半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高耐压集成电路装置即高耐压IC等半导体装置。
【背景技术】
[0002]—直以来，在产业用逆变器等电力转换装置中，在驱动构成电力转换用桥式电路的IGBT等半导体功率开关元件的栅极的情况下，为了在控制装置和栅极驱动电路之间进行电绝缘而使用绝缘变压器、光电耦合器。但是，近年来主要在低电容的用途中，为了实现低成本而使用未进行电绝缘的高耐压集成电路装置(以下称为HVIC)。
现有的HVIC例如记载于非专利文献1、专利文献I中。非专利文献I中记载了基于使用块状基板的自分离型工艺的HVIC。图26、27、28中示出了使用自分离型工艺的现有的HVIC200的例子。
[0003]图26是现有的HVIC200的主要部分俯视图。该HVIC200 —般包括高侧栅极驱动电路1137、具备Nch电平移位器1132的电平上拉电路1140、输入.控制电路1136、以及高耐压结终端结构1130。Nch电平移位器1132是与高耐压结终端结构1130 —体形成的Nch场效应晶体管，具有置位信号用和复位信号用这两个。图中的标号HI表示高电平、LO表示低电平、IN表示输入、OUT表示输出，IN侧的信号是以GND电位为基准的信号，OUT侧的信号是以VS电位为基准的信号。
[0004]图27是以图26的XXVI1-XXVII线进行切断而得到的主要部分剖视图。现有的HVIC200的剖面结构中，P型块状基板1101 (Psub)的前表面上形成有较深的η型扩散区域即η扩散区域1102和η扩散区域1103。此外，在η扩散区域1102的前表面上形成有输入.控制电路1136，在η扩散区域1103的前表面上形成有高侧栅极驱动电路1137。块状基板是指形成扩散区域之前的最初的基板。N扩散区域1102及η扩散区域1103的前表面上单独且部分地形成有用于形成Nch场效应晶体管等的相对较浅的P型扩散区域即P扩散区域1111及P扩散区域1112。P扩散区域1111通过P+扩散区域1109与输入.控制电路1136的基准电位即接地(GND)端子相连接。P扩散区域1112通过ρ+扩散区域1110与高侧栅极驱动电路1137的基准电位即VS端子相连接。另外，η扩散区域1102通过η+扩散区域1107与输入.控制电路1136的电源端子即VCC端子相连接。η扩散区域1103通过η+扩散区域1108与高侧栅极驱动电路1137的电源端子即VB端子相连接。VB端子和VS端子间施加有高侧栅极驱动电路1137的电源电压即9V?24V。
[0005]η扩散区域1102和ρ型块状基板1101的接合部1102a、及η扩散区域1103和ρ型块状基板1101的接合部1103a上单独形成有第I寄生二极管1141及第2寄生二极管1142ο
下文中将形成有高侧栅极驱动电路1137的η扩散区域1103的区域设为高侧电路区域1135，将形成有输入.控制电路1136的η扩散区域1102的区域设为低侧电路区域1133。即，标号1103和1135表不相同区域，标号1102和1133表不相同区域。
[0006]在高侧电路区域1135的周围形成有高耐压结终端结构1130，构成为在高侧电路区域1135可施加有比低侧电路区域1133的电位要高600V左右的高电压的结构。高耐压结终端结构1130采用由较薄的η型扩散区域即η扩散区域1105、较浅的ρ型扩散区域即P扩散区域1120、及ρ型块状基板1101构成的双RESURF(doubIe-RESURF)结构。
Nch电平移位器1132是与高耐压结终端结构1130—体形成的Nch场效应晶体管。其构成要素是:构成耐压结构和漏极漂移区域的较深且薄的η型扩散区域即η扩散区域1106、构成高耐压结终端结构1130的较浅的ρ型扩散区域的ρ扩散区域1119、构成漏极的较浅且浓的η型扩散区域的η+扩散区域1116、构成源极的较浅且浓的η型扩散区域的η +扩散区域1115、构成沟道的相对较浅且浓的ρ型扩散区域的ρ扩散区域1122、构成背栅的拾取区域的较浅且浓的P型扩散区域的P+扩散区域1114、栅极氧化膜1125、及栅极电极1124。
[0007]为了在VB端子和Nch电平移位器1132的漏极端子之间形成电平上拉电阻1127，与VB端子相连接的η扩散区域1103、和与漏极端子相连接的η扩散区域1106通过ρ扩散区域1147而彼此电分离。
此外，η扩散区域1102通过P+扩散区域1121与VCC端子相连接。VB端子通过虚线图示的自举二极管(bootstrap d1de) 1129与VCC端子相连接。VB端子及VS端子间连接有自举电容器(高侧的电源电容器)1138。
[0008]图28是图26的HVIC200的等效电路图。此外，对于电平上拉电路1140，仅记载有置位用的电路，省略复位用的电路。
使用图28说明在驱动桥式电路的高侧器件(高侧的功率器件)的情况下现有的HVIC200的动作。VS端子如图27所示，连接至构成桥式电路的低侧器件(低侧的功率器件)和高侧器件的连接点，高侧驱动电路如上所述以VS电位作为基准电位，在VS电位和VB电位之间进行动作。VB电位大致是VS电位+9V?24V。
[0009]输入至输入.控制电路1136的置位信号、复位信号通过电平上拉电路1140传输至以VS电位为基准进行动作的高侧栅极驱动电路1137。
置位信号传输时，桥式电路的高侧器件的栅极导通，复位信号传输时，桥式电路的高侧器件的栅极截止。HVIC200的动作中，VS端子的电位在OV到数百V之间变动。
高侧栅极驱动电路1137由缓冲电路R、Nch场效应晶体管、及Pch场效应晶体管等构成。
[0010]此外，关于图中的标号，a表示连接自举电容器1138的高电位侧的端子的VB端子，b表示连接自举电容器1138的低电位侧的端子的VS端子，c表示连接自举二极管1129的阳极的连接端子，d表示导通/截止信号的输入端子，e表示VCC端子，f表示导通/截止信号的输出端子，g表不与桥式电路的中间电位点相连接的VS端子，h表不Psub端子，i表不GND端子。h和i是一个端子。上述各端子是半导体装置200的各端子。小黑圆圈表示电路的连接点，小四边形表示与各电路区域的连接。
[0011]专利文献I中记载了以下内容:通过不使用高电压用金属跨线(从低侧区域跨接至高侧区域的金属布线)，而进一步与外延层的电阻Repi并排设置(扩散或多晶硅)电平移位电阻，从而能在施加有高电压的更广的范围内获得集成电路更为稳定的动作。
另外，专利文献2、专利文献3中记载了以下方法:S卩，使用负电压电源对基板电位施加负偏置，从而防止寄生二极管被正向偏置，从而防止高侧栅极驱动电路1137发生误动作。现有技术文献专利文献
[0012]专利文献1:日本专利第3214818号公报专利文献2:美国专利第6211706号说明书专利文献3:美国专利第6967518号说明书非专利文献
[0013]非专利文献1:Proc.0f The Ilth Int.Symp.0n Power Semiconductor Devicesand ICs IEEEand IEEJ 1999 年 pp.333-336
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0014]在与HVIC200所驱动的功率器件(例如构成桥式电路的IGBT:绝缘栅型双极晶体管)相连接的负载为电感性的情况下，在高侧的功率器件截止的瞬间负载中所产生的反电动势会导致VS电位瞬间低于GND的负电压浪涌的生成。
负电压浪涌的电压(绝对值)大于VB端子和VS端子间的电压的情况下，不仅VS电位低于GND电位，VB电位也低于GND电位。例如在负电压浪涌为_200V、VB端子和VS端子间的电压为15V的情况下，VB电位下降为比GND电位(Psub电位)要低185V (15V-200V)。
[0015]在使用上述自分离型工艺的现有的HVIC200中，在VB端子和GND端子之间形成有第2寄生二极管1142。若VB电位低于GND电位，第2寄生二极管1142正向偏置，其电压变为正向电压0.6V以上，则第2寄生二极管1142导通。由于该导通，浪涌电流从与GND端子相连接的P型块状基板1101 (Psub)流入与VB端子相连接的高侧电路区域1135即η扩散区域1103。该浪涌电流会引起高侧栅极驱动电路1137的误动作。现有的HVIC200对于负电压浪涌的耐量大约为-200V。即，设计为在施加有不超过-200V左右的负电压浪涌的情况下，高侧栅极驱动电路1137不会进行误动作。该问题在使用接合分离工艺的HVIC中也同样存在。
[0016]对于上述的专利文献2、专利文献3所记载的使用负电压电源来向基板电位施加负偏置，从而防止寄生二极管被正向偏置的方法，由于需要负电压电源，因此存在成本大幅升高的问题。
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种能防止负电压浪涌所引起的高侧栅极驱动电路的误动作的半导体装置。
用于解决技术问题的技术手段
[0017]为了实现上述目的，本发明的一实施方式的半导体装置包括:第I导电型半导体层；第2导电型的第I半导体区域及第2半导体区域，该第2导电型的第I半导体区域及第2半导体区域配置于该半导体层的表面层或半导体层上，并在与半导体层之间分别形成有第I寄生二极管及第2寄生二极管；控制电路，该控制电路配置于第I半导体区域且以第I半导体区域的电位即第I电位作为基准进行动作；栅极驱动电路，该栅极驱动电路配置于第2半导体区域的表面层所配置的第I导电型的第3半导体区域，以第2半导体区域的电位即第2电位作为基准电位进行动作；第I 二极管，该第I二极管配置在通过第2寄生二极管的、因负浪涌电压而产生的浪涌电流路径上，相对于浪涌电流具有反向特性；以及第I电平移位电路，该第I电平移位电路将由控制电路输出的以第I电位作为基准电位的第I栅极控制信号转换为以第2电位为基准的第3栅极控制信号，并输出到栅极驱动电路。
发明效果
[0018]根据本发明，能够提供一种能防止负电压浪涌引起的高侧栅极驱动电路的误动作的半导体装置。
【附图说明】
[0019]图1是表示本发明的实施方式I的半导体装置的主要部分俯视图。
图2是以图1的I1-1I线进行切断而得到的主要部分剖视图。
图3是第I二极管的主要部分剖视图。
图4是具有图1的半导体装置的驱动电路的电路图。
图5表示实施方式I的变形例，是以图1的I1-1I线进行切断而得到的主要部分剖视图。
图6是第I二极管的主要部分剖视图。
图7是表示本发明的实施方式2的半导体装置的主要部分俯视图。
图8是表示具有本发明的实施方式2的半导体装置的驱动电路的电路图。
图9是表示本发明的实施方式3的半导体装置的主要部分俯视图。
图10是表示具有本发明的实施方式3的半导体装置的驱动电路的电路图。
图11是表示本发明的实施方式4的半导体装置的主要部分俯视图。
图12是以图11的XI1-XII线进行切断而得到的主要部分剖视图。
图13是第3 二极管的主要部分俯视图。
图14是表示具有本发明的实施方式4的半导体装置的驱动电路的电路图。
图15是表示本发明的实施方式5的半导体装置的主要部分俯视图。
图16是以图15的XV1-XVI线进行切断而得到的主要部分剖视图。
图17是第3 二极管的主要部分俯视图。
图18是表示具有本发明的实施方式5的半导体装置的驱动电路的电路图。
图19是表示具有本发明的实施方式6的半导体装置的驱动电路的电路图。
图20是表示具有本发明的实施方式7的半导体装置的驱动电路的电路图。
图21是表示具有本发明的实施方式8的半导体装置的驱动电路的电路图。
图22是表示具有本发明的实施方式9的半导体装置的驱动电路的电路图。
图23是表示具有本发明的实施方式10的半导体装置的驱动电路的电路图。
图24是表示本发明的实施方式11的半导体装置的主要部分俯视图。
图25是以图24的XXV-XXV线进行切断而得到的主要部分剖视图。
图26是现有的高耐压集成电路装置的主要部分俯视图。
图27是以图26的XXV1-XXVI线进行切断而得到的主要部分剖视图。
图28是图26的高耐压集成电路装置的电路图。
【具体实施方式】
[0020]接下来说明作为本发明的一个例子的实施方式。
本说明书及附图中冠有η的层或区域表示电子为多数载流子，冠有ρ的层或区域表示空穴为多数载流子。附加于η、ρ的+及-表示相比于未附加+或-的半导体区域而言，杂质浓度相对较高或较低。
在以下实施方式I至实施方式11的说明及附图中，对同样的结构标注相同的标号，并省略重复说明。
[0021]实施方式I至实施方式11的说明及附图中，为了易于观察和理解，而并未以正确的比例尺、尺寸比进行描绘，本发明在不超过其要旨的范围内，并不限于以下所说明的实施方式I至实施方式11的记载。
此外，实施方式I至实施方式11所说明的附图中，在图2、图3、图5、图6、图12、图16、图25及图27中，为了易于观察附图而省略了表示截面的阴影。
在以下的实施方式I至实施方式11中，作为本发明的“半导体装置”的代表例，主要着眼于高耐压集成电路装置(HVIC)为例进行说明。
[0022](实施方式I)
图1是本发明的半导体装置100的主要部分俯视图。该半导体装置100的一种形态是高耐压集成电路装置(HVIC)。
半导体装置100驱动图4所示的例如适用于产业用逆变器等的电力转换装置的电力转换用桥式电路500。该电力转换用桥式电路500所具有的IGBT等电压控制型的高侧功率器件501和低侧功率器件502串联连接在从高电压电源提供数百V电压的电压线、和作为公共电位的接地之间。并且，向高侧功率器件501及低侧功率器件502的中间点