一种半导体集成芯片和IGBT模块制造技术

本发明专利技术提供了一种半导体集成芯片和IGBT模块，通过在所述第一半导体器件的第一电极裸露的第一部分上设置第二半导体器件，所述第一半导体器件表面除第一电极外不需要布局其它电极，有利于所述第二半导体器件的位置和电极布局的灵活性设置，包含所述半导体集成芯片的IGBT模块由于温度传感器不需要占用IGBT芯片的元胞区的面积，从而不会引起IGBT芯片电流密度的下降和饱和压降的增加，提高了IGBT模块的性能；而且温度传感器和快速恢复二极管之间的隔离简单，工艺成本低；此外，FRD芯片结温要比IGBT芯片结温高，将温度传感放置在FRD芯片上，避免IGBT芯片超过最高工作结温，引起模块失效。效。效。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体集成芯片和IGBT模块


[0001]本专利技术属于集成功率模块
，具体是涉及到一种半导体集成芯片和IGBT模。

技术介绍

[0002]目前绝缘栅双极晶体管(IGBT)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。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。
[0003]现有技术一为在模块内部集成NTC(负温度系数)温度传感器，通过热敏电阻来实现过温保护，虽然该方法简单便捷，但是温度传感器距离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。现有技术二为将温度传感器集成在IGBT芯片内，利用二极管的正向导通压降随着温度上升而下降的特性来检测IGBT结温。现有技术二实现的集成温度传感器的IGBT芯片和IGBT模块分别如图1和图2所示，IGBT模块包括IGBT芯片11和FRD(快速恢复二极管)芯片21，其中IGBT芯片11包括元胞区111和终端区112，温度传感器12集成在元胞区111上。温度传感器12和电流传感器13均集成在IGBT芯片11上，占据了IGBT的有源区的面积，导致电流密度下降和饱和压降增加。现有技术二由于温度传感器做在IGBT芯片上，还需要引人额外的工艺以解决多晶与栅极介质的隔离问题，从而可能会导致IGBT的性能受到温度传感的影响，引起性能及可靠性能力下降，且生产流程比较复杂，制造成本高。此外，IGBT表面设置的栅极110会限制温度传感器的阳极122、阴极123以及电流传感器的电极131的布局和键合引线的方向，而温度传感器一直处于正向导通状态，产生的功率损耗会使温度传感器处的温度改变，还影响了检测精度。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种半导体集成芯片和IGBT模块，以解决现有技术中因将温度传感器集成在IGBT芯片上而造成的电流密度下降、饱和压降增加、生产流程复杂、制造成本高和检测精度低的问题。
[0005]一种半导体集成芯片，包括：第一半导体器件和第二半导体器件，
[0006]第一半导体器件包括第一导电类型的第一半导体区和第二导电类型的第二半导体区，以及包括分别与所述第一半导体区、第二半导体区相连的第一电极、第二电极，
[0007]其中，所述第一电极裸露所述第一半导体区的第一部分，所述第二半导体器件位于所述第一部分上方。
[0008]优选地，所述所述第一半导体器件元胞区和包围所述元胞区的终端区，
[0009]所述第一半导体区和第一电极均位于所述元胞区中，所述第一部分位于所述元胞的中心处或者所述第一部分位于所述元胞的边缘区，所述边缘区与所述中心处的距离大于
所述边缘区到所述终端的距离。
[0010]优选地，所述第一半导体器件为快速恢复二极管，所述第二半导体器件为温度传感器，
[0011]所述第一导电类型为P型和N型中的一种类型，所述第二导电类型为所述P型和N型中的另一种类型。
[0012]优选地，所述第一部分上方设置有隔离层，所述温度传感器设置在所述第一隔离区上，
[0013]所述第一半导体区上设置有第二隔离区，所述第二隔离区裸露至少部分所述第一半导体区，所述第一电极穿过所述第二隔离区与所述第一半导体区相连，
[0014]所述第一隔离区和第二隔离均为氧化隔离。
[0015]优选地，所述温度传感器为多晶硅二极管，
[0016]所述多晶硅二极管包括第一导电类型的第一多晶硅区和第二导电类型的第二多晶硅区，以及包括分别与所述第一多晶硅区、第二多晶硅区相连的第三电极、第四电极，
[0017]所述第一多晶硅区位于所述第一隔离区上，所述第二多晶硅区为在所述第一多晶硅的部分区域进行第二导电类型的掺杂形成的多晶硅掺杂区，
[0018]或者所述第二多晶硅区位于所述第一隔离区上，所述第一多晶硅区为在所述第二多晶硅的部分区域进行第一导电类型的掺杂形成的多晶硅掺杂区。
[0019]优选地，所述第二半导体区包括第一层第二半导体区和位于所述第一层第二半导体区的第一表面上方的第二层第二半导体区，所述第二层第二半导体区为所述第一半导体器件的漂移区，
[0020]所述终端区包括与所述第一半导体区的导电类型相同的隔离环，
[0021]所述隔离环和所述第一半导体区为形成于所述所述第二层第二半导体区中的深阱区，
[0022]所述第一层第二半导体区的第二表面与所述第二电极相连，所述第二表面为与所述第一表面相对的面。
[0023]优选地，所述第一导电类型为P型，所述第二导电类为N型，
[0024]所述第一电极为所述快速恢复二极管的阳极，所述第二电极为所述快速恢复二极管的阴极，
[0025]所述第三电极为所述多晶硅二极管的阳极，所述第四电极为所述多晶硅二极管的阴极，
[0026]所述第四电极与所述第一电极相连。
[0027]优选地，所述第二半导体区还包括位于所述第一层第二半导体区和第二层第二半导体区中之间的缓冲区，
[0028]所述第二电极为图案化的金属层。
[0029]一种IGBT模块，包括：封装体、IGBT芯片和上述任意一项所述的半导体集成芯片，
[0030]所述IGBT芯片和所述半导体集成芯片位于所述封装体内，所述IGBT芯片上的I/O端子和半导体集成芯片上的I/O端子至少部分裸露在所述封装体外，
[0031]所述第一半导体器件为快速恢复二极管，所述第二半导体器件为温度传感器。
[0032]优选地，所述IGBT芯片上集成有电流传感器，
[0033]所述温度传感器的阴极和所述快速恢复二极管的阳极在所述封装体内部相连，
[0034]所述IGBT芯片的栅结构为平面栅或沟槽栅。
[0035]本专利技术的有益效果一是：在所述第一半导体器件的第一电极裸露的第一部分上设置第二半导体器件，使得所述第一半导体器件和第二半导体器件之间的隔离工艺简单，制造成本低，且所述第一半导体器件表面除所述第一电极外不需要布局其他电极，有利于所述第二半导体器件在所述半导体集成芯片上的位置布局和电极布局的灵活性设置，使得所述半导体集成芯片适应不同的衬板布局。
[0036]本专利技术的有益效果二是：在IGBT模块中，使温度传感器集成在快速恢复二极管芯片上，不需要占用IGBT芯片的元胞区的面积，不会引起IGBT芯片电流密度的下降和饱和压降的增加，提高了IGBT的性能；温度传感器和快速恢复二极管之间的隔离简单，降低了IGBT模块的制备成本；将温度传感器集成在快速恢复二极管芯片上能更加准确的探测温度。此外，FRD芯片结温要比IGBT芯片结温高，将温度传感放置在FRD芯片上，避免IGBT芯片超过最高工作结温，引起模块失效。
附图说明
[0037]图1为现有技术中集成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体集成芯片，其特征在于，包括：第一半导体器件和第二半导体器件，第一半导体器件包括第一导电类型的第一半导体区和第二导电类型的第二半导体区，以及包括分别与所述第一半导体区、第二半导体区相连的第一电极、第二电极，其中，所述第一电极裸露所述第一半导体区的第一部分，所述第二半导体器件位于所述第一部分上方。2.根据权利要求1所述的半导体集成芯片，其特征在于，所述所述第一半导体器件元胞区和包围所述元胞区的终端区，所述第一半导体区和第一电极均位于所述元胞区中，所述第一部分位于所述元胞的中心处或者所述第一部分位于所述元胞的边缘区，所述边缘区与所述中心处的距离大于所述边缘区到所述终端的距离。3.根据权利要求1所述的半导体集成芯片，其特征在于，所述第一半导体器件为快速恢复二极管，所述第二半导体器件为温度传感器，所述第一导电类型为P型和N型中的一种类型，所述第二导电类型为所述P型和N型中的另一种类型。4.根据权利要求3的半导体集成芯片，其特征在于，所述第一部分上方设置有隔离层，所述温度传感器设置在所述第一隔离区上，所述第一半导体区上设置有第二隔离区，所述第二隔离区裸露至少部分所述第一半导体区，所述第一电极穿过所述第二隔离区与所述第一半导体区相连，所述第一隔离区和第二隔离均为氧化隔离。5.根据权利要求4的半导体集成芯片，其特征在于，所述温度传感器为多晶硅二极管，所述多晶硅二极管包括第一导电类型的第一多晶硅区和第二导电类型的第二多晶硅区，以及包括分别与所述第一多晶硅区、第二多晶硅区相连的第三电极、第四电极，所述第一多晶硅区位于所述第一隔离区上，所述第二多晶硅区为在所述第一多晶硅的部分区域进行第二导电类型的掺杂形成的多晶硅掺杂区，或者所述第二多晶硅区位于所述第一隔离区上，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李迪，刘武平，宁旭斌，肖海波，肖强，
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：