[发明专利]单片式共享高电压漏极的高电流晶体管和低电流晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路，更具体而言，本申请涉及一种具有功率场效应晶体管和/或双极功率晶体管的平面单片式高电压集成电路，所述功率场效应晶体管和/或双极功率晶体管具有高电压扩散连接。

背景技术

在一些应用中，高电压集成电路在单一整片的集成模块上，典型地既包含高电压晶体管也包含低电压晶体管。高电压晶体管为承受所施加的大电压而具有比低电压晶体管大的尺寸，这适用于所有高电压晶体管，无论其传输高电流还是传输低电流，否则，高电压晶体管可能会有问题，例如结击穿或材料击穿，其导致集成电路中产生不可控电流。该不可控电流可能导致较差的可靠性、甚至致命故障。由于包含多个、大型（large）高电压晶体管而导致的较大芯片面积会产生较高的芯片成本和较低的良率。高电压-低电流晶体管，尽管宽度比高电压-高电流晶体管（有时称为功率晶体管）小，但如果像传统的独立晶体管一样设计，仍然会因为高电压扩散需要的尺寸而占用相对大的芯片面积。因此，在集成电路中，高电压晶体管通常会比低电压晶体管少，甚至有时只有一个高电压晶体管。

在这些应用的一些子类（sub-group）中，高电压会分别利用开集或开漏的结构、通过高电压-高电流双极晶体管或高电压-高电流场效应晶体管施加于芯片中。这样，高电压便可以被隔离于高电压-高电流晶体管中的、特别大面积的扩散结构。低电压可以通过附加的外部电源供给芯片。更期望地，为降低整个系统的成本和复杂性，供给芯片所需的低电压可以通过在片上、可调的低电压电源电路，从单一的外部高电压电源，经过功率晶体管，提供整个集成电路的功率。该片上、可调的低电压电源的功能(capabilities)取决于除具有高电压-高电流的功率晶体管之外，还具有高电压-低电流的晶体管的电路。

在诸如传统的高电压集成电路中，提供片上、可调的低电压电源，其既需要高电压-高电流的晶体管，也需要高电压-低电流的晶体管，其代价是导致相对大的芯片面积、相对大的成本，和低良率。因此，需要新的高电压集成电路，其占用较小的芯片面积但能使电路具有多个高电压晶体管。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有功率场效应晶体管和/或双极功率晶体管的平面单片式高电压集成电路，所述功率场效应晶体管和/或双极功率晶体管具有高电压扩散连接，以在减小芯片面积的同时也增强设计的通用性。

根据本发明的一实施例，提供一平面的、单片的、包含形成在一第二导电类型的半导体衬底上的一第一导电类型的半导体区的高电压集成电路。该半导体区与所述半导体衬底形成一p-n结。该集成电路在该半导体区上进一步包含所述第一导电类型的一第一扩散区。该半导体区在该第一扩散区和半导体衬底间垂直延伸。

所述平面的、单片的高电压集成电路进一步包含一第一场效应晶体管，其包含第一栅极和位于所述半导体区上方并且位于所述第一栅极和所述半导体区之间的第一栅极介电层。该第一栅极介电层具有一第一边界和一第二边界。第一场效应晶体管在该半导体区上还包含所述第二导电类型的一第一体区。该第一体区：（i）与部分该第一栅极介电层在第一栅极介电层的第一边界上重叠，（ii）与所述半导体区形成一p-n结，以及（iii）在该第一栅极介电层下方具有边界。所述第一场效应晶体管在第一体区中还包含所述第一导电类型的一第二扩散区，该第二扩散区：（i）在所述第一栅极介电层的第一边界与部分所述第一栅极介电层重叠，（ii）与所述第一体区形成一p-n结，以及（iii）在该第一栅极介电层下具有边界。 所述第一栅极与第二扩散区重叠的部分要少于该第一栅极与所述第一体区重叠的部分。一第一沟道形成于第一栅极介电层下方的第一体区中，并且形成与第二扩散区的边界与第一体区的边界之间。第一栅极介电层在第一栅极介电层的第二边界与所述半导体区重合。所述第一沟道区和所述第一扩散区之间的所述半导体区的一部分是一漂移区。第一扩散区与所述第一沟道区保持横向间距并被设置为接受高电压。