[發(fā)明專利]用于n襯底高側(cè)開關(guān)的反向極性保護(hù)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310553257.5
• 申請(qǐng)日: 2013-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN103715193A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: B·奧爾;P·德爾克羅切;M·拉杜爾納;L·彼得魯齊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L27/04
• 分類號(hào): H01L27/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;馬永利

技術(shù)領(lǐng)域

本說明書涉及提供用于半導(dǎo)體開關(guān)的特別是用于包括集成在n摻雜襯底中的多個(gè)DMOS高側(cè)開關(guān)的半導(dǎo)體器件的反向極性保護(hù)的電路。

背景技術(shù)

目前智能功率半導(dǎo)體開關(guān)被用于廣闊的各種應(yīng)用中。不僅在汽車應(yīng)用中越來越多地使用智能半導(dǎo)體開關(guān)來代替電動(dòng)機(jī)械式繼電器。特別是在電池供電系統(tǒng)(例如，汽車的電子設(shè)備)中足夠的反向極性保護(hù)是必要條件。在通常的汽車應(yīng)用中，額定電源電壓為+12V。可靠的電子器件通常需要承受多達(dá)-16V(反向電壓)的電源電壓達(dá)至少兩分鐘。

多通道開關(guān)器件通常包括每個(gè)輸出通道的一個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)(通常是MOSFET)，其中電負(fù)載連接到每個(gè)輸出通道。因此，每個(gè)電負(fù)載可使用相應(yīng)的半導(dǎo)體開關(guān)接通和關(guān)斷。假定100mΩ的導(dǎo)通電阻和1A的額定負(fù)載電流導(dǎo)致每個(gè)活動(dòng)輸出通道的100mW的功率損耗。每個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)通常具有與半導(dǎo)體開關(guān)的負(fù)載電流路徑(例如，MOSFET情況下的漏極-源極路徑)并聯(lián)耦合的反向二極管。在正常操作期間，這個(gè)反向二極管反向偏置并且處于阻斷狀態(tài)。然而，當(dāng)施加負(fù)電源電壓時(shí)，該反向二極管變?yōu)檎蚱貌⑶邑?fù)載電流可被從接地通過負(fù)載和反向二極管引導(dǎo)到負(fù)電源電位。假定二極管的正向電壓至少為0.7V，在反向二極管中(并且因此在開關(guān)器件中)產(chǎn)生的功率損耗是每個(gè)輸出通道700mW，是在正常操作期間的至少7倍。不用說，這樣的情況對(duì)開關(guān)器件可能是危險(xiǎn)的并且需要適當(dāng)?shù)姆聪驑O性保護(hù)電路。

給智能半導(dǎo)體開關(guān)提供反向極性保護(hù)的已知電路相對(duì)比較復(fù)雜，并且需要相當(dāng)大的芯片空間。因此存在對(duì)包括高效的(就電路復(fù)雜度和芯片空間要求而言)反向極性保護(hù)的智能半導(dǎo)體開關(guān)的需要。

發(fā)明內(nèi)容

公開了一種半導(dǎo)體器件。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，器件包括：具有襯底的半導(dǎo)體芯片，電耦合到襯底以向襯底提供第一電源電位(V_S)和負(fù)載電流的第一電源端，和被可操作地提供第二電源電位的第二電源端。第一垂直晶體管集成在半導(dǎo)體芯片中并且電耦合在電源端和輸出端之間。第一垂直晶體管被配置為根據(jù)控制信號(hào)向輸出端提供負(fù)載電流的電流路徑，該控制信號(hào)被提供到所述第一垂直晶體管的柵電極。

此外，控制電路被集成在半導(dǎo)體芯片中，并耦合到第一垂直晶體管?？刂齐娐繁慌渲脼樯煽刂菩盘?hào)來接通和關(guān)斷所述第一垂直晶體管?？刂齐娐钒ǚ聪驑O性保護(hù)電路。

反向極性保護(hù)電路包括與第一二極管串聯(lián)耦合的第一MOS晶體管，其中所述MOS晶體管和二極管耦合在第一和第二電源端之間。反向極性保護(hù)電路還包括：第一開關(guān)電路，耦合到所述第一MOS晶體管，電連接在第一和第二電源端之間，并且配置為當(dāng)所述第二電源電位超過第一電源電位達(dá)大于給定的閾值時(shí)激活所述MOS晶體管。

附圖說明

參照以下附圖和描述可以更好地理解本發(fā)明。圖中的部件不一定是按比例的，而是重點(diǎn)放在圖示本發(fā)明的原理。此外，在圖中，相同的參考數(shù)字指定對(duì)應(yīng)的部分。在附圖中：

圖1圖示了具有多個(gè)輸出通道的示例性開關(guān)器件，每個(gè)通道包括一個(gè)高側(cè)n溝道MOS晶體管(指明用于正常操作的示例性電壓電平)；

圖2圖示了與圖1相同的電路(指明用于反向極性操作的示例性電壓電平)；

圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的包括一個(gè)示例性高側(cè)n溝道MOS晶體管和反向極性保護(hù)電路的開關(guān)器件(指明用于在有源箝位期間正常操作的示例性電壓電平)；

圖4圖示了與圖3相同的電路(指明用于反向極性操作的示例性電壓電平)；圖5是通過半導(dǎo)體主體的剖視圖，在該半導(dǎo)體主體中集成了DMOS功率晶體管和CMOS門；

圖6圖示了包括p溝道MOS晶體管的圖3的電路的一個(gè)細(xì)節(jié)(指明用于正常操作的示例性電壓電平)；

圖7圖示了與圖5相同的細(xì)節(jié)(指明用于反向極性操作的示例性電壓電平)；

圖8借助于半導(dǎo)體主體的剖視圖圖示了用于圖5的示例中的p溝道MOS晶體管的實(shí)施方式，通過p摻雜隔離區(qū)將晶體管的n摻雜體區(qū)與n摻雜襯底隔離；和

圖9a和9b，統(tǒng)稱為圖9，包括配置為向圖8的晶體管的p摻雜隔離區(qū)施加特定電位的電路。

具體實(shí)施方式