[发明专利]在分立的功率MOS场效应管集成传感场效应管的器件及方法

说明书

技术领域

本发明的实施例主要关于半导体器件，更确切地说，是关于包含功率MOS场效应管以及一个或多个带有共栅极和漏极端以及分立的源极端的传感MOS场效应管在内的半导体器件。

背景技术

在电路中，确定电流流经负载的方法之一就是使用金属氧化物半导体场效应管(MOS场效应管)，用于电流传感。传统的电流传感功率MOS场效应管通常包含上千个并联在一起的晶体管单元，共享共漏极、源极和栅极电极。器件内的每个晶体管单元或元件都是相同的，器件漏极端的电流在它们之间也相同。在这种设计中常见的情况是，其中某些晶体管的源极电极与剩余的源极电极分开，连接到一个分立的源极端上。因此，所产生的电流传感MOS场效应管可以看成是相当于两个或多个并联的晶体管，具有共栅极和漏极端，以及分立的源极端。这些晶体管中的第一部分，包含电流传感功率MOS场效应管中的大多数的晶体管单元，通常称为主场效应管。第二部分，包含具有分立的源极端的多个晶体管单元，称为传感场效应管。

在使用过程中，传感场效应管仅仅传导共漏极端上的一小部分电流，这一小部分电流与传感比n成反比，其中n为电流比，取决于主场效应管中的晶体管单元数量与传感场效应管中的晶体管单元数量之比。定义传感比n，是为了使传感场效应管和主场效应管的源极端保持在同一电势下进行传导。当传感比已知时，流经器件的总电流，以及器件所连接的负载上的负载电流，可以通过测量传感场效应管上的源极电流(即在漏极和源极电极之间，流经传感场效应管的电流通路的电流)计算出来。

美国专利号为5,079,456的专利提出了一种用于测量并/或控制传感场效应管中的电流等级的方法和装置，其中传感场效应管含有一个功率晶体管以及一个传感晶体管。将这两个晶体管偏置，在线性模式下工作，传感晶体管的源极-漏极电压V_ds，与功率晶体管的预设的那部分V_ds作比较。所产生的控制信号表示比较的结果，在一个实施例中，该控制信号用在反馈装置中，用于将传感晶体管的V_ds，驱动到功率晶体管的预设部分V_ds因此，使传感晶体管上所承载的电流的等级，与功率晶体管上所承载的电流的预设部分相等。

美国专利号为5,408,141的专利提出了一种集成的功率器件，包含一个功率晶体管和五个传感晶体管。其中四个传感晶体管，在尺寸上，都与功率晶体管成比例，并且利用与功率晶体管的零件相同的制备过程，制造在功率晶体管的有源区的外围区域附近。第五个传感晶体管位于功率晶体管的有源区内部，利用金属互联的第二等级，连接到第五个传感晶体管所需的源极区上，以形成源极接触。

美国专利号为5,962,912的专利提出了一种具有晶体管单元结构的功率半导体零件，该零件含有一个金属电阻追踪，通过一个非导电层，与功率半导体零件的半导体本体以及控制电极绝缘。该电阻追踪位于功率半导体单元之间的水平区域中。利用电阻追踪，零件的有源区不会做得更小，同时制备电阻追踪与零件的金属层，零件的金属层提供与功率半导体的主电极接触，因此增加电阻追踪不需要额外的制备步骤。

然而，传感场效应管和主场效应管之间的引线接合会影响期间的性能。此外，在不增加掩膜层以及制备工艺程序的数量的前提下，有必要研发一种在一个分立的功率MOS场效应管内集成一个或多个传感场效应管的功率器件。正是在这一前提下，提出了本发明的各种实施例。

发明内容

本发明的目的是，在不增加掩膜层以及制备工艺程序的数量的前提下，提供一种在一个分立的功率MOS场效应管内集成一个或多个传感场效应管的功率器件及其制备方法。

本发明的技术方案是提供一种半导体器件，包含：

一个含有源极、本体和栅极的主场效应管；

一个含有源极、本体和栅极的传感场效应管，其中传感场效应管的晶体管部分被主场效应管的晶体管包围，并位于主场效应管的晶体管附近；

一个位于半导体器件边缘处的传感场效应管源极垫，其中传感场效应管源极垫与传感场效应管的晶体管部分分开，并通过传感场效应管探针金属，连接到传感场效应管的晶体管部分；以及

一个电绝缘结构，使主场效应管的源极和本体区与传感场效应管的源极和本体区电绝缘，

其中主场效应管、传感场效应管以及电绝缘结构形成在一个单独的半导体晶片中，通过配置绝缘结构使传感场效应管的晶体管部分以及传感场效应管源极垫位于主场效应管的有源区外部，

其中半导体器件是一个分立的垂直场效应管。