一種集成電流傳感器的SiC晶體管器件的制作方法

本實用新型屬于半導體領域，具體涉及一種集成電流傳感器的SiC晶體管器件。

背景技術：

SiC MOSFET、JFET、BJT、IGBT等晶體管器件經過多年的研究，已經有一些廠商率先推出了商業化產品，并且已經在工業上進行了廣泛的應用。

在很多的應用情況，為了更好的保護系統甚至保護器件，以及使器件在系統中更加可靠地工作，往往需要實時監控芯片的結溫和電流。在通常的情況下，系統中監控器件的電流往往通過霍爾傳感器的方法，通過感應電流或磁場來判斷電流的大小。這種方法需要增加額外的系統。一種更好的方法是直接在芯片上引出傳感電流，通過監控外部串聯電阻的電壓得到傳感電流，并根據傳感電流與芯片電流之間比較穩定的比例得到芯片電流大小。這種監控芯片電流的方法可以得到實時的、非常準確的數據。以利于系統進行及時的控制保護。

一般地，在SiC芯片上集成電流傳感器的方法是在器件的靠近邊緣部分，如圖1a和1b所示。選取一些原胞組成的區域作為傳感器，根據這個區域的面積與整個有源區其他區域的面積比或者內部原胞數量與所有其他原胞數量的比估算得到傳感電流與芯片電流的比例，再通過測試校準。這種方法雖能實時地監控芯片的電流，但是傳感器的原胞集中在芯片的邊緣，并不能很好的反應整個芯片。特別在芯片工作狀態下，芯片內部結溫升高，整個芯片的結溫在瞬間并不一致，邊緣的原胞電流與芯片電流的比例并不能很好的保持一致。另外，整個晶圓的摻雜濃度、厚度的不均勻會導致不同晶圓區域的芯片的傳感電流比例不一致，傳感電流比例不均勻，從而影響器件的使用。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種集成電流傳感器的SiC晶體管器件，其有效解決了現有技術中存在的問題。

為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案：

一種集成電流傳感器的SiC晶體管器件，所述SiC晶體管器件的源極一側、有源區內按設定比例均勻選取若干個原胞作為源傳感器，其他的原胞作為器件源極的原胞，即主原胞；同時采用源極的多層布線方式使源極壓塊金屬與所述源傳感器的壓塊金屬處于一個平面上；所述源傳感器的柵極與SiC晶體管器件的柵極都是相連的，共用柵極壓塊金屬，并且共用漏極。

進一步，所述源傳感器獨立的引出源電極，源傳感器電極與SiC晶體管器件的源極之間由介質進行隔離。

進一步，每個源傳感器原胞均被多個所述主原胞所包圍。

一種制備集成電流傳感器的SiC晶體管器件的方法，所述方法包括如下步驟：

1)在SiC晶體管器件的有源區內每個原胞的源歐姆接觸、柵極歐姆接觸或柵多晶硅或柵金屬，以及柵極和源極隔離介質都完成后，做上第一互連金屬層；通過所述第一互連金屬層實現各主原胞源極間的互連，其中在柵壓塊金屬與源壓塊金屬隔離區和比源傳感器源極區大的區域沒有金屬，即保持柵與源的隔離和芯片源極與傳感器源極的隔離；同時把各原胞的柵極與柵極壓塊區域實現互連；

2)淀積第一層間介質，并在所述第一層間介質上選擇性的刻孔，刻孔的位置是源傳感器原胞的位置，大小與源傳感器原胞的源柵隔離介質間的歐姆區域相等或小；

3)做上第二互連金屬層，所述第二互連金屬層把所有傳感器原胞的源極互連在一起，實現電連通；并且在比柵極壓塊區域和各主原胞源極區域稍大的區域無金屬分布，形成傳感器原胞的源極與芯片源極和柵極的隔離；

4)淀積第二層間介質層，并在所述第二層間介質層上選擇性的刻孔；刻孔區域包括三部分，一部分是所有主原胞的源極區，通孔穿過第二、第一層間介質，到達各主原胞的第一互連金屬層；另一部分是源傳感器的金屬壓塊區，通孔穿過第二層間介質，達到第二互連金屬層；第三部分是柵極金屬壓塊區，通孔穿過第二層間介質和第一層間介質，達到第一互連金屬層；

5)淀積壓塊金屬，壓塊金屬包括芯片的源極和電流傳感器的源極的壓塊金屬和柵極的壓塊金屬，且三個區域互相隔離；

6)淀積鈍化層，同時在器件源極、傳感器源極和共用的柵極壓塊金屬上分別開窗口。

進一步，所述第一互連金屬層為Ti/Al、Ti/AlCu、Ti/AlSi、Ti/Cu或TiW/AlSiCu。

進一步，所述第一層間介質的厚度大于0.5μm，第一層間介質為SiO₂層、Si₃N₄層、SiON層，或兩層、多層的混合層。

進一步，所述第二互連金屬層為Ti/Al、Ti/AlCu、Ti/AlSi、Ti/Cu或TiW/AlSiCu；第二互連金屬層的厚度大于0.5μm。

進一步，所述第二層間介質層的厚度大于0.5μm；第二層間介質層為SiO₂層、Si₃N₄層、SiON層，或兩層、多層的混合層。

進一步，所述壓塊金屬為Ti/Al、Ti/AlCu、Ti/AlSi、Ti/Cu或TiW/AlSiCu。

本實用新型具有以下有益技術效果：

本申請不僅可以實時地監控芯片的電流，而且能夠全面地反應整個芯片內的電流狀況；可以得到實時的、非常準確的數據；以利于系統進行及時的控制保護。

附圖說明

圖1a為現有技術中SiC晶體管器件上集成電流傳感器的結構的平面俯視圖(淺虛線表示是電極下面的原胞結構，粗虛線部分表示是傳感器原胞的源極部分)；

圖1b為現有技術中SiC晶體管器件上集成電流傳感器的截面結構示意圖(以MOSFET為例)；

圖2為本實用新型的SiC晶體管器件上集成電流傳感器的截面結構示意圖(以MOSFET為例)；

圖3為本實用新型實施例的集成電流傳感器的SiC晶體管器件的平面視圖(虛線表示是電極下面的原胞結構，其中粗黑線部分表示是傳感器原胞的源極部分)；

圖4為本實用新型實施例的集成電流傳感器的SiC晶體管器件制備過程中做上第一互連金屬層后的平面視圖(虛線表示內部無金屬)；

圖5為本實用新型實施例的集成電流傳感器的SiC晶體管器件制備過程中第一層間介質刻孔后的平面視圖(虛線表示內部是孔)；

圖6為本實用新型實施例的集成電流傳感器的SiC晶體管器件制備過程中做上第二互連金屬層后的平面視圖(虛線表示內部無金屬)；

圖7為本實用新型實施例的集成電流傳感器的SiC晶體管器件制備過程中第二層間介質刻孔后的平面視圖(虛線表示內部是孔)；

圖8為本實用新型實施例的集成電流傳感器的SiC晶體管器件制備過程中淀積公共柵、源電極、傳感器源電極壓塊金屬后的平面視圖。

具體實施方式

下面，參考附圖，對本實用新型進行更全面的說明，附圖中示出了本實用新型的示例性實施例。然而，本實用新型可以體現為多種不同形式，并不應理解為局限于這里敘述的示例性實施例。而是，提供這些實施例，從而使本實用新型全面和完整，并將本實用新型的范圍完全地傳達給本領域的普通技術人員。

如圖2-3所示，本實用新型了提供了一種集成電流傳感器的SiC晶體管器件，該SiC晶體管器件的源極(或發射極)一側、有源區內按設定比例均勻選取若干個原胞作為源傳感器，使傳感器電流與源極電流形成比較均勻和穩定的比例，其他的原胞作為器件源極的原胞，即主原胞；同時采用源極的多層布線方式使源極壓塊金屬與所述源傳感器的壓塊金屬處于一個平面上；所述源傳感器的柵極與SiC晶體管器件的柵極都是相連的，共用柵極壓塊金屬，并且共用漏極(或集電極)。

源傳感器獨立的引出源電極，源傳感器電極與SiC晶體管器件的源極之間由介質進行隔離。

源傳感器原胞選擇的方法是，根據傳感電流與源極電流的比例，在整個芯片中均勻、有序的選擇一些數量的原胞作為源傳感器原胞，每個源傳感器原胞均勻的被多個主原胞所包圍。

本實用新型在在SiC晶體管芯片上集成電流傳感器的結構和方法，可以用到SiC的多種晶體管，如MOSFET、JFET、BJT、IGBT等。同時本實用新型的方法也不僅僅能應用于SiC晶體管，同時也可以用于其他材料的晶體管器件，如GaN、Ga₂O₃、GaAs、Si等各種半導體材料器件。

本實用新型還提供了一種制備集成電流傳感器的SiC晶體管器件的方法，下面結合附圖對該方法進行詳細說明：

如圖4所示，在每個原胞的源歐姆接觸，柵極歐姆接觸(如JFET、BJT)或柵多晶硅或柵金屬(如MOSFET、IGBT等)，柵極和源極隔離介質都完成后，做上第一互連金屬層。第一互連金屬實現各主原胞源極間的互連，其中在柵壓塊金屬與源壓塊金屬隔離區和比源傳感器源極區稍大的區域沒有金屬(保持柵與源的隔離和芯片源極與傳感器源極的隔離)。同時把各原胞的柵極與柵極壓塊區域實現互連。第一互連金屬層可以是Ti/Al,Ti/AlCu，Ti/AlSi,Ti/Cu,TiW/AlSiCu等，即第一層金屬相對較薄，作為互連和阻擋層的作用。

如圖5所示，淀積第一層間介質，厚度大于0.5μm，并在第一層間介質上選擇性的刻孔，刻孔的位置是源傳感器原胞的位置，大小比源傳感器原胞的源柵隔離介質間的歐姆區域相等或稍小。第一層間介質可以是SiO₂、Si₃N₄、SiON，或兩層或多層混合等。

如圖6所示，做上第二互連金屬層，第二互連金屬層可以是Ti/Al,Ti/AlCu，Ti/AlSi,Ti/Cu,TiW/AlSiCu等，第一層金屬相對較薄，作為互連和阻擋層的作用，第二層金屬相對較厚，一般大于0.5μm，起導電作用。第二互連金屬層把所有傳感器原胞的源極互連在一起，實現電連通。分別在比柵極壓塊區域和各主原胞源極區域稍大的區域無金屬分布，形成與芯片源極和柵極隔離。

如圖7所示，淀積第二層間介質層，厚度大于0.5μm，并在第二層間介質上選擇性的刻孔。第二層間介質可以是SiO₂、Si₃N₄、SiON，或兩層或多層混合等。開孔區域包括三部分，一部分是所有主原胞的源極區，通孔穿過第二、第一層間介質，到達各主原胞的第一互連金屬層；另一部分是源傳感器的金屬壓塊區，通孔穿過第二層間介質，達到第二互連金屬層；第三部分是柵極金屬壓塊區，通孔穿過第二層間介質和第一層間介質，達到第一互連金屬層。

如圖8所示，淀積壓塊金屬，壓塊金屬包括芯片的源極和電流傳感器的源極的壓塊金屬和柵極的壓塊金屬，三個區域互相隔離。壓塊金屬層可以是Ti/Al,Ti/AlCu，Ti/AlSi,Ti/Cu,TiW/AlSiCu等，即第一層金屬相對較薄，作為互連和阻擋層的作用，可以是Ti，TiW等，第二層金屬相對較厚，可以是Al，AlCu，AlSi,Cu,AlSiCu，Ag，Au等低電阻率金屬，厚度一般大于2μm，起導電和焊接作用。

傳感器源極壓塊金屬與共同柵壓塊金屬在器件平面俯視圖上的布局可以在器件設計時根據利于芯片封裝的原則進行。

最后是最終的鈍化層，同時在器件源極、傳感器源極和共用的柵極壓塊金屬上分別開窗口。

上面所述只是為了說明本實用新型，應該理解為本實用新型并不局限于以上實施例，符合本實用新型思想的各種變通形式均在本實用新型的保護范圍之內。