单片集成式半桥功率器件模块
阅读：166发布：2020-05-08
专利汇可以提供单片集成式半桥功率器件模块专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种单片集成式半桥功率器件模 块 ，属于 半导体 技术领域。该模块包括隔离环、被隔离环包围的低侧功率器件和位于隔离环之外的高侧功率器件；低侧功率器件的外围与隔离环的一侧直接 接触 ，高侧功率器件的外围一侧与隔离环的一侧直接接触。隔离环由多个交替排列的导电类型不同的半导体漂移区组成，其背部被 刻蚀 并 覆盖 有绝缘介质保护区，形成沟槽，使得隔离环两侧的半导体区域电气隔离。隔离环可以有效地隔离集成在同一个芯片上的高侧和低侧功率器件，使它们的 电极 可以被分开偏置。与板级集成功率器件模块和单封装集成功率器件模块相比，功率器件的单片集成使得模块所占面积小，同时，较短的引线也使得寄生电感小。，下面是单片集成式半桥功率器件模块专利的具体信息内容。
1.单片集成式半桥功率器件模块，其特征在于：包括隔离环、被隔离环包围的低侧功率器件和位于隔离环之外的高侧功率器件；
低侧功率器件的外围与隔离环的一侧直接接触，高侧功率器件的外围一侧与隔离环的一侧直接接触。
2.根据权利要求1所述的单片集成式半桥功率器件模块，其特征在于：所述隔离环由多个第一种导电类型的半导体漂移区和多个第二种导电类型的半导体漂移区交替排列组成，最外侧为第一种导电类型的漂移区，两种导电类型的漂移区直接接触；
位于最外侧的第一种导电类型的漂移区的底部与一个第一种导电类型的重掺杂的半导体衬底区相连，衬底区覆盖有金属区作为漏电极；
隔离环的背部被刻蚀并覆盖有绝缘介质保护区，形成沟槽；保护区与所有漂移区、衬底区和漏电极直接相连；各第一种导电类型的漂移区的表面均设置有一个第一种导电类型的重掺杂的半导体欧姆区，各第二种导电类型的漂移区的表面均设置有一个第二种导电类型的重掺杂的半导体欧姆区；隔离环表面覆盖有绝缘介质隔离绝缘区和作为隔离电极的金属区，部分隔离电极嵌入隔离绝缘区，隔离电极与欧姆区直接接触，隔离绝缘区与欧姆区和漂移区直接接触；从靠近低侧器件一侧开始，第一种导电类型的欧姆区通过隔离电极与相邻的第二种导电类型的欧姆区相连。
3.根据权利要求1所述的单片集成式半桥功率器件模块，其特征在于：所述低侧功率器件和高侧功率器件均为超结金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET；
低侧超结MOSFET由漂移区、漏极结构、MOS栅极结构和终端区组成；漂移区由一个第一种导电类型的半导体漂移区和多个第二种导电类型的半导体漂移区组成，各第二种导电类型的漂移区均被第一种导电类型的漂移区包围；第一种导电类型的漂移区底部设置有一个第一种导电类型的重掺杂的半导体衬底区，衬底区又覆盖有金属区作为漏电极，衬底区和漏电极组成漏极结构；MOS栅极结构由多个MOS元胞组成，MOS元胞包括位于第二种导电类型的漂移区的表面的半导体源体区、位于源体区内部的半导体源区、绝缘介质栅介质区、金属源电极和镶嵌于栅介质区内部的半导体多晶硅栅区；源体区与第一种导电类型的漂移区和部分第二种导电类型的漂移区直接接触；栅介质区与第一种导电类型的漂移区、源体区和源区直接接触；源电极与栅介质区、源体区和源区直接接触；未与源体区接触的第二种导电类型的漂移区及其附近第一种导电类型的漂移区的表面覆盖有绝缘介质钝化区，低侧超结MOSFET的第一种导电类型的漂移区中靠近隔离环部分的表面设置有一个第一种导电类型的重掺杂的半导体场终止区，其表面覆盖有金属层，形成场终止电极，未与源体区接触的第二种导电类型的漂移区及其附近第一种导电类型的漂移区、钝化区、终止区和场终止电极组成终端区；
低侧超结MOSFET的漏电极与隔离环中靠近低侧超结MOSFET一侧的漏电极直接相连，且属于同一金属电极；低侧超结MOSFET的衬底区与隔离环中靠近低侧超结MOSFET一侧的衬底区直接相连，且属于同一半导体区；低侧超结MOSFET的第一种导电类型的漂移区与隔离环中靠近低侧超结MOSFET一侧的第一种导电类型的漂移区直接相连，且属于同一半导体区；
低侧超结MOSFET的场终止区与隔离环中靠近低侧超结MOSFET一侧的第一种导电类型的欧姆区直接相连，且属于同一半导体区；低侧超结MOSFET的场终止电极与隔离环中靠近低侧超结MOSFET一侧的隔离电极直接相连，且属于同一金属电极；
高侧超结MOSFET的结构与低侧超结MOSFET的结构相同；
高侧超结MOSFET的漏电极与隔离环中靠近高侧超结MOSFET一侧的漏电极直接相连，且属于同一金属电极；高侧超结MOSFET的衬底区与隔离环中靠近高侧超结MOSFET一侧的衬底区直接相连，且属于同一半导体区；高侧超结MOSFET的第一种导电类型的漂移区与隔离环中靠近高侧超结MOSFET一侧的第一种导电类型的漂移区直接相连，且属于同一半导体区；
高侧超结MOSFET的场终止区与隔离环中靠近高侧超结MOSFET一侧的第一种导电类型的欧姆区直接相连，且属于同一半导体区；高侧超结MOSFET的场终止电极与隔离环中靠近高侧超结MOSFET一侧的隔离电极直接相连，且属于同一金属电极；
当第一导电类型为N型时，第二导电类型为P型；当第一导电类型为P型时，第二导电类型为N型。
4.根据权利要求3所述的单片集成式半桥功率器件模块，其特征在于：所述半导体区为硅、砷化镓、氮化镓或者碳化硅材料。
5.根据权利要求1所述的单片集成式半桥功率器件模块，其特征在于：所述低侧功率器件和高侧功率器件是超结绝缘栅双极型晶体管IGBT，即在其衬底区中插入第二种导电类型的半导体发射区，同时降低衬底区浓度。
6.根据权利要求1所述的单片集成式半桥功率器件模块，其特征在于：所述低侧功率器件和高侧功率器件是垂直双扩散金属氧化物半导体VDMOS，即其漂移区只由第一种导电类型的漂移区组成，而不包含第二种导电类型的漂移区。
7.根据权利要求1所述的单片集成式半桥功率器件模块，其特征在于：所述低侧功率器件和高侧功率器件是二极管结构，即其漂移区只由第一种导电类型的漂移区组成，而不包含第二种导电类型的漂移区，且不包含MOS栅极结构。
单片集成式半桥功率器件模块
技术领域
背景技术
[0002] 功率器件模块是功率器件按一定功能组合在一起的功能模块，是中功率和大功率电子领域的核心部件，被广泛运用于变频调速、马达控制等多种场合，其主要功能是整流和逆变。典型的功率器件模块包括半桥电路模块、单相全桥电路模块、三相全桥电路模块和多相电路模块等。半桥电路模块是最常见的功率器件模块之一，也称为半桥臂，或者图腾柱，它通常由高侧和低侧两组功率器件组成。单相全桥电路模块、三相全桥电路模块和多相电路模块可由数个半桥臂组成。传统的功率器件模块经历了从板级集成到单封装集成的演变，模块尺寸不断缩小，寄生参数如引线电感等不断减小。
[0003] 板级集成功率器件模块是指将封装好的功率器件分别焊接到印制电路板上，通过电路板上的铜线连接相应的电极，同时用铜线将驱动控制电路等部件连接在一起形成功率电子系统。其缺点是模块占用的面积和体积大，较长的铜线会引入较大的寄生电感。单封装集成功率器件模块则是将不同的芯片封装在一个管壳中，有时也包括驱动控制芯片。由于芯片与芯片之间的间距较小，模块所占尺寸大幅度减小。另一方面，器件电极之间通过引线进行连接，引线长度减小，因此寄生电感得以减小。但是，由于电气隔离和工艺等因数限制，芯片与芯片的间距不能随意缩小，必须保持一定的安全距离，因此芯片所占面积仍然较大。为了进一步缩小面积，开发单片集成式功率器件模块势在必行。而要实现功率器件的单片集成，则必须解决功率器件的隔离问题。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单片集成式半桥功率器件模块，提出一种新的隔离技术，可以有效地隔离集成在同一个芯片上的高侧和低侧功率器件，使它们的电极可以被分开偏置。功率器件的单片集成使得模块所占面积小，同时，较短的引线也使得寄生电感小。因此，本发明功率器件模块特别适用于紧凑型功率电子电路和系统。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] 单片集成式半桥功率器件模块，包括隔离环、被隔离环包围的低侧功率器件和位于隔离环之外的高侧功率器件；
[0007] 低侧功率器件的外围与隔离环的一侧直接接触，高侧功率器件的外围一侧与隔离环的一侧直接接触。
[0008] 可选的，所述隔离环由多个第一种导电类型的半导体漂移区和多个第二种导电类型的半导体漂移区交替排列组成，最外侧为第一种导电类型的漂移区，两种导电类型的漂移区直接接触；
[0009] 位于最外侧的第一种导电类型的漂移区的底部与一个第一种导电类型的重掺杂的半导体衬底区相连，衬底区覆盖有金属区作为漏电极；
[0010] 隔离环的背部被刻蚀并覆盖有绝缘介质保护区，形成沟槽；保护区与所有漂移区、衬底区和漏电极直接相连；各第一种导电类型的漂移区的表面均设置有一个第一种导电类型的重掺杂的半导体欧姆区，各第二种导电类型的漂移区的表面均设置有一个第二种导电类型的重掺杂的半导体欧姆区；隔离环表面覆盖有绝缘介质隔离绝缘区和作为隔离电极的金属区，部分隔离电极嵌入隔离绝缘区，隔离电极与欧姆区直接接触，隔离绝缘区与欧姆区和漂移区直接接触；从靠近低侧器件一侧开始，第一种导电类型的欧姆区通过隔离电极与第二种导电类型的欧姆区相连。
[0012] 低侧超结MOSFET由漂移区、漏极结构和MOS栅极结构和终端区组成；漂移区由一个第一种导电类型的半导体漂移区和多个第二种导电类型的半导体漂移区组成，各第二种导电类型的漂移区均被第一种导电类型的漂移区包围；第一种导电类型的漂移区底部设置有一个第一种导电类型的重掺杂的半导体衬底区，衬底区又覆盖有金属区作为漏电极，衬底区和漏电极组成漏极结构；MOS栅极结构由多个MOS元胞组成，MOS元胞包括位于第二种导电类型的漂移区的表面的半导体源体区、位于源体区内部的半导体源区、绝缘介质栅介质区、金属源电极和镶嵌于栅介质区内部的半导体多晶硅栅区；源体区与第一种导电类型的漂移区和部分第二种导电类型的漂移区直接接触；栅介质区与第一种导电类型的漂移区、源体区和源区直接接触；源电极与栅介质区、源体区和源区直接接触；未与源体区接触的第二种导电类型的漂移区及其附近第一种导电类型的漂移区的表面覆盖有绝缘介质钝化区，低侧超结MOSFET的第一种导电类型的漂移区中靠近隔离环部分的表面设置有一个第一种导电类型的重掺杂的半导体场终止区，其表面覆盖有金属层，形成场终止电极，未与源体区接触的第二种导电类型的漂移区及其附近第一种导电类型的漂移区、钝化区、终止区和终止电极组成终端区；
[0013] 低侧超结MOSFET的漏电极与隔离环中靠近低侧超结MOSFET一侧的漏电极直接相连，且属于同一金属电极；低侧超结MOSFET的衬底区与隔离环中靠近低侧超结MOSFET一侧的衬底区直接相连，且属于同一半导体区；低侧超结MOSFET的第一种导电类型的漂移区与隔离环中靠近低侧超结MOSFET一侧的第一种导电类型的漂移区直接相连，且属于同一半导体区；低侧超结MOSFET的场终止区与隔离环中靠近低侧超结MOSFET一侧的第一种导电类型的欧姆区直接相连，且属于同一半导体区；低侧超结MOSFET的场终止电极与隔离环中靠近低侧超结MOSFET一侧的隔离电极直接相连，且属于同一金属电极；
[0014] 高侧超结MOSFET的结构与低侧超结MOSFET的结构相同；
[0015] 高侧超结MOSFET的漏电极与隔离环中靠近高侧超结MOSFET一侧的漏电极直接相连，且属于同一金属电极；高侧超结MOSFET的衬底区与隔离环中靠近高侧超结MOSFET一侧的衬底区直接相连，且属于同一半导体区；高侧超结MOSFET的第一种导电类型的漂移区与隔离环中靠近高侧超结MOSFET一侧的第一种导电类型的漂移区直接相连，且属于同一半导体区；高侧超结MOSFET的场终止区与隔离环中靠近高侧超结MOSFET一侧的第一种导电类型的欧姆区直接相连，且属于同一半导体区；高侧超结MOSFET的场终止电极与隔离环中靠近高侧超结MOSFET一侧的隔离电极直接相连，且属于同一金属电极；
[0016] 当第一导电类型为N型时，第二导电类型为P型；当第一导电类型为P型时，第二导电类型为N型。
[0018] 可选的，所述低侧功率器件和高侧功率器件是超结绝缘栅双极型晶体管IGBT，即在其衬底区中插入第二种导电类型的半导体发射区，同时降低衬底区浓度。
[0019] 可选的，所述低侧功率器件和高侧功率器件是垂直双扩散金属氧化物半导体VDMOS，即其漂移区只由第一种导电类型的漂移区组成，而不包含第二种导电类型的漂移区。
[0021] 本发明的有益效果在于：与板级集成功率器件模块和单封装集成功率器件模块相比，功率器件的单片集成使得模块所占面积小，同时，较短的引线也使得寄生电感小。
[0022] 本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明
[0023] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
[0024] 图1为单片集成式半桥功率器件模块俯视示意图；
[0025] 图2为功率器件为超结MOSEFT的单片集成式半桥功率器件模块的剖面图；
[0026] 图3为功率器件为超结IGBT的单片集成式半桥功率器件模块的剖面图；
[0027] 图4为功率器件为VDMOS的单片集成式半桥功率器件模块的剖面图；
[0028] 图5为功率器件为二极管的单片集成式半桥功率器件模块的剖面图。
[0029] 附图标记：000-低侧超结MOSFET源电极，000a-低侧超结IGBT发射极，000b-低侧VDMOS源电极，000c-低侧二极管阳极，001-隔离环隔离电极1，002-隔离环隔离电极2，003-隔离环隔离电极3，004-高侧超结MOSFET场终止电极，010-高侧超结MOSFET源电极，010a-高侧超结IGBT发射极，010b-高侧VDMOS源电极，010c-高侧二极管阳极，020-低侧超结MOSFET漏电极，020a-低侧超结IGBT集电极，020b-低侧VDMOS漏电极，020c-低侧二极管阴极，021-高侧超结MOSFET漏电极，021a-高侧超结IGBT漏电极，021b-高侧VDMOS漏电极，021c-高侧二极管阴极，100-低侧超结MOSFET栅介质区，100a-低侧超结IGBT栅介质区，100b-低侧VDMOS栅介质区，101-低侧功率器件钝化区，102-隔离环隔离绝缘区1，103-隔离环隔离绝缘区2，104-隔离环隔离绝缘区3，105-隔离环隔离绝缘区4，106-隔离环隔离绝缘区5，107-隔离环隔离绝缘区6，108-隔离环隔离绝缘区7，110-高侧超结MOSFET栅介质区，110a-高侧超结IGBT栅介质区，110b-高侧VDMOS栅介质区，111-高侧功率器件钝化区，200-低侧超结MOSFET栅区，200a-低侧超结IGBT栅区，200b-低侧VDMOS栅区，210-高侧超结MOSFET栅区，210a-高侧超结IGBT栅区，210b-高侧VDMOS栅区，300-低侧超结MOSFET源区，300a-低侧超结IGBT发射区，300b-低侧VDMOS源区，301-低侧功率器件场终止区，302-隔离环第一种导电类型的欧姆区1，303-隔离环第一种导电类型的欧姆区2，310-高侧超结MOSFET源区，310a-高侧超结IGBT发射区，310b-高侧VDMOS源区，311-高侧功率器件场终止区，400-隔离环第二种导电类型的欧姆区1，401-隔离环第二种导电类型的欧姆区2，402-隔离环第二种导电类型的欧姆区3，500-低侧超结MOSFET源体区，500a-低侧超结IGBT体区，500b-低侧VDMOS源体区，500c-低侧二极管阳极扩散区，510-高侧超结MOSFET源体区，510a-高侧超结IGBT体区，510b-高侧VDMOS源体区，510c-高侧二极管阳极扩散区，600-功率器件第二种导电类型的漂移区，601-隔离环第二种导电类型的漂移区1，602-隔离环第二种导电类型的漂移区2，603-隔离环第二种导电类型的漂移区3，609-低侧IGBT集电区，610-高侧功率器件第二种导电类型的漂移区，619-高侧IGBT集电区，700-低侧功率器件第一种导电类型的漂移区，710-高侧功率器件第一种导电类型的漂移区，800-低侧超结MOSFET衬底区，800a-低侧超结IGBT缓冲区，800b-低侧VDMOS衬底区，800c-低侧二极管衬底区，810-高侧超结MOSFET衬底区，810a-高侧超结IGBT缓冲区，810b-高侧VDMOS衬底区，810c-高侧二极管衬底区，900-隔离环保护区。
具体实施方式
[0030] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0031] 其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0032] 本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0033] 请参阅图1，为一种单片集成式半桥功率器件模块的俯视示意图，其结构包括：隔离环，被隔离环包围的低侧功率器件，位于隔离环之外的高侧功率器件，低侧功率器件的外围与隔离环的一侧直接接触，高侧功率器件的外围一侧与隔离环的一侧直接接触。
[0034] 低侧功率器件和高侧功率器件可以是超结MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、超结IGBT(Insulated Gate Bipolar Translator：绝缘栅双极型晶体管)、VDMOS(Vertically Double Diffused Metal Oxide Semiconductor：垂直双扩散金属氧化物半导体)和二极管。
[0035] 图2结构中低侧功率器件和高侧功率器件均为超结MOSFET。
[0036] 此结构中隔离环由多个第一种导电类型的半导体漂移区和多个第二种导电类型的半导体漂移区交替排列组成，最外侧为第一种导电类型的漂移区，两种导电类型的漂移区直接接触；位于最外侧的第一种导电类型的漂移区的底部与一个第一种导电类型的重掺杂的半导体衬底区相连，衬底区覆盖有金属区作为漏电极；隔离环的背部被刻蚀并覆盖有绝缘介质保护区，形成沟槽；保护区与所有漂移区、衬底区和漏电极直接相连；各第一种导电类型的漂移区的表面均设置有一个第一种导电类型的重掺杂的半导体欧姆区，各第二种导电类型的漂移区的表面均设置有一个第二种导电类型的重掺杂的半导体欧姆区；隔离环表面覆盖有绝缘介质隔离绝缘区和作为隔离电极的金属区，部分隔离电极嵌入隔离绝缘区，隔离电极与欧姆区直接接触，隔离绝缘区与欧姆区和漂移区直接接触；从靠近低侧器件一侧开始，第一种导电类型的欧姆区通过隔离电极与第二种导电类型的欧姆区相连。
[0037] 低侧超结MOSFET由漂移区、漏极结构、MOS栅极结构和终端区组成；漂移区由一个第一种导电类型的半导体漂移区和多个第二种导电类型的半导体漂移区组成，各第二种导电类型的漂移区均被第一种导电类型的漂移区包围；第一种导电类型的漂移区底部设置有一个第一种导电类型的重掺杂的半导体衬底区，衬底区又覆盖有金属区作为漏电极，衬底区和漏电极组成漏极结构；MOS栅极结构由多个MOS元胞组成，MOS元胞包括位于第二种导电类型的漂移区的表面的半导体源体区、位于源体区内部的半导体源区、绝缘介质栅介质区、金属源电极和镶嵌于栅介质区内部的半导体多晶硅栅区；源体区与第一种导电类型的漂移区和部分第二种导电类型的漂移区直接接触；栅介质区与第一种导电类型的漂移区、源体区和源区直接接触；源电极与栅介质区、源体区和源区直接接触；未与源体区接触的第二种导电类型的漂移区及其附近第一种导电类型的漂移区的表面覆盖有绝缘介质钝化区，低侧超结MOSFET的第一种导电类型的漂移区中靠近隔离环部分的表面设置有一个第一种导电类型的重掺杂的半导体场终止区，其表面覆盖有金属层，形成场终止电极，未与源体区接触的第二种导电类型的漂移区及其附近第一种导电类型的漂移区、钝化区、场终止区和终止电极组成终端区。
[0038] 低侧超结MOSFET的漏电极与隔离环中靠近低侧超结MOSFET一侧的漏电极直接相连，且属于同一金属电极；低侧超结MOSFET的衬底区与隔离环中靠近低侧超结MOSFET一侧的衬底区直接相连，且属于同一半导体区；低侧超结MOSFET的第一种导电类型的漂移区与隔离环中靠近低侧超结MOSFET一侧的第一种导电类型的漂移区直接相连，且属于同一半导体区；低侧超结MOSFET的场终止区与隔离环中靠近低侧超结MOSFET一侧的第一种导电类型的欧姆区直接相连，且属于同一半导体区；低侧超结MOSFET的场终止电极与隔离环中靠近低侧超结MOSFET一侧的隔离电极直接相连，且属于同一金属电极。
[0039] 高侧超结MOSFET的结构与低侧超结MOSFET的结构相同。
[0040] 高侧超结MOSFET的漏电极与隔离环中靠近高侧超结MOSFET一侧的漏电极直接相连，且属于同一金属电极；高侧超结MOSFET的衬底区与隔离环中靠近高侧超结MOSFET一侧的衬底区直接相连，且属于同一半导体区；高侧超结MOSFET的第一种导电类型的漂移区与隔离环中靠近高侧超结MOSFET一侧的第一种导电类型的漂移区直接相连，且属于同一半导体区；高侧超结MOSFET的场终止区与隔离环中靠近高侧超结MOSFET一侧的第一种导电类型的欧姆区直接相连，且属于同一半导体区；高侧超结MOSFET的场终止电极与隔离环中靠近高侧超结MOSFET一侧的隔离电极直接相连，且属于同一金属电极。
[0041] 图3结构中低侧功率器件和高侧功率器件均为超结IGBT。
[0042] 此结构中隔离环由多个第一种导电类型的半导体漂移区和多个第二种导电类型的半导体漂移区交替排列组成，最外侧为第一种导电类型的漂移区，两种导电类型的漂移区直接接触；位于最外侧的第一种导电类型的漂移区的底部与一个第一种导电类型的半导体缓冲区相连，缓冲区缓冲区底部设置有一个第二种导电类型的半导体集电区，集电区覆盖有金属区作为集电极；隔离环的背部被刻蚀并覆盖有绝缘介质保护区，形成沟槽；保护区与所有漂移区、缓冲区、集电区和漏电极直接相连；各第一种导电类型的漂移区的表面均设置有一个第一种导电类型的重掺杂的半导体欧姆区，各第二种导电类型的漂移区的表面均设置有一个第二种导电类型的重掺杂的半导体欧姆区；隔离环表面覆盖有绝缘介质隔离绝缘区和作为隔离电极的金属区，部分隔离电极嵌入隔离绝缘区，隔离电极与欧姆区直接接触，隔离绝缘区与欧姆区和漂移区直接接触；从靠近低侧器件一侧开始，第一种导电类型的欧姆区通过隔离电极与第二种导电类型的欧姆区相连。
[0043] 低侧超结IGBT由漂移区、集电极结构、MOS栅极结构和终端区组成；漂移区由一个第一种导电类型的半导体漂移区和多个第二种导电类型的半导体漂移区组成，各第二种导电类型的漂移区均被第一种导电类型的漂移区包围；第一种导电类型的漂移区底部设置有一个第一种导电类型的半导体缓冲区，缓冲区底部设置有一个第二种导电类型的半导体集电区，集电区又覆盖有金属区作为集电极，缓冲区、集电区和集电极构成集电极结构；MOS栅极结构由多个MOS元胞组成，MOS元胞包括位于第二种导电类型的漂移区的表面的半导体体区、位于体区内部的半导体发射区、绝缘介质栅介质区、金属发射极和镶嵌于栅介质区内部的半导体多晶硅栅区；体区与第一种导电类型的漂移区和部分第二种导电类型的漂移区直接接触；栅介质区与第一种导电类型的漂移区、体区和发射区直接接触；发射极与栅介质区、体区和发射区直接接触；未与体区接触的第二种导电类型的漂移区及其附近第一种导电类型的漂移区的表面覆盖有绝缘介质钝化区，低侧超结IGBT的第一种导电类型的漂移区中靠近隔离环部分的表面设置有一个第一种导电类型的重掺杂的半导体场终止区，其表面覆盖有金属层，形成场终止电极，未与源体区接触的第二种导电类型的漂移区及其附近第一种导电类型的漂移区、钝化区、场终止区和终止电极组成终端区。
[0044] 低侧超结IGBT的集电极与隔离环中靠近低侧超结IGBT一侧的集电极直接相连，且属于同一金属电极；低侧超结IGBT的集电区与隔离环中靠近低侧超结IGBT一侧的集电区直接相连，且属于同一半导体区；低侧超结IGBT的缓冲区与隔离环中靠近低侧超结IGBT一侧的缓冲区直接相连，且属于同一半导体区；低侧超结IGBT的第一种导电类型的漂移区与隔离环中靠近低侧超结IGBT一侧的第一种导电类型的漂移区直接相连，且属于同一半导体区；低侧超结IGBT的场终止区与隔离环中靠近低侧超结IGBT一侧的第一种导电类型的欧姆区直接相连，且属于同一半导体区；低侧超结IGBT的场终止电极与隔离环中靠近低侧超结IGBT一侧的隔离电极直接相连，且属于同一金属电极。
[0045] 高侧超结IGBT的结构与低侧超结IGBT的结构相同。
[0046] 高侧超结IGBT的漏电极与隔离环中靠近高侧超结IGBT一侧的漏电极直接相连，且属于同一金属电极；低侧超结IGBT的集电区与隔离环中靠近低侧超结IGBT一侧的集电区直接相连，且属于同一半导体区；高侧超结IGBT的缓冲区与隔离环中靠近高侧超结IGBT一侧的缓冲区直接相连，且属于同一半导体区；高侧超结IGBT的第一种导电类型的漂移区与隔离环中靠近高侧超结IGBT一侧的第一种导电类型的漂移区直接相连，且属于同一半导体区；高侧超结IGBT的场终止区与隔离环中靠近高侧超结IGBT一侧的第一种导电类型的欧姆区直接相连，且属于同一半导体区；高侧超结IGBT的场终止电极与隔离环中靠近高侧超结IGBT一侧的隔离电极直接相连，且属于同一金属电极。
[0047] 图4结构中低侧功率器件和高侧功率器件均为VDMOS。此结构中隔离环与图2中隔离环结构相同，不再赘述。
[0048] 低侧超结VDMOS由漂移区、漏极结构、MOS栅极结构和终端区组成；漂移区为一个第一种导电类型的半导体漂移区；漂移区底部设置有一个第一种导电类型的重掺杂的半导体衬底区，衬底区又覆盖有金属区作为漏电极，衬底区和漏电极组成漏极结构；MOS栅极结构由多个MOS元胞组成，MOS元胞包括位于漂移区的表面的半导体源体区、位于源体区内部的半导体源区、绝缘介质栅介质区、金属源电极和镶嵌于栅介质区内部的半导体多晶硅栅区；栅介质区与漂移区、部分源体区和源区直接接触；源电极与栅介质区、源体区和源区直接接触；未与栅介质区接触的源体区及其附近第一种导电类型的漂移区的表面覆盖有绝缘介质钝化区，低侧VDMOS的漂移区中靠近隔离环部分的表面设置有一个第一种导电类型的重掺杂的半导体场终止区，其表面覆盖有金属层，形成场终止电极，未与栅介质区接触的源体区及其附近漂移区、钝化区、场终止区和场终止电极组成终端区。
[0049] 低侧VDMOS的漏电极与隔离环中靠近低侧VDMOS一侧的漏电极直接相连，且属于同一金属电极；低侧VDMOS的衬底区与隔离环中靠近低侧VDMOS一侧的衬底区直接相连，且属于同一半导体区；低侧VDMOS的第一种导电类型的漂移区与隔离环中靠近低侧VDMOS一侧的第一种导电类型的漂移区直接相连，且属于同一半导体区；低侧VDMOS的场终止区与隔离环中靠近低侧VDMOS一侧的第一种导电类型的欧姆区直接相连，且属于同一半导体区；低侧VDMOS的场终止电极与隔离环中靠近低侧VDMOS一侧的隔离电极直接相连，且属于同一金属电极。
[0050] 高侧VDMOS的结构与低侧VDMOS的结构相同。
[0051] 高侧VDMOS的漏电极与隔离环中靠近高侧VDMOS一侧的漏电极直接相连，且属于同一金属电极；高侧VDMOS的衬底区与隔离环中靠近高侧VDMOS一侧的衬底区直接相连，且属于同一半导体区；高侧VDMOS的第一种导电类型的漂移区与隔离环中靠近高侧VDMOS一侧的第一种导电类型的漂移区直接相连，且属于同一半导体区；高侧VDMOS的场终止区与隔离环中靠近高侧VDMOS一侧的第一种导电类型的欧姆区直接相连，且属于同一半导体区；高侧VDMOS的场终止电极与隔离环中靠近高侧VDMOS一侧的隔离电极直接相连，且属于同一金属电极。
[0052] 图5结构中低侧功率器件和高侧功率器件均为二极管结构。
[0053] 此结构中隔离环由多个第一种导电类型的半导体漂移区和多个第二种导电类型的半导体漂移区交替排列组成，最外侧为第一种导电类型的漂移区，两种导电类型的漂移区直接接触；位于最外侧的第一种导电类型的漂移区的底部与一个第一种导电类型的重掺杂的半导体衬底区相连，衬底区覆盖有金属区作为阴极；隔离环的背部被刻蚀并覆盖有绝缘介质保护区，形成沟槽；保护区与所有漂移区、衬底区和阴极直接相连；各第一种导电类型的漂移区的表面均设置有一个第一种导电类型的重掺杂的半导体欧姆区，各第二种导电类型的漂移区的表面均设置有一个第二种导电类型的重掺杂的半导体欧姆区；隔离环表面覆盖有绝缘介质隔离绝缘区和作为隔离电极的金属区，部分隔离电极嵌入隔离绝缘区，隔离电极与欧姆区直接接触，隔离绝缘区与欧姆区和漂移区直接接触；从靠近低侧器件一侧开始，第一种导电类型的欧姆区通过隔离电极与第二种导电类型的欧姆区相连。
[0054] 低侧二极管结构由第一种导电类型的漂移区、阴极结构、阳极结构和终端区组成；漂移区底部设置有一个第一种导电类型的重掺杂的半导体衬底区，衬底区又覆盖有金属区作为阴极，衬底区和阴极组成阴极结构；漂移区表面设置有多个第二种导电类型的半导体阳极扩散区，部分阳极扩散区表面覆盖有金属区作为阳极，阳极扩散区和阳极组成阳极结构；未与阳极接触的阳极扩散区及其附近漂移区的表面覆盖有绝缘介质钝化区，低侧二极管结构的漂移区中靠近隔离环部分的表面设置有一个第一种导电类型的重掺杂的半导体场终止区，其表面覆盖有金属层，形成场终止电极，未与阳极接触的阳极扩散区及其附近第一种导电类型的漂移区、钝化区、场终止区和场终止电极组成终端区。
[0055] 低侧二极管结构的阴极与隔离环中靠近低侧二极管结构一侧的阴极直接相连，且属于同一金属电极；低侧二极管结构的阴极区与隔离环中靠近低侧二极管结构一侧的阴极区直接相连，且属于同一半导体区；低侧二极管结构的漂移区与隔离环中靠近低侧二极管结构一侧的第一种导电类型的漂移区直接相连，且属于同一半导体区；低侧二极管结构的场终止区与隔离环中靠近低侧二极管结构一侧的第一种导电类型的欧姆区直接相连，且属于同一半导体区；低侧二极管结构的场终止电极与隔离环中靠近低侧二极管结构一侧的隔离电极直接相连，且属于同一金属电极。
[0056] 高侧二极管结构的结构与低侧二极管结构的结构相同。
[0057] 高侧二极管结构的阴极与隔离环中靠近高侧二极管结构一侧的阴极直接相连，且属于同一金属电极；高侧二极管结构的阴极区与隔离环中靠近高侧二极管结构一侧的衬底区直接相连，且属于同一半导体区；高侧二极管结构的漂移区与隔离环中靠近高侧二极管结构一侧的第一种导电类型的漂移区直接相连，且属于同一半导体区；高侧二极管结构的场终止区与隔离环中靠近高侧二极管结构一侧的第一种导电类型的欧姆区直接相连，且属于同一半导体区；高侧二极管结构的场终止电极与隔离环中靠近高侧二极管结构一侧的隔离电极直接相连，且属于同一金属电极。
[0058] 本发明最重要之处在于隔离环的背部镶嵌有沟槽，使得低侧功率器件和高侧功率器件的第一种导电类型的漂移区、衬底区和漏电极电气隔离。当低侧功率器件关断而高侧功率器件开启时，低侧器件功率器件的漏电极和高侧器件功率器件的源电极电位基本相同，且与隔离环的所有隔离电极的电位相同，均为高电压，等效于低侧功率器件耐压；当低侧器件功率器件开启而高侧功率器件关断时，低侧功率器件的漏电极和高侧器件功率器件的源电极电位基本相同，均等于低侧器件功率器件的开启电压，高侧功率器件漏电极的高电压被隔离环的隔离电极均匀承担，合理设置隔离环中漂移区的数目，可以获得满足要求的击穿电压，从而保证低侧功率器件和高侧功率器件安全工作。
[0059] 当第一导电类型为N型时，第二导电类型为P型；当第一导电类型为P型时，第二导电类型为N型。
[0060] 半导体区可以是硅材料，也可以是砷化镓、氮化镓或者碳化硅等材料。
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