專利名稱：作為啟動控制元件的耗乏型晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種作為啟動控制元件的耗乏型晶體管，特別是指一 種可供作為電源電路之啟動裝置，而不需要復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)的耗乏型場 效晶體管(depletion mode FET)。
背景技術(shù)：
從電壓源供應(yīng)電壓至集成電路芯片的電源電路時，經(jīng)常需要使用 到啟動電路。啟動電路的目的是提供啟始偏壓，直到電源電路能夠正 常工作為止。之后，理想的話，啟動電路應(yīng)當(dāng)功成身退，不再耗用任 何電源。其簡單示意圖如圖1所示，由于在電路的啟動階段，電源電 路200本身尚無電源，因此必須提供一個啟動電路10,以對電容器C 進行充電，直到節(jié)點Vbias處的電壓到達默認(rèn)值，能夠啟動電源電路為 止。當(dāng)電源電路啟動之后，即可自行工作(例如通過別的路徑從電壓 源100取得電力、并轉(zhuǎn)換成芯片所需的直流低壓Vdd,其詳細內(nèi)容為 本技術(shù)領(lǐng)域者所熟知，在此不予贅示)。
上述啟動電路IO，現(xiàn)有技術(shù)中對此最簡單的作法如圖2所示。由 于啟動電路10，應(yīng)該只消耗很少的電流，故最簡單的作法是提供一個 大電阻20。電阻20將電壓源IOO而來的電壓轉(zhuǎn)換成低電流，并對電容 器C進行充電，直到節(jié)點Vbias處的電壓到達默認(rèn)值。而節(jié)點Vbias 處的電壓，舉例而言，可供驅(qū)動一個在電源電路200內(nèi)的脈寬調(diào)變電 路12，由該脈寬調(diào)變電路12來控制電源電路200的工作(其詳細內(nèi)容 亦為本技術(shù)領(lǐng)域者所熟知，故在此不予贅示)。
在圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)中，由于電壓源IOO所提供的電壓經(jīng)常相 當(dāng)高，故電阻20必須相當(dāng)大，才能達成限流的功能。但如此一來，造
成電阻20在芯片內(nèi)所占面積過大、且會產(chǎn)生大量的熱。此外，此種設(shè) 計，并無自動關(guān)閉啟動電路的機制；耗電與熱的問題，不但相當(dāng)嚴(yán)重， 且在電源電路啟動之后，還會持續(xù)。因此，此種設(shè)計雖然簡單，但并 不理想。
另一種現(xiàn)有技術(shù)的作法揭示于美國專利第5，285，369號中。該案之 電路相當(dāng)復(fù)雜，經(jīng)簡化后其概念大致如圖3所示，是利用金氧半場效 晶體管(以下簡稱MOSFET)中寄生接面晶體管的特性，將MOSFET 84 分解視為包含一個接面場效晶體管(以下簡稱JFET)86與一個MOSFET 88。 JFET86為耗乏型晶體管，本身具有限流的功能，且由于其耗乏型 之特性，在柵極接地的電路設(shè)計下，將常態(tài)維持為導(dǎo)通狀態(tài)。該案從 JFET 86與MOSFET 88之間的節(jié)點取出電流，使用該電流來啟動一個 控制電路14，此控制電路14一方面對電容器C進行充電， 一方面可在 節(jié)點Vbias處的電壓到達默認(rèn)值時，發(fā)出控制訊號，關(guān)閉MOSFET 88， 以切斷由MOSFET 84和控制電路14所構(gòu)成的整體啟動電路。
上述圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)，雖能達成自動關(guān)閉啟動電路的功能， 且電路所產(chǎn)生的熱遠較圖2電路為低，但詳細參酌該案可知，其控制 電路14的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，并不能令人滿意。
因此，在美國專利第5,477,175號中，揭示另一種電路結(jié)構(gòu)，其設(shè) 計即較圖3所示電路為簡單。如圖4所示，在該案中，是直接從JFET 101 與MOSFET 102間的節(jié)點取出電流，并使用一個電阻器103來將電流 轉(zhuǎn)換成電壓，以控制MOSFET 102的柵極，使其導(dǎo)通。由于電阻器103 的目的僅需提供足以令MOSFET 102導(dǎo)通的電壓，因此電阻器103毋 需太大，其產(chǎn)生熱的問題并不嚴(yán)重。當(dāng)電源電路200啟動后，可通過 控制節(jié)點113，將開關(guān)晶體管109關(guān)閉，即可切斷流過電阻器103的電 流。
上述圖4所示的電路，其復(fù)雜度雖較美國專利第5,285,369號現(xiàn)有
技術(shù)已有大幅改善，但未臻完全理想。
有鑒于此，本發(fā)明即針對上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提出一種較佳之 啟動電路，其中以耗乏型晶體管作為啟動控制元件，而得以大幅簡化 電路結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之第一目的在于提供一種作為啟動控制元件的耗乏型晶體 管，以簡單的結(jié)構(gòu)，達成啟動電路的功能。
本發(fā)明之第二目的在于提供一種啟動電路。
本發(fā)明之第三目的在于提供一種作為啟動控制元件的半導(dǎo)體元件。
為達上述之目的，在本發(fā)明的其中一個實施例中，提供了一種作 為啟動控制元件的耗乏型晶體管，其包含 一個第一耗乏型接面晶體 管，其源極或漏極的第一端與一電壓源連接，柵極接地；以及一個第 二耗乏型晶體管，其源極或漏極的第一端與該第一耗乏型接面晶體管 的源極或漏極的第二端連接，其柵極可受控使該第二耗乏型晶體管關(guān) 閉。
在前述第一個實施例中，第二耗乏型晶體管以接面晶體管為佳。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，也提供了一種啟動電路，其 包含 一個常態(tài)導(dǎo)通的第一晶體管；以及一個與第一晶體管連接的第 二耗乏型晶體管，其為常態(tài)導(dǎo)通，但可受控而關(guān)閉。
根據(jù)本發(fā)明的又另一個實施例，也提供了一種半導(dǎo)體元件，包含 具有第一傳導(dǎo)型態(tài)的基體；具有第二傳導(dǎo)型態(tài)且彼此隔開的第一與第
二井區(qū)，此兩井區(qū)在常態(tài)下彼此導(dǎo)通；具有第一傳導(dǎo)型態(tài)的第三井區(qū)， 位于上述彼此隔開的第一與第二井區(qū)之間；以及具有第一傳導(dǎo)型態(tài)的 第四井區(qū)，與該第三井區(qū)隔開，且與基體導(dǎo)通，其中，此半導(dǎo)體元件 供作為啟動控制元件。
以下通過具體實施例詳加說明，當(dāng)更容易了解本發(fā)明之目的、技 術(shù)內(nèi)容、特點及其所達成之功效。


圖1為啟動電路的概念說明圖。
圖2為現(xiàn)有技術(shù)中.以電阻器來構(gòu)成啟動電路的示意電路圖。
圖3為示意電路圖；說明現(xiàn)有技術(shù)啟動電路的一例。
圖4為示意電路圖.說明現(xiàn)有技術(shù)啟動電路的另一例。
圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施例的示意電路圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體剖面示意圖。
圖7為根據(jù)本發(fā)明一更具體實施例的半導(dǎo)體剖面示意圖。
圖中符號說明
10啟動電路
12脈寬調(diào)變電路
14控制電路
20電阻器
30基體
40N型井區(qū)
41N型井區(qū)
42N型輕摻雜區(qū)
43N型重?fù)诫s區(qū)
50N型井區(qū)
51N型井區(qū)
52N型輕摻雜區(qū)
53N型重?fù)诫s區(qū)60P型井區(qū)70P型井區(qū)84金氧半場效晶體管86接面場效晶體管88金氧半場效晶體管100電壓源101接面場效晶體管102金氧半場效晶體管103電阻器109開關(guān)晶體管113控制節(jié)點200電源電路300啟動電路400耗乏型晶體管401接面場效晶體管402耗乏型場效晶體管Al箭號C電容器D漏極FOX場氧化物G節(jié)點Vbias節(jié)點Vdd直流電壓具體實施方式
請參考圖5，其中以示意電路圖的方式顯示本發(fā)明的一個實施例。 如圖所示，本實施例中，在電壓源100與電源電路200間的啟動電路， 使用一個耗乏型晶體管400來構(gòu)成。在所示實施例中，此晶體管400 為耗乏型FET，其等效電路如圖所示，包含一個耗乏型JFET401與一
個耗乏型場效晶體管(以下簡稱FET) 402;其中，耗乏型JFET 401 最好是能承受高電壓的高壓元件，而耗乏型FET402則可為低壓元件。 所謂的高壓，是對應(yīng)于電壓源100所供應(yīng)的電壓，而所謂的低壓，是 指相對于高壓而言為低壓。圖5中，由于耗乏型JFET401的柵極接地，故其維持為導(dǎo)通狀態(tài)， 且由于其耗乏型之特性.本身具有限流的功能，達到啟動電路低電流 的要求。本發(fā)明的特點在于，F(xiàn)ET402也采用耗乏型晶體管；其柵極節(jié) 點G可與電源電路200內(nèi)部的控制節(jié)點(未示出)連接。在電路啟始 階段，由于電源電路200內(nèi)并無電流，因此柵極節(jié)點G處并無電壓， 形同接地。故耗乏型FET402導(dǎo)通，可將耗乏型JFET401上的電流傳 導(dǎo)給電源電路200。當(dāng)電源電路200啟動后，內(nèi)部產(chǎn)生電流，即可藉此 控制柵極節(jié)點G，提高其電壓，而將耗乏型FET 402關(guān)閉，達成省電 目的。在以上電路中，并不需要復(fù)雜的控制機制，其電路較圖4所示的 電路更為簡單；除此之外，啟動電路中沒有使用任何電阻器，因此更 無散熱問題。耗乏型FET 402，可以為MOSFET，也可以為接面晶體管，但以 采用接面晶體管為較佳因其控制柵極為P/N接面，可耐受更高的反 向崩潰電壓。除此之外，與MOSFET相較，柵極與源極之間的P/N接 面，可提供更佳的靜電防護(ESD protection)。因此，在圖5所示的 示意電路中，是將FET 402繪示為接面場效晶體管，但這并不排除以 其它形式的耗乏型晶體管來制作FET 402，也仍屬本案的范圍。上述示意電路，利用半導(dǎo)體制程技術(shù)制作時，其半導(dǎo)體剖面之一 簡化實施例可參見圖6。如圖所示，在P型基體30上，設(shè)有N型的井 區(qū)40、 50，以分別構(gòu)成耗乏型晶體管400的源極區(qū)與漏極區(qū)，或更詳 言之，分別是FET402的源極區(qū)與JFET401的漏極區(qū)。N型井區(qū)40、 50分別通過源極節(jié)點S與漏極節(jié)點D而與圖5中的Vbias和電壓源100 連接。由于漏極D與源極S的電位差，以及摻雜雜質(zhì)的擴散漂移作用， 如箭號A1所示，在N型井區(qū)40、 50之間的區(qū)域45，已存在有N型的 雜質(zhì)。此一區(qū)域45，即相當(dāng)于JFET401的源極區(qū)與FET402的漏極區(qū)， 兩者互相連接。FET402的漏極區(qū)45與源極區(qū)40事實上已經(jīng)導(dǎo)通；但 此一區(qū)域的導(dǎo)通，可藉由對P型井區(qū)60加壓而夾止。簡言之，N型井 區(qū)40、 P型井區(qū)60、和N型雜質(zhì)漂移區(qū)45，構(gòu)成一個耗乏型接面晶體 管，亦即圖5中之FET 402。另一方面，在基體30上，距離FET402不遠處，另設(shè)有P型的井 區(qū)70，其作用是作為圖5中之JFET 401的柵極。P型井區(qū)70與基體 30電連接，因此，可將N型雜質(zhì)漂移區(qū)45、 P型井區(qū)70(基體30)、 和N型井區(qū)50，視為一個耗乏型接面晶體管，亦即圖5中之JFET 401。當(dāng)然，以上半導(dǎo)體剖面結(jié)構(gòu)中，需適當(dāng)?shù)厥褂醚趸飦韺⒅鲃釉?件區(qū)予以隔開，如圖中的場氧化物FOX所示。上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之更具體實施例可參見圖7。如圖所示，P型基 體30可包含一個重?fù)诫s的本體31，和一個以磊晶方式生長出、并摻有 P型雜質(zhì)的磊晶層32。 N型井區(qū)40、 50可個別包含一個N型井區(qū)41、 51; N型淡摻雜區(qū)42、 52;和N型濃摻雜區(qū)43、 53。 P型井區(qū)60與 70分別可為濃摻雜之井區(qū)。以上所述之半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，可制作較佳的晶 體管元件。以上已針對較佳實施例來說明本發(fā)明，唯以上所述者，僅系為使 熟悉本技術(shù)者易于了解本發(fā)明的內(nèi)容而己，并非用來限定本發(fā)明之權(quán) 利范圍。如前所述，本發(fā)明的主要概念在于，使用耗乏型晶體管來制 作啟動電路的控制元件；由于耗乏型晶體管具有常態(tài)導(dǎo)通的特性，且 有自然的限流功能，因此恰符合啟動電路的需求。在電源電路的啟始 階段，耗乏型晶體管常態(tài)導(dǎo)通；而當(dāng)電源電路啟動后，內(nèi)部產(chǎn)生電力，
即可藉此關(guān)閉耗乏型晶體管。在此精神下，熟悉本技術(shù)者可以思及各 種等效變化，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，啟動電路未必限 于用來啟動電源電路，亦可提供其它啟動用途；其啟動電源電路200 的方式，未必局限于對電容充電；電源電路200的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可為任何型態(tài)；半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的各井區(qū)結(jié)構(gòu)、摻雜濃度、場氧化物位置安排， 可有各種變化；等等。故凡依本發(fā)明之概念與精神所為之均等變化或修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明之申請專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種作為啟動控制元件的耗乏型晶體管，包含一個第一耗乏型接面晶體管，其源極或漏極之第一端與一電壓源連接，柵極接地；以及一個第二耗乏型晶體管，其源極或漏極之第一端與該第一耗乏型接面晶體管的源極或漏極之第二端連接，其柵極可受控使該第二耗乏型晶體管關(guān)閉。
2. 如權(quán)利要求l所述的作為啟動控制元件的耗乏型晶體管，其中 該第二耗乏型晶體管為接面晶體管。
3. 如權(quán)利要求1所述的作為啟動控制元件的耗乏型晶體管，其中 該第二耗乏型晶體管的源極或漏極之第二端連接一個電容器。
4. 如權(quán)利要求l所述的作為啟動控制元件的耗乏型晶體管，其中 該啟動控制元件構(gòu)成一啟動電路，以啟動一個電源電路。
5. 如權(quán)利要求l所述的作為啟動控制元件的耗乏型晶體管，其中 該第一耗乏型接面晶體管可耐受高壓，而該第二耗乏型晶體管為低壓 元件。
6. —種啟動電路，包含 一個常態(tài)導(dǎo)通的第一晶體管；以及一個與第一晶體管串聯(lián)的第二耗乏型晶體管，其為常態(tài)導(dǎo)通，但 可受控而關(guān)閉。
7. 如權(quán)利要求6所述的啟動電路，其中該第二晶體管為耗乏型場 效晶體管，可藉控制其柵極而將其關(guān)閉。
8. 如權(quán)利要求6所述的啟動電路，其中該第一晶體管為耗乏型接面晶體管。
9. 如權(quán)利要求6所述的啟動電路，其中該第一與第二晶體管皆為 耗乏型接面晶體管。
10. 如權(quán)利要求6所述的啟動電路，其中該第一晶體管可耐受高 壓，而該第二耗乏型晶體管為低壓元件。
11. 如權(quán)利要求6所述的啟動電路，其中該第一與第二晶體管利 用半導(dǎo)體制程制作成為一整合元件。
12. 如權(quán)利要求6所述的啟動電路，該啟動電路供連接在一電壓 源與一電容器之間。
13. —種半導(dǎo)體元件，包含 具有第一傳導(dǎo)型態(tài)的基體；具有第二傳導(dǎo)型態(tài)且彼此隔開的第一與第二井區(qū)，此兩井區(qū)在常 態(tài)下彼此導(dǎo)通；具有第一傳導(dǎo)型態(tài)的第三井區(qū)，位于上述彼此隔開之第一與第二 井區(qū)之間；以及具有第一傳導(dǎo)型態(tài)的第四井區(qū)，與該第三井區(qū)隔開，且與基體導(dǎo)通，其中，此半導(dǎo)體元件系供作為啟動控制元件。
14. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體元件，其中該第一傳導(dǎo)型態(tài)為P 型，第二傳導(dǎo)型態(tài)為N型。
15. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體元件，其中該第三井區(qū)可受控而 切斷第一與第二井區(qū)之導(dǎo)通。
16. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體元件，其中該第四井區(qū)接地。
17. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體元件，其中該基體包含一本體與一磊晶生長層。
18. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體元件，其中該第一與第二井區(qū)之 內(nèi)另包含有濃摻雜區(qū)及淡摻雜區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種作為啟動控制元件的耗乏型晶體管，其包含一個第一耗乏型接面晶體管，其源極或漏極的第一端與一電壓源連接，柵極接地；以及一個第二耗乏型晶體管，其源極或漏極的第一端與該第一耗乏型接面晶體管的源極或漏極的第二端連接，其柵極可受控使該第二耗乏型晶體管關(guān)閉。本發(fā)明提供的作為啟動控制元件的耗乏型晶體管，以簡單的結(jié)構(gòu)，達成啟動電路的功能。
文檔編號H03K17/687GK101162897SQ20061014165
公開日2008年4月16日 申請日期2006年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月9日
發(fā)明者張光銘, 鄭謙興 申請人:立锜科技股份有限公司