils eine Mehrzahl von zweiten Sektoren 171-2, 172-2 aufweisen, wobei eine kleinste laterale Erstreckung x2 der zweiten Regionen 1712 vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der ersten rückseitigen Emitterzone 171 kleiner ist als eine kleinste laterale Erstreckung x2' der zweiten Regionen 1722 vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172. In diesem Fall ist jedoch ein Pitch P zwischen benachbarten zweiten Sektoren 171-2, 172-2 in der ersten rückseitigen Emitterregion 171 und in der zweiten rückseitigen Emitterregion 172 im Wesentlichen gleich, wie dargestellt.
  • Beispielsweise kann ein p-Flächendeckungsverhältnis (d.h. der Anteil einer Gesamtfläche der ersten oder der zweiten rückseitigen Emitterzonen 171, 172, der mit zweiten Regionen 1712, 1722 bedeckt ist) in der ersten rückseitigen Emitterzone 171 im Vergleich zu einem p-Flächendeckungsverhältnis in der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 unterschiedlich sein, wobei der Unterschied mindestens 2 %, beispielsweise mindestens 5 %, mindestens 10 %, mindestens 20 % oder sogar mindestens 40 % betragen kann.
  • 13A-E zeigen jeweils schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt in horizontalem Querschnitt einer Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. In jedem Fall schneidet der Querschnitt horizontal durch die rückseitige Region 17 und zeigt beispielhafte geometrische Muster, in denen die zweiten Regionen 1712 vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der Region 1740 vom ersten Leitfähigkeitstyp angeordnet sein können. In 12A-E sind die zweiten Regionen 1712 in einer ersten rückseitigen Emitterzone 171, wie beispielsweise einer ersten rückseitigen Emitterzone 171 einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, als ein Beispiel dargestellt. Es ist jedoch anzumerken, dass die gleichen oder ähnliche geometrische Anordnungen auch für die zweiten Regionen 1722 in einer oder mehreren zweiten rückseitigen Emitterzonen 172, wie beispielsweise einer zweiten rückseitigen Emitterzone 172 einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, gewählt werden können.
  • Wie in einem horizontalen Querschnitt dargestellt, können die zweiten Regionen 1712 beispielsweise mindestens eine der folgenden Konfigurationen aufweisen: eine kreisförmige Konfiguration (13A-B); eine Ringkonfiguration (13C); eine Streifenkonfiguration (13D); und eine Wabenkonfiguration (13E).
  • 14A-F zeigen jeweils schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt in horizontalem Querschnitt durch die rückseitige Region 17 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. In 14A ist beispielsweise ein kleiner Schnitt durch eine erste rückseitige Emitterzone 171 dargestellt, wobei die zweiten Regionen 1712 vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die in einer Region 1740 vom ersten Leitfähigkeitstyp eingebettet sind, eine kreisförmige Konfiguration aufweisen, wie in 13B dargestellt.
  • 14B unterscheidet sich von 14A dadurch, dass zusätzlich in einer mittleren Position zwischen den zweiten Regionen 1712 ein sehr fein strukturierter erster Sektor 171-1 von der Art vorgesehen ist, wie vorstehend mit Bezugnahme auf z. B. die ersten Sektoren 171-1, 172-1 in 5-6 beschrieben wurde. Wie die zweiten Regionen 1712 hat auch der erste Sektor 171-1 eine Kreisform.
  • 14C zeigt eine ähnliche Konfiguration wie die in 14B mit dem einzigen Unterschied, dass der kreisförmige erste Sektor 171-1 einen größeren Durchmesser hat und somit einen größeren Flächenabschnitt abdeckt als bei der Ausführungsform gemäß 14B.
  • Beispielsweise können die fein strukturierten ersten Sektoren 171-1 dazu ausgelegt sein, keinerlei nennenswerte Injektion von Elektronen oder Löchern zu unterstützen. In diesem Fall können die ersten Sektoren 171-1 auch als „tote Bereiche“ bezeichnet werden, ähnlich wie vorstehend in Bezug auf die ersten Sektoren 171-1 in den Ausführungsformen gemäß 5-6 sowie die dritte Zone 173 in der Randabschlussregion 16 beschrieben.
  • In 14D-F sind einige weitere beispielhafte Konfigurationen von zweiten Regionen 1712 und ersten Sektoren 171-1 dargestellt, wobei die beispielhaften Ausführungsformen gemäß 14D-E auf einer Streifenkonfiguration gemäß 13D basieren. Die beispielhafte Ausführungsform gemäß 14F basiert auf einer Konfiguration wie in 13C gezeigt, wobei bei der Variante gemäß 14F eine quadratförmige zweite Region 1712 von einem fein strukturierten ersten Sektor 171-1 umgeben ist.
  • Es ist anzumerken, dass 14A-F zwar beispielhaft Schnitte durch erste rückseitigen Emitterzone 171 zeigen, die gleiche oder eine ähnliche geometrische Anordnung aber auch für eine oder mehrere zweite rückseitige Emitterzonen 172 gewählt werden kann.
  • In 15A-B ist eine weitere Ausführungsform einer Leistungshalbleitervorrichtung 1 dargestellt. 15B ist eine ausführliche Ansicht eines Ausschnitts E1 aus 15A. 15A-B zeigen eine Leistungshalbleitervorrichtung 1, die einen Halbleiterkörper 10 mit einer Vorderseite 10-1 und einer Rückseite 10-2; eine erste Lastanschlussstruktur 11, die mit der Vorderseite 10-1 gekoppelt ist, und eine zweite Lastanschlussstruktur 12, die mit der Rückseite 10-2 gekoppelt ist; einen aktiven Bereich 15 des Halbleiterkörpers 10, der zum Leiten eines Laststroms zwischen der ersten Lastanschlussstruktur 11 und der zweiten Lastanschlussstruktur 12 ausgelegt ist; und eine Driftregion 100 des Halbleiterkörpers 10, wobei die Driftregion 100 einen ersten Leitfähigkeitstyp hat und zum Leiten des Laststroms ausgelegt ist, umfasst.
  • Insbesondere zeigen 15A-B einen horizontalen Querschnitt einer rückseitigen Region 17 des Halbleiterkörpers 10, wobei die rückseitige Region 17 an der Rückseite 10-1 angeordnet ist und in dem aktiven Bereich 15 eine erste rückseitige Emitterzone 171 und eine zweite rückseitige Emitterzone 172 umfasst. Die erste rückseitige Emitterzone 171 ist in dem aktiven Bereich 15 mit größerem Abstand zu einer äußeren Begrenzung 177 des aktiven Bereichs 15 angeordnet als die zweite rückseitige Emitterzone 172. Die erste rückseitige Emitterzone 171 umfasst eine Mehrzahl von ersten Sektoren 171-2, die jeweils eine erste Region 1711 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen, wobei die erste Region 1711 in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet ist. Die zweite rückseitige Emitterzone 172 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Sektoren 172-2, die jeweils eine zweite Region 1722 vom zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen, wobei die zweiten Regionen 1722 in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet sind. Ein Pitch P, der eine Gitterkonstante entlang mindestens der ersten lateralen Richtung X definiert, ist in der ersten rückseitigen Emitterzone 171 und der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 zumindest im Wesentlichen gleich. Insbesondere ist der Pitch P in der ersten rückseitigen Emitterzone 171 und der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 gleich. Die erste rückseitige Emitterzone 171 unterscheidet sich von der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 dadurch, dass eine kleinste laterale Erstreckung x2 der ersten Sektoren 171-2 größer ist als eine kleinste laterale Erstreckung x2' der zweiten Sektoren 172-2. In der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich die erste rückseitige Emitterzone 171 von der zweiten rückseitigen Emitterzone 172 dadurch, dass die kleinste laterale Erstreckung x2 der ersten Regionen 1711 größer ist als die kleinste laterale Erstreckung x2' der zweiten Regionen 1722. Im vorliegenden Fall weisen die ersten Sektoren 171-2 und/oder die ersten Regionen 1711 eine kreisförmige Konfiguration auf. Im vorliegenden Fall weisen die zweiten Sektoren 172-2 und/oder die zweiten Regionen 1722 eine kreisförmige Konfiguration auf.
  • In 16A-C ist eine weitere Ausführungsform einer Leistungshalbleitervorrichtung 1 dargestellt. 16B ist eine ausführliche Ansicht eines Ausschnitts E2 aus 16A. 16A-C zeigen eine Leistungshalbleitervorrichtung 1, die einen Halbleiterkörper 10 mit einer Vorderseite 10-1 und einer Rückseite 10-2; eine erste Lastanschlussstruktur 11, die mit der Vorderseite 10-1 gekoppelt ist, und eine zweite Lastanschlussstruktur 12, die mit der Rückseite 10-2 gekoppelt ist; einen aktiven Bereich 15 des Halbleiterkörpers 10, der zum Leiten eines Laststroms zwischen der ersten Lastanschlussstruktur 11 und der zweiten Lastanschlussstruktur 12 ausgelegt ist; und eine Driftregion 100 des Halbleiterkörpers 10, wobei die Driftregion 100 einen ersten Leitfähigkeitstyp hat und zum Leiten des Laststroms ausgelegt ist, umfasst.
  • Insbesondere zeigen 16A-C einen horizontalen Querschnitt einer rückseitigen Region 17 des Halbleiterkörpers 10, wobei die rückseitige Region 17 an der Rückseite 10-1 angeordnet ist und in dem aktiven Bereich 15 eine zweite rückseitige Emitterzone 172 aufweist. Die zweite rückseitige Emitterzone 172 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Sektoren 172-2, die jeweils eine zweite Region 1722 vom zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen, wobei die zweiten Regionen 1722 in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet sind und jeweils eine kleinste laterale Erstreckung x100, x101, x102, x103, x104 aufweisen. Entlang einer gedachten Geraden L1 nimmt für mindestens drei benachbarte zweite Sektoren 172-2 deren kleinste laterale Erstreckung x100 - x104 streng monoton zu.
  • Gemäß der in 16A-B dargestellten Ausführungsform weisen die zweiten Sektoren 172-2 und/oder die zweiten Regionen 1722 eine kreisförmige oder runde Konfiguration auf. Dargestellt ist die kleinste laterale Abmessung von fünf beispielhaften zweiten Sektoren 172-2. Die kleinste laterale Erstreckung x100, x101, x102, x103, x104 nimmt mit zunehmendem Abstand zu der äußeren Begrenzung 177 des aktiven Bereichs zu. Mit anderen Worten kann die kleinste laterale Abmessung der zweiten Sektoren 172-2 ein Maximum in einer geometrischen Mitte des aktiven Bereichs 15 aufweisen. Die kleinste laterale Erstreckung kann folgendermaßen aussehen: x100 < x101 < x102 < x103 < x104. Der Pitch P für die fünf beispielhaften zweiten Sektoren 172-2 ist konstant. Die fünf beispielhaften zweiten Sektoren 172-2 sind gemäß einem gleichmäßigen Gitter angeordnet. Ein Abstand d(x10n) von der Begrenzung 177 kann für die fünf beispielhaften zweiten Sektoren 172-2 mit zunehmender kleinster lateraler Erstreckung zunehmen. Der Abstand d(x10n) der fünf beispielhaften zweiten Sektoren 172-2 von der Begrenzung 177 kann folgendermaßen aussehen: d(x100) < d(x101) < d(x102) < d(x103) < d(x104).
  • Gemäß der in 16C dargestellten Ausführungsform weisen die zweiten Sektoren 172-2 und/oder die zweiten Regionen 1722 eine streifenförmige Konfiguration auf. Die streifenförmige Konfiguration kann entweder gerade sein oder, wie in 16C dargestellt, kann jede/r der streifenförmigen zweiten Sektoren 172-2 und/oder zweiten Regionen 1722 eine geschlossene Schleife bilden (was in 16C nur ausschnittsweise dargestellt ist). Dargestellt ist die kleinste laterale Abmessung von drei beispielhaften zweiten Sektoren 172-2. Die kleinste laterale Erstreckung x100, x101, x102 nimmt mit zunehmendem Abstand zu der äußeren Begrenzung 177 des aktiven Bereichs zu. Mit anderen Worten kann die kleinste laterale Abmessung der zweiten Sektoren 172-2 ein Maximum in einer geometrischen Mitte des aktiven Bereichs 15 aufweisen. Die kleinste laterale Erstreckung kann folgendermaßen aussehen: x100 < x101 < x102. Der Pitch P für die drei beispielhaften zweiten Sektoren 172-2 kann entlang der gedachten Linie L1 konstant sein oder variieren. Die drei beispielhaften zweiten Sektoren 172-2 sind gemäß einem gleichmäßigen Gitter angeordnet. Ein Abstand d(x10n) von der Begrenzung 177 kann für die drei beispielhaften zweiten Sektoren 172-2 mit zunehmender kleinster lateraler Erstreckung zunehmen. Der Abstand d(x10n) der drei beispielhaften zweiten Sektoren 172-2 von der Begrenzung 177 kann folgendermaßen aussehen: d(x100) < d(x101) < d(x102).
  • Die in 15A, 16A oder 16C dargestellte Leistungshalbleitervorrichtung 1 weist jeweils eine dritte Region 173 auf. 17A-D zeigen verschiedene Ausführungsformen für den Randabschluss der Leistungshalbleitervorrichtung 1. 17A-D zeigen jeweils eine Detailansicht eines Ausschnitts E3 aus 15A bzw. 16A gemäß einer weiteren Ausführungsform der dritten Region 173. Die dritte Region 173 kann die zweite rückseitige Emitterzone 172 lateral umgeben. Die dritte Region 173 kann Teil einer Randabschlussregion der Leistungshalbleitervorrichtung 1 sein oder sich mit dieser überschneiden. Die dritte rückseitige Zone 173 kann unter einer an der Vorderseite 10-1 angeordneten Gate-Runner-Elektrode angeordnet sein. Eine laterale Erstreckung x6 der dritten rückseitigen Zone 173 kann mindestens das 0,5-Fache einer vertikalen Dicke z1 der Driftregion 100 betragen.
  • Gemäß 17A und 17B umfasst die dritte Region 173 der in 15A bzw. 16A dargestellten Leistungshalbleitervorrichtung 1 eine Region 1731 vom ersten Leitfähigkeitstyp und eine Mehrzahl von Regionen 1732 vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die in abwechselnder Reihenfolge in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet sind. Die Regionen 1732 vom zweiten Leitfähigkeitstyp haben eine kleinste laterale Erstreckung von höchstens 50 µm. Die Regionen 1732 vom zweiten Leitfähigkeitstyp können eine kleinste laterale Erstreckung haben, die um mindestens einen Faktor 5, einen Faktor 10 oder sogar einen Faktor 15 kleiner ist als die kleinste laterale Erstreckung x1', x2', x100 - x104 der zweiten Sektoren 172-2 und/oder der zweiten Regionen 1722. Gemäß 17A und 17B weisen die Regionen 1732 vom zweiten Leitfähigkeitstyp eine kreisförmige Konfiguration auf.
  • Gemäß 17A und 17B umfasst die dritte Region 173 der in 15A bzw. 16A dargestellten Leistungshalbleitervorrichtung 1 eine Mehrzahl von Regionen 1731 vom ersten Leitfähigkeitstyp und eine Mehrzahl von Regionen 1732 vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die in abwechselnder Reihenfolge in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet sind. Sowohl die Regionen 1731 vom ersten Leitfähigkeitstyp als auch die Regionen 1732 vom zweiten Leitfähigkeitstyp weisen eine streifenförmige Konfiguration auf. Jeder der Streifen, die die Regionen 1731 und 1732 bilden, umgibt die zweite rückseitige Emitterzone 172 lateral.
  • Gemäß 17B und 17C umfasst die in 15A bzw. 16A dargestellte Leistungshalbleitervorrichtung 1 ferner eine Abstandshalterregion 175, die die zweite rückseitige Emitterzone 172 von der dritten rückseitigen Zone 173 lateral trennt. Eine kleinste laterale Erstreckung x7 der Abstandshalterregion 175 beträgt mindestens das 0,5-Fache einer vertikalen Dicke z1 der Driftregion 100. Die Abstandshalterregion 175 umgibt die zweite rückseitige Emitterzone 172 lateral.
  • Gemäß 17D umfasst die dritte Region 173 der in 15A bzw. 16A dargestellten Leistungshalbleitervorrichtung 1 nur eine einzelne Region 1731 vom ersten Leitfähigkeitstyp. Alternativ und nur gemäß 17D kann die einzelne Region 1731 eine Konfiguration mit der zweiten Leitfähigkeit aufweisen. Die einzelne Region 1731 entweder vom ersten oder, nur gemäß 17D, zweiten Leitfähigkeitstyp ist in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12. Die einzelne Region 1731 vom ersten oder, nur gemäß 17D, zweiten Leitfähigkeitstyp umgibt die zweite rückseitige Emitterzone 172 lateral.
  • Vorstehend wurden Ausführungsformen im Zusammenhang mit Leistungshalbleitervorrichtungen erläutert.
  • Diese Halbleitervorrichtungen können zum Beispiel auf Silizium (Si) basieren. Dementsprechend kann eine monokristalline Halbleiterregion oder -schicht, z. B. der Halbleiterkörper 10 und seine Regionen/Zonen, z. B. Regionen usw., eine monokristalline Si-Region oder Si-Schicht sein. In weiteren Ausführungsformen kann auch polykristallines oder amorphes Silizium verwendet werden.
  • Es versteht sich jedoch, dass der Halbleiterkörper 10 und seine Regionen/Zonen aus jeglichem Halbleitermaterial hergestellt sein können, das für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung geeignet ist. Beispiele für solche Materialien umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, elementare Halbleitermaterialien wie Silizium (Si) oder Germanium (Ge), Verbundhalbleitermaterialien der Gruppe IV wie Siliziumkarbid (SiC) oder Siliziumgermanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre III-V-Halbleitermaterialien wie Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP),Indiumphosphid (InP), Indium-Gallium-Phosphid (InGaPa), Aluminium-Gallium-Nitrid (AlGaN), Aluminium-Indium-Nitrid (AlInN), Indium-Gallium-Nitrid (InGaN), Aluminium-Gallium-Indium-Nitrid (AlGalnN) oder Indium-Gallium-Arsenid-Phosphid (InGaAsP) sowie binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien wie Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilber-Cadmiumtellurid (HgCdTe), um nur einige zu nennen. Die vorstehend genannten Halbleitermaterialien werden auch als „Homoübergangshalbleitermaterialien“ bezeichnet. Werden zwei verschiedene Halbleitermaterialien kombiniert, wird ein Heteroübergangshalbleitermaterial gebildet. Beispiele für Heteroübergangshalbleitermaterialien umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGalnN), Indiumgalliumnitrid (InGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGalnN), Indiumgalliumnitrid (InGaN)-Galliumnitrid (GaN), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN)-Galliumnitrid (GaN), Indiumgalliumnitrid (InGaN)-Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Silizium-Siliziumkarbid (SixC1-x) und Silizium-SiGe-Heteroübergangshalbleitermaterialien. Für Leistungshalbleiterschaltanwendungen werden derzeit hauptsächlich Si, SiC, GaAs und GaN-Materialien verwendet.
  • Räumlich relative Begriffe wie „unter“, „unterhalb“, „untere“, „über“, „obere“ und dergleichen werden zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet, um die Positionierung eines Elements im Verhältnis zu einem zweiten Element zu erläutern. Diese Begriffe sollen verschiedene Ausrichtungen der entsprechenden Vorrichtung sowie andere Ausrichtungen zusätzlich zu den in den Figuren dargestellten umfassen. Ferner werden Begriffe wie „erstes“, „zweites“ und dergleichen zur Beschreibung verschiedener Elemente, Regionen, Abschnitte usw. verwendet und sind auch als nicht einschränkend zu verstehen. Gleiche Begriffe beziehen sich in der gesamten Beschreibung auf gleiche Elemente.
  • Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „mit“, „enthaltend“, „haben“, „umfassend“, „aufweisend“ und ähnliche Begriffe offene Begriffe, die das Vorhandensein bestimmter Elemente oder Merkmale angeben, aber zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht ausschließen.
  • In Anbetracht der vorstehend genannten Variations- und Anwendungsmöglichkeiten versteht sich, dass die vorliegende Erfindung weder durch die vorangehende Beschreibung noch durch die beiliegenden Zeichnungen beschränkt. Stattdessen ist die vorliegende Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche und ihre gesetzlichen Äquivalente begrenzt.

Claims (21)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung (1), umfassend: - einen Halbleiterkörper (10) mit einer Vorderseite (10-1) und einer Rückseite (10-2); - eine erste Lastanschlussstruktur (11), die mit der Vorderseite (10-1) gekoppelt ist, und eine zweite Lastanschlussstruktur (12), die mit der Rückseite (10-2) gekoppelt ist; - einen aktiven Bereich (15) des Halbleiterkörpers (10), der zum Leiten eines Laststroms zwischen der ersten Lastanschlussstruktur (11) und der zweiten Lastanschlussstruktur (12) ausgelegt ist; - eine Driftregion (100) des Halbleiterkörpers (10), wobei die Driftregion (100) einen ersten Leitfähigkeitstyp hat und zum Leiten des Laststroms ausgelegt ist; - eine rückseitige Region (17) des Halbleiterkörpers (10), wobei die rückseitige Region (17) an der Rückseite (10-1) angeordnet ist und in dem aktiven Bereich (15) eine erste rückseitige Emitterzone (171) und eine zweite rückseitige Emitterzone (172) umfasst, o wobei die erste rückseitige Emitterzone (171) in dem aktiven Bereich (15) mit größerem Abstand zu einer äußeren Begrenzung des aktiven Bereichs (15) angeordnet ist als die zweite rückseitige Emitterzone (172); o wobei die erste rückseitige Emitterzone (171) eine Mehrzahl von ersten Sektoren (171-1, 172-1) umfasst, die jeweils mindestens eine erste Region (1711, 1721) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen, wobei die erste Region (1711, 1721) in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) angeordnet ist; und o wobei die zweite rückseitige Emitterzone (172) eine Mehrzahl von zweiten Sektoren (171-2, 172-2) umfasst, die jeweils mindestens eine zweite Region (1712, 1722) vom zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen, wobei die zweiten Regionen (1712, 1722) in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) angeordnet sind; o wobei ein Pitch (P), der eine Gitterkonstante entlang mindestens einer ersten lateralen Richtung (X) definiert, in der ersten rückseitigen Emitterzone (171) und der zweiten rückseitigen Emitterzone (172) zumindest im Wesentlichen gleich ist; - wobei sich die erste rückseitige Emitterzone (171) von der zweiten rückseitigen Emitterzone (172) dadurch unterscheidet, dass eine kleinste laterale Erstreckung (x1, x2) der ersten Sektoren (171-1, 172-1) größer ist als eine kleinste laterale Erstreckung (xl', x2') der zweiten Sektoren (171-2, 172-2).
  2. Leistungshalbleitervorrichtung (1), umfassend: - einen Halbleiterkörper (10) mit einer Vorderseite (10-1) und einer Rückseite (10-2); - eine erste Lastanschlussstruktur (11), die mit der Vorderseite (10-1) gekoppelt ist, und eine zweite Lastanschlussstruktur (12), die mit der Rückseite (10-2) gekoppelt ist; - einen aktiven Bereich (15) des Halbleiterkörpers (10), der zum Leiten eines Laststroms zwischen der ersten Lastanschlussstruktur (11) und der zweiten Lastanschlussstruktur (12) ausgelegt ist; - eine Driftregion (100) des Halbleiterkörpers (10), wobei die Driftregion (100) einen ersten Leitfähigkeitstyp hat und zum Leiten des Laststroms ausgelegt ist; - eine rückseitige Region (17) des Halbleiterkörpers (10), wobei die rückseitige Region (17) an der Rückseite (10-1) angeordnet ist und in dem aktiven Bereich (15) eine zweite rückseitige Emitterzone (172) umfasst, o wobei die zweite rückseitige Emitterzone (172) eine Mehrzahl von zweiten Sektoren (171-2, 172-2) umfasst, die jeweils mindestens eine zweite Region (1712, 1722) vom zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen, wobei die zweiten Regionen (1712, 1722) in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) angeordnet sind und jeweils eine kleinste laterale Erstreckung (x100 - x104) aufweisen; o wobei entlang einer gedachten Linie (L1) für mindestens drei benachbarte zweite Sektoren (171-2, 172-2) deren kleinste laterale Erstreckung (x100 - x104) streng monoton zunimmt.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die zweiten Sektoren (171-2, 172-2) gemäß einem Gitter mit einem Pitch (P) angeordnet sind, der eine Gitterkonstante entlang mindestens einer ersten lateralen Richtung (X) definiert, wobei der Pitch (P) für die mindestens drei benachbarten zweiten Regionen (1712, 1722) entlang der gedachten Linie (L1) mindestens im Wesentlichen konstant ist.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei für die mindestens drei benachbarten zweiten Regionen (1712, 1722) deren kleinste laterale Erstreckung (x100 - x104) mit zunehmendem Abstand zu einer äußeren Begrenzung des aktiven Bereichs (15) zunimmt.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Flächenerstreckung der ersten rückseitigen Emitterzone (171) und der zweiten rückseitigen Emitterzone (172) jeweils mindestens 5% oder sogar mindestens 10% des aktiven Bereichs (15) beträgt.
  6. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein lateraler Abstand (d1, d1', d2, d2') zwischen benachbarten ersten und/oder zweiten Sektoren (171-1, 172-1, 171-2, 172-2) mindestens 50 µm beträgt.
  7. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Region (1711, 1721) eine kleinste laterale Erstreckung (x1, x2) von höchstens 50 µm und/oder die zweiten Regionen (1712, 1722) eine kleinste laterale Erstreckung (xl', x2', x100 - x104) von mindestens 50 µm aufweisen.
  8. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein lateraler Abstand (d1, d2) zwischen benachbarten ersten Sektoren (171-1) in der ersten Emitterzone (171) maximal das Dreifache der kleinsten lateralen Erstreckung (x1, x2) des ersten Sektors (171-1) beträgt und/oder ein lateraler Abstand (d1', d2') zwischen benachbarten zweiten Sektoren (172-1) in der zweiten Emitterzone (172) maximal das Dreifache der kleinsten lateralen Erstreckung (xl', x2', x100 - x104) der zweiten Sektoren (172-1) beträgt.
  9. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die erste rückseitige Emitterzone (171) eine Mehrzahl von ersten Sektoren (171-1) umfasst, wobei jeder der ersten Sektoren (171-1) eine Mehrzahl von ersten Regionen (1711) umfasst, wobei die ersten Regionen (1711) in einem lateralen Abstand (d11) voneinander von höchstens dem Dreifachen der kleinsten lateralen Erstreckung (x1) der ersten Regionen (1711) angeordnet sind; und - die zweite rückseitige Emitterzone (172) eine Mehrzahl von zweiten Sektoren (172-2) umfasst, die jeweils aus einer zweiten Region (1722) mit einer kleinsten lateralen Erstreckung (x2') von mindestens dem Zehnfachen der kleinsten lateralen Erstreckung (x1) der ersten Regionen (1711) gebildet sind.
  10. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die rückseitige Region (17) ferner eine dritte rückseitige Zone (173) umfasst, die mindestens eine Region vom ersten Leitfähigkeitstyp (1731) und eine Mehrzahl von Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp (1732) umfasst, die in abwechselnder Reihenfolge in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) angeordnet sind, wobei die Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp (1731) und/oder die Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp (1732) eine kleinste laterale Erstreckung (x4, x5) von höchstens 50 µm aufweisen.
  11. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei die dritte rückseitige Zone (173) in einer Randabschlussregion (16) des Halbleiterkörpers (10) angeordnet ist.
  12. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die dritte rückseitige Zone (173) unter einer an der Vorderseite (10-1) angeordneten Gate-Runner-Elektrode angeordnet ist.
  13. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei eine laterale Erstreckung (x6) der dritten rückseitigen Zone (173) mindestens das 0,5-Fache einer vertikalen Dicke (z1) der Driftregion (100) beträgt.
  14. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei die rückseitige Region (17) ferner eine Abstandshalterregion (175) umfasst, die die zweite rückseitige Emitterzone (172) lateral von der dritten rückseitigen Zone (173) trennt.
  15. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 14, wobei eine kleinste laterale Erstreckung (x7) der Abstandshalterregion (175) mindestens das 0,5-Fache einer vertikalen Dicke (z1) der Driftregion (100) beträgt.
  16. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste rückseitige Emitterzone (171) sowohl einen ersten Emitterwirkungsgrad als auch einen ersten Injektionswirkungsgrad aufweist; die zweite rückseitige Emitterzone (172) bei dem Nennstrom sowohl einen zweiten Emitterwirkungsgrad als auch einen zweiten Injektionswirkungsgrad aufweist; wobei - der erste Emitterwirkungsgrad sich von dem zweiten Emitterwirkungsgrad um mindestens 1 % unterscheidet; und/oder - der erste Injektionswirkungsgrad sich von dem zweiten Injektionswirkungsgrad um mindestens 5 % unterscheidet; und/oder - eine injizierte Löcherladung der ersten rückseitigen Emitterzone (171) sich von einer injizierten Löcherladung der zweiten rückseitigen Emitterzone (172) um mindestens 10 % unterscheidet; und/oder - eine gemittelte rückseitige Plasmakonzentration, die der ersten rückseitigen Emitterzone (171) zugeordnet ist, sich von einer gemittelten rückseitigen Plasmakonzentration, die der zweiten rückseitigen Emitterzone (172) zugeordnet ist, um mindestens 5% unterscheidet.
  17. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem horizontalen Querschnitt durch die erste rückseitige Emitterzone (171) und/oder die zweite rückseitige Emitterzone (172) und/oder die dritte rückseitige Zone (173) Regionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp (1711, 1721, 1712, 1722) mindestens eine der folgenden Konfigurationen aufweisen: eine Kreiskonfiguration; eine Ringkonfiguration; eine Streifenkonfiguration und eine Wabenkonfiguration.
  18. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterkörper (10) eine Feldstoppregion (100-1) umfasst, wobei die Feldstoppregion (100-1) zwischen der Driftregion (100) und der rückseitigen Region (17) angeordnet ist und eine höhere Dotierstoffkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp als die Driftregion (100) hat.
  19. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 18, wobei die rückseitige Region (17) einen oder mehrere Regionen vom ersten Leitfähigkeitstyp (1740) umfasst, die in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) angeordnet sind und eine höhere Dotierstoffkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp haben als die Feldstoppregion (100-1).
  20. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 18 oder 19, wobei eine Dotierstoffkonzentration vom zweiten Leitfähigkeitstyp der ersten Regionen (1711, 1721) und/oder eine Dotierstoffkonzentration der zweiten Regionen (1712, 1722) größer ist als die Dotierstoffkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp der Feldstoppregion (100-1).
  21. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung (1) mindestens eines ist oder umfasst von: einer Leistungsdiode; einem RC-IGBT; einem Leistungs-MOSFET.
DE102021002618.7A 2021-05-19 2021-05-19 Leistungshalbleitervorrichtung Pending DE102021002618A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021002618.7A DE102021002618A1 (de) 2021-05-19 2021-05-19 Leistungshalbleitervorrichtung
US17/741,527 US20220375811A1 (en) 2021-05-19 2022-05-11 Power Semiconductor Device
CN202210544614.0A CN115377184A (zh) 2021-05-19 2022-05-19 功率半导体器件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021002618.7A DE102021002618A1 (de) 2021-05-19 2021-05-19 Leistungshalbleitervorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021002618A1 true DE102021002618A1 (de) 2022-11-24

Family

ID=83898990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021002618.7A Pending DE102021002618A1 (de) 2021-05-19 2021-05-19 Leistungshalbleitervorrichtung

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220375811A1 (de)
CN (1) CN115377184A (de)
DE (1) DE102021002618A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014101130A1 (de) 2013-01-31 2014-07-31 Infineon Technologies Ag Rückwärts sperrende Halbleitervorrichtung, Halbleitervorrichtung mit lokaler Emittereffizienzmodifikation und Methode zur Herstellung einer rückwärtssperrenden Halbleitervorrichtung
WO2015097157A1 (en) 2013-12-23 2015-07-02 Abb Technology Ag Reverse-conducting semiconductor device
DE102015102129A1 (de) 2014-02-20 2015-08-20 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung und RC-IGBT mit direkt an eine Rückseitenelektrode angrenzenden Zonen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014101130A1 (de) 2013-01-31 2014-07-31 Infineon Technologies Ag Rückwärts sperrende Halbleitervorrichtung, Halbleitervorrichtung mit lokaler Emittereffizienzmodifikation und Methode zur Herstellung einer rückwärtssperrenden Halbleitervorrichtung
WO2015097157A1 (en) 2013-12-23 2015-07-02 Abb Technology Ag Reverse-conducting semiconductor device
DE102015102129A1 (de) 2014-02-20 2015-08-20 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung und RC-IGBT mit direkt an eine Rückseitenelektrode angrenzenden Zonen

Also Published As

Publication number Publication date
US20220375811A1 (en) 2022-11-24
CN115377184A (zh) 2022-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010036743B4 (de) Bipolares Halbleiterbauelement, Speed-Diode und Herstellungsverfahren
DE102016125879B3 (de) Halbleitervorrichtung mit einer IGBT-Region und einer nicht schaltbaren Diodenregion
DE102015213630B4 (de) Halbleitervorrichtung, welche eine Zone mit einer verkleinerten Bandlücke aufweist
DE102009047808B4 (de) Bipolares Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterdiode
DE102012100349B4 (de) Halbleiterbauelement und IGBT mit integrierter Freilaufdiode
DE102013106946B4 (de) Verfahren zum Bilden von lateral variierenden Dotierungskonzentrationen und eines Halbleiterbauelements
DE102014101239A1 (de) Bipolarer halbleiterschalter und ein herstellungsverfahren dafür
DE102019125007B4 (de) RC-IGBT mit einem IGBT-Bereich und einem Diodenbereich und Verfahren zur Herstellung eines RC-IGBT
DE102016112019A1 (de) Leistungshalbleitervorrichtung mit vollständig verarmten Kanalregionen
DE102015110112A1 (de) Ladungskompensationsstruktur und entsprechende fertigung
DE102014104061B4 (de) Bipolartransistor mit isolierter gateelektrode mit emitterkurzschlussbereichen
DE102016120300A1 (de) Hochspannungsabschlussstruktur einer Leistungshalbleitervorrichtung
DE102016112016A1 (de) Leistungshalbleiter mit vollständig verarmten Kanalregionen
EP0913000B1 (de) Durch feldeffekt steuerbares halbleiterbauelement
DE102018100237B4 (de) Leistungshalbleiterbauelement mit dU/dt Steuerbarkeit und Verfahren zum Herstellen eines Leistungshalbleiterbauelements
DE102015118550B4 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
DE102009044670B4 (de) Bipolares Halbleiterbauelement und Herstellungsverfahren
DE102016120301A1 (de) Leistungshalbleitervorrichtungs-Abschlussstruktur
DE102016117264A1 (de) Leistungshalbleiterbauelement mit Steuerbarkeit von dU/dt
DE102020134850A1 (de) RC-IGBTVerfahren zum Herstellen eines RC-IGBT
DE102016112490B4 (de) Halbleiterbauelemente und Verfahren zum Bilden eines Halbleiterbauelements
DE102019111786A1 (de) Leistungshalbleitervorrichtung und Verfahren
DE102015120210B4 (de) Leistungshalbleitertransistor mit vergrößerter bipolarer Verstärkung
DE102021002618A1 (de) Leistungshalbleitervorrichtung
DE102018111939B4 (de) Leistungshalbleiterbauelement

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication