具有电流传感器的平面栅型功率器件及其制备方法技术

本公开提供具有电流传感器的平面栅型功率器件及其制备方法。该功率器件包括：衬底，包括第一器件区、第二器件区和金属间距区，在第一器件区之上形成第一金属，在第二器件区之上形成第二金属，第一金属和第二金属通过金属间距区彼此电学隔离；多晶硅层，位于所述衬底之上；多个第一源胞间隔布置在衬底的第一器件区中，并通过第一金属彼此电连接以形成第一器件；多个第二源胞间隔布置在衬底的第二器件区中，通过第二金属彼此电连接以形成第二器件；多个第三源胞间隔布置在衬底中，跨越第一器件区和金属间距区，第三源胞与第一金属电连接。根据本公开功率器件及其制备方法，第二器件的嵌入并不会给第一器件造成结构上的改变，没有任何芯片面积浪费。

【技术实现步骤摘要】
具有电流传感器的平面栅型功率器件及其制备方法
本公开涉及半导体领域，尤其涉及具有电流传感器的平面栅型功率器件及其制备方法。
技术介绍
对于具有电流传感器的平面栅型功率器件，为了监控该器件工作状态，要定量(通常是按主器件电流量缩小一个比例系数，这个系数一般用CSR表示)适时全量程测量该器件传导的电流量，以确保该器件的安全可靠，例如汽车电子领域。传统地，可以在整个器件(称为主器件)内选择一个适当位置耦合进诸如镜像电流器件的电流传感器件来提供这种测量。电流传感器件与主器件的耦合与隔离是非常重要的。
技术实现思路
根据本公开的一方面，提供一种具有电流传感器的平面栅型功率器件，包括：衬底，衬底包括第一器件区、第二器件区和金属间距区，在第一器件区之上形成有第一金属，在第二器件区之上形成有第二金属，第一金属和第二金属通过金属间距区彼此电学隔离；多晶硅层，多晶硅层位于衬底之上，用于形成位于第一器件区的第一栅极、位于第二器件区的第二栅极和位于金属间距区的第三栅极；第一源胞，多个第一源胞间隔布置在衬底的第一器件区中，所述第一源胞通过第一金属彼此电连接以形成第一器件；第二源胞，多个第二源胞间隔布置在衬底的第二器件区中，多个第二源胞通过第二金属彼此电连接以形成第二器件；第三源胞，多个第三源胞间隔布置在衬底中，并跨越第一器件区和金属间距区，多个第三源胞与第一金属电连接；其中，所述第二器件嵌入所述第一器件中。根据本公开的一方面，提供一种具有电流传感器的平面栅型功率器件的制备方法，包括：提供衬底，衬底包括第一器件区、第二器件区和金属间距区；在衬底的第一器件区中形成多个间隔布置的第一源胞，第二器件区中形成多个间隔布置的第二源胞，以及形成多个间隔布置的第三源胞，第三源胞跨越第一器件区和金属间距区；在所述衬底上形成多晶硅层，并对多晶硅层进行图形化以形成位于第一器件区的第一栅极、位于第二器件区的第二栅极和位于金属间距区的第三栅极；在衬底上形成金属层，并对金属层进行图形化以形成位于第一器件区之上的第一金属，位于第二器件区之上的第二金属，第一金属和第二金属通过金属间距区彼此电学隔离；其中，多个第一源胞通过第一金属彼此电连接以形成第一器件，多个第二源胞通过第二金属彼此电连接以形成第二器件，第二器件嵌入第一器件中，第二器件与第一器件通过金属间距区彼此电学隔离，第三源胞与第一金属电连接。根据本公开的具有电流传感器的平面栅型功率器件及其制备方法，第一器件与第二器件以特有的方式耦合与隔离，并且由于第二器件与第一器件相嵌的部分没有另外的高浓度扩散区(即没有去源区)，第二器件的嵌入是平顺的并不会给第一器件造成结构上的改变，因此不会对第一器件的电流电压性能造成任何不利影响。此外，第二器件与第一器件相嵌部分由于没有去源区，因此这部分仍可以对电流提供做出贡献，从而没有任何芯片面积浪费。附图说明通过参考附图会更加清楚地理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本公开进行任何限制，在附图中：图1是示出根据本公开一个示例性实施例的具有电流传感器的平面栅型功率器件的简化平面视图；图2是示出根据本公开一个示例性实施例的具有电流传感器的平面栅型功率器件的剖面视图；图3是示出根据本公开一个示例性实施例的具有电流传感器的平面栅型功率器件的细节的平面视图；图4-图5示出图3所示具有电流传感器的平面栅型功率器件的局部放大平面视图；图6是示出根据本公开一个示例性实施例的具有电流传感器的平面栅型功率器件的开口设计原则的示意图；图7-图9分别示出图3中沿A-A、B-B、C-C的剖面视图；图10是示出根据本公开一个示例性实施例的具有电流传感器的平面栅型功率器件的细节的平面视图；图11示出图10中沿D-D的剖面视图；以及图12是示出根据本公开一个示例性实施例的具有电流传感器的平面栅型功率器件的制备方法的流程图。具体实施方式下面对本公开的实施例的详细描述涵盖了许多具体细节，以便提供对本公开实施例的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本专利技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本专利技术的示例来提供对本专利技术更清楚的理解。本专利技术绝不限于下面所提出的任何具体配置，而是在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了相关元素、部件的任何修改、替换和改进。下面的详细说明实际上仅仅是示例性的，并且无意于限制本专利技术或本专利技术的应用和使用。而且，无意于使本专利技术受限于前述的
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技术介绍
或下面详细的说明书中提出的所表达或暗示的任何理论。在本公开中使用了缩写“MOSFET”和“IGBT”，它们分别指金属氧化物半导体场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管。MOSFET和IGBT具有导体栅电极，然而应理解导体材料并非一定是金属材料，而可以是例如金属合金、半金属、金属半导体合金或化合物、掺杂半导体、它们的组合。在本公开中，提及的“金属接触”及类似物应该广义地解释为包括上面讨论的各种导体形式而不意欲仅仅限制为金属化导体。适合用在MOSFET和IGBT的绝缘材料的非限制示例有氧化物、氮化物、氧氮混合物、有机绝缘材料及其它电介质。为了简单清楚地说明，附图说明了通常的结构方式，且可能省略对众所周知的特征和技术的描述和细节，以避免不必要地模糊本专利技术。另外，附图中的元件不一定是按比例绘制的。例如，可能相对于其它元件或区域而放大了附图中的一些元件或区域的尺寸，以帮助提高对本专利技术的实施例的理解。在说明书和权利要求书中的诸如“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等序数词可用于类似的元件或步骤之间的区分而不必然用于描述一个特定序列或先后顺序。需要理解，如此使用的术语在适当的情况下是可以互换的，以使本文所描述的专利技术中的实施例，例如，能够按照除了本文说明的或其它方式描述的那些顺次而工作或排列。此外，术语“包含”、“包括”、“具有”以及它们的各种变化，意指覆盖了非排除的包括，以使包括一系列元件或步骤的工艺、方法、产品或设备不必限制为那些元件或步骤，而是可以包括没有明确列出或固有属于这些工艺、方法、产品或设备的其它元件或步骤。这里所使用的术语“连通”定义为直接或间接以电性或非电性方式的连接。如文中所使用的，术语“实质上的”和“实质上地”意味着在实践方式中足以完成所声称的目的，而且那些次要的缺陷，如果有的话，对所声称的目的没有明显的影响。在说明书和权利要求书中的“另外的”是指超正常之外的。例如“另外的高浓度扩散”是指在正常的有源区扩散之外的扩散，并且浓度高于本体浓度。如文中所使用的，术语“衬底”可指半导体衬底，所用半导体不论单晶、多晶还是非晶，并且包括IV族半导体、非IV族半导体、化合物半导体以及有机和无机半导体，并且可以例如是薄膜结构或层叠结构。为了说明的方便和不受局限，本文用硅半导体来描述具有电流传感器的平面栅型功率器件及其制备方法，但是本领域技术人员将会理解也可以使用其它半导体材料。此外，各种器件类型和/或掺杂半导体区域可标记为N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有电流传感器的平面栅型功率器件，包括：/n衬底，所述衬底包括第一器件区、第二器件区和金属间距区，在所述第一器件区之上形成有第一金属，在所述第二器件区之上形成有第二金属，所述第一金属和所述第二金属通过所述金属间距区彼此电学隔离；/n多晶硅层，所述多晶硅层位于所述衬底之上，用于形成位于所述第一器件区的第一栅极、位于所述第二器件区的第二栅极和位于所述金属间距区的第三栅极；/n第一源胞，多个所述第一源胞间隔布置在所述衬底的所述第一器件区中，多个所述第一源胞通过所述第一金属彼此电连接以形成第一器件；/n第二源胞，多个所述第二源胞间隔布置在所述衬底的所述第二器件区中，多个所述第二源胞通过所述第二金属彼此电连接以形成第二器件；/n第三源胞，多个所述第三源胞间隔布置在所述衬底中，并跨越所述第一器件区和所述金属间距区，多个所述第三源胞与所述第一金属电连接；/n其中，所述第二器件嵌入所述第一器件中。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有电流传感器的平面栅型功率器件，包括：
衬底，所述衬底包括第一器件区、第二器件区和金属间距区，在所述第一器件区之上形成有第一金属，在所述第二器件区之上形成有第二金属，所述第一金属和所述第二金属通过所述金属间距区彼此电学隔离；
多晶硅层，所述多晶硅层位于所述衬底之上，用于形成位于所述第一器件区的第一栅极、位于所述第二器件区的第二栅极和位于所述金属间距区的第三栅极；
第一源胞，多个所述第一源胞间隔布置在所述衬底的所述第一器件区中，多个所述第一源胞通过所述第一金属彼此电连接以形成第一器件；
第二源胞，多个所述第二源胞间隔布置在所述衬底的所述第二器件区中，多个所述第二源胞通过所述第二金属彼此电连接以形成第二器件；
第三源胞，多个所述第三源胞间隔布置在所述衬底中，并跨越所述第一器件区和所述金属间距区，多个所述第三源胞与所述第一金属电连接；
其中，所述第二器件嵌入所述第一器件中。


2.根据权利要求1所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，还包括：
第一绝缘层，所述第一绝缘层形成在所述衬底之上，所述多晶硅层通过所述第一绝缘层与所述衬底电学隔离；
第二绝缘层，所述第二绝缘层形成在所述多晶硅层之上，所述多晶硅层通过所述第二绝缘层与所述第一金属和所述第二金属电学隔离。


3.根据权利要求1所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，在所述多晶硅层中形成有用于露出所述第一源胞的第一开口、用于露出所述第二源胞的第二开口以及用于露出所述第三源胞的第三开口，所述第一金属填充所述第一开口以与所述第一源胞电连接，所述第一金属还填充所述第三开口位于第一器件区的部分以与所述第三源胞电连接，所述第二金属填充所述第二开口以与所述第二源胞电连接。


4.根据权利要求3所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，所述衬底还包括金属引线区，在所述金属引线区之上形成有第三金属，所述第三金属与所述第二金属电连接，所述多晶硅层还用于形成位于所述金属引线区的第四栅极。


5.根据权利要求4所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，还包括：
第四源胞，多个所述第四源胞间隔布置在所述衬底中，并跨越所述第一器件区、所述金属间距区和所述金属引线区，所述第四源胞与所述第一金属电连接。


6.根据权利要求4所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，在所述金属引线区之上还形成有第三绝缘层，所述第四源胞通过所述第三绝缘层与所述第三金属电学隔离。


7.根据权利要求4所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，所述金属间距区和所述金属引线区包围所述第二器件区。


8.根据权利要求5所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，在所述多晶硅层中形成有用于露出所述第四源胞的第四开口，所述第一金属填充所述第四开口位于所述第一器件区的部分以与所述第四源胞电连接。


9.根据权利要求3所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，所述第三开口的边缘与相邻的所述第一开口的边缘、相邻的所述第二开口的边缘以及相邻的所述第三开口的边缘之间的距离为所述第一栅极、所述第二栅极或所述第三栅极的栅极长度。


10.根据权利要求8所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，所述第四开口的边缘与相邻的所述第一开口的边缘、相邻的所述第二开口的边缘、相邻的所述第三开口的边缘以及相邻的所述第四开口的边缘之间的距离为所述第一栅极、所述第二栅极、所述第三栅极或所述第四栅极的栅极长度。


11.根据权利要求9或10所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，所述第一栅极、所述第二栅极、所述第三栅极和所述第四栅极具有相同的栅极长度。


12.根据权利要求8所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，所述第一开口和所述第二开口呈六边形，所述第三开口和所述第四开口包括至少两个六边形开口和位于相邻的所述六边形开口之间与相邻的所述六边形开口连通的连通开口。


13.根据权利要求8所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，所述第一开口、所述第二开口、所述第三开口和所述第四开口均呈矩形。


14.根据权利要求1所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，所述衬底包括P+层和位于所述P+层之上的N-型层，并且所述具有电流传感器的平面栅型功率器件为绝缘栅双极型晶体管。


15.根据权利要求1所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，所述衬底包括N+层和位于所述N+层之上的N-层，并且所述具有电流传感器的平面栅型功率器件为金属氧化物半导体场效应晶体管。


16.根据权利要求5所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，所述第一源胞、所述第二源胞、所述第三源胞和所述第四源胞具有相同的结构。


17.根据权利要求16所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，所述源胞包括形成在所述衬底中的P阱、位于所述P阱中的N+区和位于所述N+区中的P+区。


18.根据权利要求16所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，所述P+区和所述N+区与所述第一金属或所述第二金属电连接。


19.根据权利要求17所述的具有电流传感器的平面栅型功率器件，其中，所述第一开口、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王培林，
申请(专利权)人：王培林，
类型：发明
国别省市：北京;11