[發明專利]一種具有防電流倒灌的P型金屬氧化物半導體場效應管

有效

• 申請號: 201610180442.8
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN105679758B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 王海波;張洪俞
• 申請（專利權）人: 南京微盟電子有限公司
• 主分類號: H01L27/088
• 分類號: H01L27/088;H01L29/78
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 奚幼堅

技術領域

本發明涉及微電子領域模擬集成電路設計，具體涉及一種具有防電流倒灌的P型金屬氧化物半導體場效應管。

背景技術

場效應管(FET)是電壓控制器件，它由輸入電壓控制輸出電壓變化，廣泛應用于各種電子線路。場效應管有結型和絕緣柵兩種結構，每種結構又有N溝道和P溝道兩種導電溝道。其中的絕緣柵場效應管是由金屬、氧化物和半導體所組成，所以又稱為金屬氧化物半導體(MOS)場效應管，簡稱MOSFET。MOSFET具有源極、漏極和柵極。其中P溝道金屬氧化物半導體場效應管簡稱為PMOSFET。圖1顯示了PMOSFET的結構。如圖所示，以P型硅片作為襯底，在其中擴散一個N型阱，PMOSFET以該N型阱作為基底B，在N型阱上面擴散兩個高摻雜的P型區P+，作為源極S和漏極D，另外在N型阱上面擴散一個高摻雜的N型區N+，是N阱的歐姆接觸，用于對N型阱的引線，作為基底B。在硅片表面覆蓋一層絕緣物，之后上面長出一層多晶硅層，然后用金屬鋁引出一個柵極G。其中的柵極與其它電極絕緣。其中漏極D和N型阱之間產生一個寄生二極管，并且該二極管的正端在漏極D，二極管的負端-通過基底B區域引出，用金屬鋁連接至源極S，即基底B和源極S短路在一起，電位相同，簡稱基源BS電位。圖2顯示PMOSFET示意圖，分別標注了其柵極G，源極S，漏極D以及位于源極S與漏極D之間的寄生體二極管，寄生體二極管正端在漏極D，負端在源極S，源極S與基底B短接。

由于在典型的PMOSFET工作中，漏極D與基源BS之間的寄生二極管都必須反偏，所以PMOSFET的基源BS一般連接到系統的最高電位。然而，有些電路中存在最高電位不明確的現象，即基源BS和漏極D電位反轉的現象，比如低壓降電壓調整器(LDO)、充電器(charger)等芯片中的輸入管，他們的基源BS連接在電源VCC上，漏極連接在輸出OUT上，充電時電源VCC大于輸出電壓OUT，而放電時電源VCC小于輸出電壓OUT，存在電源VCC和輸出OUT電壓切換的情況。此時VOUT電位大于VCC時，漏極到基源BS的寄生二極管導通，因而產生漏電流，對芯片性能產生極大的影響，甚至會燒壞芯片。

發明內容

本發明為克服現有技術之缺陷，提供一種具有防電流倒灌的P型金屬氧化物半導體場效應管的芯片結構，以防止電路中較高電位不明確情況下，漏極D到基源BS的寄生二極管導通而產生漏電流的問題。

本發明采用的技術方案如下：一種具有防電流倒灌的P型金屬氧化物半導體場效應管，P型金屬氧化物半導體場效應管的結構為：以P型硅片作為襯底，在P型襯底中擴散一個N型阱作為基底B，在N型阱上面擴散兩個高摻雜的P型區P+，分別作為源極S和漏極D，另外在N型阱上面還擴散一個高摻雜的N型區N+，作為N型阱的歐姆接觸，用于對N型阱的引線，即基底B，在P型硅片表面覆蓋一層絕緣層，在絕緣層上面長出一層多晶硅層，從多晶硅層用金屬鋁引出一個柵極G，柵極G與漏極D以及源極S絕緣，其中，漏極D與N型阱之間，即漏極D與基底B之間產生一個寄生體二極管，該寄生體二極管的正端在漏極D，二極管的負端通過基底B區域引出后用金屬鋁連接至源極S，即基底B和源極S短路在一起，電位相同，稱之為：基源BS電位；

其特征在于：將上述兩個相同結構的P型金屬氧化物半導體場效應管串聯，并將各自的寄生體二極管互為反向設置，即兩個寄生體二極管的正端連接在一起，利用二極管的單向導通性，解決因P型金屬氧化物半導體場效應管的漏極D電位和基源BS電位在出現電位高低反轉時導致寄生體二極管漏電而產生的電流倒灌；具體結構如下：

在同一個P型襯底中擴散兩個N型阱分別作為兩個P型金屬氧化物半導體場效應管P1、P2的基底B1、B2，P型金屬氧化物半導體場效應管P1的源極為S1、漏極為D1，柵極為G1，P型金屬氧化物半導體場效應管P2的源極為S2、漏極為D2，柵極為G2，P型金屬氧化物半導體場效應管P1的柵極G1與P型金屬氧化物半導體場效應管P2的柵極G2通過鋁線連接在一起作為柵極控制端GT，P型金屬氧化物半導體場效應管P1的漏極D1與P型金屬氧化物半導體場效應管P2的漏極D2通過鋁線連接在一起，P型金屬氧化物半導體場效應管P1的源極S1和基底B1通過鋁線連接在一起，作為接口IO1，P型金屬氧化物半導體場效應管P2的源極S2和基底B2通過鋁線連接在一起，作為接口IO2，P型金屬氧化物半導體場效應管P1的寄生體二極管d1的正端在漏極D1，寄生體二極管d1的負端在基底B1，P型金屬氧化物半導體場效應管P2的寄生體二極管d2的正端在漏極D2，寄生體二極管d2的負端在基底B2。