可缩放电流感测晶体管制造技术

本发明专利技术涉及可缩放电流感测晶体管。一种半导体器件包括主晶体管和感测晶体管。主晶体管被设置在半导体主体中并且包括多个区段，该多个区段经由设置在半导体主体之上的分离栅极电极单独可控制。感测晶体管被设置在与主晶体管相同的半导体主体中，并且具有与主晶体管相同数目的单独可控制区段。感测晶体管的每个单独可控制区段被配置成镜像流过主晶体管的单独可控制区段中的一个的电流，并且被连接到与主晶体管的该单独可控制区段相同的栅极电极。还提供了包括半导体器件的电子电路和输出表示由感测晶体管镜像的电流的电流感测信号的电流感测电路。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及主晶体管电流感测，特别是用于镜像流过主晶体管的电流的可缩放电流感测晶体管。
技术介绍
某些常规主晶体管可以通过选择性地控制晶体管的不同有源区来按需求对输出功率进行缩放。例如，可以将主晶体管细分成有源区的两个或更多区段。包括在特定区段中的主晶体管单元的栅极被连接到相同栅极电极。同样地，为主晶体管提供了多于一个栅极电极并且那些栅极电极中的每一个对应于主晶体管的不同有源区。可以经由用于该区段的对应栅极电极来单独地控制主晶体管的每个区段。此类布置有效地允许有按需求的可编程芯片尺寸。随着负载需求改变，芯片的有效尺寸也通过单独地控制主晶体管的不同有源区而如此改变。上文解释的按需求可编程芯片尺寸方法存在的一个问题是流过主晶体管的电流的准确感测变得更加复杂。感测晶体管通常被与主晶体管并联地耦合并且被单个栅极信号控制以便镜像流过主晶体管的电流。诸如运算放大器之类的电流感测电路均衡感测和主晶体管的公共感测节点（例如nMOS晶体管的情况下的源极和pMOS晶体管的情况下的漏极）处的电压，并且输出对应于由感测晶体管镜像的电流的电流估计。然而，主晶体管的导通电阻（Ron）根据主晶体管的哪些有源区导通和哪些有源区关断而明显变化。结果，主晶体管的Ron随着负载需求改变而变化。为了实现主晶体管中的常规感测晶体管，具有上文解释的按需求可编程芯片尺寸方法的芯片要求根据主晶体管的哪些有源区导通和哪些有源区关断的电流感测电路的电流感测输出的缩放。换言之，感测晶体管的导通电阻与主晶体管的导通电阻的比取决于主晶体管的哪些栅极是有源的和哪些栅极不是有源的。常规解决方案是基于主晶体管的操作模式来调整电流感测电路的增益。然而，这种方法要求电流感测输出的运行时缩放，这增加系统的复杂性和成本。
技术实现思路
根据半导体器件的实施例，该半导体器件包括主晶体管和感测晶体管。主晶体管被设置在半导体主体中并且包括多个区段，该多个区段经由设置在半导体主体之上的分离栅极电极而单独可控制。感测晶体管被设置在与主晶体管相同的半导体主体中，并且包括与主晶体管相同数目的单独可控制区段。感测晶体管的每个单独可控制区段被配置成镜像流过主晶体管的单独可控制区段中的一个的电流，并且被连接到与主晶体管的单独可控制区段相同的栅极电极。根据半导体器件的实施例，该半导体器件包括主晶体管和感测晶体管。主晶体管被设置在半导体主体中并且包括多个区段，该多个区段经由设置在半导体主体之上的分离栅极电极而单独可控制。感测晶体管被设置在与主晶体管相同的半导体主体中，并且包括与主晶体管相同数目的单独可控制区段。感测晶体管被配置成以相同的比例镜像流过主晶体管的总电流，不管经由相应栅极电极而被激活的主晶体管的单独可控制区段的数目。根据电子电路的实施例，该电子电路包括主晶体管、感测晶体管和电流感测电路。主晶体管被设置在半导体主体中并且包括多个区段，该多个区段经由设置在半导体主体之上的分离栅极电极而单独可控制。感测晶体管被设置在与主晶体管相同的半导体主体中，并且包括与主晶体管相同数目的单独可控制区段。感测晶体管被配置成以相同的比例镜像流过主晶体管的总电流，不管经由相应栅极电极而被激活的主晶体管的单独可控制区段的数目。电流感测电路被配置成感测流过主晶体管的总电流以及在主晶体管和感测晶体管的公共节点处被感测晶体管镜像的电流。电流感测电路还被配置成均衡主晶体管和感测晶体管的公共节点处的电压，并且输出表示由感测晶体管镜像的电流的电流感测信号。本领域的技术人员在阅读以下详细描述时以及在查看附图时将意识到附加特征和优点。附图说明绘图的元件相对于彼此不一定成比例。相同的参考数字指定对应的类似部分。可以将各种所图示的实施例的特征组合，除非它们彼此排斥。在绘图中描绘实施例并且在随后的描述中详述。图1图示包括设置在与主晶体管相同的半导体主体中的感测晶体管的半导体器件的部分的自上而下平面视图。图2图示沿着图1中的标记为A-A'的线的感测晶体管的一个单元的截面视图。图3图示根据另一实施例的包括设置在与主晶体管相同的半导体主体中的感测晶体管的半导体器件的部分的自上而下平面视图。图4图示根据又一实施例的包括设置在与主晶体管相同的半导体主体中的感测晶体管的半导体器件的部分的自上而下平面视图。图5至7图示耦合到设置在与主晶体管相同的半导体主体中的感测晶体管的电流感测电路的不同实施例。具体实施方式本文描述的实施例提供设置在与主晶体管相同的半导体主体中并且具有与主晶体管相同数目的单独可控制区段的感测晶体管。主晶体管可以是任何类型的晶体管，诸如但不限于功率晶体管、RF晶体管、小信号晶体管、SMPS（切换模式电源）晶体管等。感测晶体管被配置成以相同的比例镜像流过主晶体管的总电流，不管经由相应栅极电极被激活的主晶体管的单独可控制区段的数目。这样，感测晶体管的导通电阻（Ron_sense）与主晶体管的导通电阻（Ron_main）的比（Ron_sense/Ron_main）甚至随着主晶体管的有效有源面积响应于负载需求改变而保持相对恒定。此外，不一定需要根据主晶体管的操作模式来调整耦合到感测晶体管的电流感测电路的增益以保持相对恒定的Ron_sense/Ron_main。替代地，按比例并且结合主晶体管的有源区的数目来调整感测晶体管的有源区的数目。有效地，主晶体管和感测晶体管两者的芯片尺寸可按需求调整以保持相对恒定的Ron_sense/Ron_main，即使当主晶体管的有源区的数目响应于负载需求而改变时。图1图示包括设置在与主晶体管相同的半导体主体中的感测晶体管的半导体器件的部分的自上而下平面视图。接下来在硅技术的背景下解释晶体管的构造，然而，可以使用允许将晶体管分段成单独可控制区段的任何半导体技术。例如，在诸如GaN之类的III-氮化物技术的情况下，晶体管沟道由二维空穴或电子气形成，与要求足够栅极偏压用于吸引电子或空穴以形成（或中断）漏极与源极之间的双向沟道的硅技术相对。可以使用诸如GaAs、SiC等之类的其它半导体技术。在每种情况下，可以将半导体器件的主晶体管和感测晶体管每个分段成经由分离栅极电极而单独可控制的区段。一般地，主晶体管被设置在半导体主体100中并且包括多个区段，该多个区段经由设置在半导体主体100之上的分离栅极电极102、104单独可控制。在图1的自上而下平面视图中为了便于图示而未示出将栅极电极102、104从下层半导体主体100隔离的（一个或多个）电介质层，但其在图2的对应截面视图中可见。在图1中示出主晶体管的两个单独可控制区段。第一区段包括在图1中标记为‘PowerFET1（功率FET1）’的主晶体管栅极106，并且第二区段包括标记为‘PowerFET2（功率FET2）’的主晶体管栅极108。一般地，主晶体管可以包括两个或更多区段，该两个或更多区段经由分离栅极电极102、104单独可控制。通过改变经由对应栅极电极102、104而被激活的主晶体管区段的数目来调整由主晶体管输出的电流的量。例如，可以经由被连接到设置在第一区段（即包括在图1中标记为‘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：主晶体管，设置在半导体主体中并且包括多个区段，所述多个区段经由设置在半导体主体之上的分离栅极电极单独可控制；以及感测晶体管，设置在与主晶体管相同的半导体主体中并且包括与主晶体管相同数目的单独可控制区段，感测晶体管的每个单独可控制区段被配置成镜像流过主晶体管的单独可控制区段中的一个的电流并且被连接到与主晶体管的单独可控制区段相同的栅极电极。

【技术特征摘要】
2014.12.17 US 14/5728451.一种半导体器件，包括：
主晶体管，设置在半导体主体中并且包括多个区段，所述多个区段经由设置在半导体主体之上的分离栅极电极单独可控制；以及
感测晶体管，设置在与主晶体管相同的半导体主体中并且包括与主晶体管相同数目的单独可控制区段，感测晶体管的每个单独可控制区段被配置成镜像流过主晶体管的单独可控制区段中的一个的电流并且被连接到与主晶体管的单独可控制区段相同的栅极电极。
2.权利要求1的半导体器件，其中：
主晶体管包括设置在形成于半导体主体中的沟槽中的多个主晶体管栅极，每个主晶体管栅极被配置成控制邻近于该主晶体管栅极设置的主晶体管的沟道区；
主晶体管的单独可控制区段中的第一个包括主晶体管栅极的第一组；
主晶体管的单独可控制区段中的第二个包括主晶体管栅极的第二组；
主晶体管栅极的第一组被连接到栅极电极中的第一个；
主晶体管栅极的第二组被连接到栅极电极中的第二个；
感测晶体管包括设置在形成于半导体主体中的沟槽中的多个感测晶体管栅极，每个感测晶体管栅极被配置成控制邻近于该感测晶体管栅极设置的感测晶体管的沟道区；
感测晶体管的单独可控制区段中的第一个包括感测晶体管栅极中的第一个；
感测晶体管的单独可控制区段中的第二个包括感测晶体管栅极中的第二个；
第一感测晶体管栅极被连接到第一栅极电极；以及
第二感测晶体管栅极被连接到第二栅极电极。
3.权利要求2的半导体器件，其中：
第一组主晶体管栅极与第二组主晶体管栅极交错；以及
感测晶体管栅极被插入主晶体管栅极中的两个之间。
4.权利要求3的半导体器件，其中，主晶体管栅极中的每一个形成主晶体管的单元的部分，并且感测晶体管栅极中的每一个形成感测晶体管的单元的部分，半导体器件还包括：
第一源极电极，设置在半导体主体之上并且被连接到第一组主晶体管单元的源极；
第二源极电极，设置在半导体主体之上并且被连接到第二组主晶体管单元的源极；以及
第三源极电极，设置在半导体主体之上并且被连接到感测晶体管单元的源极。
5.权利要求2的半导体器件，其中：
第一组主晶体管栅极被设置在半导体主体的第一部分中；
第二组主晶体管栅极被设置在与第一部分横向地间隔开的半导体主体的第二部分中；
第一感测晶体管栅极被设置在半导体主体的第一部分中；以及
第二感测晶体管栅极被设置在半导体主体的第二部分中。
6.权利要求5的半导体器件，其中：
第一感测晶体管栅极被插入在半导体主体的第一部分中的第一组主晶体管栅极中的两个之间；以及
第二感测晶体管栅极被插入在半导体主体的第二部分中的第二组主晶体管栅极中的两个之间。
7.权利要求5的半导体器件，其中：
主晶体管栅极中的每个形成主晶体管的单元的部分；
第一感测晶体管栅极形成感测晶体管的第一单元的部分；
第二感测晶体管栅极形成感测晶体管的第二单元的部分；
包括在半导体主体的第一部分中的主晶体管单元的组合有源面积不同于包括在半导体主体的第二部分中的主晶体管单元的组合有源面积；以及
第一感测晶体管单元的有源面积基于包括在半导体主体的第一和第二部分中的主晶体管单元的组合有源面积之间的差而相对于第二感测晶体管单元的有源面积进行缩放。
8.权利要求1的半导体器件，其中，主晶体管的每个单独可控制区段包括设置在形成于半导体主体中的沟槽中并且被连接到栅极电极中的相同一个的多个栅极，并且其中，感测晶体管的每个单独可控制区段包括设置在形成于半导体主体中的沟槽中并且被连接到与被感测晶体管的该单独可控制区段镜像的主晶体管的单独可控制区段相同的栅极电极的栅极。
9.权利要求8的半导体器件，其中，感测晶体管的栅极被设置为与主晶体管的边缘区域相比更接近于主晶体管的中心区域。
10.一种半导体器件，包括：
主晶体管，设置在半导体主体中并且包括多个区段，该多个区段经由设置在半导体主体之上的分离栅极电极单独可控制；以及
感测晶体管，设置在与主晶体管相同的半导体主体中并且包括与主晶体管相同数目的单独可控制区段，该感测晶体管被配置成以相同的比例镜像流过主晶体管的总电流，不管经由相应栅极...

【专利技术属性】
技术研发人员：G贝尔纳奇亚，O布兰克，R皮塔西，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT