半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于具有在电源的正极与负载之间设有开关元件的结构的负载驱动电路的半导体装置，特别涉及在电源反向连接的状态下对开关元件进行保护的半导体装置。
【背景技术】
[0002]作为这种半导体装置，例如提出有专利文献I所记载的车用电源电路装置。
[0003]在该现有例中，如图7和图8所示，包括将由车载电源103对负载104的供电在导通状态与断开状态之间进行切换的功率芯片101。包括控制芯片102，该控制芯片102具有对功率芯片101的通/断切换进行控制的内部电路105，与功率芯片101分开构成。由此构成车用电源控制装置110，该车用电源控制装置110在将功率芯片101和控制芯片102与车载电源103进行并联连接的状态下，利用内部电路105来对功率芯片101进行控制，从而能控制对负载104的供电。而且，控制芯片102包括耗尽型M0SFET107，将源极端子171与控制芯片102的电源端子121或接地端子122相连接，漏极端子172与内部电路105相连接。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利特开2005-19532号公报
【发明内容】
[0007]发明所要解决的技术问题
[0008]然而，作为上述专利文献I所记载的现有例，将耗尽型M0SFET107与控制芯片102的车载电源103的正极侧相连接，该耗尽型M0SFET107在车载电源103反接时起到定电流元件的作用，内部电路105上施加有为使与耗尽型M0SFET107中流过的定电流值相同的电流流动而需要的电压，剩余的电压则施加于耗尽型MOSFET107。
[0009]当车载电源103正接时，使用耗尽型M0SFET107的特性中的电阻区域，从而电压降较小。
[0010]然而，作为上述现有例，存在以下未解决的问题:S卩，必须将耗尽型MOSFET与控制芯片102相连接，为了将非耗尽型的通常的MOSFET与耗尽型MOSFET集成在一起，必须追加制造工序，从而工序数增加和成品率下降会导致成本上升的问题。
[0011]另外，还存在可能会发生以下等不佳情况的未解决的问题:即，由于未示出生成内部电路105中的功率芯片的栅极上所施加的信号的电路，因此在车载电源103反接时内部电路105中原本应该导通的晶体管处于截止状态，从而OUT端子125的输出成为高阻抗。因此，存在以下未解决的问题:即，需要明示出对即使在车载电源反接时也能成功发挥作用的情况进行补偿的电路。
[0012]因此，本发明着眼于解决上述现有例的未解决的问题，其目的在于，提供一种半导体装置，该半导体装置能对电源反接时流过控制芯片的电流进行抑制而不使用耗尽型MOSFET，并且，能可靠地使功率芯片的开关元件处于导通状态并抑制发热。
[0013]解决技术问题所采用的技术方案
[0014]为了达到上述目的，本发明所涉及的半导体装置的一个方式在于，功率芯片，该功率芯片包括将从电源至负载的供电在导通状态与断开状态之间进行切换的开关元件；控制芯片，该控制芯片内置有对该功率芯片的开关元件进行控制的控制电路；以及反接保护电路，该反接保护电路在设置于所述控制芯片的所述电源反接时，将所述功率芯片的开关元件控制成导通状态，所述反接保护电路具有:保护用电阻，该保护用电阻插入于所述控制电路及所述电源的正极侧之间；以及控制电压形成电路，在所述电源反接时所述保护用电阻的中点电压输入至所述控制电压形成电路，以形成将所述功率芯片的开关元件控制成导通状态的控制电压。
[0015]另外，本发明所涉及的半导体装置的一个方式在于，所述保护用电阻具有以下结构:所述控制电路一侧与控制芯片的基板相连接，从而提供基板电位。
[0016]另外，本发明所涉及的半导体装置的一个方式在于，所述控制电压形成电路包括电压控制型半导体元件，对于该电压控制型半导体元件，将分压电阻的中点电压提供给其栅极端子，并将由所述保护用电阻所形成的所述基板电位输入至其输入侧端子。
[0017]另外，本发明所涉及的半导体装置的一个方式在于，在所述控制电压形成电路中，防逆流用二极管与所述电压控制型半导体元件串联连接。
[0018]另外，本发明所涉及的半导体装置的一个方式在于，在所述控制电压形成电路中，第二电压控制型半导体元件与所述电压控制型半导体元件串联连接，其中，所述第二电压控制型半导体元件的沟道与该电压控制型半导体元件不同。
[0019]另外，本发明所涉及的半导体装置的一个方式在于，在所述第二电压控制型半导体元件中，栅极端子与输入侧端子短路，背栅极端子与利用控制信号来进行开关控制的第三电压控制型半导体元件的输出端子侧相连接。
[0020]另外，本发明所涉及的半导体装置的一个方式在于，所述反接保护电路具有电荷泵电路，由所述控制电压形成电路的电压控制型半导体元件所输出的控制电压输入至所述电荷泵电路，该电荷泵电路的输出被提供给所述功率芯片。
[0021]发明效果
[0022]根据本发明，能提供足够的控制电压而不将耗尽型MOSFET与控制芯片相连，并能可靠地使功率芯片的开关元件处于导通状态并抑制功率芯片的发热，其中，所述控制电压能对电源反接时流过控制芯片的电流进行抑制，并且，能抑制控制芯片的发热并可靠地使功率芯片的开关元件处于导通状态，
【附图说明】
[0023]图1是表示示出本发明的实施方式I的半导体装置的具体结构的电路图。
[0024]图2是表示图1的半导体装置的元件结构的剖视图。
[0025]图3是表示实施方式I中电源反接时施加于功率芯片的电压例的特性曲线图。
[0026]图4是表示示出本发明的实施方式2的半导体装置的具体结构的电路图。
[0027]图5是表示示出本发明的实施方式3的半导体装置的具体结构的电路图。
[0028]图6是表示示出本发明的实施方式4的半导体装置的元件结构的剖视图。
[0029]图7是表示现有例的电路图。
[0030]图8是表示图7的半导体装置的元件结构的剖视图。
【具体实施方式】
[0031]下面，参考附图对本发明的实施方式进行说明。
[0032]图1是表示示出本发明的实施方式I的半导体装置的结构的电路图，图2是表示图1的半导体装置的元件结构的剖视图。
[0033]在图1中，标号I是电动机驱动电路，该电动机驱动电路I具有车载电池等直流电源2。该直流电源2的负极侧接地，正极侧与功率芯片10和控制芯片20相连接。
[0034]功率芯片10包括作为开关元件的N沟道M0SFET11，该M0SFET11的漏极与连接在直流电源2的正极侧的输入端子til相连接。另外，M0SFET11的源极与输出端子tol相连接，所述输出端子to I与作为负载的一端接地的电动机31的另一端相连接。此外，MOSFET11的栅极与栅极信号输入端子tgl相连接。此外，标号12是寄生二极管。
[0035]控制芯片20包括:与直流电源2的正极侧相连接的输入端子ti2 ;接地的输出端子to2 ;输入有驱动控制信号的驱动控制信号输入端子ts2 ;向功率芯片10输出栅极信号的栅极信号输出端子tg2 ;以及与功率芯片10和电动机31的连接点相连接的输出端子to30
[0036]另外，控制芯片20包括:对功率芯片10的M0SFET11的导通状态及截止状态进行控制的、形成栅极电压VG的控制电路21 ;在直流电源2反接时对功率芯片10和控制芯片20进行保护的反接保护电路22 ;以及形成提供给功率芯片10的M0SFET11的栅极信号的栅极信号形成电路23。
[0037]如图2所示，控制电路21包括构成于η型基板41的上表面侧所形成的P沟道区域的ESD(Electrostatic Discharge:静电放电)保护用的垂直扩散二极管(verticaldiffus1n d1de) 24,该垂直扩散二极管24的阳极与输出端子to2相连接，阴极在η型基板41内与反接保护电路22相连接。另外，图2所示的P-MOS和N-MOS代表控制电路21来示出用COMS来形成控制电路21时所使用的P沟道MOSFET和N沟道MOSFET的一般的一对MOSFET 的一种。
[0038]反接保护电路22包括:作为连接于输入端子ti2与垂直扩散二极管24的阴极之间的保护用电阻的分压电阻Rl和R2 ;以及控制电压形成电路25。此外，在图2中，仅示出了表示反接保护电路22中的电阻Rl和R2的串联电路的电阻，对反接保护电路22的其它部分(相当于控制电压形成电路25的部分)省略了图示。
[0039]控制电压形成电路25包括:栅极端子上输入有从分压电阻Rl和R2的中间连接点输出的中间电压Vdiv的PM0SFET26 ；以及两个防逆流用二极管27a和27b，这两个防逆流用二极管27a和27b插在该PM0SFET26的漏极、与栅极电压线21a的电阻R3和电阻R5的连接点之间，所述栅极电压线21a与控制电路21的输出端子相连接。PM0SFET26的源极与分压电阻R2和垂直扩散二极管24的阴极的连接点相连接。
[0040]栅极信号形成电路23包括:一端与栅极电压线21a的电阻R3和R5的连接点相连接的电阻R4，所述栅极电压线21a与控制电路21的输出端子相连接；漏极与该电阻R4的另一端相连接的NM0SFET28 ;以及阳极与该NM0SFET28的源极相连接、阴极与输出端子to3相连接的防逆流用二极管29。
[0041]在该栅极信号形成电路23中，当提供给NM0SFET28的栅极的控制信号SI为低电平时，NM0SFET28成为截止状态，栅极电压线21a的栅极电压经由电阻R5而被施加于功率芯片10的NM0SFET11的栅极，从而将NM0SFET11控制成导通状态。
[0042]相反，将高电平的控制信号SI提供给NM0SFET28，从而NM0SFET28成为导通状态，将栅极电压线21a的栅极电压下拉，以将功率芯片10的NM0SFET11控制成截止状态。另外，此时，将控制电路21内的电荷泵电路设为不工作，从而能可靠地将功率芯片10的NMOSFET11控制成截止状态。
[0043]电动机驱动电路I除了上述结构以外，还可以包括未图示的过热检测电路、过电流检测电路、负载短路检测电路等，另外，虽未图不，但具有生成提供给闻侧电路的电压的电荷泵电路等。
[0044]接着，对上述实施方式I的动作进行说明。
[0045]当前，在直流电源2如图1所示那样沿正方向进行连接的情况下，将提供给控制芯片20的栅极信号形成电路23的NM0SFET28的控制信号SI设为低电平，从而从控制电路21输出的栅极电压VG被施加于功率芯片10的NM0SFET11的栅极，于是该NM0SFET11成为合适的导通状态,直流电源2的电源电压VB经由NM0SFET11而被提供给电动机31，从而对电动机31进行旋转驱动。此外，在这种情况下，由于PM0SFET26的反转栅极端子的电压(由于输入PM0SFET26的栅极端子的输入电压为低电平时PM0SFET26导通，因此将该栅极端子称为反转栅极端子)被上拉，因此，PM0SFET26截止。
[0046]在该电动机31的旋转驱动状态下，将提供给栅极信号形成电路23的NM0SFET28的控制信号SI设为高电平，从而栅极电压线21a的栅极电压VG被下拉，功率芯片10的NMOSFET 11成为截止状态，直流电源对电动机31的供电被切断。