具有过电流保护功能的垂直型功率金属氧化物半导体器件制造技术

在一种垂直型功率金属氧化物半导体器件中，该半导体器件包括半导体衬底（１１２）和在所述的半导体衬底上形成和布置的多个晶体管单元（１４２Ｈ、１４２Ｌ），使得彼此并联地电连接，将晶体管单元分成至少两组，第一组晶体管单元（１４２Ｈ）的特征是栅极－阈值电压比第二组晶体管（１４２Ｌ）的栅极－阈值电压高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有过电流保护功能的垂直型功率金属氧化物半导体(MOS)器件。
技术介绍
众所周知，垂直型金属功率金属氧化物半导体(MOS)器件常用作功率MOSFET器件，因为其能够获得大量的漏极电流。特别地，垂直型MOSFET器件包括生成且布置在半导体衬底中的多个MOS晶体管单元，且该多个晶体管单元起MOS器件的作用。因此，在垂直型MOSFET器件中，能够获得较大总量的漏极电流。而且众所周知，用于评价垂直型功率MOS器件的一个重要指标是导通电阻。也就是说，导通电阻越小，垂直型功率MOSFET器件的评价越高。事实上，已开发了以相当小的导通电阻为特征的垂直型功率MOS器件，如在下文中详细所述。垂直型功率MOS器件常用作开关器件，其用于控制诸如电动机等电负载电路的驱动。在该情况下，垂直型功率MOS器件结合了驱动/保护电路，将该驱动/保护电路设置得使过电流不会流过垂直型功率MOS器件。否则，当在电负载电路中出现短路时，过电流就会流过垂直型功率MOS器件，以致它受到热损伤。然而，在以相当小导通电阻为特征的垂直型功率MOS器件中，通过驱动/保护电路很难或基本上不可能适当地保护功率MOS器件，对于此原因在下文中详细地说明。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种以相当小导通电阻为特征的垂直型功率金属氧化物半导体(MOS)器件，其构成为能被驱动/保护电路适当地保护。本专利技术的另一目的在于提供这种垂直型功率MOS器件和驱动/保护电路的组合。根据本专利技术的第一方面，提供了一种垂直型功率金属氧化物半导体器件，该半导体器件包括半导体衬底以及在半导体衬底上形成和布置的多个晶体管单元，使得彼此并联地电连接。将晶体管单元分成至少两组，第一组晶体管单元的特征是栅极-阈值电压比第二组晶体管单元的高。优选地，在第二组中包括的晶体管单元基本上均匀地分布在所有的晶体管单元的布置中。在第二组中包括的晶体管单元的百分比落入相对于晶体管单元总数的5％和20％之间的范围内。优选地，以矩阵的形式布置在第一和第二组中包括的所有晶体管单元。在第一方面中，可以将晶体管单元分成至少三组，第一组晶体管单元的特征是栅极-阈值电压比第二组晶体管单元的高，第二组晶体管单元的特征是栅极-阈值电压比第三组晶体管单元的高。在该情况下，优选地，在第二组中包括的晶体管单元和在第三组中包括的晶体管单元基本上均匀地分布在所有的晶体管单元的布置中。在第二组中包括的晶体管单元和在第三组中包括的晶体管单元的百分比每个都可以落入相对于晶体管单元总数的5％和20％之间的范围内。优选地，以矩阵的形式布置包括在第一、第二和第三组中的所有晶体管单元。根据本专利技术的第二方面，提供了一种垂直型功率金属氧化物半导体器件和驱动/保护电路的组合。垂直型功率金属氧化物半导体器件包括半导体衬底以及在半导体衬底上形成和布置的多个晶体管单元，使得彼此并联地电连接，并可以将晶体管单元分成至少两组，第一组晶体管单元的特征是栅极-阈值电压比第二组晶体管单元的高。构成驱动/保护电路，使得将驱动电压施加到垂直型功率金属氧化物半导体器件的栅极上，以由此使所有的晶体管单元导通，并使得检测流过垂直型功率金属氧化物半导体器件的给定的过漏极电流，以由此使在第一组中包括的晶体管单元截止。在第二方面中，将晶体管单元分成至少三组，第一组晶体管单元的特征是栅极-阈值电压比第二组晶体管单元的高，第二组晶体管单元的特征是栅极-阈值电压比第三组晶体管单元的高。在该情况下，构成驱动/保护电路，使得将驱动电压施加到垂直型功率金属氧化物半导体器件的栅极上，以由此使所有的晶体管单元导通，使得检测流过垂直型功率金属氧化物半导体器件的第一给定的过漏极电流，以由此使在第一组中包括的晶体管单元截止，并使得检测比第一过漏极电流大的第二给定的过漏极电流，以由此使在第二组中包括的晶体管单元截止。附图说明从下面给出的说明并参考附图，将更清楚地理解上述的目的和其它目的，其中图1是第一现有技术的垂直型功率金属氧化物半导体(MOS)器件的平面图；图2是沿着图1的线II-II截取的部分剖面图；图3是第二现有技术的垂直型MOS器件的平面图；图4是沿着图3的线IV-IV截取的部分剖面图；图5是示出图1和2中所示的第一现有技术的垂直型功率MOS器件的栅极-电压/漏极-电流特性及图3和4中所示的第二现有技术的垂直型功率MOS器件的栅极-电压/漏极-电流特性的曲线图；图6是结合了垂直型功率MOS器件的第一类型驱动/保护电路的布线图；图7是结合了垂直型功率MOS器件的第二类型驱动/保护电路的布线图；图8是结合了垂直型功率MOS器件的第三类型驱动/保护电路的布线图；图9是结合了垂直型功率MOS器件的第四类型驱动/保护电路的布线图；图10是结合了垂直型功率MOS器件的第五类型驱动/保护电路的布线图；图11A是N+型半导体衬底和在其上形成的N-型外延层的部分剖面图，示出了用于制造根据本专利技术的垂直型功率MOS器件的第一实施例的生产方法的第一个代表性步骤；图11B是部分剖面图，与图11A类似，示出了用于制造根据本专利技术的垂直型功率MOS器件的第一实施例的生产方法的第二个代表性步骤；图11C是部分剖面图，与图11B类似，示出了用于制造根据本专利技术的垂直型功率MOS器件的第一实施例的生产方法的第三个代表性步骤；图11D是部分剖面图，与图11C类似，示出了用于制造根据本专利技术的垂直型功率MOS器件的第一实施例的生产方法的第四个代表性步骤；图11E是部分剖面图，与图11D类似，示出了用于制造根据本专利技术的垂直型功率MOS器件的第一实施例的生产方法的第五个代表性步骤；图11F是部分剖面图，与图11E类似，示出了用于制造根据本专利技术的垂直型功率MOS器件的第一实施例的生产方法的第六个代表性步骤；图11G是部分剖面图，与图11F类似，示出了用于制造根据本专利技术的垂直型功率MOS器件的第一实施例的生产方法的第七个代表性步骤； 图11H是部分剖面图，与图11G类似，示出了用于制造根据本专利技术的垂直型功率MOS器件的第一实施例的生产方法的第八个代表性步骤；图11I是部分剖面图，与图11H类似，示出了用于制造根据本专利技术的垂直型功率MOS器件的第一实施例的生产方法的第九个代表性步骤；图11J是部分剖面图，与图11I类似，示出了用于制造根据本专利技术的垂直型功率MOS器件的第一实施例的生产方法的第十个代表性步骤，该部分剖面图对应于沿着图12的线J-J截取；图11K是部分剖面图，与图11J类似，示出了用于制造根据本专利技术的垂直型功率MOS器件的第一实施例的生产方法的第十一个代表性步骤；图12是根据本专利技术的垂直型功率MOS器件的第一实施例的平面图；图13是根据本专利技术的垂直型功率MOS器件的第一实施例的布线图；图14是表示在根据本专利技术的垂直型功率MOS器件的第一实施例中包括的晶体管单元排列的概念视图；图15是表示根据本专利技术的垂直型功率MOS器件的第一实施例的栅极-电压/漏极-电流特性的曲线图；图16是结合了根据本专利技术的垂直型功率MOS器件的第一实施例的驱动/保护电路的布线图；图17是表示结合了图16中所示的驱动/保护电路的垂直型功率MOS器件的漏极-电压/漏极-电流特性的曲线图；图18A是部分剖面图，与图11F类似，示出了用于制造根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直型功率金属氧化物半导体器件，包括：半导体衬底（１１２）；和在所述的半导体衬底上形成和布置的多个晶体管单元（１４２Ｈ、１４２Ｌ），使得彼此并联地电连接，其中将所述的晶体管单元分成至少两组，第一组晶体管单元（１４ ２Ｈ）的特征是栅极－阈值电压比第二组晶体管单元（１４２Ｌ）的栅极－阈值电压高。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：新井高雄，
申请(专利权)人：恩益禧电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]