JP4972887B2 - Semiconductor device and semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Description
本発明は半導体装置および半導体集積回路装置に関し、特に高耐圧スイッチング素子とその駆動を制御するICを備えた電源システム等に用いられる半導体装置および半導体集積回路装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a semiconductor device and a semiconductor integrated circuit device used in a power supply system including a high voltage switching element and an IC that controls driving thereof.
従来、半導体装置を利用したスイッチング電源システムとしては、次の図4に示すようなものが提案されている(特許文献1参照)。
図4はスイッチング電源システムの要部回路図である。
Conventionally, a switching power supply system using a semiconductor device has been proposed as shown in FIG. 4 (see Patent Document 1).
FIG. 4 is a main part circuit diagram of the switching power supply system.
このスイッチング電源システム100において、AC100V〜240V程度の電源101から供給されヒューズ102を経由して整流器103で整流された電力は、まず電源コンデンサ104に充電され、この電源コンデンサ104によって平滑されてトランス105の1次巻線106の一端に供給される。1次巻線106の他端には、スイッチング電源制御部120の高耐圧スイッチングトランジスタとしてのMOSFET121のドレイン端子122が接続されている。このMOSFET121が100kHz程度の周波数でスイッチングすることによってトランス105の1次巻線106に高周波電力が供給される。チョッピングされた高周波電力の一部は、ダイオード107で整流されて出力コンデンサ108に充電され、出力コンデンサ108で平滑された直流電力が出力端子109から出力される。
In this switching
スイッチング電源制御部120では、電源コンデンサ104で平滑された電力が、起動電力入力端子123、接合型電界効果トランジスタ(Junction Field Effect Transistor,JFET)124、Vcc端子125を経て平滑コンデンサ110に充電される。ここでは、この平滑コンデンサ110の電圧が上昇すると、JFET124がオフ状態になるようになっている。そして、平滑コンデンサ110からVcc端子125を介して、スイッチング電源制御部120の制御用IC126の電源回路部127に起動電力が供給される。
In the switching power
制御用IC126の制御回路部128は、電源回路部127に蓄えられた起動電力を電源とし、所定のオン/オフ指令に基づいてMOSFET121のスイッチングを制御する。そして、前述のように、このMOSFET121が所定周波数でスイッチングすることによってトランス105の1次巻線106に電力が供給される。このようにスイッチングが開始されてトランス105の2次巻線111に電圧が発生すると、今度は2次巻線111に発生する電力の一部が、ダイオード112で整流され、平滑コンデンサ110で平滑され、Vcc端子125を経由して電源回路部127に供給される。制御回路部128は、この電力によって継続的に動作する。
The
このように、上記スイッチング電源システム100において、MOSFET121のスイッチングを制御する制御用IC126は、個別のMOSFET121を制御する専用ICとされ、また、JFET124は、この制御用IC126の起動電力供給素子として用いられている。従来、スイッチング電源制御部120を構成しているこれらJFET124、MOSFET121、制御用IC126は、個別に外部接続されていたが、近年では、これらを同一の半導体チップに集積して半導体集積回路装置として構成し、スイッチング電源システムの部品点数の削減や構成の簡素化が図られている。
As described above, in the switching
ところで、前述のように、このスイッチング電源システム100では、MOSFET121の制御回路部128の起動電力は、電源101からのAC100V〜240V程度の入力信号が整流・平滑されて起動電力入力端子123からJFET124を介して制御用IC126の電源回路部127に供給されることで得られる。そのため、JFET124には450V程度の耐圧が必要になり、このような耐圧とモノリシック化を実現するため、JFET124には例えばノーマリー・オン型の横型JFETが用いられる。
By the way, as described above, in the switching
図5はJFETの一例の要部平面模式図、図6は図5のF部拡大模式図である。また、図7は図6の要部断面模式図であって、(A)はG−G断面図、(B)はH−H断面図である。 FIG. 5 is a schematic plan view of an essential part of an example of a JFET, and FIG. 6 is an enlarged schematic view of a portion F in FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the main part of FIG. 6, wherein (A) is a GG cross-sectional view and (B) is a HH cross-sectional view.
図5から図7に示すJFET124は、p型基板124aに、p型ウェル領域124b、n型ドリフト領域124c、n+型ソース領域124dおよびn+型ドレイン領域124eが形成されている。n+型ソース領域124dとn+型ドレイン領域124eは、間にn型ドリフト領域124cを挟んで形成されている。そして、n+型ソース領域124d、n+型ドレイン領域124eにはそれぞれ、n+型ソースコンタクト領域124f、n+型ドレインコンタクト領域124gが形成されており、そこからはそれぞれソース配線124h、ドレイン配線124iが引き出されている。素子表面は、絶縁膜124j等を用いて適当に保護されている。なお、図5および図6では、ソース配線124h、ドレイン配線124iおよび絶縁膜124jはその図示を省略している。
In the JFET 124 shown in FIGS. 5 to 7, a p-
このようなJFET124において、ソース配線124hは、上記図4に示した電源回路部127に接続され、ドレイン配線124iは、上記図4に示した起動電力入力端子123に接続されている。また、p型ウェル領域124bはゲート領域に相当し、常に接地されている。
In such a JFET 124, the
ドレイン配線124iを介してn+型ドレイン領域124eに入力信号が供給されると、n+型ソース領域124dに向かってドレイン電流が流れ、ソース配線124hを介して電源回路部127へと電力が供給される。その後、電源回路部127内の起動回路が一定の電圧まで上昇すると、制御用IC126が起動し、制御回路部128によってMOSFET121が駆動される。その結果として、JFET124では、n+型ソース領域124dが正電位にバイアスされる。n+型ソース領域124dが正電位にバイアスされると、図6中点線で示したpn接合部の空乏層124kの広がりによってチャネル幅Wが狭まり、ドレイン電流が減少する。なお、チャネル幅Wは、n型ドリフト領域124cとn+型ソース領域124dの間の不純物濃度の差によって空乏層124kの広がり方に違いが生じることを利用し、それらの不純物濃度によって制御することができる。
When an input signal is supplied to the n + -
あるドレイン電圧がn+型ドレイン領域124eに印加されているとき、n+型ソース領域124dの電位上昇と共にドレイン電流は減少し続け、チャネルがカットオフされるとドレイン電流はほとんど流れなくなる。したがって、JFET124から電源回路部127への電力供給はほぼ停止状態になる。通常、JFET124に流れるドレイン電流は制御用IC126の起動時にのみ必要であって、起動後には余分な消費電力成分になる。そのため、このように起動時以外はチャネルがカットオフされてドレイン電流が絞られるようにすることで、スイッチング電源システム100の低消費電力化が図られている。
しかし、上記図4〜図7に示したJFET124において、高耐圧化のためにはn型ドリフト領域124cの不純物濃度を低くするのが最も簡単な方法であるが、このように高耐圧化を目的としてn型ドリフト領域124cの不純物濃度を低くすると、空乏層124kの張り出しが大きくなってチャネル幅Wが狭くなり、この狭いチャネルを通ってドレイン電流が流れるので、オン抵抗が高くなってしまう。
However, in the
また、オン抵抗の温度係数は正であるので、例えば高温条件下ではオン抵抗が増大し、平滑コンデンサ110への電力供給量が減少する。その結果、電源回路部127が起動できなくなったり起動に要する時間が増大したりするといった不都合が生じ、スイッチング電源システム100の使用条件に大きく影響する。
Further, since the temperature coefficient of the on-resistance is positive, for example, the on-resistance increases under a high temperature condition, and the amount of power supplied to the
これに対し、オン抵抗が低く、JFET124から平滑コンデンサ110への電力供給量にも余裕があると、入力信号の電圧が低いときでも起動が可能になるため、スイッチング電源システム100の安定動作条件の範囲を広げることが可能になる。また、電源回路部127の起動電圧条件まで短時間で充電可能となるため、外付けの平滑コンデンサ110の容量を小さくすることが可能になり、スイッチング電源システム100の小型化に有利となる。
On the other hand, if the on-resistance is low and the power supply amount from the JFET 124 to the
したがって、電源回路部127の上流側に設けられるJFET124は、高い電力供給量を得るためには、そのオン抵抗を小さくする必要がある。
JFET124を低オン抵抗化するためには、最もオン抵抗に寄与する領域、すなわちn型ドリフト領域124cを高濃度化する方法が考えられる。しかし、オン抵抗と耐圧との間にはトレード・オフの関係があるため、耐圧を犠牲にすることなく低オン抵抗化するには、その高濃度化に限界がある。
Therefore, the JFET 124 provided on the upstream side of the power
In order to reduce the on-resistance of the
低オン抵抗化するための別の手段として、チャネル幅Wを広げる方法が考えられる。しかし、JFET124のn+型ドレイン領域124eを入力端子として用いた場合、チャネル幅Wが広いほど静電気等によるサージ電圧に対して弱くなるという欠点がある。さらに、チャネル幅Wが広くなるのに伴い、ドレイン電流をオフするために必要なカットオフ電圧が増加し、JFET124のカットオフ電圧が集積されている他のデバイスの耐圧を超えてしまうといった状況も発生し得る。このような点から、低オン抵抗化のためにチャネル幅Wを広げることにもやはり限界がある。
As another means for reducing the on-resistance, a method of widening the channel width W can be considered. However, when the n + -
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、高耐圧で低オン抵抗の半導体装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、そのような半導体装置を用いた半導体集積回路装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide a semiconductor device having a high breakdown voltage and a low on-resistance.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device using such a semiconductor device.
本発明では上記問題を解決するために、第1導電型の基板と、前記基板に設けられ、平面視で外形が四隅に丸みを帯びた角部を有する長方形状である第2導電型のドレイン領域と、前記基板に設けられ、前記ドレイン領域を囲繞する第2導電型のドリフト領域と、前記基板に設けられ、前記ドリフト領域を挟んで前記ドレイン領域の前記丸みを帯びた角部を除く直線状の各長辺部にそれぞれ対向して設けられた複数の第2導電型の第1ソース領域と、前記ドリフト領域を挟んで前記ドレイン領域の前記丸みを帯びた角部を除く直線状の各短辺部にそれぞれ対向して設けられた第2導電型の第2ソース領域とを有する複数のソース領域と、前記基板に設けられ、前記ドリフト領域および前記複数のソース領域に接合され、ゲート領域となる第1導電型のウェル領域とを含み、前記ドレイン領域と前記複数のソース領域との間にそれぞれチャネルが形成され、前記ドリフト領域を挟んで前記ドレイン領域の前記丸みを帯びた角部に対向する領域は、前記ドリフト領域と前記ウェル領域との接合部になっており、前記ウェル領域と前記ドリフト領域との接合部に形成される空乏層の広がりと、前記ウェル領域と前記複数のソース領域の各々との接合部に形成される空乏層の広がりによって前記各チャネルの幅が制御され、前記ドリフト領域と前記複数のソース領域の各々との接合部は、前記ウェル領域と前記複数のソース領域の各々との接合部よりも前記ドレイン領域側にあることを特徴とする半導体装置が提供される。 In the present invention, in order to solve the above problem, a first conductivity type substrate and a second conductivity type drain provided on the substrate and having a rectangular shape with rounded corners at four corners in plan view. A region, a drift region of a second conductivity type provided on the substrate and surrounding the drain region, and a straight line provided on the substrate and excluding the rounded corners of the drain region across the drift region A plurality of second-conductivity-type first source regions provided facing the respective long-side portions, and linear portions excluding the rounded corners of the drain region across the drift region A plurality of source regions each having a second conductivity type second source region provided opposite to each of the short sides; and a gate region provided on the substrate and joined to the drift region and the plurality of source regions. The first A region where the channel is formed between the drain region and the plurality of source regions, and the region facing the rounded corners of the drain region with the drift region interposed therebetween, , A junction between the drift region and the well region, a spread of a depletion layer formed at the junction between the well region and the drift region, and each of the well region and the plurality of source regions The width of each channel is controlled by the spread of the depletion layer formed at the junction, and the junction between the drift region and each of the plurality of source regions includes the well region and each of the plurality of source regions. A semiconductor device is provided which is located on the drain region side of the junction .
このような半導体装置によれば、ドレイン領域と複数のソース領域との間に形成されるチャネルが、ドレイン領域を略楕円状に囲むように配置され、より多くのチャネルを基板に効率的に配置することができるようになる。また、より多くのチャネルが形成されるようにすることで、適当な耐圧を確保しつつ、チャネル幅を広げずに低オン抵抗化を図ることができるようになる。 According to such a semiconductor device, the channel formed between the drain region and the plurality of source regions is disposed so as to surround the drain region in a substantially elliptical shape, and more channels are efficiently formed on the substrate. Can be placed. Further, by forming more channels, it is possible to achieve a low on-resistance without increasing the channel width while ensuring an appropriate breakdown voltage.
また、本発明では、第1半導体装置と、前記第1半導体装置によって起動電力が供給される制御回路と、前記制御回路によって動作が制御される第2半導体装置とを含み、前記第1半導体装置は、第1導電型の基板と、前記基板に設けられ、平面視で外形が四隅に丸みを帯びた角部を有する長方形状である第2導電型のドレイン領域と、前記基板に設けられ、前記ドレイン領域を囲繞する第2導電型のドリフト領域と、前記基板に設けられ、前記ドリフト領域を挟んで前記ドレイン領域の前記丸みを帯びた角部を除く直線状の各長辺部にそれぞれ対向して設けられた複数の第2導電型の第1ソース領域と、前記ドリフト領域を挟んで前記ドレイン領域の前記丸みを帯びた角部を除く直線状の各短辺部にそれぞれ対向して設けられた第2導電型の第2ソース領域とを有する複数のソース領域と、前記基板に設けられ、前記ドリフト領域および前記複数のソース領域に接合され、ゲート領域となる第1導電型のウェル領域とを含み、前記ドレイン領域と前記複数のソース領域との間にそれぞれチャネルが形成され、前記ドリフト領域を挟んで前記ドレイン領域の前記丸みを帯びた角部に対向する領域は、前記ドリフト領域と前記ウェル領域との接合部になっており、前記ウェル領域と前記ドリフト領域との接合部に形成される空乏層の広がりと、前記ウェル領域と前記複数のソース領域の各々との接合部に形成される空乏層の広がりによって前記各チャネルの幅が制御され、前記ドリフト領域と前記複数のソース領域の各々との接合部は、前記ウェル領域と前記複数のソース領域の各々との接合部よりも前記ドレイン領域側にあることを特徴とする半導体集積回路装置が提供される。 The present invention also includes a first semiconductor device, a control circuit to which activation power is supplied by the first semiconductor device, and a second semiconductor device whose operation is controlled by the control circuit. Is provided on the substrate, a first conductivity type substrate, a drain region of a second conductivity type that is provided on the substrate and has a rectangular shape with corners rounded at four corners in plan view, A second conductivity type drift region that surrounds the drain region, and a straight long side portion provided on the substrate and excluding the rounded corners of the drain region across the drift region. And a plurality of second conductivity type first source regions provided opposite to each of the straight short sides excluding the rounded corners of the drain region across the drift region. Second conductivity type A plurality of source regions each having a second source region; and a first conductivity type well region which is provided on the substrate and is joined to the drift region and the plurality of source regions and serves as a gate region. A channel is formed between each of the source regions and the plurality of source regions, and a region facing the rounded corner of the drain region across the drift region is a junction between the drift region and the well region. And the spread of the depletion layer formed at the junction between the well region and the drift region and the spread of the depletion layer formed at the junction between the well region and each of the plurality of source regions. The width of each channel is controlled, and a junction between the drift region and each of the plurality of source regions is formed in each of the well region and the plurality of source regions. The semiconductor integrated circuit device, characterized in that in the drain region side than the junction portion is provided.
このような半導体集積回路装置によれば、ドレイン領域と複数のソース領域との間に形成されるチャネルがドレイン領域を略楕円状に囲むように配置されて、適当な耐圧を確保しつつ、チャネル幅を広げずに低オン抵抗化が図られた半導体装置が集積されるため、その高性能化が図られるようになる。 According to such a semiconductor integrated circuit device, the channel formed between the drain region and the plurality of source regions is arranged so as to surround the drain region in a substantially elliptical shape, while ensuring an appropriate breakdown voltage, Since semiconductor devices having a low on-resistance without increasing the width are integrated, higher performance can be achieved.
本発明では、半導体装置のドレイン領域と複数のソース領域との間に形成されるチャネルが、ドレイン領域を略楕円状に囲むように配置される。これにより、より多くのチャネルを効率的に配置することができるようになり、耐圧を確保しつつ、チャネル幅を広げずに低オン抵抗化を図ることができる。
In the present invention, the channel formed between the drain region and a plurality of source regions of the semiconductor device, Ru is disposed so as to surround the drain region in a substantially elliptical shape. As a result, more channels can be efficiently arranged, and a low on-resistance can be achieved without increasing the channel width while ensuring a breakdown voltage.
このような半導体装置をスイッチング電源システムに適用して、スイッチング素子を制御するICへの起動電力供給に用いたときには、耐圧確保と低オン抵抗化によって高い電力供給能力が得られるため、スイッチング電源システムの安定動作条件の広範囲化、外付け部品の小型化等を図ることができる。 When such a semiconductor device is applied to a switching power supply system and used for starting power supply to an IC that controls a switching element, a high power supply capability can be obtained by securing a withstand voltage and a low on-resistance. Thus, it is possible to achieve a wide range of stable operating conditions and downsizing of external parts.
また、このような半導体装置を他の半導体装置、例えばスイッチング電源システムに用いられるスイッチング素子の制御用IC等と共に集積することにより、高性能な半導体集積回路装置を実現することができる。 Further, by integrating such a semiconductor device together with another semiconductor device, for example, a control IC for a switching element used in a switching power supply system, a high-performance semiconductor integrated circuit device can be realized.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図1は半導体装置の一例の要部平面模式図、図2は図1のC部拡大模式図である。また、図3は図2の要部断面模式図であって、(A)はD−D断面図、(B)はE−E断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view of an essential part of an example of a semiconductor device, and FIG. 2 is an enlarged schematic view of a C part in FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the main part of FIG. 2, wherein (A) is a DD cross-sectional view and (B) is an EE cross-sectional view.
図1に示した半導体装置1は、平面から見て、n+型ドレイン領域6の周囲にチャネルが略楕円状に配置されるように複数のn+型ソース領域5を形成した構造を有している。n+型ドレイン領域6は、概ね平面形状が矩形の角部が丸みを帯びた形状になっており、各n+型ソース領域5は、平面から見てn+型ドレイン領域6が直線的になっている部分であって丸みを帯びた角部を除いた部分に対向して並べて形成されている。
The
換言すれば、n+型ドレイン領域6の直線的になっている部分と各n+型ソース領域5との間の領域にはチャネルが並んで形成され、n+型ドレイン領域6の丸みを帯びた角部に対応する領域にはチャネルが形成されないようになっている。ここでは、チャネルが並んで形成される領域をチャネル領域1aと言い、チャネルが形成されない領域を耐圧領域1bと言う。
In other words, a channel is formed side by side in a region between the linear portion of the n + -
チャネル領域1aは、図2および図3に示したように、p型基板2に、p型ウェル領域3、n型ドリフト領域4、複数のn+型ソース領域5、およびn+型ドレイン領域6が形成されている。各n+型ソース領域5とn+型ドレイン領域6は、間にn型ドリフト領域4を挟んで形成されている。そして、各n+型ソース領域5にはそれぞれn+型ソースコンタクト領域7が形成され、n+型ドレイン領域6にはチャネル数に応じた数のn+型ドレインコンタクト領域8が形成されている。n+型ソースコンタクト領域7、n+型ドレインコンタクト領域8からはそれぞれソース配線7a、ドレイン配線8aが引き出されている。素子表面は、絶縁膜9等を用いて適当に保護されている。なお、図1および図2では、ソース配線7a、ドレイン配線8aおよび絶縁膜9はその図示を省略している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
また、耐圧領域1bは、図1に示したように、主にp型ウェル領域3とn型ドリフト領域4とのpn接合によって、例えば500V以上といった高耐圧が確保されるようになっている。
Further, as shown in FIG. 1, the
このように半導体装置1では、チャネル領域1aに複数のチャネルが並んで形成されるようにすることで、従来に比べてチャネル数を大幅に増加させている。そのため、チャネル幅Wは従来から変更しなくても、チャネル数を増加させることで、オン抵抗に関してはチャネル幅を広げたときと実質的に同じ効果を得ることができるようになる。それにより、サージ電圧に対して有利なチャネル幅で低オン抵抗の半導体装置1を構成することが可能になる。なお、JFETの電流−電圧特性から、カットオフ電圧近傍では電流が指数関数的に変化するので、チャネル数の増加に伴うカットオフ電圧の増加はごくわずかである。
As described above, in the
チャネル数を増加させかつデバイス構成面積を有効利用するために、ここでは上記のように、n+型ドレイン領域6を中心としてその周囲を略楕円状に囲むようにして複数のn+型ソース領域5を配置する。このように複数のチャネルを略楕円状に配置する利点は、n型ドリフト領域4に形成される電流経路を直線的に形成することができる領域を広く確保できる点にある。
In order to increase the number of channels and effectively use the device configuration area, here, as described above, a plurality of n + -
このように、半導体装置1では、チャネル領域1aには複数のチャネルを効率的に並べて配置すると共に、耐圧領域1bにはチャネルを配置しないで高耐圧に特化した構造にすることにより、低オン抵抗化と高耐圧化の両立が可能になっている。
As described above, in the
上記図1〜図3に示した構成を有する半導体装置1は、例えば次のような手順で形成することができる。
まず、p型基板2の表面層に選択的にp型ウェル領域3を形成する。このp型ウェル領域3の不純物には一般的なp型不純物を用いることができ、その不純物濃度は例えば8×1016/cm3とする。
The
First, the p-
次いで、このp型ウェル領域3の内側に一部を入り込ませた状態でn型ドリフト領域4を形成する。このn型ドリフト領域4の不純物には一般的なn型不純物を用いることができ、その不純物濃度は例えば3×1015/cm3とする。このとき、n型ドリフト領域4は、複数箇所でその一部をp型ウェル領域3に入り込ませた状態で形成されるようにする。
Next, the n-
次いで、n型ドリフト領域4がp型ウェル領域3に入り込んだ各箇所にそれぞれn+型ソース領域5を形成すると共に、各n+型ソース領域5に対向するようp型基板2の中央部領域に平面形状が角部に丸みを帯びた略矩形のn+型ドレイン領域6を形成する。これらの各n+型ソース領域5とn+型ドレイン領域6の不純物には一般的なn型不純物を用いることができ、その不純物濃度は、n型ドリフト領域4よりも高い濃度、例えば8×1015/cm3とする。
Next, an n +
次いで、各n+型ソース領域5の表面層にn+型ソースコンタクト領域7を形成し、n+型ドレイン領域6の表面層に各n+型ソース領域5に対応してn+型ドレインコンタクト領域8を形成する。そして、ソース配線7a、ドレイン配線8aをそれぞれ形成して、素子全面を絶縁膜9等で被覆する。これにより、半導体装置1の基本構造が完成する。
Then, the n + -type
以上述べたような半導体装置1は、例えば、上記図4に示したような回路構成によって実現可能なスイッチング電源システム100のJFET124として用いることができる。以下、便宜上、図4を用いて説明する。
The
スイッチング電源システム100は、例えば、高耐圧スイッチングトランジスタとしてのMOSFET121と、このMOSFET121の駆動を制御するための制御回路である制御用IC126、および主にシステムの起動時に制御用IC126に電力を供給するJFET124を、1つの半導体チップに集積したスイッチング電源制御部120を半導体集積回路装置として有している。
The switching
このスイッチング電源システム100において、電源101から供給された入力信号は、整流・平滑後、一端にMOSFET121のドレイン端子122が接続されたトランス105に供給され、MOSFET121のスイッチングによってトランス105に所定周波数の電力が供給され、この電力が整流・平滑されて外部に直流電力が出力される。その際、MOSFET121の駆動は、その制御用IC126の電源回路部127に蓄えられている起動電力を電源として、制御回路部128によりオン/オフ制御される。電源回路部127への起動電力の供給はJFET124を用いて行われ、電源101から供給されて整流・平滑された電力がJFET124を介して電源回路部127に供給される。
In this switching
JFET124には、例えばそのドレイン配線が電源101側に接続され、ソース配線が電源回路部127側に接続されているときに、そのソース配線側にJFET124と並列に平滑コンデンサ110を接続しておき、この平滑コンデンサ110の電圧が上昇することによってJFET124がオフ状態になるようする。そして、JFET124がオフになった後は、この平滑コンデンサ110から電源回路部127に電力が供給される。また、この平滑コンデンサ110には、MOSFET121のスイッチングによってトランス105に発生させた電力の一部が供給されるようにしておく。これにより、制御用IC126の電源回路部127には、電力がJFET124または平滑コンデンサ110から継続して供給されることになる。
For example, when the drain wiring of the
このようなスイッチング電源システム100のJFET124に上記図1〜図3に示したような半導体装置1を用いる場合、半導体装置1の各n+型ソース領域5に接続された各ソース配線7aは、例えば、適当に1つにまとめられて、スイッチング電源制御部120を構成するMOSFET121の制御用IC126の電源回路部127に接続される。一方、半導体装置1のn+型ドレイン領域6に接続された各ドレイン配線8aは、例えば、適当に1つにまとめられて、電源101からの電力をスイッチング電源制御部120に供給する起動電力入力端子123に接続される。また、半導体装置1のp型ウェル領域3は、ゲート領域に相当し、常に接地される。
When the
各ドレイン配線8aを介してn+型ドレイン領域6に入力信号が供給されると、n+型ドレイン領域6から各n+型ソース領域5に向かってドレイン電流が流れ、それが各ソース配線7aから取り出された後1つにまとめられ、MOSFET121の制御用IC126の電源回路部127に電力が供給される。
When an input signal is supplied to the n + -
その後、電源回路部127内の起動回路が一定の電圧まで上昇すると、MOSFET121の制御用IC126が起動し、MOSFET121を駆動する。半導体装置1では、MOSFET121の駆動によって発生した電力の一部がソース配線7a側に接続された平滑コンデンサ110に供給され、その結果、各n+型ソース領域5が一斉に正電位にバイアスされるようになる。
Thereafter, when the activation circuit in the power
各n+型ソース領域5が正電位にバイアスされると、半導体装置1のチャネル領域1aでは、図2中点線で示したような空乏層10の広がりによってチャネル幅Wが狭まり、各チャネルを流れるドレイン電流が減少するようになる。なお、半導体装置1のチャネル幅Wは、n型ドリフト領域4とn+型ソース領域5の間の不純物濃度の差によりpn接合部の空乏層10の広がり方に違いが生じることを利用し、それらの不純物濃度によって制御することができる。
When each n + -
n+型ドレイン領域6に一定の電圧が印加されているとき、ドレイン電流は各n+型ソース領域5の電位上昇と共に減少し続け、チャネルがカットオフされるとドレイン電流はほとんど流れなくなり、半導体装置1からMOSFET121の制御用IC126の電源回路部127への電力供給がほぼ停止状態になる。
When a constant voltage is applied to the n + -
このように、MOSFET121の制御用IC126の起動後には半導体装置1のチャネルをカットオフし、半導体装置1から制御用IC126の電源回路部127への電力供給を停止することにより、余分にドレイン電流が流れてしまうのを抑え、スイッチング電源システム100の低消費電力化が図られる。
As described above, after the
以上説明したように、上記半導体装置1では、多数のチャネルが配置されるチャネル領域1aと共に、チャネルを形成せずに耐圧を確保する耐圧領域1bを設ける構成にした。このようにチャネルを多数形成することにより、チャネル幅Wを広げることなく低オン抵抗化を図ることができ、半導体装置1の電力供給能力を高めることができる。また、耐圧を確保するための領域を設けているため、耐圧を損なうことなく、低オン抵抗化を図ることができる。
As described above, the
したがって、この半導体装置1を、例えば上記図4に示したようなスイッチング電源システム100におけるMOSFET121の制御用IC126への電力供給に用いたときには、その起動時や入力信号の電圧が低い場合でも十分な電力供給を行うことができ、スイッチング電源システム100の安定動作条件の範囲を広げることが可能になる。また、起動時に必要な電圧を短時間の充電で得ることができるようになるため、外付けコンデンサの容量を小さくすることが可能になり、スイッチング電源システム100の小型化を図ることが可能になる。
Therefore, for example, when this
1 半導体装置
1a チャネル領域
1b 耐圧領域
2,124a p型基板
3,124b p型ウェル領域
4,124c n型ドリフト領域
5,124d n+型ソース領域
6,124e n+型ドレイン領域
7,124f n+型ソースコンタクト領域
7a,124h ソース配線
8,124g n+型ドレインコンタクト領域
8a,124i ドレイン配線
9,124j 絶縁膜
10,124k 空乏層
100 スイッチング電源システム
101 電源
102 ヒューズ
103 整流器
104 電源コンデンサ
105 トランス
106 1次巻線
107,112 ダイオード
108 出力コンデンサ
109 出力端子
110 平滑コンデンサ
111 2次巻線
120 スイッチング電源制御部
121 MOSFET
122 ドレイン端子
123 起動電力入力端子
124 JFET
125 Vcc端子
126 制御用IC
127 電源回路部
128 制御回路部
W チャネル幅
DESCRIPTION OF
122 Drain terminal 123 Start-up
125 Vcc terminal 126 IC for control
127
Claims (4)
前記基板に設けられ、平面視で外形が四隅に丸みを帯びた角部を有する長方形状である第2導電型のドレイン領域と、 A drain region of a second conductivity type provided on the substrate and having a rectangular shape with corners rounded at the four corners in plan view;
前記基板に設けられ、前記ドレイン領域を囲繞する第2導電型のドリフト領域と、 A drift region of a second conductivity type provided on the substrate and surrounding the drain region;
前記基板に設けられ、前記ドリフト領域を挟んで前記ドレイン領域の前記丸みを帯びた角部を除く直線状の各長辺部にそれぞれ対向して設けられた複数の第2導電型の第1ソース領域と、前記ドリフト領域を挟んで前記ドレイン領域の前記丸みを帯びた角部を除く直線状の各短辺部にそれぞれ対向して設けられた第2導電型の第2ソース領域とを有する複数のソース領域と、 A plurality of second-conductivity-type first sources provided on the substrate and opposed to the straight long sides excluding the rounded corners of the drain region across the drift region. And a second source region of the second conductivity type provided opposite to each of the straight short sides excluding the rounded corners of the drain region across the drift region. Source area,
前記基板に設けられ、前記ドリフト領域および前記複数のソース領域に接合され、ゲート領域となる第1導電型のウェル領域と A well region of a first conductivity type provided on the substrate, joined to the drift region and the plurality of source regions, and serving as a gate region;
を含み、 Including
前記ドレイン領域と前記複数のソース領域との間にそれぞれチャネルが形成され、 Channels are formed between the drain region and the plurality of source regions,
前記ドリフト領域を挟んで前記ドレイン領域の前記丸みを帯びた角部に対向する領域は、前記ドリフト領域と前記ウェル領域との接合部になっており、 A region facing the rounded corner of the drain region across the drift region is a junction between the drift region and the well region,
前記ウェル領域と前記ドリフト領域との接合部に形成される空乏層の広がりと、前記ウェル領域と前記複数のソース領域の各々との接合部に形成される空乏層の広がりによって前記各チャネルの幅が制御され、 The width of each channel is determined by the spread of the depletion layer formed at the junction between the well region and the drift region and the spread of the depletion layer formed at the junction between the well region and each of the plurality of source regions. Is controlled,
前記ドリフト領域と前記複数のソース領域の各々との接合部は、前記ウェル領域と前記複数のソース領域の各々との接合部よりも前記ドレイン領域側にある The junction between the drift region and each of the plurality of source regions is closer to the drain region than the junction between the well region and each of the plurality of source regions.
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device.
前記第1半導体装置によって起動電力が供給される制御回路と、 A control circuit to which startup power is supplied by the first semiconductor device;
前記制御回路によって動作が制御される第2半導体装置と A second semiconductor device whose operation is controlled by the control circuit;
を含み、 Including
前記第1半導体装置は、 The first semiconductor device includes:
第1導電型の基板と、 A first conductivity type substrate;
前記基板に設けられ、平面視で外形が四隅に丸みを帯びた角部を有する長方形状である第2導電型のドレイン領域と、 A drain region of a second conductivity type provided on the substrate and having a rectangular shape with corners rounded at the four corners in plan view;
前記基板に設けられ、前記ドレイン領域を囲繞する第2導電型のドリフト領域と、 A drift region of a second conductivity type provided on the substrate and surrounding the drain region;
前記基板に設けられ、前記ドリフト領域を挟んで前記ドレイン領域の前記丸みを帯びた角部を除く直線状の各長辺部にそれぞれ対向して設けられた複数の第2導電型の第1ソース領域と、前記ドリフト領域を挟んで前記ドレイン領域の前記丸みを帯びた角部を除く直線状の各短辺部にそれぞれ対向して設けられた第2導電型の第2ソース領域とを有する複数のソース領域と、 A plurality of second-conductivity-type first sources provided on the substrate and opposed to the straight long sides excluding the rounded corners of the drain region across the drift region. And a second source region of the second conductivity type provided opposite to each of the straight short sides excluding the rounded corners of the drain region across the drift region. Source area,
前記基板に設けられ、前記ドリフト領域および前記複数のソース領域に接合され、ゲート領域となる第1導電型のウェル領域と A well region of a first conductivity type provided on the substrate, joined to the drift region and the plurality of source regions, and serving as a gate region;
を含み、 Including
前記ドレイン領域と前記複数のソース領域との間にそれぞれチャネルが形成され、 Channels are formed between the drain region and the plurality of source regions,
前記ドリフト領域を挟んで前記ドレイン領域の前記丸みを帯びた角部に対向する領域は、前記ドリフト領域と前記ウェル領域との接合部になっており、 A region facing the rounded corner of the drain region across the drift region is a junction between the drift region and the well region,
前記ウェル領域と前記ドリフト領域との接合部に形成される空乏層の広がりと、前記ウェル領域と前記複数のソース領域の各々との接合部に形成される空乏層の広がりによって前記各チャネルの幅が制御され、 The width of each channel is determined by the spread of the depletion layer formed at the junction between the well region and the drift region and the spread of the depletion layer formed at the junction between the well region and each of the plurality of source regions. Is controlled,
前記ドリフト領域と前記複数のソース領域の各々との接合部は、前記ウェル領域と前記複数のソース領域の各々との接合部よりも前記ドレイン領域側にある The junction between the drift region and each of the plurality of source regions is closer to the drain region than the junction between the well region and each of the plurality of source regions.
ことを特徴とする半導体集積回路装置。 A semiconductor integrated circuit device.
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