JPH05198758A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH05198758A
JPH05198758A JP4240453A JP24045392A JPH05198758A JP H05198758 A JPH05198758 A JP H05198758A JP 4240453 A JP4240453 A JP 4240453A JP 24045392 A JP24045392 A JP 24045392A JP H05198758 A JPH05198758 A JP H05198758A
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insulating layer
dmos
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box
diffused mos
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JP4240453A
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Toshio Sakakibara
利夫 榊原
Yutaka Fujimoto
裕 藤本
Yoshiaki Nakayama
喜明 中山
Osamu Ishihara
治 石原
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NipponDenso Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 誘導負荷駆動時に誤作動を生じず、かつコン
パクトな形状で充分な出力電流が得られる。 【構成】 半導体基板3内に基板の一面に開放する箱形
に絶縁層4を形成して、該箱形絶縁層に囲まれた半導体
層内に横型二重拡散MOS電界効果トランジスタ2A,
2Bを形成するとともに、上記箱形絶縁層外の半導体層
内に縦型二重拡散MOS電界効果トランジスタ1A,1
Bを形成してある。誘導負荷駆動時の逆起電力により出
力1,2端子の電位がアース電位を下回っても、素子分
離を絶縁層によって行っているから寄生トランジスタは
生じておらず、これが導通して誤作動する問題は生じな
い。縦型二重拡散MOS電界効果トランジスタはON抵
抗が小さいから、その形成面積を小さくしても充分な出
力電流が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基板内に素子分離
をして複数の二重拡散MOS電界効果トランジスタを形
成した半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、モータを正逆駆動するHブリッジ
(図2)の二重拡散MOS電界効果トランジスタ(DM
OS)1A,1B,2A,2Bを、図3に示す如く1チ
ップの半導体基板3上にモノリシック形成することが試
みられており、この場合の素子分離を図に示すJI(J
unction Isolation)方式により行っ
たものが知られている(日刊工業新聞刊 電子技術 1
989−6)。
【0003】このJI方式はSI(Self Isol
ation)方式等に比して良好な素子分離を実現する
ことができるが、その原理は基本的にPN接合に逆バイ
アス電圧を印加することによって素子間を電気的に分離
するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、かかるJI
方式で素子分離をしたHブリッジ駆動回路でモータを駆
動すると、そのインダクタンスにより生じる逆起電力に
よって、図3の出力1端子がアース電位より低下するこ
とがあり、素子分離のために拡散形成したP層とこれを
挟むN層により生じる寄生トランジスタTrが導通して
誤作動を生じるという問題がある。
【0005】また、上記方式により半導体基板内に形成
される電界効果トランジスタ(FET)は横型(Lat
eral)二重拡散MOSFETであるため導通抵抗
(RON)が比較的高く、所定の出力電流を確保するため
にはチップ面積を大きくする必要がある。
【0006】本発明はかかる課題を解決するもので、寄
生トランジスタが導通して誤作動することがなく、かつ
チップ面積を小さくできる半導体装置を提供することを
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、半導体基板内において基板の一面に開放する箱形の
絶縁層が形成され、該箱形絶縁層に囲まれた半導体層内
に横型二重拡散MOS電界効果トランジスタが形成され
るとともに、上記箱形絶縁層外の半導体層内に縦型二重
拡散MOS電界効果トランジスタが形成されており、こ
の縦型二重拡散MOS電界効果トランジスタにてハイサ
イドスイッチを構成するとともに、上記横型二重拡散M
OS電界効果トランジスタにてローサイドスイッチを構
成するものである。
【0008】
【作用】上記構成においては、ハイサイドスイッチ,ロ
ーサイドスイッチを各々構成する各トランジスタ素子を
箱形の絶縁層により電気的に分離しているから、寄生ト
ランジスタが生じることはなく、誘導負荷駆動時に上記
トランジスタが導通して誤作動するという問題は生じな
い。
【0009】また、ハイサイドスイッチを構成するトラ
ンジスタ素子をRONの小さい縦型二重拡散MOS電界効
果トランジスタとしているため、特にHブリッジ駆動回
路のハイサイド側にこれを使用すれば基板面積を小さく
しても充分な出力電流を得ることができる。
【0010】
【実施例】以下本発明を図に示す実施例に従って説明す
る。図1はHブリッジに適用した本発明一実施例の半導
体装置の断面図である。
【0011】図1において、半導体基板3内には基板上
面に開放する箱形の絶縁層4が形成され、絶縁層4の縦
壁によって互いに区画された3つの半導体層内には各
々、論理回路あるいはゲート駆動回路等を構成する制御
回路部(図1には一例としてC−MOS回路を図示して
いる)5,及びその左右位置に各々横型二重拡散MOS
FET(L−DMOS)2A,2Bが形成されている。
これらL−DMOS2A,2Bは不純物拡散により、水
平方向へ離れた位置にソース21とドレイン22が形成
されており、各L−DMOS2A,2Bのソース21は
基板表面からの二重拡散(Double Diffus
ion)で形成されるとともにアースされている。
【0012】上記箱形絶縁層4外には左右位置にそれぞ
れ縦型二重拡散MOSFET(V−DMOS)1A,1
Bが形成されており、これらV−DMOS1A,1Bは
半導体基板3の上面からの不純物の二重拡散によりソー
ス11が形成されているとともに、基板3の下面を共通
のドレイン12として電源(+B)に接続されている。
なお、図中13,23はゲートである。
【0013】半導体基板3内の絶縁層4は、例えば特開
平2−96350号公報に示されるように、一方の鏡面
に溝を設けた二枚の半導体基板を互いの鏡面で接着した
後、溝表面に絶縁性酸化膜を形成し、必要な場合にはさ
らに多結晶シリコン等によって溝を埋めて形成する。
【0014】上記V−DMOS1Aのソース11はL−
DMOS2Bのドレイン22に接続され、また、V−D
MOS1Bのソース11はL−DMOS2Aのドレイン
22に接続されて図2に示すHブリッジを構成してお
り、各ソース11とドレイン22の接続部が出力1,2
端子となってモータに接続されている。
【0015】上記構成の半導体装置において、V−DM
OS1A,L−DMOS2AおよびV−DMOS1B,
L−DMOS2Bの各組を選択的に導通させると、モー
タへの出力電流が反転してこれが正逆転する。この正逆
転切替時にモータに生じる逆起電力により、出力1,2
端子の電位がアース電位を下回ることがあるが、素子分
離を絶縁層によりなしているから寄生トランジスタは形
成されておらず、これが導通して誤作動を生じることは
ない。
【0016】また、Hブリッジのハイサイド側のMOS
FETを縦型としたから、導通抵抗RONを充分小さくす
ることができ、チップ面積を小さくしても充分な出力電
流を確保できる。
【0017】次に、基板上へのハイサイド側V−DMO
Sとローサイド側L−DMOSの配分方法について説明
する。図2に示すようなHブリッジを構成する場合、ハ
イサイド側V−DMOS1A(1B)とローサイド側L
−DMOS2A(2B)のオン抵抗比を最適化すること
により、1チップ化した際のV−DMOS,L−DMO
S合計面積を最小にすることができる。
【0018】ブリッジとしての導通抵抗RONはV−DM
OSのオン抵抗RONとL−DMOSのオン抵抗RONの和
として与えられるため、その目標値をA(mΩ),V−
DMOSのオン抵抗RONをx(mΩ),L−DMOSの
導通抵抗RONをy(mΩ)とすれば、ブリッジとしての
導通抵抗RONは次式であらわされる。
【0019】
【数1】x+y=A (一定値) また、V−DMOS,L−DMOS合計面積S(m
2 )は、V−DMOSの単位面積当たりのオン抵抗a
(mΩ・mm2 ),L−DMOSの単位面積当たりのオ
ン抵抗b(mΩ・mm2 )を用いて次式であらわされ
る。
【0020】
【数2】a/x+b/y=S 従って、数1の制約条件の下で、数2の面積Sが最小と
なるような(x,y)の最適値を求めてV−DMOS,
L−DMOS各々の面積配分を決定するようにしてやれ
ばよい。V−DMOS,L−DMOS各々のオン抵抗を
等しく設計するようにしても両トランジスタ素子をL−
DMOSで構成した場合よりチップ面積の縮小化は図れ
るが、V−DMOS側のオン抵抗分をL−DMOS側の
それより小さく設計し、V−DMOS,L−DMOS各
々のオン抵抗を等しく設計した場合よりV−DMOSの
占有面積を大きくしても、全体としてのチップ面積をさ
らに縮小化させることが可能である。
【0021】また、チップ内へのV−DMOS1A,1
BおよびL−DMOS2A,2Bの配置に関しても、図
4に示すレイアウトのように熱のこもりやすいL−DM
OS2A,2Bをチップ周辺に配置して、より熱を逃が
しやすくするようにするとよい。図4においては、V−
DMOS1Aの表面電極(ソース電極)はL−DMOS
2Bのドレインとチップ表面にて接続されているととも
に、出力1端子となるパッド部P1を構成している。ま
た、V−DMOS1Bの表面電極(ソース電極)はL−
DMOS2Aのドレインとチップ表面にて接続されてい
るとともに、出力2端子となるパッド部P2を構成して
いる。そして、L−DMOS2A,2Bのソース電極は
共通とされ、アース電位の設定されるパッド部P3を構
成している。なお、論理回路,ゲート駆動回路等を構成
する制御回路部5はローサイド側のL−DMOS2A,
2Bより遠い位置に配置されて、回路への影響が最小限
となるようにされている。また、図4において、L−D
MOS2B,2A間にV−DMOS1A,1Bの一部領
域を延在させるようにレイアウトすることによりL−D
MOS2B,2Aを離し、さらに熱のこもりにくい構造
としてもよい。
【0022】なお、本発明は上記Hブリッジへの適用に
限られず、ハイサイドマルチチャンネルの如く複数の出
力を有するドライバの1チップ化へも適用できる。すな
わち1チップマルチチャンネルで、ハイサイドとローサ
イドの組み合わせが可能である。また、1チップHブリ
ッジにおいて、ハイサイド側のMOSFETのいずれも
縦型とする必要はなく、いずれか一方のみでも効果があ
る。さらにHブリッジを構成する場合に、絶縁分離され
たV−DMOSとL−DMOSを各組にして2チップで
構成しても良い。
【0023】
【発明の効果】以上の如く、本発明の半導体装置によれ
ば、誘導負荷を駆動した際に誤作動を生じることはな
く、また、コンパクトな形状で充分な出力電流を供給す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】半導体装置の断面図である。
【図2】Hブリッジの回路図である。
【図3】従来装置の断面図である。
【図4】チップレイアウトを示す図である。
【符号の説明】
1A,1B 縦型二重拡散MOS電界効果トランジスタ 2A,2B 横型二重拡散MOS電界効果トランジスタ 3 半導体基板 4 絶縁層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 9168−4M H01L 29/78 321 C (72)発明者 石原 治 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板内において基板の一面に開放す
    る箱形に絶縁層が形成され、該箱形絶縁層に囲まれた半
    導体層内に横型二重拡散MOS電界効果トランジスタが
    形成されるとともに、上記箱形絶縁層外の半導体層内に
    縦型二重拡散MOS電界効果トランジスタが形成されて
    おり、上記縦型二重拡散MOS電界効果トランジスタに
    てハイサイドスイッチを構成するとともに、上記横型二
    重拡散MOS電界効果トランジスタにてローサイドスイ
    ッチを構成したことを特徴とする半導体装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6940144B2 (en) 2002-09-19 2005-09-06 Denso Corporation Semiconductor equipment
JP2006128230A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Fuji Electric Holdings Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2011259529A (ja) * 2010-06-04 2011-12-22 Denso Corp 電流検出回路およびそれを有するインバータ回路が備えられる半導体装置

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JP2006128230A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Fuji Electric Holdings Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
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