用于分立半导体器件的集成温度传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 当下的申请涉及分立半导体器件，并且更特别地涉及测量分立半导体器件的温 度。
【背景技术】
[0002] -些分立功率半导体器件诸如IGBT (绝缘栅双极晶体管）、MOSFET (金属氧化物 半导体场效应晶体管）、JFET (结型场效应晶体管）、功率二极管等包括作为温度传感器的 集成多晶硅二极管。已知的固定电流被驱动通过多晶硅二极管并且测量二极管的绝对正向 电压降。理想地，二极管的绝对正向电压降随温度线性地降低。因而，可以使用正向电压降 和二极管结温度之间的已知关系来从所测量的正向电压降直接推断出二极管的结温度。然 而，半导体制造中固有的生产变化引起多晶硅二极管的正向电压行为上的宽的变化。结果， 基于多晶硅二极管的温度传感器的精确度相对低。
[0003] 此外，从外部端子至多晶硅二极管并返回至端子的、在半导体管芯（芯片）内部的 迹线的电阻增加误差。流过二极管的电流不仅创建跨二极管的pn结的正向电压降，而且创 建在迹线内的电压降。因而，所测量的二极管电压大于实际的pn结电压。虽然误差的符号 是已知的，但是绝对量值不是已知的，这进一步加剧了测量误差。
[0004] 更进一步地，被驱动通过二极管的测试电流的变化也引入误差。例如，如果测试电 流例如归因于温度改变或者该测试电路的批次间改变而增加，则那么二极管的正向电压增 加并且这被错误地解释为更低的温度。鉴于上面的和其它考虑（诸如更低的成本和复杂 性），想要用于分立功率半导体的更精确的温度传感器和温度感测技术。
【发明内容】
[0005] 根据电路的实施例，电路包括半导体管芯，半导体管芯包括分立的半导体器件以 及至少一个二极管。电路进一步包括集成电路，其可操作以在第一测试条件下测量至少一 个二极管的第一正向电压降，在第二测试条件下测量至少一个二极管的第二正向电压降， 并且基于第一正向电压降测量和第二正向电压降测量之间的差异来估计分立半导体器件 的温度。
[0006] 根据确定在还包括至少一个二极管的半导体管芯中包括的分立半导体器件的温 度的方法实施例，该方法包括：在第一测试条件下测量至少一个二极管的第一正向电压降； 在第二测试条件下测量至少一个二极管的第二正向电压降；以及基于第一正向电压降测量 和第二正向电压降测量之间的差异来估计分立半导体器件的温度。
[0007] 根据半导体管芯的实施例，所述管芯包括分立的晶体管，第一二极管或者第一二 极管串，以及第二二极管或第二二极管串。半导体管芯进一步包括被连接至分立晶体管的 栅极的第一端子，被连接到分立晶体管的集电极或漏极的第二端子，被连接到分立晶体管 的发射极或源极的第三端子，被连接到第一二极管或第一二极管串的阳极的第四端子，以 及被连接到第二二极管或第二二极管串的阳极的第五端子。
[0008] 当阅读下面的详细描述、并且当查看随附附图时，本领域技术人员将认识到附加 的特征和优点。
【附图说明】
[0009] 附图的元件相对于彼此未必成比例。同样的参考标号指明对应的相似部分。各个 所图解的实施例的特征可以被组合，除非它们彼此排斥。在附图中描绘了实施例并且在随 后的描述中详述实施例。
[0010] 图1图解具有基于集成的二极管的温度传感器的分立半导体管芯的实施例的示 意图。
[0011] 图2图解基于用于基于集成的二极管的温度传感器的正向电压降测量来确定分 立半导体器件的温度的方法的实施例的流程图。
[0012] 图3图解示出如何基于用于图1的基于集成的二极管的温度传感器的两个正向电 压降测量之间的差异来确定分立半导体管芯的温度的绘制图。
[0013] 图4图解具有被实现为具有势能（force)和感测端子的二极管串的基于集成的二 极管的温度传感器的分立半导体管芯的另一实施例的示意图。
[0014] 图5图解具有被实现为两个并联的二极管串的基于集成的二极管的温度传感器 的分立半导体管芯的再一实施例的示意图。
[0015] 图6图解示出如何基于用于图5的基于集成的二极管的温度传感器的两个正向电 压降测量之间的差异来确定分立半导体管芯的温度的绘制图。
[0016] 图7图解电路的实施例的示意图，所述电路包括具有分立半导体器件和基于集成 的二极管的温度传感器的半导体管芯、以及用于基于用于基于集成的二极管的温度传感器 的正向电压降测量来确定分立半导体器件的温度的集成电路。
【具体实施方式】
[0017] 根据在此描述的实施例，温度传感器和温度感测技术被提供以用于具有高整体精 确度的分立功率半导体器件。在此描述的温度传感器和温度感测技术更少地受到由生产变 化、归因于管芯（芯片）内的迹线和/或接合引线和/或连接器的电阻的电压降、以及电流 源变化所引起的误差的影响。在此描述的温度传感器和温度感测技术可以与分立晶体管 (诸如IGBT、MOSFET、JFET等）以及分立二极管一起使用。在本说明书的上下文中，术语 "M0SFET"应当被理解为包括更一般的术语"MISFET"（金属绝缘体半导体FET)。例如，术语 MOSFET应当被理解为包括具有并非为氧化物的栅极绝缘体的FET，即，术语MOSFET分别被 用在IGFET (绝缘栅场效应晶体管）和MISFET (金属绝缘体半导体场效应晶体管）的更一 般的术语含义中。
[0018] 图1图解具有用于在感测分立功率半导体器件102温度中使用的集成温度传感器 的半导体管芯100的一个实施例。仅仅是为了说明性的目的而将分立功率半导体器件102 图解为图1中的分立IGBT，并且具有栅极（G)、集电极（C)和发射极（E)，但是分立功率半导 体器件102可以是分立MOSFET或者分立JFET，其中集电极替代地为漏极（D)并且发射极替 代地为源极（S)，或者是分立二极管。在分立MOSFET的情况下，MOSFET具有本征的体二极 管或者反向二极管（即阳极被连接至源极，阴极被连接至漏极），其在图1中未示出以避免 混淆。如在此所使用的术语'分立'提及不同于集成电路的仅具有一个电路元件（诸如晶 体管或二极管）的电子部件。比较而言，集成电路典型地在单个芯片上含有几百个至几十 亿个电路元件。
[0019] 根据该实施例，集成在具有分立功率半导体器件102的半导体管芯100中的基于 二极管的温度传感器104是靠近接近于分立半导体器件102的单个感测二极管105,诸如多 晶硅二极管、肖特基二极管等。一般而言，二极管105可以是任何类型的二极管，其能够与 分立半导体器件102集成在一起并且具有已知的正向电压降（VF)相对于温度的特性，其允 许根据用于二极管105的两个正向电压降测量之间的相对差异（△)来估计二极管结温度 (Tj)。也就是，二极管105具有限定的正向电压降对于结温度的关系。二极管105被形成 为足够靠近分立功率半导体器件100,从而二极管105的结温度（Tj)为分立功率半导体器 件102的温度的精确表示。例如，二极管105可以被嵌入在功率半导体器件102内，例如靠 近其表面。
[0020] 半导体管芯100进一步包括第一端子106 (诸如连接到IGBT的栅极或者MOSFET/ JFET的栅极的接合焊垫），连接到IGBT的集电极或者MOSFET/JFET的漏极的第二端子108， 连接到IGBT的发射极或者MOSFET/JFET的源极的第三端子110,和连接到温度感测二极管 105的阴极的第四端子112。替换地，第四端子112可以被连接至温度感测二极管105的阳 极并且其阴极可以被连接至第三端子11〇(例如，在与图4和5中所示的相同的定向的情况 下）。端子106-112可以通过一个或多个金属层、掺杂的半导体区、掺杂的多晶硅区等而被 连接至分立半导体器件102和温度感测二极管105的对应节点。换句话说，如在比所使用 的'连接'可以意味着直接电连接（无中间的结构或区）或者间接电连接（一个或多个中 间的结构或区）。半导体管芯100也可以包括被连接至温度感测二极管105的阳极的第五 端子（图1中未示出）。替换地，二极管105的阳极可以被内部地连接至如图1中所示的 IGBT的发射极或者MOSFET/JFET的源极，或者被内部地连接至分立二极管的阳极或阴极， 并且可以省略第五端子。
[0021] 在每一种情况下，通过在不同测试条件下测量温度感测二极管105的正向电压降 以及基于正向电压降测量之间的差异（A )估计分立半导体器件102的温度，来确定分立半 导体器件102的温度。与常规的绝对正向电压温度测量技术相比，这样的相对正向电压温 度测量技术更少地受到在此先前描述的误差的影响。
[0022] 图2图解确定分立半导体器件102的温度的方法实施例。该方法包括在第一测试 条件下测量温度感测二极管105的第一正向电压降（VFl)(框图20