半导体器件和功率转换器制造技术

本申请涉及半导体器件和功率转换器。旨在提供一种半导体器件，其能够防止关断时的浪涌电压，而不会使栅极驱动电路复杂化且不会使开关延迟增大。半导体器件具有以下配置，其中通过包括用于控制在第一主电极与第二主电极之间流动的电流的多个控制电极，将多个晶体管等效地并联耦合。来自公共控制端子的控制信号的传输路径的电阻值关于每个控制电极而变化。

Semiconductor devices and power converters

The application relates to a semiconductor device and a power converter. The aim is to provide a semiconductor device that can prevent surge voltage from shutting down without complicating the gate drive circuit and increasing the delay of the switch. The semiconductor device has the following configuration in which a plurality of transistors are equivalent in parallel by controlling a plurality of control electrodes that are used to control the current flowing between the first main electrode and the second main electrode. The resistance value of the transmission path from the control signal of the common control terminal varies with each control electrode.

【技术实现步骤摘要】
半导体器件和功率转换器相关申请的交叉引用这里通过参考并入2016年12月27日提交的日本专利申请No.2016-253709的全部公开内容，包括说明书、附图和摘要。
例如，本专利技术涉及一种优选地用作用于功率转换器的开关元件的半导体器件。
技术介绍
在用于功率转换器、双向开关等的半导体开关元件中，重要的是抑制关断期间的浪涌电压而不增加开关延迟。例如，日本未审查专利申请公开No.HEI10(1998)-075164公开了其中栅极驱动电路加倍的半导体开关器件的配置。至于关断，第一栅极驱动电路从关断开始时操作，而第二栅极驱动电路在预定时间后操作。作为另一实施例，上述日本未审查专利申请公开No.HEI10(1998)-075164还公开了一种配置，其中将专用于关断开始时的电路附加地提供给栅极驱动电路。专用于关断开始时的电路包括开关电路的公共端子和地电平之间的放电路径。
技术实现思路
在上述日本未审查专利申请公开No.HEI10(1998)-075164中公开的配置中存在的问题是，因为针对关断设置了两个电路，所以栅极驱动电路的配置变得复杂。其他问题和新颖特征将从本申请和附图的描述中变得显而易见。在根据一个实施例的半导体器件中，用于控制流过第一主电极和第二主电极的主电流的控制电极被划分成多个部分。来自公共控制端子的控制信号的传输路径的电阻值不同于经划分的控制电极中的每一个。根据上述实施例，可以提供一种能够控制在关断时的浪涌电压而不使栅极驱动电路复杂化并且不增加开关延迟的半导体器件。附图说明图1是示出根据第一实施例的半导体器件的配置的等效电路；图2是图1所示的变形例的等效电路；图3是示出图1所示的半导体器件的操作的时序图；图4是示出与图1所示的等效电路对应的半导体器件的结构示例的平面图；图5是沿着图4所示的剖面线V-V的横截面图；图6是沿着图4所示的剖面线VI-VI的横截面图；图7是示出制造图4至图6所示的半导体器件的方法的示例的流程图；图8是示出根据第二实施例的半导体器件的配置的等效电路；图9是示出与图8所示的等效电路对应的半导体器件的结构示例的平面图；图10是沿着图9所示的剖面线X-X的横截面图；图11是沿着图9所示的剖面线XI-XI的横截面图；图12是示出在可再充电电池组中使用的双向开关的示例的电路图；以及图13是示出逆变器器件的配置的电路图。具体实施方式以下，参照附图说明本专利技术的实施例。应该注意的是，相同或相应的部件用相同的数字表示，并且不重复其解释。第一实施例[半导体器件的一般配置]图1是示出根据第一实施例的半导体器件的配置的等效电路。参照图1，半导体器件10是改进的N沟道MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。在下文中MOSFET也被描述为“MOS晶体管”。半导体器件10包括作为第一主电极的漏极电极DE、作为第二主电极的源极电极SE、作为多个控制电极部分的栅极电极部分GE1、GE2、GE3以及电阻元件R2、R3。应该注意，全部的栅极电极部分GE1、GE2、GE3或其中未指定的一个可以在下文中简称为“栅极电极部分GE”。等同地，半导体器件10可以被认为是并联耦合的三个N沟道MOS晶体管Q1、Q2、Q3。MOS晶体管Q1、Q2、Q3共用漏极电极DE和源极电极SE。MOS晶体管Q1、Q2、Q3的导通-截止由通过MOS晶体管Q1、Q2、Q3的各栅极电极部分GE供给的栅极控制信号控制。以下，全部的MOS晶体管Q1、Q2、Q3或它们中的任何一个可以简称为“MOS晶体管Q”。作为主电流的漏极电流Id在漏极电极DE与源极电极SE之间流动。等效地，漏极电流Id被划分成对应于多个栅极电极部分GE1、GE2、GE3的多个漏极电流分量Id1、Id2、Id3。根据提供给每个栅极电极部分GE的栅极控制信号来控制每个漏极电流分量Id1、Id2、Id3。实际上，流过每个栅极电极部分GE附近的沟道的电流分量由对应的栅极电极部分GE控制。图1还示出了用于换向的二极管PD1、PD2、PD3，其以反向并联(反向偏置方向且并联)方式耦合到MOS晶体管Q1、Q2、Q3。当半导体器件10由垂直MOS晶体管构成时，二极管PD1、PD2、PD3可以是寄生二极管，或者可以是与MOS晶体管Q1、Q2、Q3无关地形成的二极管。半导体器件10包括漏极端子DT、源极端子ST和栅极端子GT，以耦合到外部。漏极电极DE耦合到漏极端子DT，并且源极电极SE耦合到源极端子ST。作为主电流，漏极电流Id从漏极端子DT流向源极端子ST。栅极端子GT被输入有栅极控制信号以控制漏极电流Id。通常，电阻元件R1耦合在半导体器件10外部的栅极信号输入端子GIT与栅极端子GT之间。电阻元件R1与半导体器件10一起被安装在印刷电路板上。通过调节电阻元件R1的电阻值，可以事后调节浪涌电压的大小和开关速度。栅极电极部分GE1直接耦合到栅极端子GT，而没有经由电阻元件R2和R3中的任何一个。栅极电极部分GE2经由电阻元件R2耦合到栅极电极部分GE1。栅极电极部分GE3经由电阻元件R3耦合到栅极电极部分GE2。栅极端子GT与栅极电极部分GE1之间的电阻值小于电阻元件R2或R3的电阻值。因此，每个栅极电极部分GE1、GE2、GE3和栅极端子GT之间的控制信号路径的电阻值关于每个栅极电极部分GE而变化。在图1的情况下，栅极电阻按照栅极电极部分GE1、GE2、GE3的顺序增加。图2是图1所示的变形例的等效电路。图2所示的半导体器件10M与图1所示的半导体器件10的不同之处在于，设置电阻元件R4、R5、R6，而不是图1中的电阻元件R2、R3。参考图2，栅极电极部分GE1经由电阻元件R4耦合到栅极端子GT。栅极电极部分GE2经由电阻元件R5耦合到栅极端子GT。栅极电极部分GE3经由电阻元件R6耦合到栅极端子GT。这里假定电阻元件R6的电阻值大于电阻元件R5的电阻值，并且电阻元件R5的电阻值大于电阻元件R4的电阻值。因此，每个栅极电极部分GE1、GE2、GE3和栅极端子GT之间的控制信号路径的电阻值关于每个栅极电极而变化，并且这些电阻值之间的关系与图1所示情况相同。但是，在图2的情况下，电阻元件所占的面积较大。即，图1所示配置是有利的，因为可以减小电阻元件所需的面积。因为图2中的其他特征与图1中的特征相同，所以相同或相应的部件用相同的标号表示，并且不重复其解释。[半导体器件的操作]下面描述图1所示的半导体器件10在关断时的操作。首先描述现有技术的半导体开关元件在关断时遇到的问题。通常，对于存在于半导体电路的布线等中的电感L，在半导体开关元件关断时根据瞬间流过半导体开关元件的电流i的变化率di/dt产生浪涌电压L·(di/dt)。浪涌电压会导致半导体电路的故障。尽管浪涌电压可以通过将相对高的栅极电阻耦合到栅极电极而被适当地抑制，但是这种高栅极电阻会导致半导体开关元件的开关的显著延迟。如下所述，根据本实施例的半导体器件10可以抑制浪涌电压并且还抑制延迟量的增加。图3是示出图1所示的半导体器件的操作的时序图。图3从上向下示出了在栅极信号输入端子GIT处的栅极输入电压Vin、在栅极电极部分GE1、GE2、GE3处的栅极电压Vg1、Vg2、Vg3、漏极电流Id和漏极电压Vd。参照图1和图3，栅极输入电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，包括：第一主电极；第二主电极；多个控制电极部分，每个控制电极部分根据控制信号控制在所述第一主电极和所述第二主电极之间流动的电流；和控制端子，所述控制端子从外部接收所述控制信号，其中所述控制电极部分的电容值和所述控制信号的传输路径的电阻值的乘积关于每个控制电极部分而变化。

【技术特征摘要】
2016.12.27 JP 2016-2537091.一种半导体器件，包括：第一主电极；第二主电极；多个控制电极部分，每个控制电极部分根据控制信号控制在所述第一主电极和所述第二主电极之间流动的电流；和控制端子，所述控制端子从外部接收所述控制信号，其中所述控制电极部分的电容值和所述控制信号的传输路径的电阻值的乘积关于每个控制电极部分而变化。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中来自所述控制端子的所述控制信号的所述传输路径的所述电阻值关于所述每个控制电极部分而变化。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述半导体器件包括作为所述控制电极部分的N个(N是等于或大于2的整数)控制电极部分，其中所述半导体器件还包括N-1个电阻元件，其中第一控制电极部分耦合到所述控制端子，而没有经由所述N-1个电阻元件中的任何一个，以及其中第i+1个(i是等于或大于1且等于或小于N-1的整数)控制电极部分经由第i个电阻元件耦合到第i个控制电极部分。4.根据权利要求3所述的半导体器件，其中所述第一主电极设置在衬底的第一主表面上方，以及其中所述第二主电极设置在所述衬底的与所述第一主表面相对的第二主表面上方。5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中每个所述控制电极部分设置在所述衬底的所述第一主表面侧上方并且包括彼此...

【专利技术属性】
技术研发人员：小嶋勇介，横井芳彦，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP