一种能够监测温变的纵向MOSFET器件及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，尤其涉及一种能够监测温变的纵向mosfet器件及其制备方法。

背景技术：

1、功率mosfet(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)器件是一种新一代的电力电子开关器件，它在mos集成电路工艺的基础上发展而来，能够满足电力设备高功率大电流的需求。该器件具有高输入阻抗、低驱动功率、高开关速度、优越的频率特性和良好的热稳定性等独特特点，因此在开关电源、电极调速、音频放大、高频振荡器、不间断电源、节能灯、汽车电子、马达驱动、工业控制和逆变器等各个领域得到广泛应用。然而，在电力电子系统中，特别是在高功率大电流的情况下，功率mosfet器件会产生热损耗，导致温度升高，进而可能损坏器件并导致整个系统失效。因此，对功率mosfet器件的温度进行监测至关重要。

2、现有技术中，通常是在靠近功率mosfet器件的散热器或者pcb板上安装温度传感器来监测温度。然而，这种方法存在温度监测不及时和无法对每个功率mosfet器件单管进行温度监测的问题，仍然可能导致失效。或者通过监测整个系统的温度来判断功率mosfet器件的温度，但这种方法无法直接、精确地反映功率mosfet的温度，因此也容易导致器件失效。

3、如图1所示，为传统的功率mosfet器件与二极管(diode)器件集成的平面结构图，通过diode器件实现对功率mosfet器件的温度监测。但这种平面结构中，横向尺寸大，对于芯片的利用率低，且由于功率mosfet器件的外延层与diode器件的外延层连通，限制了diode器件的性能。

技术实现思路

1、为了解决以上技术问题，本发明提供了一种能够监测温变的纵向mosfet器件及其制备方法。

2、本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：

3、一种能够监测温变的纵向mosfet器件，包括：

4、一mosfet元胞区和一diode元胞区；所述mosfet元胞区和所述diode元胞区纵向设置于同一芯片中，且所述diode元胞区设置于所述mosfet元胞区的上方，所述diode元胞区用于实时监测所述mosfet元胞区的温度变化。

5、优选地，所述mosfet元胞区包括：

6、至少两个第二导电类型的体区，于一第一导电类型的半导体基体的上表面注入形成；其中一所述体区内形成有一第一导电类型的第一注入区；

7、栅氧化层和氧化隔离层，所述栅氧化层的上表面形成有多晶硅层；

8、层间介质层，形成于所述栅氧化层、所述多晶硅层和所述氧化隔离层的上表面；所述层间介质层中形成有接触孔，所述接触孔贯穿所述第一注入区至所述体区中，所述接触孔的下方形成有一第二导电类型的第二注入区；

9、源极金属层和漏极金属层，所述源极金属层形成于所述层间介质层的上表面；所述漏极金属层形成于所述半导体基体的下表面。

10、优选地，所述栅氧化层形成于所述半导体基体的上表面；或者

11、还包括：沟槽，形成于所述半导体基体中，且所述沟槽位于所述体区之间，所述栅氧化层形成于所述沟槽的底部和侧壁，所述多晶硅层填充于所述沟槽中。

12、优选地，所述diode元胞区包括：由下至上依次设置的第二导电类型的阳极区、第一导电类型的漂移区、第一导电类型的阴极区、阴极金属区；

13、所述阳极区形成于所述源极金属层的上表面。

14、优选地，所述diode元胞区还包括阳极金属区，所述diode元胞区的阳极金属区与所述mosfet元胞区共用所述源极金属层。

15、优选地，所述源极金属层和所述阴极金属区之间设有一绝缘隔离层。

16、本发明还提供一种能够监测温变的纵向mosfet器件的制备方法，用于制备如上述的纵向mosfet器件，所述方法包括：

17、步骤s1，于一芯片中形成一mosfet元胞区；

18、步骤s2，于所述mosfet元胞区的上方形成一diode元胞区，所述diode元胞区用于实时监测所述mosfet元胞区的温度变化。

19、优选地，所述步骤s1包括：

20、步骤s11，于一第一导电类型的半导体基体的上表面进行局部氧化工艺，形成一氧化隔离层；

21、步骤s12，于所述半导体基体的上表面形成一栅氧化层，于所述栅氧化层的上表面淀积多晶硅层，并通过光刻工艺定义栅极区域，刻蚀去除多余的所述栅氧化层和所述多晶硅层；

22、步骤s13，以所述栅氧化层和所述多晶硅层作为阻挡层，于所述半导体基体的上表面注入形成至少两个第二导电类型的体区，并于其中一所述体区内形成一第一导电类型的第一注入区；

23、步骤s14，淀积形成一层间介质层，于所述层间介质层中刻蚀形成接触孔，所述接触孔贯穿所述第一注入区至所述体区中，并于所述接触孔的下方注入形成一第二导电类型的第二注入区；

24、步骤s15，于所述层间介质层的上表面形成一源极金属层；

25、在所述步骤s2形成所述diode元胞区之后，还包括：对所述半导体基体进行背面减薄，于所述半导体基体的下表面形成一漏极金属层。

26、优选地，所述步骤s11中，所述氧化隔离层的厚度为15000埃～18000埃；

27、步骤s12中，所述栅氧化层的厚度为800埃～1200埃；

28、所述多晶硅层厚度为4500埃～7000埃；

29、所述步骤s13中，所述体区的注入元素为硼元素，注入浓度为2.2e+13cm-2～3.5e+13cm-2，注入能量为50kev～80kev。

30、优选地，所述步骤s2包括：

31、步骤s21，于所述源极金属层的上表面形成一绝缘隔离层，并刻蚀去除所述diode元胞区的阳极金属层区域的所述绝缘隔离层；

32、步骤s22，于所述阳极金属层区域的上表面由下至上依次形成第二导电类型的阳极区、第一导电类型的漂移区、第一导电类型的阴极区、阴极金属区。

33、本发明技术方案的优点或有益效果在于：

34、本发明将功率mosfet器件与diode器件纵向设置，功率mosfet的温升可真实迅速的反映到diode器件，更能直接的、精准的、实时的通过监测diode随温度变化的漏电流对功率mosfet器件进行温度监测，横向尺寸更小，可提高芯片利用率，同时还可提高电流密度。

技术特征：

1.一种能够监测温变的纵向mosfet器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的能够监测温变的纵向mosfet器件，其特征在于，所述mosfet元胞区包括：

3.根据权利要求2所述的能够监测温变的纵向mosfet器件，其特征在于，所述栅氧化层形成于所述半导体基体的上表面；或者

4.根据权利要求2所述的能够监测温变的纵向mosfet器件，其特征在于，所述diode元胞区包括：由下至上依次设置的第二导电类型的阳极区、第一导电类型的漂移区、第一导电类型的阴极区、阴极金属区；

5.根据权利要求4所述的能够监测温变的纵向mosfet器件，其特征在于，所述diode元胞区还包括阳极金属区，所述diode元胞区的阳极金属区与所述mosfet元胞区共用所述源极金属层。

6.根据权利要求4所述的能够监测温变的纵向mosfet器件，其特征在于，所述源极金属层和所述阴极金属区之间设有一绝缘隔离层。

7.一种能够监测温变的纵向mosfet器件的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1-6任意一项所述的能够监测温变的纵向mosfet器件，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的能够监测温变的纵向mosfet器件的制备方法，其特征在于，所述步骤s1包括：

9.根据权利要求8所述的能够监测温变的纵向mosfet器件的制备方法，其特征在于，所述步骤s11中，所述氧化隔离层的厚度为15000埃～18000埃；

10.根据权利要求8所述的能够监测温变的纵向mosfet器件的制备方法，其特征在于，所述步骤s2包括：

技术总结
本发明提供一种能够监测温变的纵向MOSFET器件及其制备方法，包括：一MOSFET元胞区和一Diode元胞区；MOSFET元胞区和Diode元胞区纵向设置于同一芯片中，且Diode元胞区设置于MOSFET元胞区的上方。有益效果：本发明将功率MOSFET器件与Diode器件纵向设置，功率MOSFET的温升可真实迅速的反映到Diode器件，更能直接的、精准的、实时的通过监测Diode随温度变化的漏电流对功率MOSFET器件进行温度监测，横向尺寸更小，可提高芯片利用率，同时还可提高电流密度。

技术研发人员：刘雯娇,张伟,刘庆红,刘鹏飞,沈海波
受保护的技术使用者：上海维安半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16