[發明專利]電池充電電路

有效

• 申請號: 201410084356.8
• 申請日: 2011-09-26
• 公開（公告）號: CN104009518A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 雷燮光;王薇
• 申請（專利權）人: 萬國半導體股份有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01L27/06
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 吳俊

技術領域

本發明主要涉及半導體器件結構領域。更確切的說，本發明是關于制備用于電池充電電路的集成功率半導體器件的器件結構和制備方法，詳細而言，涉及帶有集成的MOSFET和低正向電壓的等效二極管增強型JFET的半導體器件芯片及其制備方法。

背景技術

圖1A表示一種原有技術的電池充電電路1，作為示例可用于移動電話的電池充電。所提供的電池充電源極V電荷1b的負極端連接到電池1a的負極端。電池充電源極V電荷1b的正極端橋接到電池1a的正極端，并且串聯一個肖特基二極管D_S1f以及一個功率金屬-氧化物-半導體場效應管（MOSFET）1c，對于P-通道MOSFET的情況，串聯一個嵌入式體二極管1e以及柵極控制信號V控制1d。然而，在一些情況下，嵌入式體二極管1e是非常有利的，對于特定的應用，例如電池充電器件，體二極管1e就會成為一個問題，下文將詳細介紹。在正常的充電模式下，降低柵極控制信號V控制1d，打開功率MOSFET1c，所產生的充電電流I_FORWARD穿過肖特基二極管D_S1f和功率MOSFET1c，給電池1a充電。通過提高柵極控制信號V控制1d（例如將柵極控制信號1d連接到MOSFET1c源極電壓上），直到切斷功率MSOFET1c為止，可以中斷充電過程。然而，如果沒有肖特基二極管D_S1f，并且電池充電源極V電荷1b意外短路，那么即使在功率MOSFET1c關閉時，電池1a仍然可以通過流經嵌入式體二極管1e的反向電流I_REVERSE而短路。因此，肖特基二極管D_S1f也可以作為反向閉鎖二極管，防止電池1a意外短路。盡管肖特基二極管的優勢在于具有極短的開關恢復時間，但對于電池充電應用而言，這并不是一個非常重要的性能參數。對于本領域的技術人員，也可以使用其他類型的二極管代替肖特基二極管。然而，由于肖特基二極管1f的低正向電壓降使電池1a在正常充電過程中消耗的耗散功率相對較低，因此它對于能量效率非常有利。

對應圖1A的電路1中肖特基二極管D_S1e和MOSFET1c的串聯，圖1B表示一種原有技術的MOSFET-肖特基二極管共同封裝2。MOSFET-肖特基二極管共同封裝2帶有引腳群2f和引腳群2e，用于外部連接。共同封裝2必須帶有用于安裝MOSFET芯片2c的芯片墊一2a，以及用于安裝肖特基二極管芯片2d的芯片墊二2b。此外，共同封裝2必須帶有接合引線群2g以及接合引線群2h，以便將肖特基二極管芯片2d和MOSFET芯片2c連接到引腳群2f上。引腳群2e從芯片墊一2a和芯片墊二2b開始延伸。通過兩個芯片墊（2a和2b）以及兩個芯片（2c和2d），MOSFET-肖特基二極管共同封裝2會導致很大的整體封裝尺寸，并帶來相關的高組裝成本以及高制造成本。因此，有必要將圖1A中肖特基二極管D_S1f以及功率MOSFET1c的串聯集成在一個半導體芯片上，從而利用一個單獨的引線框縮小封裝尺寸，降低組裝成本和制造成本。

圖1C為美國專利6476442（此后稱為美國6476442）中的圖12A的副本。在美國6476442中，肖特基二極管被偽肖特基二極管所替代。所制備的N-通道MOSFET的源極、本體和柵極連接在一起，在正向電壓下關于其漏極偏置。所制備的二端器件（稱為“偽肖特基模式”）作為一個二極管，但其開啟電壓低于傳統的PN二極管。尤其是圖1C表示在一個橫向結構中形成的偽肖特基二極管1200的一個實施例結構的剖面圖。利用傳統的技術，在P+襯底1202上生長一個P-外延層1204。P+本體接頭1206和N+源極1208通過金屬源極/本體接頭1218短接。柵極1216也連接到在標記為S/B/G(A)的節點內的源極/本體接頭1218上，從而將源極/本體接頭1218制成偽肖特基二極管1200的陽極。連接到N+漏極1212上的金屬漏極接頭1214是偽肖特基二極管1200的陰極，其接觸節點標記為D（K），從而將漏極接頭1214制成偽肖特基二極管1200的陰極。N-漂流區1210位于N+漏極1212附近。