[发明专利]带有MOSFET和低正向电压的等效二极管增强型JFET的半导体器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及半导体器件结构领域。更确切的说，本发明是关于制备用于电池充电电路的集成功率半导体器件的器件结构和制备方法，详细而言，涉及带有集成的MOSFET和低正向电压的等效二极管增强型JFET的半导体器件芯片及其制备方法。

背景技术

图1A表示一种原有技术的电池充电电路1，作为示例可用于移动电话的电池充电。所提供的电池充电源极V电荷1b的负极端连接到电池1a的负极端。电池充电源极V电荷1b的正极端桥接到电池1a的正极端，并且串联一个肖特基二极管D_S 1f以及一个功率金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)1c，对于P-通道MOSFET的情况，串联一个嵌入式体二极管1e以及栅极控制信号V控制1d。然而，在一些情况下，嵌入式体二极管1e是非常有利的，对于特定的应用，例如电池充电器件，体二极管1e就会成为一个问题，下文将详细介绍。在正常的充电模式下，降低栅极控制信号V控制1d，打开功率MOSFET 1c，所产生的充电电流I_FORWARD穿过肖特基二极管D_S 1f和功率MOSFET 1c，给电池1a充电。通过提高栅极控制信号V控制1d(例如将栅极控制信号1d连接到MOSFET 1c源极电压上)，直到切断功率MSOFET 1c为止，可以中断充电过程。然而，如果没有肖特基二极管D_S 1f，并且电池充电源极V电荷1b意外短路，那么即使在功率MOSFET 1c关闭时，电池1a仍然可以通过流经嵌入式体二极管1e的反向电流I_REVERSE而短路。因此，肖特基二极管D_S 1f也可以作为反向闭锁二极管，防止电池1a意外短路。尽管肖特基二极管的优势在于具有极短的开关恢复时间，但对于电池充电应用而言，这并不是一个非常重要的性能参数。对于本领域的技术人员，也可以使用其他类型的二极管代替肖特基二极管。然而，由于肖特基二极管1f的低正向电压降使电池1a在正常充电过程中消耗的耗散功率相对较低，因此它对于能量效率非常有利。

对应图1A的电路1中肖特基二极管D_S 1e和MOSFET 1c的串联，图1B表示一种原有技术的MOSFET-肖特基二极管共同封装2。MOSFET-肖特基二极管共同封装2带有引脚群2f和引脚群2e，用于外部连接。共同封装2必须带有用于安装MOSFET芯片2c的芯片垫一2a，以及用于安装肖特基二极管芯片2d的芯片垫二2b。此外，共同封装2必须带有接合引线群2g以及接合引线群2h，以便将肖特基二极管芯片2d和MOSFET芯片2c连接到引脚群2f上。引脚群2e从芯片垫一2a和芯片垫二2b开始延伸。通过两个芯片垫(2a和2b)以及两个芯片(2c和2d)，MOSFET-肖特基二极管共同封装2会导致很大的整体封装尺寸，并带来相关的高组装成本以及高制造成本。因此，有必要将图1A中肖特基二极管D_S 1f以及功率MOSFET 1c的串联集成在一个半导体芯片上，从而利用一个单独的引线框缩小封装尺寸，降低组装成本和制造成本。

图1C为美国专利6476442(此后称为美国6476442)中的图12A的副本。在美国6476442中，肖特基二极管被伪肖特基二极管所替代。所制备的N-通道MOSFET的源极、本体和栅极连接在一起，在正向电压下关于其漏极偏置。所制备的二端器件(称为“伪肖特基模式”)作为一个二极管，但其开启电压低于传统的PN二极管。尤其是图1C表示在一个横向结构中形成的伪肖特基二极管1200的一个实施例结构的剖面图。利用传统的技术，在P+衬底1202上生长一个P-外延层1204。P+本体接头1206和N+源极1208通过金属源极/本体接头1218短接。栅极1216也连接到在标记为S/B/G(A)的节点内的源极/本体接头1218上，从而将源极/本体接头1218制成伪肖特基二极管1200的阳极。连接到N+漏极1212上的金属漏极接头1214是伪肖特基二极管1200的阴极，其接触节点标记为D(K)，从而将漏极接头1214制成伪肖特基二极管1200的阴极。N-漂流区1210位于N+漏极1212附近。