高電壓電源控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高電壓電源控制系統包含微處理器單元、嵌入式非揮發性存儲器及高電壓驅動器。微處理器單元用以控制高電壓電源控制系統的復數個高電壓輸出。嵌入式非揮發性存儲器電性耦接于微處理器單元。高電壓驅動器電性耦接于微處理器單元，并用以輸出高電壓電源控制系統的復數個高電壓輸出。高電壓電源控制系統與邏輯制程兼容，且其非揮發性存儲器及高電壓驅動器仍可支持高電壓的指令操作。
【專利說明】高電壓電源控制系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種高電壓電源控制系統，特別是一種與邏輯制程兼容的高電壓電源 控制系統。
【背景技術】
[0002] 用以控制高壓電源的微處理器單元常被使用在許多不同的應用之中，如數字電源 管理（digitalpowermanagement)或觸控面板控制等。由于微處理器單元原是設計來控 制邏輯訊號，因此微處理器單元的輸出及輸入訊號的電壓大多是介于1. 2伏特至1. 5伏特 之間。也因此微處理器單元可能需要高電壓組件以支持介于5伏特至18伏特的高電位輸 出及輸入訊號。由于微處理器單元及高電壓組件對操作電壓的需求并不相同，因此不易以 相同制程來制造微處理器單元及高電壓組件。亦即，微處理器單元是以邏輯制程來制造，而 高電壓組件則是以高電壓制程來制造。
[0003] 高電壓制程可用來制造支持低、中及高電壓的組件。圖1說明利用高電壓制程制 造的晶體管T1至T6。晶體管T1及T2為低電壓組件，其可支持1. 2伏特、1. 5伏特或1. 8 伏特的電壓。晶體管T3及T4為中電壓組件，其可支持3.3伏特或5伏特的電壓。晶體管 T5及T6為高電壓組件，其可支持大于10伏特的電壓。如圖1所示，為能承受高電壓的指令 操作，晶體管T5及T6的柵極氧化層厚度會比晶體管T1至T4的柵極氧化層厚度還大。舉 例而言，晶體管T5及T6的柵極氧化層厚度可為250人，晶體管T3及T4的柵極氧化層厚度 可為或1301，而晶體管T1及T2的柵極氧化層厚度可小于5GA。此外，晶體管T5中N型 深井區HVNW的摻雜濃度會小于晶體管T1及T3中N井區NW1及NW2的摻雜濃度。晶體管 T6中P型深井區HPNW的摻雜濃度會小于晶體管T2及T4中P井區PW1及PW2的摻雜濃度。 再者，相較于邏輯制程，高電壓制程需要更多的光罩及程序。因此額外的高電壓制程不僅會 增加制造成本，同時也使得整合更加困難。
【發明內容】
[0004] 為解決先前技術中高電壓電源控制系統必須由高電壓制程制造而導致成本增加 及整合不易的問題，本發明的一實施例提供一種可與邏輯制程兼容的高電壓電源控制系 統。高電壓電源控制系統包含微處理器單元、嵌入式非揮發性存儲器及高電壓驅動器。微處 理器單元用以控制高電壓電源控制系統的復數個高電壓輸出，并至少包含復數個低電壓組 件。嵌入式非揮發性存儲器電性耦接于微處理器單元，并包含復數個低電壓組件、復數個中 電壓組件及復數個橫向擴散金氧半場效晶體管。高電壓驅動器電性耦接于微處理器單元， 用以輸出高電壓電源控制系統的復數個高電壓輸出，并至少包含復數個中電壓組件及復數 個橫向擴散金氧半場效晶體管。高電壓電源控制系統可兼容于邏輯制程。
[0005] 本發明另一實施例所提供的高電壓電源控制系統另包含可調式高電壓加壓電路。 可調式高電壓加壓電路用以供應電源至高電壓驅動器，并至少包含復數個中電壓組件及復 數個橫向擴散金氧半場效晶體管。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006] 圖1為先前技術利用高電壓制程制造的晶體管的示意圖。
[0007] 圖2為本發明一實施例的高電壓電源控制系統的示意圖。
[0008] 圖3為本發明一實施例的橫向擴散金氧半場效晶體管架構的示意圖。
[0009] 圖4為本發明另一實施例的高電壓電源控制系統的示意圖。
[0010] 其中，附圖標記說明如下：
[0011] T1、T2、T3、T4、T5、T6 晶體管
[0012] NW1 第一N井區
[0013] NW2 第二N井區
[0014] PW1 第一P井區
[0015] PW2 第二P井區
[0016] HVNWN型深井區
[0017] HVPWP型深井區
[0018] 100,300 高電壓電源控制系統
[0019] 110 微處理器單元
[0020] 112 控制訊號
[0021] 120 嵌入式非揮發性存儲器
[0022] 130 高電壓驅動器
[0023] 132 高電壓輸出
[0024] 200 橫向擴散晶體管架構
[0025] 210 P型基底
[0026] 212 N型深井區
[0027] 214 第一N井區
[0028] 216 第一P井區
[0029] 218 第二P井區
[0030] 220 第二N井區
[0031] 222 第一P型摻雜區
[0032] 224 第二P型摻雜區
[0033] 226 第三P型摻雜區
[0034] 228 第一柵極構造
[0035] 230、240 淺槽隔離結構
[0036] 232 第四N型摻雜區
[0037] 234 第五N型摻雜區
[0038] 236 第六N型摻雜區
[0039] 238 第二柵極構造
[0040] 340 可調式高電壓加壓電路
【具體實施方式】
[0041] 圖2為本發明一實施例的高電壓電源控制系統100的示意圖。高電壓電源控制系 統100包含微處理器單元110、嵌入式非揮發性存儲器120及高電壓驅動器130。微處理器 單元110可用以控制高電壓電源控制系統100的復數個高電壓輸出132。嵌入式非揮發性 存儲器120及高電壓驅動器130皆電性耦接于微處理器單元110。在一實施例中，微處理器 單元110可監控系統環境并根據預先決定的算法程序、參數設定、身分辨識信息或安全信 息以輸出適當的控制訊號112。而微處理器單元110所需的復數個程序代碼、復數個參數設 定、復數個身分辨識指令操作或復數個安全信息指令操作及可儲存在嵌入式非揮發性存儲 器120之中。一旦微處理器單元110完成計算，微處理器單元110即可輸出控制訊號112。 高電壓驅動器130接收控制訊號112并將控制訊號112的電位提升至較高的電位以輸出高 電壓電源控制系統100的復數個高電壓輸出132。
[0042] 由于微處理器單元110是設計來操作低電壓的邏輯訊號指令，因此微處理器單元 110至少包含復數個低電壓組件，而每一個低電壓組件可支持1. 2伏特、1. 5伏特或1. 8伏 特的低電壓指令操作。在本發明的另一實施例中，微處理器110亦可能需要支持中電壓的 指令操作如3伏特至4伏特或5伏特至6伏特指令操作。于此情形下，微處理器單元110 則可另包含可支持中電壓指令操作的中電壓組件。由于此處所述的邏輯制程是指可支持一 般系統內的低至中電壓軌，亦即1. 2伏特、1. 5伏特、1. 8伏特、3. 3伏特、5伏特及電壓范圍 在6伏特以內的電壓軌，因此微處理器單元110可與邏輯制程兼容。相反地，可用以支持較 高電壓如8伏特、10伏特或更高電壓的組件，則通常需要高電壓制程。相較于邏輯制程，高 電壓制程中較厚的柵極氧化層及較稀薄的漏極和源極摻雜濃度可使組件得以承受高電壓 的指令操作。由于嵌入式非揮發性存儲器120也可能需要支持高電壓的指令操作，嵌入式 非揮發性存儲器120可包含復數個低電壓組件、中電壓組件以及可支持高電壓指令操作的 組件。同樣地，高電壓驅動器130也可包含中復數個中電壓組件以及可支持高電壓指令操 作的組件。美國專利號8, 373, 485即揭露了可操作于高電壓模式及低電壓模式的電壓轉換 裝置（levelshiftingapparatus)。因此，根據美國專利號8, 373, 485所教導的類似作法， 嵌入式非揮發性存儲器120即可利用與微處理器單元110相同的邏輯制程來制作，而嵌入 式非揮發性存儲器120仍可承受高電壓的指令操作。
[0043] 圖3為本發明的一實施例的橫向擴散晶體管架構200的示意圖。橫向擴散晶體管 架構200雖可利用邏輯制程制造，但仍可承受高電壓。橫向擴散晶體管架構200包含P型 基底210、N型深井區212、位于N型深井區212內的第一N井區214、位于N型深井區212 內并與第一N井區214相鄰的第一P井區216、位于P型基底210內的第二P井區218及位 于P型基底210內并與第二P井區218相鄰的第二N井區220。橫向擴散晶體管架構200 還包含位于第一N井區214內的第一P型摻雜區222、位于第一N井區214及第一P井區 216之間的第二P型摻雜區224、位于第一P井區216內的第三P型摻雜區226、位于第一 P型摻雜區222及第二P型摻雜區224之間的第一柵極構造228以及位于第二P型摻雜區 224及第三P型摻雜區226之間且位于第一P井區216內的淺槽隔離結構230。因此，可支 持中電壓指令操作的P型金氧半晶體管以及由第三P型摻雜區226及第一P井區216所形 成的第一特制漏極即可組成橫向擴散P型金氧半場效晶體管。雖然一般而言，支持中電壓 指令操作的P型金氧半場效晶體管的崩潰電壓可能為3伏特至4伏特或5伏特至6伏特， 然而借由第一特制漏極的幫助，橫向擴散P型金氧半場效晶體管即可承受高電壓的指令操 作。由于第一P井區216的摻雜濃度小于第一至第三P型摻雜區222、224及226,因此當有 施予高電壓源于第三P型摻雜區226時，第三P型摻雜區226及第一P井區216在等效上 可視為分壓電阻。因此，借著利用第一特制漏極，橫向擴散P型金氧半場效晶體管所受到的 高電壓即可由等效的分壓電阻所分擔，并使橫向擴散P型金氧半場效晶體管可用以支持高 電壓的指令操作。
[0044] 此外，橫向擴散晶體管架構200還包含位于第二P井區218內的第四N型摻雜區 232、位于第二P井區218及第二N井區220之間的第五N型摻雜區234、位于第二N井區 220內的第六N型摻雜區236、位于第四N型摻雜區232及第五N型摻雜區234之間的第二 柵極架構238以及位于第五N型摻雜區234及第六N型摻雜區236之間且位于第二N井區 220內的淺槽隔離結構240。因此，可支持中電壓指令操作的N型金氧半晶體管以及由第六 N型摻雜區236及第二N井區220所形成的第二特制漏極即可組成橫向擴散N型金氧半場 效晶體管。雖然一般而言，支持中電壓指令操作的N型金氧半場效晶體管的崩潰電壓可能 為3伏特至4伏特或5伏特至6伏特，然而借由第二特制漏極的幫助，橫向擴散N型金氧半 場效晶體管即可承受高電壓的指令操作。由于第二N井區220的摻雜濃度小于第四至第六 N型摻雜區232、234及236,因此當有施予高電壓源于第六N型摻雜區236時，第六N型摻 雜區236及第二N井區220在等效上可視為一分壓電阻。因此，借著利用第二特制漏極，橫 向擴散N型金氧半場效晶體管所受到的高電壓即可由等效的分壓電阻所分擔，并使橫向擴 散N型金氧半場效晶體管可用以支持高電壓的指令操作。
[0045] 在本發明的一實施例中，橫向擴散晶體管架構200可由常見的3至4伏特的邏輯 制程制作，而仍可接受3伏特至12伏特的高電壓指令操作。在此情形下，第一柵極構造228 或第二柵極構造238的柵極氧化層厚度可在6〇A至80A的范圍內，而比起在高電壓制程下， 可能厚達250人的柵極氧化層要小了很多。在本發明的另一實施例中，橫向擴散晶體管架構 200可由常見的5至6伏特的邏輯制程制作，而仍可接受8伏特至18伏特的高電壓指令操 作。在此情形下，第一柵極構造228或第二柵極構造238的柵極氧化層厚度可在丨2〇人至 140人的范圍內，而仍比高電壓制程可能使用的柵極氧化層要小了很多。此外，前述的橫向 擴散晶體管架構僅為提供本發明較佳的實施例，而并非用以限定本發明。
[0046] 借著使用前述的橫向擴散晶體管架構，嵌入式非揮發性存儲器120和高電壓驅動 器130即皆可在與邏輯制程兼容的情況下，仍能支持高電壓的指令操作。因此，高電壓電源 控制系統100中的所有組件即皆可兼容于相同的邏輯制程，而能夠省去使用高電壓制程時 所需的額外制作及整合成本。
[0047] 圖4為本發明另一實施例的高電壓電源控制系統300的示意圖。高電壓電源控制 系統300與高電壓電源控制系統100具有相似的結構，然而高電壓電源控制系統300另包 含可調式高電壓加壓電路340。可調式高電壓加壓電路340可用以供應電源至高電壓驅動 器130。在本發明的另一實施例中，可調式高電壓加壓電路340亦可根據系統的需要用以供 應電源至嵌入式非揮發性存儲器120。由于供應電源可能包含復數個高電壓軌，因此前述 的橫向擴散晶體管架構亦可使用于可調式高電壓加壓電路340內，使可調式高電壓加壓電 路340亦可利用相同的邏輯制程來制作。然而可調式高電壓加壓電路340并非必要，例如 當系統中已有高電壓源時，則可調式高電壓加壓電路340即可由高電壓源直接取代。
[0048] 綜上所述，根據上述本發明的實施例，本發明的高電壓電源控制系統即可利用相 同的邏輯制程來設計和制作，而無須額外的成本及光罩。此外，由于高電壓電源控制系統中 的每一個組件皆可與邏輯制程兼容，因此整合性及良率亦皆可獲得提升。
[0049] 以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種高電壓電源控制系統，其特征在于，包含： 微處理器單元，用以控制該高電壓電源控制系統的復數個高電壓輸出，并至少包含復 數個低電壓組件； 嵌入式非揮發性存儲器，電性耦接于該微處理器單元，包含復數個低電壓組件、復數個 中電壓組件及復數個橫向擴散金氧半場效晶體管；及 高電壓驅動器，電性耦接于該微處理器單元，用以輸出該高電壓電源控制系統的該些 高電壓輸出，并至少包含復數個中電壓組件及復數個橫向擴散金氧半場效晶體管。
2. 如權利要求1所述的高電壓電源控制系統，其特征在于，另包含： 可調式高電壓加壓電路，用以供應電源至該高電壓驅動器，并至少包含復數個中電壓 組件及復數個橫向擴散金氧半場效晶體管。
3. 如權利要求1所述的高電壓電源控制系統，其特征在于，每一橫向擴散金氧半場效 晶體管的柵極厚度小于由高電壓制程所制造的晶體管的柵極厚度。
4. 如權利要求1所述的高電壓電源控制系統，其特征在于，該嵌入式非揮發性存儲器 用以儲存該微處理器單元的復數個程序代碼、復數個參數設定、復數個身分辨識指令操作 或復數個安全信息指令操作。
5. 如權利要求1所述的高電壓電源控制系統，其特征在于，每一中電壓組件支持電壓 為3V至4V的指令操作。
6. 如權利要求5所述的高電壓電源控制系統，其特征在于，每一低電壓組件支持電壓 為1.2V至1.8V的指令操作。
7. 如權利要求5所述的高電壓電源控制系統，其特征在于，每一橫向擴散金氧半場效 晶體管支持電壓為3V至12V的指令操作。
8. 如權利要求1所述的高電壓電源控制系統，其特征在于，每一中電壓組件支持電壓 為5V至6V的指令操作。
9. 如權利要求8所述的高電壓電源控制系統，其特征在于，每一低電壓組件支持電壓 為1.5V至1.8V的指令操作。
10. 如權利要求8所述的高電壓電源控制系統，其特征在于，每一橫向擴散金氧半場效 晶體管支持電壓為8V至18V的指令操作。
11. 如權利要求1所述的高電壓電源控制系統，其特征在于，另包含：高電壓源，用以供 應電源至該高電壓驅動器及該嵌入式非揮發性存儲器。
【文檔編號】G06F1/26GK104423525SQ201410381195
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月5日 優先權日:2013年8月19日
【發明者】楊青松, 郭東政 申請人:力旺電子股份有限公司