本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，特別涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法、半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、絕緣柵雙極型晶體管（insulated?gate?bipolar?transistor，簡稱?igbt）是一種集成雙極型晶體管（bipolar?junction?transistor，簡稱?bjt）和絕緣柵型場效應(yīng)管（metal-oxide-semiconductor?field-effect?transistor，簡稱?mosfet）的電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，廣泛應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域。隨著半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展，半導(dǎo)體器件的集成度越來越高，工作電流也不斷增加，為了電路系統(tǒng)的安全，需要在外圍電路設(shè)置過流保護(hù)功能以防止半導(dǎo)體器件因電流過大失效，igbt器件通常需要通過電流傳感器監(jiān)控半導(dǎo)體器件電流。

2、工程師設(shè)計(jì)電流傳感器時需要考慮到檢測電阻的負(fù)反饋效應(yīng)等因素引入的誤差，適當(dāng)增加元胞數(shù)目比做補(bǔ)償。但是，目前半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)需要一次甚至多次修改版圖調(diào)整元胞數(shù)目比，而修改版圖需要重新流片，嚴(yán)重影響著半導(dǎo)體器件的研發(fā)成本和進(jìn)度。因此，如何提高半導(dǎo)體器件初次設(shè)計(jì)的成功率是亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法、半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)方法，igbt元胞和電流傳感器元胞集成在同一漂移區(qū)上，并提高了半導(dǎo)體器件初次設(shè)計(jì)的成功率。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：

3、igbt元胞和電流傳感器元胞，所述igbt元胞和所述電流傳感器元胞集成在同一漂移區(qū)上，?igbt元胞與電流傳感器元胞共用一個柵極；

4、第一摻雜類型的阻擋層，阻擋層位于第一摻雜類型的漂移區(qū)中，阻擋層將半導(dǎo)體器件分為第一元胞區(qū)、第二元胞區(qū)和過渡區(qū)，第二元胞區(qū)位于半導(dǎo)體器件的中間，第一元胞區(qū)位于半導(dǎo)體器件的周圍，過渡區(qū)位于第一元胞區(qū)和第二元胞區(qū)之間，阻擋層位于過渡區(qū)的漂移區(qū)內(nèi)，?第一元胞區(qū)為igbt元胞區(qū)，第二元胞區(qū)為電流傳感器元胞區(qū)；

5、優(yōu)選地，若干第二摻雜類型的阱區(qū)，阱區(qū)從漂移區(qū)的正面延伸至漂移區(qū)內(nèi)并位于阻擋層之上；

6、若干第二摻雜類型的第一注入?yún)^(qū)，第一注入?yún)^(qū)分別位于各自的阱區(qū)內(nèi)；

7、第一摻雜類型的第二注入?yún)^(qū)，其中，位于第一元胞區(qū)的阱區(qū)中的第一注入?yún)^(qū)的兩端的第二注入?yún)^(qū)作為igbt發(fā)射區(qū)，位于第二元胞區(qū)的阱區(qū)中的第一注入?yún)^(qū)的兩端的第二注入?yún)^(qū)作為電流傳感器電流檢測區(qū)；

8、柵極，柵極跨接在相鄰兩個阱區(qū)之間，柵極通過柵介質(zhì)層同igbt發(fā)射區(qū)、電流傳感器電流檢測區(qū)以及第一注入?yún)^(qū)絕緣；

9、絕緣介質(zhì)層，絕緣介質(zhì)層覆蓋柵極、阱區(qū)并且絕緣介質(zhì)層通過第一通孔露出第一元胞區(qū)的第一注入?yún)^(qū)及部分igbt發(fā)射區(qū)，絕緣介質(zhì)層通過第二通孔露出第二元胞區(qū)的第一注入?yún)^(qū)及部分電流傳感器電流檢測區(qū)；

10、igbt發(fā)射極，igbt發(fā)射區(qū)通過第一通孔引出第一金屬層形成igbt發(fā)射極；

11、電流傳感器電流檢測電極，電流傳感器電流檢測區(qū)通過第二通孔引出第二金屬層形成電流傳感器電流檢測電極；

12、第二摻雜類型的igbt集電區(qū)，igbt集電區(qū)位于漂移區(qū)的背面；

13、igbt集電極，igbt集電區(qū)引出第三金屬層作為igbt集電極。

14、可選地，阻擋層的摻雜濃度為1e15cm-3~1e18cm-3。

15、可選地，阻擋層的厚度為1μm~10μm。

16、可選地，半導(dǎo)體器件還包括：

17、第一摻雜類型的場截止區(qū)，位于igbt集電區(qū)與漂移區(qū)之間。

18、可選地，第一摻雜類型為n型，第二摻雜類型為p型；或者第一摻雜類型為p型，第二摻雜類型為n型。

19、可選地，在相鄰兩個阱區(qū)之上連接?xùn)艠O，柵極通過柵介質(zhì)層同igbt發(fā)射區(qū)、igbt發(fā)射極、電流傳感器電流檢測區(qū)、電流傳感器電流檢測電極以及第一注入?yún)^(qū)絕緣，柵極和igbt發(fā)射極位于半導(dǎo)體器件的正面。

20、可選地，柵介質(zhì)層位于溝槽內(nèi)，溝槽位于相鄰兩個阱區(qū)之間，溝槽從漂移區(qū)的正面延伸至漂移區(qū)，溝槽的深度大于阱區(qū)的深度，絕緣介質(zhì)層覆蓋柵極、柵介質(zhì)層和阱區(qū)，且絕緣介質(zhì)層通過第一通孔露出第一元胞區(qū)的第一注入?yún)^(qū)及部分igbt發(fā)射區(qū)，絕緣介質(zhì)層通過第二通孔露出第二元胞區(qū)的第一注入?yún)^(qū)及部分電流傳感器電流檢測區(qū)，柵極通過柵介質(zhì)層同igbt發(fā)射區(qū)、igbt發(fā)射極、電流傳感器電流檢測區(qū)、電流傳感器電流檢測電極以及第一注入?yún)^(qū)絕緣，柵極和igbt發(fā)射極位于半導(dǎo)體器件的正面。

21、可選地，阱區(qū)之間的間隔距離相等。

22、本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)方法，電流傳感器外接一檢測電阻，檢測電阻連接在電流傳感器電流檢測電極與地之間，igbt發(fā)射極接地，柵極與地之間連接第一電壓源，igbt集電極與地之間連接第二電壓源；半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)方法包括：

23、建立第一元胞區(qū)的輸出電流的第一數(shù)值模型，第一數(shù)值模型的變量為柵極-發(fā)射極電壓vge和集電極-發(fā)射極電壓vce；

24、建立第二元胞區(qū)的輸出電流的第二數(shù)值模型，第二數(shù)值模型的變量為柵極-發(fā)射極電壓vge、集電極-發(fā)射極電壓vce和檢測電阻的壓降vs；

25、步驟s3、根據(jù)第一數(shù)值模型、第二數(shù)值模型以及流經(jīng)檢測電阻的電流同時滿足第二元胞區(qū)電流特性和歐姆定律的特性，計(jì)算獲得在設(shè)定測試條件下以及第一元胞區(qū)與第二元胞區(qū)的元胞數(shù)目之比的設(shè)計(jì)值下的第一元胞區(qū)的輸出電流、第二元胞區(qū)的輸出電流以及檢測電阻的壓降vs，進(jìn)而計(jì)算獲得第一元胞區(qū)的輸出電流與第二元胞區(qū)的輸出電流之比；

26、步驟s4、將計(jì)算獲得的檢測電阻的壓降vs以及第一元胞區(qū)的輸出電流與第二元胞區(qū)的輸出電流之比分別與對應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較，以判斷是否符合預(yù)先設(shè)定的收斂條件；若是，則第一元胞區(qū)與第二元胞區(qū)的元胞數(shù)目之比n滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，使得能夠進(jìn)入半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段；若否，則更換第一元胞區(qū)與第二元胞區(qū)的元胞數(shù)目之比n的設(shè)計(jì)值，并重復(fù)循環(huán)執(zhí)行步驟s3和步驟s4，直至判斷符合預(yù)先設(shè)定的收斂條件。

27、可選地，第一元胞區(qū)和第二元胞區(qū)的輸出電流分別為第一元胞區(qū)和第二元胞區(qū)工作在飽和區(qū)的輸出電流。

28、可選地，第一數(shù)值模型為ice=f?(vge，vce)，vge為設(shè)定值，使得ice=avce+b；其中，ice為第一元胞區(qū)的輸出電流，vge為柵極-發(fā)射極電壓，vce為集電極-發(fā)射極電壓，a為斜率，b為截距。

29、可選地，a=c1vge+d1，b=c2vge+d2，c1=k(1+β)，d1=-k(1+β)vth，c2=-k(1+β)vpn，d2=k(1+β)vpnvth；其中，k為半導(dǎo)體器件的尺寸和物理相關(guān)參數(shù)，β為igbt集電區(qū)、漂移區(qū)和阱區(qū)構(gòu)成的雙極型晶體管的增益因素的系數(shù)，vth為半導(dǎo)體器件的閾值電壓，vpn為igbt集電區(qū)和漂移區(qū)構(gòu)成的二極管的壓降。

30、可選地，第二數(shù)值模型為：

31、is=f(vge-vs，vce-vs)/n={[c1(vge-vs)+d1](vce-vs)+c2(vge-vs)+d2}/n；

32、其中，is為第二元胞區(qū)的輸出電流，vs為檢測電阻的壓降，n為第一元胞區(qū)與第二元胞區(qū)的元胞數(shù)目之比。

33、可選地，步驟s3包括：

34、根據(jù)流經(jīng)檢測電阻的電流同時滿足第二元胞區(qū)電流特性和歐姆定律的特性，得到公式f(vge-vs，vce-vs)/n=vs/rs，rs為檢測電阻的阻值；

35、在設(shè)定測試條件下以及第一元胞區(qū)與第二元胞區(qū)的元胞數(shù)目之比的設(shè)計(jì)值下，vce、vge、rs和n為設(shè)定值，以根據(jù)公式f(vge-vs，vce-vs)/n=vs/rs計(jì)算獲得檢測電阻的壓降，并根據(jù)公式ice=avce+b計(jì)算獲得第一元胞區(qū)的輸出電流；

36、根據(jù)is=vs/rs計(jì)算獲得第二元胞區(qū)的輸出電流，進(jìn)而計(jì)算獲得第一元胞區(qū)的輸出電流與第二元胞區(qū)的輸出電流之比。

37、本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括：

38、制作igbt元胞和電流傳感器元胞，所述igbt元胞和所述電流傳感器元胞集成在同一漂移區(qū)上，所述igbt元胞與所述電流傳感器元胞共用柵極。

39、形成第一摻雜類型的阻擋層，所述阻擋層位于第一摻雜類型的所述漂移區(qū)中，所述阻擋層將所述半導(dǎo)體器件分為第一元胞區(qū)、第二元胞區(qū)和過渡區(qū)，所述第二元胞區(qū)位于所述半導(dǎo)體器件的中間，所述第一元胞區(qū)位于所述半導(dǎo)體器件的周圍，所述過渡區(qū)位于所述第一元胞區(qū)和所述第二元胞區(qū)之間，所述阻擋層位于所述過渡區(qū)的漂移區(qū)內(nèi)，所述第一元胞區(qū)為igbt元胞區(qū)，所述第二元胞區(qū)為電流傳感器元胞區(qū)；

40、可選地，

41、形成若干第二摻雜類型的阱區(qū)，所述阱區(qū)從所述漂移區(qū)的正面延伸至所述漂移區(qū)內(nèi)并位于所述阻擋層之上；

42、形成若干第二摻雜類型的第一注入?yún)^(qū)，所述第一注入?yún)^(qū)分別位于各自的所述阱區(qū)內(nèi)；

43、形成第一摻雜類型的第二注入?yún)^(qū)，其中，位于所述第一元胞區(qū)的阱區(qū)中的第一注入?yún)^(qū)的兩端的第二注入?yún)^(qū)作為所述igbt發(fā)射區(qū)，位于所述第二元胞區(qū)的阱區(qū)中的第一注入?yún)^(qū)的兩端的第二注入?yún)^(qū)作為電流傳感器電流檢測區(qū)；

44、形成柵極，所述柵極跨接在相鄰兩個阱區(qū)之間，柵極通過柵介質(zhì)層同所述igbt發(fā)射區(qū)、電流傳感器電流檢測區(qū)以及第一注入?yún)^(qū)絕緣；

45、形成絕緣介質(zhì)層，所述絕緣介質(zhì)層覆蓋所述柵極、阱區(qū)并且所述絕緣介質(zhì)層通過第一通孔露出所述第一元胞區(qū)的第一注入?yún)^(qū)及部分所述igbt發(fā)射區(qū)，所述絕緣介質(zhì)層通過第二通孔露出所述第二元胞區(qū)的第一注入?yún)^(qū)及部分所述電流傳感器電流檢測區(qū)；

46、形成igbt發(fā)射極，所述igbt發(fā)射區(qū)通過所述第一通孔引出第一金屬層形成所述igbt發(fā)射極；

47、形成電流傳感器電流檢測電極，所述電流傳感器電流檢測區(qū)通過所述第二通孔引出第二金屬層形成所述電流傳感器電流檢測電極；

48、形成第二摻雜類型的igbt集電區(qū)，所述igbt集電區(qū)位于所述漂移區(qū)的背面；

49、形成igbt集電極，所述igbt集電區(qū)引出第三金屬層作為igbt集電極。

50、可選地，所述阻擋層的摻雜濃度為1e15cm-3~1e18cm-3。

51、可選地，所述阻擋層的厚度為1μm~10μm。

52、可選地，?形成第一摻雜類型的場截止區(qū)，位于所述igbt集電區(qū)與所述漂移區(qū)之間。

53、可選地，所述第一摻雜類型為n型，所述第二摻雜類型為p型；或者所述第一摻雜類型為p型，所述第二摻雜類型為n型。

54、可選地，在所述相鄰兩個阱區(qū)之上連接所述柵極，柵極通過柵介質(zhì)層同所述igbt發(fā)射區(qū)、igbt發(fā)射極、電流傳感器電流檢測區(qū)以及第一注入?yún)^(qū)絕緣，所述柵極和所述igbt發(fā)射極位于所述半導(dǎo)體器件的正面，所述igbt集電極位于所述半導(dǎo)體器件的背面。

55、可選地，所述柵介質(zhì)層位于溝槽內(nèi)，所述溝槽位于所述相鄰兩個阱區(qū)之間，所述溝槽從所述漂移區(qū)的正面延伸至所述漂移區(qū)，所述溝槽的深度大于所述阱區(qū)的深度，所述絕緣介質(zhì)層覆蓋所述柵極、柵介質(zhì)層和阱區(qū)，且所述絕緣介質(zhì)層通過第一通孔露出所述第一元胞區(qū)的第一注入?yún)^(qū)及部分所述igbt發(fā)射區(qū)，所述絕緣介質(zhì)層通過第二通孔露出所述第二元胞區(qū)的第一注入?yún)^(qū)及部分所述電流傳感器電流檢測區(qū)，柵極通過柵介質(zhì)層同所述igbt發(fā)射區(qū)、igbt發(fā)射極、電流傳感器電流檢測區(qū)、電流傳感器電流檢測電極以及第一注入?yún)^(qū)絕緣，所述柵極和所述igbt發(fā)射極位于所述半導(dǎo)體器件的正面。

56、可選地，所述阱區(qū)之間的間隔距離相等。

57、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果：

58、1、本發(fā)明的半導(dǎo)體器件及其制造方法，由于包括：igbt元胞和電流傳感器元胞，所述igbt元胞和所述電流傳感器元胞集成在同一漂移區(qū)上，igbt元胞與電流傳感器元胞共用一個柵極，實(shí)現(xiàn)了igbt元胞和電流傳感器元胞的集成，節(jié)省面積。半導(dǎo)體器件包括第一摻雜類型的阻擋層，阻擋層位于第一摻雜類型的漂移區(qū)中，阻擋層將半導(dǎo)體器件分為第一元胞區(qū)、第二元胞區(qū)和過渡區(qū)，第二元胞區(qū)位于半導(dǎo)體器件的中間，第一元胞區(qū)位于半導(dǎo)體器件的周圍，過渡區(qū)位于第一元胞區(qū)和第二元胞區(qū)之間，阻擋層位于過渡區(qū)的漂移區(qū)內(nèi)，?第一元胞區(qū)為igbt元胞區(qū)，第二元胞區(qū)為電流傳感器元胞區(qū)；若干第二摻雜類型的阱區(qū)，阱區(qū)從漂移區(qū)的正面延伸至漂移區(qū)內(nèi)并位于阻擋層之上；若干第二摻雜類型的第一注入?yún)^(qū)，第一注入?yún)^(qū)分別位于各自的阱區(qū)內(nèi)；第一摻雜類型的第二注入?yún)^(qū)，其中，位于第一元胞區(qū)的阱區(qū)中的第一注入?yún)^(qū)的兩端的第二注入?yún)^(qū)作為igbt發(fā)射區(qū)，位于第二元胞區(qū)的阱區(qū)中的第一注入?yún)^(qū)的兩端的第二注入?yún)^(qū)作為電流傳感器電流檢測區(qū)；柵極，柵極跨接在相鄰兩個阱區(qū)之間，柵極通過柵介質(zhì)層同igbt發(fā)射區(qū)、電流傳感器電流檢測區(qū)以及第一注入?yún)^(qū)絕緣；絕緣介質(zhì)層，絕緣介質(zhì)層覆蓋柵極、阱區(qū)并且絕緣介質(zhì)層通過第一通孔露出第一元胞區(qū)的第一注入?yún)^(qū)及部分igbt發(fā)射區(qū)，絕緣介質(zhì)層通過第二通孔露出第二元胞區(qū)的第一注入?yún)^(qū)及部分電流傳感器電流檢測區(qū)；igbt發(fā)射極，igbt發(fā)射區(qū)通過第一通孔引出第一金屬層形成igbt發(fā)射極；電流傳感器電流檢測電極，電流傳感器電流檢測區(qū)通過第二通孔引出第二金屬層形成電流傳感器電流檢測電極；第二摻雜類型的igbt集電區(qū)，igbt集電區(qū)位于漂移區(qū)的背面；igbt集電極，igbt集電區(qū)引出第三金屬層作為igbt集電極。第二元胞區(qū)（電流傳感器）與第一元胞區(qū)共用一個柵極，過渡區(qū)具有阻擋層能夠提高第二元胞區(qū)與第一元胞區(qū)之間的寄生雙極型晶體管（例如pnp型雙極型晶體管）的基區(qū)濃度，使得能夠減少對電流傳感器的干擾，進(jìn)而使得電流傳感器輸出電流的準(zhǔn)確性得到提高。

59、2、本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)方法，由于包括：建立第一元胞區(qū)的輸出電流的第一數(shù)值模型，第一數(shù)值模型的變量為柵極-發(fā)射極電壓vge和集電極-發(fā)射極電壓vce；建立第二元胞區(qū)的輸出電流的第二數(shù)值模型，第二數(shù)值模型的變量為柵極-發(fā)射極電壓vge、集電極-發(fā)射極電壓vce和檢測電阻的壓降vs；步驟s3、根據(jù)第一數(shù)值模型、第二數(shù)值模型以及流經(jīng)檢測電阻的電流同時滿足第二元胞區(qū)電流特性和歐姆定律的特性，計(jì)算獲得在設(shè)定測試條件下以及第一元胞區(qū)與第二元胞區(qū)的元胞數(shù)目之比的設(shè)計(jì)值下的第一元胞區(qū)的輸出電流、第二元胞區(qū)的輸出電流以及檢測電阻的壓降vs，進(jìn)而計(jì)算獲得第一元胞區(qū)的輸出電流與第二元胞區(qū)的輸出電流之比；步驟s4、將計(jì)算獲得的檢測電阻的壓降vs以及第一元胞區(qū)的輸出電流與第二元胞區(qū)的輸出電流之比分別與對應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較，以判斷是否符合預(yù)先設(shè)定的收斂條件；若是，則第一元胞區(qū)與第二元胞區(qū)的元胞數(shù)目之比n滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，使得能夠進(jìn)入半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段；若否，則更換第一元胞區(qū)與第二元胞區(qū)的元胞數(shù)目之比n的設(shè)計(jì)值，并重復(fù)循環(huán)執(zhí)行步驟s3和步驟s4，直至判斷符合預(yù)先設(shè)定的收斂條件，使得提高了半導(dǎo)體器件初次設(shè)計(jì)的成功率。