專利名稱：一種具有電流采樣功能的ldmos器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及橫向雙擴散金屬氧化物半導體器件(LDMOS),尤其是主功率LDMOS器件和檢測LDOMS器件集成在一起的具有電流采樣功能的LDMOS器件。
背景技術(shù)：
智能功率集成電路集控制邏輯、保護電路、功率器件于一體，具有低成本、高效率、高可靠性等優(yōu)點，在很多領(lǐng)域如DC-DC轉(zhuǎn)換器、開關(guān)電源等方面都有應(yīng)用，而電流檢測在功率集成電路中有重要的作用。電流檢測可以應(yīng)用于電流保護、電流監(jiān)測設(shè)備、電流環(huán)系統(tǒng)、可編程電流源、線性電源、以及需要掌握流入流出電流比例的充電器或電池電量計量器等。由于流過功率器件 的電流比較大，甚至可能會是幾個安培大小的電流，通過串聯(lián)電阻直接檢測流過功率器件的電流會造成大的損耗。美國專利U. S. Pat. N04553084中提供了一種間接檢測流過功率器件的電流的方法，如圖I所示，將主功率LDMOS器件11與檢測器件13并聯(lián)(檢測器件通常與主功率LDMOS器件屬于同一類功率器件，且檢測器件的電流能力與主功率LDMOS器件電流能力成一固定比例)。該檢測器件13的電流能力遠小于主功率LDMOS器件11，且與檢測電阻14串聯(lián)以便于檢測。通過采集流過檢測器件13的電流來間接檢測主功率LDMOS器件11的電流，減小損耗且提高可行性，有效解決了功率器件采樣困難的問題。單晶型硅片價格便宜，常被用于高壓功率器件的制作。常規(guī)單晶型高壓LDMOS器件剖面圖如圖2，一般應(yīng)用中，體區(qū)P-body接觸S’和源極接觸S是連在一起的。但是，在單晶型橫向功率器件和檢測器件集成中，存在漏極去偏置效應(yīng)、襯底去偏置效應(yīng)和體效應(yīng)等問題。漏極去偏置問題是當檢測電阻較大時，電流流過檢測電阻時其兩端的壓降會比較大，相當于提高了檢測器件的源端電壓，會使得檢測器件的有效柵-源驅(qū)動電壓變小，導致檢測不準確。襯底去偏置效應(yīng)是指當檢測器件源極電位升高，會使得體區(qū)P-body和襯底間有電流流過，由于襯底電阻率較大，微弱的電流便會造成較大的電壓差，從而產(chǎn)生襯底去偏置效應(yīng)。襯底去偏置效應(yīng)不僅對電路中其他器件造成影響，且相當于在檢測電阻上并聯(lián)一個電阻，造成檢測不準確。如果將體區(qū)P-body接觸S’和源極接觸S分開，體區(qū)P-body接觸S’接地，便會有效解決襯底去偏置效應(yīng)。但是，這樣會造成體效應(yīng)的產(chǎn)生。體效應(yīng)也叫襯底偏置效應(yīng)。當檢測電阻兩端有壓降時，檢測器件的源極電位升高，造成體區(qū)P-body和源極N+形成壓差，使得閾值電壓變大，也會產(chǎn)生檢測不準確的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有電流采樣功能的LDMOS器件，將主功率LDMOS器件、電流檢測LDOMS器件集成在一起，將電流檢測LDOMS器件源極完全浮動以有效解決襯底去偏置效應(yīng)和體效應(yīng)問題，提高檢測電流準確性。本發(fā)明技術(shù)方案如下
一種具有電流采樣功能的LDMOS器件，包括主功率LDMOS器件100和電流檢測LDMOS器件101，所述主功率LDMOS器件100和電流檢測LDMOS器件101集成于同一半導體芯片上。所述電流檢測LDMOS器件101的溝道區(qū)寬度為W2，所述主功率LDMOS器件100的溝道區(qū)寬度為W1，其中Wl >> W2，電流檢測LDMOS器件101的電流能力與主功率LDMOS器件100的電流能力之比為W2/W1。所述主功率LDMOS器件100和電流檢測LDMOS器件101采用共同的漏極結(jié)構(gòu)，即米用同一 N+漏極區(qū)4和金屬化漏極11。所述電流檢測LDMOS器件101的P型體區(qū)12做在一個N型阱區(qū)3中，使得電流檢測LDMOS器件101的P型體區(qū)12與半導體襯底I相互隔離，以實現(xiàn)電流檢測LDMOS器件101的源極電壓浮動。
所述主功率LDMOS器件100和電流檢測LDMOS器件101各自的P+接觸區(qū)5和N+接觸區(qū)6與各自的源極金屬10、13連接。本發(fā)明提供的具有電流采樣功能的LDMOS器件，將主功率LDMOS器件和電流檢測LDMOS器件集成于同一半導體芯片上，通過控制主功率LDMOS器件和電流檢測LDOMS器件的溝道區(qū)寬度之比以實現(xiàn)電流采樣。在實現(xiàn)電流采樣功能的基礎(chǔ)上，通過主功率LDMOS器件和電流檢測LDOMS器件共用漏極結(jié)構(gòu)以達到節(jié)省芯片面積的目的；同時通過短接主功率LDMOS器件和電流檢測LDOMS器件各自的P+接觸區(qū)和N+接觸區(qū)(與各自的源極金屬相連)，并且將電流檢測LDOMS器件的P型體區(qū)做在一個N阱中、使得電流檢測LDOMS器件的P型體區(qū)與襯底完全隔離，實現(xiàn)了電流檢測LDOMS器件的源極電壓浮動且消除了襯底去偏置效應(yīng)，最終使得電流檢測LDOMS器件對主功率LDMOS器件電流進行準確采樣的目的。


圖I是美國專利U. S. Pat. N04553084的檢測電路結(jié)構(gòu)圖。圖2是常規(guī)單晶型橫向LDMOS剖面圖。圖3是本發(fā)明提供的具有電流采樣功能的LDMOS器件表面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是沿圖3中AA’連線的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明提出的具有電流采樣功能的LDMOS器件表面結(jié)構(gòu)示意圖之二。圖6是沿圖5中BB’連線的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明提出的具有電流采樣功能的LDMOS器件表面結(jié)構(gòu)示意圖之三。
具體實施例方式下面參照附圖對本發(fā)明進行更全面的描述和說明。一種具有電流采樣功能的LDMOS器件，包括主功率LDMOS器件100和電流檢測LDMOS器件101，所述主功率LDMOS器件100和電流檢測LDMOS器件101集成于同一半導體芯片上。所述電流檢測LDMOS器件101的溝道區(qū)寬度為W2，所述主功率LDMOS器件100的溝道區(qū)寬度為Wl，其中Wl >>W2，電流檢測LDMOS器件(101)的電流能力與主功率LDMOS器件100的電流能力之比為W2/W1。
所述主功率LDMOS器件100和電流檢測LDMOS器件101采用共同的漏極結(jié)構(gòu)，即米用同一 N+漏極區(qū)4和金屬化漏極11。所述電流檢測LDMOS器件101的P型體區(qū)12做在一個N型阱區(qū)3中，使得電流檢測LDMOS器件101的P型體區(qū)12與半導體襯底I相互隔離，以實現(xiàn)電流檢測LDMOS器件101的源極電壓浮動。所述主功率LDMOS器件100和電流檢測LDMOS器件101各自的P+接觸區(qū)5和N+接觸區(qū)6與各自的源極金屬10、13連接。圖3是本發(fā)明提出的一種具有采樣功能的半導體器件結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖4是沿圖3中AA’的剖面圖，為使器件功能結(jié)構(gòu)更清楚，俯視圖中沒有繪制氧化層。其中，100代表主功率LDMOS器件，主要包括襯底I、P型體區(qū)2、N阱區(qū)3、漏極N+接觸區(qū)4、源極P+接 觸區(qū)5、源極N+接觸區(qū)6、多晶硅柵極7、場氧8、多層氧化物9、源極金屬10、漏極金屬11。101代表檢測LDOMS器件，主要包括襯底I、P型體區(qū)12、N阱區(qū)3、漏極N+接觸區(qū)4、源極P+接觸區(qū)5、源極N+接觸區(qū)6、多晶硅柵極7、場氧8、多層氧化物9、源極金屬13、漏極金屬11。其中，多層氧化物9是在淀積多晶硅后淀積的氧化物，用于隔離多晶硅并加厚氧化層8。電流檢測LDMOS器件101的溝道區(qū)寬度為W2，主功率LDMOS器件100的溝道區(qū)寬度為W1，其中Wl >> W2，電流檢測LDMOS器件101的電流能力與主功率LDMOS器件100的電流能力之比為W2/W1。主功率LDMOS器件100和電流檢測LDMOS器件101采用共同的漏極結(jié)構(gòu)，即采用同一 N+漏極區(qū)4和金屬化漏極11。電流檢測LDMOS器件101的P型體區(qū)12做在一個N型阱區(qū)3中，使得電流檢測LDMOS器件101的P型體區(qū)12與半導體襯底I相互隔離，以實現(xiàn)電流檢測LDMOS器件101的源極電壓浮動；主功率LDMOS器件100和電流檢測LDMOS器件101各自的源極P+接觸區(qū)5和源極N+接觸區(qū)6與各自的源極金屬10、13連接，以消除襯偏效應(yīng)。圖5是本發(fā)明提出的另一種具有電流采樣功能的LDMOS器件表面結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是沿圖5中BB’連線的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。為使器件功能結(jié)構(gòu)更清楚，俯視圖中沒有繪制氧化層。其中，100代表主功率LDMOS器件，包括襯底I、P型體區(qū)2、N阱區(qū)3、漏極N+接觸區(qū)4、源極P+接觸區(qū)5、源極N+接觸區(qū)6、多晶硅柵極7、場氧8、多層氧化物9、源極金屬10、漏極金屬11。101代表檢測LDOMS器件，包括襯底I、P型體區(qū)12、N阱區(qū)3、漏極N+接觸區(qū)4、源極P+接觸區(qū)5、源極N+接觸區(qū)6、多晶硅柵極7、場氧8、多層氧化物9、源極金屬13、漏極金屬11。其中，多層氧化物9是在淀積多晶硅后淀積的氧化物，用于隔離多晶硅并加厚氧化層8。電流檢測LDMOS器件101的溝道區(qū)寬度為W2，所述主功率LDMOS器件100的溝道區(qū)寬度為W1，其中Wl >>W2,電流檢測LDMOS器件101的電流能力與主功率LDMOS器件100的電流能力之比為W2/W1。主功率LDMOS器件100和電流檢測LDMOS器件101采用共同的漏極結(jié)構(gòu)，即采用同一 N+漏極區(qū)4和金屬化漏極11。主功率LDMOS器件100的P型體區(qū)2和電流檢測LDMOS器件101的P型體區(qū)12做在同一個N型阱區(qū)3中，使得電流檢測LDMOS器件101的P型體區(qū)12與半導體襯底I相互隔離，以實現(xiàn)電流檢測LDMOS器件101的源極電壓浮動。主功率LDMOS器件100和電流檢測LDMOS器件101各自的源極P+接觸區(qū)5和源極N+接觸區(qū)6與各自的源極金屬10、13連接，以消除襯偏效應(yīng)。主功率LDMOS器件100和電流檢測LDMOS器件101分布于共用漏極結(jié)構(gòu)的同一側(cè)，且二者共用柵極結(jié)構(gòu)，即采用同一多晶硅柵極7 ;主功率LDMOS器件100的P型體區(qū)2和電流檢測LDMOS器件101的P型體區(qū)12之間間隔安全距離d，以保證主功率LDMOS器件100的P型體區(qū)2和電流檢測LDMOS器件101的P型體區(qū)12不會穿通。圖7是本發(fā)明提供的又一種具有電流采樣功能的LDMOS器件表面結(jié)構(gòu)示意圖。主功率LDMOS器件100和電流檢測LDMOS器件101分布于共用漏極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，二者共用漏極結(jié)構(gòu)。電流檢測LDMOS器件101的溝道區(qū)寬度為W2，主功率LDMOS器件100的溝道區(qū)寬度為W1，其中Wl >> W2，電流檢測LDMOS器件101的電流能力與主功率LDMOS器件100的 電流能力之比為W2/W1。電流檢測LDMOS器件101的P型體區(qū)12做在同一個N型阱區(qū)3中，使得電流檢測LDMOS器件101的P型體區(qū)12與半導體襯底I相互隔離，以實現(xiàn)電流檢測LDMOS器件101的源極電壓浮動。
權(quán)利要求
1.一種具有電流采樣功能的LDMOS器件，包括主功率LDMOS器件(100)和電流檢測LDMOS器件(101 )，所述主功率LDMOS器件(100)和電流檢測LDMOS器件(101)集成于同一半導體襯底(I)上； 所述電流檢測LDMOS器件(101)的溝道區(qū)寬度為W2，所述主功率LDMOS器件(100)的溝道區(qū)寬度為W1，其中Wl >> W2，電流檢測LDMOS器件(101)的電流能力與主功率LDMOS器件(100)的電流能力之比為W2/W1 ； 所述主功率LDMOS器件(100)和電流檢測LDMOS器件(101)采用共同的漏極結(jié)構(gòu)，即采用同一 N+漏極區(qū)(4)和金屬化漏極(11)； 所述電流檢測LDMOS器件(101)的P型體區(qū)(12 )做在一個N型阱區(qū)(3 )中，使得電流檢測LDMOS器件(101)的P型體區(qū)(12 )與半導體襯底(I)相互隔離，以實現(xiàn)電流檢測LDMOS器件(101)的源極電壓浮動； 所述主功率LDMOS器件(100)和電流檢測LDMOS器件(101)各自的源極P+接觸區(qū)(5)和源極N+接觸區(qū)(6)與各自的源極金屬(10、13)連接，以消除襯偏效應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有電流采樣功能的LDMOS器件，其特征在于，所述主功率器件(100)的P型體區(qū)(2)與電流檢測LDMOS器件(101)的P型體區(qū)(12)做在同一個N型阱區(qū)(3)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的具有電流采樣功能的LDMOS器件，其特征在于，所述主功率LDMOS器件(100)和電流檢測LDMOS器件(101)分布于共用漏極結(jié)構(gòu)的同一側(cè)，且二者共用柵極結(jié)構(gòu)，即采用同一多晶硅柵極(7);主功率LDMOS器件(100)的P型體區(qū)(2)和電流檢測LDMOS器件(101)的P型體區(qū)(12)之間間隔安全距離d，以保證主功率LDMOS器件(100)的P型體區(qū)(2)和電流檢測LDMOS器件(101)的P型體區(qū)(12)不會穿通。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的具有電流采樣功能的LDMOS器件，其特征在于，所述主功率LDMOS器件(100)和電流檢測LDMOS器件(101)分布于共用漏極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)。
全文摘要
一種具有電流采樣功能的LDMOS器件，屬于半導體功率器件技術(shù)領(lǐng)域。包括集成于同一半導體芯片的主功率LDMOS器件(100)和電流檢測LDMOS器件(101)。本發(fā)明通過控制主功率器件和電流檢測功率器件的溝道區(qū)寬度之比以實現(xiàn)電流采樣。通過主功率器件和電流檢測功率器件共用漏極結(jié)構(gòu)以達到節(jié)省芯片面積的目的；同時通過短接主功率器件和電流采樣功率器件各自的P+接觸區(qū)和N+接觸區(qū)(與各自的源極金屬相連)，并且將電流采樣功率器件的P型體區(qū)做在一個N阱中、使得電流采樣功率器件的P型體區(qū)與襯底完全隔離，實現(xiàn)了電流檢測功率器件的源極電壓浮動且消除了襯底去偏置效應(yīng)，最終使得電流檢測功率器件對主功率器件電流進行準確采樣的目的。
文檔編號H01L29/78GK102810540SQ20121026862
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者喬明, 溫恒娟, 向凡, 周鋅, 何逸濤, 張波, 李肇基 申請人:電子科技大學