DE112011102926B4 - Halbleiterbauteil - Google Patents

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Abstract

Halbleiterbauteil (20, 21), Folgendes umfassend:einen Halbleitertransistor (1), der sich aus mehreren Zellen zusammensetzt, undeine Sensorschaltung (10), die Temperaturinformation bezüglich der Temperatur des Halbleitertransistors (1) abgreift, wobeider Halbleitertransistor (1) eine Hauptzellengruppe (2), die unter den mehreren Zellen eine Zelle zum Zuführen eines Stroms zu einer Last (L) umfasst, und eine Abfühlzellengruppe (3) umfasst, die unter diesen eine Zelle zum Abgreifen der Temperaturinformation umfasst,die Hauptzellengruppe (2) und die Abfühlzellengruppe (3) unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien haben, die Veränderungen bei spezifischen elektrischen Kennlinien in Bezug auf Veränderungen bei der Temperatur des Halbleitertransistors (1) wiedergeben, unddie Sensorschaltung (10) die Temperaturinformation auf Grundlage eines Werts eines durch die Hauptzellengruppe (2) fließenden Hauptstroms und eines Werts eines durch die Abfühlzellengruppe (3) fließenden Abfühlstroms abgreift.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauteil und im Spezielleren auf ein Halbleiterbauteil mit einer Funktion zum Abgreifen der Information bezüglich der Temperatur eines darin enthaltenen Halbleitertransistors.
  • Stand der Technik
  • Ein Strom von mehreren zehn A bis mehreren hundert A fließt durch einen Halbleitertransistor zur Verwendung in einem Leistungswandler o. dgl., was eine große Wärmeentwicklung verursacht und zu einem Temperaturanstieg des Halbleitertransistors führt. Der Temperaturanstieg des Halbleitertransistors wird durch eine Kühlvorrichtung niedergehalten. In manchen Fällen kann jedoch ein Temperaturanstieg des Halbleitertransistors nicht ausreichend niedergehalten werden.
  • Beispielsweise steigt bei einem Kurzschlussfehler, der in einer Leistungswandlerschaltung o. dgl. auftreten könnte, ein durch einen Halbleitertransistor fließender Strom abrupt an, was einen Überstrom verursacht. Wenn ein Überstrom in einem Halbleitertransistor beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses auftritt, wird abrupt eine Wärmeentwicklung hervorgerufen, wodurch die Temperatur des Halbleitertransistors abrupt ansteigt. In einem Übertemperaturzustand als Ergebnis eines abrupten Temperaturanstiegs kann der Halbleitertransistor nicht gesteuert werden und fällt in manchen Fällen aus. In solchen Fällen kann die Leistungswandlerschaltung manchmal schwer beeinträchtigt werden.
  • Um einen Ausfall eines Halbleitertransistors aufgrund eines abrupten Temperaturanstiegs zu verhindern, ist es erforderlich, eine Temperatur eines Halbleitertransistors oder einen durch den Halbleitertransistor fließenden Strom schnell und genau abzufühlen und den Halbleitertransistor zu steuern, um dadurch den Halbleitertransistor vor einem Übertemperaturzustand zu schützen.
  • Beispielweise offenbaren Patentschrift 1 (Seite 10, 3), Patentschrift 2 (Seiten 5 und 6, 1), und Patentschrift 3 Halbleiterbauteile, die jeweils ein Element zum Abfühlen einer Temperatur (im Nachstehenden in manchen Fällen auch als „Temperaturabfühlelement“ bezeichnet) enthalten, als ein Halbleiterbauteil des herkömmlichen Stands der Technik, das die Temperatur eines Halbleitertransistors (im Nachstehenden einfach nur als „Transistor“ bezeichnet) abfühlen kann.
  • Bei den in den Patentschriften 1 und 2 offenbarten Halbleiterbauteilen ist eine Diode, ein Widerstand o. dgl. als Temperaturabfühlelement an einem Transistor oder in dessen Nähe vorgesehen, und die Temperatur des Transistors wird ausgehend von der Temperaturabhängigkeit bei den spezifischen Kennlinien des Temperaturabfühlelements abgefühlt. Beispielsweise wird bei dem in Patentschrift 2 offenbarten Halbleiterbauteil die Temperatur des Transistors ausgehend von der Temperaturabhängigkeit einer PN-Diode abgefühlt, bei der es sich um ein Temperaturabfühlelement handelt, das auf einem Substrat eines Halbleiters mit weitem Bandabstand wie etwa Siliciumcarbid ausgebildet ist.
  • Als ein Halbleiterbauteil des herkömmlichen Stands der Technik, das den durch einen Halbleitertransistor fließenden Strom abfühlen kann, offenbaren beispielsweise eine Nicht-Patentschrift 1 (Seite 768, 6) und eine Patentschrift 4 (Seite 4, 1), sowie Patentschrift 5 und 6 Halbleiterbauteile, die jeweils ein Element zum Abfühlen eines Stroms (im Nachstehende bisweilen als „Stromabfühlelement“ bezeichnet) enthalten.
  • Bei den in der Nicht-Patentschrift 1 und der Patentschrift 3 offenbarten Halbleiterbauteilen wird ein Teil mehrerer Zellen, die einen Transistor bilden, als Stromabfühlelement verwendet. Beispielsweise ist bei dem in der Patentschrift 3 beschriebenen Halbleiterbauteil ein Teil mehrerer Zellen, die einen Halbleitertransistor bilden, als eine Stromabfühlzelle in der Nähe der Mitte und des Außenumfangs eines Halbleiterbausteins vorgesehen, und der Strom, der durch den Halbleiterbaustein fließt, wird auf Grundlage eines Mittelwerts der Abfühlströme abgefühlt, die durch die Stromabfühlzelle abgefühlt werden.
  • Bei den in der Nicht-Patentschrift 1 und der Patentschrift 3 offenbarten Halbleiterbauteilen umfasst ein Transistor eine Gruppe von Teilzellen (im Nachstehenden als „Abfühlzellengruppe“ bezeichnet), die als Stromabfühlelement verwendet wird, und eine Gruppe von Zellen (im Nachstehenden als „Hauptzellengruppe“ bezeichnet), die den Großteil des Stroms führt, der zum Transistor geleitet wird. Diese in der Nicht-Patentschrift 1 und der Patentschrift 3 offenbarten Technologien sind beispielsweise auch in das in der vorstehenden Patentschrift 1 offenbarte Halbleiterbauteil als Technologie zum Abfühlen des durch den Transistor fließenden Stroms übernommen.
  • Dokumente aus dem Stand der Technik
  • Patentschriften
    • Patentschrift 1: JP 2004 - 117 111 A
    • Patentschrift 2: JP 2005 - 175 357 A
    • Patentschrift 3: US 2010 / 0 207 206 A1
    • Patentschrift 4: JP 2005 - 322 781 A
    • Patentschrift 5: DE 11 2009 004 805 T5
    • Patentschrift 6: JP H06 - 61 432 A
  • Nicht-Patentschrift
  • Nicht-Patentschrift 1: Y. Xiao und drei andere Autoren, „Current Sensing Trench Power MOSFET for Automotive Applications", Applied Power Electronics Conference and Exposition, IEEE, 2005, Bd. 2, S. 766-770.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen
  • Wie in den obigen Patentschriften 1 und 2 offenbart ist, umfassen Beispiele für das Halbleiterbauteil aus dem herkömmlichen Stand der Technik, das die Temperatur eines Halbleitertransistors abfühlen kann, ein Halbleiterbauteil, das die Temperatur eines Transistors ausgehend von der Temperaturabhängigkeit bei den spezifischen Kennlinien eines Temperaturabfühlelements wie etwa einer Diode oder eines Widerstands abfühlt, die bzw. der an einem Transistor oder in dessen Nähe vorgesehen ist. Bei diesem Halbleiterbauteil besteht ein räumlicher Abstand zwischen dem Inneren eines Transistors, bei dem es sich um ein Wärme erzeugendes Teil handelt, und einem Temperaturabfühlteil, in dem ein Temperaturabfühlelement wie etwa eine Diode oder ein Widerstand vorgesehen ist. Dies macht es schwierig, die Innentemperatur des Transistors schnell und genau abzufühlen, was insofern ein Problem verursacht, als ein Ausfall eines Transistors aufgrund eines abrupten Temperaturanstiegs schwierig zu verhindern ist.
  • Beispielweise besteht bei dem in der Patentschrift 1 offenbarten Halbleiterbauteil ein räumlicher Abstand zwischen einer Diode, die zum Temperaturabfühlen verwendet wird (in Nachstehenden bisweilen als „Temperaturabfühldiode“ bezeichnet), und dem Inneren eines Transistors, bei dem es sich um ein Wärme erzeugendes Teil handelt (im Nachstehenden bisweilen als „Transistorwärmeerzeugungsteil“ bezeichnet), wodurch eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperaturabfühldiode und dem Transistorwärmeerzeugungsteil entsteht. Um diese Temperaturdifferenz abzuschaffen, wird bei dem in der Patentschrift 1 offenbarten Halbleiterbauteil die durch die Temperaturabfühldiode abgefühlte Temperatur mit einem Wert eines Abfühlstroms korrigiert, der aus einem Stromabfühlemitter fließt.
  • Der räumliche Abstand zwischen der Temperaturabfühldiode und dem Transistorwärmeerzeugungsteil wird jedoch nicht abgeschafft. Deshalb weist das in der Patentschrift 1 offenbarte Halbleiterbauteil insofern ein Problem auf, als es schwierig ist, eine genaue Temperatur bei einem abrupten Temperaturanstieg des Transistorwärmeerzeugungsteils umgehend abzufühlen.
  • Bei dem in der obigen Patentschrift 1 offenbarten Halbleiterbauteil wird eine Abfühlzellengruppe, bei der es sich um eine Gruppe von Teilzellen handelt, die einen Transistor bilden, als Stromabfühlelement verwendet. Die Verwendung der Abfühlzellengruppe als Stromabfühlelement löst das Problem eines räumlichen Abstands zwischen dem Abschnitt, der eine Temperatur abfühlt, und einem Wärme erzeugenden Teil. Jedoch ist die Abfühlzellengruppe darauf ausgerichtet, an erster Stelle den durch den Transistor fließenden Strom genau abzufühlen, und somit ist es wünschenswert, dass sie dieselben spezifischen Kennlinien aufweist wie die Hauptzellengruppe. Dementsprechend ist es, selbst wenn die in der Nichtpatentschrift 1 offenbarte Technologie als solche angewendet wird, schwierig, einen abrupten Temperaturanstieg im Inneren eines Transistors schnell und genau abzufühlen.
  • Bei dem in der obigen Patentschrift 2 offenbarten Halbleiterbauteil ist eine PN-Diode zum Temperaturabfühlen auf einer Isolierschicht ausgebildet, und somit braucht es Zeit, die genaue Temperatur eines Halbleitertransistors abzufühlen, durch den ein Strom fließt. Dementsprechend tritt eine leichte Verzögerung zwischen einem Temperaturanstieg des Halbleitertransistors und dem Abfühlen des Temperaturanstiegs durch die PN-Diode zum Temperaturabfühlen auf. Dies kann den Schutz vor einem Übertemperaturzustand verzögern, wodurch der Halbleitertransistor ausfallen kann.
  • Das in der Patentschrift 2 offenbarte Halbleiterbauteil wird wie folgt hergestellt. Zuerst werden Zonen, wie etwa eine Drain-Zone, die einen Halbleitertransistor bilden, auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet, eine Isolierschicht wird auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet, und dann wird ein polykristalliner Halbleiter auf der Isolierschicht abgeschieden. Dann erfolgt teilweise eine Ionenimplantation mit Masken, um eine PN-Diode zum Temperaturabfühlen auszubilden. Dann wird eine polykristalline Halbleiterschicht strukturiert, um dadurch eine Gate-Elektrode des Halbleitertransistors und der PN-Diode zum Temperaturabfühlen auszubilden. Schließlich werden eine Source-Elektrode u. dgl. ausgebildet, um dadurch ein Halbleiterbauteil zu erhalten.
  • Wie oben beschrieben, nimmt bei dem in der Patentschrift 2 offenbarten Halbleiterbauteil die Anzahl an Schritten bei der Herstellung (im Nachstehenden bisweilen als „Anzahl an Herstellungsschritten“ bezeichnet) zum Ausbilden der PN-Diode zum Temperaturabfühlen zu, was ein Problem eines Anstiegs bei den Herstellungskosten aufwirft.
  • Die Patentschriften 1 bis 3 und die Nicht-Patentschrift 1 offenbaren kein Halbleiterbauteil, das ein Temperaturabfühlelement sowie ein Stromabfühlelement enthält. Um ein Halbleiterbauteil zu erzielen, das ein Temperaturabfühlelement sowie ein Stromabfühlelement enthält, ist es denkbar, beispielsweise die in der Patentschrift 2 offenbarte Technologie und die in der Patentschrift 3 offenbarte Technologie zu kombinieren. In diesem Fall müssen eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode einer Temperaturabfühldiode und eine Source-Elektrode einer Stromabfühlzelle auf einem Halbleitertransistor ausgebildet werden, was zu einer reduzierten Wirkfläche des Halbleitertransistors führen kann.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Halbleiterbauteil bereitzustellen, das in der Lage ist, die Information bezüglich der Temperatur eines darin enthaltenen Halbleitertransistors schnell und genau abzugreifen.
  • Mittel zur Lösung des Problems
  • Ein Halbleiterbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Halbleitertransistor, der sich aus mehreren Zellen zusammensetzt, und eine Sensorschaltung, die Temperaturinformation bezüglich der Temperatur des Halbleitertransistors abgreift, wobei der Halbleitertransistor eine Hauptzellengruppe, die unter den mehreren Zellen eine Zelle zum Zuführen eines Stroms zu einer Last umfasst, und eine Abfühlzellengruppe umfasst, die unter diesen eine Zelle zum Abgreifen der Temperaturinformation umfasst, die Hauptzellengruppe und die Abfühlzellengruppe unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien haben, die Veränderungen bei spezifischen elektrischen Kennlinien in Bezug auf Veränderungen bei der Temperatur des Halbleitertransistors wiedergeben, und die Sensorschaltung die Temperaturinformation auf Grundlage eines Werts eines durch die Hauptzellengruppe fließenden Hauptstroms und eines Werts eines durch die Abfühlzellengruppe fließenden Abfühlstroms abgreift.
  • Darüber hinaus umfasst das Halbleiterbauteil der vorliegenden Erfindung einen Halbleitertransistor, der sich aus mehreren Zellen zusammensetzt, und eine Sensorschaltung, die Temperaturinformation bezüglich der Temperatur des Halbleitertransistors abgreift, wobei der Halbleitertransistor eine Hauptzellengruppe, die unter den mehreren Zellen eine Zelle zum Zuführen eines Stroms zu einer Last umfasst, eine Abfühlzellengruppe, die unter diesen eine Zelle zum Abgreifen der Temperaturinformation umfasst, und eine andere Abfühlzellengruppe umfasst, die zumindest einen Teil der Zellen, mit Ausnahme der in der Hauptzellengruppe und der Abfühlzellengruppe enthaltenen Zellen, unter diesen umfasst, wobei die andere Abfühlzellengruppe zum Abgreifen der Temperaturinformation verwendet wird, die Hauptzellengruppe und die Abfühlzellengruppe unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien haben, die Veränderungen bei spezifischen elektrischen Kennlinien in Bezug auf Veränderungen bei der Temperatur des Halbleitertransistors wiedergeben, die Abfühlzellengruppe und die andere Abfühlzellengruppe unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien haben, die Veränderungen bei spezifischen elektrischen Kennlinien in Bezug auf Veränderungen bei der Temperatur des Halbleitertransistors wiedergeben, und die Sensorschaltung die Temperaturinformation des Halbleitertransistors auf Grundlage eines Werts eines durch die Abfühlzellengruppe fließenden Abfühlstroms und eines Werts eines durch die andere Abfühlzellengruppe fließenden anderen Abfühlstroms abgreift.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß dem Halbleiterbauteil der vorliegenden Erfindung setzt sich der Halbleitertransistor aus mehreren Zellen zusammen und umfasst eine Hauptzellengruppe, die unter den mehreren Zellen eine Zelle zum Zuführen eines Stroms zu einer Last umfasst, und eine Abfühlzellengruppe, die unter diesen eine Zelle zum Abgreifen der Temperaturinformation bezüglich der Temperatur des Halbleitertransistors umfasst. Die Hauptzellengruppe und die Abfühlzellengruppe haben unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien haben, die Veränderungen bei spezifischen elektrischen Kennlinien in Bezug auf Veränderungen bei der Temperatur des Halbleitertransistors wiedergeben. Die Sensorschaltung greift die Temperaturinformation des Halbleitertransistors auf Grundlage des Werts des durch die Hauptzellengruppe fließenden Hauptstroms und des Werts des durch die Abfühlzellengruppe fließenden Abfühlstroms ab.
  • Die Hauptzellengruppe und die Abfühlzellengruppe sind in denselben Halbleitertransistor integriert, haben dennoch unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien, und weisen somit dieselbe Temperatur auf. Die Hauptzellengruppe und die Abfühlzellengruppe weisen wie vorstehend beschrieben dieselbe Temperatur auf, und somit erscheint eine Differenz bei den spezifischen Temperaturkennlinien zwischen der Hauptzellengruppe und die Abfühlzellengruppe als eine Differenz zwischen dem Wert des durch die Hauptzellengruppe fließenden Hauptstroms und dem Wert des durch die Abfühlzellengruppe fließenden Abfühlstroms. Deshalb greift die Sensorschaltung die Temperaturinformation des Halbleitertransistors auf Grundlage des Werts des Hauptstroms und des Werts des Abfühlstroms ab, wodurch die Temperaturinformation des Halbleitertransistors schnell und genau abgegriffen werden kann. Bei der Temperaturinformation des Halbleitertransistors handelt es sich beispielsweise um die Temperatur des Halbleitertransistors oder den Wert des Hauptstroms und den Wert des Abfühlstroms.
  • Darüber hinaus setzt sich gemäß dem Halbleiterbauteil der vorliegenden Erfindung der Halbleitertransistor aus mehreren Zellen zusammen und umfasst eine Hauptzellengruppe, die unter den mehreren Zellen eine Zelle zum Zuführen eines Stroms zu einer Last umfasst, eine Abfühlzellengruppe, die unter diesen eine Zelle zum Abgreifen der Temperaturinformation des Halbleitertransistors umfasst, und eine andere Abfühlzellengruppe, die zumindest einen Teil der Zellen, mit Ausnahme der in der Hauptzellengruppe und der Abfühlzellengruppe enthaltenen Zellen, unter diesen umfasst, wobei die andere Abfühlzellengruppe zum Abgreifen der Temperaturinformation des Halbleitertransistors verwendet wird. Die Hauptzellengruppe und die Abfühlzellengruppe gaben unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien. Die Abfühlzellengruppe und die andere Abfühlzellengruppe haben unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien. Die Sensorschaltung greift die Temperaturinformation auf Grundlage eines Werts eines durch die Abfühlzellengruppe fließenden Abfühlstroms und eines Werts eines durch die andere Abfühlzellengruppe fließenden anderen Abfühlstroms ab.
  • Die Abfühlzellengruppe und die andere Abfühlzellengruppe sind in denselben Halbleitertransistor integriert, haben dennoch unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien, und weisen somit dieselbe Temperatur auf. Die Abfühlzellengruppe und die andere Abfühlzellengruppe weisen wie vorstehend beschrieben dieselbe Temperatur auf, und somit erscheint eine Differenz bei den spezifischen Temperaturkennlinien zwischen der Abfühlzellengruppe und der anderen Abfühlzellengruppe als eine Differenz zwischen dem Wert des durch die Abfühlzellengruppe fließenden Abfühlstroms und dem Wert des durch die andere Abfühlzellengruppe fließenden anderen Abfühlstroms. Deshalb greift die Sensorschaltung die Temperaturinformation des Halbleitertransistors auf Grundlage des Werts des Abfühlstroms und des Werts des anderen Abfühlstroms ab, wodurch die Temperaturinformation des Halbleitertransistors schnell und genau abgegriffen werden kann.
  • Diese und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen deutlicher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein elektrischer Schaltplan, der die Auslegung eines Halbleiterbauteils 20 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2 ist eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen einer Zonenübergangstemperatur eines MOSFETs 1 und einem Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis zeigt.
    • 3 ist ein elektrischer Schaltplan, der die Auslegung eines Halbleiterbauteils 21 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 4 ist eine Draufsicht, die eine Halbleiterbauteil 100 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 5 ist eine Querschnittsansicht, die eine in 4 gezeigte Hauptzellengruppe 102 zeigt, die von einer Schnittlinie S1-S1 von 4 aus bildlich dargestellt ist.
    • 6 ist eine Querschnittsansicht, die eine in 4 gezeigte erste Abfühlzellengruppe 103 zeigt, die von einer Schnittlinie S2-S2 von 4 aus bildlich dargestellt ist.
    • 7 ist eine Querschnittsansicht, die eine in 4 gezeigte zweite Abfühlzellengruppe 104 zeigt, die von einer Schnittlinie S3-S3 von 4 aus bildlich dargestellt ist.
    • 8 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand in einem Stadium zeigt, als die Ausbildung einer Siliciumcarbid-Driftschicht 122 abgeschlossen war.
    • 9 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand in einem Stadium zeigt, als die Ausbildung einer Basiszone 117 abgeschlossen war.
    • 10 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand in einem Stadium zeigt, als die Ausbildung einer Source-Zone 118 abgeschlossen war.
    • 11 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand einer Hauptzellengruppenausbildungszone 102A in einem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Kanalzone 119 abgeschlossen war.
    • 12 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand einer ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Kanalzone 119 abgeschlossen war.
    • 13 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand einer zweiten Abfühlzellengruppenausbildungszone 104A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung einer Kanalzone 119 abgeschlossen war.
    • 14 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A in einem Stadium zeigt, als die Ausbildung einer Wannenkontaktzone 120 abgeschlossen war.
    • 15 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Wannenkontaktzone 120 abgeschlossen war.
    • 16 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der zweiten Abfühlzellengruppenausbildungszone 104A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Wannenkontaktzone 120 abgeschlossen war.
    • 17 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A in einem Stadium zeigt, als die Ausbildung einer Gate-Isolierschicht 123 abgeschlossen war.
    • 18 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Gate-Isolierschicht 123 abgeschlossen war.
    • 19 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der zweiten Abfühlzellengruppenausbildungszone 104A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Gate-Isolierschicht 123 abgeschlossen war.
    • 20 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A in einem Stadium zeigt, als die Ausbildung einer leitfähigen Gate-Schicht 111A abgeschlossen war.
    • 21 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der leitfähigen Gate-Schicht 111A abgeschlossen war.
    • 22 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der zweiten Abfühlzellengruppenausbildungszone 104A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der leitfähigen Gate-Schicht 111A abgeschlossen war.
    • 23 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A in einem Stadium zeigt, als die Ausbildung einer Gate-Zone 111 abgeschlossen war.
    • 24 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Gate-Zone 111 abgeschlossen war.
    • 25 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der zweiten Abfühlzellengruppenausbildungszone 104A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Gate-Zone 111 abgeschlossen war.
    • 26 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A in einem Stadium zeigt, als die Ausbildung einer Zwischenisolierschicht 124 abgeschlossen war.
    • 27 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Zwischenisolierschicht 124 abgeschlossen war.
    • 28 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der zweiten Abfühlzellengruppenausbildungszone 104A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Zwischenisolierschicht 124 abgeschlossen war.
    • 29 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A in einem Stadium zeigt, als die Ausbildung einer Source-Kontaktöffnung 125 und einer Gate-Kontaktöffnung 126 abgeschlossen war.
    • 30 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Source-Kontaktöffnung 125 und der Gate-Kontaktöffnung 126 abgeschlossen war.
    • 31 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand der zweiten Abfühlzellengruppenausbildungszone 104A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Source-Kontaktöffnung 125 und der Gate-Kontaktöffnung 126 abgeschlossen war.
    • 32 ist eine Draufsicht, die einen Zustand in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Source-Kontaktöffnung 125 und der Gate-Kontaktöffnung 126 abgeschlossen war.
    • 33 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel der Temperaturabhängigkeit eines Verhältnisses zwischen einem ersten Abfühlstrom und einem zweiten Abfühlstrom während eines Betriebs eines MOSFETs 101 zeigt.
    • 34 ist ein elektrischer Schaltplan, der die Auslegung des Halbleiterbauteils 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Ausführungsformen zur Umsetzung der Erfindung
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist ein elektrischer Schaltplan, der die Auslegung eine Halbleiterbauteils 20 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Halbleiterbauteil 20 der vorliegenden Ausführungsform besitzt eine Funktion des Abgreifens von Temperaturinformation, bei der es sich um die Information bezüglich eines darin enthaltenen Halbleitertransistors handelt. Im Spezielleren besitzt das Halbleiterbauteil 20 der vorliegenden Ausführungsform eine Funktion des Abgreifens der Temperaturinformation des darin enthaltenen Halbleitertransistors, um den Halbleitertransistor zu steuern. Bei der Temperaturinformation eines Halbleitertransistors handelt es sich beispielsweise um die Temperatur eines Halbleitertransistors oder einen Wert eines Hauptstroms und einen Wert eines Abfühlstroms.
  • In der vorliegenden Ausführungsform greift das Halbleiterbauteil 20 die Temperatur des Halbleitertransistors, speziell die Innentemperatur des Halbleitertransistors als die Temperaturinformation des Halbleitertransistors ab. Die vorliegende Ausführungsform übernimmt die nachstehend beschriebene Auslegung, um das Halbleiterbauteil 20 bereitzustellen, das in der Lage ist, einen abrupten Temperaturanstieg im Inneren des Halbleitertransistors zum schnellen Steuern des Halbleitertransistors schnell und genau abzufühlen.
  • Das Halbleiterbauteil 20 umfasst einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (als MOSFET abgekürzt) 1, bei dem es sich um einen Halbleitertransistor handelt, einen Drain-Anschluss 4, einen Source-Anschluss 5, einen Abfühlanschluss 6, einen Gate-Anschluss 7, einen Abfühlwiderstand 8, einen Hall-Stromsensor 9, eine Temperaturabfühlschaltung 10 und eine Gate-Steuerschaltung 11. Das Halbleiterbauteil 20 ist an eine Last L angeschlossen und liefert der Last L Energie. Die Temperaturabfühlschaltung 10 entspricht einer Sensorschaltung. Die Gate-Steuerschaltung 11 entspricht einer Steuerschaltung.
  • Der MOSFET 1 setzt sich aus einer Hauptzellengruppe 2 und einer Abfühlzellengruppe 3 zusammen. Im Spezielleren setzt sich der MOSFET 1 aus mehreren Zellen zusammen. Die mehreren Zellen sind auf demselben Substrat ausgebildet und parallelgeschaltet. Die Hauptzellengruppe 2 umfasst unter den mehreren Zellen, die den MOSFET 1 bilden, die Zelle zum Zuführen eines Stroms zur Last L. Die Abfühlzellengruppe 3 umfasst unter den mehreren Zellen, die den MOSFET 1 bilden, die Zelle zum Abgreifen der Temperaturinformation des MOSFETs 1.
  • Obwohl 1 den Fall zeigt, in dem eine Zelle, die die Hauptzellengruppe 2 bildet, und eine Zelle, die die Abfühlzellengruppe 3 bildet, des einfachen Verständnisses halber parallelgeschaltet sind, umfassen die Hauptzellengruppe 2 und die Abfühlzellengruppe 3 in der Realität jeweils mehrere Zellen, und die mehreren Zellen sind parallelgeschaltet. In der Abfühlzellengruppe 3 kann eine bzw. können mehrere Zellen enthalten sein.
  • Die Hauptzellengruppe 2 muss der Last L einen Strom liefern, der zum Antreiben der Last L ausreicht, und umfasst somit im Vergleich zur Abtastzellengruppe 3 eine größere Anzahl an Zellen. Die Abfühlzellengruppe 3 ist zum Abgreifen der Temperaturinformation, speziell, der Temperatur des MOSFETs 1 vorgesehen, und braucht deshalb nur einen Strom zu erhalten, der zum Abfühlen der Temperatur ausreicht. Deshalb umfasst die Abfühlzellengruppe 3 im Vergleich zur Hauptzellengruppe 2 weniger Zellen.
  • Entsprechend fließt ein relativ beträchtlicher Strom durch die Hauptzellengruppe 2, wohingegen ein relativ unbedeutender Strom durch die Abfühlzellengruppe 3 fließt. Das Verhältnis zwischen der Anzahl an Zellen, die in der Hauptzellengruppe 2 enthalten sind (im Nachstehenden bisweilen als „Anzahl an Hauptzellen“ bezeichnet), und der Anzahl an Zellen, die in der Abfühlzellengruppe 3 enthalten sind (im Nachstehenden bisweilen „Anzahl an Abfühlzellen“ bezeichnet), beträgt beispielsweise 1.000:1. Das Verhältnis zwischen der Anzahl an Hauptzellen und der Anzahl an Abfühlzellen ist nicht darauf beschränkt.
  • Die Hauptzellengruppe 2 und die Abfühlzellengruppe 3 unterscheiden sich bei den spezifischen Temperaturkennlinien. Im Spezielleren unterscheiden sich die Zelle, die die Hauptzellengruppe 2 bildet, und die Zelle, die die Abfühlzellengruppe 3 bildet, bei den spezifischen Temperaturkennlinien. Die spezifischen Temperaturkennlinien geben Veränderungen bei spezifischen elektrischen Kennlinien in Bezug auf Veränderungen bei der Temperatur des MOSFETs 1, speziell der Zonenübergangstemperatur des MOSFETS 1 wieder. Bei den spezifischen elektrischen Kennlinien handelt es sich beispielsweise um eine Schwellenspannung und spezifische Strom-/Spannungskennlinien, die das Verhältnis zwischen einem Drain-Strom und einer Drain-Spannung wiedergeben. Hier bezieht sich die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 auf die Innentemperatur des MOSFETs 1, wenn der MOSFET 1 durch Energiezufuhr und einen Schaltbetrieb Wärme erzeugt.
  • Die mehreren Zellen, die den MOSFET. 1 bilden, umfassen jeweils eine Drain-Elektrode, eine Source-Elektrode und eine Gate-Elektrode. Die Drain-Elektrode der die Hauptzellengruppe 2 bildenden Zelle (im Nachstehenden bisweilen als „Drain-Elektrode der Hauptzellengruppe 2“ bezeichnet) und die Drain-Elektrode der die Abfühlzellengruppe 3 bildenden Zelle (im Nachstehenden bisweilen als „Drain-Elektrode der Abfühlzellengruppe 3“ bezeichnet) sind elektrisch verbunden und an den ihnen gemeinsamen Drain-Anschluss 4 angeschlossen. Der Drain-Anschluss 4 ist beispielsweise an eine Energiequelle angeschlossen (nicht gezeigt).
  • Die Gate-Elektrode der die Hauptzellengruppe 2 bildenden Zelle (im Nachstehenden bisweilen als „Gate-Elektrode der Hauptzellengruppe 2“ bezeichnet) und die Gate-Elektrode der die Abfühlzellengruppe 3 bildenden Zelle (im Nachstehenden bisweilen als „Gate-Elektrode der Abfühlzellengruppe 3“ bezeichnet) sind elektrisch verbunden und an den ihnen gemeinsamen Gate-Anschluss 7 angeschlossen. Die Source-Elektrode der die Hauptzellengruppe 2 bildenden Zelle (im Nachstehenden bisweilen als „Source-Elektrode der Hauptzellengruppe 2“ bezeichnet) ist an den Source-Anschluss 5 angeschlossen. Die Source-Elektrode der die Abfühlzellenzellengruppe 3 bildenden Zelle (im Nachstehenden bisweilen als „Source-Elektrode der Abfühlzellengruppe 3“ bezeichnet) ist an den Abfühlanschluss 6 angeschlossen. Der Source-Anschluss 5 und der Abfühlanschluss 6 sind elektrisch über den Abfühlwiderstand 8 angeschlossen.
  • Der Source-Anschluss 5 ist an die Last L angeschlossen. Die Last L ist an Masse gelegt. Das heißt, der Source-Anschluss 5 ist über die Last L an Masse gelegt. Bei der Last L handelt es sich beispielsweise um einen Motor.
  • Der Hall-Stromsensor 9 ist an die Temperaturabfühlschaltung 10 und die Gate-Steuerschaltung 11 angeschlossen. Der Source-Anschluss 5 und der Abfühlanschluss 6 sind jeweils an die Temperaturabfühlschaltung 10 angeschlossen. Die Temperaturabfühlschaltung 10 und die Gate-Steuerschaltung 11 sind aneinander angeschlossen. Die Gate-Steuerschaltung 11 ist an den Gate-Anschluss 7 angeschlossen.
  • Der Hall-Stromsensor 9 fühlt einen Strom Im, der durch die Hauptzellengruppe 2 fließt (im Nachstehenden bisweilen als „Hauptstrom“ bezeichnet), speziell, den Drain-Strom Im ab, der durch die Hauptzellengruppe 2 vom Drain-Anschluss 4 zum Source-Anschluss 5 fließt. Bei dem Wert des Hauptstroms Im handelt es sich um die Gesamtsumme von Werten der durch alle in der Hauptzellengruppe 2 enthaltenen Zellen fließt. Ein Hauptstromsignal, das den Wert des Hauptstroms Im enthält (im Nachstehenden bisweilen als „Hauptstromwert“ bezeichnet), der durch den Hall-Stromsensor 9 abgefühlt wird, wird vom Hall-Stromsensor 9 zur Temperaturabfühlschaltung 10 und Gate-Steuerschaltung 11 geliefert. Der Hall-Stromsensor 9 entspricht einer Hauptstrominformationsabgreifeinrichtung, und der Hauptstromwert entspricht der Hauptstrominformation bezüglich des Hauptstroms.
  • Die Temperaturabfühlschaltung 10 erhält einen Wert des durch die Abfühlzellengruppe 3 fließenden Strom (im Nachstehenden bisweilen als „Abfühlstrom“ bezeichnet auf Grundlage eines Spannungsabfallwerts des Abfühlwiderstands 8, der zwischen dem Abfühlanschluss 6 und dem Source-Anschluss 5 zwischengeschaltet ist. Der Spannungsabfallwert des Abfühlwiderstands 8 entspricht der Abfühlstrominformation bezüglich des Abfühlstroms, und der Source-Anschluss 5, der Abfühlanschluss 6 und der Abfühlwiderstand 8 entsprechen einer Strominformationsabgreifeinrichtung.
  • Die Temperaturabfühlschaltung 10 fühlt die Temperatur des MOSFETs 1 auf Grundlage des Werts des Abfühlstroms ab (im Nachstehenden bisweilen als „Abfühlstromwert“ bezeichnet), der auf Grundlage des Spannungsabfallwerts des Abfühlwiderstands 8 erhalten wird. Im Spezielleren fühlt die Temperaturabfühlschaltung 10 die Temperatur des MOSFETs 1 auf Grundlage des Hauptstromwerts, der im vom Hall-Stromsensor 9 gelieferten Hauptstromsignal enthalten ist, und des Abfühlstromwerts ab, der auf Grundlage des Spannungsabfallwerts des Abfühlwiderstands 8 erhalten wird. Speziell handelt es sich bei der Temperatur des MOSFETs 1 um die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1. Ein Zonenübergangstemperatursignal, in dem die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 enthalten ist, die durch die Temperaturabfühlschaltung 10 abgefühlt wird, wird von der Temperaturabfühlschaltung 10 an die Gate-Steuerschaltung 11 geliefert.
  • Die Gate-Steuerschaltung 11 steuert den MOSFET 1 auf Grundlage eines von außen zugeführten Treibersignals Sd. Speziell liefert die Gate-Steuerschaltung 11 ein Treibersignal, das eine Gate-Spannung beinhaltet, auf Grundlage des von außen zugeführten Treibersignals Sd zum Ansteuern des MOSFETs 1 an den Gate-Anschluss 7, um dadurch den MOSFET 1 anzusteuern. Der MOSFET 1 arbeitet auf Grundlage der Gate-Spannung, die in dem von der Gate-Steuerschaltung 11 über den Gate-Anschluss 7 zugeführten Treibersignal enthalten ist. Auf diese Weise schaltet der MOSFET 1 ein, wodurch der von der (nicht gezeigten) Energiequelle über den Drain-Anschluss 4 gelieferte Strom durch die Hauptzellengruppe 2 und über den Source-Anschluss 5 durch die Last L fließt. Dies ermöglicht es, die Last anzutreiben.
  • Auch steuert die Gate-Steuerschaltung 11 den MOSFET 1 auf Grundlage der Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1, die im Zonenübergangstemperatursignal enthalten ist, das durch die Temperaturabfühlschaltung 10 abgegriffen und von der Temperaturabfühlschaltung 10 her zugeführt wird. Speziell vergleicht die Gate-Steuerschaltung 11 die Zonenübergangstemperatur, die im Zonenübergangstemperatursignal enthalten ist, das von der Temperaturabfühlschaltung 10 her zugeführt wird, mit einem vorbestimmten Zonenübergangstemperaturschwellenwert, und liefert in einem Fall, in dem die Zonenübergangstemperatur den Zonenübergangstemperaturschwellenwert übersteigt, ein Unterbrechungssignal zum Unterbrechen des Betriebs des MOSFETs 1 an den Gate-Anschluss 7. Der Gate-Anschluss 7 wird mit dem Unterbrechungssignal versorgt, wodurch der Betrieb des MOSFETs 1 unterbrochen wird.
  • Auch steuert die Gate-Steuerschaltung 11 den MOSFET 1 auf Grundlage eines Hauptstromwerts, der in dem vom Hall-Stromsensor 9 zugeführten Hauptstromsignal enthalten ist. Speziell vergleicht die Gate-Steuerschaltung 11 den Hauptstromwert, der in dem vom Hall-Stromsensor 9 zugeführten Hauptstromsignal enthalten ist, mit einem vorbestimmten Hauptstromschwellenwert und liefert in einem Fall, in dem der Hauptstromwert den Hauptstromwertschwellenwert übersteigt, das Unterbrechungssignal zum Unterbrechen des Betriebs des MOSFETs 1 an den Gate-Anschluss 7. Der Gate-Anschluss 7 wird mit dem Unterbrechungssignal versorgt, wodurch der Betrieb des MOSFETs 1 unterbrochen wird.
  • In einem Fall, in dem die Zonenübergangstemperatur gleich dem oder niedriger als der Zonenübergangstemperaturschwellenwert ist, oder in einem Fall, in dem der Hauptstromwert gleich dem oder kleiner als der Hauptstromwertschwellenwert ist, wird der Gate-Anschluss 7 nicht mit dem Unterbrechungssignal versorgt. Dementsprechend arbeitet der MOSFET 1 auf Grundlage der Gate-Spannung.
  • Die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 kann durch die Temperaturabfühlschaltung 10 aufgrund dessen abgefühlt werden, dass die spezifischen Temperaturkennlinien der Hauptzellengruppe 2 und die spezifischen Temperaturkennlinien der Abfühlzellengruppe 3 sich voneinander unterscheiden. Das heißt, wenn die spezifischen Temperaturkennlinien der Hauptzellengruppe 2 und die spezifischen Temperaturkennlinien der Abfühlzellengruppe 3 zueinander unterschiedlich ausgelegt werden, kann die Temperaturabfühlschaltung 10 die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 abfühlen.
  • Die Hauptzellengruppe 2 und die Abfühlzellengruppe 3, die unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien haben, werden beispielsweise durch variierende Kanalstrukturen ausgebildet. Speziell werden die Hauptzellengruppe 2 und die Abfühlzellengruppe 3, die unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien haben, durch Variieren der Fremdstoffkonzentration (im Nachstehenden bisweilen als „Dotiermittelkonzentration“ bezeichnet) einer den MOSFET 1 bildenden Kanalzone ausgebildet. Das heißt, die Dotiermittelkonzentration in der Kanalzone der Abfühlzellengruppe 3 wird anders ausgelegt als die Dotiermittelkonzentration in der Kanalzone der Hauptzellengruppe 2, so dass die Hauptzellengruppe 2 und die Abfühlzellengruppe 3 mit unterschiedlichen spezifischen Temperaturkennlinien ausgebildet werden können.
  • Dieses Verfahren kann beispielsweise durchgeführt werden, indem die Dotiermittelkonzentration der Kanalzone so verändert wird, dass die Temperaturänderungsrate einer Schwellenspannung Vth eine andere wird (siehe Bezugsschrift 1).
  • Bezugsschrift 1: S. M. Sze, „Physics of Semiconductor Devices, 2nd Edition", John Wiley & Sons, 1981, S. 451-453.
  • In der vorliegenden Ausführungsform haben die Hauptzellengruppe 2 und die Abfühlzellengruppe 3 unterschiedliche Kanalstrukturen und somit weisen sie unterschiedliche Schwellenspannungen auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Abfühlzellengruppe 3 so eingestellt, dass sie eine höhere Schwellenspannung hat als die Hauptzellengruppe 2. Speziell ist die Schwellenspannung der Abfühlzellengruppe 3 so eingestellt, dass sie um ungefähr 1,6 V bis 1,8 V höher ist als die Schwellenspannung der Hauptzellengruppe 2.
  • Als Nächstes wird das Prinzip des Abfühlens der Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 beschrieben. 2 ist eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 und dem Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis zeigt. In 2 stellt die horizontale Achse die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 dar (im Nachstehenden bisweilen als „MOSFET-Zonenübergangstemperatur“ bezeichnet), und die vertikale Achse stellt das Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis dar. Die Hauptzellengruppe 2 und die Abfühlzellengruppe 3 sind beide in den MOSFET 1 integriert, bei dem es sich um denselben Transistor handelt, und weisen somit dieselbe Zonenübergangstemperatur auf. Deshalb stellt die MOSFET-Zonenübergangstemperatur auf der horizontalen Achse in 2 die Zonenübergangstemperaturen der Hauptzellengruppe 2 und der Abfühlzellengruppe 3 dar. Das Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis auf der vertikalen Achse in 2 stellt das Verhältnis des Hauptstroms Im zum Abfühlumwandlungsstrom, d.h. einen Wert dar, der erhalten wird, indem der Hauptstromwert, bei dem es sich um einen Wert des Hauptstroms Im handelt, durch einen Wert des Abfühlumwandlungsstroms dividiert wird.
  • Hier wird der Abfühlumwandlungsstrom durch den nachstehenden Ausdruck (1) erhalten. ( Abfühlumwandlungsstrom ) = ( Spannungsabfallwert des Abfühlwiderstands )   × ( Anzahl an Hauptzellen ) ÷ ( Anzahl an Abfühlzellen ) ÷ ( Wert des  Abfühlwider − stands )
    Figure DE112011102926B4_0001
  • Im Ausdruck (1) ist der Spannungsabfallwert des Abfühlwiderstands ein Spannungsabfallwert des Abfühlwiderstands 8, die Anzahl an Hauptzellen ist die Anzahl an in der Hauptzellengruppe 2 enthaltenen Zellen, und die Anzahl an Abfühlzellen ist die Anzahl an in der Abfühlzellengruppe 3 enthaltenen Zellen, und der Wert des Abfühlwiderstands ist ein Widerstandswert des Abfühlwiderstands 8. Die Anzahl an Hauptzellen, die Anzahl an Abfühlzellen und der Wert des Abfühlwiderstands sind im Ausdruck (1) Konstanten, bei denen es sich um Werte handelt, die durch einen Entwickler angesetzt werden können.
  • Auf der rechten Seite des Ausdrucks (1) entspricht der Wert, der erhalten wird, indem der „Spannungsabfallwert des Abfühlwiderstands“ durch den „Wert des Abfühlwiderstands“ dividiert wird, einem Abfühlstromwert. Der Wert, der erhalten wird, indem der Abfühlstromwert durch die „Anzahl an Abfühlzellen“ dividiert wird, entspricht dem Abfühlstromwert pro Zelle. Die Resultierende, die erhalten wird, indem der Abfühlstromwert pro Zelle mit der „Anzahl an Hauptzellen“ multipliziert wird, ist ein Wert des durch Ausdruck (1) ausgedrückten „Abfühlumwandlungsstroms“. Das heißt, der Wert des durch Ausdruck (1) ausgedrückten „Abfühlumwandlungsstroms“ ist ein Hauptstromwert, der auf Grundlage des gemessenen Werts des Abfühlstroms berechnet wird. Deshalb stellt das vorstehend erwähnte „Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis“ das Prozentverhältnis des gemessenen Hauptstromwerts zum Hauptstromwert dar, der auf Grundlage des Abfühlstromwerts berechnet wird.
  • 2 zeigt die Kennlinien in Fällen, in denen der Hauptstromwert stellvertretend 30 A, 50 A und 70 A beträgt. Der Fall, in dem der Hauptstromwert 30 A beträgt, ist durch das Symbol „31“ angegeben, der Fall, in dem der Hauptstromwert 50 A beträgt, ist durch das Symbol „32“ angegeben, und der Fall, in dem der Hauptstromwert 70 A beträgt, ist durch das Symbol „33“ angegeben. In 2 ist die Zonenübergangstemperatur am linken Ende jeder grafischen Darstellung auf dem Blatt gleich einer Raumtemperatur, beispielsweise 25°, und die Zonenübergangstemperatur an deren rechtem Ende beträgt 125°C.
  • 2 enthüllt, dass, wenn der Hauptstrom Im konstant ist, die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 sich einzig ausgehend vom Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis bestimmen lässt. Das heißt, die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 kann nur dann abgefühlt werden, wenn das Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis und der Hauptstromwert dabei bekannt sind. Deshalb ermittelt die Temperaturabfühlschaltung 10 dabei die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 auf Grundlage des Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnisses und des Hauptstromwerts.
  • Das Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis und der Hauptstromwert können dabei ausgehend vom Spannungsabfallwert des Abfühlwiderstands 8 und dem Wert, der durch den Hall-Stromsensor 9 abgefühlt wird (im Nachstehenden bisweilen als „Abfühlwert des Hall-Stromsensors 9“ bezeichnet), ermittelt werden. Deshalb ermittelt die Temperaturabfühlschaltung 10 das Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis im Spezielleren auf Grundlage des Spannungsabfallwerts des Abfühlwiderstands 8 und des Hauptstromwerts, bei dem es sich um einen Abfühlwert des Hall-Stromsensors 9 handelt, und ermittelt die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 auf Grundlage des ermittelten Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnisses und des Hauptstromwerts. Falls beispielsweise das Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis, das ausgehend vom Spannungsabfallwert des Abfühlwiderstands 8 und vom Abfühlwert des Hall-Stromsensors 9 erhalten wird, Y1 ist und der Hauptstromwert 70 A beträgt, ist die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 X1°C.
  • Obwohl 2 die Kennlinien in den Fällen von 30 A, 50 A und 70 A als Beispiele für den Hauptstromwert zeigt, lässt sich die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 auch in anderen Fällen des Hauptstromwerts als den vorstehenden erhalten. Zum Beispiel steigt das Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis monoton zusammen mit einer Zunahme des Hauptstroms Im auf eine konstante Zonenübergangstemperatur an. Dementsprechend lässt sich eine genaue Zonenübergangstemperatur abfühlen, indem die in 2 gezeigte grafische Darstellung mit einer gewünschten Temperaturauflösung und einer gewünschten Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnisauflösung matriziert wird und Hauptstromwerte, die aus dem Versuch erhalten wurden, Elementen einer Matrix zugeteilt werden.
  • Beispielweise speichert die Temperaturabfühlschaltung 10 vorab in einem (nicht gezeigten) Speicher, der in der Temperaturabfühlschaltung 10 enthalten ist, eine Tabelle, in der der Hauptstromwert, das Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis und die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 in eine Matrix umgesetzt sind, um dadurch die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1mit Bezug auf die matrizierte Tabelle durch eine in die Temperaturabfühlschaltung 10 integrierte Schaltung (IC) abzuleiten. Der Speicher zum Speichern der matrizierten Tabelle kann außerhalb der Temperaturabfühlschaltung 10 vorgesehen sein. Die matrizierte Tabelle zeigt das Verhältnis zwischen dem Hauptstromwert, dem Abfühlstromwert und der Temperatur des MOSFETs 1, was der diesbezüglichen Information entspricht. Nachstehend wird die „diesbezügliche Information“ bisweilen als „temperaturbezogene Information“ bezeichnet.
  • Wie vorstehend beschrieben, erhält die Temperaturabfühlschaltung 10 die temperaturbezogene Information, wie etwa eine matrizierte Tabelle, vorab beispielsweise durch Auslesen aus dem Speicher. Dann erhält die Temperaturabfühlschaltung 10 einen Hauptstromwert aus dem Hauptstromsignal, das vom Hall-Stromsensor 9 geliefert wird, und erhält einen Abfühlstromwert auf Grundlage der Spannungsabfallwerte des Abfühlwiderstands 8, die vom Source-Anschluss 5 und Abfühlanschluss 6 geliefert werden. Die Temperaturabfühlschaltung 10 fühlt die Temperatur des MOSFETs 1, speziell die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 auf Grundlage des erhaltenen Hauptstromwerts und Abfühlstromwerts und der temperaturbezogenen Information wie etwa einer matrizierten Tabelle ab.
  • Wie vorstehend beschrieben, fühlt im Halbleiterbauteil 20 der vorliegenden Ausführungsform die Temperaturabfühlschaltung 10 die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 auf Grundlage des Abfühlstromwerts ab, bei dem es sich um einen Wert des durch die Abfühlzellengruppe 3 fließenden Abfühlstroms handelt. Speziell fühlt die Temperaturabfühlschaltung 10 die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 auf Grundlage des Hauptstromwerts, bei dem es sich um den Wert des durch die Hauptzellengruppe 2 fließenden Stroms Im handelt, und des Abfühlstromwerts ab, bei dem es sich um den Wert des durch die Abfühlzellengruppe 3 fließenden Abfühlstroms handelt.
  • Die Hauptzellengruppe 2 und die Abfühlzellengruppe 3 haben unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien, sind aber im MOSFET 1 integriert, bei dem es sich um denselben Transistor handelt, und weisen somit dieselbe Zonenübergangstemperatur auf. Die Hauptzellengruppe 2 und die Abfühlzellengruppe 3 weisen auf diese Weise dieselbe Zonenübergangstemperatur auf, und entsprechend erscheint eine Differenz bei den spezifischen Temperaturkennlinien zwischen der Hauptzellengruppe 2 und die Abfühlzellengruppe 3 als eine Differenz zwischen einem Hauptstromwert und einem Abfühlstromwert.
  • Dementsprechend fühlt die Temperaturabfühlschaltung 10 die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 auf Grundlage des Abfühlstromwerts ab, fühlt speziell die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 auf Grundlage des Hauptstromwerts und des Abfühlstromwerts ab, was es ermöglicht, die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 schnell und genau abzufühlen.
  • Der Abfühlstrom, der durch die Temperaturabfühlschaltung 10 zum Abfühlen der Zonenübergangstemperatur verwendet wird, fließt im Inneren desselben Transistors wie desjenigen der Hauptzellengruppe 2, deren Zonenübergangstemperatur abgefühlt werden muss, was einen Anstieg der Zonenübergangstemperatur der Hauptzellengruppe 2 ohne Verzögerung reflektiert. Mit anderen Worten ist der Wert des Abfühlstroms ein Stromwert ohne Signalverzögerung zum Anstieg der Zonenübergangstemperatur, das heißt, ohne Temperatursignalverzögerung. Die Temperaturabfühlschaltung 10 erhält die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 ausgehend vom Stromwert ohne Temperatursignalverzögerung. Deshalb kann auch in einem Fall, in dem ein abrupter Temperaturanstieg im Inneren des MOSFETs 1 auftritt, der abrupte Temperaturanstieg im Inneren des MOSFETs 1 schnell und genau abgefühlt werden.
  • Die Gate-Steuerschaltung 11 steuert den MOSFET 1 auf Grundlage der Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1, die, wie vorstehend beschrieben, schnell und genau abgefühlt wird, was es ermöglicht, den MOSFET 1 schnell zu steuern. Beispielsweise liefert die Gate-Steuerschaltung 11 in einem Fall, in dem die Temperatur im Inneren des MOSFETs 1 abrupt ansteigt, ein Unterbrechungssignal an den Gate-Anschluss 7, um den Betrieb des MOSFETs 1 schnell zu unterbrechen, was es ermöglicht, einen Ausfall des MOSFETs 1 aufgrund eines abrupten Temperaturanstiegs zu verhindern.
  • Wenn in der vorliegenden Ausführungsform die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1, die wie vorstehend beschrieben durch die Temperaturabfühlschaltung 10 abgefühlt wird, den Zonenübergangstemperaturschwellenwert übersteigt, liefert die Gate-Steuerschaltung 11 ein Unterbrechungssignal zum Unterbrechen des Betriebs des MOSFETs 1 an den Gate-Anschluss 7. Dies verhindert einen Ausfall des MOSFETs 1 aufgrund eines Temperaturanstiegs, und dementsprechend wird der MOSFET 1 geschützt. In der wie vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsform fungieren die Temperaturabfühlschaltung 10 und die Gate-Steuerschaltung 11 als Temperaturabfühl- und Schutzschaltung.
  • Auch umfasst in der vorliegenden Ausführungsform das Halbleiterbauteil 20 den Hall-Stromsensor 9, der einer Hauptstrominformationsabgreifeinrichtung entspricht, und den Source-Anschluss 5, Abfühlanschluss 6 und Abfühlwiderstand 8, die einer Abfühlstrominformationsabgreifeinrichtung entsprechen. Die Temperaturabfühlschaltung 10 erhält vorab die temperaturbezogene Information wie etwa eine matrizierte Tabelle, um dadurch einen Hauptstromwert aus einem vom Hall-Stromsensor 9 gelieferten Hauptstromsignal zu erhalten, und einen Abfühlstromwert auf Grundlage des Spannungsabfallwerts des Abfühlwiderstands 8 zu erhalten, der vom Source-Anschluss 5 und Abfühlanschluss 6 geliefert wird. Dann fühlt die Temperaturabfühlschaltung 10 die Temperatur des MOSFETs 1, speziell die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1, auf Grundlage des erhaltenen Hauptstromwerts und Abfühlstromwerts und der temperaturbezogenen Information wie etwa einer matrizierten Tabelle ab. Die wie vorstehend beschriebene Auslegung ermöglicht es, eine Temperaturabfühlschaltung 10 zu erzielen, die in der Lage ist, die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 abzufühlen.
  • Auch haben in der vorliegenden Ausführungsform die Hauptzellengruppe 2 und die Abfühlzellengruppe 3 unterschiedliche Kanalstrukturen. Speziell unterscheidet sich die Fremdstoffkonzentration der den MOSFET 1 bildenden Kanalzone zwischen der Hauptzellengruppe 2 und der Abfühlzellengruppe 3. Die wie vorstehend beschriebene Auslegung ermöglicht es, die Hauptzellengruppe 2 und die Abfühlzellengruppe 3 mit unterschiedlichen spezifischen Temperaturkennlinien zu erzielen.
  • Es genügt, dass, was die Differenz der spezifischen Temperaturkennlinien zwischen der Hauptzellengruppe 2 und der Abfühlzellengruppe 3 anbelangt, beispielsweise das Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis eine Änderungsquote zur MOSFET-Zonenübergangstemperatur von 0,1 [%/K] oder höher mit Bezug auf eine grafische Darstellung des Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnisses und der MOSFET-Zonenübergangstemperatur hat, die in der vorstehend beschriebenen 2 gezeigt sind.
  • Auch ist in der vorliegenden Ausführungsform die Abfühlzellengruppe 3 so eingestellt, dass sie eine höhere Schwellenspannung hat als die Hauptzellengruppe 2. Deshalb schaltet während eines Schaltbetriebs des MOSFETs 1 die Abfühlzellengruppe 3 langsamer ein als die Hauptzellengruppe 2 und schaltet schneller aus als die Hauptzellengruppe 2. Dies mindert Rauschen beim Schalten, wodurch die Temperaturinformation des MOSFETs 1, beispielsweise die Temperatur des MOSFETs 1 genau abgefühlt werden kann. Deshalb kann ein falsches Abfühlen einer Übertemperatur des MOSFETs 1 verhindert werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • 3 ist ein elektrischer Schaltplan, der die Auslegung eines Halbleiterbauteils 21 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Halbleiterbauteil 21 der vorliegenden Ausführungsform ist von der Auslegung her dem vorstehend beschriebenen Halbleiterbauteil 20 der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ähnlich, und deshalb sind entsprechende Abschnitte mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden hier nicht beschrieben. Wie in 1 zeigt 3 einen Fall, in dem eine Zelle, die die Hauptzellengruppe 2 bildet, und eine Zelle, die die Abfühlzellengruppe 3 bildet, des einfachen Verständnisses halber parallelgeschaltet sind. In der Realität umfassen die Hauptzellengruppe 2 und die Abfühlzellengruppe 3 jedoch jeweils mehrere Zellen, und die mehreren Zellen sind parallelgeschaltet.
  • Das Halbleiterbauteil 21 der vorliegenden Erfindung umfasst den MOSFET 1, den Drain-Anschluss 4, den Source-Anschluss 5, den Gate-Anschluss 7, den Hall-Stromsensor 9, die Temperaturabfühlschaltung 10, die Gate-Steuerschaltung 11, einen Operationsverstärker 12 und einen Verstärkerwiderstand 13. Ähnlich wie das Halbleiterbauteil 20 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform ist das Halbleiterbauteil 21 an die Last L angeschlossen und versorgt die Last L mit Energie.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Source-Elektrode der Abfühlzellengruppe 3 an ein Ende des Verstärkerwiderstands 13 und einen invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 12 angeschlossen. Das andere Ende des Verstärkerwiderstands 13 ist an einen Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 12 angeschlossen. Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 12 ist an die Temperaturabfühlschaltung 10 angeschlossen. Ein nicht invertierender Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 12 ist an den Source-Anschluss 5 angeschlossen.
  • Das vorstehend beschriebene Halbleiterbauteil 20 der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform umfasst den Abfühlwiderstand 8 zum Erhalten eines Abfühlumwandlungsstroms. Das Halbleiterbauteil 21 der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich dadurch vom Halbleiterbauteil 20 der ersten Ausführungsform, dass es den wie in 3 gezeigten Operationsverstärker 12 umfasst. Auch in einem Fall, in dem wie in der vorliegenden Ausführungsform der Operationsverstärker 12 vorgesehen ist, kann ein Abfühlumwandlungsstrom wie in dem Fall erhalten werden, in dem der Abfühlwiderstand 8 vorgesehen ist.
  • Der Operationsverstärker 12 bildet zusammen mit dem Verstärkerwiderstand 13 eine Strom-/Spannungsumwandlungsschaltung. Der Operationsverstärker 12 gibt einen Wert aus, der erhalten wird, indem ein Abfühlstromwert mit einem Widerstandswert des Verstärkerwiderstands 13 (im Nachstehenden bisweilen als „verstärkter Spannungswert“ bezeichnet) multipliziert wird. Der verstärkte Spannungswert entspricht der Abfühlstrominformation und entspricht dem Spannungsabfallwert des Abfühlwiderstands 8 in der ersten Ausführungsform. Der Operationsverstärker 12 und der Verstärkerwiderstand 13 entsprechen der Abfühlstrominformationsabgreifeinrichtung. Ein vom Operationsverstärker 12 ausgegebenes, verstärktes Spannungssignal, das den verstärkten Spannungswert enthält, wird an die Temperaturabfühlschaltung 10 geliefert.
  • Die Temperaturabfühlschaltung 10 fühlt einen durch die Abfühlzellengruppe 3 fließenden Abfühlstrom auf Grundlage des verstärkten Spannungswerts ab, der in dem vom Operationsverstärker 12 gelieferten verstärkten Spannungssignal enthalten ist. Die Temperaturabfühlschaltung 10 fühlt wie in der ersten Ausführungsform die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs auf Grundlage des Hauptstromwerts, der in dem vom Hall-Stromsensor 9 gelieferten Hauptstromsignal enthalten ist, und des Abfühlstromwerts ab, der auf Grundlage des verstärkten Spannungswerts abgefühlt wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann dabei die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 einzig ausgehend vom Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis und Hauptstromwert abgefühlt werden. In der vorliegenden Ausführungsform können das Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis und der Hauptstromwert dabei ausgehend vom verstärkten Spannungswert, der in dem vom Operationsverstärker 12 gelieferten verstärkten Spannungssignal enthalten ist, und vom Abfühlwert des Hall-Stromsensors 9 erhalten werden.
  • Speziell kann der Hauptstromwert ausgehend vom Abfühlwert des Hall-Stromsensors 9 erhalten werden. Bei dem Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis handelt es sich um ein Verhältnis des Hauptstroms Im zum Abfühlumwandlungsstrom, bei dem es sich um einen Wert handelt, der erhalten wird, indem der Hauptstromwert, der ein Wert des Hauptstroms Im ist, durch den Wert des Abfühlumwandlungsstroms dividiert wird. In der vorliegenden Ausführungsform lässt sich der Abfühlumwandlungsstrom aus dem nachstehenden Ausdruck (2) erhalten, in dem der „Spannungsabfallwert des Abfühlwiderstands“ des vorigen Ausdrucks (1) durch den verstärkten Spannungswert ersetzt ist, der in dem vom Operationsverstärker 12 gelieferten verstärkten Spannungssignal enthalten ist, und der „Wert des Abfühlwiderstands“ des vorigen Ausdrucks (1) durch den Widerstandswert des Verstärkerwiderstands 13 (im Nachstehenden als „verstärkter Widerstandswert“ bezeichnet) ersetzt ist. ( Abfühlumwandlungsstrom ) = ( verstärkter Spannungswert ) × ( Anzahl an Haupt − zellen ) ÷ ( Anzahl an Abfühlzellen ) ÷ ( verstärkter Widerstandswert )
    Figure DE112011102926B4_0002
  • Auch in der vorliegenden Ausführungsform nimmt mit einem Anstieg des Hauptstroms Im auf eine konstante Zonenübergangstemperatur das Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis monoton zu. Entsprechend können die Zonenübergangstemperaturen des MOSFETs 1 in Fällen verschiedenartiger Hauptstromwerte abgefühlt werden, indem die grafische Darstellung für mehrere Hauptstromwerte mit einer gewünschten Temperaturauflösung und Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnisauflösung matriziert wird, wie in der vorstehend beschriebenen 2 gezeigt ist, und die aus dem Versuch erhaltenen Hauptstromwerte Elementen einer Matrix zugeteilt werden.
  • Wie in der ersten Ausführungsform speichert die Temperaturabfühlschaltung 10 vorab in einem Speicher beispielsweise eine Tabelle, in der der Hauptstromwert, das Hauptstrom-/Abfühlumwandlungsstromverhältnis und die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 in eine Matrix umgesetzt sind, und leitet die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 mit Bezug auf die matrizierte Tabelle durch die IC in der Temperaturabfühlschaltung 10 ab.
  • Auch in der wie vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsform fühlt die Temperaturabfühlschaltung 10 die Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 1 auf Grundlage des Hauptstromwerts, bei dem es sich um einen Wert des durch die Hauptzellengruppe 2 fließenden Hauptstroms Im handelt, und des Abfühlstromwerts ab, bei dem es sich um einen Wert des durch die Abfühlzellengruppe 3 fließenden Stroms handelt. Deshalb lassen sich denjenigen der ersten Ausführungsform ähnliche Wirkungen erzielen.
  • Obwohl die vorstehend beschriebene erste und zweite Ausführungsform den Fall beschrieben, in dem der Hall-Stromsensor 9 als der Sensor vorgesehen ist, der den Hauptstrom Im abfühlt (im Nachstehenden bisweilen als „Hauptstromabfühlsensor“ bezeichnet), kann in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Nebenschlusswiderstand vorgesehen sein. Auch in einem Fall, in dem ein Nebenschlusswiderstand vorgesehen ist, lassen sich denjenigen der ersten und zweiten Ausführungsform ähnliche Wirkungen erzielen. In einem Fall, dass ein Nebenschlusswiderstand vorgesehen ist, ist der Nebenschlusswiderstand zwischen dem Source-Anschluss 5 und der Last L angeordnet und elektrisch an den Source-Anschluss 5 und die Last L angeschlossen.
  • Obwohl die erste und zweite Ausführungsform als Verfahren zum Abfühlen des Hauptstroms Im den Fall beschrieben, in dem ein Hauptstromabfühlsensor wie etwa der Hall-Stromsensor 9 außerhalb des MOSFETs 1 zum Abfühlen vorgesehen ist, ist das Verfahren zum Abfühlen des Hauptstroms Im nicht darauf beschränkt. Beispielweise kann die andere Abfühlzellengruppe mit denselben spezifischen Temperaturkennlinien wie die Hauptzellengruppe 2 separat von der Abfühlzellengruppe 3 mit von denjenigen der Hauptzellengruppe 2 unterschiedlichen spezifischen Temperaturkennlinien vorgesehen sein, um dadurch einen Hauptstromwert ausgehend von einem Wert eines Abfühlstroms zu erhalten, der durch die andere Abfühlzellengruppe fließt (im Nachstehende bisweilen als „Abfühlstromwert der anderen Abfühlzellengruppe“ bezeichnet). Denjenigen der ersten und zweiten Ausführungsform ähnliche Wirkungen lassen sich auch in einem Fall erzielen, in dem der Hauptstromwert auf diese Weise ausgehend vom Abfühlstromwert der anderen Abfühlzellengruppe erhalten wird. In diesem Fall entspricht die andere Abfühlzellengruppe der Abfühlstrominformationsabgreifeinrichtung.
  • Obwohl die erste und zweite Ausführungsform die Halbleiterbauteil 20 und 21 beschrieben, die den MOSFET 1 als Halbleitertransistor enthalten, ist der Halbleitertransistor nicht auf einen MOSFET beschränkt. Bei dem Halbleitertransistor kann es sich beispielsweise um einen Isolierschichtbipolartransistor (als IGBT angekürzt) handeln. Denjenigen der ersten und zweiten Ausführungsform ähnliche Wirkungen lassen sich auch in einem Fall erzielen, in dem ein Halbleitertransistor ein IGBT ist.
  • Obwohl in der erste und zweiten Ausführungsform Silicium (Si) als Halbleitermaterial verwendet werden kann, bei dem es sich um ein Hauptmaterial eines Halbleitertransistors wie etwa des in 1 gezeigten MOSFETs 1 handelt, ist es vorzuziehen, einen Halbleiter mit weitem Bandabstand zu verwenden, der einen größeren Bandabstand hat als Si. Beispiele für den Halbleiter mit weitem Bandabstand umfassen Siliciumcarbid (SiC), Materialien auf Galliumnitridbasis wie etwa Galliumnitrid (GaN) und Diamant.
  • Ein Halbleitertransistor, der aus einem Halbleiter mit weitem Bandabstand (im Nachstehenden bisweilen als „Halbleitertransistor mit weitem Bandabstand“ bezeichnet) hergestellt ist, hat höhere Stehspannungseigenschaften und eine höhere zulässige Stromdichte als ein aus Si hergestellter Halbleitertransistor (im Nachstehenden bisweilen als „Si-Transistor“ bezeichnet), was es ermöglicht, einen Halbleitertransistor von der Größe her kleiner auszulegen. Die Verwendung eines wie vorstehend beschrieben verkleinerten Halbleitertransistors ermöglicht es, ein Halbleitermodul von der Größe her kleiner auszulegen, bei dem es sich um ein Halbleiterbauteil handelt, in das diese Halbleitertransistoren als Elemente integriert sind. Ein Halbleiter mit weitem Bandabstand weist im Vergleich zu Si einen geringeren Energieverlust auf, und somit kann die Verwendung eines Halbleiters mit weitem Bandabstand den Wirkungsgrad eines Halbleitertransistors steigern, was zu einem höheren Wirkungsgrad eines Halbleitermoduls führt.
  • Im Vergleich zu einem Si-Transistor kann ein Halbleitertransistor mit weitem Bandabstand bei höheren Zonenübergangstemperaturen arbeiten. Beispielsweise kann ein hauptsächlich aus SiC hergestellter SiC-Transistor bei Zonenübergangstemperaturen von 200°C oder höher arbeiten, wie in Bezugsschrift 2 (Seite 1034, 8) unten beschrieben ist.
  • Bezugsschrift 2: A. Lostetter und 11 weitere Autoren, „High-Temperature Silicon Carbide and Silicon on Insulator Based Integrated Power Modules", VPPC '09, IEEE, 2009, Bd. 2, S. 1032-1035.
  • In der ersten und zweiten Ausführungsform fühlt die Temperaturabfühl- und Schutzschaltung, die aus der Temperaturabfühlschaltung 10 und der Gate-Steuerschaltung 11 besteht, einen abrupten Temperaturanstieg im Inneren des MOSFETs 1 schnell und genau ab und steuert den MOSFET 1 schnell, wie vorstehend beschrieben, um den MOSFET 1 dadurch zu schützen. Mit der Verwendung eines Halbleitertransistors mit weiten Bandabstand wie etwa eines SiC-Transistors als Transistor des vorstehend erwähnten Halbleiterbauteils misst die Temperaturabfühlschaltung 10 die Temperaturkennlinien des Transistors, und die Gate-Steuerschaltung 11 steuert den Transistor. Dies ermöglicht es, einen Transistor sicher zu betreiben, auch wenn die Zonenübergangstemperatur des Transistors 200°C oder mehr erreicht. Entsprechend kann der Bereich einer sicheren Betriebstemperatur eines Halbleiterbauteils, das eine Temperaturabfühl- und Schutzschaltung enthält, ausgeweitet werden. Mit anderen Worten kann ein Halbleiterbauteil mit einem ausgeweiteten sicheren Betriebstemperaturbereich erzielt werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • 4 ist eine Draufsicht, die ein Halbleiterbauteil 100 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ähnlich dem Halbleiterbauteil 20, 21 der ersten und zweiten Ausführungsform besitzt das Halbleiterbauteil 100 der vorliegenden Ausführungsform eine Funktion des Abgreifens von Temperaturinformation, bei der es sich um die Information bezüglich eines darin enthaltenen Halbleitertransistors handelt. In der vorliegenden Ausführungsform besitzt das Halbleiterbauteil 100 darüber hinaus eine Funktion des Abgreifens von Strominformation, bei der es sich um die Information bezüglich eines Stroms handelt, der durch den darin enthaltenen Halbleitertransistor fließt. Das heißt, das Halbleiterbauteil 100 der vorliegenden Ausführungsform ist so ausgelegt, dass es die Temperaturinformation und Strominformation eines Halbleitertransistors abgreift und eine Funktion des Abfühlens einer Übertemperatur und eines Überstroms des Halbleitertransistors hat.
  • In der vorliegenden Ausführungsform fühlt das Halbleiterbauteil 100 die Temperatur eines Halbleitertransistors, speziell die Innentemperatur des Halbleitertransistors als Temperaturinformation eines Halbleitertransistors ab. Die vorliegende Ausführungsform übernimmt die nachstehend beschriebene Auslegung, um das Halbleiterbauteil 100 bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Funktion des schnellen und genauen Abgreifens der Information bezüglich einer Innentemperatur eines Halbleitertransistors zu erhalten und dabei eine Zunahme bei Herstellungsschritten niederzuhalten, und um ein Halbleiterbauteil bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Übertemperatur und einen Überstrom eines Halbleiterbauteils abzufühlen und dabei eine Reduktion einer Wirkfläche eines Halbleiterbauteils niederzuhalten.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, die eine in 4 gezeigte Hauptzellengruppe 102 von der Schnittlinie S1-S1 von 4 aus gesehen zeigt. 6 ist eine Querschnittsansicht, die eine in 4 gezeigte erste Abfühlzellengruppe 103 von der Schnittlinie S2-S2 von 4 aus gesehen zeigt. 7 ist eine Querschnittsansicht, die eine in 4 gezeigte zweite Abfühlzellengruppe 104 von der Schnittlinie S3-S3 von 4 aus gesehen zeigt.
  • Bei dem Halbleiterbauteil 100 der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich um ein Halbleiterbauteil, das einen Siliciumcarbid-(SiC)-Halbleiter umfasst, bei dem es sich um einen Halbleiter mit weitem Bandabstand handelt. Das Halbleiterbauteil 100 wird vorzugsweise als ein Leistungshalbleiterbauteil verwendet. In dem Halbleiterbauteil 100 ist ein MOSFET 101 auf einem Siliciumcarbid-(SiC)-Substrat 121 ausgebildet, bei dem es sich um ein Halbleitersubstrat handelt. In der Realität ist das Halbleiterbauteil 100 so ausgelegt, dass eine Sensorschaltung 144, eine Gate-Treiberschaltung 145 u. dgl. an den MOSFET 101 angeschlossen sind, wie in der nachstehend beschriebenen 34 gezeigt ist. In 4 sind die anderen Komponenten als der MOSFET 101 des einfachen Verständnisses halber jedoch nicht beschrieben. 4 ist eine Draufsicht von einer Seite in einer Dickerichtung des SiC-Substrats 121 her gesehen. Die in 5 bis 7 gezeigten Querschnittsauslegungen sind parallel zur Dickenrichtung des SiC-Substrats 121.
  • Der MOSFET 101 enthält die Hauptzellengruppe 102, die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104. Die Hauptzellengruppe 102, die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 sind auf dem SiC-Substrat 121 ausgebildet, bei dem es sich um dasselbe Halbleitersubstrat handelt. Speziell besteht der MOSFET 101 aus mehreren Zellen 110. Die mehreren Zellen 110 sind auf dem SiC-Substrat 121 ausgebildet, bei dem es sich um dasselbe Halbleitersubstrat handelt, und sind parallelgeschaltet. Wie in 5 bis 7 gezeigt ist, bildet der Bereich zwischen den Mitten von Wannenkontaktzonen 120 eine Zelle 110. Die Zellen 110 sind wiederholt in der Breitenrichtung senkrecht zur Dickenrichtung des SiC-Substrats 121, die in 5 bis 7 die horizontale Richtung des Blatts ist, und senkrecht zur Vorder- und Rückseite des Blatts in 5 bis 7 angeordnet, wodurch der MOSFET 101 gebildet ist. Jede Zelle 110 umfasst eine Gate-Zone 111.
  • Nachstehend ist die Dickenrichtung des SiC-Substrats 121 mit „Z“ bezeichnet, wobei eine Richtung in der Dickenrichtung Z mit „Z1“ bezeichnet ist, und die andere in der Dickenrichtung Z mit „Z2“ bezeichnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform hat das SiC-Substrat 121 eine rechteckige Form, speziell eine quadratische Form. Die Richtung, die senkrecht zur Dickenrichtung Z des SiC-Substrats 121 und parallel zu einem Seitenabschnitt des SiC-Substrats 121 ist, ist als eine „erste Richtung X“ definiert, wobei eine Richtung in der ersten Richtung X mit „X1“ bezeichnet ist, und die andere in der ersten Richtung X mit „X2“ bezeichnet ist. Die Richtung, die senkrecht zur Dickenrichtung Z des SiC-Substrats 121 und senkrecht zur ersten Richtung X ist, ist als „zweite Richtung Y“ definiert, wobei eine Richtung in der zweiten Richtung Y mit „Y1“ bezeichnet ist, und die andere in der zweiten Richtung Y mit „Y2“ bezeichnet ist. Die zweite Richtung Y ist parallel zum Seitenabschnitt des SiC-Substrats 121, der orthogonal zu dessen Seitenabschnitt ist, der parallel zur ersten Richtung X ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die vertikale Richtung des Blatts in 4 die erste Richtung X, und die horizontale Richtung des Blatts in 4 ist die zweite Richtung Y.
  • Die Hauptzellengruppe 102 enthält Teilzellen der mehreren Zellen 110, die den MOSFET 101 bilden. Ein relativ beträchtlicher Strom fließt durch die Hauptzellengruppe 102. In der vorliegenden Ausführungsform fließt der Großteil des zum MOSFET 101 geleiteten Stroms durch die Hauptzellengruppe 102.
  • Die erste und zweite Abfühlzellengruppe 103 und 104 umfassen jeweils andere Teilzellen der mehreren Zellen 110, die den MOSFET 101 bilden. Im Spezielleren umfasst die erste Abfühlzellengruppe 103 zumindest einen Teil der anderen Zellen unter den mehreren Zellen 110, die den MOSFET 101 bilden, mit Ausnahme der Zellen, die in der Hauptzellengruppe 102 und der zweiten Abfühlzellengruppe 104 enthalten sind. Die erste Abfühlzellengruppe 103 entspricht der anderen Abfühlzellengruppe, und die zweite Abfühlzellengruppe 104 entspricht der Abfühlzellengruppe.
  • Ein relativ unbedeutender Strom fließt durch die erste und zweite Abfühlzellengruppe 103 und 104. Die erste und zweite Abfühlzellengruppe 103 und 104 sind Teilzellengruppen, die zum Temperaturabfühlen oder Stromabfühlen verwendet werden. Die erste und zweite Abfühlzellengruppe 103 und 104 werden beispielsweise zum Temperaturabfühlen verwendet, und werden zum Abfühlen der Innentemperatur des MOSFETs 101 verwendet. Die Hauptzellengruppe 102, die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 umfassen jeweils mehrere Zellen 110.
  • Die erste Abfühlzellengruppe 103 hat dieselbe Kanalstruktur wie die Hauptzellengruppe 102. Die zweite Abfühlzellengruppe 104 hat eine andere Kanalstruktur als die Hauptzellengruppe 102. Das heißt, die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 haben unterschiedliche Kanalstrukturen.
  • Deshalb haben die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien. Im Spezielleren haben die Zellen, die die erste Abfühlzellengruppe 103 bilden, und die Zellen, die die zweite Abfühlzellengruppe 104 bilden, unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien. Die spezifischen Temperaturkennlinien geben, wie vorstehend beschrieben, Veränderungen bei spezifischen elektrischen Kennlinien in Bezug auf Veränderungen bei der Temperatur des MOSFETs 101, speziell der Zonenübergangstemperatur des MOSFETs 101 wieder.
  • Der MOSFET 101 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein MOSFET des n-Kanal-Typs. Die Hauptzellengruppe 102 umfasst das SiC-Substrat 121 des n-Typs, eine Siliciumcarbid-Driftschicht 122 des n-Typs, eine Basiszone 117 des p-Typs, eine Source-Zone 118 des n-Typs, eine Kanalzone 119, die Wannenkontaktzone 120 des p-Typs, eine Gate-Isolierschicht 123, die Gate-Zone 111, eine Zwischenlagenisolierschicht 124, eine Haupt-Source-Elektrode 106 und eine Drain-Elektrode 115.
  • Die erste Abfühlzellengruppe 103 hat eine der Hauptzellengruppe 102 ähnliche Auslegung, mit der Ausnahme, dass sie eine erste Abfühl-Source-Elektrode 107 anstelle der Haupt-Source-Elektrode 106 umfasst. Das heißt, die erste Abfühlzellengruppe 103 umfasst das SiC-Substrat 121, eine Siliciumcarbid-Driftschicht 122, die Basiszone 117, die Source-Zone 118, die Kanalzone 119, die Wannenkontaktzone 120, die Gate-Isolierschicht 123, die Gate-Zone 111, die Zwischenlagenisolierschicht 124, die erste Abfühl-Source-Elektrode 107 und die Drain-Elektrode 115.
  • Die zweite Abfühlzellengruppe 104 hat eine der Hauptzellengruppe 102 ähnliche Auslegung, mit der Ausnahme, dass sie eine zweite Abfühl-Source-Elektrode 108 anstelle der Haupt-Source-Elektrode 106 umfasst und die Kanalzone 119 nicht umfasst. Das heißt, die zweite Abfühlzellengruppe 104 umfasst das SiC-Substrat 121, die Siliciumcarbid-Driftschicht 122, die Basiszone 117, die Source-Zone 118, die Wannenkontaktzone 120, die Gate-Isolierschicht 123, die Gate-Zone 111, die Zwischenlagenisolierschicht 124, die zweite Abfühl-Source-Elektrode 108 und die Drain-Elektrode 115.
  • Die Gate-Zonen 111 der Hauptzellengruppe 102, der ersten Abfühlzellengruppe 103 und der zweiten Abfühlzellengruppe 104 sind an eine ihnen gemeinsame Gate-Elektrode 105 angeschlossen. Die Hauptzellengruppe 102 ist über die Haupt-Source-Elektrode 106 an einen Haupt-Source-Anschluss 112 angeschlossen. Die erste Abfühlzellengruppe 103 ist über die erste Abfühl-Source-Elektrode 107 an einen ersten Abfühl-Source-Anschluss 113 angeschlossen. Die zweite Abfühlzellengruppe 104 ist über die zweite Abfühl-Source-Elektrode 108 an einen zweiten Abfühl-Source-Anschluss 114 angeschlossen.
  • Die Haupt-Source-Elektrode 106 ist in einer konvexen Form ausgebildet, so dass, von der Seite Z1 in der Dickenrichtung des SiC-Substrats 121 aus gesehen, deren mittlerer Abschnitt in der zweiten Richtung Y, die in 4 horizontal zum Blatt ist, zur Oberseite in der ersten Richtung X, die in 4 vertikal zum Blatt ist, d.h. zu X1 in der ersten Richtung vorsteht. Die erste und zweite Abfühl-Source-Elektrode 107 und 108 sind, von der Seite Z1 in der Dickenrichtung des SiC-Substrats 121 gesehen, in einer rechteckigen Form, speziell einer länglichen Form ausgebildet und jeweils auf beiden Seiten des vorstehenden Abschnitts (im Nachstehenden als „vorstehender Abschnitt“ bezeichnet) der Haupt-Source-Elektrode 106 angeordnet. Die erste und zweite Abfühl-Source-Elektrode 107 und 108 sind so vorgesehen, dass sie sich über den vorstehenden Abschnitt der Haupt-Source-Elektrode 106 hinaus zur Oberseite des Blatts in 4, d.h. zu X1 hin in der ersten Richtung erstrecken. Ein rechteckiger Abschnitt (im Nachstehenden bisweilen als „Kontaktfleckteil“ bezeichnet), der als externer Ausgangskontaktfleck der Gate-Elektrode 105 dient, ist in einem Abschnitt angeordnet, der dem vorstehenden Abschnitt der Haupt-Source-Elektrode 106 entgegengesetzt ist und sich zwischen den zwei Abfühl-Source-Elektroden, der ersten und der zweiten Abfühl-Source-Elektrode 107 und 108 befindet.
  • Die Gate-Elektrode 105 umfasst das Kontaktfleckteil 151 und eine Einfassung 152, die elektrisch an das Kontaktfleckteil 151 angeschlossen und dazu vorgesehen ist, die Hauptzellengruppe 102, die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 zu umgeben. Im Spezielleren ist die Einfassung 152 der Gate-Elektrode 105 dazu vorgesehen, die Haupt-Source-Elektrode 106, die erste Abfühl-Source-Elektrode 107 und die zweite Abfühl-Source-Elektrode 108 zu umgeben. Die Gate-Elektrode 105 ist über die Einfassung 152 um Haupt-Source-Elektrode 106, die erste Abfühl-Source-Elektrode 107 und die zweite Abfühl-Source-Elektrode 108 elektrisch an die Gate-Zone 111 angeschlossen und fungiert als externe Ausgangselektrode der Gate-Zone 111.
  • Die Haupt-Source-Elektrode 106, die erste Abfühl-Source-Elektrode 107 und die zweite Abfühl-Source-Elektrode 108 sind jeweils über Kontaktöffnungen elektrisch an die Source-Zone 118 und die Wannenkontaktzone 120 angeschlossen. Die Haupt-Source-Elektrode 106, die erste Abfühl-Source-Elektrode 107 und die zweite Abfühl-Source-Elektrode 108 dienen per se als externe Ausgangselektroden.
  • Die Drain-Elektrode 115 ist allen Zellen 110 gemeinsam, die die Hauptzellengruppe 102, die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 bilden, und ist an den Drain-Anschluss 116 angeschlossen. Die Drain-Elektrode 115 ist über der gesamten Oberfläche auf der Seite Z2 in der Dickenrichtung des SiC-Substrats 121 ausgebildet. Die Drain-Elektrode 115 fungiert per se als externe Ausgangselektrode.
  • Sämtliche Zellen 110, die die Hauptzellengruppe 102, die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 bilden, umfassen die Basiszone 117, die Source-Zone 118 und die Wannenkontaktzone 120, und führen als MOSFET 101 einen Schaltbetrieb durch. Die Hauptzellengruppe 102 und die erste Abfühlzellengruppe 103 umfassen die Kanalzone 119 und haben eine kleinere Schwellenspannung als die zweite Abfühlzellengruppe 104.
  • Der MOSFET 1 gemäß der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform hat eine dem MOSFET 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ähnliche Auslegung, mit der Ausnahme, dass er die erste Abfühlzellengruppe 103 nicht umfasst, die der anderen Abfühlzellengruppe entspricht. Speziell hat die Hauptzellengruppe 2 des MOSFETs 1 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform eine der Hauptzellengruppe 102 des MOSFETs 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ähnliche Auslegung. Auch hat die Abfühlzellengruppe 3 des MOSFETs 1 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform eine der zweiten Abfühlzellengruppe 104 des MOSFETs 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ähnliche Auslegung.
  • Als Nächstes wird das Verfahren zum Herstellen des Halbleiterbauteils 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 8 bis 31 sind Ansichten zum Beschreiben des Verfahrens zum Herstellen des Halbleiterbauteils 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 5 bis 7 zeigen 8 bis 31 die Querschnittsauslegungen parallel zur Dickenrichtung des SiC-Substrats 121.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand in einem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Siliciumcarbid-Driftschicht 122 abgeschlossen war. Zuerst wird die Siliciumcarbid-Driftschicht 122 auf einer Oberfläche einer Seite in der Dickenrichtung des Siliciumcarbid-(SiC)-Substrats 121 ausgebildet. Die Siliciumcarbid-Driftschicht 122 wird über der gesamten Oberfläche einer Seite in der Dickenrichtung des SiC-Substrats 121 ausgebildet, das heißt, die Siliciumcarbid-Driftschicht 122 wird über einer Zone (im Nachstehenden als „Hauptzellengruppenausbildungszone“ bezeichnet) 102A, die als eine Zone vorbestimmt ist, in der die Hauptzellengruppe 102 ausgebildet ist, einer Zone (im Nachstehenden als „erste Abfühlzellengruppeausbildungszone“ bezeichnet) 103A, die als eine Zone vorbestimmt ist, in der die erste Abfühlzellengruppe 103 ausgebildet ist, und einer Zone (im Nachstehenden als „zweite Abfühlzellengruppeausbildungszone“ bezeichnet) 104A ausgebildet, die als eine Zone vorbestimmt ist, in der die zweite Abfühlzellengruppe 104 ausgebildet ist. Der in 8 gezeigte Zustand entspricht dem Zustand jeweils der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A, der ersten Abfühlzellengruppeausbildungszone 103 und der zweiten Abfühlzellengruppeausbildungszone 104A.
  • Ein SiC-Substrat des n-Typs, das einen geringen Widerstand hat, wird als das SiC-Substrat 121 verwendet. Die Siliciumcarbid-Driftschicht 122 wird als eine aus Siliciumcarbid hergestellte Halbleiterschicht des n-Typs ausgebildet. Die Siliciumcarbid-Driftschicht 122 wird durch epitaktisches Wachstum beispielsweise mittels eines chemischen Abscheidungsprozesses aus der Dampfphase (als CVD-Prozess abgekürzt) ausgebildet. Die Konzentration an Fremdstoffen des n-Typs in der Siliciumcarbid-Driftschicht 122 beträgt beispielsweise 1×1015 cm-3 bis 1×1017 cm-3. Das Dickenmaß (im Nachstehenden bisweilen als „Dicke“ bezeichnet) der Siliciumcarbid-Driftschicht 122 beträgt beispielsweise 5 µm bis 50 µm.
  • 9 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand in einem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Basiszone 117 abgeschlossen war. Der in 9 gezeigte Zustand entspricht dem Zustand jeweils der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A, der ersten Abfühlzellengruppeausbildungszone 103A und der zweiten Abfühlzellengruppeausbildungszone 104A.
  • Wie in 9 gezeigt ist, wird nach der Ausbildung der Siliciumcarbid-Driftschicht 122 eine erste Maske 131 auf einer Oberfläche einer Seite der Siliciumcarbid-Driftschicht 122, die zu der mit dem SiC-Substrat 121 in Kontakt stehenden Seite entgegengesetzt ist, d.h. auf einer Oberfläche einer Seite in deren Dickenrichtung ausgebildet. Dann werden Fremdstoffe des p-Typs (im Nachstehenden bisweilen als „p-Typ-Fremdstoffe“ bezeichnet), speziell Aluminium (Al) von einer Seite in der Dickenrichtung des SiC-Substrats 121 her in die Oberfläche der Siliciumcarbid-Driftschicht 122 ionenimplantiert, auf der die erste Maske 131 ausgebildet ist. Im Ergebnis sind p-Typ-Fremdstoffe in die Oberfläche der Siliciumcarbid-Driftschicht 122 ionenimplantiert, die sich in einem nicht durch die erste Maske 131 bedeckten Abschnitt befindet.
  • Die Zone, in die p-Typ-Fremdstoffe in die Siliciumcarbid-Driftschicht 122 ionenimplantiert sind, wird zum p-Typ. Die zum p-Typ gemachte Zone dient als die Basiszone 117. Die Basiszone 117 wird jeweils in der Hauptzellengruppenausbildungszone, der ersten Abfühlzellengruppeausbildungszone und der zweiten Abfühlzellengruppeausbildungszone ausgebildet. Die Tiefe bei der Ionenimplantation der p-Typ-Fremdstoffe, d.h. die Dicke der Basiszone 117, wird so angesetzt, dass sie die Dicke der Siliciumcarbid-Driftschicht 122 nicht übersteigt, die speziell ungefähr 0,5 µm bis 3 µm beträgt. Die Konzentration der ionenimplantierten p-Typ-Fremdstoffe (im Nachstehenden bisweilen als „p-Typ-Fremdstoffkonzentration“ bezeichnet), d.h. die p-Typ-Fremdstoffkonzentration der Basiszone 117 fällt in den Bereich von 1×1017 cm-3 bis 1×1019 cm-3 und ist höher als die p-Typ-Fremdstoffkonzentration der Siliciumcarbid-Driftschicht 122.
  • 10 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand in einem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Source-Zone 118 abgeschlossen war. Der in 10 gezeigte Zustand entspricht dem Zustand jeweils der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A, der ersten Abfühlzellengruppeausbildungszone 103A und der zweiten Abfühlzellengruppeausbildungszone 104A.
  • Nach der Ausbildung der Basiszone 117 wird die erste Maske 131 entfernt. Dann wird, wie in 10 gezeigt, eine zweite Maske 132 erneut auf der Oberfläche einer Seite in der Dickenrichtung der Siliciumcarbid-Driftschicht 122 ausgebildet. Dann werden Fremdstoffe des n-Typs (im Nachstehenden bisweilen als „n-Typ-Fremdstoffe“ bezeichnet), speziell Stickstoff (N), von einer Seite in der Dickenrichtung des SiC-Substrats 121 her in die Oberfläche der Siliciumcarbid-Driftschicht 122, auf der die zweite Maske 132 ausgebildet ist, speziell einen Teil der Oberfläche der Basiszone 117, ionenimplantiert. Im Ergebnis sind n-Typ-Fremdstoffe in eine Oberfläche der Siliciumcarbid-Driftschicht 122, die nicht mit der zweiten Maske 132 bedeckt ist, speziell in einen Teil der Oberfläche der Basiszone 117 ionenimplantiert.
  • Die Zone, in die n-Typ-Fremdstoffe in der Siliciumcarbid-Driftschicht 122 ionenimplantiert sind, speziell die Zone, in die n-Typ-Fremdstoffe in der Basiszone 117 ionenimplantiert sind, wird zum n-Typ. Die Zone, die zum n-Typ gemacht wurde, dient als Source-Zone 118. Die Source-Zone 118 ist in jeweils der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A, der ersten Abfühlzellengruppeausbildungszone 103A und der zweiten Abfühlzellengruppeausbildungszone 104A ausgebildet.
  • Die Tiefe bei der Ionenimplantation der n-Typ-Fremdstoffe, d.h. die Dicke der Source-Zone 118, ist geringer die Dicke der Basiszone 117. Mit anderen Worten wird die Source-Zone 118 flacher als die Basiszone 117 ausgebildet. Die Konzentration der ionenimplantierten n-Typ-Fremdstoffe (im Nachstehenden bisweilen als „n-Typ-Fremdstoffkonzentration“ bezeichnet), d.h. die n-Typ-Fremdstoffkonzentration der Source-Zone 118 fällt beispielsweise in den Bereich von 1×1018 cm-3 bis 1×1021 cm-3 und übersteigt die p-Typ-Fremdstoffkonzentration der Basiszone 117, d.h. ist höher als die p-Typ-Fremdstoffkonzentration der Basiszone 117.
  • 11 bis 13 sind Querschnittsansichten, die Zustände in einem Stadium zeigen, als die Ausbildung der Kanalzone 119 abgeschlossen war. 11 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Kanalzone 119 abgeschlossen war. 12 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Kanalzone 119 abgeschlossen war. 13 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der zweiten Abfühlzellengruppenausbildungszone 104A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Kanalzone 119 abgeschlossen war.
  • Nach der Ausbildung der Source-Zone 118 wird die zweite Maske 132 entfernt. Dann wird, wie in 11 bis 13 gezeigt, eine dritte Maske 133 erneut auf der Oberfläche einer Seite in der Dickenrichtung der Siliciumcarbid-Driftschicht 122 ausgebildet. Die dritte Maske 133 wird so ausgebildet, dass die die Siliciumcarbid-Driftschichten 122 der in 11 gezeigten Hauptzellengruppenausbildungszone 102A und der in 12 gezeigten ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A nicht bedeckt, sondern freilässt und die Oberfläche der Siliciumcarbid-Driftschicht 122 der zweiten Abfühlzellengruppenausbildungszone 104A bedeckt, wie in 13 gezeigt ist.
  • N-Typ-Fremdstoffe werden, speziell wird N von einer Seite in der Dickenrichtung des SiC-Substrats 121 her in die Oberfläche der Siliciumcarbid-Driftschicht 122 ionenimplantiert, auf der die dritte Maske 133 ausgebildet ist. Im Ergebnis sind n-Typ-Fremdstoffe in der Oberfläche der Siliciumcarbid-Driftschicht 122, die nicht mit der dritten Maske 133 bedeckt ist, speziell in den Oberflächen der Siliciumcarbid-Driftschichten 122 der in 11 gezeigten Hauptzellengruppenausbildungszone 102A und der in 12 gezeigten ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A ionenimplantiert.
  • Die Zone der Siliciumcarbid-Driftschicht 122, bei der es sich vor der Ionenimplantation um keinen n-Typ handelte, wird durch die Ionenimplantation von n-Typ-Fremdstoffen zum n-Typ. Von der Zone der Siliciumcarbid-Driftschicht 122, in die n-Typ-Fremdstoffe ionenimplantiert sind, wird die Zone, bei der es sich um keinen n-Typ handelte, das heißt, der Siliciumcarbid-Driftschichten 122 der in 11 gezeigten Hauptzellengruppenausbildungszone 102A und der in 12 gezeigten ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A, der übrigen Zone, mit Ausnahme der Source-Zone 118, bei der es sich um den n-Typ handelte, zum n-Typ gemacht. Die zum n-Typ gemachte Zone dient als die Kanalzone 119.
  • Die Tiefe bei der Ionenimplantation der n-Typ-Fremdstoffe, das heißt, die Dicke der Kanalzone 119, ist geringer als die der Source-Zone 118. Mit anderen Worten ist die Kanalzone 119 flacher ausgebildet als die Source-Zone 118. Die Konzentration der ionenimplantierten n-Typ-Fremdstoffe, das heißt die n-Typ- Fremdstoffkonzentration der Kanalzone 119 fällt beispielsweise in den Bereich von 1×1017 cm-3 bis 1×1019 cm-3.
  • 14 bis 16 sind Querschnittsansichten, die Zustände in einem Stadium zeigen, als die Ausbildung der Wannenkontaktzone 120 abgeschlossen war. 14 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Wannenkontaktzone 120 abgeschlossen war. 15 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Wannenkontaktzone 120 abgeschlossen war. 16 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der zweiten Abfühlzellengruppenausbildungszone 104A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Wannenkontaktzone 120 abgeschlossen war.
  • Nach der Ausbildung der Kanalzone 119 wird die dritte Maske 133 entfernt. Dann wird, wie in 14 bis 16 gezeigt, eine vierte Maske 134 erneut auf einer Oberfläche einer Seite in der Dickenrichtung der Siliciumcarbid-Driftschicht 122 ausgebildet. Die vierte Maske 134 ist in einer Zone geöffnet (im Nachstehenden bisweilen als „Wannenkontaktausbildungszone“ bezeichnet), die als die Zone vorbestimmt ist, in der die Wannenkontaktzone 120 in der in der Siliciumcarbid-Driftschicht 122 ausgebildeten Source-Zone 118 ausgebildet ist, und ist so ausgebildet, dass sie die Siliciumcarbid-Driftschicht 122 in der anderen Zone bedeckt. P-Typ-Fremdstoffe werden, speziell wird Al von einer Seite in der Dickenrichtung des SiC-Substrats 121 her in die Oberfläche der Siliciumcarbid-Driftschicht 122 ionenimplantiert, auf der die vierte Maske 134 ausgebildet ist. Im Ergebnis sind p-Typ-Fremdstoffe in der Oberfläche der Siliciumcarbid-Driftschicht 122, die nicht mit der vierten Maske 134 bedeckt ist, das heißt, der Wannenkontaktausbildungszone der Source-Zone 118 ionenimplantiert.
  • In der Siliciumcarbid-Driftschicht 122 war die Zone, in die p-Typ-Fremdstoffe ionenimplantiert sind, das heißt, die Wannenkontaktausbildungszone der Source-Zone 118, vor der Ionenimplantation vom n-Typ, ist aber durch die Ionenimplantation von p-Typ-Fremdstoffen zum p-Typ gemacht worden. Die zum p-Typ gemachte Zone dient als Wannenkontaktzone 120.
  • Die Tiefe bei der Ionenimplantation von p-Typ-Fremdstoffen, das heißt, die Dicke der Wannenkontaktzone 120 ist in 14 bis 16 als eine Dicke beschrieben, die gleich derjenigen der Source-Zone 118 ist, in der Realität aber größer ist als diejenige der Source-Zone 118 und geringer als diejenige der Basiszone 117. Mit anderen Worten ist die Wannenkontaktzone 120 tiefer als die Source-Zone 118 und flacher als die Basiszone 117 ausgebildet. Die Konzentration der ionenimplantierten p-Typ-Fremdstoffe fällt beispielsweise in den Bereich von 1×1019 cm-3 bis 1×1021 cm-3 und übersteigt die n-Typ-Fremdstoffkonzentration der Source-Zone 118, d.h. ist größer als die n-Typ-Fremdstoffkonzentration der Source-Zone 118.
  • Dann wird die vierte Maske 134 entfernt und es erfolgt ein Tempern unter einer Atmosphäre von Schutzgas wie etwa einem Argon-(Ar)-Gas mittels einer Wärmebehandlungsvorrichtung. Das Tempern erfolgt bei einer Temperatur von beispielsweise 1.300°C bis 1.900°C über 30 Sekunden bis zu einer Stunde. Beim Tempern werden n-Typ-Fremdstoffe wie etwa N und p-Typ-Fremdstoffe wie etwa Al, die ionenimplantiert wurden, aktiviert.
  • 17 bis 19 sind Querschnittsansichten, die Zustände in einem Stadium zeigen, als die Ausbildung der Gate-Isolierschicht 123 abgeschlossen war. 17 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Gate-Isolierschicht 123 abgeschlossen war. 18 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Gate-Isolierschicht 123 abgeschlossen war. 19 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der zweiten Abfühlzellengruppenausbildungszone 104A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Gate-Isolierschicht 123 abgeschlossen war. Nach dem Ausbilden und dann Tempern der wie in 17 bis 19 gezeigten Wannenkontaktzone 120, wird die Oberfläche der Siliciumcarbid-Driftschicht 122, die die Basiszone 117, die Source-Zone 118, die Kanalzone 119 und die Wannenkontaktzone 120 enthält, thermisch oxidiert, um dadurch die Gate-Isolierschicht 123 mit einer gewünschten Dicke auszubilden.
  • 20 bis 22 sind Querschnittsansichten, die Zustände in einem Stadium zeigen, als die Ausbildung der leitfähigen Gate-Schicht 111A abgeschlossen war. 20 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der leitfähigen Gate-Schicht 111A abgeschlossen war. 21 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der leitfähigen Gate-Schicht 111A abgeschlossen war. 22 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der zweiten Abfühlzellengruppenausbildungszone 104A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der leitfähigen Gate-Schicht 111A abgeschlossen war. Nach dem Ausbilden der wie in 20 bis 22 gezeigten Gate-Isolierschicht 123, wird die leitfähige Gate-Schicht 111A, um als Gate-Zone 111 zu dienen, speziell eine leitfähige Polysiliciumschicht beispielsweise durch das Niederdruck-CVD-Verfahren auf der Gate-Isolierschicht 123 ausgebildet.
  • 23 bis 25 sind Querschnittsansichten, die Zustände in einem Stadium zeigen, als die Ausbildung der Gate-Zone 111 abgeschlossen war. 23 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Gate-Zone 111 abgeschlossen war. 24 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Gate-Zone 111 abgeschlossen war. 25 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der zweiten Abfühlzellengruppenausbildungszone 104A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Gate-Zone 111 abgeschlossen war.
  • Nach der Ausbildung der leitfähigen Gate-Schicht 111A werden die leitfähige Gate-Schicht 111A und die Gate-Isolierschicht 123 wie in 23 bis 25 gezeigt strukturiert, um dadurch die Gate-Zone 111 auszubilden. Die leitfähige Gate-Schicht 111A und die Gate-Isolierschicht 123 werden geöffnet, indem der Abschnitt entfernt wird, der die Wannenkontaktzone 120 und die Source-Zone 118 um die Wannenkontaktzone 120 herum bedeckt, und sie werden so strukturiert, dass die Wannenkontaktzone 120 und die Source-Zone 118 um die Wannenkontaktzone 120 herum durch die Öffnung hindurch freiliegen.
  • 26 bis 28 sind Querschnittsansichten, die Zustände in einem Stadium zeigen, als die Ausbildung der Zwischenlagenisolierschicht 124 abgeschlossen war. 26 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Zwischenlagenisolierschicht 124 abgeschlossen war. 27 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Zwischenlagenisolierschicht 124 abgeschlossen war. 28 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der zweiten Abfühlzellengruppenausbildungszone 104A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Zwischenlagenisolierschicht 124 abgeschlossen war.
  • Nach der Ausbildung der wie in 26 bis 28 gezeigten Gate-Zone 111, wird die Zwischenlagenisolierschicht 124 durch das CVD-Verfahren ausgebildet, um die Gate-Zone 111 und die Source-Zone 118 zu trennen. Die Zwischenlagenisolierschicht 124 wird die Gate-Zone 111 und die Gate-Isolierschicht 123 bedeckend ausgebildet, und die Source-Zone 118 und die Wannenkontaktzone 120 liegen durch die Öffnungen der Gate-Zone 111 und der Gate-Isolierschicht 123 hindurch frei.
  • 29 bis 32 sind Querschnittsansichten, die Zustände in einem Stadium zeigen, als die Ausbildung der Source-Kontaktöffnung 125 und der Gate-Kontaktöffnung 126 abgeschlossen war. 29 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Source-Kontaktöffnung 125 und der Gate-Kontaktöffnung 126 abgeschlossen war. 30 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Source-Kontaktöffnung 125 und der Gate-Kontaktöffnung 126 abgeschlossen war. 31 ist die Querschnittsansicht, die den Zustand der zweiten Abfühlzellengruppenausbildungszone 104A in dem Stadium zeigt, als die Ausbildung der Source-Kontaktöffnung 125 und der Gate-Kontaktöffnung 126 abgeschlossen war. 32 ist eine Draufsicht, die einen Zustand in einem Stadium zeigt, in dem die Ausbildung der Source-Kontaktöffnung 125 und der Gate-Kontaktöffnung 126 abgeschlossen war.
  • Nach der Ausbildung der wie in 29 bis 32 gezeigten Zwischenlagenisolierschicht 124, wird die Zwischenlagenisolierschicht 124 geöffnet, um jeweils mit der Source-Zone 118 und der Gate-Zone 111 in Kontakt zu kommen, um dadurch die Source-Kontaktöffnung 125 und die Gate-Kontaktöffnung 126 auszubilden. Im Ergebnis liegen die Wannenkontaktöffnung 120 und die Source-Zone 118 um die Wannenkontaktöffnung 120 herum durch die Source-Kontaktöffnung 125 hindurch frei. Außerdem liegt die Gate-Zone 111 durch die Gate-Kontaktöffnung 126 hindurch frei. Obwohl 32 des einfachen Verständnisses halber die Source-Kontaktöffnung 125 nicht zeigt, ist die Source-Kontaktöffnung 125, wie in 29 bis 31 gezeigt, jeweils in der Hauptzellengruppenausbildungszone 102A, der ersten Abfühlzellengruppenausbildungszone 103A und der zweiten Abfühlzellengruppenausbildungszone 104A ausgebildet.
  • Dann werden, wie in den vorstehend beschriebenen 5 bis 7 gezeigt, die Haupt-Source-Elektrode 106, die erste Abfühl-Source-Elektrode 107 und die zweite Abfühl-Source-Elektrode 108 ausgebildet. Die Haupt-Source-Elektrode 106, die erste Abfühl-Source-Elektrode 107 und die zweite Abfühl-Source-Elektrode 108 werden so ausgebildet, dass sie die Source-Kontaktöffnung 125 füllen und die Zwischenlagenisolierschicht 124 und die Source-Zone 118 und die Wannenkontaktöffnung 120 bedecken, die durch die Source-Kontaktöffnung 125 hindurch freiliegen.
  • Dann wird, wie in der vorstehend beschriebenen 4 gezeigt, die Gate-Elektrode 105 ausgebildet. Die Gate-Elektrode 105 wird so ausgebildet, dass sie die Gate-Kontaktöffnung 126 füllt und die Zwischenlagenisolierschicht 124 und die Gate-Zone 111 bedeckt, die durch die Gate-Kontaktöffnung 126 hindurch freiliegen. Dann wird, wie in 5 bis 7 gezeigt, die Drain-Elektrode 115 auf der Oberfläche der Seite Z2 in der Dickenrichtung des SiC-Substrats 121 ausgebildet. Im Ergebnis ist der in 4 bis 7 gezeigte Vertikal-MOSFET 101 fertig. Die Sensorschaltung 144, die Gate-Treiberschaltung 145 u. dgl., werden an den auf diese Weise ausgebildeten MOSFET 101 wie in der nachstehend beschriebenen 34 gezeigt angeschlossen, um dadurch das Halbleiterbauteil 100 zu erhalten.
  • Als Nächstes wird der Betrieb des MOSFETs 101 in dem Halbleiterbauteil 100 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wie vorstehend beschrieben, haben die Hauptzellengruppe 102 und die erste Abfühlzellengruppe 103 eine andere Kanalstruktur als die zweite Abfühlzellengruppe 104. Speziell ist zusätzlich zu einer der zweiten Abfühlzellengruppe 104 ähnlichen Struktur die Kanalzone 119 des n-Typs in der Hauptzellengruppe 102 und der erste Abfühlzellengruppe 103 ausgebildet. Dementsprechend haben die Hauptzellengruppe 102 und die erste Abfühlzellengruppe 103 eine niedrigere Schwellenspannung als die zweite Abfühlzellengruppe 104. Eine Differenz bei der Schwellenspannung erscheint als Differenz bei den spezifischen Temperaturkennlinien.
  • Die spezifischen Temperaturkennlinien geben Veränderungen bei spezifischen elektrischen Kennlinien in Bezug auf Veränderungen bei der Temperatur des MOSFETs 101, speziell Veränderungen bei der Innentemperatur des MOSFETs 101, das heißt, die Temperaturabhängigkeit von spezifischen elektrischen Kennlinien wieder. Bei den spezifischen elektrischen Kennlinien handelt es sich beispielsweise um Strom-/Spannungskennlinien, die das Verhältnis zwischen einem Drain-Strom und einer Drain-Spannung wiedergeben. Das heißt, die Hauptzellengruppe 102 und die erste Abfühlzellengruppe 103 haben beispielsweise eine andere Temperaturabhängigkeit der Strom-/Spannungskennlinien als die zweite Abfühlzellengruppe 104.
  • Die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 umfassen die ihnen gemeinsame Gate-Elektrode 105 und Drain-Elektrode 115, und sind somit in der Lage, gleichzeitig mit dem Ansteuern des MOSFETs 101, die Innentemperatur des MOSFETs 101 durch einen Vergleich zwischen den spezifischen elektrischen Kennlinien der ersten Abfühlzellengruppe 103 und den spezifischen elektrischen Kennlinien der zweiten Abfühlzellengruppe 104 abzufühlen.
  • Speziell sind die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 in den MOSFET 101 integriert, bei dem es sich um denselben Halbleitertransistor handelt, und weisen somit dieselbe Temperatur auf. Wie vorstehend beschrieben, haben die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 beispielsweise auch unterschiedliche Temperaturabhängigkeiten von Strom-/Spannungskennlinien. Die Temperaturabhängigkeit von Strom-/Spannungskennlinien bei der ersten Abfühlzellengruppe 103 und der zweiten Abfühlzellengruppe 104 erscheint als eine Differenz zwischen einem Wert eines durch die erste Abfühlzellengruppe 103 fließenden Stroms (im Nachstehenden bisweilen als „erster Abfühlstrom“ bezeichnet) und einem Wert eines durch die zweite Abfühlzellengruppe 104 fließenden Stroms (im Nachstehenden bisweilen als „zweiter Abfühlstrom“ bezeichnet). Deshalb kann die Temperatur des MOSFETs 101, speziell die Innentemperatur des MOSFETs 101 auf Grundlage eines Werts des ersten Abfühlstroms und eines Werts des zweiten Abfühlstroms abgefühlt werden.
  • Die Hauptzellengruppe 102 und die erste Abfühlzellengruppe 103 haben dieselbe Zellenstruktur und sind in der Lage, den durch die Hauptzellengruppe 102 fließenden Strom (im Nachstehenden bisweilen als „Hauptstrom“ bezeichnet) ausgehend vom Wert des durch die erste Abfühlzellengruppe 103 fließenden ersten Abfühlstroms und dem Verhältnis der Anzahl von Zellen zwischen der Hauptzellengruppe 102 und der ersten Abfühlzellengruppe 103 abzufühlen.
  • 33 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel der Temperaturabhängigkeit von einem Verhältnis zwischen dem ersten Abfühlstrom und dem zweiten Abfühlstrom während des Betriebs des MOSFETs 101 zeigt. Die vertikale Achse von 33 stellt ein Verhältnis zwischen dem ersten Abfühlstrom und dem zweiten Abfühlstrom, speziell einen Wert, der erhalten wird, indem der erste Abfühlstrom durch den zweiten Abfühlstrom (erster Abfühlstrom/zweiter Abfühlstrom) dividiert wird, das heißt, ein Verhältnis des Werts des ersten Abfühlstroms zum Wert des zweiten Abfühlstroms dar (in Nachstehenden bisweilen als „Abfühlstromverhältnis“ bezeichnet).
  • Die horizontale Achse von 33 stellt die Innentemperatur des MOSFETs 101 dar. Die Hauptzellengruppe 102, die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 sind in den MOSFET 101 integriert, bei dem es sich um denselben Halbleitertransistor handelt, und weisen somit dieselbe Innentemperatur auf. Deshalb handelt es sich bei der Innentemperatur des MOSFETs 101, die durch die horizontale Achse von 33 angegeben ist, um die Innentemperatur jeweils in der Hauptzellengruppe 102, der ersten Abfühlzellengruppe 103 und der zweiten Abfühlzellengruppe 104.
  • Die in 33 gezeigte grafische Darstellung enthüllt, dass die Innentemperatur des MOSFETs 101 und das Abfühlstromverhältnis (erster Abfühlstrom/zweiter Abfühlstrom) in einem proportionalen Verhältnis stehen. Deshalb ist es möglich, die Innentemperatur des MOSFETs 101 abzufühlen, wenn ein Wert des ersten Abfühlstroms und eine Wert des zweiten Abfühlstroms ermittelt sind.
  • Gemäß der in 33 gezeigten grafischen Darstellung leitet die in der nachstehend beschrieben 34 gezeigte Sensorschaltung 144 einen Wert des Abfühlstromverhältnisses (erster Abfühlstrom/zweiter Abfühlstrom) ausgehend von einer Berechnung ab, und die Gate-Treiberschaltung 145 steuert den MOSFET 101 auf Grundlage des abgeleiteten Abfühlstromverhältnisses, wodurch der MOSFET 101 vor einem Übertemperaturzustand geschützt werden kann. In diesem Fall fungiert die Gate-Treiberschaltung 145 als eine Schutzschaltung. Speziell kann der MOSFET 101 durch die Konstruktion vor einem Übertemperaturzustand geschützt werden, in der die Schutzschaltung dann wirkt, das heißt die Gate-Treiberschaltung 145 ein Ansteuern des MOSFETs 101 unterbricht, wenn das Abfühlstromverhältnis beispielsweise zu 0,8 oder geringer als eine Übertemperatur wird.
  • Die Flanke der geraden Linie und der Wert des Abfühlstromverhältnisses, die in 33 gezeigt sind, können mühelos durch die Konstruktion mit einem veränderbaren Verhältnis zwischen der Zellenanzahl der ersten Abfühlzellengruppe 103 und er Zellenanzahl der zweiten Abfühlzellengruppe 104 gesteuert werden.
  • 34 ist ein elektrischer Schaltplan, der die Auslegung des Halbleiterbauteils 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Halbleiterbauteil 100 der vorliegenden Ausführungsform umfasst den MOSFET 101, den Haupt-Source-Anschluss 112, den erste Abfühl-Source-Anschluss 113, den zweiten Abfühl-Source-Anschluss 114, den Drain-Anschluss 116, einen Gate-Anschluss 141, einen ersten Abfühlwiderstand 142, einen zweiten Abfühlwiderstand 143, die Sensorschaltung 144 und die Gate-Treiberschaltung 145. Die Gate-Treiberschaltung 145 entspricht einer Steuerschaltung.
  • Der MOSFET 101 umfasst die Hauptzellengruppe 102, die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104. das Halbleiterbauteil 100 ist über den Drain-Anschluss 116 an die Last L angeschlossen und steuert die Last L an.
  • 34 zeigt den Fall, in dem eine Zelle, die die Hauptzellengruppe 102 bildet, eine Zelle, die die erste Abfühlzelle 103, und eine Zelle, die die zweite Abfühlzellengruppe 104 bildet, des einfachen Verständnisses halber parallelgeschaltet sind. In der Realität umfassen die Hauptzellengruppe 102, die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 jedoch jeweils mehrere Zellen, und die mehreren Zellen sind parallelgeschaltet.
  • Die Hauptzellengruppe 102 besitzt eine größere Anzahl an in ihr enthaltenen Zellen, das heißt, enthält im Vergleich zur ersten und zweiten Abfühlzellengruppe 103 und 104 eine größere Anzahl an Zellen, um einen zum Ansteuern der Last L ausreichenden Strom aus einer Energiequelle 147 zur Last L zu liefern. Die erste und zweite Abfühlzellengruppe 103 und 104 sind vorgesehen, um die Innentemperatur des MOSFETs 101 abzufühlen und werden lediglich dazu gebraucht, den zum Abfühlen der Temperatur ausreichenden Strom zu ermitteln, und besitzen deshalb im Vergleich zur Hauptzellengruppe 102 eine geringere Anzahl an Zellen. Im Ergebnis fließt ein relativ beträchtlicher Strom durch die Hauptzellengruppe 102, wohingegen ein relativ unbedeutender Strom durch die erste und zweite Abfühlzellengruppe 103 und 104 fließt.
  • Das Verhältnis zwischen der Anzahl an Zellen, die in der Hauptzellengruppe 102 enthalten sind (im Nachstehenden bisweilen als „Anzahl an Hauptzellen“ bezeichnet), der Anzahl an Zellen, die in der ersten Abfühlzellengruppe 103 enthalten sind (im Nachstehenden bisweilen „Anzahl an ersten Abfühlzellen“ bezeichnet), und der Anzahl an Zellen, die in der zweiten Abfühlzellengruppe 104 enthalten sind (im Nachstehenden bisweilen „Anzahl an zweiten Abfühlzellen“ bezeichnet), beträgt beispielsweise 1.000:1. Das Verhältnis zwischen der Anzahl an Hauptzellen, der Anzahl an ersten Abfühlzellen und der Anzahl an zweiten Abfühlzellen ist nicht darauf beschränkt.
  • Wie vorstehend in 34 und 4 bis 7 gezeigt ist, sind die Drain-Elektrode 115 der Hauptzellengruppe 102, die Drain-Elektrode 115 der ersten Abfühlzellengruppe 102, und die Drain-Elektrode 115 der zweiten Abfühlzellengruppe 102 elektrisch verbunden und an den ihnen gemeinsamen Drain-Anschluss 116 angeschlossen. Der Drain-Anschluss 116 ist an ein Ende der Last L und eine Anode einer Rücklaufdiode 146 angeschlossen. Die Last L und die Rücklaufdiode 146 sind zueinander parallelgeschaltet. Das andere Ende der Last L und eine Kathode der Rücklaufdiode 146 sind an die Energiequelle 147 angeschlossen. Bei der Last L handelt es sich beispielsweise um eine Leistungswandlerschaltung eines Leistungswandlers. Die Last L ist nicht darauf beschränkt und kann beispielsweise ein Motor sein. Die Rücklaufdiode 146 hat eine Funktion, einen beim Abschalten des MOSFETs 101 durch die Last fließenden Strom rücklaufen zu lassen.
  • Die Gate-Elektrode 105 der Hauptzellengruppe 102, die Gate-Elektrode 105 der ersten Abfühlzellengruppe 103, und die Gate-Elektrode 105 der zweiten Abfühlzellengruppe 104 sind elektrisch verbunden an den ihnen gemeinsamen Gate-Anschluss 141 angeschlossen. Die Haupt-Source-Elektrode 106, bei der es sich um eine Source-Elektrode der Hauptzellengruppe 102 handelt, ist an den Haupt-Source-Anschluss 112 angeschlossen. Die erste Abfühl-Source-Elektrode 107, bei der es sich um eine Source-Elektrode der ersten Abfühlzellengruppe 103 handelt, ist an den ersten Abfühl-Source-Anschluss 113 angeschlossen. Die zweite Abfühl-Source-Elektrode 108, bei der es sich um eine Source-Elektrode der zweiten Abfühlzellengruppe 104 handelt, ist an den zweiten Abfühl-Source-Anschluss 114 angeschlossen.
  • Der Haupt-Source-Anschluss 112 ist an Masse gelegt. Der erste Abfühl-Source-Anschluss 113 ist an ein Ende des ersten Abfühlwiderstands 142 angeschlossen. Das andere Ende des ersten Abfühlwiderstands 142 ist an Masse gelegt. Der zweite Abfühl-Source-Anschluss 114 ist an ein Ende des zweiten Abfühlwiderstands 143 angeschlossen. Das andere Ende des zweiten Abfühlwiderstands 143 ist an Masse gelegt. Der erste Abfühl-Source-Anschluss 113 und der zweite Abfühl-Source-Anschluss 114 sind jeweils an die Sensorschaltung 144 angeschlossen. Die Sensorschaltung 144 ist an die Gate-Treiberschaltung 145 angeschlossen. Die Gate-Treiberschaltung 145 ist an den Gate-Anschluss 141 angeschlossen.
  • Die Sensorschaltung 144 fühlt den ersten Abfühlstrom, bei dem es sich um einen durch die erste Abfühlzellengruppe 103 fließenden Strom handelt, auf Grundlage eines Werts eines Spannungsabfalls des ersten Abfühlwiderstands 142 ab. Die Sensorschaltung 144 fühlt den zweiten Abfühlstrom, bei dem es sich um einen durch die zweite Abfühlzellengruppe 104 fließenden Strom handelt, auf Grundlage eines Werts eines Spannungsabfalls des zweiten Abfühlwiderstands 143 ab.
  • Die Sensorschaltung 144 fühlt einen Wert eines ersten Hauptstroms, bei dem es sich um einen durch die Hauptzellengruppe 102 104 fließenden Strom handelt (im Nachstehenden bisweilen als „Hauptstromwert“ bezeichnet), auf Grundlage eines Werts eines ersten Abfühlstroms ab (im Nachstehenden als „erster Abfühlstromwert“ bezeichnet. Ein Hauptstromsignal, das den durch die Sensorschaltung 144 abgefühlten Hauptstromwert enthält, wird von der Sensorschaltung 144 an die Gate-Treiberschaltung 145 geliefert.
  • Die Sensorschaltung 144 vergleicht den Wert des ersten Abfühlstroms und den Wert des zweiten Abfühlstroms, um Innentemperaturinformation abzugreifen, bei der es sich um die Information bezüglich der Innentemperatur des MOSFETs 101 handelt. Die Innentemperaturinformation entspricht der Temperaturinformation. Die Innentemperaturinformation kann die Innentemperatur des MOSFETs 101 selbst sein, die beispielsweise ein Abfühlstromverhältnis sein kann, bei dem es sich um ein Verhältnis des Werts des ersten Abfühlstroms zum Wert des zweiten Abfühlstroms handeln kann. Ein Innentemperatursignal, das die durch die Sensorschaltung 144 abgegriffene Innentemperaturinformation enthält, wird von der Sensorschaltung 144 an die Gate-Treiberschaltung 145 geliefert.
  • Die Gate-Treiberschaltung 145 steuert die Ansteuerung des MOSFETs 101 auf Grundlage eines von außen zugeführten Treibersignals. Speziell liefert die Gate-Treiberschaltung 145 auf Grundlage des von außen zugeführten Treibersignals ein Treibersignal, das eine Gate-Spannung zum Ansteuern des MOSFETs 101 enthält, an den Gate-Anschluss 141, um dadurch den MOSFET 101 anzusteuern. Der MOSFET 101 arbeitet auf Grundlage der Gate-Spannung, die in dem von der Gate-Treiberschaltung 145 über den Gate-Anschluss 141 zugeführten Treibersignal enthalten ist. Der MOSFET 101 schaltet auf diese Weise ein, und dann fließt ein Strom von der Energiequelle 147 zur Last L, wobei der Strom über den Drain-Anschluss 116 durch die Hauptzellengruppe 102, die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 fließt.
  • Die Gate-Treiberschaltung 145 steuert die Ansteuerung des MOSFETs 101 auf Grundlage von Innentemperaturinformation an, die durch die Sensorschaltung 144 abgegriffen wird und in dem von der Sensorschaltung 144 gelieferten Innentemperatursignal enthalten ist. Wenn die Innentemperaturinformation, die in dem von der Sensorschaltung 144 gelieferten Innentemperatursignal enthalten ist, vorbestimmte Bedingungen erfüllt, liefert die Gate-Treiberschaltung 145 ein Unterbrechungssignal zum Unterbrechen der Ansteuerung des MOSFETs 101 an den Gate-Anschluss 141, um dadurch die Ansteuerung des MOSFETs 101 zu unterbrechen.
  • Beispielsweise vergleicht die Gate-Treiberschaltung 145 in einem Fall, in dem die Innentemperaturinformation ein Abfühlstromverhältnis ist, eine Wert eines Abfühlstromverhältnisses, das in dem von der Sensorschaltung 144 gelieferten Innentemperatursignal enthalten ist, mit einem vorbestimmten Innentemperaturschwellenwert. Dann liefert die Gate-Treiberschaltung 145 in einem Fall, in dem der Wert des Abfühlstromverhältnisses gleich dem oder kleiner als der Innentemperaturschwellenwert ist, ein Unterbrechungssignal zum Unterbrechen der Ansteuerung des MOSFETs 101 an den Gate-Anschluss 141, um dadurch die Ansteuerung des MOSFETs 101 zu unterbrechen. Falls sich die Innentemperatur des MOSFET 101 und das Abfühlstromverhältnis in einem wie vorstehend beschrieben, in 33 gezeigten Proportionsverhältnis befinden, wird der Innentemperaturschwellenwert mit beispielsweise 0,8 ausgewählt, In diesem Fall beurteilt die Gate-Treiberschaltung 145, dass der Wert des Abfühlstromverhältnisses gleich oder kleiner als 0,8 ist und liefert dann ein Unterbrechungssignal an den Gate-Anschluss 141, um dadurch die Ansteuerung des MOSFETs 101 zu unterbrechen.
  • Die Gate-Treiberschaltung 145 steuert die Ansteuerung des MOSFETs 101 auf Grundlage des Hauptstromwerts, der in dem von der Sensorschaltung 144 gelieferten Hauptstromsignal enthalten ist. Speziell vergleicht die Gate-Treiberschaltung 145 den Hauptstromwert, der in dem von der Sensorschaltung 144 gelieferten Hauptstromsignal enthalten ist, mit einem vorbestimmten Hauptstromschwellenwert. Dann liefert die Gate-Treiberschaltung 145 in einem Fall, in dem der Hauptstromwert den Hauptstromschwellenwert übersteigt, ein Unterbrechungssignal zum Unterbrechen der Ansteuerung des MOSFETs 101 an den Gate-Anschluss 141, um dadurch die Ansteuerung des MOSFETs 101 zu unterbrechen.
  • Der Gate-Anschluss 141 wird auf diese Weise mit dem Unterbrechungssignal versorgt, wodurch die Ansteuerung des MOSFETs 101 unterbrochen wird. In einem Fall, in dem die Innentemperaturinformation vorbestimmte Bedingungen erfüllt, beispielsweise in einem Fall, in dem der Wert des Abfühlstromverhältnisses gleich dem oder kleiner als der Innentemperaturschwellenwert ist, und in einem Fall, in dem der Hauptstromwert gleich dem oder kleiner als der Hauptstromschwellenwert ist, wird er Gate-Anschluss 141 nicht mit dem Unterbrechungssignal versorgt. Entsprechend wird der MOSFET 101 auf Grundlage der Gate-Spannung angesteuert.
  • Wie vorstehend beschrieben, greift in dem Halbleiterbauteil 100 der vorliegenden Ausführungsform die Sensorschaltung 144 die Innentemperaturinformation bezüglich der Innentemperatur des MOSFETs 101 auf Grundlage des Werts des durch die erste Abfühlzellengruppe 103 fließenden ersten Abfühlstroms und des Werts des durch die zweite Abfühlzellengruppe 104 fließenden zweiten Abfühlstroms ab. Auf diese Weise fungieren die erste und zweite Abfühlzellengruppe 103 und 104 als Temperaturabfühlelement zum Abfühlen der Innentemperatur des MOSFETs 101.
  • Die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 haben unterschiedliche Kanalstrukturen und weisen somit unterschiedliche Schwellenspannungen auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite Abfühlzellengruppe 104 so eingestellt, dass sie eine höhere Schwellenspannung hat als die erste Abfühlzellengruppe 103. Speziell ist die Schwellenspannung der zweiten Abfühlzellengruppe 104 so eingestellt, dass sie um ca. 1,6 V bis 1,8 V höher ist als die Schwellenspannung der ersten Abfühlzellengruppe 103.
  • Eine Differenz bei der Schwellenspannung führt, wie vorstehend beschrieben, zu einer Differenz bei der Temperaturabhängigkeit von Strom-/Spannungskennlinien. Hingegen sind die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 in den MOSFET 101 integriert, bei dem es sich um denselben Halbleitertransistor handelt, und somit weisen sie dieselbe Innentemperatur auf. Entsprechend erscheint eine Differenz bei der Temperaturabhängigkeit von Strom-/Spannungskennlinien zwischen der ersten Abfühlzellengruppe 103 und der zweiten Abfühlzellengruppe 104 als eine Differenz zwischen einem Wert des ersten Abfühlstroms und einem Wert des zweiten Abfühlstroms. Deshalb kann durch das Abgreifen der Innentemperaturinformation bezüglich der Innentemperatur des MOSFETs 101 durch die Sensorschaltung 144 auf Grundlage eines Werts des ersten Abfühlstroms und eines Werts des zweiten Abfühlstroms, wie vorstehend beschrieben, die Innentemperaturinformation bezüglich der Innentemperatur des MOSFETs 101 schnell und genau abgegriffen werden.
  • Die erste und zweite Abfühlzellengruppe 103 und 104 sind in den MOSFET 101 integriert, bei dem es sich um denselben Halbleitertransistor wie dem der Hauptzellengruppe 102 handelt, und somit kann die Innentemperaturinformation bezüglich der Innentemperatur des MOSFETs 101 im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem eine Temperatur mit einer Temperaturabfühldiode auf einer Isolierschicht abgefühlt wird, schneller und genauer abgefühlt werden.
  • In dem Halbleiterbauteil 100 der vorliegenden Ausführungsform haben die Hauptzellengruppe 102 und die erste Abfühlzellengruppe 103 aufgrund unterschiedlicher Kanalstrukturen andere spezifischen Temperaturkennlinien als die zweite Abfühlzellengruppe 104. Allerdings haben die Hauptzellengruppe 102, die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 mit Ausnahme der Kanalstruktur dieselbe Struktur und können somit gleichzeitig hergestellt werden. Das heißt, im Unterschied zum herkömmlichen Stand der Technik sind zusätzliche Prozesse zum Ausbilden einer Temperaturabfühldiode, beispielsweise ein Abscheidungsprozess und ein Ätzprozess beim Herstellen des Halbleiterbauteils 100 der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich. Deshalb kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die vorstehend erwähnte Funktion des schnellen und genauen Abgreifens der Innentemperaturinformation bezüglich der Innentemperatur des MOSFETs 101 erzielt und dabei eine Zunahme bei Herstellungsschritten vermieden werden. Dies ermöglicht es, die Kosten und die Zeit zu reduzieren, die zum Herstellen des Halbleiterbauteils 100 erforderlich sind.
  • In der vorliegenden Ausführungsform haben die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 unterschiedliche Kanalstrukturen. Die wie vorstehend beschriebenen Auslegungen ermöglichen es, die erste Abfühlzellengruppe 103 und die zweite Abfühlzellengruppe 104 zu erzielen, die, wie vorstehend beschrieben, unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien haben.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite Abfühlzellengruppe 104 so eingestellt, dass sie eine höhere Schwellenspannung hat als die erste Abfühlzellengruppe 103. Im Spezielleren haben die Hauptzellengruppe 102 und die erste Abfühlzellengruppe 103, wie vorstehend beschrieben, eine geringere Schwellenspannung als die zweite Abfühlzellengruppe 104. Dementsprechend schaltet während eines Schaltbetriebs des MOSFETs 101 die zweite Abfühlzellengruppe 104 im Vergleich zu anderen Zellengruppen, das heißt, die Hauptzellengruppe 102 und die erste Abfühlzellengruppe 103, langsamer ein und schneller aus. Dies mindert Rauschen beim Schalten, wodurch es möglich ist, ein falsches Abfühlen einer Übertemperatur zu verhindern.
  • In der vorliegenden Ausführungsform haben die Hauptzellengruppe 102 und die erste Abfühlzellengruppe 103 dieselbe Kanalstruktur, und das Halbleiterbauteil 100 fühlt durch die Sensorschaltung 144 einen Wert des durch die Hauptzellengruppe 102 fließenden Stroms auf Grundlage eines Werts des durch die erste Abfühlzelle 103 fließenden Stroms ab. In diesem Fall fungiert die erste Abfühlzellengruppe 103 als Stromabfühlelement zum Abfühlen eines Stroms. Wie vorstehend beschrieben, fungieren die erste und zweite Abfühlzellengruppe 103 und 104 als Temperaturabfühlelement zum Abfühlen der Innentemperatur des MOSFETs 101.
  • Das heißt, das Halbleiterbauteil 100 der vorliegenden Ausführungsform entspricht einem Halbleiterbauteil, das ein Temperaturabfühlelement sowie ein Stromabfühlelement enthält und über Funktionen des Abfühlens einer Temperatur sowie des Abfühlens eines Stroms verfügt. Deshalb kann das Halbleiterbauteil 100 der vorliegenden Ausführungsform einen Übertemperaturzustand des MOSFETs 1 mit der ersten und zweiten Abfühlzellengruppe 103 und 104 abfühlen und einen Überstromzustand des MOSFETs 1 mit der ersten Abfühlzellengruppe 103 abfühlen.
  • In einem Fall, in dem beispielsweise die in der Patentschrift 1 beschriebene Technologie und die in der Patentschrift 2 beschriebene Technologie im herkömmlichen Stand der Technik kombiniert sind, um ein Halbleiterbauteil zu erzielen, das ein Temperaturabfühlelement sowie ein Stromabfühlelement enthält, müssen eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode der Temperaturabfühldiode und eine Source-Elektrode der Stromabfühlzelle auf einem Halbleitertransistor ausgebildet werden. Im herkömmlichen Stand der Technik kann deshalb eine Wirkfläche eines Halbleitertransistors verkleinert sein.
  • Nun genügt es, dass, um eine Temperaturabfühlung und eine Stromabfühlung im Halbleiterbauteil 100 der vorliegenden Ausführungsform zu erzielen, zwei Abfühlzellengruppen, nämlich die erste und zweite Abfühlzellengruppe 103 und 104 zusätzlich zur Hauptzellengruppe 102 vorgesehen werden. Dabei können die Hauptzellengruppe 102 und die beiden Abfühlzellengruppen 103 und 104 die Drain-Elektrode 115 und die Gate-Elektrode 105 gemeinsam nutzen. Dementsprechend kann die Anzahl an Elektroden des MOSFETs 101, bei dem es sich um einen Halbleitertransistor handelt, im Vergleich zum herkömmlichen Stand der Technik reduziert werden. Dies ermöglicht es, im Vergleich zum herkömmlichen Stand der Technik eine Wirkfläche eines Halbleitertransistors zu vergrößern.
  • Deshalb kann in der vorliegenden Ausführungsform ein Halbleiterbauteil, das ein Temperaturabfühlelement sowie ein Stromabfühlelement enthält, speziell das Halbleiterbauteil 100, erzielt werden, das über Funktionen des Abfühlens einer Temperatur sowie des Abfühlens eines Stroms verfügt, ohne eine Wirkfläche des Halbleitertransistors zu verkleinern.
  • Wie vorstehend beschrieben, können die Hauptzellengruppe 102 und die erste und zweite Abfühlzellengruppe 103 und 104 zur selben Zeit hergestellt werden. Deshalb sind im Unterschied zum herkömmlichen Stand der Technik zusätzliche Prozesse zum Ausbilden einer Temperaturabfühldiode, beispielsweise ein Abscheidungsprozess und ein Ätzprozess beim Herstellen des Halbleiterbauteils 100 der vorliegenden Ausführungsform nicht erforderlich. Deshalb kann das Halbleiterbauteil 100, das in der Lage ist, eine Temperatur sowie einen Strom abzufühlen, im Vergleich zum herkömmlichen Stand der Technik in weniger Herstellungsschritten hergestellt werden.
  • In dem Halbleiterbauteil 100 der vorliegende Ausführungsform fühlt die Sensorschaltung 144 das Abfühlstromverhältnis, bei dem es sich um ein Verhältnis eines Werts des ersten Abfühlstroms zu einem Wert des zweiten Abfühlstroms handelt, als die Innentemperaturinformation ab, und die Gate-Treiberschaltung 145 steuert die Ansteuerung des MOSFETs 101 auf Grundlage des abgefühlten Abfühlstromverhältnisses. In diesem Fall genügt es, dass die Sensorschaltung 144 ein Abfühlstromverhältnis ausgehend von einem Wert des ersten Abfühlstroms und einem Wert des zweiten Abfühlstroms ermittelt, und braucht die Innentemperatur des MOSFETs 101 nicht zu ermitteln. Deshalb kann der durch die Sensorschaltung 144 durchgeführte Berechnungsprozess im Vergleich zu dem Fall, in dem die Innentemperatur des MOSFETs 101 ermittelt wird, stärker vereinfacht werden. Dies ermöglicht es, die Sensorschaltung 144 mit einer einfachen Auslegung zu erzielen, und somit kann die Auslegung des Halbleiterbauteils 100 vereinfacht werden.
  • Obwohl die vorliegende Ausführungsform den MOSFET 101 als über eine Auslegung verfügend beschrieben hat, in der die Kanalstruktur der Hauptzellengruppe 102 und die Kanalstruktur der ersten Abfühlzellengruppe 103 einander gleich sind und sich die Kanalstruktur der zweiten Abfühlzellengruppe 104 von der Kanalstruktur der Hauptzellengruppe 102 unterscheidet, ist der MOSFET nicht unbedingt auf die wie vorstehend beschriebene Auslegung beschränkt. Es genügt, dass sich im MOSFET die Kanalstruktur der ersten Abfühlzellengruppe 103 von der Kanalstruktur der zweiten Abfühlzellengruppe 104 unterscheidet. Durch einen Vergleich und eine Berechnung von Werten von Strömen, die durch die erste und zweite Abfühlzellengruppe 103 und 104 fließen, ist es möglich, die Innentemperatur des MOSFETs 101 genau abzufühlen. Dabei ist es nicht erforderlich, die Kanalstruktur der Hauptzellengruppe 102 einzuschränken.
  • Obwohl die vorliegende Ausführungsform das den MOSFET 101 als Halbleitertransistor enthaltende Halbleiterbauteil 100 beschrieben hat, ist ein Halbleitertransistor nicht auf einen MOSFET beschränkt. Bei dem Halbleitertransistor kann es sich beispielsweise um einen Isolierschichtbipolartransistor (als IGBT angekürzt) handeln. Denjenigen der vorliegenden Ausführungsform ähnliche Wirkungen lassen sich auch in einem Fall erzielen, in dem ein Halbleitertransistor ein IGBT ist.
  • Obwohl die vorliegende Ausführungsform ein Halbleiterbauteil beschrieben hat, das einen Halbleiter mit weitem Bandabstand enthält, der einen größeren Bandabstand als Silicium (Si), speziell Siliciumcarbid (SiC) als Halbleitermaterial besitzt, bei dem es sich um ein Hauptmaterial eines Halbleitertransistors wie etwa des MOSFETs 101 handelt, ist das Halbleitermaterial nicht darauf beschränkt.
  • Speziell ist es vorzuziehen, obwohl ein Halbleitermaterial nicht auf einen Halbleiter mit weitem Bandabstand beschränkt ist und es sich um Si handeln kann, einen Halbleiter mit weitem Bandabstand wie in der vorliegenden Ausführungsform zu verwenden. Der Halbleiter mit weitem Bandabstand ist nicht auf SiC beschränkt. Beispiele für den Halbleiter mit weitem Bandabstand, außer SiC, umfassen Materialien auf Galliumnitridbasis wie etwa Galliumnitrid (GaN) und Diamant.
  • Ein Halbleitertransistor, der aus einem Halbleiter mit weitem Bandabstand (im Nachstehenden bisweilen als „Halbleitertransistor mit weitem Bandabstand“ bezeichnet) hergestellt ist, hat höhere Stehspannungseigenschaften und eine höhere zulässige Stromdichte als ein aus Si hergestellter Halbleitertransistor (im Nachstehenden bisweilen als „Si-Transistor“ bezeichnet). Entsprechend kann ein Halbleitertransistor bei der Verwendung eines Halbleiters mit weitem Bandabstand von der Größe her kleiner ausgelegt werden. Die Verwendung eines wie vorstehend beschrieben verkleinerten Halbleitertransistors ermöglicht es, ein Halbleitermodul von der Größe her kleiner auszulegen, bei dem es sich um ein Halbleiterbauteil handelt, in das diese Halbleitertransistoren als Elemente integriert sind. Ein Halbleiter mit weitem Bandabstand weist im Vergleich zu Si einen geringeren Energieverlust auf. Entsprechend ermöglicht es die Verwendung eines Halbleiters mit weitem Bandabstand, den Wirkungsgrad eines Halbleitertransistors steigern, was zu einem höheren Wirkungsgrad eines Halbleitermoduls führt.
  • Ein Halbleitertransistor mit weitem Bandabstand ist in der Lage, bei einer höheren Innentemperatur zu arbeiten als ein Si-Transistor. Beispielsweise ist ein hauptsächlich aus SiC hergestellter SiC-Transistor in der Lage, bei einer Innentemperatur von 200°C oder höher zu arbeiten.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Innentemperaturinformation des MOSFETs 101 schnell und genau durch die Sensorschaltung 144 abgegriffen, und die Ansteuerung des MOSFETs 101 wird schnell auf Grundlage der abgegriffenen Innentemperaturinformation gesteuert, wodurch der MOSFET 101 geschützt werden kann. Mit der Verwendung eines Halbleitertransistors mit weitem Bandabstand, wie etwa des SiC-Transistors als Transistor des vorstehend erwähnten Halbleiterbauteils, kann der Halbleitertransistor sicher betrieben werden, selbst wenn eine Innentemperatur von diesem 200°C oder mehr erreicht. Dies ermöglicht es, den Bereich einer sicheren Betriebstemperatur des Halbleiterbauteils 100 auszuweiten, das die Gate-Treiberschaltung 145 als Schutzschaltung enthält. Mit anderen Worten kann das Halbleiterbauteil 100 erzielt werden, das einen erweiterten sicheren Betriebstemperaturbereich besitzt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1, 101 MOSFET, 2, 102 Hauptzellengruppe, 3 Abfühlzellengruppe, 4, 116 Drain-Anschluss, 5 Source-Anschluss, 6 Abfühlanschluss, 7, 141 Gate-Anschluss, 8 Abfühlwiderstand, 9 Hall-Stromsensor, 10 Temperaturabfühlschaltung, 11 Gate-Steuerschaltung, 12 Operationsverstärker, 13 Verstärkerwiderstand, 20, 21, 100 Halbleiterbauteil, 103 erste Abfühlzellengruppe, 104 zweite Abfühlzellengruppe, 105 Gate-Elektrode, 106 Haupt-Source-Elektrode, 107 erste Abfühl-Source-Elektrode, 108 zweite Abfühl-Source-Elektrode, 110 Zelle, 111 Gate-Zone, 112 Haupt-Source-Anschluss, 113 erster Abfühl-Source-Anschluss, 114 zweiter Abfühl-Source-Anschluss, 115 Drain-Elektrode, 117 Basiszone, 118 Source-Zone, 119 Kanalzone, 120 Wannenkontaktzone, 121 Siliciumcarbidsubstrat, 122 Siliciumcarbid-Driftschicht, 123 Gate-Isolierschicht, 124 Zwischenlagenisolierschicht, 125 Source-Kontaktöffnung, 126 Gate-Kontaktöffnung, 142 erster Abfühlwiderstand, 143 zweiter Abfühlwiderstand.

Claims (12)

  1. Halbleiterbauteil (20, 21), Folgendes umfassend: einen Halbleitertransistor (1), der sich aus mehreren Zellen zusammensetzt, und eine Sensorschaltung (10), die Temperaturinformation bezüglich der Temperatur des Halbleitertransistors (1) abgreift, wobei der Halbleitertransistor (1) eine Hauptzellengruppe (2), die unter den mehreren Zellen eine Zelle zum Zuführen eines Stroms zu einer Last (L) umfasst, und eine Abfühlzellengruppe (3) umfasst, die unter diesen eine Zelle zum Abgreifen der Temperaturinformation umfasst, die Hauptzellengruppe (2) und die Abfühlzellengruppe (3) unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien haben, die Veränderungen bei spezifischen elektrischen Kennlinien in Bezug auf Veränderungen bei der Temperatur des Halbleitertransistors (1) wiedergeben, und die Sensorschaltung (10) die Temperaturinformation auf Grundlage eines Werts eines durch die Hauptzellengruppe (2) fließenden Hauptstroms und eines Werts eines durch die Abfühlzellengruppe (3) fließenden Abfühlstroms abgreift.
  2. Halbleiterbauteil (20, 21) nach Anspruch 1, darüber hinaus umfassend: eine Hauptstrominformationsabgreifeinrichtung (9), die Hauptstrominformation bezüglich des Hauptstroms abgreift; und Abfühlstrominformationsabgreifeinrichtungen (5, 6, 8, 12, 13), die Abfühlstrominformation bezüglich des Abfühlstroms abgreifen, wobei die Sensorschaltung (10) dazu ausgelegt ist: zugehörige Information zu ermitteln, die das Verhältnis zwischen dem Wert des Hauptstroms, dem Wert des Abfühlstroms und der Temperatur des Halbleitertransistors (1) vorab wiedergibt; den Wert des Hauptstroms ausgehend von der durch die Hauptstrominformationsabgreifeinrichtung (9) abgegriffenen Hauptstrominformation zu ermitteln, und den Wert des Abfühlstroms ausgehend von der durch die Abfühlstrominformationsabgreifeinrichtungen (5, 6, 8, 12, 13) zu ermitteln; und die Temperatur des Halbleitertransistors (1) als die Temperaturinformation auf Grundlage des ermittelten Werts des Hauptstroms, des ermittelten Werts des Abfühlstroms und der zugehörigen Information abzufühlen.
  3. Halbleiterbauteil (100), Folgendes umfassend: einen Halbleitertransistor (101), der sich aus mehreren Zellen (110) zusammensetzt, und eine Sensorschaltung (144), die Temperaturinformation bezüglich der Temperatur des Halbleitertransistors (101) abgreift, wobei der Halbleitertransistor (101) eine Hauptzellengruppe (102), die unter den mehreren Zellen (110) eine Zelle zum Zuführen eines Stroms zu einer Last (L) umfasst, eine Abfühlzellengruppe (104), die unter diesen eine Zelle zum Abgreifen der Temperaturinformation umfasst, und eine andere Abfühlzellengruppe (103) umfasst, die zumindest einen Teil der Zellen, mit Ausnahme der in der Hauptzellengruppe (102) und der Abfühlzellengruppe (104) enthaltenen Zellen, unter diesen umfasst, wobei die andere Abfühlzellengruppe zum Abgreifen der Temperaturinformation verwendet wird, die Hauptzellengruppe (102) und die Abfühlzellengruppe (104) unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien haben, die Veränderungen bei spezifischen elektrischen Kennlinien in Bezug auf Veränderungen bei der Temperatur des Halbleitertransistors (101) wiedergeben, die Abfühlzellengruppe (104) und die andere Abfühlzellengruppe (103) unterschiedliche spezifische Temperaturkennlinien haben, die Veränderungen bei spezifischen elektrischen Kennlinien in Bezug auf Veränderungen bei der Temperatur des Halbleitertransistors (101) wiedergeben, und die Sensorschaltung (144) die Temperaturinformation auf Grundlage eines Werts eines durch die Abfühlzellengruppe (104) fließenden Abfühlstroms und eines Werts eines durch die andere Abfühlzellengruppe (103) fließenden anderen Abfühlstroms abgreift.
  4. Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 3, wobei die Abfühlzellengruppe (104) und die andere Abfühlzellengruppe (103) unterschiedliche Kanalstrukturen haben.
  5. Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 3, wobei die Hauptzellengruppe (102) und die andere Abfühlzellengruppe (103) dieselbe Kanalstruktur haben, und die Sensorschaltung (144) darüber hinaus eine Funktion des Abfühlens des Werts des durch die Hauptzellengruppe (102) fließenden Hauptstroms auf Grundlage des Werts des durch die andere Abfühlzellengruppe (103) fließenden anderen Abfühlstroms besitzt.
  6. Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 3, wobei die Sensorschaltung (144) ein Abfühlstromverhältnis, bei dem es sich um ein Verhältnis des Werts des anderen Abfühlstroms zum Wert des Abfühlstroms handelt, als die Temperaturinformation abgreift.
  7. Halbleiterbauteil (20, 21, 100) nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Abfühlzellengruppe (3, 104) so eingestellt ist, dass sie eine höhere Schwellenspannung als eine Schwellenspannung der Hauptzellengruppe (2, 102) hat.
  8. Halbleiterbauteil (20, 21, 100) nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Hauptzellengruppe (2, 102) und die Abfühlzellengruppe (3, 104) unterschiedliche Kanalstrukturen haben.
  9. Halbleiterbauteil (20, 21, 100) nach Anspruch 8, wobei sich die Hauptzellengruppe (2, 102) und die Abfühlzellengruppe (3, 104) in der Fremdstoffkonzentration einer den Halbleitertransistor (1, 101) bildenden Kanalzone (119) unterscheiden.
  10. Halbleiterbauteil (20, 21, 100) nach Anspruch 1 oder 3, darüber hinaus eine Steuerschaltung (11, 145) umfassend, die den Halbleitertransistor (1, 101) auf Grundlage der durch die Sensorschaltung (10, 144) abgegriffenen Temperaturinformation steuert.
  11. Halbleiterbauteil (20, 21, 100) nach Anspruch 1 oder 3, wobei der Halbleitertransistor (1, 101) aus einem Halbleiter mit weitem Bandabstand gebildet ist, der einen größeren Bandabstand als Silicium hat.
  12. Halbleiterbauteil (20, 21, 100) nach Anspruch 11, wobei der Halbleiter mit weitem Bandabstand ein Siliciumcarbid, ein Material auf Galliumnitridbasis oder Diamant umfasst.
DE112011102926.8T 2010-09-03 2011-08-26 Halbleiterbauteil Active DE112011102926B4 (de)

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