绝缘栅极场效应晶体管制造技术

一种场效应晶体管划分成多个单元（６），并包括连接到第一晶体管单元（８）的分离的第一栅线（２０）和连接到第二晶体管单元（１０）的分离的第二栅线（２２）。驱动电路用于将所有单元（６）驱动于正常的饱和工作状态，但是仅将第二单元（１０）驱动于线性工作状态以减少该线性工作状态下使用的单元的数目。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及绝缘栅极场效应晶体管及其使用方法。
技术介绍
功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)通常用作开关，其中该晶体管完全导通或者完全截止。然而，MOSFET还可以用于线性工作区，通过导通并吸收部分线性工作区的电源，通常是使用动态钳位电路，从而自我保护该MOSFET免受过压尖峰，或者短时间限制电流使得有足够时间作出是否将电流切换到安全状态的决定。其他电路也要求工作于线性模式。例如，许多简单的电机诸如风扇电机就以这种方式进行控制。当现代的功率MOSFET，特别是沟槽MOSFET和垂直双扩散MOSFET(VDMOS)工作于线性区域时会出现问题。现代装置通常具有小的单元节距(＜10μm)，且这些装置容易出现热失控(thermal runaway)。小尺寸装置中出现热失控是因为存在临界电流密度Jc，其中高于Jc时，电流密度随温度增大而降低，而当低于Jc时，电流密度随温度增大而增大。如果FET工作于低于该临界电流密度，小幅的温度上升会增大电流密度，该电流密度增大导致温度上升，导致更大的电流密度，这就是热失控。由两个相互竞争的效应决定该临界电流密度Jc的值。首先，随着温度上升，沟道电阻增大。这随温度上升而减小电流密度。其次，随着温度上升，MOSFET的阈值电压减小。当MOSFET接近导通时，该阈值电压的变化并不重要。然而，在线性区域，阈值电压减小改变了有效栅极电压，由此随温度上升而增大电流密度。随着增益增大，第二种效应变得相对更加重要。现代MOSFET中单位面积的栅极宽度的数值较大，且在电流下工作以使得第二种效应占优，即，该MOSFET工作于低于Jc。这意味着现代的功率MOSFET容易出现热失控，这反过来导致装置失效。本领域技术人员将会理解，该问题不限于使用硅上氧化物的装置，而会发生于任何功率FET。因此需要一种可以减轻该问题的FET设计。
技术实现思路
根据本专利技术提供了一种根据权利要求1的绝缘栅极场效应晶体管。通过这种方式连接单元，可以驱动该装置，使得当FET用于线性工作状态时，仅第二单元工作，而第一单元不工作。电流于是仅流过第二单元。电流密度因此更高。这样，FET可工作于高于或更接近临界电流密度Jc，而不是低于该Jc，减小了热失控的可能性。尽管专利技术人知道具有多种类型单元的现有技术文献，即US2003/0230766 A1，其中所有单元似乎是并联的，而本专利技术使用了沿分离的栅线分别驱动的单元。优选地，所有单元基本上相同。本专利技术可以结合到离散MOSFET或IC的电源部分。在一个优选实施方案中，这些单元呈平行条的形式，且第二单元与第一单元相互交叉。一种特别方便的布置具有一种栅极图案，其中第一栅线横向延伸跨过这些条，并连接到沿条纵向延伸的多个第一栅极手指(gatefinger)而连接到第一单元的栅极；且第二栅线横向延伸跨过这些条，并具有沿条纵向延伸而连接到该第二单元的栅极的多个第二栅极手指。在一个优选实施方案中，第二栅线沿栅极图案的中间延伸，且第一栅线围绕该栅极图案的外围延伸。在特别优选的实施方案中，提供了至少一个驱动电路元件，用于仅将第二单元驱动于线性工作状态。一般而言，所有单元将被驱动处于饱和工作状态。完整驱动电路可以是分离或者部分或全部实现于该MOSFET芯片上。因此，一个或多个驱动电路元件可集成在该芯片上，且这些元件仅为该完整驱动电路的一部分或者全部。功率MOSFET制造领域的技术人员将会意识到，可以在为多晶硅的栅极金属化内容易地制作这些元件。在备选布置中，更复杂或不同的电路系统例如外部电压钳位电路，连接到该线性工作接触件。优选地，第二单元均匀地分布在第一单元之间，使得由于这些单元内电流引起的任何温度上升按照同样的方式分布。该单元可以是条。由于所有单元可以连接在条的末端，因此特别容易将条连接成两组。此外，仅使用单层栅极金属化可以根据需要连接该条的栅极。备选地，可以使用方形、六角形或任何形状的单元。在优选实施方案中，所需要的第二单元的数目为单元总数的1％至50％。单元节距越小，则需要越极端的比率以恢复正温度系数。另一方面，本专利技术还涉及上述场效应晶体管的工作方法。该方法包括通过驱动所有单元的所有栅极以使该单元导通，由此将该场效应晶体管驱动于正常工作状态；以及通过将第二单元驱动于线性工作条件而使第一单元截止，由此将该场效应晶体管驱动于线性工作状态，其中该晶体管不是完全导通。附图说明为了更好地理解本专利技术，将参考附图纯粹示范性地描述本专利技术实施方案，附图中图1示出了根据本专利技术第一实施方案的场效应晶体管的顶视图；图2示出了根据本专利技术第二实施方案的场效应晶体管的电路图；图3示出了根据本专利技术第三实施方案的场效应晶体管的电路图；以及图4示出了本专利技术第三实施方案的细节。具体实施例方式图1示出了一种可能的布局的示例。该布局包括分离的栅极键合衬垫，使得可以分离地驱动该FET的各个部分。参考图1，半导体衬底2具有第一主表面4作为其上表面。在第一主表面4上的条内定义多个单元6。这些单元6划分为正常单元8和线性工作单元10，图中用虚线划分这些单元。各个单元6容纳具有栅极32、源极34和漏极36的场效应晶体管(图2，3)。第一单元8与半导体主体内的第二单元10基本上相同，区别在于如图1所示的栅极连接。本领域技术人员将会理解，背部漏极连接(rear drain connection)和前部源极连接(front sourceconnection)也将被供给到所有的单元。为了清楚，这些未示于图1。单元的栅极形成了栅极金属化内的栅极图案58。第一栅极衬垫50通过第一栅线20连接，从而连接到第一单元8的栅极。第二栅极衬垫52通过第二栅线40连接到第二单元10的栅极。从图中可以看出，第二栅线40沿着栅极图案58的中心延伸，具有从第二栅线40朝栅极图案58边缘延伸的第二栅极手指56。第一栅线20围绕栅极图案58的外围延伸，并具有从第一栅线20朝栅极图案58的中心延伸的第一栅极手指54。第二栅极手指56与第一栅极收集54相互交叉。本领域技术人员将会理解，图1的相互交叉的栅极图案58可以在衬底上重复多次。未在图1示出的驱动电路可用于驱动第一和第二栅线20、40，并因此驱动第一和第二单元6的栅极32。该驱动电路可用于仅将第二单元10驱动处于线性工作状态，而将所有的单元6驱动处于正常的饱和工作状态。该驱动电路可以是外部电路或内部电路。在工作的线性工作模式下，仅使用第二单元10。这些单元内的电流密度因此远大于所有单元都被使用时的电流密度。增大的电流密度可设置为高于临界电流密度Jc，且因此温度系数是负的而不是正的。以这种方式，热失控可以避免。备选地，即使未实现该临界电流密度，仍可减少热失控效应。通过将第二单元10均匀地分布在第一主表面4上，整个装置的温度上升是均匀的，由此避免了过热点(hotspot)问题。现在将描述包含内部驱动电路的实施方案。这些实施方案可以使用与图1相同的栅极图案，将栅极衬垫50、52连接到不同电路以实现所需要的工作。在图2中给出了如何在具有电感负载42和动态钳位(clamp)的低端电路中使用该装置。在图2所示的具体低端开关布置中，使用虚线内的部件代表单个衬底2上的集成电路。单个外部栅极接触件14通过分别连接到第一和第二栅线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场效应晶体管电路，包括：具有第一主表面的半导体衬底（２）；布置成跨过该衬底的多个相同的晶体管单元（６），各个晶体管单元包括具有绝缘栅极（３２）、源极（３４）和漏极（３６）的ＦＥＴ（３０）；其中该单元（６）划分成第 一和第二单元（８，１０），第一单元多于第二单元；连接到该第一单元的第一栅线（２０）与连接到该第二单元的分离的第二栅线（４０）；以及用于与该第一栅线（５８）分离地驱动该第二栅线（４０）的装置，用于仅导通该第二单元使其处于线性工 作状态而不导通该第一单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JR卡特，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]