JPH0266975A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0266975A
JPH0266975A JP63218766A JP21876688A JPH0266975A JP H0266975 A JPH0266975 A JP H0266975A JP 63218766 A JP63218766 A JP 63218766A JP 21876688 A JP21876688 A JP 21876688A JP H0266975 A JPH0266975 A JP H0266975A
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JP
Japan
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main
terminal
detection resistor
voltage
semiconductor
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JP63218766A
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English (en)
Inventor
Tatsuhiko Fujihira
龍彦 藤平
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/567Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0828Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in composite switches
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D12/00Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/411Insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/441Vertical IGBTs

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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電力用MOS F ET絶縁ゲート型バイポ
ーラトランジスタ (以下I GBTと記す)パワート
ランジスタあるいは電力用静電誘導トランジスタなどの
電力用半導体素子を一つの半導体基板に複数個作成して
並列接続し、かつ負荷短絡状態において保護される半導
体装置に関する。
〔従来の技術〕
並列接続された複数の電力用半導体素子を負荷短絡状態
において保護するためには、従来は第2図に示すように
、主端子11.12の間の並列接続素子(この場合はI
GET)の一つを主素子13と別に電流検出用副素子1
4として用い、これには比較的抵抗値の小さい検出抵抗
15を主婦子12との間に直列に挿入し、その出力電圧
v1を演算増幅器16を介して素子13.14の駆動回
路17に入力し、素子13.14の駆動電圧を制御する
。これにより、主素子13に加わっている電圧によらな
いで副素子14を流れる一定の電流で電流制限が行われ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
第2図の半導体装置には以下の問題がある。
(1)演算増幅器16を構成するために、例えばCMO
8の回路を形成する必要があり、製造プロセスが複雑と
なり、余計なチップ面積を必要とし、コストが大幅に上
昇する。
(2)例えばモータ負荷の起動時やロック時あるいはラ
ンプ負荷の点灯特等過大な電流が必要で、かつ半導体装
置に加わる電圧が小さい場合にも電流制限動作が行われ
てしまう。
本発明の課題は、上記の問題を解決し、負荷の短絡時に
だけ電流制限動作が行われ、しかも容易に低コストで製
造可能な半導体装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題の解決のために、本発明は、第一の主端子と
第二の主端子との間を流れる主電流を制御する制御端子
を有する半導体素子の複数個を一つの半導体基板に作成
し、各主端子および制御端子のいずれも並列に接続した
半導体装置において、並列接続された半導体素子の少な
くとも一つと第二の主端子の間にその半導体素子の動作
抵抗以上の大きさの抵抗値の検出抵抗が接続され、その
検出抵抗の両端の電圧が制ffl端子と第二の主端子と
を短絡可能の補助スイッチング素子の制御端子に入力さ
れるものとする。
〔作用〕
検出抵抗の両端の電圧が補助スイッチング素子のしきい
値電圧を越えたとき、スイッチング素子が並列接続主半
導体素子の制?!i@子と第二の主端子を短絡し、始め
て電流制限動作が行われるので、補助スイッチング素子
のしきい値電圧を適宜設定することにより、負荷短絡時
にのみ電流制限動作を行わせることができる。なお、検
出抵抗の値が副素子の動作抵抗値よりも低いと、主素子
に加わる電圧がかなり低いときにも動作してしまうので
、検出抵抗の値は副素子の動作抵抗値より大きくする。
〔実施例〕
第1図は本発明の一実施例の回路を示し、第2図と共通
の部分には同一の符号が付されている。
主素子13と副素子14(いずれもIGBT)ガ主端子
11.12間に並列接続されていることは第2図と同様
であるが、検出抵抗13の出力電圧■1がゲートに印加
されるMO3FET1Bが備えられている。
MOSFETのドレインは素子13.14の制御端子1
9に、ソースは主端子12に接続されている。この回路
の動作の要点を第3図を引用して説明する。
第3図のたて軸は素子13と14との電流密度、横軸は
素子13と素子14および検出抵抗15の両端とに加わ
る電圧である0曲&131 、32は素子13.14の
保護回路が働かない場合の一定ゲート電圧下の動作曲線
、曲線33 、34は素子13.素子14の保護回路が
働いてI GBTのゲート電圧が下げられた場合の動作
曲線である。スイッチング素子18の動作点はbmに設
定されているものとする。すなわち副素子14に流れる
電流11が8゜からblを経てb!に達するまで、主素
子にもa、からatを経て飽和領域に達しa、に至るま
での大きな電流を流すことができる0次に事故により′
9L荷が短絡した場合、素子13に加わる電圧が上昇し
、電圧・電流曲m3i、32上を右上の方へ動く、この
とき、検出抵抗15の出力電圧v1がMO3FET18
のしきい値電圧に達するため、MOSFETがオンして
素子13.14のゲ・−ト電圧を下げる。これにより副
素子X4および検出抵抗25の両yit圧はb8から水
平に右方向へ移動し、外から加わる電圧で決まる動作点
Cに達する。主素子13はa工から右下方に移動し、や
はり0点に達する。このようにして、負荷短絡時にだけ
素子13.14の電流を制限することが可能である。な
お動作点Cを高電圧側に移動させたいときには、検出抵
抗15の値をさらに大きくすればよい。
第4図は第1図に示した本発明の一実施例の半導体装置
を形成した1枚のシリコン基板の平面図であり、第5図
はそのA−A線、第6図はB−B線に沿っての断面図で
ある。シリコン基板の大部分には主I GBT素子13
が形成され、そのうちの一つは副I GBT素子14と
して働き、基板上に各素子のゲート電極と同様成膜され
る多結晶シリコンよりなる検出抵抗15に接続されてい
る。IGBT素子の設けられない部分にはMO3FET
18が作成され、ドレインは、一部が各I GBT素子
のゲート電極となる多結晶シリコン膜に、ソースは、検
出抵抗15の他端と共に各I GBT素子のソース電極
と共通のアルミニウム配線電極にそれぞれ接触する。こ
れらの接続の詳細については後述する。
各主I GBT素子13の構造は第5図に示されている
、p+シリコン基板1の上にn4バッファ層2を介して
積層されたn−エピタキシャル層3に多数のpベース層
4が形成される。pベース層4の中には中央に環状にソ
ース層5が形成され、このソース層5とn−Wi3の間
のpベース層4にチャネルが形成されるよう、多結晶シ
リコン膜からなるゲー)を極7がゲート酸化膜6を介し
て設けられている。ゲート電極7はさらに絶縁膜8で覆
われ、その絶縁膜の開口部8】でベース層4およびソー
ス層5に接触するアルミニウム配線がソース電8i9を
形成している。別にp°基板1の下面にはドレイン電極
10が接触している。
MO3FE718の構造は第6図に示されている。
MO3FET18は、pベース層4にソース層51とド
レインFJ52を設けその中間上にゲート酸化膜6を介
してゲート電極71を設けることにより形成されててい
る。ソース層51.ドレイン層52とn°層3の間にチ
ャネルが形成されないようその上には厚い酸化膜61が
形成されている。多結晶シリコン膜を覆う絶縁膜8の開
口部82ではソース層51およびベース層4がM配線9
1に、開口部83ではドレイン層52がM配線92に接
触し、このM配線92の他端は絶縁膜8の開口部84で
ゲート電極7に接続されている。A7配線91の他端は
I GBT素子13のソース電極9に連結されている。
このようなMO3FET18のベース層4は主素子13
のベース層4と、ソース層51およびドレイン層52は
ソース層5と同一工程で形成できることは明らかである
。なお、図示しないが副IGBT素子14は主IGBT
素子13と全く同一構造である。
第4図において実線70は多結晶シリコン膜の領界を示
し、ゲート電8i7.71および検出抵抗15を構成し
ているが、各ゲート電極7は連続して形成されている。
破線90はM膜の領界を示し、−点鎖線80は絶縁膜の
領界を示す、AI膜は絶縁膜の開口部8でシリコン板面
に接触して主素子13のソース電極9を、開口部81で
シリコン板面に接触して副素子14のソース電極9を、
開口部82でシリコン板面に接触してスイッチング素子
18のソース電極91を、開口部83でシリコン板面に
接触してスイッチング素子18めドレイン電極92を形
成する。抵抗15およびゲート71を形成する多結晶シ
リコン膜の一端は、絶縁膜9の開口部85で各主素子1
3のソース電極9、MO3FET18のソース電極91
とつながるM膜に接触し、他端は絶縁膜9の開口部86
で副素子14のソース電極とつながるM膜に接触してい
る。なお二点鎖線88は厚い酸化膜の領界を示す。
なお上記の実施例ではスイッチング素子18としてユニ
ポーラ型のMOSFETを用いたのは、バイポーラトラ
ンジスタやI GBTを用いるよりも寄生素子の動作を
抑制できるからであるが、これに限定されるものではな
い。
〔発明の効果〕
本発明によれば、同一半導体基板に作成され、並列接続
される複数の同一半導体素子の一つの副素子に接続され
た検出抵抗の出力電圧を直接補助スイッチング素子の制
御電極に入力し、負荷短絡時の主端子間の電圧上昇によ
り前記スイッチング素子をオンさせて並列接続の各素子
への制御入力を低下させ、電流の上昇を抑制することが
できる。
検出抵抗の値を副素子の動作抵抗値以上とすることによ
り、電流制限動作が負荷短絡時でない低い主端子間電圧
で始まることが防止される。そして、このような保護回
路は主素子および副素子と同一半導体基板に、工程を増
すことなく、低コストで集積することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の半導体装置の回路図、第2
図は従来の保fi1回路付き半導体装置の回路図、第3
図は本発明の一実施例の電流制限動作を示す電流・電圧
線図、第4図は第1図に示した半導体装置のシリコン基
板の平面図、第5図、第6図はそれぞれ第4図のA−A
線、B−B線に沿っての断面図である。 11、12:主端子、13:主IGBT素子、14:副
IGBT素子、15:検出抵抗、18二補助MO3F第
4図 第1図 ]○ 第5図 一一一−3

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)第一の主端子と第二の主端子の間を流れる主電流を
    制御する制御端子を有する半導体素子の複数個を一つの
    半導体基板に作成し、各主端子および制御端子のいずれ
    も並列に接続したものにおいて、並列接続された半導体
    素子の少なくとも一つと第二の主端子の間にその半導体
    素子の動作抵抗以上の大きさの抵抗値の検出抵抗が接続
    され、その検出抵抗の両端の電圧が制御端子と第二主端
    子とを短絡可能の補助スイッチング素子の制御端子に入
    力されることを特徴とする半導体装置。
JP63218766A 1988-09-01 1988-09-01 半導体装置 Pending JPH0266975A (ja)

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