[實用新型]集成在晶體管上縱向PN結的溫度傳感二極管結構

有效

• 申請號: 201621494024.8
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN206410796U
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 王培林;井亞會;戚麗娜;張景超;劉利峰;趙善麒
• 申請（專利權）人: 江蘇宏微科技股份有限公司
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02;H01L29/861;H01L23/34
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技術領域

本實用新型涉及一種集成在晶體管上縱向PN結的溫度傳感二極管結構，屬于晶體管技術領域。

背景技術

大電流、大功率的功率半導體模塊越來越多應用于汽車領域，需要對絕緣柵雙極晶體管(IGBT)或場效應晶體管(MOSFET)采取過溫、過流、過壓等保護措施，因此往往需要將IGBT或MOSFET與溫度傳感器集成在一起。通過集成的溫度傳感器可以實時、有效檢測模塊、芯片的溫度，從而及時對器件進行保護。目前功率半導體模塊大多是將溫度敏感元件與IGBT或MOSFET芯片封裝于同一模塊中，而該溫度敏感元件是檢測電路的溫度，并把溫度信號轉換成熱電動勢信號,這種結構的溫度傳感器無法直接檢測到芯片內部的溫度，在晶體管出現瞬間過溫、過流和過壓時，溫度敏感元件檢測無法真正起到保護作用。

目前先進的溫度傳感器采用多晶薄膜結構，以實現溫度檢測功能，一方面該多晶薄膜二極管采用橫向PN結，其耐壓與面積成正比，需要兼顧。另一方面該多晶薄膜二極管也需要通過內部電路與晶體管連接，造成功率半導體模塊結構復雜，且與IGBT、MOSFET等晶體管工藝不完全兼容，提高了制作成本。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種結構合理，集成在晶體管芯片的有源區內，能夠實時探測晶體管芯片溫度，并能減少外界電流、電壓及電場變化對溫度傳感二極管影響，能與晶體管工藝兼容，降低制造成本的一種集成在晶體管上縱向PN結的溫度傳感二極管結構。

本實用新型為達到上述目的的技術方案是：一種集成在晶體管上縱向PN結的溫度傳感二極管結構，其特征在于：硅片有源區內依次連接有第一氧化層和其上部的第一多晶硅層，所述第一多晶硅層上部連接有第二氧化層，第二氧化層具有向下穿過第一多晶硅層和第一氧化層并與晶體管連接用以隔離出二極管區域的隔離部分，隔離部分內的第一多晶硅層形成二極管第一摻雜區，第二氧化層上部連接有二極管區域處的第二多晶硅層及頂部的絕緣介質層，絕緣介質層具有向下穿過第二多晶硅層與第二氧化層連接的環形隔離部分，環形隔離部分將第二多晶硅層形成不相連接的二極管第二摻雜區和位于二極管第二摻雜區外圍的隔離保護環，且隔離保護環不閉合，第二多晶硅層向下延伸的連接部分穿過第二氧化層與第一多晶硅層上的二極管第一摻雜區連接形成縱向的PN結，二極管的第一電極穿過絕緣介質層和第二氧化層與第一多晶硅層連接、第二電極穿過絕緣介質層與第二多晶硅層上的二極管第二摻雜區連接，保護電極穿過絕緣介質層與第二多晶硅層上的隔離保護環連接，且保護電極與第二電極連接形成等電位。

本實用新型的溫度傳感二極管連接在晶體管的硅片有源區內，溫度傳感二極管制作于兩層多晶硅上，其第一多晶硅層與第二多晶硅層之間通過第二氧化層實現隔離，以保證有良好的電隔離，第一多晶硅層與第二多晶硅層直接接觸區域通過縱向PN結連接，使溫度傳感二極管形成多晶硅結構，能與晶體管一起制作，集成在同一顆芯片上，因此能將溫度傳感二極管置于芯片中溫度變化比較敏感的位置來探測芯片溫度，由于溫度傳感二極管的電壓受溫度變化較明顯并且比較穩定，更能夠實時、直接、準確的探測、監控晶體管的溫度。本實用新型針對將溫度傳感二極管置于硅片的有源區內，而在有源區內為晶體管的有效結構，通過設置在二極管第二摻雜區外部的隔離保護環，以及二極管區域內的隔離墊，達到隔離周邊的信號及主器件的干擾，使溫度傳感二極管不受外界電流電壓及電場變化的影響，故能妥善保護二極管的工作環境，為其提供良好安靜的工作條件，保證二極管能夠有效、安全的工作。本實用新型隔離保護環采用非封閉結構，能避免封閉環繞帶來寄生的電感效應，進一步提高了其抗干擾能力及可靠性。本實用新型將連接隔離保護環保護電極與溫度傳感二極管的第二電極連接形成等電位，使得器件特性更加均勻，可靠性更高。

本實用新型的第一多晶硅層與晶體管的多晶硅柵同時形成，通過光刻得到所需圖形，且該多晶硅自摻雜形成導電的多晶硅柵和二極管第一摻雜區，不需要另外的離子注入，簡化了工藝步驟。本實用新型只需要增加第二多晶硅層，通過離子注入形成二極管第二摻雜區，并通過光刻第二多晶硅層得到不相連接的二極管第二摻雜區和位于二極管第二摻雜區外部的隔離保護環，通過絕緣介質層進行隔離，實現對二極管的保護。本實用新型通過光刻第二氧化層，實現第一多晶硅層與第二多晶層的PN結，可使PN結界面更加平整均勻，因此耐壓較高，電流更加均勻，可靠性更高，從而提高溫度傳感二極管的工作可靠性，同時也能通過調整第二多晶硅層的厚度和摻雜濃度，能方便控制二極管耐壓性能，不影響主芯片特性。本實用新型能與晶體管工藝兼容，降低制造成本。

附圖說明