具有叉指状背对背MOSFET的器件结构制造技术

一个双向开关器件，包括两个叉指状背对背垂直金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），形成在衬底上，它们的漏极连接在一起，但相互隔离。

【技术实现步骤摘要】
具有叉指状背对背MOSFET的器件结构
本专利技术主要涉及集成电路，更确切地说是具有背对背金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的集成电路器件。
技术介绍
金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）是一种半导体晶体管器件，其中电绝缘栅极所加电压控制源极和漏极之间的电流。MOSFET应用于多种功率开关器件。在一种电池保护电路模块（PCM）所使用的具体结构中，两个MOSFET呈背对背结构，它们的漏极以浮动结构连接在一起。图1A表示这种结构的示意图。图1B表示这种器件100与电池保护电路模块PCM102、电池104和一个负载或充电器106结合使用。在本例中，充电和放电MOSFET120和130的栅极，分别由控制器集成电路（IC）110单独驱动。这种结构允许在两个方向上控制电流：充电器到电池以及电池到负载。在正常充电和放电操作下，MOSFET120和130都接通（即导电）。在电池104的过充电或充电过电流状态下，控制器IC110断开充电MOSFET120，接通放电MOSFET130。在过放电或放电过电流状态下，控制器IC110接通充电MOSFET120，断开放电MOSFET130。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一个具有叉指状背对背MOSFET的器件结构，包括两个叉指状背对背垂直金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），形成在衬底上，它们的漏极连接在一起，但相互隔离。通过将MOSFET分成窄的叉指状组件，器件结构实现了邻近隔离垂直MOSFET之间紧凑的水平间距，它们的漏极连接在一起，并实现电浮动。为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种双向半导体开关器件，其特征是，包括：一个半导体衬底；两个叉指状背对背垂直金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）形成在衬底上，它们的漏极连接在一起，但是源极和栅极相互隔离。上述的器件，其中两个叉指状背对背垂直MOSFET包括一个具有多个组件的第一垂直MOSFET，以及一个具有一个或多个组件的第二垂直MOSFET，其中第二垂直MOSFET的一个或多个组件包括沉积在第一垂直MOSFET多个组件中两个组件之间的一个组件。上述的器件，其中第一垂直MOSFET多个组件的间距在10微米至100微米之间。上述的器件，其中半导体衬底的厚度大于75微米。上述的器件，其中半导体衬底的厚度为3mil至6mil。上述的器件，其中第一和第二MOSFET中多个组件中每个组件的宽度为500微米至5毫米。上述的器件，其中第一和第二MOSFET中多个组件中有源晶胞的数量为10至200。上述的器件，其中选择多个组件的间距，使两个叉指状背对背MOSFET之间的源极至源极电流通路，以两个MOSFET的漂流区中的横向电流为主。上述的器件，其中，还包括一个形成在衬底上的电隔离金属层，其中两个叉指状背对背MOSFET的栅极和源极区电连接到金属层相应的隔离部分。上述的器件，其中，还包括一个形成在衬底上的电隔离金属层，其中两个叉指状背对背MOSFET的源极区电连接到金属层相应的隔离且交叉的指状部分。上述的器件，其中两个叉指状背对背MOSFET的栅极区电连接到金属层相应的隔离栅极垫部分。上述的器件，其中，还包括一个形成在衬底上的第一电隔离金属层，以及一个形成在一层绝缘材料上的第二电隔离金属层，绝缘材料夹在第一金属层和第二金属层之间，其中两个叉指状背对背MOSFET的源极区电连接到第一金属层相应的隔离且交叉的指状部分上，第一金属层相应的隔离且交叉的指状部分，通过形成在第一金属层和第二金属层之间的隔离材料层中的导电通孔电连接到第二金属层相应的电隔离部分上。上述的器件，其中两个叉指状背对背MOSFET的栅极区电连接到第一金属层相应的隔离栅极部分，第一金属层相应的隔离栅极部分，通过形成在第一金属层和第二金属层之间的隔离材料层中的导电通孔电连接到第二金属层相应的电隔离栅极垫部分。上述的器件，其中，还包括一个端接结构，形成在第一和第二叉指状背对背MOSFET之间。上述的器件，其中端接结构包括一个或多个沟槽，内衬绝缘物材料，并用导电材料填充。上述的器件，其中端接结构包括一个单独的沟槽，内衬绝缘物材料，并用导电材料填充。上述的器件，其中端接结构包括一个用绝缘物材料填充的单独沟槽。上述的器件，其中，还包括一个通道终点，形成在第一和第二叉指状MOSFET周围。上述的器件，其中衬底的背部没有金属层形成在上面。一种双向开关器件，其特征是，包括：一个半导体衬底；一个第一垂直金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），形成在衬底上，第一垂直金属氧化物半导体场效应晶体管具有一个第一源极区，第一源极区位于衬底的第一个顶部，第一漏极位于衬底的第一个底部，第一源极金属电连接到第一源极区；一个第二垂直MOSFET形成在衬底上，第二垂直金属氧化物半导体场效应晶体管包括一个第二源极区、一个位于衬底第二个顶部上的第二栅极区以及一个位于衬底第二个底部上的第二漏极，第二源极金属电连接到第二源极区；以及一个隔离结构，包括在第一和第二MOSFET之间的至少一个沟槽，其中第一和第二漏极相互电连接起来，第一源极和第一栅极分别与第二源极和第二栅极电隔离，从而构成两个背对背MOSFET。上述的器件，其中两个背对背MOSFET之间的源极至源极电流通路，以两个MOSFET的漂流区中的横向电流为主。上述的器件，其中两个MOSFET之间的距离为5微米或更小。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：通过将MOSFET分成窄的叉指状组件，器件结构实现了邻近隔离垂直MOSFET之间紧凑的水平间距，它们的漏极连接在一起，并实现电浮动。附图说明图1A表示具有两个背对背MOSFET的传统开关电路的示意图。图1B表示传统的电池保护电路模块（PCM）的示意图。图2A表示具有两个背对背呈MOSFET并排结构的传统开关器件的平面示意图。图2B表示图2A所示的传统开关电路沿图2A中的A-A’线的剖面示意图。图3表示依据本专利技术的一个方面，具有两个叉指状背对背MOSFET开关器件的剖面示意图。图3B表示依据本专利技术的一个方面，图3所示的开关器件沿图3中的A-A’线的剖面示意图。图3C表示依据本专利技术的一个方面，具有两个叉指状背对背MOSFET的一种可选开关器件的剖面示意图。图3D表示依据本专利技术的一个方面，具有两个叉指状背对背MOSFET的另一种可选开关器件的剖面示意图。图4A表示依据本专利技术的一个方面，具有一个金属层的两个叉指状背对背MOSFET的一种开关器件的平面示意图。图4B-4C表示依据本专利技术的一个方面，具有两个金属层的两个叉指状背对背MOSFET的一种开关器件的平面示意图。具体实施方式以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本专利技术做进一步阐述。引言图2A表示具有两个完全隔离的垂直MOSFET220和230的器件200的传统结构，对于每个MOSFET都有单独的端子和通道终点。MOSFET1和MOSFET2之间要求存在相当大的死区空间，以提供单独的端接区和通道终点，确保集成在同一个半导体衬底上的两个MOSFET完全隔离。隔离和通道终点占用很大的芯片面积，很难实现紧密的叉指状结构，以提高总的源极至源极导通电阻RSS。图2B表示图2A所示的器件200的剖面图。每个垂直MOSFET220本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向半导体开关器件，其特征在于，包括：一个半导体衬底；两个叉指状背对背垂直金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）形成在衬底上，它们的漏极连接在一起，但是源极和栅极相互隔离。

【技术特征摘要】
2016.05.20 US 15/161,0541.一种双向半导体开关器件，其特征在于，包括：一个半导体衬底；两个叉指状背对背垂直金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）形成在衬底上，它们的漏极连接在一起，但是源极和栅极相互隔离。2.如权利要求1所述的器件，其特征在于，其中两个叉指状背对背垂直MOSFET包括一个具有多个组件的第一垂直MOSFET，以及一个具有一个或多个组件的第二垂直MOSFET，其中第二垂直MOSFET的一个或多个组件包括沉积在第一垂直MOSFET多个组件中两个组件之间的一个组件。3.如权利要求2所述的器件，其特征在于，其中第一垂直MOSFET多个组件的间距在10微米至100微米之间。4.如权利要求2所述的器件，其特征在于，其中半导体衬底的厚度大于75微米。5.如权利要求2所述的器件，其特征在于，其中半导体衬底的厚度为3mil至6mil。6.如权利要求2所述的器件，其特征在于，其中第一和第二MOSFET中多个组件中每个组件的宽度为500微米至5毫米。7.如权利要求2所述的器件，其特征在于，其中第一和第二MOSFET中多个组件中有源晶胞的数量为10至200。8.如权利要求1所述的器件，其特征在于，其中选择多个组件的间距，使两个叉指状背对背MOSFET之间的源极至源极电流通路，以两个MOSFET的漂流区中的横向电流为主。9.如权利要求1所述的器件，其特征在于，还包括一个形成在衬底上的电隔离金属层，其中两个叉指状背对背MOSFET的栅极和源极区电连接到金属层相应的隔离部分。10.如权利要求1所述的器件，其特征在于，还包括一个形成在衬底上的电隔离金属层，其中两个叉指状背对背MOSFET的源极区电连接到金属层相应的隔离且交叉的指状部分。11.如权利要求10所述的器件，其特征在于，其中两个叉指状背对背MOSFET的栅极区电连接到金属层相应的隔离栅极垫部分。12.如权利要求1所述的器件，其特征在于，还包括一个形成在衬底上的第一电隔离金属层，以及一个形成在一层绝缘材料上的第二电隔离金属层，绝缘材料夹在第一金属层和第二金属层之间，其中两个叉指状背对背MOSFET的源极区电连接到第一金属层相应的隔离且交叉的指状...

【专利技术属性】
技术研发人员：马督儿·博德，雷燮光，潘继，
申请(专利权)人：万国半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US