技術分野
この発明は、ステッピングモータなどの相互インダクタンス負荷に流れる負荷電流を制御するパワー半導体素子と、負荷の異常を検出しパワー半導体素子を保護する集積回路を同一半導体基板に集積した半導体装置
発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋
図13(a)は、EGR3の半導体装置500cの断面図であり、EGR1の出力段nMOSFET51aがオフ期間にEGR3の半導体装置500cに流れる逆電流の電流経路(ホ、ヘ)を示す図である。図12の時刻t
1 〜t
2 では、EGR3のコイルに起因して逆電流が半導体装置500cに流れる。EGR3の半導体装置500cに流れる逆電流の経路は、出力段nMOSFET51cの寄生ダイオード部53に流れる電流の経路(ホ)とpウェル領域76からn半導体基板70に流れる電流の経路(へ)になる。
一方、pウェル領域76表面には、複数のn
+ 型の領域が形成されており、その一部はゲート配線68を介してIN3端子へ、あるいは抵抗67eを介してST3端子に接続する。このn
+ 型の領域(nコレクタ領域)、pウェル領域76(pベース領域)およびn半導体基板70(nエミッタ領域)は、寄生トランジスタ88を形成している。図13(b)は、この寄生トランジスタ88の断面模式図である。およそ0VのGND3端子から約−0.6VのOUT3端子に逆電流が流れているので、pウェル領域76とn半導体基板70とのpn接合に順方向バイアスが印加されている。すなわち、pn接合の内蔵電位(Vbi)の分だけ電圧降下が生じており、この電圧降下がOUT3端子の−0.6Vとなる。これにより、図13(b)のように、pウェル領域76からn半導体基板70に正孔が注入される。
また、順バイアスされているpn接合では、n半導体基板70からpウェル領域76に電子が注入される。IN3端子は、GND3端子に対して何らかの正の電圧が印加されているので、IN3端子に接続するn
+ 型の領域とpウェル領域76とのpn接合は逆バイアスが印加されている。そのため、pウェル領域76(pベース領域)に注入された電子は、濃度を減少させつつも、その一部がIN3端子に接続するn
+ 型の領域に達する。このように電子がn
+ 型の領域に達することにより、IN3端子からOUT3端子に向かって、寄生トランジスタ88のコレクタ電流Inpnが流れることになる。
ST3端子にはIN3端子のように電圧が印加されていないが、ST3端子に接続するn
+ 型の領域にも同様に電子は到達する。このため、ST3端子からOUT3端子に向かって、コレクタ電流Inpnが流れる。このST3端子からのInpnにより、ST3端子の電圧はn半導体基板70と同電位になる。そのため、逆電流が流れている期間はST端子の電圧はn半導体基板70と同電位のLレベルとなる。本来、ST
3 端子の電圧がHレベルであるべき期間にLレベルになるため、ST
3 端子の電圧が入力されるマイコン(MC)に誤検出が生じる。
また、前記したように、還流ダイオードを設けると部品点数が増加しコストアップになる。
また、特許文献1、2では、自己インダクタンス負荷を想定しており、前記した相互インダクタンス負荷に接続するパワー半導体素子について、OUT端子がマイナス極性になることによって引き起こされる寄生トランジスタの誤動作については記載されていない。
また、特許文献3では、デプレッションMOSFET内の寄生トランジスタの動作は、例えば、pウェル領域の不純物濃度にばらつきが生じた場合には不安定になり易い。このため、寄生トランジスタが動作しない場合には、自己診断出力が繋がるMOSFETの寄生トランジスタが誤動作してDIAG端子(ST端子に相当する)から、常時正規の電圧を維持することができない。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、相互インダクタンス負荷に接続し、半導体装置内に形成される寄生トランジスタの動作を抑制し、ST端子の電圧を常時正規の電圧に維持することができる半導体装置を提供することにある。
課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋
前記の目的を達成するために、本発明によれば、相互インダクタンスを有する負荷に流れる電流を制御する出力段スイッチング素子と、該出力段スイッチング素子の異常を検出する検出回路と、前記検出回路の出力により前記出力段スイッチング素子の状態を判断するロジック回路と、前記負荷と前記出力段スイッチング素子の接続状態および前記ロジック回路の判断結果を状態出力端子に出力する状態検知回路と、を有する制御回路を備・・・ 続きを
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【発明の効果】
この発明によれば、相互インダクタンス負荷に接続する半導体装置において、GND端子にダイオードのアノードを接続し、カソードをST−MOS回路を構成する横型nMOSFETのバックゲートに接続する。これにより、横型nMOSFETの寄生トランジスタが誤動作することを抑制できて、ST端子は常時正規の電圧を維持することができる。
この発明についての権利主張の範囲[特許請求の範囲]
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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋
【図1】 この発明の半導体装置100,200を用いた制御回路101の要部回路図である。
【図2】 この発明の実施の形態1に係る半導体装置100の要部断面図である。
【図3】 EGR3の制御回路101cのVIN3、VST3、VOUT3、IOUT3とEGR1の制御回路101aのVIN1、VST1、VOUT1、IOUT1の各波形図である。
【図4】 EGR1の出力段nMOSFET1aがターンオフし、EGR3の出力段nMOSFET1cがターンオンする場合を説明した半導体装置100cの断面図(a)と、分圧ダイオードによる電圧分担を模式的に示す断面図(b)である。
【図5】 この発明の実施の形態2に係わる半導体装置200の要部断面図である。
【図6】 半導体装置200の変形例を示す要部断面図である。
【図7】 ステッピングモータの要部構成図であり、(a)は全体図、(b)はロータ97とコイル90の配置図である。
【図8】 図7のEGR1とEGR3を簡略化したブロック図である。
【図9】 図7で示す制御回路501の詳細回路図である。
【図10】 n半導体基板70に図6の制御回路501を形成した従来の半導体装置500の要部断面図である。
【図11】 図7のEGR1〜EGR4の全体の動作波形図である。
【図12】 EGR3の制御回路501cのVIN3,VST3,VOUT3,IOUT3の波形図とEGR1の制御回路501aのVIN1,VST1,VOUT1,IOUT1の波形図である。
【図13】 EGR1の出力段nMOSFET51aがオフ期間にEGR3の半導体装置500cに流れる逆電流の電流経路(ホ、ヘ)を示す半導体装置500cの断面図(a)と、寄生トランジスタの動作を示す断面模式図(b)である。
【図14】 この発明の実施の形態1にかかる分圧ダイオード40の断面図である。
1,1a,1c 出力段nMOSFET
2 nMOSFET部
2a ゲート
2b ドレイン
2c ソース
3 寄生ダイオード部
4 ダイナミッククランプツェナーダイオード
4a,4b,16b,16c,31,32 ツェナーダイオード
5 保護動作時ゲート電荷引き抜き回路
6 通常動作時ゲート電荷引き抜き回路
6a 定電流源
6b デプレッションMOSFET
7 ロジック回路
8 ST−MOS回路
5a,7a,7b,8a,8b 横型nMOSFET
9 過熱検出回路
10 過電流検出回路
13,17a,17b,17c,17d,17e 抵抗
13a,14a,15a 接続点
14,15 分圧抵抗
18 ゲート配線
19 断線検出ライン
20 n半導体基板
21,23,26,26a,26b,26c,26e pウェル領域
22,24,28,29a nソース領域
25 n+領域
26d pコンタクト領域
27,29 nドレイン領域
38,38a 寄生トランジスタ
40 分圧ダイオード
40a カソード
40b アノード
41 拡散ダイオード
41a,42a nカソード領域
41b,42b pアノード領域
42 ポリシリコンダイオード
61 酸化膜
90,91,93 コイル
97 ロータ
100,100a,100b,100c,100d,200 半導体装置
101,101a,101b,101c,101d 制御回路
IN IN端子
ST ST端子
OUT OUT端子
GND GND端子
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