DE102019135545A1 - Leistungshalbleitervorrichtung - Google Patents

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Roman Baburske
Moritz Hauf
Hans-Joachim Schulze
Holger Schulze
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Abstract

Eine Leistungshalbleitervorrichtung (1) umfasst Folgendes: einen Halbleiterkörper (10), der eine Vorderseite (10-1) und eine Rückseite (10-2) aufweist; 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; ein Rückseitengebiet (17) des Halbleiterkörpers (10), wobei das Rückseitengebiet (17) auf der Rückseite (10-1) angeordnet ist und innerhalb des aktiven Bereichs (15) eine erste Rückseitenemitterzone (171) und eine zweite Rückseitenemitterzone (172) umfasst. Die erste Rückseitenemitterzone (171) und/oder die zweite Rückseitenemitterzone (172) umfasst Folgendes: mehrere erste Sektoren (171-1, 172-1), die jeweils wenigstens ein erstes Gebiet (1711, 1721) eines zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen, wobei das erste Gebiet (1711, 1721) in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) angeordnet ist und eine kleinste laterale Ausdehnung (x1, x1') von höchstens 50 µm aufweist; und/oder mehrere zweite Sektoren (171-2, 172-2), die jeweils ein zweites Gebiet (1712, 1722) des zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen, wobei die zweiten Gebiete (1712, 1722) in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) angeordnet sind und eine kleinste laterale Ausdehnung (x2, x2') von wenigstens 50 µm aufweisen. Die zweite Rückseitenemitterzone (172) unterscheidet sich von der ersten Rückseitenemitterzone (171).

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Schrift bezieht sich auf Ausführungsformen einer Leistungshalbleitervorrichtung. Insbesondere bezieht sich diese Schrift auf Aspekte einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer oder mehreren Rückseitenemitterzonen, die in einem Halbleiterkörper enthalten sind, wobei die Rückseitenemitterzonen unterschiedliche Emittereffizienzen und/oder unterschiedliche Injektionseffizienzen aufweisen.
  • HINTERGRUND
  • Viele Funktionen moderner Vorrichtungen in Automobil-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie etwa das Umwandeln elektrischer Energie und das Antreiben eines Elektromotors oder einer Elektromaschine, hängen von Leistungshalbleitervorrichtungen ab. Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) und Dioden, um nur einige zu nennen, werden zum Beispiel für verschiedenste Anwendungen verwendet, einschließlich unter anderem für Schalter in Leistungsversorgungen und Leistungswandlern.
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung umfasst üblicherweise einen Halbleiterkörper mit einem aktiven Bereich, der dazu konfiguriert ist, einen Laststrom entlang eines Laststrompfads zwischen zwei Lastanschlüssen der Vorrichtung zu leiten. Während des Betriebs einer solchen Leistungshalbleitervorrichtung ist tendenziell eine räumliche Temperaturverteilung in dem Halbleiterkörper allgemein inhomogen, wobei sie z. B. ein Maximum in dem Zentrum des aktiven Bereichs aufweist. Infolgedessen können eine Leistungswechselzuverlässigkeit und eine Beständigkeit gegenüber einem thermischen Kurzschluss oder einem Stoßstrom der Leistungshalbleitervorrichtung reduziert werden, was die Bereitstellung von teuren Sicherheitsreserven in der thermischen Gestaltung der Leistungshalbleitervorrichtung erforderlich machen kann.
  • Es ist dementsprechend wünschenswert, die Temperaturverteilung in dem Halbleiterkörper einer Halbleitervorrichtung zu beeinflussen, zum Beispiel zu homogenisieren, so dass die Vorrichtungszuverlässigkeit erhöht wird. Ferner kann es wünschenswert sein, einen Kompromiss zwischen Weichheit und Leistungsverlusten einer Leistungshalbleitervorrichtung zu verbessern.
  • KURZFASSUNG
  • Hier beschriebene Aspekte betreffen eine spezielle neuartige Gestaltung eines Rückseitengebiets einer Leistungshalbleitervorrichtung, die zum Beispiel eine verbesserte thermische Robustheit sowie einen verbesserten Kompromiss zwischen Weichheit (Softness) und Leistungsverlusten im Vergleich zu herkömmlichen Gestaltungen liefern kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung Folgendes: einen Halbleiterkörper, der eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist; 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 konfiguriert ist; ein Driftgebiet des Halbleiterkörpers, wobei das Driftgebiet einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist und zum Leiten des Laststroms konfiguriert ist; ein Rückseitengebiet des Halbleiterkörpers, wobei das Rückseitengebiet auf der Rückseite angeordnet ist und innerhalb des aktiven Bereichs eine erste Rückseitenemitterzone und eine zweite Rückseitenemitterzone umfasst. Die erste Rückseitenemitterzone und/oder die zweite Rückseitenemitterzone umfasst Folgendes: mehrere erste Sektoren, die jeweils wenigstens ein erstes Gebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen, wobei das erste Gebiet in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur angeordnet ist und eine kleinste laterale Ausdehnung von höchstens 50 µm aufweist; und/oder mehrere zweite Sektoren, die jeweils aus einem zweiten Gebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps bestehen, wobei die zweiten Gebiete in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur angeordnet sind und eine kleinste laterale Ausdehnung von wenigstens 50 µm aufweisen. Die zweite Rückseitenemitterzone unterscheidet sich von der ersten Rückseitenemitterzone in wenigstens einem von Folgendem: der Anwesenheit erster Sektoren; der Anwesenheit zweiter Sektoren; einer kleinsten lateralen Ausdehnung erster Sektoren; einer kleinsten lateralen Ausdehnung zweiter Sektoren; einer lateralen Entfernung zwischen benachbarten ersten Sektoren; einer lateralen Entfernung zwischen benachbarten zweiten Sektoren; einer kleinsten lateralen Ausdehnung der ersten Gebiete; einer lateralen Entfernung zwischen benachbarten ersten Gebieten innerhalb desselben Sektors.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung Folgendes: einen Halbleiterkörper, der eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist; 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 konfiguriert ist; ein Driftgebiet des Halbleiterkörpers, wobei das Driftgebiet einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist und zum Leiten des Laststroms konfiguriert ist; ein Rückseitengebiet des Halbleiterkörpers, wobei das Rückseitengebiet auf der Rückseite angeordnet ist und innerhalb des aktiven Bereichs eine erste Rückseitenemitterzone und eine zweite Rückseitenemitterzone umfasst, wobei die erste Rückseitenemitterzone und/oder die zweite Rückseitenemitterzone Folgendes umfasst: mehrere zweite Sektoren, die jeweils aus einem zweiten Gebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps bestehen, wobei die zweiten Gebiete in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur angeordnet sind und eine kleinste laterale Ausdehnung von wenigstens 50 µm aufweisen; wobei die erste Rückseitenemitterzone sowohl eine erste Emittereffizienz als auch eine erste Injektionseffizienz aufweist; wobei die zweite Rückseitenemitterzone sowohl eine zweite Emittereffizienz als auch eine zweite Injektionseffizienz bei einem Nennstrom der Leistungshalbleitervorrichtung aufweist; wobei sich die erste Emittereffizienz von der zweiten Emittereffizienz um wenigstens 1 % oder sogar um wenigstens 3 % oder sogar um wenigstens 10 % unterscheidet und/oder sich die erste Injektionseffizienz von der zweiten Injektionseffizienz um wenigstens 1 % oder sogar um wenigstens 3 % oder sogar um wenigstens 10 % unterscheidet.
  • Zum Beispiel kann die oben genannte Beziehung zwischen der ersten Injektionseffizienz und der zweiten Injektionseffizienz auf die erste und zweite Injektionseffizienz bei einem Strom verweisen, der 0,1-mal einen Nennstrom der Leistungshalbleitervorrichtung beträgt.
  • Alternativ dazu kann die oben genannte Beziehung zwischen der ersten Injektionseffizienz und der zweiten Injektionseffizienz auf die erste und zweite Injektionseffizienz bei einem Nennstrom der Leistungshalbleitervorrichtung oder bei zweimal dem Nennstrom der Leistungshalbleitervorrichtung verweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung Folgendes: einen Halbleiterkörper, der eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist; 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 konfiguriert ist; ein Driftgebiet des Halbleiterkörpers, wobei das Driftgebiet einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist und zum Leiten des Laststroms konfiguriert ist; ein Rückseitengebiet des Halbleiterkörpers, wobei das Rückseitengebiet auf der Rückseite angeordnet ist und innerhalb des aktiven Bereichs eine erste Rückseitenemitterzone und eine zweite Rückseitenemitterzone umfasst, wobei sowohl die erste Rückseitenemitterzone als auch die zweite Rückseitenemitterzone mehrere Gebiete eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur angeordnet sind, und mehrere Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps, die in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur angeordnet sind, umfasst; wobei eine Dotierungsstoffkonzentration in einem jeweiligen zentralen Teil der Gebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps in der ersten Rückseitenemitterzone im Wesentlichen gleich einer Dotierungsstoffkonzentration in einem jeweiligen zentralen Teil der Gebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps in der zweiten Rückseitenemitterzone ist; wobei eine Dotierungsstoffkonzentration in einem jeweiligen zentralen Teil der Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps in der ersten Rückseitenemitterzone im Wesentlichen gleich einer Dotierungsstoffkonzentration in einem jeweiligen zentralen Teil der Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps in der zweiten Rückseitenemitterzone ist; wobei die erste Rückseitenemitterzone sowohl eine erste Emittereffizienz als auch eine erste Injektionseffizienz bei einem Nennstrom der Leistungshalbleitervorrichtung aufweist; wobei die zweite Rückseitenemitterzone sowohl eine zweite Emittereffizienz als auch eine zweite Injektionseffizienz bei einem Nennstrom der Leistungshalbleitervorrichtung aufweist; wobei sich die erste Emittereffizienz von der zweiten Emittereffizienz um wenigstens 1 % oder sogar um wenigstens 5 % oder sogar um wenigstens 10 % oder sogar um wenigstens 20 % unterscheidet und/oder sich die erste Injektionseffizienz von der zweiten Injektionseffizienz um wenigstens 1 % oder sogar um wenigstens 5 % oder sogar um wenigstens 10 % oder sogar um wenigstens 20 % unterscheidet.
  • Zum Beispiel kann die oben genannte Beziehung zwischen der ersten Injektionseffizienz und der zweiten Injektionseffizienz auf die erste und zweite Injektionseffizienz bei einem Strom verweisen, der 0,1-mal einen Nennstrom der Leistungshalbleitervorrichtung beträgt.
  • Alternativ dazu kann die oben genannte Beziehung zwischen der ersten Injektionseffizienz und der zweiten Injektionseffizienz auf die erste und zweite Injektionseffizienz bei einem Nennstrom der Leistungshalbleitervorrichtung oder bei zweimal dem Nennstrom der Leistungshalbleitervorrichtung verweisen.
  • Zusätzliche Merkmale und Vorteile werden für den Fachmann bei der Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung und bei der Betrachtung der begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
  • Figurenliste
  • Die Teile in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Stattdessen wird Wert auf die Veranschaulichung von Prinzipien der Erfindung gelegt. Zudem bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile. In den Zeichnungen gilt:
    • 1A-Bveranschaulichen jeweils einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft;
    • 2-12 veranschaulichen jeweils einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft;
    • 13A-E veranschaulichen jeweils einen Abschnitt eines horizontalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft; und
    • 14A-F veranschaulichen jeweils einen Abschnitt eines horizontalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen spezielle Ausführungsformen als Veranschaulichung gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann.
  • In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „unterhalb“, „vor“, „hinter“, „rück“, „führend“, „folgend“, „oberhalb“ usw. unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Weil Teile von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist in keiner Weise beschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist daher nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
  • Es wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, wobei ein oder mehrere Beispiele für diese in den Figuren veranschaulicht sind. Jedes Beispiel wird als Erklärung bereitgestellt und soll die Erfindung nicht beschränken. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben werden, auf andere Ausführungsformen angewandt oder mit diesen kombiniert werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Die vorliegende Erfindung soll solche Modifikationen und Variationen einschließen. Die Beispiele werden unter Gebrauch einer speziellen Sprache beschrieben, die nicht als den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche beschränkend ausgelegt werden soll. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich veranschaulichenden Zwecken. Der Klarheit halber wurden in den verschiedenen Zeichnungen die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • Der Begriff „horizontal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder einer Halbleiterstruktur beschreiben. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Halbleiterwafers oder eines Die oder eines Chips sein. Sowohl die unten erwähnte und/oder in den Figuren gezeigte erste laterale (oder horizontale) Richtung X als auch die unten erwähnte und/oder in den Figuren gezeigte zweite laterale (oder horizontale) Richtung Y können zum Beispiel horizontale Richtungen sein, wobei die erste laterale Richtung X und die zweite laterale Richtung Y senkrecht zueinander sein können.
  • Der Ausdruck „vertikal“, wie in dieser Beschreibung verwendet, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der horizontalen Oberfläche ausgerichtet ist, d. h. parallel zu der Normalenrichtung der Oberfläche des Halbleiterwafers/-chips/-Die. Die unten erwähnte und/oder in den Figuren gezeigte vertikale Richtung Z kann zum Beispiel eine Richtung sein, die sowohl zu der ersten lateralen Richtung X als auch zu der zweiten lateralen Richtung Y senkrecht steht.
  • In dieser Beschreibung wird n-dotiert allgemein als ein „erster Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet, wohingegen p-dotiert als ein „zweiter Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet wird. Alternativ dazu können umgekehrte Dotierungsbeziehungen eingesetzt werden, so dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann.
  • Im Kontext der vorliegenden Beschreibung sollen die Ausdrücke „in ohmschem Kontakt“, „in elektrischem Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ beschreiben, dass eine niederohmige elektrische Verbindung oder ein niederohmiger Strompfad zwischen zwei Gebieten, Abschnitten, Zonen, Anteilen oder Teilen einer Halbleitervorrichtung oder zwischen verschiedenen Anschlüssen eines oder mehrerer Bauelemente oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Anteil oder einem Teil einer Halbleitervorrichtung vorliegt. Ferner soll der Ausdruck „in Kontakt“ in dem Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung beschreiben, dass eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen der entsprechenden Halbleitervorrichtung vorliegt; z. B. beinhaltet ein Übergang zwischen zwei miteinander in Kontakt stehenden Elementen möglicherweise kein weiteres Zwischenelement oder dergleichen.
  • Zusätzlich wird in dem Kontext der vorliegenden Schrift der Ausdruck „elektrische Isolation“ im Kontext seines allgemein gültigen Verständnisses, falls nicht anderweitig angegeben, verwendet und soll somit beschreiben, dass sich zwei oder mehrere Komponenten getrennt voneinander befinden und dass es keine ohmsche Verbindung gibt, die diese Komponenten verbindet. Jedoch können Komponenten, die elektrisch voneinander isoliert sind, trotzdem miteinander gekoppelt, beispielsweise mechanisch gekoppelt und/oder kapazitiv gekoppelt und/oder induktiv gekoppelt, sein. Um ein Beispiel anzuführen, können zwei Elektroden eines Kondensators elektrisch voneinander isoliert sein und können gleichzeitig mechanisch und kapazitiv miteinander gekoppelt sein, z. B. mittels einer Isolierung, z. B. eines Dielektrikums.
  • Spezielle in dieser Beschreibung beschriebene Ausführungsformen betreffen, ohne darauf zu beschränkt zu sein, eine Leistungshalbleitervorrichtung, die eine Einzelzellen-, eine Streifenzellen- oder eine zellulare (auch als „Nadel-“ oder „Säulenzelle“ bezeichnet) Zellenkonfiguration aufweist, z. B. eine Leistungshalbleitervorrichtung, die innerhalb eines Leistungswandlers oder einer Leistungsversorgung verwendet werden kann. Dementsprechend kann eine solche Vorrichtung bei einer Ausführungsform dazu konfiguriert sein, einen Laststrom zu führen, der jeweils einer Last zugeführt werden soll und/oder der von einer Stromversorgung bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann die Leistungshalbleitervorrichtung eine oder mehrere aktive Leistungshalbleiterzellen umfassen, wie etwa eine monolithisch integrierte Diodenzelle, eine Ableitung 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 einem Leistungshalbleitermodul integriert sein. Mehrere solcher Leistungszellen können ein Zellenfeld darstellen, das mit einem aktiven Bereich der Leistungshalbleitervorrichtung angeordnet ist.
  • Der Ausdruck „Leistungshalbleitervorrichtung“, wie in dieser Schrift verwendet, soll eine Halbleitervorrichtung auf einem einzelnen Chip mit hohen Spannungssperr- und/oder hohen Stromführungsfähigkeiten beschreiben. Mit anderen Worten ist eine solche Leistungshalbleitervorrichtung für einen starken Strom, typischerweise im Ampere-Bereich z. B. von bis zu mehreren zehn oder hundert Ampere, und/oder für hohe Spannungen, typischerweise oberhalb von 15 V, typischer 100 V und darüber, z. B. bis zu wenigstens 400 V oder sogar darüber, z. B. in dem Bereich von 1,2 kV bis 2 kV oder bis zu wenigstens 3 kV oder sogar bis zu 6 kV oder darüber, gedacht.
  • Zum Beispiel kann die unten beschriebene Leistungshalbleitervorrichtung ein einziger Leistungshalbleiterchip sein, der eine Einzelzellenkonfiguration (wie etwa eine Einzeldiodenzelle), eine Streifenzellenkonfiguration oder eine zellulare Zellenkonfiguration aufweist und dazu konfiguriert sein kann, als eine Leistungskomponente in einer Anwendung mit niedriger, mittlerer und/oder hoher Spannung eingesetzt zu werden.
  • Zum Beispiel bezieht sich der Ausdruck „Leistungshalbleitervorrichtung“, wie in dieser Schrift verwendet, nicht auf logische Halbleitervorrichtungen, die z. B. zum Speichern von Daten, Berechnen von Daten und/oder für andere Arten von halbleiterbasierter Datenverarbeitung verwendet werden.
  • 1A zeigt einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft. Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10 mit einer Vorderseite 10-1 und einer Rückseite 10-2. Zum Beispiel kann der Halbleiterkörper 10 ein siliciumbasiertes Substrat, ein siliciumcarbidbasiertes Substrat, ein galliumnitridbasiertes Substrat oder z. B. ein anderes Halbleitersubstrat mit breiter Bandlücke umfassen oder daraus bestehen.
  • 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 ersten Lastanschlussstruktur 11, die auf der Vorderseite 10-1 des Halbleiterkörpers 10 angeordnet ist, und einer zweiten Lastanschlussstruktur 12, die auf der Rückseite des Halbleiterkörpers 10 angeordnet ist, konfiguriert sein kann. Entsprechend kann die Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß manchen Ausführungsformen als eine vertikale Leistungshalbleitervorrichtung 1 konfiguriert sein.
  • Zum Beispiel ist oder umfasst die Leistungshalbleitervorrichtung 1 wenigstens eines von Folgendem: eine Leistungsdiode, ein MOSFET, ein IGBT, einen rückwärts leitenden IGBT (RC-IGBT), einen Transistor mit hoher Elektronenmobilität (HEMT), wie etwa ein galliumbasierter HEMT, und einen Thyristor.
  • Falls die Leistungshalbleitervorrichtung 1 eine Leistungsdiode ist oder umfasst, kann der aktive Bereich 15 zum Beispiel eine große Leistungszelle 14 umfassen, wie beispielhaft in 1A veranschaulicht ist. Zum Beispiel kann die Leistungszelle 14 ein p-dotiertes Halbleitergebiet beinhalten, das als ein Anodengebiet konfiguriert ist und das sich in Kontakt mit einer Vorderseitenmetallisierung befindet, die einen Teil einer ersten Lastanschlussstruktur 11 bildet. Zum Beispiel kann das Anodengebiet einen pn-Übergang mit einem n-dotierten Driftgebiet 100 des Halbleiterkörpers 10 bilden.
  • Alternativ dazu kann der aktive Bereich 15 in dem Fall einer Transistorkonfiguration, z. B. in der Form eines MOSFET oder eines IGBT, ein Aktivzellenfeld 14 umfassen, das mehrere Transistorzellen umfasst, die zum Beispiel in jedem Fall ein Source-Gebiet, ein Körpergebiet und eine Gate-Elektrode (wie etwa eine Graben-Gate-Elektrode) umfassen, wobei die Gate-Elektrode zum selektiven Schalten der Leistungshalbleitervorrichtung 1 in einen vorwärts leitenden Zustand oder einen vorwärts sperrenden Zustand konfiguriert ist. Die Gestaltung solcher Aktivzellenfelder von Leistungshalbleitervorrichtungen ist einem Fachmann an sich gut bekannt und wird daher hier nicht ausführlicher besprochen.
  • Außer dem aktiven Bereich 15 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 1 ein Randabschlussgebiet 16 umfassen, das sich zwischen dem aktiven Bereich 15 und einem (nicht veranschaulichten) lateralen Chiprand des Halbleiterkörpers 10 erstreckt. Zum Beispiel kann das Randabschlussgebiet 16 den aktiven Bereich 15 lateral umgeben.
  • Wie hier verwendet, sind die Begriffe „Randabschlussgebiet“ und „aktiver Bereich“ beide mit der jeweiligen technischen Bedeutung assoziiert, die ein Fachmann typischerweise im Kontext von Leistungshalbleitervorrichtungen damit assoziiert. Das heißt, der aktive Bereich 15 ist primär zu Laststromleitungs- und im Fall einer Transistorkonfiguration zu Schaltzwecken konfiguriert, wohingegen das Randabschlussgebiet 16 primär Funktionen bezüglich zuverlässiger Sperrfähigkeiten, einer angemessenen Führung des elektrischen Feldes und manchmal auch Ladungsträgerableitungsfunktionen und/oder anderer Funktionen bezüglich Schutz und angemessenem Abschluss des aktiven Bereichs 15 erfüllt.
  • Das Randabschlussgebiet 16 kann eine Randabschlussstruktur 18 umfassen, die auf der Vorderseite 10-1 des Halbleiterkörpers 10 angeordnet sein kann. Eine solche Randabschlussstruktur 18 kann auch als eine Übergangsabschlussstruktur oder kurz als ein Übergangsabschluss bezeichnet werden. Zum Beispiel kann die Randabschlussstruktur 18 eine oder mehrere Komponenten, die innerhalb des Halbleiterkörpers 10 angeordnet sind, und/oder eine oder mehrere Komponenten, die oberhalb der Vorderseitenoberfläche 10-1 des Halbleiterkörpers 10 angeordnet sind, umfassen. In 1A ist die Randabschlussstruktur 18 lediglich schematisch als eine Struktur veranschaulicht, die auf der Vorderseite 10-1 innerhalb des Halbleiterkörpers 10 angeordnet ist, ohne spezielle strukturelle Einzelheiten zu zeigen.
  • Übliche Beispiele für Randabschlussstrukturen 18 sind Feldringe (die manchmal auch als Schutzringe bezeichnet werden), Feldplatten, eine Kombination aus Feldringen und Feldplatten und eine Übergangsabschlusserweiterung (JTE: Junction Termination Extension)-Randabschlussstruktur, wie etwa eine Variation-der-lateralen-Dotierung(VLD: Variation of lateral Doping)-Randabschlussstruktur. Ein Fachmann ist mit diesen Arten von Randabschlussstrukturen an sich gut vertraut. Daher werden sie an dieser Stelle nicht ausführlich erklärt.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 umfasst ferner ein Rückseitengebiet 17, das innerhalb des Halbleiterkörpers 10 auf der Rückseite 10-1 angeordnet ist. Das Rückseitengebiet 17 umfasst wenigstens eine erste Rückseitenemitterzone 171 und wenigstens eine zweite Rückseitenemitterzone 172, wobei die erste und zweite Rückseitenemitterzone 171, 172 innerhalb des aktiven Bereichs 15 der Leistungshalbleitervorrichtung 1 angeordnet sind.
  • 1A zeigt eine erste Rückseitenemitterzone 171 und eine zweite Rückseitenemitterzone 172 beispielhaft. Es ist jedoch anzumerken, dass gemäß manchen Ausführungsformen mehrere erste Rückseitenemitterzonen 171 und/oder mehrere zweite Rückseitenemitterzonen 172 bereitgestellt werden können.
  • 1B veranschaulicht eine Ausführungsformvariante, die sich von der einen aus 1A darin unterscheidet, dass der Halbleiterkörper 10 zusätzlich ein Feldstoppgebiet 100-1 umfasst, schematisch und beispielhaft. Das Feldstoppgebiet 100-1 ist zwischen dem Driftgebiet 100 und dem Rückseitengebiet 17 angeordnet und weist eine höhere Dotierungsstoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps als das Driftgebiet 100 auf.
  • Das Feldstoppgebiet 100-1 kann eine oder mehrere Dotierungsstoffkonzentrationsspitzen aufweisen. Zum Beispiel kann das Feldstoppgebiet 100-1 mittels einer oder mehrerer Protonenimplantationen durch die Rückseite 10-2 entstehen. Solche Verfahren und Varianten von Feldstoppgebieten, die manchmal als Puffergebiete bezeichnet werden, sind einem Fachmann prinzipiell wohl bekannt und werden hier daher nicht ausführlicher besprochen.
  • Bei einer Ausführungsform wurde das Feldstoppgebiet 100-1 mittels einer oder mehrerer Protonenimplantationen produziert, so dass sich ein Ende eines Bereichs einer flachsten Dotierungsstoffkonzentrationsspitze in einer Tiefe in einem Bereich von 1 µm bis 4 µm unterhalb einer Rückseitenoberfläche des Halbleiterkörpers 10 befindet. In diesem Zusammenhang soll die „flachste“ Spitze entweder die einzige Feldstoppspitze (falls es nur eine gibt) oder die Feldstoppspitze unter einigen Feldstoppspitzen, die sich am nächsten zu der Rückseitenoberfläche befindet, bezeichnen.
  • Bei einer Ausführungsform wurde das Feldstoppgebiet 100-1 durch eine Ionenimplantation von donatorartigen Atomen, wie etwa Phosphor, Selen oder Schwefel, mit einem anschließenden Eintreib(Drive-ln)-Schritt oder Temperschritt zum Beispiel mit einem Gauß-artigen Dotierungsprofil des Feldstoppgebiets 100-1 realisiert. Insbesondere bei der Implementierung eines Feldstoppgebiets 100-1 mit tiefen Donatoren, wie etwa Selenatomen, kann die Temperaturabhängigkeit der Lochinjektion durch die p-Short(Kurzschluss)-Gebiete 1711, 1712, 1721, 1722 während des Ausschaltprozesses reduziert werden. Für eine Feinabstimmung dieser Temperaturabhängigkeit können zusätzliche flache Donatoren in das Feldstoppgebiet 100-1 eingeführt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann eine jeweilige Flächenausdehnung sowohl der ersten Rückseitenemitterzone 171 als auch der zweiten Rückseitenemitterzone 172 wenigstens 5 %, wie etwa wenigstens 25 % oder sogar wenigstens 40 %, einer Flächenausdehnung des aktiven Bereichs 15 betragen.
  • Die erste und zweite Rückseitenemitterzone 171, 172 können sich voneinander bezüglich ihrer Rückseitenemittereigenschaften unterscheiden.
  • Zum Beispiel kann die wenigstens eine erste Rückseitenemitterzone 171 sowohl eine erste Emittereffizienz als auch eine erste Injektionseffizienz bei einem Nennstrom der Leistungshalbleitervorrichtung 1 aufweisen, wohingegen die wenigstens eine zweite Rückseitenemitterzone 171 sowohl eine zweite Emittereffizienz als auch eine zweite Injektionseffizienz bei dem Nennstrom aufweisen kann.
  • Für die Zwecke der vorliegenden Schrift ist die Emittereffizienz als das Verhältnis des Elektronenstroms bei einer Rückseite des p/n- oder n-/n+-Übergangs (d. h. bei einer Grenzfläche zwischen dem Feldstoppgebiet 100-1 und der ersten Rückseitenemitterzone 171 und/oder der zweiten Rückseitenemittergebietszone) und dem Gesamtstrom definiert, wobei diese Größe über die jeweilige erste oder zweite Rückseitenemitterzone 171, 172 gemittelt wird.
  • Ferner ist für die Zwecke der vorliegenden Schrift die Injektionseffizienz als das Verhältnis der Menge injizierter Löcher während der Sperrkommutierung der Leistungshalbleitervorrichtung 1 und der gesamten Sperrverzug(Reverse Recovery)-Ladung unter weichen kritischen Bedingungen (d. h. bei einem relativ geringen Strom, z. B. 0,1-mal einem Nennstrom, und bei einer relativ niedrigen Temperatur, z. B. 25 °C) definiert. Mit anderen Worten ist die Injektionseffizienz das zeitliche Integral über den Lochstrom in die Vorrichtung 1 während einem Sperrverzug im Vergleich zu dem zeitlichen Integral über den Gesamtstrom während des Sperrverzugs, typischerweise als Qrr bezeichnet, unter den weichen kritischen Bedingungen.
  • Ferner ist für die Zwecke der vorliegenden Schrift eine injizierte Lochladung der ersten Rückseitenemitterzone 171 bzw. der zweiten Rückseitenemitterzone 172 als die Ladung der injizierten Löcher während der Sperrkommutierung der Leistungshalbleitervorrichtung 1 unter weichen kritischen Bedingungen (d. h. bei einem relativ geringen Storm, z. B. 0,1-mal einem Nennstrom, und bei einer relativ niedrigen Temperatur, z. B. 25 °C) definiert. Mit anderen Worten ist die Injektionseffizienz das zeitliche Integral über den Lochstrom in die Vorrichtung 1 während einer Sperrung unter den weichen kritischen Bedingungen.
  • Ferner ist für die Zwecke der vorliegenden Schrift eine durchschnittliche Rückseitenplasmakonzentration, die mit der ersten Rückseitenemitterzone 171 bzw. der zweiten Rückseitenemitterzone 172 assoziiert ist, als ein Flächenintegral einer Konzentration freier Elektronen über einer horizontalen Querschnittsfläche bei einer Entfernung von 1 µm von einer Grenzfläche zwischen dem Feldstoppgebiet 100-1 und der jeweiligen ersten oder zweiten Rückseitenemitterzone 171, 172, normiert durch die Fläche, definiert.
  • Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unterscheidet sich die erste Emittereffizienz von der zweiten Emittereffizienz um wenigstens 1 %, wie etwa um wenigstens 5 %, z. B. um wenigstens 10 % oder sogar um wenigstens 20 %. Zusätzlich oder alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass sich die erste Injektionseffizienz von der zweiten Injektionseffizienz um wenigstens 5 %, z. B. um wenigstens 10 % oder sogar um wenigstens 20 %, unterscheidet.
  • Ferner unterscheidet sich die injizierte Lochladung der ersten Rückseitenemitterzone 171 gemäß einer Ausführungsform von der injizierten Lochladung der zweiten Rückseitenemitterzone 172 um wenigstens 10 %, wie etwa z. B. um wenigstens 20 % oder sogar um wenigstens 40 %.
  • Ferner unterscheidet sich die mit der ersten Rückseitenemitterzone (171) assoziierte durchschnittliche Rückseitenplasmakonzentration gemäß einer Ausführungsform von der mit der zweiten Rückseitenemitterzone (172) assoziierten durchschnittlichen Rückseitenplasmakonzentration um wenigstens 5 %, wie etwa um wenigstens 10 %, z. B. um wenigstens 20 %.
  • In Bezug auf strukturelle Merkmale können solche Unterschiede zwischen der ersten und zweiten Emitter- und/oder Injektionseffizienz und zwischen den jeweiligen injizierten Lochladungen oder einer durchschnittlichen Rückseitenplasmakonzentration erreicht werden, indem zum Beispiel innerhalb der ersten und/oder zweiten Rückseitenemitterzone 171, 172 mehrere Halbleitergebiete eines zweiten Leitfähigkeitstyps (z. B. p-Typs) bereitgestellt werden, der komplementär zu einem ersten Leitfähigkeitstyp (z. B. n-Typ) des Driftgebiets 100 ist.
  • Mit anderen Worten können, wie unten ausführlicher unter Bezugnahme auf 2-11 erklärt wird, die erste Rückseitenemitterzone 171 und die zweite Rückseitenemitterzone 172 als Metastrukturen konfiguriert sein, die jeweils unterschiedliche Anordnungen von Gebieten des zweiten Leitfähigkeitstyps 1711, 1721, 1712, 1722, die in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet sind, und von mehreren Gebieten des ersten Leitfähigkeitstyps 1740, die in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet sind, umfassen. Bei manchen Ausführungsformen können solche Metastrukturen 171, 172 auch durch die Abwesenheit von Gebieten des zweiten Leitfähigkeitstyps 1711, 1721, 1712, 1722 gekennzeichnet sein.
  • 2-11 veranschaulichen jeweils einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung 1, z. B. einer Leistungsdiode, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft. Der Querschnitt umfasst in jedem Fall einen Teil des Halbleiterkörpers 10 auf der Rückseite 10-1, der einen Teil des Feldstoppgebiets 100-1 und einen Teil des Rückseitengebiets 17 beinhaltet. Der veranschaulichte Teil des Rückseitengebiets 17 umfasst eine erste Rückseitenemitterzone 171 sowie eine zweite Rückseitenemitterzone 172. Ferner ist ein Teil der zweiten Lastanschlussstruktur 12 (in der Form einer Rückseitenmetallisierung) gezeigt.
  • Die Ausführungsformen aus 2-11 unterscheiden sich voneinander in der speziellen Anordnung von Gebieten des zweiten Leitfähigkeitstyps 1711, 1721, 1712, 1722 und von Gebieten des ersten Leitfähigkeitstyps 1740 innerhalb der ersten und zweiten Rückseitenemitterzone 171, 172, wie nachfolgend ausführlicher erklärt wird.
  • Gemäß den Ausführungsformen jeder der 2-11 kann die erste Rückseitenemitterzone 171 und/oder die zweite Rückseitenemitterzone 172 mehrere erste Sektoren 171-1, 172-1 und/oder mehrere zweite Sektoren 171-2, 172-2 umfassen.
  • Die ersten Sektoren 171-1, 172-1 sowie die zweiten Sektoren 171-2, 172-2 können derart konfiguriert sein, dass sie keinerlei signifikante Injektion von Ladungsträgern des ersten Leitfähigkeitstyps (z. B. Elektronen) während des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 1 unterstützen.
  • Zum Beispiel kann jeder erste Sektor 171-1, 171-2 wenigstens ein erstes Gebiet 1711, 1721 des zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen, wobei das erste Gebiet 1711, 1721 in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet ist und eine kleinste laterale Ausdehnung x1, x1' von höchstens 50 µm, wie etwa höchstens 30 µm, zum Beispiel höchstens 10 µm, aufweist.
  • Die ersten Gebiete 1711, 1721 können derart konfiguriert sein, dass sie keinerlei signifikante Injektion von Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps (z. B. Löcher) während des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 1 unterstützen.
  • Ferner kann jeder zweite Sektor 171-2, 172-2 wenigstens aus einem zweiten Gebiet 1712, 1722 des zweiten Leitfähigkeitstyps bestehen, wobei die zweiten Gebiete 1712, 1722 in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet sind und eine kleinste laterale Ausdehnung x2, x2' von wenigstens 50 µm, wie etwa wenigstens 100 µm, zum Beispiel wenigstens 200 µm, aufweisen. Falls der zweite Leitfähigkeitstyp „p“ ist, können die zweiten Gebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps 1712, 1722 auch als „p-Short-Gebiete“ bezeichnet werden.
  • Die kleinste laterale Ausdehnung x2, x2' dieser p-Short-Gebiete 1712, 1722 definiert den sperrstrominduzierten lateralen Spannungsabfall unterhalb dieser Gebiete 1712, 1722 während des Ausschaltprozesses und damit das Anfangsniveau der Injektion von Löchern während der Ausschaltphase. Bevorzugt ist das vertikale Dotierungsprofil dieser P-Short-Gebiete 1712, 1722 in dem Zentrum dieser Gebiete 1712, 1722 für alle dieser Gebiete 1712, 1722 näherungsweise gleich. Alternativ dazu können diese p-Gebiete 1712, 1722 unterschiedliche vertikale Dotierungsprofile aufweisen.
  • Im Gegensatz zu den ersten Gebieten 1711, 1721 können die zweiten Gebiete 1712, 1722 derart konfiguriert sein, dass sie eine Injektion von Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps (z. B. Löcher) während des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 1 unterstützen.
  • Lateral zwischen den Sektoren 171-1, 172-1, 171-2, 172-2 gibt es Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps 1740, die auch in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet sind. Eine laterale Ausdehnung dieser Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps 1740 kann groß genug sein, damit die Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps 1740 eine Injektion von Ladungsträgern des ersten Leitfähigkeitstyps (z. B. Elektronen) während des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 1 unterstützen. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen eine laterale Ausdehnung der Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps 1740 wenigstens 50 µm, wie etwa wenigstens 100 µm, zum Beispiel wenigstens 200 µm, betragen.
  • Entsprechend kann bei manchen Ausführungsformen eine laterale Entfernung d1, d1', d2, d2' zwischen benachbarten ersten und/oder zweiten Sektoren 171-1, 172-1, 171-2, 172-2 wenigstens 50 µm, wie etwa wenigstens 100 µm oder sogar wenigstens 200 µm, betragen.
  • Bei manchen Ausführungsformen können die Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps 1740 eine höhere Dotierungsstoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps als das Feldstoppgebiet 100-1 aufweisen.
  • Zum Beispiel können die Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps 1740 eine höhere Dotierungsstoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps als eine durchschnittliche Dotierungsstoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps in dem Feldstoppgebiet 100-1 aufweisen, wobei der Durchschnitt über eine vertikale Dicke des Feldstoppgebiets 100-1 genommen wird. Bei manchen Ausführungsformen kann die vertikale Dicke des Feldstoppgebiets 100-1 größer als 2 µm, wie etwa größer als 5 µm oder sogar größer als 10 µm sein.
  • Zum Beispiel können solche relativ hohen Dotierungsstoffkonzentrationen der Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps 1740 mittels eines Thermisches-Lasertempern(LTA: Laser Thermal Annealing)-Prozesses entstehen, der auf der Rückseite 10-1 ausgeführt wird.
  • Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine Dotierungsstoffkonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps der ersten Gebiete 1711, 1721 und/oder eine Dotierungsstoffkonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps der zweiten Gebiete 1712, 1722 auch höher als die Dotierungsstoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps des Feldstoppgebiets 100-1 sein.
  • Zum Beispiel können die ersten und/oder zweiten Gebiete 1711, 1721, 1712, 1722 eine höhere Dotierungsstoffkonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps als eine durchschnittliche Dotierungsstoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps in dem Feldstoppgebiet 100-1 aufweisen, wobei der Durchschnitt über eine vertikale Dicke des Feldstoppgebiets 100-1 genommen wird. Bei manchen Ausführungsformen kann die vertikale Dicke des Feldstoppgebiets 100-1 größer als 2 µm, wie etwa größer als 5 µm oder sogar größer als 10 µm sein.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen ist eine Dotierungsstoffkonzentration in einem jeweiligen zentralen Teil der Gebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps 1711, 1712 in der ersten Rückseitenemitterzone 171 im Wesentlichen gleich einer Dotierungsstoffkonzentration in einem jeweiligen zentralen Teil der Gebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps 1721, 1722 in der zweiten Rückseitenemitterzone 172; und eine Dotierungsstoffkonzentration in einem jeweiligen zentralen Teil der Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps 1740 in der ersten Rückseitenemitterzone 171 ist im Wesentlichen gleich einer Dotierungsstoffkonzentration in einem jeweiligen zentralen Teil der Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps 1740 in der zweiten Rückseitenemitterzone 172. In diesem Zusammenhang soll eine Aussage, dass Dotierungsstoffkonzentrationen „im Wesentlichen gleich“ sind, so verstanden werden, dass eine Dotierungsstoffkonzentration von der anderen Dotierungsstoffkonzentration höchstens um einen Faktor von 1,3, wie etwa höchstens um einen Faktor von 1,1, z. B. höchstens um einen Faktor von 1,05, abweicht.
  • Ferner kann gemäß manchen Ausführungsformen vorgesehen sein, dass sich die zweite Rückseitenemitterzone 172 von der ersten Rückseitenemitterzone 171 in wenigstens einem von Folgendem unterscheidet:
    • - der Anwesenheit (oder Abwesenheit) erster Sektoren 171-1, 172-1;
    • - der Anwesenheit (oder Abwesenheit) zweiter Sektoren 171-2, 172-2;
    • - einer kleinsten lateralen Ausdehnung x11, x11' erster Sektoren 171-1, 172-1;
    • - einer kleinsten lateralen Ausdehnung x2, x2' zweiter Sektoren 171-2, 172-2;
    • - einer lateralen Entfernung d1, d1' zwischen benachbarten ersten Sektoren 171-1, 172-1;
    • - einer lateralen Entfernung d2, d2' zwischen benachbarten zweiten Sektoren 171-2, 172-2;
    • - einer kleinsten lateralen Ausdehnung x1, x1' der ersten Gebiete 1711, 1721;
    • - einer lateralen Entfernung d11, d11' zwischen benachbarten ersten Gebieten 1711, 1721 innerhalb des ersten Sektors 171-1, 172-1.
  • Zum Beispiel unterscheidet sich bei der schematisch in 2 gezeigten Ausführungsform die zweite Rückseitenemitterzone 172 von der ersten Rückseitenemitterzone 171 darin, dass erste oder zweite Sektoren 172-1, 172-2 in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 vollständig fehlen, wohingegen die erste Rückseitenemitterzone 171 mehrere zweite Sektoren 171-2 umfasst. Die zweiten Sektoren 171-2 bestehen aus zweiten Gebieten 1712 des zweiten Leitfähigkeitstyps (z. B. p-Short-Gebiete), die jeweils eine laterale Ausdehnung x2 entlang der lateralen Richtung des Querschnitts aufweisen und in einer lateralen Entfernung d2 voneinander angeordnet sind. Ein Gebiet 1740 des ersten Leitfähigkeitstyps mit einer höheren Dotierungsstoffkonzentration als das erste Feldstoppgebiet 100-1 ist in jedem Fall zwischen zwei benachbarten zweiten Gebieten 1712 des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet.
  • Zum Beispiel während des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 2 kann eine relativ niedrige Plasmadichte freier Ladungsträger aus der Anwesenheit der zweiten Sektoren 171-2 in der ersten Rückseitenemitterzone 171 resultieren. Das heißt, dass eine Plasmadichte in der ersten Rückseitenemitterzone 171 und in Teilen des Halbleiterkörpers 10, die sich oberhalb des ersten Rückseitenemitters 171 befinden, im Vergleich zu einer Plasmadichte in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 und in Teilen des Halbleiterkörpers 10, die sich oberhalb des zweiten Rückseitenemittergebiets 172 befinden, relativ niedrig sein können.
  • Infolgedessen können im Vergleich zu dem Bereich der zweiten Rückseitenemitterzone 172 geringere statische und dynamische Verluste in dem Bereich der ersten Rückseitenemitterzone 171 auftreten. Da sich die erste Rückseitenemitterzone 171 näher an einem Zentrum des aktiven Bereichs 15 als die zweite Rückseitenemitterzone 172 befindet (siehe den in 2 gezeigten Teil des Randabschlussgebiets 173), kann die Anwesenheit der zweiten Sektoren 171-2 zu einer Temperaturhomogenisierung innerhalb des Halbleiterkörpers 10 beitragen.
  • Ferner kann eine Verlusterzeugung mittels Anpassen der Emittereffizienz in Gebieten verbesserter thermischer Kühlung erhöht werden, z. B. unterhalb von Bondfüßen und/oder nahe Gebieten mit geringem Verlust, wie etwa z. B. Stromerfassungspads oder ähnlichem.
  • Bei einem anderen Aspekt wird möglicherweise nicht nur die Temperaturverteilung, sondern auch die Weichheit der Vorrichtung 1 beeinflusst: Zum Beispiel können die p-Shorts 171-2 Löcher während einer Kommutierung injizieren und dementsprechend eine ausreichende Weichheit bereitstellen.
  • Mit Bezug auf das Randabschlussgebiet 173 ist anzumerken, dass in jeder der Ausführungsformen aus 2-11 das Rückseitengebiet 17 ferner eine dritte Rückseitenzone 173 umfasst, die innerhalb des Randabschlussgebiets 16 angeordnet ist. Die dritte Rückseitenzone 173 umfasst mehrere Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps 1731 und mehrere Gebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps 1732, die in abwechselnder Reihenfolge in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet sind, wobei die Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps 1731 und die Gebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps 1732 eine kleinste laterale Ausdehnung x4, x5 von höchstens 50 µm, wie etwa höchstens 30 µm, zum Beispiel 10 µm, aufweisen.
  • Die dritte Rückseitenzone 173 kann derart konfiguriert sein, dass keine signifikante Injektion von Elektronen oder Löchern in diesem Gebiet während des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 1 auftritt. In diesem Sinn kann die dritte Rückseitenzone 173 auch als ein „toter Bereich“ bezeichnet werden. Infolgedessen wird keine wesentliche Menge an Plasma in der dritten Rückseitenzone 173 und in den Teilen des Halbleiterkörpers 10, die sich oberhalb der dritten Rückseitenzone 173 befinden, vorhanden sein. Auf diese Weise kann ein „Hohe dynamische Robustheit (HDR)“-Konzept mittels der dritten Rückseitenemitterzone(n) 173 realisiert werden.
  • Zum Beispiel kann eine laterale Ausdehnung x6 der dritten Rückseitenzone 173 wenigstens 0,5-mal, wie etwa zweimal oder sogar wenigstens 4-mal, eine vertikale Dicke z1 des Driftgebiets 100 betragen (siehe 1A-B).
  • Bei den in 2-11 gezeigten Ausführungsbeispielen ist die dritte Rückseitenzone 173 in dem Randabschlussgebiet 16 angeordnet. Bei manchen Ausführungsformen, bei denen die Leistungshalbleitervorrichtung 1 ein Gate aufweist (z. B. im Fall eines MOSFET oder eines RC-IGBT), kann eine solche dritte Rückseitenzone 173 zusätzlich oder alternativ dazu (wenigstens teilweise) unterhalb einer Gate-Runner-Elektrode angeordnet sein, die auf der Vorderseite 10-1 angeordnet ist.
  • Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel umfassen sowohl die erste Rückseitenemitterzone 171 als auch die zweite Rückseitenemitterzone 172 jeweils mehrere zweite Sektoren 171-2, 172-2. In diesem Fall ist der notwendige Unterschied zwischen der ersten Rückseitenemitterzone 171 und der zweiten Rückseitenemitterzone 172 in einer kleinsten lateralen Ausdehnung x2, x2' der jeweiligen zweiten Sektoren 171-2, 172-2 und in einer lateralen Entfernung d2, d2' zwischen benachbarten zweiten Sektoren 171-2, 172-2: Die zweiten Gebiete 1722 des zweiten Leitfähigkeitstyps in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 weisen eine größere laterale Ausdehnung x2' im Vergleich zu der lateralen Ausdehnung x2 der zweiten Gebiete 1712 des zweiten Leitfähigkeitstyps in der ersten Rückseitenemitterzone 171 auf. Außerdem ist die laterale Entfernung d2' zwischen benachbarten zweiten Gebieten 1722 in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 im Vergleich zu der lateralen Entfernung d2 zwischen benachbarten zweiten Gebieten 1712 in der ersten Rückseitenemitterzone 171 größer.
  • Zum Beispiel kann ein Flächenverhältnis der zweiten Gebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps 1722 in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 gegenüber den Gebieten des ersten Leitfähigkeitstyps 1740 in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 ähnlich oder gleich einem Flächenverhältnis der zweiten Gebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps 1712 in der ersten Rückseitenemitterzone 171 gegenüber Gebieten des ersten Leitfähigkeitstyps 1740 in der ersten Rückseitenemitterzone 172 sein. Trotzdem können unterschiedliche Emitter- und/oder Injektionseffizienzen in dem ersten Rückseitenemittergebiet 171 und dem zweiten Rückseitenemittergebiet 172 mittels einer geeigneten Gestaltung der jeweiligen zweiten Gebiete 1712, 1722 realisiert werden.
  • Zum Beispiel kann die relativ grobe Struktur der zweiten Sektoren 172-2 (relative breite p-Shorts) in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 eine im Vergleich zu der ersten Rückseitenemitterzone 171 effizientere Kathode in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 ergeben. Infolgedessen können, ähnlich dem, was oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde, die Plasmadichte sowie die statischen und dynamischen Verluste im Betrieb in dem Bereich der zweiten Rückseitenemitterzone 172 höher als in dem Bereich der ersten Rückseitenemitterzone 171 sein.
  • In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass eine höhere Plasmadichte die Durchlassspannung der Diode 1 reduzieren kann. Ferner wählt der Strom in einer Parallelverbindung von Bereichen mit unterschiedlichen Plasmadichten und dementsprechend unterschiedlichen (lokalen) Durchlassspannungen bevorzugt einen Pfad durch den Bereich mit einer relativ niedrigen Durchlassspannung, d. h. die zweite Rückseitenemitterzone 172 bei dem vorliegenden Beispiel. Infolgedessen können im Vergleich zu der ersten Rückseitenemitterzone 171 höhere statische und dynamische Verluste (die eine lokale Temperaturzunahme ergeben) in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 auftreten.
  • Ferner unter Bezugnahme auf alle oben und nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ist mit Bezug auf die Weichheit anzumerken, dass aufgrund der unterschiedlichen Gestaltung der Rückseitenemittergebiete 171, 172 (die einen Einfluss auf z. B. ein anfängliches Plasmaniveau, aber auch ein Sperrverzugsverhalten haben kann) die unterschiedlichen Rückseitenemittergebiete 171, 172 ihr maximales dl/dt (was für die Überspannung verantwortlich ist) zu unterschiedlichen Zeiten haben können. Dies kann ermöglichen, dass die Überspannung erheblich reduziert wird.
  • Ein weiterer Aspekt in Bezug auf die Weichheit, der insbesondere für die veranschaulichten Varianten mit „toten Bereichen“ 171-1 relevant sein kann, wie weiter unten erwähnt ist, ist Folgendes: Hier wird das Plasma auf der Rückseite 10-2 stark verringert, ohne jedoch während einer Kommutierung Weichheit spendende Löcher bereitzustellen. Diese möglicherweise frühe und starke Abnahme des Plasmas freier Ladungsträger in den Rückseitenemittergebieten 171, 172 mit solchen toten Bereichen 171-1 kann dann durch das jeweilige andere Rückseitenemittergebiet 171, 172 gedämpft werden, das an dieser Stelle noch Plasma aufweisen und Strom führen kann und dementsprechend dazu in der Lage sein kann, die Oszillationen zu dämpfen. Zum Beispiel kann die Gestaltung derart sein, dass aus dem „nichtweichen Gebiet“ 171, 172 das Plasma beseitigt wird, bevor aus dem „weichen Gebiet“ 171, 172 das Plasma beseitigt wird.
  • 4 zeigt eine weitere Ausführungsformvariante, bei der die laterale Entfernung d2' zwischen benachbarten zweiten Gebieten 1722 in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 im Vergleich zu der lateralen Entfernung d2 zwischen benachbarten zweiten Gebieten 1712 in der ersten Rückseitenemitterzone 171 größer ist. Bei dieser Ausführungsform sind die kleinsten lateralen Ausdehnungen x2, x2' der zweiten Sektoren 171-2, 172-2 in der ersten Rückseitenemitterzone 171 und in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 im Wesentlichen gleich.
  • Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die erste Rückseitenemitterzone 171 mehrere erste Sektoren 171-1, wobei jeder der ersten Sektoren 171-1 mehrere erste Gebiete 1711 umfasst, wobei die ersten Gebiete 1711 in einer lateralen Entfernung d11 voneinander von wenigstens dreimal der kleinsten lateralen Ausdehnung x1 der ersten Gebiete 1711 angeordnet sind. Mit anderen Worten umfasst jeder der ersten Sektoren 171-1 mehrere erste Gebiete 1711 des zweiten Leitfähigkeitstyps, die in einer abwechselnden Reihenfolge mit mehreren Gebieten 1740 des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet sind, ähnlich der dritten Rückseitenemitterzone 173 in dem Randabschlussgebiet 16, die oben beschrieben ist.
  • Im Gegensatz dazu umfasst die zweite Rückseitenemitterzone 172, ähnlich zu der Ausführungsform aus 2, keinerlei erste oder zweite Sektoren 172-1, 172-2. Stattdessen besteht die zweite Rückseitenemitterzone 172 bei der Ausführungsform aus 5 aus einem Gebiet des ersten Leitfähigkeitstyps 1740, das einen zusammenhängenden Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 bildet und eine laterale Ausdehnung d3 von wenigstens zehnmal der kleinsten lateralen Ausdehnung x1 der ersten Gebiete 1711 aufweist.
  • Obwohl die Emittereffizienz in dem ersten Rückseitenemittergebiet 171 und dem zweiten Rückseitenemittergebiet 172 gleich oder ähnlich sein kann, kann zum Beispiel die Anwesenheit von relativ fein strukturierten ersten Sektoren 171-1 die Injektionseffizienz des ersten Rückseitenemittergebiets 171 im Vergleich zu dem zweiten Rückseitenemittergebiet 172 reduzieren, so dass keine oder nur eine geringe Injektion freier Ladungsträger durch die fein strukturierten Sektoren auftritt. Infolgedessen können im Vergleich zu dem Bereich des zweiten Rückseitenemittergebiets 172 dynamische Verluste in dem Bereich des ersten Rückseitenemittergebiets 171 reduziert werden.
  • Zum Beispiel können die fein strukturierten ersten Sektoren 171-1 so konfiguriert sein, dass sie überhaupt keine signifikante Injektion von Elektronen oder Löchern unterstützen. In diesem Fall können die ersten Sektoren 171-1 ähnlich dem, was oben mit Bezug auf die dritte Zone 173 in dem Randabschlussgebiet 16 beschrieben wurde, auch als „tote Bereiche“ bezeichnet werden.
  • Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die erste Rückseitenemitterzone 171 mehrere erste Sektoren 171-1, wobei jeder der ersten Sektoren 171-1 mehrere erste Gebiete 1711 umfasst, wobei die ersten Gebiete 1711 in einer lateralen Entfernung d11 voneinander von wenigstens dreimal der kleinsten lateralen Ausdehnung x1 der ersten Gebiete 1711 angeordnet sind. Die zweite Rückseitenemitterzone 172 umfasst mehrere zweite Sektoren 172-2, die jeweils aus einem zweiten Gebiet 1722 mit einer kleinsten lateralen Ausdehnung x2' von wenigstens zehnmal der kleinsten lateralen Ausdehnung x1 der ersten Gebiete 1711 bestehen.
  • Mit anderen Worten ist bei der Ausführungsform aus 6 die erste Rückseitenemitterzone 171 wie bei der Ausführungsform aus 5 konfiguriert, wohingegen die zweite Rückseitenemitterzone 172 wie bei den Ausführungsformen aus 3 und 4 konfiguriert ist.
  • Zum Beispiel kann die relativ grobe Strukturierung der zweiten Gebiete 1722 des zweiten Leitfähigkeitstyps in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 die Kathodeneffizienz im Vergleich zu der Konfiguration der zweiten Rückseitenemitterzone 172 gemäß 5 reduzieren. Gleichzeitig kann die relativ große laterale Ausdehnung x2' der zweiten Gebiete 1722 (breite p-Short-Gebiete) eine starke Injektion von Löchern während der Kommutierung ergeben, wodurch die Weichheit der Leistungshalbleitervorrichtung 1 verbessert wird.
  • In der ersten Rückseitenemitterzone 171 können die relativ fein strukturierten ersten Sektoren 171-1 eine ähnliche Kathodeneffizienz wie die zweiten Gebiete 1722 in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 ergeben. Jedoch kann die Injektionseffizienz aufgrund der fein strukturierten ersten Sektoren 171-1 relativ niedrig sein. Da keine zusätzlichen Löcher injiziert werden, können in diesem Gebiet geringere Schaltverluste (und daher eine geringere signifikante Temperaturzunahme) auftreten.
  • Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Rückseitenemitterzone 171 wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen aus 5 und 6 beschrieben konfiguriert. Jedoch umfasst bei der Ausführungsform aus 7 auch die zweite Rückseitenemitterzone 172 mehrere fein strukturierte Sektoren 172-1, wobei die ersten Sektoren 172-1 im Vergleich zu der lateralen Ausdehnung x11 der ersten Sektoren 171-1 in der ersten Rückseitenemitterzone 171 eine größere laterale Ausdehnung x11' aufweisen. Ferner ist eine laterale Entfernung d1' zwischen benachbarten ersten Sektoren 172-1 in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 größer als eine laterale Entfernung d1 zwischen benachbarten ersten Sektoren 171-1 in der ersten Emitterzone 171.
  • Bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die erste Rückseitenemitterzone 171 mehrere zweite Sektoren 171-2 (p-Shorts), wie oben unter Bezugnahme auf die erste Rückseitenemitterzone 171 der Ausführungsformen aus 2 und 3 beschrieben. Die zweite Rückseitenemitterzone 172 weist mehrere erste Sektoren 172-1 auf, die jeweils ein einziges relativ kleines erstes Gebiet 1721 des zweiten Leitfähigkeitstyps („winzige p-Shorts“) umfassen. Die ersten Sektoren 172-1 in der zweiten Rückseitenemitterzone 12 sind voneinander durch eine relativ große laterale Entfernung d1' beabstandet, die die laterale Entfernung d2 zwischen benachbarten zweiten Sektoren 171-2 in der ersten Rückseitenemitterzone 171 überschreitet.
  • Bei der in 9 veranschaulichten Ausführungsform ist die zweite Rückseitenemitterzone 172 wie bei der Ausführungsform aus 8 beschrieben konfiguriert. Die erste Rückseitenemitterzone 171 umfasst keinerlei erste oder zweite Sektoren 171-1, 171-2, sondern besteht aus einem zusammenhängenden Gebiet 1740 des ersten Leitfähigkeitstyps (z. B. einem n++-Gebiet).
  • Bei dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen sowohl die zweite Rückseitenemitterzone 172 als auch die erste Rückseitenemitterzone 171 mehrere erste Sektoren 171-1, 172-1 ähnlich jenen in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 in den Ausführungsformen aus 8 und 9 auf („winzige p-Shorts“). In diesem Fall ist die laterale Entfernung d1 zwischen benachbarten ersten Gebieten 1711 in der ersten Rückseitenemitterzone 171 relativ groß und überschreitet die laterale Entfernung d1' zwischen benachbarten ersten Gebieten 1721 in der zweiten Rückseitenemitterzone 172.
  • Bei dem in 11 gezeigten Ausführungsbeispiel umfassen sowohl die erste Rückseitenemitterzone 171 als auch die zweite Rückseitenemitterzone 172 mehrere zweite Sektoren 171-2, 172-2 („breite p-Shorts“). Außerdem ist in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 ein kleines erstes Gebiet 1721 („winziger p-Short“) in der Nähe des zweiten Gebiets 1722 angeordnet. Bei anderen (nicht veranschaulichten) Ausführungsformvarianten können mehrere solcher winzigen p-Shorts 1721 in der Nähe mancher oder aller der zweiten Gebiete 1722 angeordnet sein.
  • Das in 12 gezeigte Ausführungsbeispiel ähnelt dem einen aus 3 darin, dass sowohl die erste Rückseitenemitterzone 171 als auch die zweite Rückseitenemitterzone 172 jeweils mehrere zweite Sektoren 171-2, 172-2 umfasst, wobei eine kleinste laterale Ausdehnung x2 der zweiten Gebiete 1712 des zweiten Leitfähigkeitstyps in der ersten Rückseitenemitterzone 171 kleiner als eine kleinste laterale Ausdehnung x2' der zweiten Gebiete 1722 des zweiten Leitfähigkeitstyps in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 ist. In diesem Fall ist jedoch ein Rastermaß P zwischen benachbarten zweiten Sektoren 171-2, 172-2 in dem ersten Rückseitenemittergebiet 171 und dem zweiten Rückseitenemittergebiet 172 im Wesentlichen gleich, wie veranschaulicht ist.
  • Zum Beispiel kann ein p-Flächenbedeckungsverhältnis (d. h. der Anteil an einer Gesamtfläche der ersten oder zweiten Rückseitenemitterzone 171, 172, der mit zweiten Gebieten 1712, 1722 bedeckt ist) in der ersten Rückseitenemitterzone 171 im Vergleich zu einem p-Flächenabdeckungsverhältnis in der zweiten Rückseitenemitterzone 172 verschieden sein, wobei der Unterschied wenigstens 2 %, wie etwa wenigstens 5 %, wenigstens 10 %, wenigstens 20 % oder sogar wenigstens 40 %, beträgt.
  • Jede der 13A-E veranschaulicht jeweils einen Abschnitt eines horizontalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft. In jedem Fall schneidet der Querschnitt das Rückseitengebiet 17 horizontal und veranschaulicht beispielhafte geometrische Muster, in denen die zweiten Gebiete 1712 des zweiten Leitfähigkeitstyps innerhalb des Gebiets 1740 des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet werden können. In 12A-E sind die zweiten Gebiete 1712 innerhalb einer ersten Rückseitenemitterzone 171, wie etwa einer ersten Rückseitenemitterzone 171 einer der oben beschriebenen Ausführungsformen als ein Beispiel gezeigt. Es ist jedoch anzumerken, dass die gleichen oder ähnliche geometrische Anordnungen auch für die zweiten Gebiete 1722 innerhalb einer oder mehrerer zweiter Rückseitenemitterzonen 172, wie etwa einer zweiten Rückseitenemitterzone 172 einer der oben beschriebenen Ausführungsformen, gewählt werden können.
  • Wie veranschaulicht, können die zweiten Gebiete 1712 in einem horizontalen Querschnitt zum Beispiel wenigstens eines von Folgendem aufweisen: eine kreisförmige Konfiguration (13A-B); eine Ringkonfiguration (13C); eine Streifenkonfiguration (13D); und eine Wabenkonfiguration (13E).
  • 14A-F zeigen jeweils einen Abschnitt eines horizontalen Querschnitts durch das Rückseitengebiet 17 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft. Zum Beispiel ist in 14A ein kleiner Abschnitt einer ersten Rückseitenemitterzone 171 gezeigt, wobei die zweiten Gebiete 1712 des zweiten Leitfähigkeitstyps, die in einem Gebiet 1740 des ersten Leitfähigkeitstyps eingebettet sind, eine kreisförmige Konfiguration aufweisen, wie in 13B veranschaulicht ist.
  • 14B unterscheidet sich von 14A darin, dass ein sehr fein strukturierter erster Sektor 171-1 der Art, die oben unter Bezugnahme auf z. B. die ersten Sektoren 171-1, 172-1 in 5-6 beschrieben wurde, zusätzlich in einer zentralen Position zwischen den zweiten Gebieten 1712 bereitgestellt wurde. Wie die zweiten Gebiete 1712 weist auch der erste Sektor 171-1 eine kreisförmige Form auf.
  • 14C zeigt eine Konfiguration ähnlich der einen aus 14B, wobei der einzige Unterschied ist, dass der kreisförmige erste Sektor 171-1 einen größeren Durchmesser aufweist und dementsprechend einen größeren Flächenteil als bei der Ausführungsform aus 14B bedeckt.
  • Zum Beispiel können die fein strukturierten ersten Sektoren 171-1 so konfiguriert sein, dass sie überhaupt keine signifikante Injektion von Elektronen oder Löchern unterstützen. In diesem Fall können die ersten Sektoren 171-1 ähnlich dem, was oben mit Bezug auf die ersten Sektoren 171-1 in den Ausführungsformen aus 5-6 sowie die dritte Zone 173 in dem Randabschlussgebiet 16 beschrieben wurde, auch als „tote Bereiche“ bezeichnet werden.
  • In 14D-F sind einige weitere erklärende Konfigurationen zweiter Gebiete 1712 und erster Sektoren 171-1 gezeigt, wobei die erklärenden Ausführungsformen aus 14D-E auf einer Streifenkonfiguration, wie in 13D gezeigt, basieren. Das Ausführungsbeispiel aus 14F basiert auf einer Konfiguration, wie in 13C gezeigt, wobei bei der Variante gemäß 14F ein quadratförmiges zweites Gebiet 1712 von einem fein strukturierten ersten Sektor 171-1 umgeben ist.
  • Es ist anzumerken, dass, obwohl 14A-F beispielhafte Abschnitte der ersten Rückseitenemitterzone 171 zeigen, die gleichen oder ähnliche geometrische Anordnungen für in einer oder mehreren zweiten Rückseitenemitterzonen 172 gewählt werden können.
  • Oben wurden Ausführungsformen erklärt, die Leistungshalbleitervorrichtungen betreffen.
  • Diese Halbleitervorrichtungen können zum Beispiel auf Silicium (Si) basieren. Entsprechend kann ein(e) monokristalline(s) Halbleitergebiet oder -schicht, z. B. der Halbleiterkörper 10 und seine Gebiete/Zonen, z. B. Gebiete usw., ein(e) monokristalline(s) Si-Gebiet oder Si-Schicht sein. Bei anderen Ausführungsformen kann polykristallines oder amorphes Silicium eingesetzt werden.
  • Es versteht sich jedoch, dass der Halbleiterkörper 10 und seine Gebiete/Zonen aus einem beliebigen Halbleitermaterial gefertigt sein können, das zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung geeignet ist. Beispiele für solche Materialien beinhalten unter anderem elementare Halbleitermaterialien, wie etwa Silicium (Si) oder Germanium (Ge), Gruppe-IV-Verbindungshalbleitermaterialien, wie etwa Siliciumcarbid (SiC) oder Silicium-Germanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre Ill-V-Halbleitermaterialien, wie etwa Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumphosphid (InGaPa), Aluminiumgalliumnitrid (AIGaN), Aluminiumindiumnitrid (AllnN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Aluminiumgalliumindiumnitrid (AIGalnN) oder Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP), und binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien, wie etwa Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilbercadmiumtellurid (HgCdTe), um nur einige zu nennen. Die zuvor erwähnten Halbleitermaterialien werden auch als „Homoübergang-Halbleitermaterialien“ bezeichnet. Wenn zwei verschiedene Halbleitermaterialien kombiniert werden, wird ein Heteroübergang-Halbleitermaterial gebildet. Beispiele für Heteroübergang-Halbleitermaterialien beinhalten unter anderem Aluminiumgalliumnitrid(AIGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid(AIGalnN), lndiumgalliumnitrid(lnGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid(AIGalnN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Galliumnitrid(GaN), Aluminiumgalliumnitrid(AIGaN)-Galliumnitrid(GaN), lndiumgalliumnitrid(lnGaN)-Aluminiumgalliumnitrid(AIGaN), Silicium-Siliciumcarbid (SixC1-x) und Silicium-SiGe-Heteroübergang-Halbleitermaterialien. Für Leistungshalbleiterschalteranwendungen werden zurzeit hauptsächlich Si-, SiC-, GaAs- und GaN-Materialien verwendet.
  • Die räumlich relativen Begriffe, wie „unter“, „unterhalb“, „niedriger“, „über“, „obere/r“ und dergleichen werden der Einfachheit der Beschreibung halber verwendet, um die Position eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu beschreiben. Es wird beabsichtigt, dass diese Begriffe zusätzlich zu verschiedenen Orientierungen, die in den Figuren dargestellt sind, verschiedene Orientierungen der entsprechenden Vorrichtung einschließen. Ferner werden auch Ausdrücke wie „erster“, „zweiter“ und dergleichen verwendet, um verschiedene Elemente, Gebiete, Abschnitte usw. zu beschreiben, und es wird ebenfalls nicht beabsichtigt, dass diese beschränkend sind. Durch die Beschreibung hinweg verweisen gleiche Begriffe auf gleiche Merkmale.
  • Wie hier verwendet, sind die Begriffe „aufweisend“, „enthaltend“, „beinhaltend“, „umfassend“, „zeigend“ und dergleichen offene Begriffe und geben das Vorhandensein angegebener Elemente oder Merkmale an, schließen aber keine zusätzlichen Elemente oder Merkmale aus.
  • In Anbetracht der obigen Bandbreite von Variationen und Anwendungen versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die vorangehende Beschreibung beschränkt wird, noch wird sie durch die beigefügten Zeichnungen beschränkt. Stattdessen ist die vorliegende Erfindung lediglich durch die folgenden Ansprüche und deren rechtliche Äquivalente beschränkt.

Claims (19)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung (1), die Folgendes umfasst: - einen Halbleiterkörper (10), der eine Vorderseite (10-1) und eine Rückseite (10-2) aufweist; - 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) konfiguriert ist; - ein Driftgebiet (100) des Halbleiterkörpers (10), wobei das Driftgebiet (100) einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist und zum Leiten des Laststroms konfiguriert ist; - ein Rückseitengebiet (17) des Halbleiterkörpers (10), wobei das Rückseitengebiet (17) auf der Rückseite (10-1) angeordnet ist und innerhalb des aktiven Bereichs (15) eine erste Rückseitenemitterzone (171) und eine zweite Rückseitenemitterzone (172) umfasst, wobei die erste Rückseitenemitterzone (171) und/oder die zweite Rückseitenemitterzone (172) Folgendes umfasst: o mehrere erste Sektoren (171-1, 172-1), die jeweils wenigstens ein erstes Gebiet (1711, 1721) eines zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen, wobei das erste Gebiet (1711, 1721) in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) angeordnet ist und eine kleinste laterale Ausdehnung (x1, x1') von höchstens 50 µm aufweist; und/oder o mehrere zweite Sektoren (171-2, 172-2), die jeweils wenigstens ein zweites Gebiet (1712, 1722) des zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen, wobei die zweiten Gebiete (1712, 1722) in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) angeordnet sind und eine kleinste laterale Ausdehnung (x2, x2') von wenigstens 50 µm aufweisen;wobei sich die zweite Rückseitenemitterzone (172) von der ersten Rückseitenemitterzone (171) in wenigstens einem von Folgendem unterscheidet: o der Anwesenheit erster Sektoren (171-1, 172-1); o der Anwesenheit zweiter Sektoren (171-2, 172-2); o einer kleinsten lateralen Ausdehnung (x11, x11') erster Sektoren (171-1, 172-1); o einer kleinsten lateralen Ausdehnung (x2, x2') zweiter Sektoren (171-2, 172-2); o einer lateralen Entfernung (d1, d1') zwischen benachbarten ersten Sektoren (171-1, 172-1); o einer lateralen Entfernung (d2, d2') zwischen benachbarten zweiten Sektoren (171-2, 172-2); o einer kleinsten lateralen Ausdehnung (x1, x1') der ersten Gebiete (1711, 1721); o einer lateralen Entfernung (d11, d11') zwischen benachbarten ersten Gebieten (1711, 1721) innerhalb desselben ersten Sektors (171-1, 172-1).
  2. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei eine Flächenausdehnung sowohl der ersten Rückseitenemitterzone (171) als auch der zweiten Rückseitenemitterzone (172) wenigstens 5 % des aktiven Bereichs (15) beträgt.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine laterale Entfernung (d1, d1', d2, d2') zwischen benachbarten ersten und/oder zweiten Sektoren (171-1, 172-1, 171-2, 172-2) wenigstens 50 µm beträgt.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Rückseitenemitterzone (171) und/oder die zweite Rückseitenemitterzone (172) mehrere erste Sektoren (171-1, 172-1) umfasst, wobei jeder der ersten Sektoren (171-1, 172-1) mehrere erste Gebiete (1711, 1721) umfasst, wobei die ersten Gebiete (1711, 1721) in einer lateralen Entfernung (d11, d11') voneinander von wenigstens dreimal der kleinsten lateralen Ausdehnung (x1, x1') der ersten Gebiete (1711, 1721) angeordnet sind.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die erste Rückseitenemitterzone (171) mehrere erste Sektoren (171-1) umfasst, wobei jeder der ersten Sektoren (171-1) mehrere erste Gebiete (1711) umfasst, wobei die ersten Gebiete (1711) in einer lateralen Entfernung (d11) voneinander von wenigstens dreimal der kleinsten lateralen Ausdehnung (x1) der ersten Gebiete (1711) angeordnet sind; und - die zweite Rückseitenemitterzone (172) ein Gebiet des ersten Leitfähigkeitstyps (1740) umfasst, das einen zusammenhängenden Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) bildet und eine laterale Ausdehnung (d3) von wenigstens zehnmal der kleinsten lateralen Ausdehnung (x1) der ersten Gebiete (1711) aufweist.
  6. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die erste Rückseitenemitterzone (171) mehrere erste Sektoren (171-1) umfasst, wobei jeder der ersten Sektoren (171-1) mehrere erste Gebiete (1711) umfasst, wobei die ersten Gebiete (1711) in einer lateralen Entfernung (d11) voneinander von wenigstens dreimal der kleinsten lateralen Ausdehnung (x1) der ersten Gebiete (1711) angeordnet sind; und - die zweite Rückseitenemitterzone (172) mehrere zweite Sektoren (172-2) umfasst, die jeweils aus einem zweiten Gebiet (1722) mit einer kleinsten lateralen Ausdehnung (x2') von wenigstens zehnmal der kleinsten lateralen Ausdehnung (x1) der ersten Gebiete (1711) bestehen.
  7. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rückseitengebiet (17) ferner eine dritte Rückseitenzone (173) umfasst, die mehrere Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps (1731) und mehrere Gebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps (1732) umfasst, die in abwechselnder Reihenfolge in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) angeordnet sind, wobei die Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps (1731) und die Gebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps (1732) eine kleinste laterale Ausdehnung (x4, x5) von höchstens 50 µm aufweisen.
  8. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei die dritte Rückseitenzone (173) in einem Randabschlussgebiet (16) des Halbleiterkörpers (10) angeordnet ist.
  9. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die dritte Rückseitenzone (173) unterhalb einer Gate-Runner-Elektrode angeordnet ist, die auf der Vorderseite (10-1) angeordnet ist.
  10. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei eine laterale Ausdehnung (x6) der dritten Rückseitenzone (173) wenigstens 0,5-mal eine vertikale Dicke (z1) des Driftgebiets (100) beträgt.
  11. Leistungshalbleitervorrichtung (1), die Folgendes umfasst: - einen Halbleiterkörper (10), der eine Vorderseite (10-1) und eine Rückseite (10-2) aufweist; - 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) konfiguriert ist; - ein Driftgebiet (100) des Halbleiterkörpers (10), wobei das Driftgebiet (100) einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist und zum Leiten des Laststroms konfiguriert ist; - ein Rückseitengebiet (17) des Halbleiterkörpers (10), wobei das Rückseitengebiet (17) auf der Rückseite (10-1) angeordnet ist und innerhalb des aktiven Bereichs (15) eine erste Rückseitenemitterzone (171) und eine zweite Rückseitenemitterzone (172) umfasst, wobei die erste Rückseitenemitterzone (171) und/oder die zweite Rückseitenemitterzone (172) Folgendes umfasst: o mehrere erste Sektoren (171-2, 172-2), die jeweils wenigstens ein zweites Gebiet (1712, 1722) des zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen, wobei die zweiten Gebiete (1712, 1722) in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) angeordnet sind und eine kleinste laterale Ausdehnung (x2, x2') von wenigstens 50 µm aufweisen; wobei die erste Rückseitenemitterzone (171) sowohl eine erste Emittereffizienz als auch eine erste Injektionseffizienz aufweist; wobei die zweite Rückseitenemitterzone (172) sowohl eine zweite Emittereffizienz als auch eine zweite Injektionseffizienz bei dem Nennstrom aufweist; wobei - die erste Emittereffizienz von der zweiten Emittereffizienz um wenigstens 1 % abweicht; und/oder - die erste Injektionseffizienz von der zweiten Injektionseffizienz um wenigstens 5 % abweicht; und/oder - eine injizierte Lochladung der ersten Rückseitenemitterzone (171) von einer injizierten Lochladung der zweiten Rückseitenemitterzone (172) um wenigstens 10 % abweicht; und/oder - eine mit der ersten Rückseitenemitterzone (171) assoziierte durchschnittliche Rückseitenplasmakonzentration von einer mit der zweiten Rückseitenemitterzone (172) assoziierten durchschnittlichen Rückseitenplasmakonzentration um wenigstens 5 % abweicht.
  12. Leistungshalbleitervorrichtung (1), die Folgendes umfasst: - einen Halbleiterkörper (10), der eine Vorderseite (10-1) und eine Rückseite (10-2) aufweist; - 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) konfiguriert ist; - ein Driftgebiet (100) des Halbleiterkörpers (10), wobei das Driftgebiet (100) einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist und zum Leiten des Laststroms konfiguriert ist; - ein Rückseitengebiet (17) des Halbleiterkörpers (10), wobei das Rückseitengebiet (17) auf der Rückseite (10-1) angeordnet ist und innerhalb des aktiven Bereichs (15) eine erste Rückseitenemitterzone (171) und eine zweite Rückseitenemitterzone (172) umfasst, wobei sowohl die erste Rückseitenemitterzone (171) als auch die zweite Rückseitenemitterzone (172) mehrere Gebiete eines zweiten Leitfähigkeitstyps (1711, 1721, 1712, 1722), die in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) angeordnet sind, und mehrere Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps (1740), die in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) angeordnet sind, umfasst; wobei eine Dotierungsstoffkonzentration in einem jeweiligen zentralen Teil der Gebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps (1711, 1712) in der ersten Rückseitenemitterzone (171) im Wesentlichen gleich einer Dotierungsstoffkonzentration in einem jeweiligen zentralen Teil der Gebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps (1721, 1722) in der zweiten Rückseitenemitterzone (172) ist; wobei eine Dotierungsstoffkonzentration in einem jeweiligen zentralen Teil der Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps (1740) in der ersten Rückseitenemitterzone (171) im Wesentlichen gleich einer Dotierungsstoffkonzentration in einem jeweiligen zentralen Teil der Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps (1740) in der zweiten Rückseitenemitterzone (172) ist; wobei die erste Rückseitenemitterzone (171) sowohl eine erste Emittereffizienz als auch eine erste Injektionseffizienz aufweist; wobei die zweite Rückseitenemitterzone (172) sowohl eine zweite Emittereffizienz als auch eine zweite Injektionseffizienz bei dem Nennstrom aufweist; wobei - die erste Emittereffizienz von der zweiten Emittereffizienz um wenigstens 1 % abweicht; und/oder - die erste Injektionseffizienz von der zweiten Injektionseffizienz um wenigstens 5 % abweicht; und/oder - eine injizierte Lochladung der ersten Rückseitenemitterzone (171) von einer injizierten Lochladung der zweiten Rückseitenemitterzone (172) um wenigstens 10 % abweicht; und/oder - eine mit der ersten Rückseitenemitterzone (171) assoziierte durchschnittliche Rückseitenplasmakonzentration von einer mit der zweiten Rückseitenemitterzone (172) assoziierten durchschnittlichen Rückseitenplasmakonzentration um wenigstens 5 % abweicht.
  13. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem horizontalen Querschnitt durch die erste Rückseitenemitterzone (171) und/oder die zweite Rückseitenemitterzone (172) Gebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps (1711, 1721, 1712, 1722) wenigstens eines von Folgendem aufweisen: eine kreisförmige Konfiguration; eine Ringkonfiguration; eine Streifenkonfiguration; und eine Wabenkonfiguration.
  14. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterkörper (10) ein Feldstoppgebiet (100-1) umfasst, wobei das Feldstoppgebiet (100-1) zwischen dem Driftgebiet (100) und dem Rückseitengebiet (17) angeordnet ist und eine höhere Dotierungsstoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps als das Driftgebiet (100) aufweist.
  15. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 14, wobei das Feldstoppgebiet (100-1) mittels Protonenimplantation entstanden ist.
  16. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 15, wobei sich ein Ende eines Bereichs einer flachsten Dotierungsstoffkonzentrationsspitze in einer Tiefe in einem Beriech von 1 µm bis 4 µm unterhalb einer Rückseitenoberfläche des Halbleiterkörpers (10) befindet.
  17. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Rückseitengebiet (17) ein oder mehrere Gebiete des ersten Leitfähigkeitstyps (1740) umfasst, das/die in Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) angeordnet ist/sind und eine höhere Dotierungsstoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps als das Feldstoppgebiet (100-1) aufweist/aufweisen.
  18. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 14 oder 17, wobei eine Dotierungsstoffkonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps der ersten Gebiete (1711, 1721) und/oder eine Dotierungsstoffkonzentration der zweiten Gebiete (1712, 1722) größer als die Dotierungsstoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps des Feldstoppgebiets (100-1) ist.
  19. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung (1) Folgendes ist oder umfasst: eine Leistungsdiode; ein RC-IGBT; und/oder ein MOSFET.
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