專利名稱：垂直互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，具體是ー種主要用于形成直流-直流變換器(DC/DCConverter)中積木式組件的垂直互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管。
背景技術(shù)：
目前，積木式組件(Building Block)被廣泛地應(yīng)用于各種電路設(shè)計(jì)及生產(chǎn)中。積木式組件包括分離的電源開(kāi)關(guān)、電感器、電容器等，為了提高功率密度和開(kāi)關(guān)頻率，設(shè)計(jì)高度集成的積木式組件顯得很有必要。圖I所示為ー種直流-直流變換器的原理圖，SWl和SW2為兩個(gè)MOS管開(kāi)關(guān)，對(duì)應(yīng)這種電路，應(yīng)用CMOS技術(shù)，可以將SWl和SW2集成在一個(gè)積木式組件中。現(xiàn)有集成CMOS結(jié)構(gòu)如圖2所示,兩個(gè)PN極性相反的MOS單元分別設(shè)在P襯底(p-substrate)和N井(n_well)上，SW1、SW2的源極和漏極都設(shè)在上表面，SWl的漏極、SW2的源極分別接Vin電位和GND電位，SW2的漏極、Sffl的源極則相接并輸出電位VX，通過(guò)控制SW1、SW2的開(kāi)關(guān)來(lái)控制VX電位。這種結(jié)構(gòu)存在如下問(wèn)題1)這種橫向結(jié)構(gòu)因?yàn)閭?cè)電流的影響容易在P襯底和N井中產(chǎn)生自偏效應(yīng)，限制了芯片的尺寸，進(jìn)ー步也限制了轉(zhuǎn)換器的額定電流；2)和分離結(jié)構(gòu)相比，擊穿電壓較??；3)芯片表面有三個(gè)電流端子(Vin、GND、VX)，也限制了功率密度和芯片的尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供ー種垂直互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管及方法，通過(guò)改進(jìn)芯片結(jié)構(gòu)，來(lái)減小對(duì)芯片尺寸的限制，并提高擊穿電壓。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
垂直互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管，包括至少兩個(gè)MOS単元，其特征在于還包括襯底層和設(shè)于襯底層上的中間層，該中間層與ー個(gè)MOS単元對(duì)應(yīng)處嵌有井區(qū)，襯底層的PN極性與中間層相反，與井區(qū)相同，所述的姆個(gè)MOS單兀包括一對(duì)PN同性電極和一個(gè)柵極，兩個(gè)MOS單兀的電極PN極性相反，其中一對(duì)電極設(shè)于中間層上井能在柵極控制下在中間層形成導(dǎo)通溝道，另ー對(duì)電極設(shè)于井上井能在柵極控制下在井中形成導(dǎo)通溝道，所述的襯底層局部延伸入中間層并形成位于兩個(gè)MOS単元之間的栓部，襯底層的下側(cè)設(shè)有導(dǎo)出端，當(dāng)兩個(gè)MOS単元的柵極施加開(kāi)通電壓后，形成MOS単元-栓部-襯底層-導(dǎo)出端的兩個(gè)導(dǎo)流通道。作為對(duì)上述技術(shù)方案的完善和補(bǔ)充，本發(fā)明進(jìn)一步采取如下技術(shù)措施或是這些措施的任意組合
所述的襯底為N+材料，中間層為P-材料，井區(qū)為N-材料，位于中間層上的MOS單元兩個(gè)電極均為N+材料，而位于井區(qū)的MOS單元兩個(gè)電極均為P+材料。所述的襯底為P+材料，中間層為N-材料，井區(qū)為P-材料，位于中間層上的MOS單 元兩個(gè)電極均為P+材料，而位于井區(qū)的MOS單元兩個(gè)電極均為N+材料。
本發(fā)明也可采用如下方案
垂直互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管，包括至少兩個(gè)MOS単元，其特征在于還包括襯底層和設(shè)于襯底層上的中間層，兩個(gè)MOS單元設(shè)于中間層上且共用一個(gè)電極，另兩個(gè)電極則作為兩個(gè)導(dǎo)入端，這三個(gè)電極的PN極性都相同且與中間層相反，所述的襯底層局部延伸入中間層形成栓部并與共用電極連通，襯底層的下側(cè)設(shè)有導(dǎo)出端，襯底層與電極的PN極性相同，當(dāng)兩個(gè)MOS單元的柵極施加開(kāi)通電壓后，形成導(dǎo)入端電極-共用電極-栓部-襯底層-導(dǎo)出端的兩個(gè)導(dǎo)流通道。作為對(duì)上述技術(shù)方案的完善和補(bǔ)充，本發(fā)明進(jìn)一步采取如下技術(shù)措施或是這些措施的任意組合
所述的襯底為N+材料，中間層為P-材料，位于中間層上的兩個(gè)MOS單元的兩個(gè)電極均為N+材料。 所述的襯底為P+材料，中間層為N-材料，位于中間層上的兩個(gè)MOS單元的兩個(gè)電 極均為P+材料。在所述MOS単元的漏電極和柵極間設(shè)置輕摻雜漏區(qū)，來(lái)有效提高芯片的擊穿電壓。有益效果本發(fā)明通過(guò)設(shè)置豎向的栓引導(dǎo)電流豎向流動(dòng)，改原有的橫向結(jié)構(gòu)為豎向結(jié)構(gòu)，避免橫向側(cè)電流引起自偏效應(yīng)，且芯片表面只需要兩個(gè)電流端子，有助于增大芯片尺寸和功率密度，提高轉(zhuǎn)換器的額定電流。由于增加了中間層，在采用低摻雜漏(LDD)エ藝的情況下，可以有效增大擊穿電壓，器件工作更加安全；本發(fā)明可以采用修改過(guò)的CMOSエ藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。除了實(shí)現(xiàn)本方面中描述的器件外，還可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的模擬和數(shù)字集成電路功倉(cāng)^:。


圖I為直流-直流變換器的原理 圖2為現(xiàn)有的直流-直流變換器芯片結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明的ー種芯片結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明的另ー種芯片結(jié)構(gòu)示意 圖5為本發(fā)明的另ー種芯片結(jié)構(gòu)示意 圖6為本發(fā)明用作單個(gè)MOS開(kāi)關(guān)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意 圖7為本發(fā)明有LDD區(qū)域時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
如圖3所示的垂直互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管，N+襯底上為P-中間層，中間層一般為外延層，P-中間層里有N-井層，MOS単元SWl和SW2分別設(shè)在P-中間層和N-井層上，N+襯底局部上延伸入中間層形成ー個(gè)N+栓(Plug)，N+襯底下側(cè)為導(dǎo)出端。SWl的漏極和SW2的源極接有兩個(gè)電流端子，分別用于連接Vin電位和GND電位，導(dǎo)出端用于輸出電位VX。工作室電流流向如圖中箭頭所示，主要沿豎向流動(dòng)，避免了橫向結(jié)構(gòu)存在的自偏效應(yīng)。實(shí)施例ニ如圖4所示的垂直互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管，結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I相似，區(qū)別在于各層PN極性相反。實(shí)施例三
如圖5所示的垂直互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管，N+襯底上為P-中間層，中間層可為P-外延層或P-井，MOS單元SWl和SW2共用一個(gè)電極，三個(gè)電極都設(shè)在中間層上，N+襯底局部上延伸入中間層直至共用電極形成ー個(gè)N+栓，N+襯底下側(cè)為導(dǎo)出端。N+栓將SWl和SW2相互隔離，能更好避免側(cè)電流的影響。工作室電流流向同樣如圖中箭頭所示。實(shí)施例四
實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)略作改進(jìn)可將本發(fā)明結(jié)構(gòu)用于單個(gè)MOS管場(chǎng)合(圖6)，即將芯片表面的三個(gè)電極連通，這種結(jié)構(gòu)中，表面的電極作為源極，而底面的導(dǎo)出端作為漏扱。通過(guò)控制MOS單元SWl和SW2的柵極可調(diào)節(jié)漏極電流。
理論上，本發(fā)明的栓可被設(shè)置在每ー個(gè)N-MOS或者P-MOS単元中，也可每幾個(gè)N-MOS或者P-MOS単元放置一個(gè)栓。為了提供擊穿電壓，MOS単元的漏電極和柵極間引入了輕摻雜漏區(qū)(LDD)，可以有效提高芯片的擊穿電壓(BV)，如圖7所示。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，這種結(jié)構(gòu)的垂直互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管在BV為IOV的情況下，其Ron(通態(tài)電阻)為I. 8 mohm @ 2V(1. 8 mohm @ 2V是指當(dāng)柵電壓從O變到2 V時(shí)，通態(tài)電阻為I. 8 mohm),Qgd (柵-漏電荷電容)為InC (Vds=5V), FOM (品質(zhì)因數(shù))I. 8 mohm-nC，Qg (柵電荷)為30nC 02V。(30 nC 02V是指當(dāng)柵電壓從O變到2 V時(shí)，柵電荷是30 nC。)
BV 為 35V 情況下，Ron 為 3. 7 mohmi5V, Qgd 為 2nC, FOM 為 7. 4 mW_nC?？梢?jiàn)，其性能與標(biāo)準(zhǔn)CMOS相似。應(yīng)當(dāng)指出，本實(shí)施例僅列示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范圍下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書(shū)所列。
權(quán)利要求
1.垂直互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管，包括至少兩個(gè)MOS單元，其特征在于還包括襯底層和設(shè)于襯底層上的中間層，該中間層與一個(gè)MOS單元對(duì)應(yīng)處嵌有阱區(qū)，襯底層的PN極性與中間層相反，與阱區(qū)相同，所述的每個(gè)MOS單元包括一對(duì)PN同性電極和一個(gè)柵極，兩個(gè)MOS單元的電極PN極性相反，其中一對(duì)電極設(shè)于中間層上并能在柵極控制下在中間層形成導(dǎo)通溝道，另一對(duì)電極設(shè)于阱上并能在柵極控制下在阱中形成導(dǎo)通溝道，所述的襯底層局部延伸入中間層并形成位于兩個(gè)MOS單元之間的栓部，襯底層的下側(cè)設(shè)有導(dǎo)出端，當(dāng)兩個(gè)MOS單元的柵極施加開(kāi)通電壓后，形成MOS單元-栓部-襯底層-導(dǎo)出端的兩個(gè)導(dǎo)流通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于所述的襯底為N+材料，中間層為P-材料，阱區(qū)為N-材料，位于中間層上的MOS單元兩個(gè)電極均為N+材料，而位于阱區(qū)的MOS單元兩個(gè)電極均為P+材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于所述的襯底為P+材料，中間層為N-材料，阱區(qū)為P-材料，位于中間層上的MOS單元兩個(gè)電極均為P+材料，而位于阱區(qū)的MOS單元兩個(gè)電極均為N+材料。
4.垂直互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管，包括至少兩個(gè)MOS單元，其特征在于還包括襯底層和設(shè)于襯底層上的中間層，兩個(gè)MOS單元設(shè)于中間層上且共用一個(gè)電極，另兩個(gè)電極則作為兩個(gè)導(dǎo)入端，這三個(gè)電極的PN極性都相同且與中間層相反，所述的襯底層局部延伸入中間層形成栓部并與共用電極連通，襯底層的下側(cè)設(shè)有導(dǎo)出端，襯底層與電極的PN極性相同，當(dāng)兩個(gè)MOS單元的柵極施加開(kāi)通電壓后，形成導(dǎo)入端電極-共用電極-栓部-襯底層-導(dǎo)出端的兩個(gè)導(dǎo)流通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的垂直互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于所述的襯底為N+材料，中間層為P-材料，位于中間層上的MOS單元兩個(gè)電極均為N+材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的垂直互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于所述的襯底為P+材料，中間層為N-材料，位于中間層上的MOS單元兩個(gè)電極均為P+材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的垂直互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于在所述MOS單元的漏電極和柵極間設(shè)置輕摻雜漏區(qū)，來(lái)有效提高芯片的擊穿電壓。
全文摘要
垂直互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管，涉及半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)技術(shù)。更具體的說(shuō)，涉及功率集成電路芯片生產(chǎn)技術(shù)。本發(fā)明的襯底層局部延伸入中間層并形成位于兩個(gè)MOS單元之間的栓部，襯底層的下側(cè)設(shè)有導(dǎo)出端，當(dāng)兩個(gè)MOS單元的柵極施加開(kāi)通電壓后，形成MOS單元-栓部-襯底層-導(dǎo)出端的兩個(gè)導(dǎo)流通道。本技術(shù)可以集成倆個(gè)以上MOS管，因而減小了芯片尺寸。
文檔編號(hào)H01L27/092GK102684485SQ201110056548
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者黃勤 申請(qǐng)人:無(wú)錫維賽半導(dǎo)體有限公司