專利名稱：一種集成了溫度和電流傳感功能的igbt芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到IGBT芯片的設(shè)計領(lǐng)域，特指一種集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極晶體管(IGBT )具有通態(tài)壓降低、電流容量大、輸入阻抗高、響應(yīng)速度快和控制簡單的特點，被廣泛用于工業(yè)、信息、新能源、醫(yī)學(xué)、交通、軍事和航空領(lǐng)域。隨著IGBT模塊封裝技術(shù)的持續(xù)進步和應(yīng)用要求的不斷提高，各種智能功率模塊(IPM)正在不斷涌現(xiàn)。它是在普通IGBT模塊的基礎(chǔ)之上，將驅(qū)動控制電路和保護電路一起封裝在模塊內(nèi)部，從而提高模塊的可靠性、降低了損耗、減小了體積并提高了產(chǎn)能。為了使智能功率模塊的優(yōu)點得到充分的體現(xiàn)，同時更好地保護模塊內(nèi)部的芯片，一般選擇在模塊 內(nèi)部集成了電流傳感器和溫度傳感器。例如英飛凌的專利具有溫度傳感器的功率半導(dǎo)體模塊(申請?zhí)?00810174408. 5);歐佩克·歐拉帕舍·蓋塞爾沙夫特·馮·雷斯坦沙布萊特兩合公司的專利功率半導(dǎo)體模塊(申請?zhí)?1812930. 7);嘉興斯達的專利一種集成功率半導(dǎo)體功率|旲塊；等等。在上述廣品上，幾乎所有的智能功率|旲塊(IPM)制造廠商都選擇在模塊內(nèi)部集成NTC溫度傳感器。但是，將分立式的傳感器集成到模塊中，雖然方法簡單且容易實現(xiàn)，但由于傳感器離功率芯片較遠，從傳感器所獲得的信息不能準確地反映芯片的狀態(tài)參數(shù)。現(xiàn)有先進封裝的IGBT模塊，包括IPM，一般將負溫度系數(shù)(NTC)的熱敏電阻封裝在內(nèi)，用來檢測模塊內(nèi)部芯片工作時的溫度；再利用標準電阻檢測模塊內(nèi)芯片的電流大小，從而實現(xiàn)溫度與電流的檢測與傳感。但是，由于溫度傳感器遠離芯片，不能實時準確地反映芯片工作時真實的結(jié)溫；對于電流傳感器而言，其檢測的精度與標準電阻的精度密切相關(guān)。并且，在模塊內(nèi)集成溫度和電流傳感器，難以對每個芯片的溫度和電流都進行檢測和監(jiān)控。目前半導(dǎo)體電流檢測傳感器多利用霍爾效應(yīng)或者設(shè)法使器件的全部電流流過傳感器而實現(xiàn)，但對于大功率半導(dǎo)體器件一IGBT而言不現(xiàn)實。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊、能夠精準地監(jiān)控和獲取芯片工作時的溫度和電流信息、以實現(xiàn)對模塊內(nèi)部芯片更好的保護、擴大其適用范圍的集成了溫度和電流傳感的IGBT芯片。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片，它包括芯片，所述芯片的邊緣為IGBT終端保護區(qū)，所述芯片的中間部分包括了 IGBT元胞區(qū)、電流傳感區(qū)和溫度傳感區(qū)；所述芯片正面上設(shè)有IGBT芯片柵極、IGBT芯片發(fā)射極、電流傳感器負極、溫度傳感器正極和溫度傳感器負極，上述各電極之間通過對芯片表面金屬化層刻蝕而間隔開來；所述IGBT芯片柵極和IGBT芯片發(fā)射極位于IGBT元胞區(qū)內(nèi)，所述電流傳感器負極位于電流傳感區(qū)內(nèi)，所述溫度傳感器正極和溫度傳感器負極位于溫度傳感區(qū)內(nèi)，所述芯片背面上設(shè)有IGBT芯片集電極、所述電流傳感區(qū)的電流傳感器正極且兩者同為一個電極。作為本發(fā)明的進一步改進
所述IGBT元胞區(qū)包括硅N-襯底，所述硅N-襯底上設(shè)有多元胞且呈并聯(lián)設(shè)置，每一個元胞包含一個發(fā)射極P阱，所述發(fā)射極P阱的中間為一個金屬電極且作為該元胞的發(fā)射極，所述金屬電極的兩邊為N+源極區(qū)，所述金屬電極的下方為發(fā)射極歐姆接觸P+區(qū)；所述各個元胞的發(fā)射極互連后引出作為IGBT芯片發(fā)射極；在所述芯片的背面依次注入N-緩沖層和集電極P+區(qū)、再沉積一層金屬電極作為IGBT芯片集電極。所述娃N-襯底的摻雜濃度為8E12/cm3 4. 5E14/cm3,厚度為70um 750um ;所述發(fā)射極P講的摻雜濃度為lE17/cm3 5E17/cm3,結(jié)深為3um 7um,結(jié)的寬度為IOum 25um ;所述發(fā)射極歐姆接觸p+區(qū)的摻雜濃度為5E19/cm3 lE20/cm3,結(jié)深為O. 5um I. 5um,結(jié)的寬度為5um 15um ;所N+源極區(qū)的摻雜濃度為5E19/cm3 lE20/cm3,結(jié)深為
O.5um Ium,結(jié)的寬度為O. 4um O. 8um ;所述背部N-緩沖層的摻雜濃度為8E15/cm3 6E16/cm3,結(jié)深為IOum 25um ;所述集電極P+區(qū)的摻雜濃度為lE17/cm3 5E19/cm3，結(jié)深為 O. 5um 5um。相鄰所述元胞之間沉積一層SiO2絕緣層，所述SiO2絕緣層上再沉積一層多晶硅柵，所述多晶硅柵互連在一起并引出作為IGBT芯片柵極。所述SiO2絕緣層的厚度為O. Ium O. 3um ;所述多晶硅柵的厚度為O. 3um
O.6um。 所述電流傳感區(qū)為芯片上的一部分元胞，包括硅N-襯底，所述硅N-襯底上設(shè)有且為多元胞并聯(lián)設(shè)置，每一個元胞包含一個發(fā)射極P阱，所述發(fā)射極P阱的中間為一個金屬電極且作為該元胞的發(fā)射極，所述金屬電極的兩邊為N+源極區(qū)，所述金屬電極的下方為發(fā)射極歐姆接觸P+區(qū)；所述各個元胞的發(fā)射極互連后引出作為電流傳感器負極，所述電流傳感器負極與IGBT芯片發(fā)射極分隔開來。所述溫度傳感區(qū)包括硅N-襯底，所述硅N-襯底上沉積一層淺溝槽隔離層，所述淺溝槽隔離層上設(shè)置多個P+多晶硅和N+多晶硅且兩者為間隔設(shè)置；所述P+多晶硅與N+多晶硅之間保持間距并通過硅鈦化合物將P+多晶硅與N+多晶硅搭接起來；將位于所述溫度傳感區(qū)中間處的P+多晶硅或N+多晶硅引出電極作為溫度傳感器負極或溫度傳感器正極，將位于所述溫度傳感區(qū)兩端處的P+多晶硅或N+多晶硅引出電極作為溫度傳感器正極或溫度傳感器負極。所述淺溝槽隔離層的厚度為O. 5um I. 5um，沉積之后進行選擇性刻蝕，刻蝕窗口大小為2um 5um,窗口間距為2um IOum,刻蝕深度為O. 3um I. 3um ;所述P+多晶娃窗口與N+多晶硅窗口相間設(shè)置；所述硅鈦化合物的厚度為O. Ium O. 2um。所述IGBT終端保護區(qū)包括在硅N-襯底上設(shè)置的多個P+場限環(huán)或P型擴散區(qū)，位于所述IGBT終端保護區(qū)最邊緣處設(shè)有一個N+溝道截止環(huán)，所述IGBT終端保護區(qū)的表面沉積一層SiO2絕緣層，所述SiO2絕緣層上再沉積一層SIPOS層。所述P+場限環(huán)的慘雜濃度為5E16/cm3 lE17/cm3,環(huán)寬為20um 60um,環(huán)間距為IOum 20um,結(jié)深為8um 20um ;所述N+溝道截止環(huán)的慘雜濃度為5E19/cm3 1E20/cm3,環(huán)寬為30um 60um,結(jié)深為IOum 15um ;所述SiO2絕緣層的厚度為O. Ium O. 3um ；所述SIPOS層的厚度為O. Ium O. 5um。所述P型擴散區(qū)的摻雜濃度為lE15/cm3 8E15/cm3,擴散區(qū)為500um 1200um,結(jié)深為8um 15um ;所述N+溝道截止環(huán)的慘雜濃度為5E19/cm3 lE20/cm3,環(huán)寬為30um 60um,結(jié)深為IOum 15um ;所述SiO2絕緣層的厚度為O. Ium O. 3um ;所述SIPOS層的厚度為 O. Ium O. 5um。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于
I、本發(fā)明的集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片，結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊、能夠精準地監(jiān)控和獲取芯片工作時的溫度和電流信息、以實現(xiàn)對模塊內(nèi)部芯片更好的保護，進一步提高模塊的壽命和可靠性，同時還可以減小模塊的體積，進一步能夠使IPM可以在各種不同的應(yīng)用場合可靠地工作。2、本發(fā)明的集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片中，利用二極管作為溫度傳 感器，即將多個二極管先串聯(lián)再并聯(lián)設(shè)置，減小了寄生參數(shù)，使得測量結(jié)果更準確。而且多個二極管的串并聯(lián)實現(xiàn)起來，并不比單個二極管實現(xiàn)起來復(fù)雜，即多個二極管的串并聯(lián)的工藝與單個二極管的工藝相同，只是多了一個二極管的陽極(或者陰極)互連的步驟。3、本發(fā)明的集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片中，針對IGBT芯片是由多元胞并聯(lián)的特點，采用按比例分流的方法，從中選取部分元胞作為溫度傳感器。該辦法準確、簡單、實用，并且不會增加任何額外的芯片工藝流程。4、本發(fā)明的集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片中，將模塊內(nèi)部所集成的傳感器集成到芯片內(nèi)部，能夠使檢測結(jié)果更加準確，同時反應(yīng)速度也更快，還能進一步減小模塊的體積，提高模塊的功率密度。


圖I是本發(fā)明IGBT芯片的正面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是沿圖I中A-A剖面線的縱向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實施例中元胞區(qū)的放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實施例中電流傳感區(qū)的放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實施例中溫度傳感區(qū)的放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是另一個實施例的溫度傳感區(qū)的放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是由溫度傳感區(qū)所形成的溫度傳感器的原理示意圖。圖8是本實施例中IGBT終端保護區(qū)的放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本發(fā)明在采用溝槽珊結(jié)構(gòu)時的示意圖。圖例說明
I、IGBT元胞區(qū)；11、IGBT芯片柵極；12、IGBT芯片發(fā)射極；13、IGBT芯片集電極；2、電流傳感區(qū)；21、電流傳感器正極；22、電流傳感器負極；3、溫度傳感區(qū)；31、溫度傳感器正極；32、溫度傳感器負極；4、IGBT終端保護區(qū)；100、硅N-襯底；101、發(fā)射極P阱；102、發(fā)射極歐姆接觸P+區(qū);103、N+源極區(qū);104、N-緩沖層；105、集電極P+區(qū);106、SiO2絕緣層；107、多晶硅柵；108、金屬電極；300、P+多晶硅；301、N+多晶硅；302、淺溝槽隔離層；303、硅鈦化合物;401、P+場限環(huán);402、N+溝道截止環(huán);403、SIP0S層;5、芯片。
具體實施例方式以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖I和圖2所示，為本發(fā)明集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片的平面結(jié)構(gòu)，它包括芯片5，芯片5的邊緣為IGBT終端保護區(qū)4，芯片5的中間部分包括了 IGBT元胞區(qū)I、電流傳感區(qū)2和溫度傳感區(qū)3。其中，芯片5的正面上設(shè)有IGBT芯片柵極IUIGBT芯片發(fā)射極12、電流傳感器負極22、溫度傳感器正極31和溫度傳感器負極32，各電極之間通過對芯片5表面金屬化層刻蝕而間隔開來。IGBT芯片柵極11和IGBT芯片發(fā)射極12位于IGBT元胞區(qū)I內(nèi)，電流傳感器負極22位于電流傳感區(qū)2內(nèi)，溫度傳感器正極31和溫度傳感器負極32位于溫度傳感區(qū)3內(nèi)。芯片5的背面上設(shè)有IGBT芯片集電極13、電流傳感區(qū)2的電流傳感器正極21且兩者同為一個電極。本實例中，溫度傳感器正極31和溫度傳感器負極32采用近鄰設(shè)置，作為一個整體。它與IGBT芯片柵極11以及電流傳感器負極22可以設(shè)置在芯片5正面表面處IGBT終 端保護區(qū)4外的任何位置；彼此可以近鄰，也可遠離，但都必須相互隔離。如圖3所示,為本實施例中IGBT元胞區(qū)I的放大示意圖。芯片5的正面為多元胞并聯(lián)設(shè)置，IGBT元胞區(qū)I包括硅N-襯底100，硅N-襯底100上設(shè)有每一個元胞包含一個發(fā)射極P阱101，發(fā)射極P阱101的中間為一個金屬電極108，金屬電極108材料可根據(jù)實際需要采用鋁或銅或其他材質(zhì)，作為該元胞的發(fā)射極。金屬電極108的兩邊為N+源極區(qū)103(橫向M0SFET)，金屬電極108的下方為發(fā)射極歐姆接觸P+區(qū)102。將各個元胞的發(fā)射極互連后引出，作為IGBT芯片發(fā)射極12。在元胞與元胞之間，沉積一層SiO2絕緣層106 (柵氧化層)，厚度為O. Ium O. 3um ;然后再沉積一層多晶娃柵107,厚度為O. 3um O. 6um ;再將所有的多晶硅柵107互連并引出，作為IGBT芯片柵極11，通過它來控制元胞的開通與關(guān)斷。在具體實施例中，芯片5的背面依次注入N-緩沖層104和集電極P+區(qū)105，然后沉積一層金屬電極108。該金屬電極材料可以采用招或銅或其他材質(zhì),其厚度為Ium 5um。該金屬電極108將作為IGBT芯片集電極13。本發(fā)明中電流傳感采用分流的方法即電流傳感器則是利用選取IGBT芯片5上的一部分元胞，通過檢測這部分元胞的電流，再根據(jù)元胞的數(shù)量，得到流過IGBT芯片的總電流大小。如圖4所示，作為電流傳感器的電流傳感區(qū)2的縱向結(jié)構(gòu)與上述IGBT元胞區(qū)I的縱向結(jié)構(gòu)完全相同?？梢钥闯墒沁x取了部分IGBT元胞而構(gòu)成。它們的柵極與IGBT元胞的柵極連通在一起，因此與IGBT元胞同時開通和關(guān)斷；電流傳感器正極21與IGBT芯片集電極13相同，電流傳感器負極22與IGBT芯片發(fā)射極12分隔開來。假設(shè)電流傳感區(qū)2包含η個元胞(η的范圍為10—一1000)，通過檢測得到流過電流傳感器負極22的電流大小為i，則單個元胞的電流大小為i/n。如果整個IGBT元胞區(qū)I包含的元胞個數(shù)N,計算得到流過IGBT芯片發(fā)射極12的電流大小為Ni/n。本發(fā)明中溫度傳感器利用二極管的導(dǎo)通電壓隨溫度的變化原理，通過檢測電壓變化信息得到芯片的溫度。該二極管為多晶硅二極管。如圖5所示，作為溫度傳感器的溫度傳感區(qū)3，包括在硅N-襯底100上沉積一層淺溝槽隔離層302 (STI )，然后依次平面設(shè)置P+、N+、P+、N+、P+、N+、P+ (或者是 N+、P+、N+、P+、N+、P+、N+)多晶娃，P+ 多晶娃 300 與 N+ 多晶硅301之間用淺溝槽隔離層302隔離開，然后在P+多晶硅300與N+多晶硅301的端頭處用硅鈦化合物303 (TiSix)將P+多晶硅300與N+多晶硅301連接起來，并在位于中間的N+多晶硅301 (或P+多晶硅300，參見圖6)處引出電極，作為溫度傳感器負極32 (或溫度傳感器正極31，參見圖6);在位于溫度傳感區(qū)3兩端的P+多晶硅300 (或N+多晶硅301)處引出電極，作為溫度傳感器正極31(或溫度傳感器負極32)。由此構(gòu)成多個多晶硅二極管的串并聯(lián)，作為溫度傳感電路(參見圖7)。利用二極管的導(dǎo)通壓降隨溫度的變化關(guān)系Vf=F(T，If)，通過檢測Vf的變化得到溫度的變化值。本發(fā)明中采用多晶硅二極管是因為它的結(jié)面積可以比常規(guī)二極管結(jié)構(gòu)的面積做得更小，從而減少漏電流和寄生電容，同時運用STI層，可以進一步減小漏電流。最后利用多個二極管串并聯(lián)是為了減少電路的寄生參數(shù)，使測量結(jié)果更加穩(wěn)定和準確。如圖8所示，為本發(fā)明中的IGBT終端保護區(qū)4，它包括在硅N-襯底100上設(shè)置的多個P+場限環(huán)401或P型擴散區(qū)以提供耐壓，P+場限環(huán)401或P型擴散區(qū)的個數(shù)與芯片的電壓等級有關(guān)。位于IGBT終端保護區(qū)4最邊緣處設(shè)有一個N+溝道截止環(huán)402，用來提供電場截止。在IGBT終端保護區(qū)4的表面沉積一層SiO2絕緣層106，再沉積一層SIPOS層403 (Semi、Insulating Poly、Crystalline Silicon),起鈍化保護作用，并使該區(qū)內(nèi)的電場更加均勻。
本實施例中，IGBT元胞區(qū)I和電流傳感區(qū)2是通過在硅N-襯底上依次注入發(fā)射極P阱101、發(fā)射極歐姆接觸P+區(qū)102、N+源極區(qū)103、N-緩沖層104和集電極P+區(qū)105構(gòu)成。其中，硅N-襯底100的摻雜濃度為8E12/cm3 4. 5E14/cm3，厚度為70um 750um。發(fā)射極P講101的慘雜濃度為lE17/cm3 5E17/cm3,結(jié)深為3um 7um,結(jié)的寬度為IOum 25um。發(fā)射極歐姆接觸P+區(qū)102的摻雜濃度為5E19/cm3 lE20/cm3，結(jié)深為O. 5um I. 5um,結(jié)的寬度為5um 15um。N+源極區(qū)103的摻雜濃度為5E19/cm3 lE20/cm3,結(jié)深為O. 5um Ium,結(jié)的寬度為O. 4um O. 8um。N-緩沖層104的摻雜濃度為8E15/cm3 6E16/cm3,結(jié)深為IOum 25um。集電極P+區(qū)105的慘雜濃度為lE17/cm3 5E19/cm3,結(jié)深為O. 5um 5um0溫度傳感區(qū)3是通過在娃N-襯底上依次沉積淺溝槽隔離層302((shallow trenchisolation，STI)、P+多晶硅層、N+多晶硅層、硅鈦化合物303構(gòu)成。其中，淺溝槽隔離層302(STI)為SiO2，其厚度為O. 5um I. 5um，沉積之后進行選擇性刻蝕，刻蝕窗口大小為2um 5um，窗口間距為2um 10um，刻蝕深度為0. 3um I. 3um ;P+多晶硅窗口與N+多晶硅窗口相間設(shè)置，其窗口刻蝕的大小與深度可以相同，也可以不相同。然后在P+多晶硅窗口處沉積P+多晶硅300，在N+多晶硅窗口處沉積N+多晶硅301。最后，將P+多晶硅300與N+多晶硅301利用多個硅鈦化合物303連接起來，硅鈦化合物303的厚度為0. Ium 0. 2um,多個硅鈦化合物303之間相互隔開。IGBT終端保護區(qū)4是通過在硅N-襯底上注入多個P+場限環(huán)401或多個P型擴散區(qū)、并在保護區(qū)的最外圍設(shè)置一個N+溝道截止環(huán)402、再沉積SiO2和SIPOS層403所構(gòu)成。其中，P+場限環(huán)401的摻雜濃度為5E16/W lE17/cm3，環(huán)寬為20um 60um，環(huán)間距為IOum 20um,結(jié)深為8um 20um。若是P型擴散區(qū)，其慘雜濃度為lE15/cm3 8E15/cm3,擴散區(qū)為500um 1200um，結(jié)深為8um 15um。N+溝道截止環(huán)402的摻雜濃度為5E19/cm3 1E20/cm3,環(huán)寬為 30um 60um,結(jié)深為 IOum 15um。SiO2 的厚度為 0. Ium 0. 3um。SIPOS 層 403 的厚度為 0. Ium 0. 5um。在本發(fā)明中，IGBT芯片5的縱向結(jié)構(gòu)可以采用軟穿通結(jié)構(gòu)、或非穿通結(jié)構(gòu)、或其他結(jié)構(gòu)，這都應(yīng)在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。根據(jù)耐壓的不同，芯片5的總厚度為70um——700um。在本發(fā)明中，IGBT芯片5的柵極結(jié)構(gòu)可以采用平面柵或溝槽柵結(jié)構(gòu)(參見圖9)，這都應(yīng)在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。在其他實施例中，硅N-襯底100還可以用其他襯底材料替換，例如還可以為Si等半導(dǎo)體材料，或者是Sic、GaN或金剛石等寬禁帶半導(dǎo)體材料。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片，其特征在于它包括芯片(5)，所述芯片(5)的邊緣為IGBT終端保護區(qū)(4)，所述芯片(5)的中間部分包括了 IGBT元胞區(qū)(I)、電流傳感區(qū)(2)和溫度傳感區(qū)(3);所述芯片(5)正面上設(shè)有IGBT芯片柵極(11)、IGBT芯片發(fā)射極(12)、電流傳感器負極(22)、溫度傳感器正極(31)和溫度傳感器負極(32)，上述各電極之間通過對芯片(5)表面金屬化層刻蝕而間隔開來；所述IGBT芯片柵極(11)和IGBT芯片發(fā)射極(12)位于IGBT元胞區(qū)(I)內(nèi)，所述電流傳感器負極(22)位于電流傳感區(qū)(2)內(nèi)，所述溫度傳感器正極(31)和溫度傳感器負極(32)位于溫度傳感區(qū)(3)內(nèi)，所述芯片(5)背面上設(shè)有IGBT芯片集電極(13)、所述電流傳感區(qū)(2)的電流傳感器正極(21)且兩者同為一個電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片，其特征在于所述1GBT元胞區(qū)(I)包括硅N-襯底(100)，所述硅N-襯底(100)上設(shè)有多元胞且呈并聯(lián)設(shè)置，每一個元胞包含一個發(fā)射極P阱(101)，所述發(fā)射極P阱(101)的中間為一個金屬電極(108)且作為該元胞的發(fā)射極，所述金屬電極(108)的兩邊為N+源極區(qū)(103)，所述金屬電極(108)的下方為發(fā)射極歐姆接觸P+區(qū)(102);所述各個元胞的發(fā)射極互連后引出作為IGBT芯片發(fā)射極(12);在所述芯片(5)的背面依次注入N-緩沖層(104)和集電極P+區(qū)(105)、再沉積一層金屬電極(108)作為IGBT芯片集電極(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片，其特征在于所述硅N-襯底(100)的摻雜濃度為8E12/cm3 4. 5E14/cm3,厚度為70um 750um ;所述發(fā)射極P講(101)的摻雜濃度為lE17/cm3 5E17/cm3,結(jié)深為3um 7um,結(jié)的寬度為IOum 25um ;所述發(fā)射極歐姆接觸P+區(qū)(102)的摻雜濃度為5E19/cm3 lE20/cm3，結(jié)深為O. 5um 1.5um,結(jié)的寬度為5um 15um ;所N+源極區(qū)(103)的摻雜濃度為5E19/cm3 lE20/cm3,結(jié)深為O. 5um lum，結(jié)的寬度為O. 4um O. 8um ;所述背部N-緩沖層(104)的摻雜濃度為8E15/cm3 6E16/cm3，結(jié)深為IOum 25um ;所述集電極P+區(qū)(105)的摻雜濃度為1E17/cm3 5E19/cm3,結(jié)深為 O. 5um 5um。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片，其特征在于相鄰所述元胞之間沉積一層SiO2絕緣層(106)，所述SiO2絕緣層(106)上再沉積一層多晶硅柵(107)，所述多晶硅柵(107)互連在一起并引出作為IGBT芯片柵極(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片，其特征在于所述SiO2絕緣層(106)的厚度為O. Ium O. 3um ;所述多晶硅柵(107)的厚度為O. 3um O. 6um。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片，其特征在于所述電流傳感區(qū)(2 )為芯片(5 )上的一部分元胞，包括硅N-襯底(100 )，所述硅N-襯底(100 )上設(shè)有且為多元胞并聯(lián)設(shè)置，每一個元胞包含一個發(fā)射極P阱(101 )，所述發(fā)射極P阱(101)的中間為一個金屬電極(108)且作為該元胞的發(fā)射極，所述金屬電極(108)的兩邊為N+源極區(qū)(103)，所述金屬電極(108)的下方為發(fā)射極歐姆接觸P+區(qū)(102);所述各個元胞的發(fā)射極互連后引出作為電流傳感器負極(22)，所述電流傳感器負極(22)與IGBT芯片發(fā)射極(12)分隔開來。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片，其特征在于所述溫度傳感區(qū)(3)包括硅N-襯底(100)，所述硅N-襯底(100)上沉積一層淺溝槽隔離層(302)，所述淺溝槽隔離層(302)上設(shè)置多個P+多晶硅(300)和N+多晶硅(301)且兩者為間隔設(shè)置；所述P+多晶硅(300)與N+多晶硅(301)之間保持間距并通過硅鈦化合物(303)將P+多晶硅(300)與N+多晶硅(301)搭接起來；將位于所述溫度傳感區(qū)(3)中間處的P+多晶硅(300)或N+多晶硅(301)引出電極作為溫度傳感器負極(32)或溫度傳感器正極(31)，將位于所述溫度傳感區(qū)(3)兩端處的P+多晶硅(300)或N+多晶硅(301)引出電極作為溫度傳感器正極(31)或溫度傳感器負極(32 )。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片，其特征在于所述淺溝槽隔離層(302)的厚度為O. 5um I. 5um，沉積之后進行選擇性刻蝕，刻蝕窗口大小為2um 5um,窗口間距為2um IOum,刻蝕深度為O. 3um I. 3um ;所述P+多晶娃窗口與N+多晶硅窗口相間設(shè)置；所述硅鈦化合物(303)的厚度為O. Ium O. 2um。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片，其特征在于所述IGBT終端保護區(qū)(4)包括在硅N-襯底(100)上設(shè)置的多個P+場限環(huán)(401)或P型擴散區(qū)，位于所述IGBT終端保護區(qū)(4)最邊緣處設(shè)有一個N+溝道截止環(huán)(402)，所述IGBT終端保護區(qū)(4)的表面沉積一層SiO2絕緣層(106)，所述SiO2絕緣層(106)上再沉積一層SIPOS層(403)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片，其特征在于所述P+場限環(huán)(401)的慘雜濃度為5E16/cm3 IE17/cm3,環(huán)寬為20um 60um,環(huán)間距為IOum 20um,結(jié)深為8um 20um ;所述N+溝道截止環(huán)(402)的慘雜濃度為5E19/cm3 lE20/cm3，環(huán)寬為30um 60um,結(jié)深為IOum 15um ;所述SiO2絕緣層(106)的厚度為O.Ium O. 3um ;所述 SIPOS 層(403)的厚度為 O. Ium O. 5um。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片，其特征在于所述P型擴散區(qū)的摻雜濃度為lE15/cm3 8E15/cm3,擴散區(qū)為500um 1200um,結(jié)深為8um 15um ;所述N+溝道截止環(huán)(402)的摻雜濃度為5E19/cm3 lE20/cm3，環(huán)寬為30um 60um，結(jié)深為IOum 15um ;所述SiO2絕緣層(106)的厚度為O. Ium O. 3um ;所述SIPOS層(403)的厚度為O. Ium O. 5um。
全文摘要
一種集成了溫度和電流傳感功能的IGBT芯片，它包括芯片，芯片的邊緣為IGBT終端保護區(qū)，芯片的中間部分包括了IGBT元胞區(qū)、電流傳感區(qū)和溫度傳感區(qū)；芯片正面上設(shè)有IGBT芯片柵極、IGBT芯片發(fā)射極、電流傳感器負極、溫度傳感器正極和溫度傳感器負極，上述各電極之間通過對芯片表面金屬化層刻蝕而間隔開來；IGBT芯片柵極和IGBT芯片發(fā)射極位于IGBT元胞區(qū)內(nèi)，電流傳感器負極位于電流傳感區(qū)內(nèi)，溫度傳感器正極和溫度傳感器負極位于溫度傳感區(qū)內(nèi)，芯片背面上設(shè)有IGBT芯片集電極、電流傳感區(qū)的電流傳感器正極且兩者同為一個電極。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊、能夠精準地監(jiān)控和獲取芯片工作時的溫度和電流信息、以實現(xiàn)對模塊內(nèi)部芯片更好的保護、擴大其適用范圍等優(yōu)點。
文檔編號H01L29/739GK102881679SQ201210355878
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者劉國友, 覃榮震, 黃建偉 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司