[发明专利]高压桥式电路及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压桥式电路及其制作方法。

背景技术

功率半桥或全桥是目前高压逆变电路应用中重要的一类拓扑结构，它的结构由一路或多路功率开关管组成的半桥和全桥，以及每一路的上桥臂功率管、下桥臂功率管及功率管相对应的栅极驱动电路、保护电路和总的控制电路组成，所述上桥臂功率管可称为高侧功率管，所述下桥臂功率管可称为低侧功率管。主要用于家电领域的镇流器以及工业马达驱动等领域。

目前桥式电路实现的方法主要有两种：

如图1所示，一种桥式电路是将控制电路、高侧功率管驱动及保护电路模块、以及低侧功率管驱动及保护电路模块集成在一块芯片上，高侧功率管11和低侧功率管12采用分立器件的形式，所述高侧功率管驱动及保护电路模块连接到所述高侧功率管11的栅极，所述低侧功率管驱动及保护电路模块连接到低侧功率管12的栅极，控制电路连接所述高侧功率管驱动及保护电路模块和所述低侧功率管驱动及保护电路模块，所述高侧功率管11的漏极连接高压端口，所述低侧功率管12的源极接地，同时高侧功率管11的源极和低侧功率管12的漏极接输出端口，所述高压桥式电路易实现大功率，但是制造成本高。

如图2所示，另一种桥式电路是将控制电路、高侧功率管驱动及保护电路模块、低侧功率管驱动及保护电路模块、以及高侧功率管21和低侧功率管22都集成在一块高压芯片上，所述高侧功率管21的漏极连接高压端口，所述低侧功率管22的源极接地，同时高侧功率管21的源极和低侧功率管22的漏极连接输出端口，但是这种集成的方案需要有配套的可实现高侧功率管集成的高压BCD工艺，由于高侧功率管有源端动态浮动到高压后产生的寄生效应和导通电阻升高效应，同时与体硅隔离困难，这使得高侧功率管在体硅工艺中实现起来非常困难。目前只有NXP公司在薄的绝缘体上硅(SOI)衬底上实现了600V高压半桥集成，高侧功率管采用了横向绝缘栅双极晶体管(LIGBT)来降低导通电阻，高侧功率管和低侧功率管组成的半桥模块以较小的面积与控制电路集成在同一芯片上，大大降低了成本，并且具有良好的可靠性。但绝缘体上硅实现的桥式电路全集成方案散热是一大难题，所述高压桥式电路在散热方面也需要特殊的设计，在应用上只能用于小功率的产品。另外绝缘体上硅衬底昂贵，大尺寸晶圆的均匀性更是难以控制，工艺线宽也随之难以缩小，不利于集成度进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压桥式电路及其制作方法，以简化工艺、降低制作成本且提高可靠性。

本发明提供一种高压桥式电路，包括：高侧功率管、低侧功率管、高侧功率管的驱动及保护模块、低侧功率管的驱动及保护模块、以及控制电路，所述控制电路连接所述高侧功率管的驱动及保护模块和低侧功率管的驱动及保护模块，其特征在于：所述低侧功率管、低侧功率管的驱动及保护模块、高侧功率管的驱动及保护模块、以及控制电路集成在一块芯片上，所述高侧功率管的驱动及保护模块连接所述高侧功率管的栅极，所述高侧功率管的漏极接高压，所述低侧功率管的源极接地，所述低侧功率管的漏极和高侧功率管的源极连接输出端。

作为优选：所述低侧功率管为集成器件。

作为优选：所述低侧功率管为绝缘栅双极晶体管、MOS场效应管或超结晶体管。

作为优选：所述高侧功率管为分立器件。

作为优选：所述高侧功率管为绝缘栅双极晶体管、MOS场效应管或超结晶体管。

本发明还提供所述高压桥式电路的制作方法，包括：

采用体硅高压BCD工艺将所述低侧功率管、低侧功率管的驱动及保护模块、高侧功率管的驱动及保护模块、以及控制电路集成在一块芯片上；以及

将所述高侧功率管的栅极连接所述高侧功率管的驱动及保护模块，所述高侧功率管的源极接高压，所述低侧功率管的漏极接地，所述低侧功率管的源极和高侧功率管的漏极连接输出端。

作为优选：所述采用体硅高压BCD工艺将所述低侧功率管、低侧功率管的驱动及保护模块、高侧功率管的驱动及保护模块、以及控制电路集成在一块芯片上的步骤包括以下步骤：

在P型硅衬底上通过锑注入和磷注入形成N型埋层；

注入硼形成P型埋层；

生长N型外延，在所述外延上做P隔离阱光刻和深P隔离阱注入，并推进，形成的深P阱与P型埋层的掺杂贯通所述外延并有交叠；

做N阱光刻，湿法刻蚀出N阱窗口，进行N阱磷注入；

做P阱光刻，湿法刻蚀出P阱窗口，进行P阱硼注入；

做有源掩膜，湿法刻蚀出高压有源区域，热生长高压区域栅氧化层；