该发明要解决的问题是提供一种复合器件及开关电源,有利于降低工艺复杂度、减小芯片面积和成本,而且可以适用于大功率的应用场景。
《复合器件及开关电源》提供了一种复合器件,该复合器件集成有第一增强型MOS器件和耗尽型MOS器件,该复合器件包括:第一掺杂类型的外延区,该外延区作为所述第一增强型MOS器件和耗尽型MOS器件的漏极;并列形成在所述外延区正面的第一阱区和第二阱区,所述第一阱区和第二阱区具有第二掺杂类型,该第二掺杂类型与第一掺杂类型相反。
第一掺杂类型的第一掺杂区,形成于所述第一阱区中,该第一掺杂区作为所述第一增强型MOS器件的源极;第一增强型MOS器件的栅极,形成于所述外延区的正面,该第一增强型MOS器件的栅极覆盖所述第一掺杂区的至少一部分并延伸至所述第一阱区以外的外延区上;第一掺杂类型的第二掺杂区,形成于所述第二阱区内,该第二掺杂区作为所述耗尽型MOS器件的源极;第一掺杂类型的沟道区,位于所述第二阱区内,并且该沟道区从所述第二阱区的边界延伸至所述第二掺杂区的边界;耗尽型MOS器件的栅极,形成于所述外延层的正面,该耗尽型MOS器件的栅极覆盖所述沟道区并延伸至所述第二阱区以外的外延区上。其中,所述外延区与第一电极短路,该第一电极形成于所述外延区的背面;所述第一阱区和第一掺杂区经由第二电极短路,所述第二阱区和第二掺杂区经由第三电极短路,该第二电极和第三电极形成于所述外延区的正面。
根据该发明的一个实施例,该复合结构还包括用于隔离所述第一增强型MOS器件和耗尽型MOS器件的隔离结构,该隔离结构包括:第二掺杂类型的浮空阱区,与所述第一阱区和第二阱区并列形成于所述外延区的正面,并且所述浮空阱区位于所述第一阱区和第二阱区之间;形成于所述外延区正面的第一栅,该第一栅覆盖所述浮空阱区的至少一部分和所述第一阱区的至少一部分,该第一栅还覆盖所述浮空阱区和第一阱区之间的外延区;形成于所述外延区正面的第二栅,该第二栅覆盖所述浮空阱区的至少一部分和所述第二阱区的至少一部分,该第二栅还覆盖所述浮空阱区和第二阱区之间的外延区;其中,所述第一栅和所述第一阱区短路,所述第二栅和所述第二阱区短路。
根据该发明的一个实施例,所述第一栅和所述第一阱区经由所述第二电极短路,所述第二栅和所述第二阱区经由所述第三电极短路。根据该发明的一个实施例,该复合结构还包括用于隔离所述第一增强型MOS器件和耗尽型MOS器件的隔离结构,该隔离结构包括:第二掺杂类型的浮空阱区,与所述第一阱区和第二阱区并列形成于所述外延区的正面,并且所述浮空阱区位于所述第一阱区和第二阱区之间;介质层,形成于所述外延层的正面,该介质层覆盖所述浮空阱区并延伸至所述浮空阱区以外的外延层上。
根据该发明的一个实施例,该复合器件还包括用于隔离所述第一增强型MOS器件和耗尽型MOS器件的隔离结构,该隔离结构包括:第二掺杂类型的浮空阱区,与所述第一阱区和第二阱区并列形成于所述外延区的正面,并且所述浮空阱区位于所述第一阱区和第二阱区之间;形成于所述外延区正面的第二栅,该第二栅覆盖所述浮空阱区的至少一部分和所述第二阱区的至少一部分,该第二栅还覆盖所述浮空阱区和第二阱区之间的外延区,所述第二栅和所述第二阱区短路。
根据该发明的一个实施例,所述第二栅和所述第二阱区经由所述第三电极短路。根据该发明的一个实施例,该复合器件还包括用于隔离所述第一增强型MOS器件和耗尽型MOS器件的隔离结构,该隔离结构包括:形成于所述外延区正面的第二栅,该第二栅覆盖所述第一阱区的至少一部分和所述第二阱区的至少一部分,该第二栅还覆盖所述第一阱区和第二阱区之间的外延区,所述第二栅和所述第二阱区短路。根据该发明的一个实施例,所述第二栅和所述第二阱区经由所述第三电极短路。
该复合器件还包括用于隔离所述第一增强型MOS器件和耗尽型MOS器件的隔离结构,该隔离结构包括:形成于所述外延区正面的第一栅,该第一栅覆盖所述第一阱区的至少一部分和所述第二阱区的至少一部分,该第一栅还覆盖所述第一阱区和第二阱区之间的外延区,所述第一栅和所述第一阱区短路。根据该发明的一个实施例,所述第一栅和所述第一阱区经由所述第二电极短路。根据该发明的一个实施例,所述浮空阱区与所述第一阱区、第二阱区采用同一注入工艺或不同的注入工艺形成。
根据该发明的一个实施例,该复合器件还集成有第二增强型MOS器件,其中,所述外延区作为所述第二增强型MOS器件的漏极;所述外延区的正面还形成有第三阱区,该第三阱区具有第二掺杂类型,该第三阱区与所述第一阱区和第二阱区并列;所述第三阱区中形成有第一掺杂类型的第三掺杂区,该第三掺杂区作为所述第二增强型MOS器件的源极;第二增强型MOS器件的栅极,形成于所述外延区的正面,该第二增强型MOS器件的栅极覆盖所述第三掺杂区的至少一部分并延伸至所述第三阱区以外的外延区上,该第二增强型MOS器件的栅极与所述第一增强型MOS器件的栅极电连接;其中,所述第三阱区和第三掺杂区经由第四电极短路,该第四电极形成于所述外延区的正面。
根据该发明的一个实施例,该复合器件还包括:第二掺杂类型的第一引出区,形成于所述第一阱区中,该第一引出区与所述第一掺杂区经由所述第二电极短路;第二掺杂类型的第二引出区,形成于所述第二阱区中,该第二引出区与所述第二掺杂区经由所述第三电极短路。根据该发明的一个实施例,所述第一增强型MOS器件和耗尽型MOS器件共用同一高压环。根据该发明的一个实施例,所述第一增强型MOS器件的数量为一个或多个,所述耗尽型MOS器件的数量为一个或多个。
该发明还提供了一种开关电源,包括上述任一项所述的复合器件。根据该发明的一个实施例,该开关电源包括:开关电源控制装置,其具有电源供电端、控制端和驱动端;所述复合器件,该复合器件中第一增强型MOS器件的栅极连接至所述开关电源控制装置的驱动端,该复合器件中耗尽型MOS器件的栅极连接至所述开关电源控制装置的控制端,该复合器件中耗尽型MOS器件的源极连接至所述开关电源控制装置的电源供电端。
根据该发明的一个实施例,当所述电源供电端的电压小于预设的关断点电压时,所述开关电源控制装置控制所述复合器件中的耗尽型MOS器件向所述电源供电端提供启动电流;当所述电源供电端的电压上升至大于预设的开启点电压时,所述开关电源控制装置控制所述复合器件中的第一增强型MOS器件向所述开关电源的主电路提供功率输出电流,并且控制所述复合器件中的耗尽型MOS器件关断所述启动电流。
与2014年4月之前的技术相比,《复合器件及开关电源》具有以下优点:
该发明实施例的复合器件将增强型MOS器件和耗尽型MOS器件集成在一起,具体而言,将传统增强型MOS器件中的部分区域隔离出来,在隔离区域内的阱区表面增设反型的沟道区,从而使得增强型MOS器件和耗尽型MOS器件形成在同一外延区内。该发明实施例的复合器件无需复杂的高压BCD工艺,常规的功率MOS工艺即可完成,有利于降低工艺复杂度和成本;而且该技术方案没有明显的功耗限制,可以适用于大功率的应用场景。
进一步而言,该发明实施例的复合器件还集成有隔离结构,该隔离结构用于隔离增强型MOS器件和耗尽型MOS器件,可以大大提高相邻的增强型MOS器件和耗尽型MOS器件的阱区之间的耐压,以满足开关电源的需要。