[發明專利]MOS柵控功率器件中的短路保護結構

在審

• 申請號: 202011534044.4
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN113097202A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 曾光;A·毛德;J·威爾斯
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01L29/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉書航;周學斌

1.一種單芯片功率半導體器件(1)，包括：

-第一負載端子(11)；

-第二負載端子(12)；

-半導體本體(10)，其被集成在單芯片中并且耦合到第一負載端子(11)和第二負載端子(12)，并且被配置為傳導沿著所述端子(11，12)之間的負載電流路徑的負載電流；

-控制端子(13)和電連接到控制端子(13)的至少一個控制電極(131)，其中所述至少一個控制電極(131)與半導體本體(10)電絕緣并且被配置為基于控制端子(13)和第一負載端子(11)之間的控制電壓(25)來控制負載電流；

-保護結構(15)，其與負載電流路徑分離地集成在單芯片中，并且包括多個pn結(153)的利用多個第一導電類型的第一半導體區(151)和多個第二導電類型的第二半導體區(152)的串聯連接(155)，其中：

○ pn結(153)的串聯連接(155)被以正向偏置連接在控制端子(13)和第一負載端子(11)之間。

2.根據權利要求1所述的單芯片功率半導體器件(1)，其中，所述多個第一半導體區(151)和所述多個第二半導體區(152)中的每個基于多晶硅和多晶鍺中的至少之一。

3.根據權利要求1或2所述的單芯片功率半導體器件(1)，其中，pn結(153)是通過所述多個第一半導體區(151)和所述多個第二半導體區(152)形成的，并且其中每個pn結(153)具有如下的內建電壓：該內建電壓具有負的溫度系數。

4.根據前述權利要求之一所述的單芯片功率半導體器件(1)，其中保護結構(15)被熱耦合到負載電流路徑。

5.根據前述權利要求之一所述的單芯片功率半導體器件(1)，其中保護結構(15)和半導體本體(10)中的負載電流路徑之間的熱阻和熱容限定不大于1μs的熱時間常數。

6.根據前述權利要求之一所述的單芯片功率半導體器件(1)，其中，pn結(153)的串聯連接(155)的總的正向電壓隨著pn結(153)的串聯連接(155)的溫度增加而降低。

7.根據前述權利要求之一所述的單芯片功率半導體器件(1)，其中，保護結構(15)被配置為通過使所述至少一個控制電極(131)放電來將控制端子(13)和第一負載端子(11)之間的控制電壓(25)限制于與pn結(153)的取決于溫度的內建電壓的總和對應的值。

8.根據前述權利要求之一所述的單芯片功率半導體器件(1)，進一步包括將所述多個pn結(153)的利用所述多個第一半導體區(151)和所述多個第二半導體區(152)的串聯連接(155)與半導體本體(10)隔離的下絕緣層(172)。

9.根據前述權利要求之一所述的單芯片功率半導體器件(1)，進一步包括：有源單元區(1-2)，其具有被集成在半導體本體(10)中并且被配置用于傳導負載電流的一個或多個功率單元(1-1)；邊緣終止區(1-3)，其圍繞有源單元區(1-2)并且是以芯片邊緣(1-4)終止的，并且其中：

-第一負載端子(11)包括與有源區(1-2)在橫向上重疊的源極焊盤結構(115)；

-控制端子(13)包括控制焊盤結構(135)，源極焊盤結構(115)和控制焊盤結構(135)這兩者被布置在半導體本體(10)的前側(110)上方；

-單芯片的至少上絕緣層(171)沿著豎向方向(Z)將源極焊盤結構(115)和控制焊盤結構(135)這兩者與半導體本體(10)的前側(110)分離。

10.根據權利要求9所述的單芯片功率半導體器件(1)，其中，所述多個pn結(153)的利用所述多個第一半導體區(151)和所述多個第二半導體區(152)的串聯連接(155)被至少部分地布置在上絕緣層(171)下方。