JP4945868B2 - Integrated circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高耐圧ICなどの集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
パワーデバイスは、モータ制御用のインバータやコンバータ、照明用のインバータ、各種電源およびソレノイドやリレーの駆動用スイッチ等の多くの分野で広く利用されている。このパワーデバイスの駆動や制御は、従来個別の半導体素子や電子部品を組み合わせて構成した電子回路によっていたが、近年LSI(高集積度IC、ICとは集積回路のこと)技術を利用した数十V級の低耐圧ICや数百V級の高耐圧ICが実用化されており、さらに駆動・制御回路とパワーデバイスとを同一半導体基板に集積化したパワーICが用いられインバータやコンバータなどの変換装置などの小型化や高信頼性が図られている。
【0003】
図17はモータ制御用インバータのパワー部分を中心に説明する回路構成図である。三相モータMoを駆動するために用いるパワーデバイス(ここではIGBTであるQ1〜Q6とダイオードであるD1〜D6を示す)はブリッジ回路を構成し同一パッケージに収納されたパワーモジュールの構造をしている。ここでIGBTとは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのことである。主電源VCCは通常直流100〜400Vと高電圧である。主電源VCCの高電位側をVCCH 、低電位側をVCCL と表した場合、VCCH に接続されるIGBTQ1〜Q3を駆動するためには、IGBTのゲート電極の電位はこれよりさらに高電位となるため、駆動回路にはフォトカプラー(PC:Photo Coupler)や高耐圧IC(HVIC:High Voltage Integrated Circuit)が用いられる。駆動回路の入出力端子I/O(Input/Output)は通常マイクロコンピュータへ接続され、そのマイクロコンピュータによりインバータ全体の制御がなされる。
【0004】
図18は、図17で用いられる高耐圧IC(HVIC)の内部構成ユニッ トのブロック図を示す。その構成をつぎに説明する。入出力端子I/Oを通してマイクロコンピュータと信号のやりとりを行い、どのIGBTをオンさせ、どれをオフさせるかの制御信号を発生させる制御回路CU(Control Unit)と、この制御回路CUからの信号を入力ラインSIN4〜6で受けてIGBTのゲートドライブ用の出力ラインOUT4〜6から信号を出力し、また、IGBTの過電流を電流検出端子OC4〜6で、過熱を温度端子OT4〜6で検出し、異常信号を出力ラインSOUT4〜6で出力し、図17の主電源VCCの低電位側VCCL に接続するIGBTQ4〜Q6を駆動する、ゲート駆動回路GDU(Gate Drive Unit)4〜6と、GDU4〜6と同じ機能で主電源VCCの高電位側VCCH に接続するQ1からQ3を駆動するゲート駆動回路GDU1〜3と、VCCL レベルの制御回路CUの信号とVCCH レベルとVCCL レベルの間を行き来するGDU1〜3の信号(SIN1〜3、SOUT1〜3)との間を媒介する働きをするレベルシフト回路LSU(Level Shift Unit)とから構成されている。
【0005】
GDU1〜3のドライブ電源(図19参照)VDD1 〜VDD3 の高電位側をVDDH1〜VDDH3、低電位側をVDDL1〜VDDL3で示し、GDU4〜6のドライブ電源は共通電源VDDC (図19でも省略されている)であり、この共通電源VDDC の高電位側をVDDHC、低電位側をVDDLCで示す。またGDU4〜6およびCUのドライブ共通電源VDDC は10〜20V程度であり、この共通電源VDDC の低電位側VDDLCは図17の主電源VCCの低電位側VCCL に接続する。
【0006】
図19は図18のGDU1とIGBTQ1のさらに詳細な接続図を示す。ここではその他のGDUとIGBTは省略している。GDU1のドライブ電源VDD1 は10〜20V程度であり、その低電位側VDDL1はIGBTQ1 のエミッタ端子Eに即ちインバータ出力のU相に接続され、IGBTQ1のコレクタ端子Cが主電源VCCの高電位側VCCH に接続されている。このため、IGBTQ1がオンした時はVDDL1の電位はVCCH の電位とほぼ等しくなり、またIGBTQ1がオフした時はVDDL1の電位はVCCL の電位とほぼ等しくなる。従って、GDU1と他の回路ユニットとの間には主電源VCCの電圧より、さらに高い絶縁耐圧が必要であり、このことはGDU2、3についても同様である。そしてレベルシフト回路LSUはそれ自体が高耐圧でなければならない。同図においてIGBTQ1は電流検出端子Mと温度検出素子θおよび温度検出端子Tempを備え、ゲート駆動回路GDU1は電流検出端子OC1や温度検出端子OT1によりIGBTQ1の異常を検出し、異常信号を出力ラインSOUT1から出力する。OUT1はゲート駆動端子である。
【0007】
図20は図18に示した高耐圧IC(HVIC)のチップの平面図を示し、各回路ユニットの配置が分かるように描いている。他の回路ユニットから高耐圧で分離される必要のあるGDU1は接合分離や誘電体分離により電気的に分離された島の中に形成されており、その周縁部を高耐圧接合終端構造HVJT(絶縁するために高電圧が印加される接合の終端部の構造をいう)により囲まれている。レベルシフト回路LSUの中には主電源VCCの低電位側の電位VCCL レベルの信号をドライブ電源VDD1 の低電位側の電位VDDL1レベルの信号(入力ラインSIN1の信号)にレベルシフトするための高耐圧nチャネルMOSFET(HVN)が設けられている。
【0008】
この高耐圧nチャネルMOSFETには、中心のドレイン電極DN を囲んで高耐圧接合終端構造HVJTが設けられている。またGDU1の分離された島の中にはVDDL1レベルの信号(出力ラインSOUT1の信号)をVCCL レベルの信号にレベルシフトするための高耐圧pチャネルMOSFET(HVP)が設けられており、この場合もドレイン電極DP を囲んで高耐圧接合終端構造HVJTが設けられている。そして、GDU1の入力ラインSIN1と出力ラインSOUT1が、高耐圧接合終端構造HVJTの上を通ってGDU1とLSUの間にそれぞれ跨がって配線されている。また各GDUには図19で示したOUT端子、OC端子、OT端子が配置され、GDU1〜GDU3にはVDDH1〜VDDH3の端子、VDDL1〜VDDL3の端子が配置され、またGDU4〜GDU6にはVDDHCの端子とVDDLCの端子が配置されている。同図ではGDU1とGDU4の詳細な説明をし、他のGDUは詳細な配置説明は省略した。
【0009】
以上が、特開平9−74198号公報の従来技術の項で説明されている内容である。前記の図20の耐圧接合終端構造HVJTと高耐圧MOSとに相当する箇所の別の従来例を次に説明する。
図21は、高耐圧ICの要部平面図である。以下の説明では、高耐圧終端構造を符号3で示すこととする。
【0010】
高電位にある上アームのゲート駆動回路や保護回路などの浮遊電位基準回路は、浮遊電位基準回路領域1に形成され、周囲を高耐圧接合構造3(周縁部領域)で囲まれ、低電位にある下アームの制御回路、ゲート駆動回路、保護回路などの接地参照制御回路である接地電位基準回路が形成される接地電位基準回路領域2とは、基準電位が分離され、それぞれ高耐圧接合構造3により電位的には独立している。
【0011】
接地電位基準回路から浮遊電位基準回路への信号の伝達は、例えば、レベルアップ用高耐圧NMOS5(NMOS:nチャネルMOSFET)を用いたレベルシフトアップによって行われる。図21に示す様に、高耐圧NMOS5は、寄生的な漏れ電流を小さくする目的で、図21のB部拡大図である図24で示す寄生抵抗R1を十分大きくするために、高耐圧NMOS5のp+ ドレイン領域21と浮遊電位基準回路領域1との距離L1を十分大きくとることが、特開平9−55498号公報や特開平10−27853号公報などで示されている。図26は、図24のN−N線で切断した要部断面図であり、図27は、図26とは別の要部断面図の例である。
【0012】
浮遊電位基準回路から接地電位基準回路への信号の伝達は、例えば、レベルダウン用高耐圧PMOS4(PMOS:pチャネルMOSFET)を用いたレベルシフトダウンによって行われる。図21のA部拡大図に相当する図22で示すように、高耐圧PMOS4は寄生的な漏れ電流26を小さくする目的で、寄生抵抗R0を十分大きくするために、特開平9−55498号公報や特開平10−27853号公報に開示されているように、高耐圧PMOSのp+ ドレイン領域15とGND電位であるp+ 領域19との距離L2を十分大きくとる必要がある。
【0013】
また、図21のように、高耐圧PMOS4を高耐圧接合終端構造3内に高耐圧PMOS4を形成する場合、図21のレベルダウン用高耐圧PMOS4周辺の拡大図(図21のA部拡大図)である図23に示すように、p- オフセット領域13にスリット14を入れて、p- オフセット領域13a、13bと分割し、高耐圧PMOS4のp+ ドレイン領域15とGND電位にあるp- 領域19の間を電気的に分離して、寄生的な漏れ電流27を抑制する方法が特開平10−27853号公報に開示されている。
【0014】
図25は、図23のX−X線で切断した要部断面図である。p- 基板11の表面層にnウェル領域12を形成し、このnウェル領域12の表面層にp- オフセット領域13aを形成する。また、このp- オフセット領域13aと接するように、または、p- オフセット領域13a内に、p+ ドレイン領域15を形成し、p- オフセット領域13aと離してp+ ソース領域17を形成する。さらに、図示しないゲート絶縁膜を介してゲート電極16を形成する。p- オフセット領域13a上に絶縁膜31を形成する。また、n+ ソース領域17に隣接してp+ 領域18を形成し、p- 基板11の電位をとるためにp+ 領域20を形成する。
【0015】
図28は、図23のY−Y線で切断した要部断面図である。高耐圧PMOSが形成されるp- オフセット領域13aと、PMOSが形成されないp- オフセット領域13bはスリット14でそれぞれ切り離されている。このスリット14の大きさ(幅)は、p- オフセット領域13a、13bを形成するときの、イオン注入時の図示しないレジストマスクの大きさであり、図中の32、33はこのレジストマスク端を示す。このスリット14を設けることで、高耐圧PMOS4のp+ のドレイン領域15とGND電位となるp+ 領域19の間(p- オフセット領域13aとp- オフセット領域13bの間)の寄生的な漏れ電流27を小さくするような構造である。
【0016】
尚、図22、図23の符号16はゲート電極、17はp+ ソース領域、18、20はp+ 領域である。図24の符号22はpウェル領域、23はn+ ソース領域、24はゲート電極である。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、高耐圧ICのレベルシフトアップおよびレベルシフトダウンに用いる高耐圧NMOS5や高耐圧PMOS4を使用する場合、従来の技術で述べたように、高耐圧NMOSのドレインと浮遊電位基準回路領域1の距離L1や、高耐圧PMOSのドレインと、接地電位基準回路領域2と同電位となるp+ 領域19との距離L2を十分大きくとるか、あるいは、高耐圧PMOS4において、p- オフセット領域13にスリット14を入れる必要がある。
【0018】
高耐圧NMOSのドレインと浮遊電位基準回路領域1の距離L1や、高耐圧PMOSのドレインと接地電位基準回路領域2の間(p+ ドレイン領域15とp+ 領域19の間隔)を十分大きくとる場合、チップサイズが大きくなり、チップコストが増大する。
p- オフセット領域13にスリット14を入れる場合、寄生的な漏れ電流27の発生が抑制され、チップサイズは、増大しない。しかし、スリット14箇所における高耐圧接合終端構造3を構成するp- 基板11、nウェル領域12、p- オフセット領域13a、13bでのチャージバランスが崩れることにより、耐圧が低下する。
【0019】
このことを図28から図30で説明する。スリット14のない通常の領域(nウェル領域12とp- オフセット領域のpn接合25が点線で示す平坦な場合)では、p- オフセット領域、nウェル領域の単位面積当たりのチャージ量(所謂、RESURF(Reduced Surface Field)条件)で降伏電圧以下でp- オフセット領域が全て空乏化する。このチャージ量は1.2×1012cm-2程度である。
【0020】
一方、スリット14がある箇所では、p- オフセット領域13a、13bのチャージ量(アクセプタ量のこと)がRESURF条件を満足するチャージ量よりも少なく、nウェル領域12のチャージ量(ドナー量のこと)がRESURF条件を満足するチャージ量より多くなる。
これは、nウェル領域12では、nウェル領域12とp- オフセット領域のpn接合25が平坦な場合のnウェル領域12のC部の領域のドナー量に対して、D部のドナー量が増大し、p- オフセット領域13a、13bは、pn接合が平坦な場合に対してD部のアクセプタ量が減少している。そのため、この部分でのチャージバランスが崩れて、空乏化が適正に行われず、nウェル領域12の空乏層41の様子を示す図30のように、スリット14下のnウェル領域12内に、空乏層41が広がらない空洞領域Eが形成された状態となり、降伏が起こり、耐圧が低下する。また、図示しないが、p- オフセット領域13a、13bの全領域が空乏化し、p- 基板の一部も空防化している。
【0021】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、チップサイズの増大を伴わずに寄生的な漏れ電流を抑制し、耐圧低下を防止できる集積回路を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、第1導電型の半導体基板の表面層に拡散形成され高電圧回路を内在する第2導電型のウェル領域と、該高電圧回路を実質的に包囲し前記ウェル領域の終端部表面層に形成される第1導電型のオフセット領域と、該オフセット領域の一部が独立分離された少なくとも1つの独立分離領域とを有する集積回路において、前記オフセット領域と前記独立分離領域に挟まれる箇所の前記ウェル領域の拡散深さが、該箇所以外の拡散深さより浅い構成とする。
【0023】
また、第1導電型の半導体基板の表面層に拡散形成され高電圧回路を内在する第2導電型のウェル領域と、該高電圧回路を実質的に包囲し前記ウェル領域の終端部表面層に形成される第1導電型のオフセット領域と、該オフセット領域と接続する少なくとも1つの第1導電型独立領域とを有する集積回路において、前記オフセット領域および前記独立領域は拡散形成され、互いに表面部分が接し、該接した箇所近傍下の前記ウェル領域の拡散深さが、該近傍下の箇所以外の拡散深さより浅い構成とする。
また、第1導電型の半導体基板の表面層に拡散形成され高電圧回路を内在する第2導電型のウェル領域と、該高電圧回路を実質的に包囲し前記ウェル領域の終端部表面層に形成される第1導電型のオフセット領域と、該オフセット領域の一部が独立分離された少なくとも1つの独立分離領域とを有する集積回路において、前記オフセット領域と前記独立分離領域に挟まれる箇所の近傍下の前記ウエル領域に、前記オフセット領域と離れて第1導電型領域を形成する構成とする。
【0024】
また、第1導電型の半導体基板の表面層に拡散形成され高電圧回路を内在する第2導電型のウェル領域と、該高電圧回路を実質的に包囲し前記ウェル領域の終端部表面層に形成される第1導電型のオフセット領域と、該オフセット領域と接続する少なくとも1つの第1導電型独立領域とを有する集積回路において、互いに表面部分が接し、該接した箇所近傍下の前記ウェル領域に、前記オフセット領域と離れて第1導電型領域を形成する構成とする。
また、第1導電型の半導体基板の表面層に拡散形成され高電圧回路を内在する第2導電型のウェル領域と、該高電圧回路を実質的に包囲し前記ウェル領域の終端部表面層に形成される第1導電型のオフセット領域と、該オフセット領域の一部が独立分離された少なくとも1つの独立分離領域とを有する集積回路において、前記ウェル領域を互いに離して複数個形成し、該複数個のウェル領域それぞれにその表面層に前記オフセット領域または前記独立分離領域を形成する構成とする。
【0025】
また、前記独立分離領域あるいは前記独立領域と離間して前記高電圧回路側に形成される第1導電型ソース領域と、該ソース領域と前記独立分離領域あるいは前記独立領域に挟まれた前記ウェル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極と、前記ウェル領域の終端部側に、前記独立分離領域あるいは前記独立領域と接するかもしくは前記独立分離領域内あるいは前記独立領域内の表面層に形成される第1導電型ドレイン領域とを有する構成とする。
【0026】
また、前記独立分離領域内あるいは前記独立領域内の前記高電圧回路側に形成される第2導電型カソード領域と、前記ウェル領域の終端部側に、前記独立分離領域あるいは前記独立領域と接するかもしくは前記独立分離領域内あるいは前記独立領域内の表面層に形成される第1導電型アノード領域とを有する構成とする。
また、前記独立分離領域あるいは前記独立領域と離間して前記高電圧回路側に形成される第2導電型ドレイン領域と、前記ウェル領域の終端部側に、前記独立分離領域あるいは前記独立領域と接するかもしくは近接して形成される第1導電型ベース領域と、該ベース領域の表面層に形成される第2導電型ソース領域と、該ソース領域と前記ウェル領域に挟まれた前記ベース領域上にゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極とを有する構成とする。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下の説明する実施例は、レベルシフトダウン用高耐圧PMOSに本発明を適用した高耐圧ICについて示す。また、図の説明において、従来技術の図と同一部位には同一の符号を記した。
図1は、この発明の第1実施例の高耐圧ICの要部断面図である。この図は図28に相当した断面図である。
【0028】
p- 基板の表面層に、図示しないレジストマスクでイオン注入し、熱処理して、nウェル領域12を形成する。拡散深さを深くして、このnウェル領域12は、レジストマスク下で接続するように形成する。このnウェル領域12の表面層に前記のレジストマスクでイオン注入し、熱処理して、p- オフセット領域13a、13bを形成する。このp- オフセット領域13a、13bは分離するように形成する。レジストマスク端32、33の間がスリット14となる。表面に絶縁膜31を形成する。
【0029】
このようにすると、nウェル領域12の深さは、スリット14箇所で、図中のF部に示すように、浅くなる。つまり、このスリット14箇所でのnウェル領域12のドナー量をチャージバランスがとれるまで、減少させることができる。チャージバランスがとれることで、図2に示すように、スリット14箇所における空乏層43に、図25で示すような空洞領域Eが発生しない。空洞領域Eが発生しないために、耐圧低下を防止できる。また、p- オフセット領域13a、13bが分離されているため、前記の寄生的な漏れ電流も抑制できる。また、スリット14を形成することで、p+ ドレイン領域15とp+ 領域19の距離L2を小さくできて、チップサイズを小さくすることができる。
【0030】
尚、図2は、nウェル領域12に広がる空乏層43のみを示した。このとき、図示しないが、p- オフセット領域13a、13bの全領域が空乏化し、p- 基板11の一部も空乏化している。
図3は、この発明の第2実施例の高耐圧ICの要部断面図である。図1との違いは、p- オフセット領域13a、13bが接続して、p- オフセット領域13となっている点である。この場合は、寄生抵抗R2が図1より小さくなるが、接続箇所が表面に近いと、R2を大きくできるために、寄生的な漏れ電流を抑制できる。また、図2と同じようにnウェル領域12を形成することで、スリット14箇所でのチャージバランスをとり、耐圧低下を防止することができる。また、図1と同様に、チップサイズの小型化もできる。
【0031】
図4は、この発明の第3実施例の高耐圧ICの要部断面図である。図1との違いは、F部に相当する箇所に、p埋め込み領域51を形成して、チャージバランスをとっている点である。この場合も、図1と同様の効果が得られる。
図5は、この発明の第4実施例の高耐圧ICの要部断面図である。図3との違いは、スリット14箇所に、p埋め込み領域52を形成して、チャージバランスをとっている点である。この場合も、図2と同様の効果が得られる。
【0032】
図6は、この発明の第5実施例の高耐圧ICの要部断面図である。図1との違いは、スリット14箇所で、nウェル領域12もI部で分離されている点である。nウェル領域12が分離されることで、寄生的な漏れ電流はより一層抑制できる。また、図1と同様にチャージバランスをとることができるために、耐圧低下を防止できる。
【0033】
図7は、この発明の第6実施例の高耐圧ICの要部平面図である。半円形に突出した高耐圧接合終端領域3に、レベルダウン用高耐圧PMOS4(p+ ドレイン領域28、p+ ソース領域29)を形成した場合で、この高耐圧接合終端領域3にスリット14を設けた場合である。スリット14の断面構造は図1、3、4、5、6のいずれかと同じである。この場合も、図1のように直線部分に設けた場合と効果は同じである。
【0034】
以下に説明する実施例は、レベルシフトアップ用高耐圧NMOSに本発明を適用した高耐圧ICについて示す。
図8は、この発明の第7実施例の高耐圧ICである。この図は図21のJ部に相当する。高耐圧接合終端部に複数本のスリット14を形成する。このスリット14の要部断面図が図9から図12に示す。
【0035】
図9の場合について説明する。p- オフセット領域13をスリット14箇所で分割しnウェル領域2を図1のようにスリット14箇所で浅くすることで、nウェル領域12での寄生抵抗R3を増大させ、且つ、チャージバランスをとり、耐圧低下を抑制する。また、スリット14の本数を増やすとで寄生抵抗R3を増大させ、高耐圧NMOSのn+ ドレイン領域と浮遊電位基準回路領域1との距離L3を短くすることができる。
【0036】
図10の場合では、p- オフセット領域13が分割されずにスリット14箇所で接続し、nウェル領域2を図9のようにスリット14箇所で浅くすることで、nウェル領域12での寄生抵抗R4を増大させ、且つ、チャージバランスをとり、耐圧低下を抑制する。また、スリット14の本数を増やすとで寄生抵抗R4を増大させ、距離L3を短くすることができる。
【0037】
図11の場合では、図9の場合のように、p- オフセット領域13が分割し、スリット14箇所のnウェル領域2に、p埋め込み領域51を形成することで、nウェル領域12での寄生抵抗R5を増大させ、且つ、チャージバランスをとり、耐圧低下を抑制する。また、スリット14の本数を増やすとで寄生抵抗R5を増大させ、距離L3を短くすることができる。
【0038】
図12の場合では、図10の場合のように、p- オフセット領域13が分割されずにスリット14箇所で接続し、nウェル領域2を図11のようにスリット14箇所のnウェル領域2に、p埋め込み領域52を形成することで、nウェル領域12での寄生抵抗R6を増大させ、且つ、チャージバランスをとり、耐圧低下を抑制する。また、スリット14の本数を増やすとで寄生抵抗R6を増大させ、距離L3を短くすることができる。
【0039】
また、図13では、p- オフセット領域13に加え、nウエル領域2にも分離されることで、漏れ電流を抑制し、且つ、チャージバランスをとり、耐圧低下を抑制することができる。
また、図14のように、図8のスリット14を高耐圧接合終端構造3だけでなく、この高耐圧接合終端構造3に挟まれたnウェル領域3にも設けることで、さらに寄生抵抗を高めることができる。図15にその要部断面の一例を示す。
【0040】
図15は、図9の断面構造をした図8のスリット14に、さらに、高耐圧接合終端構造3に挟まれたnウェル領域3にも延長してスリット14aを設けた場合である。この図は図14のK−K線切断したスリット14a近傍の断面図である。このように、スリット14aを形成することで、図9の寄生抵抗R3を、さらに高い抵抗値を有する寄生抵抗R7とすることができる。そのため、図9よりさらにL3を短縮できる。また、高耐圧接合終端構造1で挟まれた領域にもp- オフセット領域を形成し、このp- オフセット領域をスリット14a部で分割することで、さらに寄生抵抗を大きくすることができる。
【0041】
尚、図10から図12のスリット14の断面構造の場合も、寄生抵抗を高める効果があることは勿論である。
図16は、この発明の第7実施例の高耐圧ICの要部断面図である。この図は、高耐圧pnダイオードの場合であり、図21のレベルシフトダウン用PMOS4を形成する箇所に高耐圧pnダイオードを形成した例である。この高耐圧pnダイオードは、ダイオードが導通することにより、浮遊電位回路の信号を接地基準回路へ伝送することに用いられる。
【0042】
p- 基板11の表面層にnウェル領域12を形成し、このnウェル領域12の表面層にp- オフセット領域13aを形成する。また、このp- オフセット領域13aと接するようにp+ アノード領域15aを形成し、p- オフセット領域13aの表面層に、p+ アノード領域15aと対向するようにp+ アノード領域17aを形成し、p- オフセット領域13a上に絶縁膜31を形成する。
【0043】
このpnダイオードが、図21のA部に形成され、p+ ドレイン領域15にp+ アノード領域15aが、p+ ソース領域17の代わりに、p- オフセット領域13a内にn+ カソード領域17aが形成された場合である。この場合も、図1から図6のスリット14を形成することで同様の効果が期待できる。また、図示しないが、高耐圧バイポオーラトランジスタなどにも本発明は適用できる。
【0044】
【発明の効果】
この発明によれば、高耐圧接合終端構造にスリットを形成することで、チップサイズの増大を伴わずに寄生的な漏れ電流を抑制し、且つ、耐圧の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1実施例の高耐圧ICの要部断面図
【図2】 スリット箇所における空乏層の広がりを示す図
【図3】 この発明の第2実施例の高耐圧ICの要部断面図
【図4】 この発明の第3実施例の高耐圧ICの要部断面図
【図5】 この発明の第4実施例の高耐圧ICの要部断面図
【図6】 この発明の第5実施例の高耐圧ICの要部断面図
【図7】 この発明の第6実施例の高耐圧ICの要部平面図
【図8】 この発明の第7実施例の高耐圧ICの要部平面図
【図9】 スリット箇所の要部断面図(図8のZ−Z線切断の要部断面図)
【図10】 スリット箇所の要部断面図(図8のZ−Z線切断の要部断面図)
【図11】 スリット箇所の要部断面図(図8のZ−Z線切断の要部断面図)
【図12】 スリット箇所の要部断面図(図8のZ−Z線切断の要部断面図)
【図13】 スリット箇所の要部断面図(図8のZ−Z線切断の要部断面図)
【図14】 図8のスリット箇所を延ばした要部平面図
【図15】 図15のK−K線切断の要部断面図で延長したスリット箇所の要部断面図
【図16】 この発明の第7実施例の高耐圧ICの要部断面図
【図17】 モータ制御用インバータのパワー部分を中心に説明する回路構成図
【図18】 図17で用いられる高耐圧IC(HVIC)の内部構成ユニットのブロック図
【図19】 図18のGDU1とIGBTQ1のさらに詳細な接続図
【図20】 図17と同一回路をインテリジェントパワーモジュールと呼ばれる製品を用いて構成した構成図
【図21】 高耐圧ICの要部平面図
【図22】 図21のA部を拡大した従来の高耐圧接合終端構造近傍の図で、p- オフセット領域が分割されていない図
【図23】 図21のA部を拡大した従来の高耐圧接合終端構造近傍の別の図で、p- オフセット領域が分割されている図
【図24】 図21のB部拡大図
【図25】 図23のX−X線切断の要部断面図
【図26】 図24のN─N線切断の要部断面図
【図27】 図26とは別の断面図
【図28】 図23のY−Y線切断の要部断面図
【図29】 スリット箇所でのドナー量とアクセプタ量を説明する図
【図30】 スリット箇所に空乏層が広がらない状態を示す図
【符号の説明】
1 ゲート駆動回路領域
2 制御回路領域
3 高耐圧接合終端構造
4 レベルダウン用高耐圧PMOS
5 レベルアップ用高耐圧NMOS
11 p- 基板
12 nウェル領域
13、13a、13b p- オフセット領域
14 スリット
15、28 p+ ドレイン領域
15a p+ アノード領域
16、24 ゲート電極
17、29 p+ ソース領域
17a n+ カソード領域
18、19、20 p+ 領域
21 n+ ドレイン領域
22 pウェル領域
23 n+ ソース領域
25 pn接合
26、27 寄生的な漏れ電流
31 絶縁膜
32、33 マスク端
41、43 空乏層
51、52 p埋め込み領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an integrated circuit such as a high voltage IC.
[0002]
[Prior art]
Power devices are widely used in many fields such as inverters and converters for motor control, inverters for lighting, various power supplies, and switches for driving solenoids and relays. The driving and control of this power device has been conventionally performed by an electronic circuit configured by combining individual semiconductor elements and electronic components, but in recent years, several tens of years using LSI (high integration IC, IC is an integrated circuit) technology. V-class low voltage IC and several hundred V-class high voltage IC are put into practical use, and power ICs with integrated drive / control circuits and power devices on the same semiconductor substrate are used to convert inverters, converters, etc. Miniaturization and high reliability of devices and the like are achieved.
[0003]
FIG. 17 is a circuit diagram illustrating the power portion of the motor control inverter. The power devices used to drive the three-phase motor Mo (here, the IGBTs Q1 to Q6 and the diodes D1 to D6 are shown) constitute a bridge circuit and have a power module structure housed in the same package. Yes. Here, IGBT is an insulated gate bipolar transistor. Main power supply VCCIs usually a high voltage of 100 to 400 VDC. Main power supply VCCThe high potential side ofCCH, V on the low potential sideCCLVCCHIn order to drive the IGBTs Q1 to Q3 connected to the IGBT, the potential of the gate electrode of the IGBT becomes higher than this, so that the driving circuit includes a photocoupler (PC: Photo Coupler) or a high voltage IC (HVIC: High). (Voltage Integrated Circuit) is used. The input / output terminal I / O (Input / Output) of the drive circuit is normally connected to a microcomputer, and the microcomputer controls the entire inverter.
[0004]
FIG. 18 shows a block diagram of an internal configuration unit of the high voltage IC (HVIC) used in FIG. The configuration will be described next. A control circuit CU (Control Unit) that exchanges signals with the microcomputer through the input / output terminal I / O, generates a control signal for turning on and off which IGBT, and a signal from the control circuit CU. The signals are received by the input lines SIN4 to SIN6 and output from the IGBT gate drive output lines OUT4 to OUT6. The overcurrent of the IGBT is detected by the current detection terminals OC4 to 6, and the overheat is detected by the temperature terminals OT4 to 6. The abnormal signal is output through the output lines SOUT4 to SOUT6, and the main power supply V in FIG.CCLow potential side VCCLGate drive circuits GDU (Gate Drive Unit) 4 to 6 for driving IGBTs Q4 to Q6 connected to the main power supply V with the same function as GDU4 to 6CCHigh potential side VCCHGate drive circuits GDU1 to GDU1 to drive Q1 to Q3 connected to V, and VCCLLevel control circuit CU signal and VCCHLevel and VCCLIt is composed of a level shift circuit LSU (Level Shift Unit) that acts as an intermediary between signals of GDU 1 to 3 (SIN 1 to 3, SOUT 1 to 3) that go back and forth between levels.
[0005]
Drive power supply for GDU 1 to 3 (see FIG. 19) VDD1~ VDD3The high potential side ofDDH1~ VDDH3, V on the low potential sideDDL1~ VDDL3The GDU4-6 drive power supply is a common power supply VDDC(This is also omitted in FIG. 19).DDCThe high potential side ofDDHC, V on the low potential sideDDLCIt shows with. GDU4-6 and CU drive common power supply VDDCIs about 10-20V, and this common power supply VDDCLow potential side VDDLCIs the main power supply V in FIG.CCLow potential side VCCLConnect to.
[0006]
FIG. 19 shows a more detailed connection diagram between GDU1 and IGBT Q1 of FIG. Other GDUs and IGBTs are omitted here. GDU1 drive power supply VDD1Is about 10 to 20V, and its low potential side VDDL1Is IGBTQ1Connected to the U phase of the inverter output, and the collector terminal C of the IGBT Q1 is connected to the main power source V.CCHigh potential side VCCHIt is connected to the. Therefore, when IGBTQ1 is turned on, VDDL1The potential of V is VCCHWhen the IGBT Q1 is turned off.DDL1The potential of V is VCCLIs substantially equal to the potential. Therefore, the main power supply V is not connected between the GDU 1 and other circuit units.CCTherefore, a higher withstand voltage is required than GDUs 2 and 3. The level shift circuit LSU must itself have a high breakdown voltage. In the figure, the IGBT Q1 includes a current detection terminal M, a temperature detection element θ, and a temperature detection terminal Temp. The gate drive circuit GDU1 detects an abnormality of the IGBT Q1 by the current detection terminal OC1 and the temperature detection terminal OT1, and outputs an abnormality signal to the output line SOUT1. Output from. OUT1 is a gate drive terminal.
[0007]
FIG. 20 is a plan view of the high voltage IC (HVIC) chip shown in FIG. 18 so that the arrangement of each circuit unit can be understood. The GDU 1 that needs to be separated from other circuit units at a high breakdown voltage is formed in an island that is electrically isolated by junction isolation or dielectric isolation, and the periphery of the GDU 1 is formed at a high breakdown voltage junction termination structure HVJT (insulation). In order to achieve this, it is surrounded by a junction end structure to which a high voltage is applied. In the level shift circuit LSU, the main power supply VCCV on the low potential sideCCLLevel signal to drive power supply VDD1V on the low potential sideDDL1A high breakdown voltage n-channel MOSFET (HVN) is provided for level shifting to a level signal (signal on the input line SIN1).
[0008]
This high breakdown voltage n-channel MOSFET has a central drain electrode D.NIs surrounded by a high voltage junction termination structure HVJT. There is a VDU in the isolated island of GDU1.DDL1Level signal (output line SOUT1 signal) is VCCLA high breakdown voltage p-channel MOSFET (HVP) for level shifting to a level signal is provided, and also in this case, the drain electrode DPIs surrounded by a high voltage junction termination structure HVJT. The input line SIN1 and the output line SOUT1 of the GDU1 are routed between the GDU1 and the LSU over the high voltage junction termination structure HVJT. Each GDU is provided with the OUT terminal, OC terminal, and OT terminal shown in FIG. 19, and GDU1 to GDU3 have V terminals.DDH1~ VDDH3Terminal, VDDL1~ VDDL3Terminals are arranged, and GDU4 to GDU6 have VDDHCTerminal and VDDLCTerminals are arranged. In the same figure, GDU1 and GDU4 are described in detail, and detailed arrangement description of other GDUs is omitted.
[0009]
The above is the contents described in the section of the prior art in JP-A-9-74198. Next, another conventional example of the portion corresponding to the breakdown voltage junction termination structure HVJT and the high breakdown voltage MOS of FIG. 20 will be described.
FIG. 21 is a plan view of the main part of the high voltage IC. In the following description, the high withstand voltage termination structure is denoted by reference numeral 3.
[0010]
A floating potential reference circuit such as a gate drive circuit or a protection circuit of the upper arm at a high potential is formed in the floating potential reference circuit region 1 and is surrounded by a high withstand voltage junction structure 3 (peripheral region) so as to have a low potential. A reference potential is separated from a ground potential reference circuit region 2 in which a ground potential reference circuit, which is a ground reference control circuit such as a control circuit, a gate drive circuit, and a protection circuit of a lower arm, is formed. Is independent in terms of potential.
[0011]
Signal transmission from the ground potential reference circuit to the floating potential reference circuit is performed, for example, by level up using a high voltage NMOS 5 (NMOS: n-channel MOSFET) for level up. As shown in FIG. 21, the high breakdown voltage NMOS 5 has a high breakdown voltage NMOS 5 in order to sufficiently increase the parasitic resistance R1 shown in FIG. p+JP-A-9-55498, JP-A-10-27853, etc. show that the distance L1 between the drain region 21 and the floating potential reference circuit region 1 is sufficiently large. 26 is a cross-sectional view of a main part taken along line NN in FIG. 24, and FIG. 27 is an example of a cross-sectional view of the main part different from FIG.
[0012]
Signal transmission from the floating potential reference circuit to the ground potential reference circuit is performed, for example, by level shift down using a high voltage PMOS 4 (PMOS: p-channel MOSFET) for level down. As shown in FIG. 22 corresponding to the enlarged view of the part A in FIG. 21, the high breakdown voltage PMOS 4 has a purpose of reducing the parasitic leakage current 26, and in order to sufficiently increase the parasitic resistance R0, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-55498. As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-27853 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-27853, the high-voltage PMOS p.+The drain region 15 and the GND potential p+It is necessary to make the distance L2 with the region 19 sufficiently large.
[0013]
Further, as shown in FIG. 21, when the high breakdown voltage PMOS 4 is formed in the high breakdown voltage junction termination structure 3, as shown in FIG. 21, an enlarged view around the level down high breakdown voltage PMOS 4 in FIG. As shown in FIG.-Insert a slit 14 in the offset region 13 and p-Separated from the offset regions 13a and 13b, the p of the high breakdown voltage PMOS 4+The drain region 15 and p at the GND potential-Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-27853 discloses a method of electrically isolating regions 19 to suppress parasitic leakage current 27.
[0014]
FIG. 25 is a cross-sectional view of a principal part taken along line XX in FIG. p-An n well region 12 is formed on the surface layer of the substrate 11, and p is formed on the surface layer of the n well region 12.-An offset region 13a is formed. This p-In contact with the offset region 13a or p-In the offset area 13a, p+A drain region 15 is formed and p-P apart from the offset region 13a+A source region 17 is formed. Further, the gate electrode 16 is formed through a gate insulating film (not shown). p-An insulating film 31 is formed on the offset region 13a. N+P adjacent to source region 17+Region 18 is formed and p-P to take the potential of the substrate 11+Region 20 is formed.
[0015]
FIG. 28 is a cross-sectional view of a principal part taken along line YY of FIG. P with which high voltage PMOS is formed-Offset region 13a and p in which PMOS is not formed-The offset regions 13b are separated by slits 14, respectively. The size (width) of the slit 14 is p.-The size of the resist mask (not shown) at the time of ion implantation when forming the offset regions 13a and 13b, and 32 and 33 in the figure indicate the ends of the resist mask. By providing this slit 14, p of the high voltage PMOS 4 is provided.+Drain region 15 and p at GND potential+Between regions 19 (p-Offset region 13a and p-The structure is such that the parasitic leakage current 27 between the offset region 13b) is reduced.
[0016]
In FIGS. 22 and 23, reference numeral 16 denotes a gate electrode, and 17 denotes p.+Source region, 18 and 20 are p+It is an area. In FIG. 24, reference numeral 22 denotes a p-well region, and 23 denotes n.+A source region 24 is a gate electrode.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when the high breakdown voltage NMOS 5 or the high breakdown voltage PMOS 4 used for level shift up and level shift down of the high breakdown voltage IC is used, as described in the prior art, the drain of the high breakdown voltage NMOS and the floating potential reference circuit region 1 which is the same potential as the distance L1 of 1, the drain of the high breakdown voltage PMOS, and the ground potential reference circuit region 2+The distance L2 from the region 19 is sufficiently large, or in the high breakdown voltage PMOS 4, p-It is necessary to insert a slit 14 in the offset region 13.
[0018]
The distance L1 between the drain of the high voltage NMOS and the floating potential reference circuit region 1 and the distance between the drain of the high voltage PMOS and the ground potential reference circuit region 2 (p+Drain region 15 and p+When the space (space 19) is sufficiently large, the chip size increases and the chip cost increases.
p-When the slit 14 is inserted in the offset region 13, the generation of the parasitic leakage current 27 is suppressed, and the chip size does not increase. However, p constituting the high-voltage junction termination structure 3 at the 14 positions of the slits.-Substrate 11, n-well region 12, p-The breakdown voltage decreases due to the loss of the charge balance in the offset regions 13a and 13b.
[0019]
This will be described with reference to FIGS. Normal region without slit 14 (n well region 12 and p-In the case where the pn junction 25 in the offset region is flat indicated by a dotted line), p-The charge amount per unit area of the offset region and the n-well region (so-called RESURF (Reduced Surface Field) condition) is p below the breakdown voltage.-All offset regions are depleted. This charge amount is 1.2 × 1012cm-2Degree.
[0020]
On the other hand, in the place where the slit 14 is present, p-The charge amount (acceptor amount) in the offset regions 13a and 13b is smaller than the charge amount satisfying the RESURF condition, and the charge amount (donor amount) in the n-well region 12 is larger than the charge amount satisfying the RESURF condition. .
This is because, in the n-well region 12, the n-well region 12 and p-When the pn junction 25 in the offset region is flat, the donor amount in the D portion increases relative to the donor amount in the C portion region of the n-well region 12, and p-In the offset regions 13a and 13b, the acceptor amount of the D portion is reduced as compared with the case where the pn junction is flat. For this reason, the charge balance in this portion is broken, and depletion is not properly performed. As shown in FIG. 30 showing the state of the depletion layer 41 in the n-well region 12, the depletion is present in the n-well region 12 below the slit 14. A cavity region E where the layer 41 does not expand is formed, yielding occurs, and the breakdown voltage decreases. Although not shown, p-All regions of the offset regions 13a and 13b are depleted, and p-A part of the board is also air-proofed.
[0021]
An object of the present invention is to solve the above-described problems and provide an integrated circuit capable of suppressing a parasitic leakage current without increasing a chip size and preventing a decrease in breakdown voltage.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a well region of a second conductivity type formed in a surface layer of a semiconductor substrate of a first conductivity type and having a high voltage circuit therein, and substantially surrounding the high voltage circuit, the well In an integrated circuit having an offset region of a first conductivity type formed in a surface layer of a terminal portion of a region and at least one independent isolation region in which a part of the offset region is independently isolated, the offset region and the independent isolation It is assumed that the diffusion depth of the well region at a location sandwiched between the regions is shallower than the diffusion depth other than the location.
[0023]
Also, a second conductivity type well region which is diffused and formed in the surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate and contains the high voltage circuit, and substantially surrounds the high voltage circuit, and is formed on the end surface layer of the well region. First conductivity type offset region to be formed and the offset regionAreaConnectionYouIn the integrated circuit having at least one first conductivity type independent region, the offset region and the independent region are formed by diffusion., MutualThe surface portion is in contact with each other, and the diffusion depth of the well region under the vicinity of the contact portion is the vicinity.underofOther thanThe structure is shallower than the diffusion depth.
Also, a second conductivity type well region which is diffused and formed in the surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate and contains the high voltage circuit, and substantially surrounds the high voltage circuit, and is formed on the end surface layer of the well region. In an integrated circuit having a first conductivity type offset region to be formed and at least one independent separation region in which a part of the offset region is independently separated, in the vicinity of a portion sandwiched between the offset region and the independent separation region In the lower well region, a first conductivity type region is formed apart from the offset region.
[0024]
Also, a second conductivity type well region which is diffused and formed in the surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate and contains the high voltage circuit, and substantially surrounds the high voltage circuit, and is formed on the end surface layer of the well region. First conductivity type offset region to be formed and the offset regionAreaConnectionYouIn an integrated circuit having at least one first conductivity type independent region, MutualThe surface portion is in contact, and the first conductivity type region is formed apart from the offset region in the well region near the contacted portion.
Also,A diffusion region formed on the surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate and having a high voltage circuit and a second conductivity type well region substantially surrounding the high voltage circuit and formed on the termination surface layer of the well region; An integrated circuit having an offset region of a first conductivity type and at least one independent isolation region in which a part of the offset region is independently isolated,A plurality of the well regions are formed apart from each other, and the offset region or the independent isolation region is formed in the surface layer of each of the plurality of well regions.
[0025]
In addition, the independent separation regionOr the independent regionA first conductivity type source region formed on the high voltage circuit side apart from the source region, the source region and theIndependent separation region or said independent regionA gate electrode formed on the well region sandwiched by a gate insulating film, and the independent isolation region on the terminal end side of the well regionOr the independent regionTouch orWithin the independent separation region or within the independent regionAnd a first conductivity type drain region formed in the surface layer of.
[0026]
In the independent separation regionOr in the independent regionA second conductivity type cathode region formed on the high-voltage circuit side and an independent isolation region on the terminal end side of the well regionOr the independent regionTouch orWithin the independent separation region or within the independent regionAnd a first conductivity type anode region formed in the surface layer of.
In addition, the independent separation regionOr the independent regionA second conductivity type drain region formed on the high voltage circuit side and spaced apart from the well region, and the independent isolation region on the terminal end side of the well regionOr the independent regionIn contact with or in close proximity to1A conductive type base region; a second conductive type source region formed in a surface layer of the base region; and a gate formed on the base region sandwiched between the source region and the well region via a gate insulating film A structure having electrodes.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiments described below show a high voltage IC in which the present invention is applied to a high voltage PMOS for level shift down. In the description of the drawings, the same reference numerals are given to the same parts as those in the prior art.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a high voltage IC according to a first embodiment of the present invention. This figure is a sectional view corresponding to FIG.
[0028]
p-An n-well region 12 is formed on the surface layer of the substrate by ion implantation using a resist mask (not shown) and heat treatment. The n well region 12 is formed so as to be connected under the resist mask by increasing the diffusion depth. Ions are implanted into the surface layer of the n-well region 12 using the resist mask, heat-treated, and p.-Offset regions 13a and 13b are formed. This p-The offset regions 13a and 13b are formed so as to be separated. A slit 14 is formed between the resist mask ends 32 and 33. An insulating film 31 is formed on the surface.
[0029]
In this way, the depth of the n-well region 12 becomes shallow as shown in the F part in the figure at 14 slits. That is, the donor amount of the n-well region 12 at the 14 slits can be reduced until the charge balance is achieved. As a result of the charge balance, as shown in FIG. 2, the cavity region E as shown in FIG. 25 is not generated in the depletion layer 43 at the 14 positions of the slit. Since the cavity region E is not generated, it is possible to prevent the breakdown voltage from decreasing. P-Since the offset regions 13a and 13b are separated, the parasitic leakage current can be suppressed. Also, by forming the slit 14, p+Drain region 15 and p+The distance L2 of the region 19 can be reduced, and the chip size can be reduced.
[0030]
Note that FIG. 2 shows only the depletion layer 43 extending in the n-well region 12. At this time, although not shown, p-All regions of the offset regions 13a and 13b are depleted, and p-A part of the substrate 11 is also depleted.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of a high voltage IC according to the second embodiment of the present invention. The difference from FIG.-Offset regions 13a and 13b are connected and p-This is a point that is an offset region 13. In this case, the parasitic resistance R2 is smaller than that in FIG. 1, but when the connection location is close to the surface, R2 can be increased, so that a parasitic leakage current can be suppressed. Further, by forming the n-well region 12 in the same manner as in FIG. 2, it is possible to balance the charge at the 14 locations of the slits and to prevent the breakdown voltage from decreasing. Further, similarly to FIG. 1, the chip size can be reduced.
[0031]
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of a high voltage IC according to a third embodiment of the present invention. The difference from FIG. 1 is that a p-buried region 51 is formed at a position corresponding to the F portion to achieve charge balance. In this case, the same effect as in FIG. 1 can be obtained.
FIG. 5 is a sectional view showing the principal part of a high voltage IC according to the fourth embodiment of the present invention. The difference from FIG. 3 is that a p-buried region 52 is formed at 14 positions of the slit to achieve charge balance. In this case, the same effect as in FIG. 2 can be obtained.
[0032]
FIG. 6 is a sectional view showing the principal part of a high voltage IC according to the fifth embodiment of the present invention. The difference from FIG. 1 is that the n-well region 12 is also separated by the I portion at 14 slits. By separating the n-well region 12, parasitic leakage current can be further suppressed. In addition, since the charge balance can be achieved in the same manner as in FIG. 1, it is possible to prevent the breakdown voltage from decreasing.
[0033]
FIG. 7 is a plan view of the main part of a high voltage IC according to the sixth embodiment of the present invention. The high breakdown voltage PMOS 4 (p) for level down is provided in the high breakdown voltage junction termination region 3 protruding in a semicircular shape.+Drain region 28, p+This is a case where the source region 29) is formed and the slit 14 is provided in the high breakdown voltage junction termination region 3. The cross-sectional structure of the slit 14 is the same as that of any of FIGS. Also in this case, the effect is the same as the case where it is provided in the straight portion as shown in FIG.
[0034]
The embodiment described below shows a high voltage IC in which the present invention is applied to a high voltage NMOS for level shift up.
FIG. 8 shows a high voltage IC according to a seventh embodiment of the present invention. This figure corresponds to portion J in FIG. A plurality of slits 14 are formed at the high voltage junction end portion. Cross-sectional views of the main part of the slit 14 are shown in FIGS.
[0035]
The case of FIG. 9 will be described. p-The offset region 13 is divided at 14 slits and the n-well region 2 is shallowed at 14 slits as shown in FIG. 1, thereby increasing the parasitic resistance R3 in the n-well region 12 and maintaining the charge balance. Suppresses the decline. Further, increasing the number of slits 14 increases the parasitic resistance R3, and the high breakdown voltage NMOS n+The distance L3 between the drain region and the floating potential reference circuit region 1 can be shortened.
[0036]
In the case of FIG. 10, p-The offset region 13 is not divided and connected at 14 slits, and the n-well region 2 is shallowed at 14 slits as shown in FIG. 9, thereby increasing the parasitic resistance R4 in the n-well region 12 and charging. Balance and suppress pressure drop. Further, increasing the number of slits 14 can increase the parasitic resistance R4 and shorten the distance L3.
[0037]
In the case of FIG. 11, as in the case of FIG.-The offset region 13 is divided, and the p-buried region 51 is formed in the n-well region 2 at 14 slits, whereby the parasitic resistance R5 in the n-well region 12 is increased, charge balance is achieved, and the breakdown voltage is reduced. Suppress. Further, increasing the number of slits 14 can increase the parasitic resistance R5 and shorten the distance L3.
[0038]
In the case of FIG. 12, as in the case of FIG.-The offset region 13 is not divided and is connected at 14 slits, and the n-well region 2 is formed in the n-well region 2 at 14 slits as shown in FIG. In addition, the parasitic resistance R6 is increased, charge balance is achieved, and a decrease in breakdown voltage is suppressed. Further, increasing the number of slits 14 can increase the parasitic resistance R6 and shorten the distance L3.
[0039]
In FIG. 13, p-By separating the n-well region 2 in addition to the offset region 13, leakage current can be suppressed, charge balance can be achieved, and the breakdown voltage can be suppressed.
Further, as shown in FIG. 14, the slit 14 of FIG. 8 is provided not only in the high withstand voltage junction termination structure 3 but also in the n well region 3 sandwiched between the high withstand voltage junction termination structure 3, thereby further increasing the parasitic resistance. be able to. FIG. 15 shows an example of a cross section of the main part.
[0040]
FIG. 15 shows a case where a slit 14 a is provided in the slit 14 of FIG. 8 having the cross-sectional structure of FIG. 9 and also extending to the n-well region 3 sandwiched between the high voltage junction termination structures 3. This figure is a sectional view of the vicinity of the slit 14a cut along the line KK in FIG. Thus, by forming the slit 14a, the parasitic resistance R3 of FIG. 9 can be made a parasitic resistance R7 having a higher resistance value. Therefore, L3 can be further shortened from FIG. In addition, the region sandwiched by the high voltage junction termination structure 1 is also p.-An offset region is formed and this p-By dividing the offset region at the slit 14a, the parasitic resistance can be further increased.
[0041]
Needless to say, the cross-sectional structure of the slit 14 shown in FIGS. 10 to 12 also has the effect of increasing the parasitic resistance.
FIG. 16 is a sectional view showing the principal part of a high voltage IC according to the seventh embodiment of the present invention. This figure shows a case of a high breakdown voltage pn diode, which is an example in which a high breakdown voltage pn diode is formed at a location where the level shift down PMOS 4 of FIG. 21 is formed. The high breakdown voltage pn diode is used to transmit a signal of the floating potential circuit to the ground reference circuit when the diode becomes conductive.
[0042]
p-An n well region 12 is formed on the surface layer of the substrate 11, and p is formed on the surface layer of the n well region 12.-An offset region 13a is formed. This p-P in contact with the offset region 13a+An anode region 15a is formed, and p-P on the surface layer of the offset region 13a.+P so as to face the anode region 15a+An anode region 17a is formed, and p-An insulating film 31 is formed on the offset region 13a.
[0043]
This pn diode is formed in part A of FIG.+P in the drain region 15+The anode region 15a is p+P instead of source region 17-N in the offset region 13a+This is a case where the cathode region 17a is formed. In this case, the same effect can be expected by forming the slits 14 shown in FIGS. Although not shown, the present invention can also be applied to a high breakdown voltage bipolar transistor.
[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, by forming the slit in the high breakdown voltage junction termination structure, it is possible to suppress a parasitic leakage current without increasing the chip size and to prevent a decrease in breakdown voltage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part of a high voltage IC according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the spread of a depletion layer at a slit location.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of a high voltage IC according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an essential part of a high voltage IC according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an essential part of a high voltage IC according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of an essential part of a high voltage IC according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view of an essential part of a high voltage IC according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a plan view of an essential part of a high voltage IC according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of the main part of the slit portion (cross-sectional view of the main part taken along the line ZZ in FIG. 8).
FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of the slit portion (cross-sectional view of the main part taken along the line ZZ in FIG. 8).
11 is a cross-sectional view of the main part of the slit (cross-sectional view of the main part taken along the line ZZ in FIG. 8).
12 is a cross-sectional view of the main part of the slit location (cross-sectional view of the main part taken along the line ZZ in FIG. 8).
13 is a cross-sectional view of the main part of the slit (cross-sectional view of the main part taken along the line ZZ in FIG. 8).
FIG. 14 is a plan view of a principal part in which the slit portion of FIG. 8 is extended.
15 is a cross-sectional view of the main part of the slit portion extended in the cross-sectional view of the main part taken along the line KK of FIG.
FIG. 16 is a cross-sectional view of an essential part of a high voltage IC according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a circuit configuration diagram illustrating mainly the power portion of the motor control inverter.
18 is a block diagram of an internal configuration unit of a high voltage IC (HVIC) used in FIG.
FIG. 19 is a more detailed connection diagram between GDU1 and IGBT Q1 in FIG.
20 is a configuration diagram in which the same circuit as FIG. 17 is configured using a product called an intelligent power module.
FIG. 21 is a plan view of the main part of a high voltage IC.
FIG. 22 is a view in the vicinity of a conventional high voltage junction termination structure, enlarging part A of FIG.-Figure where the offset area is not divided
FIG. 23 is another view in the vicinity of the conventional high voltage junction termination structure, enlarging part A of FIG.-Figure where the offset area is divided
24 is an enlarged view of part B in FIG. 21.
25 is a cross-sectional view of main parts taken along the line XX of FIG.
26 is a cross-sectional view of a principal part taken along the line NN of FIG. 24.
27 is a sectional view different from FIG.
28 is a cross-sectional view of main parts taken along line YY in FIG. 23.
FIG. 29 is a diagram for explaining the donor amount and the acceptor amount at the slit location.
FIG. 30 is a diagram showing a state where a depletion layer does not spread in a slit portion.
[Explanation of symbols]
1 Gate drive circuit area
2 Control circuit area
3 High voltage junction termination structure
4 High voltage PMOS for level down
5 High voltage NMOS for level up
11 p-substrate
12 n-well region
13, 13a, 13b p-Offset area
14 Slit
15, 28 p+Drain region
15a p+Anode region
16, 24 Gate electrode
17, 29 p+Source area
17a n+Cathode region
18, 19, 20 p+region
21 n+Drain region
22 p-well region
23 n+Source area
25 pn junction
26, 27 Parasitic leakage current
31 Insulating film
32, 33 Mask edge
41, 43 Depletion layer
51, 52 p buried region
Claims (8)
前記オフセット領域と前記独立分離領域に挟まれる箇所の前記ウェル領域の拡散深さが、該箇所以外の拡散深さより浅いことを特徴とする集積回路。A diffusion region formed on the surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate and having a high voltage circuit and a second conductivity type well region substantially surrounding the high voltage circuit and formed on the termination surface layer of the well region; An integrated circuit having an offset region of a first conductivity type and at least one independent isolation region in which a part of the offset region is independently isolated,
An integrated circuit, wherein a diffusion depth of the well region at a portion sandwiched between the offset region and the independent isolation region is shallower than a diffusion depth other than the portion.
前記オフセット領域および前記独立領域は拡散形成され、互いに表面部分が接し、該接した箇所近傍下の前記ウェル領域の拡散深さが、該近傍下の箇所以外の拡散深さより浅いことを特徴とする集積回路。A diffusion region formed on the surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate and having a high voltage circuit and a second conductivity type well region substantially surrounding the high voltage circuit and formed on the termination surface layer of the well region; An integrated circuit having an offset region of a first conductivity type and at least one first conductivity type independent region connected to the offset region;
The offset region and the independent region are formed by diffusion, the surface portions are in contact with each other, and the diffusion depth of the well region under the contacted portion is shallower than the diffusion depth other than the portion under the vicinity Integrated circuit.
前記オフセット領域と前記独立分離領域に挟まれる箇所の近傍下の前記ウエル領域に、前記オフセット領域と離れて第1導電型領域を形成することを特徴とする集積回路。A diffusion region formed on the surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate and having a high voltage circuit and a second conductivity type well region substantially surrounding the high voltage circuit and formed on the termination surface layer of the well region; An integrated circuit having an offset region of a first conductivity type and at least one independent isolation region in which a part of the offset region is independently isolated,
An integrated circuit, wherein a first conductivity type region is formed apart from the offset region in the well region near a portion sandwiched between the offset region and the independent isolation region.
前記オフセット領域および前記独立領域は拡散形成され、互いに表面部分が接し、該接した箇所近傍下の前記ウェル領域に、前記オフセット領域と離れて第1導電型領域を形成することを特徴とする集積回路。A diffusion region formed on the surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate and having a high voltage circuit and a second conductivity type well region substantially surrounding the high voltage circuit and formed on the termination surface layer of the well region; An integrated circuit having an offset region of a first conductivity type and at least one first conductivity type independent region connected to the offset region;
The integration is characterized in that the offset region and the independent region are formed by diffusion, the surface portions are in contact with each other, and a first conductivity type region is formed in the well region below the contacted portion apart from the offset region. circuit.
前記ウェル領域を互いに離して複数個形成し、該複数個のウェル領域それぞれにその表面層に前記オフセット領域または前記独立分離領域を形成することを特徴とする集積回路。A diffusion region formed on the surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate and having a high voltage circuit and a second conductivity type well region substantially surrounding the high voltage circuit and formed on the termination surface layer of the well region; An integrated circuit having an offset region of a first conductivity type and at least one independent isolation region in which a part of the offset region is independently isolated,
An integrated circuit, wherein a plurality of well regions are formed apart from each other, and the offset region or the independent isolation region is formed in a surface layer of each of the plurality of well regions.
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