[發明專利]一種包含靜電保護結構的半導體開關器件及其制作方法

有效

• 申請號: 201810783201.1
• 申請日: 2018-07-17
• 公開（公告）號: CN110729286B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 王凡
• 申請（專利權）人: 上海寶芯源功率半導體有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 羅泳文

本發明提供一種包含靜電保護結構的半導體開關器件及其制作方法，包括：P型基底、N型阱區、P型阱區、柵極結構、N型源區、P型基材層、N型摻雜區、介質層及源區電極。介質層中形成有源區接觸窗口，源區接觸窗口顯露的N型源區的中部區域反型形成P型接觸區，P型接觸區的兩側均保留有部分N型源區。本發明相比于傳統工藝能節省一次掩膜的制作，可有效降低工藝成本。本發明的源區接觸窗口僅顯露N型源區的中部區域，將源區接觸窗口顯露的N型源區的中部區域反型形成P型接觸區后，P型接觸區的兩側均保留有部分N型源區，可以有效降低器件的導通電阻，提高器件的驅動電流。同時，本發明可有效提高靜電保護結構的工藝效率，降低制作成本。

技術領域

本發明涉及屬于集成電路設計制造領域，特別是涉及一種包含靜電保護結構的半導體開關器件及其制作方法。

背景技術

隨著科技進步與社會發展，如手機、筆記本電腦、MP3播放器、PDA、掌上游戲機、數碼攝像機等便攜式設備已越來越普及，這類產品中有許多是采用鋰離子電池供電，鋰電池分為一次電池和二次電池兩類，目前在部分耗電量較低的便攜式電子產品中主要使用不可充電的一次鋰電池，而在筆記本電腦、手機、PDA、數碼相機等耗電量較大的電子產品中則使用可充電的二次電池，即鋰離子電池。

與鎳鎘和鎳氫電池相比，鋰離子電池具備以下幾個優點：1)電壓高，單節鋰離子電池的電壓可達到3.6V，遠高于鎳鎘和鎳氫電池的1.2V電壓。2)容量密度大，其容量密度是鎳氫電池或鎳鎘電池的1.5-2.5倍。3)荷電保持能力強(即自放電小)，在放置很長時間后其容量損失也很小。4)壽命長，正常使用其循環壽命可達到500次以上。5)沒有記憶效應，在充電前不必將剩余電量放空，使用方便。

由于鋰離子電池的化學特性，在正常使用過程中，其內部進行電能與化學能相互轉化的化學正反應，但在某些條件下，如對其過充電、過放電和過電流將會導致電池內部發生化學副反應,該副反應加劇后，會嚴重影響電池的性能與使用壽命，并可能產生大量氣體，使電池內部壓力迅速增大后爆炸而導致安全問題，因此所有的鋰離子電池都需要一個保護電路，用于對電池的充、放電狀態進行有效監測，并在某些條件下關斷充、放電回路以防止對電池發生損害。

一個典型的鋰離子電池保護電路原理圖如圖1a所示，該保護回路由兩個MOSFET(V1、 V2)和一個控制IC(N1)外加一些阻容元件構成。控制IC負責監測電池電壓與回路電流，并控制兩個MOSFET的柵極，MOSFET在電路中起開關作用，分別控制著充電回路與放電回路的導通與關斷，C3為延時電容，該電路具有過充電保護、過放電保護、過電流保護與短路保護功能，其工作原理分析如下：

1)在正常狀態下電路中N1的“CO”與“DO”腳都輸出高電壓，兩個MOSFET都處于導通狀態，電池可以自由地進行充電和放電，由于MOSFET的導通阻抗很小，通常小于30毫歐，因此其導通電阻對電路的性能影響很小。此狀態下保護電路的消耗電流為μA級，通常小于7μA。

2)鋰離子電池要求的充電方式為恒流/恒壓，在充電初期，為恒流充電，隨著充電過程，電壓會上升到4.2V(根據正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4.1V)，轉為恒壓充電，直至電流越來越小。電池在被充電過程中，如果充電器電路失去控制，會使電池電壓超過4.2V后繼續恒流充電，此時電池電壓仍會繼續上升，當電池電壓被充電至超過4.3V時，電池的化學副反應將加劇，會導致電池損壞或出現安全問題。在帶有保護電路的電池中，當控制IC檢測到電池電壓達到4.28V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時，其“CO”腳將由高電壓轉變為零電壓，使V2由導通轉為關斷，從而切斷了充電回路，使充電器無法再對電池進行充電，起到過充電保護作用。而此時由于V2自帶的體二極管VD2的存在，電池可以通過該二極管對外部負載進行放電。在控制IC檢測到電池電壓超過4.28V至發出關斷V2 信號之間，還有一段延時時間，該延時時間的長短由C3決定，通常設為1秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。