[发明专利]集成反馈MOS结构的可控型采样场效应晶体管器件

说明书

本发明提供一种集成反馈MOS结构的可控型采样场效应晶体管器件，包括：P型衬底、N型漂移区、P型重掺杂一区、N型半导体漏区、P型Double RESURF区、P型第一体区、P型重掺杂二区、N型重掺杂一区、P型第二体区、N型重掺杂二区、N型重掺杂三区、P型重掺杂三区、第一多晶硅、第二多晶硅、多晶硅栅极、氧化层、漏极金属、金属、导线金属以及衬底金属；本发明将传统高压C‑SenseFET结构与FB‑MOS结构集成，通过FB‑MOS区域的栅极‑漏极短路连接到C‑SenseFET结构的源极从而提供G2栅极的负偏置，实现了高压C‑SenseFET新结构的设计，在线性区内确保了电流感测值的准确性，在饱和区内确保了充电电流的稳定性，有效地抑制了器件的负温效应，改善了C‑SenseFET的温度特性。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及一种集成反馈MOS结构的可控型采样场效应晶体管(C-SenseFET)器件，即FMC-SenseFET((Feedback-MOS structure with C-SenseFET)。

背景技术

随着智能功率集成电路(Smart Power Integrated Circuit,SPIC)的发展，集成了高压器件、CMOS器件和双极型器件的SPIC，如今已经被广泛应用于各式仪器仪表和通讯设备。与功率驱动相关的高压功率集成电路，需要对电路输入/输出性能和负载情况等进行检测，做到对电路的实时监控和保护，因此对高压功率集成电路的精确的信号采样与控制已经成为了当今研究的热点，其中SPIC的电流采样较其他采样方式有着更快的响应能力、更强的抗干扰能力以及更好的兼容性，所以电流采样得到了更为广泛的应用。

SenseFET(Sense Field Effect Transistor)是一种可以应用于功率转换集成电路的电流采样功率器件。传统的SenseFET采样结构主要包括JFET采样结构，这种结构较为简单，具有较优的采样精度，同时可以作为采样和自供电的复用器件，但JFET采样结构只能实现较低电压下的不可控的电流探测，无法满足在较高电压下对电流的精确探测的要求，不适合应用于高压条件下。因此针对于JFET采样结构在高压应用下的缺陷，为了准确地检测SPIC高压器件的电状态，在JFET采样结构的基础上提出了应用于高压环境的新的结构，即可控型采样场效应晶体管C-SenseFET(Controllable Sense Field EffectTransistor)，该器件可通过结构中的第二栅极G2实现可控的感测比，如图3所示。

可控型采样场效应晶体管C-SenseFET(Controllable Sense Field EffectTransistor)在线性区工作时可对SPIC中高压功率元件的电流进行精确采样，其可通过调节第二栅极电压V_G2精确控制电流采样比；在饱和区工作时，可控型采样场效应晶体管C-SenseFET可以通过恒流输出稳定地为SPIC外部旁路电容器充电，从而可以在功率器件关闭时实现芯片的能量存储和自供电。可控型采样场效应晶体管C-SenseFET器件在高压电流采样方面具有优异的表现，但是其在温度特性上较差的表现也带来了器件可靠性问题，进而影响到SPIC芯片的寿命。例如当可控型采样场效应晶体管C-SenseFET器件工作在线性区域中，电流随温度漂移的现象会导致器件无法准确地感测高压设备的电流从而无法进行精确采样，这种感测误差的现象可能会进一步影响到检测电路对主功率器件单元的电状态的确定，从而严重影响高压集成芯片的可靠性。而当可控型采样场效应晶体管C-SenseFET器件工作在饱和区中，由于可控型采样场效应晶体管C-SenseFET器件的负温度特性，当温度发生改变时器件的充电电流将发生漂移，这同样也会影响到器件的长期可靠性。