JPH07169952A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPH07169952A JPH07169952A JP5312355A JP31235593A JPH07169952A JP H07169952 A JPH07169952 A JP H07169952A JP 5312355 A JP5312355 A JP 5312355A JP 31235593 A JP31235593 A JP 31235593A JP H07169952 A JPH07169952 A JP H07169952A
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- JP
- Japan
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- layer
- semiconductor
- temperature detecting
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- Pending
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- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】主半導体素子の半導体基板の周辺部上に温度検
出用素子を設けると、周辺耐圧構造ができないために主
素子の耐圧が低下する問題を解決する。 【構成】温度検出用素子直下の半導体基板の表面層に異
なる導電形の領域を形成してガードリング効果をもたら
すか、温度検出用素子の一つの領域を主素子の電極に接
続してフィールドプレート効果をもたらすことにより、
耐圧を向上させる。
出用素子を設けると、周辺耐圧構造ができないために主
素子の耐圧が低下する問題を解決する。 【構成】温度検出用素子直下の半導体基板の表面層に異
なる導電形の領域を形成してガードリング効果をもたら
すか、温度検出用素子の一つの領域を主素子の電極に接
続してフィールドプレート効果をもたらすことにより、
耐圧を向上させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電力用スイッチングデ
バイスのような主半導体素子に主素子を保護するための
温度検出機能を付加した半導体装置に関する。
バイスのような主半導体素子に主素子を保護するための
温度検出機能を付加した半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】主半導体素子が主電流による定常損失お
よびスイッチング損失で温度上昇により破壊するのを防
止するために、その素子の半導体基板上にダイオードを
備え、例えばその逆方向のもれ電流の増大から温度上昇
を検知し、主電流をしゃ断するなどの方策をとることが
知られている。図２はそのような半導体装置を示し、主
半導体素子としての絶縁ゲート型バイポーラトランジス
タは、ｎ- ベース層１の一方の側の表面層にｐベース領
域２を、そのｐベース領域２の表面層にｎ+ ソース領域
３を有し、ｐベース領域２のｎ+ ソース領域３とｎ- ベ
ース層１の露出面にはさまれた領域上にゲート酸化膜４
を介してゲート電極５が設けられている。ソース端子Ｓ
に接続されたソース電極６はｎ+ ソース領域３とｐベー
ス領域２に共通に接触している。ｎ- ベース層１の他方
の側にはｎ+ バッファ層７を介してｐ+ ドレイン層８が
存在し、そのｐ+ ドレイン層８にドレイン端子Ｄに接続
されたドレイン電極９が接触している。そして、温度検
出ダイオードは、ｎ- ベース層１の露出面上に絶縁膜10
を介して設けられた多結晶シリコン層のｎ+ 領域11とｐ
+ 領域12とからなり、ｎ+ 領域11とｐ+ 領域12のいずれ
か一方が不純物濃度１×104cm -2以下にされている。そ
して、ｎ+ 領域11およびｐ+ 領域12に、端子21、22がそ
れぞれ接続された電極23、24が接触している。
よびスイッチング損失で温度上昇により破壊するのを防
止するために、その素子の半導体基板上にダイオードを
備え、例えばその逆方向のもれ電流の増大から温度上昇
を検知し、主電流をしゃ断するなどの方策をとることが
知られている。図２はそのような半導体装置を示し、主
半導体素子としての絶縁ゲート型バイポーラトランジス
タは、ｎ- ベース層１の一方の側の表面層にｐベース領
域２を、そのｐベース領域２の表面層にｎ+ ソース領域
３を有し、ｐベース領域２のｎ+ ソース領域３とｎ- ベ
ース層１の露出面にはさまれた領域上にゲート酸化膜４
を介してゲート電極５が設けられている。ソース端子Ｓ
に接続されたソース電極６はｎ+ ソース領域３とｐベー
ス領域２に共通に接触している。ｎ- ベース層１の他方
の側にはｎ+ バッファ層７を介してｐ+ ドレイン層８が
存在し、そのｐ+ ドレイン層８にドレイン端子Ｄに接続
されたドレイン電極９が接触している。そして、温度検
出ダイオードは、ｎ- ベース層１の露出面上に絶縁膜10
を介して設けられた多結晶シリコン層のｎ+ 領域11とｐ
+ 領域12とからなり、ｎ+ 領域11とｐ+ 領域12のいずれ
か一方が不純物濃度１×104cm -2以下にされている。そ
して、ｎ+ 領域11およびｐ+ 領域12に、端子21、22がそ
れぞれ接続された電極23、24が接触している。
【０００３】通常のスイッチング動作では、ゲート電極
５にしきい値以上の電圧を印加すると、ｎ+ ソース領域
３から電子がｎ- ベース層１、ｎ+ バッファ層７に注入
される。ドレイン電極９には正の電圧がかかっているの
で、ｐ+ ドレイン層８から正孔の注入がおこり、内蔵さ
れているｐ+ ドレイン層８と、ｎ+ バッファ層７および
ｎ- ベース層１と、ｐベース領域２とからなるｐｎｐト
ランジスタが動作し、ＩＧＢＴがオンする。
５にしきい値以上の電圧を印加すると、ｎ+ ソース領域
３から電子がｎ- ベース層１、ｎ+ バッファ層７に注入
される。ドレイン電極９には正の電圧がかかっているの
で、ｐ+ ドレイン層８から正孔の注入がおこり、内蔵さ
れているｐ+ ドレイン層８と、ｎ+ バッファ層７および
ｎ- ベース層１と、ｐベース領域２とからなるｐｎｐト
ランジスタが動作し、ＩＧＢＴがオンする。
【０００４】ＩＧＢＴを一定の周波数で動作させた場
合、スイッチング損失および定常損失によって半導体基
板に熱が発生し、ｎ- ベース層１全体の温度が上昇す
る。この温度上昇は、図３に示す温度検出ダイオードの
順方向Ｉ−Ｖ特性曲線が温度の低い場合の線31から飽和
電圧の低い線32に移ることにより検知できる。あるい
は、図４に示す温度検出ダイオードの逆方向Ｉ−Ｖ特性
の一定の電圧において、もれ電流が温度の低い場合の点
41から増加して点42に移ることにより検知できる。ま
た、温度検出ダイオードがアバランシェ特性をもつなら
ば図５に示す逆方向Ｉ−Ｖ特性において、温度の低い場
合の線51から、アバランシェ電圧が上昇して線52に移る
ことになる。このような変化を検知して端子21、22に接
続されている、主電流を遮断するなどの制御回路を動作
させれば、主半導体素子を保護することができる。
合、スイッチング損失および定常損失によって半導体基
板に熱が発生し、ｎ- ベース層１全体の温度が上昇す
る。この温度上昇は、図３に示す温度検出ダイオードの
順方向Ｉ−Ｖ特性曲線が温度の低い場合の線31から飽和
電圧の低い線32に移ることにより検知できる。あるい
は、図４に示す温度検出ダイオードの逆方向Ｉ−Ｖ特性
の一定の電圧において、もれ電流が温度の低い場合の点
41から増加して点42に移ることにより検知できる。ま
た、温度検出ダイオードがアバランシェ特性をもつなら
ば図５に示す逆方向Ｉ−Ｖ特性において、温度の低い場
合の線51から、アバランシェ電圧が上昇して線52に移る
ことになる。このような変化を検知して端子21、22に接
続されている、主電流を遮断するなどの制御回路を動作
させれば、主半導体素子を保護することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】温度検出ダイオードは
半導体素子と同一半導体基板上でなく、回路基板上など
に素子と別個に置いたのでは正確な温度検出ができな
い。しかし、温度検出ダイオードを同一半導体基板に内
蔵させると、寄生サイリスタが形成され、この寄生サイ
リスタが誤作動することによりラッチアップ破壊がおこ
るおそれがある。そのため、図２に示すように、温度検
出ダイオードはｎ- ベース層１の上に絶縁膜10によって
電気的に絶縁された状態におく必要がある。
半導体素子と同一半導体基板上でなく、回路基板上など
に素子と別個に置いたのでは正確な温度検出ができな
い。しかし、温度検出ダイオードを同一半導体基板に内
蔵させると、寄生サイリスタが形成され、この寄生サイ
リスタが誤作動することによりラッチアップ破壊がおこ
るおそれがある。そのため、図２に示すように、温度検
出ダイオードはｎ- ベース層１の上に絶縁膜10によって
電気的に絶縁された状態におく必要がある。
【０００６】しかし、図２に示すような多結晶シリコン
からなる温度検出ダイオードは、半導体基板面積の有効
利用のため基板周辺に近接して配置されるが、このダイ
オードを置くためにフィールドプレートやガードリング
などの空乏層を広げる周辺耐圧構造を形成することがで
きない。従って、ｎ- ベース層１の表面での空乏層端面
の曲率がきつくなり、耐圧の低下を招く。
からなる温度検出ダイオードは、半導体基板面積の有効
利用のため基板周辺に近接して配置されるが、このダイ
オードを置くためにフィールドプレートやガードリング
などの空乏層を広げる周辺耐圧構造を形成することがで
きない。従って、ｎ- ベース層１の表面での空乏層端面
の曲率がきつくなり、耐圧の低下を招く。
【０００７】本発明の目的は、この問題を解決し、半導
体基板上への温度検出ダイオードのような温度検出用素
子の設置により主半導体素子の耐圧等の特性に影響を及
ぼすことのない半導体装置を提供することにある。
体基板上への温度検出ダイオードのような温度検出用素
子の設置により主半導体素子の耐圧等の特性に影響を及
ぼすことのない半導体装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、主半導体素子の半導体基板の表面上に
絶縁膜を介して形成した半導体層の複数の領域からなる
温度検出用素子を有する半導体装置において、半導体基
板の温度検出用素子の直下の表面層に、導電形の異なる
領域が設けられたものとする。あるいは温度検出用素子
のいずれかの領域に半導体基板の同一表面上に設けられ
た主半導体素子の電極が接続されたものとする。温度検
出用素子がｐ形の領域とｎ形の領域が半導体基板面に平
行な平面内で隣接してなるダイオードであることが有効
である。
めに、本発明は、主半導体素子の半導体基板の表面上に
絶縁膜を介して形成した半導体層の複数の領域からなる
温度検出用素子を有する半導体装置において、半導体基
板の温度検出用素子の直下の表面層に、導電形の異なる
領域が設けられたものとする。あるいは温度検出用素子
のいずれかの領域に半導体基板の同一表面上に設けられ
た主半導体素子の電極が接続されたものとする。温度検
出用素子がｐ形の領域とｎ形の領域が半導体基板面に平
行な平面内で隣接してなるダイオードであることが有効
である。
【０００９】
【作用】半導体基板周辺部近傍に設けられる温度検出用
素子直下の半導体基板表面層に異なる導電形の領域を形
成すれば、基板表面層内で空乏層はその領域にそって周
辺部に向かって伸び、ガードリングと同様の作用をする
ので耐圧が向上する。あるいは、温度検出用素子のいず
れかの領域と主電極とを接続して主電極と同電位とする
と、その領域の電位に影響されて基板表面の空乏層が周
辺部に向かって伸び、フィールドプレートと同様の作用
をするので耐圧が向上する。
素子直下の半導体基板表面層に異なる導電形の領域を形
成すれば、基板表面層内で空乏層はその領域にそって周
辺部に向かって伸び、ガードリングと同様の作用をする
ので耐圧が向上する。あるいは、温度検出用素子のいず
れかの領域と主電極とを接続して主電極と同電位とする
と、その領域の電位に影響されて基板表面の空乏層が周
辺部に向かって伸び、フィールドプレートと同様の作用
をするので耐圧が向上する。
【００１０】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示し、前述の図２
と共通の部分には同一の符号が付されている。図２と異
なり、温度検出ダイオードのｎ+ 領域11およびｐ+ 領域
12直下のｎ- ベース層１の表面層にｐ領域13が形成され
ている。このｐ領域13はＩＧＢＴのｐベース領域２と同
一工程で形成できる。この結果、ｐベース領域２とｎ-
ベース層１の間に逆電圧が印加されることによってｎ-
層に広がる空乏層は、ｐ領域12にそって延びるため、空
乏層端面の曲率が小さくなり、主ＩＧＢＴの耐圧低下を
防止する。
と共通の部分には同一の符号が付されている。図２と異
なり、温度検出ダイオードのｎ+ 領域11およびｐ+ 領域
12直下のｎ- ベース層１の表面層にｐ領域13が形成され
ている。このｐ領域13はＩＧＢＴのｐベース領域２と同
一工程で形成できる。この結果、ｐベース領域２とｎ-
ベース層１の間に逆電圧が印加されることによってｎ-
層に広がる空乏層は、ｐ領域12にそって延びるため、空
乏層端面の曲率が小さくなり、主ＩＧＢＴの耐圧低下を
防止する。
【００１１】図６に示す別の実施例では温度検出ダイオ
ードのｎ+ 領域11が導線14によってソース電極６と接続
されているため、空乏層が基板周辺部側に向かって伸
び、空乏層端面の曲率が小さくなって主ＩＧＢＴの耐圧
低下を防止する。
ードのｎ+ 領域11が導線14によってソース電極６と接続
されているため、空乏層が基板周辺部側に向かって伸
び、空乏層端面の曲率が小さくなって主ＩＧＢＴの耐圧
低下を防止する。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、主半導体素子と同一半
導体基板の周辺部近傍に設けられる温度検出用素子の直
下に異なる導電形領域を設けるか、温度検出用素子の一
つの領域を主半導体素子の電極と接続することにより主
半導体素子から広がる空乏層を基板周辺に向かって延ば
すことができる。これにより、空乏層端面の曲率が小さ
くなり、温度検出用素子形成による耐圧の低下のない温
度検出機能付の半導体装置が得られた。
導体基板の周辺部近傍に設けられる温度検出用素子の直
下に異なる導電形領域を設けるか、温度検出用素子の一
つの領域を主半導体素子の電極と接続することにより主
半導体素子から広がる空乏層を基板周辺に向かって延ば
すことができる。これにより、空乏層端面の曲率が小さ
くなり、温度検出用素子形成による耐圧の低下のない温
度検出機能付の半導体装置が得られた。
【図１】本発明の一実施例の半導体装置の断面図
【図２】従来の温度検出機能付ＩＧＢＴの断面図
【図３】温度検出ダイオードの室温時と高温時の順方向
電流電圧特性線図
電流電圧特性線図
【図４】温度検出ダイオードの室温時と高温時の逆方向
電流電圧特性線図
電流電圧特性線図
【図５】温度検出ダイオードの室温時と高温時のアバラ
ンシェ特性線図
ンシェ特性線図
【図６】本発明の別の実施例の半導体装置の断面図
１ ｎ- ベース層 ２ ｐベース領域 ３ ｎ+ ソース領域 ４ ゲート酸化膜 ５ ゲート電極 ６ ソース電極 ７ ｎ+ バッファ層 ８ ｐ+ ドレイン層 ９ ドレイン電極 10 絶縁膜 11 ｎ+ 領域 12 ｐ+ 領域 13 ｐ領域 14 導線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 27/08 ３３１ Ｂ 9170−4Ｍ 35/00 Ｓ
Claims (3)
- 【請求項１】主半導体素子の半導体基板の表面上に絶縁
膜を介して形成された半導体層の複数の領域からなる検
出用素子を有するものにおいて、半導体基板の温度検出
用素子の直下の表面層に導電形の異なる領域が設けられ
たことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】主半導体素子の半導体基板の表面上に絶縁
膜を介して形成された半導体層の複数の領域からなる検
出用素子を有するものにおいて、温度検出用素子の領域
の一つに半導体基板の同一表面上に設けられた主半導体
素子の電極が接続されたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】温度検出用素子がｐ形領域とｎ形領域が基
板面に平行な面内で隣接してなるダイオードである請求
項１あるいは２記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5312355A JPH07169952A (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5312355A JPH07169952A (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07169952A true JPH07169952A (ja) | 1995-07-04 |
Family
ID=18028252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5312355A Pending JPH07169952A (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07169952A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100641864B1 (ko) * | 2004-01-29 | 2006-11-03 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 반도체장치 |
| US7851866B2 (en) * | 2005-03-24 | 2010-12-14 | Hitachi, Ltd. | Electric power conversion device |
| JP2013098316A (ja) * | 2011-10-31 | 2013-05-20 | Mitsubishi Electric Corp | 炭化珪素半導体装置 |
-
1993
- 1993-12-14 JP JP5312355A patent/JPH07169952A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100641864B1 (ko) * | 2004-01-29 | 2006-11-03 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 반도체장치 |
| US7851866B2 (en) * | 2005-03-24 | 2010-12-14 | Hitachi, Ltd. | Electric power conversion device |
| JP2013098316A (ja) * | 2011-10-31 | 2013-05-20 | Mitsubishi Electric Corp | 炭化珪素半導体装置 |
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