专利名称：半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明，涉及一种半导体装置的保护电路的构成，特別是有关具有绝 缘栅极型开关元件的半导体装置中从过电流保护该开关元件的过电流保护 电路。
背景技术：
图7,表示横式绝绝缘栅双极晶体管(IGBT=Insulated Gate Bipolar Trans istor)的一般剖面构成。图7所示的横式绝缘栅双极晶体管51中，在N一型 半导体衬底201的表面部上形成了 P—型基础区域205。基础区域205的表 面部上，形成了 N+型发射极区域206。还有，以从发射极区域206上跨过 基础区域205上延伸设置到半导体村底201上的方式形成了栅极绝缘膜20 3，在这个栅极绝缘膜203上形成了栅电极204。还有，半导体村底201的 表面部，与基础区域205隔离形成了 P型集电区域202。再有，半导体村底201上，形成了与集电区域202电连接的集电极 端子P1'、与栅电极204电连接的栅极端子P2'、以及与发射极区域206 电连接的发射极端子P3'。图7中所示的横式绝缘栅双极晶体管51中，在使集电极端子P1' — 侧处于高电位状态下，在栅极端子P2'和发射极端子P3'之间施加顺方 向偏电压，移至接通状态。还有，相反地在栅极端子P2'和发射极端子 P3'之间施加零方向偏电压或者逆方向偏电压移至断开状态。这样，横式 绝缘栅双极晶体管51,具有在通过在栅电极204上施加栅极电压，从接通 状态移至断开状态、或从断开状态移至接通状态的开关特性。具有这样的横式绝缘栅双极晶体管51的半导体装置，使用在横式绝缘 栅双极晶体管51的集电极端子P1'和电源之间连接诱导性负荷的状态多。 这样的情况下发生事故的话，这个诱导性负荷成为短路状态，在横式绝缘栅双极晶体管51中就会流过定额电流的数倍以上的电流。这样的负荷短路 时检测过电流，若不切断栅极电压或集电极电压，横式绝缘栅双极晶体管51就会由于温度的升高而导致破坏。因此，如图8所示那样，提出了对横式绝缘栅双极晶体管51具有过电 流保护机能的半导体装置的方案。图8所示的半导体装置50，具有由栅极 电压能够控制的主开关元件的橫式绝缘栅双极晶体管51，电流检测用横式 绝缘栅双极晶体管52与横式绝缘栅双极晶体管51并联连接。在此，电流 检测用横式绝缘栅双极晶体管52的发射极区域，与电流检测用电阻的感应 电阻54电连接。还有，与电流检测用横式绝缘栅双极晶体管52电连接的 电流检测电路57，是由电压比较器56、与电压比较器56分別连接的基准 电压电路55及上述感应电阻54构成。图8所示的半导体装置50中，流过电流检测用横式绝缘栅双极晶体管 52的电流59通过感应电阻54流向发射极端子P3'。这时，在感应电阻 54两端产生的电压和基准电压电路55产生的电压通过电压比较器56比 较，基于这个电压差，控制流过主开关元件的横式绝缘栅双极晶体管51 的电流58。(专利文件1)日本专利公开平09-260592号公报(平9=1997年) (发明所要解决的课题)然而，对上述的以前例涉及的横式绝缘栅双极晶体管51具有过电流保 护机能的半导体装置50，存在着以下所述的问题点。也就是，感应电阻54的两端产生的电压变大的话，电流检测用横式绝 缘栅双极晶体管52的发射极区域的电压会变高，所以，在电流检测用横式 绝缘栅双极晶体管52上电流变得不容易流动的结果，过电流保护机能就不 能正常的动作。为此，感应电阻54两端产生的电压即便是最大也不能超过 0.3V程度。在此，将流过感应电阻54的电流59和流过横式绝缘栅双极晶体管51 的电流58的比(电流58/电流59)作为感应比的话，以前的半导体装置50 的感应比就会象300这样小。为此，例如电流58的值为6A时起动过电流 保护机能的话，那时流通的电流59的大小为20mA程度。因此，为了4:感 应电阻54的两端产生的电压在0.3V程度以下，感应电阻54就必须制成15n程度以下的小值。然而，要是将感应电阻54制成15n程度以下的小 值的话，该电阻值的制造偏差就会变大，所以，过电流保护机能起作用的电流58(电流58的值)的偏差也就变大了 。另一方面，为了将感应电阻54的电阻值设定为一定大小，只要增大感 应比既可，可是为了这样做，就必须缩小电流检测用横式绝缘栅双极晶体 管52的尺寸减小流过感应电阻54的电流59的值。但是，要缩小电流检测 用横式绝缘栅双极晶体管52的尺寸的话，流过感应电阻54的电流59的值 的偏差变大，其结果就是过电流保护机能起作用的电流值(电流58的值) 的偏差也就变大。如以上所述，在具有以前的过电流保护机能的半导体装置50中因为不 能充分增大感应比，所以，^不得不设计感应电阻54的电阻值或电流检测 用横式绝缘栅双极晶体管52的尺寸为小值，其结杲，过电流保护机能起作 用的电流值的偏差就会变大，这成为问题。发明内容鉴于以上所述，本发明，其目的在于在对横式绝缘栅双极晶体管具 有过电流保护机能的半导体装置中，通过增大流过感应电阻的电流和流过 主开关元件的电流的比，降低过电流保护机能起作用电流值的偏差。(为解决课题的方法)为了达成上述目的，本发明所涉及的半导体装置，是包括由施加在 栅电极上的栅极电压能够控制的主绝缘栅双极晶体管，并联于上述主绝缘 栅双极晶体管的电流检测用绝缘栅双极晶体管，以及具有能够检测出流过 上述电流检测用绝缘栅双极晶体管的电流的检测电阻的电流检测器的半导 体装置，上述主绝缘栅双极晶体管，具有第一基础区域、和形成在上述第 一基础区域的表面部的第 一 发射极区域，上述电流检测用绝缘栅双极晶体 管，具有第二基础区域、和形成在上述第二基础区域的表面部的第二发射 极区域，上述电流检测用绝缘栅双极晶体管的上迷第二基础区域、和上述 主绝缘栅双极晶体管的上述第一发射极区域电连接，上述电流检测用绝缘 栅双极晶体管的上述第二发射极区域、和上述主绝缘栅双极晶体管的上述 第一发射极区域通过上述检测电阻电连接。还有，在本发明的半导体装置中，还可以在同一半导体衬底上形成上 述主绝缘栅双极晶体管和上述电流检测用绝缘栅双极晶体管。再有，在本发明的半导体装置中，上述主绝缘栅双极晶体管和上述电 流检测用绝缘栅双极晶体管还可以均为横式元件。一发明的效果一根据本发明的半导体装置，在对主绝缘栅双极晶体管具有过电流保护 机能的半导体装置中，流过检测电阻的电流和流过主绝缘栅双极晶体管的 电流的比，也就是感应比与以前的半导体装置相比能够增大两倍以上。因 此，就可以增大检测电阻值或电流检测用绝缘栅双极晶体管的尺寸的设计， 过电流保护机能就能够降低起作用的电流值的偏差。还有，本发明的半导体装置中，主绝缘栅双极晶体管和电流检测用绝 缘栅双极晶体管形成在同一半导体村底上的话，与主绝缘栅双极晶体管和 电流检测用绝缘栅双极晶体管不形成在同 一 半导体村底上的情况相比，实 现电流检测用绝缘栅双极晶体管的基础区域和主绝缘栅双极晶体管的发射 极区域的电连接的构造变得容易。再有，本发明的半导体装置中，主绝缘栅双极晶体管和电流检测用绝 缘栅双极晶体管分别为横式元件的话，与元件表面由发射极电极覆盖的纵 式绝缘栅双极晶体管相比，因为电极以及布线的设置自由度增大，所以， 实现电流检测用绝缘栅双极晶体管的基础区域和主绝缘栅双极晶体管的发 射极区域的电连接的构造变得容易。
图1，是表示本发明一实施方式所涉及的半导体装置的构成的电路图。图2，是表示本发明一实施方式所涉及的半导体装置的构成的平面图。图3,是表示本发明一实施方式所涉及的半导体装置的构成的剖面图 (图2的A-B线剖面图)。图4,是表示本发明一实施方式所涉及的半导体装置的构成的剖面图 (图2的G-H线剖面图)。图5，是表示本发明一实施方式所涉及的半导体装置的构成的剖面图 (图2的C-D线剖面图)。图6，是表示本发明一实施方式所涉及的半导体装置的构成的剖面图(图2的E-F线剖面图)。图7,是表示以前的横式绝缘栅双极晶体管的构成的剖面图。图8，是表示具有对横式绝缘栅双极晶体管有过电流保护电路的以前 的半导体装置的电路图。(符号说明)1 主开关元件的横式绝缘栅双极晶体管2 感应电阻5 基准电压电路6 电压比丰支器7 电流检测电路10 电流检测用横式绝缘栅双极晶体管11 从电流检测用横式绝缘栅双极晶体管的基础区域流向主开 关元件的横式绝缘栅双极晶体管的发射极端子的电流12 流过主开关元件的横式绝缘栅双极晶体管的集电极电流13 流过感应电阻的感应电流14 半导体装置101 半导体衬底102 集电区域103 栅极绝缘膜104 栅电极105、 109 基础区域106、 108 发射极区域107、 110 基础接线柱区域 Pl 集电极端子P2 栅电极P3 发射极端子具体实施方式
以下，参照
本发明的一实施方式所涉及的半导体装置。图1，是表示本实施方式的半导体装置、具体地讲是对横式绝缘栅双 极晶体管具有过电流保护机能的半导体装置的概略电路构成图。图1所示的半导体装置14，具有可由栅极电压控制的主开关元件的横 式绝缘栅双极晶体管1，电流检测用横式绝缘槺双极晶体管IO与横式绝缘 栅双极晶体管1并联连接。横式绝缘栅双极晶体管1以及电流检测用横式绝缘栅双极晶体管IO各自的集电极区域以及栅电极与集电极端子P1以及 栅极端子P2电连接。橫式绝缘栅双极晶体管1的发射极区域(发射极区域 106)与发射极端子P3电连接。另一方面，电流检测用横式绝缘栅双极晶体 管10的发射极区域(发射极区域108)，与电流检测用电阻的感应电阻4电 连接的同时，通过感应电阻4与横式绝缘栅双极晶体管1的发射极区域106 也就是发射极端子P3电连接。尚，与电流检测用横式绝缘栅双极晶体管 10电连接的电流检测电路7，是由电压比较器6、和分别连接于电压比较 器6的基准电压电路5以及上述感应电阻4构成的。本实施方式的半导体装置14中应该注意的特征是电流检测用横式绝 缘栅双极晶体管10的基础区域109、和主开关元件的横式绝缘栅双极晶体 管1的发射极区域106是电连接的。为此，流过电流检测用横式绝缘栅双 极晶体管10的电流中的空穴电流，成为从基础区域109经过横式绝缘栅双 极晶体管1的发射极区域106流向发射极端子P3的电流11。另一方面， 流过电流检测用横式绝缘栅双极晶体管10的电流中只有电子电流通过感 应电阻4流向发射极端子P3成为电流(感应电流)13。这时，由电压比较器 6比较感应电阻4两端产生的电压和基准电压电路5产生的电压，基于这 个电压差，控制流过主开关元件的横式绝缘栅双极晶体管1的电流(集电极 电流)12。正如以上的说明，本实施方式的半导体装置14中，流过电流检测用横 式绝缘栅双极晶体管10的电流中空穴电流(电流11)不流过感应电阻4，所 以，流过感应电阻4的电流13就少这部分空穴电流。因此，以流过感应电 阻4的电流13和流过横式绝缘栅双极晶体管1的电流12的比值为感应比 的话，在本实施方式的半导体装置14，与图8所示的以前的半导体装置50 相比，能够增大感应比。本申请的发明者们实际进行的实验的结果，以前的半导体装置50中感应比为300程度的条件下，若采用本实施方式的半导体装置14,求得电连 接电流检测用绝缘栅双极晶体管的基础区域和主开关元件的绝缘栅双极晶 体管的发射极区域后的感应比的值为600程度，可以比以前的半导体装置 50的感应比增大两倍程度。这样，根据本实施方式，在对主开关元件的横式绝缘栅双极晶体管1 具有过电流保护机能的半导体装置14中，通过电连接电流检测用横式绝缘 栅双极晶体管10的基础区域109和横式绝缘栅双极晶体管1的发射极区域 106，可以使流过感应电阻4的电流13和流过横式绝缘栅双极晶体管1的 电流12的比也就是感应比与以前的半导体装置50相比增大到充分大。因 此，可以增大设计感应电阻4的值或电流检测用横式绝缘栅双极晶体管10 的尺寸，所以，过电流保护机能就能够降低起作用的电流值的偏差。图2，是表示本实施方式的半导体装置中主开关元件的横式绝缘栅双 极晶体管1及与它并列连接的电流检测用橫式绝缘栅双极晶体管10的构成 的一例的平面图。还有，图3至图6分别表示图2的A-B线、G-H线、C-D 线、E-F线剖面图。以图2至图4所示那样，横式绝缘栅双极晶体管1中，在N—型半导体 衬底101的表面部形成了 P—型基础区域105。基础区域105的表面部形成 了 N+型发射极区域106。还有，以从发射极区域106上跨过基础区域105 上延伸设置到半导体衬底101的表面上的方式，形成栅极绝缘膜103,在 该栅极绝缘膜103上形成了栅电极104。还有，半导体村底101的表面部， 与基础区域105相离形成P型集电极区域102。在此，本实施方式的横式绝缘栅双极晶体管1中，发射极区域106是 由相互分隔的多个部分构成的，该多个部分是沿着垂直从集电极区域102 向着基础区域105的方向排列的。还有，基础区域105中的发射极区域106 的构成部分之间，设置了多个部分的构成P+型基础接线柱区域107。由此， P一型基础区域105通过P+型基础接线柱区域107与N+型发射极区域106 电连接。再有，半导体衬底101上，形成了与集电极区域102电连接的集电极 端子Pl、与栅电极104电连接的栅极端子P2、与发射极区域106及基础 接线柱区域107电连接的发射极端子P3。图2至图4所示的横式绝缘栅双极晶体管1中，使集电极端子P1 — 侧处于高电位状态，栅极端子P2和发射极端子P3之间施加顺方向偏电压， 移至接通状态。还有，相反地在栅极端子P2和发射极端子P3之间施加零 方向偏电压或逆方向偏电压移至断开状态。正如这样横式绝缘栅双极晶体 管i，具有通过栅电极104上施加的栅极电压从接通状态移至断开状态、 或者是从断开状态移至接通状态的开关特性。另一方面，图2、图5及图6所示的电流检測用横式绝缘栅双极晶体 管10，形成在与横式绝缘柵双极晶体管1同一个N—型半导体衬底101上。 具体地讲，电流检测用横式绝緣栅双极晶体管10中，在半导体衬底101 的表面部上形成了 P—型基础区域109。基础区域109的表面部上，形成了 N+型发射极区域108。还有，以从发射极区域108上跨过基础区域109延 伸设置到半导体衬底101表面上的方式，形成栅极绝缘膜103，该栅极绝 缘膜103上形成了栅电极104。还有，半导体村底101的表面部，与基础 区域109隔离形成了 P型集电极区域102。也就是，栅极绝缘膜103、栅 电极104、以及集电极区域102由横式绝缘栅双极晶体管1以及电流检测 用绝缘栅双极晶体管IO共同形成的。在此，本实施方式的电流检测用绝缘栅双极晶体管10中，发射极区域 108是由相互隔离的多个部分构成的，该多个部分沿着垂直于从集电极区 域102向基础区域109的方向棑列。还有，基础区域109中发射极区域108 的各构成部分之间，设置着构成P+型基础接线柱区域110的多个部分。尚，作为本实施方式的特征，电流检测用横式绝缘栅双极晶体管10 中，发射极区域108与电流检测用电阻的感应电阻4电连接。另一方面， 基础接线柱区域110电连接在发射极端子P3上。其结果，本实施方式中， 电流检测用横式绝缘栅双极晶体管10的基础区域109和横式绝缘栅双极晶 体管1的发射极区域106通过P+型基础接线柱区域110电连接。还有，如图2及图6所示那样，电流检测用横式绝缘栅双极晶体管10 的发射极区域108和横式绝缘栅双极晶体管1的发射极区域106通过感应 电阻4电连接。正如以上说明的那样，本实施方式中，因为主开关元件的横式绝缘栅 双极晶体管1和电流检测用横式绝缘栅双极晶体管10形成在同一块半导体衬底101上，与两绝缘栅双极晶体管不行成在同一块半导体村底上的情况 相比，可以容易的制造电流检测用横式绝缘栅双极晶体管10的基础区域109和横式绝缘栅双极晶体管1的发射极区域106电连接的构造。还有，本实施方式中，因为横式绝缘栅双极晶体管1和电流检测用横 式绝缘栅双极晶体管10分别均为横式元件，与元件表面由发射电极覆盖的 纵式绝缘栅双极晶体管相比电极以及布线的设置自由度增大，所以，可以 容易的制造电流检测用横式绝缘栅双极晶体管10的基础区域109和横式绝 缘栅双极晶体管1的发射极区域106电连接的构造。尚，在本实施方式中，说明了横式绝缘栅双极晶体管1和电流检测用 横式绝缘栅双极晶体管IO均为横型元件的例子的情况，但是，将这些绝缘 栅双极晶体管作为纵式元件制作成为电连接电流检测用纵式绝缘栅双极晶 体管的基础区域和主开关元件的纵式绝缘栅双极晶体管的发射极区域的情 况，也可以得到可以使流过检测电阻的电流和流过主开关元件的纵式绝缘 栅双极晶体管的电流的比也就是感应比与以前的半导体装置相比大的效 果。一产业上利用的可能性一本发明所涉及的半导体装置，可以使流过检测电阻的电流和流过主开 关元件的横式绝缘栅双极晶体管的电流的比也就是感应比与以前的半导体 装置相比增大两倍以上，由此，可以增大设计检测电阻的值或电流检测用 绝缘栅双极晶体管的尺寸，其结果，过电流保护机能就能够降低起作用的 电流值的偏差，所以对具有过电流保护电路的绝缘栅型开关元件是有用的。
权利要求
1.一种半导体装置，包括由施加在栅电极上的栅极电压能够控制的主绝缘栅双极晶体管，并联于上述主绝缘栅双极晶体管的电流检测用绝缘栅双极晶体管，以及具有能够检测出流过上述电流检测用绝缘栅双极晶体管的电流的检测电阻的电流检测器，其特征在于上述主绝缘栅双极晶体管，具有第一基础区域、和形成在上述第一基础区域的表面部的第一发射极区域，上述电流检测用绝缘栅双极晶体管，具有第二基础区域、和形成在上述第二基础区域的表面部的第二发射极区域，上述电流检测用绝缘栅双极晶体管的上述第二基础区域、和上述主绝缘栅双极晶体管的上述第一发射极区域电连接，上述电流检测用绝缘栅双极晶体管的上述第二发射极区域、和上述主绝缘栅双极晶体管的上述第一发射极区域通过上述检测电阻电连接。
2. 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于 上述主绝缘栅双极晶体管和上述电流检测用绝缘栅双极晶体管形成在同一半导体衬底上。
3. 根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于上述主绝缘栅双极晶体管和上述电流检测用绝缘栅双极晶体管均为 横式元件。
全文摘要
在对横式绝缘栅双极晶体管具有过电流保护机能的半导体装置中，降低过电流保护机能起作用电流值的偏差。并联连接由栅极电压可控制的主开关元件的横式绝缘栅双极晶体管(1)、和电流检测用横式绝缘栅双极晶体管(10)。电流检测用横式绝缘栅双极晶体管(10)的基础区域(109)、和横式绝缘栅双极晶体管(1)的发射极区域(106)电连接。电流检测用横型绝缘栅双极晶体管(10)的发射极区域(108)、和横式绝缘栅双极晶体管(1)的发射极区域(106)通过电流检测电路(7)的感应电阻(4)电连接。
文档编号G01R31/28GK101252129SQ20071019948
公开日2008年8月27日 申请日期2007年12月13日 优先权日2007年2月22日
发明者国松崇, 金子佐一郎 申请人:松下电器产业株式会社