JP7472522B2 - Semiconductor Integrated Circuit - Google Patents
Semiconductor Integrated Circuit Download PDFInfo
- Publication number
- JP7472522B2 JP7472522B2 JP2020022332A JP2020022332A JP7472522B2 JP 7472522 B2 JP7472522 B2 JP 7472522B2 JP 2020022332 A JP2020022332 A JP 2020022332A JP 2020022332 A JP2020022332 A JP 2020022332A JP 7472522 B2 JP7472522 B2 JP 7472522B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- semiconductor integrated
- integrated circuit
- well region
- conversion element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 228
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 189
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 27
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 24
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 125
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 84
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 77
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 77
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 35
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 description 26
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 22
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 9
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 3
- 102100038576 F-box/WD repeat-containing protein 1A Human genes 0.000 description 2
- 102100028146 F-box/WD repeat-containing protein 2 Human genes 0.000 description 2
- 101001030691 Homo sapiens F-box/WD repeat-containing protein 1A Proteins 0.000 description 2
- 101001060245 Homo sapiens F-box/WD repeat-containing protein 2 Proteins 0.000 description 2
- 101000709368 Mus musculus S-phase kinase-associated protein 2 Proteins 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
- H01L27/0207—Geometrical layout of the components, e.g. computer aided design; custom LSI, semi-custom LSI, standard cell technique
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
- H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
- H01L27/0251—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
- H01L27/0255—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using diodes as protective elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
- H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
- H01L27/0251—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
- H01L27/0296—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices involving a specific disposition of the protective devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
- H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
- H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
- H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
- H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
- H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
- H01L29/0623—Buried supplementary region, e.g. buried guard ring
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Description
本発明は、半導体集積回路に関し、特に電力用の半導体集積回路に関する。 The present invention relates to semiconductor integrated circuits, and in particular to power semiconductor integrated circuits.
主に低容量のインバータでは、電力変換用ブリッジ回路等を構成している電力用スイッチング素子を高耐圧集積回路(HVIC)により駆動・制御している。HVICは、入力端子からの入力信号に応じて、電力用スイッチング素子のゲートをオン・オフして駆動する駆動信号を出力端子から出力する。例えば電力変換用ブリッジ回路では、HVICからの駆動信号を受けた高電位側の電力用スイッチング素子と低電位側の電力用スイッチング素子がそれぞれ動作することで電力変換を行う。 In low-capacity inverters, the power switching elements that make up the power conversion bridge circuit are driven and controlled by a high-voltage integrated circuit (HVIC). The HVIC outputs a drive signal from its output terminal that drives the gates of the power switching elements by turning them on and off in response to the input signal from the input terminal. For example, in a power conversion bridge circuit, power conversion is performed by operating the high-potential side power switching element and the low-potential side power switching element, which receive a drive signal from the HVIC.
HVICでは、高電位側回路領域(ハイサイド回路領域)と低電位側回路領域(ローサイド回路領域)の間を高耐圧接合終端構造(HVJT)により電気的に分離している。また、ハイサイド回路領域とローサイド回路領域の間の信号伝達を行うために、レベルシフタを設ける。 In an HVIC, the high-side circuit area and the low-side circuit area are electrically isolated by a high-voltage junction termination structure (HVJT). In addition, a level shifter is provided to transmit signals between the high-side circuit area and the low-side circuit area.
HVJTとレベルシフタの構成に関して、HVJTの一部をレベルシフタとして利用した構造が知られている。この構造は、HVJT上を横切る高電位配線を必要としないため、信頼性が高い。また、HVJTとレベルシフタを個別に形成した構造に比べて、レベルシフタの面積分だけチップサイズを縮小できる。この構造を実現するためには、ハイサイド回路領域の内部回路とレベルシフタとを電気的に分離する必要がある。 Regarding the configuration of HVJT and level shifter, a structure is known in which part of the HVJT is used as a level shifter. This structure is highly reliable because it does not require high-potential wiring that crosses the HVJT. Also, compared to a structure in which the HVJT and level shifter are formed separately, the chip size can be reduced by the area of the level shifter. To realize this structure, it is necessary to electrically isolate the internal circuitry in the high-side circuit area from the level shifter.
特許文献1の図4には、レベルシフタとハイサイド回路領域とをp型のスリット領域で分割することにより、ハイサイド回路領域の内部回路とレベルシフタとを電気的に分離した構造が記載されている。また、特許文献1の図2には、ハイサイド回路領域の4辺をp型の分離領域で囲むことにより、ハイサイド回路領域の内部回路とレベルシフタとを電気的に分離した構造が記載されている。
Figure 4 of
特許文献2の図3には、ハイサイド回路領域の3辺をp型のスリット領域で囲むことにより、ハイサイド回路領域の内部回路とレベルシフタとを電気的に分離した構造が記載されている。p型のスリット領域の無いハイサイド回路領域の1辺はハイサイド回路領域の最高電位に固定し、この最高電位と、レベルシフタを構成する高耐圧n型MOSFETのドレインとの間の寄生抵抗をレベルシフト抵抗として用いている。
Figure 3 of
特許文献3の図4には、HVJTの一部をトレンチで分割することにより、ハイサイド回路領域の内部回路とレベルシフタとを電気的に分離した構造が記載されている。
Figure 4 of
特許文献1~3では、HVJTとレベルシフタとでドリフト領域の長さ(ドリフト長)を揃えており、オフ耐圧も等しい。オフ耐圧が等しいと、静電気放電(ESD)サージ等が高電位側の電源端子に入力された場合、HVJTとレベルシフタが同時にアバランシェ状態に陥るため、HVJTとレベルシフタに略均一にアバランシェ電流が流れる。そのため、局所的な電流集中を起こしにくい。しかし、高耐圧n型MOSFET等のレベルシフタではアバランシェ電流により寄生npnバイポーラトランジスタがオンし、寄生動作が誘発されるため、pn接合ダイオードであるHVJTに比べて破壊しやすい。なお、レベルシフト抵抗を調整することでレベルシフタに流れるアバランシェ電流を制限し、この破壊耐量のアンバランスを解消する方法もあるが、その場合、レベルシフト抵抗を必要以上に大きくする必要があるため、設計上の制限を受けることになる。
In
また、特許文献4の図6には、HVJTのドリフト長よりもレベルシフタのドリフト長を長くすることで、レベルシフタにおけるESD破壊耐量を向上させた構造が記載されている。この構造では、レベルシフタのドリフト領域がハイサイド回路領域側に突出するため、ハイサイド回路の有効配置面積が減少してしまう。これとは逆に、特許文献4の図7に示すように、レベルシフタのドリフト領域を接地(GND)領域である外周側へ突出させた構造にした場合には、チップ面積が増大してしまう。
Furthermore, FIG. 6 of
上記問題に鑑み、本発明は、HVJTの一部をレベルシフタとして利用するHVICにおいて、チップ面積の増大を抑制しつつ、ESD耐量を向上させることができる半導体集積回路を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to provide a semiconductor integrated circuit that can improve ESD tolerance while suppressing an increase in chip area in an HVIC that uses part of the HVJT as a level shifter.
本発明の一態様は、高電位側回路領域と、その高電位側回路領域を囲む高耐圧接合終端構造と、その高耐圧接合終端構造を介して高電位側回路領域を囲む低電位側回路領域が同一半導体チップに集積化された半導体集積回路であって、(a)高電位側回路領域に配置された第1導電型の中央ウェル領域と、(b)中央ウェル領域の下端に埋め込まれた第1導電型の埋込層と、(c)中央ウェル領域の周囲を囲む高耐圧接合終端構造の位置に配置された、第1導電型の環状のドリフト領域と、(d)ドリフト領域の周囲を囲む第2導電型の環状ウェル領域と、(e)低電位側回路領域と高電位側回路領域との間で信号を伝達するレベルシフト回路に含まれるレベル変換素子の担体供給領域であって、環状ウェル領域に配置された第1導電型の担体供給領域と、(f)レベル変換素子の担体受領領域であって、ドリフト領域もしくは中央ウェル領域に配置された、ドリフト領域もしくは中央ウェル領域よりも高不純物濃度で第1導電型の担体受領領域と、(g)ドリフト領域もしくは中央ウェル領域に、担体受領領域と離して配置された、ドリフト領域もしくは中央ウェル領域よりも高不純物濃度で第1導電型の第1コンタクト領域とを備え、第1コンタクト領域が形成される領域における環状ウェル領域と埋込層との第1距離の内の最小値は、担体受領領域が形成される領域における環状ウェル領域と埋込層との第2距離の内の最小値よりも短いことを特徴とする半導体集積回路であることを要旨とする。 One aspect of the present invention is a semiconductor integrated circuit in which a high-potential side circuit region, a high-voltage junction termination structure surrounding the high-potential side circuit region, and a low-potential side circuit region surrounding the high-potential side circuit region via the high-voltage junction termination structure are integrated on the same semiconductor chip, the semiconductor integrated circuit comprising: (a) a first-conductivity type central well region disposed in the high-potential side circuit region; (b) a first-conductivity type buried layer buried in the lower end of the central well region; (c) a first-conductivity type annular drift region disposed at the position of the high-voltage junction termination structure surrounding the periphery of the central well region; (d) a second-conductivity type annular well region surrounding the periphery of the drift region; and (e) a carrier supply region for a level conversion element included in a level shift circuit that transmits a signal between the low-potential side circuit region and the high-potential side circuit region, the annular well region being a first conductive type buried layer disposed in the high-potential side circuit region; The gist of the semiconductor integrated circuit is that it comprises: (a) a carrier supply region of a first conductivity type arranged in the well region; (f) a carrier receiving region of the level conversion element, which is arranged in the drift region or the central well region and has a first conductivity type with a higher impurity concentration than the drift region or the central well region; and (g) a first contact region of the first conductivity type and has a higher impurity concentration than the drift region or the central well region and is arranged in the drift region or the central well region away from the carrier receiving region, and the minimum value of the first distance between the annular well region and the buried layer in the region where the first contact region is formed is shorter than the minimum value of the second distance between the annular well region and the buried layer in the region where the carrier receiving region is formed.
本発明の他の態様は、高電位側回路領域と、その高電位側回路領域を囲む高耐圧接合終端構造と、その高耐圧接合終端構造を介して高電位側回路領域を囲む低電位側回路領域が同一半導体チップに集積化された半導体集積回路であって、(a)高電位側回路領域に配置された第1導電型の中央ウェル領域と、(b)中央ウェル領域の下端に埋め込まれた第1導電型の埋込層と、(c)中央ウェル領域の周囲を囲む高耐圧接合終端構造の位置に配置された、第1導電型の環状のドリフト領域と、(d)ドリフト領域の周囲を囲む第2導電型の環状ウェル領域と、(e)ドリフト領域に配置された第2導電型のベース領域と、(f)低電位側回路領域と高電位側回路領域との間で信号を伝達するレベルシフト回路に含まれるレベル変換素子の担体供給領域であって、ベース領域に配置された第1導電型の担体供給領域と、(g)レベル変換素子の担体受領領域であって、ドリフト領域もしくは中央ウェル領域に配置された、ドリフト領域もしくは中央ウェル領域よりも高不純物濃度で第1導電型の担体受領領域と、(h)ドリフト領域もしくは中央ウェル領域に、担体受領領域と離して配置された、ドリフト領域もしくは中央ウェル領域よりも高不純物濃度で第1導電型の第1コンタクト領域とを備え、第1コンタクト領域が形成される領域における環状ウェル領域と埋込層との第1距離の内の最小値は、担体受領領域が形成される領域における環状ウェル領域と埋込層との第2距離の内の最小値よりも短いことを特徴とする半導体集積回路であることを要旨とする。 Another aspect of the present invention is a semiconductor integrated circuit in which a high potential side circuit region, a high voltage junction termination structure surrounding the high potential side circuit region, and a low potential side circuit region surrounding the high potential side circuit region via the high voltage junction termination structure are integrated on the same semiconductor chip, the semiconductor integrated circuit including: (a) a first conductivity type central well region arranged in the high potential side circuit region; (b) a first conductivity type buried layer buried in a lower end of the central well region; (c) a first conductivity type annular drift region arranged at the position of the high voltage junction termination structure surrounding the periphery of the central well region; (d) a second conductivity type annular well region surrounding the periphery of the drift region; (e) a second conductivity type base region arranged in the drift region; and (f) a level conversion element included in a level shift circuit that transmits a signal between the low potential side circuit region and the high potential side circuit region. The gist of the present invention is a semiconductor integrated circuit comprising: (a) a carrier supply region of a level conversion element, the carrier supply region being a first conductivity type arranged in a base region; (b) a carrier receiving region of the level conversion element, the carrier receiving region being arranged in the drift region or the central well region and having a first conductivity type with a higher impurity concentration than the drift region or the central well region; and (c) a first contact region of the first conductivity type and having a higher impurity concentration than the drift region or the central well region, the first contact region being arranged in the drift region or the central well region and separated from the carrier receiving region, the minimum value of a first distance between the annular well region and the buried layer in the region where the first contact region is formed is shorter than a minimum value of a second distance between the annular well region and the buried layer in the region where the carrier receiving region is formed.
本発明によれば、HVJTの一部をレベルシフタとして利用するHVICにおいて、チップ面積の増大を抑制しつつ、ESD耐量を向上させることができる半導体集積回路を提供することができる。 The present invention provides a semiconductor integrated circuit that can improve ESD tolerance while suppressing an increase in chip area in an HVIC that uses part of an HVJT as a level shifter.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態及び各変形例を説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は実際のものとは異なる場合がある。また、図面相互間においても寸法の関係や比率が異なる部分が含まれ得る。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。 The following describes the embodiments and variations of the present invention with reference to the drawings. In the description of the drawings, identical or similar parts are given the same or similar reference numerals, and duplicate explanations are omitted. However, the drawings are schematic, and the relationship between thickness and planar dimensions, the ratio of thickness of each layer, etc. may differ from the actual ones. Furthermore, the drawings may include parts with different dimensional relationships and ratios. Furthermore, the embodiments shown below are examples of devices and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention does not specify the materials, shapes, structures, arrangements, etc. of the components as described below.
本明細書において、「担体供給領域」とは、電界効果トランジスタ(FET)や静電誘導トランジスタ(SIT)のソース領域、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)のエミッタ領域等の主電流を構成する多数キャリアを供給する半導体領域を意味する。また、静電誘導(SI)サイリスタやゲートターンオフ(GTO)サイリスタにおいてはアノード領域が担体供給領域となる。また、「担体受領領域」とは、FETやSITにおのドレイン領域、IGBTのコレクタ領域等の主電流を構成する多数キャリアを受領する半導体領域を意味する。SIサイリスタやGTOサイリスタにおいてはカソード領域が担体受領領域として機能する。 In this specification, "carrier supply region" refers to a semiconductor region that supplies majority carriers that make up the main current, such as the source region of a field effect transistor (FET) or static induction transistor (SIT), or the emitter region of an insulated gate bipolar transistor (IGBT). In addition, in a static induction (SI) thyristor or gate turn-off (GTO) thyristor, the anode region serves as the carrier supply region. In addition, "carrier receiving region" refers to a semiconductor region that receives majority carriers that make up the main current, such as the drain region of a FET or SIT, or the collector region of an IGBT. In an SI thyristor or GTO thyristor, the cathode region functions as the carrier receiving region.
また、「制御電極」とは、FET、SIT、IGBT、SIサイリスタやGTOサイリスタのゲート電極を意味し、上記担体供給領域と担体受領領域の間を流れる主電流の流れを制御する機能を有する。 The term "control electrode" refers to the gate electrode of a FET, SIT, IGBT, SI thyristor, or GTO thyristor, and has the function of controlling the flow of the main current between the carrier supply region and the carrier receiving region.
また、以下の説明における上下等の方向の定義は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。例えば、対象を90°回転して観察すれば上下は左右に変換して読まれ、180°回転して観察すれば上下は反転して読まれることは勿論である。 In addition, the definitions of up and down and other directions in the following explanation are merely for the convenience of explanation and do not limit the technical ideas of the present invention. For example, if an object is rotated 90 degrees and observed, up and down are converted into left and right and read, and of course, if it is rotated 180 degrees and observed, up and down are read inverted.
また、以下の説明では、第1導電型がn型、第2導電型がp型の場合について例示的に説明する。しかし、導電型を逆の関係に選択して、第1導電型をp型、第2導電型をn型としても構わない。また「n」や「p」に付す「+」や「-」は、「+」及び「-」が付記されていない半導体領域に比して、それぞれ相対的に不純物濃度が高い又は低い半導体領域であることを意味する。ただし同じ「n」と「n」とが付された半導体領域であっても、それぞれの半導体領域の不純物濃度が厳密に同じであることを意味するものではない。更に、以下の説明で「第1導電型」及び「第2導電型」の限定を加えた部材や領域は、特に明示の限定がなくても半導体材料からなる部材や領域を意味していることは、技術的にも論理的にも自明である。 In the following description, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the conductivity types may be reversed, with the first conductivity type being p-type and the second conductivity type being n-type. The "+" and "-" affixed to "n" and "p" respectively indicate that the semiconductor region has a relatively high or low impurity concentration compared to the semiconductor region without the "+" and "-" affixed. However, even if the semiconductor region has the same "n" and "n" affixed, it does not mean that the impurity concentration of each semiconductor region is strictly the same. Furthermore, it is technically and logically self-evident that the members and regions to which the "first conductivity type" and "second conductivity type" are limited in the following description mean members and regions made of semiconductor material even without any explicit limitation.
(実施形態)
本発明の実施形態に係る半導体集積回路50は、図1に示すように、駆動対象が例えば電力変換用ブリッジ回路の場合、ブリッジ回路の一相分である電力変換部60を駆動するHVICである。電力変換部60は、高電位側スイッチング素子S1と、低電位側スイッチング素子S2とを直列に接続して出力回路を構成している。
(Embodiment)
1, when the object to be driven is, for example, a bridge circuit for power conversion, a semiconductor integrated
図1においては、高電位側スイッチング素子S1及び低電位側スイッチング素子S2がそれぞれIGBTである場合を例示しているが、高電位側スイッチング素子S1及び低電位側スイッチング素子S2はIGBTに限定されるものではなく、MOSFET等の他の電力用スイッチング素子でも構わない。図1では高電位側スイッチング素子S1には還流ダイオードFWD1が並列に逆接続され、低電位側スイッチング素子S2には、還流ダイオードFWD2が並列に逆接続された等価回路表示がされている。例えば、高電位側スイッチング素子S1と還流ダイオードFWD1が1つの半導体チップ(半導体基板)に、低電位側スイッチング素子S2と還流ダイオードFWD2が他の半導体チップに、それぞれ集積された2つの逆導通IGBTの構成でも構わない。 In FIG. 1, the high-side switching element S1 and the low-side switching element S2 are each an IGBT, but the high-side switching element S1 and the low-side switching element S2 are not limited to IGBTs and may be other power switching elements such as MOSFETs. In FIG. 1, an equivalent circuit is shown in which a freewheel diode FWD1 is connected in parallel in reverse to the high-side switching element S1, and a freewheel diode FWD2 is connected in parallel in reverse to the low-side switching element S2. For example, a configuration of two reverse-conducting IGBTs may be used in which the high-side switching element S1 and the freewheel diode FWD1 are integrated on one semiconductor chip (semiconductor substrate), and the low-side switching element S2 and the freewheel diode FWD2 are integrated on another semiconductor chip.
高電位側スイッチング素子S1及び低電位側スイッチング素子S2は、正極側である高圧の主電源VDCと、主電源VDCに対する負極側となる接地電位(GND電位)との間に直列で接続されてハーフブリッジ回路を構成している。高電位側スイッチング素子S1の高電位側端子(コレクタ端子)が主電源VDCに接続され、低電位側スイッチング素子S2の低電位側端子(エミッタ端子)がGND電位に接続されている。高電位側スイッチング素子S1の低電位側端子(エミッタ端子)と低電位側スイッチング素子S2の高電位側端子(コレクタ端子)の間の接続点61は、電力変換用ブリッジ回路の一相分である電力変換部60の出力点である。接続点61にはモータ等の負荷67が接続され、基準電位端子VSにおけるVS電位が負荷67に供給される。
The high-potential side switching element S1 and the low-potential side switching element S2 are connected in series between the high-voltage main power supply VDC, which is the positive side, and the ground potential (GND potential), which is the negative side of the main power supply VDC, to form a half-bridge circuit. The high-potential side terminal (collector terminal) of the high-potential side switching element S1 is connected to the main power supply VDC, and the low-potential side terminal (emitter terminal) of the low-potential side switching element S2 is connected to the GND potential. A
実施形態に係る半導体集積回路50は、入力端子INからの入力信号に応じて、高電位側スイッチング素子S1のゲートをオン・オフして駆動する駆動信号を出力端子OUTから出力する。実施形態に係る半導体集積回路50は、低電位側回路(ローサイド回路)41、レベルシフト回路42及び高電位側回路(ハイサイド回路)43を少なくとも回路の一部として含む。ローサイド回路41、レベルシフト回路42及びハイサイド回路43は、例えば単一の半導体チップ上にモノリシックに集積してもよい。或いは、ローサイド回路41、レベルシフト回路42及びハイサイド回路43を構成する素子を2以上の半導体チップに分けてハイブリッドに集積してもよい。
The semiconductor integrated
ローサイド回路41は、接地電位端子GNDに印加されるGND電位(第1電位)を基準電位とし、低電位側電源端子VCCに印加されるVCC電位を電源電位として動作する。ローサイド回路41は、入力端子INからの入力信号に応じて、ローサイドレベルのオン・オフ信号を生成し、レベルシフト回路42に出力する。ローサイド回路41は、図示を省略するが、例えばnMOSトランジスタとpMOSトランジスタのCMOS回路を備える。
The low-
レベルシフト回路42は、接地電位端子GNDに印加されるGND電位(第1電位)を基準電位とし、ローサイド回路41からのローサイドレベルのオン・オフ信号を、ハイサイド側で用いるハイサイドレベルのオン・オフ信号に変換する。レベルシフト回路42は、例えばnMOSトランジスタ等からなるレベルシフタ(レベル変換素子)69を備える。レベルシフタ69のゲート端子はローサイド回路41に接続され、レベルシフタ69のソース端子は接地電位端子GNDに接続され、レベルシフタ69のドレイン端子はハイサイド回路43の入力端子に接続される。レベルシフタ69のドレイン端子にはレベルシフト抵抗68の一端が接続され、レベルシフト抵抗68の他端が高電位側電源端子VBに接続される。レベルシフタ69のゲート・ソース間には保護ダイオード70が接続されている。
The
ハイサイド回路43は、基準電位端子VSに印加されるVS電位を基準電位とし、高電位側電源端子VBに印加されるVB電位(第2電位)を電源電位として動作する。ハイサイド回路43は、レベルシフト回路42からのオン・オフ信号に応じて、出力端子OUTから駆動信号を出力して、高電位側スイッチング素子S1のゲートを駆動する。ハイサイド回路43は、例えば高電位側能動素子としてのnMOSトランジスタ46と、基準電位側能動素子としてのpMOSトランジスタ45とのCMOS回路を出力段に備える。pMOSトランジスタ45のソース端子は高電位側電源端子VBに接続されている。nMOSトランジスタ46のソース端子は基準電位端子VSに接続されている。pMOSトランジスタ45のドレイン端子とnMOSトランジスタ46のドレイン端子との間には出力端子OUTが接続されている。
The high-
実施形態に係る半導体集積回路50としては、ブートストラップ回路方式を例示している。図1に例示した構成では低電位側電源端子VCCと高電位側電源端子VBとの間には外付け素子としてのブートストラップダイオード65が接続される。そして、高電位側電源端子VBと基準電位端子VSとの間には外付け素子としてのブートストラップコンデンサ66が接続される。ブートストラップダイオード65及びブートストラップコンデンサ66は、高電位側スイッチング素子S1の駆動電源の回路の一部をなす。
As an example of the semiconductor integrated
VB電位は半導体集積回路50に印加される最高電位であり、ノイズの影響を受けていない通常状態では、ブートストラップコンデンサ66により、VS電位よりも15V程度高く保たれている。VS電位は、高電位側スイッチング素子S1と低電位側スイッチング素子S2とが相補的にオン・オフされることによって、主電源VDCの高電位(例えば400V~600V程度)と低電位(GND電位)との間で上昇及び下降を繰り返し、0Vから数百Vまでの間で変動する。なお、VS電位はマイナスの電位になる場合もある。
The VB potential is the highest potential applied to the semiconductor integrated
図2は、図1に示した実施形態に係る半導体集積回路50に対応する半導体集積回路の平面レイアウトを示す。図2では、実施形態に係る半導体集積回路の上層側の層間絶縁膜や電極等の図示を省略している。図2に示すように、実施形態に係る半導体集積回路は、高電位側回路領域(ハイサイド回路領域)101と、ハイサイド回路領域101の周囲に配置された低電位側回路領域(ローサイド回路領域)103とを1チップに備える。
Figure 2 shows a planar layout of a semiconductor integrated circuit corresponding to the semiconductor integrated
ハイサイド回路領域101は、図1に示したハイサイド回路43を内部回路として含み、ローサイド回路領域103は、図1に示したローサイド回路41を内部回路として含む。図2において、ハイサイド回路領域101及びローサイド回路領域103にそれぞれ含まれる素子は図示を省略している。実施形態に係る半導体集積回路は、ハイサイド回路領域101の周囲に環状に配置された高耐圧接合終端構造(HVJT)102を更に備える。HVJT102は、ハイサイド回路領域101とローサイド回路領域103とを電気的に分離する。
The high-
ハイサイド回路領域101は、第1導電型(n型)の中央ウェル領域3に設けられている。図2に示すように、中央ウェル領域3は、略矩形の平面パターンを有する。中央ウェル領域3の周囲の一部には、n+型の第1コンタクト領域(第1ダイオード端子接触領域)11が設けられている。第1コンタクト領域11は、中央ウェル領域3の1辺に沿って直線状に設けられている。第1コンタクト領域11は、図1に示したVB電位が印加される高電位側電源端子VBに電気的に接続されている。
The high-
中央ウェル領域3の周囲の他の一部には、p型のスリット領域12が設けられている。スリット領域12は、第1コンタクト領域11が設けられた1辺とは異なる中央ウェル領域3の3辺に沿って、上向きのC字状に設けられている。スリット領域12の両端は、第1コンタクト領域11よりも中央ウェル領域3の中央側(内側)に位置し、第1コンタクト領域11と平行に設けられている。スリット領域12よりも内側に、n+型のコンタクト領域111が環状(枠状)に設けられている。コンタクト領域111は高電位側電源端子VBに電気的に接続されている。
A p-
HVJT102には、中央ウェル領域3の周囲を囲むようにn-型のドリフト領域(耐圧領域)2が環状(枠状)に設けられている。ドリフト領域2の不純物濃度は、中央ウェル領域3の不純物濃度よりも低い。なお、図2では、第1コンタクト領域11が中央ウェル領域3の上部に設けられた場合を例示するが、第1コンタクト領域11がドリフト領域2の上部に設けられていてもよい。
In the
ドリフト領域2の外周側には、第2導電型(p型)の環状ウェル領域(分離領域)5が環状(枠状)に設けられている。環状ウェル領域5の上部には、p+型の第2コンタクト領域(第2ダイオード端子接触領域)4が環状に設けられている。第2コンタクト領域4の不純物濃度は、環状ウェル領域5の不純物濃度よりも高い。第2コンタクト領域4は、図1に示したGND電位が印加される接地電位端子GNDに電気的に接続されている。
A second conductive type (p type) annular well region (isolation region) 5 is provided in an annular (frame-shaped) shape on the outer periphery of the
ローサイド回路領域103は、環状ウェル領域5の外周側に設けられたn型のウェル領域で構成されている。ローサイド回路領域103を構成するn型のウェル領域は、中央ウェル領域3と同じ深さで設けられている。
The low-
HVJT102の一部には、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bが設けられている。第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bは、図1に示したレベルシフタ69に対応する。第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bは、入力信号がオン信号の場合にオンするnMOSトランジスタと、入力信号がオフ信号の場合にオンするnMOSトランジスタとを個別に構成してもよい。図2に示すように、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bは、対称位置において互いに対向するように設けられている。なお、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの配置位置は対称位置に限定されず、HVJT102の一部にそれぞれ設けられていればよい。
A first
実施形態に係る半導体集積回路では、スリット領域12がハイサイド回路領域101を囲むことにより、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの後述する第1担体受領領域7a及び第2担体受領領域7bとハイサイド回路領域101の第1コンタクト領域11との間の寄生抵抗の抵抗値を大きくしている。これは、スリット領域12の平面パターン上の長さにより、第1担体受領領域7a及び第2担体受領領域7bと第1コンタクト領域11との間の抵抗値を調整する方式(寄生抵抗値調整方式)である。この寄生抵抗をレベルシフト抵抗68として用いることができる。また、この寄生抵抗の抵抗値を十分大きくし、この寄生抵抗に比べて抵抗値の小さい抵抗素子をこの寄生抵抗に並列に設けてレベルシフト抵抗68とすることもできる。抵抗素子は、例えば、多結晶シリコンにより形成でき、ハイサイド回路領域101に配置できる。
In the semiconductor integrated circuit according to the embodiment, the
図2の右側に示した第1レベル変換素子10aは、環状のドリフト領域2と、p型の環状ウェル領域5の一部で構成される共通ベース領域とを備える。更に、第1レベル変換素子10aは、n+型の第1ソース領域(第1担体供給領域)8aと、第1担体供給領域8aに対向して設けられたn+型の第1ドレイン領域(第1担体受領領域)7aとを備える。第1担体供給領域8a及び第1担体受領領域7aの不純物濃度は、ドリフト領域2及び中央ウェル領域3の不純物濃度よりも高い。環状ウェル領域5はその内側に、ドリフト領域2の上部に環状に形成された浅い領域を備えていてもよい。この浅い領域が共通ベース領域となり、この浅い領域に第1担体供給領域8aを形成してもよい。
The first
第1担体供給領域8aは、図1に示したGND電位が印加される接地電位端子GNDに電気的に接続されている。第1担体受領領域7aは、図1に示したVB電位が印加される高電位側電源端子VBにレベルシフト抵抗68を介して電気的に接続されている。
The first
更に、第1レベル変換素子10aは、第1担体供給領域8a及びドリフト領域2に挟まれた共通ベース領域上にゲート絶縁膜(図示省略)を介して配置された第1ゲート電極(制御電極)9aを備える。ゲート絶縁膜は、例えばシリコン酸化膜(SiO2膜)やSiO2膜以外のシリコン窒化膜(Si3N4膜)等の種々の絶縁膜、或いはSiO2膜、Si3N4膜等を含む絶縁膜の積層膜で形成することが可能である。第1ゲート電極9aは、環状ウェル領域5の一部で構成される共通ベース領域の電位を制御する。第1ゲート電極9aは、例えば不純物が導入された多結晶シリコン(ドープド・ポリシリコン)膜、高融点金属、高融点金属のシリサイド等で形成されている。
Furthermore, the first
図2の左側に示した第2レベル変換素子10bは、第1レベル変換素子10aと鏡像関係で同様の構成を有する。第2レベル変換素子10bは、環状のドリフト領域2と、p型の環状ウェル領域5の一部で構成され、第1レベル変換素子10aと共通の共通ベース領域を備える。更に、第2レベル変換素子10bは、n+型の第2ソース領域(第2担体供給領域)8bと、第2担体供給領域8bに対向して設けられたn+型の第2ドレイン領域(第2担体受領領域)7bとを備える。更に、第2レベル変換素子10bは、第2担体供給領域8b及びドリフト領域2に挟まれた共通ベース領域上にゲート絶縁膜(図示省略)を介して配置された第2ゲート電極(制御電極)9bを備える。
The second
図2の上側に示す、第2コンタクト領域4と第1コンタクト領域11が対向する領域(ダイオード形成領域)31を含むA-A´方向から見た断面図を図3に示す。図3に示すように、実施形態に係る半導体集積回路は、基体1に設けられている。基体1は、p型のシリコン(Si)からなる半導体基板14と、半導体基板14上に設けられたp型のSiからなるエピタキシャル成長層15の積層構造で構成されている。半導体集積回路50を使用する際に半導体基板14は、例えばGND電位に固定されている。ダイオード形成領域31には、第2コンタクト領域4と第1コンタクト領域11との間にスリット領域12は形成されていない。
Figure 3 shows a cross-sectional view seen from the A-A' direction including the region (diode formation region) 31 where the
図2及び図3に示すように、エピタキシャル成長層15には、n型の中央ウェル領域3が選択的に設けられている。中央ウェル領域3の下端、即ち半導体基板14と中央ウェル領域3との間には、n型の埋込層13が一様に埋め込まれている。埋込層13は、アンチモン(Sb)、燐(P)又は砒素(As)等のn型不純物をドープした拡散層で構成されている。埋込層13の不純物濃度は、中央ウェル領域3の不純物濃度よりも高い。図2では、中央ウェル領域3の下方に設けられたn型の埋込層13の平面パターンの位置を破線で模式的に示している。埋込層13は、略矩形の平面パターンを有する。図2の平面パターン上、ハイサイド回路領域101の内部回路は、埋込層13の内側に形成される。また、コンタクト領域111が埋込層13の内側に配置された場合を例示するが、コンタクト領域111は埋込層13の外側に配置されていてもよい。
2 and 3, an n-type
図2及び図3に示した埋込層13は、ハイサイド回路領域101の内部回路で形成される深さ方向の寄生pnpバイポーラトランジスタの動作を抑制する機能を有する。即ち、HVICの動作時において、通常はVB電位がVS電位よりも高い状態であり、ハイサイド回路領域101の内部回路で形成される深さ方向の寄生pnpバイポーラトランジスタは動作しない。しかし、雷サージ等のノイズにより、VB電位がVS電位よりも低い負電圧(マイナス電位の電圧)の状態となると、埋込層13を設けない場合には寄生pnpバイポーラトランジスタがオンし、半導体基板14に向けて大電流が流れる。これに対して、埋込層13を設けることにより、寄生pnpバイポーラトランジスタの動作を防止することができ、HVICの破壊を防止することができる。
The buried
中央ウェル領域3の上部には、n+型の第1コンタクト領域(第1ダイオード端子接触領域)11が選択的に設けられている。第1コンタクト領域11には、シリコン局部的酸化(LOCOS)法等で形成したフィールド絶縁膜21と、フィールド絶縁膜21上の層間絶縁膜22のコンタクトホールを介してカソード電極(第1ダイオード用電極)24がオーミック接続されている。カソード電極24は保護膜25により覆われている。また、中央ウェル領域3の上部の第1コンタクト領域11よりも内側には、n+型のコンタクト領域111が選択的に設けられている。コンタクト領域111には、高電位側電源端子VBに対応する電極28がオーミック接続されている。
An n + type first contact region (first diode terminal contact region) 11 is selectively provided on the upper part of the
エピタキシャル成長層15の上部には、中央ウェル領域3の外周側を囲むように、n-型のドリフト領域2が設けられている。ドリフト領域2は、エピタキシャル成長層15を深さ方向に貫通して半導体基板14に接してもよい。エピタキシャル成長層15の上部には、ドリフト領域2の周囲を囲むように、p型の環状ウェル領域5が選択的に設けられている。環状ウェル領域5は、エピタキシャル成長層15を深さ方向に貫通して半導体基板14に接してもよい。環状ウェル領域5の上部には、p+型の第2コンタクト領域(第2ダイオード端子接触領域)4が選択的に設けられている。第2コンタクト領域4には、フィールド絶縁膜21及び層間絶縁膜22のコンタクトホールを介してアノード電極(第2ダイオード用電極)23がオーミック接続されている。アノード電極23は保護膜25により覆われている。
An n -
ダイオード形成領域31において、図3に模式的に示すように、n-型のドリフト領域2とp型の環状ウェル領域5とのpn接合により寄生ダイオードD1が構成され、この寄生ダイオードD1によりHVJT102が構成されている。環状ウェル領域5は寄生ダイオードD1のアノード領域として機能し、第2コンタクト領域4は寄生ダイオードD1のアノードコンタクト領域として機能する。第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bのドリフト領域2及び中央ウェル領域3は、寄生ダイオードD1のカソード領域として機能し、第1コンタクト領域11は、寄生ダイオードD1のカソードコンタクト領域として機能する。
3, in the
図4は、図2に示した第1レベル変換素子10aを含むB-B´方向から見た断面図を示す。図2及び図4に示すように、p型の半導体基板14上に設けられたp型のエピタキシャル成長層15には、n型の中央ウェル領域3が選択的に設けられている。半導体基板14と中央ウェル領域3との間には、n型の埋込層13が埋め込まれている。中央ウェル領域3を深さ方向に貫通するように、p型のスリット領域12が選択的に設けられている。スリット領域12の底部は、半導体基板14に接している。スリット領域12は、中央ウェル領域3の一部が欠落したエピタキシャル成長層15により形成されてもよい。
Figure 4 shows a cross-sectional view seen from the B-B' direction including the first
中央ウェル領域3の上部には、n+型の第1担体受領領域7aが選択的に設けられている。第1担体受領領域7aには、フィールド絶縁膜21及び層間絶縁膜22のコンタクトホールを介して担体受領電極(ドレイン電極)27が接続されている。担体受領電極27は保護膜25により覆われている。
An n + type first
エピタキシャル成長層15の上部には、中央ウェル領域3の周囲を囲むように、n-型のドリフト領域2が選択的に設けられている。エピタキシャル成長層15の上部にはドリフト領域2の周囲を囲むように、共通ベース領域として機能するp型の環状ウェル領域5が選択的に設けられている。環状ウェル領域5の上部には、n+型の第1担体供給領域8aが選択的に設けられている。
An n-
環状ウェル領域5の上部には、p+型の第2コンタクト領域4が選択的に設けられている。第2コンタクト領域4は、第1担体供給領域8aに接し、バックゲート領域として機能する。第1担体供給領域8a及び第2コンタクト領域4には、フィールド絶縁膜21及び層間絶縁膜22のコンタクトホールを介して担体供給電極(ソース電極)26が接続されている。担体供給電極26は保護膜25により覆われている。担体供給電極26は、アノード電極(第2ダイオード用電極)23と共通の電極であり、接地電位端子GNDに電気的に接続されている。第1担体供給領域8aとドリフト領域2とに挟まれた環状ウェル領域5上には、ゲート絶縁膜20を介して第1ゲート電極(制御電極)9aが設けられている。
A p + type
実施形態に係る半導体集積回路では、図2の上側に示した第2コンタクト領域4と第1コンタクト領域11が対向するダイオード形成領域31に位置する埋込層13よりも、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成部分に位置する埋込層13が、環状ウェル領域5から離れるように配置されている。即ち、図2及び図3に示したダイオード形成領域31における、pn接合ダイオードD1のアノード領域として機能する環状ウェル領域5と、埋込層13との距離(第1距離)L11が、図2及び図4に示した第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの共通ベース領域として機能する環状ウェル領域5と、埋込層13との距離(第2距離)L12よりも短い。例えば、第1距離L11は、90μm~100μm程度であり、第2距離L12は、100μm~110μm程度である。
In the semiconductor integrated circuit according to the embodiment, the buried
ダイオード形成領域31の全てに亘って第1距離L11が同じ長さでなくてもよく、例えば、ダイオード形成領域31の一部の領域においてL12と同じであってもよい。また、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域の全てに亘って第2距離L12が同じ長さでなくてもよい。しかし、第1距離L11のうちの最小値は、第2距離L12のうちの最小値より短くする。即ち、第1コンタクト領域11が形成されるダイオード形成領域31における環状ウェル領域5と埋込層13との第1距離L11の内の最小値は、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域における環状ウェル領域5と埋込層13との第2距離L12の内の最小値よりも短い。
The first distance L11 does not have to be the same length over the entire
第1距離L11が第2距離L12より短い第1コンタクト領域11の長さ(ダイオード形成領域31の幅)W0は、どの程度ESD耐量を向上させるかに応じて適宜決定される。第1距離L11が第2距離L12より短いダイオード形成領域31の幅W0は、第1レベル変換素子10aのチャネル幅W1と第2レベル変換素子10bのチェネル幅W2の和以上であると好ましい。さらには、チャネル幅W1とチャネル幅W2の和の2倍以上であるとさらに好ましい。
The length W0 of the first contact region 11 (width of the diode formation region 31) where the first distance L11 is shorter than the second distance L12 is appropriately determined depending on the extent to which the ESD tolerance is to be improved. The width W0 of the
なお、図2では、中央ウェル領域3の矩形の平面パターンの1辺に位置するダイオード形成領域31のみにおいて、第1距離L11を第2距離L12よりも短くしているが、中央ウェル領域3の周縁の第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bが形成されていない領域であれば、中央ウェル領域3の2辺、3辺又は4辺の位置に亘って、環状ウェル領域5と埋込層13との距離を第1距離L11としてもよい。例えば、図2の下側に示す中央ウェル領域3の1辺の位置において、環状ウェル領域5と埋込層13との距離L13が、第2距離L12と同等である場合を例示しているが、環状ウェル領域5と埋込層13との距離L13を第1距離L11としてもよい。
2, the first distance L11 is shorter than the second distance L12 only in the
また、図2に示すように、ダイオード形成領域31のドリフト長L14と、第1レベル変換素子10aのドリフト長L15及び第2レベル変換素子10bのドリフト長L16とは、略同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。例えば、ダイオード形成領域31のドリフト長L14は、第1レベル変換素子10aのドリフト長L15及び第2レベル変換素子10bのドリフト長L16よりも短くてもよい。例えば、ダイオード形成領域31のドリフト長L14は、第1コンタクト領域11と第2コンタクト領域4との間の距離として定義される。第1レベル変換素子10aのドリフト長L15は、第1レベル変換素子10aの第1担体供給領域8aと第1担体受領領域7aとの間の距離として定義される。第2レベル変換素子10bのドリフト長L16は、第2レベル変換素子10bの第2担体供給領域8bと第2担体受領領域7bとの間の距離として定義される。
2, the drift length L14 of the diode-forming
実施形態に係る半導体集積回路によれば、ダイオード形成領域31における環状ウェル領域5と埋込層13との第1距離L11を、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域における環状ウェル領域5と埋込層13との第2距離L12よりも短くすることにより、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域の電界を緩和することができ、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域のオフ耐圧を、ダイオード形成領域31のオフ耐圧よりも大きくすることができる。そのため、ESDサージが入力されて、同時にアバランシェ状態になった場合でも、アバランシェ電流は主として寄生構造を持たない寄生ダイオードD1を経由して流れる。寄生動作の原因となる寄生ダイオードD1のアバランシェ電流が、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bに流れ込むのを抑制できるため、半導体集積回路全体としてのESD耐量を向上させることができる。
According to the semiconductor integrated circuit of the embodiment, the first distance L11 between the
<シミュレーション結果>
図5及び図6に、図2のA-A´方向から見た図3に対応するダイオード形成領域31の断面、及び図2のB-B´方向から見た図4に対応する第1レベル変換素子10aの形成領域の断面における電界強度シミュレーション結果をそれぞれ示す。図5の丸で囲んだ領域A1は、850V印加時のダイオード形成領域31の電界集中ポイントを示す。図6の丸で囲んだ領域A2は、1000V印加時の第1レベル変換素子10aの形成領域の電界集中ポイントを示す。図5及び図6に示すように、埋込層13の端部に電界が集中していることが分かる。
<Simulation results>
5 and 6 show the results of electric field intensity simulations in a cross section of the
図7に、実施形態に係る半導体集積回路の耐圧シミュレーション結果を示す。図7の「A-A´」のプロファイルはダイオード形成領域31の耐圧を示し、図7の「B-B´」のプロファイルは第1レベル変換素子10aの形成領域の耐圧を示す。図7に示すように、ダイオード形成領域31の耐圧と比較して、第1レベル変換素子10aの形成領域の耐圧が高いことが分かる。
Figure 7 shows the results of a breakdown voltage simulation of the semiconductor integrated circuit according to the embodiment. The profile "A-A'" in Figure 7 shows the breakdown voltage of the
<比較例>
次に、図8~図10を参照して、第1~第3比較例に係る半導体集積回路を説明する。まず、第1比較例に係る半導体集積回路は、図8に示すように、中央ウェル領域3の下方に図3に示した埋込層13が無い点が、実施形態に係る半導体集積回路の構成と異なる。第1比較例に係る半導体集積回路では、図3に示したような、中央ウェル領域3の下方の埋込層13が無いため、ハイサイド回路領域101の内部回路の寄生素子が動作し易い。これに対して、実施形態に係る半導体集積回路では、図3に示したように、中央ウェル領域3の下方の埋込層13が有るため、ハイサイド回路領域101の内部回路の寄生素子の動作を抑制することができる。
Comparative Example
Next, semiconductor integrated circuits according to first to third comparative examples will be described with reference to Figures 8 to 10. First, the semiconductor integrated circuit according to the first comparative example differs from the semiconductor integrated circuit according to the embodiment in that, as shown in Figure 8, there is no buried
また、第1比較例に係る半導体集積回路では、ダイオード形成領域31のドリフト長L21と第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bのドリフト長L22を揃えており、オフ耐圧も等しい。オフ耐圧が等しいと、ESDサージ等が入力された場合、ダイオード形成領域31と第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bが同時にアバランシェ状態に陥るため、ダイオード形成領域31と第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bに略均一にアバランシェ電流が流れる。そのため、局所的な電流集中を起こしにくい。しかし、高耐圧n型MOSFET等の第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bではアバランシェ電流により寄生npnバイポーラトランジスタがオンし、寄生動作が誘発されるため、pn接合ダイオードD1に比べて破壊しやすい。レベルシフト抵抗を調整することで第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bに流れるアバランシェ電流を制限し、この破壊耐量のアンバランスを解消する方法もあるが、その場合、レベルシフト抵抗を必要以上に大きくする必要があるため、設計上の制限を受けることになる。
In addition, in the semiconductor integrated circuit according to the first comparative example, the drift length L21 of the
これに対して、実施形態に係る半導体集積回路では、図2~図4に示すように、ダイオード形成領域31における環状ウェル領域5と埋込層13との第1距離L11を、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域における環状ウェル領域5と埋込層13との第2距離L12よりも短くすることにより、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの電界を緩和して、半導体集積回路全体のESD耐量を向上させることができる。更に、レベルシフト抵抗だけでアバランシェ電流を制限する方法に比べて、設計上の自由度が高い。また、埋込層13の配置によって、ダイオード形成領域31と第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域との耐圧バランスを変えられるため、HVJT102を構成するドリフト領域(耐圧領域)2の幅(ドリフト長)自体の拡張等が不要で、チップ面積の増大を抑制することができる。
In contrast, in the semiconductor integrated circuit according to the embodiment, as shown in FIG. 2 to FIG. 4, the first distance L11 between the
次に、第2比較例に係る半導体集積回路は、図9に示すように、HVJT102を構成するドリフト領域(耐圧領域)の内周面の一部を内側へ凸状に突出させることにより、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bのドリフト長L22を拡大する点が、実施形態に係る半導体集積回路の構成と異なる。第2比較例に係る半導体集積回路では、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bが内側に突出することで、ハイサイド回路領域101の内部回路の有効面積が減少する。これに対して、実施形態に係る半導体集積回路では、ハイサイド回路領域101の内部回路の有効面積を減少させずに、半導体集積回路全体のESD耐量を向上させることができる。
Next, the semiconductor integrated circuit according to the second comparative example differs from the semiconductor integrated circuit according to the embodiment in that, as shown in FIG. 9, a part of the inner circumferential surface of the drift region (voltage-resistant region) constituting the
次に、第3比較例に係る半導体集積回路は、図10に示すように、ドリフト領域2の外周面の一部を外側へ凸状に突出させることにより、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bのドリフト長L22を拡大する点が、実施形態に係る半導体集積回路の構成と異なる。第3比較例に係る半導体集積回路では、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bが外側に突出することで、チップ面積が増大する。これに対して、実施形態に係る半導体集積回路では、チップ面積の増大を最小限に抑えつつ、半導体集積回路全体のESD耐量を向上させることができる。
Next, the semiconductor integrated circuit according to the third comparative example differs from the configuration of the semiconductor integrated circuit according to the embodiment in that, as shown in FIG. 10, a portion of the outer peripheral surface of the
(第1変形例)
図11は、図2に示した実施形態に係る半導体集積回路の平面レイアウトに対応する、実施形態の第1変形例に係る半導体集積回路の平面レイアウトを示す。図12は、図11に示したダイオード形成領域31を含むA-A´方向から見た断面図を示す。図13は、図11に示した第1レベル変換素子10aを含むB-B´方向から見た断面図を示す。第1変形例に係る半導体集積回路は、図11及び図12に示すように、第1コンタクト領域11がドリフト領域2の上部に設けられている点が、図2及び図3に示した実施形態に係る半導体集積回路と異なる。即ち、第1コンタクト領域11は、ドリフト領域2よりも内側に設けられていればよい。
(First Modification)
11 shows a planar layout of a semiconductor integrated circuit according to a first modification of the embodiment, which corresponds to the planar layout of the semiconductor integrated circuit according to the embodiment shown in FIG. 2. FIG. 12 shows a cross-sectional view seen from the A-A' direction including the
更に、実施形態の第1変形例に係る半導体集積回路は、図11及び図13に示すように、第1レベル変換素子10aのn+型の第1ドレイン領域(第1担体受領領域)7a及び第2レベル変換素子10bのn+型の第2ドレイン領域(第2担体受領領域)7bがドリフト領域2の上部にそれぞれ設けられている点が、図2及び図4に示した実施形態に係る半導体集積回路と異なる。即ち、第1担体受領領域7a及び第2担体受領領域7bは、ドリフト領域2よりも内側に設けられていればよい。そして、スリット領域12は、ドリフト領域2を深さ方向に貫通するように設けられている。スリット領域12の底部は、エピタキシャル成長層15に接している。スリット領域12は、ドリフト領域2の一部が欠落したエピタキシャル成長層15により形成されてもよい。第1変形例に係る半導体集積回路の他の構成は、実施形態に係る半導体集積回路と同様であるので、重複した説明を省略する。
Furthermore, as shown in FIG. 11 and FIG. 13, the semiconductor integrated circuit according to the first modification of the embodiment differs from the semiconductor integrated circuit according to the embodiment shown in FIG. 2 and FIG. 4 in that the n + type first drain region (first carrier receiving region) 7a of the first
第1変形例に係る半導体集積回路によれば、実施形態に係る半導体集積回路と同様に、ダイオード形成領域31における環状ウェル領域5と埋込層13との第1距離L11を、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域における環状ウェル領域5と埋込層13との第2距離L12よりも短くすることにより、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの電界を緩和して、半導体集積回路全体のESD耐量を向上させることができる。
In the semiconductor integrated circuit of the first modification, as in the semiconductor integrated circuit of the embodiment, the first distance L11 between the
(第2変形例)
図14及び図15は、実施形態の第2変形例に係る半導体集積回路の断面図を示す。図14は、図12に示した第1変形例に係る半導体集積回路のダイオード形成領域31を含む断面図に対応し、図15は、図13に示した第1変形例に係る半導体集積回路の第1レベル変換素子10aを含む断面図に対応する。
(Second Modification)
14 and 15 are cross-sectional views of a semiconductor integrated circuit according to a second modification of the embodiment. Fig. 14 corresponds to the cross-sectional view including the
第2変形例に係る半導体集積回路は、図14及び図15に示すように、基体1aが、p型のSiからなる半導体基板14と、半導体基板14上のn型のSiからなるエピタキシャル成長層16とから構成される点が、図12及び図13に示した第1変形例に係る半導体集積回路と異なる。図14に示すように、n+型の第1コンタクト領域11が、エピタキシャル成長層16の上部に設けられている。図15に示すように、エピタキシャル成長層16は、第1レベル変換素子10aのドリフト領域を構成する。エピタキシャル成長層16は、図11に示したドリフト領域2と同様の環状の平面パターンを有する。そして、スリット領域12は、エピタキシャル成長層16を深さ方向に貫通するように設けられている。スリット領域12の底部は、半導体基板14に接している。スリット領域12は、中央ウェル領域3を深さ方向に貫通するように設けられてもよい。この場合、図3及び図4のように、第1コンタクト領域11、第1ドレイン領域7a及び第2ドレイン領域7bを中央ウェル領域3の上部に設けてもよい。第2変形例に係る半導体集積回路の他の構成は、実施形態に係る半導体集積回路と同様であるので、重複した説明を省略する。
As shown in Figs. 14 and 15, the semiconductor integrated circuit according to the second modification is different from the semiconductor integrated circuit according to the first modification shown in Figs. 12 and 13 in that the
第2変形例に係る半導体集積回路によれば、実施形態に係る半導体集積回路と同様に、ダイオード形成領域31における環状ウェル領域5と埋込層13との第1距離L11を、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域における環状ウェル領域5と埋込層13との第2距離L12よりも短くすることにより、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの電界を緩和して、半導体集積回路全体のESD耐量を向上させることができる。
In the semiconductor integrated circuit of the second modification, as in the semiconductor integrated circuit of the embodiment, the first distance L11 between the
(第3変形例)
図16及び図17は、実施形態の第3変形例に係る半導体集積回路の断面図を示す。図16は、図14に示した第2変形例に係る半導体集積回路のダイオード形成領域31を含む断面図に対応し、図17は、図15に示した第2変形例に係る半導体集積回路の第1レベル変換素子10aを含む断面図に対応する。
(Third Modification)
16 and 17 are cross-sectional views of a semiconductor integrated circuit according to a third modification of the embodiment. Fig. 16 corresponds to the cross-sectional view including the
第3変形例に係る半導体集積回路は、図16及び図17に示すように、基体1aが、p型のSiからなる半導体基板14と、半導体基板14上のn型のSiからなるエピタキシャル成長層16とから構成される点では、図14及び図15に示した第2変形例に係る半導体集積回路と同様である。しかしながら、n型のエピタキシャル成長層16の上部に、エピタキシャル成長層16よりも高不純物濃度のn-型の不純物添加領域(拡散領域)17が更に設けられている点が、第2変形例に係る半導体集積回路と異なる。図16に示すように、n+型の第1コンタクト領域11が、拡散領域17の上部に設けられている。図17に示すように、拡散領域17は、第1レベル変換素子10aのドリフト領域を構成する。拡散領域17は、図11に示したドリフト領域2と同様の環状の平面パターンを有する。
As shown in Figs. 16 and 17, the semiconductor integrated circuit according to the third modification is similar to the semiconductor integrated circuit according to the second modification shown in Figs. 14 and 15 in that the
拡散領域17は、中央ウェル領域3と接してもよい。この場合、スリット領域12は、拡散領域17とエピタキシャル成長層16とを深さ方向に貫通するように設けられる。また、スリット領域12は、中央ウェル領域3を深さ方向に貫通するように設けられてもよい。この場合、図3及び図4のように、第1コンタクト領域11及び第1ドレイン領域7a及び第2ドレイン領域7bを中央ウェル領域3の上部に設けてもよい。第3変形例に係る半導体集積回路の他の構成は、第2変形例に係る半導体集積回路と同様であるので、重複した説明を省略する。
The
第3変形例に係る半導体集積回路によれば、実施形態に係る半導体集積回路と同様に、ダイオード形成領域31における環状ウェル領域5と埋込層13との第1距離L11を、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域における環状ウェル領域5と埋込層13との第2距離L12よりも短くすることにより、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの電界を緩和して、半導体集積回路全体のESD耐量を向上させることができる。
In the semiconductor integrated circuit of the third modification, as in the semiconductor integrated circuit of the embodiment, the first distance L11 between the
(第4変形例)
図18は、図2に示した実施形態に係る半導体集積回路の平面レイアウトに対応する、実施形態の第4変形例に係る半導体集積回路の平面レイアウトを示す。第4変形例に係る半導体集積回路は、図18に示すように、p型のスリット領域12a,12bが第1レベル変換素子10aの第1担体受領領域7a及び第2レベル変換素子10bの第2担体受領領域7bの周囲をそれぞれ囲むことにより、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bとハイサイド回路領域101とを電気的に分離する方式(分割リサーフ方式)を採用する点が、図2に示した寄生抵抗値調整方式を採用した実施形態に係る半導体集積回路と異なる。
(Fourth Modification)
Fig. 18 shows a planar layout of a semiconductor integrated circuit according to a fourth modified example of the embodiment, which corresponds to the planar layout of the semiconductor integrated circuit according to the embodiment shown in Fig. 2. As shown in Fig. 18, the semiconductor integrated circuit according to the fourth modified example adopts a method (divided RESURF method) in which the first
図18に示すように、ハイサイド回路領域101は、n型の中央ウェル領域3に設けられている。中央ウェル領域3は、直線部と円弧部とからなる略矩形の平面パターンを有する。中央ウェル領域3の周囲の一部には、n+型の第1コンタクト領域11a,11bが設けられている。第1コンタクト領域11aは、中央ウェル領域3の1辺(上辺)に沿って直線状に設けられている。第1コンタクト領域11bは、中央ウェル領域3の上辺に対向する1辺(下辺)に沿って直線状に設けられている。
18, the high-
中央ウェル領域3の周囲の他の一部には、p型のスリット領域12a,12bが設けられている。スリット領域12a,12bは、中央ウェル領域3の対向する2辺(左辺及び右辺)に、互いに逆向きのC字状に設けられている。スリット領域12a,12bは、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bを囲むように設けられている。スリット領域12a,12bの端部は、環状ウェル領域5に接している。第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの構成は、図2に示した実施形態に係る半導体集積回路と同様であるので、重複した説明を省略する。
P-
HVJT102には、中央ウェル領域3の周囲を囲むようにn-型のドリフト領域(耐圧領域)2が環状に設けられている。ドリフト領域2の外周側には、p型の環状ウェル領域5が環状に設けられている。環状ウェル領域5の外周側には、p+型の第2コンタクト領域4が環状に設けられている。図18の上側では、第1コンタクト領域11aと第2コンタクト領域4の一部が対向するダイオード形成領域31が設けられている。図18の下側では、第1コンタクト領域11bが第2コンタクト領域4の一部と対向するダイオード形成領域32が設けられている。
In the
図18に示したダイオード形成領域31を含むA-A´方向から見た断面は、図3に示した実施形態に係る半導体集積回路の断面図と同様である。図18に示した第1レベル変換素子10aを含むB-B´方向から見た断面は、図4に示した実施形態に係る半導体集積回路の断面図と同様である。
The cross section seen from the A-A' direction including the
図18では、中央ウェル領域3の下方に設けられたn型の埋込層13aの平面パターンの位置を破線で模式的に示している。埋込層13aは、略矩形の平面パターンを有する。第4変形例に係る半導体集積回路では、ダイオード形成領域31,32における環状ウェル領域5と埋込層13aとの第1距離L31が、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域における環状ウェル領域5と埋込層13aとの第2距離L32よりもそれぞれ短い。第4変形例に係る半導体集積回路の他の構成は、実施形態に係る半導体集積回路と同様であるので、重複した説明を省略する。
In FIG. 18, the position of the planar pattern of the n-type buried
第4変形例に係る半導体集積回路によれば、実施形態に係る半導体集積回路と同様に、ダイオード形成領域31,32における環状ウェル領域5と埋込層13aとの第1距離L31を、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域における環状ウェル領域5と埋込層13aとの第2距離L32よりも短くすることにより、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの電界を緩和して、半導体集積回路全体のESD耐量を向上させることができる。
In the semiconductor integrated circuit of the fourth modification, as in the semiconductor integrated circuit of the embodiment, the first distance L31 between the
(第5変形例)
図19は、図18に示した第4変形例に係る半導体集積回路の平面レイアウトに対応する、実施形態の第5変形例に係る半導体集積回路の平面レイアウトを示す。第5変形例に係る半導体集積回路は、図19に示すように、p型のスリット領域12a,12bが第1レベル変換素子10aの第1担体受領領域7a及び第2レベル変換素子10bの第2担体受領領域7bの周囲をそれぞれ囲むことにより、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bとハイサイド回路領域101とを電気的に分離する方式(分割リサーフ方式)を採用する点は、図18に示した第4変形例に係る半導体集積回路と同様である。
(Fifth Modification)
Fig. 19 shows a planar layout of a semiconductor integrated circuit according to a fifth modified example of the embodiment, which corresponds to the planar layout of the semiconductor integrated circuit according to the fourth modified example shown in Fig. 18. As shown in Fig. 19, the semiconductor integrated circuit according to the fifth modified example is similar to the semiconductor integrated circuit according to the fourth modified example shown in Fig. 18 in that it employs a method (divided RESURF method) in which p-
しかしながら、第5変形例に係る半導体集積回路は、図19に示すように、n型の中央ウェル領域3の4隅に、n+型の第1コンタクト領域11c,11d,11e,11fが更に設けられている点が、図18に示した第4変形例に係る半導体集積回路と異なる。第1コンタクト領域11d,11fは、第1レベル変換素子10aと同じ中央ウェル領域3の右辺側に設けられている。第1コンタクト領域11c,11eは、第2レベル変換素子10bと同じ中央ウェル領域3の左辺側に設けられている。第1コンタクト領域11c~11fは、環状のp+型の第2コンタクト領域4の一部とそれぞれ対向し、ダイオード形成領域33,34,35,36をそれぞれ構成している。
However, the semiconductor integrated circuit according to the fifth modification is different from the semiconductor integrated circuit according to the fourth modification shown in FIG. 18 in that, as shown in FIG. 19, n + type
なお、第1コンタクト領域11c~11fは、例えば略矩形状又は直線状の平面パターンを有するが、第1コンタクト領域11c~11fの平面パターンはこれに限定されない。また、第1コンタクト領域11c,11dと第1コンタクト領域11aとを接続し、一体の第1コンタクト領域としてもよい。また、第1コンタクト領域11e,11fと第1コンタクト領域11bとを接続し、一体の第1コンタクト領域としてもよい。
The
更に、第5変形例に係る半導体集積回路は、図19に破線で模式的に示すように、埋込層13aの平面パターンが、矩形パターンの左辺及び右辺の中央部を内側に窪ませた形状である点が、図18に示した第4変形例に係る半導体集積回路と異なる。埋込層13aは、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域に近づくにつれてp型の環状ウェル領域5から離れるように内側に窪んでいき、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域において最も環状ウェル領域5から離れるように設けられている。
Furthermore, the semiconductor integrated circuit according to the fifth modification differs from the semiconductor integrated circuit according to the fourth modification shown in FIG. 18 in that the planar pattern of the buried
第5変形例に係る半導体集積回路では、ダイオード形成領域31~36における環状ウェル領域5と埋込層13aとの第1距離L31が、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域における環状ウェル領域5と埋込層13aとの第2距離L32よりもそれぞれ短い。即ち、埋込層13aの矩形パターンの一部を内側に窪ませる(後退させる)ことにより、第2距離L32とした第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域の近傍に、第1距離L31としたダイオード形成領域33~36を設けることができる。第5変形例に係る半導体集積回路の他の構成は、第4変形例に係る半導体集積回路と同様であるので、重複した説明を省略する。
In the semiconductor integrated circuit according to the fifth modification, the first distance L31 between the
第5変形例に係る半導体集積回路によれば、実施形態に係る半導体集積回路と同様に、ダイオード形成領域31における環状ウェル領域5と埋込層13との第1距離L31を、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域における環状ウェル領域5と埋込層13との第2距離L32よりも短くすることにより、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの電界を緩和して、半導体集積回路全体のESD耐量を向上させることができる。
In the semiconductor integrated circuit of the fifth modification, as in the semiconductor integrated circuit of the embodiment, the first distance L31 between the
更に、埋込層13aを、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域に近づくにつれてp型の環状ウェル領域5から徐々に離れるように設けることにより、局所的な電界の集中を防止することができる。更に、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域の近傍に、環状ウェル領域5と埋込層13との距離を第1距離L31としたダイオード形成領域33~36を形成し易くなる。
Furthermore, by providing the buried
(第6変形例)
図20は、図18に示した第4変形例に係る半導体集積回路の平面レイアウトに対応する、実施形態の第6変形例に係る半導体集積回路の平面レイアウトを示す。図21は、図20の上側に示す、第2コンタクト領域4と第1コンタクト領域11が対向する領域(ダイオード形成領域)31を含むA-A´方向から見た断面図を示す。図22は、図20に示した第1レベル変換素子10aを含むB-B´方向から見た断面図を示す。第6変形例に係る半導体集積回路は、図20に示すように、p型のスリット領域12a,12bにより、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bとハイサイド回路領域101とを電気的に分離する方式(分割リサーフ方式)を採用する点は、図18に示した第4変形例に係る半導体集積回路と同様である。
(Sixth Modification)
20 shows a planar layout of a semiconductor integrated circuit according to a sixth modification of the embodiment, which corresponds to the planar layout of the semiconductor integrated circuit according to the fourth modification shown in FIG. 18. FIG. 21 shows a cross-sectional view seen from the A-A' direction including a region (diode forming region) 31 where the
しかしながら、第6変形例に係る半導体集積回路は、図21に示すように、環状ウェル領域5はその内側に浅い領域5cを備える点が、図18に示した第4変形例に係る半導体集積回路と異なる。浅い領域5cの上部にp+型の第2コンタクト領域4が設けられている。
However, the semiconductor integrated circuit according to the sixth modification is different from the semiconductor integrated circuit according to the fourth modification shown in Fig. 18 in that the
また、図20及び図22に示すように、第1レベル変換素子10aの形成領域において、環状ウェル領域5よりも内側に環状ウェル領域5と離れて形成されたp型のベース領域5aを備える点が、図18に示した第4変形例に係る半導体集積回路と異なる。ベース領域5aの不純物濃度は、環状ウェル領域5の不純物濃度と同一であってよく、或いは環状ウェル領域5の不純物濃度より高くてもよい。ベース領域5aの上部に、n+型の第1担体供給領域8a及びn+型のコンタクト領域4aが互いに接するように設けられている。コンタクト領域4aの不純物濃度は、第2コンタクト領域4の不純物濃度と同一であってよい。アノード電極23と担体供給電極26は分離されており、担体供給電極26は、抵抗素子を介して接地電位端子GNDに電気的に接続される。
20 and 22, the semiconductor integrated circuit according to the fourth modification shown in FIG. 18 is different in that the semiconductor integrated circuit according to the fourth modification includes a p-
図20に示した第2レベル変換素子10bも、第1レベル変換素子10aと鏡像関係で同様の構成を有する。第2レベル変換素子10bは、環状ウェル領域5よりも内側に環状ウェル領域5と離れて形成されたp型のベース領域5bを備える。ベース領域5bの上部に、n+型の第2担体供給領域8b及びn+型のコンタクト領域4bが互いに接するように設けられている。
20 has a similar configuration to the first
このような構成の場合、ダイオード形成領域31における第1距離L41は、浅い領域5cと埋込層13との距離であり、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域における第2距離L42は、ベース領域5a,5bと埋込層13との距離である。第1距離L41は、第2距離L42より短い。第6変形例に係る半導体集積回路の他の構成は、第4変形例に係る半導体集積回路と同様であるので、重複した説明を省略する。
In this configuration, the first distance L41 in the
第6変形例に係る半導体集積回路によれば、実施形態に係る半導体集積回路と同様に、ダイオード形成領域31における第1距離L41を、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域における第2距離L42よりも短くすることにより、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの電界を緩和して、半導体集積回路全体のESD耐量を向上させることができる。
In the semiconductor integrated circuit of the sixth modification, as in the semiconductor integrated circuit of the embodiment, the first distance L41 in the
第6変形例に係る半導体集積回路では、環状ウェル領域5とベース領域5a,5bとは離れて形成されているが、ベース領域5a,5bを環状ウェル領域5と接続して浅いベース領域を備えた環状ウェル領域5としてもよい。この場合、アノード電極23と担体供給電極26は共通の電極となり、接地電位端子GNDに電気的に接続される。
In the semiconductor integrated circuit according to the sixth modification, the
また、第6変形例に係る半導体集積回路では、分割リサーフ方式について説明したが、上記した寄生抵抗値調整方式にも適用できる。 In addition, in the semiconductor integrated circuit according to the sixth modification, the divided RESURF method has been described, but it can also be applied to the parasitic resistance adjustment method described above.
(第7変形例)
図23は、図2に示した実施形態に係る半導体集積回路の平面レイアウトに対応する、実施形態の第7変形例に係る半導体集積回路の平面レイアウトを示す。ハイサイド回路領域101は、n型の中央ウェル領域3に設けられている。中央ウェル領域3は、略矩形の平面パターンを有する。HVJT102には、中央ウェル領域3の周囲を囲むようにn-型のドリフト領域(耐圧領域)2が環状(枠状)に設けられている。ドリフト領域2の外周側には、p型の環状ウェル領域5が環状に設けられている。
(Seventh Modification)
23 shows a planar layout of a semiconductor integrated circuit according to a seventh modification of the embodiment, which corresponds to the planar layout of the semiconductor integrated circuit according to the embodiment shown in FIG. 2. The high
図23では、中央ウェル領域3の下方に設けられたn型の埋込層13の平面パターンの位置を破線で模式的に示している。この破線は、ハイサイド回路領域101の平面パターンの外周と一致する。埋込層13は、略矩形の平面パターンを有する。ダイオード形成領域31における環状ウェル領域5と埋込層13との第1距離L11は、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域における環状ウェル領域5と埋込層13との第2距離L12よりもそれぞれ短い。
23, the position of the planar pattern of the n-type buried
平面パターン上、埋込層13の略矩形の4つの角部の曲率半径Rは、中央ウェル領域3の略矩形の角部の曲率半径r1よりも大きいことが望ましい。また、例えば、ダイオード形成領域の耐圧が825Vの場合、埋込層13の略矩形の4つの角部の曲率半径Rは、80μm以上程度であることが好ましく、中央ウェル領域3の曲率半径r1は、例えば50μm~60μm程度が望ましい。埋込層13の曲率半径Rが中央ウェル領域3の曲率半径r1よりも小さい場合には、埋込層13の角部で電界が集中するため、ダイオード形成領域31でアバランシェ電流が流れる前に、埋込層13の角部でアバランシェ電流が流れる。そこで、埋込層13の曲率半径Rを中央ウェル領域3の曲率半径r1よりも大きくすることで、埋込層13の角部における電界を緩和することができ、埋込層13の角部における耐圧を、ダイオード形成領域31における耐圧よりも高くすることができる。
In terms of the planar pattern, it is desirable that the radius of curvature R of the four corners of the approximately rectangular shape of the buried
図23に示したダイオード形成領域31を含むA-A´方向から見た断面は、図3に示した実施形態に係る半導体集積回路の断面図と同様である。図23に示した第1レベル変換素子10aを含むB-B´方向から見た断面は、図4に示した実施形態に係る半導体集積回路の断面図と同様である。第7変形例に係る半導体集積回路の他の構成は、実施形態に係る半導体集積回路と同様であるので、重複した説明を省略する。
The cross section seen from the A-A' direction including the
図24は、埋込層13の曲率半径Rと耐圧の関係を示すグラフである。図24では、半導体集積回路の定格電圧が600Vの場合について示している。図1に示した回路図の端子VSに印加されるサージ電圧によって、半導体集積回路の耐圧が設定され、820Vに設定されている。埋込層13の曲率半径Rが大きいほど、埋込層13の角部での電界が緩和するため、耐圧が大きくなっている。このため、要求される耐圧が高いほど、埋込層13の曲率半径Rを大きくすることが好ましい。図24中に破線で示すように、ダイオード形成領域31の耐圧が825Vである場合、埋込層13の曲率半径Rを80μm以上とすることにより、埋込層13の耐圧がダイオード形成領域31の耐圧よりも大きくなる。
24 is a graph showing the relationship between the radius of curvature R of the buried
図25は、図23に示した第7変形例に係る半導体集積回路の平面レイアウトと同様の平面レイアウトであるが、埋込層13の略矩形の角部の曲率半径Rと、ドリフト領域2の外側の角部の曲率半径r2を模式的に示している。平面パターン上、埋込層13の曲率半径Rは、ドリフト領域2の曲率半径r2よりも大きくてもよい。ドリフト領域2の曲率半径r2は、図23に示した中央ウェル領域3の曲率半径r1よりも大きく、例えば100μm程度である。
Figure 25 is a planar layout similar to that of the semiconductor integrated circuit according to the seventh modification shown in Figure 23, but it also shows the radius of curvature R of the substantially rectangular corners of the buried
第7変形例に係る半導体集積回路によれば、実施形態に係る半導体集積回路と同様に、ダイオード形成領域31における環状ウェル領域5と埋込層13との第1距離L11を、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域における環状ウェル領域5と埋込層13との第2距離L12よりも短くすることにより、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの電界を緩和して、半導体集積回路全体のESD耐量を向上させることができる。
In the semiconductor integrated circuit of the seventh modification, as in the semiconductor integrated circuit of the embodiment, the first distance L11 between the
更に、ダイオード形成領域31における耐圧が高くても、埋込層13の曲率半径Rを中央ウェル領域3の曲率半径r1よりも大きくし、埋込層13の曲率半径Rを80μm以上とすることで、埋込層13の角部における電界を緩和することができる。これにより、埋込層13の角部における耐圧を、ダイオード形成領域31における耐圧よりも高くすることができる。なお、第7変形例に係る半導体集積回路として、寄生抵抗値調整方式を採用した構造を例示したが、分割リサーフ方式を採用した構造にも適用可能である。
Furthermore, even if the breakdown voltage in the
(第8変形例)
図26は、図11に示した第1変形例に係る半導体集積回路の平面レイアウトに対応する、実施形態の第8変形例に係る半導体集積回路の平面レイアウトを示す。図26に示したダイオード形成領域31を含むA-A´方向から見た断面を図27に示し、図26に示した第1レベル変換素子10aを含むB-B´方向から見た断面を図28に示す。
(Eighth Modification)
Fig. 26 shows a planar layout of a semiconductor integrated circuit according to an eighth modified example of the embodiment, which corresponds to the planar layout of the semiconductor integrated circuit according to the first modified example shown in Fig. 11. Fig. 27 shows a cross section seen from the A-A' direction including the
図26~図28に示すように、第8変形例に係る半導体集積回路は、ハイサイド回路領域101にn型の中央ウェル領域3に設けられていない点が、図11に示した第1変形例に係る半導体集積回路と異なる。更に、第8変形例に係る半導体集積回路は、ドリフト領域16がn型のエピタキシャル成長層である点が、図11に示した第1変形例に係る半導体集積回路と異なる。ドリフト領域16と環状ウェル領域5とのpn接合部の表面露出部(HVJT102の外周)の平面レイアウトは、略矩形の平面パターンを有する。これをドリフト領域16の平面パターンとする。なお、ドリフト領域16はn型のエピタキシャル成長層に限定されず、例えば実施形態に係る半導体集積回路と同様に、p型のエピタキシャル成長層に形成したn-型の拡散領域であってもよい。
As shown in FIGS. 26 to 28, the semiconductor integrated circuit according to the eighth modification is different from the semiconductor integrated circuit according to the first modification shown in FIG. 11 in that the n-type
更に、第8変形例に係る半導体集積回路は、ドリフト領域16の上部にn型のバッファ層18が環状(枠状)に設けられている点が、図11に示した第1変形例に係る半導体集積回路と異なる。バッファ層18の上部に、n+型のコンタクト領域111が環状(枠状)に設けられている。バッファ層18は必要に応じて設ければよく、設けなくてもよい。
11 in that an n-
図26に示すように、平面パターン上、埋込層13の曲率半径Rは、ドリフト領域16の略矩形の角部の曲率半径r2よりも大きいことが望ましい。ドリフト領域16の曲率半径r2は、例えば100μm程度である。第8変形例に係る半導体集積回路の他の構成は、第1変形例に係る半導体集積回路と同様であるので、重複した説明を省略する。
26, in the planar pattern, it is desirable that the radius of curvature R of the buried
第8変形例に係る半導体集積回路によれば、実施形態に係る半導体集積回路と同様に、ダイオード形成領域31における環状ウェル領域5と埋込層13との第1距離L11を、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの形成領域における環状ウェル領域5と埋込層13との第2距離L12よりも短くすることにより、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bの電界を緩和して、半導体集積回路全体のESD耐量を向上させることができる。
In the semiconductor integrated circuit of the eighth modification, as in the semiconductor integrated circuit of the embodiment, the first distance L11 between the
更に、ダイオード形成領域31における耐圧が高くても、埋込層13の曲率半径Rをドリフト領域16の略矩形の角部の曲率半径r2よりも大きくすることで、埋込層13の角部における電界を緩和することができる。これにより、埋込層13の角部における耐圧を、ダイオード形成領域31における耐圧よりも高くすることができる。なお、第8変形例に係る半導体集積回路として、寄生抵抗値調整方式を採用した構造を例示したが、分割リサーフ方式を採用した構造にも適用可能である。
Furthermore, even if the breakdown voltage in the
(その他の実施形態)
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
Other Embodiments
As described above, the present invention has been described by the embodiment, but the description and drawings forming a part of this disclosure should not be understood as limiting the present invention. Various alternative embodiments, examples and operating techniques will become apparent to those skilled in the art from this disclosure.
例えば、実施形態においては、第1レベル変換素子10aと第2レベル変換素子10bの2つの能動素子を有する場合を主に例示的に示したが、レベルシフタを構成する能動素子の数は少なくとも1個あればよく、3つでも、5つ以上でも構わない。
For example, in the embodiment, the case having two active elements, the first
また、実施形態においては、基体1としてSi基板を用いた半導体集積回路を例示したが、実施形態で説明した技術的思想は、ガリウムヒ素(GaAs)等の化合物半導体を用いた半導体集積回路にも適用可能である。更に、実施形態で説明した技術的思想は、SiC、窒化ガリウム(GaN)又はダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体集積回路にも適用可能である。更に、インジウムアンチモン(InSb)等のナローギャップ半導体や半金属等を用いた半導体集積回路にも適用可能である。
In the embodiment, a semiconductor integrated circuit using a Si substrate as the
また、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bとハイサイド回路領域101の内部回路のスリット領域12の形成方法は、寄生抵抗値調整方式及び分割リサーフ方式のいずれの方式を採用してもよい。例えば、図18に示したp型のスリット領域12a,12bの代わりに、絶縁膜等を充填したトレンチにより、第1レベル変換素子10a及び第2レベル変換素子10bとハイサイド回路領域101の内部回路とを分離した構造であってもよい。
The method of forming the
このように、上記実施形態が開示する技術内容の趣旨を理解すれば、当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が本発明に含まれ得ることが明らかとなろう。また、上記の実施形態及び各変形例において説明される各構成を任意に応用した構成等、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の例示的説明から妥当な、特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 In this way, if one of ordinary skill in the art understands the gist of the technical content disclosed in the above embodiment, it will be clear that various alternative embodiments, examples, and operational techniques can be included in the present invention. Furthermore, the present invention naturally includes various embodiments not described here, such as configurations that arbitrarily apply each configuration described in the above embodiment and each modified example. Therefore, the technical scope of the present invention is determined only by the invention-specific matters related to the claims that are appropriate from the above exemplary explanation.
1,1a…基体
2…ドリフト領域
3…中央ウェル領域
4,4a,4b,11,11a,11b,11c,11d,11e,11f,111…コンタクト領域
5…環状ウェル領域
5a,5b…ベース領域
7a,7b…担体受領領域
8a,8b…担体供給領域
9a,9b…ゲート電極
10a,10b…第1レベル変換素子
12,12a,12b…スリット領域
13,13a…埋込層
14…半導体基板
15,16…エピタキシャル成長層
17…拡散領域
20…ゲート絶縁膜
21…フィールド絶縁膜
22…層間絶縁膜
23…アノード電極
24…カソード電極
25…保護膜
26…ソース電極
27…ドレイン電極
31,32,33,34,35,36…ダイオード形成領域
41…ローサイド回路
42…レベルシフト回路
43…ハイサイド回路
45…pMOSトランジスタ
46…nMOSトランジスタ
50…半導体集積回路
60…電力変換部
61…接続点
65…ブートストラップダイオード
66…ブートストラップコンデンサ
67…負荷
68…レベルシフト抵抗
69…レベルシフタ
70…保護ダイオード
101…ハイサイド回路領域
102…HVJT
103…ローサイド回路領域
1, 1a...
103...Low side circuit area
Claims (16)
前記高電位側回路領域に配置された第1導電型の中央ウェル領域と、
前記中央ウェル領域の下端に埋め込まれた第1導電型の埋込層と、
前記中央ウェル領域の周囲を囲む前記高耐圧接合終端構造の位置に配置された、第1導電型の環状のドリフト領域と、
前記ドリフト領域の周囲を囲む第2導電型の環状ウェル領域と、
前記低電位側回路領域と前記高電位側回路領域との間で信号を伝達するレベルシフト回路に含まれるレベル変換素子の担体供給領域であって、前記環状ウェル領域に配置された第1導電型の担体供給領域と、
前記レベル変換素子の担体受領領域であって、前記ドリフト領域もしくは前記中央ウェル領域に配置された、前記ドリフト領域もしくは前記中央ウェル領域よりも高不純物濃度で第1導電型の担体受領領域と、
前記ドリフト領域もしくは前記中央ウェル領域に、前記担体受領領域と離して配置された、前記ドリフト領域もしくは前記中央ウェル領域よりも高不純物濃度で第1導電型の第1コンタクト領域と、
を備え、前記第1コンタクト領域が形成される領域における前記環状ウェル領域と前記埋込層との第1距離の内の最小値は、前記担体受領領域が形成される領域における前記環状ウェル領域と前記埋込層との第2距離の内の最小値よりも短いことを特徴とする半導体集積回路。 A semiconductor integrated circuit in which a high-potential side circuit region, a high-voltage junction termination structure surrounding the high-potential side circuit region, and a low-potential side circuit region surrounding the high-potential side circuit region via the high-voltage junction termination structure are integrated on a single semiconductor chip,
a first conductivity type central well region disposed in the high potential side circuit region;
a buried layer of a first conductivity type buried in a lower end of the central well region;
a first conductivity type annular drift region disposed at the position of the high voltage junction termination structure surrounding the central well region;
a second conductive type annular well region surrounding the drift region;
a carrier supply region of a first conductivity type included in a level shift circuit that transmits a signal between the low potential side circuit region and the high potential side circuit region, the carrier supply region being disposed in the annular well region;
a carrier receiving region of the level conversion element, the carrier receiving region being disposed in the drift region or the central well region, the carrier receiving region being of a first conductivity type and having a higher impurity concentration than the drift region or the central well region;
a first contact region of a first conductivity type, the first contact region being disposed in the drift region or the central well region and spaced apart from the carrier receiving region, the first contact region having a higher impurity concentration than the drift region or the central well region;
a minimum value of a first distance between the annular well region and the buried layer in a region where the first contact region is formed is shorter than a minimum value of a second distance between the annular well region and the buried layer in a region where the carrier receiving region is formed.
前記高電位側回路領域に配置された第1導電型の中央ウェル領域と、
前記中央ウェル領域の下端に埋め込まれた第1導電型の埋込層と、
前記中央ウェル領域の周囲を囲む前記高耐圧接合終端構造の位置に配置された、第1導電型の環状のドリフト領域と、
前記ドリフト領域の周囲を囲む第2導電型の環状ウェル領域と、
前記ドリフト領域に配置された第2導電型のベース領域と、
前記低電位側回路領域と前記高電位側回路領域との間で信号を伝達するレベルシフト回路に含まれるレベル変換素子の担体供給領域であって、前記ベース領域に配置された第1導電型の担体供給領域と、
前記レベル変換素子の担体受領領域であって、前記ドリフト領域もしくは前記中央ウェル領域に配置された、前記ドリフト領域もしくは前記中央ウェル領域よりも高不純物濃度で第1導電型の担体受領領域と、
前記ドリフト領域もしくは前記中央ウェル領域に、前記担体受領領域と離して配置された、前記ドリフト領域もしくは前記中央ウェル領域よりも高不純物濃度で第1導電型の第1コンタクト領域と、
を備え、前記第1コンタクト領域が形成される領域における前記環状ウェル領域と前記埋込層との第1距離の内の最小値は、前記担体受領領域が形成される領域における前記環状ウェル領域と前記埋込層との第2距離の内の最小値よりも短いことを特徴とする半導体集積回路。 A semiconductor integrated circuit in which a high-potential side circuit region, a high-voltage junction termination structure surrounding the high-potential side circuit region, and a low-potential side circuit region surrounding the high-potential side circuit region via the high-voltage junction termination structure are integrated on a single semiconductor chip,
a first conductivity type central well region disposed in the high potential side circuit region;
a buried layer of a first conductivity type buried in a lower end of the central well region;
a first conductivity type annular drift region disposed at the position of the high voltage junction termination structure surrounding the central well region;
a second conductive type annular well region surrounding the drift region;
a base region of a second conductivity type disposed in the drift region;
a carrier supply region of a level conversion element included in a level shift circuit that transmits a signal between the low potential side circuit region and the high potential side circuit region, the carrier supply region being a first conductivity type that is disposed in the base region;
a carrier receiving region of the level conversion element, the carrier receiving region being disposed in the drift region or the central well region, the carrier receiving region being of a first conductivity type and having a higher impurity concentration than the drift region or the central well region;
a first contact region of a first conductivity type, the first contact region being disposed in the drift region or the central well region and spaced apart from the carrier receiving region, the first contact region having a higher impurity concentration than the drift region or the central well region;
a minimum value of a first distance between the annular well region and the buried layer in a region where the first contact region is formed is shorter than a minimum value of a second distance between the annular well region and the buried layer in a region where the carrier receiving region is formed.
前記担体供給領域及び第2コンタクト領域に接する担体供給電極と、
前記担体受領領域に接する担体受領電極と、
前記第1コンタクト領域に接するダイオード用電極と、
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。 a control electrode of the level conversion element provided on a surface of a portion of the annular well region between the carrier supply region and the drift region via a gate insulating film;
a carrier supply electrode in contact with the carrier supply region and the second contact region;
a carrier receiving electrode in contact with the carrier receiving area;
a diode electrode in contact with the first contact region;
2. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, further comprising:
前記ベース領域の、前記担体供給領域と前記ドリフト領域とに挟まれた部分の表面上にゲート絶縁膜を介して設けられた前記レベル変換素子の制御電極と、
前記担体供給領域に接する担体供給電極と、
前記担体受領領域に接する担体受領電極と、
前記第1コンタクト領域に接するダイオード用電極と、
を更に備えることを特徴とする請求項2に記載の半導体集積回路。 the carrier supply region is disposed in a base region of a second conductivity type disposed inside the annular well region;
a control electrode of the level conversion element provided on a surface of a portion of the base region between the carrier supply region and the drift region via a gate insulating film;
a carrier supply electrode in contact with the carrier supply region;
a carrier receiving electrode in contact with the carrier receiving area;
a diode electrode in contact with the first contact region;
3. The semiconductor integrated circuit according to claim 2, further comprising:
前記中央ウェル領域が、前記エピタキシャル成長層に選択的に設けられている
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の半導体集積回路。 the drift region is formed of an epitaxially grown layer of a first conductivity type provided on a semiconductor substrate of a second conductivity type,
5. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the central well region is selectively provided in the epitaxial growth layer.
前記ドリフト領域が、前記エピタキシャル成長層に選択的に設けられている
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の半導体集積回路。 the central well region is selectively provided in an epitaxial growth layer of a first conductivity type provided on a semiconductor substrate of a second conductivity type;
5. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the drift region is selectively provided in the epitaxial growth layer.
前記中央ウェル領域の矩形の1辺側に、前記レベル変換素子が形成される領域と、pn接合ダイオードが形成される領域とが設けられている
ことを特徴とする請求項12に記載の半導体集積回路。 the central well region has a rectangular planar pattern;
13. The semiconductor integrated circuit according to claim 12, wherein a region in which the level conversion element is formed and a region in which a pn junction diode is formed are provided on one side of the rectangular central well region .
平面パターン上、前記埋込層の角部の曲率半径が、前記中央ウェル領域の角部の曲率半径よりも大きい
ことを特徴とする請求項1~13のいずれか1項に記載の半導体集積回路。 the buried layer and the central well region each have a rectangular planar pattern;
14. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein a radius of curvature of a corner of the buried layer is larger than a radius of curvature of a corner of the central well region in a planar pattern.
前記ドリフト領域が枠状の平面パターンを有し、
平面パターン上、前記埋込層の角部の曲率半径が、前記ドリフト領域の角部の曲率半径よりも大きい
ことを特徴とする請求項1~13のいずれか1項に記載の半導体集積回路。 the buried layer has a rectangular planar pattern;
The drift region has a frame-shaped planar pattern,
14. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein a radius of curvature of the corners of the buried layer is larger than a radius of curvature of the corners of the drift region in a planar pattern.
平面パターン上、前記埋込層の角部の曲率半径が80μm以上である
ことを特徴とする請求項1~13のいずれか1項に記載の半導体集積回路。 the buried layer has a rectangular planar pattern;
14. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the corners of the buried layer have a radius of curvature of 80 μm or more in a plane pattern.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US16/813,104 US11562995B2 (en) | 2019-04-11 | 2020-03-09 | Semiconductor integrated circuit |
CN202010167105.1A CN111834358A (en) | 2019-04-11 | 2020-03-11 | Semiconductor integrated circuit having a plurality of transistors |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019075656 | 2019-04-11 | ||
JP2019075656 | 2019-04-11 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020174173A JP2020174173A (en) | 2020-10-22 |
JP7472522B2 true JP7472522B2 (en) | 2024-04-23 |
Family
ID=72831835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020022332A Active JP7472522B2 (en) | 2019-04-11 | 2020-02-13 | Semiconductor Integrated Circuit |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7472522B2 (en) |
CN (1) | CN111834358A (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117316947B (en) * | 2023-11-27 | 2024-05-24 | 厦门科塔电子有限公司 | ESD protection device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012176347A1 (en) | 2011-06-24 | 2012-12-27 | 富士電機株式会社 | High-voltage integrated circuit device |
JP2015173255A (en) | 2014-02-19 | 2015-10-01 | 富士電機株式会社 | High voltage integrated circuit device |
WO2017086069A1 (en) | 2015-11-19 | 2017-05-26 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device |
-
2020
- 2020-02-13 JP JP2020022332A patent/JP7472522B2/en active Active
- 2020-03-11 CN CN202010167105.1A patent/CN111834358A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012176347A1 (en) | 2011-06-24 | 2012-12-27 | 富士電機株式会社 | High-voltage integrated circuit device |
JP2015173255A (en) | 2014-02-19 | 2015-10-01 | 富士電機株式会社 | High voltage integrated circuit device |
WO2017086069A1 (en) | 2015-11-19 | 2017-05-26 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device |
US20180069076A1 (en) | 2015-11-19 | 2018-03-08 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020174173A (en) | 2020-10-22 |
CN111834358A (en) | 2020-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20210143148A1 (en) | Semiconductor device | |
US11257806B2 (en) | Semiconductor integrated circuit | |
US10547304B2 (en) | Semiconductor integrated circuit for driving switching device with integrated negative voltage clamp diode | |
WO2017086069A1 (en) | Semiconductor device | |
JPH04768A (en) | Mos semiconductor device | |
JP6743955B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor integrated circuit | |
US9893065B2 (en) | Semiconductor integrated circuit | |
JP7472522B2 (en) | Semiconductor Integrated Circuit | |
JP7115637B2 (en) | semiconductor integrated circuit | |
US10217765B2 (en) | Semiconductor integrated circuit | |
US11562995B2 (en) | Semiconductor integrated circuit | |
US10763854B2 (en) | Semiconductor integrated circuit | |
US20230187437A1 (en) | Semiconductor device | |
US20240128266A1 (en) | Semiconductor device | |
JP7143734B2 (en) | semiconductor integrated circuit | |
US20230178540A1 (en) | Semiconductor device | |
CN114843259A (en) | Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips | |
JP2022094896A (en) | Semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211217 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230116 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20231012 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231031 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231208 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240312 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240325 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7472522 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |