JP5994939B2 - 半導体装置 - Google Patents
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従来、このパワーデバイスの駆動および制御は、フォトカプラなどの半導体素子やトランスなどの電子部品を組み合わせて構成した電子回路によって行っていた。しかし、近年LSI(大規模集積回路)技術の進歩により、定格電圧が1200Vまでの高耐圧集積回路装置が実用化されている。
この図10ではパワーモジュール71はパワーデバイスであるIGBTとダイオードによって構成されている。また、IGBTの代わりにMOSFETであっても良い。図10ではIGBTは上アーム出力素子Q1〜Q3、下アーム出力素子Q4〜Q6、ダイオードはD1〜D6で示されている。
主電源VCC2の高電位側端子(=VCC2H端子)は、Q1、Q2、Q3のコレクタに接続し、低電位側端子(=VCC2L端子)は、Q4、Q5、Q6のエミッタに接続する。
主電源VCC2は、通常AC100〜400Vと高電圧である。特にQ4,Q5,Q6がそれぞれオフ状態で、Q1,Q2,Q3がオン状態の時はQ1,Q2,Q3のエミッタ電位がそれぞれ高電圧になる。
そのため、これらのゲートを駆動する場合にエミッタ電位より更に高い電圧で駆動しなければならない。
また、主回路駆動回路72の入出力端子I/O(Input/Output)は通常マイクロコンピュータへ接続され、そのマイクロコンピュータによりパワーモジュール71で構成されるインバータ回路全体の制御がなされる。主回路駆動回路72を高耐圧集積回路装置で構成した場合について一例を示す。
図12はLSU(レベルシフト回路)の基本構成図である。基本構成としては高耐圧nチャネルMOSFET61と抵抗RL1が用いられる。高耐圧nチャネルMOSFET61はCU(制御回路)からの信号S1をGDU−U,V,Wへレベルシフトするためのものである。LSUは、高耐圧nチャネルMOSFET61と抵抗RL1との間から、上アームGDUへ入力される信号S2が出力される。
このLSUに用いられる高耐圧nチャネルMOSFET61は三相モータ70を駆動するIGBT(上下アーム出力素子Q1〜Q6)と同等の600Vから1400V程度の耐圧が要求される。
図13は、図10の上アーム出力素子Q1を駆動する図11に示したGDU−UとGDU−X、及びLSU及びブートストラップダイオードDbを1チップ化した場合の回路構成図である。勿論、GDU−V,GDU−Wも同様の構成をしている。
図14は、エピタキシャル基板上に図13に示した高耐圧集積回路装置を形成した場合の要部断面図を示し、図13に示したGDU−U及びブートストラップダイオードDbを示している。
図13に記載のLSU(レベルシフト回路)は、レベルアップ側のレベルシフト回路のみ示している。
このVb電圧はフローティング電源の電圧であり、高周波での方形波となるU−OUT電圧を基準電位とする。図13に示すように、フローティング電源はブートストラップダイオードDbとブートストラップコンデンサC1の組み合わせによって構成される。
また、逆にハイサイド側のIGBT(Q1)のゲートがオンしている期間では、U−OUT端子の電圧は、VCC2端子の電圧または、過渡的にはサージでそれ以上の高電圧になる。そのため、ブートストラップダイオードDbの逆耐圧は、高耐圧nチャネルMOSFET61と同等の600Vから1400V程度の耐圧値が要求される。
ここで充電に使用されるブートストラップコンデンサC1は、100nF以上の大容量が必要であるため、集積化は難しく、外付けのタンタルコンデンサ、セラミックコンデンサなどを使用するのが一般的である。
また、特許文献4では、シリコン基板の表面に複数の溝を2次元的に配列形成した後、シリコン基板に熱処理を施すことによって、複数の溝を1つの平板状の空洞に変えることで、コストの上昇や、信頼性の低下を招かずにSON(Silicon On Nothing)構造を形成することが開示されている。
また、特許文献6では、ブートストラップダイオードをハイサイド駆動回路部を取り囲む高耐圧接合終端領域に配置し、ダイオードのアノード領域とカソード領域の下に空洞を形成することによって、逆耐圧がかかる際には高耐圧を維持することができ、また、ブートストラップコンデンサを充電する際には、基板への正孔リークを無くすことができることが開示されている。
また、特許文献8では、SIMOX法による薄い埋め込み酸化膜を用いても高耐圧と低スイッチング損失が得られるSOI横型半導体装置について記述されており、酸素イオン注入によって形成された部分SOI基板の埋め込み酸化膜を上下に挟むように高耐圧のIGBTとMOSFETが並列に配置されていることが開示されている。
そのため、ブートストラップコンデンサC1を充電する過程で、ブートストラップダイオードDbのアノード電極からVDD電源へ電子を供給する一方、電位の低いカソード電極へホールが供給される。
また、特許文献6や特許文献7に示すように、ブートストラップダイオードもしくはブートストラップFET素子を、ハイサイド駆動回路を取囲んでいる高耐圧接合終端領域に配置する際には、同じく高耐圧接合終端領域内に配置される高耐圧nチャネルMOSFET(図12の61に相当する)が一般的にはセット、リセット信号用に2つ必要であり、それぞれの配置領域に制約が発生する。
また、高耐圧nチャネルMOSFETとブートストラップダイオードの両方を同じ高耐圧接合終端領域に配置することの課題は、互いの素子の電気的な分離以外にブートストラップダイオードの充電能力を減少させるという点もある。2入力方式のレベルシフト回路であれば、高耐圧nチャネルMOSFETはセット、リセット信号用の2つが必要であり、これらの素子を高耐圧接合終端領域に配置することで、ブートストラップダイオードのアノード領域およびカソード領域の配置面積に制約ができるためである。
本明細書及び添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+及び−は、+及び−の付されていない半導体領域に比してそれぞれ相対的不純物濃度が高いまたは低い半導体領域であることを意味する。
なお、以下の第1乃至第4の実施形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
また、第1乃至第4の実施形態で説明される添付図面は、見易くまたは理解し易くするために正確なスケール、寸法比で描かれていない。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する第1乃至第4の実施形態の記載に限定されるものではない。
また、第1乃至第4の実施形態で説明される添付図面のうち、図1、図3、図6乃至図9では、図面を見易くするために断面を表すハッチングを省略している。
(第1の実施形態)
図1乃至図3は、例えば図10、図11で示したブリッジ回路のハイサイド側のU相、V相、W相のうち、U相のゲート駆動回路部分(GDU−U、LSUおよびブートストラップダイオードDb)に関係する箇所の図を示している。
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る高耐圧集積回路装置100は、例えば単結晶シリコンからなるp−型の半導体基板1の表面上に表面層としてのn−型のエピタキシャル成長層(半導体層)2が形成された半導体基体を主体に構成されている。また、本発明の第1の実施形態に係る高耐圧集積回路装置100は、半導体基板1の表面から2μm〜10μm程度の深さで拡散により形成するか、もしくは半導体基板1の表面上にエピタキシャル成長により形成されたn−型の埋め込み層50を備えている。また、本発明の第1の実施形態に係る高耐圧集積回路装置100は、埋め込み層50上のエピタキシャル成長層2の上部に配置されたpチャネルMOSFET31およびp型のオフセット領域21と、オフセット領域21内に形成されたnチャネルMOSFET32ととを備えている。このpチャネルMOSFET31とnチャネルMOSFET32は、CMOS回路33を構成している。このCMOS回路33はロジック回路である。
また、本発明の第1の実施形態に係る高耐圧集積回路装置100は、フローティング領域5から離れてこのフローティング領域5を取り囲むように形成され、GND電位が印加されるp型のディープ領域(第1分離領域)4を備えている。ディープ領域4の外側の同一半導体基板内には、図11に示したように、他の相(V相、W相)の回路を同様に形成することができる。また、図11のようにX相、Y相、Z相の回路も同一半導体基板上に形成することができる。
ディープ領域4は、半導体基板1の電位を例えばGND電位に固定するための領域である。p型のベース領域4aは、エピタキシャル成長層2の上部に選択的に形成された拡散層であり、レベルシフトデバイスである高耐圧nチャネルMOSFET62のバックゲート層として使用される。高耐圧nチャネルMOSFET62は、セット用MOSFET62aおよびリセット用MOSFET62bの2つを備えている(図2(b)参照)。
ハイサイド分離層51とダイオード分離層52は、図2に示すように部分的に接続しており、同時に形成される。ディープ領域4、フローティング領域5、アノード領域6、カソード領域7、ダイオード分離層52、ハイサイド分離層51の各々は、図2(a)に示すように、各々の平面形状が、浮遊電位領域34を囲むようにして閉じた環状で形成されている。
また、フローティング領域5、ダイオード分離層52およびハイサイド分離層51は電位が固定されないフローティング領域である。また、FETでは、ゲート絶縁膜が酸化膜からなるMOS型でも、ゲート絶縁膜が酸化シリコン膜や窒化シリコン膜、或いはこれらの積層膜などの絶縁膜からなるMIS型でもかまわない。
エピタキシャル成長層2のブートストラップダイオードDbが形成される領域は、CMOS回路(ロジック回路)33が形成される浮遊電位領域34と同じ厚さで、埋め込み層50上に浮遊電位領域34を囲むように島状に配置されている。ディープ領域4は、このエピタキシャル成長層2のブートストラップダイオードDbが形成される領域を囲むようにリング状に設けられ、浮遊電位領域34から離れてエピタキシャル成長層2の表面から半導体基板1に到達するように形成されている。フローティング領域5は、ディープ領域4から離れて、ブートストラップダイオードDbが形成される部分のエピタキシャル成長層2を囲むようにリング状に設けられ、エピタキシャル成長層2の表面から空洞3に亘って貫通するように空洞3に到達している。
高耐圧nチャネルMOSFET62とレベルシフト抵抗RLは、レベルシフト回路LSUを構成する。ドレインコンタクト領域57の電位は高耐圧nチャネルMOSFET62がオンのときはグランド電位となり、オフのときはU−VCC端子13の電位になる。このU−VCC端子13の電位は主電源VCC2の低電位側電位VCC2L(=グランド電位)から高電位側電位VCC2Hの範囲で変動する。また、U−VCC端子13の電位はU−OUT端子14の電位にVDD電源16の電圧(固定電圧)を加算した電位になる。
すなわち、図2と異なる点は、図2では、ハイサイド分離層51の平面形状が浮遊電位領域34を囲む環状に形成されていたが、図4では、高耐圧nチャネルMOSFET62のドレインを囲むように形成されている点である。
このような形状であっても、同様の効果を得ることができる。また、図16のように、フローティング領域5とダイオード分離層52とを接続し、このフローティング領域5とダイオード分離層52とに囲まれた領域にブートストラップダイオードDbを形成することもできる。
図5において、上アーム出力素子Q1と下アーム出力素子Q4の接続点は主回路の中間点端子OUTであり、高耐圧集積回路装置100のU−OUT端子14に接続し、また図示しない負荷(モータなど)に接続する。U−OUT端子14(OUT端子)は中間電位にあり、主回路電源である高圧電源VCC2の高電位側電位VCC2Hと低電位側電位VCC2Lとの間で変動する。
上アーム出力素子Q1には上アームダイオードD1(還流ダイオード)が、下アーム出力素子Q4には下アームダイオードD4(還流ダイオード)が逆並列接続されている。
図5に示すように、上アーム出力素子Q1はフローティング状態(=浮遊電位状態)の上アームドライバGDU−Uにより駆動される。つまり外付けの上アーム出力素子Q1の制御電極にはHVゲートドライバICの上アームドライバGDU−Uの出力端子U−GATEが接続される。
図示していないが、上アームドライバGDU−Uは上アームCMOSインバータと上アーム・バッファアンプおよび上アーム・コントロールロジックから構成されている。一方、下アームドライバGDU−Xは下アームCMOSインバータと、下アーム・バッファアンプおよび下アーム・コントロールロジックとから構成されている。
したがって中間点端子(OUT端子)の電位は上アーム出力素子Q1および下アーム出力素子Q4の交互のオン/オフに伴って、接地電位(=GND電位=VCC2L)と主電源VCC2の高電位側電位VCC2Hの間で上昇・下降を繰り返す。上アーム出力素子Q1と下アーム出力素子Q4との交互のオン/オフの際のブートストラップ回路(ブートストラップダイオードDbとブートストラップコンデンサC1)の動作については、上述したように、ブートストラップコンデンサC1は、上アーム出力素子Q1がオフの場合でかつ、中間点端子OUTの電位がグランド電位まで下げられた期間のみで充電するため、ローサイドスイッチ(下アーム出力素子Q4)のオンタイム(あるいはハイサイドスイッチ(上アーム出力素子Q1)のオフタイム)は、上アームドライバGDU−UによってブートストラップコンデンサC1から引き出される電荷が完全に補充されるのに十分な長さにしなければならない。
また、定格電圧が1200Vクラスの高耐圧レベルシフタを想定した場合、半導体基板1としては比抵抗率250〜400Ω・cm程度のものを用いる。空洞3の下に位置し、高耐圧nチャネルMOSFET62のドレインドリフト領域としても使用される埋め込み層50は、エピ厚が2〜10μm程度のエピタキシャル成長層を半導体基板1上に形成するか、もしくは半導体基板1の表面から1100〜1200℃の高温ドライブ処理により拡散深さXjが2〜10μm程度になるように作製する。
まず、上記の方法により埋め込み層50を形成した支持基板である半導体基板1にマスク酸化膜(熱酸化)を形成し、トレンチホールのパターニング後にドライエッチングでトレンチのエッチングを行う。
つぎに、エッチング後はウェットエッチングでマスク酸化膜を除去し、1000〜1200℃高温下の不活性ガス雰囲気(例えば水素ガス)でアニール処理を行う。
このアニール後はトレンチホールパターンの上部が塞がり空洞3が形成される。
ここで、電解エッチングなどでポーラスシリコンを形成し、高温下の不活性ガス雰囲気でアニール処理を行い、空洞3を形成してもよい。空洞3の形成後、エピタキシャル成長層2を形成する。エピタキシャル成長層2の不純物濃度は1×1014〜1×1016/cm3程度である。
ここで、ブートストラップダイオードDbのアノード領域6とカソード領域7が空洞3にまで拡散してもかまわない。但し、ブートストラップダイオードDbのアノード領域6、フローティング領域5およびディープ領域4が接続しないように、互いに隙間を設ける。ブートストラップダイオードDbのアノード領域6とカソード領域7との間隔は100μm程度に設定し、アノード領域6とフローティング領域5との間隔はVDD電源16の電圧(例えば、15V程度)でパンチスルーしない間隔とする。
空洞3下の埋め込み層50の実効的な深さが1μm以上になるように設定することで、埋め込み層50をドレインドリフト領域とし、レベルシフトデバイスとして十分な信号伝達をハイサイドのCMOS回路33(ロジック回路)へ伝えることができる。
ここで、空洞3の形成後にn−型のエピタキシャル成長層2ではなくp−型のエピタキシャル成長層を成長させ、その後、リン不純物を注入し、図1のGNDp領域となるディープ領域4とフローティング領域5との間のエピタキシャル成長層2、フローティング領域5からカソード領域7までの間のエピタキシャル成長層2およびハイサイド分離層51とダイオード分離層52に囲まれたエピタキシャル成長層2を形成してもよい。不純物注入後、1100〜1200℃で10時間ほどアニール処理を行い、これらのn領域を空洞の深さまで拡散させる。このとき、これらのn領域の濃度は1×1014〜1×1017/cm3程度である。この場合、図1のディープ領域4、フローティング領域5、ハイサイド分離層51およびダイオード分離層52はp−型のエピタキシャル成長層に置き換わる。
空洞3を用いた部分SON半導体基板の代わりに酸化膜を用いた部分SOI半導体基板を用いた場合、酸化膜の厚さは、1500V程度の耐圧では15μm(酸化膜の比誘電率を3.9で計算)程度必要となり、空洞3の場合に比べて酸化膜の場合は4倍程度厚くする必要があるため製造コストが増大する。しかし、絶縁効果はあるため、空洞3の代わりに酸化膜を用いてもよい。
つぎに、上述の空洞3の厚さについて説明する。高耐圧集積回路装置100ではブートストラップダイオードDbと高耐圧nチャネルMOSFET62のそれぞれに逆バイアスを印加した際に埋め込み層50が完全に空乏化しており、リサーフ(RESURF)効果を損なわないときの誘電体分離高耐圧集積回路装置の耐圧Vbrはポアソン式を変換して式(1)で表される。
Vbr=Ecr×(d/2+Tox×εsi/εox)・・・(1)
ここでEcrは臨界電界、dはn−型半導体層の厚さ、Toxは誘電体層の厚さ、εsiはシリコンの比誘電率、εoxは誘電体の比誘電率である。
誘電体層が空洞3の場合、εoxに対応する空洞3の誘電率εcabityは1となり、Ecr=3×105(V/cm),d=10μm,εsi=11.7で、Toxに対応する空洞3の厚さTcabity=4μmを代入するとVbr=1550Vとなる。この空洞3の厚さはSOI基板を用いるときの酸化膜の厚さの1/4程度になる。
図6において、高耐圧nチャネルMOSFET62がオフ状態では、U−VCC端子13の電位はU−OUT端子14の電位にVDD端子12の電位を加算した電位となる。
図6(a)において、U−OUT端子14の電位が主電源VCC2の高電位側電位VCC2Hになり、高耐圧nチャネルMOSFET62がオフのとき、ブートストラップダイオードDbのカソード領域7と高耐圧nチャネルMOSFET62のドレインコンタクト領域57に高電圧が印加される。そうすると、pn接合81,82から広がる空乏層90は埋め込み層50内で接続し、空洞3に達する。また、pn接合83から広がった空乏層90も一部空洞に達する。この状態ではU相である上アーム出力素子Q1のゲートにGDUを介してオン信号が印加されてQ1はオン状態になる。
この第1の実施形態では、半導体基板1の埋め込み層50内にSON構造の空洞3を絶縁分離領域として形成し、空洞3の上部にあるエピタキシャル成長層2をブートストラップダイオードDbのドリフト領域とし、また、空洞3の下部にある埋め込み層50をレベルシフトデバイスである高耐圧nチャネルMOSFET62のドレインドリフト領域として使用する。
また、高耐圧接合終端領域全域をブートストラップダイオードDbとして利用できるため、充電電流も最大限利用することができる。
さらに、ブートストラップダイオードDbの下部に高耐圧nチャネルMOSFET62を配置しているため、別領域に高耐圧nチャネルMOSFET62を配置する必要がなく、チップ面積の増大を抑えることができる。
図7に示すように、本発明の第2の実施形態に係る高耐圧集積回路装置200は、本発明の第1の実施形態に係る高耐圧集積回路装置100に対して以下の構成が異なっている。
すなわち、本発明の第1の実施形態に係る高耐圧集積回路装置100では、p型のハイサイド分離層51およびp型のダイオード分離層52がフローティング状態になっている。これに対し、本発明の第2の実施形態に係る高耐圧集積回路装置200では、p型のハイサイド分離層51の上部にp+型のコンタクト領域51a、p型のダイオード分離層52の上部にp+型のコンタクト領域52aがそれぞれ形成され、このコンタクト領域51aおよび52aにU−OUT端子14が接続されている。このような構成とすることにより、U−OUT端子14に負電圧サージが印加された際のCMOS回路33の誤動作を抑制することができる。
この現象を防止するために、p型のハイサイド分離層51の上部にp+型のコンタクト領域51a、p型のダイオード分離層52の上部にp+型のコンタクト領域52aを設ける。これらのコンタクト領域51a,52aをU−OUT端子14に接続することで、図7に示すように、p型のハイサイド分離層51とp型のダイオード分離層52に入り込んだ正孔92をグランド電位より低い電位にあるU−OUT端子14から引抜くことができる。
また、上述した第1の実施形態に係る高耐圧集積回路装置100では、図1に示すように、p型のディープ領域4の上部にp型のベース領域4aが形成されている。これに対し、本発明の第2の実施形態に係る高耐圧集積回路装置200では、図7に示すように、p型のベース領域4aは形成されておらず、ディープ領域4の上部にn+型のソース領域55が形成されている。このようにp型のベース領域4aを形成しない場合もある。しかし、ベース領域4aとディープ領域4を別々に形成する場合の方が、高耐圧nチャネルMOSFET62のバックゲートの不純物濃度を制御しやすい。
図8に示すように、本発明の第3の実施形態に係る高耐圧集積回路装置300は、上述した第1の実施形態に係る高耐圧集積回路装置100に対して以下の構成が異なっている。
すなわち、図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る高耐圧集積回路装置100では、ハイサイド分離層51とダイオード分離層52との間のエピタキシャル成長層2に高耐圧nチャネルMOSFET62のn+型のドレインコンタクト領域57が設けられ、ハイサイド分離層51および浮遊電位領域34の下に空洞3が配置された構成になっている。
これに対し、本発明の第3の実施形態に係る高耐圧集積回路装置300では、図8に示すように、ハイサイド分離層51およびダイオード分離層52が設けられておらず、第1の実施形態の高耐圧nチャネルMOSFET62に対して高耐圧nチャネルMOSFET63の構成が異なっている。そして、本発明の第3の実施形態に係る高耐圧集積回路装置300では、浮遊電位領域34下の空洞3も設けられていない。
図8において、アノード領域6から注入された正孔92がカソード領域7およびドレインコンタクト領域57に入り込み、ハイサイド側のコンタクト領域20やp+型のソース領域18に入り込まないように、アノード領域6から注入された正孔92の拡散長より距離Lを大きくする。このように、距離Lが正孔92の拡散長より長くすることで、コンタクト領域20や+型のソース領域18に到達する前に点線で示す正孔92は再結合により消滅する。正孔92の拡散長は数10μm程度である。
図9に示すように、本発明の第4の実施形態に係る高耐圧集積回路装置400は、上述した第1の実施形態に係る高耐圧集積回路装置100に対して以下の構成が異なっている。
すなわち、図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る高耐圧集積回路装置100では、高耐圧nチャネルMOSFET62のドレインコンタクト領域57と浮遊電位領域34との間にハイサイド分離層51が設けられ、ハイサイド分離層51および浮遊電位領域34の下に空洞3が配置された構成になっている。
これに対し、本発明の第4の実施形態に係る高耐圧集積回路装置400では、図9に示すように、ハイサイド分離層51が設けられておらず、浮遊電位領域34下の空洞3も設けられていない。
ドレインコンタクト領域57とコンタクト領域20との間隔は、上述の抵抗条件を考慮すると、100μm以上が望ましい。また、ドレインコンタクト領域57とコンタクト領域20との間隔を短くするために、エピタキシャル成長層2の上部にp型拡散層を配置して、寄生抵抗RR1の抵抗値を高くしても良い。
なお、本発明の第1乃至第4の実施形態に係る半導体装置では、半導体基板としてシリコン半導体基板を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば炭化ケイ素(SiC)や窒化ガリウム(GaN)などの半導体基板を用いた半導体装置に適用することができる。
2 エピタキシャル成長層(半導体層)
3 空洞(第1絶縁分離領域,第2絶縁分離領域)
4 ディープ領域(第1分離領域)
5 フローティング領域(第2分離領域)
6 アノード領域
7 カソード領域
8 GND電極
9 アノード電極
10 カソード電極
11 GND端子
12 VDD端子
13 U−VCC端子
14 U−OUT端子
15 U−GATE端子
16 VDD電源
18 ソース領域
19 ドレイン領域
20 コンタクト領域
21 オフセット領域
22 ソース領域
23 ドレイン領域
24,56 コンタクト領域
25,28,53a ゲート電極
26,29 ソース電極
27,30,54a ドレイン電極
31 pチャネルMOSFET
32 nチャネルMOSFET
33 CMOS回路
34 浮遊電位領域
35 形成領域
50 埋め込み層
51 ハイサイド分離層(第4分離領域)
51a,52a コンタクト領域
52 ダイオード分離層(第3分離領域)
53 ゲート端子
54 ドレイン端子
55 ソース領域
56 コンタクト領域
57 ドレインコンタクト領域
62、63 高耐圧nチャネルMOSFET
81,82,83 pn接合
90 空乏層
91 電子
92 正孔
100,200,300,400 高耐圧集積回路装置
Db ブートストラップダイオード
C1 ブートストラップコンデンサ
RL レベルシフト抵抗
Q1〜Q3 上アーム出力素子
Q4〜Q6 下アーム出力素子
VCC2 主電源
VCC2H 高電位側電位
VCC2L 低電位側電位
L 距離
GDU ゲート駆動回路
Claims (20)
- p型の半導体基板と、
前記半導体基板上に形成されるn型の埋め込み層と、
前記埋め込み層上に形成されるn型の半導体層と、
前記半導体層の一部に設けられた浮遊電位領域と、
前記浮遊電位領域が設けられた部分の前記半導体層を囲み前記半導体基板と接し、前記浮遊電位領域から離れてリング状に形成されるp型の第1分離領域と、
前記浮遊電位領域と前記第1分離領域との間の前記半導体層の下部に設けられた第1絶縁分離領域と、
前記第1絶縁分離領域上に形成されるダイオードと、
前記第1分離領域から離れて前記ダイオードが配置された領域をリング状に囲み前記半導体層の表面から前記半導体層の下部に達するp型の第2分離領域と、
前記第1分離領域の上部に形成されるn型のソース領域と、
前記ダイオードのカソード領域と前記浮遊電位領域との間の前記半導体層の上部に形成される、前記ソース領域を有するトランジスタのn型のドレインコンタクト領域と、
を備えることを特徴とする半導体装置。 - p型の半導体基板と、
前記半導体基板上に形成されるn型の埋め込み層と、
前記埋め込み層上に形成されるn型の半導体層と、
前記半導体層の一部に設けられた浮遊電位領域と、
前記浮遊電位領域が設けられた部分の前記半導体層を囲み前記半導体基板と接し、前記浮遊電位領域から離れてリング状に形成されるp型の第1分離領域と、
前記浮遊電位領域と前記第1分離領域との間の前記半導体層の下部に設けられた第1絶縁分離領域と、
前記第1絶縁分離領域上に形成されるダイオードと、
前記第1分離領域から離れて前記ダイオードが配置された領域をリング状に囲み前記半導体層の表面から前記半導体層の下部に達するp型の第2分離領域と、
前記第1分離領域と前記第2分離領域との間の前記半導体層の上部に形成されるp型のベース領域と、
前記ベース領域の上部に形成されるn型のソース領域と、
前記ダイオードのカソード領域と前記浮遊電位領域との間の前記半導体層の上部に形成される、前記ベース領域および前記ソース領域を有するトランジスタのn型のドレインコンタクト領域と、
を備えることを特徴とする半導体装置。 - 前記ダイオードは、
前記第2分離領域から離れて前記第1絶縁分離領域上の前記半導体層の上部に形成されるp型のアノード領域と、
前記アノード領域と前記浮遊電位領域との間で前記アノード領域および前記浮遊電位領域から離れて前記第1絶縁分離領域上の前記半導体層の上部に形成されるn型の前記カソード領域と、
を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 - 前記トランジスタは、前記ソース領域と前記半導体層に挟まれた前記第1分離領域上にゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極を更に備えることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 前記浮遊電位領域にロジック回路が集積化されることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 前記カソード領域と前記ドレインコンタクト領域との間で前記半導体層の上面から前記第1絶縁分離領域に達するp型の第3分離領域を更に備えることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
- 前記ロジック回路の下方を覆うように前記半導体層の下部に設けられた第2絶縁分離領域と、前記ドレインコンタクト領域と前記浮遊電位領域との間で前記半導体層の表面から前記第2絶縁分離領域に達するp型の第4分離領域と、を更に備えることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
- 前記第3分離領域が前記ロジック回路の電源の低電位側と電気的に接続されたことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
- 前記第4分離領域が前記ロジック回路の電源の低電位側と電気的に接続されたことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
- 前記第2分離領域、前記第3分離領域、前記第4分離領域、前記アノード領域および前記カソード領域は、平面形状が閉じた環状であることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
- 前記ドレインコンタクト領域と前記浮遊電位領域との距離が、前記アノード領域から注入される正孔の拡散長さより長いことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 前記第1絶縁分離領域が、空洞であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記第2絶縁分離領域が、空洞であることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
- 前記カソード領域と前記浮遊電位領域とを接続する導電路を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記埋め込み層は、前記半導体基板の上部に形成された拡散層からなり、前記半導体層は、前記埋め込み層上に形成されたエピタキシャル成長層からなることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記埋め込み層は、前記半導体基板上に形成された第1エピタキシャル成長層からなり、前記半導体層は、前記第1エピタキシャル成長層上に形成された第2エピタキシャル成長層からなることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- p型の半導体基板と、
前記半導体基板上に形成されるn型の埋め込み層と、
前記埋め込み層の上に設けられた、ロジック回路が形成される浮遊電位領域と、
前記浮遊電位領域と同じ厚さで、前記埋め込み層の上に、前記浮遊電位領域を囲むように島状に配置されたn型の半導体層と、
前記半導体層を囲むようにリング状に設けられ、前記浮遊電位領域から離れて、前記半導体層の上面から前記半導体基板に達するp型の第1分離領域と、
前記浮遊電位領域と前記第1分離領域との間の前記埋め込み層に設けられた第1絶縁分離領域と、
前記第1絶縁分離領域上に形成されるダイオードと、
前記第1分離領域から離れて、前記ダイオードが配置される部分の前記半導体層を囲むようにリング状に設けられ、前記半導体層を貫通するp型の第2分離領域と、
前記第1分離領域の上部に設けられた、トランジスタのn型のソース領域と、
前記ダイオードのカソード領域と前記浮遊電位領域との間の前記半導体層の上部に設けられた、前記トランジスタのn型のドレインコンタクト領域と、
を備えることを特徴とする半導体装置。 - p型の半導体基板と、
前記半導体基板上に形成されるn型の埋め込み層と、
前記埋め込み層の上に設けられた、ロジック回路が形成される浮遊電位領域と、
前記浮遊電位領域と同じ厚さで、前記埋め込み層の上に、前記浮遊電位領域を囲むように島状に配置されたn型の半導体層と、
前記半導体層を囲むようにリング状に設けられ、前記浮遊電位領域から離れて、前記半導体層の上面から前記半導体基板に達するp型の第1分離領域と、
前記浮遊電位領域と前記第1分離領域との間の前記埋め込み層に設けられた第1絶縁分離領域と、
前記第1絶縁分離領域上に形成されるダイオードと、
前記第1分離領域から離れて、前記ダイオードが配置される部分の前記半導体層を囲むようにリング状に設けられ、前記半導体層を貫通するp型の第2分離領域と、
前記第1分離領域と前記第2分離領域との間の前記半導体層の上部に形成される、トランジスタのp型のベース領域と、
前記ベース領域の上部に形成される、前記トランジスタのn型のソース領域と、
前記ダイオードのカソード領域と前記浮遊電位領域との間の前記半導体層の上部に設けられた、前記トランジスタのn型のドレインコンタクト領域と、
を備えることを特徴とする半導体装置。 - 前記ダイオードは、
前記第1絶縁分離領域上の前記半導体層に形成されたp型のアノード領域と、
アノード領域と前記浮遊電位領域との間の前記半導体層に形成されるn型の前記カソード領域と、
を備えることを特徴とする請求項17または18に記載の半導体装置。 - 前記トランジスタは、前記ソース領域と前記半導体層に挟まれた前記第1分離領域の上部の一部をベース領域として、前記ベース領域上にゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極、を更に備えることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
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