(57)【要約】      （修正有）【課題】含まれる構成要素には同一のロジックプロセスと互換性があり、高電圧プロセスを用いることによる製造および集積化の余分なコストを節約することができる高電圧電力制御システムを提供する。【解決手段】ロジックプロセスと互換性がある高電圧電力制御システム１００であって、高電圧電力制御システムの高電圧出力を制御し、少なくとも複数の低電圧デバイスを備えるマイクロコントローラユニット１１０と、マイクロコントローラユニットと電気的に接続され、少なくとも複数の低電圧デバイス、複数の中電圧デバイス、及び複数の横方向拡散トランジスタを備える組み込み不揮発性メモリ１２０と、マイクロコントローラユニットと電気的に接続され、高電圧電力制御システムの高電圧出力を出力し、少なくとも複数の中電圧デバイス及び複数の横方向拡散トランジスタを備える高電圧ドライバ１３０とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロジックプロセスと互換性がある高電圧電力制御システムであって、
当該高電圧電力制御システムの高電圧出力を制御し、少なくとも複数の低電圧デバイスを備えるマイクロコントローラユニットと、
前記マイクロコントローラユニットと電気的に接続され、少なくとも複数の低電圧デバイス、複数の中電圧デバイス、及び複数の横方向拡散トランジスタを備える組み込み不揮発性メモリと、
前記マイクロコントローラユニットと電気的に接続され、当該高電圧電力制御システムの前記高電圧出力を出力し、少なくとも複数の中電圧デバイス及び複数の横方向拡散トランジスタを備える高電圧ドライバとを有する、
高電圧電力制御システム。
【請求項２】
電源を前記高電圧ドライバに提供し、少なくとも複数の中電圧デバイス及び複数の横方向拡散トランジスタを備える調整可能な高電圧ポンプ回路をさらに有する、
請求項１記載の高電圧電力制御システム。
【請求項３】
前記横方向拡散トランジスタのゲート酸化物の厚さは、高電圧プロセスによって形成されるトランジスタのゲート酸化物の厚さよりも薄い、
請求項１記載の高電圧電力制御システム。
【請求項４】
前記組み込み不揮発性メモリは、前記マイクロコントローラユニットの動作用の、プログラムコード、パラメータ設定、識別情報又はセキュリティ情報を記憶するように構成される、
請求項１記載の高電圧電力制御システム。
【請求項５】
前記複数の中電圧デバイスは３Ｖ〜４Ｖで動作をサポートする、
請求項１記載の高電圧電力制御システム。
【請求項６】
前記複数の小電圧デバイスは１．２Ｖまで又は１．８Ｖまでの動作をサポートする、
請求項５記載の高電圧電力制御システム。
【請求項７】
前記横方向拡散トランジスタは３Ｖ〜１２Ｖで動作をサポートする、
請求項５記載の高電圧電力制御システム。
【請求項８】
前記複数の中電圧デバイスは５Ｖ〜６Ｖで動作をサポートする、
請求項１記載の高電圧電力制御システム。
【請求項９】
前記複数の小電圧デバイスは１．５Ｖまで又は１．８Ｖまでの動作をサポートする、
請求項８記載の高電圧電力制御システム。
【請求項１０】
前記横方向拡散トランジスタは８Ｖ〜１２Ｖで動作をサポートする、
請求項８記載の高電圧電力制御システム。
【請求項１１】
電源を前記高電圧ドライバ及び前記不揮発性メモリへ提供する高電圧源をさらに備える、
請求項１記載の高電圧電力制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧電力制御システムに関し、特に、ロジックプロセスと互換可能な高電圧電力制御システムに関する。
（関連出願）
本出願は、2013年8月19日に出願された米国出願第61/867,566号に対する優先権を主張し、この出願の開示は、本明細書において、その基礎出願全体を参照により援用する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧電力制御に用いられるマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）は、デジタルパワーマネジメントやタッチパネル制御等、多くの異なるアプリケーションに採用されている。
ＭＣＵは元来、ロジック信号制御のために設計されているので、ＭＣＵの入力及び出力の電圧レベルは、多くは１．２Ｖ〜５Ｖの間にある。従って、ＭＣＵは、５Ｖ〜１８Ｖの高電圧の入力及び出力に耐える高電圧デバイスを必要とする。
ＭＣＵ及び高電圧デバイスに用いられる異なる電圧の要求により、ＭＣＵと高電圧デバイスとを同一のロジックプロセスで生成することが難しくなる。即ち、ＭＣＵはロジックプロセスによって製造される一方、高電圧デバイスは高電圧プロセスによって製造される。
【０００３】
高電圧プロセスは、低電圧、中電圧及び高電圧をサポートするデバイスを製造するのに用いられる。図１を参照する。図１は、高電圧プロセスによって製造されたトランジスタＴ１〜Ｔ６を示す。トランジスタＴ１及びＴ２は、１．２Ｖ，１．５Ｖ又は１．８Ｖをサポートする低電圧デバイス用であり、トランジスタＴ３及びＴ４は、３．３Ｖ又は５Ｖをサポートする中電圧デバイス用であり、トランジスタＴ５及びＴ６は、１０Ｖよりも大きい電圧をサポートする高電圧デバイス用である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１に示すように、高電圧動作に耐えるように、トランジスタＴ５及びＴ６のゲート酸化物の厚みは、トランジスタＴ１〜Ｔ４のゲート酸化物の厚みより分厚い。例えば、トランジスタＴ５及びＴ６のゲート酸化物の厚みは２５０Åである一方、トランジスタＴ３及びＴ４のゲート酸化物の厚みはサポート電圧に応じて７０Å又は１３０Åであり、トランジスタＴ１及びＴ２のゲート酸化物の厚みは５０Å未満である。
さらに、トランジスタＴ５に用いられる高電圧ＮウェルＨＶＮＷは、トランジスタＴ１及びＴ３に用いられるＮウェルＮＷ１及びＮＷ２よりも低いドーピング濃度である。トランジスタＴ６に用いられる高電圧ＰウェルＨＶＰＷは、トランジスタＴ２及びＴ４に用いられるＰウェルＰＷ１及びＰＷ２よりも低いドーピング濃度である。
さらに、高電圧プロセスでは、ロジックプロセスが必要とする分よりも多く、マスクや追加手順が必要である。結果として、追加の高電圧プロセスは、製造コストが増加するだけではなく、集積化を困難にする。
【０００５】
そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した、構成要素には同一のロジックプロセスと互換性があり、高電圧プロセスを用いることによる製造および集積化の余分なコストを節約することができる高圧電力制御システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様のロジックプロセスと互換性がある高電圧電力制御システムは、マイクロコントローラユニットと、組み込み不揮発性メモリと、高電圧ドライバと、を有する。前記マイクロコントローラユニットは、高電圧電力制御システムの高電圧出力を制御し、少なくとも複数の低電圧デバイスを備える。前記組み込み不揮発性メモリは、前記マイクロコントローラユニットと電気的に接続され、少なくとも複数の低電圧デバイス、複数の中電圧デバイス、及び複数の横方向拡散トランジスタを備える。前記高電圧ドライバは、前記マイクロコントローラユニットと電気的に接続され、当該高電圧電力制御システムの高電圧出力を出力し、少なくとも複数の中電圧デバイス及び複数の横方向拡散トランジスタを備える。この高電圧電力制御システムは、ロジックプロセスと互換性がある。
【０００７】
本発明の他の態様の高電圧電力制御システムは調整可能な高電圧ポンプ回路をさらに有する。調整可能な高電圧ポンプ回路は、電源を前記高電圧ドライバに提供し、少なくとも複数の中電圧デバイス及び複数の横方向拡散トランジスタを備える。
【０００８】
本発明のこれらの及び他の目的は以下の詳細の説明に様々な図面に示されている好ましい実施形態を読むと、当業者にとって実施可能な程度に明らかとなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、高圧電力制御システム内のすべての構成要素には同一のロジックプロセスと互換性があるので、高電圧プロセスを用いることによる製造および統合の余分なコストを節約することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来例に係る高電圧プロセスによって製造されたトランジスタを示す。
【図２】本発明のある実施形態に係る高電圧電力制御システムを示す。
【図３】本発明のある実施形態に係る横方向拡散トランジスタ構造を示す。
【図４】本発明の他の実施形態に係る高電圧電力制御システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図２を参照する。図２は本発明のある実施形態の高電圧電力制御システム（High Voltage Power Control System）１００を示す。
高電圧電力制御システム１００は、マイクロコントローラユニット１１０と、組み込み不揮発性メモリ１２０と、高電圧ドライバ１３０とを備える。マイクロコントローラユニット１１０は、高電圧電力制御システム１００の高電圧出力１３２を制御するように構成されている。組み込み不揮発性メモリ１２０及び高電圧ドライバ１３０はマイクロコントローラユニット１１０へ電気的に接続されている。ある実施形態では、マイクロコントローラユニット１１０はシステム環境を監視し、システムパラメータ設定、所定のアルゴリズムプログラム、識別情報又はセキュリティ情報に応じた適切な制御信号１１２を出力する。マイクロコントローラユニット１１０の動作のために必要な、パラメータ設定、プログラムコード、識別情報又はセキュリティ情報は組み込み不揮発性メモリ１２０にその後記憶される。一旦マイクロコントローラユニット１１０が計算を終了すると、マイクロコントローラユニット１１０は制御信号１１２を出力する。
高電圧ドライバ１３０は制御信号１１２を受信して、制御信号１１２の電圧をより高い電圧レベルへ駆動することによって、高電圧電力制御システム１００の高電圧出力１３２を出力する。
【００１２】
マイクロコントローラユニット１１０は低電圧でのロジック信号動作用に設計されているので、マイクロコントローラユニット１１０は１．２Ｖ，１．５Ｖ，１．８Ｖ等の低電圧をサポートする複数の低電圧デバイスを少なくとも備えている。別の実施形態では、マイクロコントローラユニット１１０は、例えば３Ｖ〜４Ｖ又は５Ｖ〜６Ｖの中電圧動作をサポートすることも必要とする。この場合、マイクロコントローラユニット１１０は、中電圧動作をサポート可能な複数の中電圧デバイスをさらに備える。ここでのロジックプロセスは、共通システムのための１．２Ｖ，１．５Ｖ，１．８Ｖ，３．３Ｖ，５Ｖ及び６Ｖ以内の電圧範囲をサポートする低〜中電圧レールの製造プロセスに言及しているので、マイクロコントローラユニット１１０はロジックプロセスと互換性がある。
これに対して、８Ｖ，１０Ｖ，又はそれよりも高い電圧等、より高電圧の動作用に設計されたデバイスは一般的に、高電圧プロセスを必要とする。ロジックプロセスと比較して、高電圧プロセスでは、より厚いゲート酸化物とソース及びドレインでの低いドーピング濃度であるため、デバイスは高電圧動作に耐えることができる。
組み込み不揮発性メモリ１２０はまた高電圧動作をサポートすることを必要とするため、組み込み不揮発性メモリ１２０は複数の低電圧デバイス、複数の中電圧デバイス、及び高電圧動作をサポートするデバイスを含んでもよい。同様に、高電圧ドライバ１３０は複数の中電圧デバイス及び高電圧動作をサポートするデバイスを含んでもよい。
米国特許登録8,373,485号では、高電圧モードと低電圧モードとのどちらかで動作可能な電圧レベルシフトデバイスを教示しており、本明細書で参照する。従って、この米国特許登録8,373,485号の教示と同様に、組み込み不揮発性メモリが高電圧動作に依然として耐えてながら、組み込み不揮発性メモリ１２０はマイクロコントローラユニット１１０と同一のロジックプロセスによって形成することができる。
【００１３】
図３を参照する。図３は本発明のある実施形態に係る横方向拡散トランジスタ構造（Lateral Diffused Transistor Structure）２００を示す。横方向拡散トランジスタ構造２００は、ロジックプロセスによって形成されているが、高電圧に耐えることができる。
横方向拡散トランジスタ構造２００は、Ｐ基板２１０、ディープＮウェル２１２、該ディープＮウェル内にある第１Ｎウェル２１４、ディープＮウェル２１２内で第１Ｎウェル２１４と隣接して配置される第１Ｐウェル２１６、Ｐ基板２１０内に配置される第２Ｐウェル２１８、及びＰ基板２１０内で第２Ｐウェル２１８と隣接して配置される第２Ｎウェル２２０とを備える。
横方向拡散トランジスタ構造２００は、さらに第１Ｎウェル２１４内の第１Ｐ＋ドープ領域２２２、第１Ｎウェル２１４と第１Ｐウェル２１６との間にある、第２Ｐ＋ドープ領域２２４、第１Ｐウェル２１６内の第３Ｐ＋ドープ領域２２６、第１Ｐ＋ドープ領域２２２及び第２Ｐ＋ドープ領域２２４の間に配置された第１ゲート構造２２８、及び第１Ｐウェル２１６内であって第２Ｐ＋ドープ領域２２４及び第３Ｐ＋ドープ領域２２６の間に配置された浅いトレンチ分離領域２３０を備えている。
従って、横方向拡散ＰＭＯＳトランジスタは中電圧動作ＰＭＯＳトランジスタと、第３Ｐ＋ドープ領域２２６及び第１Ｐウェル２１６によって形成された第１の特別に設計されたドレインとで構成されている。
典型的に、中電圧動作用のＰＭＯＳトランジスタの降伏電圧（Breakdown Voltage）は３Ｖ〜４Ｖ又は５Ｖ〜６Ｖであるが、横方向拡散ＰＭＯＳトランジスタは、第１の特別に設計されたドレインの補助によって、高電圧動作に耐えることができる。
第１Ｐウェル２１６は、ドーピング濃度がＰ＋ドープ領域２２２，２２４，２２６よりも低いので、第３Ｐ＋ドープ領域２２６と第１Ｐウェル２１６は、高電圧源を第３Ｐ＋ドープ領域２２６に印加した時の分割抵抗と等価になる。よって、第１の特別に設計された奴ドレインを用いることにより、横方向拡散ＰＭＯＳトランジスタによって耐える高電圧のストレスが等価分割抵抗によって軽減され、横方向拡散ＰＭＯＳトランジスタは高電圧動作にも用いることができる。
【００１４】
その上、横方向拡散トランジスタ構造２００は、さらに、第２Ｐウェル２１８内に第４Ｎ＋ドープ領域２３２、第２Ｐウェル２１８と第２Ｎウェル２２０との間に第５Ｎ＋ドープ領域２３４、第２Ｎウェル２２０内に第６Ｎ＋ドープ領域２３６、第４Ｎ＋ドープ領域２３２及び第５Ｎ＋ドープ領域２３４の間に第２ゲート構造２３８、及び第２Ｎウェル２２０内であって第５Ｎ＋ドープ領域２３４と第６Ｎ＋ドープ領域２３６との間に浅いトレンチ分離領域２４０をさらに備えている。
従って、横方向拡散ＮＭＯＳトランジスタは中電圧動作用のＮＭＯＳトランジスタと、第６Ｎ＋ドープ領域２３６及び第２Ｎウェル２２０によって形成された第２の特別に設計されたドレインとで構成されている。
典型的には中電圧動作用のＮＭＯＳトランジスタの降伏電圧は、３Ｖ〜４Ｖ又は５Ｖ〜６Ｖであるが、横方向拡散ＮＭＯＳは、第２の特別に設計されたドレインの補助によって、高電圧動作に耐えることができる。
第２Ｎウェル２２０は、ドーピング濃度がＮ＋ドープ領域２３２，２３４，２３６よりも低いので、第６Ｎ＋ドープ領域２３６と第２Ｎウェル２２０は、高電圧源を第６Ｎ＋ドープ領域２３６に印加した時の分割抵抗と等価になる。よって、第１の特別に設計された奴ドレインを用いることにより、横方向拡散ＰＭＯＳトランジスタによって耐える高電圧のストレスが等価分割抵抗によって軽減され、横方向拡散ＮＭＯＳトランジスタは高電圧動作にも用いることができる。
【００１５】
ある実施形態では、横方向拡散トランジスタ構造２００が一般的な（汎用、Generic）３Ｖ〜４Ｖロジックプロセスによって形成されると、３Ｖ〜１２Ｖの高電圧で動作できる。この場合、第１ゲート構造２２８又は第２ゲート構造２３８のゲート酸化物の厚さは、６０Å〜８０Åの範囲であって、高電圧プロセスで用いられる２５０Åよりも厚いゲート酸化物よりも大幅に薄い。この設定では、例えば、組み込み不揮発性メモリ１２０及び高電圧ドライバ１３０に備えられた複数の中電圧デバイスは３Ｖ〜４Ｖで動作をサポートし、マイクロコントローラユニット１１０及び組み込み不揮発性メモリ１２０に備えられた複数の小電圧デバイスは１．２Ｖまで又は１．８Ｖまでの動作をサポートする。
他の実施形態において、横方向拡散トランジスタ構造２００が一般的な５〜６Ｖロジックプロセスによって形成されると、８Ｖ〜１８Ｖの高電圧で動作させることができる。この場合、第１ゲート構造２２８又は第２ゲート構造２３８の厚さは１２０Å〜１４０Åの範囲にあり、高電圧プロセスにて用いられるゲート酸化物の厚さよりの未だに薄い。この設定では、例えば、組み込み不揮発性メモリ１２０及び高電圧ドライバ１３０に備えられた複数の中電圧デバイスは５Ｖ〜６Ｖで動作をサポートし、マイクロコントローラユニット１１０及び組み込み不揮発性メモリ１２０に備えられた複数の小電圧デバイスは１．５Ｖまで又は１．８Ｖまでの動作をサポートする。
さらに、上述の横方向拡散トランジスタ構造は、本発明のより好ましい実施形態を説明しているが、本発明はこれに制限されない。
【００１６】
上述の横方向拡散トランジスタ構造を採用することで、組み込み不揮発性メモリ１２０及び高電圧ドライバ１３０は、ロジックプロセスと互換可能でありながら、高電圧動作をサポートできる。その結果、高電圧電力制御システム１００の全ての構成要素は同一のロジックプロセスと互換可能であって、高電圧プロセスを用いることによる、余分な製造コストや集積化を省くことができる。
【００１７】
図４を参照する。図４は、本発明の他の実施形態に係る高電圧電力制御システム３００を示す。高電圧電力制御システム３００は高電圧電力制御システム１００と同じ構成を有し、さらに、調整可能な高電圧ポンプ回路３４０を備える。調整可能な高電圧ポンプ回路３４０は電源を高電圧ドライバ１３０に提供するように構成されている。他の実施形態として、高電圧ポンプ回路３４０は、必要に応じて電源を組み込み不揮発性メモリ１２０に提供する。
電源は高電圧レールを含み、上述の横方向拡散トランジスタ構造を、調整可能な高電圧ポンプ回路３４０内に採用することができるため、調整可能な高電圧ポンプ回路３４０は同一のロジックプロセスによって形成されることができる。
しかし、高電圧ポンプ回路３４０は、常に必要という訳ではない。例えば高電圧電源がシステム内で使用可能である場合、高電圧ポンプ回路３４０は高電圧電源によって直接置き換えられる。
【００１８】
要するに、本発明の複数の実施形態に係る高電圧電力制御システムにおいて、高電圧電力制御システムは進化し、余分なマスクやコストなしで、同一のロジックプロセスを用いて製造することができる。さらに、高電圧電力制御システムの各部分はロジックプロセスと互換可能であって、集積化がより簡単になり、歩留りを向上させることができる。
【００１９】
当業者は、本発明の教示を保持しながら、多くの改変および装置及び方法の変更がなされ得ることを観察する。従って、上記の開示は、添付の特許請求の範囲によって限定されると解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００２０】
１００  高電圧電力制御システム
１１０  マイクロコントローラユニット
１１２  制御信号
１２０  組み込み不揮発性メモリ
１３０  高電圧ドライバ
１３２  高電圧出力
２００  横方向拡散トランジスタ構造
３００  高電圧電力制御システム
３４０  高電圧ポンプ回路
【図１】
2015038972.tif 000003
【図２】
2015038972.tif 000004
【図３】
2015038972.tif 000005
【図４】
2015038972.tif 000006