[发明专利]半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括形成于相同半导体衬底中的绝缘栅极双极晶体管 (IGBT)和续流二极管(FWD)的半导体器件。

背景技术

例如，JP-2005-57235A和JP-2008-53648公开了一种包括形成于相同半 导体衬底的垂直IGBT和垂直FWD的半导体器件。这种半导体器件被称为 反向导通绝缘栅极双极晶体管(RC-IGBT)。

在RC-IGBT中，FWD的阳极和IGBT的发射极形成为公共电极，且 FWD的阴极和IGBT的集电极形成为公共电极。例如，所述RC-IGBT构建 在倒相电路中且用于诸如电动机的电负载的脉宽调制(PWM)控制。

例如，JP-2004-88001A和JP-3156487公开了一种包括形成于相同半导 体衬底的IGBT和IGBT感测元件的半导体器件。所述IGBT感测元件用于 传输与流经所述IGBT的电流成比例的电流。通过检测传输通过所述IGBT 感测元件的电流来保护所述IGBT免于过电流。厚度恢复电阻

在另一常规半导体器件中，P型基极区沿着半导体衬底的表面重复地形 成于N型半导体衬底中。位于基极区的端部上的所述基极区具有P⁺型基极 接触区，但是不具有N⁺型发射极区。当位于基极区的端部上的基极区具有 基极接触区时，在切换IGBT时能够通过所述基极接触区有效地汲取在 IGBT工作期间从P⁺型集电极区注入半导体衬底的空穴。因而，减少空穴， 使得能够减小具有发射极区的基极区上的电流浓度。因此，能够改善击穿 IGBT的电阻。

应注意，当将RC-IGBT用于倒相电路时，施加至所述倒相电路上侧的 IGBT的栅极的驱动信号通常与施加至所述倒相电路下侧的IGBT的栅极的 驱动信号反相。因此，如果将电感性负载连接至所述倒相电路，即使在FWD 的续流工作期间也能够存在向IGBT的栅极施加驱动信号的可能性。结果， 在FWD工作期间导通IGBT的栅极，使得能够同时操作IGBT和FWD。

如上所述，在RC-IGBT中，FWD的阳极和IGBT的发射极形成为公共 电极，且FWD的阴极和IGBT的集电极形成为公共电极。因此，在FWD 工作期间导通IGBT的栅极时，FWD的阳极和阴极试图处于相同的电势。 结果，所述FWD不大可能处于正向工作。因此，在其中向IGBT的栅极施 加驱动信号的情况下，FWD的正向电压Vf增大。结果，半导体器件中的 DC损失增大。

本发明的发明人已经考虑到除了IGBT感测元件之外，能够通过向 RC-IGBT添加FWD感测元件解决上述问题。FWD感测元件用于传输与流 经RC-IGBT的FWD的电流成比例的电流。因此，通过使用FWD感测元 件能够检测电流是否流经FWD。将检测结果反馈至栅极驱动电路。在FWD 工作期间，所述栅极驱动电路停止施加至IGBT的栅极驱动信号。因而，能 够减小DC损失。

在这种情况下，IGBT感测元件和FWD感测元件形成在相同的衬底作 为RC-IGBT。如上所述，通过组合IGBT和FWD来形成RC-IGBT。因此， 能够将IGBT感测元件和FWD感测元件组合在一起以形成组合的感测元 件。

所组合的感测元件用于传输与流经IGBT的电流成比例的电流以及与 流经FWD的电流成比例的电流。通常，流经所组合的感测元件的电流小于 流经RC-IGBT的电流。因此，尽管所组合的感测元件与RC-IGBT具有相 同的结构，但是所组合的感测元件的尺寸小于RC-IGBT的尺寸。例如，所 组合的感测元件的尺寸大约是RC-IGBT的尺寸的千分之一到千分之十。

如上所述，所组合的感测元件与RC-IGBT具有相同的结构。具体而言， 在所组合的感测元件中，基极区的一部分具有发射极区和基极接触区。所 述基极区的一部分不仅用作沟道区，而且用作FWD感测元件的阳极区。由 于FWD感测元件的阴极区位于基极区的正下方，所以阴极区和基极区之间 的距离短。因此，在RC-IGBT的FWD工作期间，通过基极接触区大量空 穴被注入半导体衬底。结果，减小(劣化)了在FWD恢复期间击穿FWD 的电阻。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种包括RC-IGBT和用于感测流 经所述RC-IGBT的电流的组合感测元件的半导体器件，其中，改善了FWD 接收器恢复期间击穿FWD的电阻。