IGBT芯片制造技术

本公开提供一种IGBT芯片。本公开的IGBT芯片包括：元胞区和位于所述元胞区周围的终端保护区；其中，所述元胞区包括IGBT元胞区和温度传感区，所述温度传感区包括第一导电类型衬底、位于所述衬底内的第二导电类型第一阱区、在所述第一阱区内间隔设置的第一导电类型源区和第二导电类型源区、位于所述衬底上方并与所述第一导电类型源区形成电连接的阴极和位于所述衬底上方并与所述第二导电类型源区形成电连接的阳极，以构成温度传感器。本公开将温度传感器集成在IGBT芯片的元胞区内，可利用温度传感器在反向截止状态下的漏电流随温度增加呈指数倍增加的特性，实现对芯片和模块的过温保护，进一步提升IGBT芯片的性能和可靠性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
IGBT芯片


[0001]本公开涉及半导体器件
，具体涉及一种IGBT芯片。

技术介绍

[0002]绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，是由BJT(双极性晶体管)和MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，结合了BJT和MOSFET的优点，既具有MOSFET的高阻抗优点，又具有BJT的低导通压降优点，已经成为大电压，大电流，高频电力电子应用中最广泛的半导体器件。
[0003]随着芯片及封装技术的发展和应用要求的提高，出现了各种智能功率模块(IPM)。通过将感应元件，保护电路和驱动电路一起封装在模块内部，从而提高IGBT模块的性能和可靠性，并且减少了模块体积。为了防止IGBT高温热失效，一般在模块内部集成了温度传感器，但是模块中的温度传感器距离IGBT芯片较远，探测的温度要比芯片结温要小，因此不能精确反映芯片的状态参数。

技术实现思路

[0004]本公开针对上述现有技术中的不足，提供了一种IGBT芯片。
[0005]第一方面，本公开提供一种IGBT芯片，包括：元胞区和位于所述元胞区周围的终端保护区；其中，所述元胞区包括IGBT元胞区和温度传感区，所述温度传感区包括第一导电类型衬底、位于所述衬底内的第二导电类型第一阱区、在所述第一阱区内间隔设置的第一导电类型源区和第二导电类型源区、位于所述衬底上方并与所述第一导电类型源区形成电连接的阴极和位于所述衬底上方并与所述第二导电类型源区形成电连接的阳极，以构成温度传感器。
[0006]根据本公开的实施例，优选地，所述温度传感区还包括位于所述第一阱区内的第一导电类型浅阱区，其中，所述浅阱区的深度小于所述第一阱区的深度；
[0007]所述第二导电类型源区和所述第一导电类型源区位于所述浅阱区内。
[0008]根据本公开的实施例，优选地，所述温度传感区还包括设置于所述第一阱区两侧的第一沟槽栅，以使所述温度传感区与所述IGBT元胞区和/或所述终端保护区隔离；
[0009]其中，所述第一沟槽栅的深度大于所述第一阱区的深度，所述第一沟槽栅包括第一栅极沟槽、设置于所述第一栅极沟槽内的第一栅极和设置于所述第一栅极沟槽和所述第一栅极之间的第一栅极绝缘层。
[0010]根据本公开的实施例，优选地，所述IGBT元胞区包括第一导电类型衬底、多个间隔设置于所述衬底内的第二沟槽栅、位于相邻两个所述第二沟槽栅之间的第二导电类型第二阱区、位于所述第二阱区内的第二导电类型源区、位于所述第二阱区内并配置在所述第二导电类型源区两侧的第一导电类型源区；
[0011]其中，所述第一导电类型源区的两端分别与所述第二沟槽栅和所述第二导电类型源区连接，所述第二沟槽栅的深度大于所述第二阱区的深度，所述第二沟槽栅包括第二栅
极沟槽、设置于所述第二栅极沟槽内的第二栅极和设置于所述第二栅极沟槽和所述第二栅极之间的第二栅极绝缘层。
[0012]根据本公开的实施例，优选地，所述IGBT元胞区包括第一导电类型衬底、多个间隔设置于所述衬底内的第二导电类型第二阱区、位于所述第二阱区内的第二导电类型源区、位于所述第二阱区内并配置在所述第二导电类型源区两侧的第一导电类型源区、位于相邻两个所述第二阱区之间的衬底上方并覆盖所述衬底和所述第二阱区以及所述第一导电类型源区的栅极绝缘层，以及位于所述栅极绝缘层上方的栅极。
[0013]根据本公开的实施例，优选地，所述结终端保护区包括第一导电类型衬底和在所述衬底内间隔设置的场限环。
[0014]第二方面，本公开提供一种IGBT芯片，包括：元胞区和位于所述元胞区周围的终端保护区；其中，所述元胞区包括IGBT元胞区和温度传感区，所述温度传感区包括第一导电类型衬底、位于所述衬底上方的场氧层、位于所述场氧层上方的第一导电类型多晶硅层、在所述多晶硅层内间隔设置的第一导电类型源区和第二导电类型源区、位于所述多晶硅层上方并与所述第一导电类型源区形成电连接的阴极和位于所述多晶硅层上方并与所述第二导电类型源区形成电连接的阳极，以构成温度传感器。
[0015]根据本公开的实施例，优选地，所述IGBT元胞区包括第一导电类型衬底、多个间隔设置于所述衬底内的沟槽栅、位于相邻两个所述沟槽栅之间的第二导电类型阱区、位于所述阱区内的第二导电类型源区、位于所述阱区内并配置在所述第二导电类型源区两侧的第一导电类型源区；
[0016]其中，所述第一导电类型源区的两端分别与所述沟槽栅和所述第二导电类型源区连接，所述沟槽栅的深度大于所述阱区的深度，所述沟槽栅包括栅极沟槽、设置于所述栅极沟槽内的栅极和设置于所述栅极沟槽和所述栅极之间的栅极绝缘层。
[0017]根据本公开的实施例，优选地，所述IGBT元胞区包括第一导电类型衬底、多个间隔设置于所述衬底内的第二导电类型阱区、位于所述阱区内的第二导电类型源区、位于所述阱区内并配置在所述第二导电类型源区两侧的第一导电类型源区、位于相邻两个所述阱区之间的衬底上方并覆盖所述衬底和所述阱区以及所述第一导电类型源区的栅极绝缘层，以及位于所述栅极绝缘层上方的栅极。
[0018]根据本公开的实施例，优选地，所述结终端保护区包括第一导电类型衬底和在所述衬底内间隔设置的场限环。
[0019]本公开实施例提供一种IGBT芯片。本公开在IGBT芯片的温度传感区的衬底内的阱区内形成间隔设置的第一导电类型源区和第二导电类型源区，或在温度传感区的衬底上方的多晶硅层内形成间隔设置的第一导电类型源区和第二导电类型源区，以形成温度传感器。可利用温度传感器在反向截止状态下的漏电流随温度增加呈指数倍增加的特性，提高温度传感的精确度和灵敏度，从而实现对芯片和模块的过温保护，进一步提升IGBT芯片的性能和可靠性。还可以减小模块体积，提高了模块的功率密度。而且温度传感区的各部分均与IGBT元胞区的各部分相同，不需要额外的工艺，因此不需要额外成本。
附图说明
[0020]附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具
体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
[0021]图1是本公开一示例性实施例示出的一种沟槽栅结构的IGBT芯片的正面俯视示意图；
[0022]图2是本公开一示例性实施例示出的一种沟槽栅结构的IGBT芯片的剖面结构示意图；
[0023]图3是本公开一示例性实施例示出的另一种沟槽栅结构的IGBT芯片的剖面结构示意图；
[0024]图4是本公开一示例性实施例示出的另一种沟槽栅结构的IGBT芯片的剖面结构示意图；
[0025]图5是本公开一示例性实施例示出的一种平面栅结构的IGBT芯片的剖面结构示意图；
[0026]图6是本公开一示例性实施例示出的另一种平面栅结构的IGBT芯片的剖面结构示意图；
[0027]图7是本公开一示例性实施例示出的另一种平面栅结构的IGBT芯片的剖面结构示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IGBT芯片，其特征在于，包括：元胞区和位于所述元胞区周围的终端保护区；其中，所述元胞区包括IGBT元胞区和温度传感区，所述温度传感区包括第一导电类型衬底、位于所述衬底内的第二导电类型第一阱区、在所述第一阱区内间隔设置的第一导电类型源区和第二导电类型源区、位于所述衬底上方并与所述第一导电类型源区形成电连接的阴极和位于所述衬底上方并与所述第二导电类型源区形成电连接的阳极，以构成温度传感器。2.根据权利要求1所述的IGBT芯片，其特征在于，所述温度传感区还包括位于所述第一阱区内的第一导电类型浅阱区，其中，所述浅阱区的深度小于所述第一阱区的深度；所述第二导电类型源区和所述第一导电类型源区位于所述浅阱区内。3.根据权利要求1所述的IGBT芯片，其特征在于，所述温度传感区还包括设置于所述第一阱区两侧的第一沟槽栅，以使所述温度传感区与相邻的所述IGBT元胞区和/或所述终端保护区隔离；其中，所述第一沟槽栅的深度大于所述第一阱区的深度，所述第一沟槽栅包括第一栅极沟槽、设置于所述第一栅极沟槽内的第一栅极和设置于所述第一栅极沟槽和所述第一栅极之间的第一栅极绝缘层。4.根据权利要求3所述的IGBT芯片，其特征在于，所述IGBT元胞区包括第一导电类型衬底、多个间隔设置于所述衬底内的第二沟槽栅、位于相邻两个所述第二沟槽栅之间的第二导电类型第二阱区、位于所述第二阱区内的第二导电类型源区和位于所述第二阱区内并配置在所述第二导电类型源区两侧的第一导电类型源区；其中，所述第一导电类型源区的两端分别与所述第二沟槽栅和所述第二导电类型源区连接，所述第二沟槽栅的深度大于所述第二阱区的深度，所述第二沟槽栅包括第二栅极沟槽、设置于所述第二栅极沟槽内的第二栅极和设置于所述第二栅极沟槽和所述第二栅极之间的第二栅极绝缘层。5.根据权利要求1所述的IGBT芯片，其特征在于，所述IGBT元胞区包括第一导电类型衬底、多个间隔设置于所述衬底内的第二导电类型第二阱区、位于所述第二阱区内的第二导电类型源区、位于所述第二阱区内并配置在所述第二导...

【专利技术属性】
技术研发人员：李迪，宁旭斌，肖海波，
申请(专利权)人：株洲中车时代半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：