一种大电流功率器件及其制备方法、集成电路与流程

1.本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种大电流功率器件及其制备方法、集成电路。


背景技术：

2.在电力电子领域中，根据应用场景的需要，经常会采用大电流功率器件，然而考虑到制造成本，实际应用中，常常通过并联常规的功率器件形成用户需要的大电流器件。
3.然而，由于器件制造过程中本身存在的不匹配的开关速度特性，并联功率器件的应用中存在开关功耗过大、容易出现涌浪电流等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种大电流功率器件及其制备方法、集成电路，旨在解决器件存在的开关功耗过大、容易出现涌浪电流等问题。
5.本技术实施例的第一方面提供了一种大电流功率器件，所述大电流功率器件包括：
6.多个全控型功率器件，多个所述全控型功率器件的第一端共接，多个所述全控型功率器件的第二端共接；
7.多个补偿电容模块，多个所述补偿电容模块与多个所述全控型功率器件一一对应，每个所述补偿电容模块设于对应的所述全控型功率器件的控制端和第一端之间；
8.电容测量模块，与多个所述全控型功率器件和多个所述补偿电容模块连接，用于测量每个所述全控型功率器件的控制端与第一端之间的寄生电容，并根据所述寄生电容控制对应的所述补偿电容模块的电容值，以使所述全控型功率器件的第一端与控制端之间的电容相等。
9.在一个实施例中，所述补偿电容模块由多个补偿电容并联组成。
10.在一个实施例中，多个所述补偿电容通过电融丝分别连接至对应的所述全控型功率器件的第一端和控制端。
11.在一个实施例中，多个所述补偿电容的电容值呈等差数列。
12.在一个实施例中，多个所述补偿电容的电容值呈等比数列。
13.在一个实施例中，多个所述补偿电容的电容值分别为c0、2c0、4c0、8c0、
…
、2nc0，其中，c0为基准电容值，n为所述补偿电容的个数。
14.在一个实施例中，所述电融丝为反熔丝。
15.在一个实施例中，所述全控型功率器件为mosfet、igbt或者bjt中的任意一种。
16.本技术实施例的第二方面提供了一种大电流功率器件的制备方法，包括：
17.在衬底上制备多个全控型功率器件，其中，多个所述全控型功率器件的第一端共接，多个所述全控型功率器件的第二端共接；
18.在每个所述全控型功率器件的控制端和第一端之间形成一个补偿电容模块；
19.测量每个所述全控型功率器件的控制端与第一端之间的寄生电容，并根据所述寄生电容控制对应的所述补偿电容模块的电容值，以使所述全控型功率器件的第一端与控制端之间的电容相等。
20.本技术实施例的第三方面提供了一种集成电路，包括：如上述任一项所述的大电流功率器件。
21.本技术实施例提供了一种大电流功率器件，包括：多个全控型功率器件、多个补偿电容模块以及电容测量模块。其中，多个所述全控型功率器件的第一端共接，多个所述全控型功率器件的第二端共接；多个所述补偿电容模块与多个所述全控型功率器件一一对应，每个所述补偿电容模块设于对应的所述全控型功率器件的控制端和第一端之间；电容测量模块与多个所述全控型功率器件和多个所述补偿电容模块连接，用于测量每个所述全控型功率器件的控制端与第一端之间的寄生电容，并根据所述寄生电容控制对应的所述补偿电容模块的电容值，以使所述全控型功率器件的第一端与控制端之间的电容相等。本技术通过设置多个电容测量模块，用于补偿全控型功率器件的第一端与控制端之间的电容值，并通过电容测量模块测量每个所述全控型功率器件的控制端与第一端之间的寄生电容，以控制对应的所述补偿电容模块的电容值，以使所述全控型功率器件的第一端与控制端之间的电容相等，使得多个全控型功率器件在并联情况下具有匹配的开关速度特性，避免了大电流功率器件出现开关功耗过大、容易出现涌浪电流等问题。
附图说明
22.图1为本技术一个实施例提供的大电流功率器件的结构示意图；
23.图2为本技术另一个实施例提供的大电流功率器件的结构示意图；
24.图3为本技术另一个实施例提供的大电流功率器件的结构示意图；
25.图4为本技术一个实施例提供的大电流功率器件的制备方法流程图。
具体实施方式
26.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
27.注意，在使用到的情况下，标志左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。
28.如本文使用的术语“在...上方(over)”、“在...下方(und er)”、“在...之间(between)”和“在...上(on)”指的是这一层相对于其它层的相对位置。同样地，例如，被沉积或被放置于另一层的上方或下方的一层可以直接与另一层接触或者可以具有一个或多个中间层。此外，被沉积或被放置于层之间的一层可以直接与这些层接触或者可以具有一个或多个中间层。相比之下，在第二层“上”的第一层与该第二层接触。此外，提供了一层相对于其它层的相对位置(假设相对于起始基底进行沉积、修改和去除薄膜操作而不考虑基底的绝对定向)。
29.在电力电子领域应用常常需要用到大电流，由于制造成本的考虑，实际应用常常
透过并联器件来得到大电流器件，但是由于器件制造过程中本身存在的不匹配的开关速度特性会引起开关功耗过大与涌浪电流等等问题。
30.在现有技术中，常用利用驱动电路补偿或者并联同一批生产的器件(特性相近)来解决上述技术问题，但是并联同一批生产的器件也会遇到一些问题，例如，一方面同一批器件在生产的过程中也会存在误差致使其特性不一致，进而影响产品的准确率，另一方面，在器件后期使用过程中发生损坏进行维修时或者需要更换时，一般没有办法找到同一批生产的配件，致使产品的精度降低。
31.为了解决上述技术问题，本技术实施例提出了一种大电流功率器件，参考图1所示，大电流功率器件包括：多个全控型功率器件10、多个补偿电容模块20以及电容测量模块30。
32.具体的，多个全控型功率器件10的第一端共接，多个全控型功率器件10的第二端共接；多个补偿电容模块20与多个全控型功率器件10一一对应，每个补偿电容模块20设于对应的全控型功率器件10的控制端和第一端之间；电容测量模块30与多个全控型功率器件10和多个补偿电容模块20连接，用于测量每个全控型功率器件10的控制端与第一端之间的寄生电容，并根据寄生电容控制对应的补偿电容模块20的电容值，以使全控型功率器件10的第一端与控制端之间的电容相等。
33.在本实施例中，结合图1所示，多个全控型功率器件10的第一端共接作为大电流功率器件的第一端a，多个全控型功率器件10的第二端共接作为大电流功率器件的第二端b，多个全控型功率器件10的控制端共接作为大电流功率器件的控制端c。通过将多个全控型功率器件10并联形成一种大电流功率器件，可以增加功率器件承载的电流，满足电力电子领域需要用到大电流的要求。
34.在具体应用中，多个并联的全控型功率器件10可以采用同一批次生产的全控型功率器件，而且可以根据不同应用场景的应用需求，依次并联不同个数的全控型功率器件10，例如，并联的全控型功率器件10可以为两个、三个、四个等，以使得通过的电流大小不一样，以适应不同的应用场景，满足大电流的需求。
35.在具体应用实施例中，即使是在同一批次生产的全控型功率器件，其寄生电容可能也并不完全相同，若全控型功率器件的寄生电容不同，则多个并联的全控型功率器件10存在不匹配的开关速度特性，会引起开关功耗过大以及浪涌电流等问题，为了提升全控型功率器件的匹配性，可以设置多个补偿电容模块20与多个全控型功率器件10一一对应，每个补偿电容模块20设于对应的全控型功率器件10的控制端和第一端之间。
36.可以理解的是，每一个全控型功率器件10都对应连接一个补偿电容模块20，并且每一个补偿电容模块20串联在对应的全控型功率器件10的控制端和全控型功率器件10的第一端之间，通过设置补偿电容模块20对全控型功率器件10的控制端和全控型功率器件10的第一端之间的电容进行补偿，以控制并联的全控型功率器件10的开关速度匹配一致，进而避免由于全控型功率器件10的开关速度不匹配导致开关功耗过大以及涌浪电流等问题。
37.在本实施例中，电容测量模块30用于测量每个全控型功率器件10的控制端与第一端之间的寄生电容，并根据全控型功率器件10的控制端与其第一端之间的寄生电容调节对应的补偿电容模块20的电容值，以使全控型功率器件10的第一端与控制端之间的电容相等。
38.具体的，电容测量模块30检测每一个全控型功率器件10的第一端与控制端的寄生电容，基于其寄生电容调节补偿电容模块20的电容值，以对全控型功率器件10的第一端与其控制端之间的电容进行补偿，例如，若第一个全控型功率器件10的控制端与其第一端之间的寄生电容为c11，第二个全控型功率器件10的控制端与其第一端之间的寄生电容为c21，则通过设置第一个全控型功率器件10对应的补偿电容模块20的电容值为c12，设置第二个全控型功率器件10对应的补偿电容模块20的电容值为c22，c11+c12＝c21+c22，从而使得大电流功率器件中的全控型功率器件10的第一端与控制端之间的电容相等，进而降低全控型功率器件10的开关速度特性引起的开关功耗过大与涌浪电流等问题。
39.在具体应用实施例中，电容测量模块30根据所检测的寄生电容控制对应的补偿电容模块20的电容值，可以理解的是，电容测量模块30可以根据寄生电容增加补偿电容模块20的电容值，也可以根据寄生电容减小补偿电容模块20的电容值，其目的在于使全控型功率器件10的第一端与控制端之间的电容相等，进而降低全控型功率器件10的开关速度特性引起的开关功耗过大与涌浪电流等问题。
40.在一个实施例中，全控型功率器件10的第一端与控制端之间的寄生电容包括其绕线产生的寄生电容。
41.在一个具体应用实施例中，可以根据实际应用需求增加补偿电容模块20的个数。
42.在一个具体应用实施例中，全控型功率器件10的第二端与控制端之间同样设置有补偿电容模块20，电容测量模块30检测每一个全控型功率器件10的第二端与控制端之间的寄生电容，并基于该寄生电容调节其对应的补偿电容模块20的电容值，从而使得大电流功率器件中每个全控型功率器件10的第二端与控制端之间的电容相等。
43.在一个实施例中，参考图2所示，补偿电容模块20由多个补偿电容并联组成。
44.具体的，补偿电容模块20可以根据电容测量模块30测量的寄生电容设置多个补偿电容并联，电容测量模块30测量每个全控型功率器件10的控制端与第一端之间的寄生电容，并基于所检测的寄生电容确定补偿电容模块20中的多个补偿电容接入全控型功率器件的个数。
45.在一些实施例中，补偿电容模块20中的补偿电容的电容值可以相同，也可以不相同，通过控制接入全控型功率器件10的控制端与第一端之间的补偿电容的数量可以调节每个全控型功率器件10的第一端与控制端之间的电容，达到并联的全控型功率器件10的第一端与控制端之间的电容相等的目的，以降低全控型功率器件10的开关速度特性引起的开关功耗过大与涌浪电流等问题。
46.在一个实施例中，多个补偿电容通过电融丝分别连接至对应的全控型功率器件10的第一端和控制端。具体的，电熔丝可以通过镭射的方式进行熔断，电容测量模块30预先获取每个补偿电容的电容值，并基于全控型功率器件10的第一端和控制端之间的寄生电容，确定接入全控型功率器件10的第一端和控制端之间的补偿电容的个数。
47.在一个实施例中，电融丝为反熔丝。
48.具体的，反熔丝是一种在集成电路的栅极数组(gate array)中用以与每一晶体管连接的组件，即补偿电容与对应的全控型功率器件10的第一端和控制端都有一反熔丝与其连接，其作用为用以将补偿电容和全控型功率器件10进行程序化。反熔丝为金属层-介电层-金属层的结构，还包括于介电层与金属层之间形成一层保护层，以保护介电层不被后续
transistor,金氧半场效晶体管)或者bjt(bipolar junction transistor，是双极结型晶体管)的任意一种。
57.例如，参考图2所示，当全控型功率器件10为mosfet时，多个补偿电容模块20与多个mosfet一一对应，mosfet的栅极作为全控型功率器件10的控制端，mosfet的源极作为全控型功率器件10的第一端，mosfet的漏极作为全控型功率器件10的第二端，补偿电容模块20设于对应的mosfet的栅极和源极之间。
58.当全控型功率器件10为ibgt时，多个补偿电容模块20与多个ibgt一一对应，ibgt的栅极作为全控型功率器件10的控制端，ibgt的源极作为全控型功率器件10的第一端，ibgt的漏极作为全控型功率器件10的第二端，补偿电容模块20设于对应的ibgt的栅极和源极之间。
59.当全控型功率器件10为bjt时，多个补偿电容模块20与多个bjt一一对应，bjt的基极作为全控型功率器件10的控制端，ibgt的集电极作为全控型功率器件10的第一端，mosfet的发射极作为全控型功率器件10的第二端，补偿电容模块20设于对应的mosfet的基极和发射极之间。
60.在一个实施例中，参考图2所示，一种大电流功率器件包括2个控型功率器件，分别为第一开关管q1和第二开关管q2，其中，第一开关管q1的第一端和第二开关管q2的第一端共接，第一开关管q1的第二端和第二开关管q2的第二端共接，补偿电容模块20包括第一电容c1和第二电容c2，其中，第一电容c1的第一端与第一开关管q1的控制端连接，第一电容c1的第二端与第一开关管q1的第一端连接，第二电容c2的第一端与第二开关管q2的控制端连接，第二电容c2的第二端与第二开关管q2的第二端连接。
61.在一些实施例中，第一开关管q1和第二开关管q2可以为igbt、mosfet以及bjt中的任意一项。
62.在一个实施例中，参考图3所示，补偿电容模块20由多个补偿电容并联组成。
63.具体的，一种大电流功率器件包括一个控型功率器件，为第三开关管q3，补偿电容模块20包括第三电容c3、第四电容c4和第五电容c5，其中，第三电容c3、第四电容c4和第五电容c5的第一端均与第三开关管q3的控制端连接，第三电容c3、第四电容c4和第五电容c5的第二端均与第三开关管q3的第一端连接。
64.在一些实施例中，第三开关管q3可以为igbt、mosfet以及bjt中的任意一项。
65.本技术实施例还提供了一种大电流功率器件的制备方法，参考图4所示，包括：步骤s10-s30。
66.具体的，步骤s10：在衬底上制备多个全控型功率器件10，其中，多个全控型功率器件10的第一端共接，多个全控型功率器件10的第二端共接。
67.多个全控型功率器件10依次并联，通过将多个全控型功率器件10并联可以增加功率器件的电流，满足电力电子领域需要用到大电流的要求。可以理解的是，可以根据不同应用场景的应用需求，依次并联不同个数的全控型功率器件10可以提升功率器件承载的电流，以适应不同的应用场景，满足大电流的需求。
68.步骤s20：在每个全控型功率器件10的控制端和第一端之间形成一个补偿电容模块20。
69.多个补偿电容模块20与多个全控型功率器件10一一对应，每个补偿电容模块20设
于对应的全控型功率器件10的控制端和第一端之间。可以理解的是，每一个全控型功率器件10都对应连接一个补偿电容模块20，并且每一个补偿电容模块20串联在对应的全控型功率器件10的控制端和全控型功率器件10的第一端之间，每一个补偿电容模块20用于对全控型功率器件10的控制端和全控型功率器件10的第一端之间的电容进行补偿，以提升对应的全控型功率器件10的开关速度，进而避免由于全控型功率器件10的开关速度引起的开关功耗过大与涌浪电流等问题。
70.步骤s30：测量每个全控型功率器件10的控制端与第一端之间的寄生电容，并根据寄生电容控制对应的补偿电容模块20的电容值，以使全控型功率器件10的第一端与控制端之间的电容相等。
71.在具体应用中，结合图1所示，可以采用电容测量模块30用于测量每个全控型功率器件10的控制端与第一端之间的寄生电容，并根据寄生电容控制对应的补偿电容模块20的电容值，以使全控型功率器件10的第一端与控制端之间的电容相等。
72.具体的，电容测量模块30检测每一个全控型功率器件10的第一端与控制端的寄生电容，补偿电容模块20用于对全控型功率器件10的第一端与控制端的电容进行补偿，通过电容测量模块30可以测量全控型功率器件10补偿电容之后第一端与控制端之间的寄生电容值，并根据测量的寄生电容值控制补偿电容模块20的电容值，以使得全控型功率器件10的第一端与控制端之间的电容相等，进而避免全控型功率器件10的开关速度特性不匹配引起的开关功耗过大与涌浪电流等问题。
73.在本实施例中，通过并联多个全控性功率器件来解决需要大电流的问题，当多个全控性功率器件并联时，由于全控性功率器件的第一端与控制端的寄生电容不一样，会出现其开关速度不匹配的问题，本技术实施例通过增加多个补偿电容模块20，用于对全控性功率器件的第一端与控制端的寄生电容进行补偿，并通过电容测量模块30控制补偿电容模块20的补偿电容的大小，从而实现了大电流功率器件中全控型功率器件10的第一端与控制端之间的电容相等，以避免全控型功率器件10的开关速度特性不匹配引起的开关功耗过大与涌浪电流等问题。
74.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
75.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各掺杂区区的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能区分配由不同的掺杂区完成，即将装置的内部结构划分成不同的掺杂区，以完成以上描述的全部或者部分功能。
76.实施例中的各掺杂区可以集成在一个功能区中，也可以是各个掺杂区单独物理存在，也可以两个或两个以上掺杂区集成在一个功能区中，上述集成的功能区既可以采用同种掺杂离子实现，也可以采用多种掺杂离子共同实现。另外，各掺杂区的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述器件的制备方法中的中掺杂区的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
77.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者
替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。