專利名稱：Soi－ldmos器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有橫向漂移區(qū)和導(dǎo)電場(chǎng)板這種類型的半導(dǎo)體器件的領(lǐng)域，更具體地，涉及提供這樣一種半導(dǎo)體器件，其整體地適合于感測(cè)和分析瞬時(shí)的且隨時(shí)間可變的源到漏的輸出電壓。
所有的電器件都可以在限定的最大電壓下工作。超過(guò)該額定的最大電壓會(huì)導(dǎo)致電擊穿，或者可能導(dǎo)致該器件完全毀壞。同樣地，半導(dǎo)體器件也是對(duì)電壓敏感的。在半導(dǎo)體器件，例如晶體管，承受高電壓的已知的電路中，在電路中增加一個(gè)外部元件來(lái)感測(cè)電壓。將所述外部元件連接到控制器，則可以在晶體管被損壞之前斷開(kāi)電壓。當(dāng)然，增加外部元件需要更多的勞力及費(fèi)用。
本發(fā)明認(rèn)識(shí)到，可以將半導(dǎo)體器件本身構(gòu)造成包含一個(gè)單獨(dú)的場(chǎng)板電路來(lái)判斷過(guò)度的電壓，消除了為此目的增加外部元件的需要。這里公開(kāi)的發(fā)明提供了一種改進(jìn)的SOI-LDMOS半導(dǎo)體器件，使得能夠檢測(cè)該器件的源和漏之間的輸出電壓。該器件的場(chǎng)板被隔離并被分為兩個(gè)或更多個(gè)子場(chǎng)板，其中每個(gè)子場(chǎng)板具有外部接觸電極。用于檢測(cè)和測(cè)量瞬時(shí)電壓的第一附加電路可以連接到所述電極中的第一電極，用于檢測(cè)隨時(shí)間變化電壓的第二電路可以連接到所述電極中的第二電極。
因此，下面公開(kāi)的發(fā)明可以提供一種包括被隔離的場(chǎng)板和外部分析電路的半導(dǎo)體器件，其中將所述被隔離的場(chǎng)板分為多個(gè)子場(chǎng)板，每個(gè)子場(chǎng)板具有一個(gè)端子連接區(qū)域用于從中感測(cè)和分析電壓值。
現(xiàn)在參考附圖以舉例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有被隔離場(chǎng)板的半導(dǎo)體器件的第一剖視圖。
圖2是垂直于第一剖視圖的第二剖視圖，示意性地示出了本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，其中場(chǎng)板被劃分為兩個(gè)子場(chǎng)板，每個(gè)子場(chǎng)板具有用于感測(cè)電壓的接觸端。
圖3示出連接到本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的一對(duì)示例性電路，其中電路(a)確定源到漏的瞬時(shí)電壓降，電路(b)確定源到漏的電壓降作為時(shí)間函數(shù)的變化。
在圖1的剖視圖中，橫向薄膜SOI MOS半導(dǎo)體器件10包括襯底20，隱埋絕緣層22，和在其中制造了該器件的半導(dǎo)體表面層26。MOS晶體管包括第一導(dǎo)電類型的源區(qū)24，相反的第二導(dǎo)電類型的體區(qū)30，第一導(dǎo)電類型的橫向漂移區(qū)46，和同樣為第一導(dǎo)電類型的漏區(qū)50。由柵電極32完成基本器件結(jié)構(gòu)，通過(guò)氧化物絕緣區(qū)56與半導(dǎo)體表面層26絕緣。
柵電極32優(yōu)選地由多晶硅晶體材料制成。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本發(fā)明采用的MOS晶體管結(jié)構(gòu)可選地具有各種性能增強(qiáng)特征，如場(chǎng)氧化物區(qū)56內(nèi)的階梯式氧化物區(qū)，形成為場(chǎng)部分34的延伸柵電極結(jié)構(gòu)，覆蓋柵電極32的絕緣氧化物層42，頂部場(chǎng)板40a，朝著器件的漏極側(cè)橫向伸出的延伸頂部場(chǎng)板部分40b，和薄化的橫向漂移區(qū)部分46，以及可能需要的大量其他各種性能增強(qiáng)特征，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。相對(duì)接近源極28的子場(chǎng)板40a優(yōu)選地由多晶硅結(jié)晶材料制成，而相對(duì)接近漏極48的子場(chǎng)板40b優(yōu)選地由金屬或其他高導(dǎo)電率材料制成。另外，MOS晶體管10還可以包括與源區(qū)24接觸的表面接觸區(qū)44，其位于體區(qū)30中并與體區(qū)具有相同的導(dǎo)電類型，但為更高的摻雜。應(yīng)注意，為了用于高電壓應(yīng)用中，其中漏到源的電壓為數(shù)百伏的量級(jí)，導(dǎo)電頂部場(chǎng)板是必須的，以便用可允許的最大漂移區(qū)電荷來(lái)保持電壓。
可以理解，這里示出的經(jīng)簡(jiǎn)化的代表性器件描述了具體的器件結(jié)構(gòu)，但可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)對(duì)器件的幾何尺寸和構(gòu)造作出各種變化。本領(lǐng)域公知的常規(guī)半導(dǎo)體器件具有連接回到源極的場(chǎng)板。在本發(fā)明中，則將場(chǎng)板保持為具有外部連接電極的被隔離端。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖2，其中示出了本發(fā)明的SOI-LDMOS器件的剖視圖，該圖的方向與圖1的剖視圖垂直，所示SOI-LDMOS器件具有被隔離的場(chǎng)板F(圖1中標(biāo)為部件40)。半導(dǎo)體器件的組成部分在圖2中用字母標(biāo)出，以表明其屬性。場(chǎng)板F被分為大小基本相等的兩個(gè)子場(chǎng)板F1和F2，通過(guò)間隙G彼此分隔開(kāi)。間隙G形成為等于或小于場(chǎng)氧化物區(qū)56的厚度t(見(jiàn)圖1)，以防止器件中的過(guò)度擊穿損傷。如上面提到的，無(wú)論是子場(chǎng)板F1還是子場(chǎng)板F2都沒(méi)有連接到源區(qū)28。在本發(fā)明中，子場(chǎng)板F1和F2是獨(dú)立的端。子場(chǎng)板F1連接到外部接觸電極T1，子場(chǎng)板F2連接到外部接觸電極T2。對(duì)外部接觸電極T1和T2中的每一個(gè)進(jìn)行定位以便與外部電路相連接，例如在印刷電路板中顯現(xiàn)的，如下面將要描述的。根據(jù)這里所描述的構(gòu)造，在選中的時(shí)刻在電極T1處測(cè)量的電壓電位與相同時(shí)刻在電極T2的電壓電位基本上相同。圖2中表示為漏區(qū)D、柵區(qū)G和源區(qū)S的附加組成部分，基本上如上面結(jié)合圖1所述。將源區(qū)S和柵區(qū)G明顯劃分為子區(qū)域，僅僅是為了表明分別從子場(chǎng)板F1和F2向外延伸的連接端T1和T2與其隔離的。另外可以理解，將場(chǎng)板F劃分為兩個(gè)相等的子場(chǎng)板F1和F2是示例性的，劃分為其他數(shù)目，例如3、4、5個(gè)等等的子場(chǎng)板，也認(rèn)為是在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。另外還可以認(rèn)識(shí)到，多個(gè)相等子場(chǎng)板中的每一個(gè)將呈現(xiàn)出基本相等的外部電壓結(jié)果。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖3，其中示出一對(duì)感測(cè)和分析電路(a)和(b)連接到半導(dǎo)體器件10。如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的，半導(dǎo)體器件由于本身的特性使得其不可避免地產(chǎn)生電容。圖中示出半導(dǎo)體器件10具有第一和第二寄生電容CP1和CP2，表示場(chǎng)板區(qū)F與漏區(qū)D之間的電容(見(jiàn)圖2)。根據(jù)圖3的電路(a)60，外部接觸電極T2圖示地連接在電容CP2與運(yùn)算放大器(op-amp)62的負(fù)極端之間。op-amp 62的正極端接地。另一個(gè)電容C64與運(yùn)算放大器62為并聯(lián)關(guān)系，跨接op-amp 62的負(fù)極端與輸出抽頭66。如圖中所示，輸出抽頭66處的輸出電壓可以用下面的公式表示V0＝-Vds×CP2/C可以看出，通過(guò)上面的計(jì)算可以得出源漏之間的電壓降(Vds)的讀數(shù)。該電壓通常在0-20V之間的范圍內(nèi)。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖3的電路(b)70，外部接觸電極T1圖示地連接在電容CP1之間且外部連接到運(yùn)算放大器(op-amp)72的負(fù)極端。op-amp 72的正極端接地。將每個(gè)op-amp 62及72的正極端接地能保證端子T1和T2接近地電位。電阻R74與op-amp 72為并聯(lián)關(guān)系，跨接op-amp72的負(fù)極端與輸出抽頭76。如圖中所示，輸出抽頭66處的輸出電壓可以用下面的公式表示V0＝-dVds/dt×R×CP1可以看出，通過(guò)該計(jì)算可以得出源漏之間的電壓讀數(shù)由于受到檢測(cè)電路的限制而隨時(shí)間變化?？梢岳斫?，這些電路和相關(guān)的公式是作為可能根據(jù)本發(fā)明的感測(cè)和分析方法的例子而提供的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以采用其他的電路和公式。另外還可以理解，雖然從單位場(chǎng)板可以確定Vds和dVds/dt這兩者，通過(guò)對(duì)場(chǎng)板進(jìn)行劃分，則可以通過(guò)調(diào)整所采用的電阻和電容值來(lái)優(yōu)化分析電路，例如圖3的電路(a)和(b)。
在由半導(dǎo)體器件10確定了瞬時(shí)電壓的幅度和電壓變化率后，上述公式通過(guò)其進(jìn)行計(jì)算的控制器對(duì)所述電壓值和已設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較。如果判斷出絕對(duì)電壓值超過(guò)設(shè)定的最大值，或者電壓導(dǎo)數(shù)過(guò)大時(shí)，則斷開(kāi)電源，從而防止半導(dǎo)體器件過(guò)載。
雖然已結(jié)合特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解，在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下可以作出各種變動(dòng)和修改，本發(fā)明的范圍和精神由后附的權(quán)利要求書更加清楚、準(zhǔn)確地限定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件(10)，具有第一導(dǎo)電類型的源區(qū)(24)，漏區(qū)(50)，第二導(dǎo)電類型的襯底(20)，和柵極(32)，該半導(dǎo)體器件(10)包括與其的其他端相隔離的多個(gè)子場(chǎng)板(F1，F(xiàn)2)，每個(gè)子場(chǎng)板(F1，F(xiàn)2)具有電極(T1，T2)用于感測(cè)和從中分析電壓值。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件(10)，還包括與所述多個(gè)電極中的第一電極(T2)相連接的第一分析電路(60)，和與所述多個(gè)電極中的第二電極(T1)相連接的第二分析電路(70)。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件(10)，其中所述第一分析電路(60)被構(gòu)造用來(lái)感測(cè)從源到漏的電壓差。
4.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件(10)，其中所述第二分析電路(70)被構(gòu)造用來(lái)感測(cè)從源到漏的電壓差作為時(shí)間函數(shù)的變化。
5.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件(10)，其中所述第一分析電路(60)包括運(yùn)算放大器(62)，該運(yùn)算放大器(62)與電容(64)并聯(lián)在電極(T2)與輸出抽頭(66)之間。
6.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件(10)，其中所述第二分析電路(70)包括運(yùn)算放大器(72)，該運(yùn)算放大器(72)與電阻(74)并聯(lián)在電極(T1)與輸出抽頭(76)之間。
7.如前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體器件(10)，其中所述子場(chǎng)板(F1，F(xiàn)2)的大小基本上彼此相等。
8.一種用于確定半導(dǎo)體器件(10)中源(24)與漏(50)之間的電壓差的方法，包括-將半導(dǎo)體器件(10)的場(chǎng)板(40)劃分為多個(gè)子場(chǎng)板(F1，F(xiàn)2)；-提供連接到所述多個(gè)子場(chǎng)板(F1，F(xiàn)2)中的每一個(gè)子場(chǎng)板的外部接觸電極(T1，T2)；-將第一分析電路(60)連接到第一外部接觸抽頭(T2)；-將第二分析電路(70)連接到第二外部接觸抽頭(T1)；和-確定每個(gè)外部接觸電極(T1，T2)處的輸出電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述場(chǎng)板(40)與半導(dǎo)體器件(10)中的其他端相隔離，并且所述方法還包括將子場(chǎng)板(F1，F(xiàn)2)保持為相互隔離。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其中連接第一分析電路(60)的步驟包括將op-amp(62)與電容(64)并聯(lián)連接，其第一側(cè)連接到外部接觸電極(T2)，其第二側(cè)連接到輸出抽頭(66)。
11.如權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中連接第二分析電路的步驟包括將op-amp(72)與電阻(74)并聯(lián)連接，其第一側(cè)連接到外部接觸電極(T1)，其第二側(cè)連接到輸出抽頭(66)。
12.如權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的方法，還包括按照下面的公式計(jì)算瞬時(shí)源到漏的電壓差的步驟V0＝-Vds×CP2/C。
13.如權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的方法，還包括按照下面的公式計(jì)算隨時(shí)間變化的源到漏的電壓差的步驟V0＝-dVds/dt×R×CP1。
14.一種保護(hù)半導(dǎo)體器件(10)防止由于電壓過(guò)載而損壞的方法，包括步驟-在半導(dǎo)體器件(10)中提供多個(gè)子場(chǎng)板(F1，F(xiàn)2)；-提供連接到每個(gè)子場(chǎng)板的外部接觸電極(T1，T2)；-將第一分析電路(60)連接到外部接觸電極(T1，T2)中的第一電極；-將第二分析電路(70)連接到外部接觸電極(T1，T2)中的第二電極；-通過(guò)第一分析電路(60)確定瞬時(shí)輸出電壓差；-通過(guò)第二分析電路(70)確定輸出電壓差作為時(shí)間函數(shù)的變化；和-如果瞬時(shí)輸出電壓或者輸出電壓作為時(shí)間函數(shù)的變化超過(guò)為其設(shè)定的值，則將半導(dǎo)體器件與電源斷開(kāi)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中子場(chǎng)板(F1，F(xiàn)2)彼此電隔離。
16.如權(quán)利要求14或15所述的方法，其中確定瞬時(shí)輸出電壓差的步驟包括利用公式V0＝-Vds×CP2/C
17.如權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中確定輸出電壓差變化的步驟包括利用公式V0＝-dVds/dt×R×CP1。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種SOI－LDMOS型半導(dǎo)體器件，其中將場(chǎng)板劃分為多個(gè)電隔離的子場(chǎng)板。其中至少兩個(gè)劃分的子場(chǎng)板連接到外部電路以讀出其各自的輸出電壓。通過(guò)連接具有特定元件的第一外部電路和第二外部電路，將一個(gè)電路構(gòu)造為用來(lái)確定瞬時(shí)輸出電壓，而將另一個(gè)電路構(gòu)造為用來(lái)確定輸出電壓作為時(shí)間函數(shù)的變化。如果瞬時(shí)輸出電壓或者電壓對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)超過(guò)所設(shè)定的值，則將半導(dǎo)體器件與電源斷開(kāi)。
文檔編號(hào)G01R19/12GK1864269SQ03811571
公開(kāi)日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2003年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月21日
發(fā)明者J·佩特魯澤爾洛, B·杜福特, T·J·勒塔韋 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司