集成在晶体管上的温度传感二极管结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种集成在晶体管上的温度传感二极管结构及其制备方法，第一多晶硅层上部连接有第二氧化层，第二氧化层具有向下隔离出二极管区域的隔离部分，第二氧化层上部依次连接有第二多晶硅层和绝缘介质层，绝缘介质层的环形隔离部分将第二多晶硅层形成不相连接的二极管第二掺杂区和位于二极管第二掺杂区外围的隔离保护环，且隔离保护环不闭合，第二多晶硅层向下延伸与二极管第二掺杂区连接形成纵向的PN结，二极管的第一电极与第一多晶硅层连接、第二电极与二极管第二掺杂区连接，保护电极隔离保护环连接，保护电极与第二电极连接形成等电位。本发明专利技术能够实时探测晶体管芯片温度，能减少外界电流、电压及电场变化能对温度传感二极管影响。

Temperature sensing diode structure integrated on transistor and method for making same

The present invention relates to an integrated temperature sensor on the transistor diode structure and a preparation method thereof, the first polysilicon layer connects second oxide layer, the oxide layer has second down isolated isolation part diode region, second upper oxide layer is sequentially connected with a second polysilicon layer and the insulating layer, the insulating isolation annular portion of the dielectric layer the second polysilicon layer is formed by connecting the diode second doped region and a second doped region located in the periphery of the diode isolation protection ring, and the isolation is not closed protection ring, the second polysilicon layer extends downward with a diode second doped region connected to form a vertical PN junction diode connected to the first electrode, and a first polysilicon layer second electrode connected with a diode second doped region protection electrode isolation protection ring connection protection electrode and the second electrode connected to form electrical etc. A. The invention can detect the temperature of the transistor chip in real time, and can reduce the influence of the external current, voltage and electric field variation on the temperature sensing diode.

【技术实现步骤摘要】
集成在晶体管上的温度传感二极管结构及其制备方法
本专利技术涉及一种集成在晶体管上的温度传感二极管结构及其制备方法，属于晶体管

技术介绍
大电流、大功率的功率半导体模块越来越多应用于汽车领域，需要对绝缘栅双极晶体管(IGBT)或场效应晶体管(MOSFET)采取过温、过流、过压等保护措施，因此往往需要将IGBT或MOSFET与温度传感器集成在一起。通过集成的温度传感器可以实时、有效检测模块、芯片的温度，从而及时对器件进行保护。目前功率半导体模块大多是将温度敏感元件与IGBT或MOSFET芯片封装于同一模块中，而该温度敏感元件是检测电路的温度，并把温度信号转换成热电动势信号,这种结构的温度传感器无法直接检测到芯片内部的温度，在晶体管出现瞬间过温、过流和过压时，温度敏感元件检测无法真正起到保护作用。目前先进的温度传感器采用多晶薄膜结构，以实现温度检测功能，一方面该多晶薄膜二极管采用横向pn结，其耐压与面积成正比，需要兼顾。另一方面该多晶薄膜二极管也需要通过内部电路与晶体管连接，造成功率半导体模块结构复杂，且与IGBT、MOSFET等晶体管工艺不完全兼容，提高了制作成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构合理，集成在晶体管芯片的有源区内，能够实时探测晶体管芯片温度，并能减少外界电流、电压及电场变化对温度传感二极管影响，能与晶体管工艺兼容，降低制造成本的一种集成在晶体管上的温度传感二极管结构及其制备方法。本专利技术为达到上述目的的技术方案是：一种集成在晶体管上的温度传感二极管结构，其特征在于：硅片有源区内依次连接有第一氧化层和其上部的第一多晶硅层，所述的第一多晶硅层为晶体管的多晶硅栅，所述第一多晶硅层上部连接有第二氧化层，第二氧化层具有向下穿过第一多晶硅层和第一氧化层并与晶体管的第一掺杂区和第二掺杂区连接用以隔离出二极管区域的隔离部分，隔离部分内的第一氧化层构成二极管的隔离垫、第一多晶硅层形成二极管第一掺杂区，第二氧化层上部连接有二极管区域处的第二多晶硅层及顶部的绝缘介质层，绝缘介质层具有穿过第二多晶硅层与第二氧化层连接的环形隔离部分，环形隔离部分将第二多晶硅层形成不相连接的二极管第二掺杂区和位于二极管第二掺杂区外围的隔离保护环，且隔离保护环具有不闭合的开口，第二多晶硅层向下延伸的连接部分穿过第二氧化层与第一多晶硅层上的二极管第一掺杂区连接形成纵向的PN结，二极管的第一电极穿过绝缘介质层和第二氧化层与第一多晶硅层连接、第二电极穿过绝缘介质层与第二多晶硅层上的二极管第二掺杂区连接，保护电极穿过绝缘介质层与第二多晶硅层上的隔离保护环连接，且保护电极与第二电极连接形成等电位。本专利技术集成在晶体管上的温度传感二极管结构的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：⑴、场氧化：将清洁处理后的硅片入氧化炉内进行氧化处理，形成场氧化层；⑵、光刻有源区：在硅片表面涂覆光刻胶，进行光刻、显影，刻蚀出有源区，刻蚀后将光刻胶去掉；⑶、一次氧化：将硅片放入氧化炉内进行氧化处理，形成第一氧化层；⑷、淀积第一多晶硅：在将硅片放入淀积炉内，在第一氧化层上淀积并自掺杂形成第一多晶硅层或在第一氧化层上淀积本征多晶硅并进行离子注入掺杂形成第一多晶硅层，形成导电的多晶硅栅和二极管第一掺杂区；⑸、光刻有源区元胞窗口及二极管的隔离窗口，注入离子并推结：在硅片表面涂覆光刻胶，进行光刻、显影、刻蚀第一多晶硅层和第一氧化层形成有源区元胞窗口及二极管的隔离窗口，刻蚀后将光刻胶去掉，将第一杂质注入有源区元胞窗口及二极管的隔离窗口内，将硅片放入扩散炉内扩散形成有源区元胞的第一掺杂区；⑹、光刻有源区元胞第二掺杂区扩散窗口：在硅片淀积氧化层，表面涂覆光刻胶，进行光刻、显影、刻蚀氧化层，形成第一掺杂区扩散窗口，向第一掺杂区内注入与第一杂质不同的杂质，然后再将硅片放入扩散炉内，扩散形成有源区元胞的第二掺杂区；⑺、二次氧化，光刻PN结窗口：将硅片放入氧化炉内进行氧化处理，形成第二氧化层和隔离部分，硅片表面涂覆光刻胶，进行光刻、显影，刻蚀第二氧化层形成PN结窗口，刻蚀后将光刻胶去掉；⑻、淀积多晶硅：将硅片放入淀积炉内，在第二氧化层上淀积本征多晶硅经离子注入掺杂形成第二多晶硅层，或在第二氧化层上淀积并自掺杂形成第二多晶硅层，形成二极管第二掺杂区，且第二多晶硅层在PN结窗口内与第一多晶硅层连接形成PN结；⑼、光刻隔离保护环：在硅片表面涂覆光刻胶，进行光刻、显影，刻蚀光刻形成不相连的二极管第二掺杂区及外围的隔离保护环，且隔离保护环不相通，隔离保护环的内边界与二极管第二掺杂区的外边界之间的距离在5-15um；⑽、绝缘介质层淀积，光刻引线接触孔：将硅片放入淀积炉内，在硅片表面淀积绝缘介质层，在硅片表面涂覆光刻胶、光刻、显影、刻蚀有源区元胞的栅极引线孔及发射极引线孔，二极管的第一电极引线孔、第二电极引线孔及保护电极引线孔，⑾、金属层淀积：对硅片溅射或蒸发金属层；⑿、金属光刻和腐蚀：在金属层涂覆光刻胶、光刻、显影、刻蚀金属层形成晶体管栅极(12)和发射极，以及二极管的第一电极、第二电极和保护电极，且第二电极与保护电极连接，制得集成在晶体管上的温度传感二极管。本专利技术的温度传感二极管连接在晶体管的硅片有源区内，温度传感二极管制作于两层多晶硅上，其第一多晶硅层与第二多晶硅层之间通过第二氧化层实现隔离，以保证有良好的电隔离，第一多晶硅层与第二多晶硅层直接接触区域通过纵向PN结连接，使温度传感二极管形成多晶硅结构，能与晶体管一起制作，集成在同一颗芯片上，因此能将温度传感二极管置于芯片中温度变化比较敏感的位置来探测芯片温度，由于温度传感二极管的电压受温度变化较明显并且比较稳定，更能够实时、直接、准确的探测、监控晶体管的温度。本专利技术针对将温度传感二极管置于硅片的有源区内，而在有源区内为晶体管的有效结构，通过设置在二极管第二掺杂区外部的隔离保护环，以及二极管区域内的隔离垫，达到隔离周边的信号及主器件的干扰，使温度传感二极管不受外界电流电压及电场变化的影响，故能妥善保护二极管的工作环境，为其提供良好安静的工作条件，保证二极管能够有效、安全的工作。本专利技术隔离保护环采用非封闭结构，能避免封闭环绕带来寄生的电感效应，进一步提高了其抗干扰能力及可靠性。本专利技术将连接隔离保护环保护电极与温度传感二极管的第二电极连接形成等电位，使得器件特性更加均匀，可靠性更高。本专利技术的第一多晶硅层与晶体管的多晶硅栅同时形成，通过光刻得到所需图形，且该多晶硅自掺杂形成导电的多晶硅栅和二极管第一掺杂区，不需要另外的离子注入，简化了工艺步骤。本专利技术只需要增加第二多晶硅层，通过离子注入形成二极管第二掺杂区，并通过光刻第二多晶硅层得到不相连接的二极管第二掺杂区和位于二极管第二掺杂区外部的隔离保护环，通过绝缘介质层进行隔离，实现对二极管的保护。本专利技术通过光刻第二氧化层，实现第一多晶硅层与第二多晶层的PN结，可使PN结界面更加平整均匀，因此耐压较高，电流更加均匀，可靠性更高，从而提高温度传感二极管的工作可靠性，同时也能通过调整第二多晶硅层的厚度和掺杂浓度，能方便控制二极管耐压性能，不影响主芯片特性。本专利技术能与晶体管工艺兼容，降低制造成本。本专利技术在光刻有源区之前，还可对形成二极管的区域的保护区窗口进行注入离子和推结，形成与晶体管终端区离子相同杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成在晶体管上的温度传感二极管结构，其特征在于：硅片(1)有源区内依次连接有第一氧化层(6)和其上部的第一多晶硅层(8)，所述的第一多晶硅层(8)为晶体管的多晶硅栅(8‑2)，所述第一多晶硅层(8)上部连接有第二氧化层(9)，第二氧化层(9)具有向下穿过第一多晶硅层(8)和第一氧化层(6)并与晶体管的第一掺杂区(3)和第二掺杂区(2)连接用以隔离出二极管区域的隔离部分(9‑1)，隔离部分(9‑1)内的第一氧化层(6)构成二极管的隔离垫(6‑1)、第一多晶硅层(8)形成二极管第一掺杂区(8‑1)，第二氧化层(9)上部连接有二极管区域处的第二多晶硅层(17)及顶部的绝缘介质层(15)，绝缘介质层(15)具有向下穿过第二多晶硅层(17)与第二氧化层(9)连接的环形隔离部分(15‑1)，环形隔离部分(15‑1)将第二多晶硅层(17)形成不相连接的二极管第二掺杂区(17‑2)和位于二极管第二掺杂区(17‑2)外围的隔离保护环(17‑1)，且隔离保护环(17‑1)不闭合，第二多晶硅层(17)向下延伸的连接部分(17‑3)穿过第二氧化层(9)与第一多晶硅层(8)上的二极管第一掺杂区(8‑1)连接形成纵向的PN结，二极管的第一电极(14)穿过绝缘介质层(15)和第二氧化层(9)与第一多晶硅层(8)连接、第二电极(16)穿过绝缘介质层(15)与第二多晶硅层(17)上的二极管第二掺杂区(17‑2)连接，保护电极(13)穿过绝缘介质层(15)与第二多晶硅层(17)上的隔离保护环(17‑1)连接，且保护电极(13)与第二电极(16)连接形成等电位。...

【技术特征摘要】
1.一种集成在晶体管上的温度传感二极管结构，其特征在于：硅片(1)有源区内依次连接有第一氧化层(6)和其上部的第一多晶硅层(8)，所述的第一多晶硅层(8)为晶体管的多晶硅栅(8-2)，所述第一多晶硅层(8)上部连接有第二氧化层(9)，第二氧化层(9)具有向下穿过第一多晶硅层(8)和第一氧化层(6)并与晶体管的第一掺杂区(3)和第二掺杂区(2)连接用以隔离出二极管区域的隔离部分(9-1)，隔离部分(9-1)内的第一氧化层(6)构成二极管的隔离垫(6-1)、第一多晶硅层(8)形成二极管第一掺杂区(8-1)，第二氧化层(9)上部连接有二极管区域处的第二多晶硅层(17)及顶部的绝缘介质层(15)，绝缘介质层(15)具有向下穿过第二多晶硅层(17)与第二氧化层(9)连接的环形隔离部分(15-1)，环形隔离部分(15-1)将第二多晶硅层(17)形成不相连接的二极管第二掺杂区(17-2)和位于二极管第二掺杂区(17-2)外围的隔离保护环(17-1)，且隔离保护环(17-1)不闭合，第二多晶硅层(17)向下延伸的连接部分(17-3)穿过第二氧化层(9)与第一多晶硅层(8)上的二极管第一掺杂区(8-1)连接形成纵向的PN结，二极管的第一电极(14)穿过绝缘介质层(15)和第二氧化层(9)与第一多晶硅层(8)连接、第二电极(16)穿过绝缘介质层(15)与第二多晶硅层(17)上的二极管第二掺杂区(17-2)连接，保护电极(13)穿过绝缘介质层(15)与第二多晶硅层(17)上的隔离保护环(17-1)连接，且保护电极(13)与第二电极(16)连接形成等电位。2.根据权利要求1所述的集成在晶体管上的温度传感二极管结构，其特征在于：硅片(1)在二极管区域还具有与晶体管终端区离子相同杂质的掺杂保护区(5)，掺杂保护区(5)与晶体管的第一掺杂区(3)相接。3.根据权利要求1所述的集成在晶体管上的温度传感二极管结构，其特征在于：所述第二氧化层(9)的隔离部分(9-1)连接有晶体管的发射极(11)，晶体管的发射极(11)穿出晶体管的第二掺杂区(2)并与晶体管的第一掺杂区(3)和外侧的第二掺杂区(2)连接。4.根据权利要求1所述的集成在晶体管上的温度传感二极管结构，其特征在于：所述第二多晶硅层(17)的二极管第二掺杂区(17-2)的连接部分(17-3)其外周面为弧形面。5.根据权利要求1所述的集成在晶体管上的温度传感二极管结构，其特征在于：所述第二多晶硅层(17)的隔离保护环(17-1)上的开口宽度h在5-15um。6.根据权利要求1所述的集成在晶体管上的温度传感二极管结构，其特征在于：所述第二氧化层(9)上的隔离部分(9-1)的宽度在5-10um。7.根据权利要求1所述的集成在晶体管上的温度传感二极管结构，其特征在于：所述第一多晶硅层(8)的二极管第一掺杂区(8-1)为多晶硅自掺杂n型杂质，第一多晶硅层(8)的厚度在1-2um，第二多晶硅层(17)的二极管第二掺杂区(17-2)为多晶硅注入p型杂质，注入剂量1×1012cm-3～1×1013cm-3,且第二多晶硅层(17)的厚度在2-5um。8.根据权利要求1所述的集成在晶体管上的温度传感二极管结构，其特征在于：所述第一多晶硅层(8)的二极管第一掺杂区(8-1)为多晶硅自掺杂p型杂质，第一多晶硅层(8)的厚度在1-2um，第二多晶硅层(17)的二极管第二掺杂区(17-2)为多晶硅注入n型杂质，注入剂量1×1012cm-3～1×1013cm-3,且第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王培林，井亚会，戚丽娜，张景超，刘利峰，赵善麒，
申请(专利权)人：江苏宏微科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32