具体实施方式

在以下的详细描述中，参照随附附图，附图形成在此的一部分，并且在附图中通过图示的方式示出其中可以实践的半导体管芯、半导体器件和IGBT模块的特定实施例。要理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以作出结构或逻辑上的改变。例如，针对一个实施例图示或描述的特征可以被使用在其它实施例上或者与其它实施例结合以产生又一进一步的实施例。意图的是本公开包括这样的修改和变化。使用特定语言描述了示例，所述特定语言不应当被解释为限制所附权利要求的范围。附图并非是按比例的并且仅用于说明的目的。如果没有另外声明，则在不同的附图中对应的元素由相同的参考标号指明。

术语“具有”、“包含”、“包括”、和“包括有”等是开放的，并且术语指示所声明的结构、元素或特征的存在但是不排除附加的元素或特征的存在。量词“一”、“一个”和指代词“该”意图包括复数以及单数，除非上下文另外清楚地指示。

术语“被电连接”描述被电连接的元件之间的永久的低电阻连接，例如在相关元件之间的直接欧姆接触或经由金属和/或重掺杂的半导体材料的低电阻连接。欧姆接触是具有线性或几乎线性的电流-电压特性的非整流电气结。术语“电耦合”包括被适配用于信号和/或功率传输的一个或多个的(多个)中间元件可以被连接在电耦合的元件之间，例如，可控制以在第一状态中临时提供低电阻连接并且在第二状态中临时提供高电阻的电解耦的元件。

针对物理尺寸给定的范围包括边界值。例如，针对从a到b的参数y的范围读作为a≤y≤b。这同样适用于具有一个边界值如“至多”和“至少”的范围。

来自化学合成物或合金的层或结构的主要组分是其原子形成化学合成物或合金的这样的元素。例如，铜和铝是铜铝合金的主要组分。

术语“在…上”不被解释为意味着“直接在…上”。相反，如果一个元素位于另一个元素“上”(例如，一层在另一层“上”或者在衬底“上”)，则进一步的组件(例如，进一步的层)可以位于这两个元素之间(例如，如果一层在衬底“上”，则进一步的层可以位于该层和所述衬底之间)。

关于形成在衬底中的结构和掺杂区，如果在第二区和衬底的前侧处的第一衬底主表面之间的最小距离大于在第一区和第一衬底主表面之间的最大距离，则第二区在第一区“下方”。第二区“直接在第一区下方”，其中第一区和第二区到第一衬底主表面中的竖向投影重叠。竖向投影是正交于第一衬底主表面的投影。

安全工作区域(SOA)限定了如下的电压和电流条件：在该电压和电流条件下可以期望半导体器件在没有自身损伤的情况下工作。SOA是由针对器件参数的所公布的最大值给出的，所述器件参数如最大连续负载电流、最大栅极电压以及其它。

术语“功率半导体器件”是指具有至少30V(例如100V、600V、3.3kV或更高)的高电压阻断能力并且具有至少1A(例如10A或更高)的标称导通状态电流或正向电流的半导体器件。

半导体管芯包括半导体器件的半导体部分和典型地在晶片水平上形成的进一步的结构。例如，半导体管芯可以包括在前侧处的前侧金属化和在与前侧相对的侧处的背侧金属化。前侧金属化可以包括一个或多个金属焊盘。负载电流可以从金属焊盘通过半导体管芯流动到背侧金属化或者从背侧金属化流动到金属焊盘。

一种半导体器件包括至少一个半导体管芯和在将半导体管芯从晶片复合体分离之后形成的至少一个进一步的结构。例如，半导体器件可以包括半导体管芯、端子和将端子与半导体管芯的金属焊盘连接的接合布线。

根据实施例，半导体管芯可以包括半导体本体，半导体本体具有包括第一源极区的第一有源部分并且具有包括第二源极区的第二有源部分。

在前侧处，半导体本体可以具有第一表面，该第一表面具有在水平平面中的共面的平坦表面区段。在背侧处，半导体本体可以具有平坦的第二表面，该第二表面可以本质上平行于第一表面。侧表面区域可以连接第一表面的边缘和第二表面的边缘。半导体本体的水平横截面可以是多边形的，例如近似为矩形。例如，半导体本体可以具有带有或不带有倒圆边缘的正多边形(例如，矩形或六边形)棱柱的形状。第一表面可以沿着由横向方向跨越的平面横向地延伸，并且可以具有沿着垂直于横向方向的竖向方向的厚度。半导体本体的竖向延伸或厚度可以在从20μm到700μm的范围内。

半导体本体可以包括单晶半导体材料，例如硅(Si)、锗(Ge)、硅锗(SiGe)。除了主要组分之外，半导体本体还可以包括掺杂剂原子，例如磷(P)、硼(B)和/或砷(As)。半导体材料可以包括进一步的杂质，诸如氢(H)、氟(F)和/或氧(O)。

半导体本体可以包括第一有源部分和第二有源部分。第一有源部分和第二有源部分被限定在水平平面中，并且从第一表面延伸至第二表面。第一有源部分和第二有源部分彼此在横向上分离。半导体本体可以包括多于两个的有源部分，例如四个、六个或八个有源部分，其中每个有源部分与邻近的有源部分在横向上分离。

有源部分传导负载电流的至少主要部分，例如IGBT集电极电流。每个有源部分包括第一表面的在其处负载电流例如经由负载接触结构进入或离开半导体本体的表面部分。每个有源部分的表面区域可以由包括被分配给相应的有源部分的所有负载接触结构的最小凸多边形或最小矩形来限定。替换地，表面区域可以由其中负载焊盘与半导体本体直接接触的区域来限定。每个有源部分在水平平面中可以具有矩形或近似矩形的形状。半导体本体的无源部分可以在横向上分离邻近的有源部分，并且可以将有源部分与侧表面区域在横向上分离。无源部分不含有负载接触结构。两个邻近的有源部分的两个负载接触结构之间的最小距离至少是同一有源部分中的两个邻近的负载接触结构之间的平均距离的两倍，例如至少是其十倍。

源极区是半导体本体内的第一导电类型的重掺杂区。除了源极区之外，每个有源部分也可以包括进一步的掺杂区，其除了其它方面之外还包括用于IGBT的控制部分的绝缘栅FET(场效应晶体管)的半导体部分。

栅极结构可以从第一表面延伸到半导体本体中。栅极结构可以具有沿着横向第一方向的纵向栅极延伸和沿着与第一方向正交的横向第二方向的栅极宽度。纵向栅极延伸大于栅极宽度，例如至少为栅极宽度的十倍。栅极结构可以包括导电栅极电极和将栅极电极与半导体本体分离的栅极电介质。

半导体管芯可以包括多个平行的栅极结构。例如，第一多个栅极结构可以至少从第一有源部分的一侧延伸到相对的侧，并且第二多个栅极结构可以从第二有源部分的一侧延伸到相对的侧。

半导体管芯可以包括与第一源极区电连接的第一负载焊盘。第一负载焊盘可以与第一表面直接接触，其中第一负载焊盘和第一源极区可以形成低电阻欧姆接触。替换地，第一负载接触结构可以从第一负载焊盘竖向地延伸到半导体本体或者延伸到半导体本体中，其中第一负载接触结构和第一源极区形成低电阻欧姆接触。第一负载接触结构可以延伸通过第一负载焊盘和半导体本体之间的层间电介质。

半导体管芯可以包括与第二源极区电连接的第二负载焊盘。第二负载焊盘可以与第一表面直接接触，其中第二负载焊盘和第二源极区可以形成低电阻欧姆接触。替换地，第二负载接触结构可以从第二负载焊盘通过层间电介质竖向地延伸到半导体本体或者延伸到半导体本体中，其中第二负载接触结构和第二源极区形成低电阻欧姆接触。

在半导体管芯的导通状态下，负载电流的部分通过第一负载焊盘和第二负载焊盘进入或离开半导体管芯。负载焊盘可以是IGBT的前侧发射极焊盘。负载电流可以从前侧处的第一负载焊盘和第二负载焊盘通过半导体本体流动到在半导体本体的背侧处的第二表面或者在相反的方向上流动。

间隙可以在横向上分离第一负载焊盘和第二负载焊盘。间隙的在横向上的纵向延伸可以平行于第一方向，或者可以在水平平面中从第一方向偏离不大于60度、不大于45度或不大于30度。例如，间隙可以平行于或几乎平行于栅极结构行进。连接结构电连接第一负载焊盘和第二负载焊盘。连接结构可以被形成在从第一表面延伸到半导体本体中的凹槽中。替换地或者此外，连接结构可以被形成在形成于第一表面上的布线层中。例如，层间电介质的一部分可以被形成在连接结构和半导体本体之间，并且可以将连接结构与半导体本体分离。

沿着与栅极结构的纵向方向正交的横向方向布置的负载焊盘可以在管芯水平上一定程度地解耦。换句话说，负载焊盘可以是在管芯水平上电分离的，或者可以仅通过具有相当高的阻抗的路径被电连接，例如通过半导体本体中被适度地掺杂的区电连接。解耦可能造成负载焊盘在工作模式中可能具有稍微不同的电势。在某些工作状态期间，例如在短路状态下，解耦可以促进和/或可以放大半导体管芯的负载电流路径的至少部分中的振荡。连接结构在管芯水平上直接连接第一负载焊盘和第二负载焊盘。可以独立于半导体管芯的其它参数(如第一负载焊盘和第二负载焊盘之间的连接路径中的掺杂区中的掺杂浓度)来选择连接结构的阻抗。可以选择连接结构的阻抗以抑制振荡和/或对振荡进行阻尼作用，而没有对其它器件特性的不利影响。

例如，可以选择阻抗以使得在SOA内的半导体管芯的工作中，第一负载焊盘和第二负载焊盘之间的最大电势差在临界水平以下。连接结构的电阻可以是至多100mΩ。例如，电阻可以是至多10mΩ或至多1mΩ。根据另一示例，连接结构的电感可以是至多20nH或至多2nH。通过示例的方式，连接结构可以组合至多100mΩ的电阻和至多20nH的电感、至多10mΩ的电阻和至多20nH的电感、至多10mΩ的电阻和至多2nH的电感、或至多1mΩ的电阻和至多2nH的电感。根据进一步的示例，连接结构的阻尼常数可以在从0.1mΩ/nH到20mΩ/nH的范围内，例如在从0.5mΩ/nH到5mΩ/nH的范围内。

在管芯水平上连接第一负载焊盘和第二负载焊盘可以为其中半导体管芯可以被电连接到器件端子或被电连接到子组件中(例如IGBT模块中)的其它器件和/或导电结构的方式提供更多的余地。例如，在管芯水平上提供连接结构可以有利于被连接到第一负载焊盘和第二负载焊盘并且承载负载电流的接合布线可以平行于栅极结构延伸。特别是，连接结构可以与包括铜作为主要组分的负载焊盘以及与平行于栅极结构行进的负载接合布线组合，而不增加振荡的趋势。

根据实施例，连接结构可以包括延伸到半导体本体中的沟槽连接结构。例如，沟槽连接结构可以从第一表面延伸到半导体本体中。沟槽连接结构可以包括导电部分和绝缘部分。绝缘部分可以将导电部分与半导体本体分离。

可以通过至少部分地使用限定和形成栅极结构或其它沟槽结构的处理来在晶片水平上高效地形成沟槽连接结构。沟槽连接结构的形成和栅极结构和/或其它沟槽结构的形成可以共享一个或多个处理。例如，单个沟槽蚀刻掩模可以限定栅极结构和/或进一步的沟槽结构和沟槽连接结构。单个沟槽蚀刻处理可以同时地形成用于栅极结构和/或进一步的沟槽结构的沟槽以及用于连接结构的一个或多个沟槽。沟槽连接结构的绝缘部分可以是通过使用为了形成栅极电介质而应用的处理中的至少一些来形成的。例如，单个沉积处理或单个氧化处理可以形成栅极电介质和/或另外的沟槽电介质和沟槽连接结构绝缘部分的至少一部分。沟槽连接结构的导电部分可以是通过使用用于形成栅极电极和/或无源沟槽电极的处理中的至少一个来形成的。例如，进一步的单个沉积和/或图案化处理可以形成栅极电极和/或无源沟槽电极以及沟槽连接结构导电部分。

此外，在沟槽中形成连接结构可以对于面积效率仅具有低的影响或没有任何负面影响。例如，连接结构可以主要是或完全地形成在任何有源部分的外部。例如，第一负载焊盘和第二负载焊盘之间的沟槽连接结构可以排它地形成在半导体本体的将第一有源部分和第二有源部分分离的部分中。

沟槽连接结构导电部分可以包括掺杂的多晶硅，使得可以通过沟槽连接结构的掺杂浓度和几何尺寸来精细地调节沟槽连接结构的阻抗。

根据实施例，沟槽连接结构的纵向延伸可以平行于间隙的纵向延伸行进。沟槽连接结构的电阻和/或电感可以相当低。在任何工作状态下，跨第一负载焊盘和第二负载焊盘的电势分布可以是相当均匀的。

根据另一实施例，沟槽连接结构的纵向延伸可以对于间隙的纵向延伸倾斜例如至少30度。例如，沟槽连接结构的纵向延伸可以正交于间隙的纵向延伸。例如，纵向延伸可以与间隙的纵向延伸正交并且与栅极结构的纵向延伸正交。

根据实施例，连接结构可以包括多个沟槽连接结构。例如，连接结构可以包括与间隙的纵向延伸正交地行进的多个沟槽连接结构。沟槽连接结构可以被高效地形成为具有与栅极结构和/或进一步的沟槽结构近似相同的宽度。

根据实施例，半导体管芯可以包括延伸到半导体本体中的无源沟槽电极。沟槽电介质可以将无源沟槽电极与半导体本体电分离。无源沟槽电极可以被电连接到预定电势。例如，无源沟槽电极可以是被电连接到IGBT或功率MOSFET的发射极负载焊盘的电势的源极沟槽电极。

无源沟槽电极和沟槽电介质形成无源沟槽结构。半导体管芯可以包括多个平行的无源沟槽结构。例如，多个第一无源沟槽结构可以至少从第一有源部分的一侧延伸到相对的侧，并且多个第二无源沟槽结构可以从第二有源部分的一侧延伸到相对的侧。

沟槽连接结构可以高效地与无源沟槽结构形成在一起。沟槽连接结构、最靠近间隙的第一无源沟槽结构和最靠近间隙的第二无源沟槽结构可以形成梯状结构，其中最靠近的第一无源沟槽结构和最靠近的第二无源沟槽结构形成横栏，并且其中沟槽连接结构形成梯级。

根据实施例，第一负载焊盘和第二负载焊盘之间的间隙可以具有沿着正交于间隙的纵向延伸的方向的间隙宽度。例如，间隙宽度可以是沿着与第一方向正交的横向第二方向取得的。间隙宽度可以为至少2μm。例如，第一负载焊盘和第二负载焊盘之间的间隙在第一表面上方不含有进一步的导电结构，并且间隙宽度可以是至少2μm。根据另一示例，在半导体本体上的间隙中形成进一步的导电结构，其中间隙宽度为至少10μm。例如，金属栅极布线的一部分可以被形成在间隙中的第一表面上。

根据实施例，连接结构可以具有沿着间隙宽度(换言之，正交于间隙的纵向延伸)的最大延伸。连接结构的最大延伸可以至多是间隙宽度的十倍，例如至多是间隙宽度的两倍。

根据另一实施例，连接结构可以包括连接线。连接线可以被形成在半导体本体的第一表面上。连接线可以被形成在间隙的外部。连接线可以与半导体本体分离。例如，层间电介质结构的一部分可以将连接线与半导体本体分离。

例如，连接线可以包括在半导体本体的边缘部分中平行于第一表面的外边缘延伸的主要部分，其中，边缘部分将有源部分与侧表面区域分离。连接线的进一步的部分可以从主要部分横向延伸到第一负载焊盘和第二负载焊盘下方。竖向过孔可以将第一负载焊盘和第二负载焊盘与进一步的连接线部分电连接。替换地或者此外，一个或多个无源第一沟槽电极和一个或多个无源第二沟槽电极可以延伸到连接线下方，并且竖向过孔可以将相应的无源沟槽电极与连接线电连接。连接线可以具有连接第一负载焊盘和第二负载焊盘的唯一目的。

根据实施例，半导体管芯包括从第一表面延伸到第一有源部分中的第一无源沟槽电极。第一沟槽接触结构可以将第一负载焊盘与第一无源沟槽电极电连接。第一沟槽接触结构可以竖向地延伸通过第一负载焊盘和第一无源沟槽电极之间的层间电介质。半导体管芯可以包括从第一表面延伸到第二有源部分中的第二无源沟槽电极。第二沟槽接触结构可以电连接第二负载焊盘和第二无源沟槽电极。第二沟槽接触结构可以竖向地延伸通过第二负载焊盘和半导体本体之间的层间电介质。

源极连接线可以被形成在有源部分和侧表面区域之间的第一表面上。源极连接线和第一无源沟槽电极可以被电连接。例如，过孔可以从源极连接线竖向地延伸到第一无源沟槽电极。源极连接线和第二无源沟槽电极可以被电连接。例如，过孔可以从源极连接线竖向地延伸到第二无源沟槽电极。

连接结构可以包括源极连接线的子部分，其中子部分从最靠近间隙的第一无源沟槽电极延伸到最靠近间隙的第二无源沟槽电极。可以通过修改现有的布局高效地形成连接结构。

根据实施例，半导体本体可以进一步包括漂移区、本体区和集电极区。漂移区可以包括第一导电类型的相对轻掺杂的漂移区带。漂移区带可以水平地延伸通过整个半导体本体或几乎延伸通过整个半导体本体。漂移区带的掺杂剂分布和竖向延伸被设计为耐受半导体管芯的标称阻断电压的至少主要部分。替换地或者除了漂移区带之外，漂移区可以包括补偿结构，例如超结结构，其中超结结构可以包括多个p掺杂柱和n掺杂柱，其中p掺杂柱和n掺杂柱形成竖向pn结，并且其中在超结结构的水平横截面中，跨p掺杂剂浓度的表面积分与跨n掺杂剂浓度的表面积分偏离不多于20%，例如不多于5%。

第一有源部分中的第一本体区可以与漂移结构形成第一pn结，并且与第一源极区形成第二pn结。第二有源部分中的第二本体区可以与漂移结构形成进一步的第一pn结，并且可以与第二源极区形成进一步的第二pn结。

集电极区可以具有第二导电类型，或者可以包括若干个第二导电类型的在横向上分离的区带。集电极区和漂移区可以形成一个或多个第三pn结。漂移区被形成在一侧处的集电极区和相对的侧处的本体区之间。漂移区可以将在一侧处的集电极区和在相对的侧处的本体区分离。

漂移区可以包括两种导电类型的进一步的掺杂区。例如，漂移区可以包括在本体区和漂移区带之间的第一导电类型的中间区带。中间区带可以将本体区带的至少一部分与漂移区带分离。中间区带中的最大掺杂剂浓度可以是漂移区带中的最小掺杂剂浓度的至少两倍高。例如，中间区带中的最大掺杂剂浓度可以是漂移区带中的最小掺杂剂浓度的至少十倍。

漂移区可以包括在与本体区相对的一侧处的第一导电类型的缓冲层。缓冲层可以将漂移区带和集电极区分离。缓冲层中的最大掺杂剂浓度可以是漂移区带中的最小掺杂剂浓度的至少两倍高。例如，缓冲层中的最大掺杂剂浓度可以是漂移区带中的最小掺杂剂浓度的至少十倍。漂移区可以包括第二导电类型的中间区。每个中间区可以是沿着或靠近于栅极结构之一形成的。中间区可以将本体区带的至少部分与漂移区带分离。漂移区带和每个中间区可以形成一个或多个pn结。

根据实施例，半导体器件可以包括上面描述的半导体管芯中的任何半导体管芯。半导体器件可以进一步包括第一负载端子、栅极端子和第二负载端子。第一负载端子可以例如通过金属夹具和/或接合布线(例如，圆形接合布线或带状接合布线)电连接或耦合到第一负载焊盘和第二负载焊盘。第二负载端子可以例如通过焊料层电连接或耦合到形成在半导体本体的第二表面上的背侧金属化。背侧金属化和集电极区可以形成低电阻欧姆接触。栅极端子可以例如通过接合布线电连接或耦合到栅极焊盘。栅极焊盘可以与栅极结构中的栅极电极电连接或耦合。半导体器件可以是反向阻断IGBT或反向导通IGBT。

根据实施例，半导体器件可以包括半导体本体、第一负载焊盘、第二负载焊盘、金属结构、第一负载连接结构和焊盘连接结构。

半导体本体可以包括第一有源部分和第二有源部分。第一有源部分可以包括第一源极区。第二有源部分可以包括第二源极区。第一负载焊盘和第一源极区可以被电连接。第二负载焊盘和第二源极区可以被电连接。间隙可以在横向上分离第一负载焊盘和第二负载焊盘。第一负载连接结构可以连接第一负载焊盘和金属结构。焊盘连接结构可以电连接第一负载焊盘和第二负载焊盘。连接结构可以具有与第一负载连接结构成至少45°角的纵向延伸。连接结构可以在被定位为与半导体本体相对的一侧处接触第一负载焊盘和第二负载焊盘。

连接结构直接连接第一负载焊盘和第二负载焊盘。可以独立于负载焊盘和进一步的结构之间的其它布线连接来选择连接结构的阻抗。可以选择连接结构的阻抗以抑制振荡和/或对振荡进行阻尼作用——振荡可能在某些工作条件下在负载电流路径的至少部分中产生——而对于其它布线参数没有不利影响。

栅极结构可以从第一表面延伸到半导体本体中。栅极结构可以具有沿着横向方向的纵向栅极延伸。纵向栅极延伸可以具有对于第一负载连接结构的纵向延伸的小于45度的角度。纵向栅极延伸大于与纵向栅极延伸正交的栅极宽度，例如至少为栅极宽度的十倍。栅极结构可以包括导电栅极电极和将栅极电极与半导体本体分离的栅极电介质。半导体管芯可以包括多个平行的栅极结构。

根据实施例，第一负载连接结构可以包括至少一个负载接合布线。例如，第一负载连接结构可以包括至少两个负载接合布线，例如，四个、五个或六个负载接合布线。第一负载连接结构的所有负载接合布线可以被电并联地布置。第一负载连接结构的所有负载接合布线可以是相同类型的、相同材料的和/或相同横截面面积的。例如，负载接合布线可以是圆形接合布线或带状接合布线。

至少在第一负载焊盘上方，负载连接结构(例如一个或多个接合布线)可以近似地平行于间隙的纵向延伸而延伸。负载连接结构可以平行于或近似地平行于形成在半导体本体中的栅极结构行进。负载连接结构可以进一步接触半导体器件的第三负载焊盘的顶表面。连接结构可以至少部分地补偿可能由负载接合布线的电感和/或电阻引起的对负载电流路径中的振荡的影响。

根据实施例，焊盘连接结构可以包括与第一负载焊盘直接接触并且与第二负载焊盘直接接触的接合布线。接合布线可以是圆形接合布线或带状接合布线。接合布线可以被附接到第一负载焊盘的暴露的顶表面和第二负载焊盘的暴露的顶表面。可以通过适度地修改布线接合处理来高效地提供焊盘连接结构。

根据实施例，半导体器件可以进一步包括连接第二负载焊盘和金属结构的第二负载连接结构。第二负载连接结构可以包括至少一个负载接合布线。例如，第二负载连接结构可以包括两个、四个、五个或六个负载接合布线。第二负载连接结构的所有负载接合布线可以是电并联的。第二负载连接结构的所有负载接合布线可以是相同类型的、相同材料的和/或相同横截面面积的。例如，负载接合布线可以是圆形接合布线或带状接合布线。

第一负载连接结构和第二负载连接结构可以是分离的。第一负载连接结构和第二负载连接结构可以是不同的实体。第一负载连接结构和第二负载连接结构可以是相同的材料或者可以由不同的材料制成。

根据实施例，连接结构的电路径比通过第一负载连接结构、金属结构和第二负载连接结构在第一负载焊盘和第二负载焊盘之间形成的电路径短至少50%。

根据实施例，IGBT模块可以包括如上面描述的半导体器件和如上面描述的半导体管芯中的至少一个。

根据实施例，IGBT模块可以包括半导体管芯、金属结构和布线连接结构。半导体管芯可以包括半导体本体、第一负载焊盘和第二负载焊盘。半导体本体可以包括第一有源部分和第二有源部分。第一有源部分可以包括第一源极区。第二有源部分可以包括第二源极区。第一负载焊盘和第一源极区可以被电连接。第二负载焊盘和第二源极区可以被电连接。第一负载焊盘和第二负载焊盘在横向上分离。布线连接结构可以经由金属结构连接第一负载焊盘和第二负载焊盘。布线连接结构可以包括接合布线。布线连接结构的接合布线可以具有至多5nH(例如，至多2 nH)的电感和/或至少5*10⁵s^-1(5E5 1/s)的总阻尼常数(R/2L)。布线连接结构的电感可以足够低以高效地抑制负载电流路径的部分中的振荡和/或对负载电流路径的部分中的振荡进行阻尼作用。

栅极结构可以从第一表面延伸到半导体本体中。栅极结构可以具有沿着横向方向的纵向栅极延伸。纵向栅极延伸可以具有对于布线连接结构的长度延伸成小于45度的角度。纵向栅极延伸大于与纵向栅极延伸正交的栅极宽度，例如至少为栅极宽度的十倍。栅极结构可以包括导电栅极电极和将栅极电极与半导体本体分离的栅极电介质。半导体管芯可以包括多个平行的栅极结构。

根据实施例，金属结构可以包括负载电流板、开尔文支承结构和进一步的半导体器件的电极焊盘中的至少之一。通过示例的方式，进一步的半导体器件可以是与半导体管芯反并联电连接的功率半导体二极管。例如，半导体管芯和负载电流板之间的横向距离、半导体管芯和开尔文支承结构之间的横向距离、和/或半导体管芯和进一步的半导体器件之间的横向距离至多是2mm，例如对于具有至多1200V的阻断能力的半导体器件而言。

根据实施例，布线连接结构的接合布线可以具有至多1nH的电感。

图1A至图1B图示半导体管芯510的一部分，其包括在半导体管芯510的前侧处电连接第一负载焊盘311和第二负载焊盘312的连接结构390。

半导体管芯510可以是IGBT(例如反向阻断IGBT或RC-IGBT(反向导通IGBT))的裸管芯。半导体管芯510的半导体本体100可以主要由单晶半导体材料形成，通过示例的方式，单晶半导体材料例如为硅(Si)、锗(Ge)、硅锗晶体(SiGe)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或砷化镓(GaAs)。

半导体本体100在前侧处具有第一表面101。在平行于第一表面101的水平平面中，半导体本体100可以具有矩形形状。第一表面101的法线限定竖向方向，并且与竖向方向正交的方向是横向方向。半导体本体100可以包括在水平平面中被并排地限定的有源部分191、192、193、194。有源部分191、192、…在横向上彼此分离。例如，有源部分191、192、…可以被规则地布置成行和列。栅格状的无源部分180在横向上将有源部分191、192、…彼此分离，并且在横向上将有源部分191、192、…与在半导体本体100的边缘处的侧表面区域103分离。

在有源部分191、192、…中，半导体本体100包括类似IGFET结构的控制IGBT的半导体部分。除了其它方面之外，第一有源部分191还包括第一导电类型的第一源极区111。第二有源部分192还包括第一导电类型的第二源极区112。第三有源部分193包括第一导电类型的第三源极区。第四有源部分194包括第一导电类型的第四源极区。源极区111、112、…可以从第一表面101延伸到半导体本体100中。通过示例的方式，第一导电类型可以是n型。替换地，第一导电类型可以是p型。

栅极结构150从第一表面101延伸到半导体本体100中。栅极结构150具有沿着横向第一方向291的纵向栅极延伸。栅极结构150可以从有源部分191、192的一侧在横向上延伸到相对的侧，并且可以在两侧上延伸到无源部分180中。每个栅极结构150可以在横向上延伸通过沿着第一方向291布置的两个有源部分191、193、192、194并且延伸通过无源部分180的在两个相关的有源部分191、193、192、194之间的区段(未图示)。每个源极区111、112、…可以直接邻接一个或多个栅极结构150。

栅极结构150可以包括栅极电极155和将栅极电极155与半导体本体100分离的栅极电介质159。栅极电极155可以是均匀结构，或者可以具有包括一个或多个导电层的分层结构。例如，栅极电极155可以包括重掺杂的多晶硅和/或金属元素或金属合成物。栅极电介质159可以包括半导体氧化物(例如热生长或沉积的氧化硅)、半导体氮化物(例如沉积或热生长的氮化硅)、半导体氮氧化物(例如氮氧化硅)和/或包括铁电材料(诸如氧化铪HfO₂或BaTiO₃)的电介质层堆叠。

负载焊盘311、312、…被定位在每个有源部分191、192、…之上。例如，第一负载焊盘311形成在第一有源部分191上，第二负载焊盘312形成在第二有源部分192上，等等。每个负载焊盘311、312、…可以具有与对应的有源部分191、192、…相同的水平横截面形状。每个负载焊盘311、312、…的水平横截面面积可以等于或大于对应的有源部分191、192、…的水平横截面面积。每个负载焊盘311、312、…至少与相应的有源部分191、192、…的源极区111、112、…电连接。负载焊盘311、312、…与栅极电极155分离。

负载焊盘311、312、…可以包括铝或铜作为仅有的主要组分或作为若干主要组分之一。例如，负载焊盘311、312、…可以包括铜合金(例如具有或不具有硅(Si)的铜铝合金(CuAl))或者铝合金(例如AlSi或AlSiCu)。

间隙230在横向上分离第一负载焊盘311和第二负载焊盘312。间隙230具有平行于第一方向291的纵向延伸。连接结构390₁、390₂电连接第一负载焊盘311和第二负载焊盘312。连接结构390₁、390₂可以包括在延伸到半导体本体100中的沟槽中形成的部分和/或在第一表面101上的布线层中形成的部分。

图2A至图2B涉及包括沟槽连接结构391的实施例。图2A至图2B还示出具有无源电极沟槽结构160的IGBT的细节。

图2A示出在前侧处具有第一表面101并且在背侧处具有第二表面102的半导体本体100。第一表面101和第二表面102近似平行。第一表面101与第二表面102之间的最小距离取决于针对半导体管芯510指定的电压阻断能力。例如，对于基于硅(Si)的并且被针对大约1200V的阻断电压而指定的半导体管芯510而言，第一表面101和第二表面102之间的距离可以在从90μm到120μm的范围内。与具有更大的阻断能力的半导体管芯有关的其它实施例可以提供具有几百微米的厚度的半导体本体100。对于具有更低的阻断电压的半导体管芯而言，厚度对于硅(Si)来说可以在从35μm到90μm的范围内。

半导体本体100包括漂移区130、源极区111、112、本体区121、122以及集电极区140。漂移区130可以包括第一导电类型的相对轻掺杂的漂移区带131。漂移区带可以水平地延伸通过整个半导体本体100或几乎延伸通过整个半导体本体100。漂移区带形成电压维持层。漂移区带131的掺杂剂分布和竖向延伸被选择为耐受半导体管芯510的标称阻断电压的至少主要部分。漂移区带131中的掺杂剂浓度可以至少在其竖向延伸的部分中随着到第一表面101的距离的增加而逐渐地或逐步地增加或减小。根据其它实施例，漂移区带131中的掺杂剂浓度可以是近似均匀的。对于基于硅的IGBT管芯而言，漂移区带131中的平均掺杂剂浓度可以在5×10¹²(5E12) cm^-3和1×10¹⁵(1E15) cm^-3之间，例如，在从1×10¹³(1E13) cm^-3到1×10¹⁴(1E14) cm^-3的范围内。在漂移区带131和集电极区140之间漂移区130可以包括第一导电类型的缓冲层139。缓冲层139可以将漂移区带131和集电极区140分离。缓冲层139中的最大掺杂剂浓度可以是漂移区带131中的最大掺杂剂浓度的至少两倍高。

第一本体区121与漂移区130形成第一pn结，并且与第一源极区111形成第二pn结。第一本体区121、第一源极区111和第一负载焊盘311可以被电连接。第二本体区122可以与漂移区120形成进一步的第一pn结，并且可以与第二源极区112形成进一步的第二pn结。第二本体区122、第二源极区112和第二负载焊盘312可以被电连接。

集电极区140被配置为充当背侧发射极。对于非反向导通IGBT(例如具有显著低于正向阻断能力的反向阻断能力的标准IGBT)或具有在相同数量级内的正向阻断能力和反向阻断能力的RC-IGBT而言，集电极区140可以是第二导电类型的连续层。对于RC-IGBT而言，集电极区140可以包括第一导电类型的第一区带和第二导电类型的第二区带。第一区带和第二区带例如沿着水平方向交替地布置。集电极区140(或者RC-IGBT集电极区140的第一区带和第二区带)和背侧金属化320形成欧姆接触。集电极区140中的最大掺杂剂浓度可以为至少1×10¹⁶(1E16) cm^-3，例如为至少5×10¹⁷(5E17) cm^-3。

半导体本体100还可以包括先进IGBT单元设计元件，如具有不同功能的各种沟槽，即，一些沟槽电极连接到栅极电势，并且一些沟槽电极连接到另外的电势(如负载端子)或者甚至保持浮置。还可以在本体区和漂移区之间实现与源极区相同导电类型的空穴阻挡层，以改善器件特性。替换地或附加地，可以在半导体本体100中实现与本体区相同导电类型的浮置阻挡区，例如，与漂移区131的部分形成pn结的浮置阻挡区。

特别是，图2A至图2B示出从第一表面101延伸到半导体本体100中的无源沟槽结构160。无源沟槽结构160可以是平行于栅极结构150延伸的条带状结构。

无源沟槽结构160可以包括无源沟槽电极165和将无源沟槽电极165与半导体本体100分离的沟槽电介质169。无源沟槽电极165可以是同质结构或者可以具有包括一个或多个导电层的分层结构。例如，无源沟槽电极165可以包括重掺杂的多晶硅层。无源沟槽电极165和栅极电极155可以具有相同的配置，并且可以包括相同的材料。

沟槽电介质169可以包括半导体氧化物(例如热生长或沉积的氧化硅)、半导体氮化物(例如沉积或热生长的氮化硅)或半导体氮氧化物(例如氮氧化硅)。沟槽电介质169和栅极电介质159可以具有相同的配置和/或可以包括相同的材料。

栅极结构150和无源沟槽结构160可以以规则的方式交替。例如，一个单个无源沟槽结构160可以被布置在每对栅极结构150之间。根据其它实施例，两个、三个或更多个无源沟槽结构160可以被布置在每对栅极结构150之间。根据其它实施例，可以省略无源沟槽结构，并且半导体管芯510可以排它地包括栅极结构150。

栅极电极155可以被电连接到形成在半导体本体100的前侧处的金属栅极布线330。无源沟槽电极165与栅极电极155电分离。无源沟槽电极165可以被电连接到辅助结构或者可以是电浮置的。根据所图示的实施例，有源部分191、192、…的无源沟槽电极165与分配给其中形成有无源沟槽电极165的有源部分191、192、…的负载焊盘311、312、…电连接。

第一负载焊盘311和第二负载焊盘312之间的间隙230可以具有平行于第一方向291的纵向轴。换句话说，间隙230的纵向延伸可以平行于栅极结构150。间隙230具有沿着正交于第一方向291的第二方向292的间隙宽度wg。

沟槽连接结构391包括导电部分395和将导电部分395与半导体本体100分离的绝缘部分399。沟槽连接结构391可以是相对于间隙230的中心中的中心平面对称地形成的，并且沿着第一方向291延伸。金属栅极布线330的一部分可以被形成在第一表面101上的间隙230中。层间电介质210的一部分将金属栅极布线330与沟槽连接结构导电部分395以及与半导体本体100分离。层间电介质210进一步将负载焊盘311、312与栅极结构150中的栅极电极155分离。

第一负载接触结构318将第一负载焊盘311与第一有源部分191中的第一源极区111、第一本体区121以及无源沟槽电极165竖向连接。第二负载接触结构319将第二负载焊盘312与第二有源部分192中的第二源极区112、第二本体区122以及无源沟槽电极165竖向连接。

连接过孔398竖向地连接第一负载焊盘311和连接结构导电部分395，并且竖向地连接第二负载焊盘312和连接结构导电部分395。沟槽连接结构391的沿着第二方向292的横向延伸lc大于间隙宽度wg，并且小于第一有源部分191中最靠近间隙230的那一沟槽结构150、160和第二有源部分192中最靠近间隙230的那一沟槽结构150、160之间的距离。

图3A至图3B示出包括彼此平行地定向的多个沟槽连接结构391的连接结构390。在所图示的实施例中，沟槽连接结构391被定向为纵轴与栅极结构150的纵向延伸正交地行进。沟槽连接结构391和栅极结构150可以具有相同的宽度和/或可以具有相同的竖向延伸。根据另一实施例(未图示)，沟槽连接结构391的纵轴与第二方向292之间的角度可以是45度或更小，例如30度。

在图4A至图4B中，每个沟槽连接结构将第一有源部分191的最靠近间隙230的那一无源沟槽结构160与第二有源部分192中的最靠近间隙230的那一无源沟槽结构160连接。连接结构390的导电部分395和无源沟槽电极165被直接连接。

在第一有源部分191的最靠近间隙230的那一无源沟槽结构160和第二有源部分192中的最靠近间隙230的那一无源沟槽结构160之间，半导体本体100不含有栅极结构150。沟槽连接结构391和无源沟槽结构160可以具有相同的宽度和/或可以具有相同的竖向延伸。

沟槽连接结构391和在间隙230的每一侧上的第一无源沟槽结构160可以形成梯状结构，其中第一有源部分191中的最靠近的无源沟槽结构160和第二有源部分192中的最靠近的无源沟槽结构160形成横栏，并且其中沟槽连接结构391形成梯级。

图5A至图5B示出包括在半导体本体100的前侧上的布线层中形成的连接线392的连接结构390。连接线392被形成在半导体本体100上并且被形成在间隙230外部。例如，连接线392被形成在半导体本体100的在侧表面区域103与第一有源部分191和第二有源部分192之间的无源部分180上。无源沟槽结构160从有源部分191、192在横向上延伸到连接线392下方。过孔397竖向地连接连接线392和无源沟槽电极165。

连接线392可以是源极流道317的沿着有源部分191、192的沿着第二横向方向292在有源部分191、192和侧表面区域103之间的整个横向延伸而延伸的部分。根据另一实施例，连接线392可以短于有源部分191、192的沿着第二方向的延伸，例如，至多为间隙宽度wg的十倍或两倍。

图6中的半导体器件500的焊盘连接结构390包括一个或多个接合布线393，其附接到第一负载焊盘311和第二负载焊盘312的暴露的顶表面上。接合布线393桥接间隙230。第一负载连接结构315将第一负载焊盘311与端子和/或与另外的金属结构(未图示)电连接。第一负载连接结构315可以包括近似地平行于或略微倾斜于栅极沟槽150的纵向方向而延伸的多个平行的接合布线394。第二负载连接结构316将第二负载焊盘312与端子和/或与另外的金属结构连接。第二负载连接结构316可以包括近似地平行于或略微倾斜于栅极结构150的纵向方向而延伸的多个平行的接合布线394。

接合布线393的电路径比通过第一负载连接结构315、端子或金属结构和第二负载连接结构316在第一负载焊盘311和第二负载焊盘312之间形成的电路径短至少50%。

图7A至图7C示出具有半导体管芯510的半导体器件500，半导体管芯510包括：与第一有源部分191中的第一源极区电连接的第一负载焊盘311；与第二有源部分192中的第二源极区电连接的第二负载焊盘312；与第三有源部分193中的第三源极区电连接的第三负载焊盘313；以及与第四有源部分194中的第四源极区电连接的第四负载焊盘314。栅极结构(未图示)平行于第一方向291行进。

每个半导体器件500进一步包括将第三负载焊盘313和第一负载焊盘311与端子和/或与另外的金属结构电连接的第一负载连接结构315。第一负载连接结构315可以包括多个接合布线394。接合布线可以是圆形接合布线或带状接合布线。第二负载连接结构316将第四负载焊盘314和第二负载焊盘312与端子和/或与其它金属结构连接。第二负载连接结构316可以包括多个接合布线。在半导体管芯510之上，例如在负载焊盘311、312、313、314上的接合接触之间，接合布线394可以近似地平行于或略微倾斜于半导体管芯510中的栅极沟槽结构的纵向方向而延伸。

半导体管芯510的金属栅极布线330可以包括在半导体管芯510的横向中心中的栅极焊盘。根据另一实施例，栅极焊盘可以是沿着半导体本体100的边缘定位的或者位于半导体本体100的角部中。栅极接合布线335可以将栅极焊盘与半导体器件的栅极端子或者与IGBT模块的栅极金属线电连接。

图7A示出包括跨栅极接合布线335下方或上方的接合布线的焊盘连接结构393。焊盘连接结构393可以是靠近半导体本体100的与由第一负载连接结构315和第二负载连接结构316所跨的边缘相对的那一边缘形成的。

在图7B中，焊盘连接结构393包括未跨栅极接合布线335下方或上方的接合布线。焊盘连接结构393可以是靠近半导体本体100的由第一负载连接结构315和第二负载连接结构316所跨的那一边缘形成的。

在图7C中，焊盘连接结构393包括未跨栅极接合布线335的第一接合布线以及跨栅极接合布线335上方或下方的第二接合布线。第一接合布线可以是靠近半导体本体100的由第一负载连接结构315和第二负载连接结构316所跨的那一边缘形成的。第二接合布线可以是靠近半导体本体100的与由第一负载连接结构315和第二负载连接结构316所跨的边缘相对的那一边缘形成的。

图8A至图8C示出IGBT模块的部分，IGBT模块包括具有至少第一负载焊盘311和第二负载焊盘312的半导体管芯510、金属结构400和布线连接结构590。栅极结构(未图示)平行于第一方向291行进。

半导体管芯510的背侧可以被焊接或烧结到集电极板401上。布线连接结构590可以经由金属结构400连接第一负载焊盘311和第二负载焊盘312。布线连接结构590的电感可以足够低以高效地抑制负载电流路径中的振荡和/或对负载电流路径中的振荡进行阻尼作用，例如至多为10nH、至多为5nH或至多为1nH。例如，半导体管芯510和金属结构400之间的横向距离至多为2mm。

在图8A至图8B中，布线连接结构590包括如上面描述的第一负载连接结构315和第二负载连接结构316。在所图示的实施例中，第一负载连接结构315和第二负载连接结构316中的每个可以包括四个或更多的接合布线。

在图8A中，金属结构400是负载电流板410。第一狭缝240可以将负载电流板410与集电极板401电分离。第一狭缝宽度dm为至多2mm。与第一方向291正交地，负载电流板410的横向延伸等于或大于半导体管芯510的横向延伸。第一负载连接结构315和第二负载连接结构316的接合布线可以是在没有横向弯曲的情况下形成的。第一负载连接结构315和第二负载连接结构316的每个接合布线的竖向投影可以是笔直的。

在图8B中，金属结构400是进一步的半导体器件450的电极焊盘451。进一步的半导体器件450可以是功率半导体二极管，其具有与第一方向291正交的、小于半导体管芯510的横向延伸的横向延伸。进一步的半导体器件450的背侧电极可以被焊接或烧结到集电极板401上。第一负载连接结构315和第二负载连接结构316的接合布线可以被形成有横向弯曲。半导体管芯510和进一步的半导体器件450之间的横向距离dd至多为2mm。

在图8C中，金属结构400包括开尔文支承结构420。第二狭缝250可以将开尔文支承结构420与集电极板401电分离。第二狭缝宽度dk至多为2mm。

布线连接结构590包括第一开尔文接合布线591和第二开尔文接合布线592。第一开尔文接合布线591电连接第一负载焊盘311和开尔文支承结构420。第二开尔文接合布线592电连接第二负载焊盘312和开尔文支承结构420。每个开尔文接合布线591、592的竖向投影可以是笔直的。开尔文支承结构420可以被电连接到栅极驱动器电路的高阻抗输入级的参考输入，该栅极驱动器电路输出供给到半导体管芯510的栅极电极的栅极信号。开尔文支承结构420在任何负载电流路径之外。

IGBT模块进一步包括第一负载连接结构315和第二负载连接结构316，其将第一负载焊盘311和第二负载焊盘312与通过第一狭缝240同集电极板401分离的负载电流板410连接。在该实施例中，第一狭缝宽度dm可以大于2mm，因为开尔文接合布线591、592可以提供在第一负载焊盘311和第二负载焊盘312之间的足够低的电感耦合。

图9A将图7A的实施例与邻近的半导体管芯510的两个负载焊盘311、312之间的管芯间连接493组合。管芯间连接493可以是来自与管芯间焊盘连接结构的接合布线393相同类型的进一步的接合布线。此外，图9A示出在横向上与集电极板401分离的金属栅极线430。栅极布线接合335将栅极金属布线330与金属栅极线430电连接。

图9B通过开尔文接合布线591和开尔文支承结构420将图7C的管芯内焊盘连接结构与邻近的半导体管芯510的两个负载焊盘311、312之间的管芯间连接组合。

根据另一实施例，半导体管芯可以包括半导体本体、栅极结构、第一负载焊盘、第二负载焊盘和连接结构。半导体本体可以包括第一有源部分和第二有源部分。第一有源部分可以包括第一源极区。第二有源部分可以包括第二源极区。

栅极结构可以从第一表面延伸到半导体本体中。栅极结构可以具有沿着横向第一方向的纵向栅极延伸。第一负载焊盘和第一源极区可以被电连接。第二负载焊盘和第二源极区可以被电连接。间隙可以在横向上分离第一负载焊盘和第二负载焊盘。

连接结构电连接第一负载焊盘和第二负载焊盘。连接结构可以被形成在形成于第一表面上的布线层中和/或可以被形成在从第一表面延伸到半导体本体中的凹槽中。连接结构(例如形成在凹槽中的连接结构)可以具有最大横向长度延伸，其至多是间隙宽度的十倍，例如至多是间隙宽度的两倍。

间隙的在横向上的纵向延伸可以正交于第一方向或者可以从第一方向偏离不多于至少30度。