CN120264812A - 高压装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种高压装置，包括：高压接面边界组件、以及沿着高压接面边界组件的环状延伸的晶体管。从上视图来看，晶体管具有一或多个第一U形段。每个第一U形段包括：第一线性部、设置对应第一线性部的第二线性部、以及连接第一线性部与第二线性部的第一弧形部。本发明的高压装置能增加晶体管的走线宽度，以增加晶体管的正向电流，并能节省整体环状在芯片上的面积，减少芯片面积的浪费。

Description

高压装置

技术领域

本发明设计高压设备技术领域，具体是关于一种高压装置，特别是关于优化晶体管的走线设计。

背景技术

在多数切换应用中，切换效率取决于切换损耗和切换速度。用于供应电源至闸极驱动器的高压电路的其中一个方式为使用自举式电路(bootstrap circuit)，其展现简化且低成本的优势。自举式电路包括自举式二极管(bootstrap diode,BSD)、自举式电容(bootstrap capacitor,BSC)、以及自举式电阻(bootstrap resistor,BSR)，可提供高压电路的电压位准。

虽然在现有的高压装置已大致满足它们原有的用途，但它们并非在各方面均令人满意。举例来说，正向电流(forward current)需要进一步的改善。因此，关于高压装置和制造技术仍有一些问题需要克服。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压装置，能增加晶体管的走线宽度，以增加晶体管的正向电流，并能节省整体环状在芯片上的面积，减少芯片面积的浪费。

本发明的目的是这样实现的，一种高压装置，包括：高压接面边界组件、以及沿着高压接面边界组件的环状延伸的晶体管。从上视图来看，晶体管具有一或多个第一U形段。每个第一U形段包括：第一线性部、设置对应第一线性部的第二线性部、以及连接第一线性部与第二线性部的第一弧形部。

本发明的技术方案相对于现有技术，具有以下优点：

晶体管可沿着高压接面边界组件的环状延伸以具有相对大的延伸尺寸；通过设计晶体管的走线宽度能因应所欲的正向电流，晶体管具有U形段的设计，可增加晶体管的走线宽度，同时节省整体环状在芯片上的面积，并使得晶体管的正向电流增加，进而更有效地避免漏电流。

附图说明

以下将配合所附图式详述本发明实施例的各面向。应注意的是，依据在业界的标准做法，各种特征并未按照比例绘制。事实上，可任意地放大或缩小各种组件的尺寸，以清楚地表现出本发明实施例的特征。

图1是根据比较范例，高压装置的上视图。

图2和图3分别是根据本发明的一些实施例，高压装置的上视图。

图4和图5分别是根据本发明的其他实施例，具有各种设计的高压装置的上视图。

图6是根据本发明的一些实施例，高压装置的正向电流-尺寸曲线图。

附图标号说明：

10:高压装置

20:高压装置

30:高压装置

40:高压装置

50:正向电流-尺寸曲线图

100:高压接面边界组件

100A:高压区

100B:低压区

200:隔离二极管

300:晶体管

300A:凹角

300B:凸角

300U:U形段

300U’:U形段

300U-1:线性部

300U-2:线性部

300U-3:弧形部

320:源极区

340:汲极区

360:闸极结构

400:位准移位器

具体实施方式

以下记载提供了许多不同的实施例或范例，用于实施本发明实施例的不同部件。组件和配置的具体范例描述如下，以简化本发明实施例。当然，这些仅仅是范例，并非用以限定本发明实施例。举例来说，叙述中提及第一部件形成于第二部件之上，可包括形成第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可包括额外的部件形成于第一部件和第二部件之间，使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。另外，本发明可在各种范例中重复组件符号和/或字母。这样重复是为了简化和清楚的目的，其本身并非主导所讨论各种实施例和/或配置之间的关系。

此外，在本发明的一些实施例中，关于接合、连接的用语例如“连接”、“互连”等，除非特别定义，否则可指两个结构直接接触，或者也可指两个结构并非直接接触，其中有其它结构设于此两个结构之间。

再者，此处可使用空间上相关的用语，如“在…之下”、“下方的”、“低于”、“在…上方”、“上方的”、和类似用语可用于此，以便描述如图所示一组件或部件和其他组件或部件之间的关系。这些空间用语企图包括使用或操作中的装置的不同方位，以及图式所述的方位。当装置被转至其他方位(旋转90°或其他方位)，则在此所使用的空间相对描述可同样依旋转后的方位来解读。

此处所使用的“约”、“大约”、“大抵”的用语通常表示在一给定值的±20％之内，较佳是±10％之内，且更佳是±5％之内、或±3％之内、或±2％之内、或±1％之内、或0.5％之内。在此给定的数值为大约的数值，也就是在没有特定说明“约”、“大约”、“大抵”的情况下，此给定的数值仍可隐含“约”、“大约”、“大抵”的含义。

以下叙述一些本发明实施例，在这些实施例中所述的多个阶段之前、期间和/或之后，可提供额外的步骤。高压装置结构可增加额外部件。一些所述部件在不同实施例中可被替换或省略。尽管所讨论的一些实施例以特定顺序的步骤执行，这些步骤仍可以另一合乎逻辑的顺序执行。

除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与本发明所属技术领域中具有通常知识者所通常理解的相同涵义。能理解的是，这些用语，例如在通用字典中定义的用语，应被解读成具有与相关技术及本发明的背景或上下文一致的意思，而不应以一理想化或过度正式的方式解读，除非在本发明实施例有特别定义。

为了提升切换效率，可在高压装置中纳入自举式电路(bootstrap circuit)，其包括自举式二极管(bootstrap diode,BSD)、自举式电容(bootstrap capacitor,BSC)、以及自举式电阻(bootstrap resistor,BSR)。自举式电路的自举式二极管的关键参数分别为逆向恢复时间、顺向导通压降、以及逆向阻挡电压。在传统的设计中，自举式二极管一般为分离配置的。分离配置的自举式二极管放置于高压装置之外，并个别连接至高压装置的高压(high side)区和低压(low side)区。为了满足截止耐压的需求，自举式二极管必须通过放宽设计规则的方式来达成，进而造成组件尺寸偏大。由于分离配置的自举式二极管并非整合于高压装置中，可能占据过大的空间，增加额外的物料清单(bills of materials,BOM)的成本。因此，可改用整合于高压装置中的埋入配置的自举式二极管来解决上述问题。然而，相较于分离配置的自举式二极管，埋入配置的自举式二极管在操作中可能会产生由阳极端至基底(垂直双极性接面)的正向漏电流，而阴极端未有双极性接面而并无显着的逆向漏电流。因此，可进一步在埋入配置的自举式二极管中加入隔离部件(例如埋层)来减少正向漏电流的产生。

当高压装置同时将埋入配置的自举式二极管和高压接面边界(high voltagejunction termination,HVJT)组件整合在一起时，自举式二极管中的晶体管可利用高压接面边界组件的环状轮廓，进而沿着环状延伸以节省多余的空间。应理解的是，当晶体管的延伸尺寸(例如走线宽度)越大时，晶体管的正向电流也可增加，以驱动自举式二极管。为了因应晶体管的延伸尺寸，高压接面边界组件的环状也必须占据更大的芯片面积。然而，一般来说，高压区所需的组件并不会占据太大的空间，使得过大的环状中有很高比例的空间不会被使用，导致芯片面积的浪费。发明人发现，可将高压接面边界组件、以及对应的晶体管的轮廓设计成具有U形段(例如像是发夹弯的形状)来节省高压区的空间，却可维持晶体管所需的延伸尺寸。

图1是根据比较范例，高压装置10的上视图。在一些实施例中，高压装置一般可包括任何数量的主动组件和被动组件。主动组件包括金属氧化物半导体(metal-oxidesemiconductor,MOS)晶体管、互补式金属氧化物半导体(complementary metal-oxidesemiconductor,CMOS)晶体管、横向扩散金属氧化物半导体(laterally diffused metal-oxide semiconductor,LDMOS)晶体管、双载子-互补式金属氧化物半导体-双扩散式金属氧化物半导体(bipolar complementary metal oxide semiconductor-doublediffusedmetal oxide semiconductor,BCD)晶体管、双极性接面晶体管(bipolar junctiontransistor,BJT)、平坦(planar)晶体管、鳍式场效晶体管(fin field-effecttransistor,FinFET)、全绕式闸极场效晶体管(gate-all-around field-effecttransistor,GAA FET)、其他类似装置、或其组合。被动组件包括金属走线、电容、电感、电阻、二极管、接合垫、或其他类似结构。

参照图1，高压装置10可包括高压接面边界组件100、隔离二极管(isolationdiode)200、晶体管300、以及多个位准移位器(level shifter)400。在一些实施例中，高压接面边界组件100可被设计成环状。可在高压接面边界组件100的环状之内定义高压区100A，而可在高压接面边界组件100的环状之外定义低压区100B。再者，隔离二极管200与晶体管300可构成埋入配置的自举式二极管。晶体管300和多个位准移位器400均可被整合于高压接面边界组件100的环状中，因而可有效地节省高压装置10的整体面积。此外，整合的配置使得高压接面边界组件100、隔离二极管200、晶体管300、以及多个位准移位器400相互电性耦合，因而省略打线接合、以及开口形成，导致可靠度提升。

继续参照图1，尽管绘示高压接面边界组件100为矩形环状，但本发明实施例并不以此为限。举例来说，高压接面边界组件100可为圆形环状、椭圆形环状、正方形环状、三角形环状、或任何合适的封闭几何环状。环状的配置使得高压接面边界组件100与隔离二极管200、晶体管300、以及多个位准移位器400的整合变得更有效率，且不会占据额外的芯片面积。高压接面边界组件100物理上和电性上隔开高压区100A和低压区100B。高压区100A可容纳在高压水平操作的组件，而低压区100B可容纳在低压水平操作的组件。一般来说，“高压”泛指电压于300V以上，例如300V和1200V之间、300V和750V之间、或750V和1200V之间。“低压”泛指电压于20V以下，例如1V和20V之间、1V和10V之间、或10V和20V之间。在本发明的一特定实施例中，高压区100A和低压区100B分别在600V和15V的电压下操作。

参照图1，可于低压区100B中设置隔离二极管200。在一些实施例中，隔离二极管200可电性连接至晶体管300。如先前所提及，为了避免由阳极端至基底(垂直双极性接面)所产生的正向漏电流，可加入例如埋层以将基底的漏电流抑制于1％之下。结果是，隔离二极管200与晶体管300所耦合的组件架构可承受650V的逆向阻挡电压(reverse blockingvoltage)和17mA的正向电流。此外，隔离二极管200由导通状态至关闭状态所需的恢复时间可介于10nsec和50nsec之间。

继续参照图1，晶体管300可沿着高压接面边界组件100的环状延伸。应理解的是，晶体管300和多个位准移位器400两者均与高压接面边界组件100的环状整合。因此，多个位准移位器400占据高压接面边界组件100的环状的一区段，而晶体管300横越高压接面边界组件100的环状的剩余区段。晶体管300可被设计成空乏模式(在0V的闸极电压下为常开和导通状态)，或可被设计成增强模式(在0V的闸极电压下为常关状态)。在本发明的特定实施例中，晶体管300可为横向扩散金属氧化物半导体晶体管。举例来说，当闸极电压为20V时，晶体管300为正向模式，使得电流可流通。相对来说，当闸极电压为0V时，晶体管300为反向模式，使得电流不会流通。应理解的是，当使用横向扩散金属氧化物半导体晶体管时，自举式二极管的正向电流将会受限于横向扩散金属氧化物半导体晶体管的内电阻。

在一些实施例中，晶体管300可包括源极区320、汲极区340、以及闸极结构360。可设置源极区320靠近低压区100B，可设置汲极区340靠近高压区100A，而可于源极区320与汲极区340之间设置闸极结构360。此外，隔离二极管200可位于晶体管300的源极区320与基底接地端的主体区(未绘示)之间。在晶体管300的操作期间，电流可由隔离二极管200流经源极区320和闸极结构360下方的区域至汲极区340，且可通过闸极结构360控制其流量。在未与高压接面边界组件100整合的情况下，晶体管300可具有圆形设计，例如具有汲极区340的中心圆、以及依序围绕汲极区340的闸极结构360的环状、源极区320的环状、以及主体区的环状(如果有的话)。这样的设计可避免锐边效应(sharp edge effect)，其可造成组件失效。此外，圆形设计也可使得电场分布更加均匀。

参照图1，多个位准移位器400可被整合于高压接面边界组件100的环状中。从另一个观点来看，多个位准移位器400可位于高压接面边界组件100的环状上。如先前所提及，多个位准移位器400占据高压接面边界组件100的环状的一区段，而晶体管300横越高压接面边界组件100的环状的剩余区段。值得注意的是，多个位准移位器400彼此间隔开，且多个位准移位器400与晶体管300隔开。尽管图1绘示两个位准移位器400，但本发明实施例并不以此为限。举例来说，可配置任何数量的位准移位器400，取决于应用和设计需求。根据本发明的一些实施例，位准移位器400可在高压区100A与低压区100B之间转换讯号。举例来说，位准移位器400可接收来自控制逻辑(未绘示)的讯号，以进行高压区100A至低压区100B、或低压区100B至高压区100A的电压切换。

根据本发明的一些实施例，晶体管300与位准移位器400可具有相同的导电类型，例如均可为N型。根据本发明的替代实施例，晶体管300与位准移位器400均可具有另一个导电类型，例如均可为P型。在一些实施例中，P型和N型可个别以合适的掺质(或杂质)掺杂。P型掺质可包括硼(boron,B)、铟(indium,In)、铝(aluminum,Al)、或镓(gallium,Ga)，而N型掺质可包括磷(phosphorus,P)或砷(arsenic,As)。

在传统的制程中，可增加晶体管300(包括源极区320、汲极区340、以及闸极结构360)的延伸尺寸(例如走线宽度)，以增加晶体管300的正向电流并较佳地避免漏电流。依据高压装置10的性能需求，可决定晶体管300所需的走线宽度。在确定晶体管300的走线宽度时，高压接面边界组件100的环状也需顺应性地调整来容纳晶体管300。更精确来说，高压接面边界组件100的延伸尺寸(例如走线宽度)可为晶体管300的走线宽度与多个位准移位器400的尺寸的总和，如图1所示。高压接面边界组件100所得的环状可能占据相对大的芯片面积，而高压区100A的组件则可能占据相对小的芯片面积(例如靠近多个位准移位器400的局部空间)。结果是，高压接面边界组件100的环状之内会有很大比例的空间不会被使用到，造成芯片面积的浪费。

为简化起见，仅绘示高压装置10的主要组件，例如高压接面边界组件100、隔离二极管200、晶体管300(包括源极区320、汲极区340、以及闸极结构360)、以及多个位准移位器400。举例来说，高压装置10的结构可进一步包括基底、埋层、磊晶层、以及层间介电(interlayer dielectric,ILD)层。基底、磊晶层、以及层间介电层可横越整个电路面积，而埋层可被设置于一或多个主要组件之中。换言之，高压接面边界组件100、隔离二极管200、晶体管300、以及位准移位器400的每一个均可包括基底、磊晶层、以及层间介电层(和/或埋层)。

在一些实施例中，基底可为例如晶圆或晶粒，但本发明实施例并不以此为限。在一些实施例中，基底可为半导体基底，例如硅(silicon,Si)基底。此外，在一些实施例中，半导体基底也可为：元素半导体(elemental semiconductor)，包括锗(germanium,Ge)；化合物半导体(compound semiconductor)，包含氮化镓(gallium nitride,GaN)、碳化硅(siliconcarbide,SiC)、砷化镓(gallium arsenide,GaAs)、磷化镓(gallium phosphide,GaP)、磷化铟(indium phosphide,InP)、砷化铟(indium arsenide,InAs)、和/或锑化铟(indium antimonide,InSb)；合金半导体(alloy semiconductor)，包含硅锗(silicongermanium,SiGe)合金、磷砷镓(gallium arsenide phosphide,GaAsP)合金、砷铝铟(aluminum indium arsenide,AlInAs)合金、砷铝镓(aluminumgallium arsenide,AlGaAs)合金、砷镓铟(galliumindium arsenide,GaInAs)合金、磷镓铟(galliumindiumphosphide,GaInP)合金、和/或砷磷镓铟(gallium indium arsenide phosphide,GaInAsP)合金、或其组合。

在其他实施例中，基底也可以是绝缘层上半导体(semiconductor on insulator,SOI)基底。绝缘层上半导体基底可包含底板、设置于底板上的埋入式氧化物(buriedoxide,BOX)层、以及设置于埋入式氧化物层上的半导体层。举例来说，基底可为P型，其掺杂浓度可介于1×10¹⁴cm^-3和3×10¹⁴cm^-3之间。

在其他实施例中，基底可包括隔离结构(未绘示)以定义主动区并电性隔离基底之内或之上的主动区部件，但本发明实施例并不以此为限。隔离结构可包括深沟槽隔离(deeptrench isolation,DTI)结构、浅沟槽隔离(shallow trench isolation,STI)结构、或局部硅氧化(local oxidation of silicon,LOCOS)结构。在一些实施例中，形成隔离结构可包括例如在基底上形成绝缘层，选择性地蚀刻绝缘层和基底以形成由基底顶面延伸至基底内一位置的沟槽，其中沟槽位于相邻的主动区之间。接着，形成隔离结构可包括沿着沟槽成长富含氮(如氧氮化硅(silicon oxynitride,SiON)或其他类似材料)的衬层，再以沉积制程将绝缘材料(如二氧化硅(silicon dioxide,SiO2)、氮化硅(silicon nitride,SiN)、氮氧化硅、或其他类似材料)填入沟槽中。之后，对沟槽中的绝缘材料进行退火制程，并对基底进行平坦化制程(如化学机械研磨(chemical mechanical polish,CMP)以移除多余的绝缘材料，使沟槽中的绝缘材料与基底的顶面齐平。

在一些实施例中，在基底上形成磊晶层。举例来说，磊晶层可为N型，其掺杂浓度可介于1.13×10¹⁵cm^-3和2.30×10¹⁵cm-3之间。换言之，基底与磊晶层可具有不同的导电类型，而基底的掺杂浓度小于磊晶层的掺杂浓度。磊晶层的材料可包括硅、硅锗、碳化硅、其他类似材料、或其组合。磊晶层的厚度可介于3μm和7μm之间。可通过磊晶制程形成磊晶层，其磊晶制程可包括金属有机化学气相沉积(metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)、氢化物气相磊晶(hydride vapor phase epitaxy,HVPE)、分子束磊晶(molecularbeam epitaxy,MBE)、其他合适的方法、或其组合。

在一些实施例中，可在基底内设置埋层。埋层可直接接触磊晶层。根据本发明的一些实施例，埋层有助于降低磊晶层上表面至基底的漏电流、增加通道空间以承受更高的电流、以及形成高压区100A的衬底。举例来说，埋层可为N型，其掺杂浓度可介于6.4×10¹⁶cm^-3和9.6×10¹⁶cm^-3之间。埋层的垂直尺寸可介于1μm和2μm之间。埋层的形成方法可包括在形成磊晶层之前，在基底中离子布植N型掺质(例如磷或砷)，进行热处理将布植的离子驱入(drive in)基底内，然后才在基底上形成磊晶层。在一些实施例中，由于磊晶层系在高温的条件下形成，故被植入的离子会扩散进入磊晶层内。埋层位于基底与磊晶层之间的界面附近，且具有一部分在基底内、以及另一部分在磊晶层内。换言之，埋层可由基底与磊晶层之间的界面往上延伸。

在一些实施例中，可在磊晶层中形成各种导电类型(例如P型或N型)的高压井区、深井区、井区、以及掺杂区。可通过例如离子布植(ion implantation)和/或扩散制程(diffusion process)形成高压井区、深井区、井区、以及掺杂区。在替代实施例中，不使用离子布植和/或扩散制程，而是可在磊晶层的成长期间原位(in situ)掺杂高压井区、深井区、井区、以及掺杂区。在其他实施例中，可一起使用原位和布植掺杂。

如图1所示，可在磊晶层中(未绘示)设置源极区320和汲极区340。源极区320和汲极区340可由磊晶层的上表面垂直地延伸至磊晶层中。根据本发明的一些实施例，源极区320和汲极区340可分别作为晶体管300的源极端和汲极端。源极区320和汲极区340可为N型，其掺杂浓度可介于4.0×10²⁰cm^-3和6.0×10²⁰cm^-3之间。由于源极区320和汲极区340为N型，晶体管300因而可为N型。源极区320和汲极区340的厚度可介于0.09μm和0.11μm之间。源极区320和汲极区340的形成方法可与上述高压井区、深井区、井区、以及掺杂区的形成方法类似，其细节将不于此重复赘述。

如图1所示，可在磊晶层上设置闸极结构360。如先前所提及，闸极结构360可在水平方向上位于源极区320与汲极区340之间。根据本发明的一些实施例，闸极结构360可作为晶体管300的闸极端，且可调变下方通道区的电场。应理解的是，在高压的操作中，汲极区340可能聚集过高的电场。为了调节电场的分布，在水平方向上，闸极结构360并非设置于源极区320与汲极区340之间的中心点。闸极结构360可较靠近源极区320，且可较远离汲极区340。闸极结构360的厚度可介于3.5μm和4.0μm之间。

闸极结构360的材料可包括非晶硅、多晶硅(polysilicon)、多晶硅锗(poly-SiGe)、金属氮化物(如氮化钛(titanium nitride,TiN)、氮化钽(tantalum nitride,TaN)、氮化钨(tungsten nitride,WN)、氮化钛铝(titanium aluminum nitride,TiAlN)、或其他类似材料)、金属硅化物(如硅化镍(nickel silicide,NiSi)、硅化钴(cobalt silicide,CoSi)、硅氮化钽(tantalum silicon nitride,TaSiN)、或其他类似材料)、金属碳化物(如碳化钽(tantalum carbide,TaC)、碳氮化钽(tantalum carbonitride,TaCN)、或其他类似材料)、金属氧化物、和金属。金属可包括钴(cobalt,Co)、钌(ruthenium,Ru)、铝(aluminum,Al)、钯(palladium,Pd)、铂(platinum,Pt)、钨(tungsten,W)、铜(copper,Cu)、钛(titanium,Ti)、钽(tantalum,Ta)、银(silver,Ag)、金(gold,Au)、镍(nickel,Ni)、锰(manganese,Mn)、锆(zirconium,Zr)、其他类似材料、其组合、或其多膜层。可通过物理气相沉积(physical vapor deposition,PVD)、原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)、电镀法(plating)、其他合适的制程、或其组合形成闸极结构360。

在一些实施例中，可在磊晶层上形成层间介电层。层间介电层可覆盖磊晶层和闸极结构360。层间介电层除了可对下方的部件提供机械保护和绝缘，也可将不同水平的导电材料隔绝开。层间介电层的材料可包括氧化硅(silicon oxide,SiO)、氮化硅、碳化硅、氧氮化硅、氧氮碳化硅(silicon oxynitrocarbide,SiO_xN_yC_1-x-y，其中x和y是在0至1的范围)、四乙氧基硅烷(tetra ethyl ortho silicate,TEOS)、未掺杂硅酸玻璃、掺杂氧化硅(如硼掺杂磷硅酸玻璃(boron-doped phospho-silicate glass,BPSG)、熔硅石玻璃(fused silicaglass,FSG)、磷硅酸玻璃(phospho-silicate glass,PSG)、硼掺杂硅酸玻璃(boron-dopedsilicate glass,BSG)、或其他类似材料)、低介电常数(low-k)介电材料、或其他合适的介电材料。

层间介电层的厚度可介于1000μm和1200μm之间。可通过旋转涂布(spin-oncoating)、化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)、高密度电浆化学气相沉积(high-density plasma chemical vapor deposition,HDP-CVD)、电浆辅助化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition,PECVD)、低压化学气相沉积(low-pressure chemical vapor deposition,LPCVD)、流动性化学气相沉积(flowablechemical vapor deposition,FCVD)、次大气压化学气相沉积(sub-atmospheric chemicalvapor deposition,SACVD)、其他类似方法、或其组合形成层间介电层。接着，可对层间介电层进行平坦化制程(如化学机械研磨)，使层间介电层具有平坦的顶面。

图2和图3是根据本发明的一些实施例，高压装置20的上视图。相较于图1的高压装置10，图2的高压装置20的晶体管300包括一或多个U形段300U。图3为高压装置20的其中一种排列方式。为简化起见，高压接面边界组件100、隔离二极管200、晶体管300(包括源极区320、汲极区340、以及闸极结构360)、以及多个位准移位器400的特征与图1所示的特征类似，其细节将不于此重复赘述。

参照图2，每个U形段300U可包括线性部300U-1、线性部300U-2、以及弧形部300U-3。在一些实施例中，弧形部300U-3靠近低压区100B。值得注意的是，高压接面边界组件100的环状顺应性地沿着一或多个U形段300U的轮廓延伸。每个U形段300U的线性部300U-1和线性部300U-2可对应设置，而弧形部300U-3可连接线性部300U-1与线性部300U-2。举例来说，弧形部300U-3可由线性部300U-1的端点延伸至线性部300U-2的端点，进而构成U形轮廓。U形段300U的特征在于，具有细长的轮廓，因而可节省整体环状所占据的空间。晶体管300(包括源极区320、汲极区340、以及闸极结构360)可沿着线性部300U-1延伸朝向弧形部300U-3、经过弧形部300U-3、再沿着线性部300U-2延伸远离弧形部300U-3，即完成一个U形段300U的循环。值得注意的是，当每个U形段300U整体具有一定的长度时，却可贡献晶体管300的延伸尺寸(例如走线宽度)达到至少该长度的两倍以上。

应理解的是，由于一或多个U形段300U贡献晶体管300相当程度的延伸尺寸(例如走线宽度)，可压缩原有环状的矩形部分的尺寸，从而节省整体环状所占据的空间。每个U形段300U可由矩形部分相对于多个位准移位器400所在的相对边向外延伸。举例来说，多个位准移位器400位于矩形部分的上边，而一或多个U形段300U可由矩形部分的下边向下延伸。尽管图2绘示三个U形段300U(分别位于矩形部分的下边的左端、中间点、以及右端)，但本发明实施例并不以此为限。举例来说，可配置任何数量的U形段300U，取决于应用和设计需求。线性部300U-1与线性部300U-2之间的空间很有限，因而更加限缩整体环状所占据的空间。根据本发明的特定实施例，线性部300U-1可直接邻接线性部300U-2，使得线性部300U-1与线性部300U-2之间不具有任何空间(让U形段300U呈现类似发夹弯的形状)。当线性部300U-1直接邻接线性部300U-2时，线性部300U-1的汲极区340与线性部300U-2的汲极区340彼此面对且合并成单一部件。换言之，线性部300U-1与线性部300U-2可共享单一汲极区340。

继续参照图2，从高压区100A来看，晶体管300可延伸以具有凹角300A和凸角300B。详细而言，晶体管300的凹角300A向外凹陷远离高压区100A的中心，而晶体管300的凸角300B向内凸出朝向高压区100A的中心。应理解的是，当晶体管300沿着矩形的环状延伸时，晶体管300仅具有凹角。然而，当环状纳入U形段300U时，U形段300U与环状的其他区段的连结处则具有凸角300B。因此，凹角300A远离U形段300U，而凸角300B靠近U形段300U。根据本发明的一些实施例，可设计凹角300A和凸角300B的数量和曲率来调整电场分布，从而改善崩溃电压(breakdown voltage)。

参照图3，绘示高压装置20的两个结构排列在一起。尽管晶体管300的环状纳入U形段300U可节省整体环状在芯片上的面积，但相邻U形段300U之间的空间相对狭小，而很难被有效地运用，因此仍造成芯片面积的浪费。根据本发明的一些实施例，可将两个结构的U形段300U面向彼此，使得其中一个结构的U形段300U可延伸进入另一个结构的U形段300U之间的空间。换言之，其中一个结构的U形段300U与另一个结构的U形段300U交叉排列，进而达到芯片面积被更有效地运用。

图4和图5是根据本发明的其他实施例，具有各种设计的高压装置30和高压装置40的上视图。相较于图2的高压装置20，高压装置30和高压装置40的晶体管300可包括连续性地排列的多个U形段300U。为简化起见，高压接面边界组件100、隔离二极管200、晶体管300(包括源极区320、汲极区340、以及闸极结构360)、以及多个位准移位器400的特征与图2所示的特征类似，其细节将不于此重复赘述。

参照图4，绘示高压装置30。高压装置30的多个U形段300U可沿着环状的矩形部分相对于多个位准移位器400所在的相对边连续性地排列。连续性地排列的多个U形段300U可呈现类似蜿蜒的蛇的形状。根据本发明的一些实施例，连续性地排列多个U形段300U可进一步增加晶体管300的延伸尺寸(例如走线宽度)，却同时节省整体环状在芯片上的面积。如先前所提及，每个U形段300U可包括线性部300U-1、线性部300U-2、以及弧形部300U-3(为简化起见未标示)。由于连续性排列的配置，每个U形段300U的线性部300U-1可直接邻接左边的U形段300U的线性部300U-2，而该U形段300U的线性部300U-2可直接邻接右边的U形段300U的线性部300U-1。为了使晶体管300的延伸不间断，每个U形段300U的线性部300U-1需邻接左边的U形段300U的线性部300U-2，而该U形段300U的线性部300U-2需邻接右边的U形段300U的线性部300U-1。

继续参照图4，当连接相邻的U形段300U时，可间接地构成倒装设置的多个U形段300U’。在一些实施例中，每个U形段300U’可包括两个线性部、以及连接两个线性部的弧形部。举例来说，当左边的U形段300U的线性部300U-2与右边的U形段300U的线性部300U-1连接时，左边U形段300U的线性部300U-2和右边U形段300U的线性部300U-1可分别被视为U形段300U’的两个线性部，且通过U形段300U’的弧形部连接U形段300U’的两个线性部。在一些实施例中，U形段300U’的弧形部靠近高压区100A。当U形段300U’的两个线性部直接邻接时，U形段300U’的两个线性部的两个源极区320彼此面对且合并成单一部件。换言之，U形段300U’的两个线性部可共享单一源极区320。由于多个U形段300U连续性地排列，多个U形段300U’也因而连续性地排列。每个U形段300U’的弧形部构成凸角300B，而凹角300A远离U形段300U’。

参照图5，绘示高压装置40。高压装置40的多个U形段300U可沿着多个位准移位器400所在的两侧邻边连续性地排列。连续性地排列的多个U形段300U可呈现类似蜿蜒的蛇的形状。根据本发明的一些实施例，连续性地排列多个U形段300U可进一步增加晶体管300的延伸尺寸(例如走线宽度)，却同时节省整体环状在芯片上的面积。在环状的左边，每个U形段300U的线性部300U-1可直接邻接上方U形段300U的线性部300U-2，而该U形段300U的线性部300U-2可直接邻接下方U形段300U的线性部300U-1。在环状的右边，每个U形段300U的线性部300U-1可直接邻接下方U形段300U的线性部300U-2，而该U形段300U的线性部300U-2可直接邻接上方U形段300U的线性部300U-1。为了使晶体管300的延伸不间断，每个U形段300U的线性部300U-1需邻接相邻U形段300U的线性部300U-2，而该U形段300U的线性部300U-2需邻接相邻U形段300U的线性部300U-1。

继续参照图5，当连接多个U形段300U时，可间接地构成倒装设置的多个U形段300U’。由于多个U形段300U连续性地排列，多个U形段300U’也因而连续性地排列。如先前所提及，每个U形段300U’可包括两个线性部、以及连接两个线性部的弧形部。举例来说，当下方U形段300U的线性部300U-2与上方U形段300U的线性部300U-1连接时(在环状的右边)，下方U形段300U的线性部300U-2和上方U形段300U的线性部300U-1可分别被视为U形段300U’的两个线性部，且通过U形段300U’的弧形部连接U形段300U’的两个线性部。如前述，U形段300U的弧形部300U-3靠近低压区100B，而U形段300U’的弧形部靠近高压区100A。再者，U形段300U的线性部300U-1与线性部300U-2直接邻接并共享单一汲极区340，而U形段300U’的两个线性部直接邻接并共享单一源极区320。每个U形段300U’的弧形部构成凸角300B。由于多个U形段300U’横越多个位准移位器400所在的两侧邻边，因而高压装置40的晶体管300不具有凹角300A。

图6是根据本发明的一些实施例，高压装置的正向电流-尺寸曲线图50。根据本发明的一些实施例，正向电流-尺寸曲线图50绘示晶体管300的延伸尺寸(例如走线宽度)对于晶体管300的正向电流的影响。应理解的是，正向电流-尺寸曲线图50的最初的三个点(以虚线标示)为实际量测的数据点，接着以线性模型向正横轴方向外推。如正向电流-尺寸曲线图50所示，若晶体管300要达到100mA的正向电流，晶体管300需具有约5500μm的延伸尺寸(例如走线宽度)。取决于应用和设计需求，可设计晶体管300的走线宽度来因应所欲的正向电流。此外，通过图2至图5任何一者具有U形段300U(和/或U形段300U’)的设计，可增加晶体管300的走线宽度，却同时节省整体环状在芯片上的面积。

本发明的高压装置将埋入配置的自举式二极管和高压接面边界组件整合在一起。自举式二极管中的晶体管可沿着高压接面边界组件的环状延伸以具有相对大的延伸尺寸(例如走线宽度)。应理解的是，当晶体管的延伸尺寸(例如走线宽度)越大时，晶体管的正向电流也越高，进而驱动自举式二极管。为了因应晶体管所需的延伸尺寸，也必须设计高压接面边界组件的环状以占据更大的芯片面积，造成芯片面积的浪费。发明人发现，可将环状的轮廓设计成具有一或多个U形段(呈现类似发夹弯的形状)、或连续性排列的多个U形段(呈现类似蜿蜒的蛇的形状)。U形段的特征在于，具有细长的轮廓，因而可节省整体环状所占据的空间。再者，由于U形段有两个对应设置的线性部，可贡献晶体管的走线宽度达到U形段的整体长度的至少两倍以上。这样一来，可增加沿着环状设置的晶体管的走线宽度，却同时节省整体环状在芯片上的面积。结果是，晶体管的正向电流增加，进而更有效地避免漏电流。

以上概述数个实施例的特征，以使所属技术领域中具有通常知识者可以更加理解本发明实施例的观点。所属技术领域中具有通常知识者应理解，可轻易地以本发明实施例为基础，设计或修改其他制程和结构，以达到与在此介绍的实施例相同的目的和/或优势。所属技术领域中具有通常知识者也应理解，此类等效的结构并无悖离本发明的精神与范围，且可在不违背本发明的精神和范围下，做各式各样的改变、取代和替换。

Claims (20)

1.一种高压装置，其中，该高压装置包括：

一高压接面边界组件；以及

一晶体管，沿着该高压接面边界组件的一环状延伸，其中，该晶体管具有一或多个第一U形段，其中每个第一U形段包括：

一第一线性部；

一第二线性部，设置对应该第一线性部；以及

一第一弧形部，连接该第一线性部与该第二线性部。

2.如权利要求1所述的高压装置，其中，该第一线性部直接邻接该第二线性部。

3.如权利要求1所述的高压装置，其中，该高压装置还包括多个位准移位器，位于该高压接面边界组件的该环状上。

4.如权利要求3所述的高压装置，其中，多个该位准移位器彼此间隔开。

5.如权利要求3所述的高压装置，其中，多个该位准移位器与该晶体管隔开。

6.如权利要求3所述的高压装置，其中，该晶体管与多个该位准移位器具有相同的导电类型。

7.如权利要求1所述的高压装置，其中，该高压接面边界组件的该环状定义一高压区和一低压区，分别于该环状内和该环状外。

8.如权利要求7所述的高压装置，其中，该高压装置还包括一隔离二极管，电性连接至该晶体管。

9.如权利要求8所述的高压装置，其中，该隔离二极管位于该低压区中。

10.如权利要求8所述的高压装置，其中，该隔离二极管与该晶体管构成一自举式二极管。

11.如权利要求7所述的高压装置，其中，延伸该晶体管具有一凹角和一凸角。

12.如权利要求11所述的高压装置，其中，该凹角远离多个该第一U形段，而该凸角靠近多个该第一U形段。

13.如权利要求7所述的高压装置，其中，该晶体管还包括：

一源极区，设置靠近该低压区；

一汲极区，设置靠近该高压区；以及

一闸极结构，设置于该源极区与该汲极区之间。

14.如权利要求13所述的高压装置，其中，该晶体管为一横向扩散金属氧化物半导体晶体管。

15.如权利要求13所述的高压装置，其中，该第一线性部与该第二线性部共享单一汲极区。

16.如权利要求13所述的高压装置，其中，多个该第一U形段连续性地排列，且每个第一U形段的该第一弧形部靠近该低压区。

17.如权利要求16所述的高压装置，其中，该晶体管具有多个第二U形段，其中每个第二U形段包括：

一第三线性部；

一第四线性部，设置对应该第三线性部；以及

一第二弧形部，连接该第三线性部与该第四线性部。

18.如权利要求17所述的高压装置，其中，该第三线性部直接邻接该第四线性部。

19.如权利要求18所述的高压装置，其中，该第三线性部与该第四线性部共享单一源极区。

20.如权利要求17所述的高压装置，其中，多个该第二U形段连续性地排列，且每个第二U形段的该第二弧形部靠近该高压区。