CN112071914B - 带有mos单元和电压感测及控制单元的半导体器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件，包括MOS单元和电压感测及控制单元，两个单元共用部分器件结构，共用结构包括：第二导电类型半导体漏极区、位于第二导电类型半导体集电极区上表面的第二导电类型半导体漂移区、第二导电类型半导体集电极区下表面连接的漏极金属电极；本发明在电压感测及控制单元中设置电压采样感测区和采样控制区，对漏极电压实现可控的采样；在器件进行电压采样时，当漏极电压增大到某一电压时，电压采样感测区的电压开始随着漏极电压的进一步增加而增加，检测电压采样感测区的电压，来反映漏极电压，并通过改变电压采样控制区的电压来改变电压采样的起始点，实现一个可控制的电压采样。

Description

带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件
技术领域
本发明涉及功率半导体技术，具体涉及一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件。
背景技术
随着电力电子技术向高压、功率集成电路和系统领域的快速发展，对电路和系统的实时保护成为电力电子领域中非常关键的一环，要实现对电路和系统的实时保护，最重要的是对高压、功率集成电路输入/输出性能和负载工作情况等进行检测。
功率半导体器件在实际应用中面临诸多失效情况，如开关瞬态过程中的输入过压以及感性负载下的瞬态电流峰值过冲等，单个模块中器件的损坏将直接影响电路系统的可靠性与稳定性，监测器件工作时稳定性的有效方法是直接测量功率模块中器件的电压和电流并及时反馈。传统采样技术主要是通过外围元器件实现的，如副边反馈采样、电阻分压法、电流镜采样等方法，这些方法都会带来信号采样不可调、采样精度不够、制作成本增加、应用电路体积大等缺点。
本发明提出一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件，在电压感测及控制单元中设置电压采样感测区和采样控制区，对漏极电压实现可控的采样。
发明内容
本发明所要解决的，就是针对上述传统采样技术存在的问题，提出了一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件，该半导体器件包括MOS单元和电压感测及控制单元，两个单元共用部分器件结构，共用结构包括：第二导电类型半导体漏极区13、位于第二导电类型半导体集电极区13上表面的第二导电类型半导体漂移区12、第二导电类型半导体集电极区13下表面连接的漏极金属电极14；
MOS单元还包括位于第二导电类型半导体漂移区12内部上表面的第一导电类型半导体第一体区8；所述第一导电类型半导体第一体区8内部上表面具有第一导电类型半导体源极区6和第二导电类型半导体源极区7；所述第一导电类型半导体源极区6和第二导电类型半导体源极区7侧面接触；所述第二导电类型半导体源极区7上表面有源极金属电极1；所述第二导电类型半导体漂移区12内部上表面具有氧化层3以及位于氧化层3中的栅电极2；氧化层3与第一导电类型半导体第一体区8的侧面接触；
电压感测及控制单元还包括位于第二导电类型半导体漂移区12内部上表面的第一导电类型半导体第二体区10和第一导电类型半导体区9；所述第一导电类型半导体第二体区10和第一导电类型半导体区9侧面接触；所述第一导电类型半导体第二体区10内部上表面具有第二导电类型半导体区11；所述第一导电类型半导体区9上表面接有第二金属电极4；所述第二导电类型半导体区11上表面接有第一金属电极5。
作为优选方式，电压感测及控制单元位于第二导电类型半导体漂移区12内部上表面，嵌在相邻MOS单元之间。
作为优选方式，第一导电类型半导体区9的结深比MOS单元中第一导电类型半导体第一体区8结深更深；所述第一导电类型半导体第二体区10结深比第一导电类型半导体区9浅。
作为优选方式，第一导电类型半导体第二体区10下表面长度大于等于第二导电类型半导体区11下表面长度；第一导电类型半导体区9的下表面长度大于第二导电类型半导体区11下表面长度。
作为优选方式，第一导电类型半导体第二体区10掺杂方式为非均匀掺杂；第一导电类型半导体第二体区10浓度低于第一导电类型半导体区9；第二导电类型半导体区11浓度高于第一导电类型半导体区9。
作为优选方式，第一导电类型半导体为P型半导体，第二导电类型半导体为N型半导体；或者第一导电类型半导体为N型半导体，第二导电类型半导体为P型半导体。
作为优选方式，第一导电类型半导体或者第二导带类型半导体的材料为单晶硅、碳化硅或者氮化镓。
本发明的有益效果为：本发明提出一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件，在电压感测及控制单元中设置电压采样感测区和采样控制区，对漏极电压实现可控的采样。在器件进行电压采样时，当漏极电压增大到某一电压时，电压采样感测区的电压开始随着漏极电压的进一步增加而增加，检测电压采样感测区的电压，来反映漏极电压，并通过改变电压采样控制区的电压来改变电压采样的起始点，实现一个可控制的电压采样。
附图说明
图1是本发明提供的一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件的结构示意图；
图2是本发明提供的一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件在电压采样时的结构原理图；
图3是本发明提供的一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件电压采样特性示意图；
1为源极金属电极，2为栅电极，3为氧化层，4为第二金属电极，5为第一金属电极，6为第一导电类型半导体源极区，7为第二导电类型半导体源极区，8为第一导电类型半导体第一体区，9为第一导电类型半导体区，10为第一导电类型半导体第二体区，11为第二导电类型半导体区，12为第二导电类型半导体漂移区，13为第二导电类型半导体漏极区，14为漏极金属电极。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如图1所示，本发明提供一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件，该半导体器件包括MOS单元和电压感测及控制单元，两个单元共用部分器件结构，共用结构包括：第二导电类型半导体漏极区13、位于第二导电类型半导体集电极区13上表面的第二导电类型半导体漂移区12、第二导电类型半导体集电极区13下表面连接的漏极金属电极14；
MOS单元还包括位于第二导电类型半导体漂移区12内部上表面的第一导电类型半导体第一体区8；所述第一导电类型半导体第一体区8内部上表面具有第一导电类型半导体源极区6和第二导电类型半导体源极区7；所述第一导电类型半导体源极区6和第二导电类型半导体源极区7侧面接触；所述第二导电类型半导体源极区7上表面有源极金属电极1；所述第二导电类型半导体漂移区12内部上表面具有氧化层3以及位于氧化层3中的栅电极2；氧化层3与第一导电类型半导体第一体区8的侧面接触；
电压感测及控制单元还包括位于第二导电类型半导体漂移区12内部上表面的第一导电类型半导体第二体区10和第一导电类型半导体区9；所述第一导电类型半导体第二体区10和第一导电类型半导体区9侧面接触；所述第一导电类型半导体第二体区10内部上表面具有第二导电类型半导体区11；所述第一导电类型半导体区9上表面接有第二金属电极4；所述第二导电类型半导体区11上表面接有第一金属电极5。
具体的，电压感测及控制单元位于第二导电类型半导体漂移区12内部上表面，嵌在相邻MOS单元之间。
本实施例中，第一导电类型半导体区9的结深比MOS单元中第一导电类型半导体第一体区8结深更深；所述第一导电类型半导体第二体区10结深比第一导电类型半导体区9浅。
第一导电类型半导体第二体区10下表面长度大于等于第二导电类型半导体区11下表面长度；第一导电类型半导体区9的下表面长度大于第二导电类型半导体区11下表面长度。
第一导电类型半导体第二体区10掺杂方式为非均匀掺杂；第一导电类型半导体第二体区10浓度低于第一导电类型半导体区9；第二导电类型半导体区11浓度高于第一导电类型半导体区9。
第一导电类型半导体为P型半导体，第二导电类型半导体为N型半导体；或者第一导电类型半导体为N型半导体，第二导电类型半导体为P型半导体。
第一导电类型半导体或者第二导带类型半导体的材料为单晶硅、碳化硅或者氮化镓。
以第一导电类型是p型掺杂为例，说明本发明的工作原理：
如图2所示，在器件进行电压采样时，第一金属电极5接电阻，源极金属电极1和栅电极2接地，漏极接正电压，在MOS单元关断状态下改变漏极电压，当漏极电压增大到某一电压时，第一金属电极5的电压开始随着漏极电压的进一步增加而增加，检测第一金属电极5的电压，来反映漏极电压，并通过改变第二金属电极4的电压来控制电压采样的起始点，实现一个可控制的电压采样。
为了验证本发明的有益结果，利用Medici软件模拟器件结构，并进行电学参数的仿真，仿真结果发现：在仿真中，第一金属电极5接电阻，源极金属电极1和栅电极2接地，漏极接正电压，在MOS单元关断状态下改变漏极电压，得到如图3所示的电压采样图像，第二金属电极4为0V，当漏极电压增加到某一电压时，第一金属电极5的采样电压也开始随之增加，且采样电压随漏极电压呈近似线性变化的；当第二金属电极4电压下降，第一金属电极5的采样电压起始点会升高。
综上所述，本发明提供的一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件，该结构在电压感测及控制单元中设置电压采样感测区和采样控制区，可以对漏极电压进行可控的采样。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件，其特征在于：该半导体器件包括MOS单元和电压感测及控制单元，两个单元共用部分器件结构，共用结构包括：第二导电类型半导体漏极区（13）、位于第二导电类型半导体漏极区（13）上表面的第二导电类型半导体漂移区（12）、第二导电类型半导体漏极区（13）下表面连接的漏极金属电极（14）；
MOS单元还包括位于第二导电类型半导体漂移区（12）内部上表面的第一导电类型半导体第一体区（8）；所述第一导电类型半导体第一体区（8）内部上表面具有第一导电类型半导体源极区（6）和第二导电类型半导体源极区（7）；所述第一导电类型半导体源极区（6）和第二导电类型半导体源极区（7）侧面接触；所述第二导电类型半导体源极区（7）上表面有源极金属电极（1）；所述第二导电类型半导体漂移区（12）内部上表面具有氧化层（3）以及位于氧化层（3）中的栅电极（2）；氧化层（3）与第一导电类型半导体第一体区（8）的侧面接触；
电压感测及控制单元还包括位于第二导电类型半导体漂移区（12）内部上表面的第一导电类型半导体第二体区（10）和第一导电类型半导体区（9）；所述第一导电类型半导体第二体区（10）和第一导电类型半导体区（9）侧面接触；所述第一导电类型半导体第二体区（10）内部上表面具有第二导电类型半导体区（11）；所述第一导电类型半导体区（9）上表面接有第二金属电极（4）；所述第二导电类型半导体区（11）上表面接有第一金属电极（5）；
在器件进行电压采样时，第一金属电极（5）接电阻，源极金属电极（1）和栅电极（2）接地，漏极金属电极（14）接正电压，在MOS单元关断状态下改变漏极金属电极（14）电压，当漏极金属电极（14）电压增大到某一电压时，第一金属电极（5）的电压开始随着漏极金属电极（14）电压的进一步增加而增加，检测第一金属电极（5）的电压，来反映漏极金属电极（14）电压，并通过改变第二金属电极（4）的电压来控制电压采样的起始点，实现一个可控制的电压采样。
2.根据权利要求1所述的一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件，其特征在于：电压感测及控制单元位于第二导电类型半导体漂移区（12）内部上表面，嵌在相邻MOS单元之间。
3.根据权利要求1所述的一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件，其特征在于：第一导电类型半导体区（9）的结深比MOS单元中第一导电类型半导体第一体区（8）结深更深；所述第一导电类型半导体第二体区（10）结深比第一导电类型半导体区（9）浅。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件，其特征在于：第一导电类型半导体第二体区（10）下表面长度大于等于第二导电类型半导体区（11）下表面长度；第一导电类型半导体区（9）的下表面长度大于第二导电类型半导体区（11）下表面长度。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件，其特征在于：第一导电类型半导体第二体区（10）掺杂方式为非均匀掺杂；第一导电类型半导体第二体区（10）浓度低于第一导电类型半导体区（9）；第二导电类型半导体区（11）浓度高于第一导电类型半导体区（9）。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件，其特征在于：第一导电类型半导体为P型半导体，第二导电类型半导体为N型半导体；或者第一导电类型半导体为N型半导体，第二导电类型半导体为P型半导体。
7.根据权利要求1至3任意一项所述的一种带有MOS单元和电压感测及控制单元的半导体器件，其特征在于：第一导电类型半导体或者第二导电类型半导体的材料为单晶硅、碳化硅或者氮化镓。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114420561B (zh) * 2022-03-31 2022-07-15 深圳市威兆半导体有限公司 一种igbt器件及其制造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5097302A (en) * 1990-03-20 1992-03-17 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device having current detection capability
US6188109B1 (en) * 1998-01-13 2001-02-13 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device having a sense electrode
CN108767006A (zh) * 2018-05-31 2018-11-06 电子科技大学 一种集成电压采样功能的igbt器件
CN111354779A (zh) * 2018-12-21 2020-06-30 三菱电机株式会社 半导体装置及半导体装置的制造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3338185B2 (ja) * 1994-08-02 2002-10-28 株式会社東芝 半導体装置
JP4748149B2 (ja) * 2007-12-24 2011-08-17 株式会社デンソー 半導体装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5097302A (en) * 1990-03-20 1992-03-17 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device having current detection capability
US6188109B1 (en) * 1998-01-13 2001-02-13 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device having a sense electrode
CN108767006A (zh) * 2018-05-31 2018-11-06 电子科技大学 一种集成电压采样功能的igbt器件
CN111354779A (zh) * 2018-12-21 2020-06-30 三菱电机株式会社 半导体装置及半导体装置的制造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
集成电流采样和保护功能的IGBT设计;贾鹏飞;《信息科技辑》;20200115(第1期);论文正文第四章第37-54页第4.1-4.2小节 *

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