一种内置温度传感器的IGBT器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种内置温度传感器的IGBT器件及其制备方法，该IGBT器件包括：温度传感器部分和IGBT部分，所述IGBT部分包括IGBT芯片，温度传感器部分位于IGBT芯片的陪区，温度传感器部分包括N型多晶硅区、P型多晶硅区、栅氧化层、介质隔离层和金属层，IGBT部分包括元胞区与终端区；N型多晶硅区与栅氧化层的侧壁均包括多个凸起部，且多个凸起部一一对应。本发明专利技术将多晶硅二极管（温度传感器）的侧壁设计成凸起结构，这样在栅氧生长工艺中，在侧壁的凸角或者凹角的位置会形成局部的栅氧化层减薄效果，同时凸起的结构也增大了多晶硅二极管与IGBT芯片有源区之间的正对接触面积，降低了传导热阻，提升了二极管温度传感器的测温准确度。度。度。

IGBT device with built-in temperature sensor and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种内置温度传感器的IGBT器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及IGBT器件制备
，具体涉及一种内置温度传感器的IGBT器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]IGBT是一种大功率半导体分立器件，结合了MOS器件高开关频率，易于控制和BJT器件的大电流处理能力能等优点，在工业变频、消费电子、轨道交通、新能源、航天航空等领域有着广泛的应用。作为电力电子系统的核心部件，过高温度会导致IGBT芯片损坏，过高的温度波动也会缩短其使用寿命，因此为了更好的发挥IGBT芯片的性能，有必要在芯片内部集成温度监控的传感器，对其温度进行实时监控。
[0003]一种可行的解决方案是在IGBT芯片内部通过掺杂的方式集成一个横向的测温二极管，但是由于该二极管的阴极引出区域为N+掺杂，N+掺杂区的下方依次为P型阱区，N漂移区，IGBT器件P阳极，所以在纵向方向上形成了N+PNP的结构，容易触发闩锁效应而损坏器件，同时连接到该测温二极管驱动电路也会遭到破坏。
[0004]另一种解决方案是在沟槽栅IGBT芯片的陪栅内集成多晶硅的测温二极管，如附图1
‑
2，由于陪栅内的多晶硅与IGBT芯片的有源区之间有栅氧化层，在电学上是隔离的，所以避免了闩锁效应。但是，由于栅氧化层的绝缘作用，增大了IGBT芯片有源区到测温二极管之间的传导热阻，从材料热导率的角度分析，二氧化硅的热导率比单晶硅低了两个数量级，比多晶硅低了一个数量级，因此，即使是很薄的栅氧化层，也会极大的增加热传导路径上的热阻，使得多晶硅二极管区域的温度不能真实的反应芯片有源区的温度，影响芯片温度监控的效果。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种内置温度传感器的IGBT器件及其制备方法，以提高IGBT器件中内置温度传感器的检测准确度。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种内置温度传感器的IGBT器件，包括：温度传感器部分和IGBT部分，所述IGBT部分包括IGBT芯片，温度传感器部分位于IGBT芯片的陪区；温度传感器部分包括N型多晶硅区、P型多晶硅区、栅氧化层、介质隔离层和金属层；所述N型多晶硅区与栅氧化层的侧壁均包括多个凸起部，且所述N型多晶硅区侧壁的多个凸起部与所述栅氧化层侧壁的多个凸起部一一对应。
[0007]优选的，所述N型多晶硅区侧壁的多个凸起部和所述栅氧化层侧壁的多个凸起部为方形凸起或者锯齿凸起。
[0008]优选的，所述温度传感器部分的截面包括多晶硅二极管区，所述IGBT部分包括IGBT元胞区，所述多晶硅二极管区和IGBT元胞区均包括P型阱区，所述金属层包括顶部金属
层和底部金属层。
[0009]优选的，所述多晶硅二极管区自底向顶包括底部金属层，底部金属层上方的N型单晶硅衬底，所述N型单晶硅衬底上方的P型阱区，所述P型阱区中部的N型多晶硅区，所述N型多晶硅区上方的P型多晶硅区，包覆所述N型多晶硅区、P型多晶硅区的栅氧化层，所述P型阱区上方的介质隔离层，所述介质隔离层上方的顶部金属层。
[0010]优选的，所述IGBT元胞区自底向顶包括底部金属层，底部金属层上方的N型单晶硅衬底，所述N型单晶硅衬底上方的P型阱区，所述P型阱区中部的N型多晶硅区，包覆所述N型多晶硅区的栅氧化层，所述P型阱区上方的介质隔离层，所述介质隔离层上方的顶部金属层。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种内置温度传感器的IGBT器件的制备方法，包括如下步骤：S1、基于LOCOS隔离工艺在多晶硅二极管区和IGBT元胞区分别利用N型单晶硅晶圆作为衬底进行选择性场区氧化层生长，在所述多晶硅二极管区和IGBT元胞区均注入硼离子，得到P型阱区；S2、在所述IGBT元胞区与多晶硅二极管区分别在P型阱区进行沟槽刻蚀，在沟槽中生长牺牲氧化层，当所述场区氧化层生长达到第一预设厚度时，去除牺牲氧化层，继续场区氧化层生长到第二预设厚度，基于LPCVD工艺在所述沟槽内进行N型多晶硅生长，刻蚀所述N型多晶硅区形成栅电极；S3、在所述多晶硅二极管区的阳极接触区域进行选择性P型多晶硅掺杂，得到P型多晶硅区；S4、在所述IGBT元胞区进行源极的N型掺杂，得到N型硅区；S5、在所述IGBT元胞区与多晶硅二极管区分别进行介质沉积和接触孔刻蚀，得到介质隔离层；S6、在所述IGBT元胞区与多晶硅二极管区分别正面金属化，背面减薄与金属化，得到金属层。
[0012]优选的，所述步骤S3，包括：在所述多晶硅二极管区的阳极接触区域进行硼离子注入，其中，注入剂量为2E14
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8E15，注入能量为20
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150keV；去胶后炉管退火激活杂质，得到所述P型多晶硅区，其中，炉管退火温度为600
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1000℃，炉管退火时间为30
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60min。
[0013]优选的，所述步骤S4，包括：在所述IGBT元胞区进行源极的P+离子注入，其中，注入剂量为1E15
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8E15，注入能量为40
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80keV；在所述IGBT元胞区进行源极的As+离子，其中，注入剂量为1E15
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8E15，注入能量为40
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100keV；去胶后炉管退火，得到所述N型硅区，其中，炉管退火温度为800
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1000℃，炉管退火时间为30
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60min。
[0014]优选的，所述步骤S5，包括：在所述IGBT元胞区与多晶硅二极管区分别进行介质沉积，得到USG+BPSG的双层结
构，刻蚀接触孔；在所述接触孔区域注入BF2离子，其中，注入剂量为5E14
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8E15，注入能量为20
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80keV；在所述接触孔区域注入B+离子，其中，注入剂量为1E14
‑
5E15，注入能量为40
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100keV；去胶后炉管退火，其中，炉管退火温度为700
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1000℃，炉管退火时间为30
‑
60min。
[0015]优选的，所述步骤S6，包括：在所述IGBT元胞区与多晶硅二极管区分别进行正面淀积得到顶部金属层；在所述IGBT元胞区与多晶硅二极管区分别进行晶圆背面研磨，去除二氧化硅/多晶硅/FZ单晶衬底，并进行厚度减薄；继续进行背面金属淀积，得到所述底部金属层。
[0016]采用上述实施例的有益效果是：本专利技术将多晶硅二极管（温度传感器）的侧壁设计成凸起结构，这样在栅氧生长工艺中，在侧壁的凸角或者凹角的位置会形成局部的栅氧化层减薄效果，同时凸起的结构也增大了多晶硅二极管与IGBT芯片有源区之间的正对接触面积，降低了传导热阻，提升了二极管温度传感器的测温准确度。
[0017]进一步的，多晶硅二极管阳极和阴极的接触孔也可以设计在侧壁的凸起结构中，这样增大了接触孔设计的最小线宽，降低了对接触孔刻蚀工艺的要求和依赖程度。同时，相对于在芯片有源区进行N+和P+掺杂形成的单晶硅二极管，本专利技术中提出的多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内置温度传感器的IGBT器件，其特征在于，包括：温度传感器部分和IGBT部分，所述IGBT部分包括IGBT芯片，温度传感器部分位于IGBT芯片的陪区；温度传感器部分包括N型多晶硅区、P型多晶硅区、栅氧化层、介质隔离层和金属层；所述N型多晶硅区与栅氧化层的侧壁均包括多个凸起部，且所述N型多晶硅区侧壁的多个凸起部与所述栅氧化层侧壁的多个凸起部一一对应。2.根据权利要求1所述的内置温度传感器的IGBT器件，其特征在于，所述N型多晶硅区侧壁的多个凸起部和所述栅氧化层侧壁的多个凸起部为方形凸起或者锯齿凸起。3.根据权利要求1所述的内置温度传感器的IGBT器件，其特征在于，所述温度传感器部分的截面包括多晶硅二极管区，所述IGBT部分包括IGBT元胞区，所述多晶硅二极管区和IGBT元胞区均包括P型阱区，所述金属层包括顶部金属层和底部金属层。4.根据权利要求3所述的内置温度传感器的IGBT器件，其特征在于，所述多晶硅二极管区自底向顶包括底部金属层，底部金属层上方的N型单晶硅衬底，所述N型单晶硅衬底上方的P型阱区，所述P型阱区中部的N型多晶硅区，所述N型多晶硅区上方的P型多晶硅区，包覆所述N型多晶硅区、P型多晶硅区的栅氧化层，所述P型阱区上方的介质隔离层，所述介质隔离层上方的顶部金属层。5.根据权利要求3所述的内置温度传感器的IGBT器件，其特征在于，所述IGBT元胞区自底向顶包括底部金属层，底部金属层上方的N型单晶硅衬底，所述N型单晶硅衬底上方的P型阱区，所述P型阱区中部的N型多晶硅区，包覆所述N型多晶硅区的栅氧化层，所述P型阱区上方的介质隔离层，所述介质隔离层上方的顶部金属层。6.一种如权利要求3
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5任一项所述的内置温度传感器的IGBT器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、基于LOCOS隔离工艺在多晶硅二极管区和IGBT元胞区分别利用N型单晶硅晶圆作为衬底进行选择性场区氧化层生长，在所述多晶硅二极管区和IGBT元胞区均注入硼离子，得到P型阱区；S2、在所述IGBT元胞区与多晶硅二极管区分别在P型阱区进行沟槽刻蚀，在沟槽中生长牺牲氧化层，当所述场区氧化层生长达到第一预设厚度时，去除牺牲氧化层，继续场区氧化层生长到第二预设厚度，基于LPCVD工艺在所述沟槽内进行N型多晶硅生长，刻蚀所述N型多晶硅区形成栅电极；S3、在所述多晶硅二极管区的阳极接触区域进行选择性P型多晶硅掺杂，得到P型多晶硅区；S4、在所述IGBT元胞区进行源极的N...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘坤，
申请(专利权)人：深圳芯能半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：