内置过流检测功能的IGBT版图结构的制作方法

内置过流检测功能的igbt版图结构
技术领域
1.本实用新型涉及igbt技术领域，特别涉及内置过流检测功能的igbt版图结构。


背景技术：

2.igbt作为电力电子行业的核心器件，在一些大功率应用领域，需要用到额定电流几百安培甚至几千安培的电流，当igbt器件运行异常比如发生短路时，电流会瞬间增大到额定电流的几倍甚至十几倍以上，此时通常需要在应用方案中做过流保护，当检测到异常电流时及时关断igbt。但从检测到过流到切断igbt需要一定时间，可能会导致igbt关断不及时，从而损坏igbt器件甚至整体应用系统。
3.因此目前需要一种内置过流检测功能的igbt版图结构，实现在igbt主芯片过流发生前，预先检测过流的效果，便于及时传递信号关断igbt，避免传统方案中不能及时关断igbt导致igbt损坏的技术问题，对igbt以及整个系统起到预知过流检测以及保护功能。


技术实现要素：

4.为解决现有igbt版图结构检测到过流到切断igbt需要一定时间，在这段时间中可能会导致igbt关断不及时的技术问题，本实用新型提供一种内置过流检测功能的igbt版图结构，具体的技术方案如下：
5.本实用新型提供的内置过流检测功能的igbt版图结构，包括：
6.主芯片区，所述主芯片区内设置发射极金属和相互平行的若干第一沟槽；
7.过流检测区，所述过流检测区内设置第一金属和相互平行的若干第二沟槽，相邻所述第二沟槽的间距小于相邻所述第一沟槽的间距；
8.栅极区，所述栅极区内设置栅极金属；
9.所述栅极金属、所述发射极金属和所述第一金属之间均相互绝缘。
10.本实用新型提供的内置过流检测功能的igbt版图结构通过在过流检测区设置第一金属以及第二沟槽，使相邻的第二沟槽间距小于主芯片区内相邻的第一沟槽间距，栅极金属、发射极金属和第一金属之间均相互绝缘，实现在外接检测电路进行过流检测的过程中，在过流检测区比主芯片区率先检测到单位面积电流达到异常值，避免了传统电流检测方式，直接检测igbt主芯片的电流值，当芯片电流异常时可能无法及时关断igbt导致igbt损坏的技术问题，提高igbt过流检测的安全性和实用性。
11.在一些实施方式中，本实用新型提供的内置过流检测功能的igbt版图结构，还包括：
12.发射极孔，相邻所述第一沟槽之间设置所述发射极孔，所述主芯片区内igbt发射极区通过所述发射极孔与所述发射极金属连接；
13.第一连接孔，相邻所述第二沟槽之间设置所述第一连接孔，所述过流检测区内igbt发射极区通过所述第一连接孔与所述第一金属连接。
14.在一些实施方式中，本实用新型提供的内置过流检测功能的igbt版图结构，还包
括：
15.栅极跑道，用于连接任意相邻所述第一沟槽，以及任意相邻所述第二沟槽，所述栅极跑道上覆盖有栅极跑道金属；
16.栅极孔，设置于所述栅极跑道上，所述栅极跑道通过所述栅极孔与所述栅极跑道金属连接。
17.在一些实施方式中，所述第一沟槽与所述第二沟槽相互垂直设置。
18.在一些实施方式中，所述第二沟槽的间距设置为所述第一沟槽的间距的一半。
19.本实用新型提供的内置过流检测功能的igbt版图结构通过将过流检测区内沟槽间距设置为主芯片区内沟槽间距的一半，使过流检测区内igbt的单位电流密度是主芯片区内igbt的两倍，便于在不影响igbt功能的电流范围内提前检测到电流异常。
20.在一些实施方式中，所述栅极金属上还设置有栅极pad区，所述栅极pad区用于引出栅极电位；
21.所述发射极金属上设置有发射极pad区，所述发射极pad区用于引出发射极电位；
22.所述第一金属上设置有第一金属pad区，所述第一金属pad区用于引出第一金属电位。
23.本实用新型提供的内置过流检测功能的igbt版图结构通过设置发射极pad区、第一金属pad区，引出发射极电位和第一金属电位，在不影响现有igbt版图结构的情况下，外接过流检测电路，便于对igbt进行过流检测。
24.在一些实施方式中，所述栅极跑道为多晶硅材料。
25.在一些实施方式中，所述发射极金属、所述第一金属和所述栅极金属均设置在igbt芯片基板正面的终端区域内；
26.所述igbt芯片基板的背面设置集电极金属。
27.在一些实施方式中，所述过流检测区的igbt元胞pitch小于所述主芯片区的igbt元胞pitch。
28.本实用新型提供的内置过流检测功能的igbt版图结构，至少包括以下一项技术效果：
29.(1)通过在过流检测区设置第一金属以及第二沟槽，使相邻的第二沟槽间距小于主芯片区内相邻的第一沟槽间距，栅极金属、发射极金属和第一金属之间均相互绝缘，实现在外接检测电路进行过流检测的过程中，在过流检测区比主芯片区率先检测到单位面积电流达到异常值，避免了传统电流检测方式，直接检测igbt主芯片的电流值，当芯片电流异常时可能无法及时关断igbt导致igbt损坏的技术问题，提高igbt过流检测的安全性和实用性；
30.(2)通过过流检测区内沟槽间距设置为主芯片区内沟槽间距的一半，使过流检测区内igbt的单位电流密度是主芯片区内igbt的两倍，便于在不影响igbt功能的电流范围内提前检测到电流异常；
31.(3)通过设置发射极pad区、第一金属pad区，引出发射极电位和第一金属电位，在不影响现有igbt版图结构的情况下，外接过流检测电路，便于对igbt进行过流检测。
附图说明
32.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本实用新型提供的内置过流检测功能的igbt版图结构的示例图；
34.图2为本实用新型提供的内置过流检测功能的igbt版图结构中第一沟槽和第二沟槽的示例图；
35.图3为本实用新型提供的内置过流检测功能的igbt版图结构中主芯片区、栅极区、过流检测区和栅极跑道的示例图；
36.图4为本实用新型提供的内置过流检测功能的igbt版图结构中栅极跑道金属、栅极金属、发射极金属和第一金属的示例图；
37.图5为本实用新型提供的内置过流检测功能的igbt版图结构中发射极孔、第一连接孔和栅极孔的示例图；
38.图6为本实用新型提供的内置过流检测功能的igbt版图结构中栅极pad区、发射极pad区和第一金属pad区的示例图；
39.图7为本实用新型提供的内置过流检测功能的igbt版图结构中igbt芯片基板和终端区域的示例图。
40.图中标号：igbt芯片基板-1、终端区域-2、主芯片区-3、第一沟槽-3.1、发射极孔-3.2、栅极跑道-4、栅极跑道金属-5、栅极孔-6、栅极金属-7、栅极pad区-8、过流检测区-9、第二沟槽-9.1、第一连接孔-9.2、发射极金属-10、发射极pad区-11、第一金属-12、第一金属pad区-13和栅极区-14。
具体实施方式
41.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本技术。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
42.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。
43.为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘出了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
44.还应当进一步理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
45.另外，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
47.本实用新型的一个实施例，如图1和图2所示，本实用新型提供一种内置过流检测功能的igbt版图结构，包括主芯片区3、过流检测区9和栅极区14。
48.其中，主芯片区3内设置发射极金属10和相互平行的若干第一沟槽3.1，过流检测区9内设置第一金属12和相互平行的若干第二沟槽9.1，相邻第二沟槽9.1的间距小于相邻第一沟槽3.1的间距，栅极区14内设置栅极金属7，栅极金属7、发射极金属10和第一金属12之间均相互绝缘。
49.具体地，图2为第一沟槽3.1和第二沟槽9.1的示例图，其中主芯片区3和过流检测区9的截面均为常规的igbt结构，将本实施例中提供的内置过流检测功能的igbt与外接过流检测电路连接后，通过外接过流检测电路设置合适的电流值，由于过流检测区9内设置的第二沟槽9.1的间距小于主芯片区3内设置的第一沟槽3.1的间距，所以在igbt主芯片区3内的单位面积电流达到的异常值之前，过流检测区9内单位面积电流会率先达到异常值，从而使过流检测区9先于主芯片区3检测到电流异常状况，进而及时关断igbt，从而形成对igbt主芯片区3以及整个系统的保护。
50.本实施例提供的内置过流检测功能的igbt版图结构通过在过流检测区设置第一金属以及第二沟槽，使相邻的第二沟槽间距小于主芯片区内相邻的第一沟槽间距，栅极金属、发射极金属和第一金属之间均相互绝缘，实现在外接检测电路进行过流检测的过程中，在过流检测区比主芯片区率先检测到单位面积电流达到异常值，避免了传统电流检测方式，直接检测igbt主芯片的电流值，当芯片电流异常时可能无法及时关断igbt导致igbt损坏的技术问题，提高igbt过流检测的安全性和实用性。
51.在一个实施例中，如图1所示，本实用新型提供的内置过流检测功能的igbt版图结构，还包括发射极孔3.2和第一连接孔9.2。
52.其中相邻的第一沟槽3.1之间设置发射极孔3.2，主芯片区3内igbt发射极区通过发射极孔3.2与发射极金属10连接，相邻的第二沟槽9.1之间设置第一连接孔9.2，过流检测区9内igbt发射极区通过第一连接孔9.2与第一金属12连接。
53.在一个实施例中，如图1、图3～图5所示，本实用新型提供的内置过流检测功能的igbt版图结构，还包括栅极跑道4和栅极孔6。
54.其中，栅极跑道4用于连接任意相邻的第一沟槽3.1，以及任意相邻的第二沟槽9.1，栅极跑道4上覆盖有栅极跑道金属5，栅极孔6设置于栅极跑道4上，栅极跑道4通过栅极孔6与栅极跑道金属5连接。
55.图3为主芯片区3、栅极区14、过流检测区9和栅极跑道4的示例图，图4为栅极跑道金属5、栅极金属7、发射极金属10和第一金属12的示例图，图5为发射极孔3.2、第一连接孔9.2和栅极孔6的示例图。
56.在一个实施例中，如图1所示，第一沟槽3.1与第二沟槽9.1相互垂直设置
57.具体地，第一沟槽3.1为横向方向沟槽，第二沟槽9.1为竖直方向沟槽，或第一沟槽3.1为竖直方向沟槽，第二沟槽9.1为横向方向沟槽。
58.在一个实施例中，过流检测区9的igbt元胞pitch小于主芯片区3的igbt元胞pitch。
59.具体地，过流检测区9内igbt元胞的pitch小于主芯片区3内igbt元胞的pitch，相同面积条件下过流检测区9的元胞数量多于主芯片区3的元胞数量。
60.本实施例提供的内置过流检测功能的igbt版图结构通过控制过流检测区内第二沟槽的间距小于主芯片区内第一沟槽的间距，实现过流检测区内igbt元胞pitch小于主芯片区内igbt元胞pitch，过流检测区igbt的载流密度大于主芯片区内igbt载流密度，使本实用新型提供的内置过流检测功能的igbt版图结构过流检测效果更优。
61.在一个实施例中，第二沟槽9.1的间距设置为第一沟槽3.1的间距的一半。
62.本实施例提供的内置过流检测功能的igbt版图结构通过将过流检测区内沟槽间距设置为主芯片区内沟槽间距的一半，使过流检测区内igbt的单位电流密度是主芯片区igbt的两倍，便于在不影响igbt功能的电流范围内提前检测到电流异常。
63.在一个实施例中，如图1和图6所示，栅极金属7上还设置有栅极pad区8，栅极pad区8用于引出栅极电位。
64.发射极金属10上设置有发射极pad区11，发射极pad区11用于引出发射极电位。
65.第一金属12上设置有第一金属pad区13，第一金属pad区13用于引出第一金属12电位。
66.具体地，图6为栅极pad区8、发射极pad区11和第一金属pad区13的示例图。
67.本实施例提供的内置过流检测功能的igbt版图结构通过设置发射极pad区、第一金属pad区，引出发射极电位和第一金属电位，在不影响现有igbt版图结构的情况下，外接过流检测电路，便于对igbt进行过流检测。
68.在一些实施方式中，栅极pad区8、发射极pad区11和第一金属pad区13位于同一光罩上，第一沟槽3.1和第二沟槽9.1位于同一光罩上，发射极孔3.2、第一连接孔9.2和栅极孔6位于同一光罩上，栅极跑道金属5、栅极金属7、发射极金属10和第一金属12位于同一光罩上。
69.本实施例提供的内置过流检测功能的igbt版图结构无需额外添加光罩版以及工艺步骤，完全兼容于传统的igbt工艺流程，在原有工艺基础上提高过流检测效果。
70.在一个实施例中，栅极跑道4为多晶硅材料。
71.在一个实施例中，如图1和图7所示，主芯片区3、过流检测区9和栅极区14均设置在igbt芯片基板1正面的终端区域2内，igbt芯片基板1的背面设置集电极金属。
72.具体地，外接过流检测电路过程中，通过第一金属pad区13将过流检测区9内的第一金属12连接外部电流检测电路的负极端，将igbt背面集电极金属连接外部电流检测电路的正极端，实时监测两端间的电流值，当电流异常时，及时关断igbt，从而及时保护igbt主芯片区3。
73.在一个实施例中，igbt版图结构还包括nplus区、pplus区、pwell区。
74.具体地，本实施例提供的igbt版图结构不影响nplus区、pplus区、pwell区的结构，nplus区、pplus区、pwell区的结构可以根据设计者的需求来设计。
75.本实施例提供的内置过流检测功能的igbt版图结构无需对原有igbt版图做大幅更改，在保证原有igbt功能的基础上，提高过流检测效果。
76.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
77.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
78.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的内置过流检测功能的igbt版图结构，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的内置过流检测功能的igbt版图结构实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的通讯连接或集成电路，可以是电性、机械或其他的形式。
79.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
80.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可能集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
81.应当说明的是，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。