一种半导体开关器件及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种半导体开关器件及其制作方法，包括：P型基底、N型漂移区、P型阱区、栅极结构、N型漏区、N型源区、介质层及漏区电极，所述N型漏区形成于所述第一栅单元及所述第二栅单元外侧的所述N型漂移区中，所述N型源区形成于所述第一栅单元及所述第二栅单元之间的所述P型阱区中。本发明专利技术在的MOS器件的电流路径为N型漏区‑N型漂移区‑P型阱区‑N型漂移区‑N型漏区，电流路径中只有NPN结构，避免了原有MOS器件中PNPN结构，可以有效避免Latchup（闩锁效应）发生，同时，本发明专利技术可以有效降低器件的导通电阻，提高器件的驱动电流。

A semiconductor switching device and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种半导体开关器件及其制作方法
本专利技术涉及属于集成电路设计制造领域，特别是涉及一种半导体开关器件及其制作方法。
技术介绍
随着科技进步与社会发展，如手机、笔记本电脑、MP3播放器、PDA、掌上游戏机、数码摄像机等便携式设备已越来越普及，这类产品中有许多是采用锂离子电池供电，锂电池分为一次电池和二次电池两类，目前在部分耗电量较低的便携式电子产品中主要使用不可充电的一次锂电池，而在笔记本电脑、手机、PDA、数码相机等耗电量较大的电子产品中则使用可充电的二次电池，即锂离子电池。与镍镉和镍氢电池相比，锂离子电池具备以下几个优点：1)电压高，单节锂离子电池的电压可达到3.6V，远高于镍镉和镍氢电池的1.2V电压。2)容量密度大，其容量密度是镍氢电池或镍镉电池的1.5-2.5倍。3)荷电保持能力强(即自放电小)，在放置很长时间后其容量损失也很小。4)寿命长，正常使用其循环寿命可达到500次以上。5)没有记忆效应，在充电前不必将剩余电量放空，使用方便。由于锂离子电池的化学特性，在正常使用过程中，其内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应，但在某些条件下，如对其过充电、过放电和过电流将会导致电池内部发生化学副反应,该副反应加剧后，会严重影响电池的性能与使用寿命，并可能产生大量气体，使电池内部压力迅速增大后爆炸而导致安全问题，因此所有的锂离子电池都需要一个保护电路，用于对电池的充、放电状态进行有效监测，并在某些条件下关断充、放电回路以防止对电池发生损害。一个典型的锂离子电池保护电路原理图如图1a所示，该保护回路由两个MOSFET(M1、M2)和一个控制IC外加一些阻容元件构成。控制IC负责监测电池电压与回路电流，并控制两个MOSFET的栅极，MOSFET在电路中起开关作用，分别控制着充电回路与放电回路的导通与关断，C1为延时电容，该电路具有过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能，其工作原理分析如下：1)在正常状态下电路中控制IC的“OC”与“OD”脚都输出高电压，两个MOS管M1、M2都处于导通状态，电池可以自由地进行充电和放电，由于MOS管的导通阻抗很小，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。此状态下保护电路的消耗电流为μA级。2)充电时，充电器输出电压接在VBAT+和VBAT-之间，电流从VBAT+到单体电池，再经过充、放电控制MOS管到VBAT-。在充电过程中，当单体锂电池的电压超过预定电压，如4.35V时，控制IC的OC脚输出信号使充电控制MOS管M2关断，锂电池立即停止充电，从而防止锂电池因过充电而损坏。在放电过程中，当单体锂电池的电压降到2.30V时，控制IC的OD脚输出信号使放电控制MOS管M1关断，锂电池立即停止放电，从而防止锂电池因过放而损坏。控制IC的CSI脚为电流检测脚，输出短路时，充、放电控制MOS管M1、M2的导通压降剧增，CSI脚电压迅速升高，控制IC输出信号使充、放电控制MOS管M1、M2迅速关断，从而实现过流或短路保护。除了控制IC外，电路中还有一个重要元件，就是MOS管M1、M2，它在电路中起着开关的作用，由于它直接串接在电池与外部负载之间，因此它的导通阻抗对电池的性能有影响，当选用的MOS管M1、M2较好时，其导通阻抗很小，电池包的内阻就小，带载能力也强，在放电时其消耗的电能也少。锂电保护的两个MOS管M1、M2，目前主流技术都是利用TrenchVDMOS(沟槽式垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管)来实现。VDMOS的优点是沟道密度大，可以有效降低沟道电阻。锂电保护VDMOS需要对源极进行引出，为了保证源极的电流引出，需要在N型源区中先形成P型接触区，现有的N型源区和P型接触区的制作通常包括以下步骤：1)制作第一栅结构101；2)制作第一次掩膜层(该第一次掩膜层遮蔽图示中的103区域)，并进行N型离子注入形成N型源区102；3)制作第二次掩膜层(该第二次掩膜层遮蔽图示中102区域)，并进行P型离子注入形成P型接触区103，以形成交替排列的N型源区102及P型接触区103，如图1b所示。上述的锂电保护VDMOS有以下缺点：第一，需要制作至少两次掩膜层才能形成N型源区102及P型接触区103，增加了工艺难度以及工艺成本。第二，P型接触区103占用的整个N型源区102的宽度，使得在器件导通的过程中，P型接触区103的区域内不能通电流，增加了器件的导通内阻，降低了驱动电流。更重要的是，现有的锂电保护VDMOS存在较为严重的lachtup效应，即闩锁效应，它是由寄生晶体管引起的，该效应会在低电压下导致大电流，这不仅能造成电路功能的混乱，而且还会使电源和地线间短路，引起芯片的永久性损坏。基于以上所述，提供一种能够有效降低工艺成本，且有效降低器件的导通内阻，提高器件驱动电流并且能有效防止闩锁效应的半导体开关器件及其制备方法实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种半导体开关器件及其制作方法，用于解决现有技术中锂电保护的MOS管的漂移区内阻较大以及面积较大、以及lachtup效应较为严重的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种半导体开关器件的制作方法，所述制作方法包括步骤：1)提供一P型基底；2)于所述P型基底中形成间隔排列的N型漂移区，在所述N型漂移区之间形成P型阱区；3)制作栅极结构，所述栅极结构包括间隔且横跨于所述N型漂移区及P型阱区之间的第一栅单元及第二栅单元；4)以所述栅极结构为掩膜进行N型离子注入，以于所述N型漂移区中形成N型漏区，同时于所述N型漂移区之间的所述P型阱区中形成N型源区；5)于器件表面形成介质层，于所述介质层中形成源区接触窗口，所述源区接触窗口显露所述N型源区的中部区域，以所述介质层为掩膜，基于所述源区接触窗口进行P型离子注入，使得显露的所述N型源区的中部区域反型形成P型接触区，所述P型接触区的两侧均保留有部分所述N型源区；6)于所述介质层中形成漏区接触窗口，于所述漏区接触窗口中填充导电材料以形成漏区电极。优选地，步骤5)中，所述源区接触窗口的宽度与所述N型源区的宽度比介于0.4:1～1:1之间。优选地，步骤5)中形成所述P型接触区的P型离子注入的剂量大于步骤4)中所述N型离子注入的剂量。优选地，步骤4)中形成所述N型源区的N型离子注入的剂量为1015/cm2数量级，步骤5)中形成所述P型接触区的P型离子注入的剂量为1016/cm2数量级。优选地，所述N型源区呈长条形延伸，所述源区接触窗口沿所述N型源区的延伸方向间隔排布。优选地，所述P型基底的掺杂浓度为1e15～1e16/cm3，所述P型阱区的掺杂浓度为1e17～1e18/cm3。本专利技术还提供一种半导体开关器件，包括：P型基底；N型漂移区，间隔排列形成于所述P型基底中；P型阱区，形成于所述N型漂移区之间的所述P型基底中；栅极结构，所述栅极结构包括间隔且横跨于所述N型漂移区及P型阱区之间的第一栅单元及第二栅单元；N型漏区，形成于所述第一栅单元及所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体开关器件的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括步骤：/n1)提供一P型基底；/n2)于所述P型基底中形成间隔排列的N型漂移区，在所述N型漂移区之间形成P型阱区；/n3)制作栅极结构，所述栅极结构包括间隔且横跨于所述N型漂移区及P型阱区之间的第一栅单元及第二栅单元；/n4)以所述栅极结构为掩膜进行N型离子注入，以于所述N型漂移区中形成N型漏区，同时于所述N型漂移区之间的所述P型阱区中形成N型源区；/n5)于器件表面形成介质层，于所述介质层中形成源区接触窗口，所述源区接触窗口显露所述N型源区的中部区域，以所述介质层为掩膜，基于所述源区接触窗口进行P型离子注入，使得显露的所述N型源区的中部区域反型形成P型接触区，所述P型接触区的两侧均保留有部分所述N型源区；/n6)于所述介质层中形成漏区接触窗口，于所述漏区接触窗口中填充导电材料以形成漏区电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体开关器件的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括步骤：
1)提供一P型基底；
2)于所述P型基底中形成间隔排列的N型漂移区，在所述N型漂移区之间形成P型阱区；
3)制作栅极结构，所述栅极结构包括间隔且横跨于所述N型漂移区及P型阱区之间的第一栅单元及第二栅单元；
4)以所述栅极结构为掩膜进行N型离子注入，以于所述N型漂移区中形成N型漏区，同时于所述N型漂移区之间的所述P型阱区中形成N型源区；
5)于器件表面形成介质层，于所述介质层中形成源区接触窗口，所述源区接触窗口显露所述N型源区的中部区域，以所述介质层为掩膜，基于所述源区接触窗口进行P型离子注入，使得显露的所述N型源区的中部区域反型形成P型接触区，所述P型接触区的两侧均保留有部分所述N型源区；
6)于所述介质层中形成漏区接触窗口，于所述漏区接触窗口中填充导电材料以形成漏区电极。


2.根据权利要求1所述的半导体开关器件的制作方法，其特征在于：步骤5)中，所述源区接触窗口的宽度与所述N型源区的宽度比介于0.4:1～1:1之间。


3.根据权利要求1所述的半导体开关器件的制作方法，其特征在于：步骤5)中形成所述P型接触区的P型离子注入的剂量大于步骤4)中所述N型离子注入的剂量。


4.根据权利要求3所述的半导体开关器件的制作方法，其特征在于：步骤4)中形成所述N型源区的N型离子注入的剂量为1015/cm2数量级，步骤5)中形成所述P型接触区的P型离子注入的剂量为1016/cm2数量级。


5.根据权利要求1所述的半导体开关器件的制作方法，其特征在于：所述N型源区呈长条形延伸，所述源区接触窗口沿所述N型源区的延伸方向间隔排布。


6.根据权利要求1所述的半导体开关器件的制作方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凡，
申请(专利权)人：上海宝芯源功率半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31