專利名稱：具有多泄放通道可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱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)：
二十世紀80年代，新型功率MOS器件和以其為基礎(chǔ)的智能功率集成電路(Smart PowerIntegrated Circuit, SPIC)隨著微電子技術(shù)的進步迅速發(fā)展起來。SPIC是邏輯控制 電路與功率器件，直至調(diào)制模式的集成，具有低成本，高效率，高可靠性等優(yōu)點，成為航空航 天技術(shù)、工業(yè)自動化、汽車電子、未來家電和其它高新技術(shù)工業(yè)的基礎(chǔ)。單片集成開關(guān)電源 作為SPIC的一個重要分支，具有高集成度、高性價比、最簡外圍電路、最佳性能指標(biāo)、能構(gòu) 成高效率無工頻變壓器的隔離式開關(guān)電源等特點。目前，在單片集成開關(guān)電源電路設(shè)計中，為了實現(xiàn)對高壓電路和功率器件的保護， 其信號采樣主要有兩種方式，分別是電壓采樣和電流采樣。選擇合適的采樣方案，并輔以正 確的電路設(shè)計，是開關(guān)電源電路設(shè)計成敗的關(guān)鍵之一。在智能功率集成電路設(shè)計中，主要 通過信號采樣反饋控制的方式實現(xiàn)對高壓電路和功率器件的保護以及對工作狀態(tài)的監(jiān)控。 圖1為一簡化的智能開關(guān)電源電路圖。AC to DC轉(zhuǎn)換電路11將交流電壓10轉(zhuǎn)換成直流 電壓。當(dāng)柵電極15加上5. 8V電壓時，功率主開關(guān)管14開啟，電流流過變壓器12的初級線 圈。電流檢測與自充電復(fù)合器件16將會產(chǎn)生與流過功率主開關(guān)管14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18。電流檢測電路18將會產(chǎn)生一控制信號111，該控 制信號111通過主控制電路110來反饋控制主開關(guān)器件14。當(dāng)功率主開關(guān)管14關(guān)斷時，流 過電流檢測與自充電復(fù)合器件16的電流將通過充電電路17對內(nèi)部芯片進行充電，同時輸 出端的反饋信號112也被送入主控制電路110用以調(diào)整占空比。電流檢測與自充電器件承 擔(dān)著對主開關(guān)器件電流狀態(tài)的檢測，同時也承擔(dān)著對內(nèi)部電路的供電，為更好地設(shè)計充電 與檢測電路，需要對電流檢測與自充電復(fù)合器件進行有效的設(shè)計。李澤宏，等提出了一種高 壓SensorFET器件，專利CN1937257，如圖2所示。利用器件漏端為較小電壓(主開關(guān)器件 導(dǎo)通并處于線性區(qū))時工作在線性區(qū)，通過電阻分流的原理，實現(xiàn)采樣主開關(guān)器件導(dǎo)通電 流的功能；利用漏端為大電壓(主開關(guān)器件關(guān)斷)時工作在飽和區(qū)，實現(xiàn)提供電源的功能。 但是當(dāng)流過變壓器12初級線圈的電流發(fā)生變化時，初級線圈兩端有電壓V = L*(di/dt)。 功率主開關(guān)器件14關(guān)斷時，初級線圈上的電壓會上升到幾百伏，初級線圈存儲的雪崩能量 會通過電流檢測與自充電復(fù)合器件16進行泄放。由于SensorFET的器件寬度通常遠小于 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，面臨無法有效地 對雪崩能量進行泄放的問題，這時，高壓SensorFET被置于高壓或/和大電流的條件下，器 件溫度會迅速上升。當(dāng)硅的溫度達到1173K或表面溫度達到金屬-硅共熔溫度(鋁-硅為 850K)時，器件或芯片就會遭到損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有多泄放通道可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件，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SensorFET器件，其中的SensorFET器 件完成對功率變換器主開關(guān)管進行電流采樣和對內(nèi)部控制電路進行充電的功能；而功率變 換器中的主開關(guān)管具有電壓鉗位結(jié)構(gòu)，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，當(dāng)功率變換器中的主開關(guān)器件關(guān)斷時，初級 線圈存儲的雪崩能量通過SensorFET器件的可控柵區(qū)調(diào)控泄放，實現(xiàn)對泄放能量和鉗位時 間的控制；且部分泄放電流短暫開啟主開關(guān)器件，為雪崩能量的泄放提供了更多的泄放通 道，從而顯著改善初級線圈雪崩能量的泄放能力。本發(fā)明技術(shù)方案如下具有多泄放通道可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件，如圖3所示，包括一個 功率變換器的主開關(guān)管和一個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12上。所述SensorFET器件為縱向結(jié)構(gòu)，包括P型襯底12、N_漂移區(qū)13、位于P型襯底 12和N—漂移區(qū)13之間的N+埋層11 ；一個位于N—漂移區(qū)13中、一端與金屬陽電極3相連、 另一端伸入N+埋層11的深N型接觸區(qū)10 ；—個位于N—漂移區(qū)13中與金屬陰電極2相連 的N+區(qū)6 ；由與金屬陽電極3相連的深N型接觸區(qū)10、N+埋層11、N_漂移區(qū)13和金屬陰電 極2相連的N+區(qū)6構(gòu)成的充電與電流檢測通道；環(huán)繞金屬陰電極2的金屬控制電極1，與金 屬控制電極1相連的可控柵區(qū)；所述可控柵區(qū)由圍繞與金屬陰電極2相連的N+區(qū)6的P型 區(qū)9構(gòu)成；各金屬電極之間是起隔離作用的氧化層15。所述功率變換器的主開關(guān)管與所述SensorFET器件共用金屬陽電極3，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為上述多泄放通道 可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件的俯視圖。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O-A方向為SensorFET器件，0-A，方向為主開關(guān)器件。所述功率變換器的主開關(guān)管可以是縱向的MOS復(fù)合類器件，也可以是縱向的常規(guī) MOS器件。若所述功率變換器的主開關(guān)管是縱向MOS復(fù)合類器件，包括P型襯底12、N_漂移 區(qū)13、位于P型襯底12和N—漂移區(qū)13之間的N+埋層11、位于N—漂移區(qū)13和N+埋層11 之間的P+埋層18 ；—個位于N—漂移區(qū)13中，一端與金屬陽電極3相連、另一端伸入P+埋 層18的深P型接觸區(qū)17 ；—個位于N—漂移區(qū)13中的P型區(qū)8 ；—個P型區(qū)8中與主開關(guān) 管自身金屬陰電極5相連的N+區(qū)6和P+區(qū)7 ；由與金屬陽電極3相連的深P型接觸區(qū)17、 P+埋層18、N_漂移區(qū)13、包圍與主開關(guān)管自身金屬陰電極5相連的N+區(qū)6和P+區(qū)7的P型 區(qū)8、與主開關(guān)管自身金屬陰電極5相連的N+區(qū)6和P+區(qū)7構(gòu)成主開關(guān)管的電流通道；位 于主開關(guān)管自身金屬陰電極5旁邊的多晶硅柵電極4 ；一個由N型多晶硅161和P型多晶 硅162交替形成的鉗位二極管串16，所述鉗位二極管串位于N—漂移區(qū)13上方的多晶硅柵 電極4和金屬陽電極3之間，鉗位二極管串16與N—漂移區(qū)13之間是場氧化層14;各電極 之間是起隔離作用的氧化層15。若所述功率變換器的主開關(guān)管是常規(guī)縱向MOS器件，如圖4所示，包括P型襯底12、N_漂移區(qū)13、位于P型襯底12和N_漂移區(qū)13之間的N+埋層11 ；一個位于N_漂移區(qū) 13中，一端與金屬陽電極3相連、另一端伸入N+埋層11的深N型接觸區(qū)10形成的與所述 SensorFET器件共用的陽極；一個位于N_漂移區(qū)13中的P型區(qū)8 ；—個P型區(qū)8中與主開關(guān) 管自身金屬陰電極5相連的N+區(qū)6和P+區(qū)7 ；由與金屬陽電極3相連的深N型接觸區(qū)10、 N+埋層11、N_漂移區(qū)13、包圍與主開關(guān)管自身金屬陰電極5相連的N+區(qū)6和P+區(qū)7的P型 區(qū)8、與主開關(guān)管自身金屬陰電極5相連的N+區(qū)6和P+區(qū)7構(gòu)成主開關(guān)管的電流通道；位 于主開關(guān)管自身金屬陰電極5旁邊的多晶硅柵電極4 ；一個由N型多晶硅161和P型多晶 硅162交替形成的鉗位二極管串16，所述鉗位二極管串16位于N_漂移區(qū)13上方的多晶硅 柵電極4和金屬陽電極3之間，鉗位二極管串16與N—漂移區(qū)13之間是場氧化層14;各電 極之間是起隔離作用的氧化層15。本發(fā)明提供的具有多泄放通道可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件，應(yīng)用在 智能功率集成電路中時，能夠在為內(nèi)部電路提供穩(wěn)定可控的充電電流的同時，起到很好的 能量泄放作用。其中的SensorFET器件完成對功率變換器主開關(guān)管進行電流采樣和對內(nèi)部 控制電路進行充電的功能；而功率變換器中的主開關(guān)管具有電壓鉗位結(jié)構(gòu)，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，當(dāng)功率 變換器中的主開關(guān)器件關(guān)斷時，初級線圈存儲的雪崩能量通過SensorFET器件的可控柵區(qū) 調(diào)控泄放，實現(xiàn)對泄放能量和鉗位時間的控制；且部分泄放電流短暫開啟主開關(guān)器件，為雪 崩能量的泄放提供了更多的泄放通道，從而顯著改善初級線圈雪崩能量的泄放能力。


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)明提供的具有多泄放通道可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件的 剖面結(jié)構(gòu)示意圖，其中功率變換器的主開關(guān)管是縱向MOS復(fù)合類器件。圖4是本發(fā)明提供的具有多泄放通道可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件的 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)縱向MOS器件。圖5是本發(fā)明提供的具有多泄放通道可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件的 俯視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對具有多泄放通道可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件的具 體實施方式進行詳細說明。
具體實施方式
一具有多泄放通道可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件，如圖3所示，包括一個 功率變換器的主開關(guān)管和一個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12上。所述SensorFET器件為縱向結(jié)構(gòu)，包括P型襯底12、N_漂移區(qū)13、位于P型襯底 12和N—漂移區(qū)13之間的N+埋層11 ；一個位于N—漂移區(qū)13中、一端與金屬陽電極3相連、 另一端伸入N+埋層11的深N型接觸區(qū)10 ；—個位于N—漂移區(qū)13中與金屬陰電極2相連 的N+區(qū)6 ；由與金屬陽電極3相連的深N型接觸區(qū)10、N+埋層11、N_漂移區(qū)13和金屬陰電 極2相連的N+區(qū)6構(gòu)成的充電與電流檢測通道；環(huán)繞金屬陰電極2的金屬控制電極1，與金 屬控制電極1相連的可控柵區(qū)；所述可控柵區(qū)由圍繞與金屬陰電極2相連的N+區(qū)6的P型 區(qū)9構(gòu)成；各金屬電極之間是起隔離作用的氧化層15。所述功率變換器的主開關(guān)管與所述SensorFET器件共用金屬陽電極3，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為上述多泄放通道 可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件的俯視圖。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O-A方向為SensorFET器件，0-A，方向為主開關(guān)器件。所述功率變換器的主開關(guān)管是縱向MOS復(fù)合類器件，包括P型襯底12、N_漂移區(qū) 13、位于P型襯底12和N_漂移區(qū)13之間的N+埋層11、位于N_漂移區(qū)13和N+埋層11之間 的P+埋層18 ；—個位于N—漂移區(qū)13中，一端與金屬陽電極3相連、另一端伸入P+埋層18 的深P型接觸區(qū)17 ；—個位于N—漂移區(qū)13中的P型區(qū)8 ；—個P型區(qū)8中與主開關(guān)管自身 金屬陰電極5相連的N+區(qū)6和P+區(qū)7 ；由與金屬陽電極3相連的深P型接觸區(qū)17、P+埋層 18、N_漂移區(qū)13、包圍與主開關(guān)管自身金屬陰電極5相連的N+區(qū)6和P+區(qū)7的P型區(qū)8、與 主開關(guān)管自身金屬陰電極5相連的N+區(qū)6和P+區(qū)7構(gòu)成主開關(guān)管的電流通道；位于主開關(guān) 管自身金屬陰電極5旁邊的多晶硅柵電極4 ；一個由N型多晶硅161和P型多晶硅162交 替形成的鉗位二極管串16，所述鉗位二極管串16位于N—漂移區(qū)13上方的多晶硅柵電極4 和金屬陽電極3之間，鉗位二極管串16與漂移區(qū)13之間是場氧化層14 ；各電極之間是 起隔離作用的氧化層15。
具體實施方式
二具有多泄放通道可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件，如圖3所示，包括一個 功率變換器的主開關(guān)管和一個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12上。所述SensorFET器件為縱向結(jié)構(gòu)，包括P型襯底12、N_漂移區(qū)13、位于P型襯底 12和N—漂移區(qū)13之間的N+埋層11 ；一個位于N—漂移區(qū)13中、一端與金屬陽電極3相連、 另一端伸入N+埋層11的深N型接觸區(qū)10 ；—個位于N—漂移區(qū)13中與金屬陰電極2相連 的N+區(qū)6 ；由與金屬陽電極3相連的深N型接觸區(qū)10、N+埋層11、N_漂移區(qū)13和金屬陰電 極2相連的N+區(qū)6構(gòu)成的充電與電流檢測通道；環(huán)繞金屬陰電極2的金屬控制電極1，與金 屬控制電極1相連的可控柵區(qū)；所述可控柵區(qū)由圍繞與金屬陰電極2相連的N+區(qū)6的P型區(qū)9構(gòu)成；各金屬電極之間是起隔離作用的氧化層15。所述功率變換器的主開關(guān)管與所述SensorFET器件共用金屬陽電極3，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為上述多泄放通道 可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件的俯視圖。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O-A方向為SensorFET器件，0-A，方向為主開關(guān)器件。所述功率變換器的主開關(guān)管是常規(guī)縱向MOS器件，如圖4所示，包括P型襯底 12、N_漂移區(qū)13、位于P型襯底12和N_漂移區(qū)13之間的N+埋層11 ；一個位于N_漂移區(qū) 13中，一端與金屬陽電極3相連、另一端伸入N+埋層11的深N型接觸區(qū)10形成的與所述 SensorFET器件共用的陽極；一個位于N_漂移區(qū)13中的P型區(qū)8 ；—個P型區(qū)8中與主開關(guān) 管自身金屬陰電極5相連的N+區(qū)6和P+區(qū)7 ；由與金屬陽電極3相連的深N型接觸區(qū)10、 N+埋層11、N_漂移區(qū)13、包圍與主開關(guān)管自身金屬陰電極5相連的N+區(qū)6和P+區(qū)7的P型 區(qū)8、與主開關(guān)管自身金屬陰電極5相連的N+區(qū)6和P+區(qū)7構(gòu)成主開關(guān)管的電流通道；位 于主開關(guān)管自身金屬陰電極5旁邊的多晶硅柵電極4 ；一個由N型多晶硅161和P型多晶 硅162交替形成的鉗位二極管串16，所述鉗位二極管串16位于N_漂移區(qū)13上方的多晶硅 柵電極4和金屬陽電極3之間，鉗位二極管串16與N—漂移區(qū)13之間是場氧化層14;各電 極之間是起隔離作用的氧化層15。本發(fā)明提供的具有多泄放通道可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件，應(yīng)用在 智能功率集成電路中時，能夠在為內(nèi)部電路提供穩(wěn)定可控的充電電流的同時，起到很好的 能量泄放作用。下面結(jié)合附圖，并以與縱向的MOS復(fù)合類主開關(guān)器件相集成的SensorFET 器件為例來說明本發(fā)明的工作原理。具有多泄放通道可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件的金屬陽電極3接變壓 器12的初級線圈，該初級線圈接高達幾十伏甚至上百伏的直流輸入電壓。當(dāng)5. 8V電壓輸 送到主開關(guān)管多晶硅柵電極4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)器件在開啟時工作在線性區(qū)， 這時大部電流從金屬陽電極3經(jīng)過N+埋層11和漂移區(qū)13流向主開關(guān)管自身金屬陰電 極5，而一小部分電流從金屬陽電極3經(jīng)過N+埋層11和N—漂移區(qū)13流向金屬陰電極2。 由于金屬陽電極3的端電壓相同，因此，當(dāng)器件寬度一定時，流向金屬陰電極2的電流與流 向主開關(guān)管自身金屬陰電極5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 實現(xiàn)對主開關(guān)器件的電流采樣(監(jiān)控)。當(dāng)多晶硅柵電極4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Ilndurtanre不會迅速 變?yōu)?，同時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Vc。lle。t 迅速升高，使得從金屬陽電極3經(jīng)過N+埋層11和N_漂移區(qū)13流向金屬陰電 極2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，鉗位二級管串發(fā)生擊穿，這時金屬陽電極 3的電壓被鉗位在二極管串的擊穿電壓。當(dāng)存儲能量被泄放到一定程度后，Vcollector開始下 降。N+埋層11和漂移區(qū)13通向金屬陰電極2的通道擔(dān)負著對存儲能量的主要泄放工作。流過金屬陰電極2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。鉗位二極管串的泄放電流流經(jīng)主開關(guān)器件的柵電極，在主開關(guān)器件的柵電阻上產(chǎn)生 一柵電壓。當(dāng)流過鉗位二極管串的泄放能量增加時，在柵電阻上產(chǎn)生的柵壓就會隨泄放能 量的增加而上升，使得主開關(guān)器件開啟，讓雪崩能量均勻地流過主開關(guān)器件，從而一方面有 效的對雪崩能量進行泄放，另一方面防止了高泄放能量對鉗位二極管串與SensorFET部分 的損壞。由于在功率集成電路中，功率器件所占面積大約占整個芯片面積的1/3，所以主開 關(guān)在極短的時間內(nèi)便會泄放大量的能量。當(dāng)能量下降到一定水平時，流過鉗位二極管串的 泄放電流下降，從而柵電壓降低，主開關(guān)重新關(guān)斷。在器件設(shè)計時應(yīng)當(dāng)確保能量在主開關(guān)器 件最小關(guān)斷時間內(nèi)能夠完全泄放，及應(yīng)對鉗位時間進行合理的調(diào)整，使之不會影響主開關(guān) 器件的正常工作。 綜上所述，本發(fā)明所提供的自鉗位多泄放通道的充電檢流復(fù)合功率器件，可在為 內(nèi)部電路提供穩(wěn)定充電電流的同時，有效地對雪崩能量進行泄放，使得充電檢流復(fù)合功率 器件的瞬態(tài)安全工作區(qū)得到擴展。本發(fā)明通過鉗位管將陽極區(qū)與主開關(guān)部分的柵電極相 連，使得雪崩能量能夠通過鉗位二極管通道，電流檢測與充電通道和主開關(guān)通道進行泄放， 從而擴展了智能單片集成開關(guān)電源在高雪崩能量環(huán)境下的應(yīng)用。
權(quán)利要求
具有多泄放通道可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件，包括一個功率變換器的主開關(guān)管和一個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(12)上；所述SensorFET器件為縱向結(jié)構(gòu)，包括P型襯底(12)、N 漂移區(qū)(13)、位于P型襯底(12)和N 漂移區(qū)(13)之間的N+埋層(11)；一個位于N 漂移區(qū)(13)中、一端與金屬陽電極(3)相連、另一端伸入N+埋層(11)的深N型接觸區(qū)(10)；一個位于N 漂移區(qū)(13)中與金屬陰電極(2)相連的N+區(qū)(6)；由與金屬陽電極(3)相連的深N型接觸區(qū)(10)、N+埋層(11)、N 漂移區(qū)(13)和金屬陰電極(2)相連的N+區(qū)(6)構(gòu)成的充電與電流檢測通道；環(huán)繞金屬陰電極(2)的金屬控制電極(1)，與金屬控制電極(1)相連的可控柵區(qū)；所述可控柵區(qū)由圍繞與金屬陰電極(2)相連的N+區(qū)(6)的P型區(qū)(9)構(gòu)成；各金屬電極之間是起隔離作用的氧化層(15)；所述功率變換器的主開關(guān)管與所述SensorFET器件共用金屬陽電極(3)，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所述的具有多泄放通道可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件， 其特征在于，所述功率變換器的主開關(guān)管是縱向MOS復(fù)合類器件，包括P型襯底(12)、N_漂 移區(qū)(13)、位于P型襯底(12)和漂移區(qū)(13)之間的N+埋層(11)、位于N_漂移區(qū)(13) 和N+埋層(11)之間的P+埋層(18)；—個位于N—漂移區(qū)(13)中，一端與金屬陽電極(3)相 連、另一端伸/入P+埋層(18)的深P型接觸區(qū)(17)；—個位于N_漂移區(qū)(13)中的P型區(qū) ⑶；一個P型區(qū)⑶中與主開關(guān)管自身金屬陰電極(5)相連的N+區(qū)(6)和P+區(qū)(7)；由與 金屬陽電極⑶相連的深P型接觸區(qū)(17)、P+埋層(18)、N_漂移區(qū)(13)、包圍與主開關(guān)管 自身金屬陰電極(5)相連的N+區(qū)(6)和P+區(qū)(7)的P型區(qū)(8)、與主開關(guān)管自身金屬陰電 極(5)相連的N+區(qū)(6)和P+區(qū)(7)構(gòu)成主開關(guān)管的電流通道；位于主開關(guān)管自身金屬陰電 極(5)旁邊的多晶硅柵電極⑷；一個由N型多晶硅(161)和P型多晶硅(162)交替形成的 鉗位二極管串(16)，所述鉗位二極管串(16)位于N—漂移區(qū)(13)上方的多晶硅柵電極(4) 和金屬陽電極⑶之間，鉗位二極管串(16)與N—漂移區(qū)(13)之間是場氧化層(14)；各電 極之間是起隔離作用的氧化層(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多泄放通道可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件， 其特征在于，所述功率變換器的主開關(guān)管是常規(guī)縱向MOS器件，包括P型襯底(12)、N_漂 移區(qū)(13)、位于P型襯底(12)和漂移區(qū)(13)之間的N+埋層(11)；一個位于N_漂移區(qū)(13)中，一端與金屬陽電極(3)相連、另一端伸入N+埋層(11)的深N型接觸區(qū)(10)形成的 與所述SensorFET器件共用的陽極；一個位于N_漂移區(qū)(13)中的P型區(qū)(8)；—個P型區(qū) ⑶中與主開關(guān)管自身金屬陰電極(5)相連的N+區(qū)(6)和P+區(qū)(7)；由與金屬陽電極(3) 相連的深N型接觸區(qū)(10)、N+埋層(11)、N_漂移區(qū)(13)、包圍與主開關(guān)管自身金屬陰電極 (5)相連的N+區(qū)(6)和P+區(qū)(7)的P型區(qū)(8)、與主開關(guān)管自身金屬陰電極(5)相連的N+ 區(qū)(6)和P+區(qū)(7)構(gòu)成主開關(guān)管的電流通道；位于主開關(guān)管自身金屬陰電極(5)旁邊的多 晶硅柵電極(4)；一個由N型多晶硅(161)和P型多晶硅(162)交替形成的鉗位二極管串 (16)，所述鉗位二極管串(16)位于N"漂移區(qū)(13)上方的多晶硅柵電極⑷和金屬陽電極 (3)之間，鉗位二極管串(16)與N—漂移區(qū)(13)之間是場氧化層(14)；各電極之間是起隔離作用的氧化層(15)。
全文摘要
具有多泄放通道可控自鉗位SensorFET復(fù)合縱向功率器件，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)；其中的SensorFET器件完成對功率變換器主開關(guān)管進行電流采樣和對內(nèi)部控制電路進行充電的功能；而功率變換器中的主開關(guān)管具有電壓鉗位結(jié)構(gòu)，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，當(dāng)功率變換器中的主開關(guān)器件關(guān)斷時，初級線圈存儲的雪崩能量通過SensorFET器件的可控柵區(qū)調(diào)控泄放，實現(xiàn)對泄放能量和鉗位時間的控制；且部分泄放電流短暫開啟主開關(guān)器件，為雪崩能量的泄放提供了更多的泄放通道，從而顯著改善初級線圈雪崩能量的泄放能力。
文檔編號H01L29/06GK101976665SQ20101027436
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7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)