在分立的功率MOS场效应管集成传感场效应管的器件及方法技术

本发明专利技术涉及在不增加掩膜层以及制备工艺程序的数量的前提下，提供的一种在一个分立的功率MOS场效应管内集成一个或多个传感场效应管的功率器件及其制备方法。该半导体器件包含一个主场效应管以及一个或多个传感场效应管；传感场效应管的晶体管部分被主场效应管的晶体管包围着；包围主场效应管的电绝缘结构，使主场效应管的源极和本体区，与传感场效应管的源极和本体区电绝缘。传感场效应管源极垫位于主场效应管的边缘处，并与传感场效应管的晶体管部分分隔开；传感场效应管源极垫通过传感场效应管探针金属，连接到传感场效应管的晶体管部分；配置绝缘结构，使传感场效应管的晶体管部分以及传感场效应管源极垫位于主场效应管的有源区外部。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例主要关于半导体器件，更确切地说，是关于包含功率MOS场效应管以及一个或多个带有共栅极和漏极端以及分立的源极端的传感MOS场效应管在内的半导体器件。
技术介绍
在电路中，确定电流流经负载的方法之一就是使用金属氧化物半导体场效应管 (M0S场效应管)，用于电流传感。传统的电流传感功率MOS场效应管通常包含上千个并联在一起的晶体管单元，共享共漏极、源极和栅极电极。器件内的每个晶体管单元或元件都是相同的，器件漏极端的电流在它们之间也相同。在这种设计中常见的情况是，其中某些晶体管的源极电极与剩余的源极电极分开，连接到一个分立的源极端上。因此，所产生的电流传感 MOS场效应管可以看成是相当于两个或多个并联的晶体管，具有共栅极和漏极端，以及分立的源极端。这些晶体管中的第一部分，包含电流传感功率MOS场效应管中的大多数的晶体管单元，通常称为主场效应管。第二部分，包含具有分立的源极端的多个晶体管单元，称为传感场效应管。在使用过程中，传感场效应管仅仅传导共漏极端上的一小部分电流，这一小部分电流与传感比η成反比，其中η为电流比，取决于主场效应管中的晶体管单元数量与传感场效应管中的晶体管单元数量之比。定义传感比η，是为了使传感场效应管和主场效应管的源极端保持在同一电势下进行传导。当传感比已知时，流经器件的总电流，以及器件所连接的负载上的负载电流，可以通过测量传感场效应管上的源极电流(即在漏极和源极电极之间，流经传感场效应管的电流通路的电流)计算出来。美国专利号为5，079，456的专利提出了一种用于测量并/或控制传感场效应管中的电流等级的方法和装置，其中传感场效应管含有一个功率晶体管以及一个传感晶体管。 将这两个晶体管偏置，在线性模式下工作，传感晶体管的源极-漏极电压Vds，与功率晶体管的预设的那部分Vds作比较。所产生的控制信号表示比较的结果，在一个实施例中，该控制信号用在反馈装置中，用于将传感晶体管的Vds，驱动到功率晶体管的预设部分Vds因此，使传感晶体管上所承载的电流的等级，与功率晶体管上所承载的电流的预设部分相等。美国专利号为5，408，141的专利提出了一种集成的功率器件，包含一个功率晶体管和五个传感晶体管。其中四个传感晶体管，在尺寸上，都与功率晶体管成比例，并且利用与功率晶体管的零件相同的制备过程，制造在功率晶体管的有源区的外围区域附近。第五个传感晶体管位于功率晶体管的有源区内部，利用金属互联的第二等级，连接到第五个传感晶体管所需的源极区上，以形成源极接触。美国专利号为5，962，912的专利提出了一种具有晶体管单元结构的功率半导体零件，该零件含有一个金属电阻追踪，通过一个非导电层，与功率半导体零件的半导体本体以及控制电极绝缘。该电阻追踪位于功率半导体单元之间的水平区域中。利用电阻追踪，零件的有源区不会做得更小，同时制备电阻追踪与零件的金属层，零件的金属层提供与功率半导体的主电极接触，因此增加电阻追踪不需要额外的制备步骤。然而，传感场效应管和主场效应管之间的引线接合会影响期间的性能。此外，在不增加掩膜层以及制备工艺程序的数量的前提下，有必要研发一种在一个分立的功率MOS场效应管内集成一个或多个传感场效应管的功率器件。正是在这一前提下，提出了本专利技术的各种实施例。
技术实现思路
本专利技术的目的是，在不增加掩膜层以及制备工艺程序的数量的前提下，提供一种在一个分立的功率MOS场效应管内集成一个或多个传感场效应管的功率器件及其制备方法。本专利技术的技术方案是提供一种半导体器件，包含一个含有源极、本体和栅极的主场效应管；一个含有源极、本体和栅极的传感场效应管，其中传感场效应管的晶体管部分被主场效应管的晶体管包围，并位于主场效应管的晶体管附近；一个位于半导体器件边缘处的传感场效应管源极垫，其中传感场效应管源极垫与传感场效应管的晶体管部分分开，并通过传感场效应管探针金属，连接到传感场效应管的晶体管部分；以及一个电绝缘结构，使主场效应管的源极和本体区与传感场效应管的源极和本体区电绝缘，其中主场效应管、传感场效应管以及电绝缘结构形成在一个单独的半导体晶片中，通过配置绝缘结构使传感场效应管的晶体管部分以及传感场效应管源极垫位于主场效应管的有源区外部，其中半导体器件是一个分立的垂直场效应管。其中传感场效应管探针金属、主场效应管源极金属以及栅极金属都是同一个单独金属层中分开的部分。其中传感场效应管探针金属并不是一个电阻。其中传感场效应管的晶体管部分不如传感场效应管探针金属宽。其中传感场效应管的晶体管部分位于主场效应管的中心附近。其中传感场效应管晶体管部分、传感场效应管探针金属以及传感场效应管源极垫都通过绝缘结构，与主场效应管分开，并且通过传感场效应管源极垫，位于主场效应管的外围。其中绝缘结构含有一个或多个深势阱，形成在外延层的顶部，其中深势阱使传感场效应管的源极和本体区，与主场效应管的源极和本体区绝缘，其中深势阱的导电类型与主场效应管本体区的导电类型相同。其中深势阱的深度大于主场效应管本体区的深度。其中深势阱的深度约在1微米至2微米之间，主场效应管的本体区深度约在0. 5 微米至0.7微米之间。其中深势阱的掺杂浓度小于主场效应管本体区的掺杂浓度。其中深势阱的掺杂浓度约为4X 10"Vcm3。其中传感场效应管的晶体管部分和主场效应管之间的深势阱，约为两倍的晶体管单元间距的宽度。其中传感场效应管的晶体管部分和主场效应管之间的深势阱宽度约为2至10微米。其中主场效应管和传感场效应管是由金属氧化物半导体场效应管MOSFET构成的。其中传感场效应管和主场效应管之间的电绝缘结构，是由绝缘沟槽附近的本体环构成的，其中一个位于电绝缘上方的金属层，将传感场效应管的栅极电连接到主场效应管的栅极。本专利技术的另一技术方案是提供一种用于制备含有一个主场效应管和一个传感场效应管的半导体器件的方法，包含a)在一个衬底中，制备主场效应管的源极、本体和栅极；b)在衬底中，制备传感场效应管的源极、本体和栅极，其中传感场效应管位于主场效应管的中心附近，其中传感场效应管的晶体管部分被主场效应管的晶体管包围着，并位于主场效应管的晶体管附近，以减少传感场效应管测量的失真和误差，其中传感场效应管和主场效应管为垂直场效应管，共享一个公共衬底；c)在衬底中，制备一个电绝缘结构，使主场效应管的源极和本体区，与传感场效应管的源极和本体区电绝缘；并且d)制备一个位于主场效应管边缘处的传感场效应管源极垫，并通过传感场效应管探针金属连接到传感场效应管上，其中传感场效应管和传感场效应管源极垫，通过电绝缘结构，与主场效应管分开。所述的方法，其中a)至d)包含i)在一个重掺杂的第一导电类型的衬底上方，制备一个第一导电类型的外延层；ii)在外延层上方制备一个深势阱掩膜；并且iii)在半导体器件的绝缘结构区域中的外延层的顶部，植入第二导电类型的掺杂物，以形成深势阱区，第二导电类型与第一导电类型相反。其中iii)还包含制备深势阱区，使深势阱区的深度约为1至2微米，掺杂浓度约为 4 X IO1Vcm30所述的方法，还包含制备主场效应管栅极沟槽、传感场效应管栅极沟槽以及绝缘沟槽，其中绝缘沟槽位于主场效应管和传感场效应管之间，并构成一部分所述的电绝缘，其中绝缘沟槽不连接栅极电压；在所述的电绝缘结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：苏毅，安荷·叭剌，
申请(专利权)人：万国半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：