半导体装置和检测半导体装置的特性退化的方法

专利名称：半导体装置和检测半导体装置的特性退化的方法
技术领域：
本发明涉及半导体装置和检测半导体装置的特性退化的方法并且，特别地，涉及 半导体装置和检测半导体装置的特性退化的方法，其检测是所谓的智能功率器件(IPD)的 半导体装置的特性退化。
背景技术：
功率MOSFET是能够处理大功率的器件之一。功率MOSFET具有诸如比其它的功率 器件高的开关速度的特点。
日本未经审查的专利申请公开No. 2007-174756公布一种电源电路的导通故障检 测装置，其能够通过检测被用作在电源电路的导通和截止之间进行切换的开关器件的半导 体器件(功率M0SFET)的导通故障的征兆并且在电路的断开功能失效之前的时间点截止半 导体器件来保护电源电路。根据在日本未经审查的专利申请公开No. 2007-174756中公布 的技术，能够通过将栅极电阻器放置在功率MOSFET的栅极处并且测量功率MOSFET导通时 的栅极电阻器的压降来预先检测由电介质击穿引起的导通故障。
此外，日本实用新型No. 2599788公布一种与故障检测器有关的技术，即使当功 率MOSFET处于半故障状态时该故障检测器也能够执行故障识别。根据在日本实用新型 No. 2599788中公布的技术，在使用功率MOSFET的开关模块中，分离地放置比较输出电压的 两个比较器，独立地放置确定功率MOSFET正常地截止的装置和确定功率MOSFET正常地导 通的装置，并且放置接收各自的确定信号并且识别故障的故障识别电路。
此外，“M0S集成电路(μ PD 166005)数据表(NEC 电子)” <URL http //www. eu. necel. com/_pdf/S 19284EJ1V0DS00. PDF〉” 公布智能功率装置(IPD)。图 25 是示出并 入有在该文献中公布的IPD的示例性电路。IPD 101被放置在VCC端子103和GND (接地) 端子之间，在输入端子106处接收从控制器102的输出端子108输出的信号，并且控制被连 接至输出端子104的负载109。此外，IPD 101具有自诊断功能，并且通过DIAG端子105将 自诊断的结果输出到控制器102的输入端子107。
图沈是在上面的“M0S集成电路(yPD 166005)数据表(NEC电子)”<URL:http:// www. eu. necel. com/_pdf/S19284EJlV0DS00. PDF〉” 中公布的 IPD 101 的详细电路图。IPD 101通过逻辑113处理在输入端子106处接收到的信号并且控制功率MOSFET 110。在功率 M0SFET110中，漏极被连接至电源端子(VCC) 103，并且源极被连接至输出端子104。通过功 率MOSFET 110控制流到被连接至输出端子104的负载109的电流。此外，IPD 110具有诸 如过电流检测器111、过温度传感器112等等的自诊断功能，并且在达到预设置标准时，能 够切断功率MOSFET 110并且通过DIAG端子105将作为自诊断结果的信息反馈给控制器5102。在下文中描述当过电流检测器111和过温度传感器112工作时的操作。
首先，描述过电流检测器111在负载短路情况下进行操作的情况。图27A是示出当 功率MOSFET导通并且然后发生负载短路时功率MOSFET的输出电流中的变化的视图。当发 生负载短路时，超过电流额定值的过电流流到功率M0SFET，并且功率MOSFET由于发热而被 损坏。通常，避免过电流流动的电流限制器被放置在IPD中。通过使用电流限制器，能够将 过电流抑制到一定的水平，如图27B中所示。然而，在这样的情况下热量也随着时间增加， 这导致功率MOSFET的损坏。
为了避免此问题，图沈中所示的IPD包括过电流检测器111。如图27C中所示，过 电流检测器111具有当流过功率MOSFET的电流超过被预设置给IPD的电流检测阈值时切 断功率MOSFET的功能。该功能防止由于发热导致的功率MOSFET的损坏。
图观是示出过电流检测器111的示例的视图。过电路检测器111包括比较器116， 并且输出端子104的电势被提供给比较器116的一个输入，电流检测阈值115被提供给另 一输入，并且比较器116的输出被输入到逻辑113。例如，当功率MOSFET 110的导通电阻 是IOOm Ω并且电流额定值是2Α时，电流检测阈值被设计为0. 5V( = IOOm Ω Χ5Α)。在此条 件下，当功率MOSFET的输出电流超过5Α时，通过逻辑113控制驱动器114，从而切断功率 MOSFET 110。
接下来，描述过温度传感器112在负载短路条件下进行操作的情况。图29Α是示 出当功率MOSFET导通并且然后发生负载短路时的功率MOSFET的输出电流中的变化和功率 MOSFET的温度变化的视图。当发生负载短路时，超过电流额定值的电流流到功率M0SFET， 并且由于发热导致功率MOSFET损坏。通常，避免过电流流动的电流限制器被放置在IPD中。 通过使用电流限制器，过电流能够被抑制到一定的水平，如图^B中所示。然而，在这样的 情况下热量也随着时间增加，这导致功率MOSFET的损坏。
为了避免此问题，图沈中所示的IPD包括过温度传感器112。如图四中所示，过 温度传感器112具有当功率MOSFET的温度超过被预设置给的IPD的温度检测阈值时切断 功率MOSFET的功能。该功能防止由于发热导致的功率MOSFET的损坏。
图30是示出过温度传感器112的示例的视图。过温度传感器112包括比较 器118，并且被热耦合到功率MOSFET的二极管119的压降被提供给比较器118的一 个输入，温度检测阈值117被提供给另一输入，并且比较器118的输出被输入到逻辑 113。二极管119的阴极被连接至恒流源120。当在27°C时二极管119的压降是0.7V 时，温度变化是_2mV/°C，并且温度额定值是150°C，温度检测阈值被设计为0. 404V(= 0. 7V-2mV/°C X (175°C -27°C ))。在这样的条件下，当功率MOSFET的温度超过175°C时，通 过逻辑113控制驱动器114，从而切断功率MOSFET 110。
这样，在图沈中所示的IPD中，过电流检测器111和过温度传感器112彼此独立 地进行操作，并且在异常条件下能够避免功率MOSFET的损坏。发明内容
首先描述包含有功率MOSFET的半导体装置(IPD)和功率MOSFET的故障。图11 是示出随着时间的流逝IPD的故障率的变化的视图。如图11中所示，按照时间顺序能够将 IPD的故障划分为早期故障时段、偶发故障时段以及磨损故障时段。此外，图12是示出随着时间的流逝的IPD的特性值的变化的视图。如图12中所示，在已经经历诸如浪涌的异常情 况的IPD中，有可能比没有经历异常情况的IPD(已经达到寿命最终的IPD)更早经历故障。 在本发明中，提供一种半导体装置(IPD)，该半导体装置(IPD)能够防止发生图11中的偶发 故障时段中的故障或者就在图12中的特性的变化之前(附图中的点A和点B)的故障。
存在IPD的四种故障情况(1)由于功率MOSFET的导通电阻的增加导致的故障， ⑵由于功率MOSFET的泄漏电流的增加导致的故障，(3)由于功率MOSFET的栅极泄漏电流 的增加导致的故障，以及由于包括功率MOSFET的IPD的消耗电流的变化导致的故障。 在下文中描述各故障情况。
(1)由于功率MOSFET的导通电阻的增加导致的故障
首先，描述由于功率MOSFET的导通电阻的增加导致的故障。图13是示出在由于 负载短路等等导致过电流流到功率MOSFET的状态的视图。如图13中所示，作为过电流流 到功率MOSFET的结果，在功率MOSFET的半导体和金属的界面处出现电迁移。图14、图15 和图16是描述在功率MOSFET中出现电迁移的视图。如图14中所示，作为大电流流到功率 MOSFET的结构，在金属和半导体的界面处出现电迁移，并且功率MOSFET的电阻增加。
如图15中所示，如果电迁移变得更大，那么其影响被施加到功率MOSFET单元的基 极区域的电阻分量上。因此，如图16中所示，功率MOSFET的寄生双极晶体管进行操作，并 且特别地，在组成功率MOSFET的单元当中，在最受通过切换而截止影响的单元中出现电流 集中。由于由寄生双极晶体管引起的电流集中，导致特定单元突然发热，这导致功率MOSFET 的故障。此情况是，尽管功率MOSFET的导通电阻的变化小，但是导通电阻的增加瞬时使功 率MOSFET故障。
(2)由于功率MOSFET的泄漏电流的增加导致的故障
图17是示出由于功率MOSFET的制造变化导致源极扩散区域(N+)的宽度变得更 大的情况的视图。在其中源极扩散区域的宽度大的功率MOSFET中，因为功率MOSFET的有效 沟道长度短，因此如果漏源电压增加，那么与另一单元相比较较大的电流流动，如图18中 所示。因此，当负载是诸如螺线管的致动器时，由于负载的电感分量导致中通过功率MOSFET 的切换中的截止生成高电压作为功率MOSFET的漏源电压。因此，每次切换时未预计到的大 电流流到功率MOSFET。
这时，如图19中所示，存在经过相关单元的电子因此撞击电离，并且正电荷被囚 禁到功率MOSFET的栅氧化膜。当正电荷被囚禁到栅氧化膜中时，在单元中产生泄漏电流， 并且与另一单元中相比更大的电流流动到其(前馈现象)。最后，在单元中不能够被覆盖的 过多的电流被集中，并且单元突然发热，这导致故障。此情况是，尽管功率MOSFET的总泄漏 电流小，但是特定单元的电流的集中瞬时使功率MOSFET故障。
(3)由于功率MOSFET的栅极泄漏电流的增加导致的故障
接下来考虑浪涌电压被施加给功率M0SFET，并且在功率MOSFET的栅氧化膜中出 现泄漏点的情况。图20是示出由于浪涌电压施加导致在栅极和源极之间出现泄漏点的情 况的视图。在功率MOSFET中，如图21中所示并行地连接被称为单元的多个单位结构。即 使当由于浪涌电压施加导致在这些单元中的一个的源极和栅极之间出现泄漏点时，如果泄 漏的值小，即，如果对于泄漏电流来说，驱动器的电流供给能力较大，那么功率MOSFET的操 作没有受到影响。
然而，当在栅极和源极之间持续地施加电压(功率MOSFET的导通状态)时，泄漏 点中的电流量突然增加，并且在某些情况下出现不可逆转的转变。不可逆转的转变影响功 率MOSFET的操作并且引起所谓的截止故障，其中不管栅源电压的施加，功率MOSFET没有变 成导通状态。
接下来，描述在栅极和漏极之间出现泄漏点的情况。图22示出由于浪涌电压施加 导致在栅极和漏极之间出现泄漏点的情况。如上所述，在功率MOSFET中，并行地连接被称 为单元的多个单元结构，如图23中所示。即使当由于浪涌电压施加导致在这些单元中的一 个的源极和栅极之间出现泄漏点时，如果泄漏的值小，即，如果对于泄漏电流来说，驱动器 的电流供给能力较大，那么功率MOSFET的操作没有受到影响。
然而，当在栅极和源极之间持续地施加电压(功率MOSFET的导通状态)时，泄漏 点中的电流量突然增加，并且在某些情况下出现不可逆转的转变。不可逆转的转变影响功 率MOSFET的操作并且引起所谓的导通故障，其中功率MOSFET没有变成截止状态。
这些情况是，尽管功率MOSFET的栅极泄漏电流小，但是电流的突然增加引起使功 率MOSFET不可控制的故障。
(4)由于IPD的消耗电流的变化导致的故障
如图M中所示，考虑在IPD的控制器的线图案之间(线1和线2之间)存在残留 的线图案的情况。假定，在IPD的制作阶段的检查中，线1和线2被电气地断开，并且检测 已经通过。然而，在后续的IPD操作中，当由于环境温度中的变化导致残留的线图案膨胀和 冷缩时，例如，并且线1和线2被电气地短路，具有电阻分量，电流在线1和线2之间流动。 图24B是示出此情况的电路图。
在这样的情况下，因为残留的线图案具有高电阻，所以IPD的总消耗电流的波动 小并且对IPD的操作没有任何影响。然而，如果IPD保持操作，那么残留的线图案的电阻变 小，并且突然对IPD施加影响。由于此影响，IPD变得不可控制，并且被确定为故障。此情 况是，尽管IPD的总消耗电流的增加和减少小，但是残留的线图案的电阻分量的波动导致 突然故障。
如上面的四个故障情况中所述，取决于IPD的故障，在功率MOSFET的导通电阻、 IPD的消耗电流和泄漏电流(栅极泄漏、截止泄漏)中存在小的变化，并且在此值中发生突 然的变化，从而发生故障。因此，由于后续的退化进程为了防止发生偶发故障时段中的故障 或者避免由于后续的劣化处理导致已经经历诸如浪涌的异常情况的IPD的故障，必须监视 上述的功率MOSFET的导通电阻、以及IPD的消耗电流和泄漏电流中的小变化。
此外，如上所述，为了保护功率MOSFET免于异常的情况，图25和图沈中所示的 IPD包括过电流检测器和过温度传感器。然而，当在PID中突然出现状态转变并且IPD的功 能被退化时，过电流检测器和过温度传感器不能充分地保护IPD。
例如，假定负载短路作为异常状况的情况。如上所述，即使当在负载短路时通过电 流限制器限制流到功率MOSFET的电流时，超过额定值的大电流暂时地流到功率M0SFET。由 于大电流，导致在组成功率MOSFET的单元当中的具有高电流密度的一些单元中出现电迁 移。此外，在IPD的操作期间电迁移继续，并且作为IPD特性，输出导通电阻变得略高。
例如，假定存在组成IPD的功率MOSFET的15000个单元，由于它们当中的1000单 元中的电迁移导致电阻值增加。在这样的情况下，当它变成断开状态时，即，当电阻值变成无限大时，IPD的功率MOSFET的导通电阻变成15000/14000倍。具体地，当制造的初始阶 段的导通电阻是ΙΟΟπιΩ时，由于电迁移的导通电阻是107. 143mΩ。
在这样的情况下，如果IPD的后续的操作处于额定值内，例如，如果输出电流处于 2Α内，那么功率MOSFET的压降最大是214. ^6mV，并且理所当然的是，(当过电流检测的阈 值是500mV时)上述的过电流检测器没有进行工作。此外，同样对于过温度传感器，因为 IPD的使用条件被设置为100°C，例如，通过在正常操作中给温度额定值(例如，150°C )提 供足够的裕量，(当过温度检测的阈值是175°C时)过温度传感器也没有操作。
然而，如在上面描述的IPD的故障情况中的“⑴由于功率MOSFET的导通电阻的 增加导致的故障”中所述，在功率MOSFET的单元中电迁移的情况下，寄生双极晶体管通过正 常操作的切换，特别是截止来进行操作。由于由寄生双极晶体管引起的电流集中，导致寄生 单元突然发热，并且在功率MOSFET中出现故障。以该方式，由于突然的状态转变导致功率 MOSFET能够突然地到达损坏。因此，被包括在背景技术中描述的IPD中的过电流检测器和 过温度传感器不能够处理突然的状态转变，并且因此存在在某些情况下在IPD中出现故障 的问题。
本发明的第一示例性方面是半导体装置，该半导体装置包括设定值存储单元，该 设定值存储单元存储基于半导体装置的初始特性值确定的设定值；和检测器，该检测器基 于规定时刻的半导体装置的特性值和被存储在设定值存储单元中的设定值检测半导体装 置的特性退化。
因为根据本发明的示例性方面的半导体装置能够基于基于半导体装置的初始特 性值确定的设定值和规定时刻的半导体装置的特性值检测导致半导体装置的故障的特性 退化，能够防止发生半导体装置的故障。
本发明的第二示例性方面是检测半导体装置的特性退化的方法，包括存储基于 半导体装置的初始特性值确定的设定值；并且基于规定时刻的半导体装置的特性值和存储 的设定值检测半导体装置的特性退化。
因为根据本发明的示例性方面的检测半导体装置的特性退化的方法能够基于规 定时刻的半导体装置的特性值和基于半导体装置的初始特性值确定的设定值检测导致半 导体装置的故障的特性退化，因此能够防止半导体装置发生故障。
根据上述的本发明的示例性方面，能够提供半导体装置和检测半导体装置的特性 退化的方法，其能够检测导致半导体装置的故障的特性退化。


结合附图，根据某些示例性实施例的以下描述，以上和其它示例性方面、优点和特 征将更加明显，其中
图1是示出根据第一示例性实施例的半导体装置(IPD)的框图2是描述根据第一示例性实施例的半导体装置(IPD)的细节的框图3是示出根据第一示例性实施例的半导体装置(IPD)的导通电阻检测器的示例 的电路图4是示出根据第一示例性实施例的半导体装置(IPD)的栅极泄漏检测器的示例 的电路图5是示出根据第一示例性实施例的半导体装置(IPD)的截止泄漏检测器的示例的电路图；图6是示出根据第一示例性实施例的半导体装置(IPD)的消耗电流检测器的示例 的电路图；图7是示出根据第一示例性实施例的半导体装置(IPD)的设定值存储单元的示例 的电路图；图8是描述从根据第一示例性实施例的半导体装置(IPD)的制造到异常性检测的 流程的流程图；图9是示出根据第二示例性实施例的半导体装置(IPD)的框图；图10是描述从根据第二示例性实施例的半导体装置(IPD)的制造到异常性检测 的流程的流程图；图11是示出随着时间的流逝的IPD的故障率的变化的视图；图12是示出随着时间的流逝的IPD的特性值的变化的视图；图13是示出由于负载短路导致的过电流流到功率MOSFET的状态的视图；图14是示出在功率MOSFET中出现电迁移的状态的部分横截面图；图15是示出在功率MOSFET中出现电迁移的状态的部分横截面图；图16是示出寄生双极晶体管形成在功率MOSFET中的状态的部分横截面图；图17是示出功率MOSFET的源极扩散区域的宽度大的情况的部分横截面图；图18是示出在功率MOSFET的源极扩散区域的宽度大的情况下漏源电压和电流值 之间的关系的视图；图19是示出正电荷被囚禁到功率MOSFET的栅氧化膜中的情况的部分横截面图；图20是示出由于浪涌电压施加导致在功率MOSFET的栅极和源极之间出现泄漏点 的情况的部分横截面图；图21是在功率MOSFET的栅极和源极之间出现泄漏点的情况下的等效电路图；图22是示出由于浪涌电压施加导致在功率MOSFET的栅极和漏极之间出现泄漏点 的情况的部分横截面图；图23是在功率MOSFET的栅极和漏极之间出现泄漏点的情况下的等效电路图；图24A是示出IPD的控制器的线图案(线1和线2之间)存在残留的线图案的情 况的部分平面图；图24B是在线图案(线1和线2)被短路的情况下的电路图；图25是示出根据现有技术的包含智能功率器件(IPD)的示例性电路的框图；图26是根据现有技术的IPD的框图；图27A至27C是示出根据背景技术的当功率MOSFET导通并且然后在IPD中出现 负载短路时的功率MOSFET的输出电流中的变化的视图，具体地，图27A是没有电流限制器 和过电流检测器的情况，图27B是存在电流限制器的情况，并且图27C是存在电流限制器和 过电流检测器的情况；图28是示出过电流检测器的示例的电路图；图29A至图29C是示出根据背景技术的当功率MOSFET导通并且然后在IPD中出 现负载短路时的功率MOSFET的温度和输出电流中的变化的视图，具体地，图29A是没有电流限制器和过电流检测器的情况，图29B是存在电流限制器的情况，并且图29C是存在电流 限制器和过电流检测器的情况；以及
图30是示出过温度传感器的示例的电路图。
具体实施方式
[第一示例性实施例]
在下文中参考附图描述本发明的第一示例性实施例。图1是示出根据示例性实施 例的IPD (半导体装置)1的框图。通过半导体制造工艺制造根据示例性实施例的IPD 1，并 且IPD 1包括设定值存储单元3，该设定值存储单元3存储在半导体芯片(或者晶圆)完 成的状态下基于IPD 1的初始特性值确定的设定值；和检测器4，该检测器4基于在诸如引 擎控制单元(ECU)的系统中执行IPD 1的状态下的规定时刻的IPD 1的特性值和存储在设 定值存储单元3中的设定值来检测IPD 1的特性退化。
例如，被包括在根据示例性实施例的IPD 1中的功率半导体器件是功率MOSFET 2。例如，功率MOSFET 2是N型功率M0SFET，其中漏极被连接至电源端子(Vcc) 5，源极被连 接至输出端子(OUT)6，并且栅极被连接至输入端子(IN)7。控制信号被提供给功率M0SFET2 的栅极。注意，在根据示例性实施例的半导体装置1中，驱动器可以被放置在功率MOSFET 2 和输入端子7之间。此外，负载被连接至输出端子6。功率半导体器件不限于功率M0SFET， 并且它可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
例如，在根据示例性实施例的IPD 1中，检测器4可以是用于检测功率MOSFET 2 的导通电阻的特性退化的电路、用于检测功率MOSFET 2的栅极泄漏的特性退化的电路、用 于检测功率MOSFET 2的截止泄漏的特性退化的电路、以及用于检测流到IPD 1的消耗电流 的特性退化(压降)的电路。注意，除此之外，可以使用任何的值，只要它是能够用于检测 本示例性实施例中的IPD的特性退化的特性值。
此外，在根据示例性实施例的IPD 1中，从检测器4输出检测结果，并且从输出端 子8输出检测结果。具体地，当检测器4检测到异常时，从输出端子8输出通知异常的信号， 并且当检测器4没有检测到异常时，从输出端子8输出通知正常的信号。例如，当从输出端 子8输出通知异常的信号时，控制IPD 1的控制器(图2中的微型计算机10)显示通知交 换IPD 1的必要性的消息，更改IPD 1的控制参数，或者停止IPD 1的操作。
此夕卜，例如，当检测器4检测IPD 1的特性退化时使用的规定时刻的IPD 1的特性 值可以是IPD 1的电源接通时的特性值、当控制信号被输入到IPD 1的输入端子7时的时 刻的特性值、当用于检测IPD 1的特性退化的指令信号被从控制器输入到IPD 1时的时刻 的特性值、在IPD 1的操作等等期间的规则的时间间隔的特性值。注意，除了这些之外，可 以任意地设置获取IPD 1的特性值的规定时刻。
在下文中参考图2描述根据示例性实施例的IPD(半导体装置)的详细构造。图 2是示出根据示例性实施例的IPD 1的详细构造的框图。根据示例性实施例的IPD 1包括 功率MOSFET 2、驱动器12、电流限制器13、断开检测器14、电流检测器15、温度传感器16、 以及DIAG输出端子9。
功率MOSFET 2的漏极被连接至电源端子(Vcc) 5，栅极被连接至驱动器12，并且源 极被连接至输出端子(OUT) 6。此外，电流限制器13被连接在功率MOSFET 2的栅极和源极之间。负载RL被连接至输出端子(0UT)6，并且功率MOSFET 2将电流提供给负载RL。此外， 驱动器12是用于驱动功率MOSFET 2的电路。例如，电流限制器13是下述电路，其限制输出电流以防止由由于异常的条件导致 流到功率MOSFET 2的过电流引起的功率MOSFET 2的退化和损坏，诸如其中输出端子6和 负载的GND 端子被短路的负载短路。当电流限制器13没有被执行时，例如，100A或者更多 的过电流流到功率MOSFET 2。然而，通过合并有电流限制器13，流到功率MOSFET 2的电流 能够被限制到15A左右。断开检测器14是检测输出端子(OUT) 6的断开状态的电路。具体地，断开检测器 14是用于检测应被连接至输出端子6的负载RL没有被连接到其的状态的电路。电流检测器15是检测超过电流额定值的电流是否流到功率MOSFET 2的电路。例 如，当功率MOSFET 2的电流额定值是2A时，当由于一些异常(例如，上述的负载短路)导 致15A的电流流到功率MOSFET 2时进行电流检测。温度传感器16是下述电路，其当由于异常状态(例如，上述的负载短路)导致功 率MOSFET 2的温度超过预置的温度(例如，175°C )时检测异常。断开检测器14、电流检测器15以及温度传感器16的各自的输出被提供给AND电 路17。然后，当断开检测器14、电流检测器15以及温度传感器16的输出都处于H电平(高 电平，正常)时，AND电路17将H电平信号输出到逆变器18和AND电路11。逆变器18将 来自于AND电路17的H电平信号反转为L电平(低电平)信号并且将L电平信号提供给 N型MOS晶体管丽1的栅极。在这样的情况下，因为丽1的栅极是L电平，所以表示正常的 H电平信号被从DIAG输出端子9输出。另一方面，当断开检测器14、电流检测器15以及温度传感器16的输出中的任何 一个是L电平(异常)时，AND电路17将L电平信号输出到逆变器18。逆变器18将来自 于AND电路17的L电平信号反转为H电平信号并且将H电平信号提供给N型MOS晶体管 丽1的栅极。因为丽1的栅极是H电平，所以表示异常的L电平信号被从DIAG输出端子9 输出。具体地，在断开检测器14检测器检测到其中负载没有被连接至输出端子(0UT)6 的状态、电流检测器15检测到过电流流动的状态、以及温度传感器16检测到过温度出现的 状态的情况中的任何一个或者多个中，通知异常的信号被从DIAG输出端子9输出到控制器 (微型计算机)10。此外，控制IPD 1的控制器(微型计算机)10将用于导通/截止IPDl的控制信号 输出到IPD 1的输入端子(IN)7。控制信号被提供给IPDl的AND电路11。此外，来自于AND 电路17的输出也被提供给AND电路11。因此，当来自于微型计算机10的信号是H电平并 且来自于AND电路17的信号是H电平时，AND电路11将H电平信号输出到驱动器12。另 一方面，当来自于微型计算机10的信号和来自于AND电路17的信号中的至少一个是L电 平时，AND电路11将L电平信号输出到驱动器12。当AND电路11输出H电平信号时驱动 器12驱动功率MOSFET 2，并且当AND电路11输出L电平信号时没有驱动功率MOSFET 2。 具体地，当断开检测器14、电流检测器15以及温度传感器16中的任何一个表现出异常时， 驱动器12进行控制以不驱动功率MOSFET 2。此外，如图2中所示，根据示例性实施例的IPD 1包括导通电阻检测器20、栅极泄漏检测器30、截止泄漏检测器40、以及消耗电流检测器50。导通电阻检测器20包括图1中 所示的与设定值存储单元3相对应的电路和与检测器4相对应的电路。对于栅极泄漏检测 器30、截止泄漏检测器40以及消耗电流检测器50也是一样。此外，用于通知IPD 1的电源 被接通的电源接通信号被提供给导通电阻检测器20、栅极泄漏检测器30、截止泄漏检测器 40、以及消耗电流检测器50。
导通电阻检测器20是下述电路，该电路基于基于功率MOSFET 2的导通电阻的初 始特性值(制造时的特性值)确定的设定值和规定时刻的功率MOSFET 2的导通电阻的特 性值检测IPD 1的特性退化。在本示例性实施例中，例如，假定当规定的时刻的导通电阻的 特性值变得等于或者大于基于导通电阻的初始特性值确定的设定值的1. 1倍时导通电阻 检测器20检测到异常。
栅极泄漏检测器30基于基于功率MOSFET 2的栅极泄漏的初始特性值(制造时的 特性值)确定的设定值和规定时刻的功率MOSFET 2的栅极泄漏的特性值检测截止状态或 者导通状态下的IPD 1的特性退化。在本示例性实施例中，例如，假定当规定的时刻的栅极 泄漏的特性值变得等于或者大于是基于栅极泄漏的初始特性值(制造时的特性值)确定的 设定值的1 μ A时栅极泄漏检测器30检测到异常。注意，基于初始特性值确定的设定值是通 过将任意值(例如，ΙμΑ)添加到栅极泄漏的初始特性值(例如，ΟμΑ)获得的设定值(= 0 μ Α+1 μ Α)。
截止泄漏检测器40是下述电路，该电路基于基于功率MOSFET 2的截止泄漏的初 始特性值(制造时的特性值)确定的设定值和规定时刻的功率MOSFET 2的截止泄漏的特 性值检测IPD 1的特性退化。在本示例性实施例中，例如，假定当规定时刻的截止泄漏的 特性值变得等于或者大于是基于截止泄漏的初始特性值(制造时的特性值)确定的设定 值的1 μ A时截止泄漏检测器40检测到异常。注意，基于初始特性值确定的设定值是通过 将任意值(例如，ΙμΑ)添加到截止泄漏的初始特性值(例如，ΟμΑ)获得的设定值(= 0 μ Α+1 μ Α)。
消耗电流检测器50是下述电路，该电路基于基于流过IPD 1的内部GND线(内部 基准线)55的消耗电流Ic的初始特性值(制造时的特性值)确定的设定值和规定时刻的 IPD 1的消耗电流的特性值检测IPD 1的特性退化。在本示例性实施例中，例如，假定当规 定时刻的消耗电流的特性值变得等于或者大于基于消耗电流的初始特性值确定的设定值 的1. 1倍时消耗电流检测器50检测到异常。
导通电阻检测器20的输出21、栅极泄漏检测器30的输出31、截止泄漏检测器40 的输出41、以及消耗电流检测器50的输出51被提供给NAND电路19。在本示例性实施例 中，例如，假定当输出21、31、41、以及51是H电平时为正常并且当它们是L电平时为异常。 NAND电路19的输出被连接至N型MOS晶体管丽2的栅极。当NAND电路19输出L电平信 号时，表示异常的H电平信号被从输出端子(警告)8输出。另一方面，当NAND电路19输 出H电平信号时，表示异常的L电平信号被从输出端子(警告)8输出。
具体地，当满足下述条件(1)至(4)中的至少一个时，表示异常性的L电平信号被 从输出端子(警告)8输出，并且当下述条件⑴至(4)都没有满足时，表示正常的H电平 信号被从输出端子(警告)8输出。
(1)当规定时刻的功率MOSFET 2的导通电阻的特性值变得等于或者大于基于功13率MOSFET 2的导通电阻的初始特性值确定的设定值的1. 1倍时。(2)当规定时刻的功率MOSFET 2的栅极泄漏的特性值变得等于或者大于是设定值的ΙμΑ时。(3)当规定时刻的功率MOSFET 2的截止泄漏的特性值变得等于或者大于是设定值的ΙμΑ时。(4)当规定时刻的IPD 1的消耗电流的特性值变得等于或者大于基于IPD 1的消 耗电流的初始特性值确定的设定值的1.1倍时。微型计算机10能够基于从输出端子(警告)8输入的信号确定随时间的IPD 1的 退化状态等等。此外，例如，当表示异常的信号被输入时，微型计算机10能够显示通知交换 IPD 1的必要性的消息，更改IPDl的控制参数，或者停止IPD 1的操作。此外，例如，当导通电阻检测器20、栅极泄漏检测器30、截止泄漏检测器40以及消 耗电流检测器50检测IPD 1的特性退化时使用的规定时刻的IDP 1的特性值可以是IPD 1的电源接通时的特性值、当控制信号被提供给IPD 1的输入端子7时的时刻的特性值、当 用于检测IPDl的特性退化的指令信号被从控制器提供给IPD 1时的时刻的特性值、在IPDl 的操作等等期间规则的时间间隔的特性值等等。注意，除了这些之外，可以任意地设置获取 IPD 1的特性值的规定时刻。在下文中描述根据示例性实施例的IPD 1的导通电阻检测器20的具体电路构造 的示例。图3是示出根据示例性实施例的IPD 1的导通电阻检测器20的示例的电路图。导 通电阻检测器20包括电阻器(第一电阻器)Rs、电阻器(第二电阻器)Rf、可变电阻器(第 一可变电阻器)Ral、以及比较器(第一比较器)25。电阻器Rs的一端被连接至功率MOSFET 2的源极侧上的结点(第一结点)24，并且 另一端被连接至结点(第二结点)26。可变电阻器Ral的一端被连接至功率MOSFET 2的漏 极侧上的结点22，并且另一端被连接至结点(第三结点)23。电阻器Rf的一端被连接至结 点23，并且另一端被连接至结点26。此外，比较器25的输入被连接至结点23和结点24，并 且比较器25的输出21被连接至图2中的NAND电路19的输入。在图3中所示的导通电阻检测器20中，当功率MOSFET 2被导通时，电流Iout从 功率MOSFET 2的源极流动。这时，当测量电源端子(Vcc) 5和结点26 (输出端子(0UT)6) 之间的电压Vcc-Vout和功率MOSFET 2的漏源电压Vds时建立下述关系。表达式1 Vds/ (Vcc-Vout) = Ron X lout/ (Ron X Iout+Rs X lout) = Ron/ (Ron+Rs)在上面的表达式1中，Ron是基于功率MOSFET 2的导通电阻的初始特性值确定的 设定值。因此，通过使用下述的关系表达式能够获得Ral，利用Ral功率MOSFET 2的导通电 阻变得等于或者大于基于导通电阻的初始特性值确定的设定值的1. 1倍。表达式2:RonXl. 1/(Ron XL 1+Rs) = Ral/(Ral+Rf)例如，当导通电阻的设定值是Ron = IOOmQ时，通过使用上面的表达式2获得Rs =IOmQ并且Rf = IOkQ, Ral = IlOkQ。因此，获得的电阻值被用作导通电阻检测器20 的设定值。这时，在图2中所示的导通电阻检测器20的结点23，出现是通过基于电阻器Ral和电阻器Rf的电阻值划分电源端子(Vcc)5和输出端子(OUT) 6之间的电压Vcc-Vout获得 的电压值的Vref (因为它是设定值所以Vref是不变的)。此外，在导通电阻检测器20的结 点24，出现是通过基于功率MOSFET 2的导通电阻Ron和电阻Rs划分电源端子(Vcc) 5和输 出端子(OUT) 6之间的电压Vcc-Vout获得的电压值的Vm。 因为在初始状态下 Ral = IlOkQ , Rf = IOk Ω，Ron = IOOmΩ，并且 Rs = ΙΟι Ω，
所以结点23的电压Vref低于结点24的电压Vm。比较器25将结点23的电压Vref与结点 24的电压Vm进行比较，并且当Vref < Vm时输出表示正常的信号(H电平)。另一方面，随着由于功率MOSFET 2的特性退化导致导通电阻Ron的值增加，结点 24的电压Vm逐渐地减小。因此，比较器25将结点23的电压Vref与结点24的电压Vm进 行比较，并且当Vref彡Vm时输出表示异常的信号(L电平)。具体地，当功率MOSFET 2的 导通电阻变得等于或者大于RonX1.K例如，1 IOm Ω )时，结点23的电压Vref和结点24的 电压Vm满足Vref彡Vm,并且通过使用比较器25比较大小关系，能够检测功率MOSFET 2的 导通电阻的异常。注意，图3中所示的导通电阻检测器是一个示例，并且可以使用任何电路，只要能 够检测到功率MOSFET 2的导通电阻。此外，例如，当Ral的值被用作导通电阻检测器20的设定值时，可以使用图7中所 示的电路(设定值存储单元)。图7中所示的电路包括多个电阻器，多个电阻器被串联地连 接在结点60和结点61之间。图7中所示的电阻器的电阻值仅仅是示例，并且它们可以被 任意地变化。此外，结点60对应于图3中的导通电阻检测器20的结点22，并且结点61对 应于图3中的导通电阻检测器20的结点23。P型MOS晶体管MPlO至ΜΡ16中的每一个的漏 极和源极分别被连接至被串联地连接的多个电阻器中的每一个的两端。此外，恒流源62-1 至62-7分别被连接至P型MOS晶体管MPlO至ΜΡ16的栅极。在恒流源62_1至62_7和基 准电源之间，微调电阻器63-1至63-7分别被放置在与P型MOS晶体管MPlO至ΜΡ16相对 应的位置处。例如，基准电源可以具有能够导通P型MOS晶体管MPlO至ΜΡ16的电势，并且 它被连接至IPD 1的内部GND线(内部基准线)。例如当如在本示例性实施例中所描述的Ral = IlOkQ时，选择 64k Ω +32k Ω +8k Ω +4k Ω +2k Ω的电阻器(在图7的情况下，必须选择64k Ω )。具体地，通 过激光施加切断微调电阻器63-2、63-3、63-5以及63_7，并且截止P型MOS晶体管ΜΡ11、 ΜΡ12、ΜΡ14以及ΜΡ16。因此，选择2k Ω、4k Ω、8k Ω以及32k Ω的电阻器，从而结点60和结 点61之间的电阻值是IlOkQ。在图7中所示的电路中，能够从64kQ到132kQ以IkQ为单位来设置Ral。因 此，即使当功率MOSFET 2的导通电阻Ron从80k变化120k Ω时，能够设置是导通电阻Ron 的1. 1倍的检测点。具体地，在88kΩ到132kΩ的范围内能够设置Ral。注意，图7中所示 的设置Ral的电路是一个示例，并且能够使用任何电路，只要能够设置Ral。在下文中描述根据示例性实施例的IPD 1的栅极泄漏检测器30的具体电路构造 的示例。图4是示出根据示例性实施例的IPD 1的栅极泄漏检测器30的示例的电路图。栅 极泄漏检测器30包括电阻器(第三电阻器)Rg、可变电阻器(第二可变电阻器)Ra2、电阻 器(第五电阻器)Rd、恒压源(第一恒压源)Vini、运算放大器(第一运算放大器)32、以及 比较器(第二比较器)33。
电阻器Rg被连接至功率MOSFET 2的栅极，并且一端被连接至运算放大器32的一 个输入，并且另一端被连接至运算放大器32的另一输入。可变电阻器Ra2的一端被连接至 功率MOSFET 2的漏极侧上的结点35，并且另一端被连接至结点34。电阻器Rd的一端被连 接至结点34，并且另一端被连接至恒压源Vini的一端。此外，恒压源Vini的另一端被连 接至结点35。运算放大器32的输入被连接至电阻器Rg的两端，并且输出被连接至比较器 33的一个输入。比较器33的另一输入被连接至结点34，并且比较器33的输出31被连接 至图2中的NAND电路19的输入。
基于恒压源Vini的电压值、可变电阻器Ra2的电阻值以及电阻器Rd的电阻值确 定的电压出现在结点34处。结点34的电压值被提供给比较器33作为基准电压Vref。通 过改变可变电阻器Ra2的值能够任意地改变基准电压Vref。
此外，当在功率MOSFET 2中不存在栅极泄漏时，栅极泄漏电流Ig没有流过电阻器 Rg0在这样的情况下，在是运算放大器32的输入的电阻器Rg的两端之间不存在电势差。然 而，当在功率MOSFET 2中存在栅极泄漏时，栅极泄漏电流Ig流过电阻器Rg，并且在是运算 放大器32的输入的电阻器Rg的两端之间存在电势差。运算放大器32基于电阻器Rg的两 端之间的电势差输出信号。因此，随着栅极泄漏电流Ig增加，电阻器Rg的两端之间的电势 差增加。运算放大器32的输出电压被提供给比较器33的一个输入并且与通过可变电阻器 Ra2设置的基准电压Vref进行比较。当运算放大器32的输出电压小于基准电压Vref时比 较器33输出表示正常的H电平信号，并且当运算放大器32的输出电压等于或者大于基准 电压Vref时输出表示异常的L电平信号。
例如，当通过使用栅极泄漏检测器30检测栅极泄漏电流Ig变得等于或者大于 1μ A的情况时，可变电阻器Ra2的电阻值被如下地设置。首先，获得当IyA的栅极泄漏电 流从其流过时在电阻器Rg的两端之间存在的电势差。接下来，获得当电势差被提供给运算 放大器32时从运算放大器32输出的电压值。然后，以电压值和基准电压Vref相等的方式 确定可变电阻器Ra2的电阻值。通过以这样的方式设置可变电阻器Ra2的电阻值，能够设 置为当栅极泄漏电流Ig小于1 μ A时比较器33输出表示正常的H电平信号，并且当栅极泄 漏电流Ig等于或者大于1 μ A时输出表示异常的L电平信号。
注意，同样在栅极泄漏检测器30中，图7中所示的电路可以被用于可变电阻器Ra2 的设置。此外，图4中所示的栅极泄漏检测器是一个示例，并且可以使用任何电路，只要能 够检测功率MOSFET 2的栅极泄漏。
在下文中描述根据示例性实施例的IPD 1的截止泄漏检测器的具体电路构造的 示例。图5是示出根据示例性实施例的IPD 1的截止泄漏检测器40的示例的电路图。截 止泄漏检测器40包括电阻器(第六电阻器)Rs、可变电阻器(第三可变电阻器)Ra3、恒压 源(第二恒压源)Vini、N型MOS晶体管丽3至丽5、P型MOS晶体管MPl和MP2、以及运算 放大器(第三运算放大器)43。
电阻器Rs被连接至功率MOSFET 2的源极。此外，电阻器Rs的两端被连接至运算 放大器43的输入。运算放大器43的输出被连接至N型MOS晶体管(第一晶体管)丽3的栅 极。N型MOS晶体管丽3的漏极被连接至功率MOSFET 2的源极，并且N型MOS晶体管丽3 的源极被连接至结点(第四结点)44。结点44被连接至N型MOS晶体管丽5的漏极和栅 极。N型MOS晶体管丽5的源极被连接至N型MOS晶体管MN4的源极，并且N型MOS晶体管丽5的栅极被连接至N型MOS晶体管MN4的栅极。N型MOS晶体管MN4的漏极被连接至结 点(第五结点)42。N型MOS晶体管MN4和丽5形成电流镜(第一电流镜)。此外，P型MOS晶体管MPl的源极被连接至P型MOS晶体管MP2的源极、电源端子 (Vcc)5、以及恒压源(第二恒压源)Vini的一端。此外，P型MOS晶体管MPl的栅极和漏极 被连接至P型MOS晶体管MP2的栅极和可变电阻器(第三可变电阻器)Ra3的一端。可变 电阻器Ra3的另一端被连接至恒压源Vini的另一端。此外，P型MOS晶体管MP2的漏极被 连接至结点42。P型MOS晶体管MPl和MP2形成电流镜(第二电流镜)。此外，结点42的 输出41被连接至图2中的NAND电路19的输入。

基于恒压源Vini的电压值和可变电阻器Ra3的电阻值确定的电流Ia流到结点 42。此外，当截止泄漏电流Ioff没有流过电阻器Rs时，在电阻器Rs的两端之间不存在电 势差，并且运算放大器43的输出是L电平信号，并且N型MOS晶体管丽3没有导通。在这 样的情况下，没有电流流到结点44，并且因此也没有电流流到N型MOS晶体管MN4。因此， 流到结点42的电流仍为电流la。在这样的情况下，结点42是H电平，并且截止泄漏检测器 40输出表示正常的H电平信号。另一方面，当截止泄漏电流Ioff流过电阻器Rs时，在电阻器Rs的两端之间存在 电势差。电势差被提供给运算放大器43的输入，并且运算放大器43将与电势差相对应的信 号(H电平信号)输出到N型MOS晶体管丽3的栅极。当H电平信号被提供给N型MOS晶 体管丽3的栅极时，电流Ib流到结点44。电流Ib的值取决于截止泄漏电流Ioff的水平而 变化。当电流Ib流到结点44时，电流Ib还流到N型MOS晶体管MN4。因此，流到结点42 的电流是Ia-Ib。因此，随着截止泄漏电流Ioff的水平增加，Ib增加，并且流到结点42的 电流Ia-Ib逐渐减少。最后，结点42变成L电平，并且截止泄漏检测器40输出表示异常的 L电平信号。例如，当通过使用截止泄漏检测器40检测截止泄漏电流Ioff变得等于或者大于 ΙμΑ的情况时，可变电阻器Ra3的电阻值被如下地设置。首先，获得当IyA的截止泄漏电 流从其流过时在电阻器Rg的两端之间存在的电势差。接下来，获得当电势差被提供给运算 放大器43时从运算放大器43输出的电压值。此外，获得当电压值被施加给N型MOS晶体 管丽3的栅极时流到结点44的电流lb。然后，确定电流Ia的值，当电流Ib流到N型MOS 晶体管MN4时利用该电流Ia从输出41输出L电平信号。然后，可变电阻器Ra3的电阻值 被确定为在电流Ib没有流到N型MOS晶体管MN4的状态下电流Ia流到结点42。通过以这 样的方式设置可变电阻器Ra3的电阻值，能够设置为当截止泄漏电流Ioff小于1 μ A时从 输出41输出表示正常的H电平信号，并且当截止泄漏电流Ioff等于或者大于1 μ A时从输 出41输出表示异常的L电平信号。注意，同样在截止泄漏检测器40中，图7中所示的电路可以被用于可变电阻器Ra3 的设置。此外，图5中所示的截止泄漏检测器是一个示例，并且可以使用任何电路，只要能 够检测功率MOSFET 2的截止泄漏。在下文中描述根据示例性实施例的IPD 1的消耗电流检测器50的具体电路构造 的示例。图6是示出根据示例性实施例的IPD 1的消耗电流检测器50的示例的电路图。消 耗电流检测器50包括电阻器(第四电阻器)Rc、可变电阻器(第四可变电阻器)Ra4、电阻 器(第五电阻器)Re、恒压源(第一恒压源)Vini、运算放大器(第二运算放大器)52、以及比较器(第三比较器)53。
电阻器Rc被连接至IPD 1的GND端子与IPD 1的内部GND线(内部基准线)55 之间，所述GND线55是断开检测器14、电流检测器15、温度传感器16、导通电阻检测器20、 栅极泄漏检测器30、截止泄漏检测器40、AND电路17、逆变器18、N型MOS晶体管MN1、NAND 电路19以及N型MOS晶体管MN2的处于L电平的线。电阻器Rc的一端被连接至运算放大 器52的一个输入，并且电阻器Rc的另一端被连接至运算放大器52的另一输入。运算放大 器52的输出被连接至比较器53的一个输入。比较器53的另一输入被连接至结点54，并 且输出51被连接至图2中的NAND电路19的输入。可变电阻器Ra4的一端被连接至结点 54，并且可变电阻器Ra4的另一端被连接至恒压源Vini的一端。电阻器Re的一端被连接 至结点54，并且电阻器Re的另一端被连接至恒压源Vini的另一端和GND端子。
基于恒压源Vini的电压值、可变电阻器Ra4的电阻值以及电阻器Re的电阻值确 定的电压出现在结点M处。结点M的电压值被提供给比较器53作为基准电压Vref。通 过改变可变电阻器Ra4的值能够任意地改变基准电压Vref。
在正常操作期间，正常电平的消耗电流Ic流过电阻器Re，并且在电阻器Rc的两端 处存在与水平相对应的电势差。电阻器Rc的两端处的电势差被提供给运算放大器52，并且 运算放大器52将与电势差相对应的输出电压输出到比较器53的一个输入。被提供给比较 器53的输出电压与通过可变电阻器Ra4设置的基准电压Vref进行比较。因为在正常操作 期间运算放大器52的输出电压小于基准电压Vref，所以比较器53输出表示正常的H电平 信号。然而，当由于功率MOSFET 2的特性退化导致流过电阻器Rc的消耗电流Ic增加时， 电阻器Rc的两端处的电势差增加，并且运算放大器52的输出电压变得更高。然后，当运算 放大器52的输出电压等于或者高于基准电压Vref时，比较器53输出表示异常的L电平信 号。
例如，当通过使用消耗电流检测器50检测消耗电流Ic变得等于或者大于基于初 始特性值确定的设定值的1. 1倍的情况时，可变电阻器Ra4的电阻值被如下地设置。首先， 获得当是基于初始特性值确定的设定值的1. 1倍的消耗电流Ic从其流过时在电阻器Rc的 两端之间存在的电势差。接下来，获得当电势差被提供给运算放大器52时从运算放大器52 输出的电压值。然后，以电压值和基准电压Vref相等的方式确定可变电阻器Ra4的电阻 值。通过以这样的方式设置可变电阻器Ra4的电阻值，能够设置为当消耗电流Ic小于基于 初始特性值确定的设定值的1. 1倍时比较器53输出表示正常的H电平信号，并且当消耗电 流Ic等于或者小于基于初始特性值确定的设定值的1. 1倍时比较器53输出表示异常的L 电平信号。
注意，同样在消耗电流检测器50中，图7中所示的电路可以被用于可变电阻器Ra4 的设置。此外，图6中所示的消耗电流检测器是一个示例，并且可以使用任何电路只要能够 检测消耗电流。
在下文中参考图8描述根据示例性实施例的从半导体装置的制造到异常检测的 流程。首先，制造是根据示例性实施例的半导体装置的智能功率器件(IPD 1)(步骤Si)。接 下来，测量功率MOSFET的初始特性，并且记录基于初始特性值确定的设定值(步骤S2)。具 体地，在半导体芯片(或者晶圆)的状态下测量初始特性值(例如，导通电阻Ron)，基于此 通过激光等等切断微调电阻器从而电阻变成设定值(例如，可变电阻Ral)，并且然后执行到引线框架的半导体芯片的组装、树脂成型以及从引线框架的切断，从而完成每个IPD 1。 例如，当记录设定值时，上述的电阻值Ral至Ra4的值被用作设定值。然后，IPD 1被安装 到诸如引擎控制单元(ECU)的系统(步骤S3)。然后，IPD 1的电源被接通(步骤S4)。当 IPD 1被接通时，测量IPD 1的性能(步骤S5)。具体地，在IPD 1中，导通电阻检测器20、 栅极泄漏检测器30、截止泄漏检测器40、以及消耗电流检测器50测量IPD 1的特性值。然后，在步骤S5中测量的IPD 1的各特性值与初始值(基于初始特性值确定的设 定值)进行比较(步骤S6)。然后确定在步骤S5中测量的特性值中是否存在问题(步骤 S7)。当在步骤S5中测量的特性值中存在问题时，警告被输出到IPD 1的控制器(微型计 算机)(步骤S8)。然后，从控制器输出通知半导体装置的检查的必要性的消息(步骤S9)。 具体地，从是控制器的微型计算机输出推荐诸如驾驶员或者汽车经销商的用户进行检查的 消息。通过该消息，鼓励进行系统(汽车)的检查，并且在汽车修理店等等中执行调节或者 修理(步骤S10)。这避免IPD 1的损坏并且使能系统的安全操作。另一方面，当在步骤S5中测量的特性值中不存在问题时，以及在步骤S8中警告被 输出到微型计算机之后，IPD 1进行操作(步骤Sll)。然后，当从输入端子7提供用于截止 IPD 1的控制信号时，IPD 1的电源被截止(步骤S12)，处理进入步骤S4并且然后从步骤 S4开始重复操作。如上所述，在根据示例性实施例的IPD 1中，能够基于基于IPD 1的初始特性值确定的设定值和规定时刻的IPD 1的特性值检测导致IPDl的故障的特性退化，并且因此能够 防止IPD 1的故障发生。此外，在根据示例性实施例的IPD 1中，当存在IPD 1的故障的征兆时，通过微型 计算机能够将警告发布给诸如驾驶员的用户，并且因此能够避免系统(汽车等等)的故障， 并且，因此，能够显著地提高系统的安全。注意，日本未经审查的专利申请公开No. 2007-174756公布了下述技术，该技术通 过将栅极电阻器放置在功率MOSFET的栅极处并且测量当功率MOSFET导通时栅极电阻器的 压降来预先检测由电介质击穿引起的导通故障。此外，日本实用新型No. 2599788公布下述 技术，该技术涉及即使当功率MOSFET处于半故障状态中时能够执行故障识别的故障检测 器。然而，根据日本未经审查的专利申请公开No. 2007-174756和日本实用新型No. 2599788 的技术没有公布任何关于如本发明的示例性实施例所述的存储基于IPD的初始特性值(制 造时的特性值)确定的设定值并且基于规定时刻的IPD的特性值和设定值检测导致IPD的 故障的特性退化的内容。另一方面，根据本发明的示例性实施例，在半导体芯片的树脂成型 之前测量IPD的初始特性值，通过切断微调电阻器将设定值写入半导体芯片，并且然后进 行树脂成型从而完成IPD。因此IPD的用户能够了解IPD的退化状态而无需重新测量初始 特性值、确定用于检测特性退化状态的设定值或者添加特性退化检测器。[第二示例性实施例]在下文中参考附图描述本发明的第二示例性实施例。图9是示出根据示例性实施 例的IPD(半导体装置)的框图。在根据示例性实施例的IPD Ia中，导通电阻检测器20、 栅极泄漏检测器30、截止泄漏检测器40、以及消耗电流检测器50的输出也被输出到AND电 路70，并且AND电路70的输出被提供给AND电路11。其它的部件与第一示例性实施例中 描述的IPD 1的相同，并且省略重复的描述。注意，通过相同的附图标记来表示与第一示例性实施例中描述的IPD 1中相同的元件。此外，尽管在图9中没有示出组成IPD Ia的各元 件的L电平的线与消耗电流检测器50之间的连接以避免附图的复杂化，但是同样地，在图 9中，消耗电流检测器50与是内部GND线(内部基准线)的组成IPDla的各元件的L电平 的线以及IPD Ia的GND端子连接，与图2的情况一样。
在根据示例性实施例的IPD Ia中，基于在第一示例性实施例中设置的初始特性 值确定的设定值(第一设定值)和被确定为不同于第一设定值的值的设定值(第二设定 值)被存储在导通电阻检测器20、栅极泄漏检测器30、截止泄漏检测器40、以及消耗电流检 测器50中。然后，对第二设定值进行同样的比较，并且比较结果被输出AND电路70。
当在规定时刻的功率MOSFET 2的导通电阻的特性值变得等于或者大于基于导通 电阻的初始特性值确定的设定值的1. 1倍(第一设定值)时，例如，导通电阻检测器20检 测处于与第一设定值相对应的水平的异常并且将表示异常的信号21输出到AND电路19。 此外，当规定时刻的导通电阻的特性值变得等于或者大于基于导通电阻的初始特性值确定 的设定值的1.5倍(第二设定值)时，例如，导通电阻检测器20检测与第二设定值相对应 的水平的异常并且将表示异常的信号71输出到AND电路70。
当规定时刻的功率MOSFET 2的栅极泄漏的特性值变得等于或者大于是基于栅极 泄漏的初始特性值确定的设定值的1 μ A(第一设定值)时，例如，栅极泄漏检测器30检测 与第一设定值相对应的水平的异常并且将表示异常的信号31输出到AND电路19。此外，当 规定时刻的栅极泄漏的特性值变得等于或者大于是基于栅极泄漏的初始特性值确定的设 定值的10μ A(第二设定值)时，例如，栅极泄漏检测器30检测与第二设定值相对应的水平 的异常并且将表示异常的信号72输出到AND电路70。
当规定时刻的功率MOSFET 2的截止泄漏的特性值变得等于或者大于是基于截止 泄漏的初始特性值确定的设定值的1 μ A(第一设定值)时，例如，截止泄漏检测器40检测 与第一设定值相对应的水平的异常并且将表示异常的信号41输出到AND电路19。此外，当 规定时刻的截止泄漏的特性值变得等于或者大于是基于截止泄漏的初始特性值确定的设 定值的10μ A(第二设定值)时，例如，截止泄漏检测器40检测与第二设定值相对应的水平 的异常并且将表示异常的信号73输出到AND电路70。
当规定时刻的IPD 1的消耗电流的特性值变得等于或者大于基于消耗电流的初 始特性值确定的设定值的1. 1倍(第一设定值)时，例如，消耗电流检测器50检测与第一 设定值相对应的水平的异常并且将表示异常的信号51输出到AND电路19。此外，当规定时 刻的消耗电流的特性值变得等于或者大于基于消耗电流的初始特性值确定的设定值的1. 5 倍(第二设定值)时，例如，消耗电流检测器50检测与第二设定值相对应的水平的异常并 且将表示异常的信号74输出到AND电路70。
具体地，当满足用于第一设定值的下述条件(1)至(4)中的至少一个时，从输出端 子(警告)8输出表示异常的L电平信号，并且当用于第一设定值的下述条件(1)至(4)都 没有被满足时，从输出端子(警告)8输出表示正常的H电平信号。
(1)当规定时刻的功率MOSFET 2的导通电阻的特性值变得等于或者大于基于导 通电阻的初始特性值确定的设定值的1.1倍时。
(2)当规定时刻的功率MOSFET 2的栅极泄漏的特性值变得等于或者大于是设定 值的ΙμΑ时。
(3)当规定时刻的功率MOSFET 2的截止泄漏的特性值变得等于或者大于是设定 值的ΙμΑ时。
(4)当规定时刻的IPD 1的消耗电流的特性值变得等于或者大于基于消耗电流的 初始特性值确定的设定值的1.1倍时。
此外，当满足用于第二设定值的下述条件(5)至⑶中的至少一个时，AND电路70 将L电平信号输出到AND电路11。然后由于AND电路11将L电平信号输出到驱动器12， 因此IPD Ia的操作停止。另一方面，当用于第二设定值的下述条件(5)至(8)都没有被满 足时，AND电路70将H电平信号输出到AND电路11。然后，因为AND电路11将H电平信号 输出到驱动器12，所以使得能够进行IPD Ia的操作。
(5)当规定时刻的功率MOSFET 2的导通电阻的特性值变得等于或者大于基于导 通电阻的初始特性值确定的设定值的1. 5倍时。
(6)当规定时刻的功率MOSFET 2的栅极泄漏的特性值变得等于或者大于是设定 值的10 μ A时。
(7)当规定时刻的功率MOSFET 2的截止泄漏的特性值变得等于或者大于是设定 值的10 μ A时。
(8)当规定时刻的IPD 1的消耗电流的特性值变得等于或者大于基于消耗电流的 初始特性值确定的设定值的1. 5倍时。
注意，当导通电阻检测器20、栅极泄漏检测器30、截止泄漏检测器40以及消耗电 流检测器50检测第一设定值和第二设定值时，使用在第一示例性实施例中描述的图3至图 6中所示的检测器中每两个，并且图7中所示的电路(设定值存储单元)用于它们中的每一 个。
在下文中参考图10描述根据示例性实施例的从半导体装置的制造到异常检测的 流程。首先，制造是根据示例性实施例的半导体装置的智能功率器件(IPD)(步骤Sll)。接 下来，测量IPD Ia的初始特性，并且记录基于初始特性值确定的设定值(第一设定值和第 二设定值)(步骤S 12)。例如，当记录设定值时，上述电阻值Ral至Ra4的值被用作设定 值。然后，IPD Ia被安装到诸如引擎控制单元(EOT)的系统(步骤S13)。然后，IPD Ia的 电源被接通(步骤S14)。当IPDla被接通时，测量IPD Ia的性能(步骤S15)。具体地，在 IPD Ia中，导通电阻检测器20、栅极泄漏检测器30、截止泄漏检测器40、以及消耗电流检测 器50测量IPD Ia的特性值。
然后，在步骤S15中测量的IPD Ia的各特性值与初始值(基于初始特性值确定的 设定值)进行比较(步骤S16)。然后基于第一设定值确定在步骤S15中测量的特性值中是 否存在问题(步骤S17)。基于第二设定值进一步确定在步骤S15中测量的特性值中是否存 在重大问题(步骤S18)。当在步骤S15中测量的特性值超出是第二设定值的容许范围时， 即当存在重大问题时，IPD Ia指示控制器(微型计算机)执行自诊断(步骤S22)并且切 断IPD Ia的电源以停止IPD Ia的操作(步骤S23)。此外，当在步骤S15中测量的特性值 处于第二设定值的容许范围时，即当不存在重大问题时，IPD Ia将警告输出到IPD Ia的控 制器(步骤S21)。
在步骤S22和S23之后，从控制器输出通知IPD Ia的检查的必要性的消息(步 骤S24)。具体地，从是控制器的微型计算机10输出推荐驾驶员、汽车经销商等等检查的消21息。通过该消息，鼓励进行系统(汽车)的检查，并且在汽车修理店等等中执行调节或者修 理(步骤S25)。这避免IPD Ia的损坏并且使能系统的安全操作。另 一方面，当在步骤S15中测量的特性值中不存在问题时，以及在步骤S21中警告 被输出到控制器之后，IPD Ia进行操作(步骤S19)。然后，当从输入端子7提供用于截止 IPD Ia的控制信号时，IPD Ia的电源被截止(步骤S20)，处理进入步骤S14并且然后从步 骤S14开始重复操作。如上所述，在根据示例性实施例的IPD Ia中，能够基于基于IPD Ia的特性值确定 的设定值和规定时刻的IPD Ia的特性值检测导致IPD Ia的故障的特性退化，并且因此能 够防止IPD Ia的故障发生。特别地，在根据示例性实施例的IPD Ia中，两个值被用作基于IPDla的初始特性 值确定的设定值，并且当满足接近IPD Ia的损坏的设定值(第二设定值)时，IPD Ia的操 作停止，并且因此能够防止由于IPDla的故障导致负载失控。本领域的技术人员能够根据需要组合第一和第二示例性实施例。虽然已经按照若干示例性实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解本 发明可以在所附的权利要求的精神和范围内以各种修改来实践，并且本发明并不限于上述 的示例。此外，权利要求的范围不受到上述的示例性实施例的限制。此外，应当注意的是，申请人意在涵盖所有权利要求要素的等同形式，即使在后期 的审查过程中对权利要求进行过修改亦是如此。
权利要求
1.一种半导体装置，包括设定值存储单元，所述设定值存储单元存储基于半导体装置的初始特性值确定的设定 值；和检测器，所述检测器基于规定时刻的所述半导体装置的特性值和存储在所述设定值存 储单元中的设定值来检测所述半导体装置的特性退化。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述检测器是导通电阻检测器，所述导通 电阻检测器检测被包括在所述半导体装置中的半导体器件的导通电阻。
3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中，所述导通电阻检测器包括第一电阻器，所述第一电阻器具有在第一结点处与所述半导体器件的源极相连接的一 端和与第二结点相连接的另一端；第一可变电阻器，所述第一可变电阻器具有与所述半导体器件的漏极相连接的一端和 与第三结点相连接的另一端；第二电阻器，所述第二电阻器具有与所述第三结点相连接的一端和与所述第二结点相 连接的另一端；以及第一比较器，所述第一比较器接收所述第一结点的电压值和所述第三结点的电压值， 并且基于所述第一结点的电压值和所述第三结点的电压值之间的电势差输出信号。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述检测器是栅极泄漏检测器，所述栅极泄漏检测器检测被包括在所述半导体装置中 的半导体器件的栅极泄漏。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，其中，所述栅极泄漏检测器包括第三电阻器，所述第三电阻器与所述半导体器件的栅极相连接；第一运算放大器，所述第一运算放大器接收所述第三电阻器的两端之间的电势差并且 基于所述电势差输出电压信号；以及第二比较器，所述第二比较器接收基准电压和所述第一运算放大器的电压信号，并且 基于所述第一运算放大器的电压信号和所述基准电压之间的比较结果输出信号。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述检测器是消耗电流检测器，所述消耗电流检测器检测所述半导体装置的消耗电流。
7.根据权利要求6所述的半导体装置，其中所述消耗电流检测器包括第四电阻器，所述第四电阻器与所述半导体装置的内部基准线相连接；第二运算放大器，所述第二运算放大器接收所述第四电阻器的两端之间的电势差，并 且基于该电势差输出电压信号；以及第三比较器，所述第三比较器接收基准电压和所述第二运算放大器的电压信号，并且 基于所述第二运算放大器的电压信号和所述基准电压之间的比较结果输出信号。
8.根据权利要求5所述的半导体装置，其中，通过使用包括第一恒压源和划分所述第一恒压源的电压的第五电阻器和第二可变电 阻器在内的电路来设置所述基准电压。
9.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述检测器是截止泄漏检测器，所述截止泄漏检测器检测半导体器件的截止泄漏。
10.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述截止泄漏检测器包括 第六电阻器，所述第六电阻器与所述半导体器件的源极相连接；第三运算放大器，所述第三运算放大器接收所述第六电阻器的两端之间的电势差，并 且基于该电势差输出信号；第一晶体管，所述第一晶体管具有与所述第三运算放大器的输出相连接的栅极和与所 述第四结点相连接的源极；以及第一电流镜，所述第一电流镜具有与所述第四结点相连接的第一电流路径和与基准电 流流经的第五结点相连接的第二电流路径。
11.根据权利要求10所述的半导体装置，其中通过使用第二电流镜设置所述基准电 流，所述第二电流镜具有与第二恒压源和第三可变电阻器相连接的第三电流路径和所述第 二电流路径。
12.根据权利要求3所述的半导体装置，其中， 所述第一可变电阻器包括多个电阻器，所述多个电阻器被串联地连接；多个P型晶体管，所述多个P型晶体管分别对应于所述多个电阻器，每个P型晶体管具 有与所述多个电阻器中的每一个电阻器的两端相连接的源极和漏极；多个恒流源，所述恒流源与所述多个P型晶体管的栅极中的每一个栅极相连接；以及 多个微调电阻器，所述微调电阻器被放置在所述多个P型晶体管的栅极中的每一个栅 极和基准电源之间，并且通过切断所述微调晶体管来设置电阻值。
13.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，基于所述半导体装置的初始特性值所确定的第一设定值和第二设定值被存储在所述 设定值存储单元中，所述检测器基于规定时刻的所述半导体装置的特性值和所述第一设定值来检测所述 半导体装置的特性退化，并且基于检测结果输出警告，并且所述检测器基于规定时刻的所述半导体装置的特性值和所述第二设定值来检测所述 半导体装置的特性退化，并且基于检测结果停止所述半导体装置的操作。
14.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述规定时刻是所述半导体装置的电源 被接通时的时刻、当控制信号被提供给所述半导体装置的输入端子时的时刻、当用于检测 所述半导体装置的特性退化的指令信号被从控制所述半导体装置的控制器提供给所述半 导体装置时的时刻、或者在所述半导体装置的操作期间的规则的时间间隔处的时刻。
15.根据权利要求7所述的半导体装置，其中，通过使用包括第一恒压源和划分所述第一恒压源的电压的第五电阻器和第二可变电 阻器在内的电路来设置所述基准电压。
16.一种检测半导体装置的特性退化的方法，该方法包括 存储基于所述半导体装置的初始特性值所确定的设定值；和基于规定时刻的所述半导体装置的特性值和被存储的所述设定值来检测所述半导体 装置的特性退化。
17.根据权利要求16所述的检测半导体装置的特性退化的方法，其中，基于半导体器件的截止泄漏、栅极泄漏和导通电阻以及所述半导体装置的消耗电流中 的至少一个来检测所述半导体装置的特性退化。
18.根据权利要求16所述的检测半导体装置的特性退化的方法，包括 存储基于所述半导体装置的初始特性值所确定的第一设定值和第二设定值； 基于规定时刻的所述半导体装置的特性值和所述第一设定值来检测所述半导体装置的特性退化，并且基于检测结果输出警告，以及基于规定时刻的所述半导体装置的特性值和所述第二设定值来检测所述半导体装置 的特性退化，并且基于检测结果停止所述半导体装置的操作。
19.根据权利要求17所述的检测半导体装置的特性退化的方法，包括 存储基于所述半导体装置的初始特性值所确定的第一设定值和第二设定值； 基于规定时刻的所述半导体装置的特性值和所述第一设定值来检测所述半导体装置的特性退化，并且基于检测结果输出警告，以及基于规定时刻的所述半导体装置的特性值和所述第二设定值来检测所述半导体装置 的特性退化，并且基于检测结果停止所述半导体装置的操作。
全文摘要
本发明涉及半导体装置和检测半导体装置的特性退化的方法。半导体装置(IPD)包括设定值存储单元，该设定值存储单元存储基于半导体装置的初始特性值确定的设定值；和检测器，该检测器基于规定时刻的半导体装置的特性值和存储在设定值存储单元中的设定值来检测半导体装置的特性退化。此外，检测半导体装置(IPD)的特性退化的方法包括存储基于半导体装置的初始特性值确定的设定值；并且基于规定时刻的半导体装置的特性值和存储的设定值来检测半导体装置的特性退化。
文档编号H03K19/007GK102035529SQ201010295658
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年9月24日
发明者深海郁夫 申请人:瑞萨电子株式会社