具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置的製作方法
2023-05-05 04:02:31
專利名稱：具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種適用於AC-DC開關電源電路的具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，屬於功率半導體技術領域。
背景技術：
AC-DC開關電源晶片的傳統結構如圖1所示，其中啟動電路101和PWM (PulseWidth Modulation，脈寬調製)電路102集成在一起作為控制電路103，而功率開關管作為輸出級。在晶片工作過程中，控制電路的驅動輸出用來控制功率開關管的導通和關斷狀態，同時用電阻採樣功率開關管的電流，反饋回控制模塊。近年來，隨著開關電源集成電路的不斷發展，人們開始越來越追求晶片工作的高效率和低成本，因此需要設計新型的半導體裝置。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種易於與低壓控制晶片單片集成的具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，旨在提高效率，降低成本。本發明的目的通過以下技術方案來實現:
具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，特點是:包括第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體和電阻，所述第一電晶體的漏端連接第二電晶體的漏端、第三電晶體的漏端和所述電阻的一端，所述第一電晶體的源端接地，所述第一電晶體的柵端連接第二電晶體的柵端，所述電阻的另一端連接所述第三電晶體的柵端，其特徵在於:所述第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體均為高壓電晶體，所述電阻通過在第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體的耐壓區上、或者第一電晶體的耐壓區上、或者第三電晶體的耐壓區上繞制而成。進一步地，上述的具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，所述第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體是橫向高壓電晶體，其耐壓區為橫向高壓電晶體的漂移區。更進一步地，上述的具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，所述第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體是縱向高壓電晶體，其耐壓區為縱向高壓電晶體的終端結構區。更進一步地，上述的具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，所述第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體和電阻集成在一個矽片上。更進一步地，上述的具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，所述第二電晶體的尺寸小於第一電晶體的尺寸。再進一步地，上述的具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，所述電阻是多晶矽電阻。再進一步地，上述的具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，所述第三電晶體是增強型MOS場效應電晶體或耗盡型MOS場效應電晶體或JFET即結型場效應電晶體。本發明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在:
①本發明半導體裝置中第一高壓電晶體作為功率開關，第二橫向高壓電晶體作為第一高壓電晶體的電流採樣、第三高壓電晶體和電阻作為啟動結構，結構面積小，成本低，實現與低壓控制晶片的自隔離；
②第二高壓電晶體尺寸小於第一高壓電晶體，對第二高壓電晶體的採樣較小電流，通過電路計算得到第一高壓電晶體的較大電流，採樣較小電流降低系統損耗；第三高壓電晶體電阻組成啟動結構與低壓控制電路連接後，實現晶片啟動功能，並且電路啟動後能關閉第三高壓電晶體，降低系統損耗；
③第三高壓電晶體，採用增強型MOS場效應電晶體，或耗盡型MOS場效應電晶體，或JFET即結型場效應電晶體，適用工藝平臺範圍寬；電阻由摻雜的多晶矽在耐壓區上繞制而成時，能夠降低耐壓區域表面電場，提升器件的可靠性，並且大大節省了晶片面積；本發明半導體裝置將開關、啟動、採樣集成在一個矽片上，實現更低的系統成本。
下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明:
圖1是開關電源晶片的傳統結構框 圖2是帶智能功率器件的開關電源晶片結構框 圖3是本發明的半導體裝置的採樣損耗與傳統電阻採樣對比示意 圖4是本發明的半導體裝置的啟動損耗與傳統電阻啟動對比示意 圖5是本發明的一種帶電流採樣和啟動結構的半導體裝置實現方式示意 圖6是本發明的一種帶電流採樣和啟動結構的半導體裝置另外一種實現方式示意圖； 圖7是本發明的一種帶電流採樣和啟動結構的半導體裝置又一種實現方式示意 圖8是本發明的一種帶電流採樣和啟動結構的半導體裝置又一種實現方式示意圖。
具體實施例方式本發明半導體裝置，通過將高壓啟動結構、電流採樣結構與功率開關集成在一起，降低電路啟動的損耗和功率管電流米樣損耗；同時將開關、啟動、米樣集成在一個娃片上，實現更低的系統成本。具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，包括第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體和電阻，其中第一電晶體作為開關，第二電晶體作為第一電晶體的電流採樣，第三電晶體和電阻作為啟動結構；第一電晶體的漏端連接第二電晶體的漏端、第三電晶體的漏端和所述電阻的一端，第一電晶體的源端接地，第一電晶體的柵端連接第二電晶體的柵端，電阻的另一端連接所述第三電晶體的柵端，第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體均為高壓電晶體，電阻通過在第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體的耐壓區上、或者第一電晶體的耐壓區上、或者第三電晶體的耐壓區上繞制而成。其中，第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體是橫向高壓電晶體，其耐壓區為橫向高壓電晶體的漂移區。第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體是縱向高壓電晶體，其耐壓區為縱向高壓電晶體的終端結構區。第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體和電阻集成在一個矽片上。第二電晶體的尺寸小於第一電晶體的尺寸。
電阻是多晶矽電阻。第三電晶體是增強型MOS場效應電晶體或耗盡型MOS場效應電晶體或JFET即結型場效應電晶體。第三電晶體既可具有負的閾值電壓，也可具有正的閾值電壓。如圖2所示，M1、M2、M3與Rl為帶電流採樣和啟動結構的半導體裝置電路，其中SW為高壓端，GATE為輸出驅動信號，SOURCE為開關管Ml的源端接地，SENSE為採樣管M2的源端，連接採樣電阻R2到地，同時作為採樣信號輸入到控制電路103。上電過程中，M3的柵極電壓慢慢升高，當其柵源電壓大於其閾值電壓時，M3導通，經過啟動電路101向外界電容充電，同時啟動電路內器件與Rl組成負反饋迴路來控制M3的柵壓，由此穩定M3對外界電容的充電電流，避免其由於電容上電壓的變化以及漏端電壓的變化產生的影響。本發明帶電流採樣和啟動結構的半導體裝置的一種具體實現方式如圖5所示，第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體均採用橫向高壓電晶體。第一電晶體由漏端區10、源端區11和柵端12構成，第二電晶體由漏端區10、源端區17和柵端12構成，第三電晶體由漏端區10、源端區13和柵端14構成，電阻15通過在第一電晶體的橫向漂移區上繞制而成，電阻15的一端連接第一電晶體的漏端區10，電阻15的另一端連接第三電晶體的柵端14。本發明帶電流採樣和啟動結構的半導體裝置，採用橫向高壓電晶體的另外一種具體實現方式如圖6所示，第一電晶體由漏端區10、源端區11和柵端12構成，第二電晶體由漏端區10、源端區17和柵端12構成，第三電晶體由漏端區10、源端區13和柵端14構成，電阻16通過在第三電晶體的橫向漂移區上繞制而成，電阻16的一端連接第一電晶體的漏端區10，電阻16的另一端連接第三電晶體的柵端14。本發明帶電流採樣和啟動結構的半導體裝置的另外一種具體實現方式如圖7所示，第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體均採用縱向高壓電晶體，第一電晶體由漏端區20、源端區21和柵端22構成，第二電晶體由漏端區20(外延底部也是漏端區，圖中未畫出)、源端區27和柵端22構成，第三電晶體由漏端區20、源端區23和柵端24構成，電阻25通過第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體的終端結構26上繞制而成，電阻25的一端連接第一電晶體的漏端區20，電阻25的另一端連接第三電晶體的柵端24。本發明帶電流採樣和啟動結構的半導體裝置的另外一種具體實現方式如圖8所示，第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體均採用縱向高壓電晶體。第一電晶體由漏端區20、源端區21和柵端22構成，第二電晶體由漏端區20(外延底部也是漏端區，圖中未畫出)、源端區27和柵端22構成，第三電晶體由漏端區20、源端區23和柵端24構成，電阻25通過在第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體的部分終端結構26上繞制而成，電阻25的一端連接第一電晶體的漏端區20，電阻25的另一端連接所述第三電晶體的柵端24。本發明半導體裝置中第一高壓電晶體作為功率開關，第二橫向高壓電晶體作為第一高壓電晶體的電流採樣、第三高壓電晶體和電阻作為啟動結構，結構面積小，成本低，實現與低壓控制晶片的自隔離。第二高壓電晶體尺寸小於第一高壓電晶體，對第二高壓電晶體的採樣較小電流，通過電路計算得到第一高壓電晶體的較大電流，採樣較小電流能夠降低系統損耗。與傳統第一高壓電晶體電流採樣結構對比，系統損耗大幅降低，系統效率得到提高，本發明結構與傳統結構採樣損耗對比如圖3。第三高壓電晶體電阻組成啟動結構與低壓控制電路連接後，實現晶片啟動功能，並且電路啟動後能關閉第三高壓電晶體，降低系統損耗。與傳統電阻啟動結構對比，系統損耗大幅降低，系統效率得到提高，本發明結構與傳統結構啟動損耗對比如圖4。第三高壓電晶體，是增強型MOS場效應電晶體，或耗盡型MOS場效應電晶體，或JFET即結型場效應電晶體，適用工藝平臺範圍寬。電阻由摻雜的多晶矽在耐壓區上繞制而成時，降低耐壓區域表面電場，提升器件的可靠性，大大節省了晶片面積。本發明半導體裝置將開關、啟動、採樣集成在一個矽片上，實現更低的系統成本。需要理解到的是:以上所述僅是本發明的優選實施方式，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，其特徵在於:包括第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體和電阻，所述第一電晶體的漏端連接第二電晶體的漏端、第三電晶體的漏端和所述電阻的一端，所述第一電晶體的源端接地，所述第一電晶體的柵端連接第二電晶體的柵端，所述電阻的另一端連接所述第三電晶體的柵端，其特徵在於:所述第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體均為高壓電晶體，所述電阻通過在第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體的耐壓區上、或者第一電晶體的耐壓區上、或者第三電晶體的耐壓區上繞制而成。
2.根據權利要求1所述的具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，其特徵在於:所述第一電晶體、第二 電晶體和第三電晶體是橫向高壓電晶體，其耐壓區為橫向高壓電晶體的漂移區。
3.根據權利要求1所述的具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，其特徵在於:所述第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體是縱向高壓電晶體，其耐壓區為縱向高壓電晶體的終端結構區。
4.根據權利要求1所述的具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，其特徵在於:所述第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體和電阻集成在一個矽片上。
5.根據權利要求1所述的具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，其特徵在於:所述第二電晶體的尺寸小於第一電晶體的尺寸。
6.根據權利要求1所述的具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，其特徵在於:所述電阻是多晶矽電阻。
7.根據權利要求1所述的具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，其特徵在於:所述第三電晶體是增強型MOS場效應電晶體或耗盡型MOS場效應電晶體或JFET即結型場效應電晶體。
全文摘要
本發明涉及具有電流採樣和啟動結構的半導體裝置，包括第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體和電阻，第一電晶體的漏端連接第二電晶體的漏端、第三電晶體的漏端和所述電阻的一端，第一電晶體的源端接地，所述第一電晶體的柵端連接第二電晶體的柵端，電阻的另一端連接所述第三電晶體的柵端，第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體均為高壓電晶體，所述電阻通過在第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體的耐壓區上、或者第一電晶體的耐壓區上、或者第三電晶體的耐壓區上繞制而成。通過將高壓啟動結構、電流採樣結構與功率開關集成在一起，降低電路啟動的損耗和功率管電流採樣損耗。
文檔編號H02M1/36GK103219898SQ201310112448
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月2日 優先權日2013年4月2日
發明者易揚波, 李海松, 陶平, 陳文高, 張立新 申請人:蘇州博創集成電路設計有限公司