[發(fā)明專利]高壓隔離環(huán)結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410748615.2
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN104465722A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王惠惠;金鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78
• 代理公司: 上海浦一知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀(jì)鐵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是指一種高壓自保護(hù)的高壓隔離環(huán)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

在高壓集成電路設(shè)計(jì)中，一種需要高端電壓電路(high?side)和低端電壓電路(low?side)同時(shí)兼容在同一芯片電路上的半橋驅(qū)動電路應(yīng)用中，如圖1所示，是一種高壓集成電路HVIC的電路示意簡圖，電路中具有高端電壓部分High-side?gate?driver和低端電壓部分Low-side?gate?driver。針對高端電壓電路部分，具有一定的對地電壓浮動需求(Floating?Voltage)，特別是針對220V半橋驅(qū)動應(yīng)用中，電壓浮動要求高于600V。該類型電路主要通過邏輯驅(qū)動電路對高壓MOS端(圖中M1和M2)的柵極控制來實(shí)現(xiàn)電位平移功能(level?shift)。

高端電壓隔離環(huán)(High?side?ring)實(shí)現(xiàn)整個(gè)High-side電路對地600V以上的耐壓需求。參考圖示2，此類高壓隔離環(huán)結(jié)構(gòu)主要具有以下特征：

1.高壓隔離環(huán)結(jié)構(gòu)由三種耐壓結(jié)構(gòu)組成：高耐壓場效應(yīng)管1作為電壓平移level?shift(LS?MOS)，高耐壓隔離環(huán)(HVIR)3及兩者之間的高壓過渡區(qū)域2，連接形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)，閉環(huán)內(nèi)部為高端電壓區(qū)域5，閉環(huán)外側(cè)為低端電壓區(qū)域4。

2.高耐壓場效應(yīng)管1由IC內(nèi)部電路邏輯控制信號來控制開啟和關(guān)斷，以實(shí)現(xiàn)低端到高端的電壓平移作用。

3.高耐壓隔離環(huán)環(huán)繞整個(gè)高端電壓電路部分，實(shí)現(xiàn)對低端的耐壓。

4.高耐壓場效應(yīng)管1和高耐壓隔離環(huán)(HVIR)3兩者之間的過渡區(qū)域2，實(shí)現(xiàn)由高耐壓場效應(yīng)管到高耐壓隔離環(huán)結(jié)構(gòu)的耐壓過渡。

圖3是圖2所示的現(xiàn)有的高端電壓區(qū)域耐壓環(huán)的AA處剖面圖，圖中高端耐壓場效應(yīng)晶體管的源極108及柵極107位于低端電壓區(qū)域4，漏極106位于高端電壓區(qū)域5，漏極106及漏極106與柵極107之間的耐壓漂移區(qū)是與高耐壓隔離環(huán)3共用。圖4所示的是現(xiàn)有的高端電壓區(qū)域耐壓環(huán)的BB處剖面圖，其與圖3的區(qū)別在于，其柵極107、源極108是與地電位109一起短接。

上述的高端電壓隔離環(huán)結(jié)構(gòu)需要設(shè)置結(jié)構(gòu)復(fù)雜的過渡區(qū)域2，且作為電壓平移的高耐壓場效應(yīng)管1不具有高壓自我保護(hù)的功能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種高壓隔離環(huán)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單且具有自保護(hù)功能。

為解決上述問題，本發(fā)明所述的高壓隔離環(huán)結(jié)構(gòu)，包含用于電平位移的高耐壓場效應(yīng)晶體管及高壓隔離環(huán)，所述的高壓隔離環(huán)為閉環(huán)結(jié)構(gòu)，且形成有彎曲的弧度區(qū)；位于閉環(huán)內(nèi)的為高端電壓區(qū)域，位于閉環(huán)外的為低端電壓區(qū)域；其特征在于：所述的高壓隔離環(huán)為無高壓過渡區(qū)的單一的閉環(huán)結(jié)構(gòu)；

所述的高壓場效應(yīng)晶體管位于閉環(huán)結(jié)構(gòu)的隔離環(huán)的弧度區(qū)，與高壓隔離環(huán)共用漏區(qū)。

進(jìn)一步地，所述的高壓場效應(yīng)晶體管具有自保護(hù)功能，其多晶硅柵極不覆蓋耐壓漂移區(qū)上方的局部場氧化區(qū)；在柵極與場氧化區(qū)之間的外延層中具有P阱，P阱中有重?fù)诫sP型區(qū)和重?fù)诫sN型區(qū)，P阱與局部場氧化區(qū)之間的硅面上具有柵氧化層及覆蓋在柵氧化層之上的多晶硅柵極，所述多晶硅柵極覆蓋部分局部場氧化區(qū)，所述的重?fù)诫sP型區(qū)、重?fù)诫sN型區(qū)及多晶硅柵極引出后短接到地電位。

進(jìn)一步地，所述的高壓場效應(yīng)晶體管的源極及柵極放置于低端電壓區(qū)域，位于高壓隔離環(huán)的源極之外，與高壓隔離環(huán)共用漏極及耐壓漂移區(qū)。

進(jìn)一步地，高壓場效應(yīng)晶體管的源極的P阱、P阱底部的N型外延以及P型襯底形成寄生JFET結(jié)構(gòu)，使高壓場效應(yīng)晶體管的漏極電位具有自夾斷功能。

進(jìn)一步地，所述的高壓隔離環(huán)采用高耐壓MOS常關(guān)斷狀態(tài)結(jié)構(gòu)，僅作為電路耐壓。

進(jìn)一步地，所述的高壓隔離環(huán)的柵極和源極連接，并與地端直接短接，使MOS一直處于關(guān)斷狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述的高壓場效應(yīng)晶體管和高壓隔離環(huán)的耐壓均由同一耐壓漂移區(qū)來實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明所述的高壓隔離環(huán)結(jié)構(gòu)，由于高壓場效應(yīng)晶體管和高壓隔離環(huán)的耐壓均由同一種結(jié)構(gòu)高耐壓管的漂移區(qū)來實(shí)現(xiàn)浮動電壓需求，從而無需額外設(shè)計(jì)復(fù)雜的現(xiàn)有技術(shù)中的耐壓過渡區(qū)，使用單一的環(huán)形耐壓結(jié)構(gòu)，同時(shí)引入具有自保護(hù)功能的高壓場效應(yīng)晶體管，解決了由于邏輯信號時(shí)序?qū)е碌母綦x環(huán)漏電問題。

附圖說明

圖1是某一高壓集成電路結(jié)構(gòu)的示意簡圖。

圖2是現(xiàn)有的高壓隔離環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖2所示的AA處剖面圖。

圖4是圖2所示的BB處剖面圖。

圖5是本發(fā)明的高壓隔離環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。