[发明专利]具有集成温度传感器的半导体开关

说明书

本公开涉及具有集成温度传感器的半导体开关。具体地，本文描述了一种半导体器件。根据本发明的一个示例，一种半导体器件包括半导体本体、设置在半导体本体上的至少一个布线层以及集成在半导体本体中的场效应晶体管。场效应晶体管具有位于形成在半导体本体中的对应栅极沟槽中的多个栅电极。第一电路集成在半导体本体中，与场效应晶体管相邻，并且第二电路集成在半导体本体中，与第一电路远离。至少第一附加沟槽形成在半导体本体中，其中第一附加沟槽包括至少一条连接线，其将第一电路与第二电路电连接。此外，半导体器件包括至少一个导电焊盘，其形成在至少一个布线层中。至少一个导电焊盘被布置为至少部分地覆盖第一附加沟槽以形成连接线的屏蔽。

技术领域

本发明涉及具有集成温度传感器的功率半导体开关领域。

背景技术

诸如功率MOS场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅极双极晶体管(IGBT)等的功率晶体管通常被实现为所谓的垂直晶体管。术语“垂直”是指负载电流流过半导体管芯的方向，其相对于半导体管芯的顶面垂直。此外，这种功率晶体管通常由多个晶体管单元组成，并且对于每个单元，在所谓的“沟槽”中布置栅电极，沟槽从顶面垂直延伸到半导体管芯中。这类功率晶体管通常被称为“沟槽晶体管”。

其中集成有沟槽晶体管的半导体管芯(芯片)可以进一步包括除作为电子开关的主要功能之外的其他功能的电路装置。例如，芯片可进一步包括温度传感器和相应的感测电路装置以测量晶体管的温度并生成温度信号(即，表示温度传感器的位置处存在的温度的电流或电压信号)。例如可以在过温度或过载保护电路中使用温度信号，需要该信号以便保护晶体管免受热击穿。可以在芯片中包括其他电路装置以提供其他功能，诸如电流感测、过电流保护、数字总线接口(例如，串行外围结构，SPI)等。

一般的制造技术允许两个布线层布置在半导体本体顶部上，其中第一布线层通常由多晶硅形成且第二布线层通常由金属(例如，铝)形成。两个布线层被用于互连集成在半导体管芯中的各个电路部件来形成期望的电子电路。在布线层的顶部上(并与其隔离)，设置又一金属层，其相对较厚并且有时被称为“功率金属层”。该金属层被用作接触层(也用作接合焊盘)来将外部负载端(例如，功率晶体管的源极或集电极端)与芯片接触。

所提到的温度传感器通常被布置为接近组成功率晶体管的晶体管单元的阵列或者布置在晶体管单元的阵列内(例如，在阵列中心)，并且通常温度传感器经由在半导体本体的顶部上形成上述布线层的带线(感测线)连接至相应的感测电路。由于感测电路可以形成在除晶体管单元阵列外的半导体芯片中，所以感测电路和温度传感器之间的带线可以较长，例如300μm，或者甚至更长。

由于(图案化)布线层和形成用于外部负载端的接触层的顶部金属层基本平行(共面)并且通过相对较薄的绝缘层分开，所以发生明显的电容耦合，尤其在接触层和下方的布线层之间。这种电容耦合(由于布线层和接触层之间的寄生电容)导致对“直接功率注入”(DPI)具有显著的敏感度。具体地，当功率晶体管是操作为高侧开关的n沟道器件时，(功率)接触层的电位(电压)将(在切换操作期间)快速地从零(地电位)变为接近上电源电位，反之亦然。这将在感测线中引起位移电流并对温度感测具有负面影响，因为位移电流会导致温度信号的劣化。

鉴于上述，需要改进的具有集成温度传感器的半导体开关。

发明内容

本文描述了一种半导体器件。根据本发明的一个示例，一种半导体器件包括半导体本体、设置在半导体本体上的至少一个布线层以及集成在半导体本体中的场效应晶体管。场效应晶体管具有位于形成在半导体本体中的对应栅极沟槽中的多个栅电极。半导体器件还包括集成在半导体本体中与场效应晶体管相邻的温度传感器。温度感测电路集成在半导体本体中，与温度传感器远离，并且至少一个附加沟槽形成在半导体本体中。至少一个附加沟槽包括至少一条感测线，其将温度传感器与温度感测电路电连接。至少一个导电焊盘形成在至少一个布线层中，并且至少一个导电焊盘被布置为至少部分地覆盖至少一个附加沟槽以形成感测线的屏蔽。