JP2016039440A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】IPDをハイサイドスイッチ及びロウサイドスイッチのいずれにも容易に製造することができるようにする。
【解決手段】レベルシフト回路LSCは、入力端子TPI、第1端子TP1、及び接地端子TPGに接続している。レベルシフト回路LSCの駆動電力は、第1端子TP1から供給される。レベルシフト回路LSCの出力信号は、ドライバ回路DRCに入力される。ドライバ回路DRCは、第1端子TP1及び第2端子TP2に接続している。ドライバ回路DRCの駆動電力は、第1端子TP1から供給される。トランジスタTR1は、ゲート電極(G)がドライバ回路DRCに接続し、ソース(S)が第2端子TP2に接続し、ドレイン(D)が第3端子TP3に接続している。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置に関し、例えばIPD(Intelligent Power Device)に適用可能な技術である。
半導体装置を用いて負荷(例えば、自動車のモーター)を駆動する場合がある。このような場合、半導体装置としてIPDを用いることがある。特許文献1には、IPDの一例が記載されている。このIPDでは、負荷に比して高電位側にトランジスタ(スイッチ)が設けられている。言い換えると、このIPDは、ハイサイドスイッチである。そして上記したトランジスタのゲート電極は、ドライバ回路に接続している。ゲート電極のオン又はオフは、このドライバ回路によって制御されている。そして上記したIPDでは、ドライバ回路の駆動電力が電源から直接供給されている。
特開2007−184677号公報
上記したように、IPDはハイサイドスイッチに用いられることがある。さらにIPDはロウサイドスイッチに用いられることもある。ロウサイドスイッチでは、トランジスタ(スイッチ)が負荷に対して低電位側に設けられる。本発明者は、IPDをハイサイドスイッチ及びロウサイドスイッチのいずれにも容易に製造することができる構造を検討した。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、半導体装置は、電源端子、接地端子、入力端子、第1端子、第2端子、及び第3端子を備えている。さらに半導体装置は、レベルシフト回路、ドライバ回路、第1トランジスタ、及び第1素子を備えている。レベルシフト回路は、入力端子、第1端子、及び接地端子に接続している。レベルシフト回路の出力信号は、ドライバ回路に入力される。ドライバ回路は、第1端子及び第2端子に接続している。第1トランジスタは、ゲート電極がドライバ回路に接続し、ソースが第2端子に接続し、ドレインが第3端子に接続している。第1素子は、ダイオード又は第2トランジスタである。そして第1素子は、電源端子を第1端子に接続している。
他の一実施の形態によれば、半導体装置は、電源端子、接地端子、入力端子、第1端子、及び第2端子を備えている。さらに半導体装置は、レベルシフト回路、ドライバ回路、第1トランジスタ、及び第1素子を備えている。レベルシフト回路は、入力端子、第1端子、及び接地端子に接続している。レベルシフト回路の出力信号は、ドライバ回路に入力される。ドライバ回路は、第1端子及び第2端子に接続している。第1トランジスタは、ゲート電極がドライバ回路に接続し、ソースが第2端子に接続し、ドレインが電源端子に接続している。第1素子は、ダイオード又は第2トランジスタである。そして第1素子は、電源端子を第1端子に接続している。
他の一実施の形態によれば、半導体装置は、電源端子、接地端子、入力端子、第1端子、及び第2端子を備えている。さらに半導体装置は、レベルシフト回路、ドライバ回路、第1トランジスタ、及び第1素子を備えている。レベルシフト回路は、入力端子、第1端子、及び接地端子に接続している。レベルシフト回路の出力信号は、ドライバ回路に入力される。ドライバ回路は、第1端子及び接地端子に接続している。第1トランジスタは、ゲート電極がドライバ回路に接続し、ソースが接地端子に接続し、ドレインが第2端子に接続している。第1素子は、ダイオード又は第2トランジスタである。そして第1素子は、電源端子を第1端子に接続している。
前記一実施の形態によれば、IPDをハイサイドスイッチ及びロウサイドスイッチのいずれにも容易に製造することができる。
第1の実施形態に係る半導体装置の回路構成を示す図である。 図1に示した信号生成回路の回路構成の一例を示す図である。 図1に示したドライバ回路の回路構成の一例を示す図である。 図1に示したトランジスタの構成の一例を示す断面図である。 第1の実施形態に係る電子装置の回路構成の第1例を示す図である。 図5に示した電子装置の動作を説明するための図である。 図5に示した電子装置の動作を説明するための図である。 第1の実施形態に係る電子装置の回路構成の第2例を示す図である。 図8に示した電子装置の動作を説明するための図である。 図8に示した電子装置の動作を説明するための図である。 図1に示した半導体パッケージの詳細を示す図である。 図11に示した半導体パッケージの構成の一例を示す平面図である。 図12のA−A´断面図である。 第2の実施形態に係る半導体装置の回路構成の第1例を示す図である。 図14に示した半導体パッケージの構成の第1例を示す平面図である。 図15のA−A´断面図である。 図14に示した半導体パッケージの構成の第2例を示す平面図である。 図17のA−A´断面図である。 第2の実施形態に係る半導体装置の回路構成の第2例を示す図である。 図19に示した半導体パッケージの構成の一例を示す平面図である。 図20のA−A´断面図である。 第3の実施形態に係る半導体装置の回路構成の第1例を示す図である。 図22に示した半導体装置の構成の一例を示す断面図である。 図22に示した半導体パッケージの構成の第1例を示す平面図である。 図24のA−A´断面図である。 図22に示した半導体パッケージの構成の第2例を示す平面図である。 図26のA−A´断面図である。 第3の実施形態に係る半導体装置の回路構成の第2例を示す図である。 図28に示した半導体パッケージの構成の一例を示す平面図である。 図29のA−A´断面図である。 変形例1に係る半導体装置の回路構成を示す図である。 変形例1に係る電子装置の回路構成の第1例を示す図である。 図32に示した電子装置の動作を説明するための図である。 図32に示した電子装置の動作を説明するための図である。 変形例1に係る電子装置の回路構成の第2例を示す図である。 図35に示した電子装置の動作を説明するための図である。 図35に示した電子装置の動作を説明するための図である。 変形例2に係る半導体装置の回路構成を示す図である。 変形例2に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 図39に示した半導体装置の動作を説明するための図である。 変形例3に係る半導体装置の回路構成を示す図である。 変形例3に係る電子装置の回路構成の第1例を示す図である。 図42に示した電子装置の動作を説明するための図である。 図42に示した電子装置の動作を説明するための図である。 変形例3に係る電子装置の回路構成の第2例を示す図である。 図45に示した電子装置の動作を説明するための図である。 図45に示した電子装置の動作を説明するための図である。 変形例4に係る半導体装置の回路構成を示す図である。
以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る半導体装置の回路構成を示す図である。この半導体装置は、半導体パッケージPKGを備えている。半導体パッケージPKGは、電源端子TPV、接地端子TPG、入力端子TPI、第1端子TP1、第2端子TP2、及び第3端子TP3を備えている。各端子は、例えばリードである。さらに半導体パッケージPKGは、信号生成回路SGC、レベルシフト回路LSC、ドライバ回路DRC、トランジスタTR1(第1トランジスタ)、及びダイオードDIO(第1素子)を備えている。
信号生成回路SGCは、電源端子TPV、接地端子TPG、及び入力端子TPIに接続している。信号生成回路SGCは、入力端子TPIの入力電圧に基づいて、ハイ信号(第1電圧)をレベルシフト回路LSCに出力し、又はロウ信号(第1電圧よりも低い第2電圧)をレベルシフト回路LSCに出力する。具体的には、入力端子TPIの入力電圧が第1閾値電圧以上である場合、信号生成回路SGCはハイ信号をレベルシフト回路LSCに出力する。一方、入力端子TPIの入力電圧が第1閾値電圧よりも低い場合、信号生成回路SGCはロウ信号をレベルシフト回路LSCに出力する。この場合、ハイ信号は、電源端子TPVの電圧(電源電圧)である。
レベルシフト回路LSCは、信号生成回路SGCの出力信号を受け付ける。一方、レベルシフト回路LSCの駆動電力は、第1端子TP1から供給される。具体的には、レベルシフト回路LSCは、第1端子TP1及び接地端子TPGに接続している。この場合、後述するように、第1端子TP1と接地端子TPGの間の電圧によってレベルシフト回路LSCの駆動電力が供給される。信号生成回路SGCの電圧がハイ信号である場合、レベルシフト回路LSCは、ハイ信号を昇圧する。この場合、レベルシフト回路LSCは、昇圧した信号をドライバ回路DRCに送る。一方、信号生成回路SGCの電圧がロウ信号である場合、レベルシフト回路LSCは、ロウ信号よりもさらに電位の低い信号(例えば、0V)をドライバ回路DRCに送る。
ドライバ回路DRCは、レベルシフト回路LSCの出力信号を受け付ける。一方、ドライバ回路DRCの駆動電力は、第1端子TP1から供給される。具体的には、ドライバ回路DRCは、第1端子TP1及び第2端子TP2に接続している。この場合、後述するように、第1端子TP1と第2端子TP2の間の電圧によってドライバ回路DRCの駆動電力が供給される。ドライバ回路DRCは、トランジスタTR1を駆動している。具体的には、ドライバ回路DRCは、レベルシフト回路LSCからの上記した信号をトランジスタTR1に送ることで、トランジスタTR1のオン又はオフを制御している。
トランジスタTR1は、ゲート電極(G)がドライバ回路DRCに接続している。本図に示す例において、トランジスタTR1は、n型MOSFETである。そしてトランジスタTR1は、ソース(S)が第2端子TP2に接続し、かつドレイン(D)が第3端子TP3に接続している。
ダイオードDIOは、電源端子TPVを第1端子TP1に接続している。本図に示す例において、ダイオードDIOは、アノード(A)が電源端子TPVに接続し、カソード(K)が第1端子TP1に接続している。言い換えると、ダイオードDIOは、電源端子TPVから第1端子TP1に向かう方向が順方向となっている。
図2は、図1に示した信号生成回路SGCの回路構成の一例を示す図である。本図に示す例において、信号生成回路SGCはコンパレータである。コンパレータの非反転入力端子(+)には、入力端子TPIの入力電圧VINが入力される。一方、コンパレータの反転入力端子(−)には、第1閾値電圧Vrefが入力される。さらにコンパレータには、電源端子TPVから電源電圧VHが与えられ、接地端子TPGから接地電位VLが与えられている。本図に示す例において、入力電圧VINが第1閾値電圧Vref以上である場合、コンパレータは出力電圧Voutとして電源電圧VHを出力する。一方入力電圧VINが第1閾値電圧Vrefより低い場合、コンパレータは出力電圧Voutとして接地電位VLを出力する。
図3は、図1に示したドライバ回路DRCの回路構成の一例を示す図である。本図に示す例において、ドライバ回路DRCは、2つのインバータが直列に接続した回路である。本図に示す例では、入力電圧VINが2回反転されて出力電圧Voutになる。この場合、出力電圧Voutは、入力電圧VINとほぼ等しい。そして各インバータにおいて電流が増幅される。
図4は、図1に示したトランジスタTR1の構成の一例を示す断面図である。トランジスタTR1は、基板SUBを用いて形成されている。そしてトランジスタTR1は、縦型パワートランジスタである。
基板SUBは、半導体基板SMS及び第1導電型半導体層NEPを有している。半導体基板SMSは、例えば、シリコン基板である。本図に示す例において、半導体基板SMSは第1導電型基板である。そして半導体基板SMSは、第1導電型半導体層NEPよりも高い不純物濃度を有している。第1導電型半導体層NEPは、例えば、半導体基板SMS上に形成されたエピタキシャル層である。第1導電型半導体層NEPには、第2導電型ベース領域PBRが形成されている。トランジスタTR1は、第2導電型ベース領域PBRを用いて形成されている。
なお、本図に示す例において、第1導電型及び第2導電型は、それぞれ、n型及びp型である。ただし、第1導電型及び第2導電型は、それぞれ、p型及びn型であってもよい。以下、第1導電型及び第2導電型は、それぞれ、n型及びp型であるとして説明する。
トランジスタTR1は、基板SUBの裏面にドレイン電極DE1を有している。なお、ドレイン電極DE1は、例えばアルミニウム(Al)により形成されている。そして詳細を後述するように、トランジスタTR1は、基板SUBのうちドレイン電極DE1と反対側の面にソース(ソース領域SR1)を有している。これにより、トランジスタTR1は、縦型トランジスタになっている。
第2導電型ベース領域PBRには複数の凹部RECが形成されている。各凹部RECは、底部が第2導電型ベース領域PBRの底部よりも深い位置に位置している。そして各凹部RECの底面及び内側面に沿ってゲート絶縁膜GI1が形成されている。さらに各凹部RECには、ゲート電極GE1が埋め込まれている。なお、ゲート絶縁膜GI1は、例えばシリコン酸化膜(SiO)により形成されている。ゲート電極GE1は、例えばアルミニウム(Al)により形成されている。
本図に示す例において、第2導電型ベース領域PBRは、凹部RECの両脇に位置する領域それぞれにソース領域SR1を有している。さらに第2導電型ベース領域PBRは、互いに隣り合うソース領域SR1の間に第2導電型領域PR1を有している。ソース領域SR1は、第1導電型領域である。第2導電型領域PR1は、第2導電型ベース領域PBRよりも不純物濃度が高い領域である。より詳細には、第2導電型領域PR1は、第2導電型ベース領域PBRに基準電位を与えるための導電型領域である。本図に示すように、ソース領域SR1及び第2導電型ベース領域PBRは、第2導電型ベース領域PBRよりも浅い。
基板SUB上には、絶縁層DL(例えば、シリコン酸化膜(SiO))が形成されている。絶縁層DLには、コンタクトCT1が埋め込まれている。さらに絶縁層DL上には、電極EL1が設けられている。ソース領域SR1及び第2導電型領域PR1は、コンタクトCT1を介して電極EL1に接続している。なお、コンタクトCT1及び電極EL1は、例えば、アルミニウム(Al)により形成されている。
図5は、本実施形態に係る電子装置の回路構成の第1例を示す図である。この電子装置は、例えば車両(例えば、自動車)に用いられる。電子装置は、半導体パッケージPKGを備えている。さらに電子装置は、電源BT、負荷LD、及びキャパシタCPを備えている。電源BTは、例えば車両に搭載されているバッテリーである。負荷LDは、例えば車両に搭載されている電子部品(例えば、モータ又はヘッドランプ)である。
本図に示す例において、半導体パッケージPKGは、負荷LDのハイサイドスイッチとして用いられている。具体的には、電源BT、負荷LD、及びキャパシタCPは、半導体パッケージPKGの外部に設けられている。この場合、半導体パッケージPKG及びキャパシタCPは、例えば、同一の回路基板(不図示)上に設けられている。そして電源BTは、電源端子TPV及び第3端子TP3に電源電圧を供給している。負荷LDは、第2端子TP2を接地端子TPGに接続している。キャパシタCPは、第2端子TP2を第1端子TP1に接続している。接地端子TPGは接地している。
図6及び図7の各図は、図5に示した電子装置の動作を説明するための図である。図6に示す例は、入力端子TPIの入力電圧がロウ(L)レベル電圧(上記した第1閾値電圧よりも低い電圧)である場合を示している。この場合、トランジスタTR1はオフ状態になる。図7に示す例は、入力端子TPIの入力電圧がハイ(H)レベル電圧(上記した第1閾値電圧以上の電圧)である場合を示している。この場合、トランジスタTR1はオン状態になる。
まず、図6に示す例では、キャパシタCPが電源BTによって充電される。詳細には、上記したように、トランジスタTR1はオフ状態である。この場合、トランジスタTR1には電流が流れない。これより、本図に示すように、電源BTから、電源端子TPV、ダイオードDIO、及び第1端子TP1を介して、キャパシタCPに電流が流れる。この場合、キャパシタCPは、上記した電流によって充電される。充電が進行すると、キャパシタCPは、第1端子TP1側の電位(図中+側の電位)が第2端子TP2側の電位(図中−側の電位)に比して高いものになる。
次に、図7に示す例では、レベルシフト回路LSCの電源電圧及びドライバ回路DRCの電源電圧それぞれがキャパシタCPによって与えられる。詳細には、上記したように、トランジスタTR1はオン状態である。これより、本図に示すように、電源BTから、第1端子TP1、トランジスタTR1、第2端子TP2、及び負荷LDを介して、グラウンド(GND)に電流が流れる。この場合、キャパシタCPは、第2端子TP2側の電位(図中−側の電位)が電源BTの電源電圧によって上がる。これにより、キャパシタCPでは、第1端子TP1側の電位(図中+側の電位)は、第2端子TP2側で上がった電圧の分だけ上がる。この場合、第1端子TP1の電位を電源BTの電源電圧よりも高いものにすることができる。言い換えると、キャパシタCPは、ブートストラップキャパシタとして機能することができる。
上記した場合、キャパシタCPによって、第1端子TP1の電位は、第2端子TP2の電位及び接地端子TPGの電位いずれに対して高いものとなる。このため、キャパシタCPは、信号生成回路SGCの電源及びドライバ回路DRCの電源それぞれとして機能することができる。
図8は、本実施形態に係る電子装置の回路構成の第2例を示す図である。この電子装置も、図5に示した例と同様にして、例えば車両(例えば、自動車)に用いられる。電子装置は、図1に示した半導体パッケージPKGを備えている。さらに電子装置は、図5に示した例と同様にして、電源BT、負荷LD、及びキャパシタCPを備えている。
本図に示す例において、半導体パッケージPKGは、負荷LDのロウサイドスイッチとして用いられている。具体的には、電源BT、負荷LD、及びキャパシタCPは、半導体パッケージPKGの外部に設けられている。この場合、半導体パッケージPKG及びキャパシタCPは、例えば、同一の回路基板(不図示)上に設けられている。そして電源BTは、電源端子TPVに接続し、かつ負荷LDを介して第3端子TP3に接続している。キャパシタCPは、第2端子TP2を第1端子TP1に接続している。第2端子TP2及び接地端子TPGは接地している。
図9及び図10の各図は、図8に示した電子装置の動作を説明するための図である。図9に示す例は、入力端子TPIの入力電圧がロウ(L)レベル電圧(上記した第1閾値電圧よりも低い電圧)である場合を示している。この場合、トランジスタTR1はオフ状態になる。図10に示す例は、入力端子TPIの入力電圧がハイ(H)レベル電圧(上記した第1閾値電圧以上の電圧)である場合を示している。この場合、トランジスタTR1はオン状態になる。
まず、図9に示す例では、キャパシタCPが電源BTによって充電される。詳細には、上記したように、トランジスタTR1はオフ状態である。この場合、トランジスタTR1には電流が流れない。これより、本図に示すように、電源BTから、電源端子TPV、ダイオードDIO、及び第1端子TP1を介して、キャパシタCPに電流が流れる。この場合、キャパシタCPは、上記した電流によって充電される。充電が進行すると、キャパシタCPは、第1端子TP1側の電位(図中+側の電位)が第2端子TP2側の電位(図中−側の電位)に比して高いものになる。
次に、図10に示す例では、レベルシフト回路LSCの電源電圧及びドライバ回路DRCの電源電圧それぞれがキャパシタCPによって与えられる。詳細には、上記したように、トランジスタTR1はオン状態である。これより、電源BTから、負荷LD、第3端子TP3、トランジスタTR1、及び第2端子TP2を介して、グラウンド(GND)に電流が流れる。本図に示す例においても、第2端子TP2は接地したままである。これにより、キャパシタCPは、第1端子TP1側の電位(図中+側の電位)が第2端子TP2側の電位(図中−側の電位)に比して高いままである。このため、第1端子TP1の電位は、第2端子TP2の電位及び接地端子TPGの電位いずれよりも高いものにすることができる。
上記した場合、キャパシタCPによって、第1端子TP1の電位は、第2端子TP2の電位及び接地端子TPGの電位いずれに対して高いものとなる。このため、キャパシタCPは、信号生成回路SGCの電源及びドライバ回路DRCの電源それぞれとして機能することができる。
図11は、図1に示した半導体パッケージPKGの詳細を示す図である。本図に示す例において、半導体パッケージPKGの内部には、半導体チップSCが設けられている。そして半導体チップSCは、信号生成回路SGC、レベルシフト回路LSC、ドライバ回路DRC、トランジスタTR1、及びダイオードDIOを備えている。さらに半導体チップSCは、電源端子TCV、接地端子TCG、入力端子TCI、第1端子TC1、第2端子TC2、及び第3端子TC3を備えている。各端子は、例えばパッドである。半導体パッケージPKGは、電源端子TPV、接地端子TPG、入力端子TPI、第1端子TP1、第2端子TP2、及び第3端子TP3を備えている。
電源端子TCV、接地端子TCG、入力端子TCI、第1端子TC1、第2端子TC2、及び第3端子TC3は、電源端子TPV、接地端子TPG、入力端子TPI、第1端子TP1、第2端子TP2、及び第3端子TP3にそれぞれ接続している。この場合、半導体チップSCの端子(例えば、パッド)は、例えば、ボンディング部材(例えば、ボンディングワイヤ又はボンディングリボン)を介して半導体パッケージPKGの端子(例えば、リード)に接続している。
図12は、図11に示した半導体パッケージPKGの構成の一例を示す平面図である。図13は、図12のA−A´断面図である。半導体パッケージPKGは、半導体チップSC、リードフレームLF、及び封止樹脂MRを備えている。リードフレームLFは、ダイパッドDP及び複数のリード(リードLD1,LD2,LD3,LDV,LDG,LDI)を有している。半導体チップSCは、ダイパッドDPに搭載されている。そして半導体チップSCは、封止樹脂MRによって封止されている。
図12に示すように、電源端子TCVは、ボンディングワイヤBWVを介してリードLDV(電源端子TPV)に接続している。接地端子TCGは、ボンディングワイヤBWGを介してリードLDG(接地端子TPG)に接続している。入力端子TCIは、ボンディングワイヤBWIを介してリードLDI(入力端子TPI)に接続している。第1端子TC1は、ボンディングワイヤBW1を介してリードLD1(第1端子TP1)に接続している。第2端子TC2は、ボンディングワイヤBW2を介してリードLD2(第2端子TP2)に接続している。
図13に示すように、半導体チップSCは、ダイパッドDPと対向する面に、第3端子TC3(電極パッド)を備えている。本図に示す例において、半導体チップSCは、図4に示したトランジスタTR1(縦型トランジスタ)を有している。これより、第3端子TC3は、半導体チップSCの裏面電極(ドレイン電極DE1)となる。そしてリードLD3(第3端子TP3)は、ダイパッドDPと一体である。そしてダイパッドDPは、半導体チップSCの第3端子TC3(ドレイン電極DE1)に接続している。これより、第3端子TC3は、ダイパッドDPを介してリードLD3に接続している。
以上、本実施形態によれば、図5〜図7に示したように、半導体パッケージPKGをハイサイドスイッチに用いることができる。また図8〜図10に示したように、半導体パッケージPKGをロウサイドスイッチに用いることもできる。そして半導体パッケージPKGをハイサイドスイッチに用いる場合もロウサイドスイッチに用いる場合も、半導体パッケージPKGの構成は同一である。このように本実施形態によれば、用途に応じて半導体パッケージPKGをハイサイドスイッチにもロウサイドスイッチにも用いることができる。
(第2の実施形態)
図14は、第2の実施形態に係る半導体装置の回路構成の第1例を示す図であり、第1の実施形態の図11に対応する。本実施形態に係る半導体装置は、以下の点を除いて、第1の実施形態に係る半導体装置と同様の構成である。
本図に示す例において、半導体チップSCは、第1の実施形態(図11)に係る半導体チップSCと同様の構成である。半導体チップSCは、電源端子TCV、接地端子TCG、入力端子TCI、第1端子TC1、第2端子TC2、及び第3端子TC3を備えている。一方、半導体パッケージPKGは、電源端子TPV、接地端子TPG、入力端子TPI、第1端子TP1、及び第2端子TP2を備えている。そして電源端子TCV及び第3端子TC3は、電源端子TPVに接続している。一方、接地端子TCG、入力端子TCI、第1端子TC1、及び第2端子TC2は、接地端子TPG、入力端子TPI、第1端子TP1、及び第2端子TP2にそれぞれ接続している。この場合、半導体パッケージPKGは、図5〜図7に示したように、負荷LDのハイサイドスイッチに用いることができる。
図15は、図14に示した半導体パッケージPKGの構成の第1例を示す平面図であり、第1の実施形態の図12に対応する。図16は、図15のA−A´断面図であり、第1の実施形態の図13に対応する。本図に示す半導体パッケージPKGは、以下の点を除いて、第1の実施形態(図12及び図13)に係る半導体パッケージPKGと同様の構成である。
リードフレームLFの各リードは、ダイパッドDPから分離している。リードLDV(電源端子TPV)は、ボンディングワイヤBWVを介して電源端子TCVに接続している。さらにリードLDVは、ボンディングワイヤBW3を介してダイパッドDPに接続している。そしてダイパッドDPには、第3端子TC3が接続している。このようにして、リードLDVは、電源端子TCV及び第3端子TC3に接続している。さらにリードLDG(接地端子TPG)は、ボンディングワイヤBWGを介して接地端子TCGに接続している。リードLDI(入力端子TPI)は、ボンディングワイヤBWIを介して入力端子TCIに接続している。リードLD1(第1端子TP1)は、ボンディングワイヤBW1を介して第1端子TC1に接続している。リードLD2(第2端子TP2)は、ボンディングワイヤBW2を介して第2端子TC2に接続している。
図17は、図14に示した半導体パッケージPKGの構成の第2例を示す平面図であり、第1の実施形態の図12に対応する。図18は、図17のA−A´断面図であり、第1の実施形態の図13に対応する。本図に示す半導体パッケージPKGは、以下の点を除いて、第1の実施形態(図12及び図13)に係る半導体パッケージPKGと同様の構成である。
リードフレームLFの各リードは、リードLDV(電源端子TPV)を除いて、ダイパッドDPから分離している。リードLDVは、ダイパッドDPと一体である。これにより、リードLDVは、ダイパッドDPに電気的に接続している。そしてダイパッドDPは、ボンディングワイヤBWVを介して電源端子TCVに接続している。そしてダイパッドDPには、第3端子TC3が接続している。このようにして、リードLDVは、電源端子TCV及び第3端子TC3に接続している。さらにリードLDG(接地端子TPG)は、ボンディングワイヤBWGを介して接地端子TCGに接続している。リードLDI(入力端子TPI)は、ボンディングワイヤBWIを介して入力端子TCIに接続している。リードLD1(第1端子TP1)は、ボンディングワイヤBW1を介して第1端子TC1に接続している。リードLD2(第2端子TP2)は、ボンディングワイヤBW2を介して第2端子TC2に接続している。
図19は、本実施形態に係る半導体装置の回路構成の第2例を示す図であり、第1の実施形態の図11に対応する。本実施形態に係る半導体装置は、以下の点を除いて、第1の実施形態に係る半導体装置と同様の構成である。
本図に示す例において、半導体チップSCは、第1の実施形態(図11)に係る半導体チップSCと同様の構成である。半導体チップSCは、電源端子TCV、接地端子TCG、入力端子TCI、第1端子TC1、第2端子TC2、及び第3端子TC3を備えている。一方、半導体パッケージPKGは、電源端子TPV、接地端子TPG、入力端子TPI、第1端子TP1、及び第3端子TP3を備えている。そして接地端子TCG及び第2端子TC2は、接地端子TPGに接続している。一方、電源端子TCV、入力端子TCI、第1端子TC1、及び第3端子TC3は、電源端子TPV、入力端子TPI、第1端子TP1、及び第3端子TP3にそれぞれ接続している。この場合、半導体パッケージPKGは、図8〜図10に示したように、負荷LDのロウサイドスイッチに用いることができる。
図20は、図19に示した半導体パッケージPKGの構成の一例を示す平面図であり、第1の実施形態の図12に対応する。図21は、図20のA−A´断面図であり、第1の実施形態の図13に対応する。本図に示す半導体パッケージPKGは、以下の点を除いて、第1の実施形態(図12及び図13)に係る半導体パッケージPKGと同様の構成である。
リードフレームLFの各リードは、リードLD3(第3端子TP3)を除いて、ダイパッドDPから分離している。リードLD3は、ダイパッドDPと一体である。これにより、リードLD3は、ダイパッドDPに電気的に接続している。そしてダイパッドDPには、第3端子TC3が接続している。これにより、リードLD3は、第3端子TC3に接続している。さらにリードLDG(接地端子TPG)は、ボンディングワイヤBWGを介して接地端子TCGに接続している。リードLDGは、ボンディングワイヤBW2を介して第2端子TC2に接続している。リードLDV(電源端子TPV)は、ボンディングワイヤBWVを介して電源端子TCVに接続している。リードLDI(入力端子TPI)は、ボンディングワイヤBWIを介して入力端子TCIに接続している。リードLD1(第1端子TP1)は、ボンディングワイヤBW1を介して第1端子TC1に接続している。
以上、本実施形態によれば、図14に示したように、半導体パッケージPKGをハイサイドスイッチに用いることができる。また図19に示したように、半導体パッケージPKGをロウサイドスイッチに用いることもできる。そして半導体パッケージPKGをハイサイドスイッチに用いる場合もロウサイドスイッチに用いる場合も、半導体チップSCの構成は同一である。この場合、半導体チップSCの各端子と半導体パッケージPKGの各端子の接続関係を変更するだけで、半導体パッケージPKGをハイサイドスイッチ及びロウサイドスイッチのいずれかに製造することができる。
さらに本実施形態によれば、半導体パッケージPKGをハイサイドスイッチに用いる場合(図14)、半導体パッケージPKGは第3端子TP3(図11)を備える必要がなく、半導体パッケージPKGをロウサイドスイッチに用いる場合(図19)、半導体パッケージPKGは第2端子TP2(図11)を備える必要がない。これにより、本実施形態によれば、第1の実施形態に比して、半導体パッケージPKGの端子(リード)の数を少ないものにすることができる。
(第3の実施形態)
図22は、第3の実施形態に係る半導体装置の回路構成の第1例を示す図であり、第1の実施形態の図11に対応する。本実施形態に係る半導体装置は、以下の点を除いて、第1の実施形態に係る半導体装置と同様の構成である。
本図に示す例において、半導体チップSCは、電源端子TCV、接地端子TCG、入力端子TCI、第1端子TC1、及び第2端子TC2を備えている。一方、半導体パッケージPKGは、電源端子TPV、接地端子TPG、入力端子TPI、第1端子TP1、及び第2端子TP2を備えている。そして電源端子TCV、接地端子TCG、入力端子TCI、第1端子TC1、及び第2端子TC2は、電源端子TPV、接地端子TPG、入力端子TPI、第1端子TP1、及び第2端子TP2にそれぞれ接続している。この場合、半導体パッケージPKGは、図5〜図7に示したように、負荷LDのハイサイドスイッチに用いることができる。
詳細には、電源端子TCVは、トランジスタTR1のドレイン(D)に接続している。さらに電源端子TCVは、ダイオードDIO及び信号生成回路SGCに接続している。この場合、電源端子TCVは、例えば、半導体チップSCの内部に含まれる配線(例えば、基板上に位置する多層配線層に埋め込まれた配線)を介して上記した各素子(トランジスタTR1、ダイオードDIO、及び信号生成回路SGC)に接続している。
図23は、図22に示した半導体装置の構成の一例を示す断面図である。本図に示す例において、半導体装置は、トランジスタTR1を備えている。本図に示す例に係るトランジスタTR1は、図4に示す例に係るトランジスタTR1と同様の構成である。
本図に示す例において、第1導電型半導体層NEPは、第1導電型領域NRを有している。第1導電型領域NRは、不純物濃度が第1導電型半導体層NEPよりも高い。第1導電型領域NRは、絶縁層DLに埋め込まれたコンタクトCTを介して電極ELに接続している。そして電極ELは、ダイオードDIOに接続している。この場合、ダイオードDIOは、基板SUB、コンタクトCT、及び電極ELを介してドレイン電極DE1に接続する。言い換えると、ダイオードDIOのカソード(K)に接続している素子(例えば、レベルシフト回路LSC(図22))は、ドレイン電極DE1及び基板SUBを介して電源端子TPVに接続している。
図24は、図22に示した半導体パッケージPKGの構成の第1例を示す平面図であり、第1の実施形態の図12に対応する。図25は、図24のA−A´断面図であり、第1の実施形態の図13に対応する。本図に示す例において、半導体チップSCは、図23に示した例に係る構造を有している。本図に示す半導体パッケージPKGは、以下の点を除いて、第1の実施形態(図12及び図13)に係る半導体パッケージPKGと同様の構成である。
リードフレームLFの各リードは、ダイパッドDPから分離している。リードLDV(電源端子TPV)は、ボンディングワイヤBWVを介してダイパッドDPに接続している。そしてダイパッドDPには、電源端子TCVが接続している。これにより、リードLDVは、電源端子TCVに接続している。さらにリードLDG(接地端子TPG)は、ボンディングワイヤBWGを介して接地端子TCGに接続している。リードLDI(入力端子TPI)は、ボンディングワイヤBWIを介して入力端子TCIに接続している。リードLD1(第1端子TP1)は、ボンディングワイヤBW1を介して第1端子TC1に接続している。リードLD2(第2端子TP2)は、ボンディングワイヤBW2を介して第2端子TC2に接続している。
図26は、図22に示した半導体パッケージPKGの構成の第2例を示す平面図であり、第1の実施形態の図12に対応する。図27は、図26のA−A´断面図であり、第1の実施形態の図13に対応する。本図に示す例において、半導体チップSCは、図23に示した例に係る構造を有している。本図に示す半導体パッケージPKGは、以下の点を除いて、第1の実施形態(図12及び図13)に係る半導体パッケージPKGと同様の構成である。
リードフレームLFの各リードは、リードLDV(電源端子TPV)を除いて、ダイパッドDPから分離している。リードLDVは、ダイパッドDPと一体である。これにより、リードLDVは、ダイパッドDPに電気的に接続している。そしてダイパッドDPには、電源端子TCVが接続している。これにより、リードLDVは、電源端子TCVに接続している。さらにリードLDG(接地端子TPG)は、ボンディングワイヤBWGを介して接地端子TCGに接続している。リードLDI(入力端子TPI)は、ボンディングワイヤBWIを介して入力端子TCIに接続している。リードLD1(第1端子TP1)は、ボンディングワイヤBW1を介して第1端子TC1に接続している。リードLD2(第2端子TP2)は、ボンディングワイヤBW2を介して第2端子TC2に接続している。
図28は、本実施形態に係る半導体装置の回路構成の第2例を示す図であり、第1の実施形態の図11に対応する。本実施形態に係る半導体装置は、以下の点を除いて、第1の実施形態に係る半導体装置と同様の構成である。
本図に示す例において、半導体チップSCは、電源端子TCV、接地端子TCG、入力端子TCI、第1端子TC1、及び第3端子TC3を備えている。一方、半導体パッケージPKGは、電源端子TPV、接地端子TPG、入力端子TPI、第1端子TP1、及び第3端子TP3を備えている。そして電源端子TCV、接地端子TCG、入力端子TCI、第1端子TC1、及び第3端子TC3は、電源端子TPV、接地端子TPG、入力端子TPI、第1端子TP1、及び第3端子TP3にそれぞれ接続している。この場合、半導体パッケージPKGは、図8〜図10に示したように、負荷LDのロウサイドスイッチに用いることができる。
詳細には、接地端子TCGは、トランジスタTR1のソース(S)に接続している。さらに接地端子TCGは、信号生成回路SGC、レベルシフト回路LSC、及びドライバ回路DRCに接続している。この場合、接地端子TCGは、例えば、半導体チップSCの内部に含まれる配線(例えば、基板上に位置する多層配線層に埋め込まれた配線)を介して上記した各素子(トランジスタTR1、信号生成回路SGC、レベルシフト回路LSC、及びドライバ回路DRC)に接続している。
図29は、図28に示した半導体パッケージPKGの構成の一例を示す平面図であり、第1の実施形態の図12に対応する。図30は、図29のA−A´断面図であり、第1の実施形態の図13に対応する。本図に示す半導体パッケージPKGは、以下の点を除いて、第1の実施形態(図12及び図13)に係る半導体パッケージPKGと同様の構成である。
リードフレームLFの各リードは、リードLD3(第3端子TP3)を除いて、ダイパッドDPから分離している。リードLD3は、ダイパッドDPと一体である。これにより、リードLD3は、ダイパッドDPに電気的に接続している。そしてダイパッドDPには、電源端子TCVが接続している。これにより、リードLD3は、電源端子TCVに接続している。さらにリードLDG(接地端子TPG)は、ボンディングワイヤBWGを介して接地端子TCGに接続している。リードLDI(入力端子TPI)は、ボンディングワイヤBWIを介して入力端子TCIに接続している。リードLD1(第1端子TP1)は、ボンディングワイヤBW1を介して第1端子TC1に接続している。リードLD3(第3端子TP3)は、ボンディングワイヤBW3を介して第3端子TC3に接続している。
以上、本実施形態によれば、図22に示したように、半導体パッケージPKGをハイサイドスイッチに用いることができる。また図28に示したように、半導体パッケージPKGをロウサイドスイッチに用いることもできる。この場合、半導体チップSCの各端子と半導体チップSCの内部素子(例えば、トランジスタTR1)の接続関係を変更するだけで、半導体パッケージPKGをハイサイドスイッチ及びロウサイドスイッチのいずれかに製造することができる。
さらに本実施形態によれば、半導体パッケージPKGをハイサイドスイッチに用いる場合(図22)、半導体パッケージPKGは第3端子TP3(図11)を備える必要がなく、半導体パッケージPKGをロウサイドスイッチに用いる場合(図28)、半導体パッケージPKGは第2端子TP2(図11)を備える必要がない。これにより、本実施形態によれば、第1の実施形態に比して、半導体パッケージPKGの端子(リード)の数を少ないものにすることができる。
(変形例1)
図31は、変形例1に係る半導体装置の回路構成を示す図であり、第1の実施形態の図1に対応する。本変形例に係る半導体装置は、ダイオードDIO(図1)の代わりにバイポーラトランジスタBPT(第2トランジスタ)が設けられている点を除いて第1の実施形態に係る半導体装置と同様の構成である。本図に示す例において、バイポーラトランジスタBPTは、npnバイポーラトランジスタである。そしてバイポーラトランジスタBPTは、コレクタ(C)が電源端子TPVに接続し、エミッタ(E)が第1端子TP1に接続している。
図32は、本変形例に係る電子装置の回路構成の第1例を示す図であり、第1の実施形態の図5に対応する。本図に示す例に係る電子装置は、ダイオードDIO(図5)の代わりにバイポーラトランジスタBPTが設けられている点を除いて、図5に示す例に係る電子装置と同様の構成である。
図33及び図34の各図は、図32に示した電子装置の動作を説明するための図である。図33は、第1の実施形態の図6に対応する。図34は、第1の実施形態の図7に対応する。図33に示す例では、トランジスタTR1はオフ状態であり、かつバイポーラトランジスタBPTはオン状態である。図34に示す例では、トランジスタTR1はオン状態であり、バイポーラトランジスタBPTはオフ状態である。
まず、図33に示す例では、キャパシタCPが電源BTによって充電される。詳細には、上記したように、トランジスタTR1はオフ状態であり、かつバイポーラトランジスタBPTはオン状態である。これより、本図に示すように、電源BTから、電源端子TPV、バイポーラトランジスタBPT、及び第1端子TP1を介して、キャパシタCPに電流が流れる。この場合、キャパシタCPは、上記した電流によって充電される。充電が進行すると、キャパシタCPは、第1端子TP1側の電位(図中+側の電位)が第2端子TP2側の電位(図中−側の電位)に比して高いものになる。
次に、図34に示す例では、レベルシフト回路LSCの電源電圧及びドライバ回路DRCの電源電圧それぞれがキャパシタCPによって与えられる。詳細には、上記したように、トランジスタTR1はオン状態であり、かつバイポーラトランジスタBPTはオフ状態である。これより、本図に示すように、電源BTから、第1端子TP1、トランジスタTR1、第2端子TP2、及び負荷LDを介して、グラウンド(GND)に電流が流れる。この場合、キャパシタCPは、第2端子TP2側の電位(図中−側の電位)が電源BTの電源電圧によって上がる。これにより、キャパシタCPでは、第1端子TP1側の電位(図中+側の電位)は、第2端子TP2側で上がった電圧の分だけ上がる。この場合、第1端子TP1の電位を電源BTの電源電圧よりも高いものにすることができる。言い換えると、キャパシタCPは、ブートストラップキャパシタとして機能することができる。
図35は、本変形例に係る電子装置の回路構成の第2例を示す図であり、第1の実施形態の図8に対応する。本図に示す例に係る電子装置は、ダイオードDIO(図8)の代わりにバイポーラトランジスタBPTが設けられている点を除いて、図8に示す例に係る電子装置と同様の構成である。
図36及び図37の各図は、図35に示した電子装置の動作を説明するための図である。図36は、第1の実施形態の図9に対応する。図37は、第1の実施形態の図10に対応する。図36に示す例では、トランジスタTR1はオフ状態であり、かつバイポーラトランジスタBPTはオン状態である。図37に示す例では、トランジスタTR1はオン状態であり、バイポーラトランジスタBPTはオフ状態である。
まず、図36に示す例では、キャパシタCPが電源BTによって充電される。詳細には、上記したように、トランジスタTR1はオフ状態であり、かつバイポーラトランジスタBPTはオン状態である。これより、本図に示すように、電源BTから、電源端子TPV、バイポーラトランジスタBPT、及び第1端子TP1を介して、キャパシタCPに電流が流れる。この場合、キャパシタCPは、上記した電流によって充電される。充電が進行すると、キャパシタCPは、第1端子TP1側の電位(図中+側の電位)が第2端子TP2側の電位(図中−側の電位)に比して高いものになる。
次に、図37に示す例では、レベルシフト回路LSCの電源電圧及びドライバ回路DRCの電源電圧それぞれがキャパシタCPによって与えられる。詳細には、上記したように、トランジスタTR1はオン状態であり、かつバイポーラトランジスタBPTはオフ状態である。これより、電源BTから、負荷LD、第3端子TP3、トランジスタTR1、及び第2端子TP2を介して、グラウンド(GND)に電流が流れる。本図に示す例においても、第2端子TP2は接地したままである。これにより、キャパシタCPは、第1端子TP1側の電位(図中+側の電位)が第2端子TP2側の電位(図中−側の電位)に比して高いままである。このため、第1端子TP1の電位は、第2端子TP2の電位及び接地端子TPGの電位いずれよりも高いものにすることができる。
本変形例においても、第1の実施形態と同様の効果が得られる。なお、電源端子TPVを第1端子TP1に接続するトランジスタは、バイポーラトランジスタ(バイポーラトランジスタBPT)に限定されるものではない。例えば、バイポーラトランジスタBPTに代えてMOSFETを設けてもよい。この場合、例えば、n型MOSFETが用いられる。そしてこの場合、n型MOSFETは、例えば、ドレインが電源端子TPVに接続し、ソースが第1端子TP1に接続する。
(変形例2)
図38は、変形例2に係る半導体装置の回路構成を示す図であり、第1の実施形態の図1に対応する。本変形例に係る半導体装置は、トランジスタTR2が設けられている点を除いて、第1の実施形態に係る半導体装置と同様の構成である。
本図に示す例において、トランジスタTR2は、n型MOSFETである。そしてトランジスタTR2は、ドレイン(D)が入力端子TPIに接続し、ソース(S)が接地端子TPGに接続し、ゲート電極(G)が接地端子TPGに接続している。より詳細には、トランジスタTR2のドレイン(D)は、入力端子TPIと信号生成回路SGCの間に電気的に接続している。
トランジスタTR2は、保護トランジスタとして機能する。具体的には、ESD(ElectroStatic Discharge)が入力端子TPIで生じる場合がある。そしてESDによって発生する電流が半導体パッケージPKGの内部素子(例えば、信号生成回路SGC)に入力されると、素子が故障し得る。これに対して本図に示す例では、トランジスタTR2を設けている。この場合、入力端子TPIでESDが生じたとしても、ESDによって発生する電流は、トランジスタTR2を介して接地端子TPGに流れる。これにより、ESDによって発生する電流が半導体パッケージPKGの内部素子(例えば、信号生成回路SGC)に流れることが防止される。
図39は、本変形例に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この半導体装置では、トランジスタTR1(図38)及びトランジスタTR2(図38)が同一の基板SUBを用いて形成されている。本図に示す例に係るトランジスタTR1は、図4に示す例に係るトランジスタTR1と同様の構成であり、縦型パワートランジスタである。これに対してトランジスタTR2は、プレーナ型トランジスタである。
本図に示すように、トランジスタTR2は、ゲート電極GE2、ゲート絶縁膜GI2、ドレイン領域DR2、ソース領域SR2、及び第2導電型領域PR2を有している。この場合第1導電型半導体層NEPには、第2導電型ウェルPWLが形成されている。そしてトランジスタTR2は、第2導電型ウェルPWLを用いて形成されている。
ゲート電極GE2は、基板SUB上に位置している。ゲート絶縁膜GI2は、ゲート電極GE2と基板SUBの間に位置している。ゲート電極GE2は、例えばポリシリコンにより形成されている。ゲート絶縁膜GI2は、例えばシリコン酸化膜(SiO)により形成されている。
第2導電型ウェルPWLは、ドレイン領域DR2及びソース領域SR2を有している。ドレイン領域DR2及びソース領域SR2それぞれは、第1導電型領域である。本図に示す例では、ドレイン領域DR2及びソース領域SR2は、第2導電型ウェルPWLよりも浅い。
第2導電型ウェルPWLは、第2導電型領域PR2を有している。第2導電型領域PR2は、第2導電型ウェルPWLに基準電位を与えるための導電型領域である。本図に示す例において、第2導電型領域PR2は、ソース領域SR2を基準としてゲート電極GE2の反対側に位置している。
絶縁層DLには、コンタクトCT2が埋め込まれている。さらに絶縁層DL上には、ドレイン配線DWR及びソース配線SWRが形成されている。ドレイン領域DR2は、コンタクトCT2を介してドレイン配線DWRに接続している。ソース領域SR2及び第2導電型領域PR2は、コンタクトCT2を介してソース配線SWRに接続している。なお、コンタクトCT2、ドレイン配線DWR、及びソース配線SWRは、例えば、アルミニウム(Al)により形成されている。
ソース配線SWRには、抵抗素子REが接続している。抵抗素子REは、例えば、絶縁層DL上の配線層に埋め込まれた高抵抗金属である。その他の例として、抵抗素子REは、基板SUBに形成された分離領域(例えば、STI(Shallow Trench Isolation)又はLOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)により形成された絶縁膜)上に位置するポリシリコン抵抗である。
上記した場合、高抵抗金属とは、例えば、25℃における電気抵抗率が40μΩ・cm以上200μΩ・cm以下の金属である。より具体的には、高抵抗金属とは、例えば、例えば、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、タンタル(Ta)、又は窒化タンタル(TaN)である。ただし、抵抗素子REの材料はこの例に限定されるものではない。
図40は、図39に示した半導体装置の動作を説明するための図である。本図に示す例では、図39に示した半導体パッケージPKGを図8〜図10に示したようにロウサイドスイッチに用いている。この場合、ドレイン配線DWRは入力端子TPIに接続する。抵抗素子REは接地端子TPG(接地電位:0V)に接続する。電極EL1は第2端子TP2(接地電位:0V)に接続する。ドレイン電極DE1は第3端子TP3に接続する。
図40に示すように、トランジスタTR2が形成されている領域では、第1導電型半導体層NEP、第2導電型ウェルPWL、及びソース領域SR2によって、寄生トランジスタPTR(npnバイポーラトランジスタ)が形成される場合がある。そしてこの場合、電源BTと第3端子TP3の間でのESDにより発生した電流が、負荷LDを介して第3端子TP3に流れる場合がある。そしてこの電流によって寄生トランジスタPTRがオンする場合がある。この場合、ソース領域SR2で電流集中が生じ得る。そしてこのような電流集中は、ソース領域SR2(nチャネル)の破壊の原因になり得る。
そこで図40に示す例では、ソース配線SWRが抵抗素子REを介して接地端子TPGに接続している。これにより、寄生トランジスタPTRがオンしたとしても、寄生トランジスタPTRに流れる電流は抵抗素子REによって制限される。このため、ソース領域SR2での電流集中を抑制することができる。
なお、負荷LDにトランジスタTR1の定格電流が流れる場合、第2導電型ウェルPWLの電位Vpは、第1導電型半導体層NEPの電位Vnよりも低くなっている必要がある(Vp<Vn)。これは、仮にVn>Vpになると第2導電型ウェルPWLから第1導電型半導体層NEPに電流が流れてしまうためである。
Vp<Vnを満たすために、抵抗素子REの抵抗Rは、次のように設計する。まず、ILを、負荷LD(図8〜図10)に流れる電流とする。Ronを第1導電型半導体層NEPのオン抵抗とする。Rを抵抗素子REの抵抗とする。ICCをトランジスタTR2に流れる電流とする。この場合、図40に示すように、Vp=R×ICCとなり、Vn=Ron×ILとなる。これより、Vp<Vnを満たすためには、R<(Ron×IL)/ICCを満たしている必要がある。
以上、本変形例によれば、半導体パッケージPKGは、トランジスタTR2(保護トランジスタ)を有している。これにより、半導体パッケージPKGの入力端子TPIでESDが発生しても、半導体パッケージPKGの内部素子を保護することができる。さらに、トランジスタTR2には、抵抗素子REが設けられている。これにより、半導体パッケージPKGの第3端子TP3でESDが発生しても、トランジスタTR2を保護することができる。
(変形例3)
図41は、変形例3に係る半導体装置の回路構成を示す図であり、第1の実施形態の図1に対応する。本変形例に係る半導体装置は、以下の点を除いて、第1の実施形態に係る半導体装置と同様の構成である。
本図に示す例において、ダイオードDIOは、電源端子TPVを第1端子TP1に接続している。この場合、ダイオードDIOは、アノード(A)が電源端子TPVに接続し、カソード(K)は第1端子TP1に接続している。そして信号生成回路SGC、レベルシフト回路LSC、及びドライバ回路DRCは、第1端子TP1に接続している。この場合、レベルシフト回路LSC、及びドライバ回路DRCは、ダイオードDIOを介して電源端子TPVに接続している。この場合、詳細を後述するように、信号生成回路SGCに効率的に駆動電力を供給することができる。
さらに、本図に示す例では、電源端子TPVは、トランジスタTR1のドレイン(D)に接続している。これにより、トランジスタTR1のドレイン電圧は、電源端子TPVによって与えられる。
図42は、本変形例に係る電子装置の回路構成の第1例を示す図であり、第1の実施形態の図5に対応する。本図に示す例において、半導体パッケージPKGは、負荷LDのハイサイドスイッチとして用いられている。具体的には、電源BT、負荷LD、及びキャパシタCPは、半導体パッケージPKGの外部に設けられている。この場合、半導体パッケージPKG及びキャパシタCPは、例えば、同一の回路基板(不図示)上に設けられている。そして電源BTは、電源端子TPVに電源電圧を供給している。負荷LDは、第2端子TP2を接地端子TPGに接続している。キャパシタCPは、第2端子TP2を第1端子TP1に接続している。接地端子TPGは接地している。
図43及び図44の各図は、図42に示した電子装置の動作を説明するための図である。図43は、第1の実施形態の図6に対応する。図44は、第1の実施形態の図7に対応する。図43に示す例では、トランジスタTR1はオフ状態である。図44に示す例では、トランジスタTR1はオン状態である。
まず、図43に示す例では、キャパシタCPが電源BTによって充電される。詳細には、上記したように、トランジスタTR1はオフ状態である。この場合、トランジスタTR1には電流が流れない。これより、本図に示すように、電源BTから、電源端子TPV、ダイオードDIO、及び第1端子TP1を介して、キャパシタCPに電流が流れる。この場合、キャパシタCPは、上記した電流によって充電される。充電が進行すると、キャパシタCPは、第1端子TP1側の電位(図中+側の電位)が第2端子TP2側の電位(図中−側の電位)に比して高いものになる。
次に、図44に示す例では、信号生成回路SGCの電源電圧、レベルシフト回路LSCの電源電圧、及びドライバ回路DRCの電源電圧それぞれがキャパシタCPによって与えられる。詳細には、上記したように、トランジスタTR1はオン状態である。これより、本図に示すように、電源BTから、電源端子TPV、トランジスタTR1、第1端子TP1、及び負荷LDを介して、グラウンド(GND)に電流が流れる。この場合、キャパシタCPは、第2端子TP2側の電位(図中−側の電位)が電源BTの電源電圧によって上がる。これにより、キャパシタCPでは、第1端子TP1側の電位(図中+側の電位)は、第2端子TP2側で上がった電圧の分だけ上がる。この場合、第1端子TP1の電位を電源BTの電源電圧よりも高いものにすることができる。言い換えると、キャパシタCPは、ブートストラップキャパシタとして機能することができる。
図45は、本変形例に係る電子装置の回路構成の第2例を示す図であり、第1の実施形態の図8に対応する。本図に示す例において、半導体パッケージPKGは、負荷LDのロウサイドスイッチとして用いられている。具体的には、電源BT、負荷LD、及びキャパシタCPは、半導体パッケージPKGの外部に設けられている。この場合、半導体パッケージPKG及びキャパシタCPは、例えば、同一の回路基板(不図示)上に設けられている。そして電源BTは、負荷LDを介して電源端子TPVに電源電圧を供給している。キャパシタCPは、第2端子TP2を第1端子TP1に接続している。第2端子TP2及び接地端子TPGは接地している。
図46及び図47の各図は、図45に示した電子装置の動作を説明するための図である。図46は、第1の実施形態の図9に対応する。図47は、第1の実施形態の図10に対応する。図46に示す例では、トランジスタTR1はオフ状態である。図47に示す例では、トランジスタTR1はオン状態である。
まず、図46に示す例では、キャパシタCPが電源BTによって充電される。詳細には、上記したように、トランジスタTR1はオフ状態である。この場合、トランジスタTR1には電流が流れない。これより、本図に示すように、電源BTから、負荷LD、電源端子TPV、ダイオードDIO、及び第1端子TP1を介して、キャパシタCPに電流が流れる。この場合、キャパシタCPは、上記した電流によって充電される。充電が進行すると、キャパシタCPは、第1端子TP1側の電位(図中+側の電位)が第2端子TP2側の電位(図中−側の電位)に比して高いものになる。
次に、図47に示す例では、信号生成回路SGCの電源電圧、レベルシフト回路LSCの電源電圧、及びドライバ回路DRCの電源電圧それぞれがキャパシタCPによって与えられる。詳細には、上記したように、トランジスタTR1はオン状態である。これより、電源BTから、負荷LD、電源端子TPV、トランジスタTR1、及び第2端子TP2を介して、グラウンド(GND)に電流が流れる。本図に示す例においても、第2端子TP2は接地したままである。これにより、キャパシタCPは、第1端子TP1側の電位(図中+側の電位)が第2端子TP2側の電位(図中−側の電位)に比して高いままである。このため、第1端子TP1の電位は、第2端子TP2の電位及び接地端子TPGの電位いずれよりも高いものにすることができる。
上記した場合、レベルシフト回路LSCの電源電圧及びドライバ回路DRCの電源電圧がキャパシタCPによって与えられる。さらに信号生成回路SGCの電源電圧もキャパシタCPによって与えられる。この場合、信号生成回路SGCの駆動電力を効率的に供給することができる。詳細には、図45〜図47に示す例では、電源BTは、負荷LDを介して電源端子TPVに接続している。この場合、負荷LDによって電源BTと電源端子TPVの電気的接続が切れる場合がある。本変形例によれば、このような事態が生じたとしても、信号生成回路SGCの駆動電力をキャパシタCPによって与えることができる。
以上、本変形例によれば、図42〜図44に示したように、半導体パッケージPKGをハイサイドスイッチに用いることができる。また図45〜図47に示したように、半導体パッケージPKGをロウサイドスイッチに用いることもできる。そして半導体パッケージPKGをハイサイドスイッチに用いる場合もロウサイドスイッチに用いる場合も、半導体パッケージPKGの構成は同一である。このように本変形例によれば、用途に応じて半導体パッケージPKGをハイサイドスイッチにもロウサイドスイッチにも用いることができる。
さらに本変形例によれば、半導体パッケージPKGは第3端子TP3(図11)を備える必要がない。これにより、本変形例によれば、第1の実施形態に比して、半導体パッケージPKGの端子(リード)の数を少ないものにすることができる。
(変形例4)
図48は、変形例4に係る半導体装置の回路構成を示す図であり、第1の実施形態の図11に対応する。本変形例に係る半導体装置は、以下の点を除いて、第1の実施形態に係る半導体装置と同様の構成である。
本図に示す例において、半導体パッケージPKGは、半導体チップSC及びキャパシタCPを有している。この場合、キャパシタCPは、半導体パッケージPKGの内側に設けられている。さらにこの場合、キャパシタCPは、半導体チップSCの外部に位置している。具体的には、例えば、半導体チップSC及びキャパシタCPは、同一の封止樹脂によって封止されている。
より詳細には、半導体パッケージPKGは、電源端子TPV、接地端子TPG、入力端子TPI、第2端子TP2、及び第3端子TP3を備えている。一方、半導体チップSCは、電源端子TCV、接地端子TCG、入力端子TCI、第1端子TC1、第2端子TC2、及び第3端子TC3を備えている。そして電源端子TPVは電源端子TCVに接続している。接地端子TPGは接地端子TCGに接続している。入力端子TPIは入力端子TCIに接続している。第2端子TP2は第2端子TC2に接続している。さらに第2端子TP2はキャパシタCPを介して第1端子TC1に接続している。第3端子TP3は第3端子TC3に接続している。
本変形例においても、第1の実施形態と同様にして、半導体パッケージPKGをハイサイドスイッチ及びロウサイドスイッチのいずれにも用いることができる。そして半導体パッケージPKGをハイサイドスイッチに用いる場合もロウサイドスイッチに用いる場合も、半導体パッケージPKGの構成は同一である。このように本変形例によれば、用途に応じて半導体パッケージPKGをハイサイドスイッチにもロウサイドスイッチにも用いることができる。
さらに本変形例によれば、半導体パッケージPKGは第1端子TP1(図11)を備える必要がない。これにより、本変形例によれば、第1の実施形態に比して、半導体パッケージPKGの端子(リード)の数を少ないものにすることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
BPT バイポーラトランジスタ
BT 電源
BW1 ボンディングワイヤ
BW2 ボンディングワイヤ
BW3 ボンディングワイヤ
BWG ボンディングワイヤ
BWI ボンディングワイヤ
BWV ボンディングワイヤ
CP キャパシタ
CT コンタクト
CT1 コンタクト
CT2 コンタクト
DE1 ドレイン電極
DIO ダイオード
DL 絶縁層
DP ダイパッド
DR2 ドレイン領域
DRC ドライバ回路
DWR ドレイン配線
EL 電極
EL1 電極
GE1 ゲート電極
GE2 ゲート電極
GI1 ゲート絶縁膜
GI2 ゲート絶縁膜
LD 負荷
LD1 リード
LD2 リード
LD3 リード
LDG リード
LDI リード
LDV リード
LF リードフレーム
LSC レベルシフト回路
MR 封止樹脂
NEP 第1導電型半導体層
NR 第1導電型領域
PBR 第2導電型ベース領域
PKG 半導体パッケージ
PR1 第2導電型領域
PWL 第2導電型ウェル
RE 抵抗素子
REC 凹部
SC 半導体チップ
SGC 信号生成回路
SMS 半導体基板
SR1 ソース領域
SR2 ソース領域
SWR ソース配線
SUB 基板
TC1 第1端子
TC2 第2端子
TC3 第3端子
TCG 接地端子
TCI 入力端子
TCV 電源端子
TP1 第1端子
TP2 第2端子
TP3 第3端子
TPG 接地端子
TPI 入力端子
TPV 電源端子
TR1 トランジスタ
TR2 トランジスタ

Claims (11)

  1. 電源端子と、
    接地端子と、
    入力端子と、
    第1端子と、
    第2端子と、
    第3端子と、
    前記入力端子、前記第1端子、及び前記接地端子に接続し、駆動電力が前記第1端子から供給されるレベルシフト回路と、
    前記第1端子及び前記第2端子に接続し、前記レベルシフト回路の出力信号が入力され、駆動電力が前記第1端子から供給されるドライバ回路と、
    ゲート電極が前記ドライバ回路に接続し、ソースが前記第2端子に接続し、ドレインが前記第3端子に接続している第1トランジスタと、
    前記電源端子を前記第1端子に接続しており、ダイオード又は第2トランジスタである第1素子と、
    を備える半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記第1端子に接続する第1リードと、
    前記第2端子に接続する第2リードと、
    前記第3端子に接続する第3リードと、
    前記電源端子に接続する第4リードと、
    前記接地端子に接続する第5リードと、
    前記入力端子に接続する第6リードと、
    を備える半導体装置。
  3. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記第1端子及び前記電源端子に接続する第1リードと、
    前記第2端子に接続する第2リードと、
    前記第3端子に接続する第3リードと、
    前記接地端子に接続する第4リードと、
    前記入力端子に接続する第5リードと、
    を備える半導体装置。
  4. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記第1端子に接続する第1リードと、
    前記第2端子及び前記接地端子に接続する第2リードと、
    前記第3端子に接続する第3リードと、
    前記電源端子に接続する第4リードと、
    前記入力端子に接続する第5リードと、
    を備える半導体装置。
  5. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記第1端子と前記第2端子の間で前記ドライバ回路に並列に設けられたキャパシタを備える半導体装置。
  6. 電源端子と、
    接地端子と、
    入力端子と、
    第1端子と、
    第2端子と、
    前記入力端子、前記第1端子、及び前記接地端子に接続し、駆動電力が前記第1端子から供給されるレベルシフト回路と、
    前記第1端子及び前記第2端子に接続し、前記レベルシフト回路の出力信号が入力され、駆動電力が前記第1端子から供給されるドライバ回路と、
    ゲート電極が前記ドライバ回路に接続し、ソースが前記第2端子に接続し、ドレインが前記電源端子に接続している第1トランジスタと、
    前記電源端子を前記第1端子に接続しており、ダイオード又は第2トランジスタである第1素子と、
    を備える半導体装置。
  7. 請求項6に記載の半導体装置において、
    前記第1端子に接続する第1リードと、
    前記第2端子に接続する第2リードと、
    前記電源端子に接続する第3リードと、
    前記接地端子に接続する第4リードと、
    前記入力端子に接続する第5リードと、
    を備える半導体装置。
  8. 請求項6に記載の半導体装置において、
    互いに対向する第1面及び第2面を有する基板を備え、
    前記第1トランジスタは、前記第1面に前記ドレインを有し、前記第2面に前記ソースを有しており、
    前記電源端子は、前記第1面に設けられた電極パッドである半導体装置。
  9. 請求項8に記載の半導体装置において、
    前記第1端子に接続する第1リードと、
    前記第2端子に接続する第2リードと、
    前記接地端子に接続する第3リードと、
    前記入力端子に接続する第4リードと、
    前記電源端子に接続するダイパッドと、
    を備える半導体装置。
  10. 電源端子と、
    接地端子と、
    入力端子と、
    第1端子と、
    第2端子と、
    前記入力端子、前記第1端子、及び前記接地端子に接続し、駆動電力が前記第1端子から供給されるレベルシフト回路と、
    前記第1端子及び前記接地端子に接続し、前記レベルシフト回路の出力信号が入力され、駆動電力が前記第1端子から供給されるドライバ回路と、
    ゲート電極が前記ドライバ回路に接続し、ソースが前記接地端子に接続し、ドレインが前記第2端子に接続している第1トランジスタと、
    前記電源端子を前記第1端子に接続しており、ダイオード又は第2トランジスタである第1素子と、
    を備える半導体装置。
  11. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記第1端子に接続する第1リードと、
    前記第2端子に接続する第2リードと、
    前記電源端子に接続する第3リードと、
    前記接地端子に接続する第4リードと、
    前記入力端子に接続する第5リードと、
    を備える半導体装置。
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