集成温度传感器的点火IGBT器件制造技术

本公开提供了一种集成温度传感器的点火IGBT器件，该点火IGBT器件包括温度传感器；多个元胞，位于点火IGBT器件的元胞区中，并围绕温度传感器；以及钳位结构，位于点火IGBT器件的终端区中，终端区位于元胞区的外围，其中，温度传感器包括位于第一多晶硅层中的中心区与围绕中心区的第一环形区，中心区与第一环形区接触且掺杂类型相反以构成二极管。通过将温度传感器与点火IGBT器件集成，从而提升温度的监控效果、增加器件面积的有效利用率以及降低器件的制造成本。件的制造成本。件的制造成本。

Ignition IGBT device with integrated temperature sensor

【技术实现步骤摘要】
集成温度传感器的点火IGBT器件


[0001]本公开涉及半导体制造
，更具体地，涉及一种集成温度传感器的点火IGBT器件。

技术介绍

[0002]绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)同时具有栅极输入阻抗高、开通和关断时安全工作区较为宽泛的优点。IGBT器件可以应用于包括汽车发动机在内的内燃机，作为点火IGBT器件，该器件在兼容MOSFET器件和双极型器件结构的同时，还在器件外围集成了多个无源器件，以实现电压钳位和静电放电(ESD)保护功能。因此，点火IGBT器件具有控制电路简单、饱和压降低、驱动电平低、工作温度高、单脉冲雪崩能量(EAS)高等优点。
[0003]图1示出了常规点火IGBT器件中的电路结构示意图，该电路除了具有基本的IGBT之外，还包括IGBT外围的多个无源器件。其中，钳位管Z2和电阻R2并联，位于IGBT的栅极G和发射极E之间，用于保护IGBT的栅极G，避免栅介质层被瞬间高压击穿。电阻R1与IGBT的栅极G串联，用于调节IGBT的栅电流以控制IGBT的开关速度。二极管D1、钳位管Z1以及二极管D2构成了主钳位电路，位于IGBT的栅极G与集电极C之间，其中，钳位管Z1是由数十个串联的稳压管构成的，串联的稳压管数量可调节用以满足不同钳位电压的应用需求，钳位管Z1反向串联在二极管D1和二极管D2之间。当在IGBT的集电极C端施加较高的电压时，钳位管Z1开启，IGBT的集电极C和发射极E之间的电压就被钳位在钳位管Z1的反向击穿电压附近，避免点火时高dI/dt通过电感在集电极C和发射极E两端产生极高电压而损坏IGBT器件，实现了过压保护的功能。
[0004]目前，点火IGBT器件主要工作在内燃机等温度较高的环境下，需要通过具有温度检测功能的模块确保点火IGBT器件能够安全工作，避免点火IGBT器件由于过热而损坏。在现有技术中，通过在点火IGBT器件中设置二极管实现温度检测，而测温二极管通常位于点火IGBT器件的热量聚集处，利用二极管的正向压降随温度线性下降的关系监控点火IGBT器件的温度。由于点火IGBT器件的尺寸限制，预留给测温二极管的区域很小，小尺寸的测温二极管仅能监控其周边小块区域的温升情况。与此同时，受到封装、打线等工艺的约束，与测温二极管电连接的电极(pad)的尺寸不能过小，会另外占用点火IGBT器件的面积，而且还需要进行额外的布线将电极与测温二极管相连，增加了点火IGBT器件布线的复杂度，从而增加了制造成本。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本公开的目的在于提供一种集成温度传感器的点火IGBT器件，从而提升温度的监控效果、增加器件面积的有效利用率以及降低器件的制造成本。
[0006]本公开实施例提供了一种集成温度传感器的点火IGBT器件，包括：多个元胞，位于点火IGBT器件的元胞区中，并围绕所述温度传感器；以及钳位结构，位于所述点火IGBT器件
的终端区中，所述终端区位于所述元胞区的外围，其中，所述温度传感器包括位于第一多晶硅层中的中心区与围绕所述中心区的第一环形区，所述中心区与所述第一环形区接触且掺杂类型相反以构成二极管。
[0007]可选地，所述温度传感器还包括位于所述第一多晶硅层中围绕所述第一环形区的多层第二环形区，所述第一环形区与相邻的所述第二环形区接触且掺杂类型相反，所述多层第二环形区中相邻的两个第二环形区接触且掺杂类型相反，所述中心区、所述第一环形区以及所述多层第二环形区构成的多个二极管串联。
[0008]可选地，所述温度传感器还包括：第一电极，与所述中心区电连接；以及第二电极，与围绕所述中心区的最外层的环形区电连接，其中，所述第一电极与所述第二电极位于所述第一多晶硅层的上方，并与所述第一多晶硅层的位置对应。
[0009]可选地，所述第一多晶硅层在第一平面的正投影面积大于所述第一电极与所述第二电极在所述第一平面的正投影面之和，所述第一平面垂直与所述第一多晶硅层的厚度方向。
[0010]可选地，所述第一多晶硅层的厚度包括0.2um至2um。
[0011]可选地，所述第一多晶硅层的掺杂浓度包括1e17/cm2至1e20/cm2。
[0012]可选地，沿所述第一多晶硅层的厚度方向，所述点火IGBT器件包括从下到上依次堆叠的衬底、缓冲层、外延层，所述温度传感器还包括：第一场氧化层，位于所述外延层上，所述第一多晶硅层位于所述第一场氧化层上；所述点火IGBT器件还包括：多个栅极结构，位于所述外延层上；多个阱区，位于所述外延层中，与相应的所述栅极结构相邻；以及多个发射区，位于相应的所述阱区中，其中，所述多个元胞包括所述多个栅极结构、所述多个阱区以及所述多个发射区，所述外延层、所述缓冲层以及所述发射区的掺杂类型相同，所述缓冲层的掺杂浓度大于所述外延层，所述衬底与所述阱区的掺杂类型相同，所述发射区的掺杂类型为N型，所述衬底的掺杂类型为P型。
[0013]可选地，还包括绝缘层，位于所述外延层上，并覆盖所述栅极结构、所述第一场氧化层以及所述第一多晶硅层，其中，所述第一电极与所述第二电极位于所述绝缘层的表面上，所述温度传感器还包括位于所述绝缘层中的第一导电通道和第二导电通道，所述第一导电通道分别与所述第一电极和所述中心区连接，所述第二导电通道分别与所述第二电极和围绕所述中心区的最外层的环形区连接。
[0014]可选地，每个所述元胞沿第一方向延伸，并且所述多个元胞沿第二方向平行排布，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直，且所述第一方向与所述第二方向均垂直于所述第一多晶硅层的厚度方向。
[0015]可选地，每个所述栅极结构包括：栅介质层，位于所述外延层的表面上；以及栅极导体，位于所述栅介质层的表面上。
[0016]可选地，还包括：多个第三导电通道，位于所述元胞区的绝缘层中，分别与相应的所述发射区连接；发射极，位于所述绝缘层的表面上，并与所述多个第三导电通道连接；以及集电极，与所述衬底连接，其中，所述集电极与所述缓冲层分别位于所述衬底的相对两侧。
[0017]可选地，还包括多个接触区，位于相应的所述阱区中，并与相应的所述发射区连接，其中，所述接触区与所述阱区的掺杂类型相同，且所述接触区的掺杂浓度大于所述阱区
的掺杂浓度，每个所述接触区分别连接相应的所述第三导电通道与所述阱区，所述多个元胞还包括所述多个接触区。
[0018]可选地，还包括第一分压环，位于所述温度传感器下方的元胞区的外延层中，所述第一场氧化层位于所述第一分压环上，其中，所述第一分压环与所述阱区的掺杂类型相同。
[0019]可选地，还包括：第二场氧化层，位于所述外延层上；以及第二多晶硅层，位于所述第二场氧化层上，所述第二场氧化层与所述第二多晶硅层均被所述绝缘层覆盖，其中，所述第二多晶硅层包括间隔邻接分布的多个N型掺杂层与多个P型掺杂层，且位于起始端与末端的均为N型掺杂层，所述起始端为靠近所述栅极结构的一端，所述末端为远离所述栅极结构的一端，所述起始端的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成温度传感器的点火IGBT器件，其特征在于，包括：温度传感器；多个元胞，位于点火IGBT器件的元胞区中，并围绕所述温度传感器；以及钳位结构，位于所述点火IGBT器件的终端区中，所述终端区位于所述元胞区的外围，其中，所述温度传感器包括位于第一多晶硅层中的中心区与围绕所述中心区的第一环形区，所述中心区与所述第一环形区接触且掺杂类型相反以构成二极管。2.根据权利要求1所述的集成温度传感器的点火IGBT器件，其特征在于，所述温度传感器还包括位于所述第一多晶硅层中围绕所述第一环形区的多层第二环形区，所述第一环形区与相邻的所述第二环形区接触且掺杂类型相反，所述多层第二环形区中相邻的两个第二环形区接触且掺杂类型相反，所述中心区、所述第一环形区以及所述多层第二环形区构成的多个二极管串联。3.根据权利要求1或2所述的集成温度传感器的点火IGBT器件，其特征在于，所述温度传感器还包括：第一电极，与所述中心区电连接；以及第二电极，与围绕所述中心区的最外层的环形区电连接，其中，所述第一电极与所述第二电极位于所述第一多晶硅层的上方，并与所述第一多晶硅层的位置对应。4.根据权利要求3所述的集成温度传感器的点火IGBT器件，其特征在于，所述第一多晶硅层在第一平面的正投影面积大于所述第一电极与所述第二电极在所述第一平面的正投影面之和，所述第一平面垂直与所述第一多晶硅层的厚度方向。5.根据权利要求1所述的集成温度传感器的点火IGBT器件，其特征在于，所述第一多晶硅层的厚度包括0.2um至2um。6.根据权利要求1所述的集成温度传感器的点火IGBT器件，其特征在于，所述第一多晶硅层的掺杂浓度包括1e17/cm2至1e20/cm2。7.根据权利要求3所述的集成温度传感器的点火IGBT器件，其特征在于，沿所述第一多晶硅层的厚度方向，所述点火IGBT器件包括从下到上依次堆叠的衬底、缓冲层、外延层，所述温度传感器还包括：第一场氧化层，位于所述外延层上，所述第一多晶硅层位于所述第一场氧化层上；所述点火IGBT器件还包括：多个栅极结构，位于所述外延层上；多个阱区，位于所述外延层中，与相应的所述栅极结构相邻；以及多个发射区，位于相应的所述阱区中，其中，所述多个元胞包括所述多个栅极结构、所述多个阱区以及所述多个发射区，所述外延层、所述缓冲层以及所述发射区的掺杂类型相同，所述缓冲层的掺杂浓度大于所述外延层，所述衬底与所述阱区的掺杂类型相同，所述发射区的掺杂类型为N型，所述衬底的掺杂类型为P型。8.根据权利要求7所述的集成温度传感器的点火IGBT器件，其特征在于，还包括绝缘层，位于所述外延层上，并覆盖所述栅极结构、所述第一场氧化层以及所述第一多晶硅层，
其中，所述第一电极与所述第二电极位于所述绝缘层的表面上，所述温度传感器还包括位于所述绝缘层中的第一导电通道和第二导电通道，所述第一导电通道分...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩健，陈秋芬，何火军，顾悦吉，杨静，
申请(专利权)人：杭州士兰集昕微电子有限公司，
类型：新型
国别省市：