具有结温检测二极管的IGBT芯片及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种具有结温检测二极管的IGBT芯片及其制作方法，该制作方法包括步骤：提供具有第一导电类型漂移层的半导体层，第一导电类型漂移层包括元胞区；于元胞区形成至少一元胞并于元胞区外围的第一导电类型掺杂层形成多个间隔分布的第一导电类型阱区，第一导电类型阱区、第一导电类型漂移层及第二导电类型阱区构成PIN二极管；于半导体层上方形成包括第一金属及多个第二金属的第一金属层，第一金属垂向贯穿第一导电类型掺杂区与第二导电类型阱区电连接，第二金属与第一导电类型阱区电连接。该制作方法在同一半导体层中制作得到IGBT器件的同时制作得到能够实现IGBT器件结温检测的二极管，不需额外的工艺步骤和制作成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
具有结温检测二极管的IGBT芯片及其制作方法


[0001]本专利技术属于半导体器件制造
，涉及一种具有结温检测二极管的
IGBT
芯片及其制作方法
。

技术介绍

[0002]绝缘栅双极晶体管（
Insulated Gate Bipolar Transistor
，简称
IGBT
）作为金属氧化物半导体场效应晶体管（
MOSFET
）与双极结型晶体管（
BJT
）的结合体，属于复合全控型电压驱动式半导体器件，具有饱和电压低
、
电流密度大
、
驱动功率小等优点，作为中
、
大功率电力电子设备的主导功率器件
。
[0003]功率器件作为电力电子装置的核心，其可靠性与安全性对整个电子电力系统的正常高效运行而言至关重要，而
IGBT
在工作时产生的功率损耗会导致器件的结温升高及波动，易造成内部芯片温度分布不均匀现象
。
通常情况下，芯片结温会影响器件工作性能和使用寿命，芯片结温每上升
10℃
，器件的寿命损失
50%
，同时器件发生故障的概率增大约2倍，因此，结温是
IGBT
等功率器件工作状态检测的关键参数
。
[0004]目前，针对
IGBT
结温检测的方法包括以下几种：（1）将热敏元件（如
NTC
）设置于
IGBT
模块内部，通过热敏元件参数的变化推算出
IGBT
芯片的温度，该方法会增大
IGBT
模块的体积，且热敏元件所检测的温度与其安装位置密切相关，而在实际工作过程中，
IGBT
模块内部温度阶梯式分布，导致该方法存在较大的测量误差，此外热敏元件的响应速度较慢（
ms
级），较难实时检测模块内部的结温；（2）采用红外热成像仪法检测
IGBT
模块内部温度场，但是该方法需要打开模块封装体，具有一定的破坏性，不适用于运行中的
IGBT
模块，并且打开封装体时会造成热量散失，影响结温检测准确性，可操作性较差且成本较高；（3）基于
IGBT
模块的实时损耗和热阻抗模型，通过仿真模拟获取实时结温，随着器件使用时间的延长，器件的各项参数均会发生改变，对于实时检测结温具有一定的局限性
。
[0005]因此，如何提供一种具有结温检测二极管的
IGBT
芯片及其制作方法，以实现
IGBT
器件的结温实时检测，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题
。
[0006]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚
、
完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的
。
不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知
。

技术实现思路

[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种具有结温检测二极管的
IGBT
芯片及其制作方法，用于解决现有技术中用于检测
IGBT
模块结温方法会增加
IGBT
模块的体积
、
无法精准实时检测及增加成本等问题
。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种具有结温检测二极管的
IGBT
芯片的制作方法，包括以下步骤：提供一半导体层，所述半导体层具有第一导电类型漂移层，所述第一导电类型漂
移层包括元胞区；于所述第一导电类型漂移层形成至少一元胞及多个第一导电类型阱区，所述元胞位于所述元胞区，多个所述第一导电类型阱区间隔分布于所述元胞区的外围，所述元胞包括沟槽栅及位于所述沟槽栅一侧的第二导电类型阱区与第一导电类型掺杂区，且所述第一导电类型掺杂区位于所述第二导电类型阱区的上表层，其中，所述第一导电类型阱区
、
所述第一导电类型漂移层及所述第二导电类型阱区构成
PIN
二极管；于所述半导体层上方形成第一金属层，所述第一金属层包括间隔设置的第一金属及多个第二金属，所述第一金属垂向贯穿所述第一导电类型掺杂区以与所述第二导电类型阱区电连接，所述第二金属与所述第一导电类型阱区电连接
。
[0009]可选地，所述半导体层还包括位于所述第一导电类型漂移层下方的第二导电类型注入层，所述
IGBT
芯片的制作方法还包括形成第二金属层的步骤，所述第二金属层位于所述半导体层的下方并与所述第二导电类型注入层电连接
。
[0010]可选地，所述半导体层还包括场截止层，所述场截止层位于所述第一导电类型漂移层及所述第二导电类型注入层之间
。
[0011]可选地，所述沟槽栅包括沟槽及填充于所述沟槽中的栅极多晶硅，所述第一金属层还包括第三金属，所述第三金属与所述第一金属及所述第二金属间隔设置且所述第三金属与所述栅极多晶硅电连接
。
[0012]可选地，于所述第一导电类型漂移层形成至少一元胞及多个第一导电类型阱区包括以下步骤：于所述第一导电类型漂移层形成至少一沟槽，所述沟槽均位于所述元胞区；于所述沟槽中填充栅极多晶硅以得到沟槽栅；于所述沟槽的一侧形成第二导电类型阱区，所述第二导电类型阱区位于所述第一导电类型漂移层的上表层；于所述第二导电类型阱区的上表层形成第一导电类型掺杂区并于所述第一导电类型漂移层形成第一导电类型阱区
。
[0013]可选地，还包括形成层间介质层及钝化层的步骤，所述层间介质层位于所述半导体层的上方且所述第一金属层的至少一部分嵌入所述层间介质层中，所述钝化层位于所述层间介质层上方且覆盖所述第一金属层
。
[0014]可选地，于所述半导体层上方形成第一金属层包括以下步骤：于所述半导体层上方形成层间介质层；基于所述层间介质层形成第一接触孔及第二接触孔，所述第一接触孔垂向贯穿所述层间介质层
、
所述第一导电类型掺杂区以显露所述第二导电类型阱区的至少一部分，所述第二接触孔垂向贯穿所述层间介质层以显露所述第一导电类型阱区的至少一部分；于所述层间介质层上方形成金属导电层，所述金属导电层还填充进所述第一接触孔及所述第二接触孔中；图形化所述金属导电层以得到第一金属层
。
[0015]可选地，所述第一导电类型漂移层还包括终端区，所述终端区位于所述元胞区的外围且所述第一导电类型阱区位于所述终端区背离所述元胞区的一侧
。
[0016]可选地，还包括于所述终端区形成至少一场限环的步骤，所述场限环位于所述终
端区的上表层，所述第一金属层还包括至少一第四金属，所述第四金属与所述第一金属及所述第二金属均间隔设置且所述第四金属与所述场限环电连接
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有结温检测二极管的
IGBT
芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一半导体层，所述半导体层具有第一导电类型漂移层，所述第一导电类型漂移层包括元胞区；于所述第一导电类型漂移层形成至少一元胞及多个第一导电类型阱区，所述元胞位于所述元胞区，多个所述第一导电类型阱区间隔分布于所述元胞区的外围，所述元胞包括沟槽栅及位于所述沟槽栅一侧的第二导电类型阱区与第一导电类型掺杂区，且所述第一导电类型掺杂区位于所述第二导电类型阱区的上表层，其中，所述第一导电类型阱区
、
所述第一导电类型漂移层及所述第二导电类型阱区构成
PIN
二极管；于所述半导体层上方形成第一金属层，所述第一金属层包括间隔设置的第一金属及多个第二金属，所述第一金属垂向贯穿所述第一导电类型掺杂区以与所述第二导电类型阱区电连接，所述第二金属与所述第一导电类型阱区电连接
。2.
根据权利要求1所述的具有结温检测二极管的
IGBT
芯片的制作方法，其特征在于：所述半导体层还包括位于所述第一导电类型漂移层下方的第二导电类型注入层，所述
IGBT
芯片的制作方法还包括形成第二金属层的步骤，所述第二金属层位于所述半导体层的下方并与所述第二导电类型注入层电连接
。3.
根据权利要求2所述的具有结温检测二极管的
IGBT
芯片的制作方法，其特征在于：所述半导体层还包括场截止层，所述场截止层位于所述第一导电类型漂移层及所述第二导电类型注入层之间
。4.
根据权利要求1所述的具有结温检测二极管的
IGBT
芯片的制作方法，其特征在于：所述沟槽栅包括沟槽及填充于所述沟槽中的栅极多晶硅，所述第一金属层还包括第三金属，所述第三金属与所述第一金属及所述第二金属间隔设置且所述第三金属与所述栅极多晶硅电连接
。5.
根据权利要求4所述的具有结温检测二极管的
IGBT
芯片的制作方法，其特征在于，于所述第一导电类型漂移层形成至少一元胞及多个第一导电类型阱区包括以下步骤：于所述第一导电类型漂移层形成至少一沟槽，所述沟槽均位于所述元胞区；于所述沟槽中填充栅极多晶硅以得到沟槽栅；于所述沟槽的一侧形成第二导电类型阱区，所述第二导电类型阱区位于所述第一导电类型漂移层的上表层；于所述第二导电类型阱区的上表层形成第一导电类型掺杂区并于所述第一导电类型漂移层形成第一导电类型阱区
。6.
根据权利要求1所述的具有结温检测二极管的
IGBT
芯片的制作方法，其特征在于：还包括形成层间介质层及钝化层的步骤，所述层间介质层位于所述半导体层的上方且所述第一金属层的至少一部分嵌入所述层间介质层中，所述钝化层位于所述层间介质层上方且覆盖所述第一金属层
。7.
根据权利要求6所述的具有结温检测二极管的
IGBT
芯片的制作方法，其特征在于，于所述半导体层上方形成第一金属层包括以下步骤：于所述半导体层上方形成层间介质层；基于所述层间介质层形成第一接触孔及第二接触孔，所述第一接触孔垂向贯穿所述层间介质层
、
所述第一导电类型掺杂区以显露所述第二导电类型阱区的至少一部分，所述第
二接触孔垂向贯穿所述层间介质层以显露所述第一导电类型阱区的至少一部分；于所述层间介质层上方...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯晓伟，柴展，罗杰馨，
申请(专利权)人：上海功成半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：