KR102251759B1 - Power semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전력 전달을 스위칭하기 위한 전력 반도체 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a power semiconductor device for switching power transmission.
전력 반도체 소자는 고전압과 고전류 환경에서 동작하는 반도체 소자이다. 이러한 전력 반도체 소자는 고전력 스위칭이 필요한 분야, 예컨대 인버터 소자에 이용되고 있다. 예를 들어, 전력 반도체 소자로는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor), 전력 모스펫(Power MOSFET) 등을 들 수 있다. 이러한 전력 반도체 소자는 고전압에 대한 내압 특성이 기본적으로 요구되며, 최근에는 부가적으로 고속 스위칭 동작을 요하고 있다. Power semiconductor devices are semiconductor devices that operate in a high voltage and high current environment. Such power semiconductor devices are used in fields requiring high power switching, for example, inverter devices. For example, the power semiconductor device may include an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a power MOSFET, and the like. Such a power semiconductor device is basically required to withstand voltage characteristics for a high voltage, and recently, additionally, a high-speed switching operation is required.
이러한 전력 반도체 소자는 동작 전류를 모니터링 하기 위하여 메인 동작 셀에 비해서 소정 미러링(mirroring) 비로 센서 영역에 전류 센서 셀을 형성하여 메인 동작 셀의 전류를 모니터링하고 있다. 하지만, 이러한 전류 센서 셀의 면적은 메인 동작 셀에 비해서 매우 작기 때문에 센서 영역에서 적정 규모의 ESD 정전 용량을 확보하기 어려운 문제가 있다. In order to monitor the operating current, the power semiconductor device monitors the current of the main operating cell by forming a current sensor cell in the sensor area at a predetermined mirroring ratio compared to the main operating cell. However, since the area of the current sensor cell is very small compared to the main operation cell, it is difficult to secure an appropriate scale ESD capacitance in the sensor area.
나아가, 도 1에 도시된 바와 같이, 게이트 지연 효과로 인하여, 메인 동작 셀에 비해서 전류 센서 셀의 동작이 지연되는 문제가 있다. 게이트 전압(VG)이 인가된 후 메인 동작 셀의 전류(ICE)는 바로 선형적으로 증가되지만, 전류 센서 셀의 전압(Vs)은 일정 시간 지연 후 상승됨을 알 수 있다.Further, as shown in FIG. 1, due to the gate delay effect, there is a problem that the operation of the current sensor cell is delayed compared to the main operation cell. After the gate voltage V G is applied, the current I CE of the main operation cell increases linearly, but it can be seen that the voltage V s of the current sensor cell increases after a predetermined time delay.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 센서 영역의 동작 특성을 개선할 수 있는 전력 반도체 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power semiconductor device capable of improving the operating characteristics of a sensor region. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 의한 전력 반도체 소자는, 메인 셀 영역, 센서 영역, 및 상기 메인 셀 영역 및 상기 센서 영역 사이의 절연 영역을 포함하는 반도체층과, 상기 메인 셀 영역에 형성된 복수의 전력 반도체 트랜지스터들과, 상기 센서 영역에 형성된 복수의 전류 센서 트랜지스터들과, 상기 복수의 전류 센서 트랜지스터들이 상기 복수의 전력 반도체 트랜지스터들에 비해서 초기에 구동이 지연되는 것을 줄이기 위하여, 상기 복수의 전력 반도체 트랜지스터들의 에미터 전극 및 켈빈 에미터 전극 사이에 접속된 켈빈 저항을 포함한다.A power semiconductor device according to an aspect of the present invention for solving the above problem includes a semiconductor layer including a main cell region, a sensor region, and an insulating region between the main cell region and the sensor region, and the main cell region In order to reduce an initial delay in driving of the plurality of power semiconductor transistors formed, the plurality of current sensor transistors formed in the sensor region, and the plurality of current sensor transistors compared to the plurality of power semiconductor transistors, the plurality of And a Kelvin resistance connected between the Kelvin emitter electrode and the emitter electrode of the power semiconductor transistors.
상기 전력 반도체 소자에 있어서, 상기 켈빈 저항은 상기 반도체층 내 불순물로 도핑된 켈빈 정션 영역으로 형성되고, 상기 에미터 전극 및 상기 켈빈 에미터 전극은 상기 켈빈 정션 영역에 각각 접속될 수 있다.In the power semiconductor device, the Kelvin resistance is formed as a Kelvin junction region doped with impurities in the semiconductor layer, and the emitter electrode and the Kelvin emitter electrode may be connected to the Kelvin junction region, respectively.
상기 전력 반도체 소자에 있어서, 상기 복수의 전력 반도체 트랜지스터들의 드리프트 영역은 제 1 도전형의 불순물로 도핑되고, 상기 켈빈 정션 영역은 상기 제 1 도전형의 반대인 제 2 도전형의 불순물로 도핑되어, 상기 켈빈 정션 영역 및 상기 드리프트 영역은 PN 다이오드 구조를 형성할 수 있다.In the power semiconductor device, a drift region of the plurality of power semiconductor transistors is doped with an impurity of a first conductivity type, and the Kelvin junction region is doped with an impurity of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, The Kelvin junction region and the drift region may form a PN diode structure.
상기 전력 반도체 소자에 있어서, 상기 켈빈 저항은 상기 반도체층 상에 도전층으로 형성될 수 있다.In the power semiconductor device, the Kelvin resistance may be formed as a conductive layer on the semiconductor layer.
상기 전력 반도체 소자에 있어서, 상기 에미터 전극에 연결된 에미터 단자 및 상기 복수의 전류 센서 트랜지스터들에 연결된 전류 센서 단자를 비정상적인 동작 상황에서 서로 연결하도록 상기 절연 영역에 형성된 보호 저항을 더 포함할 수 있다.In the power semiconductor device, a protection resistor formed in the insulating region may further include an emitter terminal connected to the emitter electrode and a current sensor terminal connected to the plurality of current sensor transistors to each other in an abnormal operation situation. .
상기 전력 반도체 소자에 있어서, 상기 보호 저항은 상기 반도체층 내 제 1 도전형의 불순물이 도핑되어 형성된 보호 정션 영역을 포함할 수 있다.In the power semiconductor device, the protection resistor may include a protection junction region formed by doping an impurity of a first conductivity type in the semiconductor layer.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 의한 전력 반도체 소자는, 반도체층의 메인 셀 영역에 형성된 복수의 전력 반도체 트랜지스터들의 에미터 전극과 연결되는 에미터 단자와, 상기 복수의 전력 반도체 트랜지스터들의 켈빈 에미터 전극과 연결되는 켈빈 에미터 단자와, 상기 전력 반도체 트랜지스터들의 전류를 모니터링하기 위해, 상기 반도체층의 센서 영역에 형성된 복수의 전류 센서 트랜지스터들과 연결되는 전류 센서 단자와, 상기 전력 반도체 트랜지스터들의 게이트 전극 및 상기 복수의 전류 센서 트랜지스터들의 게이트 전극과 연결되는 게이트 단자와, 상기 복수의 전류 센서 트랜지스터들이 상기 복수의 전력 반도체 트랜지스터들에 비해서 초기에 구동이 지연되는 것을 줄이기 위하여, 상기 에미터 단자 및 상기 켈빈 에미터 단자 사이에 접속된 켈빈 저항을 포함할 수 있다.A power semiconductor device according to an aspect of the present invention for solving the above problem includes an emitter terminal connected to an emitter electrode of a plurality of power semiconductor transistors formed in a main cell region of a semiconductor layer, and the plurality of power semiconductor transistors. A Kelvin emitter terminal connected to a Kelvin emitter electrode; a current sensor terminal connected to a plurality of current sensor transistors formed in a sensor region of the semiconductor layer to monitor currents of the power semiconductor transistors; and the power semiconductor transistor In order to reduce an initial delay in driving of the plurality of current sensor transistors compared to the plurality of power semiconductor transistors, a gate terminal connected to the gate electrode of the plurality of current sensor transistors and the gate electrode of the plurality of current sensor transistors, the emitter terminal And a Kelvin resistance connected between the Kelvin emitter terminals.
상기 전력 반도체 소자에 있어서, 상기 켈빈 저항은 상기 반도체층 내 불순물로 도핑된 켈빈 정션 영역으로 형성되고, 상기 에미터 전극 및 상기 켈빈 에미터 전극은 상기 켈빈 정션 영역에 각각 접속될 수 있다.In the power semiconductor device, the Kelvin resistance is formed as a Kelvin junction region doped with impurities in the semiconductor layer, and the emitter electrode and the Kelvin emitter electrode may be connected to the Kelvin junction region, respectively.
상기 전력 반도체 소자에 있어서, 상기 복수의 전력 반도체 트랜지스터들의 드리프트 영역은 제 1 도전형의 불순물로 도핑되고, 상기 켈빈 정션 영역은 상기 제 1 도전형의 반대인 제 2 도전형의 불순물로 도핑되어, 상기 켈빈 정션 영역 및 상기 드리프트 영역은 PN 다이오드 구조를 형성할 수 있다.In the power semiconductor device, a drift region of the plurality of power semiconductor transistors is doped with an impurity of a first conductivity type, and the Kelvin junction region is doped with an impurity of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, The Kelvin junction region and the drift region may form a PN diode structure.
상기 전력 반도체 소자에 있어서, 상기 켈빈 저항은 상기 반도체층 상에 도전층으로 형성될 수 있다.In the power semiconductor device, the Kelvin resistance may be formed as a conductive layer on the semiconductor layer.
상기 전력 반도체 소자에 있어서, 상기 에미터 단자 및 상기 전류 센서 단자를 비정상적인 동작 상황에서 서로 연결하도록 상기 메인 셀 영역 및 상기 센서 영역 사이의 상기 반도체층의 절연 영역에 형성된 보호 저항을 더 포함할 수 있다.The power semiconductor device may further include a protection resistor formed in an insulating region of the semiconductor layer between the main cell region and the sensor region to connect the emitter terminal and the current sensor terminal to each other in an abnormal operation situation. .
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자에 의하면, 전류 센서 트랜지스터들이 전력 반도체 트랜지스터들보다 지연되어 구동되는 현상을 완화시킬 수 있다. 물론 이러한 효과는 예시적인 것이고, 이러한 효과에 의해서 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to the power semiconductor device according to an embodiment of the present invention made as described above, it is possible to alleviate a phenomenon in which the current sensor transistors are driven with a delay compared to the power semiconductor transistors. Of course, these effects are exemplary, and the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 종래 전력 반도체 소자의 구동을 보여주는 타이밍 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 보여주는 개략적인평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 보여주는 회로도이다.
도 4는 도 3의 전력 반도체 소자의 일부를 보여주는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 보여주기 위한 회로도이다.
도 6은 도 5의 전력 반도체 소자의 구동을 설명하기 위한 등가 회로도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 전력 반도체 소자의 구동을 보여주는 타이밍 그래프이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 보여주는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 보여주는 단면도이다.1 is a timing graph showing driving of a conventional power semiconductor device.
2 is a schematic plan view showing a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram showing a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram showing a part of the power semiconductor device of FIG. 3.
5 is a circuit diagram showing a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
6 is an equivalent circuit diagram for explaining driving of the power semiconductor device of FIG. 5.
7 is a timing graph illustrating driving of a power semiconductor device according to example embodiments.
8 is a cross-sectional view illustrating a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view showing a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 적어도 일부의 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and the following embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art. It is provided to fully inform you. In addition, for convenience of description, in the drawings, at least some of the constituent elements may be exaggerated or reduced in size. In the drawings, the same reference numerals refer to the same elements.
다르게 정의되지 않는 한, 여기에 사용된 모든 용어들은 해당기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 같은 의미로 사용된다. 도면에서, 층 및 영역의 크기는 설명을 위해 과장되었고, 따라서 본 발명의 일반적인 구조들을 설명하기 위해 제공된다. 동일한 참조 부호들은 동일한 구성 요소를 나타낸다. 층, 영역, 또는 기판과 같은 한 구성이 다른 구성 상(on)에 있다고 지칭할 때, 그것은 다른 구성의 바로 상부에 있거나 또는 그 사이에 다른 개재된 구성이 또한 존재할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 반면에, 한 구성이 다른 구성의 “바로 위에(directly on)” 있다라고 지칭할 때는 중간 개재 구성들이 존재하지 않는다고 이해된다.Unless otherwise defined, all terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. In the drawings, the sizes of layers and regions are exaggerated for the sake of explanation, and thus are provided to describe the general structures of the present invention. The same reference numerals denote the same elements. When referring to a configuration such as a layer, region, or substrate as being on another configuration, it will be understood that it is directly on top of the other configuration or that there may also be other intervening configurations in between. On the other hand, when it is referred to as being "directly on" of another configuration, it is understood that there are no intervening configurations.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 보여주는 개략적인평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 보여주는 회로도이고, 도 4는 도 3의 전력 반도체 소자의 일부를 보여주는 회로도이다.2 is a schematic plan view showing a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a circuit diagram showing a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a schematic diagram showing a part.
도 2를 참조하면, 전력 반도체 소자(100)는 메인 셀 영역(MC) 및 센서 영역(SA)을 포함하는 반도체층(105)을 이용하여 구현될 수 있다. 이러한 전력 반도체 소자(100)는 웨이퍼(wafer), 칩(chip) 또는 다이(die) 구조를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the
예를 들어, 메인 셀 영역(MC)에는 복수의 전력 반도체 트랜지스터들(power semiconductor transistors, 도 3의 PT)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 전력 반도체 트랜지스터(PT)는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) 또는 전력 모스펫(power MOSFET)을 포함할 수 있다. IGBT는 게이트 전극, 에미터 전극(emitter electrode) 및 컬렉터 전극(collector electrode)을 포함할 수 있다. 도 3 내지 도 4에서는 전력 반도체 소자(100)로 IGBT를 예로 설명한다.For example, a plurality of power semiconductor transistors (PT of FIG. 3) may be formed in the main cell area MC. For example, the power semiconductor transistor PT may include an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a power MOSFET. The IGBT may include a gate electrode, an emitter electrode, and a collector electrode. In FIGS. 3 to 4, an IGBT is described as an example as the
도 2 내지 도 4를 같이 참조하면, 전력 반도체 소자(100)는 외부와 연결을 위한 복수의 단자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 반도체 소자(100)는 전력 반도체 트랜지스터들(PT)의 에미터 전극에 연결되는 에미터 단자(69), 전력 반도체 트랜지스터들(PT)의 켈빈 에미터 전극에 연결되는 켈빈 에미터 단자(66), 전력 반도체 트랜지스터들(PT)의 게이트 전극과 연결되는 게이트 단자(62), 전류를 모니터링하기 위한 전류 센서 트랜지스터들(ST)과 연결되는 전류 센서 단자(64), 온도를 모니터링하기 위한 온도 센서(TC)와 연결되는 온도 센서 단자들(67, 68) 및/또는 전력 반도체 트랜지스터들(PT) 및 전류 센서 트랜지스터들(ST)의 컬렉터 전극과 연결되는 컬렉터 단자(61)를 포함할 수 있다. 도 3에서 컬렉터 단자(61)는 도 2에서 전력 반도체 소자(100)의 후면 상에 있다.2 to 4 together, the
온도 센서(TC)는 온도 센서 단자들(67, 68)과 연결된 정션 다이오드(junction diode)를 포함할 수 있다. 정션 다이오드는 적어도 하나의 n형 불순물 영역과 적어도 하나의 p형 불순물 영역의 접합 구조, 예컨대 P-N 접합 구조, P-N-P 접합 구조, N-P-N 접합 구조 등을 포함할 수 있다. 본 구조는 전력 반도체 소자(100) 내에 온도 센서(TC)가 내장된 구조를 예시적으로 설명하고 있으나, 이 실시예의 변형된 예에서 온도 센서(TC)가 생략될 수도 있다.The temperature sensor TC may include a junction diode connected to the
전력 반도체 트랜지스터(PT)는 에미터 단자(69)와 컬렉터 단자(61) 사이에 접속되고, 전류 센서 트랜지스터(ST)는 전류 센서 단자(64)와 컬렉터 단자(61) 사이에 전력 반도체 트랜지스터(PT)와 일부 병렬적으로 접속된다. 전류 센서 트랜지스터(ST)의 게이트 전극과 전력 반도체 트랜지스터(PT)의 게이트 전극은 소정의 저항을 개재하여 게이트 단자(62)에 공유로 연결된다.The power semiconductor transistor PT is connected between the
전류 센서 트랜지스터(ST)는 전력 반도체 트랜지스터(PT)와 실질적으로 같은 구조로 형성되며, 다만 소정의 비로 축소되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 전류 센서 트랜지스터(ST)의 출력 전류를 모니터링함으로써 전력 반도체 트랜지스터(PT)의 출력 전류를 간접적으로 모니터링할 수 있게 된다.The current sensor transistor ST has substantially the same structure as the power semiconductor transistor PT, but may be reduced to a predetermined ratio. Accordingly, by monitoring the output current of the current sensor transistor ST, it is possible to indirectly monitor the output current of the power semiconductor transistor PT.
이 실시예에서, 에미터 단자(69) 및 전류 센서 단자(64)는 소정의 보호 저항(Re)을 통해서 연결될 수 있다. 보호 저항(Re)은 전력 반도체 소자(100)의 정상적인 동작 시에는 에미터 단자(69)와 전류 센서 단자(64) 사이를 절연시켜 실질적으로 전류의 흐름을 허용하지 않도록 충분히 큰 절연 저항일 수 있다. 다만, 에미터 단자(69) 및 전류 센서 단자(64)가 보호 저항(Re)을 통해서 연결된다는 의미는, 비정상적인 동작 상황, 예컨대 ESD(electro static discharge) 상황 같은 경우에는 전류의 흐름을 허용하도록 전기적으로 연결된 것을 의미할 수 있다. In this embodiment, the
따라서, 정상적인 동작 상황에서는 전력 반도체 트랜지스터(PT)의 에미터 단자(69)를 통한 전류 또는 전자 흐름과 전류 센서 트랜지스터(ST)의 전류 센서 단자(64)를 통한 전류 또는 전자의 흐름은 구분된다. 다만, 비정상적인 동작 상황, 예컨대 ESD 상황에서는 매우 큰 전압이 걸리거나 매우 큰 전류가 유입되어, 전류 센서 트랜지스터(ST)의 전류 또는 전자 흐름이 보호 저항(Re)을 통해서 전력 반도체 트랜지스터(PT) 방향으로 분배될 수 있다. 이에 따라, 메인 셀 영역(MC)에 비해서 상대적으로 크기가 작은 센서 영역(SA)에서도 정전 용량을 늘리고 정전 특성을 향상시킬 수 있게 된다. 즉, 보호 저항(Re)을 통한 전류 분배를 이용하여, 센서 영역(SA)이 ESD 충격으로부터 보호될 수 있다.Accordingly, in a normal operation situation, a current or electron flow through the
나아가, 전류 센서 트랜지스터들(ST)이 전력 반도체 트랜지스터들(PT)에 비해서 초기에 구동이 지연되는 것을 줄이기 위하여, 켈빈 저항(Rk)은 에미터 단자(69) 및 켈빈 에미터 단자(66) 사이에 접속될 수 있다. 일부 실시예에서, 켈빈 저항(Rk)은 전류 센서 단자(64)에 접속되는 센싱 저항(도 5의 Rs)에 대응하여 에미터 단자(69) 및 켈빈 에미터 단자(66) 사이에 접속될 수 있다. 이에 따라, 메인 셀 영역(MC) 내 전력 반도체 트랜지스터들(PT)과 센서 영역(SA) 내 전류 센서 트랜지스터들(ST) 사이의 임피던스 차이를 줄여서 게이트 지연을 감소시킬 수 있다.Furthermore, in order to reduce the initial delay in driving of the current sensor transistors ST compared to the power semiconductor transistors PT, the Kelvin resistance R k is the
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 보여주기 위한 회로도이고, 도 6은 도 5의 전력 반도체 소자의 구동을 설명하기 위한 등가 회로도이다. 이 실시예에 따른 전력 반도체 소자는 도 2 내지 도 4에 따른 전력 반도체 소자에서 일부 구성을 보다 구체적으로 표시한 것이고, 따라서 두 실시예들에서 중복된 설명은 생략된다.5 is a circuit diagram illustrating a power semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an equivalent circuit diagram illustrating driving of the power semiconductor device of FIG. 5. In the power semiconductor device according to this embodiment, some configurations of the power semiconductor device according to FIGS. 2 to 4 are more specifically displayed, and therefore, a redundant description in the two embodiments is omitted.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 에미터 단자(69)는 전력 반도체 트랜지스터들(PT)의 접지 단자로 기능하고, 켈빈 에미터 단자(66)는 게이트 단자(62)의 드라이버부에 대한 접지 단자로 기능할 수 있다. 센싱 전압(Vs)은 전류 센서 단자(64)에 접속된 센싱 저항(Rs)의 전위를 나타낼 수 있다. 따라서, 센싱 전압(Vs)을 읽으면 전류 센서 단자(64)로 흐르는 전류의 향을 계산할 수 있다.3 to 6, the
도 5에서, 커패시터(CGF)는 게이트-에미터간 커패시터를 나타내고, 커패시터(CGJ)는 게이트-컬렉터간 커패시터를 나타내고, 커패시터(CGE)는 게이트-켈빈 에미터간 커패시터를 나타내고, 저항(Rp)은 게이트 저항을 나타낸다.In FIG. 5, capacitor C GF represents a gate-emitter capacitor, capacitor C GJ represents a gate-collector capacitor, capacitor C GE represents a gate-kelvin emitter capacitor, and a resistance Rp ) Represents the gate resistance.
전력 반도체 트랜지스터(PT)에 연결된 켈빈 저항(Rk)은 전류 센서 트랜지스터(ST)에 연결된 센싱 저항(Rs)에 대응되고, 이에 따라서 게이트 단자(62)로부터 전력 반도체 트랜지스터(PT)로 이어지는 RC 지연과 게이트 단자(62)로부터 전류 센서 트랜지스터(ST)로 이어지는 RC 지연을 유사하게 맞추어, 전류 센서 트랜지스터(ST)가 전력 반도체 트랜지스터(PT)에 비추어 상대적으로 지연 동작되는 것을 막을 수 있다. The Kelvin resistance R k connected to the power semiconductor transistor PT corresponds to the sensing resistance Rs connected to the current sensor transistor ST, and accordingly, the RC delay leading from the
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 전력 반도체 소자의 구동을 보여주는 타이밍 그래프이다.7 is a timing graph illustrating driving of a power semiconductor device according to example embodiments.
도 7을 참조하면, 게이트 전압(VG)이 인가된 후 전력 반도체 트랜지스터(PT)의 전류(ICE)가 증가됨에 따라서, 거의 지연 없이 전류 센서 트랜지스터(ST)의 센싱 전압(Vs)이 상승됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, as the current I CE of the power semiconductor transistor PT increases after the gate voltage V G is applied, the sensing voltage V s of the current sensor transistor ST is almost without delay. You can see that it rises.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 보여주는 단면도이다.8 is a cross-sectional view illustrating a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
도 2 및 도 8을 같이 참조하면, 반도체층(105)은 메인 셀 영역(MC), 센서 영역(SA) 및 메인 셀 영역(MC)와 센서 영역(SA) 사이의 절연 영역(IA)을 포함할 수 있다. 나아가, 반도체층(105)은 그 외 외부 출력 단자로 기능하는 단자들을 형성하기 위한 단자 영역을 더 포함할 수 있다.2 and 8, the
이 실시예에서, 전력 반도체 트랜지스터들(PT)은 메인 셀 영역(MC)에 형성되고, 전류 센서 트랜지스터(ST)는 센서 영역(SA)에 각각 형성될 수 있다. 예를 들어, 센서 영역(SA)은 전류 센서 단자(64) 하부에 있지 않고, 센서 영역(SA) 외측의 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 따라서, 전류 센서 트랜지스터들(ST)의 출력 단자로 기능하는 전류 센서 단자(64)는 통상적인 경우와 달리 별도의 단자 영역, 예컨대 메인 셀 영역(MC) 및 센서 영역(SA) 외측의 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 이 경우, 전류 센서 단자(64)의 크기는 센서 영역(SA)의 크기와 상관 없이 조절할 수 있다.In this embodiment, the power semiconductor transistors PT may be formed in the main cell region MC, and the current sensor transistor ST may be formed in the sensor region SA, respectively. For example, the sensor area SA is not under the
일부 실시예에서, 센서 영역(SA)은 메인 셀 영역(MC)의 일부 영역을 개조하여 형성할 수 있고, 이 경우 절연 영역(IA)은 메인 셀 영역(MC)과 센서 영역(SA)을 정상 동작 시 전기적으로 절연하도록 메인 셀 영역(MC)과 센서 영역(SA) 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 절연 영역(IA)은 센서 영역(SA)의 적어도 일부를 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 절연 영역(IA)에는 보호 저항(Re) 및 켈빈 저항(Rk)이 형성될 수 있다.In some embodiments, the sensor area SA may be formed by remodeling a partial area of the main cell area MC. In this case, the insulating area IA is the main cell area MC and the sensor area SA. It may be disposed between the main cell area MC and the sensor area SA to be electrically insulated during operation. Accordingly, the insulating area IA may be disposed to surround at least a portion of the sensor area SA. As described above, the protection resistance Re and the Kelvin resistance R k may be formed in the insulating region IA.
도 8을 참조하면, 반도체층(105)은 하나 또는 복수의 반도체 물질층을 지칭할 수 있으며, 예를 들어, 반도체 기판의 일부 및/또는 하나 또는 다층의 에피택셜층(epitaxial layer)을 지칭할 수도 있다. 예컨대, 반도체층(105)은 드리프트 영역(107) 및 웰 영역(110)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 8, the
메인 셀 영역(MC)에서, 반도체층(105)은 웰 영역(110) 내 소오스 영역(112)을 더 포함할 수 있다. 여기에서 소오스 영역(112)은 에미터 영역으로 불릴 수도 있다. 이하에서 소오스 영역(112)은 소오스 영역 또는 에미터 영역을 지칭할 수 있다.In the main cell region MC, the
나아가, 반도체층(105)은 게이트 전극(120) 사이에서 게이트 전극(120) 하부로 이어지는 부분에 플로팅 영역(125)을 더 포함할 수 있다.Furthermore, the
드리프트 영역(107) 및 소오스 영역(112)은 제 1 도전형을 갖고, 웰 영역(110) 및 플로팅 영역(125)은 제 2 도전형을 가질 수 있다. 제 1 도전형 및 제 2 도전형은 서로 반대의 도전형을 가지 되 n형 및 p형 중 각각 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 제 1 도전형은 n형이면 제 2 도전형이 p형이고, 그 반대일 수도 있다.The drift region 107 and the
드리프트 영역(107)은 제 1 도전형의 에피택셜층으로 제공될 수 있고, 웰 영역(110)은 이러한 에피택셜층에 제 2 도전형의 불순물을 도핑하거나 또는 제 2 도전형의 에피택셜층으로 형성할 수 있다. 소오스 영역(112)은 웰 영역(110) 내에 제 1 도전형의 불순물을 도핑하거나 또는 제 1 도전형의 에피택셜층을 부가적으로 형성하여 형성할 수 있다.The drift region 107 may be provided as an epitaxial layer of a first conductivity type, and the well region 110 may be doped with an impurity of a second conductivity type to the epitaxial layer, or as an epitaxial layer of a second conductivity type. Can be formed. The
컬렉터 영역(128)은 드리프트 영역(107) 아래에 제공되고, 컬렉터 전극(155)은 컬렉터 영역(128)에 연결되도록 컬렉터 영역(128) 아래에 제공될 수 있다. 예를 들어, 드리프트 영역(107)은 반도체 기판(미도시) 상에 제공될 수 있고, 반도체 기판은 제 2 도전형을 갖는 컬렉터 영역(128)의 적어도 일부 또는 전부를 한정하고, 컬렉터 전극(155)은 반도체 기판의 하면 상에 제공될 수 있다. 다른 예로, 컬렉터 영역(128)은 드리프트 영역(107) 아래에 제 2 도전형을 갖는 에피택셜층으로 제공될 수도 있다.The
게이트 전극(120)은 반도체층(105)에 형성된 적어도 하나의 트렌치를 매립하도록 반도체층(105) 내로 리세스되어 형성될 수 있다. 트렌치는 반도체층(105)의 표면으로부터 소정 깊이로 형성될 수 있고, 예컨대 소오스 영역(112)과 웰 영역(110)을 뚫고 드리프트 영역(107)의 일부까지 신장되도록 형성될 수 있다. 트렌치는 전계가 집중되는 것을 억제하기 위하여 그 모서리, 예컨대 하단 모서리가 라운딩 처리될 수 있다.The
게이트 절연층(118)은 게이트 전극(120) 및 트렌치 내 반도체층(105) 사이에 개재될 수 있다. 게이트 전극(120) 상에는 절연층(130)이 형성될 수 있다. 게이트 전극(120)의 수는 하나 또는 다수로 요구되는 동작 사양에 따라서 적절하게 선택될 수 있고 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다.The gate insulating layer 118 may be interposed between the
에미터 전극(145)은 에미터 영역 또는 소오스 영역(112) 상에 형성될 수 있다. 반도체층(105) 및 에미터 전극(145) 사이에는 절연층(133)이 개재될 수 있다.The
센서 영역(SA)에서 하나의 센서 전류 트랜지스터(ST)의 구조는 메인 셀 영역(MC)의 하나의 전력 반도체 트랜지스터(PT)의 구조와 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 센서 영역(SA) 및 메인 셀 영역(MC)에서, 드리프트 영역(107), 플로팅 영역(125) 및 게이트 전극(120)은 구분되지 않고 연속적으로 형성될 수 있다. The structure of one sensor current transistor ST in the sensor area SA may be substantially the same as the structure of one power semiconductor transistor PT in the main cell area MC. For example, in the sensor area SA and the main cell area MC, the drift area 107, the floating area 125, and the
다만, 센서 영역(SA)과 메인 셀 영역(MC)에서 웰 영역(110)은 서로 분리되어 형성될 수 있다. 나아가, 센서 영역(SA)에서 에미터 영역 또는 소오스 영역(112)은 메인 셀 영역(MC)에서 에미터 영역 또는 소오스 영역(112)과 분리되게 웰 영역(110)에 형성될 수 있다. 나아가, 센서 영역(SA) 내 에미터 전극(145a)은 에미터 영역 또는 소오스 영역(112) 상에 형성되고, 반도체층(105) 및 에미터 전극(145a) 사이에는 절연층(133)이 개재될 수 있다.However, in the sensor area SA and the main cell area MC, the well area 110 may be formed to be separated from each other. Furthermore, the emitter region or the
이 실시예에서, 전력 반도체 트랜지스터들(PT)의 적어도 일부 및 전류 센서 트랜지스터들(ST)의 적어도 일부는 절연 영역(IA)에 형성된 보호 저항(Re)을 개재하여 비정상적인 동작 상황에서 서로 연결될 수 있다.In this embodiment, at least a portion of the power semiconductor transistors PT and at least a portion of the current sensor transistors ST may be connected to each other in an abnormal operation situation through the protection resistor Re formed in the insulating region IA. .
예를 들어, 보호 저항(Re)은 반도체층(105) 내 불순물이 도핑되어 형성된 보호 정션 영역(125a)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 전력 반도체 트랜지스터들(PT)의 에미터 전극(145)과 전류 센서 트랜지스터(ST)의 에미터 전극(145a)은 보호 정션 영역(125a)에 접속될 수 있다.For example, the protection resistor Re may include a
드리프트 영역(107)은 제 1 도전형의 불순물로 도핑되고, 보호 정션 영역(125a)은 플로팅 영역(125) 및 웰 영역(110)과 동일한 제 2 도전형의 불순물로 도핑될 수 있다. 이에 따라, 보호 정션 영역(125a) 및 드리프트 영역(107)은 PN 다이도드 구조를 형성할 수 있다. 나아가, 보호 정션 영역(125a)은 플로팅 영역(125)과 동일 또는 유사한 깊이로 형성될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서 플로팅 영역(125)과 보호 정션 영역(125a)은 동시에 형성될 수 있다.The drift region 107 may be doped with an impurity of the first conductivity type, and the
소오스 영역(112)에 비해서 보호 정션 영역(125a)의 저항은 매우 높은 편이기 때문에, 정상 동작 상황에서 보호 저항(Re)을 통한 전류의 흐름은 무시할 만하다. 따라서, 보호 정션 영역(125a)은 전력 반도체 소자(100)의 정상적인 동작 상황에서는 저항이 높아서 전류의 흐름을 거의 허용하지 않지만, 비정상적인 동작 상황, 예컨대 ESD 상황에서는 전류의 흐름을 허용하도록 그 도핑 농도가 조절될 수 있다. Since the resistance of the
한편, 켈빈 저항(Rk)은 전류 센서 트랜지스터들(ST)이 전력 반도체 트랜지스터들(PT)에 비해서 초기에 구동이 지연되는 것을 방지하기 위하여, 전력 반도체 트랜지스터들(PT)의 에미터 전극(145) 및 켈빈 에미터 전극(145b) 사이에 접속될 수 있다. 일부 실시예에서, 켈빈 저항(Rk)은 전류 센서 트랜지스터들(ST)에 접속되는 센싱 저항(Rs)에 대응하여 에미터 전극(145) 및 켈빈 에미터 전극(145b) 사이에 접속될 수 있다.On the other hand, the Kelvin resistance R k is the
예를 들어, 켈빈 저항(Rk)은 반도체층(105) 내 불순물로 도핑된 켈빈 정션 영역(125b)으로 형성될 수 있다. 에미터 전극(145) 및 켈빈 에미터 전극(145b)은 켈빈 정션 영역(125b)에 각각 접속되어, 켈빈 정션 영역(125b)을 통해서 서로 연결될 수 있다.For example, the Kelvin resistance R k may be formed of the
드리프트 영역(107)은 제 1 도전형의 불순물로 도핑되고, 켈빈 정션 영역(125b)은 플로팅 영역(125), 웰 영역(110) 및 보호 정션 영역(125a)과 동일한 제 2 도전형의 불순물로 도핑될 수 있다. 이에 따라, 켈빈 정션 영역(125b) 및 드리프트 영역(107)은 PN 다이오드 구조를 형성할 수 있다. 나아가, 켈빈 정션 영역(125b)은 플로팅 영역(125)과 동일 또는 유사한 깊이로 형성될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서 플로팅 영역(125)과 켈빈 정션 영역(125b)은 동시에 형성될 수 있다.The drift region 107 is doped with impurities of a first conductivity type, and the
일부 실시예에서, 전력 반도체 트랜지스터들(PT)의 적어도 일부 및 전류 센서 트랜지스터들(ST)의 적어도 일부는 게이트 커패시턴스를 공유할 수 있다. 예를 들어, 전력 반도체 트랜지스터들(PT)의 적어도 일부 및 전류 센서 트랜지스터들(ST)의 적어도 일부는 서로 게이트 전극(120)을 공유할 수 있다.In some embodiments, at least a portion of the power semiconductor transistors PT and at least a portion of the current sensor transistors ST may share a gate capacitance. For example, at least a portion of the power semiconductor transistors PT and at least a portion of the current sensor transistors ST may share the
보다 구체적으로 보면, 전력 반도체 트랜지스터들(PT)의 게이트 전극(120) 및 전류 센서 트랜지스터들(ST)의 게이트 전극(120)은 스트라이프 타입으로 배치될 수 있다. 이 경우, 동일 라인에 배치된 전력 반도체 트랜지스터들(PT)의 게이트 전극(120) 및 전류 센서 트랜지스터들(ST)의 게이트 전극(120)은 절연 영역(IA)을 가로질러서 서로 연결될 수 있다. 이 경우, 메인 셀 영역(MC)의 전력 반도체 트랜지스터들(PT)와 센서 영역(SA)의 전류 센서 트랜지스터들(ST)의 게이트 커패시턴스가 공유될 수 있다. 이에 따라, 센서 영역(SA)의 정전 용량이 실질적으로 커지는 효과가 생길 수 있다.More specifically, the
다른 실시예에서, 센서 영역(SA) 및 메인 셀 영역(MC)에서 게이트 전극(120)이 공유되지 않고 서로 분리될 수도 있다. 이 경우, 센서 영역(SA) 및 메인 셀 영역(MC)에서 게이트 커패시턴스는 공유되지 않지만, ESD 상황에서 보호 저항(Re)을 통한 전류 분배는 여전히 가능하다.In another embodiment, the
일부 실시예에 따르면, 통상적인 메인 셀 영역(MC)의 일부 영역을 센서 영역(SA)으로 할당함으로써 구조를 단순화 할 수 있다. 이 경우, 메인 셀 영역(MC), 센서 영역(SA) 및 절연 영역(IA)은 웰 영역(110), 드리프트 영역(107), 게이트 전극(120) 등을 일관 공정으로 제조할 수 있게 된다.According to some embodiments, the structure may be simplified by allocating a partial area of the typical main cell area MC as the sensor area SA. In this case, the well region 110, the drift region 107, the
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 보여주는 단면도이다. 이 실시예에 따른 전력 반도체 소자는 도 8의 전력 반도체 소자에서 일부 구성이 변형된 것이고, 따라서 두 실시예들에서 중복된 설명은 생략된다.9 is a cross-sectional view showing a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention. In the power semiconductor device according to this embodiment, some configurations of the power semiconductor device of FIG. 8 are modified, and therefore, a redundant description in the two embodiments is omitted.
도 9를 참조하면, 켈빈 저항(Rk)은 반도체층(105) 상에 도전층(138)으로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 도전층(138)은 반도체층(105) 내 분리된 한 쌍의 켈빈 정션 영역(125b)들에 각각 연결되고, 에미터 전극(145) 및 켈빈 에미터 전극(145b)은 켈빈 정션 영역(125b)들에 각각 연결되어, 켈빈 정션 영역(125b)들 및 도전층(138)을 통해서 서로 연결될 수 있다. 도전층(138)은 도핑된 폴리실리콘 또는 금속을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, the Kelvin resistance Rk may be formed as a
다른 실시예에서, 에미터 전극(145) 및 켈빈 에미터 전극(145b)은 도전층(138)의 각각 다른 부분에 직접 접속될 수도 있다. In another embodiment, the
전술한 설명들은 전력 반도체 소자가 IGBT인 경우를 상정하여 설명하였지만, 전력 모스펫에도 그대로 적용될 수 있다. 예를 들어, 전력 모스펫에서는 컬렉터 영역(128)이 없고 컬렉터 전극 대신에 드레인 전극이 배치될 수 있다.Although the above description has been described on the assumption that the power semiconductor device is an IGBT, it can be applied to a power MOSFET as it is. For example, in the power MOSFET, there is no
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
61: 컬렉터 단자
62: 게이트 단자
64: 전류 센서 단자
66: 켈빈 에미터 단자
67, 68: 온도 센서 단자
69: 에미터 단자
100: 전력 반도체 소자
105: 반도체층
120: 게이트 전극
125: 플로팅 영역
125a: 보호 정션 영역
125b: 켈빈 정션 영역
PT: 전력 반도체 트랜지스터
ST: 전류 센서 트랜지스터61: collector terminal
62: gate terminal
64: current sensor terminal
66: Kelvin emitter terminal
67, 68: temperature sensor terminal
69: emitter terminal
100: power semiconductor device
105: semiconductor layer
120: gate electrode
125: floating area
125a: protective junction area
125b: Kelvin junction area
PT: Power semiconductor transistor
ST: current sensor transistor
Claims (8)
상기 메인 셀 영역에 형성된 복수의 전력 반도체 트랜지스터들;
상기 센서 영역에 형성된 복수의 전류 센서 트랜지스터들; 및
상기 복수의 전류 센서 트랜지스터들이 상기 복수의 전력 반도체 트랜지스터들에 비해서 초기에 구동이 지연되는 것을 줄이기 위하여, 상기 복수의 전력 반도체 트랜지스터들의 에미터 전극 및 켈빈 에미터 전극 사이에 접속된 켈빈 저항을 포함하고,
상기 켈빈 저항은 상기 반도체층 내 불순물로 도핑된 켈빈 정션 영역으로 형성되고,
상기 에미터 전극 및 상기 켈빈 에미터 전극은 상기 켈빈 정션 영역에 각각 접속된,
전력 반도체 소자.A semiconductor layer including a main cell region, a sensor region, and an insulating region between the main cell region and the sensor region;
A plurality of power semiconductor transistors formed in the main cell region;
A plurality of current sensor transistors formed in the sensor area; And
In order to reduce an initial delay in driving of the plurality of current sensor transistors compared to the plurality of power semiconductor transistors, a Kelvin resistance connected between the emitter electrode and the Kelvin emitter electrode of the plurality of power semiconductor transistors is included, ,
The Kelvin resistance is formed by a Kelvin junction region doped with impurities in the semiconductor layer,
The emitter electrode and the Kelvin emitter electrode are respectively connected to the Kelvin junction region,
Power semiconductor device.
상기 복수의 전력 반도체 트랜지스터들의 켈빈 에미터 전극과 연결되는 켈빈 에미터 단자;
상기 전력 반도체 트랜지스터들의 전류를 모니터링하기 위해, 상기 반도체층의 센서 영역에 형성된 복수의 전류 센서 트랜지스터들과 연결되는 전류 센서 단자;
상기 전력 반도체 트랜지스터들의 게이트 전극 및 상기 복수의 전류 센서 트랜지스터들의 게이트 전극과 연결되는 게이트 단자; 및
상기 복수의 전류 센서 트랜지스터들이 상기 복수의 전력 반도체 트랜지스터들에 비해서 초기에 구동이 지연되는 것을 줄이기 위하여, 상기 에미터 단자 및 상기 켈빈 에미터 단자 사이에 접속된 켈빈 저항을 포함하고,
상기 켈빈 저항은 상기 반도체층 내 불순물로 도핑된 켈빈 정션 영역으로 형성되고,
상기 에미터 전극 및 상기 켈빈 에미터 전극은 상기 켈빈 정션 영역에 각각 접속된,
전력 반도체 소자.Emitter terminal connected to emitter electrodes of a plurality of power semiconductor transistors formed in the main cell region of the semiconductor layer
A Kelvin emitter terminal connected to the Kelvin emitter electrode of the plurality of power semiconductor transistors;
A current sensor terminal connected to a plurality of current sensor transistors formed in a sensor region of the semiconductor layer to monitor currents of the power semiconductor transistors;
A gate terminal connected to the gate electrodes of the power semiconductor transistors and the gate electrodes of the plurality of current sensor transistors; And
In order to reduce an initial delay in driving of the plurality of current sensor transistors compared to the plurality of power semiconductor transistors, a Kelvin resistance connected between the emitter terminal and the Kelvin emitter terminal is included,
The Kelvin resistance is formed by a Kelvin junction region doped with impurities in the semiconductor layer,
The emitter electrode and the Kelvin emitter electrode are respectively connected to the Kelvin junction region,
Power semiconductor device.
상기 복수의 전력 반도체 트랜지스터들의 드리프트 영역은 제 1 도전형의 불순물로 도핑되고,
상기 켈빈 정션 영역은 상기 제 1 도전형의 반대인 제 2 도전형의 불순물로 도핑되어,
상기 켈빈 정션 영역 및 상기 드리프트 영역은 PN 다이오드 구조를 형성하는,
전력 반도체 소자.The method according to claim 1 or 2,
The drift regions of the plurality of power semiconductor transistors are doped with impurities of a first conductivity type,
The Kelvin junction region is doped with an impurity of a second conductivity type opposite to the first conductivity type,
The Kelvin junction region and the drift region form a PN diode structure,
Power semiconductor device.
상기 켈빈 저항은 상기 반도체층 상에 도전층으로 형성된,
전력 반도체 소자.The method according to claim 1 or 2,
The Kelvin resistance is formed as a conductive layer on the semiconductor layer,
Power semiconductor device.
상기 에미터 전극에 연결된 에미터 단자 및 상기 복수의 전류 센서 트랜지스터들에 연결된 전류 센서 단자를 비정상적인 동작 상황에서 서로 연결하도록 상기 절연 영역에 형성된 보호 저항을 더 포함하는, 전력 반도체 소자.The method of claim 1,
The power semiconductor device further comprising a protection resistor formed in the insulating region to connect the emitter terminal connected to the emitter electrode and the current sensor terminal connected to the plurality of current sensor transistors to each other in an abnormal operation situation.
상기 보호 저항은 상기 반도체층 내 제 2 도전형의 불순물이 도핑되어 형성된 보호 정션 영역을 포함하는, 전력 반도체 소자.The method of claim 6,
The protection resistor includes a protection junction region formed by doping an impurity of a second conductivity type in the semiconductor layer.
상기 에미터 단자 및 상기 전류 센서 단자를 비정상적인 동작 상황에서 서로 연결하도록 상기 메인 셀 영역 및 상기 센서 영역 사이의 상기 반도체층의 절연 영역에 형성된 보호 저항을 더 포함하는, 전력 반도체 소자.The method of claim 2,
The power semiconductor device further comprising a protection resistor formed in an insulating region of the semiconductor layer between the main cell region and the sensor region to connect the emitter terminal and the current sensor terminal to each other in an abnormal operation situation.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190159125A KR102251759B1 (en) | 2019-12-03 | 2019-12-03 | Power semiconductor device |
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JPH06120495A (en) * | 1992-10-08 | 1994-04-28 | Toyota Autom Loom Works Ltd | Field effect transistor with current detecting function |
KR20140057630A (en) | 2011-09-28 | 2014-05-13 | 도요타 지도샤(주) | Igbt and manufacturing method therefor |
KR20170038696A (en) * | 2015-09-30 | 2017-04-07 | 르네사스 일렉트로닉스 가부시키가이샤 | Semiconductor device |
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2019
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---|---|---|---|---|
JPH06120495A (en) * | 1992-10-08 | 1994-04-28 | Toyota Autom Loom Works Ltd | Field effect transistor with current detecting function |
KR20140057630A (en) | 2011-09-28 | 2014-05-13 | 도요타 지도샤(주) | Igbt and manufacturing method therefor |
KR20170038696A (en) * | 2015-09-30 | 2017-04-07 | 르네사스 일렉트로닉스 가부시키가이샤 | Semiconductor device |
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