IGBT芯片、其制造方法及功率模块技术

本公开提供一种IGBT芯片、其制造方法及功率模块。本公开的IGBT芯片包括：衬底层、设置于所述衬底层正面的若干IGBT元胞、设置于所述衬底层背面的集电极层，所述集电极层中设置有刻蚀槽；还包括热敏电阻，其设置于所述刻蚀槽内；还包括第一背面金属层，其设置于所述热敏电阻上，以与所述热敏电阻形成电连接。本公开在IGBT芯片的背面制程的同时完成热敏电阻的制造，将热敏电阻集成在IGBT芯片背面上，与IGBT芯片的集电极层位于同一平面，然后将热敏电阻背面金属层与集电极层背面金属层通过隔离槽隔开并单独引出热敏电阻引线，连接到外部控制电路上，这样就可以测试出IGBT芯片的真实温度，更好地保护IGBT芯片和保证功率模块的工作运行。

【技术实现步骤摘要】
IGBT芯片、其制造方法及功率模块
本公开涉及半导体器件
，具体涉及一种IGBT芯片、其制造方法及功率模块。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，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。功率模块是将IGBT、FRD(快恢复二极管)、自举二极管、DBC(陶瓷覆铜基板)与驱动电路集成到一起，内置相关保护电路的开关器件，其可靠性高、性能强、使用方便，现在工业、4C(通信、计算机、消费电子、汽车电子)、家电等产业领域应用极广。但由于IGBT是大功率半导体器件，损耗功率大使得发热现象严重，且IGBT的耐过热能力较差，若IGBT散热不好，温度过高，IGBT将会损坏，影响到模块的工作运行，整个模块的整体性能和可靠性都受温度影响。为了保证IGBT的长期安全工作，就必须在提高IGBT散热能力的同时，对IGBT进行过热保护设计。在传统的功率模块中，为了防止IGBT芯片过热导致失效，一般会在封装时，集成热敏电阻元件(NTC)来实时检测IGBT温度，当温度过高时对模块进行保护。热敏元件(NTC)有的集成在DBC(陶瓷覆铜基板)上、有的集成在内部电路中，与IGBT是有一定距离的，检测到的温度与IGBT真实的温度有一定偏差，并不能有效地对模块中的IGBT芯片进行过热保护。专利
技术实现思路
本公开针对上述现有技术中的不足，提供了一种IGBT芯片、其制造方法及使用该芯片的功率模块。本公开的第一方面在于提供一种IGBT芯片，包括：衬底层；设置于所述衬底层正面的若干IGBT元胞；设置于所述衬底层背面的集电极层，所述集电极层中设置有刻蚀槽；其中，所述集电极层导电类型与所述衬底层的导电类型互补；热敏电阻，其设置于所述刻蚀槽内；第一背面金属层，其设置于所述热敏电阻上，以与所述热敏电阻形成电连接。根据本公开的实施例，优选地，所述IGBT芯片还包括：热敏电阻引线，其设置成与所述第一背面金属层电连接，用于通过所述第一背面金属层将所述热敏电阻与控制所述热敏电阻的外部控制电路电连接。根据本公开的实施例，优选地，所述刻蚀槽位于所述集电极层的边缘处。根据本公开的实施例，优选地，所述刻蚀槽的槽底为所述衬底层。根据本公开的实施例，优选地，所述热敏电阻的膜层厚度与所述集电极层的膜层厚度相同。根据本公开的实施例，优选地，所述IGBT芯片还包括：第二背面金属层，其以与所述第一背面金属层隔离的方式设置在所述集电极层上。根据本公开的实施例，优选地，所述第一背面金属层与所述第二背面金属层之间通过隔离槽进行隔离，其中，所述隔离槽的槽底位于所述热敏电阻上；或所述隔离槽的槽底位于所述集电极层上；或所述隔离槽的槽底位于所述热敏电阻与所述集电极层交接位置处。根据本公开的实施例，可选地，，所述IGBT元胞的种类为PT-IGBT、NPT-IGBT、Trench-IGBT、FS-IGBT和TrenchFS-IGBT中的一种。本公开的第二方面在于提供一种IGBT芯片的制造方法，包括：提供衬底层，其中所述衬底层正面设置有若干IGBT元胞；在所述衬底层的背面注入离子，以在所述衬底层背面形成集电极层；其中，所述集电极层导电类型与所述衬底层的导电类型互补；刻蚀所述集电极层，以在所述集电极层中形成刻蚀槽；在所述刻蚀槽内设置热敏电阻；在所述热敏电阻上形成与所述热敏电阻电连接的第一背面金属层。具体地，在所述刻蚀槽内设置热敏电阻，包括以下步骤：在所述集电极层的表面和所述刻蚀槽内涂覆热敏电阻材料；移除所述集电极层的表面的热敏电阻材料，以形成填充于所述刻蚀槽内的热敏电阻。可选地，在所述热敏电阻上形成与所述热敏电阻电连接的第一背面金属层，包括：在所述热敏电阻和所述集电极层的表面形成背面金属层；刻蚀所述背面金属层，以形成仅与所述热敏电阻接触的第一背面金属层。可选地，在所述热敏电阻上形成与所述热敏电阻电连接的第一背面金属层，包括：在所述热敏电阻和所述集电极层的表面形成背面金属层；刻蚀背面金属层，以形成与所述热敏电阻接触的第一背面金属和与所述集电极层接触的第二背面金属层，并且所述第一背面金属层与所述第二背面金属层之间形成有隔离槽。根据本公开的实施例，优选地，在所述热敏电阻上形成与所述热敏电阻电连接的第一背面金属层之后，该方法还包括：设置与所述第一背面金属层电连接的热敏电阻引线；封装IGBT芯片，并引出所述热敏电阻引线。本公开的第三方面在于提供一种功率模块，包括快恢复二极管、自举二极管和如第一方面任一项所述的IGBT芯片，其中，所述快恢复二极管、所述自举二极管分别耦合至所述IGBT芯片。本公开实施例提供一种IGBT芯片、其制造方法及功率模块。本公开在IGBT芯片的背面制程的同时完成热敏电阻的制造，将热敏电阻集成在IGBT背面上，与IGBT芯片的集电极层位于同一平面，然后将热敏电阻背面金属层与集电极背面金属层通过隔离槽隔开并单独引出热敏电阻引线，连接到外部控制电路上，这样就可以测试出IGBT芯片的真实温度，再通过IC芯片实时监测和保护内部电路。不仅可以有效地解决IGBT芯片温度测试不准的问题，更好地保护IGBT芯片，保证功率模块的工作运行，还优化了封装结构，无需在模块中的基板上另行安装热敏电阻元件。附图说明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：图1是本公开一示例性实施例示出的一种IGBT芯片的剖面示意图；图2是本公开一示例性实施例示出的一种IGBT芯片的背面俯视示意图；图3是本公开一示例性实施例示出的一种IGBT芯片的正面俯视示意图；图4是本公开一示例性实施例示出的一种IGBT芯片的制造方法的流程示意图；图5-图8是本公开一示例性实施例示的出一种IGBT芯片的制造方法的相关步骤形成的剖面示意图；图9是本公开一示例性实施例示出的一种功率模块的封装打线框架示意图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本公开的实施方式，借此对本公开如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本公开的保护范围之内。应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区、层和/或部分，但这些元件、部件、区、层和/或部分不应受此等术语限制。此等术语仅用以区分元件、部件、区、层和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IGBT芯片，其特征在于，包括：/n衬底层；/n设置于所述衬底层正面的若干IGBT元胞；/n设置于所述衬底层背面的集电极层，所述集电极层中设置有刻蚀槽；其中，所述集电极层导电类型与所述衬底层的导电类型互补；/n热敏电阻，其设置于所述刻蚀槽内；/n第一背面金属层，其设置于所述热敏电阻上，以与所述热敏电阻形成电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种IGBT芯片，其特征在于，包括：
衬底层；
设置于所述衬底层正面的若干IGBT元胞；
设置于所述衬底层背面的集电极层，所述集电极层中设置有刻蚀槽；其中，所述集电极层导电类型与所述衬底层的导电类型互补；
热敏电阻，其设置于所述刻蚀槽内；
第一背面金属层，其设置于所述热敏电阻上，以与所述热敏电阻形成电连接。


2.根据权利要求1所述的IGBT芯片，其特征在于，还包括：
热敏电阻引线，其设置成与所述第一背面金属层电连接，用于通过所述第一背面金属层将所述热敏电阻与控制所述热敏电阻的外部控制电路电连接。


3.根据权利要求1所述的IGBT芯片，其特征在于，所述刻蚀槽位于所述集电极层的边缘处。


4.根据权利要求1所述的IGBT芯片，其特征在于，所述刻蚀槽的槽底为所述衬底层。


5.根据权利要求1所述的IGBT芯片，其特征在于，所述热敏电阻的膜层厚度与所述集电极层的膜层厚度相同。


6.根据权利要求1所述的IGBT芯片，其特征在于，还包括：
第二背面金属层，其以与所述第一背面金属层隔离的方式设置在所述集电极层上。


7.根据权利要求6所述的IGBT芯片，其特征在于，所述第一背面金属层与所述第二背面金属层之间通过隔离槽进行隔离，其中，
所述隔离槽的槽底位于所述热敏电阻上；或
所述隔离槽的槽底位于所述集电极层上；或
所述隔离槽的槽底位于所述热敏电阻与所述集电极层交接位置处。


8.根据权利要求1所述的IGBT芯片，其特征在于，所述IGBT元胞的种类为PT-IGBT、NPT-IGBT、Trench-IGBT、FS-IGBT和TrenchFS-IGBT中的一种。


9.一种IGBT芯片的制造方法，其特征在于，包括：
提供衬底层，其中所述衬底层正面...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖婷，史波，敖利波，曾丹，刘勇强，
申请(专利权)人：珠海格力电器股份有限公司，珠海零边界集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44