專利名稱：功率半導(dǎo)體部件、包括其的功率半導(dǎo)體組件及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體部件。
背景技術(shù)：
功率半導(dǎo)體部件常常由高電壓供電。在許多情況中，對能將所施加的電壓用作用 于開環(huán)控制或閉環(huán)控制電子設(shè)備的輸入變量存在興趣。因為這樣的開環(huán)控制或閉環(huán)控制電 子設(shè)備被方便地設(shè)計為僅僅處理低電壓，施加到功率半導(dǎo)體部件的高電壓必須首先被轉(zhuǎn)換 為與高電壓對應(yīng)的信號，該信號然后被施加到該開環(huán)控制或閉環(huán)控制電子設(shè)備。這例如可以利用電阻分壓器來完成，但是該電阻分壓器具有不可忽視的功率損失 這一缺點。盡管為了回避這個問題，可以使用電容分壓器，然而，這里，尤其是在施加直流電 壓時分壓可能因為漏電流而易于漂移，使得必須對電容進行所限定的放電，這使事情變得 復(fù)雜。本發(fā)明的一個方面是提供一種功率半導(dǎo)體部件，其現(xiàn)在使得可以推斷施加到該部 件的電壓而無需單獨的分壓器。另一方面涉及提供具有相應(yīng)功率半導(dǎo)體部件的 功率半導(dǎo)體 組件，從而可以推斷施加到該功率半導(dǎo)體部件的電壓。又一個方面將限定一種用于操作相 應(yīng)功率半導(dǎo)體部件的方法。

發(fā)明內(nèi)容
如下所詳述的以超過30V的電阻斷能力為特征的功率半導(dǎo)體部件包含半導(dǎo)體主 體以及兩個負載端子和電位探針。電阻斷能力是兩個負載端子兩端的阻斷電壓，該部件能 夠保持阻斷電壓而不發(fā)生擊穿。電位探針被設(shè)計成對于施加于該兩個負載端子兩端的電壓 而分出(tap)存在于半導(dǎo)體主體中的抽頭位置的電中間電位。盡管中間電壓是該兩個負載 端子的電位的中間值，但它不同于其兩個電位中的每一個。選擇抽頭位置以便在最大阻斷 電壓施加于所述負載端子兩端時，電位探針的電位與施加到所述負載端子的兩個電位中的 至少一個相差最大100V。組合一個這樣的功率半導(dǎo)體部件與導(dǎo)電地連接或可連接到電位探針的檢測器得 到功率半導(dǎo)體組件，現(xiàn)在可以利用其通過分析電壓而不必分出功率半導(dǎo)體部件兩端的全高 電壓降而獲得施加到功率半導(dǎo)體部件的高電壓的定性或定量指示。如上所解釋的那樣，在操作功率半導(dǎo)體部件時，施加到其負載端子的電位不同。借 助于電位探針，施加到該兩個負載端子的電位的電位中間值被分出。


參考下圖以及說明可以更好地理解本發(fā)明。圖中的部件不必按比例繪制，而是在 說明本發(fā)明的原理時被加以強調(diào)。此外，在圖中，類似的參考數(shù)字指示對應(yīng)部分。在圖中圖1是通過功率半導(dǎo)體部件的垂直截面，在功率半導(dǎo)體部件主體中，形成溝道，電 位探針延伸進入溝道以分出存在于該半導(dǎo)體主體中的溝道的末端處的電壓；
圖2是通過功率半導(dǎo)體部件的垂直截面，該功率半導(dǎo)體部件構(gòu)造得與圖1所示的 功率半導(dǎo)體部件相同，除了電位探針的末端延伸進入半導(dǎo)體主體而不是遠至主Pn結(jié)；圖3是通過功率半導(dǎo)體部件的垂直截面，該功率半導(dǎo)體部件構(gòu)造得與圖1以及圖 2所示的功率半導(dǎo)體部件相同，除了電位探針的末端延伸直到主pn結(jié)；圖4是通過功率半導(dǎo)體部件的邊緣區(qū)域的垂直截面，該功率半導(dǎo)體部件的邊緣終 端結(jié)構(gòu)包括場板，在該處電壓可以被分出；圖5是如圖2所示的組件的俯視圖；圖6是功率半導(dǎo)體部件的一部分的俯視圖，該功率半導(dǎo)體部件的主體在pn結(jié)的邊 緣區(qū)域中被金屬化為電位探針；以及圖7是通過功率半導(dǎo)體部件的垂直截面，該功率半導(dǎo)體部件包含設(shè)置抽頭位置的 可變橫向摻雜邊緣終端。
具體實施例方式在下面的具體實施方式
中，參考附圖，其形成具體實施方式
的一部分，并且在附圖 中通過圖解說明來示出具體實施例，在具體實施例中可以實施本發(fā)明。在這點上，方向性術(shù) 語，諸如“頂部”、“底部”、“前”、“后”、“在前的”、“在后的”等參考所描述的(多個)圖的取 向來使用。因為實施例的部件可以以許多不同的取向定位，所以方向性術(shù)語是用于圖解說 明的目的而非限制性的。應(yīng)當理解在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可以利用其他實施例以 及可以作出結(jié)構(gòu)上或邏輯上的改變。因此，以下具體實施方式
不應(yīng)以限制性的意義來理解， 并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求所限定?，F(xiàn)在參考圖1，通過示例圖解說明了功率半導(dǎo)體部件100，其被配置為包括半導(dǎo)體 主體1的IGBT，所述半導(dǎo)體主體1由硅、碳化硅或任何其他半導(dǎo)體材料制成。半導(dǎo)體主體1 包含正面11以及與其相對的背面12。功率半導(dǎo)體部件100包含兩個負載端子21以及22， 至少在功率半導(dǎo)體部件100工作的某些階段，跨過負載端子21以及22實現(xiàn)從負載端子21、 22中的一個通過半導(dǎo)體主體1到負載端子22、21中的另一個的電流。例如，可以借助于功 率半導(dǎo)體部件100的柵電極在涉及諸如MOSFET、IGBT或J-FET的晶體管的地方改變該電 流。在諸如晶閘管的其他部件中，該電流至少可以通過以電的方式或光的方式啟動功率半 導(dǎo)體部件100來接通。其他適當?shù)牟考缍O管，不具有柵電極。依賴于所涉及的部件 的類型，負載端子21、22可以是漏極或源極、發(fā)射極以及集電極、或陽極電極和陰極電極， 該分配是可選的。在圖1所示的組件中，功率半導(dǎo)體部件100例如被配置為IGBT，然而，將理解任何 其他功率半導(dǎo)體部件，特別是如上所列舉的功率半導(dǎo)體部件，基本上是可兼容的。為了實現(xiàn)IGBT結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體主體1包含堆疊在背面12上的強ρ摻雜發(fā)射極16、弱 η摻雜漂移區(qū)15、強ρ摻雜主體區(qū)18以及強η摻雜源區(qū)19。夾在主體區(qū)18和漂移區(qū)15/ 場停止區(qū)17之間的是主pn結(jié)73。第一負載端子21在正面11接觸源區(qū)19，負載端子22 在背面12接觸ρ發(fā)射極。在本申請的意義上，部件的主pn結(jié)應(yīng)理解為當接通時，部件的負 載電流經(jīng)由其流動并且在截止時在其處由負載電流形成抑制寬的空間電荷區(qū)的部件的pn 結(jié)。例如，在二極管中，主pn結(jié)形成在ρ摻雜陽極區(qū)和η摻雜陰極區(qū)之間，而在晶閘管中， 其形成在P摻雜基區(qū)和η摻雜基區(qū)之間。
為了選通跨過該負載端子21和22的電流，提供利用電介質(zhì)42在電學(xué)上與半導(dǎo)體 主體1以及與負載端子21、22隔離的柵電極41。在部件100工作時向第一負載端子21施加第一電位Vl以及向第二負載端子22 施加不同于第一電位Vl的第二電位V2，在半導(dǎo)體主體1中產(chǎn)生電場，其可以通過等位面描 述，對于每個等位面可以分配某一電位。分配到這些等位面的電位居于電位Vl和V2之間。 電位Vl和V2分別僅在正面11以及背面12處被獲得。半導(dǎo)體主體1的電位不同于分別施 加到負載端子21和22的電位Vl和V2，但是其是二者的中間值，稱為中間電位Vz。本發(fā)明在使用如下事實時提供這樣的中間電位Vz，即其涉及分別施加到負載端子 21以及22的電位Vl以及V2，由此只要該中間電位Vz是相對于部件100的某一其它適當 電位來被分析的，現(xiàn)在就可以獲得負載端子21以及22兩端的電壓降的定性或定量指示。作 為用于此目的的參考電位，例如可以使用第一負載端子21的電位Vl或第二負載端子22的 電位V2。被提供來分出如圖1所示的組件中的中間電位Vz的是電位探針3，其特征在于被 設(shè)置在配置在半導(dǎo)體主體1中的溝道中的部分31，以在半導(dǎo)體主體1的抽頭位置4分出中 間電位Vz。為此目的，溝道以及部分31例如可以基本上垂直于正面11延伸進半導(dǎo)體主體 1中。抽頭位置4被設(shè)置在溝道的最低點。側(cè)向地，部分31利用電介質(zhì)14a與半導(dǎo)體主體 1絕緣以便在部分31和半導(dǎo)體主體1之間僅在溝道底端、即在抽頭位置4處存在導(dǎo)電連接， 其中，部分31由例如多晶半導(dǎo)體材料或金屬制成。為了例如利用檢測器6檢測中間電位Vz，電位探針3包含接合墊32，電連接元件 7 (例如接合線)被接合到所述接合墊32，所述電連接元件7被或可以被導(dǎo)電地連接到檢測 器6。接合墊32可以具有至少50 μ mx50 μ m的占地面積。應(yīng)理解接合線7和檢測器6之間 的連接僅僅是以圖解說明的方式示出，換句話說，接合線7未必是如所示那樣直接結(jié)合到 檢測器6。為了將接合墊32與半導(dǎo)體主體1的正面11電隔離，電介質(zhì)14b附加地配置在接 合墊32和半導(dǎo)體主體1之間。雖然負載端子21和22兩端的電位差在部件100接通時典型地可以是可以由常規(guī) 低電壓電子設(shè)備直接檢測的僅僅幾伏，但在部件100為阻斷狀態(tài)時，其可以是幾百伏、幾千 伏或甚至超過10000伏。部件100的設(shè)計支配其最大容許阻斷電壓，如果被超過，其將導(dǎo)致 部件100損害以至毀壞。通過監(jiān)控抽頭位置4處中間電位Vz以從所檢測的中間電位Vz獲 得負載端子21和22兩端的電位差V1-V2的第一定性或定量指示可以避免上述問題-如果 施加到負載端子21和22兩端的電壓超過或引起超過最大容許電壓的危險，可以采取校正 動作以降低或關(guān)斷施加到負載端子21和22兩端的電壓。這樣的校正動作例如可以涉及評估通過檢測器6檢測的中間電位Vz以及完全或 部分激活部件100以在存在負載端子21和22兩端的最大容許阻斷電壓被超過的風(fēng)險時提 高(boost)其電導(dǎo)率。為此目的，檢測器6可以以輸出端62為特征，所述輸出端62被或可 以被耦合到部件100的柵電極41。在本示例實施例中，該電極是柵電極41，但是在其它部 件中，這樣的柵電極例如可以是基極或觸發(fā)電極，仍可能的是提供任何其它選通裝置，例如 光啟動結(jié)構(gòu)(light-firing structure)來代替柵電極。特別是對于如圖1所示的垂直功率半導(dǎo)體部件100來說，將包括延伸進入到包括 在半導(dǎo)體主體1中的溝道內(nèi)的部分31的電位探針3插入不存在問題。依賴于負載端子21
6和22兩端的最大容許阻斷電壓和功率半導(dǎo)體部件100的各個半導(dǎo)體區(qū)15、16、場停止層 17、18、19的幾何結(jié)構(gòu)和摻雜，限制用電位探針3作為最大值檢測的中間電位Vz可以被設(shè)置 為如下的值，該值就像由常規(guī)低電壓電子設(shè)備僅僅通過選擇限定抽頭位置4的部位的溝道 的深度來可直接檢測的值。適當?shù)剡x擇抽頭位置4的部位目前可以實現(xiàn)對于第一負載端子21的電位Vl和/ 或第二負載端子22的電位的最大容許阻斷電壓來說的中間電位Vz相差不超過規(guī)定值，例 如30V，從而可以僅由檢測器6就能檢測到，就像由常規(guī)低電壓電子設(shè)備在檢測中間電位Vz 和電位Vl和/或V2之間的電位差時所實現(xiàn)的那樣。在如圖1所示的組件中，電位探針從正面11延伸進入到半導(dǎo)體主體1內(nèi)。然而， 仍可能的是，作為其代替或者作為替換的是電位探針3從背面12或從半導(dǎo)體主體1的側(cè)邊 相應(yīng)地延伸進入到半導(dǎo)體主體1內(nèi)。在該如圖1所示的示例實施例中，抽頭位置4在漂移 區(qū)15中。然而，再次，仍可能的是其可以被設(shè)置在任何其它半導(dǎo)體區(qū)16、17或18中。在如圖1所示的組件中，與主pn結(jié)73間隔開的抽頭位置4被設(shè)置在主體區(qū)18內(nèi)， 所述主體區(qū)18與主pn結(jié)73接界。如圖2所示，當被設(shè)置為與主pn結(jié)73間隔開時，抽頭 位置4也可以被設(shè)置在漂移區(qū)15內(nèi)，所述漂移區(qū)15與主pn結(jié)73接界。在另一方面，如圖 3所示，抽頭位置可以直接被設(shè)置在主pn結(jié)73處。現(xiàn)在參考圖4，另一個示例實施例被圖解為通過二極管側(cè)邊區(qū)域的垂直截面，該二 極管的半導(dǎo)體主體1包含弱η摻雜漂移區(qū)15，其中強ρ摻雜區(qū)72被嵌入并且從半導(dǎo)體主體 1的正面11延伸進入其中。強P摻雜區(qū)72與漂移區(qū)15形成主pn結(jié)73。為了盡可能均勻地降低從主pn結(jié)73發(fā)出的電場而又同時防止禁止的場浪涌，特 別地在半導(dǎo)體主體1的正面11處，包括場板23、24、25的邊緣結(jié)構(gòu)被配置在第一負載端子 21和半導(dǎo)體主體1的、其正面11處的側(cè)邊13之間。為了電連接場板23、24、25，分別提供 向上延伸到正面11的場環(huán)(field 1^叫)53、54和55(每個與漂移區(qū)15互補地摻雜)，在正 面11處，場環(huán)53、54和55連接到相應(yīng)的場板23、24或25。場板23、24、25分別利用電介 質(zhì)83、84和85與漂移區(qū)15另外電隔離。場板23、24、25是導(dǎo)電的并且可以由例如金屬或 多晶霍耳效應(yīng)材料制成。在部件100的阻斷狀態(tài)下，每個場板23、24、25具有不同于負載端子21的電位VI、 不同于負載端子22的電位V2以及不同于其他場板23、24、25的電位的電位。場板23、24、 25的每個電位因此在本發(fā)明的意義上代表中間電位。在如圖4所示的部件100中，例如，最 接近于負載端子21的場板23的電位被用作中間電位Vz。抽頭位置4由場環(huán)23和場環(huán)53 之間的接觸墊給出。為了向檢測器6饋送部件100的中間電位Vz，在電位探針3和檢測器6之間需要 導(dǎo)電連接，這可以例如利用接合到電位探針3的接合線7來完成。在如圖5所示的正面11的俯視圖中，圖解如何為此目的電位探針3包含集成在場 板23中的接合墊32。為此目的，場板23具有局部加寬的橫向部分?，F(xiàn)在參考圖4和5，借助示例，圖解中間電位Vz如何可以不僅僅從場板23而是如 有必要例如利用接合線也從其他場板24或25中的任一個場板被相應(yīng)地分出。同樣地其可 以具有如下優(yōu)勢邊緣區(qū)域中的電位可以借助于在Pn結(jié)部位處的場板結(jié)構(gòu)被分出。另外， 不同于參考圖4和5所說明的場板結(jié)構(gòu)的場板結(jié)構(gòu)可包含僅僅一個、兩個或多于三個的場板23、24、25，來代替如所示的三個場板23、24、25，如所說明的那樣，其每個被用作電位探 針，只要其預(yù)期的中間電位Vz在大小上是適當?shù)摹３艘酝?，場板結(jié)構(gòu)可以不僅用于二極 管中而且還用于其他部件中。為了制作本示例實施例中的電位探針3，接合墊32集成在部件100的場板結(jié)構(gòu)中。 然而，應(yīng)當理解用于利用接合墊32固定(tab)中間電位Vz的電位探針3未被約束在場板 結(jié)構(gòu)23、24、25上。上述的示例從如圖4和5所示的沒有配備場板結(jié)構(gòu)的修改部件可看出。 在該情況下，僅僅一個被配置為金屬接合墊32的電位探針3被跨過負載端子21和半導(dǎo)體 主體1的、在正面11處的側(cè)邊13而施加于半導(dǎo)體主體1的正面11。諸如這樣的結(jié)構(gòu)在邊 緣區(qū)域兩端的電壓降借助于弱導(dǎo)電層(例如具有a_C :H蓋層)而呈對稱時是特別有利的。 在該情況下，中間電位Vz將對應(yīng)于抽頭位置處的邊緣結(jié)構(gòu)的電阻分壓器的中間電位。在包括場板結(jié)構(gòu)的部件中同樣仍可能的是對半導(dǎo)體主體1施加未被配置為圍繞 負載端子21的環(huán)形場板的簡單接合墊32，作為相鄰場環(huán)之間的、或第一負載端子21和最接 近于第一負載端子21的場板之間的、或最遠離第一負載端子21的場板和半導(dǎo)體主體1的 側(cè)邊13之間的電位探針?，F(xiàn)在參考圖7，類似于圖4，圖解了這樣的二極管，其邊緣終端包含可變橫向摻 雜(VLD)邊緣終端來代替場環(huán)場板結(jié)構(gòu)(圖4中的53、54、55、23、24、25)，所述可變橫 向摻雜(VLD)邊緣終端即這樣的邊緣終端，其中漂移區(qū)15的凈摻雜劑濃度ND的降低 (degradation)在橫向r上從主pn結(jié)73到半導(dǎo)體主體1的側(cè)邊13至少是逐段單調(diào)的或 嚴格單調(diào)的，如由在圖7下方所示的凈摻雜劑濃度ND的分布所示的那樣。為了在半導(dǎo)體主 體1正面11避免不需要的電壓浪涌，電阻層90被施加于正面11上的邊緣區(qū)域。一個這樣 的電阻層90可以包含例如小于10-7的電導(dǎo)率，而且其可以被配置為例如a-C:H層，換句話 說，被配置為氫摻雜無定形碳層。這樣的電阻層90可以制作有限定的邊緣區(qū)域并且因而起 分壓器的作用。在這樣的電阻層90的凹口中，可以設(shè)置例如接合墊32形式的電位探針的 抽頭位置4，在此處中間電位Vz依賴于電阻層90如何被構(gòu)造，從而由此被影響。因此，電阻 層90的厚度和/或比電阻可以被設(shè)計以滿足需要，它們每個彼此獨立，被選擇為恒定的或 可變的。如上面例如參考圖1-圖7所解釋的那樣，空間電荷區(qū)形成在雙極性部件100的處 于阻斷狀態(tài)下的主pn結(jié)73處。該空間電荷區(qū)的寬度越增大，阻斷電壓越高。在空間電荷 區(qū)以外，半導(dǎo)體主體1中的電場的梯度非常小，即相比于在空間電荷區(qū)內(nèi)的邊緣區(qū)域中的 變化，邊緣區(qū)域中僅僅存在極小的變化。如圖1和2所示，當抽頭位置4設(shè)置成與主pn結(jié) 73間隔開時，施加極小的阻斷電壓導(dǎo)致最初形成在負載端子21和22兩端的極窄的空間電 荷區(qū)，其仍將達到抽頭位置4。這是為什么由電位探針3檢測的中間電位Vz幾乎不存在任 何變化的原因。中間電位Vz不存在顯著的變化直到空間電荷區(qū)以增加的阻斷電壓達到抽頭位置 4為止。這是為什么當電位探針3意圖檢測負載端子21和22兩端的電位中的甚至微小的 差異時將抽頭位置4設(shè)置在主pn結(jié)73附近或直接設(shè)置在主pn結(jié)73處是有利的原因。如果重要的事情恰恰是檢測負載端子21和22兩端的電位中的更高的差異，例如 以保護部件100免受即將來臨的過電壓，則抽頭位置4和主pn結(jié)73之間的較大的間距可 能是足夠的。
不管電位探針3的抽頭位置4被設(shè)置在雙極性部件100的何處(例如垂直掩埋在
半導(dǎo)體主體1中，如圖1-3所示；或例如在半導(dǎo)體主體1的正面11處的邊緣區(qū)域中，如圖
4-7所示)，結(jié)構(gòu)化在抽頭位置4的區(qū)域中的功率半導(dǎo)體部件100由以下考慮事項來支配。
當電位探針如上所解釋的那樣準確地被設(shè)置在主Pn結(jié)73的位置處時，那么，關(guān)于對于如施
加在負載端子21和22之間的每個外部阻斷電壓V2-V1 (不是零)的負載端子21和/或負
載端子22，檢測電壓Vz-Vl或V2-Vz，其在一級近似中與電壓V2-V1成比例。比例因子由在
其之間形成主pn結(jié)73的半導(dǎo)體區(qū)的摻雜劑濃度決定。在一級近似中
N21Vz-Vl QC - · (V2 - VI)
N22其中N21和N22是在其之間配置主pn結(jié)73的半導(dǎo)體區(qū)的凈摻雜劑濃度，并且其中 與負載端子21相隔較近的半導(dǎo)體區(qū)包含凈摻雜劑濃度m而另一個包含凈摻雜劑濃度N2。該兩個凈摻雜劑濃度中較低的一個是部件100的阻斷能力的決定因子。當相對于 面對較高凈摻雜劑濃度的負載端子21或22 (圖1-4中的第一負載端子21，因為主體區(qū)18 或強P摻雜區(qū)72的凈摻雜劑濃度與漂移區(qū)15相比較高)來分析中間電位Vz時，那么通過 適當?shù)剡x擇具有較高凈摻雜劑濃度的半導(dǎo)體區(qū)的凈摻雜劑濃度，電位差Vz-Vl可以被限制 為例如100V或50V或30V的最大值。以這種方式限制該電位差可以利用例如如圖1-3所示的場停止層17( S卩，例如層 順序結(jié)構(gòu)化的p/n-/n+)來實現(xiàn)，但由于場停止層17的場效應(yīng)而使得Vz-Vl不再與外部電 壓V2-V1成比例。將電位探針3的抽頭位置4設(shè)置得與主pn結(jié)73隔開導(dǎo)致_相對于形成主pn結(jié) 73的半導(dǎo)體區(qū)中布置的兩個負載端子21、22的一個設(shè)置抽頭位置4-極限電壓(V2-V1)最 小值，在該值以下(實際上)檢測不到電位差Vz-Vl。正是以這種方式通過適當?shù)剡x擇抽頭 位置4的部位，在高于施加在兩個負載端子21和22兩端的極限電壓之前不能獲得顯著區(qū) 別于零的電位差。該極限電壓對應(yīng)于負載端子21和22兩端的電壓，在負載端子21和22 處空間電荷區(qū)達到抽頭位置4。如上所解釋的那樣，電位探針的抽頭位置4處的中間電位Vz是所涉及的半導(dǎo)體主 體1的各區(qū)的凈摻雜劑濃度的函數(shù)，對于雙極性部件100而言，特別是配置主pn結(jié)73的半 導(dǎo)體區(qū)15和18或72的凈摻雜劑濃度的函數(shù)。為了補償部件的制造中由于所涉及過程所 造成的波動，凈摻雜劑濃度隨后可以在這些半導(dǎo)體區(qū)的所有或一些中被修改，例如通過將 質(zhì)子注入在半導(dǎo)體主體1中以利用隨后在適當?shù)臏囟认碌陌雽?dǎo)體主體1的回火(temper) 來微調(diào)(tweak)注入?yún)^(qū)的凈摻雜劑濃度。在本發(fā)明的所有方面中，抽頭位置可以與兩個負載端子21和22隔開。例如，抽頭 位置4和兩個負載端子21和22中的每一個之間的間距可以超過2 μ m。此外，抽頭位置4 和兩個負載端子21、22中的至少一個之間的間距可以小于100 μ m。電位探針3可以包括例 如超過1(^3(5=西門子)的電導(dǎo)率。應(yīng)當理解，雖然上面通過具體示例解釋了本發(fā)明的基本原理，但是對其的修改當 然是可能的。尤其，半導(dǎo)體部件可以包含兩個或更多這樣的電位探針來代替僅僅一個電位 探針，兩個或更多這樣的電位探針的類型可以在半導(dǎo)體部件中變化，以形成其任何可選組 合。在采用至少兩個電位探針的情況中，負載端子兩端的電位差V2-V1也可以通過檢測兩個電位探針的中間電位之間的差值來獲得。本發(fā)明可以應(yīng)用于所有種類的功率半導(dǎo)體部件，例如可以應(yīng)用于垂直或橫向功率 半導(dǎo)體部件。盡管已經(jīng)公開了實現(xiàn)本發(fā)明的各種示例，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的 是在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下可以作出各種變化和修改，其實現(xiàn)本發(fā)明的某些優(yōu) 點。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是執(zhí)行相同功能的其他部件可以被適當?shù)靥鎿Q。對本發(fā) 明構(gòu)思的這樣的修改意圖于由所附權(quán)利要求涵蓋。
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權(quán)利要求
一種以超過30V的電阻斷能力為特征的功率半導(dǎo)體部件，包含 半導(dǎo)體主體(1)； 兩個負載端子(21、22)； 電位探針(3)，其被設(shè)計成對于施加于兩個負載端子(21、22)兩端的電壓(V1 V2)而分出存在于半導(dǎo)體主體(1)的抽頭位置(4)處的半導(dǎo)體主體(1)的中間電位(Vz)，所述中間電位是兩個負載端子(21、22)的電位(V1、V2)的中間值，但不同于兩個負載端子(21、22)的兩個電位(V1、V2)中的每一個；其中選擇抽頭位置(4)以便在最大阻斷電壓施加于所述負載端子(21、22)兩端時，電位探針(3)的電位(Vz)與施加到所述負載端子(21、22)的兩個電位(V1、V2)中的至少一個相差最大100V。
2.如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體部件，其中選擇抽頭位置(4)以便在最大阻斷電壓 施加于負載端子(21、22)兩端時，電位探針(3)的電位(Vz)與施加到所述負載端子(21、 22)的兩個電位(V1、V2)中的至少一個相差最大30V。
3.如權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體部件，其中抽頭位置(4)被設(shè)置成與每一個負 載端子(21、22)間隔開。
4.如權(quán)利要求3所述的功率半導(dǎo)體部件，其中抽頭位置(4)和該兩個負載端子(21、 22)的每一個之間的間距大于2 μ m和/或小于100 μ m。
5.如任何一個在前權(quán)利要求所述的功率半導(dǎo)體部件，其中在半導(dǎo)體主體(1)中布置_第一導(dǎo)電類型(P+)的第一半導(dǎo)體區(qū)(18、72)被布置為與第一負載端子(21)歐姆連接；-與第一導(dǎo)電類型(P+)互補的第二導(dǎo)電類型(n_)的第二半導(dǎo)體區(qū)(15)被布置為與第 二負載端子(22)歐姆連接；以及其中所述半導(dǎo)體部件包含雙極性主ρη結(jié)(73)，其被配置在第一半導(dǎo)體區(qū)(18、72)和第 二半導(dǎo)體區(qū)(15)之間；以及其中任一個第一半導(dǎo)體區(qū)(18、72)是ρ導(dǎo)電的并且第二半導(dǎo)體區(qū)(15)是η導(dǎo)電的，或 者其中第一半導(dǎo)體區(qū)(18、72)是η導(dǎo)電的并且第二半導(dǎo)體區(qū)(15)是ρ導(dǎo)電的。
6.如權(quán)利要求5所述的功率半導(dǎo)體部件，其中抽頭位置(4)被設(shè)置在主ρη結(jié)(73)處， 或與主ρη結(jié)(73)間隔開。
7.如權(quán)利要求5所述的功率半導(dǎo)體部件，其中在第一半導(dǎo)體區(qū)(18、72)或者在第二半 導(dǎo)體區(qū)(15)中，抽頭位置⑷被設(shè)置成與主ρη結(jié)(73)間隔開。
8.如任何一個在前權(quán)利要求所述的功率半導(dǎo)體部件，其中電位探針(3)包含被設(shè)置在 配置在半導(dǎo)體主體(1)中的溝道中的部分(31)。
9.如權(quán)利要求8所述的功率半導(dǎo)體部件，包含布置在電位探針(3)和所述溝道的側(cè)壁 之間的電介質(zhì)(14a)。
10.如權(quán)利要求8或9所述的功率半導(dǎo)體部件，其中抽頭位置(4)被設(shè)置在溝道的最低 點處。
11.如權(quán)利要求1-6中任何一項所述的功率半導(dǎo)體部件，其中抽頭位置(4)被設(shè)置在功 率半導(dǎo)體部件的邊緣終端結(jié)構(gòu)(23、24、25、53、54、55)的區(qū)域中。
12.如權(quán)利要求11所述的功率半導(dǎo)體部件，其中邊緣終端結(jié)構(gòu)(23、24、25、53、54、55)包含場板(23)，并且其中抽頭位置(4)由接觸表面給出，在該接觸表面處場板(53)接觸半 導(dǎo)體主體(1)。
13.如權(quán)利要求12所述的功率半導(dǎo)體部件，其中電位探針(3)包含集成在場板(23)中 的并且通過場板(23)的局部加寬形成的接合墊(32)。
14.如權(quán)利要求11所述的功率半導(dǎo)體部件，其中該邊緣終端結(jié)構(gòu)配置為可變橫向摻雜 (VLD)結(jié)構(gòu)，在該邊緣終端結(jié)構(gòu)的區(qū)域中，電阻層(90)被施加到該半導(dǎo)體主體(1)的表面并 且該電阻層(90)包含抽頭位置(4)被設(shè)置在其中的凹口。
15.如權(quán)利要求14所述的功率半導(dǎo)體部件，其中電阻層(90)包含對于主端子(Vl) (V2)來說小于0. 1 μ S的電導(dǎo)率。
16.如權(quán)利要求14或15所述的功率半導(dǎo)體部件，其中電阻層(90)被配置為a_C:H層。
17.如任何一個在前權(quán)利要求所述的功率半導(dǎo)體部件，其中電位探針(3)包含被設(shè)置 在半導(dǎo)體主體(1)上的接合墊(32)，電介質(zhì)層(14b)布置在接合墊(32)和半導(dǎo)體主體(1) 之間。
18.一種功率半導(dǎo)體組件，包含-如任何一個在前權(quán)利要求所述的功率半導(dǎo)體部件；以及-導(dǎo)電地連接到電位探針(3)的電連接元件(7)。
19.如權(quán)利要求18所述的功率半導(dǎo)體組件，其中電連接元件(7)被配置為接合線。
20.如權(quán)利要求18或19所述的功率半導(dǎo)體組件，包括導(dǎo)電地連接到或能夠連接到電位 探針⑶的檢測器(6)。
21.如權(quán)利要求20所述的功率半導(dǎo)體組件，其中至少其中一個負載端子(21、22)導(dǎo)電 地連接到或能夠連接到檢測器(6)。
22.如權(quán)利要求20或21所述的功率半導(dǎo)體組件，其中檢測器(6)被設(shè)計為根據(jù)其中一 個負載端子(21)的電位(Vl)和中間電位(Vz)之間的電位差(V1-V2)來觸發(fā)開環(huán)控制動 作或閉環(huán)控制動作。
23.一種用于操作功率半導(dǎo)體部件的方法，包含以下步驟-提供如權(quán)利要求1-17中的任何一項所述的功率半導(dǎo)體部件；-將不同電位(V1、V2)施加到兩個負載端子(21、22)；_利用電位探針⑶分出施加到該兩個負載端子(21、22)的電位(V1、V2)的中間電位 (Vz)。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中根據(jù)其中一個負載端子(21)的電位(Vl)和中間 電位(Vz)之間的電位差(Vl-Vz)或該電位差(Vl-Vz)的變化來觸發(fā)開環(huán)控制動作或閉環(huán) 控制動作。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中當電位差(Vl-Vz)或該電位差(Vl-Vz)的變化達 到或超過預(yù)定值時-使得功率半導(dǎo)體部件變?yōu)閷?dǎo)通；和/或-施加到負載端子(21、22)的電位(VI、V2)之間的電位差的量值減小。
全文摘要
本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體部件、包括其的功率半導(dǎo)體組件及其操作方法。提供一種功率半導(dǎo)體部件，該功率半導(dǎo)體部件包含半導(dǎo)體主體(1)和兩個負載端子(21、22)。此外還提供有電位探針(3)，其設(shè)計成對于施加于兩個負載端子(21、22)兩端的電壓(V1-V2)而分出存在于半導(dǎo)體主體(1)的抽頭位置(4)處的半導(dǎo)體主體(1)的中間電位(Vz)，所述中間電位是兩個負載端子(21、22)的電位(V1、V2)的中間值，但不同于兩個負載端子(21、22)的兩個電位(V1、V2)中的每一個。
文檔編號G01R19/00GK101986428SQ20101024317
公開日2011年3月16日 申請日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日
發(fā)明者P·坎沙特 申請人:英飛凌科技股份有限公司