[发明专利]具有背对背场效应晶体管的双向开关

说明书

一个双向半导体开关器件包括形成在半导体衬底上的第一和第二垂直场效应晶体管（FET），串联在一起。第一FET的源极在衬底的第一边上，第二FET的源极在衬底的第二边上，第二边和第一边相对。第一和第二FET的栅极都位于一组公共沟槽中，这组沟槽构成半导体衬底的漂流区，漂流区夹在第一和第二FET的源极之间。漂流区作为第一FET和第二FET的公共漏极。

技术领域

本发明主要涉及集成电路，更确切地说是具有背对背场效应晶体管(FET)的集成电路器件。

背景技术

场效应晶体管(FET)是用电绝缘门所加电压控制源极和漏极之间电流的半导体晶体管器件。FET的一种示例是金属氧化物半导体FET(MOSFET)，其中通过氧化绝缘物，使栅极电极与半导体本体区绝缘。当栅极外加电压时，会产生穿通氧化物的电场，并在半导体-绝缘物界面处形成“反转层”或“通道”。反转层为电流提供通道，使之通过。改变栅极电压，调节改成的导电性，从而控制漏极和源极之间的电流。

另一种FET类型是积累型FET(ACCUFET)。在ACCUFET中，当处于接通模式时，半导体中的薄通道区在栅极附近积累。在断开模式时，栅极和半导体之间的工作函数使通道耗尽。为了确保正确地断开，要适当选取积累层的厚度、长度以及掺杂浓度，使其能被栅极的工作函数完全耗尽。这样会使源极和漂流区之间产生一个势垒，形成常闭器件，漂流区承受整个漏极电压。因此ACCUFET用很低的漏电流，就能在零栅极偏压下阻挡很高的正向电压。对于漂流区为N-型的N-型ACCUFET来说，当加载正向栅极偏压时，会在绝缘物-半导体交界面处产生电子的积累通道，从而实现电子电流从源极流向漏极的一个低电阻通路。

FET广泛应用在许多功率开关器件中。在一个电池保护电路模块(PCM)中使用的一个特殊结构中，两个FET背对背放置，它们的漏极在浮动结构中连接在一起。图1A表示这种结构的示意图。图1B表示这种器件100与电池保护电路模块PCM 102、电池104以及负载或充电器106一起使用。在本例中，充电和放电FET 120和130的栅极分别由控制集成电路(IC)110单独驱动。该结构允许在两个方向上控制电流：充电器到电池和电池到负载。在正常充电和放电操作中，MOSFET 120和130都接通(即导电)。当电池104过充电或过电流时，控制器IC 110断开充电FET 120，接通放电FET 130。在过放电或过电流放电时，控制器IC 110接通充电FET 120，断开放电FET 130。

正是在这样的背景下，提出了本发明。

发明内容

本发明的各个方面提出了一种紧凑、高效的双向开关设计，有效利用了可用的芯片区域，无需背部研磨，也无需像一些实施例中必须制备背部金属，就能制备有源器件。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种双向半导体开关器件，其特点是，包括：

形成在一半导体衬底上的第一和第二垂直场效应晶体管(FET)，其中第一FET的源极在衬底的第一边，第二FET的源极在衬底第一边相对的第二边上，其中第一和第二FET的栅极置于一组公共沟槽中，这组公共沟槽形成在半导体衬底的外延层中，其中外延层包括一个夹在第一FET源极和第二FET源极之间的漂流区，构成第一FET和第二FET的公共漏极。

所述的半导体衬底包括一个第一导电类型的衬底层，作为第二FET的源极，其中漂流区是第一导电类型的外延层的一部分，但是掺杂浓度小于衬底层。

所述的漂流区形成在衬底层和第一FET的本体区之间，第一FET的本体区为第二导电类型，与第一导电类型相反，第二导电类型的一个或多个第二本体区用于第二FET，使漂流区夹在第一本体区和一个或多个第二本体区之间；其中这组公共沟槽包括多个形成在半导体衬底中的沟槽，从第一边穿过第一本体区、漂流区层，到一个或多个第二本体区中。