專利名稱：一種可控自鉗位SensorFET復(fù)合橫向功率器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體功率器件技術(shù)和功率集成電路技術(shù)。
背景技術(shù)：
功率集成電路是控制電路與功率負(fù)載之間的接口電路，其最簡單的電路包括電平 轉(zhuǎn)移和驅(qū)動(dòng)電路，它的作用是將微處理器輸出的邏輯信號電平轉(zhuǎn)換成足以驅(qū)動(dòng)負(fù)載的驅(qū)動(dòng) 信號電平。功率集成電路出現(xiàn)于上世紀(jì)七十年代后期，由于單芯片集成，功率集成電路減少 了系統(tǒng)中的元件數(shù)、互連數(shù)和焊點(diǎn)數(shù)，不僅提高了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，而且減少了系統(tǒng) 的功耗、體積、重量和成本。能夠?qū)ぷ鳡顟B(tài)進(jìn)行自我管理，能對突發(fā)事件作出反應(yīng)并采取 相應(yīng)的應(yīng)對措施(稱之為智能)。對于功率IC而言，自我管理就是采用不同的控制方式對 功率開關(guān)管進(jìn)行控制。對突發(fā)事件的應(yīng)對能力主要包括自啟動(dòng)、過流保護(hù)及前沿消隱、過溫 保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)和ESD防護(hù)。具有上述功能的功率集成電路可稱之為智能功率集 成電路(SPIC Smart Power Integrated Circuit 或 IPC !Intelligent Power Integrated Circuit)ο當(dāng)智能功率集成電路使用在85V 265V的交流輸入電壓范圍內(nèi)時(shí)，如何監(jiān)控高壓 環(huán)境的電流狀態(tài)和電壓狀態(tài)成為智能功率器件和電路研究的一個(gè)重要方向。在智能功率集 成電路設(shè)計(jì)中，主要通過信號采樣、反饋控制的方式實(shí)現(xiàn)對高壓電路和功率器件的保護(hù)以 及對工作狀態(tài)的監(jiān)控。信號采樣主要有兩種方式，分別是電壓采樣和電流采樣。常用的電 流采樣方式有以下幾種(1)在輸出回路中串接電阻進(jìn)行電流采樣。當(dāng)電阻為固定值時(shí)，電 壓的變化就反映出電流的變化情況。但是檢測電阻會(huì)增加額外的功耗，其數(shù)值可達(dá)數(shù)瓦，甚 至十幾瓦。(2)利用MOSFET器件的漏源電阻Rds進(jìn)行電流采樣。MOS器件工作于線性區(qū)時(shí)， 可以當(dāng)作有源電阻。通過調(diào)整MOS管的柵電壓來調(diào)整Rds值，達(dá)到檢測電流的目的。MOSFET 的導(dǎo)通電阻具有較大的正溫度系數(shù)，且導(dǎo)通電阻的大小與柵電壓也密切相關(guān)，所以獲得的 信號電壓將存在很大的誤差。(3)利用HEX-Sense功率開關(guān)器件進(jìn)行電流采樣。HEX-Sense 器件由并聯(lián)的兩個(gè)分立源極的MOSFET組成，通常被稱為功率器件和檢測器件。其主要參 數(shù)是電流檢測率(T)，它是源極管腳電流與檢測管腳電流的比率(ISOT。E/ISENSE)。(4)利用 SENSEFET器件進(jìn)行電流采樣。將負(fù)載電流分入到功率或感應(yīng)元件，因此使得信號級電阻器 可以用來進(jìn)行電流采樣。通常SENSEFET的寬度遠(yuǎn)小于主器件的柵寬，比例越小，功耗越小， 但是電流檢測準(zhǔn)確度也會(huì)降低，因此要在功耗和準(zhǔn)確度之間取合適的值。對于Flyback模式的智能功率控制IC，通常要求內(nèi)部電路具有穩(wěn)定的低壓電源， 同時(shí)需要采樣功率主開關(guān)管的導(dǎo)通電流，將導(dǎo)通電流送入內(nèi)部比較電路進(jìn)行處理，從而實(shí) 現(xiàn)對二級輸出的精確控制。圖1為一簡化的自充電和電流檢測控制電路。當(dāng)功率主開關(guān)管 17開啟時(shí)，電流檢測與自充電復(fù)合器件16將會(huì)產(chǎn)生與流過功率主開關(guān)管17的導(dǎo)通電流成 比例的電流，并將該電流輸入電流檢測電路15。當(dāng)功率主開關(guān)管17關(guān)斷時(shí)，流過電流檢測 與自充電復(fù)合器件16的電流將對供電電容111進(jìn)行充電。所以對充電與檢測電路的設(shè)計(jì)成 為智能功率IC設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一。但是上述眾多采樣控制方式無法滿足Flyback模式的智能功率控制IC的應(yīng)用要求。為更好地設(shè)計(jì)充電與檢測電路，需要對電流檢測與自充電復(fù)合 器件進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)。李澤宏等人提出了一種高壓SensorFET器件(CN200610021845. 4)， 利用高壓JFET進(jìn)行電流檢測，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對芯片內(nèi)部進(jìn)行充電的功能，如圖2所示。但是當(dāng) 流過變壓器120初級線圈的電流發(fā)生變化時(shí)，初級線圈兩端有電壓V = L*(di/dt)。功率主 開關(guān)器件17關(guān)斷時(shí)，初級線圈上的電壓會(huì)上升到幾百伏，初級線圈存儲(chǔ)的雪崩能量會(huì)通過 電流檢測與自充電復(fù)合器件16進(jìn)行泄放。由于SensorFET的器件寬度通常遠(yuǎn)小于主開關(guān) 器件的寬度，所以上述高壓SensorFET器件在主開關(guān)器件關(guān)斷時(shí)，面臨無法有效地對雪崩 能量進(jìn)行泄放的問題，這時(shí)，高壓SensorFET被置于高壓或/和大電流的條件下，器件溫度 會(huì)迅速上升。當(dāng)硅的溫度達(dá)到1173K或表面溫度達(dá)到金屬-硅共熔溫度(鋁-硅為850K) 時(shí)，器件或芯片就會(huì)遭到損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可控自鉗位SensorFET復(fù)合橫向功率器件，該復(fù)合功率器件復(fù)合 了功率變換器中的主開關(guān)管和一個(gè)SensorFET器件，其中的SensorFET器件能夠在對功率 變換器主開關(guān)管進(jìn)行電流采樣和對內(nèi)部控制電路進(jìn)行充電的基礎(chǔ)上，通過電壓鉗位，使功 率變換器初級線圈電壓維持在SensorFET器件的瞬態(tài)安全工作區(qū)以內(nèi)，同時(shí)利用可控柵區(qū) 調(diào)控能量的泄放，實(shí)現(xiàn)對泄放能量和鉗位時(shí)間的控制。本發(fā)明技術(shù)方案如下一種可控自鉗位SensorFET復(fù)合橫向功率器件，如圖3所示，包括一個(gè)功率變換器 的主開關(guān)管和一個(gè)SensorFET器件；所述功率變換器的主開關(guān)管和SensorFET器件集成于 同一 P型襯底11上。所述SensorFET器件包括一個(gè)由第一 P型層9、N_漂移區(qū)10和P型襯底11構(gòu)成 的Double-RESURF結(jié)構(gòu)，其中第一 P型層9位于N—漂移區(qū)10中；一個(gè)由金屬陰電極1所連 接的N+區(qū)6、N_漂移區(qū)10和金屬陽電極3所連接的N+區(qū)6構(gòu)成的充電與電流檢測通道，其 中金屬陰電極1所連接的N+區(qū)6和金屬陽電極3所連接的N+區(qū)6分別位于第一 P型層9兩 側(cè)的N_漂移區(qū)10中；一個(gè)由N型多晶硅131和P型多晶硅132交替形成的鉗位二極管串， 所述鉗位二極管串位于第一 P型層9和N—漂移區(qū)10上方的金屬控制電極2和金屬陽電極 3之間，鉗位二極管串與第一 P型層9和N—漂移區(qū)10之間是場氧化層14 ；一個(gè)由金屬控制 電極2所連接的P+區(qū)7和P型區(qū)8構(gòu)成的可控柵區(qū)；三個(gè)金屬電極之間是起隔離作用的氧 化層。所述功率變換器的主開關(guān)管與所述SensorFET器件共用陽極，但所述功率變換器 的主開關(guān)管中電流方向與所述SensorFET器件中電流方向相互垂直(即功率變換器的主開 關(guān)管的橫向軸線與SensorFET器件的橫向軸線相互垂直)。圖5為上述與主開關(guān)相集成的 自鉗位可控SensorFET器件的俯視圖。圖3與圖4為沿著圖5中切線Α-0-Α’方向的器件 剖面展開圖。自鉗位可控SensorFET器件制作在主開關(guān)器件某一分支的尾部，同時(shí)為減小 SensorFET器件對主開關(guān)器件的影響，SensorFET器件與主開關(guān)器件采用垂直布局的方式， 其中0-A’方向?yàn)橹鏖_關(guān)器件，O-A方向?yàn)樽糟Q位可控SensorFET器件。所述功率變換器的主開關(guān)管可以是橫向的MOS復(fù)合類器件，也可以是橫向的常規(guī) MOS器件。
若所述功率變換器的主開關(guān)管是橫向MOS復(fù)合類器件，如圖3所示，包括一個(gè)由第 二 P型層9、N_漂移區(qū)10和P型襯底11構(gòu)成的Double-RESURF結(jié)構(gòu)，其中第二 P型層9位 于漂移區(qū)10中；第二 P型層9兩側(cè)分別是與SensorFET器件共用的金屬陽電極相連的 陽極區(qū)和與功率變換器的主開關(guān)管自身金屬陰電極4相連的陰極區(qū)，其中所述陽極區(qū)由一 個(gè)N+區(qū)6和一個(gè)P+區(qū)7形成陽極短路結(jié)構(gòu)；第二 P型層9和N"漂移區(qū)10的上方是多晶硅 柵電極5 ；多晶硅柵電極5與第二 P型層9和N_漂移區(qū)10之間是場氧化層14，多晶硅柵電 極5與共用金屬陽電極3和功率變換器的主開關(guān)管自身金屬陰電極4之間是起隔離作用的 氧化層。若所述功率變換器的主開關(guān)管是常規(guī)橫向MOS器件，如圖4所示，包括一個(gè)由第二 P型層9、N—漂移區(qū)10和P型襯底11構(gòu)成的Double-RESURF結(jié)構(gòu)，其中第二 P型層9位于 N_漂移區(qū)10中；第二 P型層9兩側(cè)分別是與SensorFET器件共用的金屬陽電極相連的陽極 區(qū)和與功率變換器的主開關(guān)管自身金屬陰電極4相連的陰極區(qū)，其中所述陽極區(qū)由一個(gè)N+ 區(qū)6形成；第二 P型層9和N—漂移區(qū)10的上方是多晶硅柵電極5 ；多晶硅柵電極5與第二 P型層9和N_漂移區(qū)10之間是場氧化層14，多晶硅柵電極5與共用金屬陽電極3和功率 變換器的主開關(guān)管自身金屬陰電極4之間是起隔離作用的氧化層。本發(fā)明所提供的可控自鉗位SensorFET復(fù)合橫向功率器件，可在為內(nèi)部電路提供 穩(wěn)定充電電流的同時(shí)，有效地對雪崩能量進(jìn)行泄放，使得SensorFET器件的瞬態(tài)安全工作 區(qū)得到擴(kuò)展。同時(shí)本發(fā)明通過鉗位管與控制柵區(qū)的連接，實(shí)現(xiàn)了對能量泄放大小和鉗位時(shí) 間的控制，從而擴(kuò)展了智能功率IC在高雪崩能量環(huán)境下的應(yīng)用，例如點(diǎn)火領(lǐng)域。


圖1是簡化的自充電和電流檢測控制電路示意圖其中，10是地電極，11是漏電極，12是柵電極，13是連接線，14是充電控制子電路， 15是電流檢測控制子電路，16是電流檢測與自充電復(fù)合器件，17是功率主開關(guān)器件，18是 電阻，19是NMOS器件，110是NMOS器件，111是供電電容，112是NMOS器件，113是電流檢 測電阻，114是供電輸出端，115是電流比較器的同相輸入端，116是電流比較器的反相輸入 端，117是電流比較器的輸出端，118是電流比較器，119是電流，120是變壓器。圖2是現(xiàn)有的高壓SensorFET器件的結(jié)構(gòu)示意圖其中，21是漏極，22是P (或N)柵區(qū)，23是柵極，24是源極，25是N+(或P+)源區(qū)， 26是P (或N)襯底，27是N+(或P+)漏區(qū)，28是N(或P)阱或是N(或P)外延層。圖3是本發(fā)明提供的可控自鉗位SensorFET復(fù)合橫向功率器件的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖，其中功率變換器的主開關(guān)管是橫向MOS復(fù)合類器件。圖4是本發(fā)明提供的可控自鉗位SensorFET復(fù)合橫向功率器件的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖，其中功率變換器的主開關(guān)管是常規(guī)橫向MOS器件。圖5是本發(fā)明提供的可控自鉗位SensorFET復(fù)合橫向功率器件的俯視圖。圖6是本發(fā)明提供的可控自鉗位SensorFET復(fù)合橫向功率器件的電流電壓隨時(shí)間 變化的關(guān)系圖。圖7是本發(fā)明提供的可控自鉗位SensorFET復(fù)合橫向功率器件的鉗位時(shí)間與端電 壓的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對自鉗位可控SensorFET器件的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
一一種可控自鉗位SensorFET復(fù)合橫向功率器件，如圖3所示，包括一個(gè)功率變換器 的主開關(guān)管和一個(gè)SensorFET器件；所述功率變換器的主開關(guān)管和SensorFET器件集成于 同一 P型襯底11上。所述SensorFET器件包括一個(gè)由第一 P型層9、N_漂移區(qū)10和P型襯底11構(gòu)成 的Double-RESURF結(jié)構(gòu)，其中第一 P型層9位于N—漂移區(qū)10中；一個(gè)由金屬陰電極1所連 接的N+區(qū)6、N_漂移區(qū)10和金屬陽電極3所連接的N+區(qū)6構(gòu)成的充電與電流檢測通道，其 中金屬陰電極1所連接的N+區(qū)6和金屬陽電極3所連接的N+區(qū)6分別位于第一 P型層9兩 側(cè)的N_漂移區(qū)10中；一個(gè)由N型多晶硅131和P型多晶硅132交替形成的鉗位二極管串， 所述鉗位二極管串位于第一 P型層9和N—漂移區(qū)10上方的金屬控制電極2和金屬陽電極 3之間，鉗位二極管串與第一 P型層9和N—漂移區(qū)10之間是場氧化層14 ；一個(gè)由金屬控制 電極2所連接的P+區(qū)7和P型區(qū)8構(gòu)成的可控柵區(qū)；三個(gè)金屬電極之間是起隔離作用的氧 化層。所述功率變換器的主開關(guān)管與所述SensorFET器件共用陽極，但所述功率變換器 的主開關(guān)管中電流方向與所述SensorFET器件中電流方向相互垂直(即功率變換器的主開 關(guān)管的橫向軸線與SensorFET器件的橫向軸線相互垂直)。圖5為上述與主開關(guān)相集成的 自鉗位可控SensorFET器件的俯視圖。圖3與圖4為沿著圖5中切線Α-0-Α’方向的器件 剖面展開圖。自鉗位可控SensorFET器件制作在主開關(guān)器件某一分支的尾部，同時(shí)為減小 SensorFET器件對主開關(guān)器件的影響，SensorFET器件與主開關(guān)器件采用垂直布局的方式， 其中0-A’方向?yàn)橹鏖_關(guān)器件，O-A方向?yàn)樽糟Q位可控SensorFET器件。所述功率變換器的主開關(guān)管是橫向MOS復(fù)合類器件，如圖3所示，包括一個(gè)由第二 P型層9、N—漂移區(qū)10和P型襯底11構(gòu)成的Double-RESURF結(jié)構(gòu)，其中第二 P型層9位于 N_漂移區(qū)10中；第二 P型層9兩側(cè)分別是與SensorFET器件共用的金屬陽電極相連的陽極 區(qū)和與功率變換器的主開關(guān)管自身金屬陰電極4相連的陰極區(qū)，其中所述陽極區(qū)由一個(gè)N+ 區(qū)6和一個(gè)P+區(qū)7形成陽極短路結(jié)構(gòu)；第二 P型層9和N—漂移區(qū)10的上方是多晶硅柵電 極5 ；多晶硅柵電極5與第二 P型層9和N_漂移區(qū)10之間是場氧化層14，多晶硅柵電極5 與共用金屬陽電極3和功率變換器的主開關(guān)管自身金屬陰電極4之間是起隔離作用的氧化 層。
具體實(shí)施方式
二一種可控自鉗位SensorFET復(fù)合橫向功率器件，如圖4所示，包括一個(gè)功率變換器 的主開關(guān)管和一個(gè)SensorFET器件；所述功率變換器的主開關(guān)管和SensorFET器件集成于 同一 P型襯底11上。所述SensorFET器件包括一個(gè)由第一 P型層9、N_漂移區(qū)10和P型襯底11構(gòu)成 的Double-RESURF結(jié)構(gòu)，其中第一 P型層9位于N—漂移區(qū)10中；一個(gè)由金屬陰電極1所連 接的N+區(qū)6、N_漂移區(qū)10和金屬陽電極3所連接的N+區(qū)6構(gòu)成的充電與電流檢測通道，其 中金屬陰電極1所連接的N+區(qū)6和金屬陽電極3所連接的N+區(qū)6分別位于第一 P型層9兩側(cè)的N_漂移區(qū)10中；一個(gè)由N型多晶硅131和P型多晶硅132交替形成的鉗位二極管串， 所述鉗位二極管串位于第一 P型層9和N—漂移區(qū)10上方的金屬控制電極2和金屬陽電極 3之間，鉗位二極管串與第一 P型層9和N—漂移區(qū)10之間是場氧化層14 ；一個(gè)由金屬控制 電極2所連接的P+區(qū)7和P型區(qū)8構(gòu)成的可控柵區(qū)；三個(gè)金屬電極之間是起隔離作用的氧化層。所述功率變換器的主開關(guān)管與所述SensorFET器件共用陽極，但所述功率變換器 的主開關(guān)管中電流方向與所述SensorFET器件中電流方向相互垂直(即功率變換器的主開 關(guān)管的橫向軸線與SensorFET器件的橫向軸線相互垂直)。圖5為上述與主開關(guān)相集成的 自鉗位可控SensorFET器件的俯視圖。圖3與圖4為沿著圖5中切線Α-0-Α’方向的器件 剖面展開圖。自鉗位可控SensorFET器件制作在主開關(guān)器件某一分支的尾部，同時(shí)為減小 SensorFET器件對主開關(guān)器件的影響，SensorFET器件與主開關(guān)器件采用垂直布局的方式， 其中0-A’方向?yàn)橹鏖_關(guān)器件，O-A方向?yàn)樽糟Q位可控SensorFET器件。所述功率變換器的主開關(guān)管是常規(guī)橫向MOS器件，如圖4所示，包括一個(gè)由第二 P型層9、N—漂移區(qū)10和P型襯底11構(gòu)成的Double-RESURF結(jié)構(gòu)，其中第二 P型層9位于 N_漂移區(qū)10中；第二 P型層9兩側(cè)分別是與SensorFET器件共用的金屬陽電極相連的陽極 區(qū)和與功率變換器的主開關(guān)管自身金屬陰電極4相連的陰極區(qū)，其中所述陽極區(qū)由一個(gè)N+ 區(qū)6形成；第二 P型層9和N—漂移區(qū)10的上方是多晶硅柵電極5 ；多晶硅柵電極5與第二 P型層9和N_漂移區(qū)10之間是場氧化層14，多晶硅柵電極5與共用金屬陽電極3和功率 變換器的主開關(guān)管自身金屬陰電極4之間是起隔離作用的氧化層。本發(fā)明提供的可控自鉗位SensorFET復(fù)合橫向功率器件，應(yīng)用在智能功率集成電 路中時(shí)，能夠在為內(nèi)部電路提供穩(wěn)定可控的充電電流的同時(shí)，起到很好的能量泄放作用。下 面結(jié)合附圖，并以與橫向的MOS復(fù)合類主開關(guān)器件相集成的自鉗位可控SensorFET器件為 例來說明本發(fā)明的工作原理。金屬陽電極3接變壓器120的初級線圈，該初級線圈接高達(dá)幾十伏甚至上百伏的 直流輸入電壓。當(dāng)5. 8V的電壓輸送到多晶硅柵電極5上后，導(dǎo)電溝道開啟，電流流過初級 線圈，變壓器的初級線圈開始存儲(chǔ)能量。一般通過設(shè)置主開關(guān)器件的寬度使得主開關(guān)器件 在開啟時(shí)工作在線性區(qū)，這時(shí)大部電流從金屬陽電極3經(jīng)過N_漂移區(qū)10流向主開關(guān)管自身 金屬陰電極4，而一小部分電流從金屬陽電極3經(jīng)過N_漂移區(qū)10流向金屬陰電極1。由于 金屬陽電極極3端電壓相同，因此，當(dāng)器件寬度一定時(shí)，流向金屬陰電極1的電流與流向主 開關(guān)管自身金屬陰電極4的電流成一一對應(yīng)關(guān)系，從而利用圖1中的電流檢測電路15實(shí)現(xiàn) 對主開關(guān)器件的電流采樣(監(jiān)控)。圖6顯示了本發(fā)明提供的可控自鉗位SensorFET復(fù)合 橫向功率器件的電流電壓隨時(shí)間的變化曲線(仿真采用(IOO)P型襯底、電阻率80 Ω - cm；區(qū)10注入劑量1. 8 X IO12Cnr2、能量2MeV ；P型層9①注入劑量2. OX 10 πΓ2、能量700keV, ②注入劑量3. 0 X IO11Cm"2,能量450keV，③注入劑量6. 0 X IO11CnT2,能量220keV，④注入劑 量2. OX 1012cm_2、能量30keV ；P型區(qū)8利用P型層9形成)。當(dāng)多晶硅柵電極5所加?xùn)艍?(Gatel Voltage)被去掉后，主開關(guān)器件關(guān)斷，但是電感的固有特性使得流過初級線圈的電 流不會(huì)迅速變?yōu)?，同時(shí)電流的變化使得初級線圈兩端有電壓V = L*(di/dt)。由 于金屬陽電極3的電壓Vfollecto迅速升高，使得從金屬陽電極3經(jīng)過N_漂移區(qū)流向金屬陰 電極1的電流呈現(xiàn)飽和特性，為充電電容111提供穩(wěn)定的充電電流。當(dāng)金屬陽電極3的電壓Vc。lle。t 上升到鉗位二級管串的擊穿電壓時(shí)，鉗位二級管串發(fā)生擊穿，這時(shí)金屬陽電 極3的電壓被鉗位在二極管串的擊穿電壓，即圖7中所示V。。lle。t 的平頂電壓。當(dāng)存儲(chǔ)能量 被泄放到一定程度后，V?！_始下降。N—漂移區(qū)通向金屬陰電極1的通道擔(dān)負(fù)著對存儲(chǔ) 能量的主要泄放工作。流過金屬陰電極1的電流一方面為充電電容提供充電電流，另一方 面為初級線圈泄放能量。金屬電極2為控制電極，該電極通過所加電壓來控制流向金屬陰 電極1的電流。圖7顯示了鉗位時(shí)間與金屬電極1和2間端電壓(Veate2_SmJ的關(guān)系，鉗位 時(shí)間隨著的增大而減小。鉗位二極管串的擊穿電流流過金屬電極2的外接電阻， 產(chǎn)生一柵壓Veate2。該柵壓與金屬電極1的電壓形成對泄放能力的控制，從而起到控制鉗位 時(shí)間的作用，同時(shí)也可通過在金屬電極2上外加電壓來控制能量泄放。鉗位的目的在于將 原本較大的能量泄放流量控制在器件能夠承受的合理范圍之內(nèi)。在總泄放能量一定的情況 下，鉗位所帶來的一個(gè)問題就是能量泄放時(shí)間的增加，所以在器件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)確保能量在 主開關(guān)器件最小關(guān)斷時(shí)間內(nèi)能夠完全泄放，及應(yīng)對鉗位時(shí)間進(jìn)行合理的調(diào)整，使之不會(huì)影 響主開關(guān)器件的正常工作。 綜上所述，本發(fā)明所提供的自鉗位可控SensorFET器件，可在為內(nèi)部電路提供穩(wěn) 定充電電流的同時(shí)，有效地對雪崩能量進(jìn)行泄放，使得SensorFET器件的瞬態(tài)安全工作區(qū) 得到擴(kuò)展。同時(shí)本發(fā)明通過鉗位管與控制柵區(qū)的連接，實(shí)現(xiàn)了對能量泄放大小和鉗位時(shí)間 的控制，從而擴(kuò)展了智能功率IC在高雪崩能量環(huán)境下的應(yīng)用，例如點(diǎn)火領(lǐng)域。
權(quán)利要求
一種可控自鉗位SensorFET復(fù)合橫向功率器件，包括一個(gè)功率變換器的主開關(guān)管和一個(gè)SensorFET器件；所述功率變換器的主開關(guān)管和SensorFET器件集成于同一P型襯底(11)上；所述SensorFET器件包括一個(gè)由第一P型層(9)、N 漂移區(qū)(10)和P型襯底(11)構(gòu)成的Double RESURF結(jié)構(gòu)，其中第一P型層(9)位于N 漂移區(qū)(10)中；一個(gè)由金屬陰電極(1)所連接的N+區(qū)(6)、N 漂移區(qū)(10)和金屬陽電極(3)所連接的N+區(qū)(6)構(gòu)成的充電與電流檢測通道，其中金屬陰電極(1)所連接的N+區(qū)(6)和金屬陽電極(3)所連接的N+區(qū)(6)分別位于第一P型層(9)兩側(cè)的N 漂移區(qū)(10)中；一個(gè)由N型多晶硅(131)和P型多晶硅(132)交替形成的鉗位二極管串，所述鉗位二極管串位于第一P型層(9)和N 漂移區(qū)(10)上方的金屬控制電極(2)和金屬陽電極(3)之間，鉗位二極管串與第一P型層(9)和N 漂移區(qū)(10)之間是場氧化層(14)；一個(gè)由金屬控制電極(2)所連接的P+區(qū)(7)和P型區(qū)(8)構(gòu)成的可控柵區(qū)；三個(gè)金屬電極之間是起隔離作用的氧化層；所述功率變換器的主開關(guān)管與所述SensorFET器件共用陽極，但所述功率變換器的主開關(guān)管中電流方向與所述SensorFET器件中電流方向相互垂直，即功率變換器的主開關(guān)管的橫向軸線與SensorFET器件的橫向軸線相互垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控自鉗位SensorFET復(fù)合橫向功率器件，其特征在于，所述 功率變換器的主開關(guān)管是橫向MOS復(fù)合類器件，包括一個(gè)由第二 P型層(9)、K漂移區(qū)(10) 和P型襯底(11)構(gòu)成的Double-RESURF結(jié)構(gòu)，其中第二 P型層(9)位于N—漂移區(qū)(10)中； 第二 P型層(9)兩側(cè)分別是與SensorFET器件共用的金屬陽電極相連的陽極區(qū)和與功率變 換器的主開關(guān)管自身金屬陰電極⑷相連的陰極區(qū)，其中所述陽極區(qū)由一個(gè)N+區(qū)(6)和一 個(gè)P+區(qū)(7)形成陽極短路結(jié)構(gòu)；第二 P型層(9)和N—漂移區(qū)(10)的上方是多晶硅柵電極 (5)；多晶硅柵電極(5)與第二 P型層(9)和『漂移區(qū)(10)之間是場氧化層(14)，多晶硅 柵電極(5)與共用金屬陽電極(3)和功率變換器的主開關(guān)管自身金屬陰電極⑷之間是起 隔離作用的氧化層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控自鉗位SensorFET復(fù)合橫向功率器件，其特征在于，所述 功率變換器的主開關(guān)管是常規(guī)橫向MOS器件，包括一個(gè)由第二 P型層(9)、N-漂移區(qū)(10) 和P型襯底(11)構(gòu)成的Double-RESURF結(jié)構(gòu)，其中第二 P型層(9)位于N—漂移區(qū)(10)中； 第二 P型層(9)兩側(cè)分別是與SensorFET器件共用的金屬陽電極相連的陽極區(qū)和與功率變 換器的主開關(guān)管自身金屬陰電極⑷相連的陰極區(qū)，其中所述陽極區(qū)由一個(gè)N+區(qū)(6)形成； 第二 P型層(9)和N—漂移區(qū)(10)的上方是多晶硅柵電極(5)；多晶硅柵電極(5)與第二 P 型層(9)和N—漂移區(qū)(10)之間是場氧化層(14)，多晶硅柵電極(5)與共用金屬陽電極(3) 和功率變換器的主開關(guān)管自身金屬陰電極(4)之間是起隔離作用的氧化層。
全文摘要
一種可控自鉗位SensorFET復(fù)合橫向功率器件，屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)和功率集成電路技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將功率變換器的主開關(guān)管與SensorFET器件集成于同一P型襯底上，二者采用共用陽極結(jié)構(gòu)，其中所述SensorFET器件的控制電極與共用陽極之間具有鉗位二極管串，所述功率變換器的主開關(guān)管可以是橫向MOS復(fù)合類器件或常規(guī)MOS器件。本發(fā)明提供的可控自鉗位SensorFET復(fù)合橫向功率器件，可在為內(nèi)部電路提供穩(wěn)定充電電流的同時(shí)，有效地對雪崩能量進(jìn)行泄放，使得SensorFET器件的瞬態(tài)安全工作區(qū)得到擴(kuò)展。同時(shí)本發(fā)明通過鉗位管與控制柵區(qū)的連接，實(shí)現(xiàn)了對能量泄放大小和鉗位時(shí)間的控制，從而擴(kuò)展了智能功率IC在高雪崩能量環(huán)境下的應(yīng)用，例如點(diǎn)火領(lǐng)域。
文檔編號H01L27/02GK101980363SQ20101026899
公開日2011年2月23日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者張波, 李澤宏, 洪辛, 胡濤, 鄧光平, 錢振華 申請人:電子科技大學(xué)