一种具有复合功能的IGBT芯片结构制造技术

本实用新型专利技术提供了一种具有复合功能的IGBT芯片结构，涉及半导体器件制造领域。包括半导体衬底，半导体衬底中设有内置温度传感器结构，内置温度传感器结构包括沟槽，沟槽内设有热敏电阻结构，热敏电阻结构的上方设有多晶硅栅极；其中热敏电阻结构包括独立成段的分离栅多晶硅层，分离栅多晶硅层上方设有与其相连的超薄金属层。本实用新型专利技术通过在沟槽内部设置独立成段的分离栅多晶硅层，并使分离栅多晶硅层与超薄金属层相连接、组成热敏电阻结构，进而可以实时监控IGBT芯片(内部)的温度；因此，解决了现有的集成于IGBT芯片上的温度传感器结构中，所存在着的温度监测准确性低和灵敏度差的问题；同时，本实用新型专利技术可以在一定程度上降低IGBT芯片中的米勒电容，从而能够有效提高芯片的性能、保证芯片的正常工作。保证芯片的正常工作。保证芯片的正常工作。

【技术实现步骤摘要】
一种具有复合功能的IGBT芯片结构


[0001]本技术涉及半导体器件制造领域，具体为一种具有复合功能的IGBT芯片结构。

技术介绍

[0002]绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是由金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)和双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，集MOSFET的栅极电压驱动简单和BJT的低导通电阻两方面的优点于一身；IGBT凭借着其阻断电压高、电流容量大、驱动功率小等优势，已经被广泛应用于通信、交通、家电、工业、新能源等领域。
[0003]为保证IGBT芯片能够正常工作，有必要在芯片上集成温度传感器结构，以对IGBT芯片的温度进行实时监控，从而防止由于温度过高而导致芯片损坏或寿命缩短的情况出现。目前，集成于IGBT芯片上的温度传感器结构的形式主要有两种：其一，是将温度传感器(如热敏电阻)和IGBT芯片封装在一起的结构，但是这种结构中、温度传感器和IGBT芯片之间势必存在着一定的距离，这会使得IGBT芯片的热量只能部分传导至温度传感器，并且温度检测的响应速度较慢、具有一定的滞后性，从而导致温度监测的准确性较低；其二，是内置于IGBT芯片的温度传感器结构，这种结构的具体实现方式一般是将温度传感器的多晶硅层置于栅极多晶硅的上方，然而这种结构在实际使用时的灵敏度较差，并且温度传感器的多晶硅层与栅极多晶硅之间的台阶高度差会导致多晶硅层的接触孔形态不好、进而使得该温度传感器只能测量IGBT芯片表面的温度。
[0004]另外，IGBT芯片中还存在着米勒电容，米勒效应会使得芯片在栅极驱动过程中形成平台电压，进而引起开关时间变长、开关损耗增加等问题，从而给IGBT芯片的正常工作带来负面影响；因此，如何尽可能地降低芯片中的米勒电容也是值得研究与探讨的问题。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于提供一种具有复合功能的IGBT芯片结构，以解决现有的集成于IGBT芯片上的温度传感器结构中，所存在的温度监测准确性低和灵敏度差的问题；同时，本技术可以在一定程度上降低IGBT芯片中的米勒电容，从而能够有效提高芯片的性能、保证芯片的正常工作。
[0006]本技术是采用以下技术方案实现的：
[0007]一种具有复合功能的IGBT芯片结构，包括半导体衬底，半导体衬底中设有内置温度传感器结构，内置温度传感器结构包括沟槽，沟槽内设有热敏电阻结构，热敏电阻结构的上方设有多晶硅栅极；其中热敏电阻结构包括独立成段的分离栅多晶硅层，分离栅多晶硅层上方设有与其相连的超薄金属层。
[0008]本技术中，通过沟槽内部独立成段的分离栅多晶硅层来主要形成IGBT芯片的
内置温度传感器结构；具体来说，通过热敏电阻结构可以实时监控IGBT芯片(内部)的温度，并且该内置温度传感器结构可以均匀分布在IGBT内部的不同位置处。与常规的集成结构相比，本IGBT芯片结构中，IGBT芯片与温度传感器结构之间不存在任何间距，进而避免了温度监测的片面性和滞后性；也不再需要将内置温度传感器结构中的多晶硅层置于栅极多晶硅的上方，进而避免了温度传感器多晶硅层(即分离栅多晶硅层)与半导体衬底之间被栅极多晶硅层隔离的情况、即提高了温度传感器的检测精度，也使内置温度传感器的监测不轻易受芯片外部环境影响；因此，本技术能够有效地提高IGBT芯片中温度监测的位置准确性和数值准确性，从而保证IGBT芯片的正常工作。同时，使分离栅多晶硅层与超薄金属层相连接、以组成热敏电阻结构，该结构不但可以通过分离栅多晶硅层的电阻特性来反映IGBT芯片的温度，金属层的存在还可以极大地提高栅源氧化层中电荷的传输效率，进而能够最大程度地快速降低芯片中的米勒电容，从而有效提高IGBT芯片的性能。
[0009]进一步的，所述沟槽形成于半导体衬底中，沟槽的底部和侧壁上、以及半导体衬底的上表面上均设有第一氧化层，沟槽内的第一氧化层的上方设有热敏电阻结构。需要特别指出的是，本内置温度传感器结构不限于硅类材料，还可适用于碳化硅、氮化镓等半导体材料。
[0010]进一步的，所述热敏电阻结构的上方设有第二氧化层，第二氧化层自沟槽内延伸至第一氧化层的上表面上。
[0011]进一步的，所述沟槽内的第二氧化层的上方设有多晶硅栅极，多晶硅栅极的上端与第二氧化层的上表面齐平。
[0012]进一步的，所述沟槽为条形，但不限于条形沟槽，方形、正六边形沟槽等亦适用。
[0013]进一步的，所述第一氧化层和第二氧化层为二氧化硅材质。
[0014]本技术实现的有益效果是：
[0015]一种具有复合功能的IGBT芯片结构，通过在沟槽内部设置独立成段的分离栅多晶硅层，并使分离栅多晶硅层与超薄金属层相连接、组成热敏电阻结构，进而可以实时监控IGBT芯片(内部)的温度，并且该内置温度传感器结构可以均匀分布在IGBT内部的不同位置处。与常规的集成结构相比，本技术能够避免温度监测的片面性和滞后性、提高温度传感器结构的检测精度，从而能够有效地提高IGBT芯片中温度监测的位置准确性和数值准确性，从而保证IGBT芯片的工作稳定性和可靠性，并为IGBT芯片的应用和失效分析提供了极大便利。同时，金属层的存在能够最大程度地快速降低芯片中的米勒电容，从而有效提高IGBT芯片的性能。
附图说明
[0016]图1是本技术实施例所述内置温度传感器结构的内部剖面示意图；
[0017]图2是本技术实施例所述内置温度传感器结构的内部平面示意图；
[0018]图3是图2中三个部分(5、6、A)的竖向纵切面结构示意图；
[0019]图4是图2的横向纵切面结构示意图；
[0020]图5是本技术实施例所述内置温度传感器结构在IGBT芯片中的分布位置示意图；
[0021]图6是本专利技术实施例中所述步骤1执行后形成的剖面结构示意图；
[0022]图7是本专利技术实施例中所述步骤2执行后形成的剖面结构示意图；
[0023]图8是本专利技术实施例中所述步骤3执行后形成的剖面结构示意图；
[0024]图9是本专利技术实施例中所述步骤4执行后形成的剖面结构示意图；
[0025]图10是本专利技术实施例中所述步骤5执行后形成的剖面结构示意图；
[0026]图中：1、衬底；2、沟槽；3、第一氧化层；4、第一多晶硅层；5、分离栅多晶硅层；6、金属层；7、第二氧化层；8、第二多晶硅层；9、多晶硅栅极。
具体实施方式
[0027]为清楚说明本技术中的方案，下面结合附图做进一步说明：
[0028]请参照图1至图10，一种具有复合功能的IGBT芯片结构，包括半导体衬底1，半导体衬底1中设有内置温度传感器结构，内置温度传感器结构包括沟槽2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有复合功能的IGBT芯片结构，其特征在于：包括半导体衬底(1)，半导体衬底(1)中设有内置温度传感器结构，内置温度传感器结构包括沟槽(2)，沟槽(2)内设有热敏电阻结构，热敏电阻结构的上方设有多晶硅栅极(9)；其中热敏电阻结构包括独立成段的分离栅多晶硅层(5)，分离栅多晶硅层(5)上方设有与其相连的超薄金属层(6)。2.根据权利要求1所述的一种具有复合功能的IGBT芯片结构，其特征在于：所述沟槽(2)形成于半导体衬底(1)中，沟槽(2)的底部和侧壁上、以及半导体衬底(1)的上表面上均设有第一氧化层(3)，沟槽(2)内的第一氧化层(3)的上方设有热敏电阻结构。3.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟露青，马青翠，
申请(专利权)人：淄博美林电子有限公司，
类型：新型
国别省市：