專(zhuān)利名稱：具有igbt和二極管的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有IGBT和二極管的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
用于驅(qū)動(dòng)諸如電動(dòng)機(jī)等負(fù)載的反相電路是轉(zhuǎn)換直流電壓和交流電壓從而使反相器給電動(dòng)機(jī)通電的交換器。尤其，用于驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的反相電路例如由諸如IGBT(即，絕緣柵雙極型晶體管)的開(kāi)關(guān)元件和FWD(即，自由旋轉(zhuǎn)二極管)構(gòu)成。IGBT用作開(kāi)關(guān)元件。當(dāng)IGBT關(guān)閉時(shí)FWD分流和回流在電動(dòng)機(jī)中流動(dòng)的電流，從而使得即使當(dāng)IGBT在導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)在電動(dòng)機(jī)中流動(dòng)的電流也不會(huì)改變。特別是，直流電源與電動(dòng)機(jī)耦合。IGBT將電壓施加到電動(dòng)機(jī)。當(dāng)TGBT截止時(shí)，在電動(dòng)機(jī)中流動(dòng)的電流通過(guò)累積在電動(dòng)機(jī)的電感L中的能量穿過(guò)FWD流回。由此，可以將反相的直流電流施加到電動(dòng)機(jī)。由于當(dāng)IGBT轉(zhuǎn)換為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，不會(huì)立即阻斷電動(dòng)機(jī)中的電流，因此實(shí)質(zhì)上由直流電源提供交流電壓。由于反相電路用于上述操作，因此該電路必須具有FWD，其反相地與IGBT串聯(lián)連接。特別是，F(xiàn)WD必須反相地與IGBT并聯(lián)連接。
在美國(guó)專(zhuān)利No.5,589,446、JP-A-2000-114550、美國(guó)專(zhuān)利No.6,177,713、JP-A-2002-270857和JP-A-2000-340806中公開(kāi)了用于FWD的二極管。
圖7示出在美國(guó)專(zhuān)利No.5,589,446中公開(kāi)的二極管89。在該二極管89中，當(dāng)二極管89截止電流時(shí)，即當(dāng)二極管89處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，耗盡層在具有N-導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體層14(即N-層14)中延伸，以使電流不流動(dòng)。當(dāng)相對(duì)于陰極17，將正電壓施加到二極管89中的陽(yáng)極時(shí)，將空穴從具有P+導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體層11(即P+層11)引入到N-層14。由此，電流流過(guò)二極管89。部分形成在端區(qū)中的具有P+導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體層12將耗盡層從P+層11和N-層14之間的結(jié)J1延伸至二極管89的外圍，以使半導(dǎo)體層12防止在端區(qū)的邊界附近的電場(chǎng)集中。
端區(qū)包圍有源區(qū)和電感部分L。例如由SiO2膜制成的絕緣膜13部分地形成在端區(qū)表面附近。具有N+導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體層15(即，N+層15)設(shè)置在N-層14陰極一側(cè)的表面上。N+層15與陰極17接觸。當(dāng)將正向電壓施加到二極管89時(shí)，N+層15將電子引入到N-層14中。
圖8是示出適用于驅(qū)動(dòng)諸如電動(dòng)機(jī)等負(fù)載的反相電路的半導(dǎo)體器件90的等效電路圖。器件90包括IGBT90i和二極管90d，其反相地相互并聯(lián)連接。
在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的器件90中，IGBT90i和二極管90d分別形成在不同的半導(dǎo)體襯底中或者不同的半導(dǎo)體芯片中。然而，優(yōu)選IGBT90i和二極管90d形成在相同的半導(dǎo)體襯底中，以使器件尺寸最小化。
當(dāng)二極管90d用于反相電路中的FWD時(shí)，在二極管90d從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)時(shí)反相恢復(fù)二極管90d的情況下，二極管90d的電流波形是重要的。
圖9A示出用于測(cè)量和評(píng)估電流波形的電路。在此，電流流過(guò)半導(dǎo)體器件90中的二極管90d。圖9B示出電流波形的例子。
通過(guò)圖8所示的器件90提供半導(dǎo)體器件90a、90b。器件90a中的IGBT90ai用于開(kāi)關(guān)器件，器件90b中的IGBT被分路，并測(cè)量流過(guò)二極管90bd的電流id。
如圖9B所示，當(dāng)器件90a中的IGBT90ai截止時(shí)，循環(huán)電流在器件90b的二極管90bd中流動(dòng)。當(dāng)IGBT90ai導(dǎo)通時(shí)，瞬時(shí)電流在二極管90bd中反相流動(dòng)。該瞬時(shí)電流具有峰值，將其限定為恢復(fù)電流Irr。當(dāng)二極管90bd反相恢復(fù)時(shí)，將電源電壓施加到二極管92bd。將恢復(fù)電流Irr和電壓的乘積限定為恢復(fù)損失。通常，在反相恢復(fù)步驟的情況下，整流二極管需要具有小的恢復(fù)電流Irr和小的恢復(fù)損失。而且，在反相恢復(fù)步驟的情況下需要具有緩慢的電流恢復(fù)。由此，必須提高二極管90bd的恢復(fù)特性。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種具有IGBT和二極管的半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明的第一方案，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底，其具有第一導(dǎo)電類(lèi)型以及第一和第二表面；IGBT區(qū)，其具有IGBT并設(shè)置在襯底中；二極管區(qū)，其具有二極管并設(shè)置在襯底中；以及設(shè)置在襯底中的外圍區(qū)。IGBT區(qū)包括第一半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第一表面的表面部分中，該第一半導(dǎo)體區(qū)提供IGBT的溝道形成區(qū)；以及第二半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第二表面的表面部分中，該第二半導(dǎo)體區(qū)面對(duì)第一半導(dǎo)體區(qū)并提供IGBT的集電極。該二極管區(qū)包括第三半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第一表面的表面部分中，該第三半導(dǎo)體區(qū)提供二極管的陽(yáng)極和陰極中的一個(gè)；以及第四半導(dǎo)體區(qū)，其具有第一導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第二表面的表面部分中，該第四半導(dǎo)體區(qū)面對(duì)第一半導(dǎo)體區(qū)并提供二極管的陽(yáng)極和陰極中的另一個(gè)。外圍區(qū)包括第五半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第一表面的表面部分中；以及第六半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第二表面的表面部分中，該第六半導(dǎo)體區(qū)面對(duì)第五半導(dǎo)體區(qū)。第一、第三和第五半導(dǎo)體區(qū)共同并電氣地相互耦合，并且第二、第四和第六半導(dǎo)體區(qū)共同并電氣地相互耦合。
在上述器件中，將第六半導(dǎo)體區(qū)設(shè)置在襯底的第二表面上并且其面對(duì)第五半導(dǎo)體區(qū)。由此，第六半導(dǎo)體區(qū)周?chē)募纳O管與第五半導(dǎo)體區(qū)周?chē)募纳O管相對(duì)設(shè)置。由此，減小了第五半導(dǎo)體區(qū)周?chē)募纳O管的影響，從而在正向操作的情況下，防止將空穴引入到第五半導(dǎo)體區(qū)下方的襯底中。因此，在反向操作的情況下提高了規(guī)則二極管的恢復(fù)特性。
根據(jù)本發(fā)明的第二方案，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底，其具有第一導(dǎo)電類(lèi)型以及第一和第二表面；IGBT區(qū)，其具有IGBT并設(shè)置在襯底中；二極管區(qū)，其具有二極管并設(shè)置在襯底中；以及設(shè)置在襯底中的外圍區(qū)。IGBT區(qū)包括第一半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第一表面的表面部分中，該第一半導(dǎo)體區(qū)提供IGBT的溝道形成區(qū)；以及第二半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第二表面的表面部分中，該第二半導(dǎo)體區(qū)面對(duì)第一半導(dǎo)體區(qū)并提供IGBT的集電極。二極管區(qū)包括第三半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第一表面的表面部分中，該第三半導(dǎo)體區(qū)提供二極管的陽(yáng)極和陰極中的一個(gè)；以及第四半導(dǎo)體區(qū)，其具有第一導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第二表面的表面部分中，該第四半導(dǎo)體區(qū)面對(duì)第一半導(dǎo)體區(qū)并提供二極管的陽(yáng)極和陰極中的另一個(gè)。外圍區(qū)包括第五半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第一表面的表面部分中。IGBT區(qū)設(shè)置在外圍區(qū)和二極管區(qū)之間。第一、第三和第五半導(dǎo)體區(qū)共同并電氣地相互耦合，并且第二和第四半導(dǎo)體區(qū)共同并電氣地相互耦合。
在上述器件中，IGBT區(qū)設(shè)置在外圍區(qū)和二極管區(qū)之間。由此，即使當(dāng)在正向操作的情況下將空穴引入到第五半導(dǎo)體區(qū)下方的襯底中時(shí)，在反向操作情況下也將減小空穴對(duì)二極管恢復(fù)特性的影響。


從參考附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。附圖中圖1A和1B是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖2A和2B是示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖4A和4B是示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明又一示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的底視圖；圖7是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件的透視圖；圖8是圖7所示器件的等效電路圖；圖9A是示出用于測(cè)量該器件中的電流波形的等效電路的電路圖，和圖9B是示出該器件中的電流波形的實(shí)例圖；圖10A-10D是示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖11A和圖11B是示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的頂視圖和底視圖；圖12A和圖12B是示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的頂視圖和底視圖；圖13A和圖13B是示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的頂視圖和底視圖；以及圖14A和圖14B是示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的頂視圖和底視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1A和1B示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100、101。尤其，圖1A和1B各自示出器件100、101的左側(cè)。在每個(gè)器件100、101的中央，交替設(shè)置IGBT區(qū)和二極管區(qū)。每個(gè)器件100、101的右側(cè)的結(jié)構(gòu)與圖1A或1B的結(jié)構(gòu)左右相反。
每個(gè)器件100、101包括具有N-層導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體襯底1，其中形成IGBT和二極管。
在每個(gè)器件100、101的IGBT區(qū)中，在半導(dǎo)體襯底1的主表面的表面部分中形成具有P導(dǎo)電類(lèi)型的第一半導(dǎo)體區(qū)2。第一半導(dǎo)體區(qū)2提供IGBT的溝道形成區(qū)。在襯底1的背表面的表面部分中形成具有P+導(dǎo)電類(lèi)型的第二半導(dǎo)體區(qū)3。第二半導(dǎo)體區(qū)3面對(duì)第一半導(dǎo)體區(qū)2。第二半導(dǎo)體區(qū)3提供IGBT的集電極區(qū)。具有N導(dǎo)電類(lèi)型并形成在襯底1的背表面的表面部分中的半導(dǎo)體層1a提供IGBT的場(chǎng)闌(field stop)層。
在每個(gè)器件100、101的二極管區(qū)中，在襯底1的主表面的表面部分中形成具有P導(dǎo)電類(lèi)型的第三半導(dǎo)體區(qū)4。第三半導(dǎo)體區(qū)4提供二極管的陽(yáng)極區(qū)。在襯底1的背表面的表面部分中形成具有N+導(dǎo)電類(lèi)型的第四半導(dǎo)體區(qū)5。第四半導(dǎo)體區(qū)5面對(duì)第三半導(dǎo)體區(qū)4。第四半導(dǎo)體區(qū)5提供二極管的陰極區(qū)。
將襯底1中的外圍區(qū)設(shè)置在襯底1的外圍上，其是除IGBT區(qū)和二極管區(qū)之外的區(qū)域。在外圍區(qū)中，在主表面的表面部分中形成具有P導(dǎo)電類(lèi)型的第五半導(dǎo)體區(qū)6。第五半導(dǎo)體區(qū)6設(shè)置在柵極布線9a和IGBT的襯墊電極(pad electrode)9b下方，在區(qū)域6和布線9a或電極9b之間具有絕緣膜10。第五半導(dǎo)體區(qū)6和襯底1在其間提供PN結(jié)，從而提高器件的擊穿電壓。第一、第三和第五半導(dǎo)體區(qū)2、4、6共同地相互電耦合。在與第一和第三半導(dǎo)體區(qū)2、4相同的形成步驟中形成第五半導(dǎo)體區(qū)6。第五半導(dǎo)體區(qū)6具有與第一和第三半導(dǎo)體區(qū)2、4相同的雜質(zhì)濃度和相同的深度。在襯底1的主表面的表面部分中形成具有P導(dǎo)電類(lèi)型的第七半導(dǎo)體區(qū)6a。第七半導(dǎo)體區(qū)6a包圍第一、第三和第五半導(dǎo)體區(qū)2、4、6。第七半導(dǎo)體區(qū)6a不電連接到第五半導(dǎo)體區(qū)6，以使得第七半導(dǎo)體區(qū)6a與第五半導(dǎo)體區(qū)6電懸浮。與外圍區(qū)不具有第七半導(dǎo)體區(qū)6a的情況相比，通過(guò)使用第七半導(dǎo)體區(qū)6a，當(dāng)二極管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，耗盡層延伸到外圍區(qū)。由此，提供第七半導(dǎo)體區(qū)6a以降低電場(chǎng)集中。
在每個(gè)器件100、101中，將具有P+導(dǎo)電類(lèi)型的第六半導(dǎo)體區(qū)7a、7b設(shè)置在襯底1的背表面的表面部分中。第六半導(dǎo)體區(qū)7a、7b面對(duì)第五半導(dǎo)體區(qū)6。在器件100中，第六半導(dǎo)體區(qū)7a設(shè)置在除第二半導(dǎo)體區(qū)3和第四半導(dǎo)體區(qū)5之外的整個(gè)背表面上。在器件101中，將第六半導(dǎo)體區(qū)7b僅設(shè)置在第五半導(dǎo)體區(qū)6下方。第二、第四和第六半導(dǎo)體區(qū)3、5、7電氣地并相互地與背面電極8耦合。
在器件100、101中，IGBT區(qū)和二極管區(qū)形成在襯底1中，從而使具有IGBT和二極管的器件的尺寸最小化。
每個(gè)器件100、101的第五半導(dǎo)體區(qū)6具有P導(dǎo)電類(lèi)型，并且將其設(shè)置在柵極布線9a和襯墊電極9b下方。提供第五半導(dǎo)體區(qū)6以通過(guò)在襯底1和區(qū)域6之間形成PN結(jié)來(lái)提高擊穿電壓。第五半導(dǎo)體區(qū)6與第一和第三半導(dǎo)體區(qū)2、4電耦合。因此，器件100具有規(guī)則二極管D，此外，器件100還具有兩個(gè)寄生二極管PDa、PDb。寄生二極管PDa形成在第五半導(dǎo)體區(qū)6和設(shè)置在第五半導(dǎo)體區(qū)6下方的襯底1之間。如果面對(duì)第五半導(dǎo)體區(qū)6的N導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)設(shè)置在襯底1的背表面上，則在正向操作的情況下，提供在第五半導(dǎo)體區(qū)6和襯底1之間的寄生二極管PDa，從而將大量空穴引入到襯底1中。該空穴引入導(dǎo)致在反向操作情況下規(guī)則二極管D中的恢復(fù)特性的惡化。
為了避免上述恢復(fù)特性的惡化，在每個(gè)器件100、101中，將具有P導(dǎo)電類(lèi)型的第六半導(dǎo)體區(qū)7a、7b形成在襯底1的背表面上，并且其面對(duì)設(shè)置在襯底1的主表面上的第五半導(dǎo)體區(qū)6。由此，在襯底1的背面上形成在第六半導(dǎo)體區(qū)7a、7b周?chē)牧硪患纳O管PDb。寄生二極管PDb具有與第五半導(dǎo)體區(qū)6周?chē)募纳O管PDa相反的方向。因此，寄生二極管PDa的操作受到限制，并且降低了在正向操作情況下引入到第五半導(dǎo)體區(qū)6下方的襯底1中的空穴。提高了反向操作情況下的規(guī)則二極管D的恢復(fù)特性。
當(dāng)恢復(fù)過(guò)程的電流變化率di/dt變得較大時(shí)可以擊穿第五半導(dǎo)體區(qū)6周?chē)募纳O管PDa。這與將諸如ESD(即，靜電放電)的浪涌電壓施加到器件上的情況相似。因此，為了增加抗浪涌電壓的寄生二極管PDa的擊穿電壓，優(yōu)選器件100、101具有以下結(jié)構(gòu)。
圖2A、2B、3、4A和4B示出具有各種第五半導(dǎo)體區(qū)6b-6f的半導(dǎo)體器件102-106。每個(gè)半導(dǎo)體器件102-106與圖1A所示的器件100相似，除了第五半導(dǎo)體區(qū)6之外。
盡管圖1A中的器件100中的第五半導(dǎo)體區(qū)6具有與第三半導(dǎo)體區(qū)4相同的雜質(zhì)濃度，但是在圖2A中的器件102中，第五半導(dǎo)體區(qū)6b具有比第三半導(dǎo)體區(qū)4低的雜質(zhì)濃度。由此，載流子通過(guò)第五半導(dǎo)體區(qū)6b的電阻增加，從而降低了電流集中。因此，抗浪涌的擊穿電壓提高，即增加。
盡管器件100中的第五半導(dǎo)體區(qū)6具有與第三半導(dǎo)體區(qū)4相同的深度，但是在圖2B中的器件103中，第五半導(dǎo)體區(qū)6c具有比第三半導(dǎo)體區(qū)4淺的深度。由此，載流子通過(guò)第五半導(dǎo)體區(qū)6c的電阻增加，從而降低了電流集中。因此，抗浪涌的擊穿電壓提高。
管器件100中的第五半導(dǎo)體區(qū)6由一個(gè)擴(kuò)散區(qū)形成，但是在圖3中的器件104中，第五半導(dǎo)體區(qū)6d包括多個(gè)擴(kuò)散區(qū)，盡這些擴(kuò)散區(qū)相互交迭且相互毗連。由此，在擴(kuò)散區(qū)交迭部分處第五半導(dǎo)體區(qū)6d的電阻增加。由此，載流子通過(guò)第五半導(dǎo)體區(qū)6d的電阻增加，從而降低了電流集中。因此，抗浪涌的擊穿電壓提高。
在圖4A和4B中的每個(gè)器件105、106中，第五半導(dǎo)體區(qū)5e、5f包括其間具有絕緣膜的溝槽te、tf。尤其，器件105的溝槽te穿透第五半導(dǎo)體區(qū)6e，并且設(shè)置在部分第五半導(dǎo)體區(qū)6e中。器件106的溝槽tf不穿透第五半導(dǎo)體區(qū)6f，即，溝槽tf的底部不達(dá)到襯底1，從而溝槽tf的底部保留在第五半導(dǎo)體區(qū)6f中。在器件100中，第五半導(dǎo)體區(qū)6不具有溝槽。由此，載流子通過(guò)第五半導(dǎo)體區(qū)6e、6f的電阻增加，從而降低了電流集中。因此，抗浪涌的擊穿電壓提高。
圖5示出半導(dǎo)體器件107，其中指定第五半導(dǎo)體區(qū)6f的尺寸。在器件107中，具有P導(dǎo)電類(lèi)型的第七半導(dǎo)體區(qū)6a形成在襯底1的主表面上。第七半導(dǎo)體區(qū)6a包圍第一、第三和第五半導(dǎo)體區(qū)2、4、6。第五半導(dǎo)體區(qū)6g的一端e1設(shè)置在第七半導(dǎo)體區(qū)的一側(cè)上，并且電極9c的一端e2設(shè)置在外圍區(qū)的一側(cè)上。電極9c連接到第五半導(dǎo)體區(qū)6g。將第五半導(dǎo)體區(qū)6g的一端e1和電極9c的一端e2之間的距離限定為L(zhǎng)，其大于空穴在襯底1的第八半導(dǎo)體區(qū)1b中的擴(kuò)散長(zhǎng)度。例如，預(yù)定距離L使其等于或大于50μm。優(yōu)選地，距離L可以等于或大于100μm。
由于器件107包括第七半導(dǎo)體區(qū)6a，因此當(dāng)二極管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)耗盡層延伸到外圍區(qū)。因此，降低了電場(chǎng)集中。而且，由于距離L大于空穴的擴(kuò)散長(zhǎng)度，因此還降低了電流集中。由此，還減少了一端e2處的擊穿，在此處第五半導(dǎo)體區(qū)6g連接到電極9c。
圖10A示出半導(dǎo)體器件109，其中將絕緣層20設(shè)置在襯底1的背面上。尤其，絕緣層20設(shè)置在外圍區(qū)中，并且將背面電極8設(shè)置在襯底1在二極管區(qū)和IGBT區(qū)中的背面上。在此，N導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體層1a提供場(chǎng)闌層(即FS層)。與圖1A中的器件100相比，器件109不具有第四半導(dǎo)體區(qū)5和第六半導(dǎo)體區(qū)7a。然而，由于器件109包括絕緣層20，因此限制了寄生二極管PDa的操作，并且減少了在正向操作情況下引入到第五半導(dǎo)體區(qū)6下方的襯底1中的空穴。由此，改善了反向操作情況下的規(guī)則二極管D的恢復(fù)特性。
圖10B示出半導(dǎo)體器件110，其中將絕緣層20設(shè)置在襯底1的背面上。尤其，將絕緣層20設(shè)置在外圍區(qū)中，并且將背面電極8設(shè)置在襯底1在二極管區(qū)和IGBT區(qū)中的背面上。與圖1A中的器件100相比，器件109不具有第四半導(dǎo)體區(qū)5和第六半導(dǎo)體區(qū)7a。而且，在外圍區(qū)域中，僅部分地設(shè)置N導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體區(qū)1a。主要地，在外圍區(qū)中不具有場(chǎng)闌層(即，對(duì)應(yīng)于N導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體區(qū)1a)。然而，由于器件109包括絕緣層20，因此寄生二極管PDa的操作受到限制，并且減少了在正向操作情況下引入到第五半導(dǎo)體區(qū)6下方的襯底1中的空穴。由此，改善了反向操作情況下的規(guī)則二極管D的恢復(fù)特性。
圖10C示出半導(dǎo)體器件111，其中將高電阻層21設(shè)置在N導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層1a和背面電極8之間的襯底1的背面上。尤其，將高電阻層21僅設(shè)置在外圍區(qū)中，并且將背面電極8不僅設(shè)置在襯底1在二極管區(qū)和IGBT區(qū)中的背面上，而且還設(shè)置在襯底1在外圍區(qū)中的背面上。與圖1A中的器件100相比，器件111不具有第四半導(dǎo)體區(qū)5和第六半導(dǎo)體區(qū)7a。然而，由于器件111包括高電阻層21，因此寄生二極管PDa的操作受到限制，并且減少了在正向操作情況下引入到第五半導(dǎo)體區(qū)6下方的襯底1中的空穴。由此，改善了反向操作情況下的規(guī)則二極管D的恢復(fù)特性。在此，通過(guò)增加背面電極8的接觸電阻或者通過(guò)減小在背面電極和N導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層1a之間的邊界處的雜質(zhì)濃度來(lái)制備高電阻層21。
圖10D示出半導(dǎo)體器件112。尤其，將背面電極8僅設(shè)置在二極管區(qū)和IGBT區(qū)中。由此，在外圍區(qū)中沒(méi)有背面電極8。而且，與圖1A中的器件100相比，器件112不具有第四半導(dǎo)體區(qū)5和第六半導(dǎo)體區(qū)7a。然而，由于外圍區(qū)不具有背面電極8，因此寄生二極管PDa的操作受到限制，并且減少了在正向操作情況下引入到第五半導(dǎo)體區(qū)6下方的襯底1中的空穴。由此，改善了反向操作情況下的規(guī)則二極管D的恢復(fù)特性。
圖6示出半導(dǎo)體器件108，并且器件108具有與圖1A所示的器件100相似的截面結(jié)構(gòu)。
器件108包括IGBT和二極管，其形成在具有N-導(dǎo)電類(lèi)型的襯底1中。在器件108的IGBT區(qū)中，如圖1A所示，具有P導(dǎo)電類(lèi)型的第一半導(dǎo)體區(qū)2形成在襯底1的主表面的表面部分中。第一半導(dǎo)體區(qū)2提供IGBT的溝道形成區(qū)。具有P+導(dǎo)電類(lèi)型的第二半導(dǎo)體區(qū)3形成在襯底1的背表面的表面部分中。第二半導(dǎo)體區(qū)3面對(duì)第一半導(dǎo)體區(qū)2，并提供IGBT的集電極區(qū)。第二半導(dǎo)體區(qū)3設(shè)置在IGBT區(qū)中，并且在圖6中將其示為由點(diǎn)劃線和雙點(diǎn)劃線包圍的區(qū)域。
在器件108的二極管區(qū)域中，如圖1A所示，在襯底1的主表面的表面部分中形成具有P導(dǎo)電類(lèi)型的第三半導(dǎo)體區(qū)4。第三半導(dǎo)體區(qū)4提供二極管的陽(yáng)極區(qū)。在襯底1的背表面的表面部分中形成具有N+導(dǎo)電類(lèi)型的第四半導(dǎo)體區(qū)5。第四半導(dǎo)體區(qū)5面對(duì)第三半導(dǎo)體區(qū)4，并且提供二極管的陰極區(qū)。第四半導(dǎo)體區(qū)5設(shè)置在二極管區(qū)中。在圖6中將器件108的第四半導(dǎo)體區(qū)5示為由點(diǎn)劃線包圍的區(qū)域。
由此，在器件108中，IGBT區(qū)(即，示為第二半導(dǎo)體區(qū)3)包圍二極管區(qū)(即，示為第四半導(dǎo)體區(qū)5)，如圖6所示。
設(shè)置在圖6中的雙點(diǎn)劃線外部的區(qū)域?qū)?yīng)于除器件108的IGBT區(qū)和二極管區(qū)之外的區(qū)域，并且其包圍IGBT區(qū)。第五半導(dǎo)體區(qū)6形成在襯底1在該雙點(diǎn)劃線外部的區(qū)域中的主表面的表面部分中，如圖1A所示。因此，在器件108中，第五半導(dǎo)體區(qū)6包圍IGBT區(qū)(即，對(duì)應(yīng)于第二半導(dǎo)體區(qū)3)。在此，第一、第三和第五半導(dǎo)體區(qū)2、4、6相互電耦合。
在器件108中，面對(duì)第五半導(dǎo)體區(qū)6的第六半導(dǎo)體區(qū)7a設(shè)置在背表面在除第二和第四半導(dǎo)體區(qū)3、5之外的整個(gè)表面部分上。第二、第四和第六半導(dǎo)體區(qū)3、5、7a電氣地并相互地與背面電極8耦合。
第五半導(dǎo)體區(qū)6設(shè)置在柵極布線9a和襯墊電極9b的下方，并且具有P導(dǎo)電類(lèi)型。因此，PN結(jié)形成在具有N導(dǎo)電類(lèi)型的襯底1和第五半導(dǎo)體區(qū)6之間，從而提高器件的擊穿電壓。然而，該第五半導(dǎo)體區(qū)6電氣地并相互地與第一和第三半導(dǎo)體區(qū)2、4耦合。由此，第五半導(dǎo)體區(qū)6和襯底1之間的寄生二極管PDa可以降低反向操作情況下的規(guī)則二極管D的恢復(fù)特性。由此，在器件108中，第五半導(dǎo)體區(qū)6和規(guī)則二極管區(qū)(即，對(duì)應(yīng)于第四半導(dǎo)體區(qū)5)夾著IGBT區(qū)(即，對(duì)應(yīng)于第二半導(dǎo)體區(qū)3)，并且相互分開(kāi)。由此，在二極管D正向操作的情況下，將空穴引入到第五半導(dǎo)體區(qū)6下方的襯底1中。然而，在二極管D反向操作的情況下減小了所引入的空穴對(duì)二極管D的恢復(fù)特性的影響。
在除器件108的IGBT區(qū)和二極管區(qū)之外的區(qū)域中，在襯底1的主表面上形成具有P導(dǎo)電類(lèi)型的第五半導(dǎo)體區(qū)6，以及在襯底1的背表面上形成具有P+導(dǎo)電類(lèi)型且面對(duì)第五半導(dǎo)體區(qū)6的第六半導(dǎo)體區(qū)7a。為了改善二極管D的恢復(fù)特性，優(yōu)選地第六半導(dǎo)體區(qū)7a具有P導(dǎo)電類(lèi)型。或者，在器件108中，由于二極管區(qū)和第五半導(dǎo)體區(qū)6相互分開(kāi)，IGBT區(qū)夾在其間，因此第六半導(dǎo)體區(qū)可以具有N導(dǎo)電類(lèi)型，只要二極管區(qū)和第五半導(dǎo)體區(qū)6充分分開(kāi)即可。在該器件108中，改善了反向操作情況下的規(guī)則二極管D的恢復(fù)特性。而且，提高了抗浪涌的擊穿電壓。
圖11A示出半導(dǎo)體器件113的主表面，以及圖11B示出器件113的背表面。器件113的IGBT區(qū)和二極管區(qū)共同形成在相同的區(qū)域中。在此，器件113具有與圖10A-10D中的器件109-112相似的截面。尤其，襯底1在外圍區(qū)中的背表面的表面部分包括具有場(chǎng)闌層1a的絕緣層20、不具有場(chǎng)闌層1a的絕緣層20、在場(chǎng)闌層1a和背面電極8之間的高阻層21、或僅是不具有背面電極8的場(chǎng)闌層。在該器件113中，改善了反向操作情況下的規(guī)則晶體管D的恢復(fù)特性，并且提高了抗浪涌的擊穿電壓。
圖12A示出半導(dǎo)體器件114的主表面，并且圖12B示出器件114的背表面。分別形成器件114的IGBT區(qū)和二極管區(qū)。沿著襯底1的一個(gè)方向交替設(shè)置IGBT區(qū)和二極管區(qū)，該方向平行于襯底1的主表面。在此，器件114具有與圖10A-10D中的器件109-112相似的截面。尤其，襯底1在外圍區(qū)域中的背表面的表面部分包括具有場(chǎng)闌層1a的絕緣層20、不具有場(chǎng)闌層1a的絕緣層20、場(chǎng)闌層1a和背面電極8之間的高阻層，或者僅是不具有背面電極8的場(chǎng)闌層。在該器件114中，改善了反向操作情況下的規(guī)則二極管D的恢復(fù)特性，并且提高了抗浪涌的擊穿電壓。
圖13A示出半導(dǎo)體器件115的主表面，并且圖13B示出器件115的背表面。分別形成器件115的IGBT區(qū)和二極管區(qū)。外圍區(qū)包圍IGBT區(qū)，并且IGBT區(qū)包圍二極管區(qū)。在此，器件115具有與圖10A-10D中的器件109-112相似的截面。尤其，襯底1在外圍區(qū)中的背表面的表面部分包括具有場(chǎng)闌層1a的絕緣層20、不具有場(chǎng)闌層1a的絕緣層20、場(chǎng)闌層1a和背面電極8之間的高阻層21、或者僅是不具有背面電極8的場(chǎng)闌層。在該器件115中，改善了反向操作情況下的規(guī)則二極管D的恢復(fù)特性，并且提高了抗浪涌的擊穿電壓。
圖14A示出半導(dǎo)體器件116的主表面，并且圖14B示出器件116的背表面。分別形成器件116的IGBT區(qū)和二極管區(qū)。外圍區(qū)包圍IGBT區(qū)和二極管區(qū)。而且，沿著襯底1的一個(gè)方向交替設(shè)置IGBT區(qū)和二極管區(qū)，該方向平行于襯底1的主表面。而且，外圍區(qū)包括中間部分，其將IGBT區(qū)和二極管區(qū)分成兩個(gè)部分。在此，器件116具有與圖10A-10D中的器件109-112相似的截面。尤其，襯底1在外圍區(qū)域中的背表面的表面部分包括具有場(chǎng)闌層1a的絕緣層20、不具有場(chǎng)闌層1a的絕緣層20、場(chǎng)闌層1a和背面電極8之間的高阻層21、或僅是不具有背面電極8的場(chǎng)闌層。在該器件116中，改善了反向操作情況下的規(guī)則二極管D的恢復(fù)特性，并且提高了抗浪涌的擊穿電壓。
在每個(gè)器件100-116中，襯底1具有N導(dǎo)電類(lèi)型，IGBT是N溝道IGBT，具有P導(dǎo)電類(lèi)型的第一半導(dǎo)體區(qū)2作為溝道形成區(qū)，并且二極管具有作為陽(yáng)極的具有P導(dǎo)電類(lèi)型的第三半導(dǎo)體區(qū)4?；蛘?，襯底1可以具有P導(dǎo)電類(lèi)型，IGBT可以是P溝道IGBT，具有N導(dǎo)電類(lèi)型的第一半導(dǎo)體區(qū)2作為溝道形成區(qū)，并且二極管可以具有作為陰極的具有N導(dǎo)電類(lèi)型的第三半導(dǎo)體區(qū)4。在這種情況下，改善了反向操作情況下的規(guī)則二極管D的恢復(fù)特性。而且，提高了抗浪涌的擊穿電壓。
上述公開(kāi)內(nèi)容具有以下方案。
根據(jù)本發(fā)明的第一方案，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底，其具有第一導(dǎo)電類(lèi)型以及第一和第二表面；IGBT區(qū)，其具有IGBT并設(shè)置在襯底中；二極管區(qū)，其具有二極管并設(shè)置在襯底中；以及設(shè)置在襯底中的外圍區(qū)。IGBT區(qū)包括第一半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第一表面的表面部分中，該第一半導(dǎo)體區(qū)提供IGBT的溝道形成區(qū)；以及第二半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第二表面的表面部分中，該第二半導(dǎo)體區(qū)面對(duì)第一半導(dǎo)體區(qū)并提供IGBT的集電極。該二極管區(qū)包括第三半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第一表面的表面部分中，該第三半導(dǎo)體區(qū)提供二極管的陽(yáng)極和陰極中的一個(gè)；以及第四半導(dǎo)體區(qū)，其具有第一導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第二表面的表面部分中，該第四半導(dǎo)體區(qū)面對(duì)第一半導(dǎo)體區(qū)并提供二極管的陽(yáng)極和陰極中的另一個(gè)。外圍區(qū)包括第五半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第一表面的表面部分中；以及第六半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第二表面的表面部分中，該第六半導(dǎo)體區(qū)面對(duì)第五半導(dǎo)體區(qū)。第一、第三和第五半導(dǎo)體區(qū)共同并電氣地相互耦合，并且第二、第四和第六半導(dǎo)體區(qū)共同并電氣地相互耦合。
在上述器件中，將第六半導(dǎo)體區(qū)設(shè)置在襯底的第二表面上并且其面對(duì)第五半導(dǎo)體區(qū)。由此，第六半導(dǎo)體區(qū)周?chē)募纳O管與第五半導(dǎo)體區(qū)周?chē)募纳O管相對(duì)設(shè)置。由此，減小了第五半導(dǎo)體區(qū)周?chē)募纳O管的影響，從而在正向操作的情況下，防止將空穴引入到第五半導(dǎo)體區(qū)下方的襯底中。因此，在反向操作的情況下提高了規(guī)則二極管的恢復(fù)特性。
或者，器件還包括設(shè)置在襯底的第二表面上的背面電極。背面電極設(shè)置在外圍區(qū)、二極管區(qū)和IGBT區(qū)中，以使第二、第四和第六半導(dǎo)體區(qū)共同并電氣地與背面電極耦合。
或者，器件還包括第七半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并且設(shè)置在襯底的第一表面的表面部分中。第七半導(dǎo)體區(qū)包圍第一、第三和第五半導(dǎo)體區(qū)。第五半導(dǎo)體區(qū)的一端靠近第七半導(dǎo)體區(qū)。外圍區(qū)還包括設(shè)置在第五半導(dǎo)體區(qū)上的電極。該電極的一端靠近第七半導(dǎo)體區(qū)。第五半導(dǎo)體區(qū)的所述一個(gè)端部和電極的所述一個(gè)端部之間的距離等于或大于空穴在第五半導(dǎo)體區(qū)和第六半導(dǎo)體區(qū)之間的襯底中的擴(kuò)散長(zhǎng)度。這種情況下，當(dāng)二極管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，耗盡層在外圍區(qū)中延伸，從而降低電場(chǎng)集中。而且，由于第五半導(dǎo)體區(qū)的所述一個(gè)端部和電極的所述一個(gè)端部之間的距離等于或大于空穴的擴(kuò)散長(zhǎng)度時(shí)，降低了電流集中，從而防止在電極的所述一個(gè)端部處的擊穿。
或者，第六半導(dǎo)體區(qū)可以僅設(shè)置在第五半導(dǎo)體區(qū)的下方?；蛘?，第六半導(dǎo)體區(qū)可以設(shè)置在襯底的除第二半導(dǎo)體區(qū)的表面部分和第四半導(dǎo)體區(qū)的表面部分之外的整個(gè)第二表面上。或者，IGBT區(qū)可以包圍二極管區(qū)，并且外圍區(qū)中的第五半導(dǎo)體區(qū)可以包圍IGBT區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方案，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底，其具有第一導(dǎo)電類(lèi)型以及第一和第二表面；IGBT區(qū)，其具有IGBT并設(shè)置在襯底中；二極管區(qū)，其具有二極管并設(shè)置在襯底中；以及設(shè)置在襯底中的外圍區(qū)。IGBT區(qū)包括第一半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第一表面的表面部分中，該第一半導(dǎo)體區(qū)提供IGBT的溝道形成區(qū)；以及第二半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第二表面的表面部分中，該第二半導(dǎo)體區(qū)面對(duì)第一半導(dǎo)體區(qū)并提供IGBT的集電極。二極管區(qū)包括第三半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第一表面的表面部分中，該第三半導(dǎo)體區(qū)提供二極管的陽(yáng)極和陰極中的一個(gè)；以及第四半導(dǎo)體區(qū)，其具有第一導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第二表面的表面部分中，該第四半導(dǎo)體區(qū)面對(duì)第一半導(dǎo)體區(qū)并提供二極管的陽(yáng)極和陰極中的另一個(gè)。外圍區(qū)包括第五半導(dǎo)體區(qū)，其具有第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在襯底的第一表面的表面部分中。IGBT區(qū)設(shè)置在外圍區(qū)和二極管區(qū)之間。第一、第三和第五半導(dǎo)體區(qū)共同并電氣地相互耦合，并且第二和第四半導(dǎo)體區(qū)共同并電氣地相互耦合。
在上述器件中，IGBT區(qū)設(shè)置在外圍區(qū)和二極管區(qū)之間。由此，即使當(dāng)在正向操作的情況下將空穴引入到第五半導(dǎo)體區(qū)下方的襯底中時(shí)，在反向操作情況下也將減小空穴對(duì)二極管恢復(fù)特性的影響。
或者，IGBT區(qū)可以包圍二極管區(qū)，并且外圍區(qū)中的第五半導(dǎo)體區(qū)可以包圍IGBT區(qū)。
或者，該器件還可以包括設(shè)置在襯底的第二表面上的背面電極；以及設(shè)置在襯底的第二表面上的絕緣層。將背面電極設(shè)置在二極管區(qū)和IGBT區(qū)中，以使第二和第四半導(dǎo)體區(qū)共同并電氣地相互耦合，并且將絕緣層設(shè)置在外圍區(qū)中。
或者，該器件還可以包括設(shè)置在襯底的第二表面上的背面電極。該背面電極設(shè)置在二極管區(qū)和IGBT區(qū)中，以使第二和第四半導(dǎo)體區(qū)共同并電氣地相互耦合，并且背面電極不設(shè)置在外圍區(qū)中。
雖然已經(jīng)參考其優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于優(yōu)選實(shí)施例和結(jié)構(gòu)。本發(fā)明旨在覆蓋各種修改和等同設(shè)置。另外，雖然上述各種組合和結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的，但是包括更多、更少或僅僅一個(gè)元件的其它組合和結(jié)構(gòu)也在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底(1)，其具有第一導(dǎo)電類(lèi)型以及第一和第二表面；IGBT區(qū)(IGBT REGION)，其具有IGBT并設(shè)置在所述襯底(1)中；二極管區(qū)(DIODE REGION)，其具有二極管并設(shè)置在所述襯底(1)中；以及外圍區(qū)(PERIPHERY REGION)，其設(shè)置在所述襯底(1)中，其中所述IGBT區(qū)(IGBT REGION)包括第一半導(dǎo)體區(qū)(2)，其具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在所述襯底(1)的所述第一表面的表面部分中，該第一半導(dǎo)體區(qū)(2)提供所述IGBT的溝道形成區(qū)；和第二半導(dǎo)體區(qū)(3)，其具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在所述襯底(1)的所述第二表面的表面部分中，該第二半導(dǎo)體區(qū)(3)面對(duì)所述第一半導(dǎo)體區(qū)(2)并且提供所述IGBT的集電極，所述二極管區(qū)(DIODE REGION)包括第三半導(dǎo)體區(qū)(4)，其具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在所述襯底(1)的所述第一表面的表面部分中，該第三半導(dǎo)體區(qū)(4)提供所述二極管的陽(yáng)極和陰極中的一個(gè)；和第四半導(dǎo)體區(qū)(5)，其具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在所述襯底(1)的所述第二表面的表面部分中，該第四半導(dǎo)體區(qū)(5)面對(duì)所述第一半導(dǎo)體區(qū)(2)并且提供所述二極管的陽(yáng)極和陰極中的另一個(gè)，所述外圍區(qū)(PERIPHERY REGION)包括第五半導(dǎo)體區(qū)(6、6b-6g)，其具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在所述襯底(1)的所述第一表面的表面部分中；以及第六半導(dǎo)體區(qū)(7a、7b)，其具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在所述襯底(1)的所述第二表面的表面部分中，該第六半導(dǎo)體區(qū)(7a、7b)面對(duì)所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6、6b-6g)，所述第一、第三和第五半導(dǎo)體區(qū)(2、4、6、6b-6g)共同并電氣地相互耦合，以及所述第二、第四和第六半導(dǎo)體區(qū)(3、5、7a、7b)共同并電氣地相互耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，所述第一導(dǎo)電類(lèi)型是N導(dǎo)電類(lèi)型，并且所述第二導(dǎo)電類(lèi)型是P導(dǎo)電類(lèi)型，和所述第三半導(dǎo)體區(qū)(4)提供所述二極管的陽(yáng)極，以及所述第四半導(dǎo)體區(qū)(5)提供所述二極管的陰極。
3.如權(quán)利要求1所述的器件，所述第一導(dǎo)電類(lèi)型是P導(dǎo)電類(lèi)型，并且所述第二導(dǎo)電類(lèi)型是N導(dǎo)電類(lèi)型，和所述第三半導(dǎo)體區(qū)(4)提供所述二極管的陰極，以及所述第四半導(dǎo)體區(qū)(5)提供所述二極管的陽(yáng)極。
4.如權(quán)利要求1所述的器件，還包括背面電極(8)，其設(shè)置在所述襯底(1)的所述第二表面上，其中所述背面電極(8)設(shè)置在外圍區(qū)(PERIPHERY REGION)、二極管區(qū)(DIODE REGION)和IGBT區(qū)(IGBT REGION)中，以使所述第二、第四和第六半導(dǎo)體區(qū)(3、5、7a、7b)共同并電氣地與所述背面電極(8)耦合。
5.如權(quán)利要求1的器件，還包括第七半導(dǎo)體區(qū)(6a)，具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在所述襯底(1)的所述第一表面的表面部分中，其中所述第七半導(dǎo)體區(qū)(6a)包圍所述第一、第三和第五半導(dǎo)體區(qū)(2、4、6g)，所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6g)的一端(e1)靠近所述第七半導(dǎo)體區(qū)(6a)，所述外圍區(qū)(PERIPHERY REGION)還包括設(shè)置在所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6g)上的電極(9c)，所述電極(9c)的一端(e2)靠近所述第七半導(dǎo)體區(qū)(6a)，以及所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6g)的所述一端(e1)和所述電極(9c)的所述一端(e2)之間的距離等于或大于空穴在所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6g)和所述第六半導(dǎo)體區(qū)(7a)之間的所述襯底(1)中的擴(kuò)散長(zhǎng)度。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的器件，所述第六半導(dǎo)體區(qū)(7b)僅設(shè)置在所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6)的下方。
7.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的器件，所述第六半導(dǎo)體區(qū)(7a)設(shè)置在所述襯底(1)的除所述第二半導(dǎo)體區(qū)(3)的表面部分和所述第四半導(dǎo)體區(qū)(5)的表面部分之外的整個(gè)所述第二表面上。
8.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的器件，所述IGBT區(qū)(IGBT REGION)包圍所述二極管區(qū)(DIODEREGION)，和所述外圍區(qū)(PERIPHERY REGION)中的所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6、6b-6g)包圍所述IGBT區(qū)(IGBT REGION)。
9.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的器件，所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6b)的雜質(zhì)濃度低于所述第三半導(dǎo)體區(qū)(4)的雜質(zhì)濃度。
10.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的器件，所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6c)在垂直于所述襯底(1)的所述第一表面的方向上具有深度，以及所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6c)的所述深度比所述第三半導(dǎo)體區(qū)(4)的深度淺。
11.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的器件，所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6d)包括多個(gè)擴(kuò)散區(qū)(6d)，以及相鄰的兩個(gè)所述擴(kuò)散區(qū)(6d)部分地相互交迭，以使所述擴(kuò)散區(qū)(6d)連接在一起。
12.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的器件，所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6e-6f)包括溝槽(te、tf)中的絕緣膜。
13.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的器件，所述外圍區(qū)(PERIPHERY REGION)還包括用于所述IGBT的柵極布線(9a)，以及所述柵極布線(9a)設(shè)置在所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6、6b-6g)上，在所述柵極布線(9a)和所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6、6b-6g)之間具有絕緣膜(10)。
14.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的器件，所述外圍區(qū)(PERIPHERY REGION)還包括襯墊電極(9b)，以及所述襯墊(9b)設(shè)置在所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6、6b-6g)上，在所述焊接點(diǎn)電極(9b)和所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6、6b-6g)之間具有絕緣膜(10)。
15.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底(1)，其具有第一導(dǎo)電類(lèi)型以及第一和第二表面；IGBT區(qū)(IGBT REGION)，其具有IGBT并設(shè)置在所述襯底(1)中；二極管區(qū)(DIODE REGION)，其具有二極管并設(shè)置在所述襯底(1)中；以及設(shè)置在所述襯底(1)中的外圍區(qū)(PERIPHERY REGION)，其中所述IGBT區(qū)(IGBT REGION)包括第一半導(dǎo)體區(qū)(2)，其具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在所述襯底(1)的所述第一表面的表面部分中，該第一半導(dǎo)體區(qū)(2)提供所述IGBT的溝道形成區(qū)；以及第二半導(dǎo)體區(qū)(3)，其具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在所述襯底(1)的所述第二表面的表面部分中，該第二半導(dǎo)體區(qū)(3)面對(duì)第一半導(dǎo)體區(qū)(2)并提供所述IGBT的集電極，所述二極管區(qū)(DIODE REGION)包括第三半導(dǎo)體區(qū)(4)，其具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在所述襯底(1)的所述第一表面的表面部分中，該第三半導(dǎo)體區(qū)(4)提供所述二極管的陽(yáng)極和陰極中的一個(gè)；以及第四半導(dǎo)體區(qū)(5)，其具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在所述襯底(1)的所述第二表面的表面部分中，該第四半導(dǎo)體區(qū)(5)面對(duì)所述第一半導(dǎo)體區(qū)(2)并提供所述二極管的陽(yáng)極和陰極中的另一個(gè)，所述外圍區(qū)(PERIPHERY REGION)包括第五半導(dǎo)體區(qū)(6、6b-6g)，其具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在所述襯底(1)的所述第一表面的表面部分中，所述IGBT區(qū)(IGBT REGION)設(shè)置在所述外圍區(qū)(PERIPHERYREGION)和所述二極管區(qū)(DIODE REGION)之間，所述第一、第三和第五半導(dǎo)體區(qū)(2、4、6、6b-6g)共同并電氣地相互耦合，以及所述第二和第四半導(dǎo)體區(qū)(3、5)共同并電氣地相互耦合。
16.如權(quán)利要求15所述的器件，所述IGBT區(qū)(IGBT REGION)包圍所述二極管區(qū)(DIODEREGION)，以及所述外圍區(qū)(PERIPHERY REGION)中的所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6、6b-6g)包圍所述IGBT區(qū)(IGBT REGION)。
17.如權(quán)利要求16所述的器件，所述第一導(dǎo)電類(lèi)型是N導(dǎo)電類(lèi)型，并且所述第二導(dǎo)電類(lèi)型是P導(dǎo)電類(lèi)型，和所述第三半導(dǎo)體區(qū)(4)提供所述二極管的陽(yáng)極，以及所述第四半導(dǎo)體區(qū)(5)提供所述二極管的陰極。
18.如權(quán)利要求16所述的器件，所述第一導(dǎo)電類(lèi)型是P導(dǎo)電類(lèi)型，并且所述第二導(dǎo)電類(lèi)型是N導(dǎo)電類(lèi)型，和所述第三半導(dǎo)體區(qū)(4)提供所述二極管的陰極，以及所述第四半導(dǎo)體區(qū)(5)提供所述二極管的陽(yáng)極。
19.如權(quán)利要求16所述的器件，，還包括第七半導(dǎo)體區(qū)(6a)，具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型并設(shè)置在所述襯底(1)的所述第一表面的表面部分中，其中所述第七半導(dǎo)體區(qū)(6a)包圍所述第一、第三和第五半導(dǎo)體區(qū)(2、4、6、6b-6g)，所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6、6b-6g)的一端(e1)靠近所述第七半導(dǎo)體區(qū)(6a)，所述外圍區(qū)(PERIPHERY REGION)還包括設(shè)置在所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6、6b-6g)上的電極(9c)，所述電極(9c)的一端(e2)靠近所述第七半導(dǎo)體區(qū)(6a)，以及所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6、6b-6g)的所述一端(e1)和所述電極(9c)的所述一端(e2)之間的距離等于或大于空穴在所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6、6b-6g)下方的襯底(1)中的擴(kuò)散長(zhǎng)度。
20.如權(quán)利要求15-19中任一項(xiàng)所述的器件，還包括背面電極(8)，其設(shè)置在所述襯底(1)的所述第二表面上，以及絕緣層(20)，其設(shè)置在所述襯底(1)的所述第二表面上，其中所述背面電極(8)設(shè)置在所述二極管區(qū)(DIODE REGION)和所述IGBT區(qū)(IGBT REGION)中，以使所述第二和第四半導(dǎo)體區(qū)(3、5)共同并電氣地相互耦合，以及所述絕緣層(20)設(shè)置在所述外圍區(qū)(PERIPHERY REGION)中。
21.如權(quán)利要求15-19中任一項(xiàng)所述的器件，還包括背面電極(8)，其設(shè)置在所述襯底(1)的所述第二表面上，其中所述背面電極(8)設(shè)置在所述二極管區(qū)(DIODE REGION)和所述IGBT(IGBT REGION)中，以使所述第二和第四半導(dǎo)體區(qū)(3、5)共同并電氣地相互耦合，以及所述背面電極(8)不設(shè)置在所述外圍區(qū)(PERIPHERY REGION)中。
22.如權(quán)利要求15-19中任一項(xiàng)所述的器件，還包括背面電極(8)，其設(shè)置在所述襯底(1)的所述第二表面上；以及高阻層(21)，其設(shè)置在所述外圍區(qū)(PERIPHERY REGION)中，其中所述背面電極(8)設(shè)置在所述外圍區(qū)(PERIPHERY REGION)、所述二極管區(qū)(DIODE REGION)和所述IGBT區(qū)(IGBT REGION)中，以使所述第二和第四半導(dǎo)體區(qū)(3、5)共同并電氣地相互耦合，和所述高阻層(21)設(shè)置在所述襯底(1)和所述背面電極(8)之間。
23.如權(quán)利要求15-19中任一項(xiàng)所述的器件，所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6b)的雜質(zhì)濃度比所述第三半導(dǎo)體區(qū)(4)的雜質(zhì)濃度低。
24.如權(quán)利要求15-19中任一項(xiàng)所述的器件，所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6c)在垂直于所述襯底(1)的所述第一表面的方向上具有深度，以及所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6c)的所述深度比所述第三半導(dǎo)體區(qū)(4)的深度淺。
25.如權(quán)利要求15-19中任一項(xiàng)所述的器件，所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6d)包括多個(gè)擴(kuò)散區(qū)(6d)，以及相鄰的兩個(gè)所述擴(kuò)散區(qū)(6d)部分地相互交迭，以使所述擴(kuò)散區(qū)(6d)連接在一起。
26.如權(quán)利要求15-19中任一項(xiàng)所述的器件，所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6e-6f)包括溝槽(te、tf)中的絕緣膜。
27.如權(quán)利要求15-19中任一項(xiàng)所述的器件，所述外圍(PERIPHERY REGION)還包括所述IGBT的柵極布線(9a)，以及所述柵極布線(9a)設(shè)置在所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6、6b-6g)上，在所述柵極布線(9a)和所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6、6b-6g)之間具有絕緣膜(10)。
28.如權(quán)利要求15-19中任一項(xiàng)所述的器件，所述外圍區(qū)(PERIPHERY REGION)還包括襯墊電極(9b)，以及所述襯墊(9b)設(shè)置在所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6，6b-6g)上，在所述襯墊電極和所述第五半導(dǎo)體區(qū)(6、6b-6g)之間具有絕緣膜(10)。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底(1)；IGBT區(qū)(IGBTREGION)，其包括位于襯底(1)的第一表面上并提供溝道形成區(qū)的第一區(qū)(2)，以及位于襯底(1)的第二表面上并提供集電極的第二區(qū)(3)；二極管區(qū)(DIODE REGION)，其包括位于第一表面上并提供陽(yáng)極或陰極的第三區(qū)(4)和位于第二表面上并提供陽(yáng)極或陰極的第四區(qū)(5)；外圍區(qū)(PERIPERY REGION)，其包括位于第一表面上的第五區(qū)(6，6b－6g)和位于第二表面上的第六區(qū)(7a、7b)。第一、第三和第五區(qū)(2、4、6、6B－6g)共同且電氣耦合，并且第二、第四和第六區(qū)(3、5、7a、7b)共同并電氣地相互耦合。
文檔編號(hào)H01L27/06GK101026161SQ20071007898
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月24日
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