用于分立半導(dǎo)體器件的集成溫度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 當下的申請涉及分立半導(dǎo)體器件，并且更特別地涉及測量分立半導(dǎo)體器件的溫 度。
【背景技術(shù)】
[0002] -些分立功率半導(dǎo)體器件諸如IGBT (絕緣柵雙極晶體管）、MOSFET (金屬氧化物 半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）、JFET (結(jié)型場效應(yīng)晶體管）、功率二極管等包括作為溫度傳感器的 集成多晶硅二極管。已知的固定電流被驅(qū)動通過多晶硅二極管并且測量二極管的絕對正向 電壓降。理想地，二極管的絕對正向電壓降隨溫度線性地降低。因而，可以使用正向電壓降 和二極管結(jié)溫度之間的已知關(guān)系來從所測量的正向電壓降直接推斷出二極管的結(jié)溫度。然 而，半導(dǎo)體制造中固有的生產(chǎn)變化引起多晶硅二極管的正向電壓行為上的寬的變化。結(jié)果， 基于多晶硅二極管的溫度傳感器的精確度相對低。
[0003] 此外，從外部端子至多晶硅二極管并返回至端子的、在半導(dǎo)體管芯（芯片）內(nèi)部的 跡線的電阻增加誤差。流過二極管的電流不僅創(chuàng)建跨二極管的pn結(jié)的正向電壓降，而且創(chuàng) 建在跡線內(nèi)的電壓降。因而，所測量的二極管電壓大于實際的pn結(jié)電壓。雖然誤差的符號 是已知的，但是絕對量值不是已知的，這進一步加劇了測量誤差。
[0004] 更進一步地，被驅(qū)動通過二極管的測試電流的變化也引入誤差。例如，如果測試電 流例如歸因于溫度改變或者該測試電路的批次間改變而增加，則那么二極管的正向電壓增 加并且這被錯誤地解釋為更低的溫度。鑒于上面的和其它考慮（諸如更低的成本和復(fù)雜 性），想要用于分立功率半導(dǎo)體的更精確的溫度傳感器和溫度感測技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)電路的實施例，電路包括半導(dǎo)體管芯，半導(dǎo)體管芯包括分立的半導(dǎo)體器件以 及至少一個二極管。電路進一步包括集成電路，其可操作以在第一測試條件下測量至少一 個二極管的第一正向電壓降，在第二測試條件下測量至少一個二極管的第二正向電壓降， 并且基于第一正向電壓降測量和第二正向電壓降測量之間的差異來估計分立半導(dǎo)體器件 的溫度。
[0006] 根據(jù)確定在還包括至少一個二極管的半導(dǎo)體管芯中包括的分立半導(dǎo)體器件的溫 度的方法實施例，該方法包括：在第一測試條件下測量至少一個二極管的第一正向電壓降； 在第二測試條件下測量至少一個二極管的第二正向電壓降；以及基于第一正向電壓降測量 和第二正向電壓降測量之間的差異來估計分立半導(dǎo)體器件的溫度。
[0007] 根據(jù)半導(dǎo)體管芯的實施例，所述管芯包括分立的晶體管，第一二極管或者第一二 極管串，以及第二二極管或第二二極管串。半導(dǎo)體管芯進一步包括被連接至分立晶體管的 柵極的第一端子，被連接到分立晶體管的集電極或漏極的第二端子，被連接到分立晶體管 的發(fā)射極或源極的第三端子，被連接到第一二極管或第一二極管串的陽極的第四端子，以 及被連接到第二二極管或第二二極管串的陽極的第五端子。
[0008] 當閱讀下面的詳細描述、并且當查看隨附附圖時，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到附加 的特征和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0009] 附圖的元件相對于彼此未必成比例。同樣的參考標號指明對應(yīng)的相似部分。各個 所圖解的實施例的特征可以被組合，除非它們彼此排斥。在附圖中描繪了實施例并且在隨 后的描述中詳述實施例。
[0010] 圖1圖解具有基于集成的二極管的溫度傳感器的分立半導(dǎo)體管芯的實施例的示 意圖。
[0011] 圖2圖解基于用于基于集成的二極管的溫度傳感器的正向電壓降測量來確定分 立半導(dǎo)體器件的溫度的方法的實施例的流程圖。
[0012] 圖3圖解示出如何基于用于圖1的基于集成的二極管的溫度傳感器的兩個正向電 壓降測量之間的差異來確定分立半導(dǎo)體管芯的溫度的繪制圖。
[0013] 圖4圖解具有被實現(xiàn)為具有勢能（force)和感測端子的二極管串的基于集成的二 極管的溫度傳感器的分立半導(dǎo)體管芯的另一實施例的示意圖。
[0014] 圖5圖解具有被實現(xiàn)為兩個并聯(lián)的二極管串的基于集成的二極管的溫度傳感器 的分立半導(dǎo)體管芯的再一實施例的示意圖。
[0015] 圖6圖解示出如何基于用于圖5的基于集成的二極管的溫度傳感器的兩個正向電 壓降測量之間的差異來確定分立半導(dǎo)體管芯的溫度的繪制圖。
[0016] 圖7圖解電路的實施例的示意圖，所述電路包括具有分立半導(dǎo)體器件和基于集成 的二極管的溫度傳感器的半導(dǎo)體管芯、以及用于基于用于基于集成的二極管的溫度傳感器 的正向電壓降測量來確定分立半導(dǎo)體器件的溫度的集成電路。
【具體實施方式】
[0017] 根據(jù)在此描述的實施例，溫度傳感器和溫度感測技術(shù)被提供以用于具有高整體精 確度的分立功率半導(dǎo)體器件。在此描述的溫度傳感器和溫度感測技術(shù)更少地受到由生產(chǎn)變 化、歸因于管芯（芯片）內(nèi)的跡線和/或接合引線和/或連接器的電阻的電壓降、以及電流 源變化所引起的誤差的影響。在此描述的溫度傳感器和溫度感測技術(shù)可以與分立晶體管 (諸如IGBT、MOSFET、JFET等）以及分立二極管一起使用。在本說明書的上下文中，術(shù)語 "M0SFET"應(yīng)當被理解為包括更一般的術(shù)語"MISFET"（金屬絕緣體半導(dǎo)體FET)。例如，術(shù)語 MOSFET應(yīng)當被理解為包括具有并非為氧化物的柵極絕緣體的FET，即，術(shù)語MOSFET分別被 用在IGFET (絕緣柵場效應(yīng)晶體管）和MISFET (金屬絕緣體半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）的更一 般的術(shù)語含義中。
[0018] 圖1圖解具有用于在感測分立功率半導(dǎo)體器件102溫度中使用的集成溫度傳感器 的半導(dǎo)體管芯100的一個實施例。僅僅是為了說明性的目的而將分立功率半導(dǎo)體器件102 圖解為圖1中的分立IGBT，并且具有柵極（G)、集電極（C)和發(fā)射極（E)，但是分立功率半導(dǎo) 體器件102可以是分立MOSFET或者分立JFET，其中集電極替代地為漏極（D)并且發(fā)射極替 代地為源極（S)，或者是分立二極管。在分立MOSFET的情況下，MOSFET具有本征的體二極 管或者反向二極管（即陽極被連接至源極，陰極被連接至漏極），其在圖1中未示出以避免 混淆。如在此所使用的術(shù)語'分立'提及不同于集成電路的僅具有一個電路元件（諸如晶 體管或二極管）的電子部件。比較而言，集成電路典型地在單個芯片上含有幾百個至幾十 億個電路元件。
[0019] 根據(jù)該實施例，集成在具有分立功率半導(dǎo)體器件102的半導(dǎo)體管芯100中的基于 二極管的溫度傳感器104是靠近接近于分立半導(dǎo)體器件102的單個感測二極管105,諸如多 晶硅二極管、肖特基二極管等。一般而言，二極管105可以是任何類型的二極管，其能夠與 分立半導(dǎo)體器件102集成在一起并且具有已知的正向電壓降（VF)相對于溫度的特性，其允 許根據(jù)用于二極管105的兩個正向電壓降測量之間的相對差異（△)來估計二極管結(jié)溫度 (Tj)。也就是，二極管105具有限定的正向電壓降對于結(jié)溫度的關(guān)系。二極管105被形成 為足夠靠近分立功率半導(dǎo)體器件100,從而二極管105的結(jié)溫度（Tj)為分立功率半導(dǎo)體器 件102的溫度的精確表示。例如，二極管105可以被嵌入在功率半導(dǎo)體器件102內(nèi)，例如靠 近其表面。
[0020] 半導(dǎo)體管芯100進一步包括第一端子106 (諸如連接到IGBT的柵極或者MOSFET/ JFET的柵極的接合焊墊），連接到IGBT的集電極或者MOSFET/JFET的漏極的第二端子108， 連接到IGBT的發(fā)射極或者MOSFET/JFET的源極的第三端子110,和連接到溫度感測二極管 105的陰極的第四端子112。替換地，第四端子112可以被連接至溫度感測二極管105的陽 極并且其陰極可以被連接至第三端子11〇(例如，在與圖4和5中所示的相同的定向的情況 下）。端子106-112可以通過一個或多個金屬層、摻雜的半導(dǎo)體區(qū)、摻雜的多晶硅區(qū)等而被 連接至分立半導(dǎo)體器件102和溫度感測二極管105的對應(yīng)節(jié)點。換句話說，如在比所使用 的'連接'可以意味著直接電連接（無中間的結(jié)構(gòu)或區(qū)）或者間接電連接（一個或多個中 間的結(jié)構(gòu)或區(qū)）。半導(dǎo)體管芯100也可以包括被連接至溫度感測二極管105的陽極的第五 端子（圖1中未示出）。替換地，二極管105的陽極可以被內(nèi)部地連接至如圖1中所示的 IGBT的發(fā)射極或者MOSFET/JFET的源極，或者被內(nèi)部地連接至分立二極管的陽極或陰極， 并且可以省略第五端子。
[0021] 在每一種情況下，通過在不同測試條件下測量溫度感測二極管105的正向電壓降 以及基于正向電壓降測量之間的差異（A )估計分立半導(dǎo)體器件102的溫度，來確定分立半 導(dǎo)體器件102的溫度。與常規(guī)的絕對正向電壓溫度測量技術(shù)相比，這樣的相對正向電壓溫 度測量技術(shù)更少地受到在此先前描述的誤差的影響。
[0022] 圖2圖解確定分立半導(dǎo)體器件102的溫度的方法實施例。該方法包括在第一測試 條件下測量溫度感測二極管105的第一正向電壓降（VFl)(框圖20