[发明专利]用于具有集成二极管的IGBT器件的隔离结构

说明书

根据半导体器件的实施例，该器件包括具有晶体管区和二极管区的半导体衬底。晶体管区包括多个IGBT单元和电荷载流子补偿区，该电荷载流子补偿区被配置为基于IGBT单元的导通状态或截止状态从漂移区排出少数电荷载流子或将少数电荷载流子接纳到漂移区。二极管区包括多个二极管单元。在晶体管区和二极管区之间提供隔离结构。隔离结构包括沿二极管区的外围的至少部分纵向延伸的第一沟槽和插入在第一沟槽和晶体管区之间的第二沟槽。电荷载流子补偿区延伸到隔离结构的第二沟槽而不是第一沟槽，使得电荷载流子补偿区与二极管区的阳极电位电隔离。

背景技术

包括与绝缘栅双极晶体管（IGBT）集成的二极管的功率半导体器件通常利用公共金属化/多晶硅层来向IGBT的沟槽栅电极提供栅极电位并向二极管的阳极区提供发射极电位。通常在IGBT和二极管区域中的沟槽布局之间没有单元不连续性。通过中断公共金属化/多晶硅层来提供边界IGBT和二极管单元之间的分离。这样，公共金属化/多晶硅层提供了IGBT区域中的栅极电位和二极管区域中的发射极电位。

IGBT区域通常包括p掺杂区，其保护IGBT单元的栅极沟槽电介质免于过大电场。p掺杂区通常从IGBT的最后单元延续并且接触二极管的第一单元，使得在IGBT的最后单元和二极管的第一单元之间不存在p掺杂区的不连续性，或者在最后IGBT单元的p掺杂区和二极管的第一阳极区之间存在紧密接近。

在IGBT的导通开始期间，二极管区中的相邻沟槽电极处于发射极电位，并且集电极（背侧）处于较高电位。二极管沟槽附近的漂移区中的电位高于零伏。因此，存在反型沟道沿二极管区域中的最外沟槽而形成的风险，并且该反型沟道将二极管的阳极电连接到IGBT的p掺杂区。IGBT的p掺杂区通常应当是浮置的，但是在IGBT的导通开始时，p掺杂区可以通过反型沟道接地。

如果反型沟道使IGBT的p掺杂区对地短路，则IGBT的输入/栅极电容将在导通过程开始时增大，因而需要更多的时间来完成导通过程。也就是说，当IGBT的p掺杂区通过形成在二极管区中的反型沟道对地短路时，IGBT驱动器所看到的有效栅极电荷比p掺杂区保持电浮置时更高。IGBT的p掺杂区通常在整个IGBT区域周围互连，使得p掺杂区处处接地，这加剧了问题。如果浮置，则p掺杂区将替代地跟随IGBT的栅极电位。然而，当p掺杂区在IGBT的导通开始时对地短路时，IGBT导通的速度被降低。

因此，需要一种具有与IGBT集成的二极管和改进的导通响应的功率半导体器件。

发明内容

根据半导体器件的实施例，半导体器件包括：半导体衬底，具有晶体管区和二极管区，所述晶体管区包括多个绝缘栅双极晶体管（IGBT）单元和电荷载流子补偿区，所述电荷载流子补偿区被配置为基于多个IGBT单元的导通状态或截止状态来从漂移区排出少数电荷载流子或将少数电荷载流子接纳到漂移区，所述二极管区包括多个二极管单元；以及隔离结构，在所述晶体管区与所述二极管区之间，所述隔离结构包括第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽沿所述二极管区的外围的至少部分纵向延伸，所述第二沟槽插入在所述第一沟槽与所述晶体管区之间，其中，所述电荷载流子补偿区延伸到所述隔离结构的所述第二沟槽而不是所述第一沟槽，使得所述电荷载流子补偿区与所述二极管区的阳极电位电隔离。

根据制造半导体器件的方法的实施例，该方法包括：在半导体衬底中形成晶体管区和二极管区，所述晶体管区包括多个绝缘栅双极晶体管（IGBT）单元和电荷载流子补偿区，所述电荷载流子补偿区被配置为基于多个IGBT单元的导通状态或截止状态从漂移区排出少数电荷载流子或将少数电荷载流子接纳到漂移区，所述二极管区包括多个二极管单元；以及在所述晶体管区和所述二极管区之间形成隔离结构，所述隔离结构包括第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽沿所述二极管区的外围的至少部分纵向延伸，所述第二沟槽插入在所述第一沟槽与所述晶体管区之间，其中，所述电荷载流子补偿区延伸到所述隔离结构的所述第二沟槽而不是所述第一沟槽，使得所述电荷载流子补偿区与所述二极管区的阳极电位电隔离。

本领域技术人员在阅读以下详细描述并查看附图后将认识到附加特征和优点。

附图说明