半导体集成电路装置的制造方法_2

文档序号:9565860阅读:来源:国知局
CMOS电路。高端电路部226的CMOS电路的栅极接收基于异常信号110而 形成的警报信号的输入。高端电路部226的CMOS电路的P沟道MOSFET的源极与H-VDD连 接,n沟道MOSFET的源极与Vs连接。其中,低端电路部227W及高端电路部226也存在具 备CMOS电路W外的传输电路的情况。
[0021] 构成高端电路部226的CMOS电路的P沟道MOS阳T和n沟道MOS阳T的连接点(输 出端子)与P沟道M0SFET221的栅极连接,向电平下降电路220传输输入信号。低端电路部 227的CMOS电路的栅极与电平下降电路220的输出部225连接,接受从电平下降电路220 传输来的输入信号的输入。低端电路部227的CMOS电路的P沟道MOSFET的源极与kVro 连接,n沟道MOS阳T的源极接地。构成低端电路部227的CMOS电路的P沟道MOS阳T和n 沟道MOSFET的连接点与ALM-OUT连接,从ALM-OUT向外部输出输出信号。
[0022] 在运样的电平下降电路220中,当基于异常信号110的警报信号被输入至高端电 路部226的CMOS电路的栅极时,该信号经由高端电路部226的CMOS电路输入至电平下降电 路220的P沟道MOS阳T221的栅极。P沟道MOS阳T221接受该输入信号的输入而导通或截 止,从电平下降电路220的输出部225输出输出信号,并输入至低端电路部227的CMOS电 路的栅极。低端电路部227的CMOS电路接受该输入信号的输入而导通或截止,从ALM-OUT 输出低端电路部227的CMOS电路的输出信号(通过电平下降电路220而使电平下降后的 警报信号)。
[0023] 接下来,针对现有的HVIC的剖面构造,参照图7~图10进行说明。图10是示出 现有的高压集成电路装置的构造的剖面图。在图10中示出自分离型的HVIC180的各构成 部分中的低端控制电路部181的逻辑部、高端控制电路部182的逻辑部W及高压结终端区 (HVJT:Hi曲VoltageJunctionTerminationregion) 183 的主要部分。从图 10 的上方图 示的剖面图的右侧开始至下方图示的剖面图的左侧为止持续的箭头,表示上方图示的剖面 图和下方图示的剖面图是连在一起的一个P型半导体基板101 (半导体忍片)(图1、图3~ 图6、图11也同样)。
[0024] 如图10所示,在现有的HVIC180中,在与GND连接的P型半导体基板101的正面 的表面层,分别选择性地设置有n型阱区102、104,n型阱区103W及P型阱区105。n型 阱区104包围在n型阱区103的周围,n型阱区102设置在n型阱区104的外侧(相对于 n型阱区103侧的相反侧)。P型阱区105设置于n型阱区102和n型阱区104之间。
[0025] 在n型阱区102,作为低端控制电路部181,配置有将栅极信号输出至半桥电路的 下桥臂的IGBT114的第一CMOS电路(P沟道MOS阳T(W下,称为第一P沟道MOS阳T) 120a W及n沟道MOS阳T(W下,称为第一n沟道MOS阳T) 12化)。并且,虽然省略了图示,在n型 阱区102作为低端控制电路部181配置有作为电平转换电路的周边电路的低端电路部216、 227 等。 阳0%] 在n型阱区103,作为高端控制电路部182,配置有作为电平转换电路的周边电路 的高端电路部217、226等。在图10中示出构成作为电平上升电路210的周边电路的高端电 路部217的逻辑部的第二CMOS电路(第二P沟道MOS阳T130aW及第二n沟道MOS阳T130b)。 构成电平上升电路210的n沟道M0SFET211被配置为从n型阱区103开始,持续到作为 HVJT183的n型阱区104、W及与n型阱区104接触的P型阱区105。
[0027] 构成电平上升电路210的n沟道MOS阳T211具备n型阱区103、n型阱区104、p型 阱区105、n+型区141、144、161、P+型接触区143、栅电极148、源电极145W及漏电极162。 P型阱区105作为基区发挥功能。n+型区144作为源区发挥功能。n+型区161作为漏区发 挥功能。符号146、147分别为信号电极(pickupelectrode)W及P+型接触区。符号142 为信号电极。
[0028] 具体来说,在P型阱区105的内部,分别选择性地设置有n+型区144、W及P+型接 触区143、147。在n型阱区103的内部选择性地设置有n+型区141。在P型阱区105的、n+型区144和n+型区141 (由与n+型区141接触的n型阱区103W及n型区104构成的 n型区)夹住的部分的表面上,隔着栅极绝缘膜设置有栅电极148。源电极145与n+型区 144W及P+型接触区143接触。
[0029] 源电极145与GND连接。漏电极162与n+型区161接触。并且,漏电极162通过 表面金属布线(未图示)与电平转换电阻212 (未在图10图示)连接,经由电平转换电阻 212与H-V孤电连接。并且,漏电极162和电平转换电阻212的连接部成为电平上升电路 210的输出部215。来自该输出部215的输出,当电平转换用的n沟道MOSFET导通时为低 电位,当截止时为高电位。因此,HVIC180能够进行作为不同基准电位间的信号传输的电平 转换动作。
[0030] 符号122~125分别为第一P沟道MOS阳1'120曰的11+型接触区、9+型源区、p+型漏区 W及栅电极。符号121、126~129分别为第一n沟道MOS阳T120b的P型偏置(offset)区、n+ 型漏区、n+型源区、P+型接触区化及栅电极。符号132~135分别为第二P沟道MOS阳T130a 的n+型接触区、P+型源区、P+型漏区W及栅电极。符号13U136~139分别为第二n沟道 MOS阳T130b的P型偏置区、n+型漏区、n+型源区、P+型接触区W及栅电极。H-OUT、kOUT、 H-V孤、kV孤、VsW及GND分别为与图7所示的H-OUT、kOUT、H-V孤、kV孤、VsW及GND 对应的端子。
[0031] 组合W运样的HVIC180作为驱动元件的开关功率设备(IGBT114U15)构成的半桥 电路而构成的全桥电路,除电动机控制用的逆变器W外,还广泛用于大容量的等离子显示 面板(PDP:PlasmaDisplayPanel)、液晶面板等的电源用途、空调和/或照明等家电用逆 变器等多个领域。运些电动机和/或照明等成为如上所述的L负载118。因此,HVIC180受 到由印刷基板上的布线和/或到L负载118的线缆等引起的寄生电感成分等的不良影响。
[0032] 具体来说,由于受该寄生电感成分等的不良影响,在上桥臂的IGBT115截止时和/ 或将下桥臂的IGBT114导通而进行开关时,Vs端子111的电位(高端电路部217、226的基 准电位)和/或H-VDD的电位(WVs端子111的电位为基准的电位)相对于GND的电位 (OV)向负电位侧变动。例如,在截止上桥臂IGBTl15的时刻,向Vs端子111施加相对于GND 的电位为负电位的负浪涌电压Vs。。该负浪涌电压Vs。能够使用W下公式(1)计算。在W下 公式(1)中,L。是L负载118的电感值,I是IGBTl15中流过的电流值。 阳03引 Vs〇=L〇XdI/dt W(I)
[0034] 当施加至Vs端子111的负浪涌电压Vs。比[GND的电位-(V,py+Vfd)]还低时,自分 离型的HVIC180 (忍片)的寄生pn二极管151、152开始导通。寄生pn二极管151由P型半 导体基板101和n型阱区103构成。寄生pn二极管152由P型阱区105和n型阱区104 构成。Vgpy是作为高端驱动电源的低电压电源113或未图示的自举电容器的两端之间的电 池电压。Vfd是寄生pn二极管151、152的正向电压降。
[0035] 当Vs端子111的电位在负方向被大幅下拉时,HVIC180(忍片)中流过过电流。其 结果,有引起构成HVIC180的高端控制电路部的错误操作和/或円锁甚至导致HVIC180故 障和/或损坏的隐患。施加至Vs端子111的负浪涌电压Vs。根据L负载118的电感值和/ 或HVIC180中流过的电流不同而不同,大约在-20V~-IOOV的程度,其施加期间从大约数 百ns到1yS的程度。
[0036] 为了保护作为运样的HVIC,即,预测在输出节点会出现过大的负振幅(施加有负 浪涌电压)从而驱动半桥型功率晶体管的HVIC,提出有具备W下电阻器的电路,该电阻与 HVIC忍片内的寄生二极管并联连接,并配置在HVIC忍片的基板和接地电位端子之间,对由 在输出节点的负的电压过渡现象引起,并在HVIC的寄生二极管中流过的负电压尖峰(负浪 涌)中的电流进行限制(例如,参考W下专利文献1)。
[0037] 另外,作为其他的HVIC,提出了W下装置。通过在属于电平转换电路的开关元件的 漏电极和属于放大器(CMOS电路)的MOS晶体管的栅电极之间插入二极管,从而削减超过 额定耐压而施加的负电压(反向偏压)的不良影响。在W下专利文献2中,通过反向流过 开关元件的电流,而防止放大器的运行受到不良影响(例如,参考W下专利文献2)。
[0038] 另外,作为其他的HVIC,提出了W下装置。在高压电源的高电位侧和低电位(接地 电位)侧之间,从高电压电源的高电位侧开始,W电平转换电阻、电流限制电阻、W及构成 电平上升电路的开关元件(漏区在高电位侧)的顺序将他们串联连接,将电平上升电路的 输出部设置在电平转换电阻和电流限制电阻之间。在W下专利文件3中,通过将电流限制 电阻连接于WVs端子的电位为基准的电平转换电路的低电压电源的高电位侧化-VDD)和 低电位侧(GND)之间的电流通路,从而防止构成电平上升电路的n沟道MOSFET的体二极管 和/或HVIC的寄生pn二极管自身由于过电流而导致损坏,和/或电平转换电路的电流容 量小的部位由于过电流而导致损坏(例如,参考W下专利文献3)。
[0039] 另外,作为其他的HVIC,提出有W下装置。在P型半导体基板的表面层,设置有设 有高端电路部的n型阱区。在该n型阱区内,设有用于设置构成高端电路部的逻辑部的CMOS 电路的n沟道MOSFET的P型偏置区,并且与P型偏置区相邻地设置有Vs的电位的P+型杂 质区。并且,在设置有高端电路部的n型阱区内,在构成高端电路部的逻辑部的CMOS电路 周边,设置有H-VDD的电位的n+型杂质区W及P+型杂质区(例如,参考W下专利文献4)。
[0040] 在专利文献4中,在构成高端电路部的n型阱区设置n+型杂质区W及P+型杂质 区,通过将运些杂质区固定在H-VDD的电位或者Vs的电位,从而使得从GND的电位的区域 向n型阱区流入的空穴电流在流入P型阱区之前被吸收。由此,防止在WVs端子的电位为 基准
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