包括場效應(yīng)晶體管的開關(guān)及集成電路的制作方法
【專利摘要】一種開關(guān)(2)，該開關(guān)(2)包括位于具有第一主表面(110)的半導(dǎo)體襯底(100)中的場效應(yīng)晶體管(200)。開關(guān)(2)包括：源極區(qū)(201)；漏極區(qū)(205)；主體區(qū)(220)；以及位于主體區(qū)處的柵極電極(210)，所述柵極電極(210)設(shè)置成能夠控制在主體區(qū)內(nèi)形成的溝道的導(dǎo)電性，柵極電極布置在柵極溝槽(212)內(nèi)。主體區(qū)沿著第一方向布置在源極區(qū)與漏極區(qū)(205)之間，第一方向與第一主表面平行。主體區(qū)(220)具有沿著第一方向延伸的凸脊形狀。主體區(qū)與源極區(qū)(201)緊鄰并且與漏極區(qū)(205)緊鄰。開關(guān)(2)還包括源極接觸部和主體接觸部(225)，源極接觸部電連接到源極端子(271)。主體接觸部(225)與源極接觸部(202)接觸并且電連接到主體區(qū)(220)。
【專利說明】包括場效應(yīng)晶體管的開關(guān)及集成電路
【背景技術(shù)】
[0001] 汽車和工業(yè)電子產(chǎn)品中普遍使用的功率晶體管需要低導(dǎo)通狀態(tài)電阻(Ron A)，同 時確保高壓阻斷能力。例如，Mosr金屬氧化物半導(dǎo)體"）功率晶體管應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用需求能阻 斷幾十到幾百或幾千伏特的漏極到源極電壓VdSnMOS功率晶體管通常導(dǎo)通非常大的電流， 該電流在大約2V到20V的典型柵極-源極電壓下可W高達幾百安培。低電壓功率晶體管應(yīng)用 在漏極到源極電壓范圍Vds低于10伏特的情況下。
[0002] 橫向功率裝置對于運樣的集成電路是有用的：另外的部件、例如開關(guān)、橋和控制電 路被集成到該集成電路中；其中，所述橫向功率裝置中的電流流動主要平行于半導(dǎo)體襯底 的第一主表面地進行。通常，包括橫向晶體管的開關(guān)會被進一步研究。特別是，期待研究可 W與驅(qū)動器電路集成的晶體管。
[0003] 因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進的開關(guān)、一種改進的集成電路和一種改進的 系統(tǒng)來滿足上述需求。
[0004] 根據(jù)本發(fā)明，上述目的是根據(jù)獨立權(quán)利要求通過權(quán)利要求的主題來實現(xiàn)的。各實 施例限定在從屬權(quán)利要求中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)一實施例，一種開關(guān)包括場效應(yīng)晶體管，該場效應(yīng)晶體管位于具有第一主表 面的半導(dǎo)體襯底內(nèi)。該晶體管包括源極區(qū)、漏極區(qū)、主體區(qū)、和在主體區(qū)處的柵極電極。該柵 極電極設(shè)置成能夠控制主體區(qū)內(nèi)形成的溝道的導(dǎo)電性。柵極電極布置在柵極溝槽中。該主 體區(qū)沿著第一方向布置在源極區(qū)與漏極區(qū)之間，第一方向與第一主表面平行。主體區(qū)具有 沿著第一方向延伸的凸脊的形狀。主體區(qū)鄰近源極區(qū)和漏極區(qū)。該開關(guān)還包括源極接觸部 和主體接觸部。該源極接觸部電連接到源極端子。該主體接觸部與該源極接觸部接觸并且 電連接到主體區(qū)。
[0006] 根據(jù)一實施例，一種集成電路包括多個串聯(lián)連接的開關(guān)。至少一個開關(guān)包括場效 應(yīng)晶體管，該場效應(yīng)晶體管位于具有第一主表面的半導(dǎo)體襯底內(nèi)。該場效應(yīng)晶體管包括源 極區(qū)、漏極區(qū)、主體區(qū)和位于主體區(qū)處的柵極電極。柵極電極設(shè)置成能夠控制在主體區(qū)內(nèi)形 成的溝道的導(dǎo)電性。該柵極電極布置在柵極溝槽中。該主體區(qū)沿著第一方向布置在源極區(qū) 與漏極區(qū)之間，第一方向與第一主表面平行。該主體區(qū)具有沿著第一方向延伸的凸脊的形 狀。主體區(qū)與源極區(qū)和漏極區(qū)相鄰。
[0007] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀W下具體說明并查看附圖后，會認識到其它的特征和優(yōu) 點。
【附圖說明】
[000引附圖被包括W提供對本發(fā)明的實施例的進一步理解，并且包括于本申請文件并組 成本申請文件的一部分。附圖示出本發(fā)明的實施例并且與說明書一起用于解釋原理。當(dāng)通 過參考W下具體說明使本發(fā)明的其它實施例和許多預(yù)期優(yōu)勢變得更好理解的時候，將會容 易地理解本發(fā)明的其它實施例和許多預(yù)期優(yōu)勢。附圖中的元件不一定相對彼此按照比例繪 審Ij。相似的附圖標(biāo)記表示對應(yīng)的部分。
[0009]圖IA示出根據(jù)一實施例的開關(guān)的豎直剖視圖。
[0010]圖IB示出根據(jù)該實施例的開關(guān)的水平剖視圖。
[0011]圖IC示出該實施例的另外的豎直剖視圖。
[0012]圖2示出根據(jù)一實施例的集成電路的剖視圖。
[001引圖34示出根據(jù)一實施例的系統(tǒng)的剖視圖。
[0014] 圖3B示出根據(jù)一實施例的系統(tǒng)的剖視圖。
[0015] 圖4示出根據(jù)一實施例的系統(tǒng)的等效電路圖。
[0016] 圖5A示出根據(jù)另外的實施例的系統(tǒng)的剖視圖。
[0017] 圖5B示出根據(jù)另外的實施例的系統(tǒng)的等效電路圖。
【具體實施方式】
[0018] 在下文的詳細說明中，參考了形成本文的一部分的附圖，并且在附圖中通過圖示 方式示出了可W實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施例。在運方面，諸如"頂"、"底前"、"后"、"在前"、 "在后"等方向性術(shù)語參考被描述的附圖的定向地使用。由于本發(fā)明的實施例的部件可W W 多種不同的定向定位，所W方向性術(shù)語是用于說明的目的而絕非用于限制的目的。應(yīng)該理 解的是，可W使用其它實施例，并且可W在不脫離權(quán)利要求定義的范圍的情況下做出結(jié)構(gòu) 上或邏輯上的變化。
[0019] 對實施例的描述不是限制性的。特別是，下文中描述的實施例的元件可W與不同 的實施例的元件進行組合。
[0020] 用于下文說明中的術(shù)語"晶片"、"襯底"或者"半導(dǎo)體襯底"可W包括任何具有半導(dǎo) 體表面的基于半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)。晶片和結(jié)構(gòu)將應(yīng)該被理解為包括娃、絕緣體上娃(SOI)、藍寶 石上娃(SOS)、滲雜的和非滲雜的半導(dǎo)體、由基底半導(dǎo)體基礎(chǔ)支撐的外延娃層、W及其它半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體不一定是基于娃的。半導(dǎo)體也可W是娃錯、錯、或神化嫁。根據(jù)其它實施 例，碳化娃(SiC)或氮化嫁(GaN)可W形成半導(dǎo)體襯底材料。
[0021] 如本說明書中所使用的術(shù)語"橫向的"和"水平的"旨在描述與半導(dǎo)體襯底的第一 表面或半導(dǎo)體主體的第一表面平行的定向。運例如可W是晶片或者管忍的表面。
[0022] 用于本說明書中的術(shù)語"豎直的"旨在于描述與半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體主體的第一 表面垂直布置的定向。
[0023] 如本文所使用的，術(shù)語"具有"、"含有"、"包括"、"包含"等是表明所陳述的元件或 特征的存在但并不排除其它元件或特征的開放性術(shù)語。除非上下文另有明確說明，否則術(shù) 語"一"、"一個"和"所述"也意圖包括復(fù)數(shù)W及單數(shù)。
[0024] 附圖和說明書通過在滲雜類型V'或V'旁邊示出或V'來表明相對滲雜濃度。 例如，"n-"意味著比V滲雜區(qū)的滲雜濃度低的滲雜濃度，而"n+"滲雜區(qū)具有比V滲雜區(qū) 更高的滲雜濃度。相同的相對滲雜濃度的滲雜區(qū)不一定具有相同的絕對滲雜濃度。例如，兩 個不同的V'滲雜區(qū)可能具有相同的或不同的絕對滲雜濃度。在附圖與說明書中，為了更好 的理解，滲雜部分通常被指定為V'或V'滲雜。應(yīng)該清楚理解的是，運種指定決不是用于限 審IJ。只要實現(xiàn)所描述的功能，滲雜類型可W是任意的。另外，在所有實施例中，滲雜類型可W 反轉(zhuǎn)。
[0025] 本說明書中提到半導(dǎo)體部分滲雜W "第一"和"第二"導(dǎo)電類型的滲雜物。第一導(dǎo)電 類型可W是P型并且第二導(dǎo)電類型可W是n型，或者反過來也可W。如所周知的，根據(jù)滲雜類 型或源極區(qū)和漏極區(qū)的極性，絕緣柵場效應(yīng)晶體管（IGFET)例如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng) 晶體管(M0SFET)可W是n溝道或P溝道的MOSFET。例如，在n溝道的MOSFET內(nèi)，源極區(qū)和漏極 區(qū)滲雜Wn型滲雜物。在P溝道的MOSFET內(nèi)，源極區(qū)和漏極區(qū)滲雜Wp型滲雜物。應(yīng)該清楚理 解的是，在本申請的上下文內(nèi)，滲雜類型可W反轉(zhuǎn)。如果特定電流路徑是使用方向性語言描 述的話，那么運種描述應(yīng)被僅僅理解為表示路徑而不是電流流動的極性，即不表示電流是 否由源極流向漏極或者反過來。附圖可W包括極性敏感元件、例如二極管。應(yīng)該清楚理解的 是，運些極性敏感元件的特定布置是作為示例給出的，并且根據(jù)第一導(dǎo)電類型是否意味著n 型或P型而可W被反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)所描述的功能。
[0026] 如在本說明書中使用的術(shù)語"禪接"和/或"電禪接"并不是表示元件必須直接禪接 在一起，而是可W在"禪接"或者"電禪接"的元件之間設(shè)置中間元件。術(shù)語"電連接"用于描 述電連接在一起的元件之間的低歐姆電連接。
[0027] 圖IA示出半導(dǎo)體裝置的豎直剖視圖。如將在本說明書中討論的，半導(dǎo)體裝置可W 是開關(guān)的一部件或者可W實施成開關(guān)。此外，半導(dǎo)體裝置可W在各種應(yīng)用中使用。該開關(guān)2 包括場效應(yīng)晶體管200,該場效應(yīng)晶體管200在具有第一主表面110的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形 成。該場效應(yīng)晶體管包括源極區(qū)201、漏極區(qū)205、主體區(qū)220、和位于主體區(qū)220處的柵極電 極210。該柵極電極210被設(shè)置成能夠控制形成于主體區(qū)220內(nèi)的溝道的導(dǎo)電性。該柵極電極 210布置在柵極溝槽212中。柵極溝槽212的位置由圖IA的剖視圖中的虛線表示。柵極溝槽 212布置在所示出的圖面的前方和后方。主體區(qū)220沿著第一方向、例如X方向布置在源極區(qū) 201和漏極區(qū)205之間。第一方向與第一主表面110平行。
[0028] 如參見圖IC更詳細地描述的，主體區(qū)220具有沿著第一方向延伸的凸脊的形狀。主 體區(qū)220與源極區(qū)201和漏極區(qū)205相鄰。主體區(qū)220接觸源極區(qū)201并且接觸漏極區(qū)205。例 如，半導(dǎo)體裝置中可W沒有漂移區(qū)。特別是，漂移區(qū)可W沒有布置在主體區(qū)與漏極區(qū)205之 間。半導(dǎo)體裝置1還包括源極接觸部202和主體接觸部225。源極接觸部202電連接到源極區(qū) 201。主體接觸部225可W在半導(dǎo)體襯底100中與源極接觸部202相鄰地布置。主體接觸部225 電連接到源極接觸部202W及主體區(qū)220。
[0029] 主體區(qū)220可W是第一導(dǎo)電類型、例如P型。源極區(qū)201和漏極區(qū)205可W是第二導(dǎo) 電類型、例如n型。
[0030] 半導(dǎo)體襯底100可W包括第一導(dǎo)電類型的第一(底)層130和形成于第一層130之上 的外延生長出的第二導(dǎo)電類型的第二層140。第二導(dǎo)電類型的另外的埋層135可W布置在第 一導(dǎo)電類型的第一層130與第二導(dǎo)電類型的第二層140之間。該埋層135可W W比第二導(dǎo)電 類型的第二層140更高的滲雜濃度滲雜。
[0031] 場效應(yīng)晶體管200的多個部件可W在第一導(dǎo)電類型例如P型的阱中形成。第一阱區(qū) 150可W在第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層140中形成。
[0032] 可W通過襯底接觸部292來接觸第二導(dǎo)電類型的第二層140。第二導(dǎo)電類型的滲雜 部291可W布置于襯底接觸部292與第二導(dǎo)電類型的第二層140之間。襯底接觸部292可W電 禪接到接觸端子293。可W通過施加合適的電壓到接觸端子293來將第二層140電連接到合 適的電勢。因此，形成于第一阱區(qū)150與第二層140之間的pn結(jié)將反向偏置，W便使第一阱區(qū) 150與埋層135絕緣。特別是，場效應(yīng)晶體管200和埋層135可W非常有效地相互絕緣。
[0033] 如圖IA所示出的，位于第二層140與阱區(qū)150之間的pn結(jié)可W與半導(dǎo)體襯底100的 第一主表面110相鄰。運部分可W由絕緣層部281覆蓋。場板280可W與絕緣層281相鄰布置。 因此，pn結(jié)附近的電場可W被適當(dāng)?shù)爻尚巍Ｓ绕涫?，襯底表面之上的部件可W被保護W免受 由pn結(jié)產(chǎn)生的電場。此外，pn結(jié)被保護W免受由布置于襯底表面之上的部件例如金屬化層 所產(chǎn)生的電場。尤其是，由于場板280的存在，擊穿電壓可W被偏移。
[0034] 圖IB示出在圖IA中所示的半導(dǎo)體裝置1的水平剖視圖。所取的水平視圖與柵極溝 槽212、源極接觸部202、漏極接觸部206和襯底接觸部292相交。如所示出的，源極接觸部 202、漏極接觸部206和襯底接觸部292可W分別在相應(yīng)的溝槽中形成，所述溝槽可W沿著垂 直于第一方向的第二方向（例如y方向）延伸。源極區(qū)201與源極接觸溝槽321的側(cè)壁相鄰地 形成，源極接觸部202布置于源極接觸溝槽321內(nèi)。此外，漏極區(qū)205可W與漏極接觸溝槽322 的側(cè)壁和底側(cè)相鄰地布置，漏極接觸部206布置于漏極接觸溝槽322中。襯底接觸部292進一 步在襯底接觸溝槽323中形成。襯底接觸溝槽323的側(cè)壁和底側(cè)可W被滲雜用于形成滲雜部 291。
[003引圖IC示出也在圖IB中示出的半導(dǎo)體裝置1于H和II'之間的剖視圖。圖IC中所取的 剖視圖與多個柵極溝槽212相交。如所示出的，第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料由相鄰的溝槽 212圖案化。由于圖案化，形成了半導(dǎo)體材料的形成單個凸脊的分隔開的薄層（lamella)或 部分。所述凸脊包括頂表面220a和側(cè)壁22化。柵極介電層211與每個凸脊的側(cè)壁22化和頂表 面220a相鄰布置。此外，導(dǎo)電材料被填充于位于相鄰?fù)辜怪g的溝槽內(nèi)W形成柵極電極 210。如已經(jīng)解釋過的，主體區(qū)220的形狀為在第一方向上延伸的凸脊、或者翅片。更特別地， 主體區(qū)220被在第一方向上延伸的相鄰的溝槽圖案化成凸脊。側(cè)壁22化可W相對于第一主 表面110垂直或者成大于75°的角度延伸。柵極電極210可W與凸脊的兩個側(cè)壁相鄰布置。此 夕h凸脊的頂表面220a和側(cè)壁22化可W不實施成完全的直線。例如，頂表面220a與側(cè)壁22化 之間的交叉點可W實施成圓角。同樣，柵極溝槽212的底部可W形成到凸脊的側(cè)壁22化的圓 角。
[0036] 根據(jù)一實施例，凸脊的寬度dl為dl〉2 X IcU其中，Id表示在柵極介電層211和主體 區(qū)220之間的交界處形成的耗盡區(qū)（depletion zone)的長度。通常而言，被認為:在晶體管 內(nèi)，在對應(yīng)于闊值電壓的柵極電壓下的耗盡區(qū)的長度對應(yīng)于耗盡區(qū)的最大寬度。例如，耗盡 區(qū)的寬度可W被確定為：
[0037]
[003引其中，ES表示半導(dǎo)體材料的介電常數(shù)（對于娃為11.9*e0)，k表示玻爾茲曼常數(shù) (1.38066*10-23J/K)，T表示溫度，例如293K，In表示自然對數(shù)，Na表示半導(dǎo)體主體的雜質(zhì)濃 度，n康示本征載流子濃度(娃在27°C下為1.45*l0iD)，q表示基本電荷（1.6*10-1化）。
[0039]尤其是，形成于凸脊的相反設(shè)置的側(cè)壁220b處的溝道區(qū)215可W不相互合并 (merge), W使得主體區(qū)220可W沿著主體區(qū)220的整個長度連接到主體接觸部225。例如，溝 槽的寬度沿著半導(dǎo)體襯底的第一主表面110可W近似為20nm到lOOOnm，例如200皿W上。此 夕h對應(yīng)于凸脊寬度dl的相鄰溝槽之間的距離可W大于lOOnm，例如大于130nm，例如甚至大 于20化m、30化m、40化m或50化m。根據(jù)另外的實施例，凸脊的寬度dl是dl<2Xld，其中，Id代 表在柵極介電層211與主體區(qū)220之間的交界處所形成的耗盡區(qū)的長度。在運種情況下，例 如在對應(yīng)于闊值電壓的電壓施加于柵極端子上時，在凸脊內(nèi)于凸脊的相反的側(cè)壁22化處形 成的溝道區(qū)可W在物理上互相接觸或合并。
[0040] 根據(jù)所述實施例，當(dāng)柵極電極被設(shè)置在適當(dāng)?shù)碾妱菹聲r，主體區(qū)220可W被完全耗 盡。運種晶體管也被稱為"完全耗盡"晶體管。在運種晶體管內(nèi)，可W達到最佳的亞闊值電 壓，并且可W有效地抑制短溝道效應(yīng)，從而可W改善裝置的特性。根據(jù)運個實施例，凸脊的 寬度沿著第二方向并平行于半導(dǎo)體襯底100的第一主表面110可W近似為20nm到130nm、比 如40nm到120nm。
[0041] 當(dāng)接通晶體管、例如通過施加一個合適的電壓到柵極電極210而接通晶體管時，在 主體區(qū)220和柵極介電層211之間的邊界處形成了導(dǎo)電反轉(zhuǎn)層215(inversion layer,導(dǎo)電 溝道）。從而，晶體處于從源極區(qū)201到漏極區(qū)205的導(dǎo)通狀態(tài)。在關(guān)斷的情況下，沒有形成導(dǎo) 電性反轉(zhuǎn)層并且晶體管處于非導(dǎo)通狀態(tài)。
[0042] 晶體管例如在關(guān)斷狀態(tài)下在源極區(qū)201和漏極區(qū)205之間可W承受0.3V到10V、比 如1.4V到近似4V范圍內(nèi)的阻斷電壓。在導(dǎo)通狀態(tài)下流動的電流可W高達約1.5安培或者更 大。由于形狀為凸脊的主體區(qū)的特別配置，可W在裝置面積減小的情況下實現(xiàn)更大的有效 溝道寬度。此外，因為可W更好地抑制短溝道效應(yīng)，因此可W減小漏電流。因此，晶體管的有 效寬度可W大幅增加而無需增加晶體管的橫向延伸度。
[0043] 根據(jù)一實施例，源極區(qū)201可W延伸至柵極溝槽212的深度的至少0.5X。因此，主 體區(qū)220可W在較大的延伸深度上連接到源極區(qū)201。因此，可W進一步增加有效溝道寬度。 由于主體接觸部225的存在，實現(xiàn)了主體區(qū)220經(jīng)由源極接觸部202與源極端子271的低歐姆 接觸，并且可W劣化或抑制寄生雙極晶體管。
[0044] 由于特定的配置(半導(dǎo)體裝置根據(jù)該特定配置形成在第一導(dǎo)電類型的阱區(qū)150內(nèi)、 例如形成在于第二導(dǎo)電類型的第二層140內(nèi)所形成的P型阱內(nèi)），可W阻止漏電流流向襯底。 由于埋層135的存在，可W關(guān)于第一 (P滲雜)層130實現(xiàn)更高的穩(wěn)健性。比如，當(dāng)空穴從襯底 注入時，埋層135可W保護半導(dǎo)體裝置免受空穴的注入。
[0045] 根據(jù)另外的解釋，圖IA到IC示出的開關(guān)2可W被理解為包括場效應(yīng)晶體管200的開 關(guān)2,該場效應(yīng)晶體管200形成于具有第一主表面110的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)。該場效應(yīng)晶體管 200包括源極接觸溝槽321和漏極接觸溝槽322,源極接觸溝槽321和漏極接觸溝槽322中的 每個均在平行于第一主表面的第二方向上延伸。導(dǎo)電材料在源極接觸溝槽321內(nèi)和漏極接 觸溝槽322內(nèi)形成，源極接觸溝槽321和漏極接觸溝槽322中的每個均在第一主表面內(nèi)形成。 場效應(yīng)晶體管200還包括在源極接觸溝槽321和漏極接觸溝槽322之間延伸的柵極電極結(jié)構(gòu) 210和主體區(qū)220。該柵極電極結(jié)構(gòu)210和該主體區(qū)220沿著第二方向比如y方向、W交替的方 式布置。該場效應(yīng)晶體管200還包括源極區(qū)201，該源極區(qū)201電連接到位于源極接觸溝槽 321內(nèi)的源極接觸部202并與主體區(qū)220相鄰。場效應(yīng)晶體管200還包括漏極區(qū)205，該漏極區(qū) 205電連接到位于漏極接觸溝槽322內(nèi)的漏極接觸部206并與主體區(qū)220相鄰。該場效應(yīng)晶體 管還包括主體接觸部225,該主體接觸部225與源極接觸槽相鄰并電連接到位于源極接觸溝 槽321內(nèi)的源極接觸部202。
[0046] 圖IA至IC所示出的半導(dǎo)體裝置可W合適地用作橫向低壓電源開關(guān)或晶體管、比如 用作低歐姆低壓開關(guān)。例如，術(shù)語"低壓"可W指源極-漏極電壓近似高達15V。
[0047] 圖2示出根據(jù)一實施例的集成電路的剖視圖。如所示出的，集成電路3包括多個串 聯(lián)連接的開關(guān)21，22-，24?；ミB線294可^布置于每個開關(guān)21之間。例如，互連線294可^布置 于半導(dǎo)體襯底100之上或可W布置于半導(dǎo)體襯底100內(nèi)。2i,…24中任意開關(guān)可W具有與圖IA 至IC所示出的開關(guān)2相似的結(jié)構(gòu)。例如，2i，-，24中任何開關(guān)可W包括源極區(qū)201、漏極區(qū)205 和主體區(qū)220。
[0048] 主體區(qū)220沿著第一方向布置在源極區(qū)201與漏極區(qū)之間。第一方向與第一主表面 平行。主體區(qū)220具有沿著第一方向延伸的凸脊的形狀。主體區(qū)220與源極區(qū)201和漏極區(qū) 205相鄰。每個開關(guān)還包括布置在主體區(qū)220處的柵極電極210。柵極電極210可W被設(shè)置成 能夠控制在主體區(qū)220內(nèi)所形成的溝道的導(dǎo)電性。
[0049] 柵極電極210布置于圖2內(nèi)由虛線表示的柵極溝槽212內(nèi)。各開關(guān)2i，-，24的每個柵 極電極210可W通過分別施加相應(yīng)的電勢到各端子2721,2722,2723和2724而被分別控制。每 個開關(guān)還可W包括主體接觸部225和源極接觸部202。源極接觸部202可W電連接到源極端 子271，并且主體接觸部225可W與源極接觸部202接觸并可W電連接到主體區(qū)220。第一開 關(guān)2i的源極區(qū)201可W通過源極接觸部202電禪接到對應(yīng)于地面電勢的源極端子271。第一 開關(guān)21、第二開關(guān)22、和第=開關(guān)23的漏極接觸部206可W連接到接下來的或下一個開關(guān)22、 23或24的源極接觸部202。串聯(lián)的最后開關(guān)24的漏極接觸部206可W連接到漏極端子273。
[0050] 半導(dǎo)體襯底100可W包括第一導(dǎo)電類型的第一(底)層130和形成于第一層130之上 的外延生長出的第二導(dǎo)電類型的第二層140。第二導(dǎo)電類型的另一個埋層135可W布置于第 一導(dǎo)電類型的第一層130與第二導(dǎo)電類型的第二層140之間。該埋層135可W W比第二導(dǎo)電 類型的第二層140更高的滲雜濃度滲雜。
[0051] 根據(jù)一實施例，各開關(guān)可W分別布置于各半導(dǎo)體襯底部分中，并且半導(dǎo)體襯底部 分可W彼此絕緣。例如，各開關(guān)21，22,23,24的部件可^在第一導(dǎo)電類型例如口型的隔離的第 一阱區(qū)150內(nèi)形成。第一阱區(qū)150可W在第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層140內(nèi)形成。通過襯底 接觸部292可W接觸第二導(dǎo)電類型的第二層140。圖2的集成電路還包括襯底接觸部292,該 襯底接觸部292可W將第二導(dǎo)電類型的第二層140電偶接至接觸端子293。該襯底接觸部292 可W通過第二導(dǎo)電類型的滲雜部291電禪接到第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層140。通過施加 合適的電勢到接觸端子293,可W將形成于第一阱區(qū)150與第二半導(dǎo)體層140之間的pn結(jié)反 向偏置，W使得相鄰的開關(guān)之間相互絕緣。進一步而言，每個開關(guān)與埋層135并且與位于第 二半導(dǎo)體層140下方的部件絕緣。
[0052] 所描述的隔離方案(根據(jù)該隔離方案，每個開關(guān)形成于分隔開的第一阱區(qū)150內(nèi)） 是作為示例給出的。根據(jù)另一個實施例，運種隔離也可W利用填充W絕緣材料的隔離溝槽 來實現(xiàn)。
[0053] 另外，所述集成電路可W包括與絕緣層281相鄰布置的場板280,該絕緣層281在pn 結(jié)上形成，該pn結(jié)形成于第二導(dǎo)電類型的第二層140與第一導(dǎo)電類型的阱部150之間。由此， pn結(jié)附近的電場可W被適當(dāng)?shù)爻尚?。尤其是，布置在襯底表面上方的部件可W被保護而免 受由pn結(jié)產(chǎn)生的電場。
[0054] 圖3A示出根據(jù)一實施例的系統(tǒng)的剖視圖。圖3A的系統(tǒng)4包括集成電路3,該集成電 路3包括與圖2的集成電路相似的部件。此外，圖3A的系統(tǒng)包括至少一個負載2951,2952， 2953，2954，所述至少一個負載295i，2952，2953，2954可W并聯(lián)連接到開關(guān)2i，22，23，和24中的 任何一個。根據(jù)一特別的實施例，負載2951，2952，2953，2954可W分別并聯(lián)連接到開關(guān)2i，22， 23,和24中的每個。例如，負載可W是發(fā)光元件比如LED("發(fā)光二極管"）、燈泡或其它。根據(jù)另 外的實施例，負載可W是電阻元件比如加熱電阻。
[0055] 由于該系統(tǒng)的特殊配置，可W通過將相應(yīng)的開關(guān)21，22,23，和24設(shè)置為導(dǎo)通狀態(tài)而 將負載選擇性地短路。運可W通過選擇性地激活相應(yīng)的開關(guān)的柵極電極210并向柵極端子 2721，2722，2723，和2724施加合適電勢來實現(xiàn)。
[0056] 由于運種特殊的配置，可W通過適當(dāng)?shù)夭贾瞄_關(guān)2i，一24的串聯(lián)連接方式并適當(dāng)?shù)?激活相應(yīng)的開關(guān)的柵極電極210來形成由激活的負載組成的特定圖案。
[0057]圖3A所示的集成電路實現(xiàn)了Multi-Floatswitch,在該Multi-Floatswitch中，施 加于每個單個的開關(guān)的源極區(qū)201和漏極區(qū)205的電勢是不固定的，而是取決于相鄰開關(guān)的 開關(guān)狀態(tài)。更詳細地說，當(dāng)所有開關(guān)都設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)時，在源極區(qū)201和在漏極區(qū)205的電 勢可W與僅有一些開關(guān)設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)的情況是不同的。
[0化引圖3B示出另外的實施方式，根據(jù)該實施方式，每個負載都由LED 2961,2962,2963， 2964來實施。如所知曉的，較高的電流可能在L抓上流動并且可能損壞LED。因此，通常，當(dāng) L邸連接到電池時，電阻會與L邸串聯(lián)連接W減小電流。根據(jù)一實施例，替代減小施加于任何 L抓的電壓，而使系統(tǒng)或集成電路還包括DC/DC轉(zhuǎn)換器297 W控制施加到串聯(lián)的LED上的電 壓。由于運種包括DC/DC轉(zhuǎn)化器而不是電阻的布置方式，使得可W節(jié)省能量并且可W耗散更 少的功率。此外，由于DC/DC轉(zhuǎn)換器的存在，施加的電壓可W在較大范圍內(nèi)變化。因此，可W 驅(qū)動包括大量負載的負載鏈或串聯(lián)負載、例如L邸鏈或串聯(lián)的LED。
[0059] 根據(jù)電源電壓和負載例如Lm)的數(shù)量并且由此根據(jù)驅(qū)動Lm)所需的電壓，DC/DC轉(zhuǎn) 換器可W是升壓轉(zhuǎn)換器、降壓轉(zhuǎn)換器或降壓/升壓轉(zhuǎn)換器。例如，轉(zhuǎn)換器297可W是降壓-升 壓轉(zhuǎn)換器，并且當(dāng)Lm)被關(guān)斷時，可W降低施加的電壓（降壓）。另一方面，當(dāng)多個Lm)被接通 時，轉(zhuǎn)換器297可W增加電壓(升壓）。
[0060] 例如，轉(zhuǎn)換器297可W與電池299串聯(lián)連接。根據(jù)另外的實施例，轉(zhuǎn)換器297可W布 置于同一半導(dǎo)體襯底100內(nèi)，該半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成了包括串聯(lián)連接的開關(guān)的集成電路。 通常，轉(zhuǎn)換器應(yīng)當(dāng)W較高的速率增加或降低電壓。因此，轉(zhuǎn)換器與開關(guān)2i，一24之間快速的通 信是被期待的。例如，轉(zhuǎn)換器297可W通過高側(cè)開關(guān)298、例如ProFET?連接到電池299。高側(cè) 開關(guān)充當(dāng)保護開關(guān)。
[0061] 由于圖3B中所示的多個開關(guān)21，一24串聯(lián)連接并且LED 2961，…2964與每個開關(guān) 21，…24并聯(lián)連接的運種特定布置，可W實現(xiàn)具有下述特征的系統(tǒng)：該系統(tǒng)具有非常小的 Rnn ? A和非常小的面積，同時可W提供較低的漏電流和較高的效率。
[0062] 如所描述過的，集成電路3可W包括所述轉(zhuǎn)換器297并且選擇性地包括所述高側(cè)開 關(guān)298。根據(jù)運個實施例，運些部件集成于同一半導(dǎo)體襯底100內(nèi)。根據(jù)另外的實施例，轉(zhuǎn)換 器297和/或高側(cè)開關(guān)298可W形成于不同的襯底內(nèi)。例如，集成電路3、轉(zhuǎn)換器297和/或高側(cè) 開關(guān)298可W被安裝至同一電路板300。
[0063] 例如，本文描述的系統(tǒng)4可W在汽車應(yīng)用中使用。尤其是，圖3B的系統(tǒng)可W實施為 汽車的前照明系統(tǒng)。L邸照明方案越來越多地用在汽車的前部區(qū)域中。自適應(yīng)照明系統(tǒng)能夠 產(chǎn)生特殊的Lm)圖案，從而產(chǎn)生期望的照明圖案。運可能是有用的，例如用于照亮行人過馬 路，或用于防止迎面駛來的車輛感到目眩。此外，當(dāng)?shù)缆窂澢鷷r，照明圖案可W動態(tài)地形成。 在汽車照明系統(tǒng)的情況下，電池的典型電源電壓可W是12V。根據(jù)一實施例，包括多個開關(guān)、 和DC/DC轉(zhuǎn)換器的集成電路可W提供位于OV到大約70V至80V或甚至更高的范圍內(nèi)的電壓。
[0064] 集成電路3可W用于驅(qū)動運樣的照明系統(tǒng)的多個LED。此外，本文描述的系統(tǒng)4可W 實現(xiàn)運樣的照明系統(tǒng)。應(yīng)該清楚理解的是，所述系統(tǒng)和所述集成電路的使用并不局限于汽 車照明系統(tǒng)。例如，所述集成電路也可W用于任意的照明系統(tǒng)、尤其是產(chǎn)生照明圖案的照明 系統(tǒng)。運樣的示例尤其包括檢測系統(tǒng)、如管的檢測系統(tǒng)、內(nèi)窺鏡，特別是用于醫(yī)療應(yīng)用、任何 種類的顯示器和發(fā)光廣告。
[0065] 圖4示出根據(jù)一實施例的系統(tǒng)4的等效電路圖。該系統(tǒng)包括集成電路，該集成電路 包括多個串聯(lián)連接的開關(guān)2i，2n。該系統(tǒng)、該集成電路和所述開關(guān)可W W上文參照附圖IA到 3B所解釋的方式實施。系統(tǒng)4包括多個負載2951，一SgSnD例如，負載可W由LED實施。每個LED 都與開關(guān)2i…2n中的一個對應(yīng)的開關(guān)并聯(lián)連接。該電路連接到DC/DC轉(zhuǎn)換器297、例如降壓- 升壓轉(zhuǎn)換器。該降壓-升壓轉(zhuǎn)換器297連接到電池(在本圖中未示出KDC/DC轉(zhuǎn)換器297和集 成電路3可W安裝到同一電路板300上。根據(jù)一實施例，DC/DC轉(zhuǎn)換器297可W是集成電路3的 一部件。尤其是，集成電路3可W包括DC/DC轉(zhuǎn)換器297。負載鏈可W W任意形式布置。
[0066] 圖5A示出根據(jù)另外的實施例的系統(tǒng)5的豎直剖視圖。系統(tǒng)5包括多個基本系統(tǒng)511， 512，一51。。例如，基本系統(tǒng)511，512，一51?；ハ嘀g可^并聯(lián)連接。每個基本系統(tǒng)可^包括上 文參照附圖IA到IC已經(jīng)討論過的開關(guān)、和負載2951,2952,-.SgSnn例如，負載可W是發(fā)光元 件如LED("發(fā)光二極管"）、燈泡或其它。根據(jù)另外的實施例，負載可W是電阻元件如加熱電 阻。開關(guān)2i，22，? ? ? 2n可W與負載2951，2952，? ? ? 295n串聯(lián)連接。通過控制施加于開關(guān)2i，22，? ? ? 2n 的柵極電極210上的柵極電壓，可W控制串聯(lián)連接的負載上流動的電流。例如，如果負載是 發(fā)光元件，那么可W通過控制柵極電壓來控制負載的亮度。因此，可W W具有成本效益的方 式控制亮度，運是因為過高的電壓不是被耗散而是被降低。
[0067] 例如，該系統(tǒng)還可W W上文已經(jīng)描述過的方式包括DC/DC轉(zhuǎn)換器297。根據(jù)一實施 例，該DC/DC轉(zhuǎn)換器297可W根據(jù)接通的負載的數(shù)量實施成將電壓轉(zhuǎn)換成較低電壓的降壓轉(zhuǎn) 換器。根據(jù)一實施例，DC/DC轉(zhuǎn)換器297和多個開關(guān)可W集成到同一半導(dǎo)體襯底100中。
[0068] 圖5B示出上文已經(jīng)描述過的系統(tǒng)5的等效電路圖。
[0069] 參照圖5A和5B所描述的基本系統(tǒng)511,512,1-Sln或系統(tǒng)5可W在照明系統(tǒng)、例如汽 車照明系統(tǒng)中使用。應(yīng)該清楚理解的是，該基本系統(tǒng)或該系統(tǒng)可W在多種不同的應(yīng)用中使 用。
[0070] 盡管上文已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施例，但是顯然可W實施另外的實施例。例如，另 外的實施例可W包括權(quán)利要求中列舉的特征的任何子組合或上文給出的例子中所描述的 元件的任何子組合。因此，所附權(quán)利要求的精神和范圍不應(yīng)該限定于本文中所包含的對實 施例的描述。
【主權(quán)項】
1. 一種開關(guān)(2)，所述開關(guān)(2)包括位于具有第一主表面（110)的半導(dǎo)體襯底（100)中的 場效應(yīng)晶體管(200 )，所述開關(guān)(2)包括： 源極區(qū)（201); 漏極區(qū)（205); 布置于漏極接觸溝槽內(nèi)的漏極接觸部（206)，所述漏極接觸溝槽形成在所述第一主表 面(11 〇)內(nèi)，所述漏極區(qū)（205)緊鄰所述漏極接觸部(206); 主體區(qū)（220);以及 位于所述主體區(qū)（220)處的柵極電極(210)，所述柵極電極(210)設(shè)置成能夠控制在所 述主體區(qū)（220)內(nèi)形成的溝道的導(dǎo)電性，所述柵極電極(210)布置在柵極溝槽(212)內(nèi)， 所述主體區(qū)（220)沿著第一方向布置在所述源極區(qū)（201)與所述漏極區(qū)（205)之間，所 述第一方向與所述第一主表面平行，所述主體區(qū)（220)具有沿著所述第一方向延伸的凸脊 形狀，所述主體區(qū)與所述源極區(qū)（201)緊鄰并且與所述漏極區(qū)（205)緊鄰， 所述開關(guān)(2)還包括布置在源極接觸溝槽(321)內(nèi)的源極接觸部(202)、以及主體接觸 部（225)，所述源極接觸溝槽(321)在所述第一主表面（110)內(nèi)形成，所述源極接觸部（202) 電連接到源極端子(271 )，所述主體接觸部（225)與所述源極接觸部（202)接觸并且電連接 到所述主體區(qū)（220)。2. -種集成電路(3)，所述集成電路(3)包括多個開關(guān)(2)，所述開關(guān)(2)是根據(jù)權(quán)利要 求1所述的開關(guān)，所述開關(guān)⑵義^^串聯(lián)連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電路，其特征在于，每個開關(guān)(2^22, ··々")分別布置在相 應(yīng)的襯底部分內(nèi)，所述襯底部分相互絕緣。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的集成電路，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底（100)包括第二導(dǎo) 電類型的摻雜層（140)和布置于所述摻雜層（140)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型的多個第一阱區(qū) (150)，所述多個第一阱區(qū)（150)相互絕緣。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成電路，其特征在于，所述第一阱區(qū)（150)通過pn結(jié)相互絕 緣。6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的集成電路(3)，其特征在于，所述集成電路(3)還 包括DC/DC轉(zhuǎn)換器。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成電路(3)，其特征在于，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器是降壓-升壓轉(zhuǎn) 換器。8. -種系統(tǒng)(4)，所述系統(tǒng)(4)包括權(quán)利要求2至5中任一項所述的集成電路，所述系統(tǒng) (4)還包括與所述開關(guān)(2!，2 2，"·2η)中的一個并聯(lián)連接的負載(295!，2952，"·295η)。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)(4)，其特征在于，所述負載(295^2952,-4950選自由發(fā) 光元件、LED( "發(fā)光二極管"）、燈泡、電阻元件和加熱電阻組成的組。10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng)(4)，其特征在于，所述系統(tǒng)(4)還包括DC/DC轉(zhuǎn)換器。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)(4)，其特征在于，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器是降壓-升壓轉(zhuǎn)換 器。12. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個開關(guān) DC轉(zhuǎn)換器(297)集成在一個半導(dǎo)體襯底（100)中。13. -種集成電路(3)，所述集成電路(3)包括多個串聯(lián)連接的開關(guān)(2^22, ，所述 開關(guān)(2ι, 22, 一20中的至少一個包括位于具有第一主表面(110)的半導(dǎo)體襯底（100)中的場 效應(yīng)晶體管(200)，所述場效應(yīng)晶體管包括： 源極區(qū)（201); 布置在源極接觸溝槽(321)內(nèi)的源極接觸部（202)，所述源極接觸溝槽(321)在第一主 表面內(nèi)形成，所述源極區(qū)（201)與所述源極接觸部(202)緊鄰； 漏極區(qū)（205); 布置在漏極接觸溝槽內(nèi)的漏極接觸部(206)，所述漏極接觸溝槽在第一主表面（110)內(nèi) 形成，所述漏極區(qū)與所述漏極接觸部緊鄰； 主體區(qū)（220); 和位于所述主體區(qū)（220)處的柵極電極(210)，所述柵極電極(210)設(shè)置成能夠控制在 所述主體區(qū)（220)內(nèi)形成的溝道的導(dǎo)電性，所述柵極電極(210)布置在沿著第一方向延伸的 柵極溝槽(212)內(nèi)， 所述主體區(qū)（220)沿著第一方向布置在所述源極區(qū)（201)與所述漏極區(qū)（205)之間，所 述第一方向與所述第一主表面平行，所述主體區(qū)（220)被所述柵極溝槽圖案化成凸脊，所述 主體區(qū)與所述源極區(qū)（201)緊鄰并且與所述漏極區(qū)（205)緊鄰。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成電路，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底（100)包括第二導(dǎo) 電類型的摻雜層（140)和布置在所述摻雜層（140)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型的多個第一阱區(qū) (150)，所述多個第一阱區(qū)（150)相互絕緣。15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的集成電路（3)，其特征在于，所述集成電路（3)還包括 DC/DC轉(zhuǎn)換器。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的集成電路，其特征在于，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器是降壓-升壓轉(zhuǎn)換 器。17. -種系統(tǒng)(4)，所述系統(tǒng)(4)包括根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的集成電路(3)，所述系 統(tǒng)⑷還包括與所述開關(guān)(2!，2 2，"·2η)中的一個并聯(lián)連接的負載(295!，2952，"·295η)。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)(4)，其特征在于，所述負載選自由發(fā)光元件、LED("發(fā) 光二極管"）、燈泡、電阻元件和加熱電阻組成的組。19. 一種汽車照明系統(tǒng)，所述汽車照明系統(tǒng)包括根據(jù)權(quán)利要求2至7以及13至16中任一 項所述的集成電路。20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用。21. -種基本系統(tǒng)(511，512,51")，所述基本系統(tǒng)(511，51 2,51")包括根據(jù)權(quán)利要求1所述 的開關(guān)（2)，所述基本系統(tǒng)（51^512,51n)還包括與所述開關(guān)（2)串聯(lián)連接的負載（295l·， 2952，"·295η)〇22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的基本系統(tǒng)，其特征在于，所述負載（295!，2952，…295η)選自 由發(fā)光元件、LED( "發(fā)光二極管"）、燈泡、電阻元件和加熱電阻組成的組。23. -種包括多個根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的基本系統(tǒng)(51^512,510的系統(tǒng)(5)，所述 基本系統(tǒng)相互并聯(lián)連接。24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括DC/DC轉(zhuǎn)換器(297)。25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(297)和所述基本系統(tǒng) (51ι, 512,51n)的多個開關(guān)(2ι, 22, "·2η)集成在一個半導(dǎo)體襯底(100)中。
【文檔編號】H03K17/687GK106098773SQ201610274648
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月28日 公開號201610274648.7, CN 106098773 A, CN 106098773A, CN 201610274648, CN-A-106098773, CN106098773 A, CN106098773A, CN201610274648, CN201610274648.7
【發(fā)明人】A·邁澤爾, T·施勒塞爾
【申請人】英飛凌科技股份有限公司