JP3917689B2 - Semiconductor device - Google Patents

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JP3917689B2
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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導性負荷を駆動する半導体装置にかかり、特に、誘導性負荷の回生電流を流すフライバックダイオードを内蔵する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ステッピングモーターは、パルスモーター、ステップモーターとも呼ばれており、パルス数で回転角の変化を行えたり、パルス周波数で回転速度を変えられる等、フィードバック系を用いずに位置決め制御ができることから、OA用途やFA用途に盛んに用いられている。それに伴って、ステッピングモーター駆動用のパワーICも広汎に用いられるようになって来た。
【0003】
図3の符号100に、そのようなステッピングモーター駆動用ICの回路ブロックの一例を示す。この図3の符号L1、L2は2相ステッピングモーターのインダクタンス成分を誘導性負荷として表したものであり、その誘導性負荷L1と誘導性負荷L2は、逆相で磁気結合しているものとする。
【0004】
誘導性負荷L1、L2の一端は電源E0に接続されており、他端はトランジスタQ1、Q2のコレクタ端子にそれぞれ接続されている。そのトランジスタQ1、Q2のエミッタ端子は電流検出抵抗RS0の一端に接続されており、他端を接地電位に接続すると、各トランジスタQ1、Q2のうちの所定のものがON状態になったときに、電源E0から誘導性負荷L1や誘導性負荷L2に電流が供給されるように構成されている。その電流は電流検出抵抗RS0を流れるが、電流検出抵抗RS0の一端はコンパレーターCompに入力されており、電流検出抵抗RS0に生じた電圧はコンパレーターCompによって基準電圧Vrefと比較され、その比較結果に基いて制御回路B0が各トランジスタQ1、Q2の制御を行うと、2相ステッピングモーターをオープンループで駆動できるように構成されている。
【0005】
トランジスタQ1、Q2のコレクタ端子と接地電位の間には、フライバックダイオードFD1、FD2がそれぞれ各トランジスタQ1、Q2と逆向きに接続されており、いま、トランジスタQ1がON状態、トランジスタQ2がOFF状態にあり、誘導性負荷L1には電源E0から供給された駆動電流i1が流れているものとする。
【0006】
その状態からトランジスタQ1がOFF状態になると、誘導性負荷L1と磁気結合した誘導性負荷L2の両端に電圧が発生し、フライバックダイオードFD2を介してグラウンドから電源E0に向けて回生電流i2が流される。この回生電流i2が流れることによって、誘導性負荷L1に蓄積されていたエネルギーが放出される。
【0007】
このようなステッピングモーター駆動用IC100の部分的な拡散構造を図5に示す。
このステッピングモーター駆動用IC100は、p+型のシリコン単結晶から成る基板120を有しており、その基板120に、予めn+型のn埋込層126が形成された後、n-型のシリコンエピタキシャル層から成る半導体結晶層121が堆積されている。
【0008】
その半導体結晶層121表面からはp+型の分離拡散層124が、基板120に達するように拡散され、その分離拡散層124及び基板120と半導体結晶層121とで形成されるpn接合によって、図示しないものも含め、複数の素子領域150、151が形成されている。
【0009】
各素子領域には、n+型の低抵抗拡散層128と、p+型のダイオード拡散層129と、n+型のエミッタ拡散層130のうちの所望の拡散層が形成されており、それら拡散層によって、トランジスタや抵抗等の電気素子が形成されている。
【0010】
符号150で示す素子領域内には、ダイオード拡散層129が形成されているが、ここで、前述の半導体結晶層121のうち、前記各拡散層が形成されていない部分に符号113を付すものとすると、その半導体結晶層113とダイオード拡散層129とで形成されるpn接合によってフライバックダイオードFD2が構成されている。
【0011】
他方、素子領域151内では、ダイオード拡散層129表面にエミッタ拡散層130が形成されており、エミッタ拡散層130をエミッタ領域、ダイオード拡散層129をベース領域、半導体結晶層113をコレクタ領域とするNPNトランジスタQ2が形成されている。
【0012】
それら素子領域150、151には、低抵抗拡散層128がn埋込層126に達するように拡散されており、フライバックダイオードFD2やトランジスタQ2を流れる電流が、各素子領域150、151内の低抵抗拡散層128を通れるように構成されている。
【0013】
これら各拡散層上に形成されたシリコン酸化膜131表面には、パターニングされたアルミニウム薄膜132が形成されており、各拡散層の所定のものの表面には、シリコン酸化膜131に設けられた窓開け部分を介して電極132が形成されている。
【0014】
各電極132を半導体装置100の外部に取り出し、フライバックダイオードFD2のp+型拡散層129を接地電位に置くと、トランジスタQ1がON状態からOFF状態に転じたときに、誘導性負荷L1と磁気結合をした誘導性負荷L2に電圧が誘起され、ダイオード拡散層129から、半導体結晶層113を通って電源E0に回生電流i2が流される。
【0015】
この半導体装置100では、各素子領域を互いに電気的に分離させるために分離拡散層124は接地電位に置かれているが、回生電流i2が流される際に、素子領域150内の半導体結晶層113が負電位に振られるため、分離拡散層124や基板120と半導体結晶層113とで形成されるpn接合が順バイアスされ、そのpn接合に寄生電流i3が流れてしまう。
【0016】
その寄生電流i3は、素子領域150内の半導体結晶層113をエミッタ領域、分離拡散層124をベース領域、隣接する他の素子領域の半導体結晶層113をコレクタ領域とする寄生NPNトランジスタQP'のベース電流となり、寄生NPNトランジスタQP'の電流増幅率に従った大きさのコレクタ電流を流す際、そのコレクタ電流を隣接する素子領域の半導体結晶層113から引き抜いてしまう。このようなコレクタ電流は、回路動作の安定性や熱損失設計上無視することができず、余り大きいと回路が誤動作したり、発熱が大きくなる等、種々の問題を生じる原因となっていた。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたもので、その目的は、小さな専有面積で発熱の小さい誘導性負荷駆動用の半導体装置を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、基板と、前記基板と異なる導電型であって前記基板表面に形成された半導体結晶層と、前記基板と同じ導電型であって前記半導体結晶層表面から拡散され、前記基板に達した分離拡散層とを有し、前記分離拡散層で囲まれた領域である素子領域が複数形成され、前記素子領域に電気素子が形成された半導体装置において、前記素子領域内にコレクタ領域とベース領域とエミッタ領域が配置されて誘導性負荷駆動用のトランジスタが構成され、前記電気素子として前記トランジスタを有する素子領域に、前記半導体結晶層表面から拡散されたダイオード拡散層が設けられ、前記半導体結晶層と前記ダイオード拡散層とで形成されるpn接合でフライバックダイオードが形成され、前記トランジスタがOFF状態のときに、前記フライバックダイオードに電流を流せるように構成され、前記トランジスタが形成された素子領域には、前記半導体結晶層と同じ導電型であって前記半導体結晶層表面から拡散された低抵抗拡散層が設けられ、前記トランジスタと前記フライバックダイオードに流れる電流が、同じ低抵抗拡 散層を通れるように構成され、前記分離拡散層の一部の表面には基板バイアス用電極が設けられ、その分離拡散層が基板バイアス用拡散層とされ、該基板バイアス用電極に電圧を印加し、前記基板バイアス用拡散層を介して前記基板を所定電位に置くと、前記基板と前記半導体結晶層とで形成されるpn接合を逆バイアス状態にできるように構成され、前記トランジスタと前記フライバックダイオードとが形成された素子領域は、前記基板バイアス用電極が表面に設けられていない分離拡散層によって他の素子領域から分離され、その分離拡散層と前記基板バイアス用拡散層との間に、前記基板と異なる導電型のダミー領域が配置され、前記素子領域内で、前記基板バイアス用分離拡散層に対して、前記フライバックダイオードが近くに、前記トランジスタが遠くに配置され、前記ダミー領域に対して、前記フライバックダイオードが近くに、前記トランジスタが遠くに配置され、前記ダミー領域は前記基板バイアス用電極に接続されたことを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の半導体装置であって、前記トランジスタと前記フライバックダイオードとが形成された素子領域を複数有し、前記各トランジスタが誘導性負荷に接続され、該誘導性負荷を駆動できるように構成された半導体装置であって、前記各トランジスタのうち、いずれか1個以上のトランジスタがON状態からOFF状態に転じたときに、そのトランジスタに接続された誘導性負荷に蓄積されたエネルギーが、他のトランジスタを有する素子領域内の前記フライバックダイオードを介して放出できるように構成されたことを特徴とする。
【0019】
上述の本発明の構成によれば、基板と、その基板とは異なる導電型であって基板表面に形成された半導体結晶層の表面から、基板と同じ導電型である分離拡散層を基板に達するように拡散させ、半導体結晶層と分離拡散層とでpn接合を形成させると、そのpn接合によって、互いに電気的に分離した複数の素子領域が形成できる。
【0020】
そのような素子領域に電気素子を設けて半導体装置を構成する際、電気素子として、誘導性負荷を駆動するトランジスタが設けられる素子領域内の半導体結晶層表面から、半導体結晶層と異なる導電型のダイオード拡散層を拡散させ、そのダイオード拡散層と半導体結晶層とで形成されるpn接合によって、フライバックダイオードを形成させると、トランジスタとフライバックダイオードとが同じ素子領域内に形成されるので、トランジスタやフライバックダイオード間の分離拡散層が不要となり、半導体装置の面積を節約することができる。そのようなフライバックダイオードは、誘導性負荷を駆動するトランジスタがOFF状態のときに電流を流すことができるので、誘導性負荷を駆動するトランジスタを複数有する回路に適している。
【0021】
その場合、同じ素子領域内にあるトランジスタとダイオードには同時に電流が流れないので、トランジスタが形成された素子領域内に、半導体結晶層と同じ導電型である低抵抗拡散層を半導体結晶層表面から拡散させておき、トランジスタとフライバックダイオードには、その低抵抗拡散層を介して電流が流れるようにしておくと、低抵抗拡散層を共有させることができるので、小さな専有面積で発熱の少ない半導体装置を構成することができる。
【0022】
また、そのような半導体装置が、トランジスタとフライバックダイオードとが一緒に形成された素子領域を複数有している場合には、各トランジスタのうち、いずれか1個以上のトランジスタがON状態となって誘導性負荷に蓄積されたエネルギーが、そのON状態のトランジスタがOFF状態に転じたときに、他のトランジスタ(そのON状態からOFF状態に転じたトランジスタ以外のトランジスタ)が形成されている素子領域内のフライバックダイオードを介して放出させることができる。
【0023】
これらの半導体装置については、分離拡散層の一部の表面に基板バイアス用電極を設け、その分離拡散層を基板バイアス用拡散層とし、基板バイアス用電極に電圧を印加し、基板バイアス用拡散層を介して基板を所定電位に置けるように構成しておくと、半導体装置の裏面に接地電位用の電極を接続しなくても基板と半導体結晶層とで形成されるpn接合を逆バイアス状態にできる。
【0024】
この場合、トランジスタとフライバックダイオードとが形成された素子領域を他の素子領域から分離させるためには、表面に基板バイアス用電極が設けられていない分離拡散層を設け、その素子領域内の半導体結晶層とpn接合を形成させると共に、その分離拡散層と前述の基板バイアス用拡散層との間に、基板と異なる導電型のダミー領域を配置すると、特に、基板バイアス用拡散層近傍の寄生トランジスタの電流増幅率を低下させることができる。
【0025】
更に、基板バイアス用分離拡散層に対して、一つの素子領域内でフライバックダイオードを近くに、トランジスタを遠くに配置すると、基板バイアス用分離拡散層から離れたところにある寄生トランジスタのベース領域の抵抗成分が大きくなるので、寄生トランジスタの動作を一層抑制することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図1を参照し、符号2は、本発明の一例の半導体装置であり、図3に示すブロック図と同じブロックで構成されている。この半導体装置2は、p+型のシリコン単結晶から成る基板20を有しており、その基板20表面には、p+型のp埋込層23と、n+型のn埋込層26とが形成された後、単結晶成長されたn-型のシリコンエピタキシャル層から成る半導体結晶層21が形成されている。
【0027】
半導体結晶層21表面からはp+型の分離拡散層24がp埋込層23に接するように拡散されており、その分離拡散層24や基板20が半導体結晶層21やn埋込層26と形成するpn接合によって、互いに分離された多数の素子領域が形成されている(この図1には素子領域4を示す)。
【0028】
半導体結晶層21表面からは、所望部分にp+型のダイオード拡散層29やn+型のエミッタ拡散層30が拡散されており、半導体結晶層21や、それらダイオード拡散層29、エミッタ拡散層30によって、各素子領域内にはトランジスタや抵抗等の所望の電気素子が形成されている。
【0029】
それら素子領域のうち、特に、素子領域4内のダイオード拡散層29表面からはエミッタ拡散層30が部分的に拡散されており、NPNトランジスタQ2が形成されている。以下、半導体結晶層21のうち、拡散層や埋込層が形成されておらず、n-エピタキシャル層の濃度を維持している部分には符号13を付すことにすると、NPNトランジスタQ2では、その半導体結晶層13がコレクタ領域、エミッタ拡散層30がエミッタ領域、表面にエミッタ拡散層30を有するダイオード拡散層29がベース領域になる。
【0030】
また、そのNPNトランジスタQ2を有する素子領域4内には、エミッタ拡散層30が拡散されていないダイオード拡散層29が設けられており、そのダイオード拡散層29をアノード領域とし、半導体結晶層13をカソード領域とするフライバックダイオードFD2が形成されている。
【0031】
各拡散層上及び半導体結晶層13上には所定部分に窓開けされたシリコン酸化膜31が成膜されており、その表面にはパターニングされたアルミニウム薄膜が形成され、フライバックダイオードFD2のアノード領域(ダイオード拡散層29)上のものはアノード電極42、NPNトランジスタQ2のエミッタ領域(エミッタ拡散層30)上のものはエミッタ電極44、ベース領域(ダイオード拡散層29)上のものはベース電極45にされている。
【0032】
また、パターニングされたアルミニウム薄膜は、基板バイアス用電極41として分離拡散層24の一部表面にも形成されており、その基板バイアス用電極41が接地電位に接続されたときに、基板バイアス用電極41底面に位置する分離拡散層24を基板バイアス用拡散層16として、基板20を接地電位にできるように構成さている。
【0033】
ところで、NPNトランジスタQ2とフライバックダイオードFD2とを有する素子領域4は、分離拡散層24が半導体結晶層13を略四角リング形状に囲んで形成されており、他方、低抵抗拡散層28は、エミッタ拡散層30を有するダイオード拡散層29を取り囲む形状にされている。低抵抗拡散層28にはNPNトランジスタQ2のコレクタ電流とフライバックダイオードFD2のカソード電流とが流れることから、その低抵抗拡散層28表面に形成されたアルミニウム薄膜は、共通電極43として、コレクタ電極としてもカソード電極としても用いられるように構成されている。共通電極43は半導体装置2の外部で誘導性負荷L2の一端に接続できるように構成されている。
【0034】
低抵抗拡散層28の不純物濃度は、半導体結晶層13よりも高濃度にされ、大電流が流れても電圧降下は小さくなるようにされており、NPNトランジスタQ2がON状態となって誘導性負荷L2を駆動する際と、フライバックダイオードFD2に誘導性負荷L1の回生電流i2を流す際の両方とも、低抵抗拡散層28を通って電流が流れるため、NPNトランジスタQ2とフライバックダイオードFD2とに生じる熱損失を、同じ低抵抗拡散層28によって低減できるように構成されている。
【0035】
いま、NPNトランジスタQ1がON状態、NPNトランジスタQ2がOFF状態にあり、誘導性負荷L1に駆動電流i1が流れているものとする。
【0036】
素子領域4内の半導体結晶層13は、コレクタ領域としてもカソード領域としても働くことから、その状態からNPNトランジスタQ1がOFF状態に転じ、誘導性負荷L1と磁気結合した誘導性負荷L2に起電力が生じると、フライバックダイオードFD2が導通し、回生電流i2が流れる際に、その半導体結晶層13が負電位に振られる。
【0037】
アノード電極42と基板バイアス用電極41とは、上述のパターニングされたアルミニウム薄膜によってシリコン酸化膜31上で短絡されており、そのため、基板20や分離拡散層24と半導体結晶層13とで形成されるpn接合も順バイアスされ、寄生電流が流れることは避けられない。
【0038】
その寄生電流は、素子領域4内の半導体結晶層13をエミッタ領域とし、エミッタ領域に隣接するp型層をベース領域、ベース領域に隣接するn型層をコレクタ領域とする寄生NPNトランジスタのベース電流になるため、コレクタ電流として、素子領域4に隣接する他の素子領域内の半導体結晶層13から電流を引き抜いてしまう。
【0039】
この場合、寄生NPNトランジスタのベース電極となるのは、基板バイアス用電極41であるが、この半導体装置2では、素子領域4と他の素子領域とを分離する分離拡散層24表面には基板バイアス用電極41は設けられておらず、素子領域4に近いところにある分離拡散層24は、ベース領域としての動作が抑制されている。
【0040】
そして、素子領域4と、その基板バイアス用電極41が設けられた基板バイアス用拡散層16との分離を行う分離拡散層24との間には、基板20と異なる導電型の半導体結晶層13を有するダミー領域5が配置されており、寄生トランジスタのエミッタ領域である半導体結晶層13から注入された少数キャリアがコレクタ領域に到達しずらいようにされ、その部分の寄生NPNトランジスタの電流増幅率が低下させられている。
【0041】
更に、このダミー領域5の表面からは、低抵抗拡散層28がn埋込層26と接するように拡散されており、その低抵抗拡散層28表面には前述の基板バイアス電極41が形成されており、ダミー領域5は、最も低電位の基板20と同電位に置かれるように構成されている。従って、ダミー領域5が寄生NPNトランジスタのコレクタとなって寄生電流が流れた場合であっても、その寄生電流による電圧降下は小さく、損失も少なくなるようにされている。
【0042】
ここで、図1に示すように、素子領域4の分離を行う分離拡散層24のうち、ダミー領域5と隣接しているものを隣接拡散層18、隣接していないものを非隣接拡散層19とすると、フライバックダイオードFD2は隣接拡散層18に近く、NPNトランジスタQ2は遠くに配置されている。
【0043】
NPNトランジスタQ1、Q2、フライバックダイオードFD1、FD2の平面図を図2(a)に示す。この図2(a)では、エミッタ拡散層30と各電極は省略してある。図1に示した拡散構造は、図2(a)のA−A線断面図に相当する。
【0044】
図1及び図2(a)から分かる通り、本発明の半導体装置2では、基板バイアス用拡散層16と素子領域4内の半導体結晶層13との間には、ダミー領域5が設けられており、基板バイアス層16や隣接拡散層18をベース領域とする寄生NPNトランジスタQP1の電流増幅率は非常に低くなっている。従って、その寄生NPNトランジスタQp1にベース電流i3が流れても、流れるコレクタ電流i4の大きさは非常に小さく、無視できる程度になっている。
【0045】
他方、非隣接拡散層19をベース領域とする寄生NPNトランジスタQP2には、ベース・エミッタ接合とベース電極となる基板バイアス電極41との間には、基板20の抵抗成分による抵抗RBが付加されるため、その寄生NPNトランジスタQp2のベース電流i4は流れにくく、従って、流れるコレクタ電流i5も小さくなっている。
【0046】
本発明の半導体装置2のようにダミー領域5を設けた場合と、従来技術のように設けない場合との寄生NPNトランジスタの電流増幅率を測定すると、従来技術の場合は0.2〜0.3程度の大きさがあったのに対し、本発明の半導体装置2では、その値の1/10以下に低減されていた。なお、実験結果によると、ダミー領域5内に低抵抗拡散層28を設けない場合には、寄生NPNトランジスタの電流増幅率は多少大きめとなった。
【0047】
上述の図2(a)に示した平面図では、非隣接拡散層19側にはダミー領域5を設けなかったが、図2(b)に示すように、NPNトランジスタQ1、Q2とフライバックダイオードFD1、FD2とがそれぞれ一緒に形成される素子領域の全周に亘ってダミー領域5を設けてもよい。
【0048】
次に、他の回路ブロックを有する本発明の半導体装置について説明する。
図4の回路ブロック図を参照し、符号3はその半導体装置を示しており、NPNトランジスタQ11、Q12と、PNPトランジスタQ21、Q22と、フライバックダイオードFD11、FD12、FD21、FD22と、制御回路B10と、電流検出抵抗RS10とを有している。
【0049】
NPNトランジスタQ11、Q12のコレクタ電極と、PNPトランジスタQ21、Q22のコレクタ電極とは、前述したような、パターニングされたアルミニウム薄膜によってそれぞれ互いに接続されており、NPNトランジスタQ11、Q12のエミッタ電極は、外部に設けられた電流検出抵抗RS10の一端に接続され、その他端はグラウンド電位に接続されている。
【0050】
また、PNPトランジスタQ21、Q22のエミッタ電極は、パターニングされたアルミニウム薄膜によって互いに接続されており、半導体装置3の外部に取り出され、電源E10と接続されている。
【0051】
この半導体装置3の、各トランジスタのコレクタ電極同士が接続されたところは外部に取り出され、その間にモーター等の誘導性負荷L11の両端が接続されており、該誘導性負荷L11と各トランジスタQ11、Q12、Q21、Q22とでHブリッジ回路が構成されている。
【0052】
制御回路B10には、各トランジスタQ11、Q12、Q21、Q22のベース電極が接続されており、この制御回路B10が動作し、PNPトランジスタQ21とNPNトランジスタQ11との組を導通させたり、PNPトランジスタQ22とNPNトランジスタQ11との組を導通させれば、誘導性負荷L11に正逆いずれの方向にも電流が流れるように構成されている。
【0053】
フライバックダイオードFD21、FD22は、PNPトランジスタQ21、Q22とは別の素子領域内に形成されており、パターニングされたアルミニウム薄膜によって各PNPトランジスタQ21、Q22に対して、それぞれ逆並列に接続されている。他方、フライバックダイオードFD11、FD12は、図1、図2(a)、(b)に示したフライバックダイオードFD1、FD2と同様に、NPNトランジスタQ11、Q12を有する素子領域内にそれぞれ設けられており、NPNトランジスタQ11、Q12のコレクタ領域とカソード領域とが同じ半導体結晶層で形成されるようにされている。
【0054】
従って、図4のような回路ブロック図に表した場合、フライバックダイオードFD11、FD12のカソード電極はNPNトランジスタQ11、Q12のコレクタ電極とそれぞれ接続して表される。他方、このフライバックダイオードFD11、FD12のアノード電極は外部に取り出されて接地電位に接続されている。
【0055】
電流検出抵抗RS10に生じた電圧は制御回路B10によって検出され、各トランジスタQ11、Q12、Q21、Q22の制御が行われるのは、図3に示した半導体装置2と同様である。
【0056】
いま、PNPトランジスタQ21とNPNトランジスタQ12とがON状態、PNPトランジスタQ22とNPNトランジスタQ11とがOFF状態にあり、符号i11で示す駆動電流が誘導性負荷L11に流れているものとする。
【0057】
この状態から全てのトランジスタがOFF状態になると、誘導性負荷L11に生じた起電力によって、フライバックダイオードFD11、FD22が順バイアスされ、符号i12で示す回生電流が流される。
【0058】
NPNトランジスタQ11とフライバックダイオードFD11とが形成された素子領域を他の素子領域から分離する分離拡散層は、図1に示したのと同様に、表面に基板バイアス用電極が設けられておらず、また、その分離拡散層と基板バイアス用拡散層との間には、基板と異なる導電型のダミー領域が配置されている。更に、基板バイアス用電極が設けられた基板バイアス用分離拡散層に対し、フライバックダイオードFD11が近くに、NPNトランジスタQ11が遠くに配置されている。
【0059】
従って、フライバックダイオードFD11を有する素子領域内の半導体結晶層が負電位に振られたときも、他の素子領域の半導体結晶層から引き抜く電流は小さくて済む。
【0060】
以上説明したのは、NPNトランジスタとフライバックダイオードとを同じ素子領域に形成した場合であったが、基板にn型、半導体結晶層にp型のものを用い、その半導体結晶層を用いて、同じ素子領域中にPNPトランジスタとフライバックダイオードを構成してもよい。その場合には、基板バイアス用電極には電源電圧を印加しておく必要がある。
【0061】
フライバックダイオードと同じ素子領域内にあるトランジスタが、PNPトランジスタとNPNトランジスタのいずれの場合でも、トランジスタがOFF状態のときに回生電流を流せるように構成しておけば、誘導性負荷を駆動することが可能となる。
【0062】
なお、回生電流は、電源から誘導性負荷に供給された電流と略同じ大きさ(1.0〜4.0A程度)になる場合が多いため、フライバックダイオードの面積を大きくしておく必要がある。従来技術のように、トランジスタとフライバックダイオードとを個別の素子領域に形成した場合には、分離拡散層の面積も大きくなり、不経済である。本発明の半導体装置では、トランジスタとフライバックダイオードとが同じ素子領域内に形成され、その間の分離拡散層が不要となるので、面積縮小に寄与する効果は大きい。
【0063】
【発明の効果】
素子領域の面積を小さくできるのでコストが低減する。
寄生NPNトランジスタの電流増幅率を小さくできるので、誤動作がなくなり、また、発熱も小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の拡散構造の一例を示す図
【図2】(a):その平面図の一例
(b):平面図の他の例
【図3】本発明の半導体装置の回路ブロックの一例を示す図
【図4】他の回路ブロックの例を示す図
【図5】従来技術の半導体装置の拡散構造を説明するための図
【符号の説明】
2、3……半導体装置 4……素子領域 5……ダミー領域
16……基板バイアス用拡散層 20……基板 21……半導体結晶層
24……分離拡散層 28……低抵抗拡散層 29……ダイオード拡散層
41……基板バイアス用電極
1、Q2、Q11、Q12……NPNトランジスタ
FD1、FD2、FD11、FD12……フライバックダイオード
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a semiconductor device for driving an inductive load, and more particularly to a semiconductor device having a built-in flyback diode for flowing a regenerative current of the inductive load.
[0002]
[Prior art]
  Stepping motors, also called pulse motors or step motors, can be used for office automation because they can control the positioning without using a feedback system, such as changing the rotation angle with the number of pulses or changing the rotation speed with the pulse frequency. It is actively used for FA applications. Along with this, power ICs for driving stepping motors have been widely used.
[0003]
  Reference numeral 100 in FIG. 3 shows an example of a circuit block of such a stepping motor driving IC. Symbol L in FIG.1, L2Represents the inductance component of a two-phase stepping motor as an inductive load, and the inductive load L1And inductive load L2Are magnetically coupled in reverse phase.
[0004]
  Inductive load L1, L2One end of the power supply E0Is connected to the other end of the transistor Q.1, Q2Are connected to the collector terminals respectively. The transistor Q1, Q2The emitter terminal of the current detection resistor RS0Is connected to one end of the transistor Q, and when the other end is connected to the ground potential, each transistor Q1, Q2When a predetermined one of them becomes ON, the power source E0To inductive load L1And inductive load L2Is configured to be supplied with current. The current is the current detection resistor RS0Current detection resistor RS0Is input to the comparator Comp, and the current detection resistor RS0Is compared with the reference voltage Vref by the comparator Comp, and based on the comparison result, the control circuit B0Is each transistor Q1, Q2When the above control is performed, the two-phase stepping motor is configured to be driven in an open loop.
[0005]
  Transistor Q1, Q2The flyback diode FD is connected between the collector terminal and the ground potential.1, FD2Each transistor Q1, Q2The transistor Q is now connected in the opposite direction.1Is ON, transistor Q2Is in the OFF state and the inductive load L1Power supply E0Drive current i supplied from1Is assumed to be flowing.
[0006]
  From that state, transistor Q1Is turned off, the inductive load L1Inductive load L magnetically coupled with2A voltage is generated at both ends of the flyback diode FD2Power from ground through E0Regenerative current i2Will be washed away. This regenerative current i2Inductive load L1The energy stored in is released.
[0007]
  FIG. 5 shows a partial diffusion structure of such a stepping motor driving IC 100.
  This stepping motor driving IC 100 has p+A substrate 120 made of a silicon single crystal of the type, and n in advance on the substrate 120+After the n-type buried layer 126 of the type is formed, n-A semiconductor crystal layer 121 made of a silicon epitaxial layer of the type is deposited.
[0008]
  P from the surface of the semiconductor crystal layer 121+The isolation diffusion layer 124 of the mold is diffused so as to reach the substrate 120, and a plurality of element regions 150 including those not shown are formed by the isolation diffusion layer 124 and the pn junction formed by the substrate 120 and the semiconductor crystal layer 121. 151 are formed.
[0009]
  Each element region has n+Type low resistance diffusion layer 128 and p+Type diode diffusion layer 129, n+A desired diffusion layer of the type emitter diffusion layer 130 is formed, and an electric element such as a transistor or a resistor is formed by the diffusion layer.
[0010]
  A diode diffusion layer 129 is formed in the element region denoted by reference numeral 150. Here, in the semiconductor crystal layer 121 described above, a portion where the respective diffusion layers are not formed is denoted by reference numeral 113. Then, a flyback diode FD is formed by a pn junction formed by the semiconductor crystal layer 113 and the diode diffusion layer 129.2Is configured.
[0011]
  On the other hand, in the element region 151, an emitter diffusion layer 130 is formed on the surface of the diode diffusion layer 129. The NPN includes the emitter diffusion layer 130 as an emitter region, the diode diffusion layer 129 as a base region, and the semiconductor crystal layer 113 as a collector region. Transistor Q2Is formed.
[0012]
  In these element regions 150 and 151, a low resistance diffusion layer 128 is diffused so as to reach the n buried layer 126, and the flyback diode FD2And transistor Q2Is configured to pass through the low resistance diffusion layer 128 in each of the element regions 150 and 151.
[0013]
  A patterned aluminum thin film 132 is formed on the surface of the silicon oxide film 131 formed on each diffusion layer, and a window provided in the silicon oxide film 131 is formed on a predetermined surface of each diffusion layer. An electrode 132 is formed through the portion.
[0014]
  Each electrode 132 is taken out of the semiconductor device 100 and a flyback diode FD2P+When the type diffusion layer 129 is placed at the ground potential, the transistor Q1When the load turns from the ON state to the OFF state, the inductive load L1Inductive load L magnetically coupled with2A voltage is induced to the power source E from the diode diffusion layer 129 through the semiconductor crystal layer 113.0Regenerative current i2Will be washed away.
[0015]
  In this semiconductor device 100, the isolation diffusion layer 124 is placed at the ground potential in order to electrically isolate the element regions from each other.2Since the semiconductor crystal layer 113 in the element region 150 is moved to a negative potential when the current flows, the pn junction formed by the separation diffusion layer 124 and the substrate 120 and the semiconductor crystal layer 113 is forward-biased, and the pn junction Parasitic current iThreeWill flow.
[0016]
  The parasitic current iThreeThe parasitic NPN transistor Q having the semiconductor crystal layer 113 in the element region 150 as an emitter region, the isolation diffusion layer 124 as a base region, and the semiconductor crystal layer 113 in another adjacent element region as a collector region.PThe base current of the parasitic NPN transistor QPWhen a collector current having a magnitude according to the current amplification factor of 'is passed, the collector current is extracted from the semiconductor crystal layer 113 in the adjacent element region. Such a collector current cannot be ignored in terms of the stability of circuit operation and heat loss design, and if it is too large, it causes various problems such as malfunction of the circuit and increased heat generation.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
  The present invention was created to solve the above-mentioned disadvantages of the prior art, and an object thereof is to provide a semiconductor device for driving an inductive load with a small exclusive area and a small amount of heat generation.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a substrate, a semiconductor crystal layer having a different conductivity type from the substrate and formed on the surface of the substrate, and the same conductivity type as the substrate. Diffused from the surface of the semiconductor crystal layerReached the substrateA separation diffusion layer,A plurality of element regions that are regions surrounded by the isolation diffusion layer are formed,In the semiconductor device in which an electric element is formed in the element region,A collector region, a base region, and an emitter region are arranged in the element region to constitute a transistor for driving an inductive load,As the electrical elementSaidA diode diffusion layer diffused from the surface of the semiconductor crystal layer is provided in an element region having a transistor, and a flyback diode is formed by a pn junction formed by the semiconductor crystal layer and the diode diffusion layer. It is configured to allow current to flow through the flyback diode in the OFF state.In the element region where the transistor is formed, a low resistance diffusion layer having the same conductivity type as the semiconductor crystal layer and diffused from the surface of the semiconductor crystal layer is provided, and a current flowing through the transistor and the flyback diode But the same low resistance expansion A substrate bias electrode is provided on a part of the surface of the separation diffusion layer, and the separation diffusion layer is used as a substrate bias diffusion layer, and a voltage is applied to the substrate bias electrode. When the substrate is placed at a predetermined potential via the substrate bias diffusion layer, the pn junction formed by the substrate and the semiconductor crystal layer can be set in a reverse bias state, and the transistor and the fly The element region in which the back diode is formed is separated from other element regions by an isolation diffusion layer in which the substrate bias electrode is not provided on the surface, and between the isolation diffusion layer and the substrate bias diffusion layer. A dummy region having a conductivity type different from that of the substrate is disposed, and the flyback diode is disposed in front of the isolation biasing layer for the substrate bias in the element region. Transistors are located remotely, the the dummy region, near said flyback diode, said transistors are located remotely, the dummy area, characterized in that connected to the electrode for the substrate bias.
  The invention described in claim 2 is described in claim 1.A semiconductor device comprising a plurality of element regions in which the transistor and the flyback diode are formed, wherein each of the transistors is connected to an inductive load and can drive the inductive load When one or more of the transistors changes from an ON state to an OFF state, the energy stored in the inductive load connected to the transistor has other transistors. It is characterized in that it can be emitted through the flyback diode in the element region.
[0019]
  According to the configuration of the present invention described above, the separation diffusion layer having the same conductivity type as the substrate reaches the substrate from the surface of the substrate and the semiconductor crystal layer having a conductivity type different from that of the substrate and formed on the substrate surface. When a pn junction is formed by the semiconductor crystal layer and the isolation diffusion layer, a plurality of element regions electrically isolated from each other can be formed by the pn junction.
[0020]
  When an electric element is provided in such an element region to constitute a semiconductor device, the electric element has a conductivity type different from that of the semiconductor crystal layer from the surface of the semiconductor crystal layer in the element area where a transistor for driving an inductive load is provided. When a flyback diode is formed by diffusing a diode diffusion layer and a pn junction formed by the diode diffusion layer and the semiconductor crystal layer, the transistor and the flyback diode are formed in the same element region. In addition, an isolation diffusion layer between the flyback diodes is unnecessary, and the area of the semiconductor device can be saved. Such a flyback diode is suitable for a circuit having a plurality of transistors that drive an inductive load because a current can flow when the transistor that drives the inductive load is in an OFF state.
[0021]
  In that case, since current does not flow simultaneously through the transistor and the diode in the same element region, a low resistance diffusion layer having the same conductivity type as the semiconductor crystal layer is formed from the surface of the semiconductor crystal layer in the element region where the transistor is formed. If the transistor and the flyback diode are diffused and the current flows through the low resistance diffusion layer, the low resistance diffusion layer can be shared. A device can be configured.
[0022]
  In addition, when such a semiconductor device has a plurality of element regions in which a transistor and a flyback diode are formed together, any one or more of the transistors are turned on. The element region where other transistors (transistors other than the transistors that changed from the ON state to the OFF state) are formed when the ON state of the transistors stored in the inductive load changes to the OFF state. It can be emitted through an internal flyback diode.
[0023]
  For these semiconductor devices, a substrate bias electrode is provided on a part of the surface of the separation diffusion layer, the separation diffusion layer is used as a substrate bias diffusion layer, a voltage is applied to the substrate bias electrode, and the substrate bias diffusion layer is formed. If the substrate can be placed at a predetermined potential via the semiconductor device, the pn junction formed by the substrate and the semiconductor crystal layer is placed in a reverse bias state without connecting the ground potential electrode to the back surface of the semiconductor device. it can.
[0024]
  In this case, in order to separate the element region in which the transistor and the flyback diode are formed from other element regions, an isolation diffusion layer without a substrate bias electrode is provided on the surface, and a semiconductor in the element region is provided. When a pn junction is formed with the crystal layer and a dummy region having a conductivity type different from that of the substrate is disposed between the isolation diffusion layer and the substrate bias diffusion layer, a parasitic transistor in the vicinity of the substrate bias diffusion layer is used. Current amplification factor can be reduced.
[0025]
  Further, when the flyback diode is placed close to the substrate bias isolation diffusion layer and the transistor is arranged far from the substrate bias isolation diffusion layer, the base region of the parasitic transistor located far from the substrate bias isolation diffusion layer is disposed. Since the resistance component is increased, the operation of the parasitic transistor can be further suppressed.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
  Referring to FIG. 1, reference numeral 2 denotes a semiconductor device as an example of the present invention, and includes the same blocks as the block diagram shown in FIG. 3. The semiconductor device 2 has p+A substrate 20 made of silicon single crystal of the type, and the surface of the substrate 20 has p+Type p buried layer 23 and n+After the n-type buried layer 26 of the type is formed, the single crystal grown n-A semiconductor crystal layer 21 made of a silicon epitaxial layer of the type is formed.
[0027]
  P from the surface of the semiconductor crystal layer 21+The type isolation diffusion layer 24 is diffused so as to be in contact with the p buried layer 23, and the separation diffusion layer 24 and the substrate 20 are separated from each other by the pn junction formed with the semiconductor crystal layer 21 and the n buried layer 26. A large number of element regions are formed (the element region 4 is shown in FIG. 1).
[0028]
  From the surface of the semiconductor crystal layer 21, a desired portion is p.+Type diode diffusion layer 29 and n+A type emitter diffusion layer 30 is diffused, and the semiconductor crystal layer 21, the diode diffusion layer 29, and the emitter diffusion layer 30 form desired electrical elements such as transistors and resistors in each element region. .
[0029]
  Among these element regions, in particular, the emitter diffusion layer 30 is partially diffused from the surface of the diode diffusion layer 29 in the element region 4, and the NPN transistor Q2Is formed. In the following, no diffusion layer or buried layer is formed in the semiconductor crystal layer 21, and n-If the portion maintaining the concentration of the epitaxial layer is denoted by reference numeral 13, the NPN transistor Q2Then, the semiconductor crystal layer 13 is a collector region, the emitter diffusion layer 30 is an emitter region, and the diode diffusion layer 29 having the emitter diffusion layer 30 on the surface is a base region.
[0030]
  The NPN transistor Q2A diode diffusion layer 29 in which the emitter diffusion layer 30 is not diffused is provided in the element region 4 including the flyback diode having the diode diffusion layer 29 as an anode region and the semiconductor crystal layer 13 as a cathode region. FD2Is formed.
[0031]
  On each diffusion layer and on the semiconductor crystal layer 13, a silicon oxide film 31 having a window opened in a predetermined portion is formed, and a patterned aluminum thin film is formed on the surface thereof, and a flyback diode FD is formed.2The anode region (diode diffusion layer 29) of the anode electrode 42, the NPN transistor Q2An emitter electrode 44 is formed on the emitter region (emitter diffusion layer 30), and a base electrode 45 is formed on the base region (diode diffusion layer 29).
[0032]
  The patterned aluminum thin film is also formed on a part of the surface of the separation diffusion layer 24 as the substrate bias electrode 41, and when the substrate bias electrode 41 is connected to the ground potential, the substrate bias electrode is formed. The separation diffusion layer 24 located on the bottom surface 41 is used as the substrate bias diffusion layer 16 so that the substrate 20 can be set to the ground potential.
[0033]
  By the way, NPN transistor Q2And flyback diode FD2In the element region 4 including the isolation diffusion layer 24, the semiconductor crystal layer 13 is surrounded by a substantially square ring shape, while the low resistance diffusion layer 28 includes the diode diffusion layer 29 including the emitter diffusion layer 30. It has a shape that surrounds it. The low resistance diffusion layer 28 includes an NPN transistor Q2Collector current and flyback diode FD2Therefore, the aluminum thin film formed on the surface of the low resistance diffusion layer 28 is configured to be used as the common electrode 43 as both a collector electrode and a cathode electrode. The common electrode 43 is an inductive load L outside the semiconductor device 2.2It is comprised so that it can connect to one end of.
[0034]
  The impurity concentration of the low resistance diffusion layer 28 is higher than that of the semiconductor crystal layer 13 so that the voltage drop is reduced even when a large current flows.2Becomes ON and inductive load L2And the flyback diode FD2Inductive load L1Regenerative current i2In both cases, the current flows through the low resistance diffusion layer 28, so that the NPN transistor Q2And flyback diode FD2Thus, the heat loss generated in the above can be reduced by the same low resistance diffusion layer 28.
[0035]
  Now, NPN transistor Q1Is ON, NPN transistor Q2Is in the OFF state and the inductive load L1Drive current i1Is assumed to be flowing.
[0036]
  Since the semiconductor crystal layer 13 in the element region 4 functions as both a collector region and a cathode region, the NPN transistor Q1Turns off and the inductive load L1Inductive load L magnetically coupled with2When an electromotive force is generated in the flyback diode FD2Is conducted and regenerative current i2Is flowing to the negative potential of the semiconductor crystal layer 13.
[0037]
  The anode electrode 42 and the substrate bias electrode 41 are short-circuited on the silicon oxide film 31 by the above-described patterned aluminum thin film, and thus are formed by the substrate 20, the separation diffusion layer 24, and the semiconductor crystal layer 13. The pn junction is also forward biased, and it is inevitable that a parasitic current flows.
[0038]
  The parasitic current is a base current of a parasitic NPN transistor in which the semiconductor crystal layer 13 in the element region 4 is an emitter region, a p-type layer adjacent to the emitter region is a base region, and an n-type layer adjacent to the base region is a collector region. Therefore, as the collector current, a current is drawn from the semiconductor crystal layer 13 in another element region adjacent to the element region 4.
[0039]
  In this case, the base electrode of the parasitic NPN transistor is the substrate bias electrode 41, but in this semiconductor device 2, the surface of the isolation diffusion layer 24 that separates the element region 4 from the other element regions has a substrate bias. The operation electrode 41 is not provided, and the separation diffusion layer 24 located near the element region 4 is suppressed from operating as a base region.
[0040]
  Between the element region 4 and the separation diffusion layer 24 that separates the substrate bias diffusion layer 16 provided with the substrate bias electrode 41, a semiconductor crystal layer 13 having a conductivity type different from that of the substrate 20 is formed. A dummy region 5 is disposed, so that minority carriers injected from the semiconductor crystal layer 13 which is the emitter region of the parasitic transistor do not easily reach the collector region, and the current amplification factor of the parasitic NPN transistor in that portion is reduced. Has been lowered.
[0041]
  Further, the low resistance diffusion layer 28 is diffused from the surface of the dummy region 5 so as to be in contact with the n buried layer 26, and the substrate bias electrode 41 is formed on the surface of the low resistance diffusion layer 28. The dummy region 5 is configured to be placed at the same potential as the lowest potential substrate 20. Therefore, even when the dummy region 5 becomes a collector of the parasitic NPN transistor and a parasitic current flows, the voltage drop due to the parasitic current is small and the loss is also reduced.
[0042]
  Here, as shown in FIG. 1, among the isolation diffusion layers 24 that isolate the element region 4, those adjacent to the dummy region 5 are adjacent diffusion layers 18, and those that are not adjacent are non-adjacent diffusion layers 19. Then, flyback diode FD2Is close to the adjacent diffusion layer 18 and the NPN transistor Q2Are located far away.
[0043]
  NPN transistor Q1, Q2, Flyback diode FD1, FD2FIG. 2 (a) shows a plan view of FIG. In FIG. 2A, the emitter diffusion layer 30 and each electrode are omitted. The diffusion structure shown in FIG. 1 corresponds to a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
[0044]
  As can be seen from FIGS. 1 and 2A, in the semiconductor device 2 of the present invention, the dummy region 5 is provided between the substrate bias diffusion layer 16 and the semiconductor crystal layer 13 in the element region 4. , A parasitic NPN transistor Q whose base region is the substrate bias layer 16 or the adjacent diffusion layer 18P1The current amplification factor is very low. Therefore, the parasitic NPN transistor Qp1Base current iThreeCollector current i flows even ifFourIs very small and can be ignored.
[0045]
  On the other hand, the parasitic NPN transistor Q having the non-adjacent diffusion layer 19 as a base regionP2Includes a resistance R due to a resistance component of the substrate 20 between the base-emitter junction and the substrate bias electrode 41 serving as a base electrode.BIs added to the parasitic NPN transistor Qp2Base current i ofFourIs difficult to flow, and therefore the flowing collector current iFiveIs also getting smaller.
[0046]
  When the current amplification factor of the parasitic NPN transistor when the dummy region 5 is provided as in the semiconductor device 2 of the present invention and when the dummy region 5 is not provided as in the conventional technology is measured, 0.2 to 0. Whereas the size was about 3, in the semiconductor device 2 of the present invention, it was reduced to 1/10 or less of the value. According to the experimental results, when the low-resistance diffusion layer 28 is not provided in the dummy region 5, the current amplification factor of the parasitic NPN transistor is somewhat larger.
[0047]
  In the plan view shown in FIG. 2A, the dummy region 5 is not provided on the non-adjacent diffusion layer 19 side. However, as shown in FIG.1, Q2And flyback diode FD1, FD2Alternatively, the dummy region 5 may be provided over the entire circumference of the element region formed together.
[0048]
  Next, the semiconductor device of the present invention having other circuit blocks will be described.
  Referring to the circuit block diagram of FIG. 4, reference numeral 3 denotes the semiconductor device, and an NPN transistor Q11, Q12And PNP transistor Qtwenty one, Qtwenty twoAnd flyback diode FD11, FD12, FDtwenty one, FDtwenty twoAnd control circuit BTenAnd current detection resistor RS10And have.
[0049]
  NPN transistor Q11, Q12Collector electrode and PNP transistor Qtwenty one, Qtwenty twoAre connected to each other by a patterned aluminum thin film, as described above, and the NPN transistor Q11, Q12The emitter electrode of the current detection resistor R provided outsideS10The other end is connected to the ground potential.
[0050]
  Also, the PNP transistor Qtwenty one, Qtwenty twoAre connected to each other by a patterned aluminum thin film, taken out of the semiconductor device 3, and supplied with a power source E.TenConnected with.
[0051]
  In the semiconductor device 3, where the collector electrodes of the transistors are connected to each other, they are taken out to the outside, and inductive load L such as a motor between them11Both ends of the inductive load L11And each transistor Q11, Q12, Qtwenty one, Qtwenty twoAnd the H bridge circuit is configured.
[0052]
  Control circuit BTenEach transistor Q11, Q12, Qtwenty one, Qtwenty twoThe base electrode of the control circuit B is connected.TenOperates and the PNP transistor Qtwenty oneAnd NPN transistor Q11Or a PNP transistor Qtwenty twoAnd NPN transistor Q11Inductive load L11In addition, the current flows in either the forward or reverse direction.
[0053]
  Flyback diode FDtwenty one, FDtwenty twoPNP transistor Qtwenty one, Qtwenty twoEach PNP transistor Q is formed by a patterned aluminum thin film formed in a separate element region.twenty one, Qtwenty twoAre connected in antiparallel. On the other hand, flyback diode FD11, FD12Is the flyback diode FD shown in FIG. 1, FIG. 2 (a), (b).1, FD2Like NPN transistor Q11, Q12NPN transistor Q is provided in each element region having11, Q12The collector region and the cathode region are formed of the same semiconductor crystal layer.
[0054]
  Therefore, the flyback diode FD is expressed in the circuit block diagram as shown in FIG.11, FD12The cathode electrode of NPN transistor Q11, Q12Each collector electrode is connected to each other. On the other hand, this flyback diode FD11, FD12The anode electrode is taken out to the outside and connected to the ground potential.
[0055]
  Current detection resistor RS10The voltage generated at the control circuit BTenEach transistor Q detected by11, Q12, Qtwenty one, Qtwenty twoThis control is performed in the same manner as in the semiconductor device 2 shown in FIG.
[0056]
  Now, PNP transistor Qtwenty oneAnd NPN transistor Q12And ON state, PNP transistor Qtwenty twoAnd NPN transistor Q11Are in the OFF state and the symbol i11Is the inductive load L11Suppose that
[0057]
  When all the transistors are turned off from this state, the inductive load L11Flyback diode FD by the electromotive force generated in11, FDtwenty twoAre forward-biased and the sign i12A regenerative current shown in FIG.
[0058]
  NPN transistor Q11And flyback diode FD11The isolation diffusion layer that separates the element region formed with and from the other element regions is provided with no substrate bias electrode on the surface, as shown in FIG. A dummy region having a conductivity type different from that of the substrate is disposed between the substrate bias diffusion layer. Further, the flyback diode FD is applied to the substrate bias separation diffusion layer provided with the substrate bias electrode.11Near the NPN transistor Q11Are located far away.
[0059]
  Therefore, flyback diode FD11Even when the semiconductor crystal layer in the element region having a negative potential is applied, the current drawn from the semiconductor crystal layer in another element region can be small.
[0060]
  What has been described above is the case where the NPN transistor and the flyback diode are formed in the same element region, but an n-type substrate and a p-type semiconductor crystal layer are used, and the semiconductor crystal layer is used. A PNP transistor and a flyback diode may be formed in the same element region. In this case, it is necessary to apply a power supply voltage to the substrate bias electrode.
[0061]
  Whether the transistor in the same element area as the flyback diode is a PNP transistor or an NPN transistor, drive the inductive load if it is configured to allow regenerative current to flow when the transistor is OFF. Is possible.
[0062]
  In many cases, the regenerative current has almost the same magnitude (about 1.0 to 4.0 A) as the current supplied from the power source to the inductive load. is there. When the transistor and the flyback diode are formed in separate element regions as in the prior art, the area of the isolation diffusion layer is increased, which is uneconomical. In the semiconductor device of the present invention, the transistor and the flyback diode are formed in the same element region, and an isolation diffusion layer between them is not necessary.
[0063]
【The invention's effect】
  Since the area of the element region can be reduced, the cost is reduced.
  Since the current amplification factor of the parasitic NPN transistor can be reduced, malfunctions are eliminated and heat generation is also reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a diffusion structure of a semiconductor device of the present invention.
FIG. 2 (a): an example of a plan view thereof
            (b): Another example of a plan view
FIG. 3 is a diagram showing an example of a circuit block of a semiconductor device of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of another circuit block.
FIG. 5 is a diagram for explaining a diffusion structure of a conventional semiconductor device;
[Explanation of symbols]
  2, 3 ... Semiconductor device 4 ... Element area 5 ... Dummy area
16 ... Diffusion layer for substrate bias 20 ... Substrate 21 ... Semiconductor crystal layer
24 …… Separation diffusion layer 28 …… Low resistance diffusion layer 29 …… Diode diffusion layer
41 …… Substrate bias electrode
Q1, Q2, Q11, Q12...... NPN transistor
FD1, FD2, FD11, FD12…… Flyback diode

Claims (2)

基板と、
前記基板と異なる導電型であって前記基板表面に形成された半導体結晶層と、
前記基板と同じ導電型であって前記半導体結晶層表面から拡散され、前記基板に達した分離拡散層とを有し、
前記分離拡散層で囲まれた領域である素子領域が複数形成され、
前記素子領域に電気素子が形成された半導体装置において、
前記素子領域内にコレクタ領域とベース領域とエミッタ領域が配置されて誘導性負荷駆動用のトランジスタが構成され、
前記電気素子として前記トランジスタを有する素子領域に、前記半導体結晶層表面から拡散されたダイオード拡散層が設けられ、
前記半導体結晶層と前記ダイオード拡散層とで形成されるpn接合でフライバックダイオードが形成され、
前記トランジスタがOFF状態のときに、前記フライバックダイオードに電流を流せるように構成され
前記トランジスタが形成された素子領域には、前記半導体結晶層と同じ導電型であって前記半導体結晶層表面から拡散された低抵抗拡散層が設けられ、
前記トランジスタと前記フライバックダイオードに流れる電流が、同じ低抵抗拡散層を通れるように構成され、
前記分離拡散層の一部の表面には基板バイアス用電極が設けられ、その分離拡散層が基板バイアス用拡散層とされ、
該基板バイアス用電極に電圧を印加し、前記基板バイアス用拡散層を介して前記基板を所定電位に置くと、前記基板と前記半導体結晶層とで形成されるpn接合を逆バイアス状態にできるように構成され、
前記トランジスタと前記フライバックダイオードとが形成された素子領域は、前記基板バイアス用電極が表面に設けられていない分離拡散層によって他の素子領域から分離され、その分離拡散層と前記基板バイアス用拡散層との間に、前記基板と異なる導電型のダミー領域が配置され、
前記素子領域内で、前記基板バイアス用分離拡散層に対して、前記フライバックダイオードが近くに、前記トランジスタが遠くに配置され、
前記ダミー領域に対して、前記フライバックダイオードが近くに、前記トランジスタが遠くに配置され、
前記ダミー領域は前記基板バイアス用電極に接続されたことを特徴とする半導体装置。
A substrate,
A semiconductor crystal layer having a different conductivity type from the substrate and formed on the substrate surface;
A separation diffusion layer that has the same conductivity type as the substrate and is diffused from the surface of the semiconductor crystal layer and reaches the substrate ;
A plurality of element regions that are regions surrounded by the isolation diffusion layer are formed,
In the semiconductor device in which an electric element is formed in the element region,
A collector region, a base region, and an emitter region are arranged in the element region to constitute a transistor for driving an inductive load,
Wherein the device region having the transistor as an electrical device, the semiconductor crystal layer diode diffusion layer diffused from the surface is provided,
A flyback diode is formed by a pn junction formed by the semiconductor crystal layer and the diode diffusion layer,
When the transistor is in an OFF state, it is configured to allow a current to flow through the flyback diode ,
In the element region where the transistor is formed, a low resistance diffusion layer having the same conductivity type as the semiconductor crystal layer and diffused from the surface of the semiconductor crystal layer is provided,
The current flowing through the transistor and the flyback diode is configured to pass through the same low resistance diffusion layer,
A substrate bias electrode is provided on a part of the surface of the separation diffusion layer, and the separation diffusion layer serves as a substrate bias diffusion layer,
By applying a voltage to the substrate bias electrode and placing the substrate at a predetermined potential through the substrate bias diffusion layer, the pn junction formed by the substrate and the semiconductor crystal layer can be in a reverse bias state. Composed of
The element region in which the transistor and the flyback diode are formed is separated from other element regions by an isolation diffusion layer in which the substrate bias electrode is not provided on the surface, and the isolation diffusion layer and the substrate bias diffusion are separated from each other. Between the layers, a dummy region of a conductivity type different from that of the substrate is disposed,
In the element region, the flyback diode is located close to the substrate bias isolation diffusion layer, and the transistor is arranged far away.
The flyback diode is located close to the dummy region, and the transistor is located far away.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the dummy region is connected to the substrate bias electrode.
前記トランジスタと前記フライバックダイオードとが形成された素子領域を複数有し、
前記各トランジスタが誘導性負荷に接続され、
該誘導性負荷を駆動できるように構成された半導体装置であって、
前記各トランジスタのうち、いずれか1個以上のトランジスタがON状態からOFF状態に転じたときに、そのトランジスタに接続された誘導性負荷に蓄積されたエネルギーが、他のトランジスタを有する素子領域内の前記フライバックダイオードを介して放出できるように構成されたことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
A plurality of element regions in which the transistor and the flyback diode are formed;
Each transistor is connected to an inductive load;
A semiconductor device configured to drive the inductive load,
When any one or more of the transistors changes from the ON state to the OFF state, the energy accumulated in the inductive load connected to the transistor is within the element region including the other transistors. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is configured to be able to emit through the flyback diode.
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