本發(fā)明涉及一種集成半導(dǎo)體電路、一種具有至少兩個集成半導(dǎo)體電路的電路裝置、以及用該電路裝置來感測溫度的用途。

背景技術(shù)：

在功率輸出極(leistungsendstufe)中，為了運行電動機，例如不允許超過預(yù)給定的溫度。由于制造引起的數(shù)值分散(streuung)和之前不可以準(zhǔn)確確定的運行狀態(tài)，功率組件在環(huán)境中實際的溫度是未知的。因此已知，在功率輸出級的結(jié)構(gòu)中設(shè)置緩沖區(qū)域，以便避免功率組件中出現(xiàn)的溫度峰值。在此不利的是，通過附加的半導(dǎo)體面產(chǎn)生花費并且浪費結(jié)構(gòu)空間。

在文獻(xiàn)de19904575c1中描述二極管，其充當(dāng)單片集成的溫度傳感器。

在文獻(xiàn)de102011050122a1中描述功率半導(dǎo)體，所述功率半導(dǎo)體包括溫度傳感器并且在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

集成半導(dǎo)體電路具有平面襯底。在平面襯底上布置絕緣層。在絕緣層上布置半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體層具有至少三個彼此鄰接的區(qū)段。直接彼此鄰接的區(qū)段具有相反的載流子或摻雜。由此，交替地形成pn結(jié)或np結(jié)，從而當(dāng)半導(dǎo)體層電接通時，三個彼此鄰接的區(qū)段具有導(dǎo)通方向上的二極管和截止方向上的二極管。接通層局部地(breichweise)布置在代表截止方向上的二極管的區(qū)段上。在此，接通層在橫向上局部地在第二區(qū)段和第三區(qū)段上延伸。接通層使截止方向上的二極管短接。在接通層上布置金屬層。金屬層完全覆蓋接通層并且電連接接通層。金屬層橫向地至少局部地以一垂直距離布置在三個彼此鄰接的區(qū)段上方。

在此，優(yōu)點是，可以用簡單的方式實現(xiàn)導(dǎo)通方向上的二極管的串聯(lián)電路，并且可以用該串聯(lián)電路根據(jù)二極管的數(shù)量調(diào)節(jié)正向電壓和溫度系數(shù)。另外，有利的是，通過借助金屬層局部地覆蓋三個彼此鄰接的區(qū)段而產(chǎn)生二極管的較小的使用壽命漂移。附加地，金屬層通過所述覆蓋來防止雜質(zhì)——例如離子擴散以及光入射。

在一種擴展方案中，借助第一接通結(jié)構(gòu)和第二接通結(jié)構(gòu)實現(xiàn)半導(dǎo)體層的接通，其中，第一接通結(jié)構(gòu)構(gòu)型為陰極并且第二接通結(jié)構(gòu)構(gòu)型為陽極。

在一種擴展方案中，寬度與長度的比值具有至少一個大于3的值，其中所述寬度與區(qū)段的接通區(qū)域平行地延伸，所述長度定義為一個pn結(jié)與下一pn結(jié)之間或一個np結(jié)與下一np結(jié)之間的距離。

在此有利的是，電耐擊穿強度(durchschlagsfestigkeit)高。

在另一種構(gòu)型中，金屬層的垂直距離相應(yīng)于接通層的層厚度。

在此，優(yōu)點是，集成半導(dǎo)體電路的半導(dǎo)體層的表面上的場強小。

在一種擴展方案中，絕緣層具有二氧化硅。

在此，有利的是，半導(dǎo)體電路可以單片地集成在不同的半導(dǎo)體工藝中，例如功率場效應(yīng)晶體管(powermosfet)、絕緣柵雙極性晶體管(igbt)或?qū)Ｓ眉呻娐?asic)。

電路裝置具有至少兩個根據(jù)本發(fā)明的集成半導(dǎo)體電路，其中，至少兩個集成半導(dǎo)體電路在至少一個襯底延伸方向上彼此以一距離布置在平面襯底上的絕緣層上，其中，兩個半導(dǎo)體電路具有相反的摻雜順序。

在此，優(yōu)點是，電路裝置具有低漂移，因為可以不將二極管運行至擊穿。

在一種擴展方案中，在第一半導(dǎo)體電路中布置導(dǎo)通方向上的二極管和截止方向上的二極管。在第二半導(dǎo)體電路中同樣布置導(dǎo)通方向上的二極管和截止方向上的二極管。第一半導(dǎo)體電路的在截止方向上布置的二極管和第二半導(dǎo)體電路的在導(dǎo)通方向上布置的二極管與共同的金屬層電連接。金屬層至少局部地以一垂直距離橫向地布置在兩個集成半導(dǎo)體電路的半導(dǎo)體層的分別三個彼此鄰接的區(qū)段上方。

在此有利的是，通過二極管鏈的反向并聯(lián)電路以及在截止方向上極化的二極管與金屬層的連接實現(xiàn)單個二極管上的均勻的電壓分布，因為每個單個截止二極管上的電壓降不可以超過其反向并聯(lián)連接的二極管的正向電壓的值。

使用集成半導(dǎo)體電路或電路裝置來感測溫度。在此，集成半導(dǎo)體電路與電壓源或電流源連接。在超過溫度閾值時產(chǎn)生信號。在此，可以根據(jù)集成半導(dǎo)體電路或電路裝置的正向電壓調(diào)節(jié)溫度閾值。根據(jù)pn結(jié)和np結(jié)的數(shù)量調(diào)節(jié)正向電壓的值。

在此有利的是，用于確定溫度的系統(tǒng)復(fù)雜性和平衡復(fù)雜性低。

在一種擴展方案中，根據(jù)n區(qū)或p區(qū)的摻雜調(diào)節(jié)正向電壓的值。

其他優(yōu)點由實施例的以下說明書或由屬權(quán)利要求書得出。

附圖說明

以下根據(jù)優(yōu)選實施方式和附圖標(biāo)記闡述本發(fā)明。附圖示出，

圖1a一種具有半導(dǎo)體層以及半導(dǎo)體層的示例性接通的集成半導(dǎo)體電路，該半導(dǎo)體層具有至少三個區(qū)段；

圖1b圖1a中的集成半導(dǎo)體電路的等效電路圖；

圖1c圖1a中的集成半導(dǎo)體電路的x-z平面的剖面圖；

圖1d集成半導(dǎo)體電路的另一種實施例，在所述半導(dǎo)體電路中，接通層布置在半導(dǎo)體層下；

圖2a具有兩個集成半導(dǎo)體電路的電路裝置；

圖2b圖2a中的電路裝置的等效電路圖；

圖3a用于感測溫度的電路；

圖3b圖3a中的電路的等效電路圖；

圖3c用于感測溫度的具有曲線形構(gòu)型的摻雜區(qū)域的另一電路；

圖3d用于感測溫度的具有圓形構(gòu)型的摻雜區(qū)域的另一電路。

具體實施方式

圖1a示出集成半導(dǎo)體電路1,所述半導(dǎo)體電路可以借助兩個接通結(jié)構(gòu)14和15與其他組件或電壓源或電流源連接。集成半導(dǎo)體電路1具有平面襯底2，在所述平面襯底上布置絕緣層3。半導(dǎo)體層4布置在絕緣層3上，所述半導(dǎo)體層具有三個彼此鄰接的區(qū)段5、6和7。第一區(qū)段5和第三區(qū)段7具有第一摻雜。第二區(qū)段6具有第二摻雜。第一摻雜和第二摻雜具有相反的載流子，即第一區(qū)段5和第三區(qū)段7例如是p摻雜并且第二區(qū)段是n摻雜。第二區(qū)段6在第一區(qū)段5與第三區(qū)段7之間布置。因為第一區(qū)段5直接鄰接第二區(qū)段6并且第二區(qū)段6直接鄰接第7區(qū)段，由于區(qū)段5、6和7的相反的載流子在區(qū)段過渡或載流子過渡——所述區(qū)段過渡或載流子過渡形成pn結(jié)或np結(jié)——處形成接通區(qū)域。因此，在圖1a中用參考標(biāo)記13標(biāo)出的區(qū)域包括導(dǎo)通方向上的二極管11和截止方向上的二極管12，如在圖1b中的等效電路圖中所示出的一樣。為了獲得二極管的高耐擊穿性，pn結(jié)或np結(jié)的寬度——所述寬度定義為與pn結(jié)或np結(jié)平行——相對于區(qū)段的鄰接接通區(qū)域的軌道區(qū)域(bahngebiet)的長度如此設(shè)計，使得寬度與長度的比值具有至少為3的值。接通層8至少局部地在第二區(qū)段6和第三區(qū)段7上面布置，并且電連接它們。因此，接通層8示出兩個區(qū)段6和7的共同的接通，即接通層跨接接通區(qū)域并且因此在所述實施例中使在截止方向上布置的二極管12短接。根據(jù)本發(fā)明總是使處于截止方向上的二極管短接。接通層8是高摻雜退化的(entartet)或金屬的，從而形成與第二區(qū)段6且與第三區(qū)段7的低電阻的歐姆接觸。金屬層9在接通層8上布置并且完全覆蓋接通層8。金屬層9接通接通層8?？蛇x地，接通層8和金屬層9構(gòu)型為一個層。金屬層9至少局部地以一垂直距離橫向地布置在三個區(qū)段5、6和7上方并且因此防止區(qū)域式覆蓋的半導(dǎo)體層受到光入射和雜質(zhì)的擴散。金屬層9例如具有高摻雜的或退化的n++-多晶硅或銅化鋁。金屬層9可選地由多個層形成，尤其由充當(dāng)勢壘的金屬層形成，例如鈦、氮化鈦或鎢。絕緣層3包括二氧化硅、正硅酸乙酯(teos)或bspg。代替地，絕緣層3包括氮化硅。平面襯底2包括硅、多晶硅或其他半導(dǎo)體材料。接通結(jié)構(gòu)14構(gòu)型為陰極并且接通結(jié)構(gòu)15構(gòu)型為陽極。接通結(jié)構(gòu)14和15的區(qū)段具有相反的載流子。借助接通層實現(xiàn)電接通，其中，該接通層布置在各個區(qū)段上而不在所述過渡上。因此，圖1b中的等效電路圖中的陰極17直接與二極管11和12連接。因為，為了構(gòu)造陽極16需要另一區(qū)段過渡，所以工藝限定地產(chǎn)生導(dǎo)通方向上的二極管18。

在一種實施例中，接通層8構(gòu)型為接通孔。因此可以將接通孔的金屬化和金屬層9構(gòu)型為一個層。

在另一種實施例中，通過幾何構(gòu)型，三個區(qū)段5、6和7的軌道電阻(bahnwiderstand)和/或電阻溫度系數(shù)基本上一樣大。

在另一種實施例中，半導(dǎo)體層4具有多個彼此鄰接的區(qū)段。在此，直接彼此鄰接的區(qū)段具有相反的載流子。由此得出多個pn結(jié)或np結(jié)。如果半導(dǎo)體層4的外部的區(qū)段或接通結(jié)構(gòu)與電壓源或電流源連接，得出導(dǎo)通方向上的二極管或截止方向上的二極管的面優(yōu)化的串聯(lián)電路，即二極管鏈。因為截止方向上的二極管工藝限定地出現(xiàn)，必須為了感測溫度的用途而短接二極管。這借助接通層實現(xiàn)，所述接通層例如布置在產(chǎn)生截止方向上的二極管的區(qū)段上。由此可以調(diào)節(jié)集成半導(dǎo)體電路的預(yù)給定的正向電壓，從所述正向電壓中可以導(dǎo)出溫度。

在一種實施例中，軌道區(qū)域的平行于pn結(jié)或np結(jié)延伸的寬度以及長度一樣大。也就是說半導(dǎo)體層的區(qū)段是正方形的。

圖1c以x-z平面的剖面圖示出集成半導(dǎo)體電路。金屬層9相對于半導(dǎo)體層2的垂直距離相應(yīng)于接通層8的層厚度或接通孔刻蝕的深度。

圖1d示出一種實施例，在所述實施例中，接通層8布置在半導(dǎo)體層4下。接通層8也在此使截止方向上的二極管短接。金屬層9布置在接通層8下。金屬層9和接通層8都分別由絕緣層圍繞。

圖2a示出具有兩個集成半導(dǎo)體電路31和32的電路裝置。圖2b示處屬于所述電路裝置的等效電路圖。在以下區(qū)段中參考兩個圖2a和ab。電路裝置30設(shè)有接通結(jié)構(gòu)41和42，所述接通結(jié)構(gòu)接通二極管鏈。在此，在第一半導(dǎo)體電路31中在陽極接通部42或46處產(chǎn)生導(dǎo)通方向上的二極管，并且在第二半導(dǎo)體電路32中在陰極接通部41或45處產(chǎn)生導(dǎo)通方向上的二極管。在此，電路裝置30包括兩個半導(dǎo)體層，所述兩個半導(dǎo)體層分別包括三個區(qū)段。兩個半導(dǎo)體層在y方向上在平面襯底44的絕緣層33上間隔開地布置。第一半導(dǎo)體層具有導(dǎo)通方向上的二極管40和截止方向上的二極管39。第二半導(dǎo)體層具有截止方向上的二極管37和導(dǎo)通方向上的二極管38。在第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層中，借助接通層34或35分別使截止方向上的二極管37和39短接。共同的金屬層36布置在接通層34和35上，所述共同的金屬層完全覆蓋接通層34和35并且電接通。金屬層36具有相對于第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的垂直距離，并且局部地布置在半導(dǎo)體層的三個區(qū)段上方。金屬層36既用于電接通又用于屏蔽入射光或雜質(zhì)的擴散。金屬層36在圖2b中示出為連接部43。

圖3a以電路的x-y平面的俯視圖的形式示出用于感測溫度的電路。俯視圖示出電路的可能的布局。每個二極管鏈分別示出5個二極管。第一半導(dǎo)體層31.1平行于第二半導(dǎo)體層32.1地布置在絕緣層3.1上。第一半導(dǎo)體層31.1和第二半導(dǎo)體層32.1交替地具有p摻雜區(qū)段6.1和n摻雜區(qū)段5.1，其中，相同載流子的區(qū)段對置。借助接通層8.1使第一半導(dǎo)體層31.1的截止方向上的二極管和第二半導(dǎo)體層32.1的截止方向上的二極管短接。金屬層9.1分別布置在第一半導(dǎo)體層31.1和第二半導(dǎo)體層32.1的三個彼此鄰接的區(qū)段上方，從而金屬層9.1例如形成矩形。在具有陽極或陰極的接通部的區(qū)域中，金屬層9.1具有其他形狀。

圖3b示出所屬的等效電路圖50。等效電路圖50具有第一二極管鏈53和反向并聯(lián)連接的第二二極管鏈54。連接端51充當(dāng)陰極并且連接端52充當(dāng)陽極。附加地，第一二極管鏈53的截止二極管與第二二極管鏈54的截止二極管電連接，其中，所屬截止二極管對置。

圖3c示出用于感測溫度的具有圖3b中同樣的等效電路圖的電路的另一種構(gòu)型。在此，摻雜的半導(dǎo)體區(qū)段5.2和6.2、接通層8.2和金屬層9.2波浪形地布置在絕緣層3上方?？蛇x地，pn結(jié)或np結(jié)的幾何形狀為了擴大二極管的有效pn寬度構(gòu)型為曲線形或波浪形。

圖3d示出用于感測溫度的電路的另一種構(gòu)型，在所述構(gòu)型中，絕緣層3.3、摻雜半導(dǎo)體區(qū)段5.3和6.3、接通層8.3和金屬層9.3圓形地布置。

圖3a、3b、3c和3d的電路由于二極管的正向電壓的溫度相關(guān)性適合用于感測溫度。借助所述電路，可以確定二極管鏈的溫度系數(shù)。為此，功率半導(dǎo)體中的陰極連接端例如與源極、射極或地(masse)連接。如果向陽極連接端饋入電流，則可以確定導(dǎo)通方向上極化的二極管的溫度相關(guān)的正向電壓。也可以由溫度相關(guān)的正向電壓確定功率組件——在所述功率組件中可以集成電路——的溫度。正向電壓與發(fā)射因子、熱電壓、正向電流、飽和電流和串聯(lián)電阻或軌道電阻有關(guān)。為了產(chǎn)生正向電壓、飽和電流和溫度之間的盡可能的線性關(guān)系，必須減小發(fā)射因子和串聯(lián)電阻的溫度相關(guān)性。通過以下方式減小發(fā)射因子：在具有相反載流子的區(qū)域中如此調(diào)節(jié)摻雜的濃度，從而具有相反載流子的區(qū)域具有基本上相同的電阻。由此減小總電阻或軌道電阻。附加地通過高的側(cè)邊比減小總串聯(lián)電阻，因為由此沿著電流方向最大地縮短軌道區(qū)域的長度，而提高pn結(jié)的寬度。除了電路裝置的幾何規(guī)劃和p區(qū)和n區(qū)的摻雜以外，分布的接通部也用于減少軌道電阻，因為在接通部下面的半導(dǎo)體層低電阻地跨接。因此，正向電壓基本上與溫度線性相關(guān)。通過二極管的布置或連接，每個單個的二極管的截止電壓限界到其反向并聯(lián)連接的二極管的正向電壓?？梢栽趦蓚€方向上實現(xiàn)對正向電壓的讀取。所述電路例如可以在功率場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極性晶體管或?qū)Ｓ眉呻娐分屑伞?/p>