包括場效應晶體管的開關及集成電路的制作方法
【專利摘要】一種開關(2)，該開關(2)包括位于具有第一主表面(110)的半導體襯底(100)中的場效應晶體管(200)。開關(2)包括：源極區(201)；漏極區(205)；主體區(220)；以及位于主體區處的柵極電極(210)，所述柵極電極(210)設置成能夠控制在主體區內形成的溝道的導電性，柵極電極布置在柵極溝槽(212)內。主體區沿著第一方向布置在源極區與漏極區(205)之間，第一方向與第一主表面平行。主體區(220)具有沿著第一方向延伸的凸脊形狀。主體區與源極區(201)緊鄰并且與漏極區(205)緊鄰。開關(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(220)。
【專利說明】包括場效應晶體管的開關及集成電路
【背景技術】
[0001] 汽車和工業電子產品中普遍使用的功率晶體管需要低導通狀態電阻(Ron A)，同 時確保高壓阻斷能力。例如，Mosr金屬氧化物半導體"）功率晶體管應該根據應用需求能阻 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、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體襯底 的第一主表面地進行。通常，包括橫向晶體管的開關會被進一步研究。特別是，期待研究可 W與驅動器電路集成的晶體管。
[0003] 因此，本發明的目的是提供一種改進的開關、一種改進的集成電路和一種改進的 系統來滿足上述需求。
[0004] 根據本發明，上述目的是根據獨立權利要求通過權利要求的主題來實現的。各實 施例限定在從屬權利要求中。
【發明內容】
[0005] 根據一實施例，一種開關包括場效應晶體管，該場效應晶體管位于具有第一主表 面的半導體襯底內。該晶體管包括源極區、漏極區、主體區、和在主體區處的柵極電極。該柵 極電極設置成能夠控制主體區內形成的溝道的導電性。柵極電極布置在柵極溝槽中。該主 體區沿著第一方向布置在源極區與漏極區之間，第一方向與第一主表面平行。主體區具有 沿著第一方向延伸的凸脊的形狀。主體區鄰近源極區和漏極區。該開關還包括源極接觸部 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。
[0006] 根據一實施例，一種集成電路包括多個串聯連接的開關。至少一個開關包括場效 應晶體管，該場效應晶體管位于具有第一主表面的半導體襯底內。該場效應晶體管包括源 極區、漏極區、主體區和位于主體區處的柵極電極。柵極電極設置成能夠控制在主體區內形 成的溝道的導電性。該柵極電極布置在柵極溝槽中。該主體區沿著第一方向布置在源極區 與漏極區之間，第一方向與第一主表面平行。該主體區具有沿著第一方向延伸的凸脊的形 狀。主體區與源極區和漏極區相鄰。
[0007] 本領域的技術人員在閱讀W下具體說明并查看附圖后，會認識到其它的特征和優 點。
【附圖說明】
[000引附圖被包括W提供對本發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。附圖示出本發明的實施例并且與說明書一起用于解釋原理。當通 過參考W下具體說明使本發明的其它實施例和許多預期優勢變得更好理解的時候，將會容 易地理解本發明的其它實施例和許多預期優勢。附圖中的元件不一定相對彼此按照比例繪 審Ij。相似的附圖標記表示對應的部分。
[0009]圖IA示出根據一實施例的開關的豎直剖視圖。
[0010]圖IB示出根據該實施例的開關的水平剖視圖。
[0011]圖IC示出該實施例的另外的豎直剖視圖。
[0012]圖2示出根據一實施例的集成電路的剖視圖。
[001引圖34示出根據一實施例的系統的剖視圖。
[0014] 圖3B示出根據一實施例的系統的剖視圖。
[0015] 圖4示出根據一實施例的系統的等效電路圖。
[0016] 圖5A示出根據另外的實施例的系統的剖視圖。
[0017] 圖5B示出根據另外的實施例的系統的等效電路圖。
【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實現本發明的具體實施例。在運方面，諸如"頂"、"底前"、"后"、"在前"、 "在后"等方向性術語參考被描述的附圖的定向地使用。由于本發明的實施例的部件可W W 多種不同的定向定位，所W方向性術語是用于說明的目的而絕非用于限制的目的。應該理 解的是，可W使用其它實施例，并且可W在不脫離權利要求定義的范圍的情況下做出結構 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語"晶片"、"襯底"或者"半導體襯底"可W包括任何具有半導 體表面的基于半導體的結構。晶片和結構將應該被理解為包括娃、絕緣體上娃(SOI)、藍寶 石上娃(SOS)、滲雜的和非滲雜的半導體、由基底半導體基礎支撐的外延娃層、W及其它半 導體結構。半導體不一定是基于娃的。半導體也可W是娃錯、錯、或神化嫁。根據其它實施 例，碳化娃(SiC)或氮化嫁(GaN)可W形成半導體襯底材料。
[0021] 如本說明書中所使用的術語"橫向的"和"水平的"旨在描述與半導體襯底的第一 表面或半導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語"豎直的"旨在于描述與半導體襯底或半導體主體的第一 表面垂直布置的定向。
[0023] 如本文所使用的，術語"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語。除非上下文另有明確說明，否則術 語"一"、"一個"和"所述"也意圖包括復數W及單數。
[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滲雜區的滲雜濃度低的滲雜濃度，而"n+"滲雜區具有比V滲雜區 更高的滲雜濃度。相同的相對滲雜濃度的滲雜區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。應該清楚理解的是，運種指定決不是用于限 審IJ。只要實現所描述的功能，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。
[0025] 本說明書中提到半導體部分滲雜W "第一"和"第二"導電類型的滲雜物。第一導電 類型可W是P型并且第二導電類型可W是n型，或者反過來也可W。如所周知的，根據滲雜類 型或源極區和漏極區的極性，絕緣柵場效應晶體管（IGFET)例如金屬氧化物半導體場效應 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，源極區和漏極 區滲雜Wn型滲雜物。在P溝道的MOSFET內，源極區和漏極區滲雜Wp型滲雜物。應該清楚理 解的是，在本申請的上下文內，滲雜類型可W反轉。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，并且根據第一導電類型是否意味著n 型或P型而可W被反轉，從而實現所描述的功能。
[0026] 如在本說明書中使用的術語"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"的元件之間設置中間元件。術語"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示出半導體裝置的豎直剖視圖。如將在本說明書中討論的，半導體裝置可W 是開關的一部件或者可W實施成開關。此外，半導體裝置可W在各種應用中使用。該開關2 包括場效應晶體管200,該場效應晶體管200在具有第一主表面110的半導體襯底100內形 成。該場效應晶體管包括源極區201、漏極區205、主體區220、和位于主體區220處的柵極電 極210。該柵極電極210被設置成能夠控制形成于主體區220內的溝道的導電性。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220沿著第一方向、例如X方向布置在源極區 201和漏極區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220具有沿著第一方向延伸的凸脊的形狀。主 體區220與源極區201和漏極區205相鄰。主體區220接觸源極區201并且接觸漏極區205。例 如，半導體裝置中可W沒有漂移區。特別是，漂移區可W沒有布置在主體區與漏極區205之 間。半導體裝置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 201。主體接觸部225可W在半導體襯底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220。
[0029] 主體區220可W是第一導電類型、例如P型。源極區201和漏極區205可W是第二導 電類型、例如n型。
[0030] 半導體襯底100可W包括第一導電類型的第一(底)層130和形成于第一層130之上 的外延生長出的第二導電類型的第二層140。第二導電類型的另外的埋層135可W布置在第 一導電類型的第一層130與第二導電類型的第二層140之間。該埋層135可W W比第二導電 類型的第二層140更高的滲雜濃度滲雜。
[0031] 場效應晶體管200的多個部件可W在第一導電類型例如P型的阱中形成。第一阱區 150可W在第二導電類型的第二半導體層140中形成。
[0032] 可W通過襯底接觸部292來接觸第二導電類型的第二層140。第二導電類型的滲雜 部291可W布置于襯底接觸部292與第二導電類型的第二層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150與第二層140之間的pn結將反向偏置，W便使第一阱區 150與埋層135絕緣。特別是，場效應晶體管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150之間的pn結可W與半導體襯底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結附近的電場可W被適當地成形。尤其是，襯底表面之上的部件可W被保護W免受 由pn結產生的電場。此外，pn結被保護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201與源極接觸溝槽321的側壁相鄰地 形成，源極接觸部202布置于源極接觸溝槽321內。此外，漏極區205可W與漏極接觸溝槽322 的側壁和底側相鄰地布置，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的側壁和底側可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，第一導電類型的半導體材料由相鄰的溝槽 212圖案化。由于圖案化，形成了半導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和側壁22化。柵極介電層211與每個凸脊的側壁22化和頂表 面220a相鄰布置。此外，導電材料被填充于位于相鄰凸脊之間的溝槽內W形成柵極電極 210。如已經解釋過的，主體區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220被在第一方向上延伸的相鄰的溝槽圖案化成凸脊。側壁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與凸脊的兩個側壁相鄰布置。此 夕h凸脊的頂表面220a和側壁22化可W不實施成完全的直線。例如，頂表面220a與側壁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形成到凸脊的側壁22化的圓 角。
[0036] 根據一實施例，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220之間的交界處形成的耗盡區（depletion zone)的長度。通常而言，被認為:在晶體管 內，在對應于闊值電壓的柵極電壓下的耗盡區的長度對應于耗盡區的最大寬度。例如，耗盡 區的寬度可W被確定為：
[0037]
[003引其中，ES表示半導體材料的介電常數（對于娃為11.9*e0)，k表示玻爾茲曼常數 (1.38066*10-23J/K)，T表示溫度，例如293K，In表示自然對數，Na表示半導體主體的雜質濃 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置的側壁220b處的溝道區215可W不相互合并 (merge), W使得主體區220可W沿著主體區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220之間的交界處所形成的耗盡區的長度。在運種情況下，例 如在對應于闊值電壓的電壓施加于柵極端子上時，在凸脊內于凸脊的相反的側壁22化處形 成的溝道區可W在物理上互相接觸或合并。
[0040] 根據所述實施例，當柵極電極被設置在適當的電勢下時，主體區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，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，從而可W改善裝置的特性。根據運個實施例，凸脊的 寬度沿著第二方向并平行于半導體襯底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220和柵極介電層211之間的邊界處形成了導電反轉層215(inversion layer,導電 溝道）。從而，晶體處于從源極區201到漏極區205的導通狀態。在關斷的情況下，沒有形成導 電性反轉層并且晶體管處于非導通狀態。
[0042] 晶體管例如在關斷狀態下在源極區201和漏極區205之間可W承受0.3V到10V、比 如1.4V到近似4V范圍內的阻斷電壓。在導通狀態下流動的電流可W高達約1.5安培或者更 大。由于形狀為凸脊的主體區的特別配置，可W在裝置面積減小的情況下實現更大的有效 溝道寬度。此外，因為可W更好地抑制短溝道效應，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] 根據一實施例，源極區201可W延伸至柵極溝槽212的深度的至少0.5X。因此，主 體區220可W在較大的延伸深度上連接到源極區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，實現了主體區220經由源極接觸部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(半導體裝置根據該特定配置形成在第一導電類型的阱區150內、 例如形成在于第二導電類型的第二層140內所形成的P型阱內），可W阻止漏電流流向襯底。 由于埋層135的存在，可W關于第一 (P滲雜)層130實現更高的穩健性。比如，當空穴從襯底 注入時，埋層135可W保護半導體裝置免受空穴的注入。
[0045] 根據另外的解釋，圖IA到IC示出的開關2可W被理解為包括場效應晶體管200的開 關2,該場效應晶體管200形成于具有第一主表面110的半導體襯底100內。該場效應晶體管 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。導電材料在源極接觸溝槽321內和漏極接 觸溝槽322內形成，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形成。 場效應晶體管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構 210和主體區220。該柵極電極結構210和該主體區220沿著第二方向比如y方向、W交替的方 式布置。該場效應晶體管200還包括源極區201，該源極區201電連接到位于源極接觸溝槽 321內的源極接觸部202并與主體區220相鄰。場效應晶體管200還包括漏極區205，該漏極區 205電連接到位于漏極接觸溝槽322內的漏極接觸部206并與主體區220相鄰。該場效應晶體 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內的源極接觸部202。
[0046] 圖IA至IC所示出的半導體裝置可W合適地用作橫向低壓電源開關或晶體管、比如 用作低歐姆低壓開關。例如，術語"低壓"可W指源極-漏極電壓近似高達15V。
[0047] 圖2示出根據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 聯連接的開關21，22-，24。互連線294可^布置于每個開關21之間。例如，互連線294可^布置 于半導體襯底100之上或可W布置于半導體襯底100內。2i,…24中任意開關可W具有與圖IA 至IC所示出的開關2相似的結構。例如，2i，-，24中任何開關可W包括源極區201、漏極區205 和主體區220。
[0048] 主體區220沿著第一方向布置在源極區201與漏極區之間。第一方向與第一主表面 平行。主體區220具有沿著第一方向延伸的凸脊的形狀。主體區220與源極區201和漏極區 205相鄰。每個開關還包括布置在主體區220處的柵極電極210。柵極電極210可W被設置成 能夠控制在主體區220內所形成的溝道的導電性。
[0049] 柵極電極210布置于圖2內由虛線表示的柵極溝槽212內。各開關2i，-，24的每個柵 極電極210可W通過分別施加相應的電勢到各端子2721,2722,2723和2724而被分別控制。每 個開關還可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220。第一開 關2i的源極區201可W通過源極接觸部202電禪接到對應于地面電勢的源極端子271。第一 開關21、第二開關22、和第=開關23的漏極接觸部206可W連接到接下來的或下一個開關22、 23或24的源極接觸部202。串聯的最后開關24的漏極接觸部206可W連接到漏極端子273。
[0050] 半導體襯底100可W包括第一導電類型的第一(底)層130和形成于第一層130之上 的外延生長出的第二導電類型的第二層140。第二導電類型的另一個埋層135可W布置于第 一導電類型的第一層130與第二導電類型的第二層140之間。該埋層135可W W比第二導電 類型的第二層140更高的滲雜濃度滲雜。
[0051] 根據一實施例，各開關可W分別布置于各半導體襯底部分中，并且半導體襯底部 分可W彼此絕緣。例如，各開關21，22,23,24的部件可^在第一導電類型例如口型的隔離的第 一阱區150內形成。第一阱區150可W在第二導電類型的第二半導體層140內形成。通過襯底 接觸部292可W接觸第二導電類型的第二層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通過第二導電類型的滲雜部291電禪接到第二導電類型的第二半導體層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150與第二半導體層140之間的pn結反 向偏置，W使得相鄰的開關之間相互絕緣。進一步而言，每個開關與埋層135并且與位于第 二半導體層140下方的部件絕緣。
[0052] 所描述的隔離方案(根據該隔離方案，每個開關形成于分隔開的第一阱區150內） 是作為示例給出的。根據另一個實施例，運種隔離也可W利用填充W絕緣材料的隔離溝槽 來實現。
[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 結上形成，該pn結形成于第二導電類型的第二層140與第一導電類型的阱部150之間。由此， pn結附近的電場可W被適當地成形。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結產生的電場。
[0054] 圖3A示出根據一實施例的系統的剖視圖。圖3A的系統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并聯連接到開關2i，22，23，和24中的 任何一個。根據一特別的實施例，負載2951，2952，2953，2954可W分別并聯連接到開關2i，22， 23,和24中的每個。例如，負載可W是發光元件比如LED("發光二極管"）、燈泡或其它。根據另 外的實施例，負載可W是電阻元件比如加熱電阻。
[0055] 由于該系統的特殊配置，可W通過將相應的開關21，22,23，和24設置為導通狀態而 將負載選擇性地短路。運可W通過選擇性地激活相應的開關的柵極電極210并向柵極端子 2721，2722，2723，和2724施加合適電勢來實現。
[0056] 由于運種特殊的配置，可W通過適當地布置開關2i，一24的串聯連接方式并適當地 激活相應的開關的柵極電極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了Multi-Floatswitch,在該Multi-Floatswitch中，施 加于每個單個的開關的源極區201和漏極區205的電勢是不固定的，而是取決于相鄰開關的 開關狀態。更詳細地說，當所有開關都設置成導通狀態時，在源極區201和在漏極區205的電 勢可W與僅有一些開關設置成導通狀態的情況是不同的。
[0化引圖3B示出另外的實施方式，根據該實施方式，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 L邸連接到電池時，電阻會與L邸串聯連接W減小電流。根據一實施例，替代減小施加于任何 L抓的電壓，而使系統或集成電路還包括DC/DC轉換器297 W控制施加到串聯的LED上的電 壓。由于運種包括DC/DC轉化器而不是電阻的布置方式，使得可W節省能量并且可W耗散更 少的功率。此外，由于DC/DC轉換器的存在，施加的電壓可W在較大范圍內變化。因此，可W 驅動包括大量負載的負載鏈或串聯負載、例如L邸鏈或串聯的LED。
[0059] 根據電源電壓和負載例如Lm)的數量并且由此根據驅動Lm)所需的電壓，DC/DC轉 換器可W是升壓轉換器、降壓轉換器或降壓/升壓轉換器。例如，轉換器297可W是降壓-升 壓轉換器，并且當Lm)被關斷時，可W降低施加的電壓（降壓）。另一方面，當多個Lm)被接通 時，轉換器297可W增加電壓(升壓）。
[0060] 例如，轉換器297可W與電池299串聯連接。根據另外的實施例，轉換器297可W布 置于同一半導體襯底100內，該半導體襯底100內形成了包括串聯連接的開關的集成電路。 通常，轉換器應當W較高的速率增加或降低電壓。因此，轉換器與開關2i，一24之間快速的通 信是被期待的。例如，轉換器297可W通過高側開關298、例如ProFET?連接到電池299。高側 開關充當保護開關。
[0061] 由于圖3B中所示的多個開關21，一24串聯連接并且LED 2961，…2964與每個開關 21，…24并聯連接的運種特定布置，可W實現具有下述特征的系統：該系統具有非常小的 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包括所述轉換器297并且選擇性地包括所述高側開 關298。根據運個實施例，運些部件集成于同一半導體襯底100內。根據另外的實施例，轉換 器297和/或高側開關298可W形成于不同的襯底內。例如，集成電路3、轉換器297和/或高側 開關298可W被安裝至同一電路板300。
[0063] 例如，本文描述的系統4可W在汽車應用中使用。尤其是，圖3B的系統可W實施為 汽車的前照明系統。L邸照明方案越來越多地用在汽車的前部區域中。自適應照明系統能夠 產生特殊的Lm)圖案，從而產生期望的照明圖案。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，當道路彎曲時，照明圖案可W動態地形成。 在汽車照明系統的情況下，電池的典型電源電壓可W是12V。根據一實施例，包括多個開關、 和DC/DC轉換器的集成電路可W提供位于OV到大約70V至80V或甚至更高的范圍內的電壓。
[0064] 集成電路3可W用于驅動運樣的照明系統的多個LED。此外，本文描述的系統4可W 實現運樣的照明系統。應該清楚理解的是，所述系統和所述集成電路的使用并不局限于汽 車照明系統。例如，所述集成電路也可W用于任意的照明系統、尤其是產生照明圖案的照明 系統。運樣的示例尤其包括檢測系統、如管的檢測系統、內窺鏡，特別是用于醫療應用、任何 種類的顯示器和發光廣告。
[0065] 圖4示出根據一實施例的系統4的等效電路圖。該系統包括集成電路，該集成電路 包括多個串聯連接的開關2i，2n。該系統、該集成電路和所述開關可W W上文參照附圖IA到 3B所解釋的方式實施。系統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2i…2n中的一個對應的開關并聯連接。該電路連接到DC/DC轉換器297、例如降壓- 升壓轉換器。該降壓-升壓轉換器297連接到電池(在本圖中未示出KDC/DC轉換器297和集 成電路3可W安裝到同一電路板300上。根據一實施例，DC/DC轉換器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轉換器297。負載鏈可W W任意形式布置。
[0066] 圖5A示出根據另外的實施例的系統5的豎直剖視圖。系統5包括多個基本系統511， 512，一51。。例如，基本系統511，512，一51。互相之間可^并聯連接。每個基本系統可^包括上 文參照附圖IA到IC已經討論過的開關、和負載2951,2952,-.SgSnn例如，負載可W是發光元 件如LED("發光二極管"）、燈泡或其它。根據另外的實施例，負載可W是電阻元件如加熱電 阻。開關2i，22，? ? ? 2n可W與負載2951，2952，? ? ? 295n串聯連接。通過控制施加于開關2i，22，? ? ? 2n 的柵極電極210上的柵極電壓，可W控制串聯連接的負載上流動的電流。例如，如果負載是 發光元件，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，該系統還可W W上文已經描述過的方式包括DC/DC轉換器297。根據一實施 例，該DC/DC轉換器297可W根據接通的負載的數量實施成將電壓轉換成較低電壓的降壓轉 換器。根據一實施例，DC/DC轉換器297和多個開關可W集成到同一半導體襯底100中。
[0068] 圖5B示出上文已經描述過的系統5的等效電路圖。
[0069] 參照圖5A和5B所描述的基本系統511,512,1-Sln或系統5可W在照明系統、例如汽 車照明系統中使用。應該清楚理解的是，該基本系統或該系統可W在多種不同的應用中使 用。
[0070] 盡管上文已經描述了本發明的實施例，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，所附權利要求的精神和范圍不應該限定于本文中所包含的對實 施例的描述。
【主權項】
1. 一種開關(2)，所述開關(2)包括位于具有第一主表面（110)的半導體襯底（100)中的 場效應晶體管(200 )，所述開關(2)包括： 源極區（201); 漏極區（205); 布置于漏極接觸溝槽內的漏極接觸部（206)，所述漏極接觸溝槽形成在所述第一主表 面(11 〇)內，所述漏極區（205)緊鄰所述漏極接觸部(206); 主體區（220);以及 位于所述主體區（220)處的柵極電極(210)，所述柵極電極(210)設置成能夠控制在所 述主體區（220)內形成的溝道的導電性，所述柵極電極(210)布置在柵極溝槽(212)內， 所述主體區（220)沿著第一方向布置在所述源極區（201)與所述漏極區（205)之間，所 述第一方向與所述第一主表面平行，所述主體區（220)具有沿著所述第一方向延伸的凸脊 形狀，所述主體區與所述源極區（201)緊鄰并且與所述漏極區（205)緊鄰， 所述開關(2)還包括布置在源極接觸溝槽(321)內的源極接觸部(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（220)。2. -種集成電路(3)，所述集成電路(3)包括多個開關(2)，所述開關(2)是根據權利要 求1所述的開關，所述開關⑵義^^串聯連接。3. 根據權利要求2所述的集成電路，其特征在于，每個開關(2^22, ··々")分別布置在相 應的襯底部分內，所述襯底部分相互絕緣。4. 根據權利要求2或3所述的集成電路，其特征在于，所述半導體襯底（100)包括第二導 電類型的摻雜層（140)和布置于所述摻雜層（140)內的第一導電類型的多個第一阱區 (150)，所述多個第一阱區（150)相互絕緣。5. 根據權利要求4所述的集成電路，其特征在于，所述第一阱區（150)通過pn結相互絕 緣。6. 根據前述權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轉換器。7. 根據權利要求6所述的集成電路(3)，其特征在于，所述DC/DC轉換器是降壓-升壓轉 換器。8. -種系統(4)，所述系統(4)包括權利要求2至5中任一項所述的集成電路，所述系統 (4)還包括與所述開關(2!，2 2，"·2η)中的一個并聯連接的負載(295!，2952，"·295η)。9. 根據權利要求8所述的系統(4)，其特征在于，所述負載(295^2952,-4950選自由發 光元件、LED( "發光二極管"）、燈泡、電阻元件和加熱電阻組成的組。10. 根據權利要求8或9所述的系統(4)，其特征在于，所述系統(4)還包括DC/DC轉換器。11. 根據權利要求10所述的系統(4)，其特征在于，所述DC/DC轉換器是降壓-升壓轉換 器。12. 根據權利要求8或9所述的系統，其特征在于，所述多個開關 DC轉換器(297)集成在一個半導體襯底（100)中。13. -種集成電路(3)，所述集成電路(3)包括多個串聯連接的開關(2^22, ，所述 開關(2ι, 22, 一20中的至少一個包括位于具有第一主表面(110)的半導體襯底（100)中的場 效應晶體管(200)，所述場效應晶體管包括： 源極區（201); 布置在源極接觸溝槽(321)內的源極接觸部（202)，所述源極接觸溝槽(321)在第一主 表面內形成，所述源極區（201)與所述源極接觸部(202)緊鄰； 漏極區（205); 布置在漏極接觸溝槽內的漏極接觸部(206)，所述漏極接觸溝槽在第一主表面（110)內 形成，所述漏極區與所述漏極接觸部緊鄰； 主體區（220); 和位于所述主體區（220)處的柵極電極(210)，所述柵極電極(210)設置成能夠控制在 所述主體區（220)內形成的溝道的導電性，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， 所述主體區（220)沿著第一方向布置在所述源極區（201)與所述漏極區（205)之間，所 述第一方向與所述第一主表面平行，所述主體區（220)被所述柵極溝槽圖案化成凸脊，所述 主體區與所述源極區（201)緊鄰并且與所述漏極區（205)緊鄰。14. 根據權利要求13所述的集成電路，其特征在于，所述半導體襯底（100)包括第二導 電類型的摻雜層（140)和布置在所述摻雜層（140)內的第一導電類型的多個第一阱區 (150)，所述多個第一阱區（150)相互絕緣。15. 根據權利要求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轉換器。16. 根據權利要求15所述的集成電路，其特征在于，所述DC/DC轉換器是降壓-升壓轉換 器。17. -種系統(4)，所述系統(4)包括根據權利要求13或14所述的集成電路(3)，所述系 統⑷還包括與所述開關(2!，2 2，"·2η)中的一個并聯連接的負載(295!，2952，"·295η)。18. 根據權利要求17所述的系統(4)，其特征在于，所述負載選自由發光元件、LED("發 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，所述汽車照明系統包括根據權利要求2至7以及13至16中任一 項所述的集成電路。20. 根據權利要求1所述的開關在照明系統中的應用。21. -種基本系統(511，512,51")，所述基本系統(511，51 2,51")包括根據權利要求1所述 的開關（2)，所述基本系統（51^512,51n)還包括與所述開關（2)串聯連接的負載（295l·， 2952，"·295η)〇22. 根據權利要求21所述的基本系統，其特征在于，所述負載（295!，2952，…295η)選自 由發光元件、LED( "發光二極管"）、燈泡、電阻元件和加熱電阻組成的組。23. -種包括多個根據權利要求21或22所述的基本系統(51^512,510的系統(5)，所述 基本系統相互并聯連接。24. 根據權利要求23所述的系統，其特征在于，所述系統還包括DC/DC轉換器(297)。25. 根據權利要求24所述的系統，其特征在于，所述DC/DC轉換器(297)和所述基本系統 (51ι, 512,51n)的多個開關(2ι, 22, "·2η)集成在一個半導體襯底(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