检测用二极管3的输出特性进行了测试，可以得出以下所示的特性。图3示出了准备三十个具备串联连接三个温度检测用二极管3而成的温度检测元件的IGBT芯片(半导体装置)，改变对上述温度检测用二极管3进行通电的电流值时的输出电压Vf的变化。特别是在图3中，将温度检测用二极管3的通电电流值标准化为上述pn结中流通的电流密度，即用pn结面积除通电电流值而得到的值。并且，示出相对于上述电流密度的上述输出电压Vf的平均值与其标准偏差之间的关系。
[0037]应予说明，上述标准偏差是指上述输出电压Vf的变化的程度(大小)。并且，为了满足所需要的温度检测灵敏度，需要使上述输出电压Vf的变化处于与最小检测温度对应的输出电压以上。因此，满足所需要的温度检测灵敏度的条件被规定为，通过上述标准偏差表示的上述温度检测用二极管3中的上述输出电压Vf的允许偏差电压。
[0038]并且，根据图3所示的特性(实验数据)，示出了满足要求的温度检测灵敏度的上述输出电压Vf的允许偏差电压以标准偏差表示为[2.5mV]的情况下，电流密度为[大致50A/cm2]以上即可。此时的上述输出电压Vf的平均值为[1811mV]。另外，示出了在上述允许偏差电压以标准偏差表示为[3.0mV]的情况下，电流密度为[大致5.0A/cm2]以上即可。此时的上述输出电压Vf的平均值为[1502mV]。并且，示出了在上述允许偏差电压以标准偏差表示为[4.0mV]的情况下，电流密度为[大致0.5A/cm2]以上即可。此时的上述输出电压Vf的平均值为[1195mV]。
[0039]这里，在上述温度检测用二极管3中，如上所述，该温度检测用二极管3的通电电流值越小，晶体缺陷所导致的输出电压Vf的变化越大。因此，将上述温度检测用二极管3的通电电流密度至少设定在[50A/cm2]以上。其结果，即使所要求的温度检测灵敏度高，例如需要将上述允许偏差电压抑制在以标准偏差表示的[2.5mV]以下的情况下，也能够充分满足其条件。
[0040]另一方面，将上述温度检测用二极管3的寿命定义为在一定的温度条件下其输出电压Vf从通电开始时的电压值变动2%的时间点时，上述寿命例如相对于上述温度检测用二极管3的通电电流密度如图4所示地进行变化。应予说明，图4示出了对于上述的得到图3所示的特性的pn结面积为[190 μπι2]的上述温度检测用二极管3和pn结面积为[89.7 μπι2]的温度检测用二极管3，分别将其气氛温度保持在150°C时的上述寿命的变化。另外，这些各温度检测用二极管3由相同的多晶硅而形成，所以其pn结面积即使不同也显示出相同的寿命特性。
[0041]并且，根据该图4所示的寿命特性，表示将上述温度检测用二极管3的寿命设为十年(3.154X 108s)的情况下，能够将该温度检测用二极管3的通电电流密度最大设定为[1331A/W]。另外，将上述温度检测用二极管3的寿命设为15年(4.730X 108s)的情况下，能够将该温度检测用二极管3的通电电流密度最大设定为[1213A/cm2]。进而，表示将寿命设定为20年(6.307 X 108s)的情况下，能够将该温度检测用二极管3的通电电流密度最大设为[1136A/cm2]。
[0042]另外，例如在汽车中所使用的该种半导体装置所要求的寿命一般为15年。因此，考虑到这种要求的情况下，如果将上述温度检测用二极管3的通电电流密度设定为[1213A/cm2]以下，则认为可充分满足其寿命要求。并且，能够不依赖于上述温度检测用二极管3的大小，具体而言不依赖于该温度检测用二极管3的pn结面积，如上所述地规定可满足其寿命的电流密度。
[0043]因此，基于如上所述地规定的电流密度的条件，如果在下述范围内决定上述温度检测用二极管3的通电电流密度，则能够同时满足上述温度检测用二极管3所要求的寿命和温度检测灵敏度。因此，在上述电流密度Jf的设定条件下，如果根据上述温度检测用二极管3的大小(具体而言是pn结面积)决定该温度检测用二极管3的通电电流值，则能够在满足所需要的温度检测灵敏度的同时，充分确保其寿命。
[0044]50A/cm2彡 Jf 彡 1213A/cm2
[0045]应予说明，本发明不限于上述的实施方式。例如，构成上述温度检测用二极管3的pn结二极管的数量和/或其大小等也可以考虑IGBT和/或MOS-FET等的半导体装置的工作温度等而决定，这是不言而喻的。另外，在上述温度检测用二极管3所要求的寿命不同的情况下，根据其寿命规定上述电流密度的上限值即可，同样地根据上述温度检测用二极管3所要求的温度检测灵敏度规定上述电流密度的下限值即可。另外，本发明可以在不脱离其主旨的范围内进行各种变形而实施。
【主权项】
1.一种半导体装置的驱动方法，其特征在于， 具备在形成有半导体有源元件的基板上隔着绝缘膜而形成的具有pn结的温度检测用二极管，当检测以恒定电流对所述温度检测用二极管进行通电而在该温度检测用二极管中产生的电压时， 根据该温度检测用二极管的寿命，规定对所述温度检测用二极管进行通电的电流密度的上限值， 并且，根据该温度检测用二极管的输出电压的相对于标准偏差的允许偏差电压，规定对所述温度检测用二极管进行通电的电流密度的下限值， 在所述上限值和所述下限值的范围内，确定对所述温度检测用二极管进行通电的电流值。2.根据权利要求1所述的半导体装置的驱动方法，其特征在于， 所述温度检测用二极管是由多晶硅构成的Pn结二极管。3.根据权利要求1所述的半导体装置的驱动方法，其特征在于， 在所述温度检测用二极管所要求的寿命为15年时，所述电流密度的上限值为1213A/2cm ο4.根据权利要求1所述的半导体装置的驱动方法，其特征在于， 在所述温度检测用二极管的输出电压的相对于标准偏差的允许偏差电压为2.5mV时，所述电流密度的下限值为50A/cm2。
【专利摘要】提供一种能够兼得在形成了有源元件的基板上具备隔着绝缘膜而形成的温度检测用二极管所要求的寿命和检测灵敏度的半导体装置的驱动方法。根据该温度检测用二极管的寿命规定温度检测用二极管的通电电流密度的上限值，并且根据该温度检测用二极管的输出电压的相对于标准偏差的允许偏差电压规定上述温度检测用二极管中通电的电流密度的下限值，在上述上限值和下限值的范围内确定上述温度检测用二极管的通电电流值。
【IPC分类】H01L27/04, H01L29/78, H01L21/822, H01L29/868, H01L29/861
【公开号】CN105122451
【申请号】CN201480012428
【发明人】松井俊之, 阿部和, 八尾典明
【申请人】富士电机株式会社
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2014年3月13日
【公告号】DE112014001811T5, WO2014162844A1