[发明专利]具有IGBT区和不可切换二极管区的半导体器件

说明书

半导体器件包括:半导体衬底，其包括前侧、后侧、漂移层和在前侧与漂移层之间且与漂移层形成pn结的本体层，前金属化部布置在前侧上且与本体层欧姆连接，后金属化部布置在后侧上且与漂移层欧姆连接；和至少一个IGBT单元区和与其相邻的至少一个续流二极管区。IGBT单元区包括与栅极金属化部欧姆连接且与半导体衬底电绝缘的栅电极。续流二极管区包括与前金属化部欧姆连接且与半导体衬底和栅电极隔开的场电极。当从第一竖直截面看时，栅电极布置在穿过本体层的第一沟槽中。当从第二竖直截面看时，场电极布置在穿过本体层的第二沟槽中。当在与前侧平行的水平面上的正交投影中看时，场电极为第二条形，而栅电极为在第二条形的虚拟延伸部分中的第一条形。

技术领域

本文描述的实施方式涉及具有IGBT单元区和至少一个续流二极管区、特别是至少一个不可切换续流二极管区的半导体器件。

背景技术

IGBT(绝缘栅双极晶体管)是非常通用的功率半导体器件，因为它们分别具有非常低的饱和电压V_CEsat(在额定电流下)和导通电阻。由于 IGBT被广泛用于控制感性负载，因此包括IGBT作为有源开关的功率模块通常包括允许电流反向流动的所谓续流二极管。反向电流可能由切换期间的感性负载引起。

IGBT是双极型器件。低V_CEsat是用于n沟道IGBT的高电荷载流子浓度空穴的结果，在IGBT的正向导通模式期间，用于n沟道IGBT的高电荷载流子浓度空穴从典型的p型掺杂发射极被发射到漂移区。漂移区然后被过量的电荷载流子充满。当IGBT进入阻断模式时，在漂移区能够阻断所需的电压之前，多余的电荷载流子将从漂移区被去除。

现代IGBT可能已经集成了续流二极管，使得不需要外部续流二极管。由于IGBT也适用于承载反向电流，因此集成续流二极管的IGBT也称为RC-IGBT(反向电流-绝缘栅双极晶体管)。

通常期望的是，当栅极电压被施加到IGBT单元的栅电极时，IGBT 也可以承载反向电流。然而，激活的IGBT单元(即施加有栅极电压的 IGBT单元)可能会影响反向电流模式下的双极操作。

此外，换向期间的高鲁棒性通常是期望的。特别地，触发RC-IGBT 的布置在靠近续流二极管单元的相应的寄生二极管结构可能显著降低换向期间的鲁棒性。可以通过边缘端子结构与续流二极管单元之间足够大的距离来避免在换向期间触发寄生二极管结构。然而，这会增加芯片面积，因而增加成本。例如，具有并排布置的条形RC-IGBT单元和续流二极管单元的1200V-RC-IGBT的边缘端子结构与条形续流二极管单元之间的距离应为至少约300μm。

因此，对于给定的芯片尺寸，希望保持甚至改善器件性能规格，同时允许鲁棒的反向电流特性。

发明内容

根据一个实施方式，半导体器件包括前侧、与前侧相对的后侧、漂移层以及本体层，本体层被布置在前侧与漂移层之间并且与漂移层形成pn 结。前金属化部被布置在前侧上并且与本体层欧姆连接。后金属化部被布置在后侧上并且与漂移层欧姆连接。半导体器件还包括至少一个IGBT单元区以及与该至少一个IGBT单元区相邻的至少一个续流二极管区。至少一个IGBT单元区包括与半导体器件的栅极金属化部欧姆连接并且与半导体衬底电绝缘的至少一个栅电极。至少一个续流二极管区包括与前金属化部欧姆连接并且与半导体衬底和栅电极分隔开的至少一个场电极。当从与前侧垂直的第一竖直截面看时，至少一个栅电极被布置在延伸穿过本体层的第一沟槽中。当从与第一竖直截面平行且间隔开的第二竖直截面看时，至少一个场电极被布置在延伸穿过本体层的第二沟槽中。当从与前侧平行的水平面上的正交投影(normal projection)看时，至少一个场电极基本成形为第二条形，并且至少一个栅电极基本成形为被布置在第二条形的虚拟延伸中的第一条形。