[發(fā)明專利]集成半導(dǎo)體裝置和具有集成半導(dǎo)體裝置的橋接電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310274870.3
• 申請日: 2013-07-02
• 公開（公告）號: CN103546141A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 弗朗茨·赫爾萊爾;安德烈亞斯·邁塞爾;斯特芬·蒂倫
• 申請（專利權(quán)）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175;H01L27/06
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及集成半導(dǎo)體裝置，特別涉及具有垂直功率場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的集成半導(dǎo)體裝置，并且涉及橋接電路，特別涉及具有高側(cè)開關(guān)、低側(cè)開關(guān)和至少一個(gè)電平轉(zhuǎn)換器的橋接電路。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體晶體管，特別是諸如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）或絕緣柵雙極晶體管（IGBT）的場效應(yīng)控制的開關(guān)器件已用于各種應(yīng)用，包括但不限于用作在電源和功率轉(zhuǎn)換器、電動轎車、空調(diào)乃至立體聲系統(tǒng)中的功率開關(guān)。例如，功率MOSFET在橋接電路中用作低側(cè)和高側(cè)功率開關(guān)以驅(qū)動電動機(jī)。通常，在這樣的橋接電路中監(jiān)測功率開關(guān)的切換狀態(tài)從而適當(dāng)同步它們。這是為了避免例如在關(guān)斷高側(cè)開關(guān)之前接通低側(cè)開關(guān)。這通常需要低側(cè)開關(guān)的驅(qū)動器連接到高側(cè)開關(guān)從而估計(jì)高側(cè)開關(guān)的切換狀態(tài)。同樣，在橋接電路中高側(cè)開關(guān)的驅(qū)動器通常連接到低側(cè)開關(guān)從而估計(jì)低側(cè)開關(guān)的切換狀態(tài)。

由于低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)的不同的電壓電平，通常在橋接電路中使用兩個(gè)電平轉(zhuǎn)換器，例如在高側(cè)開關(guān)的驅(qū)動器與低側(cè)開關(guān)之間的步進(jìn)電平轉(zhuǎn)換器，以及在低側(cè)開關(guān)的驅(qū)動器與高側(cè)開關(guān)之間的步降電平轉(zhuǎn)換器。因此，在橋接電路的低側(cè)臂和高側(cè)臂之間的電壓差主要由電平轉(zhuǎn)換器處理，因此相應(yīng)地，高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)的驅(qū)動器電路的額定擊穿電壓可以僅由柵電壓給出，對于n溝道MOSFET該柵電壓可以是約1V到約20V。通常，電平轉(zhuǎn)換器集成到相應(yīng)的驅(qū)動器IC（集成電路），例如共同的MOSFET驅(qū)動器級電路中。然而對于功率應(yīng)用，特別是約400V甚或多于約600V的電壓的功率應(yīng)用，由于所需要的高壓閉鎖能力，橋接電路的驅(qū)動器IC是昂貴的。

因此，需要為功率應(yīng)用改善橋接電路。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)橋接電路的實(shí)施方式，該橋接電路包括具有高側(cè)開關(guān)的第一集成半導(dǎo)體裝置、具有與高側(cè)開關(guān)電連接的低側(cè)開關(guān)的第二集成半導(dǎo)體裝置、第一電平轉(zhuǎn)換器以及第二電平轉(zhuǎn)換器，該第一電平轉(zhuǎn)換器與高側(cè)開關(guān)電連接并且在第一集成半導(dǎo)體裝置和第二集成半導(dǎo)體裝置中的一個(gè)中集成，該第二電平轉(zhuǎn)換器與低側(cè)開關(guān)電連接并且在第一集成半導(dǎo)體裝置和第二集成半導(dǎo)體裝置中的一個(gè)中集成。

根據(jù)集成半導(dǎo)體裝置的實(shí)施方式，該集成半導(dǎo)體裝置包括半導(dǎo)體主體，該半導(dǎo)體主體包括具有定義垂直方向的法線方向的第一表面、相對表面、包括垂直功率場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域、包括三端子步降電平轉(zhuǎn)換器的第二區(qū)域以及包括三端子步進(jìn)電平轉(zhuǎn)換器的第三區(qū)域。垂直功率場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的端子與三端子步降電平轉(zhuǎn)換器和三端子步進(jìn)電平轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)電連接。

根據(jù)集成半導(dǎo)體裝置的實(shí)施方式，該集成半導(dǎo)體裝置包括具有第一表面的半導(dǎo)體主體以及相對表面，該第一表面具有定義垂直方向的法線方向。當(dāng)從上方觀察時(shí)，集成半導(dǎo)體裝置還包括第一區(qū)域、至少一個(gè)第二區(qū)域和貫穿接觸區(qū)域，該第一區(qū)域包括設(shè)置在第一表面上并且形成第二負(fù)載端子的第二金屬化，該第二區(qū)域包括具有設(shè)置在第一表面上的至少一個(gè)金屬化的電平轉(zhuǎn)換器。在垂直截面中集成半導(dǎo)體裝置還包括設(shè)置在第一區(qū)域、至少一個(gè)第二區(qū)域和貫穿接觸區(qū)域中的相對表面上并且形成第一負(fù)載端子的共同金屬化；在第一表面和相對表面之間延伸的第一電介質(zhì)區(qū)；在第一表面和相對表面之間延伸的第二電介質(zhì)區(qū)；與第一端子電連接，延伸到第一表面并且在貫穿接觸區(qū)域中而且在第一電介質(zhì)區(qū)和第二電介質(zhì)區(qū)之間設(shè)置的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；設(shè)置在第一表面上的柵極端子；以及用于控制在第一負(fù)載端子和第二負(fù)載端子之間的負(fù)載電流的柵電極。柵電極設(shè)置在第一區(qū)域中并且與柵極端子電連接。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀以下詳細(xì)描述后并且在查看附圖后將認(rèn)識到此外的特征和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

在附圖中的部件不必需按比例繪制，而是提出以說明本發(fā)明的原理。此外在附圖中，相同的參考標(biāo)號指代相應(yīng)的部分。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)實(shí)施方式的橋接電路的電路圖；

圖2A示出了根據(jù)另一實(shí)施方式的橋接電路的電路圖；

圖2B示出了根據(jù)又一實(shí)施方式的橋接電路的電路圖；

圖3示出了根據(jù)再一實(shí)施方式的橋接電路的電路圖；

圖4示出了根據(jù)另一實(shí)施方式的橋接電路的電路圖；

圖5示出了根據(jù)實(shí)施方式的貫穿集成半導(dǎo)體裝置的垂直截面；

圖6A示出了根據(jù)實(shí)施方式的貫穿集成半導(dǎo)體裝置的垂直截面；

圖6B示出了根據(jù)實(shí)施方式的貫穿圖6A的集成半導(dǎo)體裝置的另一垂直截面；

圖7A示出了根據(jù)實(shí)施方式的貫穿集成半導(dǎo)體裝置的垂直截面；

圖7B示出了根據(jù)另一實(shí)施方式的貫穿集成半導(dǎo)體裝置的垂直截面；