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Dokumentenidentifikation DE102005053487A1 31.05.2007
Titel Leistungs-IGBT mit erhöhter Robustheit
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Schulze, Hans-Joachim, Dr., 85521 Ottobrunn, DE;
Pfaffenlehner, Manfred, 80637 München, DE;
Rüthing, Holger, 80639 München, DE
Vertreter Westphal, Mussgnug & Partner, 80336 München
DE-Anmeldedatum 09.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005053487
Offenlegungstag 31.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse H01L 29/739(2006.01)A, F, I, 20051109, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Leistungs-IGBT, der folgende Merkmale aufweist:
- einen Halbleiterkörper (100) mit einer Emitterzone (11) eines ersten Leitungstyps und einer sich an die Emitterzone (11) anschließenden Driftzone (12) eines zweiten Leitungstyps;
- ein Zellenfeld mit einer Anzahl Transistorzellen (13), die jeweils eine Sourcezone (15), eine zwischen der Sourcezone (15) und der Driftzone angeordnete Bodyzone (14) und ein isoliert gegenüber der Sourcezone (15) und der Bodyzone (14) angeordnete Gateelektrode (16) aufweisen und bei denen die Sourcezone (15) und die Bodyzone (14) kurzgeschlossen sind, wobei das Zellenfeld einen ersten Zellenfeldabschnitt (101) mit einer ersten Zellendichte und einen zweiten Zellenfeldabschnitt (102) mit einer zweiten Zellendichte, die geringer ist als die erste Zellendichte, aufweist,
- wobei die Emitterzone (11) im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes einen geringeren Emitterwirkungsgrad als im Bereich des ersten Zellenfeldabschnittes besitzt.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leistungs-IGBT.

Leistungs-IGBTs sind hinlänglich bekannt und beispielsweise n Stengl, Tihanyi: "Leistungs-MOS-FET-Praxis", Pflaum Verlag, München, 1992, Seiten 101–104 oder in Baliga: "Power Semiconductor Devices", PWS Publishing, 1995, Seiten 428–431, beschrieben.

1 zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt durch einen vertikalen Leistungs-IGBT. Dieser IGBT umfasst einen Halbleiterkörper 100 mit einer Emitterzone 11, die bei dem Bauelement gemäß 1 im Bereich einer Rückseite des Halbleiterkörpers 100 angeordnet ist. Diese Emitterzone 11 wird bei einem IGBT auch als Kollektor bezeichnet. An die Emitterzone 11 schließt sich eine Driftzone 12 an, die komplementär zu der Emitterzone 11 dotiert ist. Im Bereich einer der Rückseite gegenüberliegenden Vorderseite des Halbleiterkörpers 100 ist ein Zellenfeld mit einer Anzahl gleichartig aufgebauter Transistorzellen vorhanden. Jede dieser Transistorzellen umfasst eine Sourcezone 15 sowie eine zwischen der Sourcezone 15 und der Driftzone 12 angeordnete Bodyzone 14, wobei die Bodyzone 14 komplementär zu der Sourcezone 15 und der Driftzone 12 dotiert ist.

Zur Steuerung eines leitenden Kanals bzw. eines Inversionskanals in der Bodyzone 14 zwischen der Driftzone 12 und der Sourcezone 15 ist eine Gateelektrode 16 vorhanden, die benachbart zu der Sourcezone 15 und der Bodyzone 14 angeordnet ist und die gegenüber dem Halbleiterkörper durch eine Gate-Isolationsschicht 17 isoliert ist. Die Bodyzonen 14 sind beabstandet zueinander in der Driftzone 12 angeordnet und besitzen in einer senkrecht zu der in 1 dargestellten Zeichenebene verlaufenden Ebene beispielsweise einen rechteckförmigen oder sechseckförmigen Querschnitt. Die Gateelektrode 16 ist in dieser Ebene gitterartig ausgebildet, wie dies beispielsweise in Stengl, Tihanyi, a.a.O., Seite 33, beschrieben ist, und weist Aussparungen auf, über welche eine Anschlusselektrode 18 die Sourcezonen 15 und Bodyzonen 14 der einzelnen Transistorzellen kontaktiert und diese Zonen 14, 15 dadurch kurzschließt. Die Gateelektrode 16 ist dabei mittels einer weiteren Isolationsschicht 19 gegenüber dieser Anschlusselektrode 18 isoliert.

Der dargestellte vertikale Leistungs-IGBT leitet, wenn eine positive Spannung zwischen der Emitterzone 11 und der Anschlusselektrode 18, die auch als Sourceelektrode bezeichnet wird, anliegt und wenn an der Gateelektrode 16 ein geeignetes Ansteuerpotential zur Ausbildung eines Inversionskanals in der Bodyzone 14 anliegt. Die Driftzone 11 wird bei leitendem IGBT mit p-Ladungsträgern bzw. Löchern überflutet, die bei Abschalten des Leistungs-IGBT über die Bodyzonen 14 an die auf dem niedrigeren Potential liegende Anschlusselektrode 18 abfließen müssen. Bei Abschalten des Bauelements ist darauf zu achten, dass eine Änderung des Gate-Potentials zur sperrenden Ansteuerung des Bauelements so langsam erfolgt, dass eine zeitliche Änderung der über dem Bauelement anliegenden Spannung bzw. eine zeitliche Änderung des das Bauelement durchfließenden Stromes während des Abschaltvorganges vorgegebene Grenzwerte nicht übersteigt. Diese Grenzwerte werden vom Hersteller spezifisch vorgegeben und dienen dazu, einen Betrieb des Bauelements im sogenannten SOA-Bereich (SOA = Safe Operating Area) sicherzustellen.

Wird das Bauelement zu schnell abgeschaltet, kann es zu einem sogenannten "Latch-Up" des Bauelements kommen. Hiermit bezeichnet man einen Vorgang, bei dem ein durch die n-dotierte Sourcezone 15, die p-dotierte Bodyzone 14 und die n-dotierte Driftzone 12 gebildeter parasitärer npn-Bipolartransistor einschaltet. Ein Einschalten dieses parasitären npn-Bipolartransistors bewirkt, dass ein durch die Sourcezone 15, die Bodyzone 14, die Driftzone 12 und die Emitterzone 11 gebildeter parasitärer Thyristor zündet, was zur Folge hat, dass das Bauelement nicht mehr steuerbar ist und es zu einer Zerstörung kommen kann. Der parasitäre npn-Bipolartransistor schaltet dann ein, wenn der bei Abschalten des Bauelements aus der Driftzone 12 abfließende Löcherstrom so groß ist, dass der in der Bodyzone 15 durch diesen Löcherstrom unterhalb der Sourcezonen 15 hervorgerufene Spannungsabfall größer ist als die Einsatzspannung des parasitären Bipolartransistors.

Besonders kritisch hinsichtlich des "Latch-Up"-Verhaltens sind Bereiche des Zellenfeldes, in denen die Zellendichte gegenüber übrigen Bereichen des Zellenfeldes reduziert ist und in denen damit weniger Anschlusskontakte an die Sourceelektrode 18 zum Abführen der Löcher aus der Driftzone 12 vorhanden sind. Mit dem Bezugszeichen 102 ist in dem Bauelement gemäß 1 ein Bereich mit einer solchen verringerten Zellendichte dargestellt. Es handelt sich in dem Beispiel um einen Bereich, in dem neben dem Zellenfeld eine Gate-Zuführung 22 vorhanden ist, die dazu dient, die Gate-Elektrode 16 niederohmig an ein Gate-Potential anzuschließen. Unterhalb dieser Gate-Zuführung 22 sind in der Driftzone 12 keine Transistorzellen und insbesondere keine Anschlüsse an die Sourceelektrode 18 vorhanden. Bei Abschalten des Bauelements müssen Löcher aus dem Bereich der Driftzone 12 unterhalb dieser Gate-Zuführungen 22 über die Bodyzonen 14 von Transistorzellen abfließen, die benachbart zu diesem Bereich 102 mit verringerter Zellendichte angeordnet sind. In diesen benachbarten Transistorzellen ist dadurch die Löcherstromdichte bei Abschalten des Bauelements gegenüber anderen Transistorzellen in dem Zellenfeld, die weiter beabstandet zu dem Bereich 102 angeordnet sind, erhöht, so dass die Gefahr eines "Latch-Up" für diese Transistorzellen besonders hoch ist. Diese Transistorzellen begrenzen dabei für das gesamte Bauelement die maximal zulässigen Strom- bzw. Spannungsänderungen bei Abschalten des Bauelements.

Die Strom- bzw. Spannungsänderungen, die in dem Bauelement bei Abschalten auftreten, sind hierbei um so geringer, je langsamer der Abschaltvorgang erfolgt. Allerdings erhöhen sich die Schaltverluste mit zunehmender Dauer des Ausschaltvorganges.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Leistungs-IGBT zur Verfügung zu stellen, der ein Zellenfeld mit einem ersten Zellenfeldabschnitt mit einer ersten Zellendichte und mit einem zweiten Zellenfeldabschnitt mit einer geringeren zweiten Zellendichte aufweist, der ein robustes "Latch-Up"-Verhalten aufweist.

Dieses Ziel wird durch einen Leistungs-IGBT gemäß der Ansprüche 1, 24, 27, 30 und 31 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäße Leistungs-IGBT weist einen Halbleiterkörper mit einer Emitterzone eines ersten Leitungstyps und einer sich an die Emitterzone anschließenden Driftzone eines zweiten Leitungstyps auf. Der Leistungs-IGBT umfasst außerdem ein Zellenfeld mit einer Anzahl Transistorzellen, die jeweils eine Sourcezone, eine zwischen der Sourcezone und der Driftzone angeordnete Bodyzone und eine isoliert gegenüber der Sourcezone und der Bodyzone angeordnete Gateelektrode aufweisen und bei denen die Sourcezone und die Bodyzone kurzgeschlossen sind. Das Zellenfeld weist einen ersten Zellenfeldabschnitt mit einer ersten Zellendichte und einen zweiten Zellenfeldabschnitt mit einer zweiten Zellendichte, die geringer ist als die erste Zellendichte, auf. Die zweite Zellendichte kann insbesondere auch Null sein, was gleichbedeutend damit ist, dass keine Transistorzellen in dem zweiten Zellenfeldabschnitt vorhanden sind.

Zur Verbesserung des "Latch-Up"-Verhaltens ist bei diesem IGBT vorgesehen, dass die Emitterzone im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes einen geringeren Emitterwirkungsgrad als im Bereich des ersten Zellenfeldabschnittes besitzt. Aufgrund dieses geringeren Emitterwirkungsgrades der Emitterzone im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes sind in der Driftzone im Bereich dieses zweiten Zellenfeldabschnittes bei leitend angesteuertem IGBT weniger p-Ladungsträger bzw. Löcher vorhanden als bei einem herkömmlichen Bauelement ohne eine solche Verringerung des Emitterwirkungsgrades. Aufgrund dieser geringeren Löcherkonzentration im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes unterliegen Transistorzellen, die in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten und zweiten Zellenfeldabschnitt angeordnet sind, bei Abschalten des IGBT einer geringeren Löcherstrombelastung als bei einem herkömmlichen Bauelement, was zu einer geringeren "Latch-Up"-Neigung dieser Transistorzellen führt.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Emitterzone einen ersten Emitterabschnitt im Bereich des ersten Zellenfeldabschnittes und einen zweiten Emitterabschnitt im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes aufweist. Zur Reduzierung des Emitterwirkungsgrades im Bereich des zweiten Emitterabschnittes ist hierbei vorgesehen, dass eine effektive Dotierungskonzentration des zweiten Emitterabschnitts an Dotierstoffatomen des ersten Leitungstyps geringer ist als eine effektive Dotierungskonzentration des ersten Emitterabschnitts. Diese geringere effektive Dotierungskonzentration des zweiten Emitterabschnitts kann dadurch erreicht werden, dass bei Herstellen der Emitterzone, beispielsweise mittels einer Ionenimplantation und einem anschließenden Ausheilschritt, in den zweiten Emitterabschnitt weniger Dotierstoffatome eingebracht werden als in den ersten Emitterabschnitt.

Die effektive Dotierungskonzentration des zweiten Emitterabschnittes kann gegenüber der effektiven Dotierungskonzentration des ersten Emitterabschnitts auch dadurch reduziert werden, dass die beiden Emitterabschnitte zunächst auf gleiche Weise dotiert werden, so dass sie gleiche Dotierstoffkonzentrationen aufweisen, dass anschließend jedoch Kristalldefekte im Bereich des zweiten Emitterabschnittes erzeugt werden.

Diese Defekte führen zu einer Reduzierung der effektiven Dotierungskonzentration und können beispielsweise durch eine sogenannte "Damage-Implantation" hergestellt werden, bei der nicht dotierende Atome in die zweite Emitterzone implantiert werden, die dort zu Kristalldefekten führen.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, auf eine Emitterzone im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes vollständig zu verzichten. Allerdings geht dadurch die Fähigkeit des IGBT verloren, Spannungen in Rückwärtsrichtung, also negative Drain-Source-Spannungen zu sperren.

Bei einem Leistungs-IGBT, in dessen Driftzone zwischen den Bodyzonen des Zellenfeldes und der Emitterzone emitterseitig, d.h. näher an der Emitterzone als an der Bodyzone, eine Feldstoppzone desselben Leitungstyps wie die Driftzone angeordnet ist, besteht alternativ oder zusätzlich zur Reduzierung des Emitterwirkungsgrades durch eine reduzierte Emitterdotierung die Möglichkeit, diese Feldstoppzone im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes höher zu dotieren als im Bereich des ersten Zellenfeldabschnittes, um dadurch das "Latch-Up"-Verhalten des Bauelements zu verbessern. Die erhöhte Dotierung der Feldstoppzone im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnitts führt – wie eine verringerte Dotierung der Emitterzone – zu einer Verringerung des Emitterwirkungsgrades und damit bei leitend angesteuertem Leistungs-IGBT zu einer reduzierten Löcherstromdichte in der Driftzone im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes. Um die Löcherstromdichte im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnitts möglichst effektiv abzusenken, reicht diese Zone verringerten Emitterwirkungsgrades vorzugsweise in lateraler Richtung bis in den ersten Zellenfeldabschnitt hinein. Die Ausdehnung dieser Zone verringerten Emitterwirkungsgrades in den ersten Zellenfeldabschnitt hinein beträgt vorzugsweise 0,1 bis 2 Diffusionslängen freier Ladungsträger.

Alternativ oder zusätzlich zu einer Verringerung des Emitterwirkungsgrades durch lokales Absenken der Emitterdotierung oder durch eine lokal erhöhte Dotierungskonzentration der Feldstoppzone ist vorgesehen, die Ladungsträgerlebensdauer für Löcher in der Driftzone im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes gegenüber übrigen Abschnitten der Driftzone zu reduzieren. Dies führt dazu, dass aus diesem Bereich des Driftzonenabschnittes bei Abschalten des Bauelements weniger Löcher über Transistorzellen im Übergangsbereich zwischen dem ersten und zweiten Zellenfeldabschnitt abgeführt werden müssen, wodurch das "Latch-Up"-Verhalten des Bauelements ebenfalls verbessert wird. Die Ladungsträgerlebensdauer der Driftzone im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes kann insbesondere durch eine erhöhte Konzentration an Kristallgitterdefekten in diesem Abschnitt der Driftzone erreicht werden. Es ist aber auch eine lokale Eindiffusion von Schwermetallen, wie z.B. Platin, möglich.

Zur Verbesserung des "Latch-Up"-Verhaltens besteht alternativ oder zusätzlich zu den zuvor erläuterten Maßnahmen auch die Möglichkeit, in einer Richtung von dem zweiten zu dem ersten Zellenfeldabschnitt eine oder mehrere Transistorzellen in dem Übergangsbereich zwischen dem ersten und zweiten Zellenfeldabschnitt so zu gestalten, dass deren Sourcezone eine geringere Abmessung in Richtung des Löcherflusses als die Sourcezonen von Transistorzellen in übrigen Bereichen des ersten Zellenfeldabschnitts aufweist. Diese Maßnahme führt dazu, dass im Vergleich zu einer Transistorzelle mit einer in ihren Abmessungen nicht verringerten Sourcezone ein höherer Löcherstrom fließen kann, ohne dass der durch die Sourcezone, die Bodyzone und die Driftzone gebildete parasitäre Bipolartransistor einschaltet. Insbesondere können im Übergangsbereich zwischen dem ersten und zweiten Zellenfeldabschnitt in einer Richtung von dem zweiten zu dem ersten Zellenfeldabschnitt eine oder mehrere "modifizierte Transistorzellen" vorhanden sein, die derart modifiziert sind, dass sie keine Sourcezone aufweisen.

Außerdem besteht die Möglichkeit, im Übergangsbereich zwischen dem ersten und zweiten Zellenfeldabschnitt in einer Richtung von dem zweiten zu dem ersten Zellenfeldabschnitt wenigstens eine Transistorzelle vorzusehen, bei der die Bodyzone unterhalb der Sourcezone zumindest einen Abschnitt mit einer gegenüber übrigen Abschnitten der Bodyzone erhöhten Dotierungskonzentration aufweist. Bei einem gegebenen Löcherstrom führt diese lokal erhöhte Dotierungskonzentration zu einem verringerten Spannungsabfall in dem parasitären npn-Bipolartransistors, wodurch die "Latch-Up"-Neigung ebenfalls verringert wird.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.

1 zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt durch einen vertikalen Leistungs-IGBT nach dem Stand der Technik.

2 zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Leistungs-IGBT, der einen Zellenfeldabschnitt mit einer verringerten Zellendichte und eine Emitterzone mit einem verringerten Emitterwirkungsgrad im Bereich dieses Zellenfeldabschnitts aufweist.

3 zeigt eine Draufsicht auf den Leistungs-IGBT gemäß 2.

4 zeigt einen Querschnitt durch eine Transistorzelle des IGBT gemäß 2 in einer in 2 dargestellten Schnittebene A-A.

5 zeigt einen erfindungsgemäßen Leistungs-IGBT, bei dem im Bereich eines Zellenfeldabschnitts mit verringerter Zellendichte keine Emitterzone vorhanden ist.

6 zeigt einen erfindungsgemäßen Leistungs-IGBT mit einer Feldstoppzone, die im Bereich eines Zellenfeldabschnitts mit verringerter Zellendichte eine höhere Dotierungskonzentration als in übrigen Bereichen aufweist.

7 zeigt einen erfindungsgemäßen Leistungs-IGBT, bei dem die Ladungsträgerlebensdauer in einer Driftzone im Bereich eines Zellenfeldabschnittes mit geringerer Zellendichte reduziert ist.

8 zeigt einen erfindungsgemäßen Leistungs-IGBT, bei dem eine Kurzschlussfläche zwischen einer Anschlusselektrode und einer Bodyzone in einem Übergangsbereich zwischen einem ersten und zweiten Zellenfeldabschnitt, die unterschiedliche Zellendichten aufweisen, erhöht ist.

9 zeigt einen erfindungsgemäßen Leistungs-IGBT, der in einem Übergangsbereich zwischen einem ersten und einem zweiten Zellenfeldabschnitt Transistorzellen aufweist, deren Sourcezonen in Richtung des Löcherflusses geringere Abmessungen aufweisen.

10 zeigt einen erfindungsgemäßen Leistungs-IGBT, der im Übergangsbereich zwischen zwei Zellenfeldabschnitten mit unterschiedlichen Zellendichten wenigstens eine Transistorzelle mit einer lokal erhöhten Dotierungskonzentration der Bodyzone aufweist.

11 zeigt einen als Trench-IGBT realisierten erfindungsgemäßen Leistungs-IGBT.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelementbereiche mit gleicher Bedeutung.

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungs-IGBT ist in 2 ausschnittsweise im Querschnitt dargestellt. 3 zeigt in verkleinertem Maßstab eine Draufsicht auf den IGBT gemäß 2 und 4 zeigt einen Querschnitt in einer in 2 dargestellten Schnittebene A-A.

Der in 2 dargestellte IGBT ist als vertikaler Leistungs-IGBT realisiert und umfasst einen Halbleiterkörper, der im Bereich einer ersten Seite, in dem Beispiel im Bereich der Rückseite, eine Emitterzone 11 eines ersten Leitungstyps aufweist. An diese Emitterzone 11 schließt sich in Richtung einer zweiten Seite, in dem Beispiel in Richtung der Vorderseite, des Halbleiterkörpers 100 eine komplementär zu der Emitterzone 11 dotierte Driftzone 12 an. Im Bereich der Vorderseite ist ein Zellenfeld mit mehreren gleichartig aufgebauten Transistorzellen 13 angeordnet, wobei jede dieser Transistorzellen 13 eine Sourcezone 15 des zweiten Leitungstyps sowie eine zwischen der Sourcezone 15 und der Driftzone angeordnete Bodyzone 14 des ersten Leitungstyps aufweist.

Die Emitterzone 11 und die Bodyzone 14 sind bei einem IGBT üblicherweise p-dotiert, während die Driftzone 12 und die Sourcezonen 15 der Transistorzellen 13 üblicherweise n-dotiert sind. Die Sourcezonen 15 und die Bodyzonen 14 der einzelnen Transistorzellen 13 sind durch eine Anschlusselektrode 18, die nachfolgend als Sourceelektrode bezeichnet wird, kontaktiert und über diese Anschlusselektrode 18 kurzgeschlossen. Benachbart zu den Bodyzonen 14 der einzelnen Transistorzellen 13 ist eine Gateelektrode 16 angeordnet, die mittels einer Gate-Isolationsschicht 17 dielektrisch gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isoliert ist und die dazu dient, in den Transistorzellen 13 einen Inversionskanal in den Bodyzonen 14 zwischen den Sourcezonen 15 und der Driftzone 12 zu steuern. Den einzelnen Transistorzellen 13 des Zellenfeldes ist die Driftzone 12 und die Emitterzone 11 gemeinsam. Die Transistorzellen sind durch die gemeinsame Sourceelektrode 18 parallel zueinander geschaltet, wobei die Sourceelektrode 18 mittels einer weiteren Isolationsschicht 19 gegenüber der Gateelektrode 16 isoliert ist.

Die in dem Beispiel gemäß 2 dargestellten Transistorzellen sind sogenannte DMOS-Zellen (DMOS = Double Diffused MOS). Bezugnehmend auf 4 sind die Transistorzellen beispielsweise sogenannte "Rechteckzellen", also Zellen, deren Bodyzone 14 rechteckförmig, insbesondere quadratisch ausgebildet ist. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Bodyzonen 14 in bekannter Weise mit einer beliebigen anderen Geometrie, insbesondere sechseckförmig oder streifenförmig, zu realisieren.

Die einzelnen Transistorzellen 13 besitzen eine gemeinsame Gateelektrode 16, die in Draufsicht gitterförmig ausgebildet ist und die im Bereich von Kontaktabschnitten 181, über welche die Sourceelektrode 18 die Source- und Bodyzonen 15, 14 kurzschließt, Aussparungen 161 aufweist.

Bezugnehmend auf 3 ist oberhalb des Halbleiterkörpers 100 eine Gate-Anschlussfläche (Gate-Pad) 24 angeordnet, die zum Anlegen eines Gate-Potentials an die Gateelektrode (16 in 2) dient. Ausgehend von dieser Gate-Anschlussfläche 24 verlaufen Gate-Zuführungen 22 oberhalb des Halbleiterkörpers 100. Diese Zuführungen 22 sind fingerförmig ausgebildet und werden auch als Gate-Finger bezeichnet werden.

Eine dieser Gate-Zuführungen 22 ist in 2 im linken Teil ausschnittsweise im Querschnitt dargestellt. Die Gate-Zuführungen 22 sind oberhalb einer Isolationsschicht 23 angeordnet, die Aussparungen 231 aufweist, über welche die Gate-Zuführungen 22 einen Abschnitt 162 der Gateelektrode 16 kontaktieren. Dieser kontaktierte Abschnitt 162 der Gateelektrode ist durch eine Isolationsschicht 20 gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isoliert, wobei diese Isolationsschicht 20 vorzugsweise dicker ist als die Gate-Isolationsschicht 17 im Bereich der Transistorzellen.

Unterhalb der Gate-Zuführungen 22 sind keine Transistorzellen vorhanden, insbesondere sind in diesem Bereich auch keine Anschlüsse an die Sourceelektrode 18 vorhanden, die während eines Abschaltvorgangs des Bauelements ein Abfließen von Löchern aus der Driftzone 12 in dem Bereich unterhalb der Gate-Zuführungen 22 ermöglichen würden. In entsprechender Weise sind auch unterhalb des Gate-Pads 24 keine Transistorzellen vorhanden.

Optional besteht die Möglichkeit, im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnitts 102 in der Driftzone 12 unterhalb der der Gate-Zuführung 22 zugewandten Oberseite eine komplementär zu der Driftzone 12 dotierte Halbleiterzone 143 vorzusehen, die vorzugsweise den gesamten Bereich einnimmt, in dem keine Transistorzellen vorhanden sind. Die Dotierungskonzentration dieser Halbleiterzone 143 kann der Dotierungskonzentration der Bodyzonen 14 der Transistorzellen 13 entsprechen. Die Herstellung dieser Halbleiterzone 143 kann dabei durch dieselben Verfahrensschritte erfolgen, durch welche die Bodyzonen 14 der Transistorzellen hergestellt werden. Es können allerdings auch separate Verfahrensschritte zur Herstellung dieser Halbleiterzone 143 durchgeführt werden.

Die komplementär zu der Driftzone dotierte Halbleiterzone 143 kann sich – wie dies in 2 dargestellt ist – an eine Body-Zone 14 einer Transistorzelle 13 anschließen und kann über diese Bodyzone 14 an die Source-Elektrode 18 angeschlossen sein. In nicht näher dargestellter Weise besteht auch die Möglichkeit, diese Halbleiterzone 143 floatend anzuordnen, d.h. diese Halbleiterzone 143 nicht an die Bodyzone einer Transistorzelle anzuschließen und diese Halbleiterzone damit nicht auf Sourcepotential zu legen.

Das Zellenfeld des IGBT weist in dem dargestellten Beispiel zwei Zellenfeldabschnitte, einen ersten Zellenfeldabschnitt 101 und einen zweiten Zellenfeldabschnitt 102, auf. Die Zellendichten, d.h. die Anzahl der Transistorzellen bezogen auf eine vorgegebene Fläche des Halbleiterkörpers – die größer ist als die für eine Transistorzelle benötigte Fläche – ist für die beiden Zellenfeldabschnitte unterschiedlich groß. In dem Beispiel ist die Zellendichte im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes 102 Null, da hier keine Transistorzellen vorhanden sind. Die Grenze zwischen dem ersten und zweiten Zellenfeldabschnitt 101, 102 ist in dem Beispiel als gestrichelte Linie eingezeichnet. Diese Grenze begrenzt die am Rand des ersten Zellenfeldabschnitts 101 angeordnete Zelle in Richtung des zweiten Zellenfeldabschnitts 102.

Erfindungsgemäß ist bei dem in 2 dargestellten Bauelement vorgesehen, den Emitterwirkungsgrad des rückseitigen Emitters 11 im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes 102 im Vergleich zu übrigen Bereichen des Emitters 11 zu reduzieren. Eine Möglichkeit, den Emitterwirkungsgrad zu reduzieren, besteht darin, die Emitterdotierung lokal zu reduzieren. Der Emitter 11 weist hierbei einen ersten Emitterabschnitt 111 im Bereich des ersten Zellenfeldabschnittes 101 und einen zweiten Emitterabschnitt 112 im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes 102 auf. Die effektive Dotierung des Emitters 11 mit p-Dotierstoffatomen ist dabei im zweiten Emitterabschnitt 112 geringer als im ersten Emitterabschnitt 111.

Die geringere Dotierung des zweiten Emitterabschnitts 112 kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass bei einer Herstellung der Emitterzone 11 mittels Ionenimplantation in den zweiten Emitterabschnitt 112 weniger Dotierstoffatome implantiert werden als in den ersten Emitterabschnitt 111. Hierzu wird beispielsweise ein zweistufiges Implantationsverfahren durchgeführt. In einem ersten Schritt erfolgt hierbei eine maskierte Implantation, durch welche Dotierstoffatome nur in den höher zu dotierenden ersten Emitterabschnitt implantiert werden, und in einem zweiten Schritt werden Dotierstoffatome ganzflächig über die Rückseite in den Halbleiterkörper 100 implantiert. Ein geeignetes Dotierstoffmaterial für die Herstellung einer p-dotierten Emitterzone 11 ist beispielsweise Bor.

Darüber hinaus kann ein Emitter 11 mit unterschiedlichen effektiven Dotierungskonzentrationen auch dadurch erreicht werden, dass zunächst eine homogen dotierte Emitterzone hergestellt wird und dass anschließend maskiert nicht dotierende Teilchen in den Bereich dieser Emitterzone 11 implantiert werden, der den zweiten Emitterabschnitt 112 bildet. Die nicht dotierenden Teilchen rufen dabei Kristalldefekte hervor, die zu einer Reduzierung der effektiven p-Dotierung führen.

Die Reduzierung des Emitterwirkungsgrades des Emitters 11 im zweiten Emitterabschnitt 112 im Vergleich zum ersten Emitterabschnitt 111 führt dazu, dass bei leitend angesteuertem IGBT in der Driftzone 12 oberhalb des zweiten Emitterabschnitts 112 weniger p-Ladungsträger vorhanden sind, als oberhalb des ersten Emitterabschnitts 111. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Leistungs-IGBT ohne lokale Absenkung des Emitterwirkungsgrades müssen bei dem erfindungsgemäßen Leistungs-IGBT aus dem zweiten Zellenfeldabschnitt 102, der keine Anschlüsse an die Sourceelektrode 18 aufweist, weniger p-Ladungsträger abgeführt werden, wodurch die Löcherstrombelastung von Transistorzellen im Übergangsbereich zwischen dem ersten und zweiten Zellenfeldbereich 101, 102 bzw. die Löcherstrombelastung der Transistorzellen, die am Rand des ersten Zellenfeldbereiches 101 angeordnet sind, bei Abschalten des Bauelements reduziert ist. Hierdurch wird die "Latch-Up"-Festigkeit der Transistorzellen im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnittes 101 erhöht.

Bezugnehmend auf 5 besteht insbesondere die Möglichkeit, auf das Vorhandensein des Emitters unterhalb des zweiten Zellenfeldbereichs 102 völlig zu verzichten. Die Driftzone 12 reicht in diesem Fall bis an die Rückseite des Halbleiterkörpers 100 bzw. bis an eine auf der Rückseite aufgebrachte Anschlusselektrode 26.

Der zweite Emitterabschnitt 112 mit reduzierter Dotierungskonzentration erstreckt sich in lateraler Richtung vorzugsweise abschnittsweise – vorzugsweise über eine Distanz, die 0,1 bis 2 Diffusionslängen für freie Ladungsträger in diesem Bereich beträgt – bis unter die Transistorzellen des ersten Zellenfeldbereiches 101. Hierdurch wird erreicht, dass auch in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten und zweiten Zellenfeldbereich bzw. im Randbereich des ersten Zellenfeldbereiches 101 bei leitend angesteuertem Bauelement weniger p-Ladungsträger aus dem Emitter 11 in die Driftzone 12 injiziert werden, die während des Abschaltvorgangs abfließen müssen.

Optional ist bei dem Leistungs-IGBT eine Feldstoppzone 25 vorhanden, die vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone 12 ist, die jedoch höher als die Driftzone dotiert ist. Diese Feldstoppzone 25 ist zwischen der Emitterzone 11 und den Bodyzonen 14 angeordnet, befindet sich vorzugsweise näher an der Emitterzone 11 als an den Bodyzonen 14 und kann insbesondere unmittelbar anschließend an die Emitterzone 11 ausgebildet sein. Diese Feldstoppzone 25 ist in 2 gestrichelt dargestellt.

Alternativ oder zusätzlich zu einer Absenkung des Emitterwirkungsgrades durch eine lokale Reduktion der Dotierung der Emitterzone im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes 102 besteht bezugnehmend auf 6 die Möglichkeit, die "Latch-Up"-Festigkeit des Bauelements dadurch zu erhöhen, dass die Dotierungskonzentration der Feldstoppzone 25 lokal im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes 102 erhöht wird. Diese Maßnahme führt ebenfalls zu einer Reduktion des Emitterwirkungsgrades. Die Feldstoppzone 25 weist in 6 zwei Feldstoppzonenabschnitte 251, 252 auf, von denen ein erster Feldstoppzonenabschnitt 251, der unterhalb der Transistorzellen des ersten Zellenfeldabschnitts 101 angeordnet ist, niedriger dotiert ist als ein im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnitts 102 angeordneter zweiter Feldstoppzonenabschnitt 252. Vorzugsweise reicht der höher dotierte zweite Feldstoppzonenabschnitt 252 in lateraler Richtung bis unter die Transistorzellen des ersten Zellenfeldabschnitts 101, das heißt bis unter Transistorzellen, die im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnitts 101 angeordnet sind. Die laterale Ausdehnung der höher dotierten Feldstoppzone in den ersten Zellenfeldabschnitt hinein beträgt vorzugsweise 0,1 bis 2 Diffusionslängen der freien Ladungsträger.

Die lokale Erhöhung der Dotierungskonzentration der Feldstoppzone 25 führt dazu, dass bei leitend angesteuertem Bauelement im Bereich des zweiten Feldstoppzonenabschnitts 252 weniger p-Ladungsträger in die Driftzone 12 injiziert werden, so dass bei Abschalten des Bauelements weniger p-Ladungsträger aus diesem Bereich abzuführen sind.

Alternativ oder zusätzlich zu den zuvor erläuterten Maßnahmen, lokales Absenken des Emitterwirkungsgrades durch lokale Reduktion der Emitterdotierung oder durch lokales Erhöhen der Dotierungskonzentration der Feldstoppzone, besteht bezugnehmend auf 7 die Möglichkeit, in der Driftzone 12 im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes 102 die Ladungsträgerlebensdauer für Minoritätsladungsträger, das heißt im vorliegenden Fall p-Ladungsträger bzw. Löcher, zu verringern. Das Bauelement gemäß 7 weist zwei Driftzonenabschnitte, einen ersten Driftzonenabschnitt 121 im Bereich des ersten Zellenfeldabschnittes 101 und einen zweiten Driftzonenabschnitt 122 im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnitts 102 auf. Die Ladungsträgerlebensdauer für p-Ladungsträger ist dabei im zweiten Driftzonenabschnitt 122 geringer als in dem ersten Driftzonenabschnitt 121. Der zweite Driftzonenabschnitt 122 erstreckt sich dabei vorzugsweise in lateraler Richtung bis unter die Bodyzonen 14 solcher Transistorzellen, die im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnitts 101 angeordnet sind. Die Ausdehnung dieses zweiten Driftzonenabschnitts 122 in den ersten Zellenfeldabschnitt 101 hinein beträgt vorzugsweise 0,1 bis 2 Diffusionslängen freier Ladungsträger. Die Reduzierung der Ladungsträgerlebensdauer im zweiten Driftzonenabschnitt 122 führt dazu, dass aus diesem Abschnitt der Driftzone bei Abschalten des Bauelements weniger p-Ladungsträger abfließen müssen, was gegenüber einem herkömmlichen Bauelement die Löcherstrombelastung der Transistorzellen im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnitts 101 reduziert und dadurch die "Latch-Up"-Festigkeit der Transistorzellen erhöht.

Die Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer im zweiten Driftzonenabschnitt 122 kann beispielsweise während eines Herstellungsverfahrens des Leistungs-IGBT durch maskierte Bestrahlung des Halbleiterkörpers mit hochenergetischen Teilchen, beispielsweise Elektronen, Protonen oder Heliumatomen erfolgen. Als Maske für eine solche Bestrahlung kann beispielsweise eine Metallmaske verwendet werden. Diese hochenergetischen Teilchen führen zu Kristalldefekten im Bereich des zweiten Driftzonenabschnittes 122 und reduzieren dadurch die p-Ladungsträgerlebensdauer in diesem Driftzonenabschnitt 122.

Der zweite Driftzonenabschnitt 122, in dem die Ladungsträgerlebensdauer abgesenkt ist, kann insbesondere derart realisiert werden, dass der Grad der Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer in vertikaler Richtung variiert. Eine solche vertikale Variation der Ladungsträgerlebensdauer lässt sich insbesondere über eine Bestrahlung des Halbleiterkörpers 100 über dessen Vorderseite oder Rückseite mit Protonen oder Heliumatomen erreichen. Solche "schwere" Teilchen erzeugen eine inhomogene Kristallfehlerverteilung in dem Halbleiterkörper, wobei das Maximum in Richtung der Bestrahlungsseite liegt. Vorteilhafterweise erfolgt die Herstellung des zweiten Driftzonenabschnitts 122 derart, dass die größte Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer in einem Bereich anschließend an die Emitterzone 14 – also dort wo die Löcher in die Driftzone injiziert werden – oder in einem Bereich unterhalb der Gate-Zuführung bzw. in der Nähe der Bodyzonen 14 der Transistorzellen 13 vorhanden ist.

Alternativ oder zusätzlich zu den zuvor erläuterten Maßnahmen zur Erhöhung der "Latch-Up"-Festigkeit besteht bezugnehmend auf 8 die Möglichkeit, im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnittes 101 die Kontaktfläche zwischen den Bodyzonen der Transistorzellen in diesem Randbereich und der Sourceelektrode 18 im Vergleich zu übrigen Transistorzellen des ersten Zellenfeldabschnitts 101 zu erhöhen. Diese Erhöhung der Kontaktfläche kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnitts 101 modifizierte Zellen 132 vorhanden sind, die keine Sourcezone aufweisen, so dass in diesen Zellen die Elektrodenabschnitte 181 nur die Bodyzone 14 kontaktieren. Wie in 8 gestrichelt dargestellt ist, besteht auch die Möglichkeit, im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnittes 101 eine p-dotierte Halbleiterzone 142 herzustellen, deren laterale Abmessungen größer sind als die lateralen Abmessungen der Bodyzonen der Transistorzellen und diese p-dotierte Halbleiterzone 142 an mehreren Stellen oder großflächig durch die Anschlusselektrode 18 zu kontaktieren.

Eine weitere Maßnahme zur Erhöhung der "Latch-Up"-Festigkeit, die alternativ oder zusätzlich zu den Maßnahmen der 2 bis 7 vorgesehen werden kann, besteht bezugnehmend auf 9 darin, im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnittes 101 modifizierte Transistorzellen 131 vorzusehen, deren Sourcezonen 151 in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 geringere Abmessungen als andere Transistorzellen 13 des ersten Zellenfeldabschnitts 101 aufweisen. Ein gegebener Löcherstrom führt bei diesen modifizierten Transistorzellen 131 zu einem geringeren Spannungsabfall unterhalb der modifizierten Sourcezone 151 im Vergleich zu einem Spannungsabfall, den ein solcher Löcherstrom unter einer "Standard"-Sourcezone 15, d.h. einer Sourcezone 15 mit nicht verringerten Abmessungen, hervorrufen würde. Hieraus resultiert eine Erhöhung der "Latch-Up"-Festigkeit dieser Transistorzellen im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnittes 101.

Eine weitere Maßnahme, den Spannungsabfall unterhalb der Sourcezone 15 von Transistorzellen im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnittes 101 zu reduzieren, besteht bezugnehmend auf 10 darin, die Bodyzone 14 in Transistorzellen des Randbereiches unterhalb der Sourcezonen 15 zumindest abschnittsweise höher zu dotieren. Ein solcher höher dotierter Abschnitt ist in 10 mit dem Bezugszeichen 141 bezeichnet. Diese lokal erhöhte Dotierung der Bodyzone 14 führt bei einem gegebenen Löcherstrom dazu, dass unterhalb der Sourcezone 15 einer solchen modifizierten Transistorzelle 131 eine geringere Spannung abfällt als unter der Sourcezone einer "Standard"-Transistorzelle ohne eine solche lokal erhöhte Dotierungskonzentration der Bodyzone 14.

Zusammenfassend sei nochmals darauf hingewiesen, dass die anhand der 2 bis 7 erläuterten Maßnahmen zur Erhöhung der "Latch-Up"-Festigkeit, nämlich lokale Absenkung der Emitterwirksamkeit durch lokal reduzierte Emitterdotierung, lokale Erhöhung der Dotierungskonzentration der Feldstoppzone oder lokale Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer in der Driftzone jeweils alternativ zueinander oder auch gemeinsam vorgenommen werden können. Zusätzlich oder alternativ zu diesen Maßnahmen können Transistorzellen im Randbereich des ersten Zellenfeldbereiches 101 entsprechend der Erläuterungen zu den 8 bis 10 modifiziert werden, um ebenfalls die "Latch-Up"-Festigkeit des Leistungs-IGBT zu erhöhen.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Erhöhung der "Latch-Up"-Festigkeit eines Leistungs-IGBT wurden zuvor anhand eines Leistungs-IGBT erläutert, der ein Zellenfeld mit planaren Transistorzellen bzw. DMOS-Zellen aufweist. Diese Maßnahmen, nämlich eine Reduzierung des Emitterwirkungsgrades durch eine lokal reduzierte Dotierung der Emitterzone oder durch eine lokal erhöhte Dotierung einer Feldstoppzone oder eine lokale Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer in der Driftzone sind selbstverständlich auch auf Leistungs-IGBT anwendbar, die ein Zellenfeld mit Trench-Zellen aufweist.

11 zeigt einen solchen Leistungs-IGBT mit Trench-Zellen. Dieser IGBT unterscheidet sich von dem zuvor erläuterten IGBT mit planaren Zellen dadurch, dass die Gate-Elektroden 16 der einzelnen Transistorzellen 13 wenigstens abschnittsweise in Gräben angeordnet sind, die sich in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein erstrecken. Die Gate-Elektroden 16 sind hierbei ebenfalls durch eine Gate-Isolationsschicht 17 gegenüber Halbleiterzonen des Halbleiterkörpers 100 isoliert und erstrecken sich in vertikaler Richtung durch die Bodyzonen 14 bis in die Driftzone 12. Die einzelnen Transistorzellen können hierbei insbesondere eine gemeinsame Bodyzone besitzen. Kanalzonen, in denen sich bei Anlegen eines Ansteuerpotentials an die Gate-Elektroden 16 leitende Kanäle in den Bodyzonen 14 ausbilden, verlaufen bei diesem Bauelement in vertikaler Richtung.

Die eingangs erläuterte "Latch-Up"-Problematik im Übergangsbereich zwischen einem ersten Zellenfeldabschnitt 101 mit einer ersten Zellendichte und einem zweiten Zellenfeldabschnitt mit einer geringeren zweiten Zellendichte besteht bei einem Leistungs-IGBT mit Trenchzellen in gleicher Weise. Zur Vermeidung oder Reduzierung dieser Problematik ist bei dem Bauelement gemäß 11 vorgesehen, den Emitterwirkungsgrad der Emitterzone 11 im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnitts 102 zu reduzieren. Hierzu ist in dem Beispiel die Dotierung des Emitters 11 in dem zweiten Emitterabschnitt 112 gegenüber einer Dotierung des Emitters in dem ersten Emitterabschnitt reduziert. Alternativ oder zusätzlich zu einer Reduzierung des Emitterwirkungsgrades durch eine lokale Reduzierung der Emitterdotierung kann der Emitterwirkungsgrad in erläuterter Weise dadurch reduziert werden, dass eine Feldstoppzone vorgesehen wird, die im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes eine lokal erhöhte Dotierung aufweist.

Alternativ oder zusätzlich zu einer Reduzierung des Emitterwirkungsgrades können bei einem Leistungs-IGBT mit Trenchzellen auch die weiteren zuvor anhand der 7 bis 10 erläuterten Maßnahmen zur Reduzierung bzw. Vermeidung der Latch-Up-Problematik getroffen werden. Diese Maßnahmen umfassen eine lokale Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer in der Driftzone, eine lokal erhöhte Dotierung der Bodyzonen 14 benachbart zu den Sourcezone 15 in solchen Zellen, die am Rand des ersten Zellenfeldabschnitts 101 angeordnet sind, eine Verringerung der Abmessungen der Sourcezonen 15 in solchen Zellen, die am Rand des ersten Zellenfeldabschnitts 101 angeordnet sind, oder eine Vergrößerung der Kurzschlussfläche zwischen der Source-Elektrode 18 und der Bodyzone 14 am Rand des ersten Zellenfeldabschnittes 101.

11
Emitterzone
12
Driftzone
13
Transistorzelle
14
Bodyzone
15
Sourcezone
16
Gateelektrode
17
GateIsolationsschicht
18
Anschlusselektrode, Sourceelektrode
19, 20
Isolationsschicht
22
Gate-Zuführung
23
Isolationsschicht
24
Gate-Anschlussfläche
25
Feldstoppzone
100
Halbleiterkörper
111, 112
Emitterabschnitte
121, 122
Driftzonenabschnitte
131–133
modifizierte Transistorzellen
141–143
Halbleiterzone des ersten Leitungstyps
151
Sourcezone
161
Aussparung der Gateelektrode
162
Abschnitt der Gateelektrode
181
Kontaktabschnitt der Anschlusselektrode
231
Aussparung
251, 252
Feldstoppzonenabschnitte


Anspruch[de]
Leistungs-IGBT, der folgende Merkmale aufweist:

– einen Halbleiterkörper (100) mit einer Emitterzone (11) eines ersten Leitungstyps und einer sich an die Emitterzone (11) anschließenden Driftzone (12) eines zweiten Leitungstyps,

– ein Zellenfeld mit einer Anzahl Transistorzellen (13), die jeweils eine Sourcezone (15), eine zwischen der Sourcezone (15) und der Driftzone angeordnete Bodyzone (14) und eine isoliert gegenüber der Sourcezone (15) und der Bodyzone (14) angeordnete Gateelektrode (16) aufweisen und bei denen die Sourcezone (15) und die Bodyzone (14) kurzgeschlossen sind, wobei das Zellenfeld einen ersten Zellenfeldabschnitt (101) mit einer ersten Zellendichte und einen zweiten Zellenfeldabschnitt (102) mit einer zweiten Zellendichte, die geringer ist als die erste Zellendichte, aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Emitterzone (11) im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes einen geringeren Emitterwirkungsgrad als im Bereich des ersten Zellenfeldabschnittes besitzt.
Leistungs-IGBT nach Anspruch 1, bei dem die Emitterzone einen ersten Emitterabschnitt (111) im Bereich des ersten Zellenfeldabschnitts (101) und einen zweiten Emitterabschnitt (112) im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes (102) aufweist, wobei eine effektive Dotierungskonzentration des zweiten Emitterabschnitts (112) an Dotierstoffatomen des ersten Leitungstyps geringer ist als eine effektive Dotierungskonzentration des ersten Emitterabschnitts (111). Leistungs-IGBT nach Anspruch 2, bei dem die effektive Dotierungskonzentration des zweiten Emitterabschnitts (112) gegenüber der effektiven Dotierungskonzentration des ersten Emitterabschnitts (111) durch das Vorhandensein von Kristallfehlern in dem zweiten Emitterabschnitt reduziert ist. Leistungs-IGBT nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Bereich geringeren Emitterwirkungsgrads der Emitterzone (11) bis in den ersten Zellenfeldabschnitt (101) hinein reicht. Leistungs-IGBT nach Anspruch 4, bei dem Abmessungen, um welche sich der Bereich geringeren Emitterwirkungsgrades in den ersten Zellenfeldabschnitt (101) hinein erstreckt 0,1 bis 2 Diffusionslängen freier Ladungsträger betragen. Leistungs-IGBT nach Anspruch 1, bei dem der zweite Abschnitt (112) mit Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps dotiert ist. Leistungs-IGBT nach Anspruch 6, bei dem die Dotierungskonzentration des zweiten Abschnitts an Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps der Dotierungskonzentration der Driftzone (12) entspricht. Leistungs-IGBT nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem in der Driftzone (12) zwischen den Bodyzonen (14) des Zellenfeldes und der Emitterzone (11) emitterseitig eine Feldstoppzone (25) des zweiten Leitungstyps angeordnet ist, die höher als die Driftzone (12) dotiert ist. Leistungs-IGBT nach Anspruch 8, bei dem die Feldstoppzone (25) einen ersten Stoppzonenabschnitt (251) im Bereich des ersten Zellenfeldabschnitts (101) und einen zweiten Stoppzonenabschnitt (252) im Bereich des zweiten Zellenfeldanschnitts (102) aufweist, wobei der zweite Stoppzonenabschnitt (252) eine höhere Dotierungskonzentration als der erste Stoppzonenabschnitt (251) aufweist. Leistungs-IGBT nach Anspruch 9, bei dem der zweite Stoppzonenabschnitt (252) bis in den ersten Zellenfeldabschnitt (101) hinein reicht. Leistungs-IGBT nach Anspruch 10, bei dem Abmessungen, um welche sich der zweite Stoppzonenabschnitt (252) in den ersten Zellenfeldabschnitt (101) hinein erstreckt 0,1 bis 2 Diffusionslängen freier Ladungsträger beträgt. Leistungs-IGBT nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Driftzone (12) einen ersten Driftzonenabschnitt (121) im Bereich des ersten Zellenfeldabschnitts (101) und einen zweiten Driftzonenabschnitt (122) im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnitts (102) aufweist, wobei die Ladungsträgerlebensdauer für Ladungsträger für freie Ladungsträger des ersten Leitungstyp in dem zweiten Driftzonenabschnitt (122) wenigstens abschnittsweise geringer ist als in dem ersten Driftzonenabschnitt. Leistungs-IGBT nach Anspruch 12, bei dem der zweite Driftzonenabschnitt (122) bis in den ersten Zellenfeldabschnitt (101) hinein reicht. Leistungs-IGBT nach Anspruch 13, bei dem Abmessungen, um welche sich der zweite Driftzonenabschnitt (122) in den ersten Zellenfeldabschnitt (101) hinein erstreckt 0,1 bis 2 Diffusionslängen freier Ladungsträger beträgt. Leistungs-IGBT nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die Ladungsträgerlebensdauer in dem zweiten Driftzonenabschnitt (122) gegenüber der Ladungsträgerlebensdauer in dem ersten Driftzonenabschnitt (121) durch Kristallgitterdefekte in dem zweiten Driftzonenabschnitt (122) reduziert ist. Leistungs-IGBT nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die Ladungsträgerlebensdauer in dem zweiten Driftzonenabschnitt (122) gegenüber der Ladungsträgerlebensdauer in dem ersten Driftzonenabschnitt (121) durch vorhandene Schwermetallatome in dem zweiten Driftzonenabschnitt (122) reduziert ist. Leistungs-IGBT nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem in dem zweiten Zellenfeldabschnitt (102) keine Transistorzellen vorhanden sind. Leistungs-IGBT nach Anspruch 17, bei dem in dem zweiten Zellenfeldabschnitt (102) im Bereich einer der Emitterzone (11) abgewandten Seite der Driftzone (12) eine komplementär zu der Driftzone (12) dotierte Halbleiterzone (143) angeordnet ist. Leistungs-IGBT nach Anspruch 18 bei dem die komplementär dotierte Halbleiterzone (143) floatend angeordnet ist. Leistungs-IGBT nach Anspruch 18 bei dem die komplementär dotierte Halbleiterzone (143) an die Bodyzone (14) angeschlossen ist. Leistungs-IGBT nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten Zellenfeldabschnitt (101) und dem zweiten Zellenfeldabschnitt (102) in Richtung von dem zweiten zu dem ersten Zellenfeldabschnitt (101, 102) wenigstens eine Transistorzelle (131) vorhanden ist, deren Sourcezone (151) eine geringere Abmessung als die Sourcezonen (15) von Transistorzellen in übrigen Bereichen des ersten Zellenfeldabschnitts (101) aufweist. Leistungs-IGBT nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten Zellenfeldabschnitt (101) und dem zweiten Zellenfeldabschnitt (102) in einer Richtung von dem zweiten zu dem ersten Zellenfeldabschnitt (101, 102) wenigstens eine Transistorzelle (131) vorhanden ist, bei der die Body-Zone benachbart zu der Sourcezone (15) einen Abschnitt (141) mit einer gegenüber übrigen Abschnitten der Bodyzone erhöhten Dotierungskonzentration aufweist. Leistungs-IGBT nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten Zellenfeldabschnitt (101) und dem zweiten Zellenfeldabschnitt (102) in einer Richtung von dem zweiten zu dem ersten Zellenfeldabschnitt (101, 102) wenigstens eine modifizierte Transistorzelle (131) vorhanden ist, die keine Sourcezone aufweist. Leistungs-IGBT, der folgende Merkmale aufweist:

– einen Halbleiterkörper (100) mit einer Emitterzone (11) eines ersten Leitungstyps und einer sich an die Emitterzone (11) anschließenden Driftzone (12) eines zweiten Leitungstyps,

– ein Zellenfeld mit einer Anzahl Transistorzellen (13), die jeweils eine Sourcezone, (15) eine zwischen der Sourcezone (15) und der Driftzone angeordnete Bodyzone (14) und eine isoliert gegenüber der Sourcezone (15) und der Bodyzone (14) angeordnete Gate-Elektrode (16) aufweisen und bei denen die Sourcezone (15) und die Bodyzone (14) kurzgeschlossen sind, wobei das Zellenfeld einen ersten Zellenfeldabschnitt (101) mit einer ersten Zellendichte und einen zweiten Zellenfeldabschnitt (102) mit einer zweiten Zellendichte, die geringer ist als die erste Zellendichte, aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

in der Driftzone (12) zwischen den Bodyzonen (14) des Zellenfeldes und der Emitterzone (11) eine Feldstoppzone (25) des zweiten Leitungstyps angeordnet ist, die höher als die Driftzone (12) dotiert ist und die einen ersten Stoppzonenabschnitt (251) im Bereich des ersten Zellenfeldabschnitts (101) und einen zweiten Stoppzonenabschnitt (252) im Bereich des zweiten Zellenfeldanschnitts (102) aufweist, wobei der zweite Stoppzonenabschnitt (252) eine höhere Dotierungskonzentration als der erste Stoppzonenabschnitt (251) aufweist.
Leistungs-IGBT nach Anspruch 24, bei dem der zweite Stoppzonenabschnitt (252) bis in den ersten Zellenfeldabschnitt (101) hinein reicht. Leistungs-IGBT nach Anspruch 25, bei dem Abmessungen, um welche sich der zweite Stoppzonenabschnitt (252) in den ersten Zellenfeldabschnitt (101) hinein erstreckt 0,1 bis 2 Diffusionslängen freier Ladungsträger beträgt. Leistungs-IGBT, der folgende Merkmale aufweist:

– einen Halbleiterkörper (100) mit einer Emitterzone (11) eines ersten Leitungstyps und einer sich an die Emitterzone (11) anschließenden Driftzone (12) eines zweiten Leitungstyps,

– ein Zellenfeld mit einer Anzahl Transistorzellen (13), die jeweils eine Sourcezone, (15) eine zwischen der Sourcezone (15) und der Driftzone angeordnete Bodyzone (14) und eine isoliert gegenüber der Sourcezone (15) und der Bodyzone (14) angeordnete Gate-Elektrode (16) aufweisen und bei denen die Sourcezone (15) und die Bodyzone (14) kurzgeschlossen sind, wobei das Zellenfeld einen ersten Zellenfeldabschnitt (101) mit einer ersten Zellendichte und einen zweiten Zellenfeldabschnitt (102) mit einer zweiten Zellendichte, die geringer ist als die erste Zellendichte, aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Driftzone (12) einen ersten Driftzonenabschnitt (121) im Bereich des ersten Zellenfeldabschnitts (101) und einen zweiten Driftzonenabschnitt (122) im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnitts (102) aufweist, wobei die Ladungsträgerlebensdauer für freie Ladungsträger des ersten Leitungstyp in dem zweiten Driftzonenabschnitt (122) wenigstens abschnittsweise geringer ist als in dem ersten Driftzonenabschnitt.
Leistungs-IGBT nach Anspruch 27, bei dem der zweite Driftzonenabschnitt (122) bis in den ersten Zellenfeldabschnitt (101) hinein reicht. Leistungs-IGBT nach Anspruch 28, bei dem Abmessungen, um welche sich der zweite Driftzonenabschnitt (122) in den ersten Zellenfeldabschnitt (101) hinein erstreckt 0,1 bis 2 Diffusionslängen freier Ladungsträger beträgt. Leistungs-IGBT, der folgende Merkmale aufweist:

– einen Halbleiterkörper (100) mit einer Emitterzone (11) eines ersten Leitungstyps und einer sich an die Emitterzone (11) anschließenden Driftzone (12) eines zweiten Leitungstyps,

– ein Zellenfeld mit einer Anzahl Transistorzellen (13), die jeweils eine Sourcezone, (15) eine zwischen der Sourcezone (15) und der Driftzone angeordnete Bodyzone (14) und eine isoliert gegenüber der Sourcezone (15) und der Bodyzone (14) angeordnete Gate-Elektrode (16) aufweisen und bei denen die Sourcezone (15) und die Bodyzone (14) kurzgeschlossen sind, wobei das Zellenfeld einen ersten Zellenfeldabschnitt (101) mit einer ersten Zellendichte und einen zweiten Zellenfeldabschnitt (102) mit einer zweiten Zellendichte, die geringer ist als die erste Zellendichte, aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten Zellenfeldabschnitt (101) und dem zweiten Zellenfeldabschnitt (102) in einer Richtung von dem zweiten zu dem ersten Zellenfeldabschnitt (101, 102) wenigstens eine Transistorzelle (131) vorhanden ist, deren Sourcezone (151) eine geringere Abmessung als die Sourcezonen (15) von Transistorzellen in übrigen Bereichen des ersten Zellenfeldabschnitts (101) aufweist.
Leistungs-IGBT, der folgende Merkmale aufweist:

– einen Halbleiterkörper (100) mit einer Emitterzone (11) eines ersten Leitungstyps und einer sich an die Emitterzone (11) anschließenden Driftzone (12) eines zweiten Leitungstyps,

– ein Zellenfeld mit einer Anzahl Transistorzellen (13), die jeweils eine Sourcezone, (15) eine zwischen der Sourcezone (15) und der Driftzone angeordnete Bodyzone (14) und eine isoliert gegenüber der Sourcezone (15) und der Bodyzone (14) angeordnete Gate-Elektrode (16) aufweisen und bei denen die Sourcezone (15) und die Bodyzone (14) kurzgeschlossen sind, wobei das Zellenfeld einen ersten Zellenfeldabschnitt (101) mit einer ersten Zellendichte und einen zweiten Zellenfeldabschnitt (102) mit einer zweiten Zellendichte, die geringer ist als die erste Zellendichte, aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten Zellenfeldabschnitt (101) und dem zweiten Zellenfeldabschnitt (102) in einer Richtung von dem zweiten zu dem ersten Zellenfeldabschnitt wenigstens eine Transistorzelle (131) vorhanden ist, bei der die Body-Zone benachbart zu der Sourcezone (15) einen Abschnitt (141) mit einer gegenüber übrigen Abschnitten der Bodyzone erhöhten Dotierungskonzentration aufweist.
Leistungs-IGBT nach Anspruch 31, bei dem in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten Zellenfeldabschnitt (101) und dem zweiten Zellenfeldabschnitt (102) in einer Richtung von dem zweiten zu dem ersten Zellenfeldabschnitt (101, 102) wenigstens eine modifizierte Transistorzelle (131) vorhanden ist, die keine Sourcezone aufweist.






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