[发明专利]半导体功率器件及其形成方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种半导体功率器件，以及该半导体功率器件的形成方法。

背景技术

半导体功率器件的过流检测保护，是提升电力电子系统长期可靠性的重要手段。当前主流的半导体功率器件如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管)等，过流检测保护一般通过采样阳极和阴极之间压降，反馈给控制驱动单元进行门级控制，从而实现有效的保护。该电流检测保护方案的一个不足在于，电路并不能完全直接探测到功率器件阴极和阳极例如IGBT结构中的发射极E和集电极C之间的压降，在检测点和半导体功率器件芯片之间，还存在一定值的寄生电感、寄生电阻，流过器件的大电流在这些寄生电感和寄生电阻上产生额外的压降，尤其是寄生电感，随着电流变化率的不同，产生的额外压降变化范围很大，甚至远远超过功率器件上的压降，从而给检测判断带来极大的误差，甚至导致误保护。

消除寄生参数的影响，一种改进的过流检测保护方案，如图1所示，在半导体功率器件芯片10’内集成电流检测单元，设计两个面积大小不等的阴极例如对于IGBT结构设计两个面积大小不等的发射极E1和E2，两个阴极的导电单元呈一定的比例，如图2所示,面积大的阴极E1连接主回路，有大电流通过，面积小的阴极E2连接一个外部检流电阻R’，只有很小的电流通过，检测保护电路通过采样外部检流电阻R’上的压降，来判断通过器件的主要电流值，从而实现过流检测保护功能。由于检测回路的电流一直都不会很大，寄生电感，寄生电阻对检测的压降值影响远小于检流电阻R’上的压降值。

但是，过流检测保护的改进方案，其本质是在功率器件的阴极分一部分小电流做检测保护用，但是在该功率器件内部，两个阴极的两部分电流并没有相互独立，两个阴极在芯片层面紧挨在一起，两部分电流存在相互影响，在器件不同的工作状态下，器件流过不同的电流值时，通过两个阴极的电流比值并不恒定，而是会在一定范围内变化，尤其在器件开关动作的过程中，这种相互影响非常严重，电流比例会有产生极大的偏离。由于器件两个阴极的两部分电流的通路，都必须共用同一个门级，小面积的阴极E2外接检流电阻R’， 产生额外的压降会串联在小面积阴极的门级控制回路，导致小面积阴极部分的有效门级控制信号减小，进一步加大了两部分电流比例的不确定性。而且，小面积阴极部分的门级面积很小，电容参数很小，其静电能力、浪涌承受能力都比较弱，小面积阴极成为功率器件比较脆弱的部分，降低了器件在系统中的可靠性。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明需要提出一种半导体功率器件，该半导体功率器件，便于过流检测，过流检测精度提高。

本发明还提出一种半导体功率器件的形成方法。

为了解决上述问题，本发明一方面提出一种半导体功率器件，该半导体功率器件包括：衬底；位于所述衬底之上的功能结构，所述功能结构包括有源区；导磁环体，所述导磁环体位于所述功能结构之上，且包围所述有源区；导电环路，所述导电环路环绕于所述导磁环体上。

本发明实施例的半导体功率器件，通过在功能结构上形成导磁环体，并环绕该导磁环体设置导电环路，基于电磁感应原理，流经电流时，导磁环体中产生磁通量，该磁通量穿过导电环路而在导电环路内生成感生电势，该感生电势可作为过流检测的采样信号，与相关技术相比，无需在阴极分离一部分电流，在独立的新回路产生感生电势，该感生电势与阴极电流的比例稳定，不受电流大小、开关动作的影响，检测精度高。

为了解决上述问题，本发明又一方面提出一种半导体功率器件的芯片结构的形成方法，该形成方法包括：提供衬底，并在所述衬底上形成功能结构，所述功能结构包括有源区；在所述功能结构之上形成导磁环体，所述导磁环体包围所述有源区；环绕所述导磁环体形成导电环路。

本发明的半导体功率器件的芯片结构的形成方法，通过形成导磁环体以及环绕该导磁环体的导电环路，基于电磁感应原理实现半导体功率器件的电流的检测，无需从阴极分离电流，电流检测更加准确。

附图说明

图1是相关技术中一种采用双阴极设计的半导体功率器件芯片示意图；

图2是相关技术中采用双阴极设计的半导体功率器件电流检测电路示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的半导体功率器件的框图；

图4是根据本发明的一个实施例的半导体功率器件的功能结构的示意图；