适用于锂电池充放电保护用的新型开关芯片制造技术

本实用新型专利技术涉及一种适用于锂电池充放电保护用的新型开关芯片，属于半导体技术领域。在N

【技术实现步骤摘要】
适用于锂电池充放电保护用的新型开关芯片


[0001]本技术涉及一种适用于锂电池充放电保护用的新型开关芯片，属于半导体


技术介绍

[0002]由于锂离子电池性能的优越性，使得锂离子电池成为了电子设备的首选，但是锂电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电，因此需要设置保护电路与锂电池配合使用，通过保护电路实现锂电池时刻准确的监视电芯的电压和充放回路的电流，及时控制电流回路的通断，并在高温环境下防止电池发生恶劣的损坏。
[0003]目前锂电池基本的保护电路电路图如图8所示，图中驱动芯片IC(MOS驱动芯片)用于控制MOS管M1
‑
M2的导通和关断，通过驱动芯片IC使电芯B1与外电路导通，同时对电芯B1的电压以及电流进行监测，当回路中电压以及电流超过规定值时，MOS管M1
‑
M2关断，保护电芯的安全。其中MOS管M1内包括MOS结构Q1以及MOS结构Q1中的基区与漏极之间的寄生二极管D1，MOS管M2内包括MOS结构Q2以及MOS结构Q2中的基区与漏极之间的寄生二极管D2。保护电路的工作原理为：在充电状态时，外部充电电路通过端口P1
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P2接入，此时驱动芯片IC控制两个MOS管导通，形成电流回路对电芯进行充电，当电池电压升到过充电压以上时，驱动芯片IC控制MOS结构Q2关断，此时寄生二极管D2反向截止，充电电流回路被阻断，实现电池过充保护。当放电状态时，电芯B1通过端口P1
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P2连接外部负载，此时驱动芯片IC控制两个MOS管导通，形成供电对负载放电，当电芯B1的电压降低到过放电压以下时，驱动芯片IC控制MOS结构Q1关断，此时寄生二极管D1反向截止，放电回路被阻断，实现电池过放保护。
[0004]由上述可知，传统的保护电路在工作时，在现有保护板电路中，两个MOS管通过外部连线、焊接工艺将两个MOS管漏极相连实现保护电路的开关控制功能。以充电状态为例，电流由端口P1流入电芯B1，从MOS管M1中的源极流入，经过MOS管M1中的MOS结构Q1、漂移区、衬底自MOS管M1的漏极流出，然后进入MOS管M2的漏极，然后经过MOS管M2的衬底、漂移区以及MOS结构Q2由MOS管M2的源极流出，从而形成充电电流的回路，放电过程基本相同，因此电流要经过两个MOS管的内部以及外部连线才能实现回路的导通，因此，电流途径过长，导致导通电阻过大，会大大影响设备的可靠性。
[0005]而保护电路的一项重要实用指标为导通电阻，由于通讯设备的工作频率较高，数据传输要求误码率低，其脉冲串的上升及下降沿陡，故对电芯B1的电流输出能力和电压稳定度要求也高，因此，要降低导通电阻，则需要保护电路中MOS管的开关导通时电阻要小，为解决该问题，提出一种新的开关芯片，通过该开关芯片代替现有保护电路中的两个MOS芯片，有效降低开关的内阻。

技术实现思路

[0006]根据以上现有技术中的不足，本技术要解决的问题是：提供一种结构简单，设计合理，可靠性高，能够有效降低保护线路成本，降低开关的内阻，提高充放电效率的适用
于锂电池充放电保护用的新型开关芯片。
[0007]本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008]所述的适用于锂电池充放电保护用的新型开关芯片，包括N+衬底和N
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外延，N
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外延内设置有沟槽，沟槽内壁设置有氧化层，氧化层内填充有多晶硅，多晶硅上方设置有厚氧化层，厚氧化层上方设置有正面金属层，相邻两个沟槽之间的N
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外延表面下方设置有N+源区，N+源区与正面金属层相连，N+衬底底部设置有背面金属层；
[0009]所述的厚氧化层设置在N
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外延表面上方，相连两个沟槽之间的厚氧化层上设置有接触孔，正面金属层与N+源区通过接触孔相连接；或者所述的厚氧化层设置在沟槽内且在多晶硅的上方，厚氧化层的上表面与N
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外延表面持平，正面金属层与N+源区接触连接。
[0010]所述的适用于锂电池充放电保护用的新型开关芯片结构简单，设计合理，该芯片一个能够代替原来保护电路中的两个MOS芯片，有效降低了保护线路成本，并且还能够降低开关的内阻，提高充放电效率，具有较强的实用性。
[0011]进一步的优选，沟槽内壁的氧化层为等厚度的栅氧层，栅氧层内填充有多晶硅，能够采用一个开关芯片代替原来的2个MOS芯片，有效降低了保护线路成本，降低了开关的内阻，提高了充放电效率，具有较强的实用性。
[0012]进一步的优选，氧化层包括第一氧化层和第二栅氧层，沟槽分为上下两层，下层沟槽内壁设置有第一氧化层，第一氧化层内填充第一多晶硅，第一多晶硅与N+源区相连，上层沟槽内壁设置有第二栅氧层，第二栅氧层内填充第二多晶硅，第一多晶硅和第二多晶硅之间设置有隔离氧化层。所述的第一多晶硅与芯片的耐压环内的多晶硅是相连接的，通过在耐压环多晶硅位置开接触孔，通过正面金属与N+源区相连。通过在沟槽底部分裂栅极多晶硅设计，可以进一步有效的降低栅极电容，减小栅极充电时间，有效提高开关频率。
[0013]进一步的优选，氧化层包括薄栅氧层和厚栅氧层，沟槽的上部内壁设置有薄栅氧层，沟槽的下部内壁设置有厚栅氧层，薄栅氧层及厚栅氧层内填充有第三多晶硅，通过沟槽底部厚栅氧层的设计，可以防止电压击穿沟槽底部栅氧层，有效提高芯片的耐压能力。
[0014]进一步的优选，沟槽之间的距离设置为0.1微米
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2微米，沟槽的深度为0.5微米
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10微米，沟槽之间的距离根据N
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外延的浓度进行确定，通常浓度越大，间距越小。沟槽的深度跟据设计产品的耐压制定，产品的耐压越高，深度越大。
[0015]进一步的优选，厚栅氧层为薄栅氧层的1.1倍
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5倍。
[0016]进一步的优选，沟槽内填充多晶硅后蚀刻到N
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外延表面下方0
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1微米位置。
[0017]本技术所具有的有益效果是：
[0018]本技术所述的适用于锂电池充放电保护用的新型开关芯片结构简单，设计合理，能够采用一个开关芯片代替原来的两个MOS芯片，有效降低了保护线路成本，降低了开关的内阻，提高了充放电效率，具有较强的实用性。
附图说明
[0019]图1是本技术实施例1的结构示意图；
[0020]图2是本技术实施例2的结构示意图；
[0021]图3是本技术实施例3的结构示意图；
[0022]图4是本技术实施例4的结构示意图；
[0023]图5是本技术实施例5的结构示意图；
[0024]图6是本技术实施例6的结构示意图；
[0025]图7是使用本技术的开关线路图；
[0026]图8是现有开关线路图；
[0027]图9是本技术实施例1的现有MOS芯片结构示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于锂电池充放电保护用的新型开关芯片，包括N+衬底(1)和N
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外延(2)，其特征在于：N
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外延(2)内设置有沟槽(3)，沟槽(3)内壁设置有氧化层(4)，氧化层(4)内填充有多晶硅(8)，多晶硅(8)上方设置有厚氧化层(7)，厚氧化层(7)上方设置有正面金属层(6)，相邻两个沟槽(3)之间的N
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外延表面下方设置有N+源区(5)，N+源区(5)与正面金属层(6)相连，N+衬底(1)底部设置有背面金属层(10)；所述的厚氧化层(7)设置在N
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外延表面上方，相连两个沟槽(3)之间的厚氧化层(7)上设置有接触孔(9)，正面金属层(6)与N+源区(5)通过接触孔(9)相连接；或者所述的厚氧化层(7)设置在沟槽(3)内且在多晶硅(8)的上方，厚氧化层(7)的上表面与N
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外延表面持平，正面金属层(6)与N+源区(5)接触连接。2.根据权利要求1所述的适用于锂电池充放电保护用的新型开关芯片，其特征在于：所述的沟槽(3)内壁的氧化层(4)为等厚度的栅氧层，栅氧层内填充有多晶硅(8)。3.根据权利要求1所述的适用于锂电池充放电保护用的新型开关芯片，其特征在于：所述的氧化层(4)包括第一氧化层(41)和第二栅氧层(42)，沟槽(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：关仕汉，薛涛，迟晓丽，
申请(专利权)人：淄博汉林半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：