本发明是有关于一种开关装置，特别是一种耐高压的开关装置。
背景技术：
由于电子装置对于低耗能的要求越来越高，因此集成电路的电能规格也被重新规划成能够在低压的环境下操作以减少电能损耗。举例来说，过去集成电路常见的电压规格是5v，现在则已降至3.3v或甚至低于2v。在此情况下，集成电路也大多以低压制程来制造以减少制造成本。
然而，在有些情况下，高压的操作仍无法避免。举例来说，闪存就需要透过高电压来执行写入操作及清除操作。在此情况下，低耗能的集成电路中，仍有部分的组件须以高压制程来制作以承受高压操作。然而，这样的做法将导致制程变得复杂，甚至使得良率降低。
技术实现要素：
本发明的一实施例提供一种开关装置，开关装置包含p型基底、第一栅极结构、第一n型井、浅沟槽隔离结构、第一p型井、第二栅极结构、第一n型掺杂区、第二p型井及第二n型掺杂区。
第一n型井形成于p型基底上，且有部分设置在第一栅极结构的第一侧下方。浅沟槽隔离结构形成于第一n型井，且有部分设置在第一栅极结构的第一侧下方。第一p型井形成于p型基底上，且设置在第一栅极结构下方。第一n型掺杂区形成于p型基底，且设置在第一栅极结构的第二侧及第二栅极结构的第一侧之间。第二p型井形成于p型基底，且设置在第二栅极结构下方。第二n型掺杂区形成于第二p型井，且有部分设置在第二栅极结构下方。
本发明的另一实施例提供一种开关装置，开关装置包含基底、第一栅极结构、第一井、隔离结构、第二井、第二栅极结构、第一掺杂区及第二掺杂区。
【1】第一井具有第一类型的载子，形成于基底上，且有部分设置在第一栅极结构的第一侧下方。第二井具有第二类型的载子，形成于基底，且设置在第一栅极结构及第二栅极结构的下方。第一掺杂区具有第一类型的载子，形成于第二井，且设置在第一栅极结构的第二侧及第二栅极结构的第一侧。第二掺杂区具有第一类型的载子，形成于第二井，且邻接于第二栅极结构的第二侧。第一类型的载子及第二类型的载子具有相异的极性。
附图说明
图1是本发明一实施例的开关装置的电路图。
图2是本发明一实施例的图1的开关装置结构图。
图3是图2的开关装置在第二状态时所接收到的电压示意图。
图4是本发明一实施例的开关装置的结构图。
图5本发明一实施例的开关装置的结构图。
图6是图5的开关装置在第二状态时所接收到的电压示意图。
其中，附图标记说明如下：
100、200、300:开关装置
110:第一晶体管
120:第二晶体管
p-sub:p型基底
nw1、nw2:n型井
pw1、pw2:p型井
g1、g2:栅极结构
nd1、nd2、nd3:n型掺杂区
sti1:浅沟渠隔离结构
vr1:第一参考电压
vr2:第二参考电压
vdd:第一操作电压
vpp:第二操作电压
vin:输入电压
vout:输出电压
lpw1、lpw2:轻掺杂p型井
sub:基底
w1、w2:井
d1、d2、d3:掺杂区
i1:隔离结构
vr3:第三参考电压
vr4:第四参考电压
vi1:第一输入电压
vi2:第二输入电压
具体实施方式
图1是本发明一实施例的开关装置100的电路图。开关装置100可包含第一晶体管110及第二晶体管120。
第一晶体管110具有第一端、第二端及控制端。第二晶体管120具有第一端、第二端及控制端，而第二晶体管120的第二端可耦接至第一晶体管110的第一端。
图2是本发明一实施例的开关装置100的结构图。在有些实施例中，图1中的晶体管110及120可以是n型晶体管或p型晶体管，而在图2中是以晶体管110及120皆为n型晶体管为例。开关装置100包含p型基底p-sub、栅极结构g1、n型井nw1、浅沟槽隔离(shallowtrenchisolation，sti)结构sti1、p型井pw1、栅极结构g2、n型掺杂区nd1、p型井pw2及n型掺杂区nd2。
n型井nw1可形成于p型基底p-sub，且有部分设置于栅极结构g1的第一侧下方。浅沟槽隔离结构sti1可形成于n型井nw1，并且可设置在栅极结构g1的第一侧下方。p型井pw1可形成于p型基底p-sub，并且可设置在栅极结构g1下方。在有些实施例中，p型井pw1与n型井nw1可互不相接触。
n型掺杂区nd1可形成于p型基底p-sub，并可设置在栅极结构g1的第二侧及栅极结构g2的第一侧之间。p型井pw2可形成于p型基底p-sub，并可设置在栅极结构g2下方。n型掺杂区nd2可形成于p型井pw2，并有部分设置于栅极结构g2的下方。
在有些实施例中，n型井nw1可视为第一晶体管110的第二端(或源极/汲极)，而栅极结构g1可以视为第一晶体管110的控制端(或栅极)。在图2中，开关装置100还可包含n型掺杂区nd3以作为第一晶体管110的源极的耦接端。n型掺杂区nd3可形成于n型井nw1，并可与浅沟槽隔离结构sti1相邻接，且未被栅极结构g1所掩盖。
在此情况下，自第一晶体管110的第二端流入或流出的电流将会因为浅沟槽隔离结构sti1的阻挡，而采取绕道路径而沿着n型井nw1行进。由于n型掺杂区nd3的掺杂浓度大于n型井nw1的掺杂浓度，因此n型井nw1的电阻值会大于n型掺杂区nd3的电阻值。在此情况下，n型井nw1可以在第一晶体管110的第二端在形成一段高阻值的路径，使得第一晶体管110耐受高压的能力获得提升。此外，由于n型井nw1可形成于p型基底p-sub，且p型基底p-sub的掺杂浓度小于p型井pw1，因此第一晶体管110也会具有较高的接面崩溃电压。也就是说，第一晶体管110的汲极-源极崩溃电压(drain-sourcebreakdownvoltage，bvdss)可被提升。
在有些实施例中，第一晶体管110的第一端(或汲极/源极)及第二晶体管120的第二端(或汲极/源极)可形成于相同的n型掺杂区nd1。此外，n型掺杂区nd2可以视为第二晶体管120的第一端(或汲极/源极)，而栅极结构g2则可视为第二晶体管120的控制端(或栅极)。
在图2中，开关装置100还可包含形成于p型基底p-sub的n型井nw2，而n型掺杂区nd1可形成于n型井nw2中。在有些实施例中，n型掺杂区nd1的掺杂浓度可大于n型井nw2的掺杂浓度。在图2中，n型井nw2的第一部分可设置在栅极结构g1的下方，而n型井nw2的第二部分可设置在栅极结构g2的下方。由于n型井nw2的掺杂浓度小于n型掺杂区nd1的掺杂浓度，因此n型井nw2及p型基底p-sub之间的接面崩溃电压较高，进而可以提升第一晶体管110及第二晶体管120的耐压能力。
在图2中，开关装置100是处在第一状态。在第一状态中，n型掺杂区nd2及栅极结构g2可接收第一参考电压vr1。栅极结构g1可接收第一操作电压vdd，而n型井nw1可经由n型掺杂区nd3接收第二操作电压vpp。在有些实施例中，第二操作电压vpp可大于第一操作电压vdd，而第一操作电压vdd可大于第一参考电压vr1。举例来说，第二操作电压vpp可以闪存执行写入操作时所需的高压，第一操作电压vdd可以是系统中的常规操作电压，而第一参考电压vr1可以是地电压。此外，p型井pw1及p型井pw2可以接收第二参考电压vr2，而第二参考电压vr2可以等于或小于第一参考电压vr1。
在此情况下。栅极结构g2下方的信道将被截止，亦即第二晶体管120会被截止。在有些实施例中，当开关装置100的两端电压差较大时，第一晶体管110及第二晶体管120就可能会产生栅极引致汲极漏电流(gate-induceddrainleakage，gidl)。举例来说，在图2中，由于n型掺杂区nd3所接收到的第二操作电压vpp较大，因此若直接对栅极结构g1施加较低的电压，例如第一参考电压vr1，来截止第一晶体管110，就可能会产生栅极引致汲极漏电流(gate-induceddrainleakage，gidl)。然而，在此实施例中，栅极结构g1可接收第一操作电压vdd，而栅极结构g2可接收第一参考电压vr1，因此可以降低第一晶体管110及第二晶体管120的栅极至汲极电压，进而也减少了栅极引致汲极漏电流。
图3是开关装置100在第二状态时所接收到的电压示意图。在图3中，n型掺杂区nd2可接收输入电压vin，而栅极结构g1及g2可接收第一操作电压vdd。在有些实施例中，第一操作电压vdd可大于或等于输入电压vin。如此一来，栅极结构g1及g2下方的通道将被导通，亦即第一晶体管110及第二晶体管120将被导通，而第一晶体管110将可根据输入电压vin而自第二端输出输出电压vout。
此外，在有些实施例中，当开关装置100在第二状态时，p型井pw1及pw2可接收第二参考电压vr2。也就是说，第一晶体管110及第二晶体管120的基体端可同样接收第二参考电压vr2以减少开关装置100在第二状态下产生的漏电流。
在图1中，n型井nw1可直接形成于p型基底p-sub，然而，在有些其他实施例中，n型井nw1也可形成于轻掺杂p型井中。
图4是本发明一实施例的开关装置200的结构图。开关装置200与开关装置100可具有相似的结构，并可根据相同的原理操作。然而，开关装置200还可包含轻掺杂p型井lpw1及lpw2。轻掺杂p型井lpw1可形成于p型基底p-sub，而n型井nw1可形成于轻掺杂p型井lpw1。此外，轻掺杂p型井lpw2可形成于p型基底p-sub，而n型井nw2可形成于轻掺杂p型井lpw2。
在有些实施例中，轻掺杂p型井lpw1的掺杂浓度可小于p型井pw1的掺杂浓度。此外，轻掺杂p型井lpw1可具有掺杂浓度梯度。举例来说，轻掺杂p型井lpw1的掺杂浓度可自与p型基底p-sub的交界处至与n型井nw1的交界处递减，因此轻掺杂p型井lpw1在靠近n型井nw1的部分会具有较低的掺杂浓度。
相似地，轻掺杂p型井lpw2的掺杂浓度可小于p型井pw2的掺杂浓度。此外，轻掺杂p型井lpw2可具有掺杂浓度梯度。举例来说，轻掺杂p型井lpw2的掺杂浓度可自与p型基底p-sub的交界处至与n型井nw2的交界处递减，因此轻掺杂p型井lpw2在靠近n型井nw2的部分会具有较低的掺杂浓度。
在有些实施例中，由于轻掺杂p型井lpw1及n型井nw1的接面崩溃电压及轻掺杂p型井lpw2及n型井nw2的接面崩溃电压较大，因此可以进一步提升开关装置200的耐高压能力。此外，由于开关装置100及200可以利用低压制程来制作，因此让集成电路的设计更有弹性。
再者，在有些实施例中，考虑到n型掺杂区nd1及nd2与p型井pw1及pw2的电气特性，图2中开关装置100的n型井nw2可被省略。图5本发明一实施例的开关装置300的结构图。开关装置300与开关装置100可具有相似的结构，并可根据相同的原理操作。
开关装置300可包含基底sub、栅极结构g1、具有第一类型载子的井w1、栅极结构g2、具有第二类型载子的井w2、具有第一类型载子的掺杂区d1及具有第一类型载子的掺杂区d2。
井w1可形成于基底sub，并有部分设置于栅极结构g1的第一侧下方。井w2可形成于基底sub，并且可设置在栅极结构g1及g2下方。掺杂区d1可形成于井w2，并可设置在栅极结构g1的第二侧及栅极结构g2的第一侧之间。掺杂区d2可形成于井w2，并可临接栅极结构g2的第二侧。在有些实施例中，第一掺杂类型的载子及第二掺杂类型的载子可具有相异的极性。举例来说，第一掺杂类型的载子可以是n型载子，而第二掺杂类型的载子可以是p型载子。
在图5中，开关装置300还可包含以介电材料填充的隔离结构i1，隔离结构i1可形成于井w1，并且可设置在栅极结构g1的第一侧下方，因此自第一晶体管110的第二端流入或流出的电流会沿着井w1采取绕道的方式行进。在此情况下，井w1可以在第一晶体管110的第二端在形成一段高阻值的路径，使得第一晶体管110耐受高压的能力获得提升。
图5进一步描述开关装置300在第一状态下所接收到的电压。在图5中，基底sub及井w2可接收第一参考电压vr1，掺杂区d2可接收第二参考电压vr2，栅极结构g2可接收第三参考电压vr3，栅极结构g1可接收第一操作电压vdd，而井w1可接收第二操作电压vpp。
在有些实施例中，第二操作电压vpp及第一参考电压vr1之间的压差绝对值可大于第一操作电压vdd及第一参考电压vr1之间的压差绝对值。第一操作电压vdd及第一参考电压vr1之间的压差绝对值可大于或等于第三参考电压vr3及第一参考电压vr1之间的压差绝对值，而第三参考电压vr3及第一参考电压vr1之间的压差绝对值则可大于或等于第二参考电压vr2及第一参考电压vr1之间的压差绝对值，且第二参考电压vr2及第一参考电压vr1之间的压差绝对值大于或等于零。在此情况下，井w1与基底sub可进入逆向偏压的状态，且栅极结构g2下方的信道将被截止，亦即第二晶体管120会被截止。
再者，由于栅极结构g1可接收第一操作电压vdd，而栅极结构g2可接收第三参考电压vr3，因此可以降低第一晶体管110及第二晶体管120的栅极至汲极电压，进而也减少了栅极引致汲极漏电流。
图6是开关装置300在第二状态时所接收到的电压示意图。在图6中，井w2可接收第四参考电压vr4，掺杂区d2可接收第一输入电压vi1，栅极结构g2可接收第二输入电压vi2，而栅极结构g1可接收第一操作电压vdd。在有些实施例中，第二输入电压vi2与第四参考电压vr4之间的压差绝对值及第一操作电压vdd与第四参考电压vr4之间的压差绝对值可大于第一输入电压vi1及第四参考电压vr4之间的压差绝对值，且第一输入电压vi1及第四参考电压vr4之间的压差绝对值大于或等于零。在此情况下，栅极结构g1及g2下方的通道将被导通，亦即第一晶体管110及第二晶体管120可被导通。
综上所述，本发明的实施例所提供的开关装置可包含两个晶体管以提升耐受高压的能力。此外，透过在晶体管的汲极/源极端设置浅沟槽隔离结构，可以提升晶体管的崩溃电压，进而使得开关装置能够操作在较高的电压条件下，而无须以高压制程制造。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种开关装置，其特征在于，包含：
p型基底；
第一栅极结构；
第一n型井，形成于所述p型基底上，且有部分设置在所述第一栅极结构的第一侧下方；
浅沟槽隔离结构，形成于所述第一n型井，且有部分设置在所述第一栅极结构的所述第一侧下方；
第一p型井，形成于所述p型基底上，且设置在所述第一栅极结构下方；
第二栅极结构；
第一n型掺杂区，形成于所述p型基底，且设置在所述第一栅极结构的第二侧及所述第二栅极结构的第一侧之间；
第二p型井，形成于所述p型基底，且设置在所述第二栅极结构下方；
第二n型掺杂区，形成于所述第二p型井，且有部分设置在所述第二栅极结构下方。
2.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，另包含第三n型掺杂区，形成于所述第一n型井，且未被所述第一栅极结构所掩盖，其中所述第三n型掺杂区的掺杂浓度大于所述第一n型井的掺杂浓度。
3.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于所述第一n型井具有掺杂浓度梯度。
4.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，另包含第一轻掺杂p型井，形成于所述p型基底，其中：
所述第一n型井是形成于所述第一轻掺杂p型井；及
所述第一轻掺杂p型井的掺杂浓度小于所述第一p型井的掺杂浓度。
5.如权利要求4所述的开关装置，其特征在于所述第一轻掺杂p型井具有掺杂浓度梯度。
6.如权利要求5所述的开关装置，其特征在于所述第一轻掺杂p型井靠近所述第一n型井的部分具有较小的掺杂浓度。
7.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，另包含第二n型井，形成于所述p型基底，其中所述第二n型井的第一部份是设置于所述第一栅极结构下方，所述第二n型井的第二部份是设置于所述第二栅极结构下方，及所述第一n型掺杂区是形成于所述第二n型井。
8.如权利要求7所述的开关装置，其特征在于所述第一n型井及所述第二n型井具有掺杂浓度梯度。
9.如权利要求7所述的开关装置，其特征在于，另包含第二轻掺杂p型井，形成于所述p型基底，其中：
所述第二n型井是形成于所述第二轻掺杂p型井；及
所述第二轻掺杂p型井的掺杂浓度小于所述第二p型井的掺杂浓度。
10.如权利要求9所述的开关装置，其特征在于所述第二轻掺杂p型井具有掺杂浓度梯度。
11.如权利要求10所述的开关装置，其特征在于所述第二轻掺杂p型井靠近所述第二n型井的部分具有较小的掺杂浓度。
12.如权利要求7所述的开关装置，其特征在于所述第一n型井的掺杂浓度大于所述第二n型井的掺杂浓度。
13.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于当所述开关装置在第一状态时：
所述第二n型掺杂区接收第一参考电压；
所述第二栅极结构接收所述第一参考电压；
所述第一栅极结构接收第一操作电压；及
所述第一n型井接收第二操作电压；
其中所述第二操作电压大于所述第一操作电压，及所述第一操作电压大于所述第一参考电压。
14.如权利要求13所述的开关装置，其特征在于：
当所述开关装置是在所述第一状态时，所述第一p型井及所述第二p型井接收第二参考电压；及
所述第二参考电压小于或等于所述第一参考电压。
15.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于当所述开关装置在第二状态时：
所述第二n型掺杂区接收输入电压；及
所述第一栅极结构及所述第二栅极结构接收操作电压；
其中所述操作电压大于或等于所述输入电压。
16.如权利要求15所述的开关装置，其特征在于：
当所述开关装置是在所述第二状态时，所述第一p型井及所述第二p型井接收参考电压；及
所述操作电压大于所述参考电压。
17.一种开关装置，其特征在于，包含：
基底；
第一栅极结构；
第一井，具有第一类型的载子，形成于所述基底上，且有部分设置在所述第一栅极结构的第一侧下方；
第二栅极结构；
第二井，具有第二类型的载子，形成于所述基底，且设置在所述第一栅极结构及所述第二栅极结构的下方；
第一掺杂区，具有所述第一类型的载子，形成于所述第二井，且设置在所述第一栅极结构的第二侧及所述第二栅极结构的第一侧；及
第二掺杂区，具有所述第一类型的载子，形成于所述第二井，且邻接于所述第二栅极结构的第二侧；
其中所述第一类型的载子及所述第二类型的载子具有相异的极性。
18.如权利要求17所述的开关装置，其特征在于，另包含：
隔离结构，以介电材料填充，形成于所述第一井，且设置在所述第一栅极结构的所述第一侧下方。
19.如权利要求17所述的开关装置，其特征在于当所述开关装置在第一状态时：
所述基底及所述第二井接收第一参考电压；
所述第二掺杂区接收第二参考电压；
所述第二栅极结构接收第三参考电压；
所述第一栅极结构接收第一操作电压；及
所述第一井接收第二操作电压；
其中所述第二操作电压及所述第一参考电压之间的第一压差绝对值大于所述第一操作电压及所述第一参考电压之间的第二压差绝对值，所述第二压差绝对值大于或等于所述第三参考电压及所述第一参考电压之间的第三压差绝对值，所述第三压差绝对值大于或等于所述第二参考电压及所述第一参考电压之间的第四压差绝对值，及所述第四压差绝对值大于或等于零。
20.如权利要求19所述的开关装置，其特征在于当所述开关装置在所述第一状态时，所述第二栅极结构下方的信道被截止。
21.如权利要求17所述的开关装置，其特征在于当所述开关装置在第二状态时：
所述第二井接收第四参考电压；
所述第二掺杂区接收第一输入电压；
所述第二栅极结构接收第二输入电压；及
所述第一栅极结构接收操作电压；
其中所述第二输入电压及所述第四参考电压之间的第五压差绝对值及所述操作电压及所述第四参考电压之间的第六压差绝对值大于所述第一输入电压及所述第四参考电压之间的第七压差绝对值，及所述第七压差绝对值大于或等于零。
22.如权利要求21所述的开关装置，其特征在于当所述开关装置在所述第二状态时，所述第一栅极结构下方的信道及所述第二栅极结构下方的信道被导通。
技术总结