[发明专利]集成电路的单块单元并且尤其是单块转换单元

说明书

技术领域

本发明涉及用于集成电路的单块单元，特别是单块转换单元和使用至少一个这种单元的应用。

背景技术

本发明的领域是用于在一般为不同类型的发生器与接收器之间转换电能的功率电子领域。然后必须适应电能的特性和不同形式（直流或交流）。一般使用基于半导体部件和诸如电感器或电容器的无源部件的开关来实现电气转换器。开关和二极管使得能够控制电能的传送，而无源部件用于过滤该能量的波形。开关的行为类似于非线性电阻，该非线性电阻必须在导通状态中尽可能地低且在阻止状态中尽可能地高。这里提到的转换器不使用旋转部分，并因此也被称为“静态转换器”。

缩写为IGBT的绝缘栅极双极晶体管已知被用作用于功率电子的电路中的电子开关。这种部件允许大大简化操作，同时保持导通损失较低。使用这种部件在可靠性和低成本方面为电力电子的应用带来许多提升。

基于诸如例如IGBT的部件，通过组装部件实现功率集成是已知的。以这种方式制造标准模块。该技术常用于工业、传输或能源领域中。因此，例如，在芯片内集成仅具有两个功率电极的开关双极、在芯片内垂直实现电压稳定和电流流动是已知的。这种双极常被称为“开关”。然后，为了产生用于能量转换的结构，通过用布线将几个开关连接在一起，产生能量转换结构。该布线操作在连接电感、相对于接地面的寄生电容、半导体自身和它们的近控制电子装置之间产生强的寄生电交互作用。

这些交互作用使制造的能量转换器的总体性能相对于初始部件（开关）的性能劣化。布线操作还限制了有线组件的可靠性，从而在使用高电流强度、高环境温度和操作热循环时导致服役寿命的降低。最后，该操作是高成本的，原因是它在实现起来需要较长的时间，并因此限制生产率。

将整个控制和逻辑电路集成到硅即同一个芯片中也是已知的。例如，它用于大规模制造应用中，例如，用于汽车工业中。最经常在硅晶体的表面上实现该功能。因此，启动电压受到限制，并且这些方案仅与某些应用有关。

发明内容

本发明具有这样的目的，即，在功率电子的领域中允许更大程度的小型化，以便获得更小型化的转换器。优选地，所获得的可靠性也增加。并且，本发明将有利地允许降低功率转换器的成本。

出于这种目的，提供一种包括在电压和电流上呈现单向的相同类型的至少两个半导体结构的集成电路的单块单元，每个结构具有阳极、阴极，并可选地具有栅极。

根据本发明，所述结构集成到同一个半导体衬底的体积中，在半导体衬底的第一表面上，一个相应结构的阴极和可选的栅极在每种情况下位于第一预定区域中，每个结构的阳极位于半导体衬底的与第一表面相对的第二表面上的第二区域中，一个结构的第二区域与该相应结构的第一区域相对，并且，相同类型的不同结构的选自包含阳极和阴极的组的电极被相互电连接。

因此，本发明提出在同一个半导体器件内不仅仅制造诸如例如开关偶极子的偶极子，而且制造形成集成电路的真实的单元的三极子（或四极子或更多极子），不再限于单一部件。根据本发明的单元可由此形成真实的基本转换器，该基本转换器没有所有的导线电缆并具有极低的电交互作用，同时提供高水平的小型化、降低成本并提高可靠性。根据本发明的器件可被用于使用230V/400V的应用或用于具有 750V～850V的电压的工业应用。

由于其使用对称单元的两个单块、一般和模块结构的结构，由本发明提出的方案使得能够限制半导体器件内的掺杂层的数量。

根据所谓的共用阳极类型的本发明的集成电路的单块单元的第一实施例，相邻的两个结构的阳极在每种情况下被电连接。在本实施例中，通过半导体衬底在其在两个阳极之间的第二面上的金属化实现两个相邻的阳极(P+)之间的电连接，并且，半导体衬底在金属化的附近具有N+区域，从而通过单元允许电流的双向导通，并在两个结构之间具有N-区域。

根据称为共用阴极类型的本发明的单块单元的第二实施例，两个相邻的结构的阴极在每种情况下被电连接。这里设想，例如，在涉及的两个结构之间实现P+类型的垂直绝缘壁，从而允许单元内的横向电压耐受性。

在根据本发明的单块单元中，半导体衬底例如由硅制成，但也可使用其它的半导体材料。

在根据本发明的单元中，每个半导体结构例如与二极管对应。