具有复合功能的IGBT芯片结构的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有复合功能的IGBT芯片结构的制备方法，涉及半导体器件制造领域。包括在半导体衬底中形成沟槽，在沟槽内形成独立成段的分离栅多晶硅层，在分离栅多晶硅层上淀积并刻蚀金属层，使分离栅多晶硅层与金属层相连接、组成热敏电阻结构；也就是说，可以在沟槽内部形成独立成段的分离栅多晶硅层，并能够将其作为IGBT芯片的内置温度传感器。因此，本发明专利技术解决了现有在IGBT芯片上集成温度传感器的方案中所存在的准确性低和灵敏度差的问题；同时，可以在一定程度上降低IGBT芯片中的米勒电容，从而能够有效提高芯片的性能、保证芯片的正常工作。的正常工作。的正常工作。

【技术实现步骤摘要】
具有复合功能的IGBT芯片结构的制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件制造领域，具体涉及一种具有复合功能的IGBT芯片结构的制备方法。

技术介绍

[0002]绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是由金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)和双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，集MOSFET的栅极电压驱动简单和BJT的低导通电阻两方面的优点于一身；IGBT凭借着其阻断电压高、电流容量大、驱动功率小等优势，已经被广泛应用于通信、交通、家电、工业、新能源等领域。为保证IGBT芯片能够正常工作，有必要在芯片上集成温度传感器，以对IGBT芯片的温度进行实时监控，从而防止由于温度过高而导致芯片损坏或寿命缩短的情况出现。
[0003]目前，在IGBT芯片上集成温度传感器的方式主要有两种：其一是将温度传感器（如热敏电阻）和IGBT芯片封装在一起，这种方式下，温度传感器和IGBT芯片之间势必存在着一定的距离，这会使得IGBT芯片的热量只能部分传导至温度传感器，并且温度检测的响应速度较慢、具有一定的滞后性，从而导致温度监测的准确性较低；其二是在IGBT芯片中内置温度传感器，具体的实现方法一般是将温度传感器的多晶硅层置于栅极多晶硅的上方，然而利用这种方法制备而成的温度传感器在实际使用时的灵敏度较差，并且温度传感器的多晶硅层与栅极多晶硅之间的台阶高度差会导致多晶硅层的接触孔形态不好、进而使得该温度传感器只能测量IGBT芯片表面的温度。
[0004]并且，IGBT芯片中还存在着米勒电容，米勒效应会使得芯片在栅极驱动过程中形成平台电压，进而引起开关时间变长、开关损耗增加等问题，从而给IGBT芯片的正常工作带来负面影响；因此，如何尽可能地降低芯片中的米勒电容也是值得研究与探讨的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种具有复合功能的IGBT芯片结构的制备方法，以解决现有在IGBT芯片上集成温度传感器的方案中所存在的准确性低和灵敏度差的问题；同时，本专利技术可以在一定程度上降低IGBT芯片中的米勒电容，从而能够有效提高芯片的性能、保证芯片的正常工作。
[0006]本专利技术是采用以下技术方案实现的：一种具有复合功能的IGBT芯片结构的制备方法，包括在半导体衬底中形成沟槽，在沟槽内形成独立成段的分离栅多晶硅层，在分离栅多晶硅层上淀积并刻蚀金属层，使分离栅多晶硅层与金属层相连接。
[0007]本方法在IGBT分离栅制备原理的基础上，在沟槽内部形成独立成段的分离栅多晶硅层，将其作为IGBT芯片的内置温度传感器。与常规的集成方案相比，本方法下IGBT芯片与
温度传感器之间不存在任何间距，进而避免了温度监测的片面性和滞后性；也不再需要将温度传感器的多晶硅层置于栅极多晶硅的上方，进而避免了温度传感器多晶硅层（即分离栅多晶硅层）与半导体衬底之间被栅极多晶硅层隔离的情况、即提高了温度传感器的检测精度，也使温度传感器的监测不轻易受芯片外部环境影响；因此，本专利技术能够有效地提高IGBT芯片中温度监测的位置准确性和数值准确性，从而保证IGBT芯片的正常工作。同时，使分离栅多晶硅层与超薄金属层相连接、以组成热敏电阻结构，该结构不但可以通过分离栅多晶硅层的电阻特性来反映IGBT芯片的温度，金属层的存在还可以极大地提高栅源氧化层中电荷的传输效率，进而能够最大程度地快速降低芯片中的米勒电容，从而有效提高IGBT芯片的性能。
[0008]进一步的，包括步骤1，在半导体衬底中形成沟槽，在沟槽内和半导体衬底的上表面形成第一氧化层，在沟槽内和第一氧化层的上表面淀积第一多晶硅层。本步骤中，形成沟槽的具体位置可根据实际需求在制备过程中进行灵活选择、即沟槽能够内置于IGBT芯片的不同位置，并且可以在一个IGBT芯片上形成多个沟槽、并在此基础上形成多个温度传感器，进而实现温度监测的全面性与准确性。需要特别指出的是，本方法中所述沟槽的形状不限于条形，还可以为方形、正六边形等其他形状；同时，不限于硅类材料，还可适用于碳化硅、氮化镓等半导体材料。
[0009]进一步的，在所述步骤1的基础上执行步骤2，定义出第一多晶硅层的图形，刻蚀第一多晶硅层、使得第一氧化层漏出，将第一多晶硅层在沟槽内保留一定长度、以形成分离栅多晶硅层。
[0010]进一步的，在所述步骤2的基础上执行步骤3，将超薄金属层淀积到沟槽内和第一氧化层的上表面。
[0011]进一步的，在所述步骤3的基础上执行步骤4，定义出金属层的图形，刻蚀金属层、使得金属层底部与分离栅多晶硅层相接触。
[0012]进一步的，在所述步骤4的基础上执行步骤5，在沟槽内和第一氧化层的上表面形成第二氧化层，在沟槽内和第二氧化层的上表面淀积第二多晶硅层。
[0013]进一步的，在所述步骤5的基础上执行步骤6，刻蚀第二多晶硅层、并将其回刻至与第二氧化层上表面齐平，以形成多晶硅栅极。此后的工艺流程与常规IGBT分离栅的制程工艺相同，不属于本专利技术的改进点，因此不再赘述。
[0014]进一步的，所述第一氧化层的材质为二氧化硅，通过热氧化工艺或者化学气相沉积工艺形成。
[0015]进一步的，所述步骤2中，利用光刻胶定义出所述第一多晶硅层的图形，采用各向异性干法刻蚀工艺刻蚀所述第一多晶硅层。
[0016]进一步的，所述步骤4中，利用光刻胶定义出所述金属层的图形，采用两次斜向定向刻蚀工艺刻蚀所述金属层。
[0017]本专利技术实现的有益效果是：一种具有复合功能的IGBT芯片结构的制备方法，将沟槽内部独立成段的分离栅多晶硅层作为IGBT芯片的内置温度传感器，其中使分离栅多晶硅层与金属层相连接、组成热敏电阻结构。与常规的集成方案相比，本方法能够避免温度监测的片面性和滞后性，提高了温度传感器的检测精度，也使温度传感器的监测不轻易受芯片外部环境影响；因此，能够有
效地提高IGBT芯片中温度监测的位置准确性和数值准确性，从而保证IGBT芯片的工作稳定性和可靠性，并为IGBT芯片的应用和失效分析提供了极大便利。另外，金属层的存在能够最大程度地快速降低芯片中的米勒电容，从而有效提高IGBT芯片的性能。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例中所述步骤1执行后形成的剖面结构示意图；图2是本专利技术实施例中所述步骤2执行后形成的剖面结构示意图；图3是本专利技术实施例中所述步骤3执行后形成的剖面结构示意图；图4是本专利技术实施例中所述步骤4执行时和执行后形成的剖面结构示意图，其中（a）为执行第一次斜向定向刻蚀工艺时的剖面结构示意图，（b）为执行第一次斜向定向刻蚀工艺后的剖面结构示意图，（c）为执行第二次斜向定向刻蚀工艺时的剖面结构示意图，（d）为执行第二次斜向定向刻蚀工艺后的剖面结构示意图；图5是本专利技术实施例中所述步骤5执行后形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有复合功能的IGBT芯片结构的制备方法，其特征在于：在半导体衬底(1)中形成沟槽(2)，在沟槽(2)内形成独立成段的分离栅多晶硅层(5)，在分离栅多晶硅层(5)上淀积并刻蚀金属层(6)，使分离栅多晶硅层(5)与金属层(6)相连接。2.根据权利要求1所述的具有复合功能的IGBT芯片结构的制备方法，其特征在于：包括步骤1，在半导体衬底(1)中形成沟槽(2)，在沟槽(2)内和半导体衬底(1)的上表面形成第一氧化层(3)，在沟槽(2)内和第一氧化层(3)的上表面淀积第一多晶硅层(4)。3.根据权利要求2所述的具有复合功能的IGBT芯片结构的制备方法，其特征在于：在所述步骤1的基础上执行步骤2，定义出第一多晶硅层(4)的图形，刻蚀第一多晶硅层(4)、使得第一氧化层(3)漏出，在沟槽(2)内对第一多晶硅层(4)进行保留、以形成分离栅多晶硅层(5)。4.根据权利要求3所述的具有复合功能的IGBT芯片结构的制备方法，其特征在于：在所述步骤2的基础上执行步骤3，将金属层(6)淀积到沟槽(2)内和第一氧化层(3)的上表面。5.根据权利要求4所述的具有复合功能的IGBT芯片结构的制备方法，其特征在于：在所述步骤3的基础上执行步骤4，定义出金属层(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟露青，马青翠，
申请(专利权)人：淄博美林电子有限公司，
类型：发明
国别省市：