[发明专利]半导体器件

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及一种装备有主要半导体元件和温度检测元件的半导体器件。

2.相关技术描述

人们希望用于功率开关的半导体器件具有过热保护功能以防止半导体器件 由于过载电流引起的热击穿。使用二极管根据温度发生正向和反向特性变化的 功能一般被称为过热保护功能。例如，二极管的正向电压基本上根据温度线性 改变。因此，当半导体器件和二极管被分别用作主要元件(以下称作主要半导 体元件)和温度检测元件时，主要半导体元件的温度可以通过监测其中流过恒 定电流的二极管的正向电压而被检测(例如参见专利文献1、2和3)。通过响应 于检测到主要半导体元件的高温状态而降低主要半导体元件的栅电压以限制主 要半导体元件中的电流，主要半导体元件可以被保护，不至于由于过热而击穿。

图11的截面图显示了根据相关技术的半导体器件的结构。如图11所示， 根据相关技术的半导体器件具有N^-漂移层3、主要半导体元件1的表面结构、 和温度检测二极管2。主要半导体元件1的表面结构和温度检测二极管2位于N -漂移层3的第一主表面中。主要半导体元件1的表面结构具有P基区4a、N⁺发射(源)区5、栅绝缘膜6、栅电极7、和发射(源)电极8。温度检测元件2 具有P型阳极区(P基区4b和P⁺区9)、N⁺阴极区10、阳极电极(未示出)、 和阴极电极(未示出)。

另一方面，具有主要半导体元件1、形成在主要半导体元件1的组成半导体 部件的第一主表面上的绝缘膜11、和形成在绝缘膜11上的温度检测二极管2的 半导体器件通常被作为图12所示半导体器件的代表(例如参见专利文献4)。另 外，在功率模块中用于检测开关电路和整流电路发出的热的热敏电阻被放置在 开关电路和整流电路附近，这是所公知的(例如参见专利文献5)。在本说明书 及附图中，带有N或P前缀的层或区分别表示其中电子或空穴是多数载流子。 此外，带有附加到N或P的“+”或“-”上标的层或区分别表示层或区的杂质浓度 的比不带任何附加到N或P的“+”或“-”上标的层或区更高或更低。

『专利文献1』JP-A-1-157573(US 4903106 A)

『专利文献2』JP-A-2006-302977(US 2006255361 A1)

『专利文献3』日本专利No.3538505

『专利文献4』JP-A-6-117942

『专利文献5』JP-A-2005-286270

在图11所示的半导体器件中，然而由温度检测二极管的阳极区和N^-漂移 层形成寄生二极管。当沟道形成在主要半导体元件中时，沟道中的电流也流过 寄生二极管。为此，这里出现一个问题，即温度检测二极管的正向电压随着主 要半导体元件是处于开启状态还是关闭状态而改变。

另外，当主要半导体元件是IGBT(绝缘栅双极型晶体管)时，寄生晶闸管 (thyristor)由第二主表面中的P集电层、N^-漂移层和温度检测二极管的P型阳 极区和N⁺阴极区形成。当该IGBT被关闭时，会出现风险：寄生晶闸管的故障 将引起闩锁击穿，因为作为多数载流子的空穴被从N^-漂移层注入阳极区。

主要半导体元件和温度检测二极管被电绝缘和隔离的结构在前面提及的专 利文献3中被揭露。在该结构中，然而由主要半导体元件和温度检测二极管形 成寄生晶闸管。为此，这里出现一个问题，即当开关时电压改变(dV/dt)大时 和当电流值大时寄生晶闸管会引起闩锁击穿。