[发明专利]一种集成了温度和电流传感功能的IGBT芯片

说明书

技术领域

本发明主要涉及到IGBT芯片的设计领域，特指一种集成了温度和电流传感功能的IGBT芯片。

背景技术

绝缘栅双极晶体管（IGBT）具有通态压降低、电流容量大、输入阻抗高、响应速度快和控制简单的特点，被广泛用于工业、信息、新能源、医学、交通、军事和航空领域。

随着IGBT模块封装技术的持续进步和应用要求的不断提高，各种智能功率模块（IPM）正在不断涌现。它是在普通IGBT模块的基础之上，将驱动控制电路和保护电路一起封装在模块内部，从而提高模块的可靠性、降低了损耗、减小了体积并提高了产能。为了使智能功率模块的优点得到充分的体现，同时更好地保护模块内部的芯片，一般选择在模块内部集成了电流传感器和温度传感器。例如英飞凌的专利：具有温度传感器的功率半导体模块（申请号200810174408.5）；欧佩克·欧拉帕舍·盖塞尔沙夫特·冯·雷斯坦沙布莱特两合公司的专利：功率半导体模块（申请号01812930.7）；嘉兴斯达的专利：一种集成功率半导体功率模块；等等。在上述产品上，几乎所有的智能功率模块（IPM）制造厂商都选择在模块内部集成NTC温度传感器。但是，将分立式的传感器集成到模块中，虽然方法简单且容易实现，但由于传感器离功率芯片较远，从传感器所获得的信息不能准确地反映芯片的状态参数。

现有先进封装的IGBT模块，包括IPM，一般将负温度系数(NTC)的热敏电阻封装在内，用来检测模块内部芯片工作时的温度；再利用标准电阻检测模块内芯片的电流大小，从而实现温度与电流的检测与传感。但是，由于温度传感器远离芯片，不能实时准确地反映芯片工作时真实的结温；对于电流传感器而言，其检测的精度与标准电阻的精度密切相关。并且，在模块内集成温度和电流传感器，难以对每个芯片的温度和电流都进行检测和监控。目前半导体电流检测传感器多利用霍尔效应或者设法使器件的全部电流流过传感器而实现，但对于大功率半导体器件——IGBT而言不现实。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构更加简单紧凑、能够精准地监控和获取芯片工作时的温度和电流信息、以实现对模块内部芯片更好的保护、扩大其适用范围的集成了温度和电流传感的IGBT芯片。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种集成了温度和电流传感功能的IGBT芯片，它包括芯片，所述芯片的边缘为IGBT终端保护区，所述芯片的中间部分包括了IGBT元胞区、电流传感区和温度传感区；所述芯片正面上设有IGBT芯片栅极、IGBT芯片发射极、电流传感器负极、温度传感器正极和温度传感器负极，上述各电极之间通过对芯片表面金属化层刻蚀而间隔开来；所述IGBT芯片栅极和IGBT芯片发射极位于IGBT元胞区内，所述电流传感器负极位于电流传感区内，所述温度传感器正极和温度传感器负极位于温度传感区内，所述芯片背面上设有IGBT芯片集电极、所述电流传感区的电流传感器正极且两者同为一个电极。

作为本发明的进一步改进：

所述IGBT元胞区包括硅N-衬底，所述硅N-衬底上设有多元胞且呈并联设置，每一个元胞包含一个发射极P阱，所述发射极P阱的中间为一个金属电极且作为该元胞的发射极，所述金属电极的两边为N+源极区，所述金属电极的下方为发射极欧姆接触P+区；所述各个元胞的发射极互连后引出作为IGBT芯片发射极；在所述芯片的背面依次注入N-缓冲层和集电极P+区、再沉积一层金属电极作为IGBT芯片集电极。

所述硅N-衬底的掺杂浓度为8E12/cm³～4.5E14/cm³，厚度为70um～750um；所述发射极P阱的掺杂浓度为1E17/cm³～5E17/cm³，结深为3um～7um，结的宽度为10um～25um；所述发射极欧姆接触p+区的掺杂浓度为5E19/cm³～1E20/cm³，结深为0.5um～1.5um，结的宽度为5um～15um；所N+源极区的掺杂浓度为5E19/cm³～1E20/cm³，结深为0.5um～1um，结的宽度为0.4um～0.8um；所述背部N-缓冲层的掺杂浓度为8E15/cm³～6E16/cm³，结深为10um～25um；所述集电极P+区的掺杂浓度为1E17/cm³～5E19/cm³，结深为0.5um～5um。