JP6326853B2 - 回路装置及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、回路装置及び電子機器等に関する。
直流モーターを駆動するモータードライバーとして、チョッピング電流を制御することによりモーターの駆動を制御する手法が知られている。この手法では、Hブリッジ回路に流れる電流をセンス抵抗により電流/電圧変換し、得られた電圧を基準電圧と比較することでチョッピング電流を検出する。そして、その検出結果を制御回路にフィードバックし、ブリッジ回路の駆動信号をPWM制御することでモーターを一定の速度で回転させる。このようなモータードライバーの従来技術としては特許文献1、2に開示される技術が知られている。
このモータードライバーのブリッジ回路は、駆動用の第1〜第4のトランジスター(スイッチ素子)を有し、第1、第4のトランジスターと第2、第3のトランジスターとは、モーターに対して電気的に対角に接続される。そしてチャージ期間では、第1、第4のトランジスターがオンになる。これによりモーターの正極側端子(+端子)が高電位の電圧に設定され、負極側端子(−端子)が低電位の電圧に設定される。一方、ディケイ期間では、第2、第3のトランジスターがオンになる。これによりモーターの正極側端子が低電位の電圧に設定され、負極側端子が高電位の電圧に設定される。
特開2003−189683号公報 特開2008−042975号公報
このようなモータードライバー等の回路装置では、ブリッジ回路でのスイッチング動作により電流のオン・オフが繰り返されるため、基板電位が変動するという課題がある。この基板電位の変動は、その基板上に構成される他の回路の動作に悪影響を与えるおそれがある。
例えばモータードライバーでは、モーターを駆動するためには大電流が必要な上、チョッピング動作により電流のオン・オフが繰り返されるので、基板電位が変動する。これにより、基板上に形成された検出回路が基板電位の変動の悪影響を受けるため、チョッピング電流の検出結果にバラツキが発生し、一定に制御しているモーターの回転速度の精度等が低下してしまう問題が生じる。
本発明の幾つかの態様によれば、基板電位の変動による回路動作への悪影響を抑制できる回路装置及び電子機器等を提供できる。
本発明の一態様は、ハイサイド側のトランジスターとローサイド側のトランジスターとを有するブリッジ回路と、前記ブリッジ回路に流れる電流を検出する検出回路と、前記検出回路での検出結果に基づいて、前記ハイサイド側のトランジスター及び前記ローサイド側のトランジスターのオン・オフ制御を行う制御回路と、前記ハイサイド側のトランジスターと前記ローサイド側のトランジスターの少なくとも一方と、前記検出回路との間に設けられ、回路装置の基板を基板電位に設定するためのガード領域と、を含む回路装置に関係する。
本発明の一態様では、ブリッジ回路に流れる電流が検出回路により検出され、その検出結果に基づいて、ブリッジ回路のハイサイド側のトランジスター及びローサイド側のトランジスターが制御回路によりオン・オフ制御される。そして、ハイサイド側のトランジスターとローサイド側のトランジスターの少なくとも一方と、検出回路との間には、基板を基板電位に設定するためのガード領域が設けられる。従って、ハイサイド側のトランジスター或いはローサイド側のトランジスターの領域において、これらのトランジスターがオン・オフ制御されることで、基板電位を変動させるノイズが発生した場合に、このノイズが検出回路の領域に伝達されて検出回路の回路動作に悪影響が及ぶのを抑制できる。従って、基板電位の変動による回路動作への悪影響を抑制できる回路装置等の提供が可能になる。
また本発明の一態様では、前記ガード領域は、第1導電型の前記基板に形成された第1導電型の埋め込み層と、第1導電型の前記埋め込み層の上に形成された第1導電型のウェルと、第1導電型の前記ウェルの上に形成された第1導電型の不純物層と、有してもよい。
このようにすれば、基板表面から深さ方向に形成された第1導電型のウェルと第1導電型の埋め込み層により、基板を基板電位に設定できるようになる。従って、基板表面から深い位置での基板電位の安定化を実現でき、ガード領域のノイズ吸収・遮断機能を向上できる。
また本発明の一態様では、第1導電型の前記ウェルは、エピタキシャル層に対して第1導電型の不純物が導入された層であってもよい。
このようにすれば、例えば第1導電型の埋め込み層の上にエピタキシャル層を成長させて、このエピタキシャル層に第1導電型の不純物を導入することで、第1導電型のウェルを形成できるようになる。そして、第1導電型の不純物層と第1導電型のウェルを介して、第1導電型の埋め込み層に基板電位を供給できるようになる。
また本発明の一態様では、前記ハイサイド側のトランジスターと前記ローサイド側のトランジスターは、DMOS構造のトランジスターであってもよい。
このようにハイサイド側のトランジスターとローサイド側のトランジスターとしてDMOS構造のトランジスターを用いることで、トランジスターの耐圧を高めことができ、ブリッジ回路による高電圧での駆動対象の駆動が可能になる。そして、このように駆動電圧が高まった場合には、ハイサイド側、ローサイド側のトランジスターの高電圧でのオン・オフ動作により発生するノイズの電位変動が大きくなるおそれがあるが、このような大きな電位変動のノイズも、ガード領域を設けることで効果的に抑制できる。
また本発明の一態様では、前記DMOS構造のトランジスターは、第1導電型の前記基板に形成された第2導電型の埋め込み層の上に形成されてもよい。
このように第1導電型の基板に第2導電型の埋め込み層を形成し、その上にDMOS構造のトランジスターを形成することで、高耐圧のDMOS構造のトランジスターを実現できる。
また本発明の一態様では、前記ガード領域は、第1導電型の埋め込み層を有してもよい。
このようにすれば、DMOS構造のトランジスターの第2導電型の埋め込み層に対応する第1導電型の埋め込み層を、ガード領域に形成できるようになる。これにより、例えば基板表面からのガード領域の深さ距離を、DMOS構造の深さ距離と同等にすることが可能になり、ガード領域のノイズ吸収・遮断機能を向上できる。
また本発明の一態様では、前記DMOS構造のトランジスターは、第2導電型の埋め込み層の上においてエピタキシャル層により形成された第2導電型のディープウェルに形成されてもよい。
このようにすれば、第2導電型の埋め込み層の上にエピタキシャル層を形成し、そのエピタキシャル層に第2導電型の不純物を導入することで、DMOS構造のトランジスターを形成するための第2導電型のディープウェルを実現できるようになる。
また本発明の一態様では、前記ガード領域は、第1導電型の埋め込み層と、第1導電型の前記埋め込み層の上においてエピタキシャル層により形成された第1導電型のウェルと、第1導電型の前記ウェルに形成された第1導電型の不純物層と、を有してもよい。
このようにすれば、DMOS構造のトランジスターの第2導電型の埋め込み層、第2導電型のディープウェルに対応して、ガード領域において、第1導電型の埋め込み層、第1導電型のウェルを形成できるようになる。従って、効率的な製造プロセスで、基板表面からの深さ距離が深いガード領域を形成できるようになる。
また本発明の一態様では、前記ハイサイド側のトランジスターと前記ローサイド側のトランジスターとの間に設けられ、前記基板を前記基板電位に設定するための第2のガード領域を有してもよい。
このようにすれば、例えばローサイド側のトランジスターにおいてノイズが発生した場合に、ガード領域に比べてローサイド側のトランジスターに近い位置に形成される第2のガード領域により、当該ノイズを効率的に吸収・遮断することが可能になる。
また本発明の一態様では、前記ブリッジ回路の前記ローサイド側のトランジスターと前記ハイサイド側のトランジスターは、P型の前記基板の上の第1のN型埋め込み層の上に形成されるDMOS構造のトランジスターであり、前記検出回路は、前記第1のN型埋め込み層と分離された第2のN型埋め込み層の上に形成されるCMOS構造のトランジスターにより構成されてもよい。
このようにすれば、CMOS構造のトランジスターにより構成される検出回路が、第1のN型埋め込み層と分離された第2のN型埋め込み層の上に形成され、検出回路が第2のN型埋め込み層によりP型の基板から隔離されるようになる。これにより、ローサイド側トランジスターやハイサイド側トランジスターで発生したノイズが検出回路に伝達されて、回路動作に悪影響が及ぶのを更に確実に抑制できるようになる。
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の回路装置を含む電子機器に関係する。
本実施形態の回路装置の回路構成例。 図2(A)、図2(B)はブリッジ回路の動作説明図。 センス抵抗を用いたチョッピング動作の制御手法の説明図。 本実施形態の回路装置の配置構成及びデバイス構造例。 ガード領域の詳細な説明図。 検出回路を構成するCMOSトランジスターのデイバス構造の他の例。 ガード領域によるノイズ抑制の原理の説明図。 ガード領域によるノイズ抑制の原理の説明図。 本実施形態の回路装置の配置構成の他の例。 図10(A)〜図10(E)は、DMOS構造のトランジスター及びガード領域の製造プロセスフロー。 図11(A)〜図11(D)は、DMOS構造のトランジスター及びガード領域の製造プロセスフロー。 図12(A)〜図12(C)は、DMOS構造のトランジスター及びガード領域の製造プロセスフロー。 図13(A)〜図13(C)は、DMOS構造のトランジスター及びガード領域の製造プロセスフロー。 電子機器の構成例。
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
1.回路装置の回路構成
図1に本実施形態の回路装置の回路構成例を示す。本実施形態の回路装置は、ブリッジ回路10、制御回路20、検出回路30を含む。またプリドライバー18を含むことができる。なお本実施形態の回路装置は図1の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
ブリッジ回路10は、ハイサイド側のトランジスターQ1、Q3とローサイド側のトランジスターQ2、Q4を有する。ブリッジ回路10は、モーター100(例えば直流モーター)への駆動電流を出力する回路であり、図1ではHブリッジの回路構成となっている。ハイサイド側のトランジスターQ1、Q3は例えばP型(広義には第1導電型)のトランジスターであり、ローサイド側のトランジスターQ2、Q4は例えばN型(広義には第2導電型)のトランジスターである。ハイサイド側のトランジスターとは、ローサイド側のトランジスターよりも高電位電源側に接続されるトランジスターである。ローサイド側のトランジスターとは、ハイサイド側のトランジスターよりも低電位電源側に接続されるトランジスターである。なおトランジスターQ1、Q2、Q3、Q4の全てがN型のトランジスターであってもよい。またQ1、Q2、Q3、Q4のソース・ドレイン間には図示しないボディーダイオード(寄生ダイオード)が存在する。
ハイサイド側のトランジスターQ1、Q3のソースは、高電位側の電源VBB(第1の電源)のノードに接続される。ローサイド側のトランジスターQ2、Q4のソースは、センス抵抗RSの一端が接続されるノードN3に接続される。ノードN3は、回路装置の端子TMCを介して、外付け部品であるセンス抵抗RSの一端に接続される。
トランジスターQ1のドレインとトランジスターQ2のドレインは、外部のモーター100(広義には駆動対象)の一端に接続されるノードN1に接続される。ノードN1は、回路装置の端子TMAを介してモーター100の一端に接続される。
トランジスターQ3のドレインとトランジスターQ4のドレインは、モーター100の他端に接続されるノードN2に接続される。ノードN2は、回路装置の端子TMBを介してモーター100の他端に接続される。
検出回路30は、ブリッジ回路10に流れる電流を検出する。例えばセンス抵抗RSの一端の電圧VSを検出することで、チャージ期間でのチャージ電流を検出する。例えば電圧VSと低電位側の電源VSS(例えばGND)の電圧の電圧差(センス抵抗RSの一端の電圧と他端の電圧の電圧差)を検出することで、チャージ電流を検出する。なお検出回路30として、電圧VSとVSSの電圧との電圧差を検出する第1の検出回路と、電圧VSを検出する第2の検出回路を設ける構成としてもよい。
検出回路30は、基準電圧生成回路32とD/A変換回路DACと比較回路CP(コンパレーター)を含む。基準電圧生成回路32は、定電圧の基準電圧VRFを生成する。D/A変換回路DACは、基準電圧VRFを受けて、設定データに基づき可変に変化する基準電圧VRを生成する。比較回路CPは、第1の入力端子(非反転入力端子)に基準電圧VRが入力され、第2の入力端子(反転入力端子)に、センス抵抗RSの一端の電圧である電圧VSが入力され、検出結果信号RQを出力する。例えば後述するようにチョッピング電流は、比較回路CPに入力される基準電圧VRにより決まるため、D/A変換回路DACを用いて基準電圧VRを変化させることで、モーター100のトルクを制御できる。
制御回路20は、検出回路30での検出結果に基づいて、ハイサイド側のトランジスターQ1、Q3及びローサイド側のトランジスターQ2、Q4のオン・オフ制御を行う。具体的には、検出回路30からの検出結果信号RQに基づいて、PWM信号である制御信号IN1、IN2、IN3、IN4を生成する。これらの制御信号IN1、IN2、IN3、IN4によりチャージ期間の長さが制御される。
プリドライバー18は、制御回路20からの制御信号IN1、IN2、IN3、IN4をバッファリングして、駆動信号DG1、DG2、DG3、DG4をトランジスターQ1、Q2、Q3、Q4のゲートに出力する。プリドライバー18は、制御信号IN1、IN2、IN3、IN4をバッファリングして駆動信号DG1、DG2、DG3、DG4を出力するドライバー回路PR1、PR2、PR3、PR4を有する。
なお、図1の回路装置は例えばICチップで構成されており、端子TMA、TMB、TMC、TMDは、ICチップのパッケージの端子或いは半導体基板上のパッドに相当する。また、この場合に、ICチップである回路装置は回路基板(プリント基板等)に実装され、外付けの回路部品であるセンス抵抗RSも回路基板に実装される。そして、センス抵抗RSと端子TMC、TMDとは回路基板上の配線により電気的に接続される。
次に図2(A)、図2(B)を用いて本実施形態の回路装置のブリッジ回路10の動作について説明する。
図2(A)に示すように、チャージ期間では、トランジスターQ1、Q4がオンになる。これにより、高電位側の電源VBBからトランジスターQ1、モーター100(モーターコイル)、トランジスターQ4を介して低電位側の電源VSS(GND)に、チャージ電流ICが流れる。
一方、ディケイ期間では、図2(B)に示すように、トランジスターQ2、Q3がオンになり、電源VSSからトランジスターQ2、モーター100、トランジスターQ3を介して電源VBBに、ディケイ電流IDが流れる。これらのチャージ電流IC、ディケイ電流IDは、いずれもモーター100の正極側端子から負極側端子へと流れることになる。
そして図1に示すように、トランジスターQ2、Q4のソースが接続されるノードN3と電源VSSのノードとの間にはセンス抵抗RSが設けられており、比較回路CPが、ノードN3の電圧VSと基準電圧VRとを比較する。そして図3に示すように、制御回路20は、ブリッジ回路10に流れるチョッピング電流ICPを一定に保つチョッピング動作の制御を行う。具体的には制御回路20は、チョッピング電流ICPが一定になるようにPWM信号(IN1〜IN4)のパルス幅を制御し、そのPWM信号に基づいて、トランジスターQ1〜Q4のオン・オフが制御される。
例えば図3のタイミングt0でモーター100の駆動が開始されると、図2(A)に示すチャージ期間となり、トランジスターQ1、Q4がオンになり、トランジスターQ2、Q3がオフになる。これにより、電源VBBからトランジスターQ1、モーター100、トランジスターQ4を介して電源VSSへと、駆動電流(チャージ電流IC)が流れる。そしてタイミングt1で、モーター100の駆動電流がチョッピング電流ICPに達すると、ディケイ期間TD1に切り替わる。具体的には、駆動電流が大きくなり、ノードN3の電圧VSが基準電圧VRを越えると、比較回路CPの比較結果信号RQがローレベルからハイレベルになり、タイミングt1でディケイ期間TD1に切り替わる。このタイミングt1でのモーター100の駆動電流がチョッピング電流ICPであり、電圧VSの検出によりチョッピング電流ICPが検出されたことになる。
ディケイ期間TD1に切り替わると、図2(B)に示すように、トランジスターQ2、Q3がオンになり、トランジスターQ1、Q4がオフになる。これにより、電源VSSからトランジスターQ2、モーター100、トランジスターQ3を介して電源VBBへと、駆動電流(ディケイ電流ID)が流れる。このディケイ期間TD1では、図3に示すようにモーター100の駆動電流は時間経過とともに減少して行く。
そして制御回路20は、例えばタイマー(カウンター回路)等を用いて、ディケイ期間TD1の開始から所定時間が経過したことを検出し、ディケイ期間TD1からチャージ期間TC1に切り替える。チャージ期間TC1では、モーター100の駆動電流が増加し、チョッピング電流ICPに達すると、再びディケイ期間TD2に切り替わる。以降、これを繰り返すことで、駆動電流のピーク電流であるチョッピング電流ICPが一定になるような制御が行われて、モーター100の回転速度が一定に保たれる。
なお、以上では、ブリッジ回路10がHブリッジ型である場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されず、ブリッジ回路10はハーフブリッジ型であってもよい。この場合にはブリッジ回路10としてトランジスターQ3、Q4は設けられず、トランジスターQ1、Q2が設けられることになる。また、以上では、回路装置が、モーター100を駆動するモータードライバーである場合を例にとり説明したが、本実施形態の回路装置の駆動対象はモーター100には限定されず、インダクター(コイル)を有する様々な素子、デバイスを駆動対象とすることができる。また図1ではセンス抵抗RSの一端の電圧VSを検出することで、ブリッジ回路10のトランジスターQ1〜Q4のオン・オフ制御を行う例について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えばセンス抵抗RSを用いずにブリッジ回路10に流れる電流を検出して、トランジスターQ1〜Q4のオン・オフ制御を行うようにしてもよい。
2.回路装置の配置構成
図1の回路装置では、ブリッジ回路10がチョッピング電流によりモーター100を駆動する際に、ブリッジ回路10を構成するトランジスターQ1〜Q4のドレインには大電流が流れる。この大電流は、チョッピング動作によりオン・オフしたりその流れる向きが反転するため、ブリッジ回路10のトランジスターQ1〜Q4のドレイン電圧は大きく電位変動する。このような電位変動が発生すると、この電位変動がノイズとなって、検出回路30等のアナログ回路が悪影響を受けて、例えば検出回路30の検出動作に不具合が生じてしまう。
例えば図2(B)のディケイ期間では、ディケイ電流IDが、低電位側の電源VSSから、トランジスターQ2、モーター100、トランジスターQ3を介して、高電位側の電源VBBに流れる。従って、ローサイド側のトランジスターQ2のドレイン(ノードN1)に対して、電源VSS(GND)に対して負側の電位となる負電圧が印加されてしまう。このため、N型のトランジスターQ2の領域に形成される寄生ダイオードが順バイアス状態になって、基板の電位が大きく変動するノイズが発生する。このノイズによって、回路装置のアナログ回路が悪影響を受けて、正確な回路動作が妨げられてしまうという課題がある。例えばアナログ回路である検出回路30は、前述したようにセンス抵抗RSの電圧VSと基準電圧VRを比較する回路動作を行っているが、この回路動作に不具合が生じて、チョッピング電流の誤検出等が生じてしまう。
図4に以上の課題を解決できる本実施形態の回路装置の配置構成例を示す。図4の右側の図は、回路装置の半導体チップを上方向から見た平面視の図であり、図4の左側の図は、回路装置の半導体チップの断面を模式的に示す断面図である。
本実施形態の回路装置は、前述のように、ハイサイド側のトランジスターQ1、Q3とローサイド側のトランジスターQ2、Q4とを有するブリッジ回路10と、ブリッジ回路10に流れる電流を検出する検出回路30と、検出回路30での検出結果に基づいてトランジスターQ1〜Q4のオン・オフ制御を行う制御回路20を有する。
そして本実施形態の回路装置は、図4の右側の平面視の図(回路配置レイアウト図)に示すように、ハイサイド側のトランジスターQ1、Q3及びローサイド側のトランジスターQ2、Q4と、検出回路30との間に設けられ、回路装置の基板PSBを基板電位(例えばVSS=GND)に設定するためのガード領域2を有する。なお本実施形態のガード領域(2)は、ハイサイド側のトランジスター(Q1、Q3)とローサイド側のトランジスター(Q2、Q4)の少なくとも一方と、検出回路(30)との間に設けられていればよい。例えばガード領域は、ハイサイド側のトランジスターと検出回路との間に設けられているものであってもよいし、ローサイド側のトランジスターと検出回路との間に設けられているものであってもよい。或いは図4に示すようにガード領域は、ハイサイド側のトランジスター及びローサイド側のトランジスターと検出回路との間に設けられているものであってもよい。
例えば回路装置の半導体チップの第1の辺をSD1として、辺SD1に対向する第2の辺をSD2とし、辺SD1、SD2に直交(交差)する辺を第3の辺SD3とし、辺SD3に対向する辺を第4の辺SD4とする。そして辺SD1から辺SD2へと向かう方向を第1の方向DR1とし、方向DR1の反対方向を第2の方向DR2とし、方向DR1、DR2に直交する方向を第3の方向DR3とし、方向DR3の反対方向を第4の方向DR4とする。この場合に、ハイサイド側のトランジスターQ1、Q3及びローサイド側のトランジスターQ2、Q4の方向DR1側に、ガード領域2が設けられ、ガード領域2の方向DR1側に検出回路30(広義にはアナログ回路)が設けられている。また検出回路30の方向DR1側に制御回路20が設けられている。またローサイド側のトランジスターQ2、Q4は、ハイサイド側のトランジスターQ1、Q3の方向DR2側に設けられている。そしてガード領域2は、ハイサイド側のトランジスターQ1、Q3と検出回路30の間の領域において、例えば方向DR3に沿って形成されている。即ちガード領域2は、その長辺方向が方向DR3に沿うように形成されている。
また図4では回路装置は、ハイサイド側のトランジスターQ1、Q3とローサイド側のトランジスターQ2、Q4との間に設けられ、基板PSBを基板電位に設定するためのガード領域4(第2のガード領域)を有する。即ち、ハイサイド側のトランジスターQ1、Q3の方向DR2側にガード領域4が設けられ、ガード領域4の方向DR2側にローサイド側のトランジスターQ2、Q4が設けられる。なお、ガード領域2のみを設けて、ガード領域4を設けない変形実施も可能である。
ガード領域2、4は、ノイズ吸収及びノイズ遮断機能を有するものであり、ガードリングと呼ばれるものである。ガード領域2は、パッドPD1、PD2に電気的に接続される金属配線(アルミ配線等)と、基板PSBに形成されると共に当該金属配線に対してコンタクト等を介して電気的に接続され不純物層とにより構成できる。ガード領域4は、パッドPD3、PD4に電気的に接続される金属配線(アルミ配線等)と、基板PSBに形成されると共に当該金属配線に対してコンタクト等を介して電気的に接続され不純物層とにより構成できる。
基板PSBがP型(第1導電型)である場合には不純物層もP型になる。不純物層は例えば不純物の拡散層である。パッドPD1、PD2、PD3、PD4は図1の端子TMDに相当するものであり、パッドPD1〜PD4には電源VSS(GND)が供給される。パッドPD1〜PD4は、半導体基板上に形成される電極であり、ワイヤボンディング用のパッドであってもよいし、バンプ用のパッド(Bump on Pad)であってもよい。パッドPD1〜PD4は、例えば回路装置のI/O領域に形成される。I/O領域は、外部との信号や電圧の入出力を行うための領域であり、例えばパッドや静電保護素子(I/Oセル)が設けられる領域である。
なお図4では、ガード領域2、4は、平面視において方向DR3に沿った長方形の形状になっているが、ガード領域2、4の形状はこれに限定されない。例えば方向DR1側や方向DR2側に屈曲した形状であってもよい。
前述したようにブリッジ回路10を有する回路装置では、チョッピング動作等によりブリッジ回路10のトランジスターQ1〜Q4のドレイン電圧が大きく電位変動することによるノイズが生じ、この電位変動によるノイズが検出回路30等に悪影響を与えてしまう。例えばディケイ期間において、ローサイド側のトランジスターQ2のドレインに負電圧が印加されることにより、P型基板(PSB)とトランジスターQ2のN型埋め込み層(NB2)及びディープN型ウェル(DNW2)とにより構成される寄生ダイオードが順バイアス状態になって、基板の電位が大きく変動するノイズが発生する。このノイズによって、検出回路30等が悪影響を受けて、チョッピング電流の誤検出等が生じてしまう。
この点、図4では、ハイサイド側のトランジスターQ1、Q3及びローサイド側のトランジスターQ2、Q4と、検出回路30との間にガード領域2が設けられている。またハイサイド側のトランジスターQ1、Q3とローサイド側のトランジスターQ2、Q4の間にガード領域4が設けられている。従って、ブリッジ回路10のチョッピング動作に起因する上述のノイズが発生しても、ガード領域2、4により、このノイズを吸収・遮断できるようになり、回路装置の回路動作の不具合の発生を抑制できるようになる。
3.デバイス構造
次に図4の左側の断面図を用いて、本実施形態の回路装置のトランジスターのデバイス構造の詳細について説明する。本実施形態では、図4の断面図に示すように、ブリッジ回路10を構成するトランジスターQ1〜Q4として、DMOS(Double-diffused Metal Oxide Semiconductor)構造のトランジスターを用いている。一方、検出回路30やロジック回路20等を構成するトランジスターとして、CMOS(C omplementary Metal Oxide Semiconductor)構造のトランジスターを用いている。
まずローサイド側のN型のトランジスターQ2、Q4(以下、適宜、N型DMOSと呼ぶ)のデバイス構造について説明する。
なお以下では、第1導電型がP型である場合について説明するが、第1導電型はN型であってもよい。例えば図4では、基板PSBはP型の基板であるが、基板PSBとしてN型の基板を用いてもよい。また、回路装置の基板PSBの平面に垂直な方向(厚さ方向)のうち、基板PSBに対して回路が形成される側(半導体プロセスにより各層が積層される側)の方向を「上」と呼び、その反対方向を「下」と呼ぶ。
シリコン基板であるP型(第1導電型)の基板PSBの上には、N型(第2導電型)の埋め込み層NB2(N+ Buried Layer)が形成される。N型埋め込み層NB2の上には、N型DMOSのディープN型ウェルDNW2が形成される。ディープN型ウェルDNW2のソースSC2側には、P型ボディーPBD(P型不純物層)が形成される。そしてP型ボディーPBDの上に、N型DMOSのソースSC2に対応するN型不純物層60が形成される。またディープN型ウェルDNW2のドレインDN2側には、N型DMOSのドレインDN2に対応するN型不純物層62が形成される。これらのN型不純物層60、62は例えばN型不純物の拡散層である。
ディープN型ウェルDNW2の上には、ドレインDN2に対応するN型不純物層62に接して絶縁層63(例えばSiO)が形成される。絶縁層63はいわゆるLOCOS(Local Oxidation Of Silicon)である。そしてP型ボディーPBDとディープN型ウェルDNW2と絶縁層63の上にゲート層GT2(例えばポリシリコン層)が形成される。なお図4や後述する図においては絶縁層をSOと記載している。
N型DMOSの方向DR1側(ガード領域4側)の境界領域40には、N型埋め込み層NB2に電位を供給するためのN型プラグNP2(N型不純物層)が設けられる。具体的には、N型埋め込み層NB2の上にN型プラグNP2が形成され、N型プラグNP2の上にN型不純物層64が形成される。なおN型プラグNP2の両側には不図示のP型不純物層を形成できる。そしてN型不純物層64には、例えばドレインDN2の電圧と同一電圧が供給され、N型不純物層64に与えられたこの電圧が、N型プラグNP2を介してN型埋め込み層NB2に供給される。
なおN型プラグは、N型DMOSの方向DR2側の境界領域にも設けることが望ましい。また埋め込み層とは、基板表層の不純物層(例えばディープN型ウェルやP型ボディー)よりも下層に形成される不純物層である。具体的には、後述する図10(A)〜図10(E)に示すように、シリコン基板に対してN型不純物又はP型不純物を導入し、その上にエピタキシャル層(シリコン単結晶の層)を成長させることにより、エピタキシャル層の下に埋め込み層を形成する。
次にハイサイド側のP型のトランジスターQ1、Q3(以下、適宜、P型DMOSと呼ぶ)のデバイス構造について説明する。
P型の基板PSBの上にN型埋め込み層NB1が形成され、N型埋め込み層NB1の上にディープN型ウェルDNW1が形成される。ディープN型DNW1の上にP型不純物層HPF(HPOF)が形成され、P型不純物層HPFの上には、P型DMOSのドレインDN1に対応するP型不純物層66(拡散層)が形成される。ディープN型ウェルDNW1の上にはN型ウェルNW1(低耐圧N型ウェル)が形成される。N型NW1ウェルにはN型不純物層68と、P型DMOSのソースSC1に対応するP型不純物層70とが形成される。ドレインDN1に対応するP型不純物層66に接して絶縁層67が形成され、N型ウェルNW1、P型不純物層HPF、絶縁層67の上にゲート層GT1(例えばポリシリコン層)が形成される。
P型DMOSの方向DR2側(ガード領域4側)の境界領域42には、N型埋め込み層NB1に電圧を供給するためのN型プラグNP12(N型不純物層)が設けられる。具体的には、N型埋め込み層NB1の上にN型プラグNP12が形成され、N型プラグNP12の上にN型不純物層72が形成される。なおN型プラグNP12の方向DR1側に不図示のP型不純物層を形成できる。そして、N型不純物層72には、例えば高電位側電源(VBB)の電圧が供給され、この高電位側電源の電圧がN型プラグNP12を介してN型埋め込み層NB1に供給される。
P型DMOSの方向DR1側(ガード領域2側)の境界領域44には、N型埋め込み層NB1に電圧を供給するためのN型プラグNP11(N型不純物層)が設けられる。具体的には、N型埋め込み層NB1の上にN型プラグNP11が形成され、N型プラグNP11の上にN型不純物層74が形成される。なおN型プラグNP11の方向DR2側に不図示のP型不純物層を形成できる。そして、N型不純物層74には、例えば高電位側電源(VBB)の電圧が供給され、この高電位側電源の電圧がN型プラグNP11を介してN型埋め込み層NB1に供給される。
次に、CMOS構造のP型トランジスター(以下、適宜、PMOSと呼ぶ)のデバイス構造について説明する。このPMOSは検出回路30を構成するトランジスターである。検出回路30は、PMOSと、図4では不図示のCMOS構造のN型トランジスター(以下、適宜、NMOSと呼ぶ)により構成される。
検出回路30の領域には、CMOS構造のトランジスターであるPMOS、NMOSを基板PSBから隔離するためのN型埋め込み層NB3が形成される。具体的には、P型の基板PSBの上にN型埋め込み層NB3が形成され、N型埋め込み層NB3の上にP型埋め込み層PB3が形成される。そしてP型埋め込み層PB3の上に、CMOS構造のトランジスターであるPMOSやNMOSが形成される。
例えばP型埋め込み層PB3の上にはPMOSのN型ウェルNW3(例えば中耐圧N型ウェル)が形成され、N型ウェルNW3に、PMOSのソースSC3に対応するP型不純物層76が形成される。またN型ウェルNW3の上に、PMOSのドレインDN4に対応するP型不純物層78が形成される。P型不純物層76とP型不純物層78の間のN型ウェルNW3の上には、ゲート層GT3が形成される。N型ウェルNW3の上には、更に、N型ウェルNW3に電圧を供給するためのN型不純物層80が形成される。N型不純物層80には、例えば高電位側電源の電圧が供給される。
PMOSの方向DR2側(ガード領域2側)の境界領域46には、N型埋め込み層NB3に電位を供給するためのN型プラグNP3が設けられる。具体的には、N型埋め込み層NB3の上にN型プラグNP3が形成され、N型プラグNP3の上にN型不純物層82が形成される。なお、N型プラグNP3の方向DR1側にはP型不純物層84が形成される。またN型プラグNP3の方向DR2側にも不図示のP型不純物層を形成できる。そして、N型不純物層82に与えられた高電位側電源の電圧が、N型プラグNP3を介してN型埋め込み層NB3に供給される。
なお、検出回路30を構成するCMOS構造のNMOSを形成する場合には、P型埋め込み層PB3の上にP型ウェル(例えば中耐圧N型ウェル)を形成する。そして、このP型ウェルに、NMOSのドレインとなるN型不純物層と、NMOSのソースとなるN型不純物層と、P型ウェルに低電位側電源(VSS)の電圧を供給するためのP型不純物層を形成することで、CMOS構造のNMOSを形成できる。
4.ガード領域
次に、図5を用いて、ガード領域2の詳細について説明する。なおガード領域4はガード領域2と同様の構造であるため、詳細な説明は省略する。
図5に示すようにガード領域2は、P型(第1導電型。以下、同様)の埋め込み層PB1(P+ Buried Layer)と、P型ウェルPW1(低耐圧P型ウェル)と、P型不純物層90(P型拡散層)を有する。P型埋め込み層PB1はP型基板PSBに形成される。P型ウェルPW1はP型埋め込み層PB1の上に形成される。P型不純物層90はP型ウェルPW1の上に形成される。P型不純物層90はコンタクトを介して金属層ML(アルミ層)に電気的に接続される。この金属層MLは、低電位側の電源VSSを供給する金属配線を形成するものであり、図4のパッドPD1、PD2に電気的に接続される。例えば、パッドPD1とPD2の間は、金属層MLにより形成される金属配線により電気的に接続される。このようにすることで、パッドPD1、PD2、金属層MLを介してP型不純物層90に与えられたVSSの電圧(グランド電圧)が、P型埋め込み層PB1、P型ウェルPW1を介して、基板PSBに供給され、基板PSBの電位の安定化を図れるようになる。
なお、ガード領域4は、ガード領域2と同様に、図4に示すようにP型埋め込み層PB2とP型ウェルPW2とP型不純物層91を有する。そして図4のパッドPD3とPD4の間は、ガード領域4の金属層MLにより形成される金属配線により電気的に接続される。
また後述の図12(B)、図12(C)で説明されるように、P型ウェルPW1(PW2)は、エピタキシャル層に対してP型不純物が導入された層となっている。このようにすれば、P型埋め込み層PB1を形成した後、エピタキシャル層を成長させ、このエピタキシャル層にP型不純物を導入することで、P型ウェルPW1を形成できるようになる。そして、このようなP型ウェルPW1を形成することで、P型不純物層90に与えられた電源VSSの電圧を、P型ウェルPW1を介してP型埋め込み層PB1に伝達できるようになる。
また前述したように、ハイサイド側のトランジスターQ1(Q3)とローサイド側トランジスターQ2(Q4)はDMOS構造のトランジスターとなっている。このようなDMOS構造のトランジスターを用いれば、モータードライバーの電源として高電圧の電源VBB(例えば40〜50V)を用いた場合にも、トランジスターの十分な耐圧を確保することができ、モーター100の適正な駆動が可能になる。
そして図5に示すように、これらのDMOS構造のトランジスターQ1、Q2は、P型基板PSBに形成されたN型埋め込み層NB1、NB2の上に形成されている。例えばハイサイド側のトランジスターQ1は、基板PSBに形成されたN型埋め込み層NB1の上に形成され、ローサイド側のトランジスターQ2は、基板PSBに形成されたN型埋め込み層NB2の上に形成される。トランジスターQ1のN型埋め込み層NB1とトランジスターQ2のN型埋め込み層NB2は、P型基板PSBを介して分離されている。このようにすることで、DMOS構造のトランジスターQ1、Q2を、N型埋め込み層NB1、NB2によりP型基板PSBから分離して、N型埋め込み層NB1、NB2の上にこれらのトランジスターQ1、Q2を形成できるようになる。
そして本実施形態では、このようにDMOS構造のトランジスターQ1、Q2がN型埋め込み層NB1、NB2の上に形成されることを利用して、ガード領域4にも、P型埋め込み層PB1を設けている。即ち、後述する図10(C)、図10(D)から明らかなように、P型基板PSBへのN型埋め込み層NB1、NB2の形成後(或いは形成前)に、P型埋め込み層PB1(PB2)を形成することは容易である。従って、P型基板PSBの表面(回路形成側の面)から深い位置にあるP型埋め込み層PB1まで、ガード領域4を延在形成することが可能になる。このような深い位置までガード領域4を形成することで、後に詳述するように、ガード領域2のノイズ吸収・遮断の機能を更に向上できる。
そしてDMOS構造のトランジスターQ1、Q2は、N型埋め込み層NB1、NB2の上において、エピタキシャル層に形成されたディープN型ウェルDNW1、DNW2(第2導電型ディープウェル)に形成される。例えば後述する図10(E)、図11(A)に示すように、N型埋め込み層NB1、NB2の上にエピタキシャル層(PEPI)を形成し、このエピタキシャル層にN型の不純物を導入することで、ディープN型ウェルDNW1、DNW2を形成する。そしてディープN型ウェルDNW1にハイサイド側のトランジスターQ1を形成し、ディープN型ウェルDNW2にローサイド側のトランジスターQ2を形成する。こうすることで、DMOS構造のトランジスターQ1、Q2の形成が可能になる。
そしてこの場合に、ガード領域2は、P型埋め込み層PB1と、埋め込み層PB1の上においてエピタキシャル層により形成されたP型ウェルPW1と、P型ウェルPW1に形成されたP型不純物層90を有している。
即ち、図10(E)、図11(A)に示すように、トランジスターQ1、Q2の領域では、N型埋め込み層NB1、NB2の上にエピタキシャル層を成長させ、このエピタキシャル層にN型不純物を導入することで、ディープN型ウェルDNW1、DNW2を形成している。これと同様に、ガード領域2(ガード領域4)においても、P型埋め込み層PB1(PB2)の上にエピタキシャル層を成長させ、このエピタキシャル層にP型不純物を導入することでP型ウェルPW1(PW2)を形成する。
このようにすれば、埋め込み層NB1、NB2、PB1の上に形成されたエピタキシャル層を活用して、トランジスターQ1、Q2の領域ではディープN型ウェルDNW1、DNW2を形成する一方で、ガード領域2ではP型ウェルPW1を形成できるようになる。従って、P型埋め込み層PB1、P型ウェルPW1、P型不純物層90からなるガード領域2を、トランジスターQ1、Q2の製造プロセスの一部を有効活用して形成できるようになり、回路装置の効率的な製造プロセスを実現できる。
次にガード領域2によるノイズの吸収・遮断機能について詳細に説明する。図5に示すように、ローサイド側トランジスターQ2のN型埋め込み層NB2及びディープN型ウェルDNW2と、P型基板PSBとの間には寄生ダイオードDIが形成される。この寄生ダイオードDIは、P型基板PSBからN型埋め込み層NB2へと向かう方向を順方向とするダイオードである。
一方、本実施形態の回路装置のブリッジ回路10では、図2(B)のディケイ期間において、ディケイ電流IDが、低電位側の電源VSSから、トランジスターQ2、モーター100、トランジスターQ3を介して、高電位側の電源VBBに流れる。従って、ローサイド側のトランジスターQ2のドレインとなるN型不純物層62に対して負電圧が印加され、N型埋め込み層NB2、ディープN型ウェルDNW2にも負電圧が印加されてしまう。この結果、寄生ダイオードDIが順バイアス状態になって、VSSに設定されたP型基板PSBの電位が大きく変動するノイズが発生してしまう。
またハイサイド側トランジスターQ1の領域においても、P型基板PSBとN型埋め込み層NB1との間には寄生容量CPが存在する。そしてブリッジ回路10がチョッピング電流によりモーターを駆動する際、トランジスターQ1のドレインDN1(P型不純物層66)には大電流が流れる。その大電流は、チョッピング動作によりオン・オフしたりその流れる向きが反転するため、ドレインDN1の電圧は大きく変動することになる。そして、ドレインDN1の電圧変動は、寄生容量CPを介してP型基板PSBに伝わり、基板電位が大きく変動するノイズが発生してしまう。
以上のようなノイズが発生すると、検出回路30等のアナログ回路が悪影響を受けて、回路の誤動作等が生じてしまう。例えば図1の回路装置では、検出回路30がセンス抵抗RSの一端側の電圧VSを基準電圧VRと比較することにより、ブリッジ回路10に流れるチョッピング電流を一定に保つ。このとき、検出回路30の比較回路CPや基準電圧生成回路32やD/A変換回路DACが、P型基板PSBを介して検出回路30に伝達されるノイズの影響を受けると、検出回路30の検出動作に不具合が生じるおそれがある。例えば比較回路CPの比較精度が低下したり基準電圧VRが変動すると、チョッピング電流の誤検出等が生じてしまう。
この点、本実施形態では、ブリッジ回路10のトランジスターQ1〜Q4と検出回路30の間に、ノイズの吸収・遮断機能を有するガード領域2が設けられているため、上記のノイズが検出回路30に伝達されるのを効果的に抑制できる。即ち、ガード領域2のP型ウェルPW1やP型埋め込み層PB1には、パッドPD1、PD2、金属層ML、P型不純物層90を介して、電源VSSが供給されている。従って、ブリッジ回路10のトランジスターQ1〜Q4からのノイズを、P型ウェルPW1やP型埋め込み層PB1により吸収できる。また図5に示すように、P型ウェルPW1やP型埋め込み層PB1は、P型基板PSBの表面からの深さ方向の距離DGまで延在して形成されている。従って、P型ウェルPW1やP型埋め込み層PB1が障壁となって、上記ノイズを遮断できる。
特に図5では、ブリッジ回路10のトランジスターQ1、Q2のN型埋め込み層NB1、NB2に対応して、ガード領域2のP型埋め込み層PB1が形成されている。また、N型埋め込み層NB1、NB2の上のエピタキシャル層に不純物を導入することで形成されたディープN型ウェルDNW1、DNW2に対応して、ガード領域2では、P型埋め込み層PB1の上のエピタキシャル層に不純物を導入することでP型ウェルPW1が形成されている。従って、ガード領域2の基板表面からの深さ距離DGを、トランジスターQ1、Q2の深さ距離D1、D2と同等の距離に設定できる。従って、DMOS構造のトランジスターQ1、Q2からのノイズを、深さ距離DGまで深さ方向に延在形成されたガード領域2により、効率的に吸収・遮断することが可能になる。
即ち、ガードリングと呼ばれる一般的なガード領域では、P型不純物の拡散層(図6の90)だけが形成されている。このようなガード領域では、基板表面からの深さ距離を長くできず、DMOS構造のトランジスターQ1、Q2からのノイズを、効率的に吸収・遮断できないという課題がある。
この点、本実施形態では、DMOS構造のトランジスターQ1、Q2の製造プロセスの一部を利用して、ガード領域2のP型埋め込み層PB1やP型ウェルPW1を形成している。従って、ガード領域2の深さ距離DGを、トランジスターQ1、Q2についての深さ距離D1、D2と同等にできるため、トランジスターQ1、Q2からのノイズを効率的に吸収・遮断することが可能になる。また検出回路30のCMOSトランジスターがN型埋め込み層NB3の上に形成される構造である場合に、ガード領域2の深さ距離DGを、このCMOSトランジスターの深さ距離D3と同等にできる。従って、検出回路30のCMOSトランジスターにノイズが侵入するのを効果的に抑制できる。
また本実施形態では、図4に示すように、ハイサイド側のトランジスターQ1、Q3とローサイド側のトランジスターQ2、Q4との間に設けられ、P型基板PSを基板電位(VSS)に設定するためのガード領域4が設けられている。このようなガード領域4を設ければ、トランジスターQ2、Q4の領域の寄生ダイオードDIがディケイ期間の負電圧により順バイアス状態になることで発生するノイズを、効率的に吸収できるようになる。即ち、ガード領域4は、ガード領域2に比べて、ローサイド型のトランジスターQ2、Q4から近い位置に形成される。従って、ガード領域2と寄生ダイオードDIとの間の経路の寄生抵抗に比べて、ガード領域4と寄生ダイオードDIとの間の経路の寄生抵抗のインピーダンスは低くなる。従って、ガード領域4を設けることで、寄生ダイオードDIが順バイアス状態になることで発生するノイズを、高い吸収効果で抑制できるようになる。
また本実施形態では、図5に示すように、ブリッジ回路10のトランジスターQ1、Q2は、P型基板PSBの上のN型埋め込み層NB1、NB2(第1のN型埋め込み層)の上に形成されるDMOS構造のトランジスターとなっている。一方、検出回路30は、N型埋め込み層NB1、NB2と分離されたN型埋め込み層NB3(第2のN型埋め込み層)の上に形成されるCMOS構造のトランジスターにより構成されている。
具体的には図4、図5に示すように、検出回路30を構成するCMOS構造のトラジスターの領域では、P型基板PSBから離隔するためのN型埋め込み層NB3が形成される。具体的には、P型基板PSBの上にN型埋め込み層NB3が形成され、そのN型埋め込み層NB3の上にP型埋め込み層PB3が形成される。そして、P型埋め込み層PB3の上に、検出回路30を構成するCMOSトランジスターが形成される。図4、図5では、CMOS構造のトランジスターとしてPMOSトランジスターの例が示されている。
このようにすれば、ブリッジ回路10のトランジスターQ1、Q2のN型埋め込み層NB1、NB2と分離されたN型埋め込み層NB3を用いて、CMOS構造のトランジスターにより構成される検出回路30を、P型基板PSBから離隔することができる。従って、トランジスターQ1、Q2からのノイズ伝達を、更に確実に抑制できるようになる。即ち、トランジスターQ1、Q2からのノイズ伝達は、ガード領域2により抑制できるが、検出回路30の領域にN型埋め込み層NB3を形成することで、このノイズ伝達を更に確実に抑制できるようになる。
例えば本実施形態では、検出回路30の回路領域は、N型埋め込み層NB3の電位を設定するN型プラグNP3の領域(以下、適宜、N型プラグ領域と呼ぶ)により囲むことが望ましい。このようにすれば、N型埋め込み層NB3とそれを囲むN型プラグ領域により、バスタブ型のN型領域を形成でき、そのN型領域により検出回路30の領域を、P型基板PSBから隔離できる。またP型基板PSBの電位の揺れがN型埋め込み層NB3に伝わったとしても、N型プラグNP3から電位(高電位側電源)が設定されているため、検出回路30を確実に隔離できる。またN型埋め込み層NB3をP型基板PSBよりも高い電位に設定できるため、逆電圧のPN接合により隔離できる。
ここで、回路領域とは、基板に対する平面視において回路が配置されている領域である。例えば、回路レイアウトにおいて、回路が1又は複数の回路ブロックで構成される場合、回路領域は、その回路ブロックが配置されている領域である。例えば、検出回路30を構成する回路ブロック(比較回路CP、D/A変換回路DAC、基準電圧生成回路32)の配置領域が、検出回路30の回路領域となる。
そして検出回路30の回路領域の全周を囲むようにN型プラグ領域を設けると、検出回路30のレイアウト面積が大きくなりすぎて、回路装置の大規模化を招くおそれがある。このため、レイアウト面積の縮小を優先する場合には、図4において、検出回路30の辺SE1〜SE4のうち、例えば、ガード領域2に対向する辺SE1の領域にN型プラグ領域を形成する一方で、辺SE2、SE3、SE4の領域にはN型プラグ領域を形成しない場合がある。なお辺SE2は辺SE1に対向する辺であり、辺SE3、SE4は辺SE1及びSE2に直交(交差)する辺である。
このように辺SE2、SE3、SE4の領域にN型プラグ領域を形成しない場合には、ブリッジ回路10のトランジスターQ1〜Q4からのノイズが、辺SE2、SE3、SE4の領域を介して検出回路30の回路領域の内部に伝達してしまうおそれがある。
この点、本実施形態では、ブリッジ回路10のトランジスターQ1〜Q4と検出回路30との間にガード領域2が設けられている。従って、このガード領域2によるノイズ吸収・遮断機能により、辺SE2、SE3、SE4の領域を介して検出回路30の回路領域の内部にノイズが伝達してしまうのを、効果的に抑制できる。従って、レイアウト面積の縮小とノイズの抑制とを両立して実現できるようになる。
また本実施形態では、図6の変形例に示すように、検出回路30を構成するトランジスターとして、N型埋め込み層を形成しない通常構造のCMOSトランジスターを用いてもよい。図6の通常構造のCMOSトランジスターでは、P型基板PSBにP型ウェルPW4とN型ウェルNW4が形成される。そしてP型ウェルPW4に、ソースSC4、ドレインDN4となるN型不純物層92、94と、ゲートGT4とから構成されるNMOSが形成される。またN型ウェルNW4に、ソースSC5、ドレインDN5となるN型不純物層96、98と、ゲートGT5とから構成されるPMOSが形成される。
このような通常構造のCMOSトランジスターを採用することで、図4のようなN型埋め込み層を設けた構造のCMOSトランジスターに比べて、検出回路30のレイアウト面積を縮小できる。
しかしながら、通常構造のCMOSトランジスターを採用した場合には、ブリッジ回路10のトランジスターQ1〜Q4からのノイズが、P型基板PSBを介してそのまま検出回路30のNMOS、PMOSに伝達してしまい、検出回路30の回路動作に不具合が生じるおそれがある。
この点、本実施形態ではトランジスターQ1〜Q4と検出回路30との間にガード領域2を設けている。従って、このような通常構造のCMOSトランジスターを採用した場合にも、トランジスターQ1〜Q4からのノイズが、検出回路30を構成する通常構造のNMOS、PMOSに伝達されてしまうのを効果的に抑制できる。従って、レイアウト面積の縮小とノイズの抑制とを両立して実現できるようになる。
図7は、ガード領域2によるノイズ抑制の原理を模式的に説明する図である。図7に示すように、P型基板PSBとN型埋め込み層NB2との間に寄生ダイオードDIが形成される。寄生ダイオードDIのカソードは、ディープN型ウェルDNW2及びN型不純物層62(Q2のドレインDN2)により構成される。ディケイ期間においてN型不純物層62に負電圧が印加されることで、寄生ダイオードDIが順バイアス状態になって、トランジスターQ2の近辺(下方)のP型基板PSBが負側に電位が振られ、これがノイズとなる。
図7において白丸で表されるノイズは、VSSのパッドPDに吸収されるが、この場合の経路として、経路RTAと経路RTBがある。なおRA1〜RA4は、P型基板PSBや配線の寄生抵抗を表す。図7において、ノイズ(白丸)は、経路RTBよりもインピーダンスが低い経路RTAを通って吸収されるようになるため、ノイズの殆どはアナログ回路である検出回路30には到達しないことになる。このようにトランジスターQ2で発生したノイズを、ガード領域2で吸収することで、検出回路30へのノイズ伝達を防ぎ、検出回路30はノイズの影響を受けずに正確に動作するようになる。
図8は、ガード領域2に加えてガード領域4を更に設けた場合のノイズ抑制の原理を模式的に説明する図である。
図8において白丸で表されるノイズは、VSSのパッドPDに吸収されるが、この場合の経路として、経路RTCと経路RTDと経路RTEがある。なおRB1〜RB5は、P型基板PSBや配線の寄生抵抗を表す。図8において、ノイズ(白丸)は、経路RTEよりもインピーダンスが低い経路RTC、RTDを通って吸収されるため、ノイズの殆どは検出回路30には到達しないことになる。特に、ガード領域4を設けることで、ノイズ(白丸)の発生源に近い位置に、インピーダンスの低い経路RTCを形成できる。従って、ローサイド側のトランジスターQ2、Q4の寄生ダイオードDIで発生するノイズを、効率的に吸収することが可能になり、ノイズ伝達を更に効果的に抑制できるようになる。
図9は、本実施形態の回路装置の配置構成の他の例である。図9では、ハイサイド側、ローサイド側トランジスターとして、2つのチャンネル1、2のトランジスターが設けられている。また、これらのトランジスターと同様に高耐圧プロセスで形成されるP型トランジスターが設けられている。このP型トランジスターは、例えば、ブリッジ回路10に使用される高電位電源(例えば40〜50V)の電圧を降圧して中電位の電源(例えば5V)の電圧を生成するスイッチングレギュレーターのスイッチングトランジスターとして使用される。
そして図9では、チャンネル1、2のハイサイド側、ローサイド側のトランジスター及びP型トランジスター(スイッチングレギュレータ−)と、検出回路30との間にガード領域2が設けられている。図4ではガード領域2は直線形状であったが、図9では途中で屈曲した形状になっている。またチャンネル1、2のハイサイド側トランジスターと、チャンネル1、2のローサイド側トランジスターとの間に、ガード領域4が設けられている。このように本実施形態の回路装置の配置構成(レイアウト配置)については種々の変形実施が可能である。
5.製造プロセス
図10(A)〜図13(C)を用いて、DMOS構造のトランジスター及びガード領域の製造プロセスフローについて説明する。なお、図面左側に、ローサイド側のN型のトランジスター(Q2、Q4)を示し、図面右側に、ハイサイド側のP型のトランジスター(Q1、Q3)を示す。また図面中央に、ガード領域を示す。ここではガード領域4の製造プロセスフローを示しているが、ガード領域2についても同様の製造プロセスフローで形成できる。
図10(A)に示すように、P型基板(PSB)に酸化膜(SO:SiO)を形成する工程を行う。次に図10(B)に示すように、フォトリソグラフィー工程を行い、レジストに覆われていない領域の酸化膜(SO)をエッチングする工程を行う。そして図10(C)に示すように、P型基板(PSB)にN型イオンを導入する工程により、酸化膜(SO)に覆われていない領域にN型埋め込み層(NB1、NB2)を形成する。
次に図10(D)に示すように、エッチング工程により酸化膜(SO)を除去し、フォトリソグラフィー工程を行う。次に、P型基板(PSB)にP型イオンを導入する工程により、レジストに覆われていない領域にP型埋め込み層(PB2)を形成する。そして図10(E)に示すように、P型基板(PSB)及び埋め込み層(NB1、NB2、PB2)上にP型エピタキシャル層(PEPI)を形成する工程を行う。
以上のようにして、P型エピタキシャル層(PEPI)の下にN型埋め込み層(NB1、NB2)及びP型埋め込み層(PB2)が形成される。即ち、ハイサイド側、ローサイド側のトランジスターのN型埋め込み層と、ガード領域のP型埋め込み層を形成できる。
次に図11(A)に示すように、フォトリソグラフィー工程及びP型エピタキシャル層(PEPI)にN型イオンを導入する工程により、レジストに覆われていない領域にディープN型ウェル(DNW1、DNW2)を形成する。そして図11(B)に示すように、フォトリソグラフィー工程及びP型エピタキシャル層(PEPI)にN型イオンを導入する工程により、レジストに覆われていない領域にN型プラグ(NP11、NP12、NP21、NP22)を形成する。
次に図11(C)に示すように、シリコン窒化膜のフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程を行い、酸化膜形成工程を行うことにより、LOCOS(SO)を形成する。そして図11(D)に示すように、フォトリソグラフィー工程及びディープN型ウェル(DNW2)にP型イオンを導入する工程により、レジストに覆われていない領域にP型ボディー(PBD)を形成する。
次に図12(A)に示すように、フォトリソグラフィー工程及びディープN型ウェル(DNW1)にP型イオンを導入する工程により、レジストに覆われていない領域にP型不純物層(HPF)を形成する。次に図12(B)に示すように、フォトリソグラフィー工程及びディープN型ウェル(DNW1)にN型イオンを導入する工程により、レジストに覆われていない領域に低耐圧のN型ウェルNW11、NW12を形成する。そして図12(C)に示すように、フォトリソグラフィー工程及びP型エピタキシャル層(PEPI)にP型イオンを導入する工程により、レジストに覆われていない領域に低耐圧のP型ウェル(PW2)を形成する。即ちガード領域を構成するP型ウェルを形成する。
以上のように本実施形態では、N型埋め込み層(NB1、NB2)、P型埋め込み層(PB2)の上に形成したエピタキシャル層(PEPI)に不純物のイオンを導入することで、ブリッジ回路10のトランジスターのディープN型ウェル(DNW1、DNW2)と、ガード領域のP型ウェル(PW2、PW1)を形成している。
次に図13(A)に示すように、ポリシリコン層を形成する工程を行い、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程を行うことにより、ゲート層(GT1、GT2)を形成する。次に図13(B)に示すように、フォトリソグラフィー工程及びN型イオンを導入する工程により、基板表層にN型不純物層(N+)を形成する。このN型不純物層(N+)は、ブリッジ回路10のN型トランジスターのソースやドレイン等となる。そして図13(C)に示すように、フォトリソグラフィー工程及びP型イオンを導入する工程により、基板表層にP型不純物層(P+)を形成する。このP型不純物層(P+)は、ブリッジ回路10のP型トランジスターのソース及びドレインや、ガード領域のP型不純物層等となる。
以上のようにして、ブリッジ回路10を構成するDMOS構造のN型トランジスター(紙面左側)、DMOS構造のP型トランジスター(紙面右側)と、ガード領域(紙面中央)とが形成される。
なお、CMOS構造のトランジスターの製造プロセスについては説明を省略したが、DMOS構造のトランジスターと共通の層については工程を共通化し、1つの製造フローでCMOS構造及びDMOS構造が混在した半導体基板を形成すればよい。
6.電子機器
図14に、本実施形態の回路装置200(モータードライバー)が適用された電子機器の構成例を示す。電子機器は、処理部300、記憶部310、操作部320、入出力部330、回路装置200、これらの各部を接続するバス340、モーター280を含む。以下ではモーター駆動によりヘッドや紙送りを制御するプリンターを例にとり説明するが、本実施形態はこれに限定されず、種々の電子機器に適用可能である。
入出力部330は例えばUSBコネクターや無線LAN等のインターフェースで構成され、画像データや文書データが入力される。入力されたデータは、例えばDRAM等の内部記憶装置である記憶部310に記憶される。操作部320により印刷指示を受け付けると、処理部300は、記憶部310に記憶されたデータの印刷動作を開始する。処理部300は、データの印刷レイアウトに合わせて回路装置200(モータードライバー)に指示を送り、回路装置200は、その指示に基づいてモーター280を回転させ、ヘッドの移動や紙送りを行う。
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語(第1導電型、第2導電型等)と共に記載された用語(P型、N型等)は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また回路装置の構成、動作及び配置構成や、トランジスターやガード領域の構造等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
Q1、Q3 ハイサイド側トランジスター、Q2、Q4 ローサイド側トランジスター、
PR1〜PR4 ドライバー回路、TMA〜TMD 端子、DAC D/A変換回路、
CP 比較回路、DG1〜DG4 駆動信号、IN1〜IN4 制御信号、
RS センス抵抗、DI 寄生ダイオード、CP 寄生容量、
PD1〜PD4 パッド、SC1〜SC5 ソース、DN1〜DN5 ドレイン、
PSB P型基板、NB1、NB2、NB3 N型埋め込み層、
PB1、PB2 P型埋め込み層、PW1、PW2、PW4 P型ウェル、
DNW1、DNW2 ディープN型ウェル、NW1、NW3、NW4 N型ウェル、
PBD P型ボディー、HPF P型不純物層、
NP11、NP12、NP2、NP3、NP21、NP22 N型プラグ、
GT1、GT2、GT3 ゲート層、SO 絶縁層(酸化膜)、ML 金属層、
2、4 ガード領域、10 ブリッジ回路、18 プリドライバー、20 制御回路、
30 検出回路、32 基準電圧生成回路、40、42、44 境界領域、
60、62、64、68、72、74、80、82、92、94、N型不純物層、
66、70、76、78、84、90、91、96、98 P型不純物層、
63、67 絶縁膜、100 モーター、200 回路装置、
300 処理部、310 記憶部、320 操作部、330 入出力部、

Claims (9)

  1. ハイサイド側のトランジスターとローサイド側のトランジスターとを有するブリッジ回路と、
    前記ブリッジ回路に流れる電流を検出する検出回路と、
    前記検出回路での検出結果に基づいて、前記ハイサイド側のトランジスター及び前記ローサイド側のトランジスターのオン・オフ制御を行う制御回路と、
    前記ハイサイド側のトランジスターと前記検出回路との間であり、且つ、前記ローサイド側のトランジスターと前記検出回路との間に設けられ、回路装置の基板に基板電位を供給するためのガード領域と、
    を含み、
    前記ハイサイド側のトランジスター及び前記ローサイド側のトランジスターは、第1導電型の前記基板に形成された第2導電型の埋め込み層の上に形成されるDMOS構造のトランジスターであり、
    前記ハイサイド側のトランジスターの前記検出回路側の境界領域には、第2導電型の前記埋め込み層に電圧を供給するための第2導電型の第1のプラグが設けられ、
    前記ハイサイド側のトランジスターの前記検出回路と反対側の境界領域には、第2導電型の前記埋め込み層に電圧を供給するための第2導電型の第2のプラグが設けられることを特徴とする回路装置。
  2. 請求項1において、
    前記ガード領域は、
    第1導電型の前記基板に形成された第1導電型の埋め込み層と、
    第1導電型の前記埋め込み層の上に形成された第1導電型のウェルと、
    第1導電型の前記ウェルの上に形成された第1導電型の不純物層と、
    有することを特徴とする回路装置。
  3. 請求項2において、
    第1導電型の前記ウェルは、エピタキシャル層に対して第1導電型の不純物が導入された層であることを特徴とする回路装置。
  4. 請求項において、
    前記DMOS構造のトランジスターは、第2導電型の前記埋め込み層の上においてエピタキシャル層により形成された第2導電型のディープウェルに形成されることを特徴とする回路装置。
  5. 請求項において、
    前記ガード領域は、
    第1導電型の埋め込み層と、
    第1導電型の前記埋め込み層の上においてエピタキシャル層により形成された第1導電型のウェルと、
    第1導電型の前記ウェルに形成された第1導電型の不純物層と、
    を有することを特徴とする回路装置。
  6. 請求項1乃至のいずれかにおいて、
    前記ハイサイド側のトランジスターと前記ローサイド側のトランジスターとの間に設けられ、前記基板を前記基板電位に設定するための第2のガード領域を有することを特徴とする回路装置。
  7. 請求項1乃至6のいずれかにおいて、
    前記DMOS構造のトランジスターが形成される第2導電型の前記埋め込み層は、P型の前記基板の上の第1のN型埋め込み層であり、
    前記検出回路は、
    前記第1のN型埋め込み層と分離された第2のN型埋め込み層の上に形成されるCMOS構造のトランジスターにより構成されることを特徴とする回路装置。
  8. 請求項7において、
    前記CMOS構造のトランジスターは、
    前記第2のN型埋め込み層の上に形成されたP型埋め込み層の上に形成されることを特徴とする回路装置。
  9. 請求項1乃至のいずれかに記載の回路装置を含むことを特徴とする電子機器。
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