[发明专利]具有内置二极管IGBT的半导体器件和具有内置二极管DMOS的半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有内置二极管IGBT的半导体器件和一种具有内置二极管DMOS的半导体器件 

背景技术

在过去，已经提出了具有体二极管的IGBT，其具有二极管元件，并且在相同的半导体衬底上形成IGBT元件(例如，参考专利文献1，即，JP-A-351226，其对应于USPNo.5,559,656)。具有体二极管的IGBT将二极管元件的阳极和IGBT元件的发射极形成为彼此共用，并且将二极管元件的阴极和IGBT元件的集电极形成为彼此共用。具有体二极管的IGBT例如被结合到倒相电路中，并且用于根据脉宽调制(PWM)控制方法来控制负载。 

然而，当将常规的具有体二极管的IGBT结合到倒相电路中时，栅极信号通常是其相位在倒相电路的上下臂之间被颠倒的信号。因此，即使是在例如二极管元件续流时，也会将栅极信号输入到IGBT元件中。换而言之，二极管的动作(action)和IGBT元件的动作是同时发生的。顺便提及，IGBT元件的动作表示栅极信号被输入到IGBT元件中。 

如上所述，当二极管元件的动作和IGBT元件的动作同时发生时，由于电极被形成为共用，则如果IGBT元件中的沟道导通，则二极管元件的阳极和阴极变为同一电势。由此，包含二极管元件的体二极管由于IGBT元件的栅极电势而不能容易地正向动作。结果，二极管元件的正向电压Vf增大，并且二极管元件造成的正向损耗增大。 

作为通过设计一种器件结构来避免上述问题的方法，可以设想仅-二极管区域的形成，即，与IGBT的体二极管分离的不具有栅极的区域，如在(例如)“Proceedings of2004International Symposium on Power SemiconductorDevice&Amp；ICs”(pp261-264)中所述。然而，不作用为IGBT的区域，即 仅执行二极管动作的区域扩展。由此，如果在芯片尺寸保持不变的情况下形成仅-二极管区域，则IGBT的导通状态的电压增加。顺便提及，如果二极管的导通电压固定，则芯片尺寸增加。 

另一方面，对于dc-dc转换器，众所周知的是一种通过将具有体二极管的双扩散金属氧化物FET半导体(DMOS)作为开关器件结合到控制电路中来实施同步整流控制的方法。当电流流入包含在该具有体二极管的DMOS中的二极管元件中时，在二极管元件中产生正向电压，并且产生等同于该正向电压的dc损耗。因此，当实行这种同步整流控制时，通常采用以下方法：使用电流转换器来感测DMOS元件中的电流，以便将回流DMOS元件的栅极信号变为导通状态的电压电平(例如，参考JP-A-2004-180386)。 

然而，需要电流转换器作为电流感测器件。这样就造成了电路规模变得较大的问题。作为解决该问题的一种方法，可以想到一种检测开关器件端子间电压的方法(例如，参考JP-A-2004-208407)。然而，根据该方法，需要其输入端子能够耐受高电源电压的控制IC。由于在产生高压时对抗噪性有着严格要求，因此就需要添加保护器件或任何其他高抵抗性的设计。这样就造成了控制IC成本增加的问题。 

因此，需要通过避免二极管元件的动作与IGBT的动作之间的干扰，来防止在包含IGBT(其具有体二极管)的半导体器件中所包括的二极管所造成的正向损耗的增加。此外，对于在包含DMOS(其具有体二极管)的半导体器件中所包括的二极管元件，需要通过使二极管元件的动作与DMOS元件的动作同步，来避免增加二极管元件的正向电压的损耗。 

例如，如JP-A-2004-88001中所述，可以想到一种方法，该方法使用了结构与绝缘栅双极晶体管(IGBT)元件相同的电流检测元件，用于检测是否有电流流入续流二极管(FWD)元件，将检测结果反馈到栅极驱动电路，并且当FWD元件运行时，将IGBT元件的栅极驱动信号设置为截止状态的电压电平。然而，由于具有这种结构的电流检测元件受到栅极电势的影响，因此电流不能容易地流入电流检测元件中。因此，在电流检测元件处不能形成检测电压。换而言之，不能精确地执行反馈，并且不能高效抑制整流二极管元件所造成的正向损耗的增加。 

因此，需要提供一种半导体器件，其能够在不考虑将FWD元件合并到 IGBT元件中的结构的情况下，抑制由FWD元件造成的正向损耗的增加。 

发明内容

考虑到以上问题，本公开的一个目的是提供一种具有内置二极管IGBT的半导体器件。本公开的另一目的是提供一种具有内置二极管DMOS的半导体器件。