集成溫度感測(cè)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)的各個(gè)實(shí)施例涉及一種溫度感測(cè)器，優(yōu)選地是可以嵌入在半導(dǎo)體中的溫度感測(cè)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]第一實(shí)施例涉及一種集成溫度感測(cè)器，其包括:
[0003]—阻擋層，其連接至少兩個(gè)導(dǎo)電元件，
[0004]一其中阻擋層具有正溫度系數(shù)。
[0005]第二實(shí)施例涉及一種電路，其包括:
[0006]一電子開(kāi)關(guān)兀件，
[0007]—集成溫度感測(cè)器，其設(shè)置在電子開(kāi)關(guān)元件附近，
[0008]—其中集成溫度感測(cè)器包括
[0009]—阻擋層，其連接至少兩個(gè)導(dǎo)電元件，
[0010]一其中阻擋層具有正溫度系數(shù)。
[0011]第三實(shí)施例涉及一種用于制造集成溫度感測(cè)器的方法，該方法包括
[0012]—構(gòu)造阻擋層，該阻擋層連接至少兩個(gè)導(dǎo)電元件，其中該阻擋層具有正溫度系數(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]參照附圖示出并描述了實(shí)施例。附圖用于示出基本原理，因此僅示出了用于理解基本原理所需的特征方面。附圖未按照比例。在附圖中相同附圖標(biāo)記表示相同特征。
[0014]圖1示出了金屬堆疊、在金屬堆疊下方的阻擋層、以及設(shè)置在阻擋層下方的氧化物或晶片，其中光刻膠被涂覆在金屬堆疊的頂部上以用掩膜覆蓋兩個(gè)金屬焊盤(pán)；
[0015]圖2示出了刻蝕之后的兩個(gè)金屬焊盤(pán)，其中另一光刻膠被涂覆在金屬焊盤(pán)的頂部上、以及在連接這兩個(gè)金屬焊盤(pán)的阻擋層的頂部上；
[0016]圖3示出了作為連接這兩個(gè)金屬焊盤(pán)的阻擋層的嵌入式溫度感測(cè)器；
[0017]圖4示出了對(duì)應(yīng)于圖2中所示工藝步驟的頂視圖；
[0018]圖5示出了對(duì)應(yīng)于圖3中所示工藝步驟，而并未示出氧化物或晶片的頂視圖；
[0019]圖6示出了該結(jié)構(gòu)的三維視圖(未示出氧化物或晶片);
[0020]圖7示出了包括與作為單元701中溫度相關(guān)(temperature dependent)裝置的電阻器組合的兩個(gè)晶體管的示例性電路圖；
[0021]圖8示出了包括具有兩個(gè)晶體管和作為溫度相關(guān)裝置的電阻器的單元以及用于確定溫度補(bǔ)償電流或電壓并據(jù)此動(dòng)作的附屬電路的單元示意圖；
[0022]圖9示出了包括高側(cè)單元和低側(cè)單元的IGBT半橋設(shè)置的電路，這兩個(gè)單元都以隔離方式經(jīng)由微控制器而被控制；
[0023]圖10示出了圖9中采用的驅(qū)動(dòng)器的示意圖；
[0024]圖11A至圖11C示出了嵌入式溫度感測(cè)器的數(shù)個(gè)示例性實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0025]在此描述的一個(gè)示例涉及一種片上溫度測(cè)量裝置(也稱作溫度感測(cè)器或溫度感測(cè)裝置)。該溫度感測(cè)器可以由具有正溫度系數(shù)的導(dǎo)電層提供，其可以特別地集成在半導(dǎo)體中，特別是功率半導(dǎo)體(諸如例如MOSFET、IGBT、JFET或二極管)中。這種示例可以允許以成本有效方式的更精確的溫度測(cè)量。
[0026]在一個(gè)示例中，導(dǎo)電層(具有正溫度系數(shù))可以作為半導(dǎo)體的制造工藝的一部分。這種溫度感測(cè)器的一個(gè)示例性解決方案可以涉及感測(cè)電流或感測(cè)電壓自身的本征溫度補(bǔ)償，優(yōu)選地在半導(dǎo)體內(nèi)、與電流感測(cè)場(chǎng)一起。因此，無(wú)需附加的補(bǔ)償并且無(wú)需另外的復(fù)雜信號(hào)處理。
[0027]特別建議利用層，特別是利用在現(xiàn)有制造步驟中設(shè)置的薄金屬層(metalliclayer，金屬的或含有金屬的層)。這種利用可以包括構(gòu)造該層。為此目的，可以使用至少一個(gè)層，其充當(dāng)金屬跡線下方的阻擋層。阻擋層可以設(shè)置在襯底例如硅或氧化硅襯底的頂部上。金屬跡線可以特別地包括任意下列材料:鋁、銅、硅等，或其任意組合。
[0028]阻擋層可以包括以下各項(xiàng)中的的至少一項(xiàng):媽、鈦、氮化鈦、鎢鈦、鉭、氮化鉭。該層可以特別地包括任何薄金屬(阻擋)層。
[0029]金屬主要地具有(相當(dāng)高的)正溫度系數(shù)Tk，并且可以經(jīng)由濺射、CVD (化學(xué)氣相沉積)、PVD (物理氣相沉積)或任何類(lèi)似方法而沉積。
[0030]該正溫度系數(shù)可以在很大程度上不受其制造工藝自身的改變的影響。可選的是，通過(guò)例如改變版圖、層厚度等，而基本上獨(dú)立于溫度系數(shù)地確定或甚至改變阻抗。
[0031]因此，所示的各個(gè)示例允許提供與半導(dǎo)體一起設(shè)置在芯片上的溫度感測(cè)器。該半導(dǎo)體可以特別地是功率半導(dǎo)體。
[0032]溫度感測(cè)器可以通過(guò)構(gòu)造薄金屬層實(shí)現(xiàn)，其中這種層中的至少一個(gè)可以是半導(dǎo)體的通用制造工藝的一部分。因此，該解決方案以有效方式改變了現(xiàn)有制造工藝，以便于提供具有高精度的溫度感測(cè)器。
[0033]圖1示出了包括例如AlSiCu的金屬堆疊101、在金屬堆疊101下方的阻擋層102例如薄TiW層、以及在阻擋層102下方的氧化物或晶片103。
[0034]光刻膠104被涂覆在金屬堆疊101的頂部上，并且用作構(gòu)造金屬堆疊101的掩模。金屬堆疊101的這種構(gòu)造可以經(jīng)由選擇性刻蝕而進(jìn)行:去除并未被光刻膠104所覆蓋的金屬堆疊101。這種選擇性刻蝕可以僅去除金屬堆疊101，而并未去除阻擋層102。
[0035]在完成了該刻蝕之后，光刻膠104被去除，從而呈現(xiàn)出兩個(gè)金屬焊盤(pán)201和202 (源自金屬堆疊101的剩余金屬)。另一光刻膠203被涂覆在金屬焊盤(pán)201、202的頂部上、以及在連接了兩個(gè)金屬焊盤(pán)201、202的阻擋層102的頂部上(參見(jiàn)圖2)。
[0036]在下一個(gè)(第二)選擇性刻蝕步驟中，去除并未被光刻膠203覆蓋的阻擋層102。接著，去除光刻膠203，從而呈現(xiàn)出如圖3中所示的結(jié)構(gòu)，即，經(jīng)由下方的阻擋層102連接的兩個(gè)金屬焊盤(pán)201和202。圖6示出了該結(jié)構(gòu)的三維視圖(未示出氧化物103)。
[0037]圖4示出了對(duì)應(yīng)于圖2中所示工藝步驟的頂視圖。在該階段，在頂視圖中可見(jiàn)光刻膠203和阻擋層102。圖5示出了對(duì)應(yīng)于圖3中所示工藝步驟的頂視圖，未示出氧化物或晶片103。圖5對(duì)應(yīng)于圖6的三維視圖。
[0038]光刻膠203覆蓋當(dāng)刻蝕阻擋層時(shí)不應(yīng)被去除的那些區(qū)域。這允許在焊盤(pán)201、202之間(或在任何其他導(dǎo)電元件或路徑之間)設(shè)置薄阻擋層。
[0039]用于制造該薄阻擋層的附加的工作可以限于處理單個(gè)“光刻膠層”，即，涂覆光刻膠、曝光該光刻膠層、顯影該層并且去除該光刻膠。
[0040]可選的是，例如經(jīng)由場(chǎng)氧，將具有正溫度系數(shù)的溫度感測(cè)器與半導(dǎo)體電絕緣。設(shè)置用于溫度感測(cè)器的電絕緣，溫度感測(cè)器可以用于半橋電路中，特別是屬于該半橋電路的高側(cè)(尚電壓)開(kāi)關(guān)。
[0041]可以針對(duì)至少一個(gè)半導(dǎo)體端子設(shè)置電隔離，例如柵極端子、發(fā)射極端子、源極端子、集電極端子或漏極端子?？蛇x的是，溫度感測(cè)器電連接至一個(gè)或多個(gè)晶體管端子，這可以減少焊盤(pán)或管腳數(shù)目，并且從而減小總成本。
[0042]圖11A示出了與晶體管1101(包括柵極端子G、集電極端子C和發(fā)射極端子E)電隔離的嵌入式溫度感測(cè)器1102。在該情形中，需要在芯片上的兩個(gè)附加焊盤(pán)以及在封裝體1110上的兩個(gè)附加管腳1103、1104。
[0043]圖11B示出了封裝體1110的備選情形，其中溫度感測(cè)器1102的一個(gè)端子與晶體管1101的發(fā)射極(或源極)連接。在該實(shí)施例中，焊盤(pán)/管腳數(shù)目減少了一個(gè)。監(jiān)控電路(未示出)可以在完成了開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換之后“讀取”感測(cè)器，即，當(dāng)電壓尖峰經(jīng)由管腳E和1103而基本上平息時(shí)。
[0044]圖11C示出了封裝體1110的另一示例性實(shí)施例，其中溫度感測(cè)器1102的端子與晶體管1101連接，即，溫度感測(cè)器1102的第一端子與發(fā)射極(源極)連接、并且溫度感測(cè)器1102的第二端子與晶體管1101的柵極連接。監(jiān)控電路可以在恒定電壓施加至柵極時(shí)、即在晶體管導(dǎo)通(0N)時(shí)，“讀取”感測(cè)器。在IGBT或MOSFET的情形中，流入到柵極中的DC電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于流過(guò)溫度感測(cè)器的電流。因此，可以確定流過(guò)溫度感測(cè)器的電流、溫度感測(cè)器的阻抗、以及溫度感測(cè)器的溫度。
[0045]為了獲得電流信息，可以在MOSFET、JFET或IG