集成的电阻器-晶体管-电容器缓冲器制造技术

本公开涉及集成的电阻器

【技术实现步骤摘要】
集成的电阻器
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晶体管
‑
电容器缓冲器
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2022年6月10日提交的美国临时申请63/366,198号的优先权和权益，该美国临时申请全文以引用方式并入本文。


[0003]本说明书涉及半导体器件，并且更具体地涉及晶体管器件，诸如用缓冲器电路实现的金属氧化物半导体场效应晶体管。

技术介绍

[0004]功率晶体管用于消费电子产品、汽车电子产品、工业电子产品等中。例如，功率晶体管用于功率转换电路，诸如直流转直流(DC转DC)功率转换器(例如，同步降压转换器)，其中该转换器的功率输出耦合到高侧(HS)晶体管与低侧(LS)晶体管之间的开关节点。该HS和LS晶体管(例如，垂直沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))中和/或用于实现功率转换器的印刷电路板(PCB)中的寄生电感与该LS晶体管的输出电容(C
oss
)组合可导致该开关节点处的过冲和/或振铃。这种过冲和/或振铃可能导致该开关节点上的电压超过该LS晶体管的击穿电压，诸如LS MOSFET的漏极到源极击穿电压(BV
dss
)。当BV
dss
被超过时，可能会降低该功率转换器的功率转换效率和/或可能会损坏该晶体管。在MOSFET包括屏蔽栅极的具体实施中，低屏蔽电阻可减少与屏蔽位移电流相关联的损耗，但也可增加对过冲的贡献。

技术实现思路

[0005]一种电路包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和耦合在该MOSFET的漏极和源极之间的缓冲器电路。该缓冲器电路包括与该MOSFET并联设置的晶体管。该晶体管具有浮动栅极。该电路还包括与该晶体管串联的电容器和与该电容器并联设置的电阻器。
[0006]半导体管芯包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，该MOSFET包括栅极、源极和漏极。该半导体管芯还包括缓冲器电路，该缓冲器电路包括在该MOSFET的源极和漏极之间与该MOSFET并联设置的晶体管。该晶体管具有浮动栅极。
[0007]一种方法包括设置与开关元件并联的缓冲器电路。该缓冲器电路包括具有浮动栅极的缓冲器晶体管。该方法还包括将该缓冲器电路与该开关元件集成在半导体管芯上，并且将该开关元件的漏极上的电压电容耦合到该缓冲器晶体管的浮动栅极。
附图说明
[0008]图1是示出了包括电阻器
‑
晶体管
‑
电容器(RTC)缓冲器电路的功率转换器的框图。
[0009]图2是示出了电路的示意图，该电路示出了可在图1的功率转换器中实现的低侧(LS)晶体管和集成RTC缓冲器电路。
[0010]图3示出了包括MOSFET和缓冲器晶体管的半导体管芯的平面图。
[0011]图4以截面图示出了示例性器件的一部分。
[0012]图5至图7是与RTC缓冲器集成的MOSFET的示意性电路图。
[0013]图8是示意性地示出了示例性转换器电路中的电压浪涌的缓冲和衰减的曲线图。
[0014]图9示出了一种用于缓冲开关电路中的电压浪涌的示例性方法。
[0015]各个附图中的相同参考标号指示相同和/或类似的元件。
具体实施方式
[0016]本公开涉及可在功率转换器(诸如直流转直流(DC
‑
DC)功率转换器)中实现的电路和器件(例如，半导体器件)。与以前的方法相比，本文所述的电路和器件可减少开关节点上(例如，在关联的功率转换器中)的过冲和/或振铃，同时还减少功率转换效率损失。例如，本文所述的电路和器件包括或可用于实现电阻器
‑
晶体管
‑
电容器(RTC)缓冲器电路，该RTC缓冲器电路可与晶体管集成，诸如该功率转换器中的开关电路的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
[0017]本文所述的具体实施相对于例如针对给定具体实施的用于通过增加LS晶体管的BV
dss
来防止功率效率损失和/或潜在晶体管损坏的此类降低的方法具有优点。增加BV
dss
还增高了该LS晶体管的导通状态电阻，诸如漏极到源极导通状态电阻(Rdson)，这导致了更高的电阻损耗，并且降低了功率转换效率。
[0018]本文所述的具体实施具有优于通过将额外电容器和/或电阻器耦合到关联的功率转换器的开关节点来减少过冲和/或减少振铃的方法的优点。对应于该开关节点上的电压对此类额外的电容器进行充电和放电导致功率转换效率损失。另外，此类额外的电容器占据PCB空间(例如，增加生产成本)并且向该电路增添更多寄生电感，这可对减少过冲和/或振铃起反作用。
[0019]该RTC缓冲器电路的部件在本文中可由前缀“缓冲器”表示，例如，该RTC电路中的晶体管在本文中被称为缓冲器晶体管，该RTC电路中的电容器在本文中被称为缓冲器电容器，并且该RTC电路中的电阻器在本文中被称为缓冲器电阻器。该RTC缓冲器电路可包括串联连接到该缓冲器晶体管的缓冲器电容器和并联连接到该电容器的缓冲器电阻器(例如，泄放电阻器)。在示例性具体实施中，至少RTC缓冲器电路的缓冲器晶体管可与形成功率转换器中的开关晶体管(例如，低侧(LS)晶体管或高侧(HS)晶体管)的MOSFET(LS晶体管、HS晶体管或其他晶体管)集成(即，形成在同一半导体管芯中)。在一些示例性具体实施中，该缓冲器电容器和该缓冲器电阻器还可作为该缓冲器晶体管集成在同一半导体管芯上。在一些示例性具体实施中，该缓冲器电容器和/或该缓冲器电阻器可不作为开关晶体管集成在同一半导体管芯上，而是可例如形成在附接到该功率转换器中的开关晶体管的单独的器件电路(例如，金属
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绝缘体
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金属(MIM)器件电路)中。
[0020]在示例性具体实施中，该RTC缓冲器电路可并联连接到形成功率转换器中的开关晶体管(例如，低侧(LS)晶体管或高侧(HS)晶体管)的MOSFET(LS晶体管、HS晶体管或其他晶体管)。在示例性具体实施中，该缓冲器晶体管本身可以为具有浮动栅极(即，不存在连接到该栅极的驱动器)的MOSFET。在示例性具体实施中，该缓冲器晶体管本身可以为具有浮动栅极(即，不存在连接到该栅极的驱动器)的场效应晶体管(FET或MOSFET)。在示例性具体实施中，该缓冲器晶体管的浮动栅极可电容耦合(例如，通过该半导体管芯的材料)到形成该功
率转换器中的开关晶体管(例如，低侧(LS)晶体管或高侧(HS)晶体管)的MOSFET(LS晶体管、HS晶体管或其它晶体管)的漏极。该功率转换器中的开关节点电压(例如，该MOSFET(LS晶体管)的漏极上的电压)可电容耦合到该浮动栅极并且导致较小的电压a(耦合栅极电压)出现在该浮动栅极上。当该耦合栅极电压(即，栅极到源极电压Vgs)超过最小Vgs(即，该缓冲器晶体管的阈值电压Vth)时，该晶体管可开始通过该晶体管的漏极与源极之间的沟道进行传导。
[0021]在本文所述的方法中，RTC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电路，包括：金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，所述MOSFET包括栅极、源极和漏极；以及缓冲器电路，所述缓冲器电路耦合在所述漏极和所述源极之间，所述缓冲器电路包括：晶体管，所述晶体管与所述MOSFET并联设置，所述晶体管具有浮动栅极；电容器，所述电容器与所述晶体管串联；以及电阻器，所述电阻器与所述电容器并联设置。2.根据权利要求1所述的电路，其中所述MOSFET的漏极电容耦合到所述晶体管的浮动栅极，使得所述MOSFET的漏极处的电压将电压值耦合到所述浮动栅极。3.根据权利要求2所述的电路，其中所述晶体管具有栅极
‑
源极阈值电压，并且其中当耦合到所述浮动栅极的电压值超过所述晶体管的所述栅极
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源极阈值电压时，所述晶体管导通以对所述电容器充电，并且其中所述电阻器传导泄漏电流以减少或防止对所述电容器充电。4.根据权利要求1所述的电路，其中电容器分压器设置在所述晶体管的漏极与所述晶体管的源极之间，以确定所述晶体管的浮动栅极处的电压。5.根据权利要求1所述的电路，其中具有浮动栅极的所述晶体管为具有浮动屏蔽板的屏蔽栅极垂直沟槽MOSFET。6.根据权利要求5所述的电路，其中所述电阻器为第一电阻器，并且所述电路还包括跨所述浮动栅极和...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：