用于半導(dǎo)體的感測元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于半導(dǎo)體的感測元件。一個實施例涉及一種裝置，包括高壓側(cè)半導(dǎo)體、低壓側(cè)半導(dǎo)體、與高壓側(cè)半導(dǎo)體相鄰布置的第一感測元件。第一感測元件與高壓側(cè)半導(dǎo)體隔離，并且第一感測元件可直接連接至處理裝置。
【專利說明】用于半導(dǎo)體的感測元件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及一種用于半導(dǎo)體的感測元件。

【背景技術(shù)】
[0002]如果傳感器被嵌入在半導(dǎo)體中，則傳感器經(jīng)歷與半導(dǎo)體相同的電壓。例如，被嵌入在低壓側(cè)IGBT(具有超過接地的電壓)中的溫度傳感器可以由接地參考電路監(jiān)控。然而，監(jiān)控被嵌入在高壓側(cè)IGBT中的溫度傳感器需要具有參考電勢的電路，該參考電勢處于高壓側(cè)IGBT的發(fā)射極電壓。
[0003]為了將高壓側(cè)模擬溫度信號轉(zhuǎn)發(fā)至具有接地參考的中央電路(例如微控制器或數(shù)字信號處理器(DSP)),以電流隔離(galvanically isolated)的方式對溫度信號進行處理，例如通過光耦合器或脈沖變壓器進行數(shù)字化和處理。這是一種昂貴的措施，其需要額外的部件和空間。這一效果在使用多個半橋(即許多高壓側(cè)和低壓側(cè)半導(dǎo)體)的情況下變得更為明顯，每個半橋(高壓側(cè)開關(guān)也)具有應(yīng)當(dāng)經(jīng)受監(jiān)控的溫度傳感器。
[0004]作為一種選擇，在驅(qū)動器(例如驅(qū)動器集成電路，例如無芯變壓器)中并入模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在該情形下，模擬溫度信號可以通過驅(qū)動器被數(shù)字化、被處理(例如通過一些種類的協(xié)議)并且經(jīng)由無芯變壓器被傳輸至處理裝置(其可以利用接地作為參考電勢進行操作)。處理裝置隨后提取接收到的溫度信息，以用于處理目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種裝置，包括:
[0006]高壓側(cè)半導(dǎo)體，
[0007]低壓側(cè)半導(dǎo)體，
[0008]與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體相鄰布置的第一感測元件，其中所述第一感測元件與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體隔離；
[0009]其中所述第一感測元件可直接連接至處理裝置。
[0010]在一個實施例中，所述裝置包括與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體相鄰布置的第二感測元件，
[0011]其中所述第二感測元件與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離，并且
[0012]其中所述第二感測元件可直接連接至所述處理裝置。
[0013]在一個實施例中，所述第一感測元件被嵌入在所述高壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，并且所述第二感測元件被嵌入在所述低壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入。
[0014]在一個實施例中，所述第一感測元件和所述第二感測元件經(jīng)由至少一個橫向隔離以及至少一個豎直隔離而與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體以及與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離。
[0015]在一個實施例中，所述橫向隔離包括至少15μπι的隔離。
[0016]在一個實施例中，所述豎直隔離包括在1.5μπι至2μπι的范圍內(nèi)的隔離。
[0017]在一個實施例中，所述隔離包括絕緣層。
[0018]在一個實施例中，所述絕緣層包括以下項中的至少一項:
[0019]氧化物層；
[0020]熱氧化的二氧化硅；
[0021]氮化物層。
[0022]在一個實施例中，所述裝置包括處理裝置，其中所述第一感測元件和所述第二感測元件均直接連接至所述處理裝置。
[0023]在一個實施例中，所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和/或所述低壓側(cè)半導(dǎo)體包括以下項中的至少一項:
[0024]電子開關(guān)；
[0025]雙極型晶體管；
[0026]雙極結(jié)型晶體管；
[0027]二極管；
[0028]結(jié)型場效應(yīng)晶體管；
[0029]IGBT ；
[0030]MOSFET。
[0031]在一個實施例中，所述處理裝置是以下項中的至少一項:
[0032]處理器；
[0033]控制器；
[0034]微控制器；
[0035]信號處理單元。
[0036]在一個實施例中，所述處理裝置連接至參考電勢。
[0037]在一個實施例中，所述參考電勢是接地。
[0038]在一個實施例中，其中所述高壓側(cè)半導(dǎo)體的至少一個引腳相對于接地至少暫時處于在30V和1000V之間的范圍內(nèi)的電壓。
[0039]在一個實施例中，所述第一感測元件和/或所述第二感測元件包括以下項中的至少一項:
[0040]溫度傳感器；
[0041]集成的依賴于溫度的傳感器；
[0042]霍爾傳感器；
[0043]壓力傳感器；
[0044]電流傳感器。
[0045]在一個實施例中，其中所述第一感測元件和/或所述第二感測元件包括作為溫度傳感器的至少一個二極管。
[0046]在一個實施例中，其中所述第一感測元件和/或所述第二感測元件包括晶體管的體二極管。
[0047]在一個實施例中，其中所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體被布置在半橋配置中或者是全橋配置的一部分。
[0048]根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種電路，包括:
[0049]高壓側(cè)半導(dǎo)體，
[0050]低壓側(cè)半導(dǎo)體，
[0051]第一感測元件，被嵌入在所述高壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，其中所述第一感測元件與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體隔離；
[0052]處理裝置，其中所述第一感測元件直接連接至所述處理裝置。
[0053]在一個實施例中，所述電路包括第二感測元件，所述第二感測元件被嵌入在所述低壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，
[0054]其中所述第二感測元件與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離，并且
[0055]其中所述第二感測元件直接連接至所述處理裝置。
[0056]在一個實施例中，
[0057]所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體是電子開關(guān)，或者其中所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體中的至少一個包括二極管，
[0058]所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體串聯(lián)連接，
[0059]所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體經(jīng)由所述處理裝置進行控制。
[0060]在一個實施例中，所述電路可以用于半橋或全橋布置中或者是半橋或全橋布置的一部分。
[0061]根據(jù)本公開的又一方面，提供了一種用于控制高壓側(cè)半導(dǎo)體和低壓側(cè)半導(dǎo)體的方法，
[0062]所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體在半橋布置中串聯(lián)連接，
[0063]其中第一感測元件被嵌入在所述高壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，其中所述第一感測元件與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體隔離，
[0064]其中第二感測元件被嵌入在所述低壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，其中所述第二感測元件與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離，
[0065]其中至少一個處理裝置被布置用于控制所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體并且直接連接至所述第一感測元件和所述第二感測元件，
[0066]其中所述至少一個處理裝置被布置用于基于由所述第一感測元件提供的信號來確定第一信息；用于基于由所述第二感測元件提供的信號來確定第二信息；用于基于所述第一信息和所述第二信息來控制所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體。
[0067]在一個實施例中，所述處理裝置被布置用于基于所述第一信息和/或所述第二信息確定故障并且用于基于確定的所述故障執(zhí)行預(yù)定動作。
[0068]根據(jù)本公開的又一方面，提供了一種用于控制高壓側(cè)半導(dǎo)體和低壓側(cè)半導(dǎo)體的系統(tǒng)，
[0069]所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體在半橋布置中串聯(lián)連接，
[0070]其中第一感測元件被嵌入在所述高壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，其中所述第一感測元件與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體隔離；
[0071]其中第二感測元件被嵌入在所述低壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，其中所述第二感測元件與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離；
[0072]其中處理裝置被布置用于控制所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體并且直接連接至所述第一感測元件和所述第二感測元件，
[0073]所述系統(tǒng)包括:
[0074]用于基于由所述第一感測元件提供的信號來確定第一信息的裝置；
[0075]用于基于由所述第二感測元件提供的信號來確定第二信息的裝置；
[0076]用于基于所述第一信息和所述第二信息來控制所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體的裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0077]參考附圖示出和圖示了各個實施例。附圖用于圖示基本原理，從而僅圖示了對于理解基本原理而言所必需的方面。附圖未按比例繪制。在附圖中，相同附圖標(biāo)記表示相同特征。
[0078]圖1示出了包括兩個晶體管的半橋布置的示意圖，其中每個晶體管具有直接連接至處理裝置的溫度傳感器；
[0079]圖2示出了具有嵌入的溫度傳感器的晶體管的截面示意圖。

【具體實施方式】
[0080]實施例涉及感測操作于不同或相異電壓的半導(dǎo)體中的信息。
[0081]第一實施例涉及一種裝置，包括高壓側(cè)半導(dǎo)體、低壓側(cè)半導(dǎo)體、與高壓側(cè)半導(dǎo)體相鄰布置的第一感測元件。第一感測元件與高壓側(cè)半導(dǎo)體隔離，并且第一感測元件可直接連接至處理裝置。在這點上，可直接連接尤其指代不具有電流隔離的連接?？芍苯舆B接可以包括經(jīng)由濾波器(例如電容器和/或電阻器)的連接。
[0082]高壓側(cè)半導(dǎo)體和/或低壓側(cè)半導(dǎo)體可以包括開關(guān)和/或二極管。可以使用高壓側(cè)和低壓側(cè)半導(dǎo)體來實現(xiàn)半橋布置。開關(guān)和并聯(lián)二極管(或者若干這樣的并聯(lián)連接的二極管)可以用作半橋布置的元件。在該示例性情形下，半橋布置包括四個半導(dǎo)體元件，即兩個開關(guān)和兩個二極管。
[0083]第二實施例涉及一種電路，包括高壓側(cè)半導(dǎo)體、低壓側(cè)半導(dǎo)體、被嵌入在高壓側(cè)半導(dǎo)體中或與高壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入的第一感測元件，其中第一感測元件與高壓側(cè)半導(dǎo)體(電)隔離。該電路還包括處理裝置，其中第一感測元件直接連接至處理裝置。
[0084]第三實施例涉及用于控制高壓側(cè)半導(dǎo)體和低壓側(cè)半導(dǎo)體的方法，高壓側(cè)半導(dǎo)體和低壓側(cè)半導(dǎo)體在半橋布置中串聯(lián)連接，第一感測元件被嵌入在高壓側(cè)半導(dǎo)體中或與高壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，其中第一感測元件與高壓側(cè)半導(dǎo)體(電)隔離，第二感測元件被嵌入在低壓側(cè)半導(dǎo)體中或與低壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，其中第二感測元件與低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離，至少一個處理裝置被布置用于控制高壓側(cè)半導(dǎo)體和低壓側(cè)半導(dǎo)體，并且直接連接至第一感測元件和第二感測元件。至少一個處理裝置被布置用于基于由第一感測元件提供的信號來確定第一信息；用于基于由第二感測兀件提供的信號來確定第二信息；以及用于基于第一信息和第二信息來控制高壓側(cè)半導(dǎo)體和低壓側(cè)半導(dǎo)體。
[0085]第四實施例涉及用于控制高壓側(cè)半導(dǎo)體和低壓側(cè)半導(dǎo)體的系統(tǒng)，高壓側(cè)半導(dǎo)體和低壓側(cè)半導(dǎo)體在半橋布置中串聯(lián)連接。該系統(tǒng)包括:第一感測元件，被嵌入在高壓側(cè)半導(dǎo)體中或與高壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，其中第一感測元件與高壓側(cè)半導(dǎo)體(電)隔離；第二感測元件，被嵌入在低壓側(cè)半導(dǎo)體中或與低壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，其中第二感測元件與低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離；以及處理裝置，其被布置用于控制高壓側(cè)半導(dǎo)體和低壓側(cè)半導(dǎo)體，并且直接連接至第一感測元件和第二感測元件。該系統(tǒng)進一步包括:用于基于由第一感測元件提供的信號來確定第一信息的裝置；用于基于由第二感測元件提供的信號來確定第二信息的裝置；以及用于基于第一信息和第二信息來控制高壓側(cè)半導(dǎo)體和低壓側(cè)半導(dǎo)體的裝置。
[0086]在許多半橋電路(如用于例如電動機控制的DC/DC轉(zhuǎn)換器或逆變器)中，存在至少一個高壓側(cè)半導(dǎo)體和至少一個低壓側(cè)半導(dǎo)體，例如IGBT、MOSFET、BJT、JFET或二極管。高壓側(cè)半導(dǎo)體可以連接至超過接地的高壓，并且低壓側(cè)半導(dǎo)體可以連接至接地或至少比高壓側(cè)半導(dǎo)體更接近接地。具體而言，高壓側(cè)半導(dǎo)體與低壓側(cè)半導(dǎo)體相比被布置在與參考電勢相比更高的電壓。
[0087]“接地”指的是接地電勢或者被視為近似或者被選擇作為參考電勢的任何參考電勢。
[0088]提出將第一感測元件布置在高壓側(cè)半導(dǎo)體附近(尤其是與其相鄰)。相應(yīng)地，第二感測元件可以被布置在低壓側(cè)半導(dǎo)體附近(尤其是與其相鄰)。第一感測元件可以被嵌入在高壓側(cè)半導(dǎo)體中，或者其可以與高壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入。相應(yīng)地，第二感測元件可以被嵌入在低壓側(cè)半導(dǎo)體中，或者其可以與低壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入。第一感測元件和第二感測元件可以各自被實現(xiàn)為用于檢測信息(壓力、電流、電壓、光、濕度等)并且將該信息傳送到處理裝置的傳感器。
[0089]根據(jù)在本文中所描述的示例，第一感測元件和第二感測元件無需與處理裝置的任何額外的電流隔離。第一感測元件和第二感測元件可以直接連接到處理裝置，即使高壓側(cè)半導(dǎo)體操作于浮置高壓電勢以及低壓側(cè)半導(dǎo)體操作于接地之上。
[0090]因此，第一感測元件和第二感測元件經(jīng)由至少一個隔離層與高壓側(cè)半導(dǎo)體和低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離。
[0091]在傳感器(第一和/或第二感測元件)被嵌入在半導(dǎo)體中的情況下，可以感測半導(dǎo)體的信息，即可以由處理裝置以連續(xù)或迭代方式進行監(jiān)控。
[0092]在本文中所討論的示例對于使用在從40伏到超過700伏的范圍內(nèi)的操作電壓或電源電壓的應(yīng)用而言尤其有用。
[0093]所提出的方案尤其允許在布置于高壓側(cè)或低壓側(cè)的半導(dǎo)體部件的各個位置處感測信息(例如溫度)。半導(dǎo)體部件可以是電子開關(guān)或可以經(jīng)受監(jiān)控的任何其他半導(dǎo)體部件(例如IGBT、MOSFET、BJT、JFET或二極管)。溫度傳感器可以是半導(dǎo)體元件，例如二極管或包括若干二極管的串聯(lián)連接。傳感器也可以包括以下項中的至少一項以用于感測各種種類的信息:霍爾傳感器、壓力傳感器、電流傳感器。
[0094]在下文中，電子開關(guān)(例如晶體管)示例性地被選擇為經(jīng)受監(jiān)控的半導(dǎo)體部件。被監(jiān)控的信息示例性地是電子開關(guān)中的或者電子開關(guān)附近的溫度。溫度感測元件可以是二極管，該二極管可以被嵌入在電子開關(guān)中或者與電子開關(guān)一起被嵌入。電子開關(guān)可以被配置為如在例如DC-DC轉(zhuǎn)換器、電源、電動機控制器等中使用的半橋或全橋布置的一部分。
[0095]相應(yīng)地，根據(jù)在本文中提出的示例，在不同布置中的其他半導(dǎo)體部件和/或電子開關(guān)可以經(jīng)受任何類型的監(jiān)控。
[0096]兩個電子開關(guān)(例如晶體管，尤其是IGBT)可以被布置為在電源電壓和接地之間彼此串聯(lián)連接。連接至或者更接近電源的電子開關(guān)也被稱為高壓側(cè)開關(guān)，并且連接至或者更接近接地的電子開關(guān)被稱為低壓側(cè)開關(guān)。
[0097]有利地，可以經(jīng)由單個處理裝置在高壓側(cè)開關(guān)以及低壓側(cè)開關(guān)處確定所感測的信息(例如溫度)，而無需如變壓器或光耦合器之類的其它電流隔離電路裝置。這允許改進的監(jiān)控或監(jiān)測，并且尤其允許在早期或者甚至在其實際發(fā)生之前檢測任何不規(guī)則性或故障。特別地，一種選擇是通過由例如微控制器或信號處理器評估所感測的信號來監(jiān)控所有電子開關(guān)以及確定溫度的改變。
[0098]例如，溫度可以從每個電子開關(guān)被傳送至處理裝置，優(yōu)選地具有較少延遲或沒有延遲(實時地)。
[0099]根據(jù)一個示例，傳感器(例如被實現(xiàn)為例如二極管的溫度傳感器)被布置為使得其具有高壓阻擋能力。傳感器可以被實現(xiàn)為被嵌入在半導(dǎo)體部件中的集成傳感器。傳感器可以與半導(dǎo)體部件電流地隔離。隔離可以通過隔離層來實現(xiàn)。
[0100]在半導(dǎo)體部件是包括柵極、源極和漏極或者基極、集電極和發(fā)射極的電子開關(guān)的情況下，傳感器可以被實現(xiàn)為使得其具有高壓阻擋能力以及使得其在上至預(yù)定漏極-源極電壓或上至預(yù)定集電極-發(fā)射極電壓時可以與漏極/集電極、源極/發(fā)射極以及柵極隔離。
[0101]因此，可以供應(yīng)每個傳感器，使得其相對于接地具有充分的電壓隔離，不論傳感器被集成在高壓側(cè)開關(guān)或低壓側(cè)開關(guān)中或者靠近高壓側(cè)開關(guān)或低壓側(cè)開關(guān)。高壓側(cè)開關(guān)和低壓側(cè)開關(guān)因此是半導(dǎo)體部件的示例，相應(yīng)地可以使用經(jīng)受信息監(jiān)控的其他半導(dǎo)體部件。
[0102]每個傳感器由處理裝置進行讀取，該處理裝置還可選地處理所獲得的信息。處理裝置可以是利用接地作為參考電勢的微控制器或信號處理器。然而，處理裝置也可以具有不同的(固定的)參考電勢。
[0103]根據(jù)一個示例，由與半橋布置的若干電子開關(guān)相鄰的若干溫度傳感器感測的各個溫度可以由例如利用接地作為參考電勢的單個處理裝置來監(jiān)控。處理裝置因此可以用作監(jiān)控單元，該監(jiān)控單元確定溫度是保持在預(yù)定溫度范圍內(nèi)，還是落到所述范圍以下或者超過所述范圍。因此，可以提供與預(yù)定值的比較，其中預(yù)定值可以是固定值或梯度(例如相對于時間的變化)。因此，為了檢測即將發(fā)生的故障或缺陷，也可以考慮溫度變化。
[0104]溫度傳感器可以被嵌入在各個半導(dǎo)體部件(例如所有種類的晶體管，IGBT、M0SFET、BJT或二極管)中或者與其相鄰，無論他們位于電路裝置的高壓側(cè)或低壓側(cè)上。
[0105]因此可能無需模數(shù)轉(zhuǎn)換或者對所感測的信息的電流隔離，這降低了成本和精力以及板空間。
[0106]所討論的示例利用向(例如嵌入的)溫度傳感器本身(向接地和/或向被監(jiān)控的半導(dǎo)體部件的任何連接)添加充分的電壓隔離，例如經(jīng)由隔離層。
[0107]圖1示出了包括晶體管Ql和晶體管Q2的半橋布置的示意圖。晶體管Q1、Q2可以是IGBT、BJT、MOSFET或JFET。晶體管Ql、Q2之一可以由二極管替代。在根據(jù)圖1的示例中，特別地，晶體管Ql和Q2可以被實現(xiàn)為IGBT，其中晶體管Ql具有集成的溫度傳感器TSl，并且晶體管Q2具有集成的溫度傳感器TS2。溫度傳感器TSl和TS2可以分別被實現(xiàn)為二極管。
[0108]晶體管Ql經(jīng)由驅(qū)動器102進行控制，驅(qū)動器102經(jīng)由隔離單元103連接至處理裝置101 (例如處理器、微控制器或信號處理器)。相應(yīng)地，晶體管Q2經(jīng)由驅(qū)動器104進行控制，驅(qū)動器104經(jīng)由隔離單元105連接至處理裝置101。
[0109]隔離單元103、105可以被實現(xiàn)為光耦合器、變壓器或任何電流隔離元件。隔離單元103、105使得能夠通過處理裝置101控制相應(yīng)晶體管Q1、Q2，其中在圖1的這一示例中的處理裝置101具有作為參考電勢的接地，并且晶體管Ql、Q2的柵極可以具有不同(浮置)參考電勢(不同于接地)。
[0110]因此，處理裝置I經(jīng)由隔離單元103、105和驅(qū)動器102、104來控制半橋的晶體管Q1、Q2。
[0111]溫度傳感器TSl連接至處理裝置101。此外，溫度傳感器TS2連接至該處理裝置。由于溫度傳感器TSl與晶體管Ql高壓隔離，所以所感測的信號可以直接被饋送(連接)至處理裝置101。這相應(yīng)地適用于溫度傳感器TS2相對于晶體管Q2。在這一示例中，無需附加的高壓去耦合裝置(例如變壓器、光耦合器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等)用于檢測由溫度傳感器TSl和TS2感測的信息。
[0112]溫度傳感器TS1、TS2中的每個溫度傳感器可以經(jīng)由作為絕緣層的厚場氧化物(例如在1.5 μ m和2 μ m之間的范圍內(nèi))進行隔離，以防范豎直擊穿。特別地，溫度傳感器TSl、TS2中的每個溫度傳感器相對于其相應(yīng)晶體管Ql、Q2的發(fā)射極電勢而被隔離。
[0113]一種選擇是使用MOSFET的體二極管(例如低壓)作為溫度傳感器。
[0114]集成的溫度傳感器可以有利地具有高壓阻擋能力。其可以在上至預(yù)定漏極-源極電壓或上至預(yù)定集電極-發(fā)射極電壓時有利地與漏極/集電極、源極/發(fā)射極以及柵極隔離。因此，溫度傳感器相對于接地可以具有充分的電壓隔離，無論傳感器被集成在高壓側(cè)開關(guān)或低壓側(cè)開關(guān)中。因此，每個單個溫度傳感器可以由單個接地參考電路(例如在本文中提及的處理裝置)讀取和處理。
[0115]溫度傳感器(包括至少一個感測元件)的電流隔離可以通過以下項中的至少一項實現(xiàn):
[0116]感測元件由單片集成到集成電路中pin 二極管制成；
[0117]感測元件被置于接近芯片中部或者最多散熱可能發(fā)生的地方；
[0118]感測元件被置于厚絕緣層的頂部上，尤其是未中斷(端到端)的層；
[0119]從感測元件到接觸焊盤的連接可以具有至如下芯片上的元件的預(yù)定(例如最小)距離，該芯片承載與感測元件相比的電壓電平。
[0120]厚隔離層可以是熱氧化的二氧化硅。此外，可以使用類似的氧化物層(PE-CVD)或其他絕緣層(氮化物)以及其組合。該層的厚度可以被選擇為滿足預(yù)定電壓穩(wěn)健性。
[0121]因此，與發(fā)射極電勢(以及集電極和柵極)相比，可以改進溫度傳感器的電壓擊穿穩(wěn)健性，這可以經(jīng)由作為防范發(fā)射極電勢的絕緣層的厚氧化物層來實現(xiàn)；感測元件可以被置于這一氧化物層上。
[0122]注意，該示例也適用于具有除了接地之外的任何參考電勢的處理裝置101。
[0123]圖2示出了晶體管Ql (IGBT)和溫度傳感器TSl的示例性結(jié)構(gòu)，該溫度傳感器TSl示例性地與晶體管Ql —起被嵌入。
[0124]IGBT包括npn結(jié)，IGBT的柵極可以由具有柵極氧化物的溝槽制成。施加比預(yù)定閾值電壓更大的電壓斷開了用于P空間中的電子的溝道。IGBT隨后可以被接通。溫度傳感器TSl包括具有注入的pn結(jié)的多晶硅層。去往多晶硅中的金屬接觸形成了陽極和陰極。
[0125]金屬層204附接至硅晶片201的一側(cè)。這一金屬層204對應(yīng)于晶體管Ql的集電極接觸。
[0126]在硅晶片201的一側(cè)上，提供了晶體管Ql的發(fā)射極接觸208 (作為金屬層或結(jié)構(gòu))和柵極接觸209 (作為金屬層或結(jié)構(gòu))。發(fā)射極接觸208被布置在(例如多晶硅的)傳導(dǎo)層206和中間氧化物層207上方，但是與硅晶片201直接接觸。柵極接觸209也在傳導(dǎo)層206和氧化物層207上方，但是與傳導(dǎo)層206直接接觸。
[0127]被實現(xiàn)為二極管的溫度傳感器TSl與晶體管Ql相鄰，該二極管包括在氧化物層207和傳導(dǎo)層206上方的陽極接觸210和陰極接觸211。
[0128]除了與晶體管Ql的發(fā)射極208直接接觸之外，在傳導(dǎo)層206與硅晶片204之間應(yīng)用柵極氧化物。柵極氧化物205相當(dāng)薄(例如在50nm至10nm之間的范圍內(nèi))，但是在與陽極接觸210和陰極接觸211有接觸的傳導(dǎo)層206下方具有增加的厚度203 (也被稱為豎直隔離，例如在1.5μπι和2μπι之間的范圍內(nèi))。在這一實施例中，下面的體硅201例如具有發(fā)射極電勢。
[0129]此外，箭頭202展現(xiàn)柵極接觸209 (在柵極接觸209下方的金屬層或傳導(dǎo)層206)與在二極管的陽極接觸210下方的傳導(dǎo)層206之間的距離。由箭頭202指示的距離(也被稱為橫向隔離)優(yōu)選地大于15 μ m。
[0130]此外，至少在該布置的頂部上部分應(yīng)用鈍化層212，尤其是在電接觸之間并且部分覆蓋電接觸。
[0131]以下示例和/或?qū)嵤├械闹辽僖粋€可以視為創(chuàng)新性的。他們可以與所描述的其他方面或?qū)嵤├Y(jié)合。在本文中所描述的任何實施例或設(shè)計未必解釋為相對于其他實施例或設(shè)計為優(yōu)選地或有利的。
[0132]提出了一種裝置，包括:
[0133]高壓側(cè)半導(dǎo)體，
[0134]低壓側(cè)半導(dǎo)體，
[0135]與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體相鄰布置的第一感測元件，其中所述第一感測元件與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體隔離；
[0136]其中所述第一感測元件可直接連接至處理裝置。
[0137]在一個實施例中，所述裝置包括與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體相鄰布置的第二感測元件，
[0138]其中所述第二感測元件與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離，并且
[0139]其中所述第二感測元件可直接連接至所述處理裝置。
[0140]在一個實施例中，所述第一感測元件被嵌入在所述高壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，并且所述第二感測元件被嵌入在所述低壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入。
[0141]在一個實施例中，所述第一感測元件和所述第二感測元件經(jīng)由至少一個橫向隔離以及至少一個豎直隔離而與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體以及與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離。
[0142]在一個實施例中，所述橫向隔離包括至少15μπι的隔離。
[0143]在一個實施例中，所述豎直隔離包括在1.5μπι至2μπι的范圍內(nèi)的隔離。
[0144]在一個實施例中，所述隔離包括絕緣層。
[0145]在一個實施例中，所述絕緣層包括以下項中的至少一項:
[0146]氧化物層；
[0147]熱氧化的二氧化硅；
[0148]氮化物層。
[0149]在一個實施例中，所述裝置包括處理裝置，其中所述第一感測元件和所述第二感測元件均直接連接至所述處理裝置。
[0150]在一個實施例中，所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和/或所述低壓側(cè)半導(dǎo)體包括以下項中的至少一項:
[0151]電子開關(guān)；
[0152]雙極型晶體管；
[0153]雙極結(jié)型晶體管；
[0154]二極管；
[0155]結(jié)型場效應(yīng)晶體管；
[0156]IGBT ；
[0157]MOSFET。
[0158]在一個實施例中，所述處理裝置是以下項中的至少一項:
[0159]處理器；
[0160]控制器；
[0161]微控制器；
[0162]信號處理單元。
[0163]在一個實施例中，所述處理裝置連接至參考電勢。
[0164]在一個實施例中，所述參考電勢是接地。
[0165]在一個實施例中，其中所述高壓側(cè)半導(dǎo)體的至少一個引腳相對于接地至少暫時處于在30V和1000V之間的范圍內(nèi)的電壓。
[0166]在一個實施例中，所述第一感測元件和/或所述第二感測元件包括以下項中的至少一項:
[0167]溫度傳感器；
[0168]集成的依賴于溫度的傳感器；
[0169]霍爾傳感器；
[0170]壓力傳感器；
[0171]電流傳感器。
[0172]在一個實施例中，其中所述第一感測元件和/或所述第二感測元件包括作為溫度傳感器的至少一個二極管。
[0173]在一個實施例中，其中所述第一感測元件和/或所述第二感測元件包括晶體管的體二極管。
[0174]在一個實施例中，其中所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體被布置在半橋配置中或者是全橋配置的一部分。
[0175]提供了一種電路，包括:
[0176]高壓側(cè)半導(dǎo)體，
[0177]低壓側(cè)半導(dǎo)體，
[0178]第一感測元件，被嵌入在所述高壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，其中所述第一感測元件與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體隔離；
[0179]處理裝置，其中所述第一感測元件直接連接至所述處理裝置。
[0180]在一個實施例中，所述電路包括第二感測元件，所述第二感測元件被嵌入在所述低壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，
[0181]其中所述第二感測元件與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離，并且
[0182]其中所述第二感測元件直接連接至所述處理裝置。
[0183]在一個實施例中，
[0184]所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體是電子開關(guān)，或者其中所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體中的至少一個包括二極管，
[0185]所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體串聯(lián)連接，
[0186]所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體經(jīng)由所述處理裝置進行控制。
[0187]在一個實施例中，所述電路可以用于半橋或全橋布置中或者是半橋或全橋布置的一部分。
[0188]提供了一種用于控制高壓側(cè)半導(dǎo)體和低壓側(cè)半導(dǎo)體的方法，
[0189]所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體在半橋布置中串聯(lián)連接，
[0190]其中第一感測元件被嵌入在所述高壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，其中所述第一感測元件與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體隔離，
[0191]其中第二感測元件被嵌入在所述低壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，其中所述第二感測元件與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離，
[0192]其中至少一個處理裝置被布置用于控制所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體并且直接連接至所述第一感測元件和所述第二感測元件，
[0193]其中所述至少一個處理裝置被布置用于基于由所述第一感測元件提供的信號來確定第一信息；用于基于由所述第二感測元件提供的信號來確定第二信息；用于基于所述第一信息和所述第二信息來控制所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體。
[0194]在一個實施例中，所述處理裝置被布置用于基于所述第一信息和/或所述第二信息確定故障并且用于基于確定的所述故障執(zhí)行預(yù)定動作。
[0195]提供了一種用于控制高壓側(cè)半導(dǎo)體和低壓側(cè)半導(dǎo)體的系統(tǒng)，
[0196]所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體在半橋布置中串聯(lián)連接，
[0197]其中第一感測元件被嵌入在所述高壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，其中所述第一感測元件與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體隔離；
[0198]其中第二感測元件被嵌入在所述低壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，其中所述第二感測元件與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離；
[0199]其中處理裝置被布置用于控制所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體并且直接連接至所述第一感測元件和所述第二感測元件，
[0200]所述系統(tǒng)包括:
[0201]用于基于由所述第一感測元件提供的信號來確定第一信息的裝置；
[0202]用于基于由所述第二感測元件提供的信號來確定第二信息的裝置；
[0203]用于基于所述第一信息和所述第二信息來控制所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體的裝置。
[0204]雖然已經(jīng)公開了各個示例性實施例已經(jīng)，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行將實現(xiàn)實施例的一些優(yōu)點的各種改變和修改是明顯的。可以適當(dāng)?shù)靥鎿Q執(zhí)行相同功能的其他部件對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。應(yīng)當(dāng)指出，參考特定附圖解釋的特征可以與其他附圖的特征結(jié)合，即使在其中并未清楚提及的情況下。此外，實施例的方法可以全部以軟件實施方式、使用適當(dāng)?shù)奶幚砥髦噶顏韺崿F(xiàn)、或者以利用硬件邏輯和軟件邏輯的組合的復(fù)合實施方式來實現(xiàn)，以獲得相同結(jié)果。對本發(fā)明構(gòu)思的這種修改旨在由所附權(quán)利要求覆蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，包括: 高壓側(cè)半導(dǎo)體， 低壓側(cè)半導(dǎo)體， 與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體相鄰布置的第一感測元件，其中所述第一感測元件與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體隔離； 其中所述第一感測元件可直接連接至處理裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置， 包括與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體相鄰布置的第二感測元件， 其中所述第二感測元件與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離，并且 其中所述第二感測元件可直接連接至所述處理裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述第一感測元件被嵌入在所述高壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，并且所述第二感測元件被嵌入在所述低壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述第一感測元件和所述第二感測元件經(jīng)由至少一個橫向隔離以及經(jīng)由至少一個豎直隔離而與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體以及與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述橫向隔離包括至少15μπι的隔離。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述豎直隔離包括在1.5 μ m至2 μ m的范圍內(nèi)的隔離。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述隔離包括絕緣層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述絕緣層包括以下項中的至少一項: 氧化物層； 熱氧化的二氧化硅； 氮化物層。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，包括處理裝置，其中所述第一感測元件和所述第二感測元件均直接連接至所述處理裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和/或所述低壓側(cè)半導(dǎo)體包括以下項中的至少一項: 電子開關(guān)； 雙極型晶體管； 雙極結(jié)型晶體管； 二極管； 結(jié)型場效應(yīng)晶體管；
IGBT ；
MOSFET。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述處理裝置是以下項中的至少一項: 處理器； 控制器； 微控制器； 信號處理單元。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述處理裝置連接至參考電勢。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述參考電勢是接地。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述高壓側(cè)半導(dǎo)體的至少一個引腳相對于接地至少暫時處于在30V和100V之間的范圍內(nèi)的電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述第一感測元件和/或所述第二感測元件包括以下項中的至少一項: 溫度傳感器； 集成的依賴于溫度的傳感器； 霍爾傳感器； 壓力傳感器； 電流傳感器。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述第一感測元件和/或所述第二感測元件包括作為溫度傳感器的至少一個二極管。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述第一感測元件和/或所述第二感測元件包括晶體管的體二極管。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體被布置在半橋配置中或者是全橋配置的一部分。
19.一種電路,包括: 高壓側(cè)半導(dǎo)體， 低壓側(cè)半導(dǎo)體， 第一感測元件，被嵌入在所述高壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入，其中所述第一感測元件與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體隔離； 處理裝置，其中所述第一感測元件直接連接至所述處理裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電路， 包括第二感測元件，所述第二感測元件被嵌入在所述低壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入， 其中所述第二感測元件與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離，并且 其中所述第二感測元件直接連接至所述處理裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電路， 其中所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體是電子開關(guān)，或者其中所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體中的至少一個包括二極管， 所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體串聯(lián)連接， 所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體經(jīng)由所述處理裝置進行控制。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電路，用于在半橋或全橋布置中使用。
23.一種用于控制高壓側(cè)半導(dǎo)體和低壓側(cè)半導(dǎo)體的方法， 所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體在半橋布置中串聯(lián)連接， 其中第一感測元件被嵌入在所述高壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入， 其中所述第一感測元件與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體隔離， 其中第二感測元件被嵌入在所述低壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入， 其中所述第二感測元件與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離， 其中至少一個處理裝置被布置用于控制所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體并且直接連接至所述第一感測元件和所述第二感測元件， 其中所述至少一個處理裝置被布置用于執(zhí)行所述方法，所述方法包括: 基于由所述第一感測元件提供的信號來確定第一信息； 基于由所述第二感測元件提供的信號來確定第二信息； 基于所述第一信息和所述第二信息來控制所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述處理裝置被布置用于執(zhí)行所述方法，所述方法進一步包括基于所述第一信息和/或所述第二信息確定故障并且基于確定的所述故障執(zhí)行預(yù)定動作。
25.一種用于控制高壓側(cè)半導(dǎo)體和低壓側(cè)半導(dǎo)體的系統(tǒng)， 所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體在半橋布置中串聯(lián)連接， 其中第一感測元件被嵌入在所述高壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入， 其中所述第一感測元件與所述高壓側(cè)半導(dǎo)體隔離， 其中第二感測元件被嵌入在所述低壓側(cè)半導(dǎo)體中或者與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體一起被嵌入， 其中所述第二感測元件與所述低壓側(cè)半導(dǎo)體隔離， 其中處理裝置被布置用于控制所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體并且直接連接至所述第一感測元件和所述第二感測元件， 所述系統(tǒng)包括: 用于基于由所述第一感測元件提供的信號來確定第一信息的裝置； 用于基于由所述第二感測元件提供的信號來確定第二信息的裝置； 用于基于所述第一信息和所述第二信息來控制所述高壓側(cè)半導(dǎo)體和所述低壓側(cè)半導(dǎo)體的裝置。
【文檔編號】H03K17/687GK104242889SQ201410268635
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月14日
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