半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用在汽车的内燃机点火装置中的半导体装置，尤其涉及包括执行开关功能的功率半导体元件并且具备下拉功率半导体元件的栅极的功能的半导体装置。
【背景技术】
[0002]在汽车用内燃机的点火装置中使用了内置功率半导体元件的半导体装置，所述功率半导体元件开关控制点火线圈的初级侧电流。图7示出了将IGBT(Insulated GateBipolar Transistor)用作功率半导体元件的现有的内燃机点火用半导体装置的构成示例。在图7中示出了具备发动机控制单元(E⑶:Engine Control Unit) 701、点火用半导体集成电路(IC:1ntegrated Circuit) 702、点火线圈703、电压源704和火花塞705的点火用半导体装置700。
[0003]点火用IC 702包括控制点火线圈703的初级电流导通/阻断的IGBT 723、栅极电阻721、对IGBT 723的集电极电压进行钳位的齐纳二极管722、连接到点火线圈703的一端的C端子(集电极)、连接到接地电位的E端子(发射极)以及连接到ECU 701且作为输入端子的G端子。因此，点火用IC 702具有作为它的端子的C端子、E端子和G端子这三个端子。
[0004]这里，将描述在图7中示出的点火用半导体装置700的动作。E⑶701向G端子输出控制点火用IC 702的IGBT 723的导通/截止的信号。例如，当从E⑶701向G端子输入5V电压时，IGBT 723导通，当向G端子输入OV时，IGBT 723截止。
[0005]接下来，利用图3A至图3C来描述在图7中示出的点火用半导体装置700的动作波形。首先，如图3C所示，当从E⑶701向G端子输入H(高)电平的导通信号VG时，IGBT723导通，集电极电流I。从电压源704(例如，14V)经由点火线圈703的初级线圈731向C端子开始流动(tl)。关于该集电极电流Iydl/dt由初级线圈731的电感和施加电压决定。其次，当从E⑶701向G端子输入L (低)电平的截止信号VG时，IGBT 723截止，I。急剧减小(t2)。由于I。的该急剧的变化，导致初级线圈731的两端电压急剧增大。同时，点火线圈703的次级线圈732的两端电压也增加到数10kV(例如，30kV)，并且该电压被施加到火花塞705上。火花塞705在施加电压为约1kV以上时放电。
[0006]进一步，将详细描述紧接着t2的10微秒左右期间的动作。当IGBT 723的集电极电压V。超过齐纳二极管722的耐压V zd时，电流经由齐纳二极管722流到栅极电阻721。据此，IGBT 723的栅极电压VGtjut和集电极电压V。维持VG out= V th、Vc= V 2(1的关系直到初级线圈731的能量释放完毕。当初级线圈731的能量释放完毕时，VG-和V。下降至VG out =0V,Vc= VBo这里，Vth为IGBT 723的阈值电压，Vb为电源电压。并且，上述的VG _N V th为用于使IGBT723稍微导通的条件，是不会使IGBT 723完全导通而使集电极电压VeN 0，也不是使V。变为V zd以上的条件。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2009-284420号公报
[0010]专利文献2:日本特开2003-324966号公报
【发明内容】
[0011]技术问题
[0012]在上述现有的内燃机点火用装置中，存在如下问题。
[0013]在点火装置中，由于截止时的开关速度越快，线圈的输出电压越大，开关时的损耗和发热也越小，所以要求截止时的开关速度的高速化。由于从IGBT 723的栅极电容释放电荷的电流值越大，截止时的开关速度越快，所以减小栅极电阻721的电阻值Rg，可提高开关速度。
[0014]另一方面，在图7中示出的点火用半导体装置700中，栅极电阻721和IGBT 723的栅极电容形成低通滤波器，并且被设计为在脉冲宽度为数微秒级的噪声被输入到G端子时不执行误动作。Rg越大，例如500 Ω，对于噪声的脉冲宽度的耐量越大。需要说明的是，可以想到该噪声也可能来源于在将点火用IC 702安装在电路板上时位于同一电路板上的其它部件等。
[0015]另外，从IGBT 723的集电极电压V。超过Vzd的状态(以下，称为集电极钳位)开始直到稳定在VGtjutN V th、Vc= V zd的状态为止，虽然V。和VG wt振动而产生噪声，但是由于齐纳二极管722和栅极电阻721形成负反馈电路，所以只要增大栅极电阻Rg，噪声就会减小。
[0016]如上所述，虽然具有使Rg(例如，150 Ω)减小即可提高开关速度的优点，但是也存在集电极钳位时的噪声增大、噪声误动作耐量减小的问题。
[0017]另外，在专利文件I和专利文献2中公开了一种使IGBT的截止动作高速化的方法，，在所述方法中，具有使IGBT的栅极端子连接到发射极端子的晶体管，在将OV的截止信号输入到G端子的情况下，使该晶体管导通而使IGBT的栅极端子和发射极端子短路，从而使IGBT的截止动作高速化。
[0018]然而，在将如图7所示的具有作为钳位元件的齐纳二极管的结构适用于在专利文献I和专利文献2中描述的结构的情况下，存在如下问题，当将IGBT的栅极端子直接连接到发射极端子的晶体管导通时，只要IGBT的集电极电压达到齐纳二极管电压，大电流就会流过齐纳二极管和该晶体管，从而造成损坏，在最坏情况下，这些元件会被击穿。
[0019]另外，即使在不连接齐纳二极管的情况下，如果因上述晶体管导通使得IGBT截止而导致IGBT的集电极电压急速上升，则IGBT的集电极-栅极之间经由寄生电容等的寄生元件流过大电流，在最坏情况下可能会导致上述晶体管被击穿。
[0020]进一步，即使解决了击穿的问题，但因为栅极电阻设定为0，因此成为在集电极钳位时发生上述噪声的最坏条件。
[0021]本发明的目的在于解决上述课题，并且提供一种能够实现提高截止时的开关速度和提高噪声耐量两方面的半导体装置。
[0022]技术方案
[0023]为了解决上述课题，本发明的第一实施方式的半导体装置包括:功率半导体元件；栅极下拉电路，连接到所述功率半导体元件的栅极端子；栅极电阻，连接到所述半导体装置的输入端子和所述功率半导体元件的栅极端子之间。在本发明的第一实施方式的半导体装置中，所述栅极下拉电路具有恒定电流电路，在输入到所述输入端子的信号为低电平时，从所述功率半导体元件的栅极电容抽出电荷。
[0024]本发明的第二实施方式的半导体装置为本发明的第一实施方式的半导体装置，并且还包括连接在所述功率半导体元件的栅极端子和所述半导体装置的集电极端子之间的齐纳二极管。
[0025]本发明的第三实施方式的半导体装置为本发明的第一实施方式或第二实施方式的半导体装置，并且所述栅极下拉电路包括:耗尽型MOS晶体管，一端连接到所述半导体装置的集电极端子；第一 MOS晶体管，一端连接到所述耗尽型MOS晶体管的另一端，另一端连接到所述半导体装置的发射极端子；第二MOS晶体管，栅极端子与所述耗尽型MOS晶体管的栅极端子、所述第一 MOS晶体管的栅极端子、所述耗尽型MOS晶体管的另一端以及所述第一MOS晶体管的一端共同连接，一端连接到所述功率半导体元件的栅极端子，另一端连接到所述半导体装置的发射极端子或所述输入端子；阈值电路，连接到所述输入端子和所述半导体装置的发射极端子之间；第三MOS晶体管，栅极端子连接到所述阈值电路的输出端子，一端连接到所述第二 MOS晶体管的栅极端子，另一端连接到所述半导体装置的发射极端子。
[0026]本发明的第四实施方式的半导体装置为本发明的第