專利名稱：包括絕緣柵極雙極晶體管和二極管的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括形成于一個(gè)半導(dǎo)體襯底中的垂直絕緣柵極雙極晶體管(垂 直IGBT)和垂直續(xù)流二極管(垂直FWD)的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
例如，如在US2005/0017290A (對應(yīng)于JP-A-2005-57235)和US2008/0048295A (對 應(yīng)于JP-A-2008-53648)中所述，在常規(guī)反向?qū)↖GBT器件(RC-IGBT器件)中，在一個(gè)半 導(dǎo)體襯底中形成垂直FWD和垂直IGBT。 在RC-IGBT器件中，由公共電極提供FWP的陽極電極和IGBT的發(fā)射極電極，由公 共電極提供FWD的陰極電極和IGBT的集電極電極。RC-IGBT器件例如包括在用于對負(fù)載進(jìn) 行脈沖寬度調(diào)制控制(P麗控制)的倒相電路中。 當(dāng)RC-IGBT器件包括在倒相電路中時(shí)，要輸入到IGBT的柵電極的驅(qū)動(dòng)信號是通常 倒相到上下臂的信號。于是，對于感性負(fù)載而言，亦即在負(fù)載包括電感部件的情況下，即使 在FWD在續(xù)流時(shí)也向IGBT的柵電極輸入驅(qū)動(dòng)信號。亦即，同時(shí)操作一個(gè)半導(dǎo)體襯底中形成 的FWD和IGBT。為了完全激活I(lǐng)GBT，為IGBT的柵電極施加比閾值電壓大兩到三倍且小于 或等于額定柵極-發(fā)射極電壓的電壓。例如，為柵電極施加15V的電壓。于是，在倒相電路 中包括的RC-IGBT器件中，需要在施加15V柵極電壓的狀態(tài)下，即在IGBT工作中的狀態(tài)下 操作FWD。 此夕卜，在RC-IGBT器件中，如在US 2005/0017290A(例如圖28)和 US2008/0048295A(例如圖16)中所述，沿著垂直于半導(dǎo)體襯底厚度方向的方向交替設(shè)置 IGBT的區(qū)域(IGBT區(qū)域)禾P FWD的區(qū)域(FWD區(qū)域)，從而可以均勻地操作IGBT和FWD并 可以限制電流濃度。在減小FWD區(qū)域在一個(gè)方向上的寬度時(shí)，正向工作期間的電流分布更 加均勻，可以改善FWD的性能。 本申請的發(fā)明人利用器件模擬研究了交替設(shè)置IGBT區(qū)域和FWD區(qū)域的上述構(gòu)成。 研究的結(jié)果是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在柵極電壓為15V時(shí)，根據(jù)FWD區(qū)域的寬度，F(xiàn)WD的正向操作可 能困難，正向電壓Vf可能局部升高，亦即，可能在正向電流"If"的小電流區(qū)域處產(chǎn)生快速 反回(sn即back)。在低溫側(cè)快速反回非常顯著。當(dāng)在正向電壓Vf中產(chǎn)生尖峰形狀的快速 反回時(shí)，倒相電路可能會(huì)失靈。此外，正向電壓Vf可能被快速反回增大，直流損耗可能增 大。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體器件，其中在一個(gè)半導(dǎo)體襯底中 形成IGBT和FWD， FWD可以均勻地工作且可以減輕FWD的快速反回。 根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種半導(dǎo)體器件在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底中包括垂直 IGBT和垂直FWD。所述半導(dǎo)體襯底具有彼此相對的第一表面和第二表面。垂直IGBT和垂 直FWD彼此反并聯(lián)耦合。垂直IGBT包括與半導(dǎo)體襯底的第一表面相鄰的柵電極。所述半
7導(dǎo)體襯底具有與第一表面相鄰的第一表面?zhèn)炔糠趾团c第二表面相鄰的第二表面?zhèn)炔糠?。?述半導(dǎo)體器件包括多個(gè)第二導(dǎo)電類型的基極區(qū)、多個(gè)第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域、電極、多個(gè) 第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域以及多個(gè)第一導(dǎo)電類型的第三區(qū)域。 所述基極區(qū)設(shè)置于半導(dǎo)體襯底的第一表面?zhèn)炔糠智已卮怪庇诎雽?dǎo)體襯底厚度方 向的一個(gè)方向設(shè)置。每個(gè)基極區(qū)包括與半導(dǎo)體襯底的第一表面相鄰的第一表面?zhèn)炔糠?。?一區(qū)域設(shè)置于一部分基極區(qū)的第一表面?zhèn)炔糠帧５谝粎^(qū)域的雜質(zhì)濃度高于半導(dǎo)體襯底的雜 質(zhì)濃度。第一區(qū)域構(gòu)成垂直IGBT的一部分。電極與基極區(qū)的一部分和第一區(qū)域電耦合。第 二區(qū)域和第三區(qū)域設(shè)置于半導(dǎo)體襯底的第二表面?zhèn)炔糠?。沿所述一個(gè)方向交替設(shè)置第二區(qū) 域的多個(gè)和第三區(qū)域的多個(gè)，使其彼此相鄰。第二區(qū)域構(gòu)成垂直IGBT的一部分。第三區(qū)域 構(gòu)成垂直FWD的一部分。第三區(qū)域的雜質(zhì)濃度高于半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度。
當(dāng)垂直IGBT處于工作狀態(tài)時(shí)，在基極區(qū)中的包括第一區(qū)域的部分中提供第一導(dǎo) 電類型的多個(gè)溝道，使得多個(gè)溝道分別與多個(gè)第一區(qū)域相鄰。半導(dǎo)體襯底的第一表面?zhèn)炔?分包括沿一個(gè)方向設(shè)置的多個(gè)第四區(qū)域。多個(gè)第四區(qū)域分別與多個(gè)第三區(qū)域相對。每個(gè)第 四區(qū)域都位于相鄰兩個(gè)溝道之間且包括基極區(qū)中的與電極電耦合的一個(gè)區(qū)域。第四區(qū)域包 括多個(gè)窄區(qū)域和多個(gè)寬區(qū)域。每個(gè)窄區(qū)域沿所述一個(gè)方向具有第一寬度。每個(gè)寬區(qū)域沿所 述一個(gè)方向具有第二寬度。第二寬度大于第一寬度。窄區(qū)域的數(shù)量大于寬區(qū)域的數(shù)量。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面的半導(dǎo)體器件中，F(xiàn)WD可以均勻地工作并可以減小FWD的 快速反回。 根據(jù)本發(fā)明的第二方面10，一種半導(dǎo)體器件包括第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底中的 垂直IGBT和垂直FWD。所述半導(dǎo)體襯底具有彼此相對的第一表面和第二表面。垂直IGBT 和垂直FWD彼此反并聯(lián)耦合。垂直IGBT包括與半導(dǎo)體襯底的第一表面相鄰的柵電極。所述 半導(dǎo)體襯底包括與第一表面相鄰的第一表面?zhèn)炔糠趾团c第二表面相鄰的第二表面?zhèn)炔糠帧?半導(dǎo)體襯底具有主部分和外圍部分，在主部分設(shè)置垂直IGBT，外圍部分具有環(huán)形形狀并沿 垂直于半導(dǎo)體襯底厚度方向的一個(gè)方向圍繞主部分。所述半導(dǎo)體器件包括多個(gè)第二導(dǎo)電類 型的基極區(qū)、多個(gè)第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域、電極、多個(gè)第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域以及多個(gè) 第一導(dǎo)電類型的第三區(qū)域。 所述基極區(qū)設(shè)置于半導(dǎo)體襯底的第一表面?zhèn)炔糠智已厮鲆粋€(gè)方向設(shè)置。所述基 極區(qū)位于主部分上，所述基極區(qū)的外圍末端位于外圍部分。每個(gè)基極區(qū)包括與半導(dǎo)體襯底 的第一表面相鄰的第一表面?zhèn)炔糠?。第一區(qū)域設(shè)置于多個(gè)基極區(qū)一部分中的第一表面?zhèn)炔?分。第一區(qū)域的雜質(zhì)濃度高于半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度。第一區(qū)域構(gòu)成垂直IGBT的一部分。 電極與基極區(qū)的一部分和第一區(qū)域電耦合。第二區(qū)域和第三區(qū)域設(shè)置于半導(dǎo)體襯底的第二 表面?zhèn)炔糠?。沿所述一個(gè)方向交替設(shè)置第二區(qū)域的多個(gè)和第三區(qū)域的多個(gè)，使其彼此相鄰。 第二區(qū)域構(gòu)成垂直IGBT的一部分。第三區(qū)域構(gòu)成垂直FWD的一部分。第三區(qū)域的雜質(zhì)濃 度高于半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度。 當(dāng)垂直IGBT處于工作狀態(tài)時(shí)，在基極區(qū)中的包括第一區(qū)域的部分中提供第一導(dǎo) 電類型的多個(gè)溝道，使得多個(gè)溝道分別與多個(gè)第一區(qū)域相鄰?；鶚O區(qū)包括外圍部分的第八 區(qū)域。所述第八區(qū)域是從基極區(qū)的外圍末端到距外圍末端為預(yù)定距離處的區(qū)域，并位于外 圍末端和多個(gè)溝道中的沿所述一個(gè)方向或垂直于所述一個(gè)方向和半導(dǎo)體襯底的厚度方向 的方向最靠近外圍末端的多個(gè)一個(gè)溝道之間的區(qū)域內(nèi)。第三區(qū)域之一位于外圍部分并與第
8八區(qū)域相對。所述半導(dǎo)體襯底的第一表面?zhèn)炔糠诌€包括多個(gè)第四區(qū)域和第九區(qū)域。多個(gè)第 四區(qū)域分別與多個(gè)第三區(qū)域相對。每個(gè)第四區(qū)域都位于相鄰兩個(gè)溝道之間且包括基極區(qū)中 的與電極電耦合的一個(gè)區(qū)域。第九區(qū)域是基極區(qū)的外圍末端和最靠近所述外圍末端的所述 一個(gè)溝道之間的區(qū)域。每個(gè)第四區(qū)域沿所述一個(gè)方向具有第一寬度。第九區(qū)域在外圍末 端和最靠近所述外圍末端的所述一個(gè)溝道之間具有第二寬度。第二寬度大于第一寬度的一 半。 在根據(jù)本發(fā)明第二方面的半導(dǎo)體器件中，F(xiàn)WD可以均勻地工作并可以減小FWD的 快速反回。


結(jié)合附圖，通過示范性實(shí)施例的如下詳細(xì)說明，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將變得 更加顯而易見。在附圖中 圖1是用于器件模擬的半導(dǎo)體器件的截面圖； 圖2是示出了正向電壓Vf和正向電流"If"之間的關(guān)系的曲線圖； 圖3是用于解釋溝道距離Ll的半導(dǎo)體器件放大圖； 圖4是示出了溝道距離L1和快速反回電壓AV之間的關(guān)系的曲線圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的平面圖； 圖6是取自圖5中線VI-VI的半導(dǎo)體器件的截面圖； 圖7是示出了 IGBT區(qū)域和FWD區(qū)域布置的平面圖； 圖8是根據(jù)第一實(shí)施例的第一變型的半導(dǎo)體器件的截面圖； 圖9是根據(jù)第一實(shí)施例的第二變型的半導(dǎo)體器件的截面圖； 圖10是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖； 圖11是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的平面圖； 圖12是包括圖11中所示的半導(dǎo)體器件的反饋電路的方框圖； 圖13是示出了感測電阻器兩端之間的電勢差Vs、二極管電流檢測閾值Vthl、過電 流檢測閾值Vth2和反饋部輸出之間關(guān)系的曲線圖； 圖14是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖 圖15是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖 圖16是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖 圖17是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖 圖18是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖 圖19是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的平面圖 圖20是取自圖19中的線XX-XX的半導(dǎo)體器件截面圖；以及 圖21是取自圖21中線XXI-XXI的半導(dǎo)體器件截面圖。
具體實(shí)施例方式
將在描述本發(fā)明的示范性實(shí)施例之前描述本申請的發(fā)明人創(chuàng)造本發(fā)明的過程。
將參考圖1描述用于器件模擬的半導(dǎo)體器件100的構(gòu)成。半導(dǎo)體器件100包括 半導(dǎo)體襯底10。半導(dǎo)體襯底10例如具有135 ii m的厚度。半導(dǎo)體襯底10例如是雜質(zhì)濃度為1X10"cm—3的N型單晶體硅襯底。半導(dǎo)體襯底IO具有彼此相對的第一和第二表面。在 半導(dǎo)體襯底10的第一表面?zhèn)炔糠?，設(shè)置P型基極區(qū)11。基極區(qū)11例如具有4ym深度， 2X1017cm—3的雜質(zhì)濃度。多個(gè)溝槽穿透基極區(qū)11進(jìn)入半導(dǎo)體襯底10中。在溝槽的內(nèi)壁上 設(shè)置絕緣層(未示出)。通過絕緣層利用導(dǎo)電材料填充溝槽。導(dǎo)電材料例如包括雜質(zhì)濃度 例如為lXl(Tcm—3的多晶硅。填充有導(dǎo)電材料的溝槽構(gòu)成柵電極12。在垂直于半導(dǎo)體襯 底10的厚度方向(在下文中稱為厚度方向)的第一方向上以預(yù)定間隔設(shè)置柵電極12。每 個(gè)柵電極12沿著垂直于厚度方向和第一方向的第二方向延伸。亦即，通過以條紋方式設(shè)置 的柵電極12將基極區(qū)11彼此分隔開。基極區(qū)11包括基極區(qū)13-15?；鶚O區(qū)13-15設(shè)置在 第一方向上并彼此絕緣。 在每個(gè)基極區(qū)13的第一表面?zhèn)炔糠?，設(shè)置N型發(fā)射極區(qū)16和P型基極接觸區(qū)17。 每個(gè)發(fā)射極區(qū)16可以充當(dāng)?shù)谝粎^(qū)域，并且其雜質(zhì)濃度大于半導(dǎo)體襯底10的雜質(zhì)濃度。每 個(gè)發(fā)射極區(qū)16與柵電極12之一的側(cè)壁，即溝槽之一中的絕緣層相鄰。發(fā)射極區(qū)16例如具 有0. 5 ii m的深度，并具有1 X 102°cm—3的雜質(zhì)濃度?；鶚O接觸區(qū)17例如具有1. 0 y m的深 度，并具有3X 1019m—3的雜質(zhì)濃度。 在每個(gè)基極區(qū)14的第一表面?zhèn)炔糠?，不設(shè)置發(fā)射極區(qū)16，而設(shè)置基極接觸區(qū)17。 在每個(gè)基極區(qū)15的第一表面?zhèn)炔糠?，不設(shè)置高雜質(zhì)濃度區(qū)域，例如發(fā)射極區(qū)16和基極接觸 區(qū)17。每個(gè)基極區(qū)15處于浮置區(qū)，且不與柵電極12和發(fā)射極電極(未示出)電耦合。
發(fā)射極區(qū)16和基極接觸區(qū)17與也充當(dāng)陽極電極的發(fā)射極電極電耦合。基極區(qū)13 提供溝道并構(gòu)成IGBT的一部分。基極區(qū)14提供陽極并構(gòu)成FWD的一部分。
如圖1所示，在半導(dǎo)體襯底10的第一表面?zhèn)炔糠?，沿第一方向交替設(shè)置IGBT區(qū)域 18和FWD區(qū)域19。在每個(gè)IGBT區(qū)域18中，沿第一方向交替設(shè)置基極區(qū)13和基極區(qū)15，并 在IGBT區(qū)域18的兩端都設(shè)置基極區(qū)13。 IGBT區(qū)域18構(gòu)成IGBT的一部分。每個(gè)IGBT區(qū) 域18可以充當(dāng)IGBT的單元區(qū)域。每個(gè)FWD區(qū)域19包括基極區(qū)14。 FWD區(qū)域19構(gòu)成FWD 的一部分。每個(gè)FWD區(qū)域19可以充當(dāng)?shù)谒膮^(qū)域。在上述構(gòu)成中，每個(gè)基極區(qū)13可以充當(dāng) 第五區(qū)域，每個(gè)基極區(qū)14可以充當(dāng)?shù)诹鶇^(qū)域，每個(gè)基極區(qū)15可以充當(dāng)?shù)谄邊^(qū)域。
在半導(dǎo)體襯底10的第二表面?zhèn)炔糠郑氐谝环较蚪惶嬖O(shè)置P型集電極區(qū)20和N 型陰極區(qū)21。每個(gè)集電極區(qū)20可以充當(dāng)?shù)诙^(qū)域，每個(gè)陰極區(qū)21可以充當(dāng)?shù)谌齾^(qū)域。每 個(gè)集電極區(qū)20與包括基極區(qū)13和基極區(qū)15的IGBT區(qū)域18的對應(yīng)一個(gè)相對。每個(gè)陰極 區(qū)21與包括基極區(qū)14的FWD區(qū)域19的對應(yīng)一個(gè)相對。集電極區(qū)20和陰極區(qū)21與也可 以充當(dāng)陰極電極的集電極電極(未示出)電耦合。每個(gè)集電極區(qū)20和陰極區(qū)21例如具有 0. 5 ii m的深度，且具有7 X 1017cm—3的雜質(zhì)濃度。 本發(fā)明的發(fā)明人利用上述半導(dǎo)體器件100進(jìn)行器件模擬。作為器件模擬的結(jié)果， 發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在將柵極電壓設(shè)置為15V來啟動(dòng)IGBT時(shí)，根據(jù)FWD區(qū)域19在第一方向上的 寬度，F(xiàn)WD的正向工作可能會(huì)困難。具體而言，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如圖2的實(shí)線所示，在正向電流 "If"的小電流區(qū)域，正向電壓Vf可能會(huì)局部增大，亦即，可能會(huì)發(fā)生快速反回。上述問題對 于用在倒相電路中且包括同時(shí)工作的IGBT和FWD的RC-IGBT器件而言是特有的。當(dāng)在正 向電壓Vf中產(chǎn)生尖峰形狀的快速反回時(shí)，倒相電路可能會(huì)失靈。此外，正向電壓Vf可能被 快速反回增大，直流損耗可能增大。圖2中的虛線示出了柵極電壓為0V的情況。
此外，發(fā)明人通過器件模擬確認(rèn)快速反回的主要原因是溝道的影響。在把柵極電壓設(shè)置成15V來啟動(dòng)IGBT時(shí)，將基極區(qū)11部分的導(dǎo)電類型反轉(zhuǎn)成N型，提供了與發(fā)射極區(qū)16相鄰的溝道。在RC-IGBT器件中，在基極區(qū)ll用于充當(dāng)FWD陽極的區(qū)域中，S卩，在圖1中半導(dǎo)體器件100中的基極區(qū)14中，由于溝道的原因，即，由于柵電極12的電場原因，減小了充當(dāng)陽極的部分的寬度。于是，難以將空穴從基極區(qū)14引入基極區(qū)11中，F(xiàn)WD的正向工作變得困難。結(jié)果，在幾A到幾十A的小電流區(qū)域，在正向電壓Vf中發(fā)生快速反回。
然后，發(fā)明人通過器件模擬研究了快速反回和FWD區(qū)域19的寬度之間的關(guān)系，嚴(yán)格來說，如圖3所示，該寬度是相鄰溝道22之間在第一方向上的距離Ll。在圖3所示的構(gòu)成中，將構(gòu)成FWD區(qū)域19的兩個(gè)基極區(qū)14的兩側(cè)上的兩個(gè)柵電極12的外邊緣之間的距離設(shè)置成與距離Ll相同。根據(jù)器件模擬，如圖4所示，在半導(dǎo)體襯底10的溫度低時(shí)，快速反回電壓AV變大。此外，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在距離L1大于或等于170踐時(shí)，可以將快速反回電壓AV限制為小于或等于O. IV。本發(fā)明即基于上述認(rèn)識。在圖2中，示出了對溝道距離L1為20 m的情況的模擬結(jié)果。在圖4中，實(shí)線、虛線和雙點(diǎn)線分別示出了在-40°C、25t^P15(TC下的模擬結(jié)果。當(dāng)溫度為15(TC時(shí)，在溝道距離Ll大于或等于40iim的測量點(diǎn)未檢測到快速反回。于是，在圖4中僅示出了在小于40ym的兩個(gè)測量點(diǎn)的模擬結(jié)果。
(第一實(shí)施例) 將參考圖5-圖7描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100。
半導(dǎo)體器件100包括具有彼此相對的第一和第二表面的半導(dǎo)體襯底10。半導(dǎo)體器件100包括彼此反并聯(lián)耦合的垂直IGBT和垂直FWD。 IGBT具有與半導(dǎo)體襯底10的第一表面相鄰的多個(gè)柵電極12。例如，可以將半導(dǎo)體器件100用作超高壓(EHV)逆變器模塊的功率開關(guān)器件。在以下描述中，為與圖l和圖2中所示部件相同的部件賦予相同的附圖標(biāo)記。此外，將半導(dǎo)體襯底的厚度方向表達(dá)為厚度方向，將垂直于厚度方向的方向表達(dá)為垂直方向，將交替設(shè)置第二區(qū)域和第三區(qū)域所沿的垂直方向中的一個(gè)方向表達(dá)為第一方向。在以下范例中，IGBT具有N型導(dǎo)電類型，亦即，第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型。
如圖5所示，半導(dǎo)體襯底10包括主部分30和外圍部分50。在垂直方向上，外圍部分具有圍繞主部分30的環(huán)形。在主部分30中，形成IGBT和至少一部分FWD。外圍部分50包括形成包括柵極焊盤(未示出)的一些部件的部分51以及圍繞主部分30和部分51的高壓部分52。配置高壓部分52以確保高擊穿電壓。在圖5所示的半導(dǎo)體器件100中，僅在主部分30中形成FWD以及IGBT。 圖6所示的半導(dǎo)體襯底10的構(gòu)成與圖1和圖3所示的半導(dǎo)體襯底10的構(gòu)成基本類似。不過，圖6所示的半導(dǎo)體襯底10與圖1和圖3所示的半導(dǎo)體襯底10不同之處在于，提供在第一方向上具有不同寬度的FWD區(qū)域19a和FWD區(qū)域19b作為FWD區(qū)域19，在半導(dǎo)體襯底10和集電極區(qū)20和陰極區(qū)21兩者之間設(shè)置場停止層23。 半導(dǎo)體襯底10由具有N導(dǎo)電類型的單晶體硅襯底制成。在半導(dǎo)體襯底10的第一表面?zhèn)炔糠衷O(shè)置P型基極區(qū)11 (P阱)。柵電極12在垂直于厚度方向和第一方向的第二方向上延伸并設(shè)置在第一方向上?；鶚O區(qū)11被柵電極12彼此隔離?；鶚O區(qū)ll包括基極區(qū)13-15。基極區(qū)13-15設(shè)置在第一方向上并彼此電絕緣。每個(gè)柵電極12與公共信號線(未示出)耦合。每個(gè)柵電極12通過信號線接收具有預(yù)定電壓的驅(qū)動(dòng)信號。于是，柵電極12具有相同的電勢。沿第一方向以相同間隔設(shè)置柵電極12，基極區(qū)13-15在第一方向上的寬度是固定的。
每個(gè)基極區(qū)13都可以充當(dāng)?shù)谖鍏^(qū)域。在每個(gè)基極區(qū)13的第一表面?zhèn)?，設(shè)置N型發(fā)射極區(qū)16和P型基極接觸區(qū)17。每個(gè)N型發(fā)射極區(qū)16的雜質(zhì)濃度大于半導(dǎo)體襯底10的雜質(zhì)濃度。每個(gè)發(fā)射極區(qū)16與柵電極12之一的側(cè)壁，即溝槽之一中的絕緣層相鄰。每個(gè)基極區(qū)14都可以充當(dāng)?shù)诹鶇^(qū)域。在每個(gè)基極區(qū)14的第一表面?zhèn)龋O(shè)置基極接觸區(qū)17，不設(shè)置發(fā)射極區(qū)16。每個(gè)基極區(qū)15都可以充當(dāng)?shù)谄邊^(qū)域。在每個(gè)基極區(qū)15的第一表面?zhèn)?，不設(shè)置諸如發(fā)射極區(qū)16和基極接觸區(qū)17的高雜質(zhì)濃度區(qū)域。每個(gè)基極區(qū)15都處于不與柵電極12和發(fā)射極電極(未示出)電耦合的浮置區(qū)中。 發(fā)射極區(qū)16和基極接觸區(qū)17與也充當(dāng)陽極電極的發(fā)射極電極電耦合?；鶚O區(qū)13提供溝道并構(gòu)成IGBT的一部分?；鶚O區(qū)14提供陽極并構(gòu)成FWD的一部分。
在半導(dǎo)體襯底10的第二表面?zhèn)炔糠稚希O(shè)置P型集電極區(qū)20和N型陰極區(qū)21。每個(gè)集電極區(qū)20可以充當(dāng)構(gòu)成IGBT的一部分的第二區(qū)域。每個(gè)陰極區(qū)21都可以充當(dāng)構(gòu)成FWD—部分的第三區(qū)域。每個(gè)陰極區(qū)21都具有大于半導(dǎo)體襯底IO的雜質(zhì)濃度。集電極區(qū)20與基極區(qū)13和15相對，陰極區(qū)21與基極區(qū)14相對。沿第一方向交替設(shè)置集電極區(qū)20和陰極區(qū)21，使得至少在主部分30中彼此相鄰。 在半導(dǎo)體襯底10的第一表面?zhèn)炔糠?，位于兩個(gè)相鄰溝道22之間的每個(gè)區(qū)域(參見圖3)都與作為第三區(qū)域的陰極區(qū)21相對，且至少包括與發(fā)射極電極(未示出)電耦合的基極區(qū)，這是可以充當(dāng)FWD的單元，即上述FWD區(qū)域19。每個(gè)FWD區(qū)域19可以充當(dāng)?shù)谒膮^(qū)域。在本實(shí)施例中，每個(gè)FWD區(qū)域19包括基極區(qū)14 (其包括其第一表面?zhèn)炔糠值幕鶚O接觸區(qū)17)作為與發(fā)射極電極電耦合的基極區(qū)，不包括基極區(qū)13(其包括其表面部分的發(fā)射極區(qū)16)。更具體而言，每個(gè)FWD區(qū)域19僅包括基極區(qū)14作為基極區(qū)11。
此外，在半導(dǎo)體襯底10的第一表面?zhèn)炔糠?，位于兩個(gè)溝道22之間的每個(gè)區(qū)域(參見圖3)，不包括基極區(qū)14，包括基極區(qū)13作為與FWD區(qū)域19的邊界，是可以充當(dāng)IGBT的單元，即上述IGBT區(qū)域18。每個(gè)IGBT區(qū)域18都可以充當(dāng)IGBT的單元區(qū)域。在本實(shí)施例中，沿第一方向交替設(shè)置基極區(qū)13和基極區(qū)15，且基極區(qū)13位于IGBT區(qū)域18在第一方向的兩端。 實(shí)際上，IGBT包括位于FWD區(qū)域19在第一方向上的兩端或IGBT區(qū)域18在第一方向上的兩端的柵電極12。然而，在本實(shí)施例中，位于溝道22之間、與陰極區(qū)域21相對，且包括諸如圖6中的基極區(qū)14的、與發(fā)射極電極電耦合的區(qū)域的寬度是特征。因此，將溝道22之間的區(qū)域表達(dá)為單元區(qū)域。包括基極區(qū)13的單元區(qū)域被定義為IGBT區(qū)域18。將包括基極區(qū)14的單元區(qū)域定義為FWD區(qū)域19。 沿第一方向交替設(shè)置IGBT區(qū)域18和FWD區(qū)域19。在本實(shí)施例中，在第一方向上每個(gè)IGBT區(qū)域的寬度是均勻的。每個(gè)IGBT區(qū)域18包括設(shè)置于每個(gè)IGBT區(qū)域18兩端的兩個(gè)基極區(qū)13和設(shè)置于兩個(gè)基極區(qū)13之間的一個(gè)基極區(qū)15。 FWD區(qū)域19僅包括基極區(qū)14作為基極區(qū)11。 FWD區(qū)域19包括FWD區(qū)域19a和FWD區(qū)域19b。每個(gè)FWD區(qū)域19b沿第一方向的寬度大于每個(gè)FWD區(qū)域19a沿第一方向的寬度。FWD區(qū)域19a的數(shù)量大于FWD區(qū)域19b的數(shù)量。每個(gè)FWD區(qū)域19b都可以充當(dāng)寬區(qū)域，每個(gè)FWD區(qū)域19a都可以充當(dāng)窄區(qū)域。 作為窄區(qū)域的FWD區(qū)域19a占據(jù)FWD區(qū)域19的大部分。在本實(shí)施例中，每個(gè)FWD區(qū)域19a包括一個(gè)基極區(qū)14作為基極區(qū)11。更具體而言，在每個(gè)FWD區(qū)域19a中，沿第一方向設(shè)置柵電極12、基極區(qū)14和柵電極12。 在FWD區(qū)域19的第一表面?zhèn)葏^(qū)域中，F(xiàn)WD區(qū)域19b占幾個(gè)百分比(例如3%到5%)。例如，每個(gè)FWD區(qū)域19b包括兩個(gè)基極區(qū)14。更具體而言，在每個(gè)FWD區(qū)域19b中，沿第一方向設(shè)置柵電極12、基極區(qū)14、柵電極12、基極區(qū)14和柵電極12。
陰極區(qū)21也包括陰極區(qū)21a和陰極區(qū)21b。每個(gè)陰極區(qū)21b具有大于每個(gè)陰極區(qū)21a在第一方向的寬度的寬度。每個(gè)陰極區(qū)21b與FWD區(qū)域19b的對應(yīng)一個(gè)相對。每個(gè)陰極區(qū)21a與FWD區(qū)域19a的對應(yīng)一個(gè)相對。 在本實(shí)施例中，如圖6所示，作為寬區(qū)域的每個(gè)FWD區(qū)域19b的寬度，即，位于每個(gè)FWD區(qū)域19b兩端的兩個(gè)溝道22內(nèi)部末端之間的距離L2是基于溝道距離Ll的結(jié)果設(shè)置的。圖6中未示出溝道22。因此參見圖3。同樣在本實(shí)施例中，具有溝槽結(jié)構(gòu)并位于每個(gè)FWD區(qū)域19b的兩端的兩個(gè)柵電極12的外部末端之間在第一方向上的距離與距離L2相同。
距離L2大于位于每個(gè)FWD區(qū)域19a兩端的兩個(gè)溝道22之間的距離。距離L2大于或等于170ym 。在本實(shí)施例中，基極區(qū)13-15的寬度在第一方向上是相同的。于是，每個(gè)FWD區(qū)域19a的寬度大約為每個(gè)FWD區(qū)域19b的寬度的一半。具體而言，每個(gè)FWD區(qū)域19b比每個(gè)FWD區(qū)域19a寬一個(gè)基極區(qū)14和一個(gè)柵電極12的寬度。 如圖7所示，沿第一方向交替設(shè)置IGBT區(qū)域18和包括FWD區(qū)域19a和FWD區(qū)域19b的FWD區(qū)域19。每個(gè)FWD區(qū)域19b比每個(gè)IGBT區(qū)域18窄，比每個(gè)FWD區(qū)域19a寬。作為窄區(qū)域的FWD區(qū)域19a的數(shù)量大于作為寬區(qū)域的FWD區(qū)域19b的數(shù)量，F(xiàn)WD區(qū)域19b占據(jù)FWD區(qū)域19的大部分。 在厚度方向上，N型場停止層23設(shè)置于半導(dǎo)體襯底10和集電極區(qū)20與陰極區(qū)21兩者之間，如圖6所示。場停止層23的雜質(zhì)濃度大于半導(dǎo)體襯底10，小于發(fā)射極區(qū)16。在包括包含有溝槽結(jié)構(gòu)的柵電極12的IGBT的半導(dǎo)體器件100中，在提供用于停止耗盡層的場停止層23時(shí)，例如，與諸如穿通型和非穿通型的另一種溝槽結(jié)構(gòu)相比，可以減小半導(dǎo)體襯底IO(半導(dǎo)體器件IOO)的厚度。在目前的情況下，額外載流子的數(shù)量小，耗盡層擴(kuò)展的中性區(qū)寬度窄。于是，可以減小IGBT的開關(guān)損耗(交流損耗)。 可以利用公知半導(dǎo)體工藝形成半導(dǎo)體器件100。于是，省略對形成半導(dǎo)體器件100的方法描述。 下文將描述半導(dǎo)體襯底10中形成的IGBT的示范性工作。當(dāng)在發(fā)射極電極和集電極電極之間施加預(yù)定的集電極電壓，且在發(fā)射極電極和柵電極12之間施加預(yù)定的柵極電壓時(shí)，亦即，當(dāng)導(dǎo)通柵極時(shí)，在第一表面?zhèn)染哂邪l(fā)射極區(qū)16的基極區(qū)13中提供N型溝道。通過溝道從發(fā)射極電極向半導(dǎo)體襯底10中引入電子。引入的電子使集電極區(qū)20和半導(dǎo)體襯底10正向偏置，由此從集電極區(qū)20向半導(dǎo)體襯底10中引入空穴，顯著減小了半導(dǎo)體襯底10的電阻，并增大了 IGBT的載流能力。在基極區(qū)11中，僅有在第一表面?zhèn)染哂邪l(fā)射極區(qū)16的基極區(qū)13充當(dāng)IGBT的一部分，基極區(qū)14和15不充當(dāng)IGBT的一部分。當(dāng)把發(fā)射極電極和柵電極12之間施加的柵極電壓設(shè)置為0V和反向偏壓時(shí)，即，當(dāng)柵極截止時(shí)，已經(jīng)反轉(zhuǎn)到N導(dǎo)電類型的溝道返回到P導(dǎo)電類型，停止從發(fā)射極電極引入電子。在停止引入電子時(shí)，也停止從集電極區(qū)20引入空穴。可以分別從發(fā)射極電極和集電極電極釋放半導(dǎo)體襯底10中存儲(chǔ)的電子和空穴，或者電子和空穴可以彼此復(fù)合并可以消失。
下面將描述半導(dǎo)體襯底10中形成的FWD的示范性操作。如上所述，發(fā)射極電極也可以充當(dāng)陽極電極。基極區(qū)中與發(fā)射極電極電耦合的一部分，主要是基極區(qū)14(FWD區(qū)域
19)，可以充當(dāng)FWD的陽極區(qū)。當(dāng)在發(fā)射極電極和半導(dǎo)體襯底10之間施加陽極電壓(正偏
壓)且陽極電壓變得大于閾值時(shí)，陽極區(qū)和半導(dǎo)體襯底10被正向偏置，F(xiàn)WD變?yōu)閷?dǎo)通的。具
體而言，在由于負(fù)載L中存儲(chǔ)的能量而向IGBT施加集電極電壓時(shí)，陽極區(qū)和陰極區(qū)21之間
提供的FWD變?yōu)閷?dǎo)通，電流開始流動(dòng)。在向發(fā)射極電極和半導(dǎo)體襯底10施加反向偏壓時(shí)，
耗盡層從陽極區(qū)向半導(dǎo)體襯底IO擴(kuò)展。于是，可以確保反向的高擊穿電壓。 在本實(shí)施例中，由作為寬區(qū)域的FWD區(qū)域19b提供作為第四區(qū)域的FWD區(qū)域19的
一部分，由作為窄區(qū)域的FWD區(qū)域19a提供FWD區(qū)域19的大部分。亦即，在位于每個(gè)FWD
區(qū)域19兩端的溝道對中，一部分溝道對之間在第一方向上具有比其它部分溝道對更長的
距離，且之間距離較短的溝道對數(shù)量大于之間距離較長的溝道對的數(shù)量。 每個(gè)FWD區(qū)域19b中的基極區(qū)14和位于每個(gè)FWD區(qū)域19b的兩端的兩個(gè)溝道之
一之間的距離大于每個(gè)FWD區(qū)域19a中的基極區(qū)14和位于每個(gè)FWD區(qū)域19a的兩端的兩
個(gè)溝道之一之間的距離。正向電壓Vf的快速反回可能僅發(fā)生于正向電流"If"中的小電流
區(qū)域中。于是，可以僅將FWD區(qū)域19的一部分設(shè)置成具有寬寬度的FWD區(qū)域19b來限制正
向電壓Vf的快速反回。 在本實(shí)施例中，每個(gè)FWD區(qū)域19b的寬度，即位于每個(gè)FWD區(qū)域19的兩端的兩個(gè)溝道之間的距離L2被設(shè)置成大于或等于170 m。于是，可以將正向電壓Vf的快速反回有效地限制到例如小于或等于O. IV。 數(shù)量大于FWD區(qū)域19b的數(shù)量的FWD區(qū)域19a被設(shè)置成窄區(qū)域。在大電流區(qū)域中，每個(gè)FWD區(qū)域19a都工作。于是，在半導(dǎo)體襯底10中，在FWD正向工作期間的電流分布得到均勻化，可以改善FWD的性能。 因此，在根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件IOO中，在包括RC-IGBT器件的構(gòu)成中，F(xiàn)WD可以均勻地工作并可以限制FWD的快速反回。 在半導(dǎo)體器件100中，由溝槽形柵電極12將基極區(qū)11分成基極區(qū)13-15。于是，
可以通過有選擇地設(shè)置基極區(qū)13-15來自由設(shè)置IGBT和FWD的比例。 每個(gè)IGBT區(qū)域18可以僅包括基極區(qū)13，或每個(gè)IGBT區(qū)域18可以包括處于浮置
狀態(tài)的基極區(qū)13和基極區(qū)15。在每個(gè)IGBT區(qū)域18包括基極區(qū)15的情況下，在激活I(lǐng)GBT
時(shí)，不通過基極區(qū)15汲取載流子。于是，可以在半導(dǎo)體襯底10中存儲(chǔ)載流子。因此，與每
個(gè)IGBT區(qū)域18僅包括基極區(qū)13的情況相比，可以減小IGBT的導(dǎo)通電壓。 在圖6中所示的半導(dǎo)體器件中，每個(gè)FWD區(qū)域19b包括具有相同寬度的兩個(gè)基極
區(qū)14。然而，每個(gè)FWD區(qū)域19b中包括的基極區(qū)14的數(shù)量不限于上述范例。例如，每個(gè)FWD
區(qū)域19b中包括的基極區(qū)14的數(shù)量可以是三個(gè)或更多。 FWD區(qū)域19b還可以僅包括一個(gè)具有大寬度的基極區(qū)14作為基極區(qū)11。在圖8中所示的范例中，每個(gè)FWD區(qū)域19a包括一個(gè)基極區(qū)14a，每個(gè)FWD區(qū)域19b包括一個(gè)基極區(qū)14b?；鶚O區(qū)14b沿第一方向比基極區(qū)14a寬。在這種情況下，半導(dǎo)體襯底IO第一表面?zhèn)壬铣洚?dāng)一部分FWD(陽極)的部分具有比寬區(qū)域由柵電極12分開的情況大一個(gè)柵電極12的寬度的區(qū)域。于是，可以降低FWD的正向電壓Vf。 在圖6中所示的半導(dǎo)體器件中，每個(gè)FWD區(qū)域19(19a，19b)僅包括基極區(qū)14作為基極區(qū)11。除了基極區(qū)14之外，每個(gè)FWD區(qū)域19可以包括除基極區(qū)13之外的其它區(qū)域。
14例如，每個(gè)FWD區(qū)域19還可以包括基極區(qū)14和基極區(qū)15。 在圖9所示的范例中，每個(gè)FWD區(qū)域19b包括兩個(gè)基極區(qū)15和設(shè)置于兩個(gè)基極區(qū) 15之間的一個(gè)基極區(qū)14。亦即，在每個(gè)FWD區(qū)域19b中包括的基極區(qū)11中，每個(gè)基極區(qū)15 位于與IGBT區(qū)域18的邊界上。更具體而言，在每個(gè)FWD區(qū)域19b中，沿第一方向設(shè)置柵電 極12、基極區(qū)15、柵電極12、基極區(qū)14、柵電極12、基極區(qū)15和柵電極12。
如圖6和圖8所示，當(dāng)每個(gè)FWD區(qū)域19b僅包括基極區(qū)14作為基極區(qū)11時(shí)，在 FWD正向工作期間引入半導(dǎo)體襯底10的空穴量可能增大。在圖9所示的范例中，每個(gè)FWD 區(qū)域19還包括基極區(qū)15作為基極區(qū)ll，可以減少從每個(gè)FWD區(qū)域19向半導(dǎo)體襯底10中 引入的空穴量。于是，可以減小在將FWD從導(dǎo)通狀態(tài)切換到截止?fàn)顟B(tài)時(shí)沿反方向流動(dòng)的恢 復(fù)電流Irr的量，并可以減小開關(guān)損耗和交流損耗。 此外，在圖9所示的范例中，每個(gè)FWD區(qū)域19b包括處于浮置狀態(tài)的基極區(qū)15，作 為基極區(qū)11中與IGBT區(qū)域18的邊界部分。于是，可以增大可以充當(dāng)FWD陽極的基極區(qū)14 和位于每個(gè)FWD區(qū)域19b的兩端的兩個(gè)溝道之間的距離。因此，可以有效地限制正向電壓 Vf的快速反回。 在圖9所示的范例中，與IGBT區(qū)域18相鄰設(shè)置的基極區(qū)11是基極區(qū)15。基極區(qū) 14也可以與IGBT區(qū)域18相鄰設(shè)置。然而，在與發(fā)射極電極耦合的基極區(qū)11的區(qū)域中，即， 在第一表面?zhèn)染哂谢鶚O接觸區(qū)17的區(qū)域中，靠近溝道的部分受到溝道影響。于是，在圖9 所示的范例中，與IGBT區(qū)域18相鄰的基極區(qū)11是處于浮置狀態(tài)的基極區(qū)15，且遠(yuǎn)離IGBT 區(qū)域18設(shè)置充當(dāng)FWD陽極的基極區(qū)14，以減輕溝道的影響。每個(gè)FWD區(qū)域19b還可以不包 括基極區(qū)15，以增大FWD陽極的面積。
(第二實(shí)施例) 將參考圖10描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100。圖10所示的半導(dǎo)體 器件100的截面圖對應(yīng)于取自圖5的線X-X的截面。 因?yàn)楦鶕?jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件與根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具有很多共同 的部分，所以將省略對共同部分的描述，主要描述不同的部分。在以下描述中，將相同的附 圖標(biāo)記賦予與第一實(shí)施例中描述的部件相同的部件。 在本實(shí)施例中，如圖IO所示，沿第一方向設(shè)置的基極區(qū)11中的多個(gè)部分從半導(dǎo)體 襯底10的主部分30向外圍部分50的一部分延伸?？梢岳梦挥谕鈬糠?0的基極區(qū)11 部分限制FWD的快速反回。 在圖10所示的半導(dǎo)體器件100中，主部分30的構(gòu)成可以類似于第一實(shí)施例中的 主部分30的構(gòu)成。亦即，在半導(dǎo)體襯底10的第一表面?zhèn)炔糠郑總€(gè)FWD區(qū)域19都沿第一 方向位于兩個(gè)溝道22之間，與作為第三區(qū)域的陰極區(qū)21之一相對，并包括與發(fā)射極電極電 耦合的基極區(qū)ll的至少一個(gè)基極區(qū)(例如基極區(qū)14)。在主部分30中，僅設(shè)置具有窄寬度 的FWD區(qū)域19a作為FWD區(qū)域19。在主部分30中，在半導(dǎo)體襯底10的第一表面?zhèn)炔糠?，?第一方向交替設(shè)置IGBT區(qū)域18和FWD區(qū)域19a。 在第一方向上，IGBT區(qū)域18之一設(shè)置于主部分30的端部，位于IGBT區(qū)域18之 一外部的部分為外圍部分50。沿第一方向設(shè)置的基極區(qū)11中的多個(gè)部分從主部分30延伸 到外圍部分50中?；鶚O區(qū)11包括末端區(qū)域24，末端區(qū)域24的外圍末端24a位于外圍部分 50中。
1
末端區(qū)域24位于外圍末端24a和最靠近外圍末端24a的溝道22 (圖10中未示出， 參見圖3)(在下文中稱為最外溝道22)之間，并與發(fā)射極電極電耦合。末端區(qū)域24可以充 當(dāng)?shù)诎藚^(qū)域。在半導(dǎo)體襯底10的第一表面?zhèn)炔糠?，外圍末?4a和最外溝道22之間的區(qū) 域提供了 FWD區(qū)域19c。 FWD區(qū)域19c可以充當(dāng)?shù)诰艆^(qū)域。 在圖10所示的范例中，在位于外圍部分50中的基極區(qū)11的部分，與IGBT區(qū)域18 中的基極區(qū)13相鄰地設(shè)置處于浮置狀態(tài)的基極區(qū)15。基極區(qū)15設(shè)置于兩個(gè)柵電極12之 間。位于基極區(qū)15外部的柵電極12，S卩，相對于位于基極區(qū)13和基極區(qū)15之間的柵電極 12位于基極區(qū)15相對側(cè)的柵電極12是柵電極12中的最外柵電極12。在最外柵電極12 和基極區(qū)11的外圍末端24a之間，提供末端區(qū)域24。末端區(qū)域24包括位于其第一表面?zhèn)?的基極接觸區(qū)17，并與發(fā)射極電極(未示出)電耦合。 在外圍部分50中，可以充當(dāng)?shù)谌齾^(qū)域的陰極區(qū)域21c設(shè)置于半導(dǎo)體襯底10的第 二表面?zhèn)炔糠?，以便對?yīng)于作為第八區(qū)域的末端區(qū)域24。在圖IO所示的范例中，陰極區(qū)域 21c設(shè)置于末端區(qū)域24的正下方。通過這種方式，F(xiàn)WD區(qū)域19c包括對應(yīng)于陰極區(qū)21c且 能夠充當(dāng)陽極的末端區(qū)域24。 FWD區(qū)域19c在第一方向的寬度，即基極區(qū)11的外圍末端24a和最外溝道22之間 的距離L3大于作為第四區(qū)域的每個(gè)FWD區(qū)域19a的寬度的一半。具體而言，距離L3大于 或等于85iim。 在外圍部分50中未提供基極區(qū)11的部分，在半導(dǎo)體襯底10的第一表面?zhèn)炔糠衷O(shè) 置P型保護(hù)環(huán)52a，以便圍繞主部分30和部分51 (參見圖5)。保護(hù)環(huán)52a包括在高壓部分 52中。 如上所述，在圖IO所示的半導(dǎo)體器件100中，在基極區(qū)11的外圍末端24a和最外 溝道22之間提供FWD區(qū)域19c。 FWD區(qū)域19c包括末端區(qū)域24。 FWD區(qū)域19c的寬度大于 包括能充當(dāng)陽極的基極區(qū)14的每個(gè)FWD區(qū)域19a的寬度的一半。 當(dāng)沿著第一方向在基極區(qū)ll的外圍末端24a周圍復(fù)制上述構(gòu)成時(shí)，在最外溝道22 和最外溝道22的鏡像之間不設(shè)置基極區(qū)13。在最外溝道22和最外溝道22的鏡像之間， 是與基極接觸區(qū)17耦合的末端區(qū)域24、末端區(qū)域24的鏡像、處于浮置狀態(tài)的基極區(qū)15、柵 電極12以及基極區(qū)15和柵電極12的鏡像。距離L3以及鏡像構(gòu)成中的距離L3之和，即 2XL3與第一實(shí)施例中描述的距離L2相同。因此，可以限制正向電壓Vf的快速反回。
尤其在本實(shí)施例中，將距離L3設(shè)置成大于或等于85iim。如上所述，距離L3和鏡 像構(gòu)成中的距離L3之和與距離L2相同。于是，可以通過類似于第一實(shí)施例的方式將正向 電壓Vf的快速反回有效地限制為例如小于或等于0. IV。 在主部分30中，交替設(shè)置IGBT區(qū)域18和FWD區(qū)域19a，并交替設(shè)置集電極區(qū)20 和陰極區(qū)21。于是，IGBT和FWD可以均勻地工作。特別地，在大電流區(qū)域中，占據(jù)大部分 FWD區(qū)域19的每個(gè)FWD區(qū)域19a都工作。于是，在半導(dǎo)體襯底10中，在FWD正向工作期間 的電流分布得到均勻化，可以改善FWD的性能。 因此，同樣在根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100中，在包括RC-IGBT器件的構(gòu)成中， FWD也可以均勻地工作，可以限制FWD的快速反回。 在圖10所示的范例中，F(xiàn)WD區(qū)域19c包括末端區(qū)域24和作為基極區(qū)11的基極區(qū) 15。在用于構(gòu)成FWD區(qū)域19c的基極區(qū)11中，基極區(qū)15位于與IGBT區(qū)域18的邊界區(qū)。于是，可以以類似于圖9所示的半導(dǎo)體器件100的方式減少從FWD區(qū)域19c向半導(dǎo)體襯底10 中引入的空穴量。因此，可以減小在將FWD從導(dǎo)通狀態(tài)切換到截止?fàn)顟B(tài)時(shí)沿反方向流動(dòng)的 恢復(fù)電流Irr的量，并可以減小開關(guān)損耗和交流損耗。 因?yàn)镕WD區(qū)域19c包括處于浮置狀態(tài)的基極區(qū)15作為基極區(qū)11中與IGBT區(qū)域 18的邊界區(qū)，所以可以充當(dāng)FWD陽極的末端區(qū)域24遠(yuǎn)離溝道22。因此，可以有效地限制正 向電壓Vf的快速反回。 在一些范例中，末端區(qū)域24也可以是基極區(qū)11中與IGBT區(qū)域18的邊界區(qū)。然 而，在與發(fā)射極電極耦合的基極區(qū)11的一部分中，即，在第一表面?zhèn)染哂谢鶚O接觸區(qū)17的 部分中，靠近溝道22的部分受到溝道22的影響。于是，在圖IO所示的范例中，與IGBT區(qū) 域18相鄰設(shè)置處于浮置狀態(tài)的基極區(qū)15，可以充當(dāng)陽極的末端區(qū)域24遠(yuǎn)離IGBT區(qū)域18， 以減輕溝道22的影響。FWD區(qū)域19c還可以不包括基極區(qū)15，以增大FWD陽極的面積。
在半導(dǎo)體襯底10的第一表面?zhèn)炔糠?，由于FWD區(qū)域19是與IGBT區(qū)域18交替設(shè) 置的，所以除了具有窄寬度且占據(jù)FWD區(qū)域19大部分的FWD區(qū)域19a之外，還可以提供FWD 區(qū)域19b和區(qū)域19c。亦即，作為主部分30的構(gòu)成，可以采用圖6中所示的構(gòu)成。同樣在這 種情況下，F(xiàn)WD區(qū)域19c的寬度可以大于或等于每個(gè)FWD區(qū)域19a的寬度的一半。 [owe](第三實(shí)施例) 將參考圖11到圖13描述根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100。 因?yàn)楦鶕?jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100與根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100或根據(jù)
第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件IOO具有很多共同的部分，所以將省略對共同部分的描述，主要
描述不同的部分。在以下描述中，為與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中所述部件相同的部件賦
予相同的附圖標(biāo)記。 在圖11所示的半導(dǎo)體器件100中，外圍部分50中的部分51包括感測部分51a。 將設(shè)置IGBT和FWD的部分表達(dá)為有源器件部分。有源器件部分沿半導(dǎo)體襯底10的第一表 面具有第一面積。感測部分51a沿半導(dǎo)體襯底10的第一表面具有第二面積。第一面積大于 第二面積。除部分51之外，半導(dǎo)體器件100的構(gòu)成可以類似于根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器 件100的構(gòu)成或根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100的構(gòu)成。半導(dǎo)體器件100包括IGBT 25 和FWD 26。在感測部分51a中，設(shè)置感測元件。在感測元件中，流動(dòng)有與FWD 26中流動(dòng)的 電流成比例的電流。基于感測元件的結(jié)果對半導(dǎo)體器件IOO進(jìn)行反饋控制，使得在FWD 26 工作時(shí)停止向IGBT元件的柵電極12輸入驅(qū)動(dòng)信號，在FWD 26不工作時(shí)向柵電極12輸入 驅(qū)動(dòng)信號。 在圖11所示的半導(dǎo)體器件100中，在感測部分51a中獨(dú)立地設(shè)置FWD感測元件53 和IGBT感測元件54。 FWD感測元件53具有與FWD 26類似的構(gòu)成，F(xiàn)WD感測元件53中流 動(dòng)的電流與FWD 26中流動(dòng)的電流成比例。IGBT感測元件54具有與IGBT 25類似的構(gòu)成， IGBT感測元件中流動(dòng)的電流與IGBT 25中流動(dòng)的電流成比例。例如，F(xiàn)WD感測元件53的面 積大約為FWD 26的1/1000， IGBT感測元件54的面積大約為IGBT 25的面積的1/1000。在 發(fā)明人之一做出的US 2009/057832A(對應(yīng)于JP-A-2009-099690)中描述了 FWD感測元件 53和IGBT感測元件54的構(gòu)成。于是，將省略對FWD感測元件53和IGBT感測元件54構(gòu)成 的詳細(xì)描述。在部分51中，半導(dǎo)體器件100還包括用于向柵電極12輸入驅(qū)動(dòng)信號的柵極焊盤55、發(fā)射極感測焊盤56、與IGBT感測元件54的發(fā)射極區(qū)耦合的IGBT感測焊盤57以及與 FWD感測元件53的陽極區(qū)耦合的FWD感測焊盤58。 接下來，將描述包括半導(dǎo)體器件100的柵極驅(qū)動(dòng)信號的反饋電路。將反饋電路配 置為倒相電路的一部分，即上臂和下臂之一。反饋電路的構(gòu)成可以類似于由發(fā)明人之一做 出的日本專利申請No. 2007-229959和JP-A-2009-099690中所述的反饋電路構(gòu)成。在圖12 中所示的反饋電路中，感測電阻器102由FWD感測元件53和IGBT感測元件54共享。
如圖12所示，反饋電路包括圖11所示的半導(dǎo)體器件100、與電路101、感測電阻器 102、反饋部分103和柵極電阻器104。 與電路101是在輸入到與電路101的所有信號都處于高電平時(shí)輸出高電平信號的 邏輯電路。與電路101接收與用于驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體器件100中的IGBT25和IGBT感測元件54 的驅(qū)動(dòng)信號對應(yīng)的P麗柵極信號以及從反饋部分103輸出的信號。例如，P麗信號發(fā)生電 路產(chǎn)生P麗柵極信號，并將P麗柵極信號輸入到與電路101的輸入端子。
與電路101經(jīng)由柵極電阻器104與半導(dǎo)體器件100中的柵極焊盤55電耦合?；?于從與電路101通過柵極電阻器104供應(yīng)的P麗柵極信號控制IGBT25和IGBT感測元件54 處的柵極電壓。例如，當(dāng)經(jīng)過與電路IOI的P麗柵極信號處于高電平時(shí)，導(dǎo)通IGBT 25。當(dāng) 經(jīng)過與電路IOI的P麗柵極信號處于低電平時(shí)，截止IGBT 25。當(dāng)P麗柵極信號不經(jīng)過與電 路101時(shí)，不驅(qū)動(dòng)IGBT 25和IGBT感測元件54。 IGBT 25的集電極例如與負(fù)載和功率源耦合，在IGBT 25的集電極和發(fā)射極之間 流動(dòng)著電源電流。由公共電極提供IGBT感測元件54的集電極電極和IGBT 25的集電極電 極。IGBT感測元件54的發(fā)射極區(qū)通過IGBT感測焊盤57與感測電阻器102的一端耦合。 感測電阻器102的另一端通過發(fā)射極感測焊盤56與IGBT 25的發(fā)射極區(qū)16耦合。因此， 感測電流從IGBT感測元件54的發(fā)射極區(qū)流入感測電阻器102中。感測電流與IGBT 25中 流動(dòng)的電源電流成比例。將感測電阻器102兩端 之間的電勢差Vs反饋到反饋部分103。
反饋部分103例如包括運(yùn)算放大器。反饋部分103判斷FWD 26中是否有電流流 動(dòng)以及IGBT 25中是否有電流流動(dòng)。然后，反饋部分103基于判斷結(jié)果允許或停止輸入到 與電路IOI中的P麗柵極信號通過。反饋部分103具有第一閾值Vthl和第二閾值Vth2。 第一閾值Vthl用于判斷是否有電流流入FWD 26中。第二閾值Vth2用于判斷是否有過電 流流入IGBT 25中。在本范例中，第一閾值Vthl和第二閾值Vth2為電壓值。
在正常驅(qū)動(dòng)IGBT 25且電流未流入FWD 26時(shí)，電流從IGBT感測元件54流向感測 電阻器102。于是，在將IGBT 25的發(fā)射極區(qū)16處的電勢設(shè)置為基礎(chǔ)時(shí)，感測電阻器102兩 端之間的電勢差Vs變?yōu)檎怠．?dāng)電流流入FWD26時(shí)，電流從感測電阻器102流向FWD感測 元件53。于是，在將IGBT 25的發(fā)射極區(qū)16處的電勢設(shè)置為基礎(chǔ)時(shí)，感測電阻器102兩端 之間的電勢差Vs變?yōu)樨?fù)值。因此，將用于檢測是否有電流流入FWD 26的第一閾值Vthl設(shè) 置為預(yù)定負(fù)值。當(dāng)過電流流入IGBT 25時(shí)，從IGBT感測元件54流向感測電阻器102的感 測電流量增大。亦即，感測電阻器102兩端之間的電勢差Vs在正區(qū)增大。于是，將第二閾 值Vth2設(shè)置為預(yù)定正值。 在反饋部分103驅(qū)動(dòng)IGBT 25時(shí)，反饋部分103輸出控制信號，其允許輸入到與電 路101的P麗柵極信號通過。此外，反饋部分103接收感測電阻器102兩端之間的電勢差 Vs。當(dāng)電勢差Vs小于第一閾值Vthl時(shí)或當(dāng)電勢差Vs大于第二閾值Vth2時(shí)，反饋部分103輸出信號以停止輸入到與電路101的P麗柵極信號通過。 在正常運(yùn)行時(shí)，諸如P麗信號發(fā)生電路的外部電路產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)IGBT25和IGBT 感測元件54的P麗柵極信號，并將P麗柵極信號輸入到與電路101。在這種情況下，F(xiàn)WD 26截止，電流不流入FWD感測元件53中。于是，感測電阻器102通過IGBT感測焊盤57與 IGBT感測元件54的發(fā)射極區(qū)耦合的一端的電勢高于感測電阻器102通過發(fā)射極感測焊盤 56與IGBT 25的發(fā)射極區(qū)16耦合的一端的電勢。感測電阻器102兩端之間的電勢差Vs變 為電勢值。 因?yàn)殡妱莶頥s大于被設(shè)置成預(yù)定負(fù)值的第一閾值Vthl，如圖13所示，反饋部分 103確定沒有電流流入FWD 26中。于是，反饋部分103的輸出信號處于高電平。在向與電 路101輸入處于高電平的P麗柵極信號以及處于高電平的反饋部分103的輸出信號時(shí)，允 許P麗柵極信號通過與電路101。通過柵極電阻器104向IGBT 25的柵電極和IGBT感測元 件54輸入P麗柵極信號，由此導(dǎo)通IGBT 25和IGBT感測元件54。在驅(qū)動(dòng)IGBT 25和IGBT 感測元件54時(shí)，電流流到與IGBT 25的集電極電極或發(fā)射極電極耦合的負(fù)載。
在電流流入FWD 26中時(shí)，感測電阻器102通過發(fā)射極感測焊盤56與FWD 26的陽 極區(qū)耦合的一端的電勢高于感測電阻器102通過FWD感測焊盤58與FWD感測元件53的陽 極區(qū)耦合的一端的電勢。亦即，感測電阻器102兩端之間的電勢差Vs變?yōu)樨?fù)值。
于是，在電勢差Vs小于第一閾值的情況下，反饋部分103確定有電流流向FWD 26。 反饋部分103向與電路101輸出信號，以便停止讓輸入到與電路101的P麗柵極信號通過。
因?yàn)椴粡呐c電路101輸入用于驅(qū)動(dòng)IGBT 25的信號，所以IGBT 25被截止，亦即， 柵極信號變?yōu)榱恪Ｒ虼?，在FWD 26正向工作期間，IGBT 25不工作。 當(dāng)過電流流入IGBT 25時(shí)，從IGBT感測元件54流向感測電阻器102的感測電流 量正比于過電流增大。感測電阻器兩端之間的電勢差Vs變得高于在IGBT 25正常工作的 情況下的電勢差Vs。 于是，在電勢差Vs大于第二閾值Vth2時(shí)，如圖13所示，反饋部分103確定有過電 流流入IGBT 25中，并向與電路101輸出信號，以便停止使輸入到與電路101的P麗柵極信 號通過。 因?yàn)椴粡呐c電路IOI輸入用于驅(qū)動(dòng)IGBT 25的信號，所以IGBT 25的工作停止。因 此，可以防止IGBT 25受到過電流損壞。 圖11中所示的半導(dǎo)體器件100包括FWD感測元件53， FWD感測元件53中流動(dòng)的 電流正比于FWD 26中流動(dòng)的電流。根據(jù)FWD感測元件53的檢測結(jié)果，當(dāng)FWD 26工作時(shí)， 不向IGBT 25的柵電極12輸入驅(qū)動(dòng)信號。另一方面，在FWD 26不工作時(shí)，向IGBT 25的柵 電極12輸入驅(qū)動(dòng)信號。IGBT 25和FWD 26可以具有類似于第一實(shí)施例或第二實(shí)施例中描 述的構(gòu)成。因此，可以限制FWD 26的正向電壓Vf的快速反回，并可以改善FWD 26的線性 度。 如上所述，在FWD感測元件53中，流動(dòng)有與FWD 26中流動(dòng)的電流成比例的電流。 于是，也可以改善FWD感測元件53的線性度。因此，可以基于FWD感測元件53的檢測結(jié)果 以高度精確性控制向柵電極12輸入P麗柵極信號(驅(qū)動(dòng)信號)。可以將根據(jù)上述實(shí)施例的 每種半導(dǎo)體器件100適當(dāng)?shù)赜糜诶冒‵WD感測元件53的感測元件執(zhí)行反饋控制的反 饋電路。
19
在圖11中所示的半導(dǎo)體器件中，在半導(dǎo)體襯底10中的感測部分51a中獨(dú)立地設(shè) 置FWD感測元件53和IGBT感測元件54。在一些范例中，可以提供用于檢測IGBT 25中流 動(dòng)的電流和FWD 26中流動(dòng)的電流的一個(gè)感測元件。 在圖11所示的半導(dǎo)體器件100中，半導(dǎo)體器件100包括IGBT感測元件54和FWD 感測元件53作為感測元件。在一些范例中，半導(dǎo)體器件100至少包括FWD感測元件53作 為感測元件。 在圖11中所示的反饋電路中，感測電阻器102由IGBT感測元件54和FWD感測元 件53共享。在一些范例中，IGBT感測元件54和FWD感測元件53可以分別具有感測電阻 器。 在圖11中所示的反饋電路中，感測電阻器102與IGBT感測元件54的發(fā)射極側(cè)和 FWD感測元件53的陽極側(cè)耦合。在一些范例中，感測電阻器可以與IGBT感測元件54的集 電極側(cè)耦合，感測電阻器可以與FWD感測元件53的陰極側(cè)耦合。 在圖11所示的半導(dǎo)體器件100中，獨(dú)立地提供與IGBT感測元件54的發(fā)射極區(qū)耦 合的IGBT感測焊盤57和FWD感測焊盤58。在一些范例中，可以由一個(gè)感測焊盤提供IGBT 感測焊盤57和FWD感測焊盤58。
(其它實(shí)施例) 盡管已經(jīng)參考附圖結(jié)合其示范性實(shí)施例全面描述了本發(fā)明，但要指出的是各種修 改和變型對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。 在上述實(shí)施例中，基極區(qū)14和末端區(qū)域24通過基極接觸區(qū)17與發(fā)射極電極電耦 合。在圖14和圖15所示的半導(dǎo)體器件中，提供多個(gè)溝槽接觸區(qū)27作為與發(fā)射極電極的接 觸區(qū)域。通過在基極區(qū)11中從半導(dǎo)體襯底10的第一表面向淺于基極區(qū)11底部的深度提 供溝槽并利用諸如鎢的導(dǎo)電材料填充溝槽來形成每個(gè)溝槽接觸區(qū)27。溝槽接觸區(qū)27穿透 上述P導(dǎo)電類型區(qū)域。圖14和圖15中所示的半導(dǎo)體器件的其它構(gòu)成可以分別類似于圖6 所示的半導(dǎo)體器件100和圖IO所示的半導(dǎo)體器件IOO?？梢酝ㄟ^公知工藝形成溝槽接觸區(qū) 27。 在提供了用于形成溝槽接觸區(qū)27的溝槽的情況下，去除基極區(qū)14和末端區(qū)域24 中的基極接觸區(qū)17的一部分，即，具有高雜質(zhì)濃度的基極區(qū)11的一部分。于是，與未提供 溝槽接觸區(qū)27的情況相比，減少了從基極區(qū)14和末端區(qū)域24中的基極接觸區(qū)17向半導(dǎo) 體襯底10引入的空穴量。于是，可以減小在將FWD從導(dǎo)通狀態(tài)切換到截止?fàn)顟B(tài)時(shí)沿反方向 流動(dòng)的恢復(fù)電流Irr的量，并可以減小開關(guān)損耗和交流損耗。在圖14和圖15所示的范例 中，在基極區(qū)14提供溝槽接觸區(qū)27作為寬區(qū)域，在末端區(qū)域24中提供溝槽接觸區(qū)27來限 制快速反回。在寬區(qū)域中，與未提供寬區(qū)域的情況相比，增大了在FWD正向工作期間引入半 導(dǎo)體襯底10的空穴量。于是，當(dāng)在寬區(qū)域中提供溝槽接觸區(qū)27時(shí)，可以限制引入半導(dǎo)體襯 底10的空穴量。在圖14和圖15所示的范例中，在提供窄區(qū)域的基極區(qū)14中也形成溝槽 接觸區(qū)27。也可以僅在提供寬區(qū)域的基極區(qū)14以及末端區(qū)域24中形成溝槽接觸區(qū)27。
例如，可以通過輻照電子束或氦線在與半導(dǎo)體襯底10和基極區(qū)11的邊界相鄰的 部分形成短使用壽命層。在這種情況下，可以降低基極區(qū)ll下的載流子密度。于是，在FWD 正向工作期間，可以減小與充當(dāng)陽極區(qū)的區(qū)域相鄰的部分的載流子密度，由此可以減小恢 復(fù)電流Irr的量并可以減小開關(guān)損耗。
在上述實(shí)施例的每一個(gè)中，半導(dǎo)體器件100包括場停止層23。在一些范例中，半導(dǎo) 體器件100可以沒有場停止層23。 在上述實(shí)施例的每一個(gè)中，第一導(dǎo)電類型為N導(dǎo)電類型，第二導(dǎo)電類型為P導(dǎo)電類 型?；蛘撸谝粚?dǎo)電類型可以是P導(dǎo)電類型，第二導(dǎo)電類型可以是N導(dǎo)電類型。亦即，根據(jù) 上述實(shí)施例的每一個(gè)的半導(dǎo)體器件100還可以包括P溝道IGBT。 在上述實(shí)施例中，將包括基極接觸區(qū)17而沒有發(fā)射極區(qū)16的每個(gè)基極區(qū)14用作 第四區(qū)域。亦即，基極區(qū)14提供基極區(qū)11中的FWD區(qū)域19。在圖16所示的范例中，沿著 第一方向在主部分30中連續(xù)設(shè)置基極區(qū)13，基極區(qū)13可以充當(dāng)FWD的陽極?；鶚O區(qū)13包 括窄基極區(qū)13a和寬基極區(qū)13b?；鶚O區(qū)13的大部分是窄基極區(qū)13a，寬基極區(qū)13b的數(shù) 量小于窄基極區(qū)13a的數(shù)量。在每個(gè)基極區(qū)13中，溝道22之間的部分可以充當(dāng)作為第四 區(qū)域的FWD區(qū)域19。每個(gè)窄基極區(qū)13a提供FWD區(qū)域19a，每個(gè)寬基極區(qū)13b提供FWD區(qū) 域19b。沿第一方向位于寬基極區(qū)13b的兩端的兩個(gè)溝道22的內(nèi)部末端之間的距離L4大 于或等于170iim。因此，還是在圖16所示的范例中，在包括RC-IGBT器件的構(gòu)成中，F(xiàn)WD可 以均勻地工作，可以限制FWD的快速反回。 在上述實(shí)施例中，IGBT包括具有溝槽結(jié)構(gòu)的柵電極12。在一些范例中，IGBT可以 包括具有平面結(jié)構(gòu)的柵電極12。例如，在圖17所示的范例中，在半導(dǎo)體襯底10的第一表面 側(cè)部分設(shè)置P阱作為基極區(qū)11。每個(gè)基極區(qū)11沿著垂直于厚度方向和第一方向的第二方 向延伸?；鶚O區(qū)ll設(shè)置于第一方向上，以便彼此分開。在每個(gè)基極區(qū)11的表面部分設(shè)置 兩個(gè)發(fā)射極區(qū)16和基極接觸區(qū)17。在第一方向上基極接觸區(qū)17位于兩個(gè)發(fā)射極區(qū)16之 間。在半導(dǎo)體襯底10的第一表面?zhèn)炔糠稚?，通過絕緣層(未示出)設(shè)置具有平面結(jié)構(gòu)的柵 電極12。每個(gè)柵電極12連接相鄰基極區(qū)11中的兩個(gè)發(fā)射極區(qū)16。基極區(qū)11包括基極區(qū) lla和基極區(qū)llb。每個(gè)基極區(qū)lib的寬度大于每個(gè)基極區(qū)lla的寬度。每個(gè)基極區(qū)lib 可以充當(dāng)寬區(qū)域，每個(gè)基極區(qū)lla可以充當(dāng)窄區(qū)域?；鶚O區(qū)11的大部分是基極區(qū)lla，基極 區(qū)lib的數(shù)量小于基極區(qū)lla的數(shù)量。 在基極區(qū)lla和lib中，溝道22之間的部分可以充當(dāng)?shù)谒膮^(qū)域。具有寬寬度的每 個(gè)基極區(qū)llb提供FWD區(qū)域19b，具有窄寬度的每個(gè)基極區(qū)lla提供FWD區(qū)域19a。在每個(gè) 基極區(qū)lib中，提供與發(fā)射極區(qū)16相鄰的溝道22，溝道22的內(nèi)部末端之間的距離L5大于 或等于170iim。還是在圖17所示的范例中，在包括RC-IGBT器件的構(gòu)成中，F(xiàn)WD可以均勻 地工作，可以限制FWD的快速反回。 在圖17所示的范例中，基極區(qū)11中包括發(fā)射極區(qū)16的一部分可以充當(dāng)陽極。亦 即，在圖16所示的構(gòu)成中，將柵電極12的結(jié)構(gòu)變?yōu)槠矫娼Y(jié)構(gòu)。在圖18所示的范例中，半導(dǎo) 體器件包括充當(dāng)陽極的特定區(qū)域。亦即，在圖6所示的構(gòu)成中，將柵電極12的結(jié)構(gòu)變?yōu)槠?面結(jié)構(gòu)。而且，在圖18所示的范例中，在半導(dǎo)體襯底10的第一表面?zhèn)炔糠衷O(shè)置p阱作為基 極區(qū)11。每個(gè)基極區(qū)11沿著垂直于厚度方向和第一方向的第二方向延伸?；鶚O區(qū)11設(shè)置 于第一方向上，以便彼此分開。基極區(qū)ll包括基極區(qū)lla、llc和lld。每個(gè)基極區(qū)lla在 其第一表面?zhèn)炔糠职▋蓚€(gè)發(fā)射極區(qū)16和基極接觸區(qū)17?；鶚O接觸區(qū)17位于兩個(gè)發(fā)射 極區(qū)16之間。在基極區(qū)llc和lld的每一個(gè)中，僅設(shè)置基極接觸區(qū)17?；鶚O區(qū)lla提供 了 IGBT區(qū)域18，基極區(qū)llc和11d提供了FWD區(qū)域19。沿第一方向交替設(shè)置IGBT區(qū)域18 和FWD區(qū)域19。形成柵電極12以便橋接相鄰的基極區(qū)11。每個(gè)基極區(qū)llc的寬度小于基極區(qū)lid的寬度。僅包括基極接觸區(qū)17的大部分基極區(qū)lib和11c是基極區(qū)llc，基極區(qū) lid的數(shù)量小于基極區(qū)11c的數(shù)量。每個(gè)基極區(qū)11c可以充當(dāng)窄區(qū)域，每個(gè)基極區(qū)lld可以 充當(dāng)寬區(qū)域。位于每個(gè)基極區(qū)lld兩側(cè)的溝道之間的寬度L6大于或等于170ym。還是在 圖18所示的范例中，在包括RC-IGBT器件的構(gòu)成中，F(xiàn)WD可以均勻地工作，可以限制FWD的 快速反回。在圖17和圖18所示的范例中，每個(gè)半導(dǎo)體器件不包括場停止層23。每個(gè)半導(dǎo) 體器件還可以包括場停止層23。 在圖18所示的半導(dǎo)體器件100中，將作為寬區(qū)域的FWD區(qū)域19b中包括的每個(gè)基 極區(qū)lid的寬度設(shè)置成大于作為窄區(qū)域的FWD區(qū)域19a中包括的每個(gè)基極區(qū)11c的寬度和 IGBT區(qū)域18中包括的每個(gè)基極區(qū)11a的寬度。要求能夠充當(dāng)陽極的基極區(qū)11的區(qū)域遠(yuǎn) 離最靠近該區(qū)域的溝道22。于是，即使在每個(gè)基極區(qū)lid的寬度與每個(gè)基極區(qū)11a的寬度 或每個(gè)基極區(qū)11c的寬度相同時(shí)，通過控制基極區(qū)lla和基極區(qū)lld之間的距離，F(xiàn)WD區(qū)域 19也可以是寬區(qū)域。 在圖10所示的半導(dǎo)體器件100中，沿著第一方向向外圍部分50中設(shè)置多個(gè)基極 區(qū)11。在基極區(qū)11的外圍末端24a和最外溝道22之間提供可以充當(dāng)?shù)诎藚^(qū)域的末端區(qū)域 24。在半導(dǎo)體襯底10的第二表面?zhèn)炔糠?，將陰極區(qū)21c設(shè)置成與末端區(qū)域24相對。FWD區(qū) 域19c包括末端區(qū)域24且提供于基極區(qū)11的外圍末端24a和最外溝道22之間。FWD區(qū)域 19c可以充當(dāng)?shù)诰艆^(qū)域。將FWD區(qū)域19c在第一方向上的寬度設(shè)置成大于或等于主部分30 中每個(gè)FWD區(qū)域19a在第一方向上的寬度的一半。然而，為了限制快速反回而在外圍部分 50中形成的FWD的構(gòu)成不限于上述范例。 將參考圖19到圖21描述根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100。圖19所示的 半導(dǎo)體器件100的區(qū)域?qū)?yīng)于圖5所示半導(dǎo)體器件100中的區(qū)域XIX。在圖19到21所示 的半導(dǎo)體器件100中，沿第一方向設(shè)置均具有矩形環(huán)路形狀的柵電極12，基極區(qū)ll(p阱) 由柵電極12沿第一方向分開。 在與集電極區(qū)20(未示出)相對的基極區(qū)11中，由柵電極12圍繞的部分為處于 浮置狀態(tài)的基極區(qū)15，相鄰柵電極12之間的部分是均包括發(fā)射極區(qū)16和基極接觸區(qū)17的 基極區(qū)13。在IGBT區(qū)域18中，沿第一方向交替設(shè)置基極區(qū)13和基極區(qū)15，并沿第一方向 在每個(gè)IGBT區(qū)域18的兩端都設(shè)置基極區(qū)13。 與陰極區(qū)21a相對的所有基極區(qū)ll(被柵電極12包圍的基極區(qū)11和位于相鄰柵 電極12之間的基極區(qū)11)是在其第一表面?zhèn)炔糠志ɑ鶚O接觸區(qū)17的基極區(qū)14。在半 導(dǎo)體襯底10的第一表面?zhèn)炔糠郑噜彍系?未示出)之間并包括基極區(qū)14的區(qū)域?yàn)镕WD 區(qū)域19a。 在半導(dǎo)體襯底10的第一表面?zhèn)炔糠?，基極區(qū)11延伸到外圍部分50中，提供P型 導(dǎo)電類型的末端區(qū)域24。末端區(qū)域24與相鄰溝道12之間的基極區(qū)11電耦合并與其基極 區(qū)11集成，亦即，基極區(qū)13和基極區(qū)14的一部分。每個(gè)基極接觸區(qū)17沿垂直于第一方向 的第二方向延伸到外圍部分50中。設(shè)置于位于相鄰柵電極12之間的基極區(qū)11的第一表 面?zhèn)炔糠值幕鶚O接觸區(qū)17也充當(dāng)末端區(qū)域24的基極接觸區(qū)17。在圖19到圖21所示的范 例中，作為第九區(qū)域的FWD區(qū)域19c僅包括作為第八區(qū)域的末端區(qū)域24。
FWD區(qū)域19c在第一方向上的寬度，即基極區(qū)11的外圍末端24a和最靠近外圍末 端24a的溝道之間的距離L3大于每個(gè)FWD區(qū)域19a在第一方向上的寬度L7的一半。此外，距離L3大于或等于85iim。 同樣，在這種構(gòu)成中，類似于圖10所示的末端區(qū)域24和陰極區(qū)域21c的方式，與 發(fā)射極電極電耦合并位于外圍部分50中的末端區(qū)域24可以充當(dāng)FWD，陰極區(qū)域21c與末端 區(qū)域24相對。于是，可以減小FWD的快速反回。每個(gè)FWD區(qū)域19a能夠充當(dāng)窄區(qū)域。通過 提供FWD區(qū)域19a，在半導(dǎo)體襯底10中，在FWD正向工作期間的電流分布可以得到均勻化， 可以改善FWD的性能。亦即，在半導(dǎo)體襯底10中包括IGBT和FWD的構(gòu)成中，F(xiàn)WD能夠均勻 地工作，并可以限制FWD的快速反回。 在圖19到圖21所示的半導(dǎo)體器件100中，F(xiàn)WD區(qū)域19a僅包括基極區(qū)14作為基 極區(qū)11。然而，IGBT區(qū)域18和FWD區(qū)域19a的構(gòu)成不限于上述范例。例如，F(xiàn)WD區(qū)域19a 可以包括基極區(qū)14和基極區(qū)15。構(gòu)成每個(gè)IGBT區(qū)域18和FWD區(qū)域19a的基極區(qū)11的數(shù) 量不限于上述范例。也可以獨(dú)立于設(shè)置于主部分30中的基極接觸區(qū)17提供用于末端區(qū)域 24的基極接觸區(qū)17。 在根據(jù)上述實(shí)施例的每個(gè)半導(dǎo)體器件100中，沿第一方向以預(yù)定間隔將柵電極12 設(shè)置成條形圖案，以便分開基極區(qū)11。柵電極12的布置不限于上述范例。只要沿第一方向 以預(yù)定間隔設(shè)置柵電極12，柵電極12可以具有任何形狀。例如，每個(gè)柵電極12的平面形狀 可以是多邊形，例如正方形和六角形或環(huán)形。 在上述每個(gè)實(shí)施例中，集電極區(qū)20和陰極區(qū)21a和21b的邊界恰好在位于FWD區(qū) 域19a和19b末端的柵電極12下方。然而，集電極區(qū)20和陰極區(qū)21a和21b的邊界的位 置不限于上述范例。在半導(dǎo)體襯底10的第一表面?zhèn)鹊闹鞑糠?0中，作為第四區(qū)域的FWD 區(qū)域19a和19b是位于相鄰溝道22之間、與陰極區(qū)21a和21b相對且至少包括與發(fā)射極電 極電耦合的基極區(qū)14的區(qū)域。于是，陰極區(qū)21a和21b也可以恰好在位于IGBT區(qū)域18末 端的基極區(qū)11下方。在相鄰溝道22之間設(shè)置五個(gè)基極區(qū)11的情況下，集電極區(qū)20可以 位于兩端基極區(qū)11的下方，陰極區(qū)21a和21b可以位于設(shè)置于兩端基極區(qū)11之間的基極 區(qū)ll(基極區(qū)14)下方。
權(quán)利要求
一種在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底(10)中包括垂直絕緣柵極雙極晶體管(IGBT)和垂直續(xù)流二極管的半導(dǎo)體器件(100)，所述半導(dǎo)體襯底(10)具有彼此相對的第一表面和第二表面，所述垂直IGBT和所述垂直續(xù)流二極管彼此反并聯(lián)耦合，所述垂直IGBT包括與所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面相鄰的柵電極，所述半導(dǎo)體襯底(10)具有與所述第一表面相鄰的第一表面?zhèn)炔糠趾团c所述第二表面相鄰的第二表面?zhèn)炔糠?，所述半?dǎo)體器件(100)包括設(shè)置于所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面?zhèn)炔糠值木哂械诙?dǎo)電類型的多個(gè)基極區(qū)(11)，沿著垂直于所述半導(dǎo)體襯底(10)的厚度方向的一個(gè)方向設(shè)置所述多個(gè)基極區(qū)(11)，所述多個(gè)基極區(qū)(11)中的每一個(gè)包括與所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面相鄰的第一表面?zhèn)炔糠?；設(shè)置于所述多個(gè)基極區(qū)(11)的一部分的所述第一表面?zhèn)炔糠值乃龅谝粚?dǎo)電類型的多個(gè)第一區(qū)域(16)，所述多個(gè)第一區(qū)域(16)的雜質(zhì)濃度高于所述半導(dǎo)體襯底(10)的雜質(zhì)濃度，所述多個(gè)第一區(qū)域(16)構(gòu)成所述垂直IGBT的一部分；與所述多個(gè)基極區(qū)(11)中的一部分和所述多個(gè)第一區(qū)域(16)電耦合的電極；以及設(shè)置于所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第二表面?zhèn)炔糠值乃龅诙?dǎo)電類型的多個(gè)第二區(qū)域(20)和所述第一導(dǎo)電類型的多個(gè)第三區(qū)域(21)，沿所述一個(gè)方向交替設(shè)置所述多個(gè)第二區(qū)域(20)中的多個(gè)以及所述多個(gè)第三區(qū)域(21)中的多個(gè)，使其彼此相鄰，所述多個(gè)第二區(qū)域(20)構(gòu)成所述垂直IGBT的一部分，所述多個(gè)第三區(qū)域(21)構(gòu)成所述垂直續(xù)流二極管的一部分，所述多個(gè)第三區(qū)域(21)的雜質(zhì)濃度高于所述半導(dǎo)體襯底(10)的雜質(zhì)濃度，其中當(dāng)所述垂直IGBT處于工作狀態(tài)時(shí)，在所述多個(gè)基極區(qū)(11)中的包括所述多個(gè)第一區(qū)域(16)的部分中提供所述第一導(dǎo)電類型的多個(gè)溝道(22)，使得所述多個(gè)溝道(22)中的多個(gè)分別與所述多個(gè)第一區(qū)域(16)中的多個(gè)相鄰；所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面?zhèn)炔糠职ㄑ厮鲆粋€(gè)方向設(shè)置的多個(gè)第四區(qū)域(19)；所述多個(gè)第四區(qū)域(19)中的多個(gè)分別與所述多個(gè)第三區(qū)域(21)中的多個(gè)相對；所述多個(gè)第四區(qū)域(19)中的每一個(gè)位于所述多個(gè)溝道(22)中的相鄰兩個(gè)溝道之間，且包括所述多個(gè)基極區(qū)(11)中的與所述電極電耦合的一個(gè)區(qū)域(14)；所述多個(gè)第四區(qū)域(19)包括多個(gè)窄區(qū)域(19a)和多個(gè)寬區(qū)域(19b)；所述多個(gè)窄區(qū)域(19a)中的每一個(gè)在所述一個(gè)方向上具有第一寬度；所述多個(gè)寬區(qū)域(19b)中的每一個(gè)在所述一個(gè)方向上具有第二寬度；所述第二寬度大于所述第一寬度；并且所述多個(gè)窄區(qū)域(19a)的數(shù)量大于所述多個(gè)寬區(qū)域(19b)的數(shù)量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件(IOO)，其中所述第二寬度大于或等于170 ym。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件(100)，其中 所述多個(gè)基極區(qū)(11)包括多個(gè)第五區(qū)域(13)和多個(gè)第六區(qū)域(14); 所述多個(gè)第五區(qū)域(13)是所述多個(gè)基極區(qū)(11)中的在其所述第一表面?zhèn)炔糠职ㄋ龆鄠€(gè)第一區(qū)域(16)且與所述電極電耦合的部分；所述多個(gè)第六區(qū)域(14)是所述多個(gè)基極區(qū)(11)中的沒有所述多個(gè)第一區(qū)域(16)且與所述電極電耦合的部分；所述多個(gè)第四區(qū)域(19)中的每一個(gè)沒有所述多個(gè)第五區(qū)域(13)且包括所述多個(gè)第六 區(qū)域(14)之一 ;所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面?zhèn)炔糠诌€包括所述垂直IGBT的多個(gè)單元區(qū)域 (18);沿所述一個(gè)方向交替設(shè)置所述多個(gè)第四區(qū)域(19)中的多個(gè)和所述多個(gè)單元區(qū)域(18) 中的多個(gè)；并且所述多個(gè)單元區(qū)域(18)中的每一個(gè)沒有所述多個(gè)第六區(qū)域(14)且包括所述多個(gè)第五 區(qū)域(13)之一作為與所述多個(gè)第四區(qū)域(19)之一相鄰的邊界區(qū)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件(100)，其中所述多個(gè)基極區(qū)(11)還包括多個(gè)第七區(qū)域(15)，所述第七區(qū)域沒有所述多個(gè)第一區(qū) 域(16)，與所述電極電隔離且處于浮置狀態(tài)；并且所述多個(gè)單元區(qū)域(18)中的每一個(gè)還包括所述多個(gè)第七區(qū)域(15)之一。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件(100)，其中所述多個(gè)寬區(qū)域(19b)中的每一個(gè)僅包括所述多個(gè)基極區(qū)(11)中的所述多個(gè)第六區(qū) 域(14)之一。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件(100)，其中所述多個(gè)基極區(qū)(11)還包括多個(gè)第七區(qū)域(15)，所述第七區(qū)域沒有所述多個(gè)第一區(qū) 域(16)，與所述電極電隔離且處于浮置狀態(tài)；并且所述多個(gè)寬區(qū)域(19b)中的每一個(gè)包括所述多個(gè)第七區(qū)域(15)之一作為與所述多個(gè) 單元區(qū)域(18)之一相鄰的邊界區(qū)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件(100)，其中 所述柵電極包括多個(gè)柵電極區(qū)域(12);所述多個(gè)柵電極區(qū)域(12)設(shè)置于所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面?zhèn)炔糠智以O(shè) 置于所述第一方向上，使得所述多個(gè)基極區(qū)(11)通過所述多個(gè)柵電極區(qū)域(12)而彼此分 開；通過從所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面提供溝槽，在所述溝槽的表面上設(shè)置絕 緣層并通過所述絕緣層利用導(dǎo)電構(gòu)件填充所述溝槽來形成所述多個(gè)柵電極區(qū)域(12)中的 每一個(gè)；并且所述第一區(qū)域(16)中的多個(gè)分別與所述多個(gè)柵電極區(qū)域(12)中的多個(gè)的側(cè)表面相鄰。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件(100)，其中 所述多個(gè)基極區(qū)(11)中的包括在所述多個(gè)寬區(qū)域(19b)中的、與所述多個(gè)第三區(qū)域(21)中的相應(yīng)一個(gè)相對并與所述電極電耦合的每一個(gè)包括溝槽接觸區(qū)(27)作為與所述電 極的接觸區(qū)；并且通過從所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面提供溝槽并利用導(dǎo)電構(gòu)件填充所述溝槽 來形成所述溝槽接觸區(qū)(27)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件(100)，還包括反饋部分(103)，其中所述半導(dǎo)體襯底(10)包括有源器件部分(30)和感測部分(51a); 所述有源部分(30)包括所述垂直IGBT和所述垂直續(xù)流二極管； 所述感測部分(51a)包括感測元件(53)，所述感測元件被配置成檢測與所述垂直續(xù)流 二極管中流動(dòng)的電流成比例的電流；所述有源部分(30)沿所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面具有第一面積； 所述感測部分(51a)沿所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面具有第二面積； 所述第一面積大于所述第二面積；所述反饋部分(103)基于所述感測元件(53)的檢測結(jié)果確定所述垂直續(xù)流二極管是 處于工作狀態(tài)還是處于非工作狀態(tài)；在所述反饋部分(103)確定所述垂直續(xù)流二極管處于工作狀態(tài)時(shí)，所述反饋部分 (103)停止向所述柵電極輸入驅(qū)動(dòng)信號；并且在所述反饋部分(103)確定所述垂直續(xù)流二極管處于非工作狀態(tài)時(shí)，所述反饋部分 (13)允許向所述柵電極輸入驅(qū)動(dòng)信號。
10. —種在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底(10)中包括垂直絕緣柵極雙極晶體管(IGBT) 和垂直續(xù)流二極管的半導(dǎo)體器件(IOO)，所述半導(dǎo)體襯底(10)具有彼此相對的第一表面和 第二表面，所述垂直IGBT和所述垂直續(xù)流二極管彼此反并聯(lián)耦合，所述垂直IGBT包括與 所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面相鄰的柵電極，所述半導(dǎo)體襯底(10)包括與所述第 一表面相鄰的第一表面?zhèn)炔糠趾团c所述第二表面相鄰的第二表面?zhèn)炔糠?，所述半?dǎo)體襯底 (10)具有主部分(30)和外圍部分(50)，在所述主部分中設(shè)置所述垂直IGBT，所述外圍部分 (50)具有環(huán)形形狀并沿垂直于所述半導(dǎo)體襯底(10)的厚度方向的一個(gè)方向圍繞所述主部 分(30)，所述半導(dǎo)體器件(100)包括設(shè)置于所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面?zhèn)炔糠值木哂械诙?dǎo)電類型的多個(gè)基極 區(qū)(ll)，沿著所述一個(gè)方向設(shè)置所述多個(gè)基極區(qū)(ll)，所述多個(gè)基極區(qū)(11)位于所述主部 分(30)并且所述多個(gè)基極區(qū)(11)的外圍末端(24a)位于所述外圍部分(50)，所述多個(gè)基 極區(qū)中的每一個(gè)包括與所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面相鄰的第一表面?zhèn)炔糠?；設(shè)置于所述多個(gè)基極區(qū)(11)的一部分的所述第一表面?zhèn)炔糠值乃龅谝粚?dǎo)電類型的 多個(gè)第一區(qū)域(16)，所述多個(gè)第一區(qū)域(16)的雜質(zhì)濃度高于所述半導(dǎo)體襯底(10)的雜質(zhì) 濃度，所述多個(gè)第一區(qū)域(16)構(gòu)成所述垂直IGBT的一部分；與所述多個(gè)基極區(qū)(11)中的一部分和所述多個(gè)第一區(qū)域(16)電耦合的電極；以及設(shè)置于所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第二表面?zhèn)炔糠值木哂兴龅诙?dǎo)電類型的多個(gè) 第二區(qū)域(20)和具有所述第一導(dǎo)電類型的多個(gè)第三區(qū)域(21)，沿所述一個(gè)方向交替設(shè)置 所述多個(gè)第二區(qū)域(20)中的多個(gè)以及所述多個(gè)第三區(qū)域(21)中的多個(gè)，使其彼此相鄰，所 述多個(gè)第二區(qū)域(20)構(gòu)成所述垂直IGBT的一部分，所述多個(gè)第三區(qū)域(21)構(gòu)成所述垂直 續(xù)流二極管的一部分，所述多個(gè)第三區(qū)域(21)的雜質(zhì)濃度高于所述半導(dǎo)體襯底(10)的雜 質(zhì)濃度，其中當(dāng)所述垂直IGBT處于工作狀態(tài)時(shí)，在所述多個(gè)基極區(qū)(11)中的包括所述多個(gè)第一區(qū) 域(16)的部分中提供所述第一導(dǎo)電類型的多個(gè)溝道(22)，使得所述多個(gè)溝道(22)中的多 個(gè)分別與所述多個(gè)第一區(qū)域(16)中的多個(gè)相鄰；所述多個(gè)基極區(qū)(11)包括所述外圍部分(50)處的第八區(qū)域(24);所述第八區(qū)域(24)是從所述多個(gè)基極區(qū)(11)的所述外圍末端(24a)到距所述外圍末 端(24a)為預(yù)定距離處的區(qū)域，并位于所述外圍末端(24a)和所述多個(gè)溝道(22)中的沿所 述一個(gè)方向或垂直于所述一個(gè)方向和所述半導(dǎo)體襯底(10)的厚度方向的方向最靠近所述 外圍末端(24a)的一個(gè)溝道之間的區(qū)域內(nèi)；所述多個(gè)第三區(qū)域(21)之一位于所述外圍部分(50)并與所述第八區(qū)域(24)相對； 所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面?zhèn)炔糠诌€包括多個(gè)第四區(qū)域(19a)和第九區(qū)域 (19c);所述多個(gè)第四區(qū)域(19)中的多個(gè)分別與所述多個(gè)第三區(qū)域(21)中的多個(gè)相對； 所述多個(gè)第四區(qū)域(19)中的每一個(gè)位于所述多個(gè)溝道(22)中的相鄰兩個(gè)溝道之間，且包括與所述電極電耦合的所述多個(gè)基極區(qū)(11)的一個(gè)區(qū)域(14);所述第九區(qū)域(19c)是所述多個(gè)基極區(qū)(11)的外圍末端(24a)和所述多個(gè)溝道(22)中的最靠近所述外圍末端(24a)的所述一個(gè)溝道之間的區(qū)域；所述多個(gè)第四區(qū)域(19a)中的每一個(gè)在所述一個(gè)方向上具有第一寬度； 所述第九區(qū)域(19c)在所述外圍末端(24a)和所述多個(gè)溝道(22)中的最靠近所述外圍末端(24a)的所述一個(gè)溝道之間具有第二寬度；以及 所述第二寬度大于所述第一寬度的一半。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件(100)，其中 所述外圍末端(24a)沿所述一個(gè)方向位于所述外圍部分(50)處； 所述第八區(qū)域(24)位于所述外圍末端(24a)和所述多個(gè)溝道(22)中的沿所述一個(gè)方向最靠近所述外圍末端(24a)的所述一個(gè)溝道之間的區(qū)域內(nèi)；所述第九區(qū)域(19c)是所述多個(gè)基極區(qū)(11)的所述外圍末端(24a)和所述多個(gè)溝道 (22)中的沿所述一個(gè)方向最靠近所述外圍末端(24a)的所述一個(gè)溝道(之間的區(qū)域；以及所述第二寬度是所述第九區(qū)域(19c)沿所述一個(gè)方向的寬度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件(100)，其中所述多個(gè)基極區(qū)(11)還包括第七區(qū)域(15)，所述第七區(qū)域沒有所述多個(gè)第一區(qū)域 (16)，與所述電極電隔離且處于浮置狀態(tài)；所述第九區(qū)域(19c)包括所述第七區(qū)域(15)作為與所述主部分(30)的邊界區(qū)；并且 所述第七區(qū)域(15)沿所述一個(gè)方向位于所述主部分(30)和所述第八區(qū)域(24)之間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10-12中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件(100)，其中 所述第二寬度大于或等于85 m。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10-12中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件(100)，其中 所述柵電極包括多個(gè)柵電極區(qū)域(12);所述多個(gè)柵電極區(qū)域(12)設(shè)置于所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面?zhèn)炔糠智以O(shè) 置于所述第一方向上，使得所述多個(gè)基極區(qū)(11)通過所述多個(gè)柵電極區(qū)域(12)而彼此分 開；通過從所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面提供溝槽，在所述溝槽的表面上設(shè)置絕 緣層并通過所述絕緣層利用導(dǎo)電構(gòu)件填充所述溝槽來形成所述多個(gè)柵電極區(qū)域(12)中的 每一個(gè)；并且所述第一區(qū)域(16)中的多個(gè)分別與所述多個(gè)柵電極區(qū)域(12)中的多個(gè)的側(cè)表面相鄰。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10-12中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件(100)，其中 所述第八區(qū)域(24)包括溝槽接觸區(qū)(27)作為與所述電極的接觸區(qū)；并且 通過從所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面提供溝槽并利用導(dǎo)電構(gòu)件填充所述溝槽來形成所述溝槽接觸區(qū)(27)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10-12中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件(100)，還包括反饋部分(103)， 其中所述半導(dǎo)體襯底(10)還包括有源器件部分(30)和感測部分(51a); 所述有源器件部分包括所述垂直IGBT和所述垂直續(xù)流二極管；所述感測部分(51a)包括感測元件(53)，所述感測元件被配置成檢測與所述垂直續(xù)流 二極管中流動(dòng)的電流成比例的電流；所述有源器件部分沿所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面具有第一面積； 所述感測部分(51a)沿所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面具有第二面積； 所述第一面積大于所述第二面積；所述反饋部分(103)基于所述感測元件(53)的檢測結(jié)果確定所述垂直續(xù)流二極管是 處于工作狀態(tài)還是處于非工作狀態(tài)；在所述反饋部分(103)確定所述垂直續(xù)流二極管處于工作狀態(tài)時(shí)，所述反饋部分 (103)停止向所述柵電極輸入驅(qū)動(dòng)信號；并且在所述反饋部分(103)確定所述垂直續(xù)流二極管處于非工作狀態(tài)時(shí)，所述反饋部分 (13)允許向所述柵電極輸入驅(qū)動(dòng)信號。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件(100)在半導(dǎo)體襯底(10)中包括垂直IGBT和垂直續(xù)流二極管。在半導(dǎo)體襯底(10)的第一表面?zhèn)炔糠衷O(shè)置多個(gè)基極區(qū)(11)，在半導(dǎo)體襯底(10)的第二表面?zhèn)炔糠纸惶嬖O(shè)置多個(gè)集電極區(qū)(20)和多個(gè)陰極區(qū)(21)?；鶚O區(qū)(11)包括多個(gè)在垂直IGBT處于工作狀態(tài)時(shí)提供溝道(22)的區(qū)域(13)。半導(dǎo)體襯底(10)的第一側(cè)部分包括多個(gè)IGBT區(qū)域(19)，每個(gè)IGBT區(qū)域位于相鄰兩個(gè)溝道(22)之間，包括與發(fā)射極電極電耦合的基極區(qū)(11)之一并與陰極區(qū)(21)之一相對。IGBT區(qū)域(19)包括多個(gè)窄區(qū)域(19a)和多個(gè)寬區(qū)域(19b)。
文檔編號H01L27/144GK101764139SQ20091026637
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者河野憲司, 田邊廣光, 都筑幸夫 申請人:株式會(huì)社電裝