具有内置二极管IGBT的半导体器件和具有内置二极管DMOS的半导体器件制造技术

本发明专利技术涉及具有内置二极管ＩＧＢＴ的半导体器件和具有内置二极管ＤＭＯＳ的半导体器件，根据本发明专利技术的半导体器件，包括：半导体衬底（８０）；内置二极管的绝缘栅双极晶体管（２０），其具有设置在所述衬底中的绝缘栅双极晶体管（２１ａ）和二极管（２２ａ），其中，所述绝缘栅双极晶体管包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动；以及反馈单元（１０、３０、４０），用于检测经过所述二极管的电流。所述驱动信号从外部单元输入所述反馈单元中。当所述反馈单元没有检测到经过所述二极管的电流时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，当所述反馈单元检测到经过所述二极管的电流时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有内置二极管IGBT的半导体器件和一种具有内置 二极管DMOD的半导体器件
技术介绍
在过去，己经提出了具有体二极管的IGBT，其具有二极管元件，并且 在相同的半导体衬底上形成IGBT元件(例如，参考专利文献1，艮P， JP-A-351226,其对应于USPNo.5,559,656)。具有体二极管的IGBT将二极阴极和IGBT元件的集电极形成为彼此共用。具有体二极管的IGBT例如被 结合到倒相电路中，并且用于根据脉宽调制(PWM)控制方法来控制负载。然而，当将常规的具有体二极管的IGBT结合到倒相电路中时，栅极信 号通常是其相位在倒相电路的上下臂之间被颠倒的信号。因此，即使是在 例如二极管元件续流时，也会将栅极信号输入到IGBT元件中。换而言之， 二极管的动作(action)和IGBT元件的动作是同时发生的。顺便提及，IGBT 元件的动作表示栅极信号被输入到IGBT元件中。如上所述，当二极管元件的动作和IGBT元件的动作同时发生时，由于 电极被形成为共用，则如果IGBT元件中的沟道导通，则二极管元件的阳极 和阴极变为同一电势。由此，包含二极管元件的体二极管由于IGBT元件的 栅极电势而不能容易地正向动作。结果，二极管元件的正向电压Vf增大， 并且二极管元件造成的正向损耗增大。作为通过设计一种器件结构来避免上述问题的方法，可以设想仅-二极 管区域的形成，即，与IGBT的体二极管分离的不具有栅极的区域，如在(例 如)"Proceedings of 2004 International Symposium on Power Semiconductor Device & Amp; ICs"(pp261-264)中所述。然而，不作用为IGBT的区域，即仅执行二极管动作的区域扩展。由此，如果在芯片尺寸保持不变的情况下形成仅-二极管区域，则IGBT的导通状态的电压增加。顺便提及，如果二 极管的导通电压固定，则芯片尺寸增加。另一方面，对于dc-dc转换器，众所周知的是一种通过将具有体二极管 的双扩散金属氧化物FET半导体(DMOS)作为开关器件结合到控制电路 中来实施同步整流控制的方法。当电流流入包含在该具有体二极管的 DMOS中的二极管元件中时，在二极管元件中产生正向电压，并且产生等 同于该正向电压的dc损耗。因此，当实行这种同步整流控制时，通常采用 以下方法使用电流转换器来感测DMOS元件中的电流，以便将回流DMOS 元件的栅极信号变为导通状态的电压电平(例如，参考JP-A-2004-180386)。然而，需要电流转换器作为电流感测器件。这样就造成了电路规模变 得较大的问题。作为解决该问题的一种方法，可以想到一种检测开关器件 端子间电压的方法(例如，参考JP-A-2004-208407)。然而，根据该方法， 需要其输入端子能够耐受高电源电压的控制IC。由于在产生高压时对抗噪 性有着严格要求，因此就需要添加保护器件或任何其他高抵抗性的设计。 这样就造成了控制IC成本增加的问题。因此，需要通过避免二极管元件的动作与IGBT的动作之间的干扰，来 防止在包含IGBT (其具有体二极管)的半导体器件中所包括的二极管所造 成的正向损耗的增加。此外，对于在包含DMOS (其具有体二极管)的半 导体器件中所包括的二极管元件，需要通过使二极管元件的动作与DMOS 元件的动作同步，来避免增加二极管元件的正向电压的损耗。例如，如JP-A-2004-88001中所述，可以想到一种方法，该方法使用了 结构与绝缘栅双极晶体管(IGBT)元件相同的电流检测元件，用于检测是 否有电流流入续流二极管(FWD)元件，将检测结果反馈到栅极驱动电路， 并且当FWD元件运行时，将IGBT元件的栅极驱动信号设置为截止状态的 电压电平。然而，由于具有这种结构的电流检测元件受到栅极电势的影响， 因此电流不能容易地流入电流检测元件中。因此，在电流检测元件处不能 形成检测电压。换而言之，不能精确地执行反馈，并且不能高效抑制整流 二极管元件所造成的正向损耗的增加。因此，需要提供一种半导体器件，其能够在不考虑将FWD元件合并到IGBT元件中的结构的情况下，抑制由FWD元件造成的正向损耗的增加。
技术实现思路
考虑到以上问题，本公开的一个目的是提供一种具有内置二极管IGBT 的半导体器件。本公开的另一目的是提供一种具有内置二极管DMOS的半 导体器件。根据本公开内容的第一方面， 一种半导体器件，包括半导体衬底； 内置二极管的绝缘栅双极晶体管，其具有设置在所述衬底中的绝缘栅双极 晶体管和二极管，其中，所述绝缘栅双极晶体管包括栅极，并且被输入到 该栅极中的驱动信号所驱动；以及反馈单元，用于检测经过所述二极管的 电流。所述驱动信号从外部单元输入所述反馈单元中。当所述反馈单元没 有检测到经过所述二极管的电流时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至 所述绝缘栅双极晶体管的栅极。当所述反馈单元检测到经过所述二极管的 电流时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管 的栅极。在以上半导体器件中，能够避免所述二极管的动作与所述IGBT的动作 之间的干扰。此外，由于所述二极管和IGBT同时导通，因此能够避免所述 二极管的正向电压中的损耗的增加。根据本公开的第二方面， 一种半导体器件，包括半导体衬底；内置 二极管的双扩散金属氧化物半导体晶体管，其具有设置在所述衬底中的双 扩散金属氧化物半导体晶体管和二极管；其中，所述双扩散金属氧化物半 导体晶体管包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动；以及反馈单元，用于检测经过所述二极管的电流。所述驱动信号从外部单元输入 所述反馈单元中。当所述反馈单元没有检测到经过所述二极管的电流时， 所述反馈单元停止驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管，当所述反馈 单元检测到经过所述二极管的正向电流时，所述反馈单元驱动所述双扩散 金属氧化物半导体晶体管，以使得具有与所述正向电流的正向方向相同的 方向的电流流过所述双扩散金属氧化物半导体晶体管。在以上半导体器件中，能够防止当所述正向电流流入所述二极管中时在等同于正向电压的dc损耗中的增加。根据本公开的第三方面， 一种半导体器件，包括半导体衬底；内置 二极管的绝缘栅双极晶体管，其具有设置在所述衬底中的绝缘栅双极晶体 管和二极管单元，其中，所述绝缘栅双极晶体管包括栅极，并且被输入到 该栅极中的驱动信号所驱动，其中，所述二极管单元包括二极管元件和二 极管电流感测元件，并且其中，通过所述二极管电流感测元件的电流与流 过所述二极管元件的电流成比例；感测电阻器，耦合到所述二极管电流感 测元件；以及反馈单元。所述驱动信号从外部单元输入所述反馈单元中。 所述反馈单元提供第一二极管电流阈值，其定义所述二极管元件是否有电 流通过。所述反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第一二极 管电流阈值相比较。当所述感测电阻器的两端间的电压等于或大于所述第 一二极管电流阈值时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双 极晶体管的栅极，从而使所述绝缘栅双极晶体管导通，当所述感测电阻器 的两端间的电压小于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元停止将所 述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：　半导体衬底（８０）；　内置二极管的绝缘栅双极晶体管（２０），其具有设置在所述衬底（８０）中的绝缘栅双极晶体管（２１ａ）和二极管（２２ａ），其中，所述绝缘栅双极晶体管（２１ａ）包括栅极，并且被输入到该栅极中 的驱动信号所驱动；以及　反馈单元（１０、３０、４０），用于检测经过所述二极管（２２ａ）的电流，　其中，所述驱动信号从外部单元输入到所述反馈单元（１０、３０、４０）中，　其中，当所述反馈单元（１０、３０、４０）没有检测到经过 所述二极管（２２ａ）的电流时，所述反馈单元（１０、３０、４０）将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管（２１ａ）的栅极，并且　其中，当所述反馈单元（１０、３０、４０）检测到经过所述二极管（２２ａ）的电流时，所述反馈单元（１０、３０、４ ０）停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管（２１ａ）的栅极。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：河野宪司，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：JP[日本]