JP4531276B2 - Semiconductor device - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ等のパワーデバイスを駆動する半導体装置に関するものであって、特にその誤動作耐量の向上を図るための技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6は従来のパワーデバイスおよびパワーデバイス駆動装置の構成を説明するための概略構成図である。この図において、Q1およびQ2はパワースイッチングデバイスであるNチャネル絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであり、主電源である高電圧HVをスイッチングする。ノードN30には負荷が接続されており、D1、D2はそれぞれ、ノードN30に接続された負荷による逆起電圧からNチャネル絶縁ゲート型バイポーラトランジスタQ1およびQ2を保護するためのフリーホイールダイオードである。
【0003】
100はパワースイッチングデバイスQ1、Q2を駆動するパワーデバイス駆動装置であり、高圧側パワースイッチングデバイスQ1を制御する高圧側制御入力HINおよび低圧側パワースイッチングデバイスQ2を制御する低圧側制御入力LINに従い動作する。パワーデバイス駆動装置100はさらに、高圧側パワースイッチングデバイスQ1を駆動する高圧側駆動部101、低圧側パワースイッチングデバイスQ2を駆動する低圧側駆動部102、制御入力処理部103を有している。
【0004】
ここで、例えばパワースイッチングデバイスQ1、Q2が同時にオン状態になった場合、Q1およびQ2に貫通電流が流れ、負荷に電流が流れなくなり、好ましくない状態になる。制御入力処理部103は制御入力HINおよびLINにより、そのような状態が引き起こされるの防ぐなどの処理を制御入力HINおよびLINに対して行っている。
【0005】
HOは高圧側駆動部101による高圧側駆動信号出力であり、パワースイッチングデバイスQ1の制御端子に接続される。同様にLOは低圧側駆動部102による低圧側駆動信号出力であり、パワースイッチングデバイスQ2の制御端子に接続される。
【0006】
VCCは低圧側駆動部102の電源となる低圧側固定供給電圧であり、低圧側固定供給電源(図示せず)より供給される。VSは高圧側駆動部101の基準電位となる高圧側浮遊オフセット電圧である。また、VBは高圧側駆動部101に電源となる高圧側浮遊供給絶対電圧であり、高圧側浮遊電源(図示せず)により供給される。GNDは接地電位、COMは共通接地である。図6のように共通接地COM、高圧側浮遊オフセット電圧VSはそれぞれ、Nチャネル絶縁ゲート型バイポーラトランジスタQ1、Q2のエミッタ端子接続される。
【0007】
また、高圧側浮遊供給絶対電圧VB、高圧側浮遊オフセット電圧VS間および、共通接地COM、低圧側固定供給電圧VCC間には、高圧側駆動部101および低圧側駆動部102に供給される電源電圧をパワーデバイスの動作に伴う電位変動に追随させるために、コンデンサC1、C2が接続されている。
【0008】
以上のような構成により、制御入力HIN、LINに基づくパワーデバイスによる主電源のスイッチングが行われる。
【0009】
ところで、高圧側駆動部101は、回路の接地電位に対して電位的に浮いた状態で動作するので、高圧側回路へ駆動信号を伝達するためのレベルシフト回路を有する構成となっている。
【0010】
図7は従来のパワーデバイス駆動装置における高圧側駆動部の主要部の回路図である。この図においてVB、HO、VS、GNDの符号で示した要素はそれぞれ、図6において同符合で示した高圧側浮遊供給絶対電圧VB、高圧側駆動信号出力HO、高圧側浮遊オフセット電圧VS、接地電位GNDに対応している。11はスイッチング素子である高耐圧MOSであり、上記したレベルシフト回路の役割を担っている。12はPMOSトランジスタおよびNMOSトランジスタからなり、高圧側駆動信号を出力するスイッチング素子である高圧側駆動信号出力用CMOSである。13は高圧側駆動信号出力用CMOS12のそのゲート電位を設定するためのレベルシフト抵抗であり、プルアップ抵抗に相当する役割を果たしている。
【0011】
高耐圧MOS11は、高圧側制御入力LINに従い高圧側駆動信号出力用CMOS12のスイッチングを行う。高圧側駆動信号出力用CMOS12は高圧側浮遊供給絶対電圧VB、高圧側浮遊オフセット電圧VS間の電圧をスイッチングして高圧側駆動信号出力HOに駆動信号を出力し、外部のパワーデバイスの高圧側スイッチング素子を駆動させる。
【0012】
ここで、以降の説明において高圧側駆動信号出力用CMOS12とレベルシフト抵抗13を総合して、高圧側駆動回路と称する。
【0013】
図8は従来のパワーデバイス駆動装置における高圧側駆動部のレベルシフト回路および高圧側駆動回路の断面図である。この図において、図6および図7に示したものと同等の要素には同符号を付して示しており、ここでの詳細な説明は省略する。図8において21はp基板、22、23はn−層、24はp+拡散層である。高耐圧MOS11を囲むp+拡散層24はp基板21に達している。そしてp基板21の電位は回路上最も低い電位(GNDまたはCOM電位)にすることで、高耐圧MOS11を接合分離している。また、高耐圧MOS11のソース電極40およびゲート電極41の下部にpウェル25が形成され、ゲート絶縁膜を介してゲート電極40の下部に達し高耐圧MOS11のチャネル領域を形成している。さらにpウェル25内には、ソース電極40に接するようにp+領域26およびn+ソース領域27が形成されている。また、高耐圧MOS11のドレイン電極42に接するようにn+ドレイン領域28が形成されている。
【0014】
高耐圧MOS11のドレイン端子は高圧側駆動信号出力用CMOS12のPMOSトランジスタおよびNMOSトランジスタのゲート端子に接続しており、またレベルシフト抵抗13を介してPMOSトランジスタのソース端子および高圧側浮遊供給絶対電圧VBに接続している。
【0015】
一方、高圧側駆動信号出力用CMOS12が形成されるn−層23内には、PMOSトランジスタのソース電極43に接するようにn+領域29およびp+ソース領域30が形成され、ドレイン電極45と接するようにp+ドレイン領域31が形成されている。44はPMOSのゲート電極である。また、高圧側駆動信号出力用CMOS12のNMOSトランジスタは、pウェル32内に形成され、NMOSのドレイン電極46に接するようにn+ドレイン領域32、ソース電極48に接するようにn+ソース領域34およびp+35がそれぞれ形成されている。
【0016】
また、36はアルミ配線である。一般に、高圧側駆動信号出力用CMOS12およびレベルシフト抵抗13からなる高圧側駆動回路は高圧島として、その周りを基板電位のアルミ配線で囲むことでシールドする。図9は従来のパワーデバイス駆動装置における高圧島に設けられるアルミ配線36のレイアウトを示す平面図である。この図に示すように、アルミ配線36は高圧島を取り囲むようにレイアウトされ、さらに接地電位GNDにコンタクトされている。
【0017】
なお、図8のpウェル25内のp+領域38はアルミ配線36とpウェル25とのコンタクト抵抗を低減させるためのものであり、39はフィールドプレートである。
【0018】
以上のような構成により、図7に示した、レベルシフト回路および高圧側駆動回路が形成される。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
図6に示したパワーデバイスおよびパワーデバイス駆動装置において、回生期間すなわちノードN30に接続された負荷からの逆起電圧によりフリーホイールダイオードD1がオンする期間に、高圧側浮遊オフセット電圧VSが共通接地COMよりも低い電位になる可能性がある。この高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動は、コンデンサC1を介して、高圧側浮遊供給絶対電圧VBに伝達され、高圧側浮遊供給絶対電圧VBの電位も負変動してしまう。
【0020】
高圧側浮遊供給絶対電圧VBが負変動すると、図8において、その負変動はn−層22、23に伝達され、通常は逆バイアスされているはずの、高耐圧MOS11内のpウェル25とn−層22の間の寄生ダイオード(ボディー・ドレインダイオード)や、高圧側駆動信号出力用CMOS12内のpウェル25とn−層23の間の寄生ダイーオードがターンオンしてしまう。なお以下の説明において、この高圧側駆動信号出力用CMOS12内のpウェル25とn−層23の間の寄生ダイーオードを、便宜上、CMOS寄生ダイオードと称する。
【0021】
高耐圧MOSのボディー・ドレインダイオードからの電流はレベルシフト抵抗13を通じて、高圧側浮遊供給絶対電圧VBに流れ込む。そのとき高耐圧MOS11の出力信号、すなわち高圧側駆動信号出力用CMOS12が受ける駆動信号は”H”レベルを保持しており、高圧側駆動信号出力用CMOS12の高圧側駆動信号出力HOは”L”レベルとなっている。
【0022】
その後、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動が消滅すると、同じく高圧側浮遊供給絶対電圧VBの電位も上がり、再びボディー・ドレインダイオードに逆バイアスが印加され、高圧側浮遊供給絶対電圧VBからレベルシフト抵抗を通じ、ボディー・ドレインダイオードの逆回復電流が流れる。この逆回復電流によりレベルシフト抵抗に生じる電圧降下によって、高圧側駆動信号出力用CMOS12のゲート電位が論理閾値よりも低くなると高圧側駆動信号出力HOが”H”レベルに切り替わってしまう。
【0023】
つまり、図6に示したパワースイッチングデバイスQ1、Q2が共にオン状態となることとなり、パワースイッチングデバイスQ1、Q2に貫通電流が流れ、負荷に電流が流れなくなるという好ましくない状態となる。
【0024】
一方、CMOS寄生ダイオードがターンオンすると、n−層23内に電流が流れ込こむ。高圧側駆動信号出力用CMOS12は、p+領域30、n−層23、pウェル32、n+領域34のpnpn構造に起因する寄生サイリスタを有しており、CMOS寄生ダイオードからn−層23内に流れこんだ電流は、高圧側駆動信号出力用CMOS12をラッチアップさせるトリガー電流として働いてしまう。このラッチアップが生じると高圧側駆動信号出力用CMOS12に過大な電流が流れ、場合によっては回路あるいは部品が損傷することになる。
【0025】
ところで、図6に示したパワーデバイス駆動装置において、さらに高圧ダイオードを、アノードが低圧側固定供給電圧VCC、カソードが高圧側浮遊供給絶対電圧VBとなるように接続し、コンデンサC1に容量を大きいものを用いることで、低圧側パワースイッチングデバイスQ2がオンするときに高圧ダイオードを通じてコンデンサC1を充電させ、高圧側浮遊供給絶対電圧VBを供給していた高圧側浮遊電源を不要にすることができる。一般にこのダイオードをブートストラップダイオードという。
【0026】
図10は従来のパワーデバイス駆動装置のブートストラップダイオードに用いられる高圧ダイオードの断面図である。この図においてp型基板21上のn−層53は、p+拡散層24によって高圧島および高耐圧MOS22と接合分離されている。50はアノード電極であり、pウェル54および、その内部のp+領域55によって高圧ダイオードのアノードが形成されている。また、52はカソード電極であり、n−層53およびn+領域56によって高圧ダイオードのカソードが形成されている。
【0027】
しかし、この高圧ダイオードをブートストラップダイオードとしてパワーデバイス駆動装置に搭載する場合、高圧ダイオードのアノード電位は低圧側固定供給電圧VCCであるため、高圧側浮遊オフセット電圧VSのわずかな負変動によってもターンオンし、高圧島内に電流が注入される。そのため、高圧側浮遊供給絶対電圧VBに独立した電源を用いる場合に比べて、高圧側駆動信号出力用CMOS12のラッチアップ耐量が低下し、結果としてパワーデバイス駆動装置の高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に対する誤動作耐量が低下するという問題が生じる。
【0028】
本発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、本発明の第1の目的は、パワーデバイスを駆動する半導体装置における、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に対する誤動作耐量の高い半導体装置を提供することである。また、第2の目的は、ブートストラップダイオードを搭載し、かつ、パワーデバイスを駆動する半導体装置における、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に対する誤動作耐量の高い半導体装置を提供することである。
【0029】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の半導体装置は、第1のスイッチング素子とそのゲート電位設定用の第1の抵抗を有し、外部の電力変換器に駆動信号を出力する駆動回路と、第2のスイッチング素子を有し、前記駆動回路の前記第1のスイッチング素子に制御信号を出力し、前記駆動回路と接合分離されたレベルシフト回路とを備え、電子線照射およびアニールにより、少なくとも前記第2のスイッチング素子のボディー・ドレインダイオードを構成するp型ウェルおよびn型層、並びに前記接合分離を構成するp型ウェルおよびn型層それぞれのライフタイムが抑制されていることを特徴とする。
【0030】
請求項2に記載の半導体装置は、第1のスイッチング素子とそのゲート電位設定用の第1の抵抗を有し、外部の電力変換器に駆動信号を出力する駆動回路と、第2のスイッチング素子を有し、前記駆動回路の前記第1のスイッチング素子に制御信号を出力し、前記駆動回路と接合分離されたレベルシフト回路と、前記接合分離を行う拡散層上に接続し、前記駆動回路を取り囲むシールド配線とを備え、前記シールド配線が複数個に分割されていることを特徴とする。
【0031】
請求項3に記載の半導体装置は、第1のスイッチング素子とそのゲート電位設定用の第1の抵抗を有し、外部の電力変換器に駆動信号を出力する駆動回路と、第2のスイッチング素子を有し、前記駆動回路の前記第1のスイッチング素子に制御信号を出力し、前記駆動回路と接合分離されたレベルシフト回路とを備え、前記接合分離におけるpn接合によって形成される寄生ダイオードのp領域上に接続する複数の配線のうちの一部のみが接地電位に直接接続されていることを特徴とする。
【0032】
請求項4に記載の半導体装置は、第1のスイッチング素子とそのゲート電位設定用の第1の抵抗を有し、外部の電力変換器に駆動信号を出力する駆動回路と、第2のスイッチング素子を有し、前記駆動回路の前記第1のスイッチング素子に制御信号を出力し、前記駆動回路と接合分離されたレベルシフト回路と、前記駆動回路の電源を供給するためのブートストラップダイオードとを備え、前記ブートストラップダイオードのアノードであるpウェル内にp+拡散層を有さないことでアノード濃度を抑え、前記ブートストラップダイオードを流れる電流が抑えられていることを特徴とする。
【0033】
請求項5に記載の半導体装置は、第1のスイッチング素子とそのゲート電位設定用の第1の抵抗を有し、外部の電力変換器に駆動信号を出力する駆動回路と、第2のスイッチング素子を有し、前記駆動回路の前記第1のスイッチング素子に制御信号を出力し、前記駆動回路と接合分離されたレベルシフト回路と、前記駆動回路の電源を供給するためのブートストラップダイオードとを備え、前記ブートストラップダイオードに直列に第2の抵抗が挿入されていることを特徴とする。
【0034】
請求項6に記載の半導体装置は、第1のスイッチング素子とそのゲート電位設定用の第1の抵抗を有し、外部の電力変換器に駆動信号を出力する駆動回路と、第2のスイッチング素子を有し、前記駆動回路の前記第1のスイッチング素子に制御信号を出力し、前記駆動回路と接合分離されたレベルシフト回路と、前記駆動回路の電源を供給するためのブートストラップダイオードとを備え、電子線照射およびアニールにより、前記ブートストラップダイオードを構成するp型ウェルおよびn型層のライフタイムが抑制されていることを特徴とする。
請求項7に記載の半導体装置は、請求項1から請求項4および請求項6のいずれかに記載の半導体装置であって、さらに、前記接合分離におけるpn接合によって形成される寄生ダイオードに直列に第2の抵抗が挿入されていることを特徴とする。
請求項8記載の半導体装置は、請求項5に記載の半導体装置であって、さらに、前記接合分離におけるpn接合によって形成される寄生ダイオードに直列に第3の抵抗が挿入されていることを特徴とする。
請求項9に記載の半導体装置は、請求項2から請求項8のいずれかに記載の半導体装置であって、さらに、電子線照射およびアニールにより、少なくとも前記第2のスイッチング素子のボディー・ドレインダイオードを構成するp型ウェルおよびn型層、並びに前記接合分離を構成するp型ウェルおよびn型層それぞれのライフタイムが抑制されていることを特徴とする。
【0035】
請求項10に記載の半導体装置は、請求項3から請求項9のいずれかに記載の半導体装置であって、さらに、前記接合分離を行う拡散層上に接続し、前記駆動回路を取り囲むシールド配線を備え、前記シールド配線が複数個に分割されていることを特徴とする。
【0037】
【発明の実施の形態】
<実施の形態1>
上述したように、図8に示した半導体装置、即ちパワーデバイス駆動装置において、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動が生じると、通常は逆バイアスされているはずの高耐圧MOS11内のpウェル25とn−層22の間の寄生ダイオード(ボディー・ドレインダイオード)がターンオンする。そして、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動が消滅し、再びボディー・ドレインダイオードに順バイアスが印加されたときの逆回復電流が、レベルシフト抵抗において電圧降下を引き起こす。この電圧降下により、高圧側駆動信号出力用CMOS12のゲート電位が論理閾値よりも低くなると高圧側駆動信号出力HOが”H”レベルに切り替わってしまい、誤動作が生じる。つまり、ボディー・ドレインダイオードの逆回復電流が装置の誤動作を引き起こす原因となっている。
【0038】
よって、このボディー・ドレインダイオードの逆回復電流の大きさを抑え、さらに、その逆回復電流が流れる時間(逆回復時間)を短く抑えることが、パワーデバイス駆動装置の高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に対する誤動作耐量の向上させるために有効である。
【0039】
また、逆回復電流の大きさおよび逆回復時間はそのデバイス内部に蓄積されるキャリアの量およびライフタイムに強く依存する。つまり、ボディー・ドレインダイオードの内部に蓄積されるキャリアの量を少なく抑え、ライフタイムを短くすることにより、パワーデバイス駆動装置の高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に対する誤動作耐量を向上させることができる。
【0040】
本発明の実施の形態1に係る半導体装置は、電子線を照射した後さらにアニールを施すことによって、キャリアのライフタイムが抑えられたパワーデバイス駆動装置である。
【0041】
つまり、本実施の形態において、半導体装置のライフタイムの制御は電子線照射を利用している。電子線を用いることによって、そのライフタイムの制御の処理はウェハプロセス後に行うことができるので生産設備への汚染の心配が無く、さらに、ドーズ量によってライフタイムを容易にコントロールできるのでトリミングが容易であるという利点がある。ただし、電子線照射のみでは、半導体装置を構成するデバイスが機能しないため、アニール(例えば340℃、60分)も施している。
【0042】
図1は実施の形態1に係る半導体装置のボディー・ドレインダイオードと従来の半導体装置のボディー・ドレインダイオードの順バイアス時における電流−電圧特性を比較するための図である。この図において、1aは実施の形態1に係る電子線照射およびアニール後の半導体装置のボディー・ドレインダイオードの電流−電圧特性であり、1bは従来の半導体装置のボディー・ドレインダイオードの電流−電圧特性である。この図に示すように、本実施の形態に係る半導体装置のボディー・ドレインダイオードは従来のものに比べて、ライフタイムが短く抑制されているためにダイオード中に蓄積されるキャリアの量が抑えられ、その結果順電流が小さくなっている。よって、本実施の形態に係る半導体装置のボディー・ドレインダイオードは逆回復電流が抑えられることが予想される。
【0043】
そして、図2は実施の形態1に係る半導体装置のボディー・ドレインダイオードと従来の半導体装置のボディー・ドレインダイオードの逆回復電流特性を比較するための図である。この図において、2aは実施の形態1に係る電子線照射およびアニール後の半導体装置のボディー・ドレインダイオードの逆回復電流特性であり、2bは従来の半導体装置のボディー・ドレインダイオードの逆回復電流特性である。この図に示すように、本実施の形態に係る半導体装置のボディー・ドレインダイオードは従来のものに比べて、上記図1に示したように順電流が抑えられているので、予想されたとおり逆回復電流の大きさ(ピーク値)が小さくなっている。また、ライフタイムが抑えられていることによって、逆回復時間も短くなっていることが分かる。
【0044】
このように、本実施の形態に係る半導体装置のボディー・ドレインダイオードは逆回復電流の大きさ小さく、かつ、逆回復時間が短いので、上述したボディー・ドレインダイオードの逆回復電流により引き起こされる誤動作を抑えることができる。
【0045】
ところで、電子線照射およびアニールによるライフタイムを抑える処理は、ボディー・ドレインダイオードだけでなく、図8における高圧側駆動信号出力用CMOS12内のpウェル25とn−層23の間の寄生ダイーオード(CMOS寄生ダイオード)に対しても有効である。
【0046】
前述したように、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動によって、このCMOS寄生ダイオードがターンオンすることによりn−層23内に流れ込むに電流は、高圧側駆動信号出力用CMOS12をラッチアップさせるトリガー電流として働いてしまう。つまり、この寄生ダイオードの順電流を抑えることは高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に伴う高圧側駆動信号出力用CMOS12のラッチアップの問題の対策として有効である。
【0047】
また、電子線照射およびアニールにより、このCMOS寄生ダイオードの順電流も図1と同様に抑えることができることは、ここで説明するまでも無い。つまり、電子線照射およびアニールは、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に伴うCMOS寄生ダイオードの順電流により引き起こされるラッチアップ耐量を向上させる効果も有している。
【0048】
従って、本実施の形態に係る半導体装置は、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に伴うCMOS寄生ダイオードの順電流により引き起こされるラッチアップ耐量が高い半導体装置でもある。
【0049】
以上のように、実施の形態1に係る半導体装置によれば、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に起因する半導体装置の誤動作およびラッチアップの問題を解決することができる。すなわち、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に対する誤動作耐量が高い半導体装置を提供することができる。
【0050】
<実施の形態2>
実施の形態1において説明したように、図8における高圧側駆動信号出力用CMOS12内のpウェル25とn−層23の間の寄生ダイーオード(CMOS寄生ダイオード)の順電流値を抑えることにより、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に伴う高圧側駆動信号出力用CMOS12のラッチアップを防ぐことができる。実施の形態1においてはその手段として、CMOS寄生ダイオードのライフタイムを短くし、ダイオード中に蓄積されるキャリアの量を抑えることを行った。
【0051】
それに対し実施の形態2では、CMOS寄生ダイオードの順電流が流れる経路の抵抗値を大きくすることによって、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に伴うCMOS寄生ダイオードの順電流値を抑え、半導体装置の誤動作耐量を向上させる。
【0052】
前述したように、高圧側駆動信号出力用CMOS12およびレベルシフト抵抗13からなる高圧側駆動回路は、高圧島としてその周りを基板電位のアルミ配線で囲むことでシールドされている。このアルミ配線は、図8および図9から分かるようにCMOS寄生ダイオードと接地電位GND間に直列に挿入されている。高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動によりCMOS寄生ダイオードに逆バイアスが加わったとき、その順電流はGNDからアルミ配線を介しCMOS寄生ダイオードに流れ込む。
【0053】
図3は実施の形態2に係る半導体装置における高圧島に設けられるアルミ配線のレイアウトを示す平面図である。本実施の形態において、アルミ配線3は、断面構造は図8に示したアルミ配線36と同等であるが、図3のように複数個に分割されて配置されている。つまり、各アルミ配線は直接接地電位GNDにコンタクトされているのではなく、GNDとの間にp+領域を介している。p+領域はアルミ配線に比べ抵抗値が大きいので、このアルミ配線のレイアウトにより、GNDとCMOS寄生ダイオード間の抵抗値は、図9に示した従来のアルミ配線のレイアウトを備える半導体装置に比べ大きくなる。その結果、CMOS寄生ダイオードの順電流が流れる経路の抵抗値が大きくなり、それによってCMOS寄生ダイオードの順電流値は抑えられる。
【0054】
よって、半導体装置の高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動によりCMOS寄生ダイオードがターンオンしたときに、高圧島に流れ込む電流値を抑えるここができる。つまり高圧側駆動信号出力用CMOS12のラッチアップの発生を抑えることができる。
【0055】
以上のように、実施の形態2に係る半導体装置によれば、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動によって引き起こされる半導体装置のラッチアップを抑えることができる。すなわち、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に対する誤動作耐量が高い半導体装置を提供することができる。
【0056】
<実施の形態3>
実施の形態3においても、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に伴うCMOS寄生ダイオードの順電流値を抑える手段として、CMOS寄生ダイオードの順電流が流れる経路の抵抗値を大きくする。
【0057】
図4は実施の形態3に係る半導体装置における高圧島の接合分離部の拡大断面図である。この図において、4はpウェルであり、図8に示したpウェル25の高圧島側をp+拡散層24から分離させ、その間にn−層23を介してた構造となっている。また、31は抵抗である。その以外の要素は、図8に示したものと同符号を付した要素と同等のものであるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【0058】
このような構成においては、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動時に、主に高圧島に電流を注入するCMOS寄生ダイオードはpウェル30とn−層22との間に形成され、半導体装置の高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動による順電流はGNDからp基板およびp+拡散層、抵抗31、p+領域38を介してCMOS寄生ダイオードに流れ込む。よって、アルミ配線36とp+拡散層との間に挿入した抵抗を31の抵抗値を大きくすることにより、CMOS寄生ダイオードの順電流経路の抵抗値を大きくできるので、半導体装置の高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動によりCMOS寄生ダイオードがターンオンしたときに、高圧島に流れ込む電流値を抑えるここができる。つまり高圧側駆動信号出力用CMOS12のラッチアップの発生を抑えることができる。
【0059】
以上のように、実施の形態3に係る半導体装置によれば、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動によって引き起こされる半導体装置のラッチアップを抑えることができる。すなわち、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に対する誤動作耐量が高い半導体装置を提供することができる。
【0060】
<実施の形態4>
前述したように、パワーデバイス駆動装置に高圧ダイオードをブートストラップダイオードとして搭載すると、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に対する高圧側駆動信号出力用CMOSのラッチアップ耐量が低下してしまうという問題があった。その原因となるのは、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動時に高圧ダイオードから高圧島内に注入される電流であった。
【0061】
従って、ブートストラップダイオードを流れる順電流の値を抑えることによって、ブートストラップダイオードの搭載に伴うラッチアップ耐量の低下を抑えることができる。
【0062】
図5は実施の形態4に係る半導体装置における高圧ダイオードの断面図である。図10に示した従来の高圧ダイオードとは、pウェル54内にp+領域55が存在しないこと以外は同じ構成である。つまり、本実施の形態に係る半導体装置のブートストラップダイオードである高圧ダイオードのアノードにはp+領域が存在しない。
【0063】
それによって、アノード内へのキャリアの注入が抑えられ、高圧ダイオードを流れる順電流の値が抑えらる。よって、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動時にブートストラップダイオードから高圧島内に注入される電流を抑えることができ、結果として、ブートストラップダイオードの搭載に伴う、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に対する誤動作耐量の低下を抑えることができる。
【0064】
以上のように、実施の形態4に係る半導体装置によれば、ブートストラップダイオードの搭載に伴う、高圧側駆動信号出力用CMOSのラッチアップ耐量の低下を抑えることができる。すなわち、ブートストラップダイオードを搭載し、かつ、パワーデバイスを駆動する半導体装置における、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動に対する誤動作耐量の高い半導体装置を提供することができる。
【0065】
なお、実施の形態1の説明で示した電子線照射およびアニールは、ブートストラップダイオードに用いられる高圧ダイオードの順電流の値を抑えることができることは、ここで説明するまでも無い。よって、ブートストラップダイオードに電子線照射およびアニールを施すことで、高圧側浮遊オフセット電圧VSの負変動時のブートストラップダイオードを流れる順電流の値を抑えることができ、実施の形態4と同様に、ブートストラップダイオードの搭載に伴う、高圧側駆動信号出力用CMOSのラッチアップ耐量の低下を抑えることができることは明らかである。
【0066】
また、実施の形態3と同様な考え方で、高圧ダイオードに直列に、例えば電源と高圧ダイオードのアノード間に抵抗を挿入しても高圧ダイオードの順電流の値を抑えることができることは明らかであり、実施の形態4と同様に、ブートストラップダイオードの搭載に伴う、高圧側駆動信号出力用CMOSのラッチアップ耐量の低下を抑えることができる。
【0067】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載の半導体装置によれば、電子線照射およびアニールにより、少なくとも前記第2のスイッチング素子のボディー・ドレインダイオードを構成するp型ウェルおよびn型層、並びに前記接合分離を構成するp型ウェルおよびn型層それぞれのライフタイムが抑制されているので、高圧側浮遊オフセット電圧の負変動に伴いターンオンする半導体装置内に存在する寄生ダイオードを流れる電流は抑えられ、また、寄生ダイオード内に蓄積されるキャリアの量も抑えられている。
【0068】
よって、高圧側浮遊オフセット電圧の負変動が消滅したときに第1の抵抗を流れる、第2のスイッチング素子の寄生ダイオードの逆回復電流の値は小さくなり、かつ、その逆回復時間は短くなる。よって、第1の抵抗に生じる電圧降下によって引き起こされる第1のスイッチング素子の誤動作を抑えることができる。
【0069】
さらに、高圧側浮遊オフセット電圧の負変動時に流れる第1のスイッチング素子の寄生ダイオードを流れる電流が抑えられ、その電流によって引き起こされる第1のスイッチング素子のラッチアップを抑えることができる。
【0070】
従って、半導体装置における高圧側浮遊オフセット電圧の負変動に対する誤動作耐量を向上できる。
【0071】
請求項2に記載の半導体装置によれば、前記接合分離を行う拡散層上に接続し、駆動回路を取り囲むシールド配線が複数個に分割されているので、高圧側浮遊オフセット電圧の負変動に伴いターンオンする第1のスイッチング素子を流れる電流経路の抵抗値が大きくなる。
【0072】
よって、高圧側浮遊オフセット電圧の負変動時に流れる第1のスイッチング素子の寄生ダイオードを流れる電流は抑えられ、その電流によって引き起こされる第1のスイッチング素子のラッチアップを抑えることができる。
【0073】
従って、半導体装置における高圧側浮遊オフセット電圧の負変動に対する誤動作耐量を向上できる。
【0074】
請求項3に記載の半導体装置によれば、接合分離におけるpn接合によって形成される寄生ダイオードのp領域上に接続する複数の配線のうちの一部のみが接地電位に直接接続されているので、寄生ダイオードの順電流が流れる経路の抵抗値が大きくなり、高圧側浮遊オフセット電圧の負変動に伴いターンオンする第1のスイッチング素子を流れる電流経路の抵抗値が大きくなる。
【0075】
よって、高圧側浮遊オフセット電圧の負変動時に流れる第1のスイッチング素子の寄生ダイオードを流れる電流は抑えられ、その電流によって引き起こされる第1のスイッチング素子のラッチアップを抑えることができる。
【0076】
従って、半導体装置における高圧側浮遊オフセット電圧の負変動に対する誤動作耐量を向上できる。
【0077】
請求項4に記載の半導体装置によれば、駆動回路の電源を供給するためのブートストラップダイオードのアノードであるpウェル内にp+拡散層を有さないことでアノード濃度を抑え、ブートストラップダイオードを流れる電流が抑えられている。従って、高圧側浮遊オフセット電圧の負変動時にブートストラップダイオードから第1のスイッチング素子に流れ込む電流を抑えることができる。よって、その電流により半導体装置のラッチアップ耐量が低下する問題を解決することができる。
【0078】
従って、駆動回路の電源を供給するためのブートストラップダイオードを備える半導体装置における高圧側浮遊オフセット電圧の負変動に対する誤動作耐量を向上できる。
【0079】
請求項5に記載の半導体装置によれば、駆動回路の電源を供給するためのブートストラップダイオードに直列に第2の抵抗が挿入されているので、高圧側浮遊オフセット電圧の負変動時にブートストラップダイオードから第1のスイッチング素子に流れ込む電流を抑えることができる。よって、その電流により半導体装置のラッチアップ耐量が低下する問題を解決することができる。
【0080】
従って、駆動回路の電源を供給するためのブートストラップダイオードを備える半導体装置における高圧側浮遊オフセット電圧の負変動に対する誤動作耐量を向上できる。
【0081】
請求項6に記載の半導体装置によれば、電子線照射およびアニールにより、ブートストラップダイオードを構成するp型ウェルおよびn型層のライフタイムが抑制されているので、高圧側浮遊オフセット電圧の負変動時にブートストラップダイオードから第1のスイッチング素子に流れ込む電流を抑えることができる。
よって、その電流により半導体装置のラッチアップ耐量が低下する問題を解決することができる。従って、駆動回路の電源を供給するためのブートストラップダイオードを備える半導体装置における高圧側浮遊オフセット電圧の負変動に対する誤動作耐量を向上できる。
請求項7および請求項8記載の半導体装置によれば、接合分離におけるpn接合によって形成される寄生ダイオードに直列に抵抗が挿入されているので、高圧側浮遊オフセット電圧の負変動に伴いターンオンする第1のスイッチング素子を流れる電流経路の抵抗値が大きくなる。
よって、高圧側浮遊オフセット電圧の負変動時に流れる第1のスイッチング素子の寄生ダイオードを流れる電流は抑えられ、その電流によって引き起こされる第1のスイッチング素子のラッチアップを抑えることができる。従って、半導体装置における高圧側浮遊オフセット電圧の負変動に対する誤動作耐量を向上できる。
請求項9に記載の半導体装置によれば、電子線照射およびアニールにより、ライフタイムが抑制されている、電子線照射およびアニールにより、少なくとも前記第2のスイッチング素子のボディー・ドレインダイオードを構成するp型ウェルおよびn型層、並びに前記接合分離を構成するp型ウェルおよびn型層それぞれのライフタイムが抑制されているので、高圧側浮遊オフセット電圧の負変動に伴いターンオンする半導体装置内に存在する寄生ダイオードを流れる電流は抑えられ、また、寄生ダイオード内に蓄積されるキャリアの量も抑えられている。
【0082】
よって、高圧側浮遊オフセット電圧の負変動が消滅したときに第1の抵抗を流れる、第2のスイッチング素子の寄生ダイオードの逆回復電流の値は小さくなり、かつ、その逆回復時間は短くなる。よって、第1の抵抗に生じる電圧降下によって引き起こされる第1のスイッチング素子の誤動作を抑えることができる。
【0083】
さらに、高圧側浮遊オフセット電圧の負変動時に流れる第1のスイッチング素子の寄生ダイオードを流れる電流が抑えられ、その電流によって引き起こされる第1のスイッチング素子のラッチアップを抑えることができる。
【0084】
従って、半導体装置における高圧側浮遊オフセット電圧の負変動に対する誤動作耐量を向上できる。
【0085】
請求項10に記載の半導体装置によれば、前記接合分離を行う拡散層上に接続し、駆動回路を取り囲むシールド配線が複数個に分割されているので、高圧側浮遊オフセット電圧の負変動に伴いターンオンする第1のスイッチング素子を流れる電流経路の抵抗値が大きくなる。
【0086】
よって、高圧側浮遊オフセット電圧の負変動時に流れる第1のスイッチング素子の寄生ダイオードを流れる電流は抑えられ、その電流によって引き起こされる第1のスイッチング素子のラッチアップを抑えることができる。
【0087】
従って、半導体装置における高圧側浮遊オフセット電圧の負変動に対する誤動作耐量を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1に係る半導体装置のボディー・ドレインダイオードと従来の半導体装置のボディー・ドレインダイオードの順バイアス時における電流−電圧特性を比較するための図である。
【図2】 実施の形態1に係る半導体装置のボディー・ドレインダイオードと従来の半導体装置のボディー・ドレインダイオードの逆回復電流特性を比較するための図である。
【図3】 実施の形態2に係る半導体装置における高圧島に設けられるアルミ配線のレイアウトを示す平面図である。
【図4】 実施の形態3に係る半導体装置における高圧島における接合分離部の拡大断面図である。
【図5】 実施の形態4に係る半導体装置における高圧ダイオードの断面図である。
【図6】 従来のパワーデバイスおよびパワーデバイス駆動装置の構成を説明するための概略構成図である。
【図7】 従来のパワーデバイス駆動装置における高圧側駆動部の主要部の回路図である。
【図8】 従来のパワーデバイス駆動装置における高圧側駆動部のレベルシフト回路および高圧側駆動回路の断面図である。
【図9】 従来のパワーデバイス駆動装置における高圧島に設けられるアルミ配線のレイアウトを示す平面図である。
【図10】 従来のパワーデバイス駆動装置のブートストラップダイオードに用いられる高圧ダイオードの断面図である。
【符号の説明】
1a 電子線照射およびアニール処理を施した本発明に係る半導体装置の寄生ダイオードの電流−電圧特性、1b 従来の半導体装置の寄生ダイオードの電流−電圧特性、2a 電子線照射およびアニール処理を施した本発明に係る半導体装置の寄生ダイオードの逆回復電流特性、2b 従来の半導体装置の寄生ダイオードの逆回復電流特性、3,36 アルミ配線、4 pウェル、5 抵抗、21p基板、23、53 n−層、24 p+拡散領域、29,56 n+領域、29,51 フィールドプレート、30 p+領域、43 ソース電極、50 アノード電極、52 カソード電極、VCC 低圧側固定供給電圧。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device for driving a power device such as an inverter, and particularly to a technique for improving the malfunction tolerance.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram for explaining the configuration of a conventional power device and power device driving apparatus. In this figure, Q1 and Q2 are N-channel insulated gate bipolar transistors which are power switching devices, and switch high voltage HV which is a main power source. A load is connected to the node N30, and D1 and D2 are free-wheeling diodes for protecting the N-channel insulated gate bipolar transistors Q1 and Q2 from the back electromotive voltage caused by the load connected to the node N30.
[0003]
Reference numeral 100 denotes a power device driving apparatus for driving the power switching devices Q1 and Q2, which operates in accordance with a high voltage side control input HIN for controlling the high voltage side power switching device Q1 and a low voltage side control input LIN for controlling the low voltage side power switching device Q2. . The power device driving apparatus 100 further includes a high voltage side driving unit 101 that drives the high voltage side power switching device Q1, a low voltage side driving unit 102 that drives the low voltage side power switching device Q2, and a control input processing unit 103.
[0004]
Here, for example, when the power switching devices Q1 and Q2 are simultaneously turned on, the through current flows through Q1 and Q2, and the current does not flow through the load, which is not preferable. The control input processing unit 103 performs processing on the control inputs HIN and LIN, such as preventing such a state from being caused by the control inputs HIN and LIN.
[0005]
HO is a high-voltage side drive signal output by the high-voltage side drive unit 101, and is connected to the control terminal of the power switching device Q1. Similarly, LO is a low-voltage side drive signal output by the low-voltage side drive unit 102, and is connected to the control terminal of the power switching device Q2.
[0006]
VCC is a low-voltage side fixed supply voltage serving as a power source for the low-voltage side drive unit 102, and is supplied from a low-voltage side fixed supply power source (not shown). VS is a high-voltage side floating offset voltage that becomes a reference potential of the high-voltage side drive unit 101. VB is a high voltage side floating supply absolute voltage serving as a power source for the high voltage side driving unit 101 and is supplied by a high voltage side floating power source (not shown). GND is a ground potential, and COM is a common ground. As shown in FIG. 6, the common ground COM and the high-voltage side floating offset voltage VS are connected to the emitter terminals of N-channel insulated gate bipolar transistors Q1 and Q2, respectively.
[0007]
Further, between the high-voltage side floating supply absolute voltage VB and the high-voltage side floating offset voltage VS, and between the common ground COM and the low-voltage side fixed supply voltage VCC, the power supply voltage supplied to the high-voltage side drive unit 101 and the low-voltage side drive unit 102 Are connected to capacitors C1 and C2 in order to follow the potential fluctuation accompanying the operation of the power device.
[0008]
With the above configuration, the main power source is switched by the power device based on the control inputs HIN and LIN.
[0009]
By the way, the high-voltage side drive unit 101 operates in a state where it is floating in potential with respect to the ground potential of the circuit, and therefore has a configuration including a level shift circuit for transmitting a drive signal to the high-voltage side circuit.
[0010]
FIG. 7 is a circuit diagram of the main part of the high-voltage side driving unit in the conventional power device driving apparatus. In this figure, the elements indicated by the symbols VB, HO, VS, and GND are the high-voltage side floating supply absolute voltage VB, the high-voltage side drive signal output HO, the high-voltage side floating offset voltage VS, This corresponds to the potential GND. Reference numeral 11 denotes a high breakdown voltage MOS as a switching element, which plays the role of the level shift circuit described above. Reference numeral 12 denotes a high voltage side drive signal output CMOS which is a switching element that includes a PMOS transistor and an NMOS transistor and outputs a high voltage side drive signal. Reference numeral 13 denotes a level shift resistor for setting the gate potential of the high-voltage side drive signal output CMOS 12, which plays a role corresponding to a pull-up resistor.
[0011]
The high voltage MOS 11 switches the high voltage side drive signal output CMOS 12 in accordance with the high voltage side control input LIN. The high-voltage side drive signal output CMOS 12 switches the voltage between the high-voltage side floating supply absolute voltage VB and the high-voltage side floating offset voltage VS and outputs a drive signal to the high-voltage side drive signal output HO. Drive the element.
[0012]
In the following description, the high voltage side drive signal output CMOS 12 and the level shift resistor 13 are collectively referred to as a high voltage side drive circuit.
[0013]
FIG. 8 is a cross-sectional view of a level shift circuit and a high voltage side drive circuit of a high voltage side drive unit in a conventional power device drive apparatus. In this figure, elements equivalent to those shown in FIGS. 6 and 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted here. In FIG. 8, 21 is a p substrate, 22 and 23 are n− layers, and 24 is a p + diffusion layer. The p + diffusion layer 24 surrounding the high voltage MOS 11 reaches the p substrate 21. The high breakdown voltage MOS 11 is junction-separated by setting the potential of the p substrate 21 to the lowest potential (GND or COM potential) in the circuit. A p-well 25 is formed below the source electrode 40 and the gate electrode 41 of the high breakdown voltage MOS 11 and reaches the lower portion of the gate electrode 40 through the gate insulating film to form a channel region of the high breakdown voltage MOS 11. Further, a p + region 26 and an n + source region 27 are formed in the p well 25 so as to be in contact with the source electrode 40. An n + drain region 28 is formed so as to be in contact with the drain electrode 42 of the high voltage MOS 11.
[0014]
The drain terminal of the high voltage MOS 11 is connected to the gate terminals of the PMOS transistor and NMOS transistor of the high voltage side drive signal output CMOS 12, and the source terminal of the PMOS transistor and the high voltage side floating supply absolute voltage VB via the level shift resistor 13. Connected to.
[0015]
On the other hand, in the n− layer 23 where the high-voltage side drive signal output CMOS 12 is formed, an n + region 29 and a p + source region 30 are formed so as to be in contact with the source electrode 43 of the PMOS transistor, and are in contact with the drain electrode 45. A p + drain region 31 is formed. Reference numeral 44 denotes a PMOS gate electrode. The NMOS transistor of the high-voltage side drive signal output CMOS 12 is formed in the p-well 32. The n + drain region 32 is in contact with the NMOS drain electrode 46, and the n + source region 34 and p + 35 are in contact with the source electrode 48. Each is formed.
[0016]
Reference numeral 36 denotes an aluminum wiring. In general, the high-voltage side drive circuit composed of the high-voltage side drive signal output CMOS 12 and the level shift resistor 13 is shielded by surrounding it with aluminum wiring of the substrate potential as a high-voltage island. FIG. 9 is a plan view showing the layout of the aluminum wiring 36 provided on the high voltage island in the conventional power device driving apparatus. As shown in this figure, the aluminum wiring 36 is laid out so as to surround the high-voltage island, and is further in contact with the ground potential GND.
[0017]
In FIG. 8, the p + region 38 in the p well 25 is for reducing the contact resistance between the aluminum wiring 36 and the p well 25, and 39 is a field plate.
[0018]
With the above configuration, the level shift circuit and the high-voltage side drive circuit shown in FIG. 7 are formed.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
In the power device and the power device driving apparatus shown in FIG. 6, the high-voltage side floating offset voltage VS is common ground COM during the regeneration period, that is, the period when the freewheel diode D1 is turned on by the back electromotive voltage from the load connected to the node N30. May be at a lower potential. The negative fluctuation of the high voltage side floating offset voltage VS is transmitted to the high voltage side floating supply absolute voltage VB via the capacitor C1, and the potential of the high voltage side floating supply absolute voltage VB also varies negatively.
[0020]
When the high-voltage side floating supply absolute voltage VB varies negatively, in FIG. 8, the negative variation is transmitted to the n− layers 22 and 23 and is normally reverse-biased. The parasitic diode between the layer 22 (body / drain diode) and the parasitic diode between the p-well 25 and the n-layer 23 in the high-voltage side drive signal output CMOS 12 are turned on. In the following description, the parasitic diode between the p-well 25 and the n− layer 23 in the high-voltage side drive signal output CMOS 12 is referred to as a CMOS parasitic diode for convenience.
[0021]
The current from the body / drain diode of the high breakdown voltage MOS flows into the high voltage side floating supply absolute voltage VB through the level shift resistor 13. At that time, the output signal of the high voltage MOS 11, that is, the drive signal received by the high voltage side drive signal output CMOS 12 is kept at “H” level, and the high voltage side drive signal output HO of the high voltage side drive signal output CMOS 12 is “L”. It is a level.
[0022]
Thereafter, when the negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS disappears, the potential of the high-voltage side floating supply absolute voltage VB also rises, and a reverse bias is applied to the body / drain diode again, and a level shift occurs from the high-voltage side floating supply absolute voltage VB. The reverse recovery current of the body / drain diode flows through the resistor. When the gate potential of the high-voltage drive signal output CMOS 12 becomes lower than the logical threshold due to a voltage drop generated in the level shift resistor by the reverse recovery current, the high-voltage drive signal output HO is switched to the “H” level.
[0023]
That is, both the power switching devices Q1 and Q2 shown in FIG. 6 are turned on, which is an undesirable state in which a through current flows through the power switching devices Q1 and Q2 and no current flows through the load.
[0024]
On the other hand, when the CMOS parasitic diode is turned on, a current flows into the n− layer 23. The high-voltage side drive signal output CMOS 12 has a parasitic thyristor due to the pnpn structure of the p + region 30, the n− layer 23, the p well 32, and the n + region 34, and flows from the CMOS parasitic diode into the n− layer 23. The supplied current acts as a trigger current for latching up the high-voltage side drive signal output CMOS 12. When this latch-up occurs, an excessive current flows through the high-voltage side drive signal output CMOS 12, and in some cases, a circuit or a component is damaged.
[0025]
By the way, in the power device driving apparatus shown in FIG. 6, a high-voltage diode is further connected such that the anode is at the low-voltage side fixed supply voltage VCC and the cathode is at the high-voltage side floating supply absolute voltage VB, and the capacitor C1 has a large capacity. Is used, the capacitor C1 is charged through the high voltage diode when the low voltage side power switching device Q2 is turned on, and the high voltage side floating power source that supplies the high voltage side floating supply absolute voltage VB can be made unnecessary. In general, this diode is called a bootstrap diode.
[0026]
FIG. 10 is a cross-sectional view of a high voltage diode used in a bootstrap diode of a conventional power device driving apparatus. In this figure, the n− layer 53 on the p-type substrate 21 is separated from the high voltage island and the high voltage MOS 22 by the p + diffusion layer 24. Reference numeral 50 denotes an anode electrode, and the anode of the high voltage diode is formed by the p well 54 and the p + region 55 inside thereof. Reference numeral 52 denotes a cathode electrode, and the n− layer 53 and the n + region 56 form a cathode of a high voltage diode.
[0027]
However, when this high-voltage diode is mounted as a bootstrap diode in a power device driving device, the anode potential of the high-voltage diode is the low-voltage side fixed supply voltage VCC, so that it is turned on even by a slight negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS. A current is injected into the high pressure island. Therefore, compared to the case where an independent power source is used for the high-voltage side floating supply absolute voltage VB, the latch-up resistance of the high-voltage side drive signal output CMOS 12 is reduced, and as a result, the high-voltage side floating offset voltage VS of the power device driving device is There arises a problem that the malfunction tolerance against the fluctuation is lowered.
[0028]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and a first object of the present invention is to prevent malfunction due to negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS in a semiconductor device that drives a power device. It is to provide a high semiconductor device. A second object of the present invention is to provide a semiconductor device having a high tolerance for malfunction against negative fluctuation of the high-voltage-side floating offset voltage VS in a semiconductor device equipped with a bootstrap diode and driving a power device.
[0029]
[Means for Solving the Problems]
  The semiconductor device according to claim 1 includes a first switching element, a driving circuit that has a first resistor for setting a gate potential thereof, and outputs a driving signal to an external power converter, and a second switching element And a control signal is output to the first switching element of the drive circuit, and the drive circuit and a level shift circuit separated from the drive circuit are provided, and by electron beam irradiation and annealing,At least a p-type well and an n-type layer constituting the body / drain diode of the second switching element, and a p-type well and an n-type layer constituting the junction isolation, respectively.The lifetime is suppressed.
[0030]
  3. A semiconductor device according to claim 2, comprising a first switching element and a first resistor for setting a gate potential thereof, a driving circuit for outputting a driving signal to an external power converter, and a second switching element. A level shift circuit that outputs a control signal to the first switching element of the drive circuit and is separated from the drive circuit;Connected on the diffusion layer to perform the junction separation,And a shield wiring surrounding the drive circuit, wherein the shield wiring is divided into a plurality of parts.
[0031]
  The semiconductor device according to claim 3, having a first switching element and a first resistor for setting a gate potential thereof, a drive circuit for outputting a drive signal to an external power converter, and a second switching element And a level shift circuit that outputs a control signal to the first switching element of the drive circuit and is separated from the drive circuit, and includes a p of a parasitic diode formed by a pn junction in the junction separation Only some of the multiple wires that connect on the areaGround potentialIt is characterized by being directly connected to.
[0032]
  5. The semiconductor device according to claim 4, comprising a first switching element and a first circuit for setting a gate potential thereof, a driving circuit for outputting a driving signal to an external power converter, and a second switching element. For outputting a control signal to the first switching element of the drive circuit, for supplying a power supply for the drive circuit, and a level shift circuit joined and separated from the drive circuitBootstrapA diode, andBootstrapThe anode concentration is suppressed by not having a p + diffusion layer in the p-well which is the anode of the diode,BootstrapThe current flowing through the diode is suppressed.
[0033]
  6. The semiconductor device according to claim 5, comprising a first switching element and a first circuit for setting a gate potential thereof, a driving circuit for outputting a driving signal to an external power converter, and a second switching element. For outputting a control signal to the first switching element of the drive circuit, for supplying a power supply for the drive circuit, and a level shift circuit joined and separated from the drive circuitBootstrapA diode, andBootstrapIn series with the diodeSecondThese resistors are inserted.
[0034]
  7. The semiconductor device according to claim 6, comprising a first switching element and a first resistor for setting a gate potential thereof, a driving circuit for outputting a driving signal to an external power converter, and a second switching element. A level shift circuit that outputs a control signal to the first switching element of the drive circuit and is separated from the drive circuit, and a bootstrap diode for supplying power to the drive circuit The lifetime of the p-type well and the n-type layer constituting the bootstrap diode is suppressed by electron beam irradiation and annealing.
  A semiconductor device according to a seventh aspect is the semiconductor device according to any one of the first to fourth and sixth aspects, wherein the semiconductor device is further in series with a parasitic diode formed by a pn junction in the junction isolation. A second resistor is inserted.
  The semiconductor device according to claim 8 is the semiconductor device according to claim 5, further comprising a third resistor inserted in series with a parasitic diode formed by a pn junction in the junction isolation. And
  Claim 9The semiconductor device described inClaims 2 to 8The semiconductor device according to any one of the above, and further by electron beam irradiation and annealing,At least a p-type well and an n-type layer constituting the body / drain diode of the second switching element, and a p-type well and an n-type layer constituting the junction isolation, respectively.The lifetime is suppressed.
[0035]
  Claim 10The semiconductor device described inClaims 3 to 9A semiconductor device according to any one of the above,Connected on the diffusion layer to perform the junction separation,A shield wiring surrounding the drive circuit is provided, and the shield wiring is divided into a plurality of parts.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<Embodiment 1>
As described above, in the semiconductor device shown in FIG. 8, that is, the power device driving device, when negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS occurs, the p-well 25 in the high-breakdown-voltage MOS 11 that should normally be reverse-biased. And the n-layer 22 are turned on. The negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS disappears, and the reverse recovery current when the forward bias is applied to the body / drain diode again causes a voltage drop in the level shift resistor. If the gate potential of the high-voltage drive signal output CMOS 12 becomes lower than the logical threshold due to this voltage drop, the high-voltage drive signal output HO is switched to the “H” level, resulting in malfunction. That is, the reverse recovery current of the body / drain diode causes a malfunction of the device.
[0038]
Therefore, it is possible to suppress the magnitude of the reverse recovery current of the body / drain diode, and to further reduce the time during which the reverse recovery current flows (reverse recovery time), the negative of the high-voltage side floating offset voltage VS of the power device driving device. This is effective to improve the malfunction tolerance against fluctuation.
[0039]
The magnitude of the reverse recovery current and the reverse recovery time strongly depend on the amount of carriers accumulated in the device and the lifetime. That is, by suppressing the amount of carriers accumulated in the body / drain diode and shortening the lifetime, it is possible to improve the malfunction tolerance against negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS of the power device driving apparatus. .
[0040]
The semiconductor device according to the first embodiment of the present invention is a power device driving device in which the lifetime of carriers is suppressed by further annealing after irradiation with an electron beam.
[0041]
That is, in the present embodiment, the control of the lifetime of the semiconductor device uses electron beam irradiation. By using an electron beam, the process of controlling the lifetime can be performed after the wafer process, so there is no risk of contamination of the production facility. In addition, the lifetime can be easily controlled by the dose, so trimming is easy. There is an advantage of being. However, annealing (for example, 340 ° C., 60 minutes) is also performed because devices constituting the semiconductor device do not function only by electron beam irradiation.
[0042]
FIG. 1 is a diagram for comparing the current-voltage characteristics of the body / drain diode of the semiconductor device according to the first embodiment and the body / drain diode of the conventional semiconductor device at the time of forward bias. In this figure, 1a is the current-voltage characteristic of the body / drain diode of the semiconductor device after electron beam irradiation and annealing according to the first embodiment, and 1b is the current-voltage characteristic of the body / drain diode of the conventional semiconductor device. It is. As shown in this figure, the body / drain diode of the semiconductor device according to the present embodiment has a shorter lifetime than the conventional one, so that the amount of carriers accumulated in the diode can be suppressed. As a result, the forward current is reduced. Therefore, it is expected that the reverse recovery current is suppressed in the body / drain diode of the semiconductor device according to the present embodiment.
[0043]
FIG. 2 is a diagram for comparing the reverse recovery current characteristics of the body / drain diode of the semiconductor device according to the first embodiment and the body / drain diode of the conventional semiconductor device. In this figure, 2a is the reverse recovery current characteristic of the body / drain diode of the semiconductor device after electron beam irradiation and annealing according to the first embodiment, and 2b is the reverse recovery current characteristic of the body / drain diode of the conventional semiconductor device. It is. As shown in this figure, the body / drain diode of the semiconductor device according to the present embodiment has a forward current suppressed as shown in FIG. 1 as compared with the conventional one. The magnitude (peak value) of the recovery current is small. In addition, it can be seen that the reverse recovery time is shortened because the lifetime is suppressed.
[0044]
As described above, since the body / drain diode of the semiconductor device according to the present embodiment has a small reverse recovery current and a short reverse recovery time, the malfunction caused by the above-described reverse recovery current of the body / drain diode is prevented. Can be suppressed.
[0045]
By the way, not only the body / drain diode, but also the parasitic diode (CMOS) between the p-well 25 and the n− layer 23 in the high-voltage side drive signal output CMOS 12 in FIG. This is also effective for parasitic diodes).
[0046]
As described above, due to the negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS, the current flowing into the n− layer 23 by turning on the CMOS parasitic diode is a trigger current for latching up the high-voltage side drive signal output CMOS 12. I will work. That is, suppressing the forward current of the parasitic diode is effective as a countermeasure for the latch-up problem of the high-voltage side drive signal output CMOS 12 due to the negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS.
[0047]
Further, it is needless to mention that the forward current of the CMOS parasitic diode can be suppressed similarly to FIG. 1 by electron beam irradiation and annealing. That is, the electron beam irradiation and annealing also have the effect of improving the latch-up resistance caused by the forward current of the CMOS parasitic diode accompanying the negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS.
[0048]
Therefore, the semiconductor device according to the present embodiment is also a semiconductor device having a high latch-up resistance caused by the forward current of the CMOS parasitic diode accompanying the negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS.
[0049]
As described above, according to the semiconductor device according to the first embodiment, it is possible to solve the malfunction of the semiconductor device and the latch-up problem caused by the negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS. In other words, it is possible to provide a semiconductor device having a high tolerance for malfunction against negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS.
[0050]
<Embodiment 2>
As described in the first embodiment, by suppressing the forward current value of the parasitic diode (CMOS parasitic diode) between the p-well 25 and the n− layer 23 in the high-voltage side drive signal output CMOS 12 in FIG. The latch-up of the high-voltage side drive signal output CMOS 12 due to the negative fluctuation of the side floating offset voltage VS can be prevented. In the first embodiment, as the means, the lifetime of the CMOS parasitic diode is shortened, and the amount of carriers accumulated in the diode is suppressed.
[0051]
On the other hand, in the second embodiment, by increasing the resistance value of the path through which the forward current of the CMOS parasitic diode flows, the forward current value of the CMOS parasitic diode accompanying negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS is suppressed, and the semiconductor device Improve malfunction tolerance.
[0052]
As described above, the high-voltage side drive circuit composed of the high-voltage side drive signal output CMOS 12 and the level shift resistor 13 is shielded as a high-voltage island by surrounding it with aluminum wiring of the substrate potential. The aluminum wiring is inserted in series between the CMOS parasitic diode and the ground potential GND, as can be seen from FIGS. When a reverse bias is applied to the CMOS parasitic diode due to negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS, the forward current flows from GND to the CMOS parasitic diode via the aluminum wiring.
[0053]
  FIG. 3 is a plan view showing a layout of aluminum wiring provided on the high-pressure island in the semiconductor device according to the second embodiment. In the present embodiment, the aluminum wiring 3 has the same sectional structure as the aluminum wiring 36 shown in FIG. 8, but is divided into a plurality of parts as shown in FIG. That is, each aluminum wiring is not directly contacted with the ground potential GND, but is connected to the GND with p+ AreaThrough. p+ AreaSince the resistance value is larger than that of the aluminum wiring, the resistance value between the GND and the CMOS parasitic diode becomes larger than that of the semiconductor device having the conventional aluminum wiring layout shown in FIG. As a result, the resistance value of the path through which the forward current of the CMOS parasitic diode flows is increased, thereby suppressing the forward current value of the CMOS parasitic diode.
[0054]
Therefore, when the CMOS parasitic diode is turned on due to the negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS of the semiconductor device, the current value flowing into the high-voltage island can be suppressed. In other words, the occurrence of latch-up in the high-voltage side drive signal output CMOS 12 can be suppressed.
[0055]
As described above, according to the semiconductor device according to the second embodiment, the latch-up of the semiconductor device caused by the negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS can be suppressed. In other words, it is possible to provide a semiconductor device having a high tolerance for malfunction against negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS.
[0056]
<Embodiment 3>
Also in the third embodiment, the resistance value of the path through which the forward current of the CMOS parasitic diode flows is increased as means for suppressing the forward current value of the CMOS parasitic diode due to the negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS.
[0057]
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the junction isolation part of the high-pressure island in the semiconductor device according to the third embodiment. In this figure, reference numeral 4 denotes a p-well, which has a structure in which the high-pressure island side of the p-well 25 shown in FIG. 8 is separated from the p + diffusion layer 24 and an n-layer 23 is interposed therebetween. Reference numeral 31 denotes a resistor. Since the other elements are the same as those given the same reference numerals as those shown in FIG. 8, detailed description thereof is omitted here.
[0058]
In such a configuration, a CMOS parasitic diode that mainly injects a current into the high-voltage island when the high-voltage side floating offset voltage VS is negatively changed is formed between the p-well 30 and the n− layer 22. The forward current due to the negative fluctuation of the side floating offset voltage VS flows from the GND to the CMOS parasitic diode through the p substrate, the p + diffusion layer, the resistor 31, and the p + region 38. Therefore, the resistance value of the forward current path of the CMOS parasitic diode can be increased by increasing the resistance value of the resistor 31 inserted between the aluminum wiring 36 and the p + diffusion layer. This can suppress the value of the current flowing into the high-voltage island when the CMOS parasitic diode is turned on due to the negative fluctuation of VS. In other words, the occurrence of latch-up in the high-voltage side drive signal output CMOS 12 can be suppressed.
[0059]
As described above, according to the semiconductor device according to the third embodiment, the latch-up of the semiconductor device caused by the negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS can be suppressed. In other words, it is possible to provide a semiconductor device having a high tolerance for malfunction against negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS.
[0060]
<Embodiment 4>
As described above, when a high voltage diode is mounted as a bootstrap diode in the power device driving device, there is a problem that the latch-up resistance of the high voltage side drive signal output CMOS against negative fluctuation of the high voltage side floating offset voltage VS is lowered. It was. This is caused by the current injected from the high voltage diode into the high voltage island when the high voltage side floating offset voltage VS is negatively changed.
[0061]
Therefore, by suppressing the value of the forward current flowing through the bootstrap diode, it is possible to suppress a decrease in the latch-up resistance due to the mounting of the bootstrap diode.
[0062]
FIG. 5 is a cross-sectional view of the high-voltage diode in the semiconductor device according to the fourth embodiment. The conventional high voltage diode shown in FIG. 10 has the same configuration except that the p + region 55 does not exist in the p well 54. That is, there is no p + region in the anode of the high voltage diode that is the bootstrap diode of the semiconductor device according to the present embodiment.
[0063]
Thereby, the injection of carriers into the anode is suppressed, and the value of the forward current flowing through the high voltage diode is suppressed. Therefore, it is possible to suppress the current injected from the bootstrap diode into the high-voltage island when the high-voltage side floating offset voltage VS is negatively changed. As a result, against the negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS accompanying the mounting of the bootstrap diode A reduction in malfunction tolerance can be suppressed.
[0064]
As described above, according to the semiconductor device of the fourth embodiment, it is possible to suppress a decrease in the latch-up resistance of the high-voltage side drive signal output CMOS that accompanies the mounting of the bootstrap diode. That is, it is possible to provide a semiconductor device with a high tolerance for malfunction against negative fluctuations in the high-voltage side floating offset voltage VS in a semiconductor device mounted with a bootstrap diode and driving a power device.
[0065]
Needless to say, the electron beam irradiation and annealing described in the description of Embodiment 1 can suppress the forward current value of the high-voltage diode used for the bootstrap diode. Therefore, by applying electron beam irradiation and annealing to the bootstrap diode, the value of the forward current flowing through the bootstrap diode at the time of negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage VS can be suppressed. It is clear that the decrease in the latch-up resistance of the high-voltage side drive signal output CMOS due to the mounting of the bootstrap diode can be suppressed.
[0066]
Further, it is clear that the forward current value of the high voltage diode can be suppressed even if a resistor is inserted in series with the high voltage diode, for example, between the power source and the anode of the high voltage diode, in the same way as in the third embodiment. As in the fourth embodiment, it is possible to suppress a decrease in the latch-up resistance of the high-voltage side drive signal output CMOS that accompanies the mounting of the bootstrap diode.
[0067]
【The invention's effect】
  As described above, according to the semiconductor device of claim 1, by electron beam irradiation and annealing,At least a p-type well and an n-type layer constituting the body / drain diode of the second switching element, and a p-type well and an n-type layer constituting the junction isolation, respectively.Since the lifetime is suppressed, the current flowing through the parasitic diode in the semiconductor device that is turned on with negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage is suppressed, and the amount of carriers accumulated in the parasitic diode is also suppressed. It has been.
[0068]
Therefore, the value of the reverse recovery current of the parasitic diode of the second switching element that flows through the first resistor when the negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage disappears becomes small, and the reverse recovery time becomes short. Therefore, malfunction of the first switching element caused by a voltage drop generated in the first resistor can be suppressed.
[0069]
Furthermore, the current flowing through the parasitic diode of the first switching element that flows when the high-voltage side floating offset voltage fluctuates negatively can be suppressed, and latch-up of the first switching element caused by the current can be suppressed.
[0070]
Therefore, it is possible to improve the malfunction tolerance against negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage in the semiconductor device.
[0071]
  According to the semiconductor device of claim 2,Connected on the diffusion layer to perform the junction separation,Since the shield wiring that surrounds the drive circuit is divided into a plurality of parts, the resistance value of the current path that flows through the first switching element that is turned on increases as the high-voltage-side floating offset voltage varies negatively.
[0072]
Therefore, the current flowing through the parasitic diode of the first switching element that flows when the high-voltage side floating offset voltage varies negatively can be suppressed, and the latch-up of the first switching element caused by the current can be suppressed.
[0073]
Therefore, it is possible to improve the malfunction tolerance against negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage in the semiconductor device.
[0074]
  According to the semiconductor device of the third aspect, only a part of the plurality of wirings connected to the p region of the parasitic diode formed by the pn junction in the junction isolation is provided.Ground potentialSince the resistance value of the path through which the forward current of the parasitic diode flows is increased, the resistance value of the current path flowing through the first switching element that is turned on with a negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage is increased. .
[0075]
Therefore, the current flowing through the parasitic diode of the first switching element that flows when the high-voltage side floating offset voltage varies negatively can be suppressed, and the latch-up of the first switching element caused by the current can be suppressed.
[0076]
Therefore, it is possible to improve the malfunction tolerance against negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage in the semiconductor device.
[0077]
  According to the semiconductor device of claim 4, for supplying power to the drive circuitBootstrapThe anode concentration is suppressed by having no p + diffusion layer in the p-well which is the anode of the diode,BootstrapThe current flowing through the diode is suppressed. Therefore, when the high side floating offset voltageBootstrapThe current flowing from the diode into the first switching element can be suppressed. Therefore, it is possible to solve the problem that the latch-up resistance of the semiconductor device is reduced by the current.
[0078]
  Therefore, to supply power for the drive circuitBootstrapIt is possible to improve a malfunction tolerance against negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage in a semiconductor device including a diode.
[0079]
  According to the semiconductor device of claim 5, for supplying power to the drive circuitBootstrapSince the second resistor is inserted in series with the diode, when the high-voltage side floating offset voltage fluctuates negativelyBootstrapThe current flowing from the diode into the first switching element can be suppressed. Therefore, it is possible to solve the problem that the latch-up resistance of the semiconductor device is reduced by the current.
[0080]
  Therefore, to supply power for the drive circuitBootstrapIt is possible to improve a malfunction tolerance against negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage in a semiconductor device including a diode.
[0081]
  According to the semiconductor device of claim 6, since the lifetimes of the p-type well and the n-type layer constituting the bootstrap diode are suppressed by electron beam irradiation and annealing, negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage Sometimes the current flowing from the bootstrap diode into the first switching element can be suppressed.
  Therefore, it is possible to solve the problem that the latch-up resistance of the semiconductor device is reduced by the current. Accordingly, it is possible to improve a malfunction tolerance against negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage in a semiconductor device including a bootstrap diode for supplying power to the drive circuit.
  According to the semiconductor device of the seventh and eighth aspects, since the resistor is inserted in series with the parasitic diode formed by the pn junction in the junction isolation, the first device that is turned on in accordance with the negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage. The resistance value of the current path flowing through one switching element increases.
  Therefore, the current flowing through the parasitic diode of the first switching element that flows when the high-voltage side floating offset voltage fluctuates negatively can be suppressed, and the latch-up of the first switching element caused by the current can be suppressed. Therefore, it is possible to improve the malfunction tolerance against negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage in the semiconductor device.
  Claim 9According to the semiconductor device described in (2), the lifetime is suppressed by electron beam irradiation and annealing. By electron beam irradiation and annealing,At least a p-type well and an n-type layer constituting the body / drain diode of the second switching element, and a p-type well and an n-type layer constituting the junction isolation, respectively.Since the lifetime is suppressed, the current flowing through the parasitic diode in the semiconductor device that is turned on with negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage is suppressed, and the amount of carriers accumulated in the parasitic diode is also suppressed. It has been.
[0082]
Therefore, the value of the reverse recovery current of the parasitic diode of the second switching element that flows through the first resistor when the negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage disappears becomes small, and the reverse recovery time becomes short. Therefore, malfunction of the first switching element caused by a voltage drop generated in the first resistor can be suppressed.
[0083]
Furthermore, the current flowing through the parasitic diode of the first switching element that flows when the high-voltage side floating offset voltage fluctuates negatively can be suppressed, and latch-up of the first switching element caused by the current can be suppressed.
[0084]
Therefore, it is possible to improve the malfunction tolerance against negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage in the semiconductor device.
[0085]
  Claim 10According to the semiconductor device described inConnected on the diffusion layer to perform the junction separation,Since the shield wiring that surrounds the drive circuit is divided into a plurality of parts, the resistance value of the current path that flows through the first switching element that is turned on increases as the high-voltage side floating offset voltage varies negatively.
[0086]
Therefore, the current flowing through the parasitic diode of the first switching element that flows when the high-voltage side floating offset voltage varies negatively can be suppressed, and the latch-up of the first switching element caused by the current can be suppressed.
[0087]
Therefore, it is possible to improve the malfunction tolerance against negative fluctuation of the high-voltage side floating offset voltage in the semiconductor device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for comparing current-voltage characteristics of a body / drain diode of a semiconductor device according to a first embodiment and a body / drain diode of a conventional semiconductor device at the time of forward bias.
FIG. 2 is a diagram for comparing reverse recovery current characteristics of the body / drain diode of the semiconductor device according to the first embodiment and the body / drain diode of the conventional semiconductor device;
FIG. 3 is a plan view showing a layout of aluminum wiring provided on a high-pressure island in the semiconductor device according to the second embodiment.
4 is an enlarged cross-sectional view of a junction separation part in a high-pressure island in a semiconductor device according to a third embodiment. FIG.
5 is a cross-sectional view of a high voltage diode in a semiconductor device according to a fourth embodiment. FIG.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram for explaining a configuration of a conventional power device and a power device driving apparatus.
FIG. 7 is a circuit diagram of a main part of a high voltage side driving unit in a conventional power device driving apparatus.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a level shift circuit and a high voltage side drive circuit of a high voltage side drive unit in a conventional power device drive device.
FIG. 9 is a plan view showing a layout of aluminum wiring provided on a high-pressure island in a conventional power device driving apparatus.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a high voltage diode used for a bootstrap diode of a conventional power device driving apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Current-voltage characteristic of parasitic diode of semiconductor device according to the present invention subjected to electron beam irradiation and annealing treatment, 1b Current-voltage characteristic of parasitic diode of conventional semiconductor device, 2a Book subjected to electron beam irradiation and annealing treatment Reverse recovery current characteristic of parasitic diode of semiconductor device according to invention, 2b Reverse recovery current characteristic of parasitic diode of conventional semiconductor device, 3,36 aluminum wiring, 4 p well, 5 resistance, 21p substrate, 23, 53 n-layer 24 p + diffusion region, 29, 56 n + region, 29, 51 field plate, 30 p + region, 43 source electrode, 50 anode electrode, 52 cathode electrode, VCC low voltage side fixed supply voltage.

Claims (10)

第1のスイッチング素子とそのゲート電位設定用の第1の抵抗を有し、外部の電力変換器に駆動信号を出力する駆動回路と、
第2のスイッチング素子を有し、前記駆動回路の前記第1のスイッチング素子に制御信号を出力し、前記駆動回路と接合分離されたレベルシフト回路とを備え、
電子線照射およびアニールにより、少なくとも前記第2のスイッチング素子のボディー・ドレインダイオードを構成するp型ウェルおよびn型層、並びに前記接合分離を構成するp型ウェルおよびn型層それぞれのライフタイムが抑制されている、
ことを特徴とする半導体装置。
A drive circuit having a first switching element and a first resistor for setting a gate potential thereof, and outputting a drive signal to an external power converter;
A level shift circuit that has a second switching element, outputs a control signal to the first switching element of the drive circuit, and is separated from the drive circuit,
The lifetime of at least the p-type well and n-type layer constituting the body / drain diode of the second switching element and the p-type well and n-type layer constituting the junction isolation are suppressed by electron beam irradiation and annealing. Being
A semiconductor device.
第1のスイッチング素子とそのゲート電位設定用の第1の抵抗を有し、外部の電力変換器に駆動信号を出力する駆動回路と、
第2のスイッチング素子を有し、前記駆動回路の前記第1のスイッチング素子に制御信号を出力し、前記駆動回路と接合分離されたレベルシフト回路と、
前記接合分離を行う拡散層上に接続し、前記駆動回路を取り囲むシールド配線とを備え、
前記シールド配線が複数個に分割されている、
ことを特徴とする半導体装置。
A drive circuit having a first switching element and a first resistor for setting a gate potential thereof, and outputting a drive signal to an external power converter;
A level shift circuit that has a second switching element, outputs a control signal to the first switching element of the drive circuit, and is separated from the drive circuit;
A shield wiring connected to the diffusion layer for performing the junction separation and surrounding the drive circuit;
The shield wiring is divided into a plurality of pieces,
A semiconductor device.
第1のスイッチング素子とそのゲート電位設定用の第1の抵抗を有し、外部の電力変換器に駆動信号を出力する駆動回路と、
第2のスイッチング素子を有し、前記駆動回路の前記第1のスイッチング素子に制御信号を出力し、前記駆動回路と接合分離されたレベルシフト回路とを備え、
前記接合分離におけるpn接合によって形成される寄生ダイオードのp領域上に接続する複数の配線のうちの一部のみが接地電位に直接接続されている
ことを特徴とする半導体装置。
A drive circuit having a first switching element and a first resistor for setting a gate potential thereof, and outputting a drive signal to an external power converter;
A level shift circuit that has a second switching element, outputs a control signal to the first switching element of the drive circuit, and is separated from the drive circuit,
Only a part of a plurality of wirings connected to a p region of a parasitic diode formed by a pn junction in the junction isolation is directly connected to a ground potential .
第1のスイッチング素子とそのゲート電位設定用の第1の抵抗を有し、外部の電力変換器に駆動信号を出力する駆動回路と、
第2のスイッチング素子を有し、前記駆動回路の前記第1のスイッチング素子に制御信号を出力し、前記駆動回路と接合分離されたレベルシフト回路と、
前記駆動回路の電源を供給するためのブートストラップダイオードとを備え、
前記ブートストラップダイオードのアノードであるpウェル内にp+拡散層を有さないことでアノード濃度を抑え、前記ブートストラップダイオードを流れる電流が抑えられている、
ことを特徴とする半導体装置。
A drive circuit having a first switching element and a first resistor for setting a gate potential thereof, and outputting a drive signal to an external power converter;
A level shift circuit that has a second switching element, outputs a control signal to the first switching element of the drive circuit, and is separated from the drive circuit;
A bootstrap diode for supplying power to the drive circuit;
The suppressed anode concentration by no p + diffusion layer in the p-in the well is the anode of the bootstrap diode, the current flowing through the bootstrap diode is suppressed,
A semiconductor device.
第1のスイッチング素子とそのゲート電位設定用の第1の抵抗を有し、外部の電力変換器に駆動信号を出力する駆動回路と、
第2のスイッチング素子を有し、前記駆動回路の前記第1のスイッチング素子に制御信号を出力し、前記駆動回路と接合分離されたレベルシフト回路と、
前記駆動回路の電源を供給するためのブートストラップダイオードとを備え、前記ブートストラップダイオードに直列に第2の抵抗が挿入されている、
ことを特徴とする半導体装置。
A drive circuit having a first switching element and a first resistor for setting a gate potential thereof, and outputting a drive signal to an external power converter;
A level shift circuit that has a second switching element, outputs a control signal to the first switching element of the drive circuit, and is separated from the drive circuit;
A bootstrap diode for supplying power to the drive circuit, and a second resistor is inserted in series with the bootstrap diode,
A semiconductor device.
第1のスイッチング素子とそのゲート電位設定用の第1の抵抗を有し、外部の電力変換器に駆動信号を出力する駆動回路と、A drive circuit having a first switching element and a first resistor for setting a gate potential thereof, and outputting a drive signal to an external power converter;
第2のスイッチング素子を有し、前記駆動回路の前記第1のスイッチング素子に制御信号を出力し、前記駆動回路と接合分離されたレベルシフト回路と、A level shift circuit that has a second switching element, outputs a control signal to the first switching element of the drive circuit, and is separated from the drive circuit;
前記駆動回路の電源を供給するためのブートストラップダイオードとを備え、A bootstrap diode for supplying power to the drive circuit;
電子線照射およびアニールにより、前記ブートストラップダイオードを構成するp型ウェルおよびn型層のライフタイムが抑制されている、The lifetime of the p-type well and the n-type layer constituting the bootstrap diode is suppressed by electron beam irradiation and annealing.
ことを特徴とする半導体装置。A semiconductor device.
請求項1から請求項4および請求項6のいずれかに記載の半導体装置であって、さらに、The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4 and claim 6, further comprising:
前記接合分離におけるpn接合によって形成される寄生ダイオードに直列に第2の抵抗が挿入されている、A second resistor is inserted in series with the parasitic diode formed by the pn junction in the junction isolation;
ことを特徴とする半導体装置。A semiconductor device.
請求項5に記載の半導体装置であって、さらに、
前記接合分離におけるpn接合によって形成される寄生ダイオードに直列に第3の抵抗が挿入されている、
ことを特徴とする半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 5 , further comprising:
A third resistor is inserted in series with the parasitic diode formed by the pn junction in the junction isolation;
A semiconductor device.
請求項2から請求項8のいずれかに記載の半導体装置であって、さらに、The semiconductor device according to claim 2, further comprising:
電子線照射およびアニールにより、少なくとも前記第2のスイッチング素子のボディー・ドレインダイオードを構成するp型ウェルおよびn型層、並びに前記接合分離を構成するp型ウェルおよびn型層それぞれのライフタイムが抑制されている、The lifetime of at least the p-type well and n-type layer constituting the body / drain diode of the second switching element and the p-type well and n-type layer constituting the junction isolation are suppressed by electron beam irradiation and annealing. Being
ことを特徴とする半導体装置。A semiconductor device.
請求項3から請求項9のいずれかに記載の半導体装置であって、さらに、The semiconductor device according to any one of claims 3 to 9, further comprising:
前記接合分離を行う拡散層上に接続し、前記駆動回路を取り囲むシールド配線を備え、A shield wiring connected to the diffusion layer for performing the junction separation and surrounding the drive circuit;
前記シールド配線が複数個に分割されている、The shield wiring is divided into a plurality of pieces,
ことを特徴とする半導体装置。A semiconductor device.
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