一种半导体器件包括半导体衬底（１）、形成到所述半导体衬底（１）的绝缘栅极晶体管（２１）、形成到所述半导体衬底（１）的二极管（２２）、以及形成到所述半导体衬底（１）的控制晶体管（ＳＴ１－ＳＴ３）。所述绝缘栅极晶体管（２１）的第一电流端子在高电位侧耦合到所述二极管（２２）的阴极。所述绝缘栅极晶体管（２１）的第二电流端子在低电位侧耦合到所述二极管（２２）的阳极（２２ａ）。将所述控制晶体管（ＳＴ１－ＳＴ３）配置成，在所述二极管（２２）传导电流时，通过降低所述绝缘栅极晶体管（２１）的栅极端子的电位来使所述绝缘栅极晶体管（２１）截止。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用形成在公共半导体衬底中的绝缘栅极晶体管和反 平行二极管构造的半导体器件。
技术介绍
例如，在对应于日本专利公开No.2005-317751的US 2005/0258493、对 应于日本专利公开No.2007-134625的US 2007/0108468以及对应于日本专 利公开No.2007-214541的US 2007/0170549中披露了利用形成在公共半导 体衬底中的绝缘栅极晶体管和反平行二极管构造的半导体器件。图19示出了在US 2007/0170549中公开的半导体器件100。在半导体器件100中，在公共半导体衬底1中形成绝缘栅极双极晶体 管(IGBT)单元100i和二极管单元100d。通过绝缘膜7在第一沟槽Tl中形成由多晶硅制成的第一电极层8。第 一电极层8用作IGBT单元lOOi的栅电极。在半导体衬底1的第一侧上形 成由铝制成的第二电极层10。利用第二电极层10填充第二沟槽T2。第二 电极层10穿透第一侧N型区3a和第一侧P型区4a，从而可以使第一侧N 型区3a和第一侧P型区4a电耦合。此外，第二电极层10电耦合到P型层 2a。第二电极层10用作IGBT单元100i的发射极电极和二极管单元100d 的阳极电极。将第二侧P+型区5和第二侧N+型区6形成到半导体衬底1 的第二侧的表面部分上。将第三电极层11形成在半导体衬底1的第二侧上 并使其电耦合到第二侧P+型区5和第二侧N+型区6中的每一个上。由此， 通过第三电极层11使第二侧P+型区5和第二侧N+型区6电耦合。第三 电极层11用作IGBT单元100i的集电极电极和二极管单元100d的阴极电 极。也就是说，在半导体器件100中，以反平行配置将绝缘栅极晶体管和 二极管耦合在一起。在高电位侧将绝缘栅极晶体管的第一端子(例如集电极)和二极管的阴极耦合在一起，在低电位侧将绝缘栅极晶体管的第二端子(例如发射极)和二极管的阳极耦合在一起。像半导体器件100这样的 半导体器件通常集成在逆变器电路中以通过脉冲宽度调制(PWM)技术来控制电负载。通常，当在逆变器电路中使用像半导体器件ioo这样的半导体器件时， 施加到逆变器电路上半部的IGBT的选通信号在相位上与施加到逆变器电 路下半部的IGBT的选通信号相反。因此，即使在以反平行配置耦合到IGBT 的二极管续流工作(freewheel operation)期间，也可以将选通信号施加到 IGBT。 S卩，可能有一段时间IGBT和二极管是同时工作的。如上所述，在 半导体器件100中，IGBT的集电极和二极管的阴极耦合在一起，而IGBT 的发射极和二极管的阳极耦合在一起。因此，当IGBT导通时，二极管的阴 极和阳极试图处于相同的电位。结果，二极管的正向偏压升高，因此二极 管的正向损耗增大。通过这种方式，在图19所示的半导体器件100中，由 于IGBT和二极管彼此干扰，而可能会增大二极管的正向损耗。本专利技术人己经研究了图20所示的半导体器件90 (日本专利申请 No.2007-229959)。将半导体器件90构造成避免IGBT和二极管之间的干扰， 从而可以防止二极管正向损耗的增大。如图20所示，半导体器件90包括与电路50、具有内置二极管的IGBT 20、感测电阻器30和反馈电路40。与电路50是一种仅在所有输入都为高电平时才产生高电平输出的逻辑 门。将用于驱动IGBT 20的PWM选通信号从外部电路输入到与电路50。 此夕卜，将反馈电路40的输出输入到与电路50。IGBT 20包括IGBT部分21和二极管部分22。 IGBT部分21和二极管 部分22形成在公共半导体衬底中。IGBT部分21包括耦合到电负载的主 IGBT 21a以及用于检测流经主IGBT 21a的电流的辅助IGBT 21b。由与电 路50输出的PWM选通信号控制施加到IGBT21a、 21b的栅极的电压。辅 助IGBT 21b的发射极耦合到感测电阻器30的第一端，感测电阻器30两端 的电压降Vs被反馈到反馈电路40。将二极管部分22构造成变换流经IGBT 21a的负载电流。二极管部分22包括耦合到主IGBT 21a的主二极管22a和 用于检测流经主二极管22a的电流的辅助二极管22b。辅助二极管22b的阳极耦合到感测电阻器30的第一端。反馈电路40判断是否有电流流经主二极管22a，还判断是否有过量电 流流经IGBT21a。基于判断的结果，反馈电路40允许或禁止PWM选通信 号通过与电路50。具体而言，在驱动主IGBT21a时，反馈电路40向与电 路50输出允许PWM选通信号通过与电路50的信号。然而，如果感测电阻 器30两端的电压降Vs小于二极管电流检测阈值Vthl或大于过量电流检测 阈值Vth2，则反馈电路40向与电路50输出禁止PWM选通信号通过与电 路50的信号。由此，在图20所示的半导体器件90中，主二极管22a沿正向引导电 流而不会干扰主IGBT21a。因此，避免了主二极管22a的正向电压的增大， 因此可以防止主二极管22a的正向损耗的增大。此外，如果有过量电流流经主IGBT21a，反馈电路40向与电路50输 出禁止PWM选通信号通过与电路50的信号。由此，可以保护IGBT 21a 不受过量电流的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用形成在公共半导体衬底中的绝缘栅极晶 体管和反平行二极管构造的半导体器件。该半导体器件具有能够以高速工 作的控制晶体管，以确保防止二极管正向损耗的增大并确保保护绝缘栅极 晶体管不受过量电流的影响。本专利技术的另一个目的是提供一种利用该半导 体器件构造的逆变器电路。根据本专利技术的一个方面，半导体器件包括半导体衬底、形成到所述半 导体衬底的绝缘栅极晶体管、形成到所述半导体衬底的二极管、以及形成 到所述半导体衬底的控制晶体管。所述绝缘栅极晶体管的第一电流端子在 高电位侧耦合到所述二极管的阴极。所述绝缘栅极晶体管的第二电流端子 在低电位侧耦合到所述二极管的阳极。将所述控制晶体管配置成在所述二 极管传导电流时通过降低绝缘栅极晶体管的栅极端子的电位来使所述绝缘 栅极晶体管截止。根据本专利技术的另一个方面，逆变器电路包括多个半导体器件，所述半 导体器件中的每一个包括半导体衬底、形成到所述半导体衬底的绝缘栅极晶体管、形成到所述半导体衬底的二极管、以及形成到所述半导体衬底的 控制晶体管。所述绝缘栅极晶体管的第一电流端子在高电位侧耦合到所述二极管的阴极。所述绝缘栅极晶体管的第二电流端子在低电位侧耦合到所 述二极管的阳极。将所述控制晶体管配置成在所述二极管传导电流时通过 降低绝缘栅极晶体管的栅极端子的电位来使所述绝缘栅极晶体管截止。附图说明通过参考附图所作的以下详细说明，本专利技术的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中图1为示出根据本专利技术第一实施例的半导体器件的等效电路的示图； 图2为示出根据本专利技术第二实施例的半导体器件的等效电路的示图； 图3为示出根据本专利技术第三实施例的半导体器件的等效电路的示图； 图4A为示出作为图2的半导体器件的第一实例的半导体器件的底视图，而图4B为示出沿图4A的线IVB-IVB截取的截面图的示图； 图5为示出图4A的半导体器件的顶视图的示图6A为示出作为图2的半导体器件本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体器件，包括： 半导体衬底（１）； 形成到所述半导体衬底（１）的绝缘栅极晶体管（２１）； 形成到所述半导体衬底（１）的二极管（２２）；以及 形成到所述半导体衬底（１）的第一控制晶体管（ＳＴ１，ＳＴ３）， 其中所述绝缘栅极晶体管（２１）的第一电流端子在高电位侧耦合到所述二极管（２２）的阴极， 其中所述绝缘栅极晶体管（２１）的第二电流端子在低电位侧耦合到所述二极管（２２）的阳极，并且 其中将所述第一控制晶体管（ＳＴ１，ＳＴ３）配置成 ，在所述二极管（２２）传导第一电流时，通过降低所述绝缘栅极晶体管（２１）的栅极端子的电位来使所述绝缘栅极晶体管（２１）截止。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：福田丰，都筑幸夫，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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