專利名稱：半導(dǎo)體器件和具有該半導(dǎo)體器件的逆變器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用形成在公共半導(dǎo)體襯底中的絕緣柵極晶體管和反 平行二極管構(gòu)造的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
例如，在對(duì)應(yīng)于日本專利公開(kāi)No.2005-317751的US 2005/0258493、對(duì) 應(yīng)于日本專利公開(kāi)No.2007-134625的US 2007/0108468以及對(duì)應(yīng)于日本專 利公開(kāi)No.2007-214541的US 2007/0170549中披露了利用形成在公共半導(dǎo) 體襯底中的絕緣柵極晶體管和反平行二極管構(gòu)造的半導(dǎo)體器件。
圖19示出了在US 2007/0170549中公開(kāi)的半導(dǎo)體器件100。
在半導(dǎo)體器件100中，在公共半導(dǎo)體襯底1中形成絕緣柵極雙極晶體 管(IGBT)單元100i和二極管單元100d。
通過(guò)絕緣膜7在第一溝槽Tl中形成由多晶硅制成的第一電極層8。第 一電極層8用作IGBT單元lOOi的柵電極。在半導(dǎo)體襯底1的第一側(cè)上形 成由鋁制成的第二電極層10。利用第二電極層10填充第二溝槽T2。第二 電極層10穿透第一側(cè)N型區(qū)3a和第一側(cè)P型區(qū)4a，從而可以使第一側(cè)N 型區(qū)3a和第一側(cè)P型區(qū)4a電耦合。此外，第二電極層10電耦合到P型層 2a。第二電極層10用作IGBT單元100i的發(fā)射極電極和二極管單元100d 的陽(yáng)極電極。將第二側(cè)P+型區(qū)5和第二側(cè)N+型區(qū)6形成到半導(dǎo)體襯底1 的第二側(cè)的表面部分上。將第三電極層11形成在半導(dǎo)體襯底1的第二側(cè)上 并使其電耦合到第二側(cè)P+型區(qū)5和第二側(cè)N+型區(qū)6中的每一個(gè)上。由此， 通過(guò)第三電極層11使第二側(cè)P+型區(qū)5和第二側(cè)N+型區(qū)6電耦合。第三 電極層11用作IGBT單元100i的集電極電極和二極管單元100d的陰極電 極。
也就是說(shuō)，在半導(dǎo)體器件100中，以反平行配置將絕緣柵極晶體管和 二極管耦合在一起。在高電位側(cè)將絕緣柵極晶體管的第一端子(例如集電極)和二極管的陰極耦合在一起，在低電位側(cè)將絕緣柵極晶體管的第二端
子(例如發(fā)射極)和二極管的陽(yáng)極耦合在一起。像半導(dǎo)體器件100這樣的 半導(dǎo)體器件通常集成在逆變器電路中以通過(guò)脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)來(lái)
控制電負(fù)載。
通常，當(dāng)在逆變器電路中使用像半導(dǎo)體器件ioo這樣的半導(dǎo)體器件時(shí)， 施加到逆變器電路上半部的IGBT的選通信號(hào)在相位上與施加到逆變器電 路下半部的IGBT的選通信號(hào)相反。因此，即使在以反平行配置耦合到IGBT 的二極管續(xù)流工作(freewheel operation)期間，也可以將選通信號(hào)施加到 IGBT。 S卩，可能有一段時(shí)間IGBT和二極管是同時(shí)工作的。如上所述，在 半導(dǎo)體器件100中，IGBT的集電極和二極管的陰極耦合在一起，而IGBT 的發(fā)射極和二極管的陽(yáng)極耦合在一起。因此，當(dāng)IGBT導(dǎo)通時(shí)，二極管的陰 極和陽(yáng)極試圖處于相同的電位。結(jié)果，二極管的正向偏壓升高，因此二極 管的正向損耗增大。通過(guò)這種方式，在圖19所示的半導(dǎo)體器件100中，由 于IGBT和二極管彼此干擾，而可能會(huì)增大二極管的正向損耗。
本發(fā)明人己經(jīng)研究了圖20所示的半導(dǎo)體器件90 (日本專利申請(qǐng) No.2007-229959)。將半導(dǎo)體器件90構(gòu)造成避免IGBT和二極管之間的干擾， 從而可以防止二極管正向損耗的增大。
如圖20所示，半導(dǎo)體器件90包括與電路50、具有內(nèi)置二極管的IGBT 20、感測(cè)電阻器30和反饋電路40。
與電路50是一種僅在所有輸入都為高電平時(shí)才產(chǎn)生高電平輸出的邏輯 門(mén)。將用于驅(qū)動(dòng)IGBT 20的PWM選通信號(hào)從外部電路輸入到與電路50。 此夕卜，將反饋電路40的輸出輸入到與電路50。
IGBT 20包括IGBT部分21和二極管部分22。 IGBT部分21和二極管 部分22形成在公共半導(dǎo)體襯底中。IGBT部分21包括耦合到電負(fù)載的主 IGBT 21a以及用于檢測(cè)流經(jīng)主IGBT 21a的電流的輔助IGBT 21b。由與電 路50輸出的PWM選通信號(hào)控制施加到IGBT21a、 21b的柵極的電壓。輔 助IGBT 21b的發(fā)射極耦合到感測(cè)電阻器30的第一端，感測(cè)電阻器30兩端 的電壓降Vs被反饋到反饋電路40。將二極管部分22構(gòu)造成變換流經(jīng)IGBT 21a的負(fù)載電流。二極管部分22包括耦合到主IGBT 21a的主二極管22a和 用于檢測(cè)流經(jīng)主二極管22a的電流的輔助二極管22b。輔助二極管22b的陽(yáng)極耦合到感測(cè)電阻器30的第一端。
反饋電路40判斷是否有電流流經(jīng)主二極管22a，還判斷是否有過(guò)量電 流流經(jīng)IGBT21a。基于判斷的結(jié)果，反饋電路40允許或禁止PWM選通信 號(hào)通過(guò)與電路50。具體而言，在驅(qū)動(dòng)主IGBT21a時(shí)，反饋電路40向與電 路50輸出允許PWM選通信號(hào)通過(guò)與電路50的信號(hào)。然而，如果感測(cè)電阻 器30兩端的電壓降Vs小于二極管電流檢測(cè)閾值Vthl或大于過(guò)量電流檢測(cè) 閾值Vth2，則反饋電路40向與電路50輸出禁止PWM選通信號(hào)通過(guò)與電 路50的信號(hào)。
由此，在圖20所示的半導(dǎo)體器件90中，主二極管22a沿正向引導(dǎo)電 流而不會(huì)干擾主IGBT21a。因此，避免了主二極管22a的正向電壓的增大， 因此可以防止主二極管22a的正向損耗的增大。
此外，如果有過(guò)量電流流經(jīng)主IGBT21a，反饋電路40向與電路50輸 出禁止PWM選通信號(hào)通過(guò)與電路50的信號(hào)。由此，可以保護(hù)IGBT 21a 不受過(guò)量電流的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用形成在公共半導(dǎo)體襯底中的絕緣柵極晶 體管和反平行二極管構(gòu)造的半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件具有能夠以高速工 作的控制晶體管，以確保防止二極管正向損耗的增大并確保保護(hù)絕緣柵極 晶體管不受過(guò)量電流的影響。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種利用該半導(dǎo) 體器件構(gòu)造的逆變器電路。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底、形成到所述半 導(dǎo)體襯底的絕緣柵極晶體管、形成到所述半導(dǎo)體襯底的二極管、以及形成 到所述半導(dǎo)體襯底的控制晶體管。所述絕緣柵極晶體管的第一電流端子在 高電位側(cè)耦合到所述二極管的陰極。所述絕緣柵極晶體管的第二電流端子 在低電位側(cè)耦合到所述二極管的陽(yáng)極。將所述控制晶體管配置成在所述二 極管傳導(dǎo)電流時(shí)通過(guò)降低絕緣柵極晶體管的柵極端子的電位來(lái)使所述絕緣 柵極晶體管截止。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，逆變器電路包括多個(gè)半導(dǎo)體器件，所述半 導(dǎo)體器件中的每一個(gè)包括半導(dǎo)體襯底、形成到所述半導(dǎo)體襯底的絕緣柵極晶體管、形成到所述半導(dǎo)體襯底的二極管、以及形成到所述半導(dǎo)體襯底的 控制晶體管。所述絕緣柵極晶體管的第一電流端子在高電位側(cè)耦合到所述
二極管的陰極。所述絕緣柵極晶體管的第二電流端子在低電位側(cè)耦合到所 述二極管的陽(yáng)極。將所述控制晶體管配置成在所述二極管傳導(dǎo)電流時(shí)通過(guò) 降低絕緣柵極晶體管的柵極端子的電位來(lái)使所述絕緣柵極晶體管截止。


通過(guò)參考附圖所作的以下詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的上述和其他目的、特征
和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。在附圖中
圖1為示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的等效電路的示圖； 圖2為示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的等效電路的示圖； 圖3為示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的等效電路的示圖； 圖4A為示出作為圖2的半導(dǎo)體器件的第一實(shí)例的半導(dǎo)體器件的底視
圖，而圖4B為示出沿圖4A的線IVB-IVB截取的截面圖的示圖； 圖5為示出圖4A的半導(dǎo)體器件的頂視圖的示圖6A為示出作為圖2的半導(dǎo)體器件的第二實(shí)例的半導(dǎo)體器件的底視圖 的示圖，而圖6B為示出作為圖2的半導(dǎo)體器件的第三實(shí)例的半導(dǎo)體器件的 底視圖的示圖7為示出作為圖2的半導(dǎo)體器件的第四實(shí)例的半導(dǎo)體器件的底視圖 的示圖8A為示出在圖2的半導(dǎo)體器件中使用的雙極晶體管結(jié)構(gòu)的示圖，圖 8B為示出在圖2的半導(dǎo)體器件中使用的雙極晶體管的另一結(jié)構(gòu)的示圖，而 圖8C為示出在圖2的半導(dǎo)體器件中使用的雙極晶體管的另一結(jié)構(gòu)的示圖9為示出圖4B的局部放大圖的示圖10為示出用于產(chǎn)生三相交流功率的逆變器電路的電路圖11為示出集成了圖IO的逆變器電路的半導(dǎo)體芯片的頂視圖的示圖12為示出沿圖ii的線xn-xn截取的截面圖的示圖13A為集成在圖11的半導(dǎo)體芯片中的逆變器電路的電路圖且示出圖 11的半導(dǎo)體芯片的端子布局，圖13B為示出圖11的半導(dǎo)體芯片的底視圖且 示出端子布局的示圖，而圖13C為示出圖11的半導(dǎo)體芯片的頂視圖且示出端子布局的示圖14A為集成在另一半導(dǎo)體芯片中的逆變器電路的電路圖且示出另一 半導(dǎo)體芯片的端子布局，圖14B為示出另一半導(dǎo)體芯片的底視圖且示出端 子布局的示圖，而圖14C為示出另一半導(dǎo)體芯片的頂視圖且示出端子布局 的示圖15A為集成了圖10的逆變器電路上半部的半導(dǎo)體芯片的電路圖，而 圖15B為集成了圖10的逆變器電路下半部的半導(dǎo)體芯片的電路圖16A為示出圖15A的半導(dǎo)體芯片的頂視圖的示圖，而圖16B為示出 圖15A的半導(dǎo)體芯片的底視圖的示圖17A為示出圖15B的半導(dǎo)體芯片的頂視圖的示圖，而圖17B為示出 圖15B的半導(dǎo)體芯片的底視圖的示圖18A為示出將圖15A、 15B的半導(dǎo)體芯片封裝到一起的封裝的頂視 圖的示圖，而圖18B為示出該封裝的底視圖的示圖19為示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件的示圖；以及
圖20為示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的半導(dǎo)體器件的示圖。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施例)
圖1為示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件60的等效電路的示圖。
例如，可以將半導(dǎo)體器件60集成在逆變器電路中，該逆變器電路利用 脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)控制電負(fù)載。半導(dǎo)體器件60包括絕緣柵極雙極 晶體管(IGBT) 21和二極管22。 IGBT 21和二極管22形成在公共半導(dǎo)體 襯底中且以反平行配置耦合。具體而言，在高電位側(cè)將IGBT21的集電極 端子(作為第一電流端子)和二極管22的陰極端子耦合在一起。在低電位 側(cè)將IGBT21的發(fā)射極端子21a (作為第二電流端子)和二極管22的陽(yáng)極 端子22a耦合在一起。例如，IGBT21和二極管22的結(jié)構(gòu)可以與圖19所示 的結(jié)構(gòu)相同。
半導(dǎo)體器件60還包括雙極晶體管ST1 (作為第一控制晶體管)。在公 共半導(dǎo)體襯底中形成雙極晶體管ST1，在該襯底中形成有IGBT 21和二極管22。雙極晶體管ST1設(shè)置成與IGBT 21或二極管22相鄰以通過(guò)減少布 線長(zhǎng)度來(lái)改善靈敏度。二極管22具有感測(cè)陽(yáng)極端子22b，用于輸出與流經(jīng) 二極管22的電流成比例的電流。第一感測(cè)電阻器31耦合在二極管22的陽(yáng) 極端子22a和感測(cè)陽(yáng)極端子22b之間。雙極晶體管ST1的基極端子(作為 控制端子)耦合到二極管22的陽(yáng)極端子22a。雙極晶體管ST1的集電極端 子(作為第一電流端子)耦合到IGBT 21的柵極端子。雙極晶體管ST1的 發(fā)射極端子(作為第二電流端子)耦合到二極管22的感測(cè)陽(yáng)極端子22b。 第一感測(cè)電阻器31例如可以是薄膜電阻器、擴(kuò)散電阻器等。在公共半導(dǎo)體 襯底中形成第一感測(cè)電阻器31，在該襯底中形成有IGBT21和二極管22。 如上所述，雙極晶體管ST1設(shè)置成與IGBT21或二極管22相鄰以減少 布線長(zhǎng)度。在這種方法中，減小了布線電感和電容，使得雙極晶體管ST1 能夠以高速工作。此外，可以降低半導(dǎo)體器件60的制造成本。例如，在將 半導(dǎo)體器件60集成在控制諸如電動(dòng)機(jī)的感性負(fù)載的逆變器電路中時(shí)，半導(dǎo) 體器件60能夠以如下方式應(yīng)對(duì)諸如浪涌電流(inrush current)和回掃電流 的瞬時(shí)大電流。
在半導(dǎo)體器件60中，當(dāng)二極管22傳導(dǎo)正向電流時(shí)，雙極晶體管ST1 降低了IGBT21的柵極端子的電位，從而可以截止IGBT21。具體而言，當(dāng) 正向電流流經(jīng)二極管22時(shí)，與正向電流成比例的電流流經(jīng)感測(cè)陽(yáng)極端子22b 和第一感測(cè)電阻器31。然后，在雙極晶體管ST1的基極和發(fā)射極端子之間 施加第一感測(cè)電阻器31兩端的電壓降，從而可以使雙極晶體管ST1導(dǎo)通。 因此，IGBT21的柵極端子的電位被降低到IGBT21的發(fā)射極端子21a的電 位附近。由此，使IGBT21截止。
總之，當(dāng)正向電流流經(jīng)二極管22時(shí)，雙極晶體管ST1使IGBT21截止。 即，半導(dǎo)體器件60的雙極晶體管ST1可以以與圖20的半導(dǎo)體器件90的反 饋電路40相同的方式工作，以防止IGBT21和二極管22之間的干擾。
如上所述，根據(jù)第一實(shí)施例，半導(dǎo)體器件60包括可以用作反饋電路40 以防止IGBT 21和二極管22之間干擾的雙極晶體管ST1 。因此，二極管22 沿正向傳導(dǎo)電流而不會(huì)千擾IGBT 21 ，從而可以避免二極管22的正向電壓 的增大。因此，可以防止二極管22的正向損耗的增大。
與反饋電路40相比，雙極晶體管ST1可以具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和小尺寸。因此，可以減小半導(dǎo)體器件60的尺寸。此外，由于雙極晶體管ST1設(shè)置成 與IGBT21或二極管22相鄰以減少布線長(zhǎng)度，因此雙極晶體管ST1可以以 高速工作以應(yīng)對(duì)瞬時(shí)大電流。因此，可以確保雙極晶體管ST1能夠防止二 極管22的正向損耗的增大。
(第二實(shí)施例)
圖2位示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件61的等效電路的示 圖。第一和第二實(shí)施例之間的區(qū)別如下。
半導(dǎo)體器件61除雙極晶體管ST1之外還包括雙極晶體管ST2 (作為第 二控制晶體管)。如同雙極晶體管ST1那樣，雙極晶體管ST2形成在公共半 導(dǎo)體襯底中，在該襯底中形成有IGBT21和二極管22。雙極晶體管ST2設(shè) 置成與IGBT21或二極管22相鄰以通過(guò)減少布線長(zhǎng)度來(lái)改善靈敏度。
在半導(dǎo)體器件61中，IGBT 21具有額外的感測(cè)發(fā)射極端子21b，用于 輸出與流經(jīng)IGBT 21的電流成比例的電流。第二感測(cè)電阻器32耦合在IGBT 21的發(fā)射極端子21a和感測(cè)發(fā)射極端子21b之間。雙極晶體管ST2的基極 端子(作為控制端子)耦合到IGBT21的感測(cè)發(fā)射極端子21b。雙極晶體管 ST2的集電極端子(作為第一電流端子)耦合到IGBT 21的柵極端子。雙 極晶體管ST2的發(fā)射極端子(作為第二電流端子)耦合到IGBT 21的發(fā)射 極端子21a。第二感測(cè)電阻器32例如可以是薄膜電阻器、擴(kuò)散電阻器等。 在公共半導(dǎo)體襯底中形成第二感測(cè)電阻器32，在該襯底中形成有IGBT 21 和二極管22。
在半導(dǎo)體器件61中，當(dāng)過(guò)量電流流經(jīng)IGBT21時(shí)，雙極晶體管ST2降 低了IGBT21的柵極端子的電位，從而可以使IGBT21截止。具體而言， 當(dāng)過(guò)量電流流經(jīng)IGBT 21時(shí)，與過(guò)量電流成比例的電流流經(jīng)感測(cè)發(fā)射極端 子21b和第二感測(cè)電阻器32。然后，在雙極晶體管ST2的基極和發(fā)射極端 子之間施加第二感測(cè)電阻器32兩端的電壓降，從而可以使雙極晶體管ST2 導(dǎo)通。因此，IGBT 21的柵極端子的電位被降低到IGBT 21的發(fā)射極端子 21a的電位附近。由此，使IGBT21截止。
總之，當(dāng)過(guò)量電流流經(jīng)IGBT21時(shí)，雙極晶體管ST2使IGBT21截止。 即，半導(dǎo)體器件60的雙極晶體管ST2可以以與圖20的半導(dǎo)體器件90的反饋電路40相同的方式工作，以保護(hù)IGBT21不受過(guò)量電流的影響。
如上所述，根據(jù)第二實(shí)施例，半導(dǎo)體器件61包括可以用作反饋電路40 以保護(hù)IGBT21不受過(guò)量電流影響的雙極晶體管ST2。與反饋電路40相比， 雙極晶體管ST2可以具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和小尺寸。因此，可以減小半導(dǎo)體器 件61的尺寸。此外，由于雙極晶體管ST2設(shè)置成與IGBT 21或二極管'22 相鄰以減少布線長(zhǎng)度，因此雙極晶體管ST2可以以高速工作以應(yīng)對(duì)過(guò)量電 流。因此，可以確保雙極晶體管ST2能夠保護(hù)IGBT 21不受過(guò)量電流的影 響。
(第三實(shí)施例)
圖3為示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件70的等效電路的示 圖。前述實(shí)施例和第三實(shí)施例之間的區(qū)別如下。
半導(dǎo)體器件70除IGBT 21和二極管22之外還包括雙極晶體管ST3。 在公共半導(dǎo)體襯底中形成雙極晶體管ST3，在該襯底中形成有IGBT 21和 二極管22。雙極晶體管ST3設(shè)置成與IGBT 21或二極管22相鄰以通過(guò)減 少布線長(zhǎng)度來(lái)改善靈敏度。二極管22具有感測(cè)陽(yáng)極端子22b， IGBT 21具 有感測(cè)發(fā)射極端子21b。第一感測(cè)電阻器33耦合在二極管22的感測(cè)陽(yáng)極端 子22b和IGBT21的感測(cè)發(fā)射極端子21b之間。第二感測(cè)電阻器34耦合在 IGBT 21的發(fā)射極端子21a和感測(cè)發(fā)射極端子21b之間。第一和第二感測(cè)電 阻器33、 34分別具有電阻R1、 R2。第一感測(cè)電阻器33的電阻Rl大于第 二電阻器34的第二感測(cè)電阻R2。第一和第二感測(cè)電阻器33、 34中的每一 個(gè)例如都可以是薄膜電阻器、擴(kuò)散電阻器等。第一和第二感測(cè)電阻器33、 34中的每一個(gè)都形成在公共半導(dǎo)體襯底中，在該襯底中形成有IGBT 21和 二極管22。
雙極晶體管ST3的基極端子(作為控制端子)耦合到IGBT21的感測(cè) 發(fā)射極端子21b。雙極晶體管ST3的集電極端子(作為第一電流端子)耦 合到IGBT21的柵極端子。雙極晶體管ST3的發(fā)射極端子(作為第二電流 端子)耦合到二極管22的陽(yáng)極端子22a。
在半導(dǎo)體器件70中，當(dāng)二極管22傳導(dǎo)正向電流時(shí)，與正向電流成比 例的電流流經(jīng)感測(cè)陽(yáng)極端子22b以及第一和第二感測(cè)電阻器33、 34。由于第一電阻器33的電阻Rl大于第二電阻器34的電阻R2，因此雙極晶體管 ST3作為反轉(zhuǎn)晶體管(reversetransistor)工作并被導(dǎo)通。因此，IGBT21的 柵極端子的電位被降低到IGBT 21的發(fā)射極端子21a的電位附近。由此， 使IGBT21截止，從而可以防止二極管22的正向損耗的增大。
此外，在半導(dǎo)體器件70中，當(dāng)過(guò)量電流流經(jīng)IGBT21時(shí)，與過(guò)量電流 成比例的電流流經(jīng)感測(cè)發(fā)射極端子21b和第二感測(cè)電阻器34。然后，在雙 極晶體管ST3的基極和發(fā)射極端子之間施加第二感測(cè)電阻器34兩端的電壓 降，從而可以使雙極晶體管ST3導(dǎo)通。因此，IGBT21的柵極端子的電位 被降低到IGBT 21的發(fā)射極端子21a的電位附近。由此，使IGBT 21截止 并保護(hù)其不受過(guò)量電流的影響。
(修改例)
可以用多種方式修改上述實(shí)施例。盡管在半導(dǎo)體器件60、 61、 70中將 IGBT21用作絕緣柵極晶體管，但絕緣柵極晶體管可以是除IGBT之外的晶 體管。例如，可以將垂直MOSFET用作絕緣柵極晶體管。在這種情況下， 垂直MOSFET的漏極端子對(duì)應(yīng)于IGBT 21的集電極端子，垂直MOSFET 的源極端子對(duì)應(yīng)于IGBT21的發(fā)射極端子21a。
盡管在半導(dǎo)體器件60、 61、 70中將雙極晶體管ST1-ST3用作控制晶體 管，但控制晶體管也可以是除雙極晶體管之外的晶體管。例如，可以將 MOSFET用作控制晶體管。在這種情況下，MOSFET的柵極端子對(duì)應(yīng)于雙 極晶體管ST1-ST3中的每一個(gè)的基極端子，MOSFET的漏極端子對(duì)應(yīng)于雙 極晶體管ST1-ST3中的每一個(gè)的集電極端子，MOSFET的源極端子對(duì)應(yīng)于 雙極晶體管ST1-ST3中的每一個(gè)的發(fā)射極端子。
下文參考圖4A-7對(duì)圖2所示的半導(dǎo)體器件61的結(jié)構(gòu)的實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。 盡管在圖中未示出，但圖1、 3所示的半導(dǎo)體器件60、 70可以具有與半導(dǎo) 體器件61類似的結(jié)構(gòu)。
圖4A-5示出作為半導(dǎo)體器件61的第一實(shí)例的半導(dǎo)體器件61a的示意 性結(jié)構(gòu)。圖4A為示出半導(dǎo)體器件61a的底視圖的示圖。圖4B為示出沿圖 4A的線IV-IV截取的截面圖的示圖。圖5為示出半導(dǎo)體器件61a的頂視圖 的示圖。半導(dǎo)體器件61a具有第一部分和第二部分。在第一部分中形成IGBT區(qū) 域和二極管區(qū)域。在第二部分中形成IGBT感測(cè)區(qū)域、二極管感測(cè)區(qū)域、控 制晶體管ST1區(qū)域和控制晶體管ST2區(qū)域。在半導(dǎo)體器件61a中，第一部 分位于圖4A的右側(cè)，第二部分位于圖4A的左側(cè)。第二部分設(shè)置成與IGBT 區(qū)域相鄰以通過(guò)減小布線長(zhǎng)度來(lái)改善靈敏度。在圖4B中示出半導(dǎo)體器件 61a的截面結(jié)構(gòu)。例如，半導(dǎo)體器件61a可以具有與圖19所示的半導(dǎo)體器 件100相同的截面結(jié)構(gòu)。在圖5中，粗線表示半導(dǎo)體器件61a的頂側(cè)上的 布線圖案。在圖2和5中使用相同的參考數(shù)字和字符表示相同或相似的元 件。
圖6A示出作為半導(dǎo)體器件61的第二實(shí)例的半導(dǎo)體器件61b的示意性 結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體器件61b中，將形成IGBT區(qū)域和二極管區(qū)域的第一部分分 成兩部分，由第二部分將第一部分的這兩部分彼此分開(kāi)，在所述第二部分 中形成IGBT感測(cè)區(qū)域、二極管感測(cè)區(qū)域、控制晶體管ST1區(qū)域和控制晶 體管ST2區(qū)域。
圖6B示出作為半導(dǎo)體器件61的第三實(shí)例的半導(dǎo)體器件61c的示意性 結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體器件61c中，將第一部分設(shè)置成具有內(nèi)部空間的C形，第 二部分位于C形的第一部分的內(nèi)部空間中。
圖7示出作為半導(dǎo)體器件61的第四實(shí)例的半導(dǎo)體器件61d的示意性結(jié) 構(gòu)。在半導(dǎo)體器件61d中，將第一部分設(shè)置成具有封閉內(nèi)部空間的矩形環(huán) 狀，第二部分位于環(huán)狀的第一部分的封閉內(nèi)部空間中。
在半導(dǎo)體器件61b-61d中的每一個(gè)中，第二部分設(shè)置成與IGBT區(qū)域相 鄰以通過(guò)減小布線長(zhǎng)度改善靈敏度。
以下將參考圖8A-8C描述圖2所示的半導(dǎo)體器件61的雙極晶體管ST1 的結(jié)構(gòu)的實(shí)例。盡管在圖中未示出，但雙極晶體管ST2、 ST3可以具有與雙 極晶體管ST1類似的結(jié)構(gòu)。
圖8A示出作為雙極晶體管ST1的第一實(shí)例的雙極晶體管STla的示意 性結(jié)構(gòu)。雙極晶體管STla由形成在半導(dǎo)體襯底1中的絕緣溝槽ZT所圍繞。 在這種方法中，即使在雙極晶體管STla設(shè)置成與IGBT區(qū)域和二極管區(qū)域 相鄰時(shí)，也可以防止寄生閘流管動(dòng)作(thyristor action)。
圖8B示出作為雙極晶體管ST1的第二實(shí)例的雙極晶體管STlb的示意性結(jié)構(gòu)。由絕緣溝槽ZT和掩埋絕緣層ZU隔離雙極晶體管STlb。在這種 方法中，即使在雙極晶體管STlb設(shè)置成與IGBT區(qū)域和二極管區(qū)域相鄰時(shí)， 也可以防止寄生閘流管動(dòng)作。
圖8C示出作為雙極晶體管ST1的第三實(shí)例的雙極晶體管STlc的示意 性結(jié)構(gòu)。雙極晶體管STlc由絕緣溝槽ZT圍繞。此外，高摻雜層Nl、 N2 位于雙極晶體管STlc的正下方。高摻雜層N1、 N2中的每一個(gè)具有與半導(dǎo) 體襯底1相同的導(dǎo)電類型。但是，高摻雜層N1、 N2中的每一個(gè)具有比半 導(dǎo)體襯底l高的雜質(zhì)濃度。在這種方法中，即使在雙極晶體管STlc設(shè)置成 與IGBT區(qū)域和二極管區(qū)域相鄰時(shí)，也可以防止寄生閘流管動(dòng)作。
圖9為示出圖4B的局部放大圖的示圖。比較圖9和圖19可以看出， 半導(dǎo)體器件61a、 100之間的區(qū)別在于，半導(dǎo)體器件61a具有位于溝道層2a 和IGBT的漂移層之間的高摻雜層la。高摻雜層la具有與半導(dǎo)體襯底1相 同的導(dǎo)電類型。但是，高摻雜層la具有比半導(dǎo)體襯底l高的雜質(zhì)濃度。在 這種方法中，即使在雙極晶體管ST1、 ST2設(shè)置成與IGBT區(qū)域和二極管區(qū) 域相鄰時(shí)，也可以防止寄生閘流管動(dòng)作。
如上所述，根據(jù)所述實(shí)施例的半導(dǎo)體器件包括形成在公共半導(dǎo)體襯底 中且以反平行配置耦合的絕緣柵極晶體管和二極管。所述半導(dǎo)體器件還包 括控制晶體管，該控制晶體管不僅可以用于防止絕緣柵極晶體管和二極管 之間的干擾，而且還可以用于保護(hù)絕緣柵極晶體管不受過(guò)量電流的影響。 由于控制晶體管設(shè)置成與絕緣柵極晶體管或二極管相鄰，因此控制晶體管 可以以高速工作，從而應(yīng)對(duì)瞬時(shí)大電流(過(guò)量電流)。此外，由于控制晶體 管具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和小尺寸，因此可以減小半導(dǎo)體器件的尺寸。
鑒于上述內(nèi)容，根據(jù)所述實(shí)施例的半導(dǎo)體器件可以適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于逆變 器電路。
例如，圖1-3所示的半導(dǎo)體器件60、 61、 70可以通過(guò)如下方式應(yīng)用于 逆變器電路。 ；
圖IO示出用于產(chǎn)生三相交流(AC)功率的逆變器電路K1。逆變器電 路Kl包括六個(gè)半導(dǎo)體器件80a-80f,其中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體器件60、 61和70中的任何一個(gè)。盡管圖10僅示出IGBT和二極管，但半導(dǎo)體器件 80a-80f中的每一個(gè)具有與半導(dǎo)體器件60、 61和70中的任何一個(gè)相同的結(jié)構(gòu)。g卩，半導(dǎo)體器件80a-80f中的每一個(gè)具有對(duì)應(yīng)于控制晶體管ST1-ST3 的控制晶體管。
半導(dǎo)體器件80a-80c構(gòu)成逆變器電路Kl的上半部。半導(dǎo)體器件80a-80c 的IGBT的集電極端子一起耦合到電源電位Vcc。半導(dǎo)體器件80d-80f構(gòu)成 逆變器電路Kl的下半部。半導(dǎo)體器件80d-80f的IGBT的發(fā)射極端子一起 耦合到地電位GND。半導(dǎo)體器件80a-80c的IGBT的發(fā)射極端子耦合到半 導(dǎo)體器件80d-80f的IGBT的集電極端子，以分別提供三相AC功率輸出端 子U、 V、 W。逆變器電路K的三相AC功率輸出端子U、 V、 W耦合到諸 如電動(dòng)機(jī)的電負(fù)載。在半導(dǎo)體器件80a-80f中的每一個(gè)中，二極管以反平行 配置耦合到IGBT。由此，二極管可以用作飛輪二極管。
可以將逆變器電路K1集成在圖11所示的單個(gè)半導(dǎo)體芯片IC1中。半 導(dǎo)體芯片IC1包括電源區(qū)PKa-PKf，通過(guò)穿透半導(dǎo)體襯底的絕緣溝槽ZK使 它們彼此電隔離。將半導(dǎo)體器件80a的IGBT和二極管形成到電源區(qū)PKa。 將半導(dǎo)體器件80b的IGBT和二極管形成到電源區(qū)PKb。將半導(dǎo)體器件80c 的IGBT和二極管形成到電源區(qū)PKc。將半導(dǎo)體器件80d的IGBT和二極管 形成到電源區(qū)PKd。將半導(dǎo)體器件80e的IGBT和二極管形成到電源區(qū)PKe。 將半導(dǎo)體器件80f的IGBT和二極管形成到電源區(qū)PKf。將除半導(dǎo)體器件 80a-80f的IGBT和二極管以外的元件共同形成在控制區(qū)SK中。如圖11所 示，控制區(qū)SK位于半導(dǎo)體芯片IC1的中央并由電源區(qū)PKa-PKf所圍繞。 例如，將對(duì)應(yīng)于雙極晶體管ST1-ST3的半導(dǎo)體器件80a-80f的控制晶體管共 同形成在控制區(qū)SK中。由于通過(guò)絕緣溝槽ZK而使半導(dǎo)體器件80a-80f彼 此隔離，因此逆變器電路K1能夠應(yīng)對(duì)大電流。此外，由于逆變器電路K1 集成在單個(gè)半導(dǎo)體芯片IC1中，因此可以減小逆變器電路K1的尺寸。
具體而言，如圖12所示，在電源區(qū)中集成地形成垂直IGBT和二極管。 IGBT在半導(dǎo)體芯片IC1的頂側(cè)具有發(fā)射極和柵極端子，在半導(dǎo)體芯片IC1 的背側(cè)具有集電極端子。IGBT的發(fā)射極和柵極端子通過(guò)諸如鋁膜的導(dǎo)電膜 IO電耦合到外部。IGBT的集電極端子通過(guò)諸如鋁膜的導(dǎo)電膜ll電耦合到 外部。
此外，如圖12所示，在控制區(qū)SK中形成作為作為控制晶體管的MOS 晶體管STld (即橫向晶體管)。在掩埋絕緣層ZU上的SOI層中形成MOS晶體管STld?？刂茀^(qū)SK的背側(cè)由絕緣膜ZR保護(hù)。
例如，可以如圖12中的粗線所示將控制晶體管、IGBT和二極管彼此 電耦合。電阻器31的電阻可以在幾十歐姆到幾千歐姆的范圍內(nèi)。電阻器31 對(duì)應(yīng)于圖1中的第一感測(cè)電阻器31。電阻器31可以是薄膜電阻器、擴(kuò)散電 阻器、多晶硅電阻器等?？梢詫㈦娮杵?1形成到控制區(qū)SK或電源區(qū) PKa-PKf。 MOS晶體管STld具有漏極端子D (n+)、柵極端子G和源極端 子S (n+)。
當(dāng)使用NPN晶體管代替MOS晶體管STld時(shí)，NPN晶體管的集電極、 基極和發(fā)射極端子分別對(duì)應(yīng)于漏極、柵極和源極端子D、 G、 S。在這種情 況下，如圖1所示，NPN晶體管的集電極端子耦合到IGBT21的柵極端子， NPN晶體管的基極端子耦合到IGBT21的發(fā)射極端子，NPN晶體管的發(fā)射 極端子耦合到電阻器31和二極管22的感測(cè)陽(yáng)極端子22b中的每一個(gè)。
如圖12所示，通過(guò)絕緣溝槽ZK使電源區(qū)PKa-PKf彼此電隔離。此夕卜， 通過(guò)絕緣溝槽ZK使電源區(qū)PKa-PKf中的每一個(gè)與控制區(qū)SK隔離開(kāi)。在將 半導(dǎo)體芯片IC1用在混合電動(dòng)車輛中時(shí)，可以在位于相鄰的電源區(qū)PKa-PKf 中的IGBT之間施加大約1200伏的電壓。通過(guò)增加絕緣溝槽ZK的數(shù)量和 厚度可以提高對(duì)施加電壓的抵抗力。例如，絕緣溝槽ZK可以是多層的以改 善對(duì)電壓施加的抵抗力。
圖13A-13C示出圖11所示的半導(dǎo)體IC1的端子布局。圖13A為集成 在半導(dǎo)體芯片IC1中的逆變器電路K1的電路圖。圖13B為示出半導(dǎo)體芯片 IC1的底視圖的示圖。圖13C為示出半導(dǎo)體芯片IC1的頂視圖的示圖。
如圖13A所示，在半導(dǎo)體芯片IC1中使用的每一個(gè)IGBT都是N溝道 IGBT。因此，如圖13B所示，形成在電源區(qū)PKa-PKc中、對(duì)應(yīng)于逆變器電 路K1上半部的IGBT具有公共集電極端子C。如圖13C所示，形成在電源 區(qū)PKd-PKf中、對(duì)應(yīng)于逆變器電路Kl下半部的IGBT具有公共發(fā)射極端子 E。公共集電極端子C耦合到電源電位Vcc，公共發(fā)射極端子E耦合到地電 位GND。形成在電源區(qū)PKa-PKc中的IGBT的發(fā)射極端子耦合到形成在電 源區(qū)PKd-PKf中的IGBT的集電極端子，以分別提供三相輸出端子U、 V、 W。
圖14A-14C示出半導(dǎo)體芯片IC2的端子布局。圖14A示出集成在半導(dǎo)體芯片IC2中的逆變器電路的電路圖。圖14B示出半導(dǎo)體芯片IC2的底視 圖的示圖。圖14C示出半導(dǎo)體芯片IC2的頂視圖的示圖。
如圖14A所示，在半導(dǎo)體芯片IC2中，利用N溝道IGBT構(gòu)造逆變器 電路的上半部，利用P溝道IGBT構(gòu)造逆變器電路的下半部。
在N溝道IGBT中，通過(guò)離子注入技術(shù)將P型體區(qū)和N型發(fā)射極區(qū)形 成到N型半導(dǎo)體層的頂側(cè)，將P型集電極區(qū)形成到N型半導(dǎo)體層的背側(cè)。 此外，將二極管的N型陰極區(qū)形成到N型半導(dǎo)體層的背側(cè)。
在P溝道1GBT中，通過(guò)離子注入技術(shù)將N型體區(qū)和P型發(fā)射極區(qū)形 成到P型半導(dǎo)體層的頂側(cè)，將N型集電極區(qū)形成到P型半導(dǎo)體層的背側(cè)。 此外，將二極管的P型陽(yáng)極區(qū)形成到P型半導(dǎo)體層的背側(cè)。
因此，如圖14B所示，形成在電源區(qū)PKa-PKc中、對(duì)應(yīng)于逆變器電路 上半部的IGBT具有公共集電極端子Cl。如圖14C所示，形成在電源區(qū) PKd-PKf中、對(duì)應(yīng)于逆變器電路下半部的IGBT具有公共集電極端子C2。 公共集電極端子Cl耦合到電源電位Vcc，公共集電極端子C2耦合到地電 位GND。形成在元件區(qū)PKa-PKc中的IGBT的發(fā)射極端子耦合到形成在元 件區(qū)PKd-PKf中的IGBT的發(fā)射極端子，以分別提供三相輸出端子U、 V、 W。
在半導(dǎo)體芯片IC1中，六個(gè)半導(dǎo)體器件集成在單個(gè)半導(dǎo)體芯片中以構(gòu) 造圖10所示的逆變器電路K1。
或者，可以利用圖15A、 15B所示的兩個(gè)半導(dǎo)體芯片IC3u、 IC3d構(gòu)造 逆變器電路Kl。三個(gè)半導(dǎo)體器件集成在半導(dǎo)體芯片IC3u、 IC3d中的每一 個(gè)中。半導(dǎo)體芯片IC3u構(gòu)成逆變器電路Kl的上半部，半導(dǎo)體芯片IC3d構(gòu) 成逆變器電路K1的下半部。
圖15A示出集成在半導(dǎo)體芯片IC3u中的逆變器電路Kl的上半部的電 路圖。圖15B示出集成在半導(dǎo)體芯片IC3d中的逆變器電路Kl的下半部的 電路圖。圖16A為示出半導(dǎo)體芯片IC3u的頂視圖的示圖。圖16B為示出半 導(dǎo)體芯片IC3u的底視圖的示圖。圖17A為示出半導(dǎo)體芯片IC3d的頂視圖 的示圖。圖17B為示出半導(dǎo)體芯片IC3d的底視圖的示圖。圖18A為示出將 半導(dǎo)體芯片IC3u、 IC3d封裝在一起的封裝的頂視圖的示圖。圖18B為示出 該封裝的底視圖的示圖。通過(guò)這種方式，可以利用如圖18A、 18B所示封裝在一起的兩個(gè)半導(dǎo)體 芯片IC3u、 IC3d構(gòu)造逆變器電路Kl。由此，可以減小逆變器電路K1的尺 寸并以低成本制造。
如上所述，根據(jù)所述實(shí)施例的半導(dǎo)體器件可以可靠地工作并具有小的 尺寸。因此，例如可以將半導(dǎo)體器件適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于安裝在車輛上的裝置。
將這種改變和修改理解為處于如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范'圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底(1)；形成到所述半導(dǎo)體襯底(1)的絕緣柵極晶體管(21)；形成到所述半導(dǎo)體襯底(1)的二極管(22)；以及形成到所述半導(dǎo)體襯底(1)的第一控制晶體管(ST1，ST3)，其中所述絕緣柵極晶體管(21)的第一電流端子在高電位側(cè)耦合到所述二極管(22)的陰極，其中所述絕緣柵極晶體管(21)的第二電流端子在低電位側(cè)耦合到所述二極管(22)的陽(yáng)極，并且其中將所述第一控制晶體管(ST1，ST3)配置成，在所述二極管(22)傳導(dǎo)第一電流時(shí)，通過(guò)降低所述絕緣柵極晶體管(21)的柵極端子的電位來(lái)使所述絕緣柵極晶體管(21)截止。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括 形成到所述半導(dǎo)體襯底(1)的第一感測(cè)電阻器(31)， 其中所述二極管(22)具有用于輸出與所述第一電流成比例的第二電流的感測(cè)陽(yáng)極端子(22b)，其中所述第一感測(cè)電阻器(31)耦合在所述二極管(22)的所述陽(yáng)極 和所述感測(cè)陽(yáng)極端子(22b)之間，其中所述第一控制晶體管(ST1)的控制端子耦合到所述二極管(22) 的所述陽(yáng)極，其中所述第一控制晶體管(ST1)的所述第一電流端子耦合到所述絕緣 柵極晶體管(21)的所述柵極端子，其中所述第一控制晶體管(ST1)的所述第二電流端子耦合到所述二極 管(22)的所述感測(cè)陽(yáng)極端子(22b)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，還包括 形成到所述半導(dǎo)體襯底(1)的第二控制晶體管(ST2);以及形成到所述半導(dǎo)體襯底(1)的第二感測(cè)電阻器(32)，其中將所述第二控制晶體管(ST2)配置成，在流經(jīng)所述絕緣柵極晶體 管(21)的第三電流超過(guò)可允許的電流值時(shí)，通過(guò)降低所述絕緣柵極晶體 管(21)的所述柵極端子的電位來(lái)使所述絕緣柵極晶體管(21)截止，其中所述絕緣柵極晶體管(21)具有用于輸出與所述第三電流成比例 的第四電流的感測(cè)電流端子(21b)，其中所述第二感測(cè)電阻器(32)耦合 在所述絕緣柵極晶體管(21)的所述感測(cè)電流端子(21b)和所述絕緣柵極 晶體管(21)的所述第二電流端子之間，其中所述第二控制晶體管(ST2)的控制端子耦合到所述絕緣柵極晶體 管(21)的所述感測(cè)電流端子(21b)，其中所述第二控制晶體管(ST2)的第一電流端子耦合到所述絕緣柵極 晶體管(21)的所述柵極端子，并且其中所述第二控制晶體管(ST2)的第二電流端子耦合到所述絕緣柵極 晶體管(21)的所述第二電流端子。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括 形成到所述半導(dǎo)體襯底(1)的第一感測(cè)電阻器(33);以及 形成到所述半導(dǎo)體襯底(1)的第二感測(cè)電阻器(34)， 其中所述二極管(22)具有用于輸出與所述第一電流成比例的第二電流的感測(cè)陽(yáng)極端子(22b)，其中第三電流流經(jīng)所述絕緣柵極晶體管(21)， 其中所述絕緣柵極晶體管(21)具有用于輸出與所述第三電流成比例的第四電流的感測(cè)電流端子(21b)，其中所述第一感測(cè)電阻器(33)耦合在所述二極管(22)的所述感測(cè)陽(yáng)極端子(22b)和所述絕緣柵極晶體管(21)的所述感測(cè)電流端子(21b)之間，其中所述第二感測(cè)電阻器(34)耦合在所述絕緣柵極晶體管(21)的所述感測(cè)電流端子(21b)和所述第二電流端子之間，并且其中所述第一感測(cè)電阻器(33)的電阻大于所述第二感測(cè)電阻器(34)的電阻，其中所述第一控制晶體管(ST3)的控制端子耦合到所述絕緣柵極晶體 管(21)的所述感測(cè)電流端子(21b)，其中所述第一控制晶體管(ST3)的第一電流端子耦合到所述絕緣柵極 晶體管(21)的所述柵極端子，并且其中所述第一控制晶體管(ST3)的所述第二電流端子耦合到所述二極 管(22)的所述陽(yáng)極(22a)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣柵極晶體管(21)為絕緣柵極雙極晶體管或垂直金屬氧 化物半導(dǎo)體晶體管，其中所述絕緣柵極晶體管(21)的所述第一電流端子為所述絕緣柵極 雙極晶體管的集電極端子或所述垂直金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極端 子，并且其中所述絕緣柵極晶體管(21)的所述第二電流端子為所述絕緣柵極 雙極晶體管的發(fā)射極端子或所述垂直金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的源極端 子。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一控制晶體管(ST1， ST3)為雙極晶體管或金屬氧化物半 導(dǎo)體晶體管，其中所述第一控制晶體管(ST1， ST3)的所述控制端子為所述雙極晶 體管的基極端子或所述金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極端子，其中所述第一控制晶體管(ST1， ST3)的所述第一電流端子為所述雙 極晶體管的集電極端子或所述金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極端子，并且其中所述第一控制晶體管(ST1， ST3)的所述第二電流端子為所述雙 極晶體管的發(fā)射極端子或所述金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的源極端子。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二控制晶體管(ST2)為雙極晶體管或金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管，其中所述第二控制晶體管(ST2)的所述控制端子為所述雙極晶體管的 基極端子或所述金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極端子，其中所述第二控制晶體管(ST2)的所述第一電流端子為所述雙極晶體 管的集電極端子或所述金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極端子，并且其中所述第二控制晶體管(ST2)的所述第二電流端子為所述雙極晶體 管的發(fā)射極端子或所述金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的源極端子。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一控制晶體管(ST1， ST3)設(shè)置成與所述絕緣柵極晶體管 (21)或所述二極管(22)相鄰。
9、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二控制晶體管(ST2)設(shè)置成與所述絕緣柵極晶體管(21) 或所述二極管(22)相鄰。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括.-形成到所述半導(dǎo)體襯底(1)的絕緣溝槽(ZK)， 其中由所述絕緣溝槽(ZK)圍繞所述第一控制晶體管(ST1， ST3)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括 形成到所述半導(dǎo)體襯底(1)的絕緣溝槽(ZK);以及 形成到所述半導(dǎo)體襯底(1)的掩埋絕緣層(ZU)， 其中由所述絕緣溝槽(ZK)和所述掩埋絕緣層(ZU)隔離所述第一控制晶體管(ST1， ST3)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括 形成到所述半導(dǎo)體襯底O)且位于所述第一控制晶體管(ST1， ST3)正下方的第一高摻雜層(Nl， N2)，其中所述第一高摻雜層(Nl， N2)具有與所述半導(dǎo)體襯底(1)相同 的導(dǎo)電類型并具有大于所述半導(dǎo)體襯底(1)的雜質(zhì)濃度。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括形成到所述半導(dǎo)體襯底(1)的第二高慘雜層(la),其中所述第二高摻雜層(la)具有與所述半導(dǎo)體襯底(1)相同的導(dǎo)電 類型并具有大于所述半導(dǎo)體襯底(1)的雜質(zhì)濃度，其中所述絕緣柵極晶體管(21)具有溝槽柵極結(jié)構(gòu)，并且其中所述第二高摻雜層(la)位于所述絕緣柵極晶體管(21)的溝道 層(2a)和漂移層之間。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述半導(dǎo)體器件安裝在車輛上。
15、 一種逆變器電路，包括多個(gè)半導(dǎo)體器件，其中的每一個(gè)均為如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的逆變器電路，其中所述多個(gè)半導(dǎo)體器件包括六個(gè)半導(dǎo)體器件且被配置成產(chǎn)生三相交 流輸出，并且其中所述六個(gè)半導(dǎo)體器件集成在單個(gè)半導(dǎo)體芯片(IC1， IC2)中。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的逆變器電路，其中所述多個(gè)半導(dǎo)體器件包括六個(gè)半導(dǎo)體器件且被配置成產(chǎn)生三相交 流輸出，并且其中所述六個(gè)半導(dǎo)體器件中的三個(gè)集成在第一單個(gè)半導(dǎo)體芯片(IC3u) 中，并且其中所述六個(gè)半導(dǎo)體器件中的另外三個(gè)集成在第二單個(gè)半導(dǎo)體芯片 (IC3d)中。
18、 根據(jù)權(quán)利要求15-17中任一項(xiàng)所述的逆變器電路， 其中所述多個(gè)半導(dǎo)體器件中的每一個(gè)的所述絕緣柵極晶體管(21)和所述二極管(22)中的每一個(gè)都是垂直元件，在所述垂直元件中電流沿垂 直于所述半導(dǎo)體襯底(1)表面的方向流動(dòng)，并且其中通過(guò)沿所述方向穿透所述半導(dǎo)體襯底(1)的絕緣溝槽(ZK)使所 述多個(gè)半導(dǎo)體器件彼此隔離。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底(1)、形成到所述半導(dǎo)體襯底(1)的絕緣柵極晶體管(21)、形成到所述半導(dǎo)體襯底(1)的二極管(22)、以及形成到所述半導(dǎo)體襯底(1)的控制晶體管(ST1-ST3)。所述絕緣柵極晶體管(21)的第一電流端子在高電位側(cè)耦合到所述二極管(22)的陰極。所述絕緣柵極晶體管(21)的第二電流端子在低電位側(cè)耦合到所述二極管(22)的陽(yáng)極(22a)。將所述控制晶體管(ST1-ST3)配置成，在所述二極管(22)傳導(dǎo)電流時(shí)，通過(guò)降低所述絕緣柵極晶體管(21)的柵極端子的電位來(lái)使所述絕緣柵極晶體管(21)截止。
文檔編號(hào)H02M7/537GK101431075SQ20081017483
公開(kāi)日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月7日
發(fā)明者福田豐, 都筑幸夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝