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JP5458760B2 - Semiconductor device - Google Patents
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JP5458760B2 - Semiconductor device - Google Patents

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JP5458760B2 JP2009212267A JP2009212267A JP5458760B2 JP 5458760 B2 JP5458760 B2 JP 5458760B2 JP 2009212267 A JP2009212267 A JP 2009212267A JP 2009212267 A JP2009212267 A JP 2009212267A JP 5458760 B2 JP5458760 B2 JP 5458760B2
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Description

本発明は、インバータ駆動用等の高電圧ICに適用することのできる半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device applicable to a high voltage IC for driving an inverter or the like.

高耐圧(1200V程度)が要求される電気自動車(EV)やハイブリッド車(HEV)等の自動車用モータ制御に好適で、例えば耐圧150V〜1200Vを包括カバーできるインバータ駆動用等の高電圧ICが、例えば、特開2006−148058号公報(特許文献1)と特開2006−324626号公報(特許文献2)に開示されている。   Suitable for motor control of automobiles such as electric vehicles (EV) and hybrid vehicles (HEV) that require high withstand voltage (about 1200V), for example, high voltage ICs for inverter driving etc. that can comprehensively cover withstand voltages of 150V to 1200V, For example, it is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-148058 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-324626 (Patent Document 2).

上記高電圧ICでは、低電圧領域(例えば±15V)と高電圧領域(例えば600V以上)の間で信号伝達を行うために、レベルシフト回路が用いられる。しかし、SOI(Silicon On Insulator)基板に形成したMOSトランジスタ素子で該レベルシフト回路を構成するにあたり、単体のMOSトランジスタ素子では600V以上の耐圧が必要となり困難であるため、絶縁分離された耐圧600V以下のMOSトランジスタ素子を直列接続して耐圧を確保する、特許文献1,2に開示された半導体装置が発明された。   In the high voltage IC, a level shift circuit is used for signal transmission between a low voltage region (for example, ± 15 V) and a high voltage region (for example, 600 V or more). However, when the level shift circuit is composed of MOS transistor elements formed on an SOI (Silicon On Insulator) substrate, a single MOS transistor element requires a withstand voltage of 600 V or more, which is difficult. Invented are the semiconductor devices disclosed in Patent Documents 1 and 2, which secure the breakdown voltage by connecting the MOS transistor elements in series.

図8は、インバータ駆動回路の高電圧ICに用いられている特許文献1に開示された半導体装置で、半導体装置10の基本的な等価回路図である。   FIG. 8 is a basic equivalent circuit diagram of the semiconductor device 10, which is the semiconductor device disclosed in Patent Document 1 used for the high voltage IC of the inverter drive circuit.

図8に示す半導体装置10では、互いに絶縁分離されたn個(n≧2)のMOSトランジスタ素子Tr〜Trが、グランド(GND)側で基準となる低基準電位(GND電位)と電源側で基準となる所定の高基準電位Vsの間で、GND側を第1段、電源側を第n段として、順次直列接続されている。第1段のMOSトランジスタ素子Trのゲート端子は、半導体装置10の入力端子となっている。半導体装置10の出力は、第n段のMOSトランジスタ素子Trにおける電源側の端子から、所定の抵抗値を有する負荷抵抗(図示省略)を介して取り出される。このようにして、出力信号の基準電位は、入力信号のGND側のGND電位から電源側の高基準電位Vsに変換(レベルシフト)されており、出力信号は、入力信号に対して反転した状態で取り出される。 In the semiconductor device 10 shown in FIG. 8, the MOS transistor elements Tr 1 to Tr n of n that are insulated and separated from each other (n ≧ 2), the ground low reference potential as a reference at (GND) side (GND potential) and power source Are sequentially connected in series between a predetermined high reference potential Vs as a reference on the side, with the GND side as the first stage and the power supply side as the nth stage. The gate terminal of the first-stage MOS transistor element Tr 1 is an input terminal of the semiconductor device 10. The output of the semiconductor device 10 is taken out from a power supply side terminal of the n-th stage MOS transistor element Tr n via a load resistor (not shown) having a predetermined resistance value. In this way, the reference potential of the output signal is converted (level shift) from the GND potential on the GND side of the input signal to the high reference potential Vs on the power supply side, and the output signal is inverted with respect to the input signal. It is taken out with.

図8の半導体装置10の動作においては、GND電位と高基準電位Vsの間の電圧がn個のMOSトランジスタ素子Tr〜Trにより分割され、第1段から第n段の各MOSトランジスタ素子Tr〜Trが、それぞれの電圧範囲を分担している。従って、GND電位と高基準電位Vsの間の電圧を1個のMOSトランジスタ素子で分担する場合に較べて、各MOSトランジスタ素子Tr〜Trに要求される耐圧は、略n分の1となる。従って、一般的な製造方法を用いて安価に製造できる通常の耐圧を有するMOSトランジスタ素子であっても、図8の半導体装置10においてMOSトランジスタ素子の個数nを適宜設定することにより、全体として必要とされる高い耐圧を確保した半導体装置とすることができる。 In the operation of the semiconductor device 10 of FIG. 8, the voltage between the GND potential and the high reference potential Vs is divided by n MOS transistor elements Tr 1 to Tr n, and each MOS transistor element from the first stage to the n-th stage is divided. Tr 1 to Tr n share the respective voltage ranges. Therefore, compared to the case where the voltage between the GND potential and the high reference potential Vs is shared by one MOS transistor element, the breakdown voltage required for each MOS transistor element Tr 1 to Tr n is approximately 1 / n. Become. Therefore, even a MOS transistor element having a normal withstand voltage that can be manufactured inexpensively using a general manufacturing method is necessary as a whole by appropriately setting the number n of MOS transistor elements in the semiconductor device 10 of FIG. Therefore, the semiconductor device can ensure a high breakdown voltage.

図9は、回路図で示した図8の半導体装置10の具体化例を示す図で、高電圧IC100のレベルシフト回路に適用された半導体装置10の各回路素子の配置を示す図である。また、図10は、図9の一点鎖線A−Aにおける断面図で、各MOSトランジスタ素子の構造を示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing a specific example of the semiconductor device 10 of FIG. 8 shown in the circuit diagram, and is a diagram showing an arrangement of each circuit element of the semiconductor device 10 applied to the level shift circuit of the high voltage IC 100. FIG. 10 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line AA in FIG. 9 and shows the structure of each MOS transistor element.

図10の断面図に示すように、高電圧IC100では、レベルシフト回路に適用された図8の半導体装置10におけるn個のMOSトランジスタ素子Tr〜Trが、埋め込み酸化膜3を有するSOI構造半導体基板1のn導電型SOI層1aに形成されている。尚、埋め込み酸化膜3の下はシリコン(Si)からなる厚い支持基板2となっており、SOI基板1は、基板の貼り合わせによって形成されたものである。 As shown in the sectional view of FIG. 10, in the high voltage IC 100, the SOI structure in which the n MOS transistor elements Tr 1 to Tr n in the semiconductor device 10 of FIG. 8 applied to the level shift circuit have the buried oxide film 3. It is formed on the n-conductivity type SOI layer 1 a of the semiconductor substrate 1. Under the buried oxide film 3 is a thick support substrate 2 made of silicon (Si), and the SOI substrate 1 is formed by bonding the substrates.

n個のMOSトランジスタ素子Tr〜Trは、横型MOS(LDMOS)トランジスタ素子で、埋め込み酸化膜3に達する素子絶縁分離トレンチ4により、互いに絶縁分離されている。尚、図10に示す半導体装置10においては、浮遊基準ゲート駆動回路でのスイッチングに伴う高周波電位干渉をシールドするために、SOI層1aにおける埋め込み酸化膜3上に高濃度不純物層1bが形成されている。 The n MOS transistor elements Tr 1 to Tr n are lateral MOS (LDMOS) transistor elements and are isolated from each other by an element isolation isolation trench 4 reaching the buried oxide film 3. In the semiconductor device 10 shown in FIG. 10, a high-concentration impurity layer 1b is formed on the buried oxide film 3 in the SOI layer 1a in order to shield high-frequency potential interference caused by switching in the floating reference gate drive circuit. Yes.

図9に示すように、高電圧IC100の半導体装置10においては、n重の島絶縁分離トレンチT〜Tが形成され、互いに絶縁分離されたn個のMOSトランジスタ素子Tr〜Trが、n重の島絶縁分離トレンチT〜Tにより囲まれた各島領域に、高段のMOSトランジスタ素子を内に含むようにして、一個ずつ順次配置されている。 As shown in FIG. 9, in the semiconductor device 10 of the high voltage IC100 is, n heavy island isolation trenches T 1 through T n are formed, are n MOS transistor elements Tr 1 to Tr n, which are insulated and separated from each other , The island regions surrounded by the n-fold island isolation trenches T 1 to T n are sequentially arranged one by one so as to include high-stage MOS transistor elements therein.

図11は、特許文献2に開示されている半導体装置の一例を示す図で、半導体装置20の基本構成を示した模式図である。   FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the semiconductor device disclosed in Patent Document 2, and is a schematic diagram illustrating a basic configuration of the semiconductor device 20.

図11に示す半導体装置20は、低基準電位であるGND電位と所定の高基準電位Vsの間を、n個(n≧2)のトランジスタ素子Trと、並列接続された抵抗素子(分圧抵抗)Rと容量素子(平滑コンデンサ)Cを並列RC素子として、n個の並列RC素子とで分割する構成である。図11の半導体装置20の構成は、別の見方をすれば、図8と同様の低基準電位と高基準電位Vsの間で直列接続されたトランジスタ素子Trのラインおよび抵抗素子Rのラインからなる構成に対して、低基準電位と高基準電位Vsの間で直列接続された容量素子Cのラインを付け加えた構成となっている。図11に示す半導体装置20においては、直列接続された抵抗素子Rのラインが、直流に対してトランジスタ素子Trの各ゲート電圧間を分圧する。また、直列接続された容量素子Cのラインが、交流に対してトランジスタ素子Trの各ゲート電圧間を分圧する。従って、図11の半導体装置20では、直流、交流ともに分圧可能である。また、直列接続された容量素子Cのラインは、抵抗素子Rの抵抗値が大きい場合には、dV/dtサージが入った場合に、サージ電流を逃がすラインとしても機能する。   A semiconductor device 20 shown in FIG. 11 includes n (n ≧ 2) transistor elements Tr and a resistance element (a voltage dividing resistor) connected in parallel between a GND potential which is a low reference potential and a predetermined high reference potential Vs. ) R and capacitive element (smoothing capacitor) C are parallel RC elements, and are divided into n parallel RC elements. From another point of view, the configuration of the semiconductor device 20 in FIG. 11 includes a line of transistor elements Tr and a line of resistance elements R connected in series between a low reference potential and a high reference potential Vs similar to FIG. In addition to the configuration, a line of a capacitive element C connected in series between a low reference potential and a high reference potential Vs is added. In the semiconductor device 20 shown in FIG. 11, the line of the resistance element R connected in series divides between the gate voltages of the transistor element Tr with respect to the direct current. The line of the capacitive element C connected in series divides between the gate voltages of the transistor element Tr with respect to the alternating current. Therefore, in the semiconductor device 20 of FIG. 11, both direct current and alternating current can be divided. Further, the line of the capacitive element C connected in series also functions as a line for releasing a surge current when a dV / dt surge occurs when the resistance value of the resistance element R is large.

特開2006−148058号公報JP 2006-148058 A 特開2006−324626号公報JP 2006-324626 A

図11に示す半導体装置20の容量素子Cは、特許文献2に開示されているように種々の構造で実現することが可能であるが、比較的大きな容量値が必要である。   The capacitor C of the semiconductor device 20 shown in FIG. 11 can be realized with various structures as disclosed in Patent Document 2, but requires a relatively large capacitance value.

図12は、回路図で示した図11の半導体装置20の具体化例で、半導体装置21を示す図である。図12(a)は半導体装置21の各回路素子の配置を示す模式的な平面図であり、図12(b)は図12(a)の一点鎖線B−Bにおける断面図であり、図12(c)は図12(a)の一点鎖線C−Cにおける断面図である。尚、図12の半導体装置21において、図9と図10に示した半導体装置10と同様の部分については、同じ符号を付した。   FIG. 12 is a diagram showing a semiconductor device 21 as a specific example of the semiconductor device 20 of FIG. 11 shown in a circuit diagram. 12A is a schematic plan view showing the arrangement of each circuit element of the semiconductor device 21, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along one-dot chain line BB in FIG. 12A. (C) is sectional drawing in the dashed-dotted line CC of FIG. 12 (a). In the semiconductor device 21 of FIG. 12, the same reference numerals are given to the same parts as those of the semiconductor device 10 shown in FIGS.

図12(a)においては、各MOSトランジスタ素子Tr〜Tr12の素子絶縁分離トレンチ4、および各MOSトランジスタ素子Tr〜Tr12が配置される島領域を分離している12重の島絶縁分離トレンチT〜T12を太線で示している。また、図12においては、埋め込み酸化膜3、素子絶縁分離トレンチ4および島絶縁分離トレンチT〜T12に付随する寄生容量を、点線符号で各位置に示した。 Figure 12 (a) In the element isolation trenches 4, and 12 fold island insulation separating the island regions each MOS transistor elements Tr 1 to Tr 12 is disposed in the MOS transistor elements Tr 1 to Tr 12 The isolation trenches T 1 to T 12 are indicated by thick lines. Further, in FIG. 12, the parasitic capacitance associated with the buried oxide film 3, the element isolation trenches 4 and the island isolation trenches T 1 through T 12, shown in the position in dotted lines code.

図12に示す半導体装置21は、Low側GNDとHigh側Vsの間で、12個のMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12を順次直列接続している。また、図11の分圧抵抗Rに相当する12個の抵抗素子R〜R12、および平滑コンデンサCに相当する容量素子C〜C12を、Low側GNDとHigh側Vsの間で順次直列接続している。 In the semiconductor device 21 shown in FIG. 12, twelve MOS transistor elements Tr 1 to Tr 12 are sequentially connected in series between the low-side GND and the high-side Vs. Further, twelve resistor elements R 1 to R 12 corresponding to the voltage dividing resistor R in FIG. 11 and capacitor elements C 1 to C 12 corresponding to the smoothing capacitor C are sequentially placed between the low-side GND and the high-side Vs. Connected in series.

図12(b)に示すように、抵抗素子R〜R12は、SOI基板1の上方に薄膜で形成している。また、容量素子C〜C12は、記号で図示したように、2つの並列接続された容量素子で構成している。並列接続された一方の容量素子は、SOI基板1上のフィールド酸化膜5を誘電体層とする容量素子である。該容量素子は、12重の島絶縁分離トレンチT〜Tで絶縁分離されたSOI層1aの各島領域を一方の電極としており、この構造によって各島領域を同時に電位固定することができる。並列接続されたもう一方の容量素子は、層間絶縁膜6を誘電体層とする容量素子である。 As shown in FIG. 12B, the resistance elements R 1 to R 12 are formed as thin films above the SOI substrate 1. Further, the capacitive elements C 1 to C 12 are configured by two parallel-connected capacitive elements as illustrated by symbols. One capacitive element connected in parallel is a capacitive element having the field oxide film 5 on the SOI substrate 1 as a dielectric layer. Capacitive element is used as one electrode of each island region of the insulating isolated SOI layer 1a in 12 fold island isolation trenches T 1 through T n, it can be simultaneously potential fixing each island region This structure . The other capacitive element connected in parallel is a capacitive element having the interlayer insulating film 6 as a dielectric layer.

図12の半導体装置21においては、比較的大きな容量値が必要な容量素子C〜C12を上記2つの並列接続された容量素子で構成しているため、容量素子C〜C12の占有面積が小さくなり、小型化が可能である。また、容量素子C〜C12は、フィールド酸化膜5や層間絶縁膜6を誘電体層とする容量素子であるため、特別な製造工程が不要で、安価に製造することができる。しかしながら、図12の半導体装置21では、予備的な試験において、パルス的に変化する高基準電位VsのOFF直後の一定期間、過渡的にスイッチング動作ができなくなるデッドタイムの問題が発生した。 In the semiconductor device 21 of FIG. 12, since the capacitive elements C 1 to C 12 that require a relatively large capacitance value are configured by the two parallel connected capacitive elements, the capacitive elements C 1 to C 12 are occupied. The area is reduced and the size can be reduced. Further, since the capacitive elements C 1 to C 12 are capacitive elements having the field oxide film 5 and the interlayer insulating film 6 as dielectric layers, no special manufacturing process is required, and the capacitive elements C 1 to C 12 can be manufactured at low cost. However, in the semiconductor device 21 of FIG. 12, in a preliminary test, a problem of dead time in which the switching operation cannot be transiently generated for a certain period immediately after the high reference potential Vs that changes in a pulse manner is turned off occurs.

そこで本発明は、n個(n≧2)のMOSトランジスタ素子が低基準電位と高基準電位の間で直列接続された、高耐圧を確保することのできる半導体装置であって、GND側の第1段を除いた各段のMOSトランジスタ素子のゲート端子を直流的および交流的にそれぞれバイアスする、低基準電位と高基準電位の間で直列接続された抵抗素子および容量素子の各ラインを有してなり、パルス的に変化する高基準電位のOFF直後においてもデッドタイムが発生しない、安価な半導体装置を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention is a semiconductor device in which n (n ≧ 2) MOS transistor elements are connected in series between a low reference potential and a high reference potential, and can ensure a high breakdown voltage. Each line of the resistor element and the capacitor element is connected in series between a low reference potential and a high reference potential, and biases the gate terminals of the MOS transistor elements in each stage except for one stage in a direct current and alternating current manner. Accordingly, an object of the present invention is to provide an inexpensive semiconductor device in which a dead time does not occur even immediately after turning off a high reference potential that changes in a pulse manner.

請求項1に記載の半導体装置は、n個(n≧2)のMOSトランジスタ素子が、埋め込み酸化膜を有するSOI構造半導体基板のSOI層に、それぞれ前記埋め込み酸化膜に達する素子絶縁分離トレンチにより絶縁分離されて形成され、前記SOI層に前記埋め込み酸化膜に達するn重の島絶縁分離トレンチが形成され、前記n個のMOSトランジスタ素子が、前記n重の島絶縁分離トレンチにより囲まれた各島領域に一個ずつ配置されてなり、前記n個のMOSトランジスタ素子が、グランド(GND)側で基準となる所定の低基準電位と電源側で基準となる所定の高基準電位の間で、GND側を第1段、電源側を第n段として、順次直列接続されてなり、n個の抵抗素子が、前記低基準電位と高基準電位の間で、GND側を第1段、電源側を第n段として、順次直列接続されてなり、第1段の前記MOSトランジスタ素子を除いた各段のMOSトランジスタ素子におけるゲート端子が、前記直列接続された各段の抵抗素子の間に、それぞれ、順次接続されてなり、前記各島領域のSOI層をそれぞれ一方の電極とするn個の容量素子が、前記低基準電位と高基準電位の間で、GND側を第1段、電源側を第n段として、順次直列接続されてなり、第1段の前記MOSトランジスタ素子を除いた少なくとも中央より低段のMOSトランジスタ素子におけるゲート端子が、前記直列接続された各段の容量素子の間に、容量素子側をアノードとしゲート端子側をカソードとしたダイオード素子を介して、それぞれ、順次接続されてなり、残りの高段のMOSトランジスタ素子におけるゲート端子が、前記直列接続された各段の容量素子の間に、それぞれ、順次接続されてなり、第1段の前記MOSトランジスタ素子におけるゲート端子を入力端子とし、第n段の前記MOSトランジスタ素子における前記電源側の端子から出力が取り出されることを特徴としている。   The semiconductor device according to claim 1, wherein n (n ≧ 2) MOS transistor elements are insulated from the SOI layer of the SOI structure semiconductor substrate having a buried oxide film by an element isolation trench that reaches the buried oxide film, respectively. Each of the islands formed in isolation is formed with n-layer island isolation trenches reaching the buried oxide film in the SOI layer, and the n MOS transistor elements are surrounded by the n-layer island isolation trenches. Each of the n MOS transistor elements is arranged between a predetermined low reference potential that is a reference on the ground (GND) side and a predetermined high reference potential that is a reference on the power supply side. Are connected in series, with the power supply side being the nth stage, and n resistance elements are connected between the low reference potential and the high reference potential, and the GND side is the first stage. Are connected in series, with the n-th stage being sequentially connected in series, and the gate terminals of the MOS transistor elements in each stage excluding the MOS transistor element in the first stage are respectively connected between the resistor elements in each stage connected in series. The n capacitive elements, which are sequentially connected and have the SOI layer of each island region as one electrode, are connected between the low reference potential and the high reference potential, the GND side is the first stage, and the power supply side is As the n-th stage, the gate terminals of the MOS transistor elements at least lower than the center except for the first-stage MOS transistor element are connected in series, and are connected between the capacitor elements of each stage connected in series. In the remaining high-stage MOS transistor elements, the capacitor elements are connected in series through diode elements having an anode on the capacitor side and a cathode on the gate terminal side. A gate terminal is sequentially connected between the capacitor elements of each stage connected in series, and the gate terminal of the MOS transistor element of the first stage is an input terminal, and the MOS transistor of the nth stage An output is taken out from the power supply side terminal of the element.

上記半導体装置は、SOI構造半導体基板のSOI層に絶縁分離されて形成されたn個(n≧2)のMOSトランジスタ素子が低基準電位と高基準電位の間で直列接続されてなる、高耐圧の確保が可能な半導体装置である。   The above semiconductor device has a high withstand voltage, in which n (n ≧ 2) MOS transistor elements formed by isolation in an SOI layer of an SOI structure semiconductor substrate are connected in series between a low reference potential and a high reference potential. This is a semiconductor device capable of ensuring the above.

上記半導体装置は、低基準電位と高基準電位の間で直列接続されたn個の抵抗素子からなるラインを有しており、第1段のMOSトランジスタ素子を除いた各段のMOSトランジスタ素子におけるゲート端子が、前記ラインを構成しているn個の抵抗素子の間に順次接続されている。すなわち、前記ラインを構成しているn個の抵抗素子は、第1段を除いた各段のMOSトランジスタ素子のゲート端子をバイアスする、低基準電位と高基準電位の間における直流の分圧抵抗として機能する。   The semiconductor device has a line composed of n resistance elements connected in series between a low reference potential and a high reference potential, and the MOS transistor elements in each stage excluding the first stage MOS transistor element Gate terminals are sequentially connected between the n resistance elements constituting the line. That is, the n resistance elements constituting the line are DC voltage dividing resistors between the low reference potential and the high reference potential that bias the gate terminals of the MOS transistor elements in each stage except the first stage. Function as.

また、上記半導体装置は、低基準電位と高基準電位の間で直列接続されたn個の容量素子からなるラインを有しており、第1段の前記MOSトランジスタ素子を除いた少なくとも中央より低段のMOSトランジスタ素子におけるゲート端子が、直列接続された各段の容量素子の間に、容量素子側をアノードとしゲート端子側をカソードとしたダイオード素子を介して、それぞれ、順次接続され、残りの高段のMOSトランジスタ素子におけるゲート端子が、前記直列接続された各段の容量素子の間に、それぞれ、順次接続されている。前記ラインを構成しているn個の容量素子は、低基準電位と高基準電位の間における交流の分圧素子として機能し、第1段を除いた各段のMOSトランジスタ素子のゲート端子を交流状態(例えば前記高基準電位がパルス的に変化する場合において、該パルスの立ち上り時および立ち下り時)においてバイアスする。   The semiconductor device has a line composed of n capacitive elements connected in series between a low reference potential and a high reference potential, and is at least lower than the center excluding the first-stage MOS transistor element. The gate terminals of the MOS transistor elements of the stage are sequentially connected between the capacitor elements of the respective stages connected in series via diode elements having the capacitor element side as an anode and the gate terminal side as a cathode, respectively, The gate terminals of the high-stage MOS transistor elements are sequentially connected between the series-connected capacitive elements. The n capacitive elements constituting the line function as an AC voltage dividing element between the low reference potential and the high reference potential, and the gate terminals of the MOS transistor elements at each stage except for the first stage are AC. Biasing is performed in a state (for example, when the high reference potential changes in a pulse manner, at the rise and fall of the pulse).

上記半導体装置における前記n個の容量素子は、n重の島絶縁分離トレンチにより囲まれた各島領域のSOI層をそれぞれ一方の電極とする容量素子であり、安価に製造することが可能である。一方、予備的な試験によれば、各島領域のSOI層をそれぞれ一方の電極とするn個の容量素子からなる交流的な分圧ラインを有した半導体装置においては、パルス的に変化する高基準電位のOFF直後の一定期間、過渡的にスイッチング動作ができなくなるデッドタイムの問題が発生した。   The n capacitive elements in the semiconductor device are capacitive elements each having an SOI layer in each island region surrounded by n-fold island insulating isolation trenches as one electrode, and can be manufactured at low cost. . On the other hand, according to a preliminary test, in a semiconductor device having an alternating voltage dividing line composed of n capacitive elements each having an SOI layer in each island region as one electrode, a high voltage that changes in a pulsed manner. There was a problem of dead time in which switching operation could not be performed transiently for a certain period immediately after the reference potential was turned off.

シミュレーションによって上記デッドタイムの問題を詳細に解析したところ、デッドタイムは、以下のようにして発生することが判明した。すなわち、低基準電位と高基準電位の間で直列接続された直流の分圧素子である抵抗素子と交流の分圧素子である容量素子がそれぞれ同じMOSトランジスタ素子のゲート端子をバイアスしている半導体装置においては、高基準電位のON状態において、埋め込み酸化膜下の支持基板の電位が高基準電位の約半分となり、中央より低段のMOSトランジスタ素子が配置される島領域の電位が、支持基板の電位より低くなる。このため、該島領域では、そこに配置されたMOSトランジスタ素子のゲート電位をバイアスしている抵抗素子とそれに繋がる容量素子の電極であるSOI層を介して、埋め込み酸化膜の寄生容量が充電された状態にある。次に高基準電位がOFFすると、充電されていた埋め込み酸化膜の寄生容量の放電が間に合わず、GND側の低段のMOSトランジスタ素子におけるドレイン電圧が0V以下になる。このため、高基準電位のOFF直後の一定期間、過渡的にスイッチング動作ができなくなるデッドタイムが発生することがわかった。   When the problem of the dead time was analyzed in detail by simulation, it was found that the dead time occurs as follows. That is, a semiconductor in which a resistive element which is a DC voltage dividing element and a capacitive element which is an AC voltage dividing element connected in series between a low reference potential and a high reference potential each bias the gate terminal of the same MOS transistor element In the device, in the ON state of the high reference potential, the potential of the support substrate under the buried oxide film is about half of the high reference potential, and the potential of the island region where the MOS transistor element lower than the center is arranged is It becomes lower than the potential. Therefore, in the island region, the parasitic capacitance of the buried oxide film is charged through the SOI layer that is the electrode of the resistance element biasing the gate potential of the MOS transistor element arranged there and the capacitive element connected thereto. It is in the state. Next, when the high reference potential is turned off, the discharge of the parasitic capacitance of the charged buried oxide film is not in time, and the drain voltage in the low-stage MOS transistor element on the GND side becomes 0 V or less. For this reason, it was found that a dead time during which a switching operation cannot be performed transiently occurs for a certain period immediately after the high reference potential is turned off.

そこで、上記半導体装置においては、第1段のMOSトランジスタ素子を除いた少なくとも中央より低段のMOSトランジスタ素子におけるゲート端子が、直列接続された各段の容量素子の間に、容量素子側をアノードとしゲート端子側をカソードとしたダイオード素子を介して、それぞれ、順次接続されてなる構成を採用している。該構成によれば、同じMOSトランジスタ素子のゲート端子をバイアスする抵抗素子と容量素子が、直接繋がれずに上記ダイオード素子でクランプされることとなり、高基準電位のON状態において、抵抗素子を介した埋め込み酸化膜の寄生容量の充電が抑制される。従って、次に高基準電位がOFFした直後においても、GND側の低段のMOSトランジスタ素子におけるドレイン電圧が0V以下になることはなく、スイッチング動作ができなくなるデッドタイムの発生を防止することができる。尚、上記半導体装置においても、容量素子は、n重の絶縁分離トレンチで絶縁分離されたSOI層の各島領域を一方の電極としており、この構造によって各島領域を同時に電位固定することができる。   Therefore, in the above semiconductor device, the gate terminal of at least the MOS transistor element lower than the center excluding the first-stage MOS transistor element is connected between the capacitor elements of each stage connected in series with the anode side of the capacitor element. A configuration is adopted in which the gate terminals are sequentially connected via diode elements having the cathode side as a cathode. According to this configuration, the resistor element and the capacitor element that bias the gate terminal of the same MOS transistor element are not directly connected but are clamped by the diode element, and in the ON state of the high reference potential, the resistor element is interposed. Charging of the parasitic capacitance of the buried oxide film is suppressed. Therefore, even immediately after the high reference potential is turned off next time, the drain voltage in the low-stage MOS transistor element on the GND side does not become 0 V or less, and it is possible to prevent the occurrence of the dead time in which the switching operation cannot be performed. . In the semiconductor device as well, the capacitor element uses each island region of the SOI layer insulated and isolated by the n-fold insulation isolation trench as one electrode, and the potential of each island region can be simultaneously fixed by this structure. .

以上のようにして、上記半導体装置は、n個(n≧2)のMOSトランジスタ素子が低基準電位と高基準電位の間で直列接続された、高耐圧を確保することのできる半導体装置であって、GND側の第1段を除いた各段のMOSトランジスタ素子のゲート端子を直流的および交流的にそれぞれバイアスする、低基準電位と高基準電位の間で直列接続された抵抗素子および容量素子の各ラインを有してなり、パルス的に変化する高基準電位のOFF直後においてもデッドタイムが発生しない、安価な半導体装置とすることができる。   As described above, the above-described semiconductor device is a semiconductor device in which n (n ≧ 2) MOS transistor elements are connected in series between a low reference potential and a high reference potential to ensure a high breakdown voltage. A resistor element and a capacitor element connected in series between a low reference potential and a high reference potential for biasing the gate terminals of the MOS transistor elements in each stage except the first stage on the GND side in a DC and AC manner, respectively. Thus, an inexpensive semiconductor device in which dead time does not occur even immediately after turning off the high reference potential that changes in a pulse manner can be obtained.

特に、請求項2に記載の半導体装置のように、第1段のOSトランジスタ素子を除いた残りの各段のMOSトランジスタ素子におけるゲート端子が、列接続された各段の容量素子の間に、容量素子側をアノードとしゲート端子側をカソードとしたダイオード素子を介して、それぞれ、順次接続されてなることが好ましい。これによれば、n個のMOSトランジスタ素子の動作特性を、より均一にすることができる。 In particular, as in the semiconductor device according to claim 2, the gate terminal of the MOS transistor of each remaining stage excluding the M OS transistor of the first stage, while the capacitive element of each stage which are series connected In addition, it is preferable that the capacitor elements are sequentially connected via diode elements having the capacitor element side as an anode and the gate terminal side as a cathode. According to this, the operating characteristics of the n MOS transistor elements can be made more uniform.

上記半導体装置においては、請求項3に記載のように、前記n個の容量素子が、それぞれ、前記SOI層の上に形成されたフィールド酸化膜を誘電体層とする容量素子であることが好ましい。これによれば、該容量素子を製造するための特別な工程が不要となり、安価に製造することができる。   In the semiconductor device, it is preferable that each of the n capacitive elements is a capacitive element having a field oxide film formed on the SOI layer as a dielectric layer. . According to this, a special process for manufacturing the capacitive element is not required, and it can be manufactured at low cost.

また、請求項4に記載のように、前記n個の容量素子に、それぞれ、前記SOI層の上方に形成された層間絶縁膜を誘電体層とする第2の容量素子が並列接続されてなる構成としてもよい。前記容量素子は、低基準電位と高基準電位の間で交流の分圧素子として機能させるために比較的大きな容量値が必要であるが、上記第2の容量素子を付加することで、占有面積を拡大したり特別な製造工程を追加したりすることなく前記容量素子の容量値を実質的に増大することができ、小型で安価な半導体装置とすることが可能である。   According to a fourth aspect of the present invention, each of the n capacitive elements is connected in parallel with a second capacitive element having a dielectric layer as an interlayer insulating film formed above the SOI layer. It is good also as a structure. The capacitor element needs a relatively large capacitance value to function as an AC voltage dividing element between a low reference potential and a high reference potential. However, by adding the second capacitor element, the occupied area is increased. The capacitance value of the capacitive element can be substantially increased without enlarging the thickness or adding a special manufacturing process, and a small and inexpensive semiconductor device can be obtained.

上記半導体装置においては、例えば請求項5に記載のように、前記各島領域に一個ずつ配置されたn個のMOSトランジスタ素子は、順次、内側の島領域のMOSトランジスタ素子が電源側であり、外側の島領域のMOSトランジスタ素子がGND側である構成とすることが、配線の取り回しやノイズの影響を低減する上で好ましい。   In the semiconductor device, as described in claim 5, for example, the n MOS transistor elements arranged one by one in each island region are sequentially, the MOS transistor elements in the inner island region are on the power supply side, A configuration in which the MOS transistor element in the outer island region is on the GND side is preferable in reducing the influence of wiring and noise.

請求項6に記載のように、前記半導体装置は、前記低基準電位を基準とするGND基準ゲート駆動回路、前記低基準電位と前記高基準電位をパルス的に変化させた電位を基準とする浮遊基準ゲート駆動回路、前記GND基準ゲート駆動回路と前記浮遊基準ゲート駆動回路を制御するための制御回路、および前記制御回路と前記浮遊基準ゲート駆動回路の間に介在し、前記制御回路の入出力信号を前記低基準電位と前記高基準電位の間でレベルシフトさせるレベルシフト回路で構成されるインバータ駆動用の高電圧ICにおいて、前記レベルシフト回路に好適である。   7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor device includes a GND reference gate drive circuit that uses the low reference potential as a reference, and a floating that uses a potential obtained by changing the low reference potential and the high reference potential in a pulse manner. A reference gate drive circuit, a control circuit for controlling the GND reference gate drive circuit and the floating reference gate drive circuit, and an input / output signal of the control circuit interposed between the control circuit and the floating reference gate drive circuit Is suitable for the level shift circuit in a high voltage IC for driving an inverter constituted by a level shift circuit that shifts the level between the low reference potential and the high reference potential.

インバータ駆動用の高電圧ICにおける浮遊基準ゲート駆動回路では、低基準電位と高基準電位の間をパルス的に変化する2つの電位を基準としており、レベルシフト回路に適用する半導体装置は、先に例示した高基準電位がパルス的に変化する場合に相当する。   In a floating reference gate drive circuit in a high voltage IC for driving an inverter, two potentials changing in a pulse manner between a low reference potential and a high reference potential are used as a reference, and a semiconductor device applied to a level shift circuit is first This corresponds to the case where the exemplified high reference potential changes in a pulse manner.

前記高電圧ICは、例えば、請求項7に記載のように、車載モータのインバータ駆動用の高電圧ICであってもよいし、請求項8に記載のように、車載エアコンのインバータ駆動用の高電圧ICであってもよい。   The high-voltage IC may be, for example, a high-voltage IC for driving an inverter of an in-vehicle motor as described in claim 7, or an inverter driving of an in-vehicle air conditioner as described in claim 8. It may be a high voltage IC.

図12に示した半導体装置21のシミュレーションモデルである。13 is a simulation model of the semiconductor device 21 shown in FIG. 半導体装置21の動作シミュレーション結果で、(a)は、高基準電位Vsが15Vと1215Vの間でパルス的に変化した場合の各MOSトランジスタ素子Tr〜Tr12のドレイン電位および出力信号パルスVpを重ねて示した図であり、(b)は、(a)において一点鎖線で囲った部分の拡大図である。As a result of the operation simulation of the semiconductor device 21, (a) shows the drain potential and output signal pulse Vp of each of the MOS transistor elements Tr 1 to Tr 12 when the high reference potential Vs changes in a pulse manner between 15V and 1215V. It is the figure shown repeatedly, (b) is an enlarged view of the part enclosed with the dashed-dotted line in (a). 本発明に係る半導体装置の一例で、(a)は半導体装置22の各回路素子の配置を示す模式的な平面図であり、(b)は(a)の一点鎖線D−Dにおける断面図であり、(c)は(a)の一点鎖線E−Eにおける断面図である。1A is a schematic plan view illustrating an arrangement of circuit elements of a semiconductor device 22, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along one-dot chain line DD in FIG. (C) is a cross-sectional view taken along one-dot chain line EE in (a). 図3に示した半導体装置22のシミュレーションモデルである。It is a simulation model of the semiconductor device 22 shown in FIG. 半導体装置22の動作シミュレーション結果で、(a)は、高基準電位Vsが15Vと1215Vの間でパルス的に変化した場合の各MOSトランジスタ素子Tr〜Tr12のドレイン電位および出力信号パルスVpを重ねて示した図であり、(b)は、(a)において一点鎖線で囲った部分の拡大図である。As a result of the operation simulation of the semiconductor device 22, (a) shows the drain potentials and output signal pulses Vp of the MOS transistor elements Tr 1 to Tr 12 when the high reference potential Vs changes in a pulse manner between 15V and 1215V. It is the figure shown repeatedly, (b) is an enlarged view of the part enclosed with the dashed-dotted line in (a). (a),(b)は、それぞれ、ダイオード素子A,Aの平面図と断面図である。(A), (b), respectively, the diode elements A a, a plan view and a sectional view of A b. 抵抗素子Rc,容量素子Ccおよびダイオード素子Aの平面図と断面図である。Resistive element Rc, is a plan view and a sectional view of the capacitor Cc and a diode element A c. インバータ駆動回路の高電圧ICに用いられている特許文献1に開示された半導体装置で、半導体装置10の基本的な等価回路図である。1 is a basic equivalent circuit diagram of a semiconductor device 10 in a semiconductor device disclosed in Patent Document 1 used for a high voltage IC of an inverter drive circuit. 回路図で示した図8の半導体装置10の具体化例を示す図で、高電圧IC100のレベルシフト回路に適用された半導体装置10の各回路素子の配置を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a specific example of the semiconductor device 10 of FIG. 8 shown in the circuit diagram, and is a diagram showing the arrangement of each circuit element of the semiconductor device 10 applied to the level shift circuit of the high voltage IC 100. 図9の一点鎖線A−Aにおける断面図で、各MOSトランジスタ素子の構造を示す図である。It is sectional drawing in the dashed-dotted line AA of FIG. 9, and is a figure which shows the structure of each MOS transistor element. 特許文献2に開示されている半導体装置の一例を示す図で、半導体装置20の基本構成を示した模式図である。1 is a diagram illustrating an example of a semiconductor device disclosed in Patent Document 2, and is a schematic diagram illustrating a basic configuration of a semiconductor device 20. FIG. 回路図で示した図11の半導体装置20の具体化例で、半導体装置21を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a semiconductor device 21 as a specific example of the semiconductor device 20 of FIG. 11 shown in a circuit diagram.

以下、本発明を実施するための形態を、図に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

最初に、図12に示した半導体装置21の問題点であるデッドタイムの発生要因を明らかにするため、半導体装置21の動作シミュレーションを行った。   First, an operation simulation of the semiconductor device 21 was performed in order to clarify the cause of the dead time that is a problem of the semiconductor device 21 shown in FIG.

図1は、図12に示した半導体装置21のシミュレーションモデルである。尚、図1において、符号PC3は埋め込み酸化膜3に付随する寄生容量であり、符号PC4は素子絶縁分離トレンチ4に付随する寄生容量であり、符号PCTは島絶縁分離トレンチT〜T12に付随する寄生容量であり、符号PC6は層間絶縁膜6に付随する寄生容量である。また、一点鎖線で囲った部分が、島絶縁分離トレンチで絶縁分離された一つの島領域とそれに付随するMOSトランジスタ素子、抵抗素子および容量素子に対応している。 FIG. 1 is a simulation model of the semiconductor device 21 shown in FIG. In FIG. 1, reference numeral PC3 is a parasitic capacitance associated with the buried oxide film 3, reference numeral PC4 is parasitic capacitance associated with the element isolation trenches 4, reference numeral PCT on the island isolation trenches T 1 through T 12 An accompanying parasitic capacitance PC6 is a parasitic capacitance associated with the interlayer insulating film 6. Further, a portion surrounded by an alternate long and short dash line corresponds to one island region insulated and isolated by the island insulation isolation trench and a MOS transistor element, a resistance element, and a capacitance element associated therewith.

図2は、図12に示した半導体装置21の動作シミュレーション結果で、図2(a)は、高基準電位Vsが15Vと1215Vの間でパルス的に変化した場合の各MOSトランジスタ素子Tr〜Tr12のドレイン電位および出力信号パルスVpを重ねて示した図であり、図2(b)は、図2(a)において一点鎖線で囲った部分の拡大図である。 FIG. 2 shows an operation simulation result of the semiconductor device 21 shown in FIG. 12. FIG. 2A shows the MOS transistor elements Tr 1 to Tr 1 when the high reference potential Vs changes in a pulse manner between 15V and 1215V. FIG. 2B is a diagram in which the drain potential of Tr 12 and the output signal pulse Vp are overlapped, and FIG. 2B is an enlarged view of a portion surrounded by an alternate long and short dash line in FIG.

半導体装置21の12個の容量素子C〜C12は、12重の島絶縁分離トレンチT〜T12により囲まれた各島領域のSOI層1aをそれぞれ一方の電極としている。このため、図1に示すように、半導体装置21のシミュレーションモデルには、容量素子C〜C12から各島領域のSOI層1aを電位固定するラインL〜L12が存在する。 The twelve capacitor elements C 1 to C 12 of the semiconductor device 21 have the SOI layer 1a in each island region surrounded by the twelve double island isolation trenches T 1 to T 12 as one electrode. Therefore, as shown in FIG. 1, the simulation model of the semiconductor device 21 includes lines L 1 to L 12 that fix the potential of the SOI layer 1 a in each island region from the capacitive elements C 1 to C 12 .

図12の半導体装置21においては、パルス的に変化する高基準電位Vs(=1200V)のOFF直後の一定期間、図2(b)に示すように、過渡的にスイッチング動作ができなくなるデッドタイムの問題が発生する。   In the semiconductor device 21 shown in FIG. 12, a dead time during which a switching operation cannot be performed transiently, as shown in FIG. 2B, for a certain period immediately after the high reference potential Vs (= 1200 V) that changes in pulses is turned off. A problem occurs.

図2(b)に示すデッドタイムは、シミュレーション結果の詳細な解析によって、以下のようにして発生することが判明した。すなわち、低基準電位と高基準電位Vsの間で直列接続された直流の分圧素子である抵抗素子R〜R12と交流の分圧素子である容量素子C〜C12がそれぞれ同じMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12のゲート端子をバイアスしている半導体装置21においては、高基準電位VsのON状態において、埋め込み酸化膜3下の支持基板2の電位が高基準電位Vsの約半分の600Vとなり、中央より低段のMOSトランジスタ素子Tr〜Trが配置される島領域の電位が、支持基板2の電位より低くなる。このため、該島領域では、そこに配置されたMOSトランジスタ素子Tr〜Trのゲート電位をバイアスしている抵抗素子R〜Rとそれに繋がる容量素子C〜Cの電極であるSOI層1aを介して、埋め込み酸化膜3の寄生容量PC3が充電された状態にある。次に高基準電位VsがOFFすると、充電されていた埋め込み酸化膜3の寄生容量PC3の放電が間に合わず、図2(b)に示すように、グランド(GND)側の低段のMOSトランジスタ素子Tr〜Trにおけるドレイン電圧が0V以下になる。このため、高基準電位VsのOFF直後の一定期間、過渡的にスイッチング動作ができなくなるデッドタイムが発生することが判明した。 It was found that the dead time shown in FIG. 2B occurs as follows by detailed analysis of the simulation result. That is, the resistance elements R 1 to R 12 that are DC voltage dividing elements connected in series between the low reference potential and the high reference potential Vs and the capacitor elements C 1 to C 12 that are AC voltage dividing elements are respectively the same MOS. In the semiconductor device 21 in which the gate terminals of the transistor elements Tr 1 to Tr 12 are biased, the potential of the support substrate 2 under the buried oxide film 3 is about half of the high reference potential Vs in the ON state of the high reference potential Vs. The potential of the island region where the MOS transistor elements Tr 1 to Tr 6 that are lower than the center is 600 V is lower than the potential of the support substrate 2. Therefore, in the island region, the resistance elements R 1 to R 6 biasing the gate potentials of the MOS transistor elements Tr 1 to Tr 6 arranged there and the electrodes of the capacitive elements C 1 to C 6 connected thereto. The parasitic capacitance PC3 of the buried oxide film 3 is charged through the SOI layer 1a. Next, when the high reference potential Vs is turned OFF, the charged parasitic capacitance PC3 of the buried oxide film 3 cannot be discharged in time, and as shown in FIG. 2B, the low-stage MOS transistor element on the ground (GND) side. The drain voltage in Tr 1 to Tr 5 becomes 0V or less. For this reason, it has been found that a dead time during which a switching operation cannot be performed transiently occurs for a certain period immediately after the high reference potential Vs is turned off.

以上の解析結果より、デッドタイムの発生を防止した図3の半導体装置22が発明された。   Based on the above analysis results, the semiconductor device 22 of FIG. 3 in which the occurrence of dead time was prevented was invented.

図3は、本発明に係る半導体装置の一例で、半導体装置22を示す図である。図3(a)は半導体装置22の各回路素子の配置を示す模式的な平面図であり、図3(b)は図3(a)の一点鎖線D−Dにおける断面図であり、図3(c)は図3(a)の一点鎖線E−Eにおける断面図である。尚、図3の半導体装置22において、図12に示した半導体装置21と同様の部分については、同じ符号を付した。また、図3(c)に示す半導体装置22の一点鎖線E−Eでの断面構造は、図12(c)に示した半導体装置21の一点鎖線C−Cでの断面構造と同じである。   FIG. 3 is a diagram showing a semiconductor device 22 as an example of the semiconductor device according to the present invention. FIG. 3A is a schematic plan view showing the arrangement of each circuit element of the semiconductor device 22, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along one-dot chain line DD in FIG. (C) is sectional drawing in the dashed-dotted line EE of Fig.3 (a). In the semiconductor device 22 of FIG. 3, the same reference numerals are given to the same parts as those of the semiconductor device 21 shown in FIG. 3C is the same as the cross-sectional structure taken along the alternate long and short dash line CC of the semiconductor device 21 shown in FIG.

図4は、図3に示した半導体装置22のシミュレーションモデルである。図4の半導体装置22のシミュレーションモデルにおいても、図1の半導体装置21のシミュレーションモデルと同様の部分については、同じ符号を付した。   FIG. 4 is a simulation model of the semiconductor device 22 shown in FIG. Also in the simulation model of the semiconductor device 22 of FIG. 4, the same reference numerals are given to the same parts as those of the simulation model of the semiconductor device 21 of FIG. 1.

図5は、図4に示した半導体装置22の動作シミュレーション結果で、図5(a)は、高基準電位Vsが15Vと1215Vの間でパルス的に変化した場合の各MOSトランジスタ素子Tr〜Tr12のドレイン電位および出力信号パルスVpを重ねて示した図であり、図5(b)は、図5(a)において一点鎖線で囲った部分の拡大図である。 FIG. 5 is an operation simulation result of the semiconductor device 22 shown in FIG. 4. FIG. 5A shows each MOS transistor element Tr 1 to Tr 1 when the high reference potential Vs changes in a pulse manner between 15V and 1215V. FIG. 5B is a diagram in which the drain potential of Tr 12 and the output signal pulse Vp are overlapped, and FIG. 5B is an enlarged view of a portion surrounded by an alternate long and short dash line in FIG.

図3に示す半導体装置22は、図12に示した半導体装置21と較べて、第1段のMOSトランジスタ素子Trを除いた残りのMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12におけるゲート端子が、直列接続された各段の容量素子C〜C12の間に直接繋がれずに、容量素子側をアノードとしゲート端子側をカソードとしたダイオード素子A〜A12を介して、それぞれ、順次接続されている点だけが異なっている。図3に示す半導体装置22のその他の構成は、図12に示した半導体装置21と同様である。 Compared to the semiconductor device 21 shown in FIG. 12, the semiconductor device 22 shown in FIG. 3 has the gate terminals of the remaining MOS transistor elements Tr 2 to Tr 12 except for the first-stage MOS transistor element Tr 1 connected in series. The capacitor elements C 1 to C 12 are not directly connected to each other, but are sequentially connected via the diode elements A 2 to A 12 having the capacitor element side as an anode and the gate terminal side as a cathode, respectively. The only difference is that Other structures of the semiconductor device 22 shown in FIG. 3 are the same as those of the semiconductor device 21 shown in FIG.

すなわち、図3に示す半導体装置22は、n個(n≧2で、図3の半導体装置22の例ではn=12)のMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12が、埋め込み酸化膜3を有するSOI構造半導体基1のSOI層1aに、それぞれ埋め込み酸化膜3に達する素子絶縁分離トレンチ4により絶縁分離されて形成されている。また、SOI層1aに埋め込み酸化膜3に達するn重の島絶縁分離トレンチT〜T12が形成され、n個のMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12が、n重の島絶縁分離トレンチT〜T12により囲まれた各島領域に一個ずつ配置されている。n個のMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12は、グランド(GND)側で基準となる所定の低基準電位と電源側で基準となる所定の高基準電位Vsの間で、GND側を第1段、電源側を第n段として、順次直列接続されている。 That is, the semiconductor device 22 shown in FIG. 3 includes n (n ≧ 2 and n = 12 in the example of the semiconductor device 22 in FIG. 3) MOS transistors Tr 1 to Tr 12 in which the SOI having the buried oxide film 3. The SOI layer 1a of the structural semiconductor substrate 1 is formed by being isolated by element isolation trenches 4 reaching the buried oxide film 3 respectively. In addition, n-layer island isolation isolation trenches T 1 to T 12 reaching the buried oxide film 3 are formed in the SOI layer 1a, and the n MOS transistor elements Tr 1 to Tr 12 are connected to the n-layer island isolation isolation trench T 1. are arranged one by one in each island region surrounded by the through T 12. The n MOS transistor elements Tr 1 to Tr 12 are arranged in a first stage between the GND side between a predetermined low reference potential that is a reference on the ground (GND) side and a predetermined high reference potential Vs that is a reference on the power supply side. The power supply side is connected in series with the nth stage.

また、n個の抵抗素子R〜R12が、前記低基準電位と高基準電位の間で、GND側を第1段、電源側を第n段として、順次直列接続されており、第1段のMOSトランジスタ素子Trを除いた残りの各段のMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12におけるゲート端子が、前記直列接続された各段の抵抗素子R〜R12の間に、それぞれ、順次接続されている。 Further, n resistance elements R 1 to R 12 are sequentially connected in series between the low reference potential and the high reference potential, with the GND side as the first stage and the power supply side as the nth stage. The gate terminals of the remaining MOS transistor elements Tr 2 to Tr 12 in the remaining stages excluding the MOS transistor element Tr 1 in the stage are sequentially connected between the resistance elements R 1 to R 12 in the respective stages connected in series. It is connected.

さらに、n重の島絶縁分離トレンチT〜T12により囲まれた各島領域のSOI層1aをそれぞれ一方の電極とするn個の容量素子C〜C12が、前記低基準電位と高基準電位Vsの間で、GND側を第1段、電源側を第n段として、順次直列接続されている。 Further, n-number of capacitance elements C 1 -C 12 for the SOI layer 1a of each island region surrounded by the n-fold of the island isolation trenches T 1 through T 12 and each one of the electrodes, the low reference potential and high Between the reference potentials Vs, the GND side is the first stage and the power supply side is the nth stage, which are sequentially connected in series.

該n個の容量素子C〜C12をより詳細に説明すると、図3(b)に示すように、それぞれ、並列接続た第1の容量素子と第2の容量素子とで構成されている。第1の容量素子は、SOI層1aの上に形成されたフィールド酸化膜5を誘電体層とする容量素子であり、フィールド酸化膜5下の各島領域のSOI層1aを一方の電極とし、フィールド酸化膜5上に形成された配線層をもう一方の電極としている。また、第2の容量素子は、SOI層1aの上方に形成された層間絶縁膜6を誘電体層とする容量素子であり、層間絶縁膜6を間に挟む上下の配線層を電極としている。上記フィールド酸化膜5を誘電体層とする第1の容量素子も層間絶縁膜6を誘電体層とする第2の容量素子も、製造するための特別な工程は不要であり、安価に製造することができる。また、フィールド酸化膜5を誘電体層とする第1の容量素子だけで、容量素子C〜C12を構成するようにしてもよい。しかしながら、後述するように、容量素子C〜C12は、低基準電位と高基準電位Vsの間で交流の分圧素子として機能させるために比較的大きな容量値が必要であり、第1の容量素子だけで構成すると該容量素子の占有面積が大きくなる。上記層間絶縁膜6を誘電体層とする第2の容量素子を付加することで、占有面積を拡大したり特別な製造工程を追加したりすることなく容量値を増大することができ、小型で安価な半導体装置とすることが可能である。 The n capacitive elements C 1 to C 12 will be described in more detail. As shown in FIG. 3B, each of the n capacitive elements C 1 to C 12 includes a first capacitive element and a second capacitive element connected in parallel. . The first capacitor element is a capacitor element in which the field oxide film 5 formed on the SOI layer 1a is a dielectric layer, the SOI layer 1a in each island region under the field oxide film 5 is used as one electrode, The wiring layer formed on the field oxide film 5 is used as the other electrode. The second capacitor element is a capacitor element having an interlayer insulating film 6 formed above the SOI layer 1a as a dielectric layer, and the upper and lower wiring layers sandwiching the interlayer insulating film 6 are used as electrodes. The first capacitor element using the field oxide film 5 as a dielectric layer and the second capacitor element using the interlayer insulating film 6 as a dielectric layer do not require a special process for manufacturing, and are manufactured at low cost. be able to. Alternatively, the capacitive elements C 1 to C 12 may be configured by only the first capacitive element having the field oxide film 5 as a dielectric layer. However, as will be described later, the capacitive elements C 1 to C 12 require a relatively large capacitance value in order to function as an AC voltage dividing element between the low reference potential and the high reference potential Vs. When the capacitor element alone is used, the area occupied by the capacitor element increases. By adding the second capacitor element having the interlayer insulating film 6 as a dielectric layer, the capacitance value can be increased without increasing the occupied area or adding a special manufacturing process. An inexpensive semiconductor device can be obtained.

尚、図3の半導体装置22においては、n重の島絶縁分離トレンチT〜T12により囲まれた各島領域に一個ずつ配置されたn個のMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12は、順次、内側の島領域のMOSトランジスタ素子が電源側であり、外側の島領域のMOSトランジスタ素子がGND側である構成としていた。該構成は、配線の取り回しやノイズの影響を低減する上で好ましい。しかしながらこれに限らず、逆に、n個のMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12は、順次、内側の島領域のMOSトランジスタ素子がGND側であり、外側の島領域のMOSトランジスタ素子が電源側である構成としてもよい。 In the semiconductor device 22 of FIG. 3, MOS transistor elements Tr 1 to Tr 12 of n which are arranged one by one in each island region surrounded by the n-fold of the island isolation trenches T 1 through T 12 are sequentially The MOS transistor element in the inner island region is on the power supply side, and the MOS transistor element in the outer island region is on the GND side. This configuration is preferable for reducing the influence of wiring and noise. However, the present invention is not limited to this, and conversely, in the n MOS transistor elements Tr 1 to Tr 12 , the MOS transistor elements in the inner island region are sequentially on the GND side, and the MOS transistor elements in the outer island region are on the power source side. It is good also as a certain structure.

図3の半導体装置22においては、図12の半導体装置21と異なり、第1段のMOSトランジスタ素子Trを除いた残りの各段のMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12におけるゲート端子が、前記直列接続された各段の容量素子C〜C12の間に、容量素子C〜C12側をアノードとしゲート端子側をカソードとしたダイオード素子A〜A12を介して、それぞれ、順次接続されている。 In the semiconductor device 22 of FIG. 3, unlike the semiconductor device 21 of FIG. 12, the gate terminals of the remaining MOS transistor elements Tr 2 to Tr 12 except for the first-stage MOS transistor element Tr 1 are connected in series. between a capacitor which is connected C 1 -C 12 of each stage, through the diode element a 2 to a 12 in which the gate terminal side and the cathode to the capacitor C 1 -C 12 side and the anode, respectively, sequentially connected Has been.

尚、図3の半導体装置22は、図12の半導体装置21と同様に、第1段のMOSトランジスタ素子Trにおけるゲート端子を入力端子とし、第n段のMOSトランジスタ素子Tr12における電源側の端子から出力が取り出される。 The semiconductor device 22 shown in FIG. 3 has the gate terminal of the first-stage MOS transistor element Tr 1 as an input terminal and the power supply side of the n-th stage MOS transistor element Tr 12 in the same manner as the semiconductor device 21 shown in FIG. Output is taken from the terminal.

図3に示す半導体装置22は、SOI構造半導体基板1のSOI層1aに絶縁分離されて形成されたn個(n≧2)のMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12が低基準電位と高基準電位Vsの間で直列接続されてなる、高耐圧の確保が可能な半導体装置である。 In the semiconductor device 22 shown in FIG. 3, n (n ≧ 2) MOS transistor elements Tr 1 to Tr 12 formed by being isolated from the SOI layer 1a of the SOI structure semiconductor substrate 1 have a low reference potential and a high reference potential. This is a semiconductor device that is connected in series between Vs and can ensure a high breakdown voltage.

上記半導体装置22は、図4に示すように、低基準電位と高基準電位Vsの間で直列接続されたn個の抵抗素子R〜R12からなるラインを有しており、第1段のMOSトランジスタ素子Trを除いた各段のMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12におけるゲート端子が、前記ラインを構成しているn個の抵抗素子R〜R12の間に順次接続されている。すなわち、前記ラインを構成しているn個の抵抗素子R〜R12は、第1段を除いた各段のMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12のゲート端子をバイアスする、低基準電位と高基準電位の間における直流の分圧抵抗として機能する。 As shown in FIG. 4, the semiconductor device 22 has a line composed of n resistance elements R 1 to R 12 connected in series between a low reference potential and a high reference potential Vs. The gate terminals of the MOS transistor elements Tr 2 to Tr 12 in each stage excluding the MOS transistor element Tr 1 are sequentially connected between the n resistance elements R 1 to R 12 constituting the line. . That is, the n resistance elements R 1 to R 12 constituting the line bias the gate terminals of the MOS transistor elements Tr 2 to Tr 12 in each stage except the first stage, and have a low reference potential and a high level. Functions as a DC voltage dividing resistor between reference potentials.

また、上記半導体装置22は、低基準電位と高基準電位Vsの間で直列接続されたn個の容量素子C〜C12からなるラインを有しており、第1段のMOSトランジスタ素子Trを除いた残りの各段のMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12におけるゲート端子が、直列接続された各段の容量素子C〜C12の間に、容量素子C〜C12側をアノードとしゲート端子側をカソードとしたダイオード素子A〜A12を介して、それぞれ、順次接続されている。従って、図4からわかるように、抵抗素子R〜R12は、図1の半導体装置21と異なり、n重の島絶縁分離トレンチT〜T12により囲まれた各島領域に直接繋がっていない。前記ラインを構成しているn個の容量素子C〜C12は、低基準電位と高基準電位Vsの間における交流の分圧素子として機能し、第1段を除いた各段のMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12のゲート端子を交流状態(例えば図5(a)に示す高基準電位Vsがパルス的に変化する場合において、該パルスの立ち上り時および立ち下り時)においてバイアスする。 The semiconductor device 22 has a line composed of n capacitive elements C 1 to C 12 connected in series between the low reference potential and the high reference potential Vs, and the first stage MOS transistor element Tr. The gate terminals of the remaining MOS transistor elements Tr 2 to Tr 12 except for 1 are connected between the capacitive elements C 1 to C 12 of each stage connected in series, and the capacitive elements C 1 to C 12 side are anodes. Are sequentially connected via diode elements A 2 to A 12 having the gate terminal side as a cathode. Therefore, as can be seen from FIG. 4, unlike the semiconductor device 21 of FIG. 1, the resistance elements R 2 to R 12 are directly connected to the island regions surrounded by the n-fold island isolation trenches T 1 to T 12. Absent. The n capacitive elements C 1 to C 12 constituting the line function as AC voltage dividing elements between the low reference potential and the high reference potential Vs, and the MOS transistors in each stage except the first stage The gate terminals of the elements Tr 2 to Tr 12 are biased in an alternating state (for example, when the high reference potential Vs shown in FIG. 5A changes in a pulse manner, at the rise and fall of the pulse).

上記半導体装置22における前記n個の容量素子C〜C12は、n重の島絶縁分離トレンチT〜T12により囲まれた各島領域のSOI層1aをそれぞれ一方の電極とする容量素子であり、前述したように安価に製造することが可能である。一方、予備的な試験によれば、同じ各島領域のSOI層1aをそれぞれ一方の電極とするn個の容量素子C〜C12からなる交流的な分圧ラインを有した図12の半導体装置21においては、図1と図2で説明したように、パルス的に変化する高基準電位VsのOFF直後の一定期間、過渡的にスイッチング動作ができなくなるデッドタイムの問題が発生した。 The n capacitive elements C 1 to C 12 in the semiconductor device 22 are capacitive elements each having the SOI layer 1a in each island region surrounded by n-fold island insulating isolation trenches T 1 to T 12 as one electrode. As described above, it can be manufactured at low cost. On the other hand, according to a preliminary test, the semiconductor of FIG. 12 having an alternating voltage dividing line composed of n capacitive elements C 1 to C 12 each having the SOI layer 1a of the same island region as one electrode. In the device 21, as described with reference to FIGS. 1 and 2, there is a problem of dead time in which the switching operation cannot be performed transiently for a certain period immediately after the high reference potential Vs that changes in a pulsed manner is turned off.

また、同じく図1と図2で説明したように、シミュレーションによって上記デッドタイムの問題を解析したところ、上記デッドタイムは、以下のようにして発生することが判明した。すなわち、低基準電位と高基準電位Vsの間で直列接続された直流の分圧素子である抵抗素子R〜R12と交流の分圧素子である容量素子C〜C12がそれぞれ同じMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12のゲート端子をバイアスしている半導体装置21においては、高基準電位VsのON状態において、埋め込み酸化膜3下の支持基板2の電位が高基準電位Vsの約半分となり、中央より低段のMOSトランジスタ素子Tr〜Trのゲート電位をバイアスしている抵抗素子R〜Rとそれに繋がる容量素子C〜Cの電極であるSOI層1aを介して、埋め込み酸化膜3の寄生容量PC3が充電されている。次に高基準電位VsがOFFすると、充電されていた埋め込み酸化膜3の寄生容量PC3の放電が間に合わず、GND側の低段のMOSトランジスタ素子Tr〜Trにおけるドレイン電圧が0V以下になる。このため、高基準電位VsのOFF直後の一定期間、過渡的にスイッチング動作ができなくなるデッドタイムが発生することがわかった。 Similarly, as described with reference to FIGS. 1 and 2, when the problem of the dead time was analyzed by simulation, it was found that the dead time occurs as follows. That is, the resistance elements R 1 to R 12 that are DC voltage dividing elements connected in series between the low reference potential and the high reference potential Vs and the capacitor elements C 1 to C 12 that are AC voltage dividing elements are respectively the same MOS. In the semiconductor device 21 that biases the gate terminals of the transistor elements Tr 2 to Tr 12 , the potential of the support substrate 2 under the buried oxide film 3 becomes about half of the high reference potential Vs when the high reference potential Vs is ON. , through the SOI layer 1a is an electrode of the capacitor C 1 -C 7 that the resistance element R 1 to R 7 which biases the gate potential of MOS transistor elements Tr 2 to Tr 6 of the low-stage the center connected thereto, The parasitic capacitance PC3 of the buried oxide film 3 is charged. Then high reference potential Vs is turned OFF, discharge too late parasitic capacitance PC3 of the buried oxide film 3 has been charged, the drain voltage becomes 0V or less in the MOS transistor elements Tr 2 to Tr 6 of the low-stage of the GND side . For this reason, it has been found that a dead time during which a switching operation cannot be performed transiently occurs for a certain period immediately after the high reference potential Vs is turned off.

そこで、上記図3と図4に示す半導体装置22においては、第1段のMOSトランジスタ素子Trを除いた各段のMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12におけるゲート端子が、直列接続された各段の容量素子C〜C12の間に、容量素子C〜C12側をアノードとしゲート端子側をカソードとしたダイオード素子A〜A12を介して、それぞれ、順次接続されてなる構成を採用している。該構成によれば、同じMOSトランジスタ素子のゲート端子をバイアスする抵抗素子Ri(i=2,・・・,n)と容量素子Ciが、直接繋がれずに上記ダイオード素子Aiでクランプされることとなり、高基準電位VsのON状態において、抵抗素子Riを介した埋め込み酸化膜3の寄生容量PC3の充電が抑制される。従って、上記半導体装置22においては、図5に示すように、次に高基準電位VsがOFFした直後においても、図2のシミュレーション結果のようにGND側の低段のMOSトランジスタ素子Tr〜Trにおけるドレイン電圧が0V以下になることがなく、スイッチング動作ができなくなるデッドタイムの発生を防止することができる。尚、上記図3と図4に示す半導体装置22においても、直列接続された容量素子C〜C12は、n重の島絶縁分離トレンチT〜T12で絶縁分離されたSOI層1aの各島領域を一方の電極としており、この構造によって各島領域を高基準電位VsのON時およびOFF時の過渡状態において同時に電位固定することができる。 Therefore, in the semiconductor device 22 shown in FIGS. 3 and 4, the gate terminals of the MOS transistor elements Tr 2 to Tr 12 in each stage excluding the first stage MOS transistor element Tr 1 are connected in series. The capacitor elements C 1 to C 12 are sequentially connected via diode elements A 2 to A 12 having the capacitor elements C 1 to C 12 as an anode and the gate terminal side as a cathode, respectively. Adopted. According to this configuration, the resistor element Ri (i = 2,..., N) that biases the gate terminal of the same MOS transistor element and the capacitor element Ci are not directly connected but are clamped by the diode element Ai. In the ON state of the high reference potential Vs, charging of the parasitic capacitance PC3 of the buried oxide film 3 via the resistance element Ri is suppressed. Therefore, in the semiconductor device 22, as shown in FIG. 5, immediately after the high reference potential Vs is turned off, the low-stage MOS transistor elements Tr 1 to Tr on the GND side as shown in the simulation result of FIG. The drain voltage at 6 does not become 0 V or less, and it is possible to prevent the occurrence of dead time in which the switching operation cannot be performed. In the semiconductor device 22 shown in FIG. 3 and FIG. 4 as well, the capacitive elements C 1 to C 12 connected in series are formed of the SOI layer 1 a that is insulated and separated by n-fold island insulation isolation trenches T 1 to T 12 . Each island region is used as one electrode. With this structure, the potential of each island region can be fixed simultaneously in a transient state when the high reference potential Vs is ON and OFF.

上記説明からわかるように、ダイオード素子の挿入は、第1段のMOSトランジスタ素子Trを除いた全てのMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12に対して必要である訳ではない。第1段のMOSトランジスタ素子Trを除いた少なくとも中央より低段のMOSトランジスタ素子Tr〜Trにおけるゲート端子が、前記直列接続された各段の容量素子C〜Cの間に、容量素子C〜C側をアノードとしゲート端子側をカソードとしたダイオード素子A〜Aを介して、それぞれ、順次接続されてなり、残りの高段のMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12におけるゲート端子が、直列接続された各段の容量素子C〜C12の間に、それぞれ、順次接続されてなる構成としてもよい。しかしながら、図3の半導体装置22のように、第1段のMOSトランジスタ素子Trを除いた全てのMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12に対してダイオード素子A〜A12を挿入することで、12個のMOSトランジスタ素子Tr〜Tr12の動作特性を、より均一にすることができる。 As can be seen from the above description, the insertion of the diode element is not necessary for all the MOS transistor elements Tr 2 to Tr 12 except the first-stage MOS transistor element Tr 1 . The gate terminals of at least the lower-stage MOS transistor elements Tr 2 to Tr 6 excluding the first-stage MOS transistor element Tr 1 are connected between the series-connected capacitive elements C 1 to C 7 . The remaining high-stage MOS transistor elements Tr 7 to Tr 12 are sequentially connected via diode elements A 2 to A 6 having the capacitive elements C 1 to C 7 as an anode and the gate terminal side as a cathode, respectively. the gate terminal of the, between the series connected capacitive elements C 7 -C 12 for each stage, respectively, may be formed by sequentially connection configuration. However, like the semiconductor device 22 of FIG. 3, by inserting the diode elements A 2 to A 12 into all the MOS transistor elements Tr 2 to Tr 12 except the first-stage MOS transistor element Tr 1 , The operating characteristics of the twelve MOS transistor elements Tr 1 to Tr 12 can be made more uniform.

図6と図7は、それぞれ、上記ダイオード素子A〜A12の形成例を示した図である。図6(a),(b)は、それぞれ、ダイオード素子A,Aの平面図と断面図であり、図7は、抵抗素子Rc,容量素子Ccおよびダイオード素子Aの平面図と断面図である。尚、図6と図7において、図3と同様の部分については、同じ符号を付した。 6 and 7 are diagrams showing examples of forming the diode elements A 2 to A 12 , respectively. FIG 6 (a), (b), respectively, the diode elements A a, a plan view and a sectional view of A b, 7, resistive element Rc, plan view of the capacitor Cc and a diode element A c and section FIG. In FIGS. 6 and 7, the same parts as those in FIG.

図6(a),(b)に示すダイオード素子A,Aは、いずれも多結晶シリコンからなるダイオード素子で、図6(a)に示すダイオード素子Aは、p導電型領域とn導電型領域がフィールド酸化膜5上に横並べに配置されたダイオード素子である。図6(b)に示すダイオード素子Aは、p導電型領域とn導電型領域がフィールド酸化膜5上に積層されて縦並べに配置されたダイオード素子である。 The diode elements A a and A b shown in FIGS. 6A and 6B are both diode elements made of polycrystalline silicon, and the diode element A a shown in FIG. Diode elements having conductive type regions arranged side by side on field oxide film 5. The diode element Ab shown in FIG. 6B is a diode element in which a p-conductivity type region and an n-conductivity type region are stacked on the field oxide film 5 and arranged in a vertical arrangement.

図7に示すダイオード素子Aも、多結晶シリコンからなるダイオード素子であり、p導電型領域とn導電型領域が層間絶縁膜6上に横並べに配置されたダイオード素子である。図7のダイオード素子Aのように、分圧抵抗Rcと共に容量素子Cc上に作製することで、省スペース化を図ることが出来る。 A diode element Ac shown in FIG. 7 is also a diode element made of polycrystalline silicon, and is a diode element in which a p conductivity type region and an n conductivity type region are arranged side by side on the interlayer insulating film 6. As in the diode element Ac of FIG. 7, the space can be saved by forming on the capacitor element Cc together with the voltage dividing resistor Rc.

尚、図3の半導体装置22におけるダイオード素子A〜A12は、上記図6と図7の形成例に限らず、例えば素子絶縁分離トレンチ4により絶縁分離されたSOI層1a中に形成されるダイオード素子であってもよいし、SOI基板1とは異なる基板に別素子として形成されるダイオード素子であってもよい。 The diode elements A 2 to A 12 in the semiconductor device 22 in FIG. 3 are not limited to the formation examples in FIGS. 6 and 7, and are formed in, for example, the SOI layer 1 a that is insulated and separated by the element insulation isolation trench 4. It may be a diode element or a diode element formed as a separate element on a substrate different from the SOI substrate 1.

以上のようにして、上記した半導体装置は、いずれも、n個(n≧2)のMOSトランジスタ素子が低基準電位と高基準電位Vsの間で直列接続された、高耐圧を確保することのできる半導体装置であって、GND側の第1段を除いた各段のMOSトランジスタ素子のゲート端子を直流的および交流的にそれぞれバイアスする、低基準電位と高基準電位Vsの間で直列接続された抵抗素子および容量素子の各ラインを有してなり、パルス的に変化する高基準電位VsのOFF直後においてもデッドタイムが発生しない、安価な半導体装置とすることができる。   As described above, each of the semiconductor devices described above can ensure a high breakdown voltage in which n (n ≧ 2) MOS transistor elements are connected in series between the low reference potential and the high reference potential Vs. A semiconductor device that can be connected in series between a low reference potential and a high reference potential Vs that bias the gate terminals of the MOS transistor elements of each stage excluding the first stage on the GND side in a direct and alternating manner. In addition, it is possible to provide an inexpensive semiconductor device that includes each line of the resistor element and the capacitor element and does not generate a dead time even immediately after the high reference potential Vs that changes in a pulse manner is turned off.

従って、上記半導体装置は、前記低基準電位を基準とするGND基準ゲート駆動回路、前記低基準電位と前記高基準電位Vsをパルス的に変化させた電位を基準とする浮遊基準ゲート駆動回路、前記GND基準ゲート駆動回路と前記浮遊基準ゲート駆動回路を制御するための制御回路、および前記制御回路と前記浮遊基準ゲート駆動回路の間に介在し、前記制御回路の入出力信号を前記低基準電位と前記高基準電位の間でレベルシフトさせるレベルシフト回路で構成されるインバータ駆動用の高電圧ICにおいて、前記レベルシフト回路に好適である。   Therefore, the semiconductor device includes a GND reference gate driving circuit based on the low reference potential, a floating reference gate driving circuit based on a potential obtained by changing the low reference potential and the high reference potential Vs in a pulse manner, A GND reference gate driving circuit, a control circuit for controlling the floating reference gate driving circuit, and an input / output signal of the control circuit that is interposed between the control circuit and the floating reference gate driving circuit and the low reference potential In a high voltage IC for driving an inverter constituted by a level shift circuit for level shifting between the high reference potentials, it is suitable for the level shift circuit.

インバータ駆動用の高電圧ICにおける浮遊基準ゲート駆動回路では、低基準電位と高基準電位の間をパルス的に変化する2つの電位を基準としており、レベルシフト回路に適用する半導体装置は、先に例示した高基準電位がパルス的に変化する場合に相当する。   In a floating reference gate drive circuit in a high voltage IC for driving an inverter, two potentials changing in a pulse manner between a low reference potential and a high reference potential are used as a reference, and a semiconductor device applied to a level shift circuit is first This corresponds to the case where the exemplified high reference potential changes in a pulse manner.

前記高電圧ICは、例えば、車載モータのインバータ駆動用の高電圧ICであってもよいし、車載エアコンのインバータ駆動用の高電圧ICであってもよい。   The high voltage IC may be, for example, a high voltage IC for driving an inverter of an in-vehicle motor, or a high voltage IC for driving an inverter of an in-vehicle air conditioner.

10,20〜22 半導体装置
Tr〜Tr12 MOSトランジスタ素子
R,R〜R12,R 抵抗素子
C,C〜C12,C 容量素子
〜A12,Aa〜A ダイオード素子
1 SOI構造半導体基板(SOI基板)
1a SOI層
2 支持基板
3 埋め込み酸化膜
〜T12 島絶縁分離トレンチ
4 素子絶縁分離トレンチ
5 フィールド酸化膜
6 層間絶縁膜
10,20~22 semiconductor device Tr 1 to Tr 12 MOS transistor element R, R 1 ~R 12, R c resistive element C, C 1 ~C 12, C c capacitive element A 2 ~A 12, Aa~A c diode Element 1 SOI structure semiconductor substrate (SOI substrate)
1a SOI layer 2 supporting substrate 3 buried oxide film T 1 through T 12 island isolation trenches 4 element isolation trenches 5 field oxide film 6 interlayer insulating film

Claims (8)

n個(n≧2)のMOSトランジスタ素子が、埋め込み酸化膜を有するSOI構造半導体基板のSOI層に、それぞれ前記埋め込み酸化膜に達する素子絶縁分離トレンチにより絶縁分離されて形成され、
前記SOI層に前記埋め込み酸化膜に達するn重の島絶縁分離トレンチが形成され、
前記n個のMOSトランジスタ素子が、前記n重の島絶縁分離トレンチにより囲まれた各島領域に一個ずつ配置されてなり、
前記n個のMOSトランジスタ素子が、グランド(GND)側で基準となる所定の低基準電位と電源側で基準となる所定の高基準電位の間で、GND側を第1段、電源側を第n段として、順次直列接続されてなり、
n個の抵抗素子が、前記低基準電位と高基準電位の間で、GND側を第1段、電源側を第n段として、順次直列接続されてなり、
第1段の前記MOSトランジスタ素子を除いた各段のMOSトランジスタ素子におけるゲート端子が、前記直列接続された各段の抵抗素子の間に、それぞれ、順次接続されてなり、
前記各島領域のSOI層をそれぞれ一方の電極とするn個の容量素子が、前記低基準電位と高基準電位の間で、GND側を第1段、電源側を第n段として、順次直列接続されてなり、
第1段の前記MOSトランジスタ素子を除いた少なくとも中央より低段のMOSトランジスタ素子におけるゲート端子が、前記直列接続された各段の容量素子の間に、容量素子側をアノードとしゲート端子側をカソードとしたダイオード素子を介して、それぞれ、順次接続されてなり、
残りの高段のMOSトランジスタ素子におけるゲート端子が、前記直列接続された各段の容量素子の間に、それぞれ、順次接続されてなり、
第1段の前記MOSトランジスタ素子におけるゲート端子を入力端子とし、
第n段の前記MOSトランジスタ素子における前記電源側の端子から出力が取り出されることを特徴とする半導体装置。
n (n ≧ 2) MOS transistor elements are formed on the SOI layer of the SOI structure semiconductor substrate having a buried oxide film by being insulated and separated by element isolation trenches that reach the buried oxide film,
An n-fold island insulating isolation trench reaching the buried oxide film is formed in the SOI layer,
The n MOS transistor elements are arranged one by one in each island region surrounded by the n-fold island isolation trench,
The n MOS transistor elements have a first stage on the GND side and a first stage on the power supply side between a predetermined low reference potential that is a reference on the ground (GND) side and a predetermined high reference potential that is a reference on the power supply side. n stages are connected in series,
n resistance elements are sequentially connected in series between the low reference potential and the high reference potential, with the GND side as the first stage and the power supply side as the nth stage,
The gate terminals of the MOS transistor elements of each stage excluding the MOS transistor element of the first stage are sequentially connected between the resistor elements of the respective stages connected in series.
The n capacitive elements each having the SOI layer in each island region as one electrode are sequentially connected in series between the low reference potential and the high reference potential, with the GND side as the first stage and the power supply side as the nth stage. Connected,
The gate terminal of at least the lower-stage MOS transistor element excluding the first-stage MOS transistor element has a capacitor element side as an anode and a gate terminal side as a cathode between the series-connected capacitor elements. Each is connected sequentially through the diode elements
The gate terminals of the remaining high-stage MOS transistor elements are sequentially connected between the series-connected capacitive elements, respectively.
The gate terminal in the MOS transistor element of the first stage is an input terminal,
An output is taken out from a terminal on the power supply side in the n-th stage MOS transistor element.
n個(n≧2)のMOSトランジスタ素子が、埋め込み酸化膜を有するSOI構造半導体基板のSOI層に、それぞれ前記埋め込み酸化膜に達する素子絶縁分離トレンチにより絶縁分離されて形成され、
前記SOI層に前記埋め込み酸化膜に達するn重の島絶縁分離トレンチが形成され、
前記n個のMOSトランジスタ素子が、前記n重の島絶縁分離トレンチにより囲まれた各島領域に一個ずつ配置されてなり、
前記n個のMOSトランジスタ素子が、グランド(GND)側で基準となる所定の低基準電位と電源側で基準となる所定の高基準電位の間で、GND側を第1段、電源側を第n段として、順次直列接続されてなり、
n個の抵抗素子が、前記低基準電位と高基準電位の間で、GND側を第1段、電源側を第n段として、順次直列接続されてなり、
第1段の前記MOSトランジスタ素子を除いた各段のMOSトランジスタ素子におけるゲート端子が、前記直列接続された各段の抵抗素子の間に、それぞれ、順次接続されてなり、
前記各島領域のSOI層をそれぞれ一方の電極とするn個の容量素子が、前記低基準電位と高基準電位の間で、GND側を第1段、電源側を第n段として、順次直列接続されてなり、
第1段の前記MOSトランジスタ素子を除いた残りの各段のMOSトランジスタ素子におけるゲート端子が、前記直列接続された各段の容量素子の間に、容量素子側をアノードとしゲート端子側をカソードとしたダイオード素子を介して、それぞれ、順次接続されてなり、
第1段の前記MOSトランジスタ素子におけるゲート端子を入力端子とし、
第n段の前記MOSトランジスタ素子における前記電源側の端子から出力が取り出され
ることを特徴とする導体装置。
n (n ≧ 2) MOS transistor elements are formed on the SOI layer of the SOI structure semiconductor substrate having a buried oxide film by being insulated and separated by element isolation trenches that reach the buried oxide film,
An n-fold island insulating isolation trench reaching the buried oxide film is formed in the SOI layer,
The n MOS transistor elements are arranged one by one in each island region surrounded by the n-fold island isolation trench,
The n MOS transistor elements have a first stage on the GND side and a first stage on the power supply side between a predetermined low reference potential that is a reference on the ground (GND) side and a predetermined high reference potential that is a reference on the power supply side. n stages are connected in series,
n resistance elements are sequentially connected in series between the low reference potential and the high reference potential, with the GND side as the first stage and the power supply side as the nth stage,
The gate terminals of the MOS transistor elements of each stage excluding the MOS transistor element of the first stage are sequentially connected between the resistor elements of the respective stages connected in series.
The n capacitive elements each having the SOI layer in each island region as one electrode are sequentially connected in series between the low reference potential and the high reference potential, with the GND side as the first stage and the power supply side as the nth stage. Connected,
The gate terminals of the remaining MOS transistor elements of the respective stages excluding the first-stage MOS transistor elements are connected between the capacitor elements of the respective stages connected in series, and the capacitor element side is an anode and the gate terminal side is a cathode. via the diode element, respectively, Ri Na are sequentially connected,
The gate terminal in the MOS transistor element of the first stage is an input terminal,
Semiconductors devices outputted from the power supply side terminal of the MOS transistor of the n-th stage is characterized <br/> Rukoto retrieved.
前記n個の容量素子が、それぞれ、前記SOI層の上に形成されたフィールド酸化膜を誘電体層とする容量素子であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein each of the n capacitive elements is a capacitive element having a field oxide film formed on the SOI layer as a dielectric layer. 前記n個の容量素子に、それぞれ、前記SOI層の上方に形成された層間絶縁膜を誘電体層とする第2の容量素子が並列接続されてなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体装置。   4. The second capacitor element having a dielectric layer as an interlayer insulating film formed above the SOI layer is connected in parallel to each of the n capacitor elements. 5. The semiconductor device as described in any one. 前記各島領域に一個ずつ配置されたn個のMOSトランジスタ素子は、順次、内側の島領域のMOSトランジスタ素子が電源側であり、外側の島領域のMOSトランジスタ素子がGND側であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体装置。   The n MOS transistor elements arranged one by one in each island region are such that, in order, the MOS transistor elements in the inner island region are on the power supply side, and the MOS transistor elements in the outer island region are on the GND side. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4. 前記半導体装置が、
前記低基準電位を基準とするGND基準ゲート駆動回路、前記低基準電位と前記高基準電位をパルス的に変化させた電位を基準とする浮遊基準ゲート駆動回路、前記GND基準ゲート駆動回路と前記浮遊基準ゲート駆動回路を制御するための制御回路、および前記制御回路と前記浮遊基準ゲート駆動回路の間に介在し、前記制御回路の入出力信号を前記低基準電位と前記高基準電位の間でレベルシフトさせるレベルシフト回路で構成されるインバータ駆動用の高電圧ICにおいて、
前記レベルシフト回路に適用されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device is
A GND reference gate drive circuit based on the low reference potential, a floating reference gate drive circuit based on a potential obtained by pulse-changing the low reference potential and the high reference potential, the GND reference gate drive circuit, and the floating A control circuit for controlling a reference gate driving circuit, and interposed between the control circuit and the floating reference gate driving circuit, and the input / output signals of the control circuit are leveled between the low reference potential and the high reference potential In a high voltage IC for driving an inverter constituted by a level shift circuit to be shifted,
6. The semiconductor device according to claim 1, which is applied to the level shift circuit.
前記高電圧ICが、車載モータのインバータ駆動用の高電圧ICであることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the high voltage IC is a high voltage IC for driving an inverter of a vehicle-mounted motor. 前記高電圧ICが、車載エアコンのインバータ駆動用の高電圧ICであることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。   7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the high voltage IC is a high voltage IC for driving an inverter of an in-vehicle air conditioner.
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