在半導(dǎo)體器件(例如，功率半導(dǎo)體器件諸如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、絕緣柵場效應(yīng)晶體管(IGFET)，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)和雙極結(jié)型晶體管(BJT))中，在器件操作期間發(fā)生的過電壓可能在沒有足夠的保護(hù)措施的情況下?lián)p害半導(dǎo)體器件或電路部件。通過示例的方式，電磁爐中的IGBT可能經(jīng)受由主電源的不穩(wěn)定性引起的過電壓。

提供一種用于晶體管的過電壓保護(hù)是所期望的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

由獨(dú)立權(quán)利要求的教導(dǎo)實(shí)現(xiàn)以上目的。在從屬權(quán)利要求中限定另外實(shí)施例。

本公開涉及一種包括半導(dǎo)體本體的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體本體包括鉗位結(jié)構(gòu)，該鉗位結(jié)構(gòu)包括在第一接觸部和第二接觸部之間背對(duì)背串聯(lián)連接的pn結(jié)二極管和肖特基結(jié)二極管。pn結(jié)二極管的擊穿電壓大于100V并且肖特基結(jié)二極管的擊穿電壓大于10V。

在閱讀以下詳細(xì)描述并且查看附圖時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)附加的特征和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

包括附圖以提供對(duì)本公開的進(jìn)一步理解，并且附圖被合并在該說明書中并且構(gòu)成該說明書的一部分。附圖圖示了本公開的實(shí)施例并且與描述一起用來解釋本公開的原理。將易于領(lǐng)會(huì)其它實(shí)施例和預(yù)期的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橥ㄟ^參照以下詳細(xì)描述它們變得更好理解。

圖1是根據(jù)實(shí)施例的在半導(dǎo)體本體中包括鉗位結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的示意圖。

圖2A是包括在晶體管的負(fù)載端子與控制端子之間并聯(lián)連接的圖1的鉗位結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的示意圖。

圖2B是包括連接至晶體管的負(fù)載端子的圖1的鉗位結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的示意圖。

圖3是容納作為分立半導(dǎo)體器件的圖1的鉗位結(jié)構(gòu)的小管腳數(shù)封裝的示意圖示。

圖4是包括圖1的鉗位結(jié)構(gòu)以及在安裝于芯片封裝的引線框架上的分離半導(dǎo)體管芯中的晶體管的半導(dǎo)體器件的實(shí)施例的示意頂視圖。

圖5至圖9是用于圖示圖1的鉗位結(jié)構(gòu)的不同實(shí)施例的半導(dǎo)體本體的示意橫截面圖。

圖10是圖示了集成至單個(gè)半導(dǎo)體本體中的鉗位結(jié)構(gòu)和IGBT的實(shí)施例的示意橫截面。

圖11是圖示了集成至單個(gè)半導(dǎo)體本體中的鉗位結(jié)構(gòu)和反向?qū)?RC)IGBT的示意橫截面。

具體實(shí)施方式

在以下詳細(xì)描述中參考附圖，附圖形成本文的一部分并且在附圖中通過圖示的方式示出其中可以實(shí)踐本公開的特定實(shí)施例。應(yīng)該理解的是可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下利用其他實(shí)施例并且可以做出結(jié)構(gòu)或邏輯的改變。例如，對(duì)于一個(gè)實(shí)施例所示或所述的特征可以用在其他實(shí)施例上或者與其他實(shí)施例結(jié)合使用以又產(chǎn)生另一實(shí)施例。旨在本公開包括這樣的修改和變化。使用不應(yīng)被解釋為限定所附權(quán)利要求范圍的特定語言來描述示例。附圖并未按照比例繪制并且僅為了說明性目的。為了清楚起見，在不同附圖中由對(duì)應(yīng)的附圖標(biāo)記指定相同的元件，如果并未另外陳述的話。

術(shù)語“具有”、“包含”、“包括”和“含有”等是開放性的，并且術(shù)語指示所陳述的結(jié)構(gòu)、元件或特征的存在，但是并未排除附加的元件或特征的存在。冠詞“一”、“一個(gè)”和“該”旨在包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文另外明確指示。

術(shù)語“電連接的”描述了在電連接的元件之間的永久低歐姆連接，例如在有關(guān)元件之間的直接接觸或者經(jīng)由金屬和/或高摻雜半導(dǎo)體的低歐姆連接。術(shù)語“電耦合的”包括適配于信號(hào)傳輸?shù)囊粋€(gè)或多個(gè)介入元件可以存在于電耦合的元件之間，例如在第一狀態(tài)下臨時(shí)地提供低歐姆連接并且在第二狀態(tài)下提供高歐姆電去耦的元件。

附圖通過緊挨著摻雜類型“n”或“p”指示“-”或“+”圖示相對(duì)的摻雜濃度。例如，“n^-”意指比“n”摻雜區(qū)的摻雜濃度低的摻雜濃度，而“n⁺”摻雜區(qū)具有比“n”摻雜區(qū)高的摻雜濃度。相同的相對(duì)摻雜濃度的摻雜區(qū)不一定具有相同的絕對(duì)摻雜濃度。例如，兩個(gè)不同的“n”摻雜區(qū)可以具有相同或不同的絕對(duì)摻雜濃度。

在以下描述中使用的術(shù)語“晶片”、“襯底”、“半導(dǎo)體本體”或“半導(dǎo)體襯底”可以包括具有半導(dǎo)體表面的任何基于半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)。晶片和結(jié)構(gòu)應(yīng)該被理解為包括硅(Si)、絕緣體上硅(SOI)、藍(lán)寶石上硅(SOS)、摻雜和未摻雜的半導(dǎo)體、由基底半導(dǎo)體基座支撐的硅外延層、以及其他半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體不必是硅基的。半導(dǎo)體也可以是硅鍺(SiGe)、鍺(Ge)或砷化鎵(GaAs)。根據(jù)其他實(shí)施例，碳化硅(SiC)或氮化鎵(GaN)可以形成半導(dǎo)體襯底材料。

如在該說明書中使用的術(shù)語“水平的”旨在描述與半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體本體的第一或主表面基本上平行的取向。這能夠比如是晶片或半導(dǎo)體管芯的表面。

如在該說明書中使用的術(shù)語“垂直的”旨在描述基本上布置成垂直于第一表面，即平行于半導(dǎo)體襯底或本體的第一表面的法線方向的取向。

在該說明書中，半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體本體的第二表面被視為由下部或后側(cè)或后表面形成，而第一表面被視為由半導(dǎo)體襯底的上部、前或主表面形成。如在該說明書中使用的術(shù)語“在……之上”和“在……之下”因此描述了結(jié)構(gòu)特征對(duì)于另一個(gè)結(jié)構(gòu)特征的相對(duì)位置。

在該說明書中，圖示了包括p和n摻雜的半導(dǎo)體區(qū)的實(shí)施例。可替換地，半導(dǎo)體器件可以采用相反摻雜關(guān)系而形成，以使得所示的p摻雜區(qū)是n摻雜的并且所示的n摻雜區(qū)是p摻雜的。

半導(dǎo)體器件可以具有諸如接觸焊墊(或電極)的端子接觸部，其允許與半導(dǎo)體本體中包括的集成電路或分立半導(dǎo)體器件進(jìn)行電接觸。電極可以包括應(yīng)用至半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體材料的一個(gè)或多個(gè)電極金屬層。可以采用任何所需幾何形狀和任何所需材料成分制造電極金屬層。電極金屬層可以例如具有覆蓋了區(qū)域的層的形式。任何所需金屬，例如Cu、Ni、Sn、Au、Ag、Pt、Pd以及這些金屬的一個(gè)或多個(gè)的合金可以用作材料。(一個(gè)或多個(gè))電極金屬層不必是均質(zhì)的或者僅由一種材料制造，也就是說，包含在(一個(gè)或多個(gè))電極金屬層中的材料的各種成分和濃度是可能的。作為示例，電極層可以被尺寸確定為足夠大來與導(dǎo)線接合。

在本文所公開的實(shí)施例中，應(yīng)用了一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層、特別是電氣導(dǎo)電層。應(yīng)該領(lǐng)會(huì)的是，如“形成的”或“應(yīng)用的”的任何這種術(shù)語意在字面上覆蓋應(yīng)用層的所有種類和技術(shù)。特別地，它們意在覆蓋其中一次性整體地應(yīng)用層的技術(shù)，比如例如層壓技術(shù)以及其中以順序方式沉積層的技術(shù)，比如例如濺射、電鍍、模制、CVD(化學(xué)氣相沉積)、物理氣相沉積(PVD)、蒸發(fā)、混合物理-化學(xué)氣相沉積(HPCVD)等。

應(yīng)用的導(dǎo)電層尤其可以包括諸如Al、Cu或Sn或其合金的金屬層的一個(gè)或多個(gè)、導(dǎo)電膏層以及接合材料層。金屬層可以是均質(zhì)的層。導(dǎo)電膏可以包括分布在可汽化或可固化聚合物材料中的金屬顆粒，其中膏可以是流質(zhì)的、粘性的或蠟質(zhì)的?？梢詰?yīng)用接合材料以將半導(dǎo)體芯片電氣并機(jī)械地連接例如至載體，或者例如至接觸夾片?？梢允褂密浐噶喜牧匣蛘咛貏e是能夠形成擴(kuò)散焊料接合的焊料材料，例如包括以下各項(xiàng)中的一種或多種的焊料材料：Sn、SnAg、SnAu、SnCu、In、InAg、InCu和InAu。

劃片工藝可以用于將晶片分割為個(gè)體芯片?？梢詰?yīng)用用于劃片的任何技術(shù)，例如刀片劃片(鋸切)、激光劃片、刻蝕等?？梢酝ㄟ^在膠帶特別是劃片膠帶上應(yīng)用半導(dǎo)體晶片，例如根據(jù)一個(gè)或多個(gè)上述技術(shù)將劃片圖形特別是矩形圖形應(yīng)用至半導(dǎo)體晶片，并且例如在膠帶平面中沿著四個(gè)正交方向拖拉膠帶而對(duì)半導(dǎo)體本體例如半導(dǎo)體晶片進(jìn)行劃片。通過拖拉膠帶，將半導(dǎo)體晶片分割為多個(gè)半導(dǎo)體管芯(芯片)。

半導(dǎo)體器件的實(shí)施例被圖示在圖1的示意橫截面圖100中。

半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體本體101，半導(dǎo)體本體101包括鉗位結(jié)構(gòu)102，其包括在第一接觸部和第二接觸部之間背對(duì)背串聯(lián)連接的pn結(jié)二極管103和肖特基結(jié)二極管104。根據(jù)實(shí)施例，第一接觸部是在半導(dǎo)體本體101的第一表面106例如半導(dǎo)體本體101的前表面處的第一接觸部C11。根據(jù)另一實(shí)施例，第一接觸部是在半導(dǎo)體本體101的第二表面107例如后表面處的第一接觸部C12。因此，第一接觸部可以布置在第一表面106處或在第二表面107處。根據(jù)實(shí)施例，第二接觸部是在半導(dǎo)體本體101的第一表面106處的第二接觸部C21。根據(jù)另一實(shí)施例，第二接觸部是在半導(dǎo)體本體101的第二表面107處的第二接觸部C22。因此，第二接觸部可以布置在第一表面106處或在第二表面107處。第一和第二接觸部可以布置在半導(dǎo)體本體101的同一表面處，例如在第一表面106處或在第二表面107處，或者可以布置在相對(duì)表面處。

pn結(jié)二極管103的擊穿電壓V_ba^pn大于100V、或者大于200V、或者大于600V，并且肖特基結(jié)二極管104的擊穿電壓V_ba^s大于10V、或者大于15V、或者大于20V。因此，可以在高電壓晶體管的負(fù)載端子之間的破壞性或損害性電擊穿可能發(fā)生之前通過pn結(jié)二極管103的電擊穿而實(shí)現(xiàn)高電壓晶體管的過電壓保護(hù)。肖特基結(jié)二極管的擊穿電壓V_ba^s可以被選擇足夠大以用于阻斷例如對(duì)第二負(fù)載端子的正柵極電壓。肖特基結(jié)二極管104可以由具有與肖特基結(jié)二極管104相同范圍中的擊穿電壓的第二pn結(jié)二極管替代。pn結(jié)二極管103和第二pn結(jié)二極管可以使陽極連接在一起或者使陰極連接在一起而背對(duì)背連接。

將肖特基結(jié)二極管104和pn結(jié)二極管103集成至單個(gè)半導(dǎo)體管芯例如圖1中所示的半導(dǎo)體本體101中以pn結(jié)二極管103的定制的擊穿電壓以及減小的布線努力提供了鉗位結(jié)構(gòu)。通過附加的布線例如接合導(dǎo)線而在背對(duì)背連接的分離管芯中集成有的二極管的鉗位結(jié)構(gòu)可能經(jīng)受寄生電感。此外，可以調(diào)整擊穿電壓V_ba^pn至所需的值以用于保證關(guān)于待保護(hù)器件(例如，晶體管的漏極至源極路徑)的保護(hù)功能。可以通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置半導(dǎo)體本體101內(nèi)電壓吸收區(qū)的摻雜濃度和厚度而調(diào)整pn結(jié)二極管103的擊穿電壓V_ba^pn。例如，電壓吸收區(qū)可以對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體本體101的具有半導(dǎo)體襯底或其上形成的外延層的初始摻雜濃度的一部分。

在一些實(shí)施例中，pn結(jié)二極管103和肖特基結(jié)二極管104共用半導(dǎo)體本體101的至少一個(gè)半導(dǎo)體區(qū)。

在一些實(shí)施例中，pn結(jié)二極管103是單個(gè)pn結(jié)二極管。

半導(dǎo)體器件的另一實(shí)施例被圖示在圖2A的示意圖200中。

圖2A中所示的半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括功率晶體管110，功率晶體管110包括第一和第二負(fù)載端子L1、L2以及控制端子C。鉗位結(jié)構(gòu)102電連接在控制端子C和第二負(fù)載端子L2之間。例如，第二負(fù)載端子L2可以是IGFET的漏極端子，或者IGBT的集電極端子，或者BJT的集電極端子。控制端子C可以是IGFET的柵極端子、IGBT的柵極端子或者BJT的基極端子。例如，第一端子L1對(duì)應(yīng)于IGFET的源極端子、IGBT的發(fā)射極端子或者BJT的發(fā)射極端子。

半導(dǎo)體器件的又一實(shí)施例被圖示在圖2B的示意圖201中。圖2B的半導(dǎo)體器件不同于圖2A中所示的實(shí)施例之處在于，功率晶體管110的控制端子C與鉗位結(jié)構(gòu)102斷開，由此允許例如以下參照?qǐng)D4所述的外部連接。

在一些實(shí)施例中，pn結(jié)二極管103和肖特基結(jié)二極管104背對(duì)背串聯(lián)連接，構(gòu)成了半導(dǎo)體封裝中的分立半導(dǎo)體鉗位器件。

作為分立半導(dǎo)體器件而包括鉗位結(jié)構(gòu)(例如，圖1中所示的鉗位結(jié)構(gòu)102)的晶體管輪廓(TO)封裝115的實(shí)施例被圖示在圖3的示意圖300中。

TO封裝115中包括的鉗位結(jié)構(gòu)由模制化合物116圍繞。TO封裝115包括第一和第二引線117、118，以及金屬框架119。在一些實(shí)施例中，金屬框架119可以通過安裝在其之間的內(nèi)部陶瓷絕緣體而與鉗位結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體管芯電隔離。在一些實(shí)施例中，金屬框架119以及第一和第二引線117、118之一可以電連接和/或由連續(xù)結(jié)構(gòu)形成。第一引線117可以電連接至圖1中所示的鉗位結(jié)構(gòu)102的pn結(jié)二極管103和肖特基結(jié)二極管104中的一個(gè)。第二引線118可以電連接至圖1中所示的鉗位結(jié)構(gòu)102的pn結(jié)二極管103和肖特基結(jié)二極管104中的另一個(gè)。

圖3中所示的TO封裝115是可以用于封裝包括圖1鉗位結(jié)構(gòu)102的半導(dǎo)體本體101的小管腳數(shù)封裝的一個(gè)示例。因?yàn)榇嬖趯挿秶男」苣_數(shù)封裝，所以其他封裝也可以用于封裝分立的半導(dǎo)體鉗位結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，功率晶體管是分立功率晶體管，并且功率晶體管和鉗位結(jié)構(gòu)形成在不同的半導(dǎo)體管芯中。

在一些實(shí)施例中，不同的半導(dǎo)體管芯安裝在共同的引線框架上。

在一些實(shí)施例中，鉗位結(jié)構(gòu)和功率晶體管被包括在單個(gè)芯片封裝中。芯片封裝的控制管腳可以通過第一接合導(dǎo)線電連接至功率晶體管的控制端子，并且芯片封裝的控制管腳也可以通過第二接合導(dǎo)線電連接至鉗位結(jié)構(gòu)的pn結(jié)二極管。

在單個(gè)芯片封裝中包括鉗位結(jié)構(gòu)和功率晶體管的半導(dǎo)體器件的實(shí)施例被圖示在圖4的示意頂視圖400中。

第一半導(dǎo)體管芯120包括功率晶體管，例如圖2A中所示的功率晶體管110。分離的第二半導(dǎo)體管芯121包括鉗位結(jié)構(gòu)，例如圖1和圖2A中所示的鉗位結(jié)構(gòu)102。

鉗位結(jié)構(gòu)和功率晶體管兩者分別經(jīng)由第一和第二半導(dǎo)體管芯120、121的后側(cè)而電連接至引線框架123。根據(jù)實(shí)施例，功率晶體管的第二負(fù)載端子，例如IGBT的集電極或者BJT的集電極或者IGFET的漏極經(jīng)由第一半導(dǎo)體管芯120的后側(cè)而電連接至引線框架123。鉗位結(jié)構(gòu)的肖特基結(jié)二極管的陽極也可以經(jīng)由第二半導(dǎo)體管芯121的后側(cè)而電連接至引線框架123。引線框架123電連接至第二負(fù)載管腳125。功率晶體管的控制端子，例如IGBT的柵極或IGFET的柵極或者BJT的基極在第一半導(dǎo)體管芯120的前表面處經(jīng)由第一接合導(dǎo)線128而電連接至控制管腳127。鉗位結(jié)構(gòu)的pn結(jié)二極管的陽極在第二半導(dǎo)體管芯121的前表面處經(jīng)由第二接合導(dǎo)線129而電連接至控制管腳127。功率晶體管的第一負(fù)載端子，例如IGBT的發(fā)射極或BJT的發(fā)射極或者IGFET的源極在第一半導(dǎo)體管芯120的前表面處經(jīng)由第三接合導(dǎo)線130而電連接至第一負(fù)載管腳129。

除了在芯片封裝管腳與第一和第二半導(dǎo)體管芯120、121中的一個(gè)之間放置單個(gè)接合導(dǎo)線之外，兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)甚至更多接合導(dǎo)線也可以并聯(lián)連接，這例如取決于接合導(dǎo)線的電流容量和/或通過(一個(gè)或多個(gè))接合導(dǎo)線的最大額定電流流動(dòng)。

芯片封裝可以是任何種類的合適的小管腳數(shù)封裝，例如TO封裝諸如TO-247。因?yàn)榇嬖趯挿秶男」苣_數(shù)封裝，所以也可以使用其他封裝。

根據(jù)半導(dǎo)體器件的另一實(shí)施例，鉗位結(jié)構(gòu)和功率晶體管可以集成在類似于圖4的示意頂視圖400的單個(gè)芯片封裝中，但是一個(gè)附加的管腳可以用于將第一接合導(dǎo)線128和第二接合導(dǎo)線129電連接至封裝的不同管腳，由此允許例如功率晶體管的控制端子和鉗位結(jié)構(gòu)的外部連接。外部連接可以例如經(jīng)由柵極驅(qū)動(dòng)器和/或印刷電路板(PCB)。

在一些實(shí)施例中，功率晶體管和鉗位結(jié)構(gòu)集成在同一半導(dǎo)體本體中，即功率晶體管和鉗位結(jié)構(gòu)形成在單個(gè)半導(dǎo)體管芯中。通過示例的方式，圖2A、圖2B中所示的功率晶體管110也可以形成在圖1中所示的鉗位結(jié)構(gòu)102的半導(dǎo)體本體101中。

在一些實(shí)施例中，功率晶體管的漂移區(qū)帶、肖特基結(jié)二極管的陰極區(qū)以及pn結(jié)二極管的陰極區(qū)形成在同一半導(dǎo)體區(qū)中。在一些實(shí)施例中，同一半導(dǎo)體區(qū)是半導(dǎo)體襯底諸如切克勞斯基(Czochralski)(CZ)或磁性切克勞斯基(MCZ)或浮動(dòng)區(qū)帶(FZ)硅襯底或者形成在其上的外延層的輕摻雜或幾乎本征的半導(dǎo)體部分。

在一些實(shí)施例中，功率晶體管的第一和第二負(fù)載端子之間的擊穿電壓大于在第二負(fù)載端子和控制端子之間并聯(lián)連接的鉗位結(jié)構(gòu)的擊穿電壓。

在一些實(shí)施例中，第二接觸部在半導(dǎo)體本體的第一表面處并且電連接至pn結(jié)二極管，第一接觸部在半導(dǎo)體本體的與第一表面相對(duì)的第二表面處并且構(gòu)成了肖特基結(jié)二極管的肖特基接觸金屬。

在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括在肖特基接觸金屬與半導(dǎo)體本體的一部分之間的場停止區(qū)帶，場停止區(qū)帶直接鄰接肖特基接觸金屬并且包括大于半導(dǎo)體本體的一部分的摻雜濃度。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體本體的一部分包括在5×10¹²cm^-3和2×10¹⁴cm^-3的范圍內(nèi)的摻雜濃度，其中半導(dǎo)體本體的在半導(dǎo)體本體的相對(duì)表面之間的一部分的厚度大于10μm，或者大于20μm，或者大于30μm，或者大于40μm，或者甚至大于50μm。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體本體的一部分構(gòu)成了鉗位結(jié)構(gòu)的pn結(jié)二極管的陰極區(qū)。

在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括在第一表面處直接鄰接半導(dǎo)體本體的第一表面的pn結(jié)二極管的陽極區(qū)，該陽極區(qū)電連接至第一接觸部。在一些實(shí)施例中，邊緣終止結(jié)構(gòu)在第一側(cè)處圍繞陽極區(qū)。邊緣終止結(jié)構(gòu)的目的是減小在陽極區(qū)外圍處的電場峰值。例如，邊緣終止結(jié)構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)元件包括場板、諸如浮動(dòng)保護(hù)環(huán)或環(huán)區(qū)段的環(huán)形結(jié)構(gòu)、結(jié)終止擴(kuò)展(JTE)結(jié)構(gòu)以及橫向摻雜變化(VLD)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)。p摻雜結(jié)終止擴(kuò)展(JTE)的摻雜濃度可以小于陽極區(qū)的摻雜濃度。

半導(dǎo)體本體101中的鉗位結(jié)構(gòu)的實(shí)施例被圖示在圖5的示意橫截面圖500中。

半導(dǎo)體本體101可以是輕n摻雜的。例如，摻雜濃度的范圍可以在5×10¹²cm^-3和2×10¹⁴cm^-3之間。例如，輕n摻雜半導(dǎo)體本體101可以對(duì)應(yīng)于輕n摻雜半導(dǎo)體襯底或者在半導(dǎo)體襯底上的輕n摻雜外延層。在半導(dǎo)體本體101的第一表面106處的p摻雜陽極區(qū)135電連接至第二負(fù)載接觸部C21。邊緣終止結(jié)構(gòu)136在第一表面106處圍繞陽極區(qū)135并且配置用于減小在陽極區(qū)135外圍處的電場峰值。例如，邊緣終止結(jié)構(gòu)可以包括場板、諸如浮動(dòng)保護(hù)環(huán)或環(huán)區(qū)段的環(huán)形結(jié)構(gòu)、結(jié)終止擴(kuò)展(JTE)結(jié)構(gòu)以及橫向摻雜變化(VLD)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)。在一些實(shí)施例中，邊緣終止結(jié)構(gòu)136是在第一表面106處圍繞陽極區(qū)135的p^-摻雜JTE區(qū)。在第一表面106處圍繞陽極區(qū)135的p^-摻雜JTE區(qū)允許在陽極區(qū)135內(nèi)集中電擊穿的區(qū)域，由此抵消了在pn結(jié)二極管103的邊緣區(qū)中不期望的局部擊穿。

肖特基結(jié)二極管104的肖特基結(jié)形成在半導(dǎo)體本體101的第二表面107處的n摻雜場停止區(qū)帶138與在第二表面107處的肖特基接觸金屬之間。在第二表面107處的肖特基接觸金屬構(gòu)成了第一負(fù)載接觸部C12。肖特基結(jié)二極管104的陰極區(qū)由n摻雜場停止區(qū)帶138和輕n摻雜半導(dǎo)體本體101形成。因此，pn結(jié)二極管103和肖特基結(jié)二極管104共用了輕n摻雜半導(dǎo)體本體101和n摻雜場停止區(qū)帶138的一部分作為共同陰極區(qū)。例如，可以通過適當(dāng)?shù)剡x擇半導(dǎo)體本體101的摻雜濃度以及半導(dǎo)體本體101在陽極區(qū)135和場停止區(qū)帶138之間的厚度而將pn結(jié)二極管103的擊穿電壓V_br^pn調(diào)整為大于100V，或大于200V或者大于600V。例如，可以通過適當(dāng)?shù)剡x擇肖特基接觸金屬、場停止區(qū)帶138的摻雜濃度和厚度而調(diào)整肖特基結(jié)二極管104的擊穿電壓V_br^S為大于10V、或大于15V或甚至大于20V。

半導(dǎo)體本體101中的鉗位結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例被圖示在圖6的示意橫截面圖600中。關(guān)于圖5的橫截面圖500的解釋和信息也適用于橫截面圖6。以下解釋處理相對(duì)于橫截面圖500的差異。

在橫截面圖600中，鉗位結(jié)構(gòu)不僅包括在第一表面106處圍繞陽極區(qū)135的邊緣終止結(jié)構(gòu)136，而且另外包括在第二表面107處圍繞場停止區(qū)帶138的第二n摻雜場停止區(qū)帶139。第一接觸部C12的肖特基接觸金屬直接鄰接n摻雜場停止區(qū)帶138，但不存在或者可以僅部分地覆蓋第二場停止區(qū)帶139。

場停止區(qū)帶138從第二表面107進(jìn)入半導(dǎo)體本體101中的垂直延伸大于第二場停止區(qū)帶139從第二表面107進(jìn)入半導(dǎo)體本體101中的垂直延伸。通過示例的方式，場停止區(qū)帶138和第二場停止區(qū)帶139可以通過施主例如硒和/或磷的雙級(jí)擴(kuò)散工藝，或者通過雙級(jí)質(zhì)子注入工藝從第二表面107形成。質(zhì)子注入和退火允許在半導(dǎo)體本體101內(nèi)形成氫相關(guān)的施主。當(dāng)在半導(dǎo)體本體101的第二表面107處應(yīng)用包括與其中將要形成場停止區(qū)帶138的區(qū)域一致的掩模開口的掩模時(shí)，單級(jí)擴(kuò)散和/或質(zhì)子注入工藝可以用于形成場停止區(qū)帶138和第二場停止區(qū)帶139。也可以在第一表面106處使用第二接觸部C21作為用于在場停止區(qū)帶138和第二場停止區(qū)帶139之間形成臺(tái)階的輻照掩模而通過穿過第一表面106并從第一表面106開始的質(zhì)子注入而形成場停止區(qū)帶138和第二場停止區(qū)帶139。在一些實(shí)施例中，第二場停止區(qū)帶139的摻雜濃度小于場停止區(qū)帶138的摻雜濃度。

半導(dǎo)體本體101中的鉗位結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例被圖示在圖7的示意橫截面圖700中。關(guān)于圖5的橫截面圖500的解釋和信息也適用于橫截面圖700。以下解釋處理相對(duì)于橫截面圖500的差異。

鉗位結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括位于半導(dǎo)體本體101中在離場停止區(qū)帶138的一垂直距離處的n摻雜埋入場停止區(qū)帶140。例如，埋入場停止區(qū)帶140也位于離陽極區(qū)135的一垂直距離處并且可以由質(zhì)子輻照而形成。場停止區(qū)帶138延伸進(jìn)入邊緣區(qū)中，例如越過第二表面107處的肖特基接觸金屬并且面積與該肖特基接觸金屬一致。根據(jù)實(shí)施例，場停止區(qū)帶138可以通過無掩模擴(kuò)散或離子注入工藝穿過第二表面而形成。

半導(dǎo)體本體101中的鉗位結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例被圖示在圖8的示意橫截面圖800中。關(guān)于圖5的橫截面圖500的解釋和信息也適用于橫截面圖800。以下解釋處理相對(duì)于橫截面圖500的差異。

鉗位結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括位于半導(dǎo)體本體101中在離場停止區(qū)帶138的一垂直距離處的n摻雜埋入場停止區(qū)帶141。埋入場停止區(qū)帶140直接鄰接陽極區(qū)135。場停止區(qū)帶138延伸進(jìn)入邊緣區(qū)中，即越過在第二表面107處的肖特基接觸金屬并且面積與該肖特基接觸金屬一致。根據(jù)實(shí)施例，場停止區(qū)帶138可以通過無掩模擴(kuò)散或者離子注入工藝穿過第二表面而形成。

第二場停止區(qū)帶139和埋入場停止區(qū)帶140、141的提供允許局部地鉗位電擊穿，并且因此抵消可能由于工藝變化引起分布的不定的局部擊穿。

半導(dǎo)體本體101中的鉗位結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例被圖示在圖9的示意橫截面圖900中。關(guān)于圖5的橫截面圖500的解釋和信息也適用于橫截面圖900。以下解釋處理相對(duì)于橫截面圖500的差異。

場停止區(qū)帶142延伸進(jìn)入邊緣區(qū)中，即越過在第二表面107處的肖特基接觸金屬并且面積與該肖特基接觸金屬一致。根據(jù)實(shí)施例，場停止區(qū)帶142可以通過無掩模擴(kuò)散或者離子注入工藝穿過第二表面而形成。在第二表面107處的場停止區(qū)帶142被夾設(shè)在輕n摻雜半導(dǎo)體本體101與肖特基接觸金屬C12之間的p摻雜區(qū)143中斷。p摻雜區(qū)143和輕n摻雜半導(dǎo)體本體101構(gòu)成了與肖特基結(jié)二極管104并聯(lián)連接的第二pn結(jié)二極管144。提供p摻雜區(qū)143以及因此提供第二pn結(jié)二極管144允許減小pn結(jié)二極管103的擊穿電壓V_br^pn。在一些實(shí)施例中，p摻雜區(qū)143終結(jié)在場停止區(qū)帶142內(nèi)，即p摻雜區(qū)143至n摻雜半導(dǎo)體本體101中的延伸小于場停止區(qū)帶142至n摻雜半導(dǎo)體本體101中的延伸。此外，可以增大調(diào)整電氣特性諸如由肖特基結(jié)二極管104和第二pn結(jié)二極管144的并聯(lián)連接所限定的在第二表面107處的電壓阻斷能力時(shí)的自由度。

圖10是圖示了集成至單個(gè)半導(dǎo)體本體中的鉗位結(jié)構(gòu)和IGBT的實(shí)施例的示意橫截面圖1000。

半導(dǎo)體本體101在鉗位結(jié)構(gòu)區(qū)域150中包括鉗位結(jié)構(gòu)，該鉗位結(jié)構(gòu)包括在第二表面107處的肖特基結(jié)二極管，肖特基結(jié)二極管包括在第二表面107處的第一接觸部C12，其構(gòu)成了在鉗位結(jié)構(gòu)區(qū)域150中的對(duì)于場停止區(qū)帶138的界面處形成肖特基結(jié)的肖特基接觸金屬。鉗位結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括在第一表面106處的pn結(jié)二極管，pn結(jié)二極管由陽極區(qū)135和輕n摻雜半導(dǎo)體本體101形成。n摻雜擊穿調(diào)整區(qū)152包括比輕n摻雜半導(dǎo)體本體101更大的摻雜濃度以用于保證鉗位結(jié)構(gòu)的pn結(jié)二極管的擊穿電壓V_br^pn小于在IGBT的負(fù)載端子即集電極和發(fā)射極之間的擊穿電壓。陽極區(qū)135電連接至第一表面106處的第二接觸部C21。在一些其他實(shí)施例中，n摻雜擊穿調(diào)整區(qū)152可以例如由p+摻雜擊穿調(diào)整區(qū)替代。

半導(dǎo)體本體101在IGBT區(qū)域155中進(jìn)一步包括在第二表面107處的p摻雜后側(cè)發(fā)射極區(qū)156。p摻雜后側(cè)發(fā)射極區(qū)156布置在n摻雜場停止區(qū)帶138與在第二表面107處構(gòu)成了IGBT區(qū)域155中的IGBT的負(fù)載端子L2的接觸部之間。IGBT區(qū)域155中的負(fù)載端子L2與鉗位結(jié)構(gòu)區(qū)域150中的第二接觸部C21可以例如共同地形成。p摻雜本體區(qū)157和第一表面106處的n+摻雜源極區(qū)158電連接至第一表面106處的第一負(fù)載端子L1的接觸部。構(gòu)成了控制端子C的柵極電極通過柵極電介質(zhì)159與半導(dǎo)體本體101電分隔。IGBT區(qū)域155中的IGBT的柵極電極與鉗位結(jié)構(gòu)區(qū)域150中的鉗位結(jié)構(gòu)的第二接觸部C21可以例如共同地形成。

緊貼橫截面圖1000圖示了具有關(guān)斷柵極的IGBT的阻斷模式中的電場輪廓。沿著鉗位結(jié)構(gòu)的中心的深度來圖示電場的絕對(duì)值E_abs。電場的峰值在陽極區(qū)135與n摻雜擊穿調(diào)整區(qū)152之間的界面處。因?yàn)閚摻雜擊穿調(diào)整區(qū)152以及n摻雜場停止區(qū)帶138的摻雜濃度大于輕n摻雜半導(dǎo)體本體101中的摻雜濃度，所以電場在n摻雜擊穿調(diào)整區(qū)152和n摻雜場停止區(qū)帶138中比在輕n摻雜半導(dǎo)體本體101中沿著垂直方向的每單位長度減小得更強(qiáng)烈。

圖10中所示的功率晶體管是由關(guān)于過電壓的鉗位結(jié)構(gòu)所保護(hù)的IGBT。根據(jù)其他實(shí)施例，其他功率晶體管例如橫向或垂直IGFET、橫向或垂直BJT也可以與鉗位結(jié)構(gòu)集成至單個(gè)半導(dǎo)體管芯中。

例如，鉗位結(jié)構(gòu)和IGBT可以集成在小管腳數(shù)封裝中，例如3管腳封裝諸如TO封裝。

圖11是圖示了集成至單個(gè)半導(dǎo)體本體中的鉗位結(jié)構(gòu)和反向?qū)?RC)IGBT的示意橫截面圖1100。

通過將n摻雜場停止區(qū)帶138經(jīng)由(多個(gè))n摻雜短路區(qū)160電連接至第一接觸部C12而實(shí)現(xiàn)RC IGBT的反向?qū)щ娦浴?/p>

半導(dǎo)體本體101在鉗位結(jié)構(gòu)區(qū)域150中進(jìn)一步包括在陽極區(qū)135和第二接觸部C21之間的n摻雜區(qū)161。陽極區(qū)135和n摻雜區(qū)161構(gòu)成pn結(jié)。例如，pn結(jié)的擊穿電壓可以被選擇為足夠大以用于阻斷對(duì)于第二負(fù)載端子L2的正柵極電壓。由陽極區(qū)135和n摻雜區(qū)161形成的pn結(jié)是替代圖1的肖特基結(jié)二極管的第二pn結(jié)二極管的一個(gè)示例。

緊挨著輪廓E_abs圖示了在大于閾值電壓的柵極至源極電壓下的電場輪廓以及在大于集電極和發(fā)射極之間的飽和電壓的柵極至源極電壓下的電場輪廓。沿著鉗位結(jié)構(gòu)中心的深度圖示了電場的絕對(duì)值E_abs^r。電場的峰值在n摻雜區(qū)161和陽極區(qū)135之間的界面處。

圖11中所示的功率晶體管是由關(guān)于過電壓的鉗位結(jié)構(gòu)保護(hù)的RC IGBT。根據(jù)其他實(shí)施例，其他功率晶體管例如橫向或垂直IGFET、橫向或垂直BJT也可以與鉗位結(jié)構(gòu)集成至單個(gè)半導(dǎo)體管芯中。

例如，鉗位結(jié)構(gòu)和IGBT可以集成在小管腳數(shù)封裝例如3管腳封裝諸如TO封裝中。

盡管為了類似的目的本文所述的不同實(shí)施例中提供的半導(dǎo)體區(qū)可以由相同附圖標(biāo)記標(biāo)注，但是尺寸和摻雜濃度可以在不同實(shí)施例之間不同。

盡管在本文中已經(jīng)圖示并描述了特定實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)的是，各種可替換和/或等價(jià)實(shí)施方式可以替代所示和所述的特定實(shí)施例而并未脫離本發(fā)明的范圍。本申請(qǐng)旨在覆蓋本文所討論的特定實(shí)施例的任何適配或變化。因此，旨在本發(fā)明僅由權(quán)利要求及其等價(jià)物限定。