半导体装置的制作方法

本发明涉及一种半导体装置。

背景技术：

以往，作为用于内燃机的点火等的半导体装置，已知有使用大电力的功率半导体器件。已知驱动这样的功率半导体器件的电路具备对因该功率半导体器件的加热等导致的异常状态进行检测，并对内燃机造成的影响进行保护的电路。(例如，参考专利文献1至专利文献3)。

专利文献1：日本特开2005-6464号公报

专利文献2：日本特开2009-247072号公报

专利文献3：日本特开2006-74937号公报

技术实现要素：

技术问题

这样的保护电路设有电源电压的过电压的检测电路、和/或检测功率半导体器件的温度的温度检测元件等，而对功率半导体器件的异常状态进行检测。然而，在检测电源电压的过电压的情况下，由于进一步设置输入该电源电压的端子，会导致功率半导体器件的芯片面积增加。另外，在设置温度检测元件的情况下，由于温度检测元件的检测温度的制造偏差，会导致产生误测等。

技术方案

在本发明的第一形态中，提供一种半导体装置，具备：功率半导体元件，其栅极根据控制信号而被控制；过电压检测部，对功率半导体元件的集电极端子侧的电压成为过电压的情况进行检测；以及截断部，根据检测到过电压的情况，将功率半导体元件的栅极控制为关断电压。

应予说明，上述发明内容没有列举本发明的所有特征。另外，这些特征组的子组合也可以成为发明。

附图说明

图1示出本实施方式的点火装置1000的构成例。

图2示出本实施方式的点火装置2000的构成例。

图3示出本实施方式的过电压检测部230的第一构成例。

图4示出本实施方式的过电压检测部230的第二构成例。

图5示出本实施方式的过电压检测部230的第三构成例。

图6示出本实施方式的复位部240的构成例。

图7示出本实施方式的复位部240的各部分的工作波形的一个例子。

图8示出本实施方式的锁存部250的构成例。

图9示出本实施方式的半导体装置200的各部分的工作波形的例子。

图10示出本实施方式的形成有半导体装置200的基板的一部分的构成例。

符号说明

10：控制信号产生部、20：火花塞、30：点火线圈、32：初级线圈、34：次级线圈、40：电源、100：半导体装置、102：控制端子、104：第一端子、106：第二端子、108：第三端子、110：功率半导体元件、112：栅极端子、114：发射极端子、116：集电极端子、120：截断部、122：电阻、123：源电极、124：漏电极、130：过电压检测部、140：复位部、150：锁存部、200：半导体装置、202：控制端子、204：第一端子、206：第二端子、210：功率半导体元件、220：截断部、222：电阻、230：过电压检测部、232：电压输入部、234：电源输入部、236：检测信号输出部、238：基准电位输入部、240：复位部、242：控制信号输入部、244：复位信号输出部、246：基准电位输入部、250：锁存部、252：置位信号输入部、254：复位信号输入部、256：控制信号输入部、258：截断信号输出部、259：基准电位输入部、312：电阻、314：电阻、316：反相器、318：反相器、320：齐纳二极管、330：缓冲器、340：耗尽型mosfet、350：齐纳二极管、411：电阻、412：电阻、413：反相器、414：反相器、415：电阻、416：电容器、417：反相器、512：反相器、514：第一nand电路、516：第二nand电路、518：第三nand电路、700：基板、710：p⁺层区域、720：n层区域、722：第一阱区、724：第二阱区、726：第三阱区、727：第四阱区、728：第五阱区、730：第一绝缘膜、740：第二绝缘膜、750：半导体膜、760：栅电极、762：栅绝缘膜、770：第三绝缘膜、780：发射电极、784：电极部、1000：点火装置、2000：点火装置

具体实施方式

以下通过发明的实施方式对本发明进行说明，但以下的实施方式并不限定权利要求所涉及的发明。另外，在实施方式中说明的特征组合的全部未必是发明的技术方案所必须的。

图1示出本实施方式的点火装置1000的构成例。点火装置1000将用于汽车等的内燃机等的火花塞点火。在本实施方式，对点火装置1000装配于汽车的发动机的例子进行说明。点火装置1000具备控制信号产生部10、火花塞20、点火线圈30、电源40和半导体装置100。

控制信号产生部10产生对半导体装置100的导通和关断的切换进行控制的开关控制信号。控制信号产生部10例如为装配有点火装置1000的汽车的发动机控制单元(ecu)的一部分或全部。控制信号产生部10向半导体装置100提供产生的控制信号。通过控制信号产生部10向半导体装置100提供控制信号，从而使点火装置1000开始进行火花塞20的点火动作。

火花塞20通过放电产生电火花。火花塞20例如通过10kv左右以上的施加电压而放电。作为一例，火花塞20设置于内燃机，在该情况下，点燃燃烧室的混合气体等燃烧气体。火花塞20例如设置于从气缸的外部贯通至气缸内部的燃烧室的贯通孔，以密封该贯通孔的方式被固定。在该情况下，火花塞20的一端露出于燃烧室内，火花塞20的另一端从气缸外部接收电信号。

点火线圈30向火花塞提供电信号。点火线圈30提供使火花塞20放电的高电压作为电信号。点火线圈30可以作为变压器起作用，例如，为具有初级线圈32和次级线圈34的点火线圈。初级线圈32和次级线圈34的一端电连接。初级线圈32的线圈匝数比次级线圈34的线圈匝数少，并与次级线圈34共用芯。次级线圈34根据在初级线圈32产生的电动势而产生电动势(互感电动势)。次级线圈34的另一端与火花塞20连接，将产生的电动势提供给火花塞20而使其放电。

电源40向点火线圈30提供电压。电源40例如向初级线圈32和次级线圈34的一端提供预定的恒压vb(例如14v)。作为一例，电源40为汽车的电池。

半导体装置100根据由控制信号产生部10提供的控制信号，对点火线圈30的初级线圈32的另一端与基准电位之间的导通和非导通进行切换。半导体装置100例如根据控制信号为高电位(导通电位)而使初级线圈32和基准电位之间导通，根据控制信号为低电位(关断电位)而使初级线圈32和基准电位之间不导通。

在此，基准电位可以为汽车的控制系统中的基准电位，或者也可以为与汽车内的半导体装置100对应的基准电位。基准电位也可以为使半导体装置100关断的低电位，作为一例，为0v。半导体装置100具备控制端子102、第一端子104、第二端子106、第三端子108、功率半导体元件110、截断部120、电阻122、过电压检测部130、复位部140和锁存部150。

控制端子102输入控制功率半导体元件110的控制信号。控制端子102与控制信号产生部10连接，接收控制信号。第一端子104经由点火线圈30而与电源40连接。第二端子106与基准电位连接。也就是说，第一端子104与第二端子106相比为高电位侧的端子，第二端子106与第一端子104相比为低电位侧的端子。第三端子108连接在电源40与点火线圈30之间。

功率半导体元件110包括栅极端子(g)、集电极端子(c)和发射极(e)端子，根据输入至栅极端子的控制信号，将集电极端子和发射极端子之间电连接或电切断。功率半导体元件110连接在高电位侧的第一端子104与低电位侧的第二端子106之间，根据栅极电位而被控制为导通或关断。功率半导体元件110的栅极根据控制信号而被控制。

作为一例，功率半导体元件110为绝缘栅型双极晶体管(igbt)。或者，功率半导体元件110也可以为mosfet。作为一例，功率半导体元件110的发射极端子与基准电位连接。另外，集电极端子与初级线圈32的另一端连接。应予说明，在本实施例中，以功率半导体元件110是n沟道型的igbt为例进行说明，该n沟道型的igbt根据控制信号为导通电位而将集电极端子和发射极端子之间电连接。

截断部120连接于功率半导体元件110的栅极端子和基准电位之间。作为一例，截断部120是根据栅极电位而将漏极端子和源极端子之间控制为导通或关断的fet。截断部120的漏极端子与功率半导体元件110的栅极端子连接，截断部120的源极端子与基准电位连接，并对是否将从控制端子102输入的控制信号提供给功率半导体元件110的栅极端子进行切换。作为一例，截断部120是根据栅极端子成为高电位的情况，而将漏极端子和源极端子之间的电连接的常关型(normallyoff)的开关元件。在该情况下，优选截断部120为n沟道型的mosfet。

电阻122连接于控制端子102和功率半导体元件110的栅极端子之间。当截断部120为关断状态时，电阻122将控制信号提供给功率半导体元件110的栅极端子。当截断部120在导通状态下并使控制信号流向基准电位时，电阻122使该控制信号进行压降。也就是说，向功率半导体元件110的栅极端子提供基准电位。

过电压检测部130对输入至功率半导体元件110的电压成为过电压的情况进行检测。作为一例，过电压检测部130根据点火线圈30和电源40之间的电位，对输入至功率半导体元件110的电压是否成为过电压进行检测。作为一例，过电压检测部130通过将输入的电位与阈值进行比较，从而对输入至功率半导体元件110的电压是否成为过电压进行检测。过电压检测部130例如当检测到输入至功率半导体元件110的电压为过电压时，将高电位作为检测信号输出，当检测到输入至功率半导体元件110的电压不是过电压时，将低电位作为检测信号输出。过电压检测部130向锁存部150提供检测信号。

复位部140根据使功率半导体元件110导通的控制信号被输入的情况，在预定期间内输出复位信号。例如，复位部140连接于控制信号产生部10，并根据被输入有高电位的控制信号的情况，输出高电位的复位信号。作为一例，复位部140将预定的脉冲宽度的脉冲信号作为复位信号输出。复位部140将复位信号提供给锁存部150。

锁存部150根据复位信号而被复位，将检测到过电压的状态(信息)进行锁存。锁存部150根据功率半导体元件的输入电压成为过电压的情况，产生截断信号，并提供给截断部120的栅极端子。锁存部150例如与过电压检测部130连接，根据检测到功率半导体元件110的过电压的情况，输出截断信号。也就是说，锁存部150根据检测到功率半导体元件110的过电压的情况，截断从控制端子102向功率半导体元件110的控制信号的提供。作为一例，锁存部150产生从低电位变为高电位的截断信号。由此，功率半导体元件110切换为关断状态。

以上的本实施方式的半导体装置100在功率半导体元件110为正常状态，且控制信号成为高电位的情况下，功率半导体元件110成为导通状态。由此，从电源40经由点火线圈30的初级线圈32供集电极电流ic流通。应予说明，集电极电流ic的时间变化dic/dt根据初级线圈32的电感以及电源40的供给电压来确定，并增加到预定的(或设定的)电流值为止。例如，集电极电流ic增加到几a、十几a或几十a程度为止。

而且，如果控制信号成为低电位，则功率半导体元件110成为关断状态，集电极电流急剧减小。由于集电极电流的急剧减小，因此初级线圈32的两端电压由于自感电动势而急剧增加，在次级线圈34的两端产生达到几十kv程度的感应电动势。点火装置1000通过将这样的次级线圈34的电压提供给火花塞20，从而使火花塞20放电而点燃燃烧气体。

在此，在向功率半导体元件110的第一端子104施加了过电压的情况下，截断部120截断从控制端子102向功率半导体元件110的控制信号的提供。由此，功率半导体元件110的栅极电位变为关断电位，集电极电流ic被截断。在此，在点火装置1000装配于汽车等，并在该汽车运行中电池端子被开放的情况下，点火装置1000可能会成为在点火线圈30产生感应电动势而使得电位暂时上升的故障模式(称为负载突降(loaddump))。本实施方式的点火装置1000即使变为这样的故障模式而产生过电压，由于截断部120截断向功率半导体元件110提供控制信号，并截断集电极电流ic，因此能够防止使该点火装置1000和汽车的部件产生破坏和工作故障等。

如上所述，对为了检测是否在功率半导体元件110产生了过电压，半导体装置100具备连接到点火线圈30的第三端子108的例子进行了说明。如此，在半导体装置100，通过设置输入要检测的电压的端子来检测过电压，所以需要安装该端子，并设置传送电路的区域，另外，设置对从该端子输入的信号进行保护的保护电路等的区域是必要的。因此，即使以集成电路等形成半导体装置100，也会存在芯片面积变大的情况。

另外，半导体装置100可以取代图1的过电压检测部130而安装温度检测部等，对功率半导体元件110的温度进行检测。在该情况下，半导体装置100能够对在功率半导体元件110成为负载突降时的温度上升进行检测，根据检测结果将集电极电流截断。然而，由于温度检测部在检测温度的感度等方面存在制造偏差，因此对每个半导体装置100都必须进行检测结果的校正和补正等，花费劳力和成本。

可是，本实施方式的半导体装置200不具备用于检测过电压的端子，降低了成本和劳力，根据功率半导体元件110的过电压来截断集电极电流。针对具备这样的半导体装置200的点火装置2000，利用图2进行说明。

图2示出本实施方式的点火装置2000的构成例。在图2所示的点火装置2000中，对与图1所示的本实施方式的点火装置1000的工作大致相同的部分标注相同的符号，并省略说明。点火装置2000具备半导体装置200。应予说明，对于点火装置2000所具备的控制信号产生部10、火花塞20、点火线圈30和电源40省略说明。

半导体装置200具备控制端子202、第一端子204、第二端子206、功率半导体元件210、截断部220、电阻222、过电压检测部230、复位部240和锁存部250。控制端子202输入控制功率半导体元件210的控制信号。控制端子202与控制信号产生部10连接，接收控制信号。第一端子204经由点火线圈30而与电源40连接。第二端子206与基准电位连接。也就是说，第一端子204与第二端子206相比为高电位侧的端子，第二端子206与第一端子204相比为低电位侧的端子。

功率半导体元件210包括栅极端子(g)、集电极端子(c)和发射极(e)端子，根据输入至栅极端子的控制信号，将集电极端子和发射极端子之间电连接或电切断。功率半导体元件210连接在高电位侧的第一端子204和低电位侧的第二端子206之间，根据栅极电位而被控制为导通或关断。功率半导体元件210的栅极根据控制信号而被控制。

作为一例，功率半导体元件210为igbt(绝缘栅型双极晶体管)。作为一例，功率半导体元件210具有达到几百v的耐压。功率半导体元件210例如为在基板的第一面侧形成集电极，并且在与第一面相反一侧的第二面侧形成栅电极和发射电极的纵型器件。另外，功率半导体元件210也可以为纵型mosfet。作为一例，功率半导体元件210的发射极端子与基准电位连接。另外，集电极端子与初级线圈32的另一端连接。应予说明，在本实施例中，对功率半导体元件210为n沟道型的igbt的例子进行说明，该n沟道型的igbt根据控制信号成为导通电位，将集电极端子和发射极端子之间电连接。

截断部220根据检测到过电压，控制功率半导体元件210的栅极转向关断电压。截断部220连接在功率半导体元件210的栅极端子和基准电位之间。作为一例，截断部220是根据栅极电位而将漏极端子和源极端子之间控制为导通或关断的fet。截断部220的漏极端子与功率半导体元件210的栅极端子连接，截断部220的源极端子与基准电位连接，对是否将从控制端子202输入的控制信号提供给功率半导体元件210的栅极端子进行切换。作为一例，截断部220为根据栅极端子成为高电位而将漏极端子和源极端子之间电连接的常关型的开关元件。在该情况下，优选截断部220为n沟道型的mosfet。

电阻222连接在控制端子202和功率半导体元件210的栅极端子之间。当截断部220为关断状态时，电阻222将控制信号提供给功率半导体元件210的栅极端子。当截断部220为导通状态并且使控制信号流向基准电位时，电阻222使该控制信号压降。也就是说，变为向功率半导体元件210的栅极端子提供基准电位。

过电压检测部230对功率半导体元件210的集电极端子侧的电压成为过电压的情况进行检测。过电压检测部230例如根据初级线圈32和第一端子204之间的电位，对输入至功率半导体元件的电压是否成为过电压进行检测。另外，过电压检测部230可以经由电阻等来接收功率半导体元件210的集电极端子的电位。也就是说，过电压检测部230根据与半导体装置200内部的集电极端子连接的部分的电位，来检测是否变成了过电压。

作为一例，过电压检测部230通过将输入的电位与阈值进行比较，来检测输入至功率半导体元件的电压是否变成了过电压。在该情况下，过电压检测部230可以具有包括多个电阻的分压电路、以及包括比较器的比较电路。过电压检测部230例如当检测到输入至功率半导体元件的电压为过电压时，将高电位作为检测信号输出，当检测到输入功率半导体元件的电压不是过电压时，将低电位作为检测信号输出。过电压检测部230向锁存部250提供检测信号。

复位部240根据使功率半导体元件210导通的控制信号被输入的情况，在预定的期间内输出复位信号。复位部240例如与控制信号产生部10连接，并根据高电位的控制信号被输入的情况，输出高电位的复位信号。复位部240将预定的脉冲宽度的脉冲信号作为复位信号输出。复位部240将复位信号提供给锁存部250。

锁存部250根据复位信号而被复位，并将检测到过电压的状态(信息)进行锁存。锁存部250根据功率半导体元件的输入电压成为过电压的情况，产生截断信号，并提供给截断部220的栅极端子。锁存部250例如与过电压检测部230连接，根据检测到功率半导体元件210的过电压的情况，输出截断信号。也就是说，锁存部250根据检测到功率半导体元件210的过电压的情况，截断从控制端子202向功率半导体元件210提供控制信号。

作为一例，锁存部250产生从低电位成为高电位的截断信号。由此，截断部220根据锁存部250对检测到过电压的状态(信息)进行了锁存的情况，控制功率半导体元件210的栅极转向关断电压。也就是说，截断部220根据检测到过电压的情况，使功率半导体元件210的栅极下拉，功率半导体元件210被切换为关断状态。

以上的本实施方式的半导体装置200与图1说明的半导体装置100相同，在功率半导体元件210为正常状态，且控制信号成为高电位时，功率半导体元件210成为导通状态。由此，如图1所说明的，点火装置2000能够使火花塞20放电而点燃燃烧气体。

另外，在向功率半导体元件210提供了过电压时，过电压检测部230检测该过电压并将截断信号提供给截断部220。由此，功率半导体元件210的栅极电位成为关断电位，集电极电流ic被截断。如上所述，本实施方式的过电压检测部230根据半导体装置200内部的电压而对是否变成了过电压进行检测，因此半导体装置200无需具备接收从外部输入的电压的端子，就能够检测过电压并截断集电极电流ic。

应予说明，本实施方式的过电压检测部230对输入到第一端子204的电压进行检测，但该输入电压因半导体装置200的点火工作等而发生很大的变化。也就是说，即使在功率半导体元件210不发生异常加热的情况下，过电压检测部230也能够检测到过电压。

因此，本实施方式的复位部240在应该开始功率半导体元件210的异常检测的时刻产生复位信号，锁存部250将从该时刻开始至控制信号变为低电位为止的期间作为检测期间，在该检测期间对过电压检测部230的检测结果进行锁存。由此，半导体装置200即使使用与电源40的输出相比变化更大的第一端子204的电压，也能够检测到功率半导体元件210的过电压。接下来对这样的过电压检测部230、复位部240和锁存部250的例子进行说明。

图3示出本实施方式的过电压检测部230的第一构成例。过电压检测部230具有电压输入部232、电源输入部234、检测信号输出部236、基准电位输入部238、电阻312、电阻314、反相器316和反相器318。

电压输入部232输入有应该进行是否为过电压的检测的电压信号。也就是说，电压输入部232输入有功率半导体元件210的集电极端子侧的电压。电源输入部234与过电压检测部230的电源连接。作为一例，电源输入部234将从控制端子202输入的控制信号作为工作电压而输入。由此，过电压检测部230在控制信号为高电位的情况下，也就是说，以功率半导体元件210的导通状态为条件，对从电压输入部232输入的电压是否为过电压进行检测。

检测信号输出部236输出过电压检测部230的检测结果。作为一例，检测信号输出部236连接于锁存部250，作为过电压的检测结果，输出高电位。基准电位输入部238与基准电位相连。

电阻312和电阻314串联连接在电压输入部232和基准电位输入部238之间，对从检测信号输出部236输入的电压进行分压。电阻312和电阻314分别具有为预定的电阻比的电阻值。作为一例，对电阻312和电阻314而言，可以在从电压输入部232输入的电压为超过阈值的过电压时，以电阻314的分压电位为高电位的方式决定该电阻比。

反相器316输入有电阻312和电阻314之间的分压电位，将该分压电位的逻辑反转。也就是说，当从电压输入部232输入的电压为过电压时，反相器316输出低电位。反相器318使反相器316的输出的逻辑反转。也就是说，当从电压输入部232输入的电压为过电压时，反相器318输出高电位。

如上所述，本实施方式的过电压检测部230以功率半导体元件210的导通状态为条件，当从电压输入部232输入的电压为过电压时，输出高电位的过电压检测信号。应予说明，图3示出具有分压电阻和反相器，且分压电阻生成阈值电压的过电压检测部230的构成例，但取而代之，过电压检测部230也可以具有分压电阻和比较器。在该情况下，过电压检测部230通过比较器对分压电位和阈值进行比较，当分压电位比阈值大时，输出高电位。应予说明，输入到比较器的阈值电压可以由分压电阻生成。

除此以外，过电压检测部230还可以具有齐纳二极管。关于这样的过电压检测部230，利用图4进行说明。图4示出本实施方式的过电压检测部230的第二构成例。在图4示出的过电压检测部230中，对与图3所示的本实施方式的电压检测部230的工作大致相同的部分标注相同的符号，并省略说明。

过电压检测部230具有齐纳二极管320和缓冲器330。齐纳二极管320连接于电阻312和电阻314之间，在从电压输入部232输入的电压超过了击穿电压时，使电流在电阻312和电阻314之间流动。齐纳二极管320的击穿电压例如设定为与以下阈值相对应的电压，即将从电压输入部232输入的电压判断为过电压的阈值。由此，在从电压输入部232输入的电压变为过电压时，电流流过电阻314，且高电位的分压电位产生在齐纳二极管320和电阻314之间。

缓冲器330连接在齐纳二极管320和电阻314之间，对电阻314的分压电位进行缓冲。也就是说，缓冲器330在从电压输入部232输入的电压为过电压的情况下，输出高电位。缓冲器330将从电源输入部234输入的控制信号作为工作电压。由此，在图4所示的过电压检测部230以功率半导体元件210的导通状态为条件，在从电压输入部232输入的电压为过电压时，输出高电位的过电压检测信号。

取而代之，过电压检测部230也可以具有耗尽型mosfet。针对这样的过电压检测部230，利用图5进行说明。图5示出本实施方式的过电压检测部230的第三构成例。在图5所示的过电压检测部230中，对与图3所示的本实施方式的电压检测部230的工作大致相同的部分标注相同的符号，并省略说明。

过电压检测部230具有耗尽型mosfet340和齐纳二极管350。耗尽型mosfet340取代在图3所示的过电压检测部230的电阻312而设置。作为一例，耗尽型mosfet340的漏极端子与电压输入部232连接，源极端子与电阻314连接，栅极端子与源极端子连接，并使漏极-源极间进行电阻工作。由此，与图4说明的电阻312和电阻314引起的分压工作相同，在从电压输入部232输入的电压为超过阈值的过电压时，可以以电阻314的分压电位成为高电位的方式对电阻314的电阻值进行设定。

齐纳二极管350连接在电阻314的一端和另一端之间，在电阻314的分压电位超过了击穿电压时，将电阻314的一端和另一端之间电连接。也就是说，齐纳二极管350在从电压输入部232输入的电压为超过阈值的过电压的情况下，防止对电阻314施加过大的电压。齐纳二极管350的击穿电压例如设定为高电压程度或者比高电压高几v程度的高电压。

由此，在从电压输入部232输入的电压变成过电压时，电流在电阻314流动，高电位的分压电位在齐纳二极管350和电阻314之间产生。缓冲器330连接在耗尽型mosfet340和电阻314之间，对电阻314的分压电位进行缓冲。由此，图5所示的过电压检测部230以功率半导体元件210的导通状态为条件，在从电压输入部232输入的电压为过电压时，输出高电位的过电压检测信号。如上所述，过电压检测部230可以具有用于生成成为过电压的基准的阈值电压的电阻、齐纳二极管、耗尽型mosfet和反相器中的至少一个。

图6示出本实施方式的复位部240的构成例。复位部240包括控制信号输入部242、复位信号输出部244、基准电位输入部246、电阻411、电阻412、反相器413、反相器414、电阻415、电容器416和反相器417。

控制信号输入部242输入有从控制端子202输入的控制信号。复位信号输出部244输出该复位部240生成的复位信号。基准电位输入部246与基准电位相连。

电阻411和电阻412串联连接在控制信号输入部242和基准电位输入部246之间，对从控制信号输入部242输入的控制信号vin进行分压。如果设电阻411的电阻值为r1，设电阻412的电阻值为r2，则分压电位为vin·r2/(r1+r2)。作为一例，在控制信号过渡性地从关断电位(0v)线性上升至导通电位(5v)的情况下，分压电位也从0v线性上升至5·r2/(r1+r2)。

反相器413连接于电阻411和电阻412之间，接收分压电位并反转输出。反相器414接收反相器413的输出并反转输出。电阻415和电容器416构成rc电路，接收反相器414的输出，以具有时间常数rc的延迟的方式输出上升信号。反相器417接收电阻415和电容器416的输出并反转输出。

应予说明，反相器413、反相器414和反相器417分别将从控制信号输入部242输入的控制信号作为工作电源。因此，各反相器在控制信号过渡性地上升的过程中，在该控制信号到达反相器的阈值为止，输出与控制信号大致相同的电位的信号。应予说明，在本例中，各反相器的阈值设为大致相同的值vthi。利用图7对这样的复位部240中各部分的工作进行说明。

图7示出本实施方式的复位部240的各部分的工作波形的一个例子。图7的横轴作为时间，纵轴作为输出电位。图7示出在输入至控制信号输入部242的控制信号vin从关断电位(0v)线性上升至导通电位(5v)情况下的、反相器413、反相器414和反相器417的输出电位的一个例子。反相器413、反相器414和反相器417的输出电位vout1、vout2和vout3在输入电位到达反相器的阈值为止，与电源电位(也就是说，控制信号vin)为大致相同的电位。

即使电源的电位超过阈值vthi，但由于输入的分压电位vin·r2/(r1+r2)是在阈值vthi以下的值，因此反相器413将输入电位作为低电位而反转输出高电位。应予说明，即使反相器413以输出高电位的方式工作，在电源电位为到达高电位(例如5v)为止过程中的过渡性的电位的情况下，也将该电源电位作为高电位输出。图7示出反相器413的输出电位vout1在时刻t1以后输出与电源电位vin大致相同的电位的例子。

反相器413根据电源的电位超过了阈值vthi，且输入的分压电位超过了阈值vthi(也就是说，高电位的输入)的情况，反转输出低电位。图7示出反相器413的输出电位vout1在时刻t2成为低电位(0v)的例子。

反相器414根据电源的电位为超过阈值vthi的电位，且输入电位为超过了阈值vthi的电位的情况，反转输出低电位。图7示出反相器414的输出电位vout2在时刻t1成为低电位的例子。反相器414根据电源的电位超过阈值vthi，且输入电位为低电位的情况，反转输出高电位。应予说明，反相器414在电源电位为到达高电位为止的过程中的过渡性的电位的情况下，将该电源电位作为高电位输出。图7示出反相器414的输出电位vout2在时刻t2以后成为与电源电位vin大致相同的电位的例子。

由电阻415和电容器416构成的rc电路使反相器414的输出信号延迟。图7示出rc电路使输出信号延迟10μs的例子。反相器417根据电源的电位是超过阈值vthi的电位，且输入电位是超过了阈值vthi的电位的情况，反转输出低电位。图7示出反相器417的输出电位vout3在时刻t3成为低电位的例子。

如上所述，本实施方式的复位部240在导通电位输入至控制信号输入部242起算经过基准时间t2后，输出复位信号。作为一例，图7所示的复位信号为将在电阻415和电容器416设定的时间常数作为脉冲宽度的脉冲信号。

图8示出本实施方式的锁存部250的构成例。锁存部250包括置位信号输入部252、复位信号输入部254、控制信号输入部256、截断信号输出部258、基准电位输入部259、反相器512、第一nand(与非)电路514、第二nand电路516和第三nand电路518。

置位信号输入部252与过电压检测部230的检测信号输出部236连接，输入有过电压的检测信号。复位信号输入部254与复位部240的复位信号输出部244连接，输入有复位信号。控制信号输入部256输入有从控制端子202输入的控制信号。截断信号输出部258输出该锁存部250生成的截断信号。基准电位输入部259与基准电位连接。

反相器512、第一nand电路514、第二nand电路516和第三nand电路518分别将从控制信号输入部256输入的控制信号作为工作电源。因此，以控制信号变为高电位为条件，锁存部250将检测到截断条件的状态(信息)锁存并输出截断信号。以下，对控制信号变为高电位情况下的锁存部250的工作进行说明。

反相器512将复位信号的逻辑反转，并向第一nand电路514和第二nand电路516输出。第一nand电路514输入反相器512的输出和过电压的检测信号，输出nand运算结果。第一nand电路514在复位信号为低电位且检测到过电压的情况下，输出低电位。

第二nand电路516接收反相器512和该锁存部250的输出信号，输出nand运算结果。另外，第三nand电路518接收第一nand电路514和第二nand电路516的输出信号，输出nand运算结果。第二nand电路516和第三nand电路518构成rs触发器。也就是说，第二nand电路516和第三nand电路518在复位信号被输入至复位信号输入部254之后，对与输入至置位信号输入部252的过电压检测相对应的高电位作为置位信号进行锁存。

如上所述，本实施方式的锁存部250将控制信号变为高电位作为条件，根据功率半导体元件210的过电压而对过电压的检测信号进行锁存。锁存部250向截断部220提供截断信号。截断部220根据锁存部250对满足了截断条件的状态(信息)进行了锁存的情况，将功率半导体元件210的栅极电位设为关断电位。

如上所述，本实施方式的半导体装置200根据来自外部的控制信号以及根据功率半导体元件210的过电压而对工作进行限制，并且作为对流向点火线圈30的电流进行控制的点火器而工作。关于半导体装置200的工作，利用图9进行说明。

图9示出本实施方式的半导体装置200的各部分的工作波形的例子。在图9中，将横轴设为时间，纵轴设为电压值或电流值。另外，在图9中，将从控制端子202输入的控制信号设为“vin”，将复位部240输出的复位信号作为“复位”，将锁存部250输出的截断信号设为“锁存”，将功率半导体元件210的导通状态或关断状态设为“igbt”，将功率半导体元件210的集电极-发射极之间的电流设为“集电极电流”，将功率半导体元件210的集电极-发射极之间的电压设为“集电极电压”，分别示出它们的时间波形。

当输入至半导体装置200的控制信号vin为低电位(例如0v)时，复位信号和截断信号成为低电位(0v)，功率半导体元件210成为关断状态，集电极电流成为0a，集电极电压成为电源40的输出电压(例如14v)。在此，如果将判断是否为过电压的阈值设为小于14v的电压，则集电极电压成为过电压的状态，但由于控制信号为低电位，所以截断信号成为低电位。

并且，当控制信号vin变为高电位时，复位信号被输出，功率半导体元件210被切换为导通状态，集电极电流开始增加，集电极电压在变为大约0v后开始增加。在此，作为一例，复位部240在相比于从使功率半导体元件210导通的控制信号被输入开始至功率半导体元件210成为导通状态为止的时间还长的时间段，输出复位信号。

由此，在复位信号从高电位变为低电位的时刻，功率半导体元件210已经转换至导通状态，能够使集电极电压降低到阈值以下的电压。因此，即使过电压检测部130在功率半导体元件210切换为导通状态的时刻检测到过电压，但复位信号维持在高电位，在复位部240将复位信号设为低电位，锁存部250开始进行工作的时刻，由于集电极电压在阈值以下，所以锁存部250继续进行低电位的截断信号的输出。

然后，当一直未检测到过电压而控制信号vin再次变为低电位时，由于该低电位成为功率半导体元件210的栅极电位，所以功率半导体元件210被切换为关断。由此，执行图1所说明的点火工作，集电极电流返回至大约0a，集电极电压返回至电源的输出电位。应予说明，作为点火工作，集电极电压在瞬时变为高电压之后，返回至电源的输出电位。以上为图9的控制信号vin示出为“正常”的范围的半导体装置200的工作。

接下来，对在功率半导体元件210产生过电压的例子进行说明。在该情况下，到控制信号vin变为高电位的状态为止，正如所说明的那样，复位信号被输出，功率半导体元件210被切换为导通状态，集电极电流开始增加，集电极电压在变为大约0v后开始增加。

在此，当功率半导体元件210的集电极端子侧发生异常，集电极电压继续上升时，集电极电流也继续增加，功率半导体元件210的温度上升。并且，在集电极电压超过阈值而成为过电压时，过电压检测部230检测到过电压，锁存部250输出截断信号。由此，功率半导体元件210被切换为关断状态。由此，图1所说明的点火工作被执行，集电极电流返回至大约0a，集电极电压返回至电源的输出电压。

如果集电极电流和集电极电压返回原状后，控制信号vin变为低电位，则截断了向锁存部250提供电源，因此截断信号成为低电位，返回至初期状态。以上是在图9的控制信号vin表示为“产生过电压”的范围的半导体装置200的工作。如上所述，本实施方式的半导体装置200能够在不具备输入电源电压的端子和温度检测元件的情况下，对施加于功率半导体元件210的过电压进行检测，并将功率半导体元件210切换为关断状态。因此，半导体装置200能够不增加芯片面积而进行单芯片化。另外，半导体装置200不具有温度检测部，因此能够排除由温度检测部引起的误检测的影响。

对以上本实施方式的半导体装置200而言，对将功率半导体元件210和截断部220设为n沟道型的mosfet进行工作的例子进行了说明。当在基板形成这样的半导体装置200时，优选以与该n沟道型的开关元件大致相同的配置形成。例如，当在基板上形成纵型半导体开关时，在基板的一侧的表面形成有集电极端子，在另一侧的表面形成有栅极端子和发射极端子。作为一例，功率半导体元件210具有设置于基板的第一面侧的第一端子侧的集电极端子、设置于基板的第二面侧的栅极端子、以及设置于基板的第二面侧的第二端子侧的发射极端子。

在该情况下，基板的第二面侧为n导电型。因此，优选截断部220是在基板的第二面侧形成的n沟道型mosfet。在该情况下，基板的第二面侧为n导电型。因此，优选截断部220为形成在基板的第二面侧的n沟道型的mosfet。也就是说，优选截断部220设在基板的第二面侧。

应予说明，当过电压检测部230如图5所示，具有耗尽型mosfet340时，该耗尽型mosfet340也可以以同样的配置形成。在该情况下，耗尽型mosfet340的漏极端子与功率半导体元件210的集电极端子连接。因此，过电压检测部230具有半导体元件，该半导体元件包括设置于基板的第一面侧的与功率半导体元件210的集电极端子共用的集电极端子，以及设置于基板的第二面侧的栅极端子和发射极端子，栅极端子与发射极端子电连接。

如上所述，利用图10对本实施方式的半导体装置200形成于基板的例子进行说明。图10示出形成有本实施方式的半导体装置200的基板700的一部分的构成例。图10示出设置于半导体装置200的功率半导体元件210以及以n沟道型的mosfet形成的截断部220的截面结构的一个例子。也就是说，功率半导体元件210具有设置于基板700的第一面侧的集电极端子116、以及设置于基板700的第二面侧的栅极端子112和发射极端子114。以n沟道型的mosfet形成的截断部220在基板700的第二面侧具有源电极123和漏电极124。半导体装置200根据输入到栅极端子112的控制信号，对在发射极端子114和集电极端子116之间的纵向(z方向)的电连接和电切断进行切换。

半导体装置200形成于基板700。在基板700的p⁺层区710的第二面侧设置有n层区720。作为一例，基板700为硅基板。基板700例如通过向掺杂了硼等的p型基板的第二面侧注入磷或砷等的杂质来形成有n层区720。图10示出将朝向基板700的-z方向的面作为第一面，该第一面作为与xy面大致平行的面的例子。另外，图10示出在相对于半导体装置200的该第一面大致垂直的xz面上的截面的构成例。在基板700的p⁺层区710侧形成有集电极端子116。应予说明，在基板700的第一面侧还可以进一步形成集电极。

在n层区720分别形成有第一阱区722、第二阱区724、第三阱区726、第四阱区727和第五阱区728。第一阱区722形成有功率半导体元件210的发射区。在n层区720形成有多个第一阱区722。作为一例，第一阱区722形成为导电型的p⁺区，在该p⁺区形成有作为n⁺区的发射区。第一阱区722与发射区共同连接有发射极端子114。应予说明，作为一例，第一阱区722可以形成为与杂质浓度比第一阱区722低的p区相邻。

第二阱区724在比第一阱区722靠基板700的端部侧，以与第一阱区722电绝缘的方式形成。第二阱区724例如在基板700的第二面侧以围绕形成有第一阱区722的区域的方式形成。作为一例，第二阱区724形成为环形。作为一例，第二阱区724形成为导电性的p⁺区。第二阱区724通过与围绕在第二阱区724周围的n层区720的pn结而形成耗尽层，防止由施加于基板700的高电压等而引起的载流子向第一阱区722侧流动。第三阱区726形成在基板700的外周，与集电极端子116电连接。

第四阱区727是形成功率半导体元件210以外的晶体管元件等的区域。作为一例，第四阱区727形成为导电性的p⁺区。在该p⁺区形成有作为n⁺区的源区和漏区，该源区和漏区构成作为截断部220的n沟道型的mosfet。另外，在源区和漏区之间，形成有截断部220的栅极。第五阱区728以围绕第四阱区727的方式形成。作为一例，第五阱区728形成为导电性的p⁺区。作为一例，第四阱区727可以形成为杂质浓度比第五阱区728低。

在n层区720的第二面层叠形成有第一绝缘膜730、第二绝缘膜740、半导体膜750、栅电极760、第三绝缘膜770、发射电极780和电极部784。第一绝缘膜730和第二绝缘膜740形成在n层区720的第二面侧。第一绝缘膜730和第二绝缘膜740例如包括氧化膜。作为一例，第一绝缘膜730和第二绝缘膜740包括氧化硅。第二绝缘膜740与第一绝缘膜730接触，并以比第一绝缘膜730薄的方式形成。

半导体膜750形成在第一绝缘膜730和第二绝缘膜740的上表面，一端与发射电极780连接，另一端与第三阱区726连接。作为一例，半导体膜750以多晶硅形成。半导体膜750可以形成电阻和/或二极管等。也就是说，半导体膜750形成在栅极端子112和发射极端子114之间。

栅电极760与栅极端子112连接。应予说明，在栅电极760和n层区720之间形成有栅绝缘膜762。第三绝缘膜770与在该第三绝缘膜770形成后而层叠的发射电极780和电极部784电绝缘。作为一例，第三绝缘膜770为硼磷硅玻璃(bpsg)。另外，第三绝缘膜770通过蚀刻使基板700的一部分露出，形成接触孔。

发射电极780是与第一阱区722接触而形成的电极。作为一例，发射电极780形成于第三绝缘膜770形成的接触孔。作为一例，发射电极780当在半导体装置200形成有多个第一阱区722时，与多个该第一阱区722接触而形成。另外，作为一例，发射电极780的至少一部分为发射极端子114。另外，发射电极780的至少一部分也可以作为电极衬垫而形成。在半导体装置200被收容于封装件等的情况下，发射电极780的至少一部分与设置于该封装件的端子通过引线键合等而电连接。

电极部784将第三阱区726和半导体膜750电连接。作为一例，电极部784形成于第三绝缘膜770形成的接触孔，并与第三阱区726接触。

如上所述，图10示出将功率半导体元件210和截断部220作为n沟道型的开关而形成于基板700的例子。因此，能够共用形成功率半导体元件210和截断部220的工艺的至少一部分，能够提高半导体装置200的制造工艺的效率。

以上，利用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围不限于上述实施方式所记载的范围。对本领域技术人员而言显而易见的是，可以对上述实施方式进行各种变更或改良。从权利要求书的范围明确可知，这种进行了变更或改良的方式也包括于本发明的技术范围。

应当注意的是，只要对在权利要求书、说明书以及附图中所示的装置、系统、工艺和方法中的动作、顺序、步骤和阶段等的各个处理的执行顺序，没有用“之前”、“首先”等进行特别的明示，另外，不是在后续处理中使用之前处理的结果，就可以按任意顺序实现。关于权利要求书、说明书和附图的动作流程，为了方便，使用了“首先”、“接下来”等进行说明，但并不意味着必须以该顺序实施。