[发明专利]MOS-栅功率半导体器件有效

专利信息
申请号: 201010125227.0 申请日: 2010-03-16
公开(公告)号: CN102024814A 公开(公告)日: 2011-04-20
发明(设计)人: 吴侊勋;秋秉镐;金秀圣;尹钟晚 申请(专利权)人: 特瑞诺科技股份有限公司
主分类号: H01L27/102 分类号: H01L27/102;H01L27/105
代理公司: 北京鸿元知识产权代理有限公司 11327 代理人: 陈英俊
地址: 韩国*** 国省代码: 韩国;KR
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摘要:
搜索关键词: mos 功率 半导体器件
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种半导体器件,更具体地说,涉及一种MOS-栅功率半导体器件。

背景技术

在电力电子应用的领域中,诸如IGBT(insulated gate bipolar transistor,绝缘栅双极晶体管)和MOSFET(metal-oxide semiconductor field effecttransistor,金属氧化物半导体场效应晶体管)等半导体器件主要被用作开关器件。就是说,在诸如H桥逆变器、半桥逆变器、三相逆变器器、多电平逆变器以及转换器等电力电子应用中,所述半导体器件被用作半导体开关器件。

然而,在包括所述半导体开关器件(即,用作半导体开关器件的半导体器件)的电力电子电路中,因驱动电路的故障而产生的过载电流可能会使所述半导体开关器件劣化或毁坏。因此,需要避免由过载电流造成的这种故障,从而进一步防止所述半导体开关器件的劣化和/或毁坏。

在下文中,将连同作为所述电路中的故障例子的直通(shoot through)现象一起描述使用所述半导体开关器件的H桥逆变器电路的操作。

图1A和1B分别示出了使用IGBT的H桥逆变器电路的电路图及其栅压和负载电压的特性图。

如图1A所示,H桥逆变器电路包括四个半导体开关器件M1到M4以及与这些半导体开关器件之间的输出节点110相连的负载120。在图1A中示出了IGBT作为所述半导体开关器件,但也可以使用诸如MOSFET等半导体开关器件。

H桥逆变电路中所包含的半导体开关器件M1至M4在开关序列中被交替地打开和关闭,以便将交流电提供给与所述半导体开关器件之间的输出节点110相连的负载120。这里,每对半导体开关器件被称为一个臂或支路。

当在所述半导体开关器件的驱动电路的控制下打开半导体开关器件M1和M3并且关闭半导体开关器件M2和M4时,电流沿A方向流动。相反,当打开半导体开关器件M2和M4并且关闭半导体开关器件M1和M3时,电流沿B方向流动。

因此,如图1B所示,当半导体开关器件M1和M3在开关周期T的一个半周期内保持在ON状态,而半导体开关器件M2和M4在开关周期T的另一半周期内保持在ON状态时,在负载120上的输出电压具有极性变化的交流电压的形状。这样,当所述半导体开关器件的开/关操作由所述驱动电路正常控制时,A或B方向的电流就流入负载。

因此,必需对位于同一臂上的半导体开关器件M1和M4(或M2和M3)进行控制,使其不能同时处于ON状态。如图1B所示,控制所述半导体开关器件以便在M1关闭和M4打开之间或在M4关闭和M1打开之间具有死区时间(这同样适用于M2和M3)。

否则,当位于同一臂上的所述半导体开关器件同时处于ON状态时,在位于同一臂上的半导体开关器件之间形成短路,从而造成所述直通现象。就是说,非常大的短路电流流经所形成的短接电路,这会造成所述半导体开关器件的劣化和/或毁坏。

图2示出了已知半导体开关器件的俯视图,而图3是沿图2中的a-b线所截取的剖视图。

参考图2和3,由硅形成的半导体衬底200具有彼此相对的上表面和下表面。在所述上表面中形成栅极焊盘电极210、包括多个允许电流流动的单体的有源区220,以及具有高耐压的边缘端接区230。在所述下表面形成集电极金属电极310。在所述有源区220中设置包括栅极多晶电极和发射极金属电极的单体(unit cells)。与栅极焊盘电连接以传递栅极信号的栅极总线240从栅极焊盘电极210处围绕有源区220延伸。例如,栅极总线240可以形成一个闭合回路,但图案不限于闭合回路。形成栅极焊盘电极210的区域被作为有源区220中的区域包括在本说明书中。

参看图3,图3示出了沿图2中的a-b线所截取的剖视图,当所述半导体开关器件为IGBT时,在N-型半导体衬底315中形成多个P-型阱320和322,并且在P-型阱322中选择性地形成N-型阱325。P-型阱322连同栅极氧化膜330和栅极多晶电极335形成有源单体。在P-型阱322中可以形成沟道,当预定大小的栅压被施加到栅极金属电极210上时,所述沟道通过将半导体衬底315与N-型阱325连接起来而允许电流流动。绝缘夹层340被形成,为在内部包括栅极多晶电极335,并在其上形成包括有源单体的发射极金属电极345。在N型半导体衬底315的下面形成集电极区350,并在集电极区350的下方通过下表面金属化过程形成集电极金属电极310。集电极区350在IGBT的情况下形成为P型,而在MOSFET情况下形成为N型,作为漏区。

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