하이-사이드 파워 스위치가 내장된 파워 집적회로 장치 document_id A220623017038

본 발명은 파워 집적회로 장치에 관한 것으로서, 특히 하이 사이드 파워 스위치(high side power switch)가 내장된 파워 집적회로 장치에 관한 것이다. 집적회로 장치는 30볼트 이하의 저전압에서 동작하는 집적회로 장치와 100볼트 이상의 고전압에서 동작하는 파워 집적회로 장치로 구분될 수가 있다. 비록 파워 집적회로 장치에 고전압이 인가되어도, 파워 집적회로 장치는 정상적으로 동작해야만 한다. 따라서, 파워 집적회로 장치는 저전압에서 동작하는 집적회로 장치와 다른 구조를 갖는다. 더욱이, 600볼트와 같은 초고전압에서 동작하는 반도체 소자들을 집적회로 장치에 구성하는 것은 어렵다. 따라서, 초고전압 반도체 소자들은 집적회로 장치로부터 격리되며, 외부에서 연결되어야 한다. 종래의 설계로 인해 발생하는 이러한 문제는 도 1 및 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 하이 사이드 파워 스위치(121)와 로우 사이드 파워 스위치(125)가 외부에 연결된 파워 집적회로 장치(111)의 회로도이다. 도 1을 참조하면, 하이 사이드 파워 스위치(121)와 로우 사이드 파워 스위치(low side power switch)(125)는 각각 NMOS 트랜지스터를 구비한다. 스위칭 동작을 수행하는 하이 사이드 파워 스위치의 일반적인 구조로서, 600볼트와 같은 초고전압(HVDD)는 하이 사이드 파워 스위치(121)의 드레인에 연결되고, 고전압 영역의 기판 전압(Vs)또는 접지 전압(GND)은 하이 사이드 파워 스위치(121)의 소오스에 연결된다. 초고전압이 하이 사이드 파워 스위치(121)에 연결되기 때문에, 하이 사이드 파워 스위치(121)는 초고전압에 견딜 수 있어야 한다. 따라서, 하이 사이드 파워 스위치(121)를 파워 집적회로 장치(111)에 내장하는 것이 어렵다. 이와 같이, 하이 사이드 파워 스위치(121)는 파워 집적회로 장치(111)와 별도로 구성된다. 도 2는 도 1의 하이 사이드 파워 스위치(121)가 내장될 수 있는 종래의 파워 집적회로 장치(201)의 단면도이다. 도 2에 도시된 파워 집적회로 장치(201)은 미국 특허(#4,866,495)에 개시되어 있다. 도 2를 참조하면, 파워 집적회로 장치(201)는 반도체 기판(211), 에피텍셜층(221), 바디(body) 영역(231), 소오스 영역(235), 탑 영역(241), 드레인 영역(251), 소오스 전극(271), 게이트 전극(273) 및 드레인 전극(275)를 구비한다. 여기서, 소오스 영역(235), 게이트 전극(273) 및 드레인 영역(251)은 하이 사이트 파워 스위치(121)를 구성한다. 소정의 전압이 드레인 전극(275)에 인가되고, 게이트 전극(273)에 인가되는 전압이 소오스 전극(271)에 인가되는 전압에 비해 NMOS 트랜지스터의 문턱 전압 이상이 될 때, 하이 사이드 파워 스위치(121)는 턴온된다. 하이 사이드 파워 스위치(121)가 턴온되면, 드레인 전극(275)으로부터 소오스 전극(271)으로 전류가 흐른다. 여기서, 만일 바디 영역(231)이 에피택셜층(221)에 깊이 형성되어 있으면, 바디 영역(231)과 반도체 기판(221) 사이에 전류 경로가 급속히 형성된다. 따라서, 전류가 바디 영역(231)으로부터 반도체 기판(211)로 흐르게 된다. 이러한 현상을 펀치 쓰루(punch-through)라 한다. 펀치 쓰루가 발생하면, 하이 사이드 파워 스위치(121)는 스위칭 동작을 정상적으로 수행할 수가 없다. 그러므로, 펀치 쓰루를 방지하기 위하여, 하이 사이드 파워 스위치(121)의 바디 영역(231)이 에피택셜층(221) 속에 얇게 형성될 수가 있다. 그러나, 바디 영역(231)이 얇으면, 소오스 영역(235)의 핀치 저항(pinch resistance)이 감소된다. 그에 따라 변이 전압(dV/dt)이 감소된다. 더욱이, 하이 사이드 파워 스위치(121)의 전류 특성은 다음 수학식 1과 같이 표현될 수가 있다. 여기서, I는 변이 전류이고, C는 캐패시터이며, (dV/dt)는 변이 전압을 나타낸다. 수학식 1에 표시된 바와 같이, 변이 전류(I)는 변이 전압(dV/dt)에 의해 결정되며, 바디 영역(231)을 통해서 소오스 전극(271)으로 흐른다. 소오스 전극(235), 바디 영역(231) 및 에피택셜층(221) 사이에 기생 트랜지스터가 형성된다. 따라서, 하이 사이드 파워 스위치(121)는 파워 스위치로서 정상적으로 동작하지 않는다. 즉, 변이 전압(dV/dt)이 감소된다.