CN113410294A - 反向导通绝缘栅双极晶体管 - Google Patents

反向导通绝缘栅双极晶体管 Download PDF

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Abstract

公开了反向导通绝缘栅双极晶体管。一种RC IGBT(1)，其在有源区(1‑2)中包括IGBT区段(1‑21)和至少三个二极管区段(1‑22)。二极管区段(1‑22)的布置服从一设计规则。

Description

反向导通绝缘栅双极晶体管
技术领域
本说明书涉及一种功率半导体器件的实施例和一种处理功率半导体器件的方法的实施例。特别是，本说明书涉及反向导通绝缘栅双极晶体管(RC IGBT)的实施例以及对应的处理方法的实施例，其中RC IGBT的若干个二极管区段被根据设计规则布置在有源区中。
背景技术
现代设备在汽车、消费品和工业应用中的许多功能——诸如转换电能和驱动电马达或电机器——依赖于功率半导体开关。例如，举几个例子来说，绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和二极管已经被用于各种应用，包括但是不限制于电源和功率转换器中的开关。
功率半导体器件通常包括半导体本体，半导体本体被配置为沿着在器件的两个负载端子之间的负载电流路径传导正向负载电流。
进一步地，在可控的功率半导体器件(例如晶体管)的情况下，负载电流路径可以是借助于通常被称为栅极电极的绝缘电极来控制的。例如，当从例如驱动器单元接收到对应的控制信号时，控制电极可以将功率半导体器件设置在正向导通状态和阻断状态之一中。在一些情况下，栅极电极可以被包括在功率半导体开关的沟槽内，其中沟槽可以呈现例如条状配置或针状配置。
一些功率半导体器件进一步提供反向导通性；在反向导通状态期间，功率半导体器件传导反向负载电流。这样的器件可以被设计以使得正向负载电流能力(就幅度而言)实质上与反向负载电流能力相同。
提供正向和反向负载电流能力的典型器件是反向导通(RC)IGBT，其一般配置对于本领域技术人员来说是已知的。典型地，对于RC IGBT而言，正向导通状态是借助于向栅极电极提供对应的信号而可控的，并且反向导通状态典型地是不可控的，但是如果由于RCIGBT中的一个或多个二极管结构而在负载端子处存在反向电压，则RC IGBT采取反向导通状态。
当然可以借助于分离的二极管提供反向电流能力；例如反并联连接到常规的(非反向导通的)IGBT的二极管。然而，在此描述的实施例涉及其中IGBT结构和二极管结构这两者都单片地集成在同一芯片内的变型。
用于这样的RC IGBT的典型设计目标包括例如在栅极电极和接收栅极信号的RCIGBT的栅极端子之间的低欧姆连接以及器件在正向导通状态和反向导通状态这两者中的低热阻。
发明内容
根据实施例，RC IGBT包括：具有IGBT区段和多个至少三个二极管区段的有源区；围绕有源区的边缘终止区；半导体本体，其在有源区和边缘终止区这两者中延伸并且具有前侧和背侧，半导体本体具有一定厚度，所述厚度是在二极管区段之一中沿着竖向方向从前侧到背侧的距离；第一负载端子和控制端子，这两者都在半导体本体前侧处；以及在半导体本体背侧处的第二负载端子。每个二极管区段被配置用于传导在第一负载端子和第二负载端子之间的二极管负载电流。IGBT区段被配置用于传导在第二负载端子和第一负载端子之间的正向负载电流。控制端子被电连接到导电控制流道结构，导电控制流道结构被布置在半导体本体前侧处并且至少部分地沿着有源区的横向周界的路线延伸。多个控制沟槽被沿着第一横向方向彼此平行地布置，并且每个控制沟槽沿着从前侧指向背侧的竖向方向延伸到半导体本体中。每个控制沟槽具有沿着第二横向方向从横向周界的相应的第一区段朝向横向周界的与相应的第一区段相对的相应的第二区段延伸的条状配置，其中第一横向方向垂直于第二横向方向。每个控制沟槽容纳绝缘控制电极，绝缘控制电极被配置为经由控制流道结构接收控制信号以用于控制IGBT区段。每个控制沟槽被沿着其在第二横向方向上的相应的延伸由二极管区段中的至多单个二极管区段中断不多于一次。在有源区的横向区域内，各二极管区段本身不在横向上彼此重叠且这些二极管区段的水平投影也不沿着第二横向方向在横向上彼此重叠。在有源区的横向区域内，至少两个二极管区段的沿着第一横向方向的水平投影不彼此重叠。
根据另一实施例，一种处理RC IGBT的方法包括形成RC IGBT的以下组件：具有IGBT区段和多个至少三个二极管区段的有源区；围绕有源区的边缘终止区；半导体本体，其在有源区和边缘终止区这两者中延伸并且具有前侧和背侧，半导体本体具有一定厚度，所述厚度是在二极管区段之一中沿着竖向方向从前侧到背侧的距离；第一负载端子和控制端子，这两者都在半导体本体前侧处；以及在半导体本体背侧处的第二负载端子。每个二极管区段被配置用于传导在第一负载端子和第二负载端子之间的二极管负载电流。IGBT区段被配置用于传导在第二负载端子和第一负载端子之间的正向负载电流。控制端子被电连接到导电控制流道结构，导电控制流道结构被布置在半导体本体前侧处并且至少部分地沿着有源区的横向周界的路线延伸。多个控制沟槽被沿着第一横向方向彼此平行地布置，并且每个控制沟槽沿着从前侧指向背侧的竖向方向延伸到半导体本体中。每个控制沟槽具有沿着第二横向方向从横向周界的相应的第一区段朝向横向周界的与相应的第一区段相对的相应的第二区段延伸的条状配置，其中第一横向方向垂直于第二横向方向。每个控制沟槽容纳有绝缘控制电极，绝缘控制电极被配置为经由控制流道结构接收控制信号以用于控制IGBT区段。该处理方法包括服从一设计规则，根据该设计规则：每个控制沟槽被沿着其在第二横向方向上的相应的延伸由二极管区段中的至多单个二极管区段中断不多于一次。在有源区的横向区域内，各二极管区段本身不在横向上彼此重叠且这些二极管区段的水平投影也不沿着第二横向方向在横向上彼此重叠。在有源区的横向区域内，至少两个二极管区段的沿着第一横向方向的水平投影不彼此重叠。
所提出的设计规则包括如下的认识：可以通过二极管区段在有源区内的特定的放置来实现上面标识的设计目标。例如，所提出的规则将二极管区段放置为使得实现在IGBT区段中的控制电极和控制流道结构之间的低欧姆连接以及针对二极管区段的低热阻。
本领域技术人员在阅读以下的详细描述并且在查看随附附图时将认识到附加的特征和优点。
附图说明
各图中的部分未必按比例，相反重点被放在图示本发明的原理上。此外，在各图中，同样的参考标号指明对应的部分。在附图中：
图1示意性地并且示例性地图示根据一个或多个实施例的RC IGBT的水平投影的区段；
图2示意性地并且示例性地图示根据一个或多个实施例的RC IGBT的简化的电路设计；
图3示意性地并且示例性地图示根据一个或多个实施例的RC IGBT的IGBT区段的竖向横截面的区段；
图4示意性地并且示例性地图示根据一个或多个实施例的RC IGBT的二极管区段的竖向横截面的区段；
图5示意性地并且示例性地图示根据一个或多个实施例的RC IGBT的竖向横截面的区段；
图6至图9的每个示意性地并且示例性地图示根据一个或多个实施例的RC IGBT的水平投影的区段；
图10至图11这两者都示意性地并且示例性地图示根据一个或多个实施例的RCIGBT的竖向横截面的区段；
图12至图15的每个示意性地并且示例性地图示根据一个或多个实施例的RC IGBT的水平投影的区段；
图16基于水平投影的区段示意性地并且示例性地图示根据一些实施例的RC IGBT的二极管区段的可能的形状的示例；
图17示意性地并且示例性地图示根据一个或多个实施例的RC IGBT的水平投影的区段；
图18至图19这两者都示意性地并且示例性地图示根据一个或多个实施例的RCIGBT的竖向横截面的区段；以及
图20至图21这两者都示意性地并且示例性地图示根据一个或多个实施例的RCIGBT的水平投影的区段。
具体实施方式
在以下的详细描述中，参照随附附图，随附附图形成在此的一部分并且在附图中通过图示的方式示出其中可以实践本发明的具体实施例。
在这方面，诸如“顶部”、“底部”、“下方”、“前方”、“后方”、“背部”、“先头”、“末尾”、“上方”等的方向术语可以是参照所描述的各图的定向而使用的。因为实施例的各部分可以是以许多不同的定向来定位的，所以方向术语被用于说明的目的并且绝不是进行限制。要理解，在不脱离本发明的范围的情况下可以利用其它实施例并且可以作出结构或逻辑上的改变。因此，以下的详细描述不是在限制的意义上取得的，并且本发明的范围由所附权利要求限定。
现在将详细参考各种实施例，在各图中图示各种实施例的一个或多个示例。每个示例是通过解释的方式提供的，并且不意味着限制本发明。例如，被作为一个实施例的部分图示或描述的特征可以被使用在其它实施例上或者与其它实施例结合使用，以产生又一进一步的实施例。意图的是本发明包括这样的修改和变化。使用特定的语言描述示例，特定的语言不应当被解释为限制所附权利要求的范围。附图并非是按比例的，并且仅用于说明的目的。为了清楚，如果没有另外说明，则在不同的附图中相同的元素或制造步骤由相同的参考符号指明。
如在本说明书中使用的术语“水平”意图描述实质上平行于半导体衬底或半导体结构的水平表面的定向。这可以是例如半导体晶片或管芯或芯片的表面。例如，下面提到的第一横向方向X和第二横向方向Y这两者都可以是水平方向，其中第一横向方向X和第二横向方向Y可以彼此垂直。
如在本说明书中使用的术语“竖向”意图描述实质上垂直于水平表面即平行于半导体晶片/芯片/管芯的表面的法线方向布置的定向。例如，下面提到的延伸方向Z可以是与第一横向方向X和第二横向方向Y这两者都垂直的延伸方向。延伸方向Z在此还被称为“竖向方向Z”。
在本说明书中，n掺杂被称为“第一导电类型”而p掺杂被称为“第二导电类型”。替换地，可以采用相反的掺杂关系，从而第一导电类型可以是p掺杂的并且第二导电类型可以是n掺杂的。
在本说明书的上下文中，术语“处于欧姆接触”、“处于电接触”、“处于欧姆连接”和“电连接”意图描述在半导体器件的两个区、区段、区带、部分或部件之间或者在一个或多个器件的不同端子之间或者在端子或金属化或电极和半导体器件的部分或部件之间存在低欧姆电连接或低欧姆电流路径。进一步地，在本说明书的上下文中，术语“接触”意图描述在相应的半导体器件的两个元素之间存在直接物理连接；例如，彼此接触的两个元素之间的过渡可以不包括进一步的中间元素等。
此外，在本说明书的上下文中，如果没有另外说明，则术语“电绝缘”是在其一般有效的理解的上下文中使用的，并且因此意图描述两个或更多个组件被彼此分离地定位并且不存在连接这些组件的欧姆连接。然而，彼此电绝缘的组件仍然可以彼此耦合，例如被机械耦合和/或电容耦合和/或电感耦合。为了给出示例，电容器的两个电极可以彼此电绝缘，并且同时例如借助于绝缘体(例如电介质)而彼此机械地并且电容地耦合。
本说明书中描述的具体实施例涉及呈现条状单元配置的RC IGBT，例如要在功率转换器或电源内使用的RC IGBT。因此，在实施例中，这样的RC IGBT可以被配置为承载要被馈送到负载的负载电流和/或相应地由功率源提供的负载电流。例如，RC IGBT可以包括多个功率半导体单元，诸如单片集成的二极管单元、单片集成的二极管单元的衍生物、单片集成的IGBT单元和/或其衍生物。这样的二极管单元/晶体管单元可以被集成在功率半导体模块中。多个这样的单元可以构成被布置在RC IGBT的有源区内的单元场。
如在本说明书中使用的术语“RC IGBT”意图描述在具有高电压阻断能力和/或高电流承载能力的单个芯片上的功率半导体器件。换言之，在此描述的RC IGBT的实施例是被配置用于高电流(典型地在安培范围内，例如达到几安培或达到几十或几百安培)和/或高电压(典型地为100V以及以上，例如达到至少400V或者甚至更高，例如达到至少3 kV或者甚至达到10 kV或更高)的单芯片功率半导体器件。
例如，下面描述的RC IGBT可以是单芯片功率半导体器件，其呈现条状单元配置并且被配置为在低、中和/或高电压应用中被采用作为功率组件。若干个单芯片功率RC IGBT可以被集成在模块中以便形成RC IGBT模块，例如用于安装和使用在低、中和/或高电压应用中，所述应用诸如为主要家用电器、通用驱动、电动力传动、伺服驱动、牵引、更高功率传输设施等。
例如，如在本说明书中使用的术语“RC IGBT”并不针对用于例如存储数据、计算数据和/或其它类型的基于半导体的数据处理的逻辑半导体器件。
图1以简化的方式示意性地并且示例性地图示根据一个或多个实施例的RC IGBT1的水平投影。RC IGBT 1例如可以是单芯片RC IGBT。若干个这样的单芯片RC IGBT可以被集成在功率RC IGBT模块中。
为了描述RC IGBT 1的配置，下面还将参照图2至图5。
RC IGBT 1包括具有多个至少三个二极管区段1-22和IGBT区段1-21的有源区1-2。二极管区段1-22和IGBT区段1-21这两者都被集成在同一RC IGBT 1芯片中。
边缘终止区1-3围绕有源区1-2。边缘终止区1-3被布置在有源区1-2的外部。边缘终止区1-3在横向上以边缘1-4终止。边缘1-4可以形成功率半导体器件1的芯片边缘，其例如源自切分/锯切处理步骤。
如在此使用的那样，术语“边缘终止区”和“有源区”具有本领域技术人员在诸如RCIGBT的功率半导体器件的上下文中典型地与之相关联的相应的技术含义。也就是，有源区1-2主要被配置用于正向负载电流(即“IGBT负载电流”)和反向负载电流(即“二极管负载电流”)传导和开关目的，而边缘终止区1-3主要实现关于可靠的阻断能力、对电场的适当引导的功能，有时还实现电荷载流子排出功能和/或关于有源区1-2的保护和适当终止的进一步的功能。
本说明书主要涉及有源区1-2。
如将在下面更详细地阐述的那样，RC IGBT 1可以包括IGBT区段1-21和多个实质上等同地配置的二极管区段1-22。不同的区段1-21和1-22可以在横向上分布在有源区1-2内，在下面更详细地解释这样的分布的示例。
在实施例中，有源区1-2由多个二极管区段1-22和一个IGBT区段1-21构成。
但是应当理解，根据在此描述的一个或多个实施例，多个二极管区段1-22中没有一个被集成到IGBT区段1-21中；因此，二极管区段1-22和IGBT区段1-21不彼此混合。例如，在实施例中，二极管区段1-22不包括电连接到第一负载端子(参考标号11)的第一导电类型的任何半导体源极区(参考标号101)。
例如，二极管区段1-22(在实施例中，其没有集成到IGBT区段1-21中/与其混合，并且其没有经由第一导电类型的源极区101电连接到第一负载端子11)构成有源区1-2的重要部分。因此，根据实施例，在此提到的二极管区段1-22中的每个可以是有源区1-2的“只有较大二极管”的部分。
不管IGBT区段1-21和二极管区段1-22的所选取的横向空间分布如何，可以确保的是相对于有源区1-2的体积，IGBT区段1-21的总体和二极管区段1-22的总体之间的比率至少为1.5:1，或者相应地至少为2:1，即大于或等于2:1。所选取的比率可以取决于其中采用功率半导体器件1的应用。例如，不管IGBT区段1-21和二极管区段1-22的所选取的横向空间分布如何，可以确保的是相对于有源区1-2的体积，(一个或多个)IGBT区段1-21和(一个或多个)二极管区段1-22之间的比率甚至大于3:1或大于5:1。
在实施例中，有源区1-2的总体积的至少75%可以被占据以用于形成IGBT区段1-21，并且有源区1-2的剩余25% (或更低的百分比份额)可以被采用于形成二极管区段1-22。
在实施例中，二极管区段1-22的总的横向区域(水平横截面区域)形成二极管区段1-22和IGBT区段1-21这两者的总的横向区域(水平横截面区域)的5%到40%的部分。所述横向区域可以是在半导体本体前侧110处确定的。
更进一步地，每个二极管区段1-22可以具有横向区域和限定横向区域的周界，其中每个二极管区段1-22服从周界的平方除以面积小于或等于20或者小于或等于18的关系。
在下面，还将参考“二极管区段1-22”和“IGBT区段1-21”。应当理解，下面关于这些区段1-21和1-22提供的解释可以应用于在有源区1-2中提供的每个区段1-21或者相应地应用于每个区段1-22。例如，如果提供多于一个的IGBT区段1-21，则每个IGBT区段1-21可以被等同地配置(其中，例如各IGBT区段1-21可以在总的横向延伸上彼此不同或者呈现相同的总的横向延伸)。因此，如果提供多个二极管区段1-22，则每个二极管区段1-22可以被等同地配置(其中，例如各二极管区段1-22可以在总的横向延伸上彼此不同或者呈现相同的总的横向延伸)。
现在还关注于图2，RC IGBT 1的半导体本体10在有源区1-2和边缘终止区1-3这两者中延伸并且具有所述前侧110和背侧120。前侧110和背侧120可以在竖向上终止半导体本体10。因此，半导体本体10的厚度d被限定为在前侧110和背侧120之间沿着竖向方向Z的距离。在横向方向上，半导体本体10可以是由边缘1-4终止的(参照图1)。更进一步地，前侧110和背侧120这两者可以沿着第一横向方向X和第二横向方向Y这两者在横向上延伸。例如，前侧110和背侧120这两者可以形成半导体本体10的相应的水平表面。半导体本体10的厚度d可以是在有源区1-2中的二极管区段1-22之一中沿着竖向方向Z在前侧110和背侧120之间的距离。
在实施例中，IGBT区段1-21的总的横向延伸达到半导体本体厚度d的至少50%。IGBT区段1-21的总的横向延伸也可以大于厚度d的50%，例如大于2*D或者甚至大于5*D。
在实施例中，二极管区段1-22中的每个的总的横向延伸达到半导体本体厚度d的至少20%。二极管区段1-22的总的横向延伸也可以大于厚度d的30%，例如大于0.5*d或者甚至大于d。例如，二极管区段1-22中的至少两个中的每个的横向区域(水平横截面区域)具有达到半导体本体厚度d的至少五倍的沿着第一横向方向X和/或沿着第二横向方向Y的最小横向延伸。
第一负载端子11和控制端子13(参照图8)这两者都在半导体本体前侧110处，并且第二负载端子12在半导体本体背侧120处。
IGBT区段1-21被配置用于传导在第一负载端子11和第二负载端子12之间的正向负载电流，例如如果在第二负载端子12处的电势大于在第一负载端子11处的电势的话。为了控制正向负载电流，控制端子13被电连接到导电的控制流道结构131，导电的控制流道结构131被布置在半导体本体前侧110处并且至少部分地沿着有源区1-2的横向周界1-20的路线延伸，如在图8中图示那样。
在实施例中，有源区1-2的横向周界1-20的竖向投影限定了有源区1-2和边缘终止区1-3和/或相邻的有源区之间的边界(参照图21和相关描述)。
每个二极管区段1-22被配置用于传导在第一负载端子11和第二负载端子12之间的二极管负载电流(在此也被称为“反向负载电流”)，例如如果在第二负载端子12处的电势低于在第一负载端子11处的电势的话。二极管负载电流因此可以被认为是反向负载电流。
在实施例中，传导二极管负载电流的二极管区段1-22可以在空间上与传导正向负载电流的IGBT区段1-21分离。如在上面指示那样，二极管区段1-22不是IGBT区段1-21的部分而是与其分离，并且例如不包括电连接到第一负载端子11的第一导电类型的任何源极区101；相反，根据一些实施例，二极管区段1-22是有源区1-2的“只有大的二极管的区”。
例如，在实施例中，在半导体本体10中形成的正向负载电流的路径和在半导体本体10中形成的二极管负载电流的路径并非在空间上显著地彼此重叠。例如，没有正向(IGBT)负载电流或者小于20%或者甚至小于10%的正向(IGBT)负载电流流过二极管区段1-22。
更进一步地，在实施例中，二极管区段1-22独立于控制信号(例如提供至在下面提到的控制电极141的控制信号)。例如，二极管区段1-22可以被配置以使得一旦在第二负载端子12处的(典型极性的)电势比在第一负载端子11处的电势低(至少低二极管区段内部阈值电压)，它就传导二极管负载电流，而不管提供给IGBT区段1-21的控制信号如何即不管控制电极141的当前电势如何。
根据典型地与RC IGBT相关联的术语，控制端子13可以是栅极端子，第一负载端子11可以是发射极端子，并且第二负载端子12可以是集电极端子。
例如，第一负载端子11包括前侧金属化和/或第二负载端子12包括背侧金属化。例如，第一负载端子11是发射极端子并且第二负载端子12是集电极端子。在前侧110处，半导体本体10可以与前侧金属化相接。在背侧120处，半导体本体10可以与背侧金属化相接。
在实施例中，第一负载端子11(例如所述前侧金属化)与有源区1-2在横向上重叠，即沿着第一横向方向X和/或第二横向方向Y和/或其组合与有源区1-2重叠。应当注意，第一负载端子11可以在横向上被结构化，例如以便在前侧110处与半导体本体10建立局部接触。例如，如在图3和图4中示例性地图示的那样，所述局部接触可以是借助于穿透绝缘结构19的第一接触插塞111建立的，以便接触形成在半导体本体10中的台面部分17。
类似地，在实施例中，第二负载端子12(例如所述背侧金属化)与有源区1-2在横向上重叠，即沿着第一横向方向X和/或第二横向方向Y和/或其组合与有源区1-2重叠。应当注意，第二负载端子12典型地未被结构化而是在半导体本体背侧120处均一地并且单片地形成的，例如以便在背侧120处与半导体本体10建立在横向上均一的接触(即连续的接触表面)。这样的均一的结构也可以被实现在其中第二负载端子12与边缘终止区1-3在横向上重叠的区中。
例如，有源区1-2的横向边界是由IGBT区段1-21的最外的功率单元的横向边界限定的。因此，有源区1-2的横向边界可以被限定在前侧110处。例如，该横向边界可以是由最外的源极区101限定的(参见下面更详细的解释)。例如，使得能够传导二极管负载电流和正向负载电流的所有功能元件出现在功率半导体器件1的有源区1-2的竖向投影中，例如包括第一负载端子11的至少一部分(例如其前侧金属接触，例如第一接触插塞111中的一个或多个)、(一个或多个)源极区101、本体区102、漂移区100、IGBT发射极区103、二极管阴极区104和第二负载端子12(例如其背侧金属)，如将在下面更详细地解释的那样。
在实施例中，边缘终止区1-3和有源区1-2可以是例如关于RC IGBT 1的中心竖向平面实质上对称地布置的。
更进一步地，根据实施例，有源区1-2和边缘终止区1-3之间的横向过渡(沿着第一横向方向X或第二横向方向Y或其组合)可以排它地沿着竖向方向Z延伸。如在上面解释的那样，有源区1-2的横向边界可以是在前侧110处限定的，并且因此理论上可以在背侧120处观察到这样限定的横向边界的沿着竖向方向Z的竖向投影，其中在背侧120处的第二负载端子12例如在横向上未被结构化而是均一地形成的。
现在更详细地参照图3至图5，多个控制沟槽14被布置在IGBT区段1-21中。控制沟槽14被沿着第一横向方向X彼此平行地布置，并且沿着竖向方向Z延伸到半导体本体10中。每个控制沟槽14具有沿着第二横向方向Y从横向周界1-20的相应的第一区段(参照图1)朝向横向周界1-20的与相应的第一区段相对的相应的第二区段延伸的条状配置。每个控制沟槽14容纳有绝缘控制电极141，绝缘控制电极141被配置为经由控制流道结构131(例如参照图6)接收控制信号以用于控制IGBT区段1-21。
控制电极141被通过相应的沟槽绝缘体142与半导体本体10隔离。
两个相邻的沟槽14可以限定半导体本体10中的相应的台面部分17。
每个控制沟槽14可以具有条状配置，例如如在例如图6和图8中的水平/透视投影之一中最佳地图示的那样，意味着相应的沟槽长度(例如沿着第二横向方向Y)比相应的沟槽宽度(例如沿着第一横向方向X)大得多。
如将在下面进一步解释的那样，可以提供进一步的沟槽，其容纳具有与控制电极141的电势不同的电势的沟槽电极。
第一类型的沟槽可以是控制沟槽14，其沟槽电极141被电连接到控制端子13并且因此被称为控制电极141。
第二类型的沟槽可以是源极沟槽16，其沟槽电极161被电连接到第一负载端子11并且因此被称为源极电极161。
第三类型的沟槽可以是另外的沟槽，其沟槽电极既不电连接到第一负载端子11也不电连接到控制端子13。例如，在一个实施例中，这样的沟槽是浮置沟槽，并且其沟槽电极不被连接到所限定的电势而是电浮动。在另一实施例中，这样的沟槽是虚设沟槽，并且其沟槽电极被电连接到控制端子13但是不直接控制正向负载电流的传导，因为没有(被连接到第一负载端子的)电连接的源极区101被布置成相邻于第三类型的沟槽。在又一实施例中，第三类型的沟槽的沟槽电极被连接到与控制端子13的电势不同并且与第一负载端子11的电势不同的电势。
每个沟槽类型可以在宽度(沿着第一横向方向X)和深度(沿着竖向方向Z，例如在前侧110向下到沟槽底部之间的距离)和/或长度(沿着第二横向方向Y，其中一些沟槽可能沿着它们在第二横向方向Y上的路线被二极管区段中断，如将在下面描述的那样)方面具有相等的尺寸。
IGBT区段1-21可以包括多个IGBT单元，每个IGBT单元具有特定的沟槽图案，即特定类型的沟槽(例如一个或多个控制沟槽14、零个或多个源极沟槽16以及零个或多个其它沟槽)的横向序列(沿着第一横向方向X)。
类似地，每个二极管区段1-22可以包括许多个二极管单元，每个二极管单元具有特定的沟槽图案，即特定类型的沟槽(例如零个或多个源极沟槽16和/或零个或多个其它沟槽)的横向序列。
在另一实施例中，在二极管区段1-22中不提供具有沟槽电极的沟槽，例如使得每个二极管区段1-22仅具有一个二极管单元(如例如在图5中图示那样)。在实施例中，各二极管区段1-22均不包括具有电连接到控制端子13的沟槽电极的沟槽。例如，各控制沟槽14均不延伸到二极管区段1-22中的一个或多个中。例如，二极管区段1-22因此与IGBT区段1-21并且与控制沟槽14(即与控制沟槽电极141)这两者分离，这可以允许实现“良好的”二极管特性，诸如微少地或者不取决于控制电极141的电势以及/或者低的开关损耗。
如果在二极管区段1-22中提供沟槽——例如不同于其沟槽电极被电连接到控制端子13的那些沟槽的沟槽，则可能提供的是在IGBT区段1-21和二极管区段1-22这两者中的沟槽被按照相同的横向沟槽间距在横向上一个挨着另一个地布置；即根据实施例，在区段1-21和区段1-22之间横向沟槽间距(也就是在两个相邻的沟槽之间沿着第一横向方向X的距离)不变更。
在实施例中，横向沟槽间距可以限定两个相邻的沟槽之间的不大于半导体本体厚度d的1/30的横向距离。
另外，在实施例中，沟槽14、16的每个可以呈现相同的沟槽深度(总的竖向延伸)。例如，横向沟槽间距可以限定两个相邻的沟槽之间的不大于沟槽深度的50%或不大于沟槽深度的30%的横向距离。
在实施例中，横向沟槽间距可以限定两个相邻的沟槽之间的不大于10μm或者不大于5μm、1μm或不大于1μm的横向距离。例如，相邻的沟槽因此在横向上彼此移离不多于1μm。
因此，至少在IGBT区段1-21中，每个台面部分17的宽度在如由横向沟槽间距限定的范围内。
如在上面解释的那样，对于区段1-21和区段1-22这两者而言，横向沟槽间距可以相同，或者横向沟槽间距在区段之间变化。例如，对于区段1-21和区段1-22这两者而言，沟槽电极的平均密度也可以是相同的。然而，沟槽图案(例如不同类型的沟槽的布置)可以在区段1-21和区段1-22之间变化。一个示例性的变化是IGBT区段1-21中的控制电极141的密度是二极管区段1-22中的控制电极141的密度(其甚至可以达到零)的至少两倍那么高。
在说明性的示例中，IGBT区段1-21中的沟槽电极的总数是120，并且40个沟槽电极是控制电极141，产生30%的控制电极密度。例如，二极管区段1-22中的沟槽电极的总数是100，并且不多于十个沟槽电极是控制电极141，产生不多于10%的控制电极密度。在实施例中，二极管区段1-22中的所述沟槽电极不包括任何控制沟槽电极141。
在实施例中，二极管区段1-22中的沟槽的沟槽电极的至少50%被电连接到第一负载端子11，即二极管区段1-22中的沟槽的沟槽电极的至少50%是源极沟槽16的沟槽电极161。
例如，二极管区段1-22中的沟槽是源极沟槽16或者是浮置沟槽15，例如二极管区段1-22中的所有沟槽是源极沟槽16。更进一步地，二极管区段1-22中的所有或一些台面部分17可以例如借助于第一接触插塞111电连接到第一负载端子11。
与此相对，IGBT区段1-21中的沟槽类型可以变化；根据实施例，可以采用对应于“kGkSoSoSoS”的随后重复的沟槽台面图案以用于形成IGBT单元，其中“k”表示被连接到第一负载端子11的台面部分17，“o”表示未连接到第一负载端子11的台面部分17(即意味着在第一负载端子11和台面部分17之间沿着竖向方向Z的过渡是不导电的)，“G”表示栅极沟槽14，并且“S”表示源极沟槽16。当然，在其它实施例中可以使用不同的沟槽台面图案。例如，虚设沟槽(其与布置在非接触台面部分17之间的栅极沟槽相同)可以被包括在二极管区段1-22的图案中和/或被包括在IGBT区段1-21的图案中。再次地，强调的是根据在此描述的一些或所有实施例，二极管区段1-22不包括任何控制沟槽电极141或者被电连接到控制端子13的任何其它沟槽电极(例如，虚设沟槽电极)。
仍然参照图3至图5，并且附加地参照图7，RC-IGBT 1进一步包括第一导电类型的漂移区100，其形成在半导体本体10中并且延伸到二极管区段1-22和IGBT区段1-21中。
在二极管区段1-22和IGBT区段1-21的半导体本体10(的台面部分17，如果存在的话)中形成第二导电类型的本体区102。本体区102的至少部分被电连接到第一负载端子11。本体区102可以对于第一导电类型的台面部分17的子区段形成pn结。例如，并非在每个台面部分17中本体区102的相应的部分被电连接到第一负载端子11，以便形成“虚设台面部分”，即不被用于负载电流传导的那些台面部分。
在IGBT区段1-21中，第一导电类型的源极区101被布置在前侧110处并且被电连接到第一负载端子11。源极区101例如仅被局部地提供在IGBT区段1-21中并且例如不延伸到二极管区段1-22中。
本体区102可以被布置成例如借助于第一接触插塞111与第一负载端子11电接触。在IGBT区段1-21的每个IGBT单元中，可以更进一步地提供至少一个第一导电类型的源极区101，其被布置成例如也借助于第一接触插塞111与第一负载端子11电接触。半导体本体10的主要部分被形成为第一导电类型的漂移区100，其可以与本体区102相接并且与其形成pn结1021。本体区102将源极区101与漂移区100隔离。在此，术语“本体区102”指代在前侧110处电连接到第一负载端子11的第二导电类型的半导体区。该区延伸到IGBT区段1-21和二极管区段1-22(其因此在那里也可以被称为“二极管阳极区”等)这两者中。在IGBT区段1-21中的本体区102的实现可以例如在掺杂剂浓度、掺杂剂剂量、掺杂剂轮廓和/或空间延伸方面与在二极管区段1-22中的本体区102的实现不同。
在接收到例如由未图示的栅极驱动器单元提供的对应的控制信号时，每个控制电极141可以在本体区102的与相应的控制电极141相邻的区段中感应出反型沟道。因此，多个IGBT单元中的每个可以被配置用于传导在第一负载端子11和第二负载端子12之间的正向负载电流的至少一部分。
像这样在上面描述的功率半导体器件1的IGBT区段1-21中的IGBT单元的基本配置对于本领域技术人员来说是已知的，并且本说明书在本领域技术人员典型地与之相关联的技术含义的范围内采用术语“IGBT单元”。
在实施例中，漂移区100沿着竖向方向Z延伸，直到其与场停止层108相接，其中场停止层108也是第一导电类型的，但是如与漂移区100相比呈现更高的掺杂剂剂量。与漂移区100相比场停止层108典型地具有显著更小的厚度。
漂移区100或者场停止层108(如果存在的话)沿着竖向方向Z延伸，直到与IGBT区段1-21的IGBT发射极区103或者二极管区段1-22的二极管阴极区104相接。
二极管阴极区104是第一导电类型的并且被电连接到第二负载端子12，并且例如借助于场停止层108耦合到漂移区100。
IGBT发射极区103是第二导电类型的并且被电连接到第二负载端子12，并且例如借助于场停止层108耦合到漂移区100。
IGBT区段1-21的IGBT发射极区103和二极管区段1-22的二极管阴极区104这两者都可以被布置成与第二负载端子12电接触。
总体上，IGBT发射极区103可以充当第二导电类型的发射极。更进一步地，IGBT发射极区103在一些实施例中不包括任何第一导电类型的区段，其呈现相当高的掺杂剂浓度，典型地在1016 cm-3至1020 cm-3的范围内；相反，根据一些实施例，二极管阴极区104被排它地形成在二极管区段1-22中。
在实施例中，漂移区100的平均掺杂剂浓度可以在1012 cm-3至1014 cm-3的范围内。
在实施例中，IGBT区段1-21中的每个源极区101的掺杂剂浓度可以在1019 cm-3至1021 cm-3的范围内。
在实施例中，本体区102的掺杂剂浓度可以在1016 cm-3至1018 cm-3的范围内。如在上面描述的那样，例如，IGBT区段1-21中的本体区102的掺杂剂浓度可以不同于二极管区段1-22中的本体区102的掺杂剂浓度。
在实施例中，(可选的)场停止层108的掺杂剂浓度可以在1014 cm-3至3*1016 cm-3的范围内。
在实施例中，IGBT发射极区103的掺杂剂浓度可以在1016 cm-3至1018 cm-3的范围内。然而，在实施例中，掺杂剂浓度可以沿着IGBT发射极区103的横向延伸而变化。
在实施例中，二极管阴极区104的掺杂剂浓度可以在1019 cm-3至1021 cm-3的范围内。然而，在实施例中，掺杂剂浓度可以沿着二极管阴极区104的横向延伸而变化(并且甚至改变极性)。
应当注意，在图3和图4中图示的沟槽图案仅是示例性的；其它的沟槽图案是可能的。
在实施例中，二极管区段1-22未配备有源极区101。例如，在二极管区段1-22中，不存在被电连接到第一负载端子的第一导电类型的掺杂的半导体区。相反，为了在二极管区段1-22中形成二极管配置以用于传导二极管负载电流，仅本体区102被电连接到第一负载端子11，其中本体区102与例如漂移区100——并且沿着竖向方向Z朝向第二负载端子12——形成pn结1021，在所述pn结1021下方，存在仅第一导电类型的半导体路径，其不被任何进一步的第二导电类型的区中断。
如在上面解释的那样，根据实施例，与二极管区段1-22对比，IGBT区段1-21包括至少一个IGBT单元，其中源极区101的区段被连接到第一负载端子11并且被布置成相邻于控制沟槽14之一并且被通过本体区102与漂移区100隔离。例如，IGBT区段1-21的横向边界由(一个或多个)最外的IGBT单元的横向边界限定。因此，IGBT区段1-21的横向边界可以是在前侧110处限定的。该横向边界可以由(一个或多个)最外的源极区101限定。例如，使得能够传导正向负载电流的所有功能元件存在于功率半导体器件1的IGBT区段1-21的竖向投影中，例如至少包括第一负载端子11(例如其前侧金属接触，例如第一接触插塞111中的一个或多个)、(一个或多个)源极区101、本体区102、漂移区100、IGBT发射极区103和第二负载端子12(例如其背侧金属)。更进一步地，所述功能元件可以沿着IGBT区段1-21的整个横向延伸而延伸。
在实施例中，所述第一接触插塞111是功率半导体器件1的接触插塞结构的一部分。每个第一接触插塞111可以被配置为与相应的台面部分17建立接触，以便将该相应的台面部分17电连接到第一负载端子11。如所图示的那样，每个第一接触插塞111可以沿着竖向方向Z从前侧110延伸到相应的台面部分17中。
图6至图9示意性地并且示例性地图示根据一些实施例的RC IGBT 1的水平投影的区段。这些实施例中的每个可以是根据前面的解释配置的。
例如，在这些实施例的每个中，RC IGBT包括：具有IGBT区段1-21和多个至少三个二极管区段1-22的有源区1-2；围绕有源区1-2的边缘终止区1-3；半导体本体10，其在有源区1-2和边缘终止区1-3这两者中延伸并且具有前侧110和背侧120；第一负载端子11和控制端子13，这两者都在半导体本体前侧110处；以及在半导体本体背侧120处的第二负载端子12。每个二极管区段1-22被配置用于传导在第一负载端子11和第二负载端子12之间的二极管负载电流。IGBT区段1-21被配置用于传导在第二负载端子12和第一负载端子11之间的正向负载电流。控制端子13被电连接到导电控制流道结构131，导电控制流道结构131被布置在半导体本体前侧110处并且至少部分地沿着有源区1-2的横向周界的路线延伸。多个控制沟槽14被沿着第一横向方向X彼此平行地布置，并且每个控制沟槽沿着从前侧110指向背侧120的竖向方向Z延伸到半导体本体中。每个控制沟槽14具有沿着第二横向方向Y从横向周界1-20的相应的第一区段朝向横向周界1-20的与相应的第一区段相对的相应的第二区段延伸的条状配置，其中第一横向方向X垂直于第二横向方向Y。每个控制沟槽14容纳有相应的绝缘控制电极141，其被配置为经由控制流道结构131接收控制信号以用于控制IGBT区段1-21。
在上面，已经提出了二极管区段1-22和IGBT区段1-21的许多可能的配置。这些可能的配置也可以被实现在图6至图9中图示的实施例中。
在实施例中，二极管区段1-22的布置根据一设计规则而出现。该规则规定如下：
-每个控制沟槽14被沿着其在第二横向方向Y上的相应的延伸由二极管区段1-22中的至多单个二极管区段中断不多于一次(参照图6)；
-在有源区1-2的横向区域内，各二极管区段1-22本身不在横向上彼此重叠且这些二极管区段的水平投影也不沿着第二横向方向Y在横向上彼此重叠(在图7中利用虚线指示)；
-更进一步地，在有源区1-2的横向区域内，二极管区段1-22中的至少两个二极管区段的沿着第一横向方向X的水平投影不彼此重叠(在图9中利用虚线指示)。如在图9中示例性地图示的那样，在图的下部中图示的二极管区段1-22的X水平投影不与另外两个二极管区段1-22的X水平投影重叠。
图8示例性地图示RC IGBT 1的与控制端子13相关的方面。控制端子13可以包括焊盘135，焊盘135被布置在有源区1-2的前侧处的角部处并且被配置为通过控制信号传输部件(例如接合布线等)进行接触。
控制流道结构131可以源自焊盘135并且以类似条状的方式例如以如下这样的方式沿着有源区1-2的横向周界1-20的路径延伸：每个不中断的控制沟槽14的每个控制电极141可以在其位于有源区1-2的横向周界1-20附近的两个端部(相对于第二横向方向Y)处被电接触。例如，这允许避免在有源区1-2内接触控制电极141的需要。
已关于图6至图9解释的内容可以等同地或者相应地以类似的方式应用于在其余的图10至图21中图示的实施例。
图10和图11这两者示意性地并且示例性地图示根据一些实施例的RC IGBT 1的竖向横截面的区段。
根据图10，控制沟槽14和源极沟槽16这两者都被提供在IGBT区段1-21中并且被以交替的方式布置。也就是，每隔一沟槽是源极沟槽16并且每隔另一沟槽是控制沟槽14。源极沟槽电极161经由至少第二接触插塞112与第一负载端子11电连接，而至少第一接触插塞111在台面部分17和第一负载端子11之间建立电连接。如所图示那样，在相邻的二极管区段1-22中(以及例如还在每一另外的二极管区段1-22中)的沟槽图案的不同之处在于，仅提供有源极沟槽16而未提供控制沟槽14。然而沟槽间距未变更。因此，对于二极管区段而言，接触插塞结构变更，因为每个沟槽电极——其是源极沟槽电极161——被通过相应的第二接触插塞112电连接到第一负载端子11。更进一步地，在二极管区段1-22中，确保不提供源极区101而是第一接触插塞仅接触本体区102。例如，由于在IGBT区段1-21中每隔一沟槽电极是源极沟槽电极161，RC IGBT 1的总的栅极容量被减小。更进一步地，由于在二极管区段1-22中保持了沟槽间距，因此当生产RC IGBT 1时可以应用均一的蚀刻处理。
图11中图示的实施例的IGBT区段1-21被与图10中图示的IGBT区段1-21相同地配置。然而，在二极管区段1-22中，根本没有提供任何沟槽。相反，本体区102在二极管区段1-22内连续地延伸(例如未被沟槽中断)并且被通过绝缘层191与第一负载端子11分离。绝缘层191被由在本体区102和第一负载端子11之间建立电连接的第一接触插塞111穿透。替换地，如在图5中示出那样，可以在没有接触插塞的情况下建立电连接。不在二极管区段1-22中提供沟槽对于二极管区段1-22的开关特性而言可能是有利的。
图12至图17的每个示意性地并且示例性地图示根据一些实施例的RC IGBT 1的水平投影的区段。
根据图12的图示的实施例对应于在图11中示出的实施例；控制沟槽14和源极沟槽16这两者被提供在IGBT区段1-21中并且在那里被以交替的方式布置。也就是，每隔一沟槽是源极沟槽16并且每隔另一沟槽是控制沟槽14。源极沟槽电极161经由至少第二接触插塞112与第一负载端子11电连接，而至少第一接触插塞111在台面部分17和第一负载端子11(在图12中未示出)之间建立电连接。沟槽14、16均不延伸到二极管区段1-22中。不沿着有源区1-2的沿着第二横向方向Y的整个延伸而连续地延伸而是被二极管区段1-22之一“中断”(或者相应地在二极管区段1-22之一处结束)的每个沟槽14、16被终止，使得其在空间上从相应的二极管区段1-22移离例如至少所指定的最小距离，这将在下面进一步解释。控制端子13的结构对应于图8中图示的结构，因此其在此参照上面的解释。
图13图示其中在有源区1-2中提供五个二极管区段1-22的变型。然而，不管所选取的二极管区段1-22的数目如何，并且不管所选取的在IGBT区段1-21和二极管区段1-22中的沟槽图案如何(如果在那里实现的话)并且更进一步地不管控制端子13(未图示)的结构如何，图13示例性地图示在有源区1-2中布置二极管区段1-22的设计规则的可选的进一步的规定，根据该规定，二极管区段1-22中的任何一个和边缘终止区1-3之间的横向距离xy1至少达到半导体本体厚度d。
该横向距离xy1可以甚至大于d，例如大于2*d，或者大于5*d。例如，该进一步的规定包括认识到对于硬开关应用(例如驱动)中的换向而言可能需要高的换向鲁棒性；直接相邻于边缘终止区1-3的二极管区段可能是不太鲁棒的，因为在换向期间，由于从边缘终止区1-3提取的附加的电子-空穴等离子体而有更高的电流密度在那里流动。
替换地或者除了上面描述的在有源区1-2中布置二极管区段1-22的设计规则的可选的进一步的规定之外，设计规则可以指定，在二极管区段1-22中的任何一个到二极管区段1-22中的另一个之间的横向距离xy2至少达到半导体本体厚度d。该横向距离xy2可以甚至大于d，例如大于4*d或者大于8*d。服从设计规则的该可选的附加规定可以贡献于二极管区段1-22在有源区1-2内的均一分布和RC IGBT 1的改进的特性输出曲线。
虽然在有源区1-2中提供了至少三个空间分布的二极管区段1-22，但是在实施例中，在有源区1-2中仅有一个IGBT区段1-21，并且所述IGBT区段1-21可以在有源区1-2内是连续的，使得单个IGBT区段1-21(并且没有二极管区段1-22)形成到边缘终止区1-3的过渡，并且使得单个IGBT区段1-21围绕至少三个二极管区段1-22中的每个。
图14和图15中图示的实施例对应于图12中图示的实施例，其中沟槽14、16均不延伸到二极管区段1-22中，其中源极沟槽16未被描绘在图14和图15中(在放大区段中仅有一个)。图14和图15图示沟槽14、16可以如何在相应的二极管区段1-22附近终止的两个变型。
例如，控制沟槽14由不中断的控制沟槽和被由二极管区段1-22中的相应的一个中断一次的控制沟槽构成。不中断的控制沟槽可以沿着第二横向方向Y从横向周界1-20的一个区段连续地延伸到横向周界1-20的相对的区段。如果提供了源极沟槽16，则类似的限定在源极沟槽16也不延伸到二极管区段1-22中的情况下适用。
因此，在不中断的控制沟槽14中的控制电极141可以沿着第二横向方向Y连续地延伸，并且在中断的控制沟槽中的控制电极141可以被划分成如下的第一控制电极1411和第二控制电极1412：第一控制电极1411在相对于第二横向方向Y在相应的二极管区段1-22之前的第一控制沟槽部分中；第二控制电极1412在相对于第二横向方向Y在相应的二极管区段1-22之后的第二控制沟槽部分中，如在图6、图8、图13、图14、图15中示意性地并且示例性地图示的那样。如果提供有源极沟槽16，则类似的限定在源极沟槽16也不延伸到二极管区段1-22中的情况下适用。应当注意，与在图14和图15中(以及在其它的各图中)的示意性图示对比，中断的沟槽的在相应的二极管区段之前和之后的部分可以相对于第一横向方向X彼此偏离，而不是被沿着在第二横向方向Y上的同一直线布置(如所图示的那样)。
每个控制电极141、1411、1412就第二横向方向Y而言具有两个横向端部。例如，参照图14和图15，不中断的控制沟槽14的控制电极141具有第一横向端部和第二横向端部，第一横向端部终止于控制流道结构131的“下部”(就第二横向方向Y而言)区段处并且被电连接到控制流道结构131的“下部”区段，第二横向端部终止于控制流道结构131的与“下部”区段相对的 “上部”(就着第二横向方向Y而言)区段处并且被电连接到控制流道结构131的与“下部”区段相对的 “上部”区段。
也就是，在实施例中，不中断的控制沟槽14中的每个控制电极141在其相应的两个横向端部处被借助于沿着第一横向方向X延伸的相应的第一导电结构和沿着第一横向方向X延伸的相应的第二导电结构而电连接到控制端子13的电势。关于在不中断的控制沟槽14中的控制电极141，第一导电结构由控制流道结构131的所述“下部”区段形成，并且第二导电结构由控制流道结构131的所述“上部”区段形成。
更进一步地，在实施例中，中断的控制沟槽14中的第一控制电极1411和第二控制电极1412中的每个也在其相应的两个横向端部处被借助于沿着第一横向方向X延伸的相应的第一导电结构和沿着第一横向方向X延伸的相应的第二导电结构而电连接到控制端子13的电势。
关于中断的控制沟槽14中的在相应的二极管区段1-22之前的第一控制电极1411，第一导电结构由控制流道结构131的所述“下部”(就例如图14中的第二横向方向Y而言)区段形成。
关于中断的控制沟槽14中的在相应的二极管区段1-22之后的第二控制电极1412，第二导电结构由控制流道结构131的所述“上部”区段形成。
关于中断的控制沟槽14中的在相应的二极管区段1-22之前和之后并且在相应的二极管区段1-22附近(并且不在控制流道结构131处)终止的第一控制电极1411和第二控制电极1412的横向端部，建立到控制端子13的电势的电连接的每个导电结构可以是借助于被布置在二极管区段1-22附近并且至少部分地沿着第一横向方向X延伸的交叉沟槽结构18实现的。被布置在二极管区段1-22附近并且至少部分地沿着第一横向方向X延伸的交叉沟槽结构18的示例被描绘在图14和图15的放大区段中，这两个区段都示出在二极管区段1-22之前(相对于第二横向方向Y)的区域，即中断的控制沟槽14的第一控制电极1411的情况。在图15中示出的示例中，如所图示的那样，在相应的二极管区段1-22之前的交叉沟槽结构18连续地延伸以建立控制沟槽14的所有第一沟槽部分(其在相应的二极管区段1-22之前结束)的所有第一控制沟槽电极1411的连接，并且因此，在相应的二极管区段1-22之后的交叉沟槽结构18连续地延伸以建立控制沟槽14的所有第二沟槽部分(其在相应的二极管区段1-22之后结束)的所有第二控制电极1412的连接。与之相对，在图14中示出的示例中，如所图示的那样，在相应的二极管区段1-22之前和之后都提供了相应的多个交叉沟槽结构18，并且每个交叉沟槽结构18将两个相邻的控制沟槽14中的仅控制沟槽电极1411(或者相应地，控制沟槽电极1412)彼此连接。
图14和图15中图示的实施例包括所述源极沟槽16，其中控制沟槽14和源极沟槽16仅被提供在IGBT区段1-21中(并且未被提供在二极管区段1-22中)，并且被以交替的方式布置在那里。也就是，在IGBT区段1-21中，每隔一沟槽是源极沟槽16，并且每隔另一沟槽是控制沟槽14。源极沟槽电极161经由至少第二接触插塞112与第一负载端子11电连接，如已经关于先前的各图(例如图10和图11)解释的那样。
在实施例中，交叉沟槽结构18被布置以便在相应的源极沟槽电极161的横向端部周围建立相应的“U形转向”，如在图14和图15这两者中图示的那样。例如，源极沟槽16中的每个或者至少一个被二极管区段1-22中的相应的二极管区段中断，所述源极沟槽16或者相应地每个源极沟槽16被布置在两个中断的控制沟槽14之间，并且所述(相应的)交叉沟槽结构18沿着第二横向方向Y从所述源极沟槽16的端部移离。然而，应当注意，如果有多于一个的源极沟槽16、如果有一个或多个其它类型的沟槽或者如果在相邻的控制沟槽14之间根本没有提供沟槽，则也可以实现使用交叉沟槽结构18来电连接在二极管区段1-22之一附近终止的相邻的第一/第二控制沟槽电极1411/1412的端部的构思。
根据实施例，如果提供了源极沟槽16，则可以确保没有源极沟槽16延伸到一个或多个二极管区段1-22中和/或确保每个源极沟槽16被沿着其在第二横向方向Y上的相应的延伸由二极管区段1-22中的至多单个二极管区段中断不多于一次。在其它实施例中，如已经在上面解释的那样，一个或多个源极沟槽16可以延伸到一个或多个二极管区段1-22中。
为了建立相邻的控制沟槽14的连接，每个交叉沟槽结构18可以被提供有倒斜角(如在图14中图示那样)或者仅沿着第一横向方向X延伸以使得容纳有控制电极1411的控制沟槽14和交叉沟槽结构18形成实质上直角的转向(如在图15中图示那样)。另外如在图15中图示那样，可以利用相邻的不中断的控制沟槽形成“T结”。
为了建立相邻的控制沟槽1411的电连接，每个交叉沟槽结构18可以包括交叉沟槽电极181，其电连接两个相邻的中断的控制沟槽14的在二极管区段1-22之前的第一控制电极1411(如图示的那样)，或者相应地电连接两个相邻的中断的控制沟槽14的在二极管区段1-22之后的第二控制电极1412。
在二极管区段1-22附近使用交叉沟槽结构18降低了浮置的第一/第二控制电极1411/1412的风险；例如，根据实施例，如果由于某种原因失去/未建立在控制流道结构131处的横向端部处的电连接，则受影响的第一或第二控制电极1411/1412仍然可以由于利用交叉沟槽结构18建立的到相邻的第一或第二控制电极1411/1412的电连接而被电连接到控制端子13的电势。因此，RC IGBT 1可以呈现高的可靠性和可控性。
图16基于水平投影的区段示意性地并且示例性地图示根据一些实施例的RC IGBT1的二极管区段1-22的可能的形状的示例。例如，至少三个二极管区段1-22中的至少一个或者每个可以呈现方形的横向区域，即水平横截面(变型(a))，例如具有倒圆角的角部或者被提供有倒斜角的角部(未图示)。在另一示例中，至少三个二极管区段1-22中的至少一个或者每个可以呈现矩形的横向区域，即水平横截面(变型(b))，例如具有倒圆角的角部或者被提供有倒斜角的角部(未图示)。在另一示例中，至少三个二极管区段1-22中的至少一个或者每个可以呈现圆形的横向区域，即水平横截面(变型(c))。在另一示例中，至少三个二极管区段1-22中的至少一个或者每个可以呈现椭圆形的横向区域，即水平横截面(未图示的变型)。在实施例中，不同形状的二极管区段1-22可以被组合在RC IGBT 1的有源区1-2内。
例如，二极管区段1-22的形状是适当的，其提供大的横向区域(=水平横截面区域)，但是具有限定其的小的周界。例如，如果选取矩形的水平横截面(变型(b))，则应当将这些水平横截面设计成在总的横向延伸ly和lx之间具有小的差异。该实施例基于如下认识：由于在RC IGBT 1的导通状态(尤其是二极管导通状态，当反向/二极管负载电流流动时)中电荷载流子可能通过IGBT区段1-21和二极管区段1-22之间的边界而损失并且对电流流动贡献较小但是仍然贡献于开关损耗。因此，根据实施例，二极管区段1-22具有如下形状：该形状具有大的横向区域但是具有小的周界，即具有到IGBT区段1-21的“短边界”。对于这种背景，上面介绍的RC IGBT 1的实施例——根据该实施例每个二极管区段1-22具有横向区域(=水平横截面区域)和限定该横向区域的周界，其中每个二极管区段1-22服从周界的平方除以面积小于或等于18的关系。当然，在这方面圆形形状是最佳的；对于(周界)2/面积而言其具有4*pi≈12.57的值。方形形状(正方形)达到16的值，并且具有边长比ly/lx=2的矩形达到18。
图17示意性地并且示例性地图示根据一个或多个实施例的RC IGBT 1的水平投影的区段。在那里，每个二极管区段1-22被借助于实质上连续的结构15而与IGBT区段1-21分离，该实质上连续的结构15被借助于导电接触(诸如插塞等)159电连接到第一负载端子11的电势。
例如，参照图18，实质上连续的结构15可以包括沿着竖向方向Z延伸到半导体本体10中例如直到控制沟槽14和源极沟槽16那么远的实质上连续的沟槽155，其中所述实质上连续的沟槽155可以包括被电连接到第一负载端子11的电势并且被通过沟槽绝缘体157与半导体本体隔离的实质上连续的沟槽电极156。例如，在图17和图18中，参考符号159指明在实质上连续的结构(例如实质上连续的沟槽电极156)和第一负载端子11之间建立电连接的导电接触(例如接触插塞)。这些接触159可以被布置在二极管区段1-22和IGBT区段1-21之间的区域中，如在图17中例示的那样。所述沟槽电极156中的每个可以连续地即没有中断地围绕相应的二极管区段1-22。
除了围绕二极管区段1-22的实质上连续的沟槽155之外或者替换地，参照图19，实质上连续的结构15可以包括第二导电类型的半导体部分151。所述半导体部分151被电连接到第一负载端子11的电势，并且可以延伸到其围绕的二极管区段1-22以及IGBT区段1-21这两者中，例如以便与布置在二极管区段1-22附近的源极沟槽14/控制沟槽16中的至少一个或多个在横向上重叠，和/或以便在二极管区段1-22和IGBT区段1-21这两者中与本体区102无缝地合并。例如，半导体部分151延伸到相邻于二极管区段1-22的沟槽155和控制沟槽14之间的区中。更进一步地，如与本体区102相比第二导电类型的半导体部分151可以沿着竖向方向Z延伸得更远，或者甚至远于源极沟槽14/控制沟槽16，和/或第二导电类型的半导体部分151可以连续地延伸即没有中断地延伸以围绕相应的二极管区段1-22。
半导体部分151的掺杂剂浓度可以在IGBT区段1-21中的本体区102的掺杂剂浓度的50%到500%的范围内。
基于图20和图21，这两者示意性地并且示例性地图示根据一个或多个实施例的RCIGBT的水平投影的区段，将描述进一步的可选的特征。
例如，参照对应于图17的实施例的图20，可以确保每个二极管区段1-22被从电连接到第一负载端子11的第一导电类型的任何半导体区横向地移离至少4μm或至少6μm或至少10μm的距离dxy。所述第一导电类型的半导体区可以是例如基于沿着第一横向方向X平行延伸的多个线在图20中示意性地图示的源极区101。也就是，在实施例中，被电连接到RCIGBT 1的第一负载端子11(诸如源极区101)的第一导电类型的每个半导体区被在空间上从每个二极管区段1-22移离至少4μm。与图20中的示意性图示对比，该可选规定还可以是在没有交叉沟槽结构和/或没有实质上连续的结构15的情况下提供的。
在RC IGBT 1被提供在相当大的尺寸的芯片中的情况下，RC IGBT 1的有源区域可以包括若干个有源区1-2，例如被布置为彼此分离的象限A、B、C和D，其中控制指状物结构132被电连接到控制端子13的电势。在这些有源区1-2中的每个中，上面描述的用于对二极管区段1-22进行定位以及定尺寸的设计规则以及与二极管区段1-22和IGBT区段1-21相关的其它特征可以适用。例如，在这样的情况下，控制流道结构131的外部部分(至少部分地)围绕包括四个有源区1-2A、1-2B、1-2C和1-2D的RC IGBT 1的整个有源区域，并且控制流道结构131的内部部分(有时还被称为控制指状物)与有源区域相交，使得四个有源区1-2A、1-2B、1-2C和1-2D中的每个被控制流道结构131部分地围绕。也就是，控制流道结构131沿着四个有源区1-2A、1-2B、1-2C和1-2D的横向周界1-20A、1-20B、1-20C和1-20D的路线延伸(在示例中完全沿着1-20A和1-20B并且部分地沿着1-20C和1-20D)。
由于在图21中示例性地图示的控制流道结构131的路线，有源区1-2A中和/或有源区1-2B中的控制沟槽14的条状配置可以被布置成垂直于有源区1-2C中和/或有源区1-2D中的控制沟槽14的条状配置。更一般地，有源区1-2A至1-2D中的一个中的沟槽14(以及沟槽16，如果存在的话)的条状配置如与有源区1-2A至1-2D中的另一个中的沟槽14(以及沟槽16，如果存在的话)的条状配置相比可以是被不同地定向的，例如被垂直地布置。然而，上面描述的用于对二极管区段1-22进行定位以及定尺寸的设计规则以及与二极管区段1-22和IGBT区段1-21相关的其它特征将仍然适用于有源区1-2A和/或在有源区1-2B中适用(X方向和Y方向于是互换，如对于本领域技术人员来说清楚的那样)。
在此还提出了一种处理RC IGBT的方法。方法的实施例包括形成RC IGBT的以下组件：具有IGBT区段和多个至少三个二极管区段的有源区；围绕有源区的边缘终止区；半导体本体，其在有源区和边缘终止区这两者中延伸并且具有前侧和背侧，半导体本体具有一定厚度，所述厚度是在二极管区段之一中沿着竖向方向从前侧到背侧的距离；第一负载端子和控制端子，这两者都在半导体本体前侧处，以及在半导体本体背侧处的第二负载端子。每个二极管区段被配置用于传导在第一负载端子和第二负载端子之间的二极管负载电流。IGBT区段被配置用于传导在第二负载端子和第一负载端子之间的正向负载电流。控制端子被电连接到导电控制流道结构，导电控制流道结构被布置在半导体本体前侧处并且至少部分地沿着有源区的横向周界的路线延伸。多个控制沟槽被沿着第一横向方向彼此平行地布置，并且每个控制沟槽沿着从前侧指向背侧的竖向方向延伸到半导体本体中。每个控制沟槽具有沿着第二横向方向从横向周界的相应的第一区段朝向横向周界的与相应的第一区段相对的相应的第二区段延伸的条状配置，其中第一横向方向垂直于第二横向方向。每个控制沟槽容纳有绝缘控制电极，绝缘控制电极被配置为经由控制流道结构接收控制信号以用于控制IGBT区段。该处理方法包括服从一设计规则，根据该设计规则：每个控制沟槽被沿着其在第二横向方向上的相应的延伸由二极管区段中的至多单个二极管区段中断不多于一次。在有源区的横向区域内，各二极管区段本身不在横向上彼此重叠且这些二极管区段的水平投影也不沿着第二横向方向在横向上彼此重叠。在有源区的横向区域内，至少两个二极管区段的沿着第一横向方向的水平投影不彼此重叠。
该方法的示例性实施例对应于上面描述的RC IGBT 1的实施例。
在上面解释了与RC IGBT和对应的处理方法有关的实施例。根据这些实施例中的至少一些，提出了如下的设计：其产生准栅极(控制电极)独立二极管特性，同时实现IGBT区段中的控制电极和控制流道结构之间的低欧姆连接以及针对二极管区段的低热阻。更进一步地，实施例附加地实现二极管区段的降低的接通过电压。
在上面解释了与诸如RC IGBT的功率半导体器件和对应的处理方法有关的实施例。例如，这些功率半导体器件基于硅(Si)。因此，单晶半导体区或层(例如半导体本体10及其区/区带(例如区等))可以是单晶Si区或Si层。在其它实施例中，可以采用多晶硅或非晶硅。
然而，应当理解，半导体本体10及其区/区带可以是由适合于制造半导体器件的任何半导体材料制成的。举几个例来说，这样的材料的示例包括但是不限制于单质半导体材料(诸如硅(Si)或锗(Ge))、IV族化合物半导体材料(诸如碳化硅(SiC)或硅锗(SiGe))、二元、三元或四元的III-V族半导体材料(诸如氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、磷化铟(InP)、磷化铟镓(InGaPa)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟(AlInN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓铟(AlGaInN)或磷化铟镓砷(InGaAsP))、以及二元或三元的II-VI族半导体材料(诸如碲化镉(CdTe)和碲镉汞(HgCdTe))。上面提到的半导体材料还被称为“同质结半导体材料”。当组合两种不同的半导体材料时，形成异质结半导体材料。异质结半导体材料的示例包括但是不限制于氮化铝镓(AlGaN)-氮化铝镓铟(AlGaInN)、氮化铟镓(InGaN)-氮化铝铟镓(AlGaInN)、氮化铟镓(InGaN)-氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)-氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)-氮化铝镓(AlGaN)、硅-碳化硅(SixC1-x)和硅-SiGe异质结半导体材料。对于功率半导体开关应用而言目前主要使用Si、SiC、GaAs和GaN材料。
为了易于描述而使用诸如“下方”、“下部”、“之下”、“上方”和“上部”等的空间相对术语来解释一个元素相对于第二元素的定位。这些术语意图涵盖相应的器件的除了与在各图中描绘的那些不同的不同定向之外的不同定向。进一步地，诸如“第一”、“第二”等的术语也被用于描述各种元素、区、区段等，并且也不意图进行限制。贯穿于描述，同样的术语指代同样的元素。
如在此使用的那样，术语“具有”、“包含”、“包括”、“包括有”和“呈现”等是开放式术语，其指示所声明的元素或特征的存在但是不排除附加的元素或特征。
在谨记上面的变化和应用的范围的情况下，应当理解，本发明不受前述描述限制，也不受随附附图限制。相反，本发明仅受随后的权利要求及其法律等同物限制。

Claims (20)

1.一种RC IGBT(1)，包括：
-有源区(1-2)，具有IGBT区段(1-21)和多个至少三个二极管区段(1-22)；
-边缘终止区(1-3)，其围绕有源区(1-2)；
-半导体本体(10)，其在有源区(1-2)和边缘终止区(1-3)这两者中延伸并且具有前侧(110)和背侧(120)，半导体本体(10)具有一定的厚度(d)，所述厚度(d)是在二极管区段(1-22)之一中沿着竖向方向(Z)从前侧(110)到背侧(120)的距离；
-第一负载端子(11)和控制端子(13)，这两者都在半导体本体前侧(110)处，以及在半导体本体背侧(120)处的第二负载端子(12)，其中
○ 每个二极管区段(1-22)被配置用于传导在第一负载端子(11)和第二负载端子(12)之间的二极管负载电流；以及
○ IGBT区段(1-21)被配置用于传导在第二负载端子(12)和第一负载端子(11)之间的正向负载电流；
○ 控制端子(13)被电连接到导电控制流道结构(131)，导电控制流道结构(131)被布置在半导体本体前侧(110)处并且至少部分地沿着有源区(1-2)的横向周界(1-20)的路线延伸，
-多个控制沟槽(14)，其被沿着第一横向方向(X)彼此平行地布置并且沿着从前侧(110)指向背侧(120)的竖向方向(Z)延伸到半导体本体(10)中，每个控制沟槽(14)
○ 具有沿着第二横向方向(Y)从横向周界(1-20)的相应的第一区段朝向横向周界(1-20)的与相应的第一区段相对的相应的第二区段延伸的条状配置，其中第一横向方向(X)垂直于第二横向方向(Y)；以及
○ 容纳有绝缘控制电极(141)，绝缘控制电极(141)被配置为经由控制流道结构(131)接收控制信号以用于控制IGBT区段(1-21)；其中：
-每个控制沟槽(14)被沿着其在第二横向方向(Y)上的相应的延伸由二极管区段(1-22)中的至多单个二极管区段中断不多于一次；
-在有源区(1-2)的横向区域内，各二极管区段(1-22)本身不在横向上彼此重叠且这些二极管区段(1-22)的水平投影也不沿着第二横向方向(Y)在横向上彼此重叠；以及
-在有源区(1-2)的横向区域内，至少两个二极管区段(1-22)的沿着第一横向方向(X)的水平投影不彼此重叠。
2.根据权利要求1所述的RC IGBT(1)，其中没有控制沟槽(14)延伸到二极管区段(1-22)中的一个或多个中。
3.根据权利要求1或2所述的RC IGBT(1)，其中IGBT区段(1-21)在有源区(1-2)内是连续的。
4.根据前述权利要求之一所述的RC IGBT(1)，其中每个二极管区段(1-22)被由IGBT区段(1-21)的一部分围绕。
5.根据前述权利要求之一所述的RC IGBT(1)，其中在二极管区段(1-22)中的任何一个和二极管区段(1-22)中的另一个之间或者相应地在二极管区段(1-22)中的任何一个和边缘终止区(1-3)之间的的横向距离(xy1、xy2)至少达到半导体本体厚度(d)。
6.根据前述权利要求之一所述的RC IGBT(1)，其中至少两个二极管区段(1-22)中的每个具有沿着第一横向方向(X)的至少五倍于半导体本体厚度(d)的横向延伸。
7.根据权利要求6所述的RC IGBT(1)，其中所述至少两个二极管区段(1-22)中的每个进一步具有沿着第二横向方向(Y)的至少五倍于半导体本体(10)的厚度(d)的横向延伸。
8.根据前述权利要求之一所述的RC IGBT(1)，其中二极管区段(1-22)的总的横向区域形成二极管区段(1-22)和IGBT区段(1-21)这两者的总的横向区域的5%至40%的部分。
9.根据前述权利要求之一所述的RC IGBT(1)，其中每个二极管区段(1-22)具有横向区域和限定横向区域的周界，其中每个二极管区段(1-22)服从周界的平方除以面积小于或等于20的关系。
10.根据前述权利要求之一所述的RC IGBT(1)，其中控制沟槽(14)由不中断的控制沟槽和被由二极管区段(1-22)中的相应的一个二极管区段中断一次的控制沟槽构成，不中断的控制沟槽中的控制电极(141)沿着第二横向方向(Y)连续地延伸，并且中断的控制沟槽中的控制电极(141)被划分成如下的第一控制电极(1411)和第二控制电极(1412)：第一控制电极(1411)在相对于第二横向方向(Y)在相应的二极管区段(1-22)之前的第一控制沟槽部分中；第二控制电极(1412)在相对于第二横向方向(Y)在相应的二极管区段(1-22)之后的第二控制沟槽部分中，其中：
-中断的控制沟槽(14)和不中断的控制沟槽(14)中的控制电极(141、1411、1412)中的每个控制电极在其相应的两个横向端部处借助于沿着第一横向方向(X)延伸的相应的第一导电结构和沿着第一横向方向(X)延伸的相应的第二导电结构而电连接到控制端子(13)的电势。
11.根据权利要求10所述的RC IGBT(1)，其中对于不中断的控制沟槽而言，第一导电结构和第二导电结构这两者都是借助于控制流道结构(131)实现的。
12.根据权利要求10或11所述的RC IGBT(1)，其中对于中断的控制沟槽而言，第一导电结构和第二导电结构中的一个是借助于控制流道结构(131)实现的，并且第一导电结构和第二导电结构中的另一个是借助于交叉沟槽结构(18)实现的，交叉沟槽结构(18)被布置在二极管区段(1-22)附近并且至少部分地沿着第一横向方向(X)延伸。
13.根据权利要求12所述的RC IGBT(1)，其中交叉沟槽结构(18)包括交叉沟槽电极(181)，交叉沟槽电极(181)电连接二极管区段(1-22)之前的两个相邻的中断的控制沟槽(14)的第一控制电极(1411)。
14.根据前述权利要求之一所述的RC IGBT(1)，至少在IGBT区段(1-21)中进一步包括多个源极沟槽(16)，所述多个源极沟槽(16)被沿着第一横向方向(X)彼此平行地布置并且沿着竖向方向(Z)延伸到半导体本体(10)中，每个源极沟槽(16)
-具有沿着第二横向方向(Y)从横向周界(1-20)的相应的第一区段朝向横向周界(1-20)的与相应的第一区段相对的相应的第二区段延伸的条状配置；以及
-容纳有被电连接到第一负载端子(11)的电势的绝缘源极电极(161)。
15.根据权利要求12或13以及14所述的RC IGBT(1)，其中源极沟槽(16)中的至少一个被二极管区段(1-22)之一中断，所述源极沟槽(16)被布置在两个被中断的控制沟槽(14)之间，所述交叉沟槽结构(18)被沿着第二横向方向(Y)从所述源极沟槽(16)的端部移离。
16.根据权利要求14或15所述的RC IGBT(1)，其中没有源极沟槽(16)延伸到二极管区段(1-22)中的一个或多个中，和/或其中每个源极沟槽(16)被沿着其在第二横向方向(Y)上的相应的延伸由二极管区段(1-22)中的至多单个二极管区段中断不多于一次。
17.根据权利要求14或15所述的RC IGBT(1)，其中源极沟槽(16)中的一个或多个延伸到二极管区段(1-22)中的一个或多个中。
18.根据前述权利要求之一所述的RC IGBT(1)，其中每个二极管区段(1-22)被借助于电连接到第一负载端子(11)的电势的实质上连续的结构(15)与IGBT区段(1-21)分离。
19.根据前述权利要求之一所述的RC IGBT(1)，其中每个二极管区段(1-22)被在横向上从电连接到第一负载端子(11)的任何第一导电类型的半导体区(101)移离至少5μm的距离(dxy)。
20.一种处理RC IGBT (1)的方法，包括形成RC IGBT (1)的以下组件：
-有源区(1-2)，具有IGBT区段(1-21)和多个至少三个二极管区段(1-22)；
-边缘终止区(1-3)，其围绕有源区(1-2)；
-半导体本体(10)，其在有源区(1-2)和边缘终止区(1-3)这两者中延伸并且具有前侧(110)和背侧(120)，半导体本体(10)具有一定厚度(d)，所述厚度(d)是在二极管区段(1-22)之一中沿着竖向方向(Z)从前侧(110)到背侧(120)的距离；
-第一负载端子(11)和控制端子(13)，这两者都在半导体本体前侧(110)处，以及在半导体本体背侧(120)处的第二负载端子(12)，其中
○ 每个二极管区段(1-22)被配置用于传导在第一负载端子(11)和第二负载端子(12)之间的二极管负载电流；以及
○ IGBT区段(1-21)被配置用于传导在第二负载端子(12)和第一负载端子(11)之间的正向负载电流；
○ 控制端子(13)被电连接到导电控制流道结构(131)，导电控制流道结构(131)被布置在半导体本体前侧(110)处并且至少部分地沿着有源区(1-2)的横向周界(1-20)的路线延伸，
-多个控制沟槽(14)，其被沿着第一横向方向(X)彼此平行地布置并且沿着从前侧(110)指向背侧(120)的竖向方向(Z)延伸到半导体本体(10)中，每个控制沟槽(14)
○ 具有沿着第二横向方向(Y)从横向周界(1-20)的相应的第一区段朝向横向周界(1-20)的与相应的第一区段相对的相应的第二区段延伸的条状配置，其中第一横向方向(X)垂直于第二横向方向(Y)；以及
○ 容纳有绝缘控制电极(141)，绝缘控制电极(141)被配置为经由控制流道结构(131)接收控制信号以用于控制IGBT区段(1-21)；
其中所述处理方法包括服从一设计规则，根据设计规则：
-每个控制沟槽(14)被沿着其在第二横向方向(Y)上的相应的延伸由二极管区段(1-22)中的至多单个二极管区段中断不多于一次；
-在有源区(1-2)的横向区域内，各二极管区段(1-22)本身不在横向上彼此重叠且这些二极管区段(1-22)的水平投影也不沿着第二横向方向(Y)在横向上彼此重叠；以及
-在有源区(1-2)的横向区域内，至少两个二极管区段(1-22)的沿着第一横向方向(X)的水平投影不彼此重叠。
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