保护以防过热的功率部件制造技术

三端双向可控硅开关具有从硅衬底形成的竖直结构，硅衬底具有上侧表面。上侧表面上的主涂敷金属的第一部分置于被形成在第二传导类型的层中的第一传导类型的第一区域上。主涂敷金属的第二部分置于上述层的部分上。上侧表面上的栅极涂敷金属置于在第一区域的附近形成在上述层中的第一传导类型的第二区域上。在上侧表面上形成在上述层中的多孔硅棒具有与栅极涂敷金属接触的第一端以及与主涂敷金属接触的第二端。

Protection of power components to prevent overheating

The three terminal triac has a vertical structure from the silicon substrate, and the silicon substrate has an upper surface. The first part of the main coating metal on the upper surface is placed on the first region of the first conduction type formed in the layer of the second conduction type. The second part of the main coating metal is placed on the part of the above layer. The gate coating metal on the upper surface is placed near the first region and formed on the second region of the first conduction type in the layer. The porous silicon rods formed on the upper surface have the first end of the metal contact with the grid and the second end contact with the main coating metal.

【技术实现步骤摘要】
保护以防过热的功率部件优先权声明本申请要求2016年3月31日提交的法国专利申请第16/52822号的优先权权益，其全部公开内容通过引用在法律许可的最大程度上被合并于此。
本公开涉及保护以防过热的功率部件，并且更具体地涉及保护以防温度增加的具有竖直结构的三端双向可控硅开关和晶闸管。
技术介绍
具有竖直结构的三端双向可控硅开关和晶闸管是包括至少四个层和/或交替传导类型的半导体区域的堆叠的电子功率开关。在这样的部件中，第一金属化层或主电极A1置于堆叠的主表面上。第二金属化层或主电极A2置于堆叠的其它主表面上。金属化层或栅电极G与主电极A1置于堆叠的同一表面上。通常，当这些部件中的一个部件的主电极A1与A2之间存在电势差时，主电极A1与A2之间的电流的流动以栅极电流在栅电极上的应用为条件。一旦在主电极之间的电流流动已经被建立，则这些部件保持传导电流直到其在被称为保持电流的门限值下面通过。图1对应于美国专利申请公开第2015/0108537号(通过引用被合并)的图7。本附图是具有竖直结构的三端双向可控硅开关1的示例的横截面视图。三端双向可控硅开关1从轻掺杂N型硅衬底3(N-)形成。衬底3的上表面和下表面包括P型掺杂层5和7。上部层5包含重掺杂N型区域9(N+)和重掺杂N型区域11(N+)。下部层7在基本上与在俯视图中由区域9占据的区域互补的区域中包含重掺杂N型区域13(N+)。主电极A1被布置在衬底3的上表面上，跨着P型掺杂层5的部分和N+区域9。主电极A2被布置在衬底3的下表面上，跨着P型掺杂层7的部分和N+区域13。栅电极G布置在衬底3的上表面上，跨着P型掺杂层5的部分和N+区域11。当三端双向可控硅开关1处于断开状态并且栅极信号被施加给端子G时，栅极电流IGK在端子G与A1之间流经P层5，P层5在端子之间形成电阻器RGK。如果栅极电流IGK的绝对值大于三端双向可控硅开关1的接通门限，则端子G与A1之间的电压降VGK足以接通三端双向可控硅开关1，三端双向可控硅开关1从断开状态切换至接通状态。三端双向可控硅开关1的缺点在于，当其温度增加时，P层5的电阻增加，并且因此等效电阻RGK的值增加。因此，即使端子G与A1之间的电流IGK小于标称接通电流，这一电流的流动仍然可以在P层5中引起高的电压降，从而引起三端双向可控硅开关1的寄生接通。该寄生开始有助于将三端双向可控硅开关温度增加至高达能够引起三端双向可控硅开关的劣化或者甚至毁坏的很高的值。晶闸管也存在相同的问题。图2对应于美国专利申请公开第2012/0250200号(通过引用被合并)的图3(a)。本附图是防止过热的三端双向可控硅开关20的保护的示例的电路图。三端双向可控硅开关20包括主端子A1和A2以及栅极端子G。三端双向可控硅开关20的端子G与端子A1之间连接有肖克利(Shockley)二极管30。肖克利二极管30热链接至三端双向可控硅开关20。在操作中，肖克利二极管30初始处于断开状态并且三端双向可控硅开关20正常操作。当三端双向可控硅开关20过热时，肖克利二极管的温度增加并且其接通门限减小。因此，当栅极信号被施加给端子G时，该信号通过肖克利二极管被偏离。因此，没有电流流经被肖克利二极管短路的电阻器RGK，并且三端双向可控硅开关20保持断开状态。这使得能够避免三端双向可控硅开关的温度继续增加，从而防止其劣化或者其毁坏。关于图2所描述的保护相对较难实现和调节，并且还相对较笨重。因此，期望具有包括保护以防过热的三端双向可控硅开关和晶闸管，从而克服现有的保护方案的至少某些缺点。
技术实现思路
实施例提供了一种具有竖直结构的三端双向可控硅开关，其在硅衬底的上侧表面上包括：具有第一部分和第二部分的主金属化层，第一部分置于被形成在第二传导类型的层中的第一传导类型的第一区域上，并且第二部分置于上述层的部分上；置于在第一区域的附近形成在上述层中的第一传导类型的第二区域上的栅极金属化层；以及被形成在上述层中的至少一个多孔硅棒，上述棒的第一端与金属化层接触并且上述棒的第二端与主金属化层接触。根据实施例，栅极金属化层仅与第二区域和上述至少一个多孔硅棒电接触。根据实施例，三端双向可控硅开关包括：第一多孔硅棒，具有与主金属化层的上述第一部分接触的第一端；以及第二多孔硅棒，具有与主金属化层的上述第二部分接触的第二端。根据实施例，三端双向可控硅开关包括棒，该棒具有在上述第一区域中延伸的第一部分并且具有在上述层的上述部分中延伸的第二部分。另一实施例提供一种具有竖直结构的晶闸管，其在硅衬底的上侧表面上包括：置于形成在第二传导类型的层中的第一传导类型的第一区域上的主金属化层；置于第二区域上的栅极金属化层，第二区域由在上述第一区域的附近形成在上述层中的第一传导类型的多孔硅或掺杂的硅制成；以及形成在上述层中的至少一个多孔硅棒，上述棒的第一端与栅极金属化层接触，并且上述棒的第二端与主金属化层接触。根据实施例，在其第一端与第二端之间，棒包括在上述第一区域中延伸的部分。附图说明将结合附图在具体实施例的以下非限制性描述中详细讨论以上以及其它特征和优点，在附图中：图1先前已经描述并且对应于公开第2015/0108537号的图7；图2先前已经描述并且对应于公开第2012/0250200号的图3(a)；图3A到3C示意性地示出保护以防温度增加的三端双向可控硅开关的实施例；图4示意性地示出图3A到3C的三端双向可控硅开关的替代实施例；以及图5A和5B示意性地示出保护以防温度增加的晶闸管的实施例。具体实施方式在各种附图中，相同的元件用相同的附图标记来表示，并且另外，各种附图没有按比例。在以下描述中，术语“右手”、“上部”、“下部”等指代所涉及的元件在对应附图中的方位。除非另外提及，否则表达“布置在……上”以及“置于……上”表示布置在……上并且与其接触以及“置于……上并且与其接触”。图3A、3B和3C示意性地示出保护以防过热的三端双向可控硅开关40的实施例。图3A是俯视图，图3B和3C是沿着图3A的相应平面AA和BB的横截面视图。三端双向可控硅开关40包括交替传导类型(分别为PNP)的硅层41、43和45，其分别对应于关于图1描述的三端双向可控硅开关1的层7、衬底3和层5。上部P层45中形成有重掺杂N型硅区域47(N+)，下部P层41中形成有重掺杂N型硅区域49(N+)。在三端双向可控硅开关40的角落处，在上部P层45中在N+区域47的附近形成有重掺杂N型硅区域51(N+)。在本实施例中，N+区域51在俯视图中具有正方形形状。另外，N+区域47在俯视图中具有包括切削角(在图3A的右手侧)和相对N+区域51的三角形形状。虽然这在图3A到3C中没有示出，N+区域49占据在俯视图中基本上与由N+区域47所占据的区域互补的区域。上部主金属化层A1置于层和/或区域41、43、45、47、49和51的堆叠的上表面上，跨着N+区域47和上部P层45。主金属化层A2置于堆叠的下表面上，跨着N+区域49和上部P层41。栅极金属化层G置于N+区域51上。绝缘层53布置在堆叠的上表面和下表面上，并且界定金属化层A1、A2和G与堆叠的半导体区域和/或层之间的电接触的表面。电接触表面由图3A中的虚线55来界定。三端双向可控硅开关40本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有竖直结构的三端双向可控硅开关，包括：硅衬底，具有上侧表面；主金属化层，在所述上侧表面上并且具有第一部分和第二部分，所述第一部分置于被形成在第二传导类型的层中的第一传导类型的第一区域上，并且所述第二部分置于所述层的部分上；栅极金属化层，在所述上侧表面上并且置于在所述第一区域附近被形成在所述层中的所述第一传导类型的第二区域上；以及被形成在所述层中的至少一个多孔硅棒，其中所述多孔硅棒的第一端与所述栅极金属化层接触，并且其中所述多孔硅棒的第二端与所述主金属化层接触。

【技术特征摘要】
2016.03.31 FR 16528221.一种具有竖直结构的三端双向可控硅开关，包括：硅衬底，具有上侧表面；主金属化层，在所述上侧表面上并且具有第一部分和第二部分，所述第一部分置于被形成在第二传导类型的层中的第一传导类型的第一区域上，并且所述第二部分置于所述层的部分上；栅极金属化层，在所述上侧表面上并且置于在所述第一区域附近被形成在所述层中的所述第一传导类型的第二区域上；以及被形成在所述层中的至少一个多孔硅棒，其中所述多孔硅棒的第一端与所述栅极金属化层接触，并且其中所述多孔硅棒的第二端与所述主金属化层接触。2.根据权利要求1所述的三端双向可控硅开关，其中所述栅极金属化层仅与所述第二区域和所述至少一个多孔硅棒电接触。3.根据权利要求1所述的三端双向可控硅开关，其中所述至少一个多孔硅棒包括：第一多孔硅棒，具有与所述主金属化层的所述第一部分接触的第一端；以及第二多孔硅棒，具有与所述主金属化层的所述第二部分接触的第二端。4.根据权利要求1所述的三端双向可控硅开关，其中所述至少一个多孔硅棒(61)具有在所述第一区域中延伸的第一部分并且具有在所述层的所述部分中延伸的第二部分。5.一种具有竖直结构的晶闸管，包括：硅衬底，具有上侧表面；主金属化层，在所述上侧表面上并且置于被形成在第二传导类型的层中的第一传导类型的第一区域上；栅极金属化层，在所述上侧表面上并且置于在所述第一区域附近被形成在所述层中的所述第一传导类型的掺杂的硅区域上；以及多孔硅棒，被形成在所述层中并且具有与所述栅极金属化层接触的第一端以及与所述主金属化层接触的第二端。6.根据权利要求5所述的晶闸管，其中在所述第一端与所述第二端之间，所述多孔硅棒包括在所述第一区域中延伸的部分。7.一种集成电...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·蒙纳德，
申请(专利权)人：意法半导体图尔公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR