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CN105679758B - 一种具有防电流倒灌的p型金属氧化物半导体场效应管 - Google Patents

一种具有防电流倒灌的p型金属氧化物半导体场效应管 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有防电流倒灌的P型金属氧化物半导体场效应管的芯片结构，由于单个PMOSFET的漏极D到基源BS的寄生体二极管会由于漏源电压的变化导致漏电，本发明芯片工艺将两个PMOSFET串联，并设置各自的寄生二极管反向，利用二极管的单向导通性，就可以解决电位反转带来的寄生二极管漏电问题。工艺采用同一个P型衬底中设置两个N型阱，每个N型阱上面扩散两个高掺杂的P型区P+，另外在N型阱上面还扩散一个高掺杂的N型区N+，N阱电位悬浮，和源极连接。

Description

一种具有防电流倒灌的P型金属氧化物半导体场效应管
技术领域
本发明涉及微电子领域模拟集成电路设计，具体涉及一种具有防电流倒灌的P型金属氧化物半导体场效应管。
背景技术
场效应管(FET)是电压控制器件，它由输入电压控制输出电压变化，广泛应用于各种电子线路。场效应管有结型和绝缘栅两种结构，每种结构又有N沟道和P沟道两种导电沟道。其中的绝缘栅场效应管是由金属、氧化物和半导体所组成，所以又称为金属氧化物半导体(MOS)场效应管，简称MOSFET。MOSFET具有源极、漏极和栅极。其中P沟道金属氧化物半导体场效应管简称为PMOSFET。图1显示了PMOSFET的结构。如图所示，以P型硅片作为衬底，在其中扩散一个N型阱，PMOSFET以该N型阱作为基底B，在N型阱上面扩散两个高掺杂的P型区P+，作为源极S和漏极D，另外在N型阱上面扩散一个高掺杂的N型区N+，是N阱的欧姆接触，用于对N型阱的引线，作为基底B。在硅片表面覆盖一层绝缘物，之后上面长出一层多晶硅层，然后用金属铝引出一个栅极G。其中的栅极与其它电极绝缘。其中漏极D和N型阱之间产生一个寄生二极管，并且该二极管的正端在漏极D，二极管的负端-通过基底B区域引出，用金属铝连接至源极S，即基底B和源极S短路在一起，电位相同，简称基源BS电位。图2显示PMOSFET示意图，分别标注了其栅极G，源极S，漏极D以及位于源极S与漏极D之间的寄生体二极管，寄生体二极管正端在漏极D，负端在源极S，源极S与基底B短接。
由于在典型的PMOSFET工作中，漏极D与基源BS之间的寄生二极管都必须反偏，所以PMOSFET的基源BS一般连接到系统的最高电位。然而，有些电路中存在最高电位不明确的现象，即基源BS和漏极D电位反转的现象，比如低压降电压调整器(LDO)、充电器(charger)等芯片中的输入管，他们的基源BS连接在电源VCC上，漏极连接在输出OUT上，充电时电源VCC大于输出电压OUT，而放电时电源VCC小于输出电压OUT，存在电源VCC和输出OUT电压切换的情况。此时VOUT电位大于VCC时，漏极到基源BS的寄生二极管导通，因而产生漏电流，对芯片性能产生极大的影响，甚至会烧坏芯片。
发明内容
本发明为克服现有技术之缺陷，提供一种具有防电流倒灌的P型金属氧化物半导体场效应管的芯片结构，以防止电路中较高电位不明确情况下，漏极D到基源BS的寄生二极管导通而产生漏电流的问题。
本发明采用的技术方案如下：一种具有防电流倒灌的P型金属氧化物半导体场效应管，P型金属氧化物半导体场效应管的结构为：以P型硅片作为衬底，在P型衬底中扩散一个N型阱作为基底B，在N型阱上面扩散两个高掺杂的P型区P+，分别作为源极S和漏极D，另外在N型阱上面还扩散一个高掺杂的N型区N+，作为N型阱的欧姆接触，用于对N型阱的引线，即基底B，在P型硅片表面覆盖一层绝缘层，在绝缘层上面长出一层多晶硅层，从多晶硅层用金属铝引出一个栅极G，栅极G与漏极D以及源极S绝缘，其中，漏极D与N型阱之间，即漏极D与基底B之间产生一个寄生体二极管，该寄生体二极管的正端在漏极D，二极管的负端通过基底B区域引出后用金属铝连接至源极S，即基底B和源极S短路在一起，电位相同，称之为：基源BS电位；
其特征在于：将上述两个相同结构的P型金属氧化物半导体场效应管串联，并将各自的寄生体二极管互为反向设置，即两个寄生体二极管的正端连接在一起，利用二极管的单向导通性，解决因P型金属氧化物半导体场效应管的漏极D电位和基源BS电位在出现电位高低反转时导致寄生体二极管漏电而产生的电流倒灌；具体结构如下：
在同一个P型衬底中扩散两个N型阱分别作为两个P型金属氧化物半导体场效应管P1、P2的基底B1、B2，P型金属氧化物半导体场效应管P1的源极为S1、漏极为D1，栅极为G1，P型金属氧化物半导体场效应管P2的源极为S2、漏极为D2，栅极为G2，P型金属氧化物半导体场效应管P1的栅极G1与P型金属氧化物半导体场效应管P2的栅极G2通过铝线连接在一起作为栅极控制端GT，P型金属氧化物半导体场效应管P1的漏极D1与P型金属氧化物半导体场效应管P2的漏极D2通过铝线连接在一起，P型金属氧化物半导体场效应管P1的源极S1和基底B1通过铝线连接在一起，作为接口IO1，P型金属氧化物半导体场效应管P2的源极S2和基底B2通过铝线连接在一起，作为接口IO2，P型金属氧化物半导体场效应管P1的寄生体二极管d1的正端在漏极D1，寄生体二极管d1的负端在基底B1，P型金属氧化物半导体场效应管P2的寄生体二极管d2的正端在漏极D2，寄生体二极管d2的负端在基底B2。
本发明的优点及显著效果：单个PMOSFET漏极D到基源BS寄生体二极管会由于漏源电压的变化导致漏电，本发明芯片工艺将两个PMOSFET串联，并设置各自的寄生二极管反向，利用二极管的单向导通性，就可以解决电位反转带来的寄生二极管漏电问题。工艺采用同一个P型衬底中设置两个N型阱，每个N型阱上面扩散两个高掺杂的P型区P+，另外在N型阱上面还扩散一个高掺杂的N型区N+，N阱电位悬浮，和源极连接。
附图说明
图1是现有PMOSFET的结构图；
图2是图1的栅、源、漏极以及寄生体二极管示意图；
图3是本发明具有防电流倒灌功能的PMOSFET器件结构图；
图4是图3的栅、源、漏极以及寄生体二极管示意图。
具体实施方式
如图3所示，本发明包括同一个P型衬底，两个N型阱，以及每个N型阱中有两个P型扩散区，分别为源极S和漏极D，一个N型扩散区，作为基底B，阱上方有一层绝缘层，绝缘层上方是一层多晶硅层，作为栅极G，每个N型阱以及其内部的这些层次实现一个PMOSFET器件。所以两个N型阱及其内部层次产生两个PMOSFET，分别为P1和P2。这两个PMOSFET通过铝线连接在一起，连接关系为，寄生二极管d1正端+接到漏极D1，负端-接到B1，源极S1和基底B1通过铝线连接在一起，作为接口IO1；寄生二极管d2正端+接到漏极D2，负端-接到B2，源极S2和基底B2通过铝线连接在一起，作为接口IO2。将漏极D1和漏极D2通过铝线连接到一起，栅极G1和栅极G2通过铝线连接在一起作为栅极控制端GT。这样就将P1和P2连接成串联的两个PMOS管，并且寄生体二极管d1和寄生体二极管d2也串联起来，但是导通方向不同，因为二极管单向导通性，二极管电流只能从正端+流向负端-，而寄生二极管d1和d2的正端+连接在一起，IO1接至d1的负端-，IO1接至d2的负端-，属于反向串联的两个二极管，从而造成断路，两个方向都不导通，可以避免接口IO1和接口IO2电位反转造成寄生二极管导通，避免器件损坏。
如图4所示，两个PMOSFET中，每个PMOSFET的基底B和源极S连在一起，之后将两个PMOSFET漏端连接在一起，即串联起来，栅极连接在一起作为栅极控制端GT，两个源端分别作为外部信号的接口，分别为IO1和IO2，这样两个体二极管反向串联，从而避免接口IO1和接口IO2电位反转造成寄生二极管导通，从而避免器件P1和P2的损坏。

Claims (1)

1.一种具有防电流倒灌的P型金属氧化物半导体场效应管，P型金属氧化物半导体场效应管的结构为：以P型硅片作为衬底，在P型衬底中扩散一个N型阱作为基底B，在N型阱上面扩散两个高掺杂的P型区P+，分别作为源极S和漏极D，另外在N型阱上面还扩散一个高掺杂的N型区N+，作为N型阱的欧姆接触，用于对N型阱的引线，在P型硅片表面覆盖一层绝缘层，在绝缘层上面长出一层多晶硅层，从多晶硅层用金属铝引出一个栅极G，栅极G与漏极D以及源极S绝缘，其中，漏极D与N型阱之间，即漏极D与基底B之间产生一个寄生体二极管，该寄生体二极管的正端在漏极D，二极管的负端通过基底B区域引出后用金属铝连接至源极S，即基底B和源极S短路在一起，电位相同，称之为：基源BS电位；
其特征在于：将上述两个相同结构的P型金属氧化物半导体场效应管串联，并将各自的寄生体二极管互为反向设置，即两个寄生体二极管的正端连接在一起，利用二极管的单向导通性，解决因P型金属氧化物半导体场效应管的漏极D电位和基源BS电位在出现电位高低反转时导致寄生体二极管漏电而产生的电流倒灌；具体结构如下：
在同一个P型衬底中扩散两个N型阱分别作为两个P型金属氧化物半导体场效应管P1、P2的基底B1、B2，P型金属氧化物半导体场效应管P1的源极为S1、漏极为D1，栅极为G1，P型金属氧化物半导体场效应管P2的源极为S2、漏极为D2，栅极为G2，
P型金属氧化物半导体场效应管P1的栅极G1与P型金属氧化物半导体场效应管P2的栅极G2通过铝线连接在一起作为栅极控制端GT，P型金属氧化物半导体场效应管P1的漏极D1与P型金属氧化物半导体场效应管P2的漏极D2通过铝线连接在一起，P型金属氧化物半导体场效应管P1的源极S1和基底B1通过铝线连接在一起，作为接口IO1，P型金属氧化物半导体场效应管P2的源极S2和基底B2通过铝线连接在一起，作为接口IO2，P型金属氧化物半导体场效应管P1的寄生体二极管d1的正端在漏极D1，寄生体二极管d1的负端在基底B1，P型金属氧化物半导体场效应管P2的寄生体二极管d2的正端在漏极D2，寄生体二极管d2的负端在基底B2。
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