包括场效应晶体管的开关及集成电路的制作方法

包括场效应晶体管的开关及集成电路的制作方法
【专利摘要】一种开关(2)，该开关(2)包括位于具有第一主表面(110)的半导体衬底(100)中的场效应晶体管(200)。开关(2)包括：源极区(201)；漏极区(205)；主体区(220)；以及位于主体区处的栅极电极(210)，所述栅极电极(210)设置成能够控制在主体区内形成的沟道的导电性，栅极电极布置在栅极沟槽(212)内。主体区沿着第一方向布置在源极区与漏极区(205)之间，第一方向与第一主表面平行。主体区(220)具有沿着第一方向延伸的凸脊形状。主体区与源极区(201)紧邻并且与漏极区(205)紧邻。开关(2)还包括源极接触部和主体接触部(225)，源极接触部电连接到源极端子(271)。主体接触部(225)与源极接触部(202)接触并且电连接到主体区(220)。
【专利说明】包括场效应晶体管的开关及集成电路
【背景技术】
[0001] 汽车和工业电子产品中普遍使用的功率晶体管需要低导通状态电阻(Ron A)，同 时确保高压阻断能力。例如，Mosr金属氧化物半导体"）功率晶体管应该根据应用需求能阻 断几十到几百或几千伏特的漏极到源极电压VdSnMOS功率晶体管通常导通非常大的电流， 该电流在大约2V到20V的典型栅极-源极电压下可W高达几百安培。低电压功率晶体管应用 在漏极到源极电压范围Vds低于10伏特的情况下。
[0002] 横向功率装置对于运样的集成电路是有用的：另外的部件、例如开关、桥和控制电 路被集成到该集成电路中；其中，所述横向功率装置中的电流流动主要平行于半导体衬底 的第一主表面地进行。通常，包括横向晶体管的开关会被进一步研究。特别是，期待研究可 W与驱动器电路集成的晶体管。
[0003] 因此，本发明的目的是提供一种改进的开关、一种改进的集成电路和一种改进的 系统来满足上述需求。
[0004] 根据本发明，上述目的是根据独立权利要求通过权利要求的主题来实现的。各实 施例限定在从属权利要求中。

【发明内容】

[0005] 根据一实施例，一种开关包括场效应晶体管，该场效应晶体管位于具有第一主表 面的半导体衬底内。该晶体管包括源极区、漏极区、主体区、和在主体区处的栅极电极。该栅 极电极设置成能够控制主体区内形成的沟道的导电性。栅极电极布置在栅极沟槽中。该主 体区沿着第一方向布置在源极区与漏极区之间，第一方向与第一主表面平行。主体区具有 沿着第一方向延伸的凸脊的形状。主体区邻近源极区和漏极区。该开关还包括源极接触部 和主体接触部。该源极接触部电连接到源极端子。该主体接触部与该源极接触部接触并且 电连接到主体区。
[0006] 根据一实施例，一种集成电路包括多个串联连接的开关。至少一个开关包括场效 应晶体管，该场效应晶体管位于具有第一主表面的半导体衬底内。该场效应晶体管包括源 极区、漏极区、主体区和位于主体区处的栅极电极。栅极电极设置成能够控制在主体区内形 成的沟道的导电性。该栅极电极布置在栅极沟槽中。该主体区沿着第一方向布置在源极区 与漏极区之间，第一方向与第一主表面平行。该主体区具有沿着第一方向延伸的凸脊的形 状。主体区与源极区和漏极区相邻。
[0007] 本领域的技术人员在阅读W下具体说明并查看附图后，会认识到其它的特征和优 点。
【附图说明】
[000引附图被包括W提供对本发明的实施例的进一步理解，并且包括于本申请文件并组 成本申请文件的一部分。附图示出本发明的实施例并且与说明书一起用于解释原理。当通 过参考W下具体说明使本发明的其它实施例和许多预期优势变得更好理解的时候，将会容 易地理解本发明的其它实施例和许多预期优势。附图中的元件不一定相对彼此按照比例绘 审Ij。相似的附图标记表示对应的部分。
[0009]图IA示出根据一实施例的开关的竖直剖视图。
[0010]图IB示出根据该实施例的开关的水平剖视图。
[0011]图IC示出该实施例的另外的竖直剖视图。
[0012]图2示出根据一实施例的集成电路的剖视图。
[001引图34示出根据一实施例的系统的剖视图。
[0014] 图3B示出根据一实施例的系统的剖视图。
[0015] 图4示出根据一实施例的系统的等效电路图。
[0016] 图5A示出根据另外的实施例的系统的剖视图。
[0017] 图5B示出根据另外的实施例的系统的等效电路图。
【具体实施方式】
[0018] 在下文的详细说明中，参考了形成本文的一部分的附图，并且在附图中通过图示 方式示出了可W实现本发明的具体实施例。在运方面，诸如"顶"、"底前"、"后"、"在前"、 "在后"等方向性术语参考被描述的附图的定向地使用。由于本发明的实施例的部件可W W 多种不同的定向定位，所W方向性术语是用于说明的目的而绝非用于限制的目的。应该理 解的是，可W使用其它实施例，并且可W在不脱离权利要求定义的范围的情况下做出结构 上或逻辑上的变化。
[0019] 对实施例的描述不是限制性的。特别是，下文中描述的实施例的元件可W与不同 的实施例的元件进行组合。
[0020] 用于下文说明中的术语"晶片"、"衬底"或者"半导体衬底"可W包括任何具有半导 体表面的基于半导体的结构。晶片和结构将应该被理解为包括娃、绝缘体上娃(SOI)、蓝宝 石上娃(SOS)、渗杂的和非渗杂的半导体、由基底半导体基础支撑的外延娃层、W及其它半 导体结构。半导体不一定是基于娃的。半导体也可W是娃错、错、或神化嫁。根据其它实施 例，碳化娃(SiC)或氮化嫁(GaN)可W形成半导体衬底材料。
[0021] 如本说明书中所使用的术语"横向的"和"水平的"旨在描述与半导体衬底的第一 表面或半导体主体的第一表面平行的定向。运例如可W是晶片或者管忍的表面。
[0022] 用于本说明书中的术语"竖直的"旨在于描述与半导体衬底或半导体主体的第一 表面垂直布置的定向。
[0023] 如本文所使用的，术语"具有"、"含有"、"包括"、"包含"等是表明所陈述的元件或 特征的存在但并不排除其它元件或特征的开放性术语。除非上下文另有明确说明，否则术 语"一"、"一个"和"所述"也意图包括复数W及单数。
[0024] 附图和说明书通过在渗杂类型V'或V'旁边示出或V'来表明相对渗杂浓度。 例如，"n-"意味着比V渗杂区的渗杂浓度低的渗杂浓度，而"n+"渗杂区具有比V渗杂区 更高的渗杂浓度。相同的相对渗杂浓度的渗杂区不一定具有相同的绝对渗杂浓度。例如，两 个不同的V'渗杂区可能具有相同的或不同的绝对渗杂浓度。在附图与说明书中，为了更好 的理解，渗杂部分通常被指定为V'或V'渗杂。应该清楚理解的是，运种指定决不是用于限 审IJ。只要实现所描述的功能，渗杂类型可W是任意的。另外，在所有实施例中，渗杂类型可W 反转。
[0025] 本说明书中提到半导体部分渗杂W "第一"和"第二"导电类型的渗杂物。第一导电 类型可W是P型并且第二导电类型可W是n型，或者反过来也可W。如所周知的，根据渗杂类 型或源极区和漏极区的极性，绝缘栅场效应晶体管（IGFET)例如金属氧化物半导体场效应 晶体管(M0SFET)可W是n沟道或P沟道的MOSFET。例如，在n沟道的MOSFET内，源极区和漏极 区渗杂Wn型渗杂物。在P沟道的MOSFET内，源极区和漏极区渗杂Wp型渗杂物。应该清楚理 解的是，在本申请的上下文内，渗杂类型可W反转。如果特定电流路径是使用方向性语言描 述的话，那么运种描述应被仅仅理解为表示路径而不是电流流动的极性，即不表示电流是 否由源极流向漏极或者反过来。附图可W包括极性敏感元件、例如二极管。应该清楚理解的 是，运些极性敏感元件的特定布置是作为示例给出的，并且根据第一导电类型是否意味着n 型或P型而可W被反转，从而实现所描述的功能。
[0026] 如在本说明书中使用的术语"禪接"和/或"电禪接"并不是表示元件必须直接禪接 在一起，而是可W在"禪接"或者"电禪接"的元件之间设置中间元件。术语"电连接"用于描 述电连接在一起的元件之间的低欧姆电连接。
[0027] 图IA示出半导体装置的竖直剖视图。如将在本说明书中讨论的，半导体装置可W 是开关的一部件或者可W实施成开关。此外，半导体装置可W在各种应用中使用。该开关2 包括场效应晶体管200,该场效应晶体管200在具有第一主表面110的半导体衬底100内形 成。该场效应晶体管包括源极区201、漏极区205、主体区220、和位于主体区220处的栅极电 极210。该栅极电极210被设置成能够控制形成于主体区220内的沟道的导电性。该栅极电极 210布置在栅极沟槽212中。栅极沟槽212的位置由图IA的剖视图中的虚线表示。栅极沟槽 212布置在所示出的图面的前方和后方。主体区220沿着第一方向、例如X方向布置在源极区 201和漏极区205之间。第一方向与第一主表面110平行。
[0028] 如参见图IC更详细地描述的，主体区220具有沿着第一方向延伸的凸脊的形状。主 体区220与源极区201和漏极区205相邻。主体区220接触源极区201并且接触漏极区205。例 如，半导体装置中可W没有漂移区。特别是，漂移区可W没有布置在主体区与漏极区205之 间。半导体装置1还包括源极接触部202和主体接触部225。源极接触部202电连接到源极区 201。主体接触部225可W在半导体衬底100中与源极接触部202相邻地布置。主体接触部225 电连接到源极接触部202W及主体区220。
[0029] 主体区220可W是第一导电类型、例如P型。源极区201和漏极区205可W是第二导 电类型、例如n型。
[0030] 半导体衬底100可W包括第一导电类型的第一(底)层130和形成于第一层130之上 的外延生长出的第二导电类型的第二层140。第二导电类型的另外的埋层135可W布置在第 一导电类型的第一层130与第二导电类型的第二层140之间。该埋层135可W W比第二导电 类型的第二层140更高的渗杂浓度渗杂。
[0031] 场效应晶体管200的多个部件可W在第一导电类型例如P型的阱中形成。第一阱区 150可W在第二导电类型的第二半导体层140中形成。
[0032] 可W通过衬底接触部292来接触第二导电类型的第二层140。第二导电类型的渗杂 部291可W布置于衬底接触部292与第二导电类型的第二层140之间。衬底接触部292可W电 禪接到接触端子293。可W通过施加合适的电压到接触端子293来将第二层140电连接到合 适的电势。因此，形成于第一阱区150与第二层140之间的pn结将反向偏置，W便使第一阱区 150与埋层135绝缘。特别是，场效应晶体管200和埋层135可W非常有效地相互绝缘。
[0033] 如图IA所示出的，位于第二层140与阱区150之间的pn结可W与半导体衬底100的 第一主表面110相邻。运部分可W由绝缘层部281覆盖。场板280可W与绝缘层281相邻布置。 因此，pn结附近的电场可W被适当地成形。尤其是，衬底表面之上的部件可W被保护W免受 由pn结产生的电场。此外，pn结被保护W免受由布置于衬底表面之上的部件例如金属化层 所产生的电场。尤其是，由于场板280的存在，击穿电压可W被偏移。
[0034] 图IB示出在图IA中所示的半导体装置1的水平剖视图。所取的水平视图与栅极沟 槽212、源极接触部202、漏极接触部206和衬底接触部292相交。如所示出的，源极接触部 202、漏极接触部206和衬底接触部292可W分别在相应的沟槽中形成，所述沟槽可W沿着垂 直于第一方向的第二方向（例如y方向）延伸。源极区201与源极接触沟槽321的侧壁相邻地 形成，源极接触部202布置于源极接触沟槽321内。此外，漏极区205可W与漏极接触沟槽322 的侧壁和底侧相邻地布置，漏极接触部206布置于漏极接触沟槽322中。衬底接触部292进一 步在衬底接触沟槽323中形成。衬底接触沟槽323的侧壁和底侧可W被渗杂用于形成渗杂部 291。
[003引图IC示出也在图IB中示出的半导体装置1于H和II'之间的剖视图。图IC中所取的 剖视图与多个栅极沟槽212相交。如所示出的，第一导电类型的半导体材料由相邻的沟槽 212图案化。由于图案化，形成了半导体材料的形成单个凸脊的分隔开的薄层（lamella)或 部分。所述凸脊包括顶表面220a和侧壁22化。栅极介电层211与每个凸脊的侧壁22化和顶表 面220a相邻布置。此外，导电材料被填充于位于相邻凸脊之间的沟槽内W形成栅极电极 210。如已经解释过的，主体区220的形状为在第一方向上延伸的凸脊、或者翅片。更特别地， 主体区220被在第一方向上延伸的相邻的沟槽图案化成凸脊。侧壁22化可W相对于第一主 表面110垂直或者成大于75°的角度延伸。栅极电极210可W与凸脊的两个侧壁相邻布置。此 夕h凸脊的顶表面220a和侧壁22化可W不实施成完全的直线。例如，顶表面220a与侧壁22化 之间的交叉点可W实施成圆角。同样，栅极沟槽212的底部可W形成到凸脊的侧壁22化的圆 角。
[0036] 根据一实施例，凸脊的宽度dl为dl〉2 X IcU其中，Id表示在栅极介电层211和主体 区220之间的交界处形成的耗尽区（depletion zone)的长度。通常而言，被认为:在晶体管 内，在对应于阔值电压的栅极电压下的耗尽区的长度对应于耗尽区的最大宽度。例如，耗尽 区的宽度可W被确定为：
[0037]
[003引其中，ES表示半导体材料的介电常数（对于娃为11.9*e0)，k表示玻尔兹曼常数 (1.38066*10-23J/K)，T表示溫度，例如293K，In表示自然对数，Na表示半导体主体的杂质浓 度，n康示本征载流子浓度(娃在27°C下为1.45*l0iD)，q表示基本电荷（1.6*10-1化）。
[0039]尤其是，形成于凸脊的相反设置的侧壁220b处的沟道区215可W不相互合并 (merge), W使得主体区220可W沿着主体区220的整个长度连接到主体接触部225。例如，沟 槽的宽度沿着半导体衬底的第一主表面110可W近似为20nm到lOOOnm，例如200皿W上。此 夕h对应于凸脊宽度dl的相邻沟槽之间的距离可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。根据另外的实施例，凸脊的宽度dl是dl<2Xld，其中，Id代 表在栅极介电层211与主体区220之间的交界处所形成的耗尽区的长度。在运种情况下，例 如在对应于阔值电压的电压施加于栅极端子上时，在凸脊内于凸脊的相反的侧壁22化处形 成的沟道区可W在物理上互相接触或合并。
[0040] 根据所述实施例，当栅极电极被设置在适当的电势下时，主体区220可W被完全耗 尽。运种晶体管也被称为"完全耗尽"晶体管。在运种晶体管内，可W达到最佳的亚阔值电 压，并且可W有效地抑制短沟道效应，从而可W改善装置的特性。根据运个实施例，凸脊的 宽度沿着第二方向并平行于半导体衬底100的第一主表面110可W近似为20nm到130nm、比 如40nm到120nm。
[0041] 当接通晶体管、例如通过施加一个合适的电压到栅极电极210而接通晶体管时，在 主体区220和栅极介电层211之间的边界处形成了导电反转层215(inversion layer,导电 沟道）。从而，晶体处于从源极区201到漏极区205的导通状态。在关断的情况下，没有形成导 电性反转层并且晶体管处于非导通状态。
[0042] 晶体管例如在关断状态下在源极区201和漏极区205之间可W承受0.3V到10V、比 如1.4V到近似4V范围内的阻断电压。在导通状态下流动的电流可W高达约1.5安培或者更 大。由于形状为凸脊的主体区的特别配置，可W在装置面积减小的情况下实现更大的有效 沟道宽度。此外，因为可W更好地抑制短沟道效应，因此可W减小漏电流。因此，晶体管的有 效宽度可W大幅增加而无需增加晶体管的横向延伸度。
[0043] 根据一实施例，源极区201可W延伸至栅极沟槽212的深度的至少0.5X。因此，主 体区220可W在较大的延伸深度上连接到源极区201。因此，可W进一步增加有效沟道宽度。 由于主体接触部225的存在，实现了主体区220经由源极接触部202与源极端子271的低欧姆 接触，并且可W劣化或抑制寄生双极晶体管。
[0044] 由于特定的配置(半导体装置根据该特定配置形成在第一导电类型的阱区150内、 例如形成在于第二导电类型的第二层140内所形成的P型阱内），可W阻止漏电流流向衬底。 由于埋层135的存在，可W关于第一 (P渗杂)层130实现更高的稳健性。比如，当空穴从衬底 注入时，埋层135可W保护半导体装置免受空穴的注入。
[0045] 根据另外的解释，图IA到IC示出的开关2可W被理解为包括场效应晶体管200的开 关2,该场效应晶体管200形成于具有第一主表面110的半导体衬底100内。该场效应晶体管 200包括源极接触沟槽321和漏极接触沟槽322,源极接触沟槽321和漏极接触沟槽322中的 每个均在平行于第一主表面的第二方向上延伸。导电材料在源极接触沟槽321内和漏极接 触沟槽322内形成，源极接触沟槽321和漏极接触沟槽322中的每个均在第一主表面内形成。 场效应晶体管200还包括在源极接触沟槽321和漏极接触沟槽322之间延伸的栅极电极结构 210和主体区220。该栅极电极结构210和该主体区220沿着第二方向比如y方向、W交替的方 式布置。该场效应晶体管200还包括源极区201，该源极区201电连接到位于源极接触沟槽 321内的源极接触部202并与主体区220相邻。场效应晶体管200还包括漏极区205，该漏极区 205电连接到位于漏极接触沟槽322内的漏极接触部206并与主体区220相邻。该场效应晶体 管还包括主体接触部225,该主体接触部225与源极接触槽相邻并电连接到位于源极接触沟 槽321内的源极接触部202。
[0046] 图IA至IC所示出的半导体装置可W合适地用作横向低压电源开关或晶体管、比如 用作低欧姆低压开关。例如，术语"低压"可W指源极-漏极电压近似高达15V。
[0047] 图2示出根据一实施例的集成电路的剖视图。如所示出的，集成电路3包括多个串 联连接的开关21，22-，24。互连线294可^布置于每个开关21之间。例如，互连线294可^布置 于半导体衬底100之上或可W布置于半导体衬底100内。2i,…24中任意开关可W具有与图IA 至IC所示出的开关2相似的结构。例如，2i，-，24中任何开关可W包括源极区201、漏极区205 和主体区220。
[0048] 主体区220沿着第一方向布置在源极区201与漏极区之间。第一方向与第一主表面 平行。主体区220具有沿着第一方向延伸的凸脊的形状。主体区220与源极区201和漏极区 205相邻。每个开关还包括布置在主体区220处的栅极电极210。栅极电极210可W被设置成 能够控制在主体区220内所形成的沟道的导电性。
[0049] 栅极电极210布置于图2内由虚线表示的栅极沟槽212内。各开关2i，-，24的每个栅 极电极210可W通过分别施加相应的电势到各端子2721,2722,2723和2724而被分别控制。每 个开关还可W包括主体接触部225和源极接触部202。源极接触部202可W电连接到源极端 子271，并且主体接触部225可W与源极接触部202接触并可W电连接到主体区220。第一开 关2i的源极区201可W通过源极接触部202电禪接到对应于地面电势的源极端子271。第一 开关21、第二开关22、和第=开关23的漏极接触部206可W连接到接下来的或下一个开关22、 23或24的源极接触部202。串联的最后开关24的漏极接触部206可W连接到漏极端子273。
[0050] 半导体衬底100可W包括第一导电类型的第一(底)层130和形成于第一层130之上 的外延生长出的第二导电类型的第二层140。第二导电类型的另一个埋层135可W布置于第 一导电类型的第一层130与第二导电类型的第二层140之间。该埋层135可W W比第二导电 类型的第二层140更高的渗杂浓度渗杂。
[0051] 根据一实施例，各开关可W分别布置于各半导体衬底部分中，并且半导体衬底部 分可W彼此绝缘。例如，各开关21，22,23,24的部件可^在第一导电类型例如口型的隔离的第 一阱区150内形成。第一阱区150可W在第二导电类型的第二半导体层140内形成。通过衬底 接触部292可W接触第二导电类型的第二层140。图2的集成电路还包括衬底接触部292,该 衬底接触部292可W将第二导电类型的第二层140电偶接至接触端子293。该衬底接触部292 可W通过第二导电类型的渗杂部291电禪接到第二导电类型的第二半导体层140。通过施加 合适的电势到接触端子293,可W将形成于第一阱区150与第二半导体层140之间的pn结反 向偏置，W使得相邻的开关之间相互绝缘。进一步而言，每个开关与埋层135并且与位于第 二半导体层140下方的部件绝缘。
[0052] 所描述的隔离方案(根据该隔离方案，每个开关形成于分隔开的第一阱区150内） 是作为示例给出的。根据另一个实施例，运种隔离也可W利用填充W绝缘材料的隔离沟槽 来实现。
[0053] 另外，所述集成电路可W包括与绝缘层281相邻布置的场板280,该绝缘层281在pn 结上形成，该pn结形成于第二导电类型的第二层140与第一导电类型的阱部150之间。由此， pn结附近的电场可W被适当地成形。尤其是，布置在衬底表面上方的部件可W被保护而免 受由pn结产生的电场。
[0054] 图3A示出根据一实施例的系统的剖视图。图3A的系统4包括集成电路3,该集成电 路3包括与图2的集成电路相似的部件。此外，图3A的系统包括至少一个负载2951,2952， 2953，2954，所述至少一个负载295i，2952，2953，2954可W并联连接到开关2i，22，23，和24中的 任何一个。根据一特别的实施例，负载2951，2952，2953，2954可W分别并联连接到开关2i，22， 23,和24中的每个。例如，负载可W是发光元件比如LED("发光二极管"）、灯泡或其它。根据另 外的实施例，负载可W是电阻元件比如加热电阻。
[0055] 由于该系统的特殊配置，可W通过将相应的开关21，22,23，和24设置为导通状态而 将负载选择性地短路。运可W通过选择性地激活相应的开关的栅极电极210并向栅极端子 2721，2722，2723，和2724施加合适电势来实现。
[0056] 由于运种特殊的配置，可W通过适当地布置开关2i，一24的串联连接方式并适当地 激活相应的开关的栅极电极210来形成由激活的负载组成的特定图案。
[0057]图3A所示的集成电路实现了Multi-Floatswitch,在该Multi-Floatswitch中，施 加于每个单个的开关的源极区201和漏极区205的电势是不固定的，而是取决于相邻开关的 开关状态。更详细地说，当所有开关都设置成导通状态时，在源极区201和在漏极区205的电 势可W与仅有一些开关设置成导通状态的情况是不同的。
[0化引图3B示出另外的实施方式，根据该实施方式，每个负载都由LED 2961,2962,2963， 2964来实施。如所知晓的，较高的电流可能在L抓上流动并且可能损坏LED。因此，通常，当 L邸连接到电池时，电阻会与L邸串联连接W减小电流。根据一实施例，替代减小施加于任何 L抓的电压，而使系统或集成电路还包括DC/DC转换器297 W控制施加到串联的LED上的电 压。由于运种包括DC/DC转化器而不是电阻的布置方式，使得可W节省能量并且可W耗散更 少的功率。此外，由于DC/DC转换器的存在，施加的电压可W在较大范围内变化。因此，可W 驱动包括大量负载的负载链或串联负载、例如L邸链或串联的LED。
[0059] 根据电源电压和负载例如Lm)的数量并且由此根据驱动Lm)所需的电压，DC/DC转 换器可W是升压转换器、降压转换器或降压/升压转换器。例如，转换器297可W是降压-升 压转换器，并且当Lm)被关断时，可W降低施加的电压（降压）。另一方面，当多个Lm)被接通 时，转换器297可W增加电压(升压）。
[0060] 例如，转换器297可W与电池299串联连接。根据另外的实施例，转换器297可W布 置于同一半导体衬底100内，该半导体衬底100内形成了包括串联连接的开关的集成电路。 通常，转换器应当W较高的速率增加或降低电压。因此，转换器与开关2i，一24之间快速的通 信是被期待的。例如，转换器297可W通过高侧开关298、例如ProFET?连接到电池299。高侧 开关充当保护开关。
[0061] 由于图3B中所示的多个开关21，一24串联连接并且LED 2961，…2964与每个开关 21，…24并联连接的运种特定布置，可W实现具有下述特征的系统：该系统具有非常小的 Rnn ? A和非常小的面积，同时可W提供较低的漏电流和较高的效率。
[0062] 如所描述过的，集成电路3可W包括所述转换器297并且选择性地包括所述高侧开 关298。根据运个实施例，运些部件集成于同一半导体衬底100内。根据另外的实施例，转换 器297和/或高侧开关298可W形成于不同的衬底内。例如，集成电路3、转换器297和/或高侧 开关298可W被安装至同一电路板300。
[0063] 例如，本文描述的系统4可W在汽车应用中使用。尤其是，图3B的系统可W实施为 汽车的前照明系统。L邸照明方案越来越多地用在汽车的前部区域中。自适应照明系统能够 产生特殊的Lm)图案，从而产生期望的照明图案。运可能是有用的，例如用于照亮行人过马 路，或用于防止迎面驶来的车辆感到目眩。此外，当道路弯曲时，照明图案可W动态地形成。 在汽车照明系统的情况下，电池的典型电源电压可W是12V。根据一实施例，包括多个开关、 和DC/DC转换器的集成电路可W提供位于OV到大约70V至80V或甚至更高的范围内的电压。
[0064] 集成电路3可W用于驱动运样的照明系统的多个LED。此外，本文描述的系统4可W 实现运样的照明系统。应该清楚理解的是，所述系统和所述集成电路的使用并不局限于汽 车照明系统。例如，所述集成电路也可W用于任意的照明系统、尤其是产生照明图案的照明 系统。运样的示例尤其包括检测系统、如管的检测系统、内窥镜，特别是用于医疗应用、任何 种类的显示器和发光广告。
[0065] 图4示出根据一实施例的系统4的等效电路图。该系统包括集成电路，该集成电路 包括多个串联连接的开关2i，2n。该系统、该集成电路和所述开关可W W上文参照附图IA到 3B所解释的方式实施。系统4包括多个负载2951，一SgSnD例如，负载可W由LED实施。每个LED 都与开关2i…2n中的一个对应的开关并联连接。该电路连接到DC/DC转换器297、例如降压- 升压转换器。该降压-升压转换器297连接到电池(在本图中未示出KDC/DC转换器297和集 成电路3可W安装到同一电路板300上。根据一实施例，DC/DC转换器297可W是集成电路3的 一部件。尤其是，集成电路3可W包括DC/DC转换器297。负载链可W W任意形式布置。
[0066] 图5A示出根据另外的实施例的系统5的竖直剖视图。系统5包括多个基本系统511， 512，一51。。例如，基本系统511，512，一51。互相之间可^并联连接。每个基本系统可^包括上 文参照附图IA到IC已经讨论过的开关、和负载2951,2952,-.SgSnn例如，负载可W是发光元 件如LED("发光二极管"）、灯泡或其它。根据另外的实施例，负载可W是电阻元件如加热电 阻。开关2i，22，? ? ? 2n可W与负载2951，2952，? ? ? 295n串联连接。通过控制施加于开关2i，22，? ? ? 2n 的栅极电极210上的栅极电压，可W控制串联连接的负载上流动的电流。例如，如果负载是 发光元件，那么可W通过控制栅极电压来控制负载的亮度。因此，可W W具有成本效益的方 式控制亮度，运是因为过高的电压不是被耗散而是被降低。
[0067] 例如，该系统还可W W上文已经描述过的方式包括DC/DC转换器297。根据一实施 例，该DC/DC转换器297可W根据接通的负载的数量实施成将电压转换成较低电压的降压转 换器。根据一实施例，DC/DC转换器297和多个开关可W集成到同一半导体衬底100中。
[0068] 图5B示出上文已经描述过的系统5的等效电路图。
[0069] 参照图5A和5B所描述的基本系统511,512,1-Sln或系统5可W在照明系统、例如汽 车照明系统中使用。应该清楚理解的是，该基本系统或该系统可W在多种不同的应用中使 用。
[0070] 尽管上文已经描述了本发明的实施例，但是显然可W实施另外的实施例。例如，另 外的实施例可W包括权利要求中列举的特征的任何子组合或上文给出的例子中所描述的 元件的任何子组合。因此，所附权利要求的精神和范围不应该限定于本文中所包含的对实 施例的描述。
【主权项】
1. 一种开关(2)，所述开关(2)包括位于具有第一主表面（110)的半导体衬底（100)中的 场效应晶体管(200 )，所述开关(2)包括： 源极区（201); 漏极区（205); 布置于漏极接触沟槽内的漏极接触部（206)，所述漏极接触沟槽形成在所述第一主表 面(11 〇)内，所述漏极区（205)紧邻所述漏极接触部(206); 主体区（220);以及 位于所述主体区（220)处的栅极电极(210)，所述栅极电极(210)设置成能够控制在所 述主体区（220)内形成的沟道的导电性，所述栅极电极(210)布置在栅极沟槽(212)内， 所述主体区（220)沿着第一方向布置在所述源极区（201)与所述漏极区（205)之间，所 述第一方向与所述第一主表面平行，所述主体区（220)具有沿着所述第一方向延伸的凸脊 形状，所述主体区与所述源极区（201)紧邻并且与所述漏极区（205)紧邻， 所述开关(2)还包括布置在源极接触沟槽(321)内的源极接触部(202)、以及主体接触 部（225)，所述源极接触沟槽(321)在所述第一主表面（110)内形成，所述源极接触部（202) 电连接到源极端子(271 )，所述主体接触部（225)与所述源极接触部（202)接触并且电连接 到所述主体区（220)。2. -种集成电路(3)，所述集成电路(3)包括多个开关(2)，所述开关(2)是根据权利要 求1所述的开关，所述开关⑵义^^串联连接。3. 根据权利要求2所述的集成电路，其特征在于，每个开关(2^22, ··々")分别布置在相 应的衬底部分内，所述衬底部分相互绝缘。4. 根据权利要求2或3所述的集成电路，其特征在于，所述半导体衬底（100)包括第二导 电类型的掺杂层（140)和布置于所述掺杂层（140)内的第一导电类型的多个第一阱区 (150)，所述多个第一阱区（150)相互绝缘。5. 根据权利要求4所述的集成电路，其特征在于，所述第一阱区（150)通过pn结相互绝 缘。6. 根据前述权利要求中任一项所述的集成电路(3)，其特征在于，所述集成电路(3)还 包括DC/DC转换器。7. 根据权利要求6所述的集成电路(3)，其特征在于，所述DC/DC转换器是降压-升压转 换器。8. -种系统(4)，所述系统(4)包括权利要求2至5中任一项所述的集成电路，所述系统 (4)还包括与所述开关(2!，2 2，"·2η)中的一个并联连接的负载(295!，2952，"·295η)。9. 根据权利要求8所述的系统(4)，其特征在于，所述负载(295^2952,-4950选自由发 光元件、LED( "发光二极管"）、灯泡、电阻元件和加热电阻组成的组。10. 根据权利要求8或9所述的系统(4)，其特征在于，所述系统(4)还包括DC/DC转换器。11. 根据权利要求10所述的系统(4)，其特征在于，所述DC/DC转换器是降压-升压转换 器。12. 根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述多个开关 DC转换器(297)集成在一个半导体衬底（100)中。13. -种集成电路(3)，所述集成电路(3)包括多个串联连接的开关(2^22, ，所述 开关(2ι, 22, 一20中的至少一个包括位于具有第一主表面(110)的半导体衬底（100)中的场 效应晶体管(200)，所述场效应晶体管包括： 源极区（201); 布置在源极接触沟槽(321)内的源极接触部（202)，所述源极接触沟槽(321)在第一主 表面内形成，所述源极区（201)与所述源极接触部(202)紧邻； 漏极区（205); 布置在漏极接触沟槽内的漏极接触部(206)，所述漏极接触沟槽在第一主表面（110)内 形成，所述漏极区与所述漏极接触部紧邻； 主体区（220); 和位于所述主体区（220)处的栅极电极(210)，所述栅极电极(210)设置成能够控制在 所述主体区（220)内形成的沟道的导电性，所述栅极电极(210)布置在沿着第一方向延伸的 栅极沟槽(212)内， 所述主体区（220)沿着第一方向布置在所述源极区（201)与所述漏极区（205)之间，所 述第一方向与所述第一主表面平行，所述主体区（220)被所述栅极沟槽图案化成凸脊，所述 主体区与所述源极区（201)紧邻并且与所述漏极区（205)紧邻。14. 根据权利要求13所述的集成电路，其特征在于，所述半导体衬底（100)包括第二导 电类型的掺杂层（140)和布置在所述掺杂层（140)内的第一导电类型的多个第一阱区 (150)，所述多个第一阱区（150)相互绝缘。15. 根据权利要求13或14所述的集成电路（3)，其特征在于，所述集成电路（3)还包括 DC/DC转换器。16. 根据权利要求15所述的集成电路，其特征在于，所述DC/DC转换器是降压-升压转换 器。17. -种系统(4)，所述系统(4)包括根据权利要求13或14所述的集成电路(3)，所述系 统⑷还包括与所述开关(2!，2 2，"·2η)中的一个并联连接的负载(295!，2952，"·295η)。18. 根据权利要求17所述的系统(4)，其特征在于，所述负载选自由发光元件、LED("发 光二极管"）、灯泡、电阻元件和加热电阻组成的组。19. 一种汽车照明系统，所述汽车照明系统包括根据权利要求2至7以及13至16中任一 项所述的集成电路。20. 根据权利要求1所述的开关在照明系统中的应用。21. -种基本系统(511，512,51")，所述基本系统(511，51 2,51")包括根据权利要求1所述 的开关（2)，所述基本系统（51^512,51n)还包括与所述开关（2)串联连接的负载（295l·， 2952，"·295η)〇22. 根据权利要求21所述的基本系统，其特征在于，所述负载（295!，2952，…295η)选自 由发光元件、LED( "发光二极管"）、灯泡、电阻元件和加热电阻组成的组。23. -种包括多个根据权利要求21或22所述的基本系统(51^512,510的系统(5)，所述 基本系统相互并联连接。24. 根据权利要求23所述的系统，其特征在于，所述系统还包括DC/DC转换器(297)。25. 根据权利要求24所述的系统，其特征在于，所述DC/DC转换器(297)和所述基本系统 (51ι, 512,51n)的多个开关(2ι, 22, "·2η)集成在一个半导体衬底(100)中。
【文档编号】H03K17/687GK106098773SQ201610274648
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年4月28日 公开号201610274648.7, CN 106098773 A, CN 106098773A, CN 201610274648, CN-A-106098773, CN106098773 A, CN106098773A, CN201610274648, CN201610274648.7
【发明人】A·迈泽尔, T·施勒塞尔
【申请人】英飞凌科技股份有限公司