DE112014006764T5 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, eine Ungleichmäßigkeit einer Stromverteilung in einer Ebene zu beseitigen. Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung (1), die einen Transistorzellbereich (37) aufweist, wo eine Mehrzahl von Transistorzellen auf einem Halbleitersubstrat (9) angeordnet ist, wobei die Halbleitervorrichtung (1) eine Elektroden-Kontaktstelle (2) aufweist, welche so angeordnet ist, dass sie den Transistorzellbereich (37) auf dem Halbleitersubstrat (9) meidet und elektrisch mit einer einseitigen Stromelektrode jeder der Zellen verbunden ist, worin der Transistorzellbereich (37) eine Mehrzahl von Bereichen (6, 7 und 8) aufweist, von denen jeder ein voneinander verschiedenes Stromsteuerungsvermögen abhängig von einem Abstand von der Elektroden-Kontaktstelle (2) aufweist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung die zum Steuern einer induktiven Last zum Beispiel in einem Zündungssystem eines Verbrennungsmotors geeignet ist.
  • Stand der Technik
  • Herkömmlicherweise wird in einer Halbleitervorrichtung (Halbleiter-Chip), die mit einem Schaltelement wie einem Bipolar-Transistor mit isoliertem Gate (IGBT) versehen ist und in einer Zündvorrichtung verwendet wird, die gleiche Struktur in einer Ebene der Halbleitervorrichtung eingesetzt, eine Stromdichte bei der elektrischen Leistungsversorgung an die Halbleitervorrichtung ist jedoch in der Ebene nicht gleichmäßig, und lokal tritt eine Ungleichmäßigkeit auf. Entsprechend ist eine Durchschlagfestigkeit der Halbleitervorrichtung durch einen Abschnitt begrenzt, wo die Stromdichte lokal hoch wird, und andere Abschnitte als der Abschnitt, wo die Stromdichte lokal hoch wird, weisen einen Spielraum für die Stromdichte auf (siehe zum Beispiel auf Patentdokumente 1, 2).
  • Dokumente des Stands der Technik
  • Patentdokumente
    • Patentdokument 1: Offengelegte, japanische Patentanmeldung Nr. 59-87828 (1984)
    • Patentdokument 2: Offengelegte, japanische Patentanmeldung Nr. 05-160409 (1993)
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem
  • In der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung ist ein leitfähiger Draht (im Allgemeinen Aluminium) durch eine Ultraschall-Bondingtechnologie elektrisch mit einer Emitter-Kontaktstelle (einem Referenzpotentialbereich) verbunden. Eine Anordnung, in welcher eine DMOS-Struktur wie eine IGBT-Zelle (nachfolgend lediglich als die IGBT-Zelle bezeichnet) nicht in einem Bereich angeordnet ist, wo die Emitter-Kontaktstelle ausgebildet ist, wird oft eingesetzt, sodass eine Struktur eines Schaltelements nicht durch eine Beanspruchung während des Bondens beschädigt wird.
  • Da eine Chip-Fläche der Halbleitervorrichtung begrenzt ist und sich Abstände von der Emitter-Kontaktstelle zu jedem Bereich, wo die IGBT-Zelle ausgebildet ist (nachfolgend als ein IGBT-Zellbereich bezeichnet), voneinander unterscheiden, neigt eine Stromlast dazu, in einem Abschnitt nah der Emitter-Kontaktstelle größer zu werden als in einem Abschnitt entfernt von der Emitter-Kontaktstelle. Andererseits wird in dem IGBT-Zellbereich nah der Emitter-Kontaktstelle, wo die IGBT-Zelle nicht angeordnet ist, durch ein Experiment festgestellt, dass die Stromdichte aufgrund einer vorübergehenden Schwankung einer Ladungsträgerkonzentration in der Halbleitervorrichtung gering ist, was zu einer Leitfähigkeit bei einem schnellen Abschalten beiträgt. Als eine Folge ist ein Bereich, wo die Stromdichte maximiert wird, zwischen einem Bereich entfernt von der Emitter-Kontaktstelle und einem Bereich nah der Emitter-Kontaktstelle vorhanden, und der relevante Bereich dient als ein Startpunkt eines Ladungsdurchschlags.
  • Auf diese Weise tritt, da es eine Differenz der Stromdichte abhängig von dem Bereich in einer Ebene der Halbleitervorrichtung gibt, ein Ausgleichsverhältnis zwischen einem Stromsteuerungsvermögen und einer Durchschlagfestigkeit des Schaltelements auf, und dann gibt es ein Problem, in welchem die Größe und die Kosten der Halbleitervorrichtung begrenzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist entwickelt worden, um solch ein Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe derselben, eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, eine Ungleichmäßigkeit einer Stromverteilung in der Ebene zu beseitigen.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Um das vorstehende Problem zu lösen, ist eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung, die einen Transistorzellbereich aufweist, wo eine Mehrzahl von Transistorzellen auf einem Halbleitersubstrat angeordnet ist, weist eine Elektroden-Kontaktstelle auf, welche so angeordnet ist, dass sie den Transistorzellbereich auf dem Halbleitersubstrat meidet und elektrisch mit einer einseitigen Strom-Elektrode von jeder der Zellen verbunden ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Transistorzellbereich eine Mehrzahl von Bereichen aufweist, von denen jeder ein voneinander verschiedenes Stromsteuerungsvermögen abhängig von einem Abstand von der Elektroden-Kontaktstelle aufweist.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung eine Halbleitervorrichtung, die einen Transistorzellbereich aufweist, wo eine Mehrzahl von Transistorzellen auf einem Halbleitersubstrat angeordnet ist, die eine Elektroden-Kontaktstelle aufweist, welche so angeordnet ist, dass sie den Transistorzellbereich auf dem Halbleitersubstrat meidet und elektrisch mit einer einseitigen Strom-Elektrode jeder der Zellen verbunden ist, worin der Transistorzellbereich eine Mehrzahl von Bereichen aufweist, von denen jeder ein voneinander verschiedenes Stromsteuerungsvermögen abhängig von einem Abstand von der Elektroden-Kontaktstelle aufweist, wodurch es möglich wird, eine Ungleichmäßigkeit einer Stromverteilung in der Ebene zu beseitigen.
  • Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 2 ist eine Schnittansicht aufgenommen entlang A1-A2 in 1.
  • 3 ist eine Schnittansicht aufgenommen entlang B1-B2 in 1.
  • 4 ist eine Ansicht, die ein anderes Beispiel der Anordnung der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 5 ist eine Ansicht, die ein anderes Beispiel der Anordnung der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 6 ist eine Ansicht, die ein anderes Beispiel der Anordnung der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 7 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 8 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 9 ist eine schematische Darstellung, die eine äquivalente Schaltung von 8 darstellt.
  • 10 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 11 ist eine schematische Darstellung, die eine äquivalente Schaltung von 10 darstellt.
  • 12 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 13 ist eine schematische Darstellung, die eine äquivalente Schaltung von 12 darstellt.
  • 14 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 15 ist eine schematische Darstellung, die eine äquivalente Schaltung von 14 darstellt.
  • 16 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Schaltungsanordnung eines Zündungssystems eines Verbrennungsmotors darstellt.
  • 17 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines Betriebs in einer Schaltung von 16 darstellt.
  • 18 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zugrundeliegenden Technologie darstellt.
  • 19 ist eine schematische Darstellung, die eine äquivalente Schaltung von 18 darstellt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • <Zugrundeliegende Technologie>
  • Zuerst wird ein Zündungssystem eines Verbrennungsmotors beschrieben.
  • 16 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Schaltungsanordnung des Zündungssystems des Verbrennungsmotors darstellt. Weiter ist 17 eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines Betriebs in der Schaltung von 16 darstellt.
  • Eine Steuerschaltung 29 empfängt ein EIN-Signal von einem Steuer-Computer über einen Steueranschluss 30 und steuert einen Transistor 31 (Schaltelement) unter Verwendung eines Steuersignals basierend auf dem empfangenen EIN-Signal. Insbesondere veranlasst die Steuerschaltung 29 einen Übertrager 32 (induktive Last) durch Bereitstellen eines Stroms an den Übertrager 32, eine Energie zu speichern. Hierbei ist der Transistor 31 zum Beispiel ein IGBT.
  • Zu einer Zündzeit (wenn ein Steuersignal V in 17 ausgeschaltet ist), empfängt die Steuerschaltung 29 ein AUS-Signal von dem Steuer-Computer über den Steueranschluss 30 und schaltet den Transistor 31 unter Verwendung eines Steuersignals basierend auf dem empfangenen AUS-Signal aus. Wenn der Transistor 31, dadurch dass er ausgeschaltet wird, abgeschaltet ist, wird eine Spannung Vce angehoben und eine hohe Spannung, welche durch ein Windungszahlverhältnis multipliziert wird, wird an einer zweiten Seite des Übertragers 32 erregt (allgemein ist V2 etwa –30kV).
  • Allgemein ist, um einen dielektrischen Durchschlag von Wicklungsdrähten des Übertragers 32 zu verhindern, eine Klemmdiode 34 (Zener-Diode) zwischen einem Kollektor und einem Gate des Transistors 31 angeordnet, sodass Vce auf etwa 500V geklemmt wird. Auf diese Weise wird ein Einschalten des Transistors 31 durch Anheben des Steuersignals des Transistors 31 unter Verwendung der Klemmdiode 34 basierend auf dem Anstieg der Kollektor-Spannung als "aktives Klemmen“ bezeichnet, und eine Spannung, bei welcher keine außerordentliche Spannung an der Last (hier dem Übertrager 32) generiert wird, wird eingestellt (in dem Beispiel in 17 etwa 500V).
  • Ein Wert eines Laststroms Ic variiert abhängig von einer EIN-Zeit des Steuersignals oder einer Leistungsversorgungsspannung Vp, wird aber so gesteuert, dass sie einen vorbestimmten Wert oder mehr nicht erreicht, um ein Risiko wie ein Schmelzen der Wicklungsdrähte des Übertragers 32 oder eine magnetische Sättigung eines Kerns des Übertragers 32 (normalerweise ein magnetisches Material wie Eisen) zu vermeiden. Ein maximal zulässiger Stromwert zu dieser Zeit wird als ein "Stromgrenzwert“ definiert.
  • Der Transistor 31, welcher einen Primärseitenstrom des Übertragers 32 steuert, der in dem Zündungssystem für den Verbrennungsmotor wie einen Automobilmotor verwendet wird, führt einen Abschaltbetrieb zu dem Zündzeitpunkt durch und erzeugt eine Bogenentladung an einer Zündkerze 33 durch Erzeugen der hohen Spannung an der Sekundärseite des Übertragers 32. Ein Treibstoff wird durch die erzeugte Bogenentladung gezündet. Bei einer solchen Zündung führt der Transistor 31 den aktiven Klemmbetrieb durch, um den dielektrischen Durchschlag der Wicklungsdrähte des Übertragers 32 zu verhindern. Der aktive Klemmbetrieb führt zu einer lokalen Wärmeerzeugung an dem Transistor 31, und eine Energie, die einen Durchschlag eines Teils verursacht, welches die Wärme am intensivsten erzeugt, wird als eine Beurteilung des Transistors 31 bestimmt.
  • Als Nächstes wird eine Halbleitervorrichtung gemäß der zugrundeliegenden Technologie beschrieben, welche den Transistor 31 aufweist.
  • 18 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung einer Halbleitervorrichtung 36 gemäß der zugrundeliegenden Technologie darstellt, und ist eine externe Ansicht der Halbleitervorrichtung 36 von oben gesehen. Weiter ist 19 eine schematische Darstellung, die eine äquivalente Schaltung von 18 darstellt.
  • Die Halbleitervorrichtung 36 weist eine Emitter-Kontaktstelle 2 (einen Referenzpotentialbereich), eine Gate-Kontaktstelle 3 (einen Bereich für ein Steuersignal), eine Klemmdiode 4, eine Kollektor-Elektrode 22 und einen Transistor 31 auf.
  • Ein Transistorzellbereich 37 ist mit einer Mehrzahl von Transistoren 31 ausgebildet. Die Kollektor-Elektrode 22 ist auf einer rückseitigen Oberflächenseite (einer rückseitigen Oberflächenseite der Papieroberfläche von 18) der Halbleitervorrichtung 36 ausgebildet und ist mit einem Kollektor jedes Transistors 31 verbunden. Die Gate-Kontaktstelle 3 ist mit einem Gate jedes Transistors 31 verbunden. Die Klemmdiode 4 ist zwischen dem Gate und dem Kollektor jedes Transistors 31 angeschlossen.
  • Ein leitfähiger Draht ist elektrisch mit der Emitter-Kontaktstelle 2 verbunden. Weiter ist keiner der Transistoren 31 in einem Bereich ausgebildet, wo die Emitter-Kontaktstelle 2 ausgebildet ist.
  • In der Halbleitervorrichtung 36 gemäß der zugrundeliegenden Technologie, wie in 18 dargestellt, wie vorstehend beschrieben, tritt, da es einen Unterschied in der Stromdichte abhängig von einem Bereich in einer Ebene der Halbleitervorrichtung 36 gibt, ein Ausgleichsverhältnis zwischen einem Stromsteuerungsvermögen und einer Durchschlagfestigkeit des Transistors 31 in jedem Bereich auf, und dann besteht ein Problem, in welchem die Größe und die Kosten der Halbleitervorrichtung 36 begrenzt sind.
  • Die vorliegende Erfindung ist entwickelt worden, um ein solches Problem zu lösen und wird nachfolgend detailliert beschrieben.
  • <Erste Ausführungsform>
  • 1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung einer Halbleitervorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und ist eine externe Ansicht der Halbleitervorrichtung 1 von oben gesehen. 2 ist eine Schnittansicht, aufgenommen entlang von A1-A2 in 1. 3 ist eine Schnittansicht, aufgenommen entlang von B1-B2 in 1.
  • Hier ist eine äquivalente Schaltung aus 1 die gleiche wie diejenige aus 19. Weiter kann, obwohl der IGBT als der Transistor 31 verwendet wird, ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) verwendet werden. Weiter weist ein Halbleitersubstrat 9 ein Siliziumsubstrat auf.
  • Die Halleitervorrichtung 1 weist eine Emitter-Kontaktstelle 2 (einen Referenzpotentialbereich, eine Elektroden-Kontaktstelle), eine Gate-Kontaktstelle 3 (einen Bereich für ein Steuersignal), eine Klemmdiode 4, eine Kollektor-Elektrode 22 und einen Transistor 31 auf. Weiter wird die Halbleitervorrichtung 1 in dem Zündungssystem des Verbrennungsmotors verwendet, wie in 16 gezeigt, und führt den Betrieb aus, wie in 17 dargestellt.
  • Eine Mehrzahl von Transistoren 31 ist in den Bereichen 6 bis 8 (die gemeinsam zu dem Transistorzellbereich 37 in 18 korrespondieren) ausgebildet, was nachfolgend beschrieben wird. Das heißt, in den Bereichen 6 bis 8 ist eine Mehrzahl von Zellen der Transistoren 31 angeordnet.
  • Die Emitter-Kontaktstelle 2 weist eine rechteckige Form oder eine quadratische Form auf und ist durch eine Utraschall-Bondingtechnologie elektrisch mit einem leitfähigen Draht 15 (allgemein Aluminium) verbunden. In dem Beispiel in 3 kann, obwohl eine Zwischenlagenschicht 14, welche eine Oxidschicht ist, in einer unteren Schicht einer Metallschicht 12, welche die Emitter-Kontaktstelle 2 bildet, ausgebildet ist, die Metallschicht 12 auf eine ohmsche Weise durch eine Kontaktbearbeitung direkt mit einem Halbleitersubstrat 9 (insbesondere einer Feldoxidschicht 13 des Halbleitersubstrats 9) verbunden sein.
  • Weiter ist keiner der Transistoren 31 in einem Bereich ausgebildet, wo die Emitter-Kontaktstelle 2 ausgebildet ist. Das heißt, die Emitter-Kontaktstelle 2 ist so angeordnet, dass sie die Bereiche 6 bis 8 meidet, und ist über die Metallschicht 12 elektrisch mit einer Emitter-Elektrode E (einseitige Strom-Elektrode) jedes der Transistoren 31 verbunden.
  • Die Kollektor-Elektrode 22 ist auf einer rückseitigen Oberflächenseite (einer rückseitigen Oberflächenseite der Papieroberfläche von 1) der Halbleitervorrichtung 1 ausgebildet und ist mit einem Kollektor jedes Transistors 31 verbunden. Die Gate-Kontaktstelle 3 ist mit einem Gate jedes Transistors 31 verbunden. Die Klemmdiode 4 ist zwischen dem Gate und dem Kollektor jedes Transistors 31 angeschlossen.
  • In einem Bereich, wo die Transistoren 31 ausgebildet sind (korrespondierend zu dem Transistorzellbereich 37 in 18) ist eine Mehrzahl von Bereichen (ein Bereich 6, ein Bereich 7 und ein Bereich 8) angeordnet, von denen jeder ein voneinander verschiedenes Stromsteuerungsvermögen abhängig von einem Abstand von der Emitter-Kontaktstelle 2 aufweist. Hierbei wird in der vorliegenden ersten Ausführungsform ein Fall beschrieben, in welchem drei Bereich angeordnet sind, aber zwei oder mehr Bereiche können geeignet sein.
  • Der Bereich 6, der Bereich 7 und der Bereich 8 sind so angepasst, dass ein Verhältnis des Stromsteuerungsvermögens pro Einheitsfläche des Transistors 31 in jedem Bereich der Bereich 7 < der Bereich 6 ≤ der Bereich 8 ist. Die Anpassung des Stromsteuerungsvermögens wird in einem Fall, in welchem der Transistor 31 der IGBT ist, zum Beispiel durch Ändern eines Abstands zwischen Gates oder einer Gestaltung eines Störstellenimplantierungsmusters eines Störstellenbereichs 11 in einem Emitter-Kontaktteil und nah dem Emitter-Kontaktteil durchgeführt.
  • In der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung 1 ist durch ein Experiment gefunden worden, dass in einem Übergangszustand bei dem vorstehend beschriebenen aktiven Klemmbetrieb ein Strom dazu neigt, sich in dem Bereich 7 zu konzentrieren, und der Bereich 7 dient als ein Startpunkt für einen Durchschlag unter Bedingungen einer umschließenden Umgebung aufgrund einer unmittelbaren Wärmeerzeugung. Diese Tatsache bedeutet, dass, da eine Stromdichte in der Ebene der Halbleitervorrichtung 1 ungleichmäßig ist, eine Durchschlagfestigkeit der Halbleitervorrichtung 1 durch die Durchschlagfestigkeit der in dem Bereich 7 angeordneten Transistoren 31 begrenzt ist. In der Halbleitervorrichtung 1 ist jedoch, da ein Stromanteil in dem Bereich, wo die Stromdichte hoch ist (Bereich 7), in umliegende Bereiche (Bereich 6, Bereich 8) verteilt wird, die Halbleitervorrichtung 1 als Ganzes so ausgelegt, dass sie einen gleichmäßigeren Stromanteil aufweist, und somit kann eine höhere Durchschlagfestigkeit durch Verwenden einer Halbleitervorrichtung der gleichen Fläche realisiert werden.
  • Wie vorstehend beschrieben wird es gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform möglich, eine Ungleichmäßigkeit einer Stromverteilung in der Ebene zu beseitigen. Weiter wird eine Verbesserung des Ausgleichsverhältnisses zwischen dem Stromsteuerungsvermögen und der Durchschlagfestigkeit des Transistors möglich, welcher herkömmlicherweise ein Problem aufweist, und somit wird es möglich, eine Halbleitervorrichtung zu geringeren Kosten zur Verfügung zu stellen.
  • Hierbei ist in der vorstehend beschriebenen 1 jeder der Bereiche 6 bis 8 so angeordnet, dass er die Emitter-Kontaktstelle 2 gleichermaßen umgibt, allerdings wird abhängig von einem Gestaltungsmuster des Gates des Transistors 31 oder einer Anordnungsstelle jeder Kontaktstelle eine Wirkung ähnlich der vorstehenden selbst durch Anordnen jedes Bereichs, wie in 4 bis 6 dargestellt (in 4, 5 nur die Bereiche 6, 7), erzielt, sodass sie von dem Abstand von der Emitter-Kontaktstelle 2 abhängt.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • 7 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung einer Halbleitervorrichtung 19 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und ist eine externe Ansicht der Halbleitervorrichtung 19 von oben gesehen.
  • Die vorliegende zweite Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Emitter-Kontaktstelle 2 eine kreisförmige Form, eine elliptische Form oder eine vieleckige Form aufweist, die mindestens fünf oder mehr Eckpunkte aufweist. Da andere Anordnungen die gleichen sind wie diejenigen in der ersten Ausführungsform, wird die Beschreibung hier weggelassen.
  • Wie in 7 dargestellt, ist die Emitter-Kontaktstelle 2 in eine elliptische Form gebracht. Weiter sind Bereiche 6 bis 8 so angeordnet, dass sie einen Umfang der Emitter-Kontaktstelle 2 umgeben.
  • Die Form der Emitter-Kontaktstelle 2 ist nicht auf eine runde Form beschränkt wie die elliptische Form und die kreisförmige Form und kann die vieleckige Form sein, die fünf oder mehr Eckpunkte aufweist. Was eine Mustermaske für eine Freilegungsvorrichtung betrifft, die beim Ausbilden eines Musters einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung einer Fotogravurtechnik verwendet wird, wird eine Form des Musters unter Verwendung eines Computers entworfen. Ein kreisförmiges Muster wird praktisch in eine Form konvertiert, die zu dem Polygon angenähert wird, und die Mustermaske wird basierend auf Koordinatendaten jedes Eckpunkts des Polygons hergestellt. Das heißt, wenn die Anzahl von Eckpunkten des Polygons erhöht wird, wird die Mustermaske schließlich so hergestellt, dass sie eine Form aufweist, die ungefähr die elliptische Form oder die kreisförmige Form aufweist.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform, da Abstände zwischen einer Grenze jedes der Bereiche 6 bis 8 und der Emitter-Kontaktstelle 2 gleichmäßiger sind als diejenigen der ersten Ausführungsform, eine Ungleichmäßigkeit des Stroms (der Wärmeerzeugung) in jedem der Bereiche 6 bis 8 gemäßigt, und dann wird es möglich, eine Verwendungseffizienz der Transistoren 31 zu verbessern.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • 8 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung einer Halbleitervorrichtung 20 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und ist eine externe Ansicht der Halbleitervorrichtung 20 von oben gesehen. Weiter ist 9 eine schematische Darstellung, die eine äquivalente Schaltung von 8 darstellt.
  • Die vorliegende dritte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Transistor 31 (die Zelle des Transistors) zusätzlich zu der Emitter-Elektrode eine Stromerfassungselektrode aufweist, die eine kleinere Fläche aufweist als diejenige der Emitter-Elektrode. Da andere Anordnungen die gleichen sind wie diejenigen in der ersten Ausführungsform, wird die Beschreibung hier weggelassen.
  • Wie in 8, 9 dargestellt, ist die Stromerfassungselektrode des Transistors 31 mit einer Stromerfassungs-Emitter-Kontaktstelle 21 verbunden. Das heißt, die Halbleitervorrichtung 20 weist den Transistor 31, der eingerichtet ist, sowohl mit der Emitter-Elektrodenkontaktstelle 2 als auch der Gate-Elektrodenkontaktstelle 3 als auch der Kollektor-Elektrode 22 verbunden zu sein; und einen Stromerfassungstransistor, der eingerichtet ist, sowohl mit der Stromerfassungs-Emitter-Kontaktstelle 21 als auch der Gate-Elektrodenkontaktstelle 3 als auch der Kollektor-Elektrode 22 verbunden zu sein, auf. Weiter ist der Stromerfassungstransistor von einer Größe kleiner als der Transistor 31. Der Stromerfassungstransistor ist in einem Bereich ausgebildet, der durch eine gestrichelte Linie in 8 angezeigt wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden dritten Ausführungsform, da die Halbleitervorrichtung 20 den Stromerfassungstransistor aufweist, der von einer Größe kleiner ist als der Transistor 31, eine Stromerfassung unter Verwendung eines kleineren Erfassungswiderstands möglich, und eine Signalübertragung zu der Steuerschaltung wird möglich. Weiter können, da durch Verwenden des kleineren Wiederstands als eines konventionellen Stromerfassungswiderstands 35, wie in 16 dargestellt, eine ähnliche Wirkung wie in der Vergangenheit realisiert werden kann, eine Reduzierung einer Größe und von Kosten der Halbleitervorrichtung realisiert werden.
  • Hier wird in der vorstehenden Beschreibung ein Fall beschrieben, in welchem die vorliegende dritte Ausführungsform auf die erste Ausführungsform angewendet wird, aber die vorliegende dritte Ausführungsform kann ebenso auf die zweite Ausführungsform angewendet werden. Weiter kann der Stromerfassungstransistor nicht nur in dem Bereich angeordnet sein, der durch die gestrichelte Linie in 8 angezeigt wird, sondern ebenso in einem beliebigen Bereich.
  • <Vierte Ausführungsform>
  • 10 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung einer Halbleitervorrichtung 23 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und ist eine externe Ansicht der Halbleitervorrichtung 23 von oben gesehen. Weiter ist 11 eine schematische Darstellung, die eine äquivalente Schaltung von 10 darstellt.
  • Die vorliegende vierte Ausführungsform ist durch weiteres Aufweisen einer Temperaturerfassungsdiode 24 gekennzeichnet, welche eine Temperatur der Halbleitervorrichtung 23 erfasst. Da andere Anordnungen die gleichen sind wie diejenigen in der ersten Ausführungsform, wird die Beschreibung hier weggelassen.
  • Wie in 10, 11 dargestellt, ist eine Anode der Temperaturerfassungsdiode 24 mit einer Anoden-Elektrode 25 verbunden, und eine Kathode der Temperaturerfassungsdiode 24 ist mit einer Kathoden-Elektrode 26 verbunden.
  • Hierbei ist die Temperaturerfassungsdiode 24 im Allgemeinen aus einem Polysilizium ausgebildet, aber kann aus einem anderen Material als Polysilizium ausgebildet sein. Weiter wird die Diode in dem Beispiel in 11 in einer einzelnen Stufe verwendet, aber eine Mehrzahl von Dioden kann in mehreren Stufen verwendet werden, welche in Serie verbunden ist.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden vierten Ausführungsform möglich, da ein Schutz gegen einen Unfall ermöglicht wird, welcher basierend auf einem Wärmeerzeugungsmonitor oder einer Überhitzungsabschaltung ausgeführt wird, durch Verbinden der Anoden-Elektrode 25 und der Kathoden-Elektrode mit einer Temperaturerfassungsschaltung (nicht dargestellt), die in der Steuerschaltung 29 enthalten ist, und Ermöglichen einer Temperaturerfassung der Halbleitervorrichtung 23, eine Schwierigkeit zu vermeiden, die durch einen Transistor in einem unnormalen Betrieb verursacht wird, und eine Halbleitervorrichtung mit einer höheren Zuverlässigkeit zur Verfügung zu stellen.
  • Hierbei wird in der vorstehenden Beschreibung ein Fall beschrieben, in welchem die vorliegende vierte Ausführungsform auf die erste Ausführungsform angewendet wird, aber die vorliegende vierte Ausführungsform kann ebenso auf die zweite Ausführungsform angewendet werden.
  • <Fünfte Ausführungsform>
  • 12 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung einer Halbleitervorrichtung 27 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und ist eine externe Ansicht der Halbleitervorrichtung 27 von oben gesehen. Weiter ist 13 eine schematische Darstellung, die eine äquivalente Schaltung von 12 darstellt.
  • Die vorliegende fünfte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anode der Temperaturerfassungsdiode 24 mit der Emitter-Kontaktstelle 2 verbunden ist. Da andere Anordnungen die gleichen sind wie diejenigen in der vierten Ausführungsform, wird die Beschreibung hier weggelassen.
  • Wie in 12, 13 dargestellt, ist die Anode der Temperaturerfassungsdiode 24 mit der Emitter-Kontaktstelle 2 verbunden. Das heißt, die Anode der Temperaturerfassungsdiode 24 und die Emitter-Elektrode des Transistors 31 nutzen gemeinsam die Emitter-Kontaktstelle 2. Auf diese Weise kann, da die in der vierten Ausführungsform angeordnete Anoden-Elektrode 25 (siehe 11) weggelassen werden kann, die Halbleitervorrichtung 27 verkleinert werden und eine Kostenreduzierung kann erzielt werden.
  • Was ein Temperaturerfassungsverfahren betrifft, wird im Allgemeinen eine Temperatur der Halbleitervorrichtung 27 durch Verursachen eines konstanten Stromflusses von der Anode in Richtung der Kathode der Temperaturerfassungsdiode 24 und Überwachen einer zwischen der Anode und der Kathode erzeugten Spannung gemessen.
  • Hierbei wird die Diode in dem Beispiel in 13 in einer einfachen Stufe verwendet, aber eine Mehrzahl von Dioden kann in mehreren Stufen verwendet werden, welche in Serie verbunden ist.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird es gemäß der vorliegenden fünften Ausführungsform möglich, durch Anlegen einer Spannung zwischen der Emitter-Kontaktstelle 2 und der Kathoden-Elektrode 26 der Temperaturerfassungsdiode 24 und Überwachen eines fließenden Stroms unter Verwendung der Temperaturerfassungsschaltung der Steuerschaltung 29 einen Überhitzungszustand der Halbleitervorrichtung 27 zu erkennen.
  • <Sechste Ausführungsform>
  • 14 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung einer Halbleitervorrichtung 28 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und ist eine externe Ansicht der Halbleitervorrichtung 28 von oben gesehen. Weiter ist 15 eine schematische Darstellung, die eine äquivalente Schaltung von 14 darstellt.
  • Die vorliegende sechste Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleitervorrichtung 28 den Stromerfassungstransistor und die Temperaturerfassungsdiode aufweist. Das heißt, die vorliegende sechste Ausführungsform ist durch ein Kombinieren der dritten Ausführungsform (8, 9) mit der fünften Ausführungsform (12, 13) gekennzeichnet. Da Anordnungen die gleichen sind wie diejenigen in der dritten Ausführungsform und der fünften Ausführungsform wird die Beschreibung hier weggelassen.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden sechsten Ausführungsform eine Erfassung des Laststroms und der Temperatur in der Halbleitervorrichtung 28 möglich, und kann für einen Schutz gegen einen Überstrom und einen Schutz gegen Überhitzung verwendet werden. Entsprechend ist es möglich, eine Schwierigkeit, die durch einen Transistor in einem unnormalen Betrieb verursacht wird, zu vermeiden und eine Halbleitervorrichtung mit höherer Zuverlässigkeit zur Verfügung zu stellen.
  • <Siebte Ausführungsform>
  • Eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat 9 in der ersten bis sechsten Ausführungsform ein Siliziumkarbidsubstrat anstelle des Siliziumsubstrats aufweist. Da Anordnungen die gleichen sind wie diejenigen in der ersten bis sechsten Ausführungsform, wird die Beschreibung hier weggelassen.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird es gemäß der vorliegenden siebten Ausführungsform möglich, da es für die Halbleitervorrichtung, die das Siliziumkarbidsubstrat verwendet, möglich wird, bei höheren Temperaturen zu arbeiten als die Halbleitervorrichtung, die das Siliziumsubstrat gemäß der ersten bis sechsten Ausführungsform verwendet, eine Größe der Halbleitervorrichtung und eines Wärmeabstrahlmechanismus weiter zu verkleinern. Entsprechend ist es möglich, zu einer Reduzierung einer Größe und eines Gewichts eines Produkts beizutragen, welches die Halbleitervorrichtung verwendet.
  • Es wird beachtet, dass in der vorliegenden Erfindung die Ausführungsformen innerhalb des Gültigkeitsumfangs der vorliegenden Erfindung geeignet modifiziert oder weggelassen werden können.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben ist, sind die vorstehend beschriebenen Beschreibungen in allen Aspekten darstellend, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Es wird verstanden, dass zahlreiche andere Änderungen und Variationen, welche nicht beispielhaft veranschaulicht sind, entworfen werden können, ohne von dem Gültigkeitsumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleitervorrichtung
    2
    Emitter-Kontaktstelle
    3
    Gate-Kontaktstelle
    4
    Klemmdiode
    5
    Oberflächenbereich mit verringertem elektrischem Feld
    6
    Bereich
    7
    Bereich
    8
    Bereich
    9
    Halbleitersubstrat
    10
    Gate
    11
    Störstellenbereich
    12
    Metallschicht
    13
    Feldoxidschicht
    14
    Zwischenlagenschicht
    15
    leitfähiger Draht
    16
    Halbleitervorrichtung
    17
    Halbleitervorrichtung
    18
    Halbleitervorrichtung
    19
    Halbleitervorrichtung
    20
    Halbleitervorrichtung
    21
    Stromerfassungs-Emitter-Kontaktstelle
    22
    Kollektor-Elektrode
    23
    Halbleitervorrichtung
    24
    Temperaturerfassungsdiode
    25
    Anoden-Elektrode
    26
    Kathoden-Elektrode
    27
    Halbleitervorrichtung
    28
    Halbleitervorrichtung
    29
    Steuerschaltung
    30
    Steueranschluss
    31
    Transistor
    32
    Übertrager
    33
    Zündkerze
    34
    Klemmdiode
    35
    Stromerfassungswiderstand
    36
    Halbleitervorrichtung
    37
    Transistorzellbereich

Claims (7)

  1. Halbleitervorrichtung (1), die einen Transistorzellbereich (37) aufweist, wo eine Mehrzahl von Transistorzellen auf einem Halbleitersubstrat (9) angeordnet ist, wobei die Halbleitervorrichtung (1) eine Elektroden-Kontaktstelle (2) aufweist, welche so angeordnet ist, dass sie den Transistorzellbereich (37) auf dem Halbleitersubstrat (9) meidet und elektrisch mit einer einseitigen Stromelektrode jeder der Zellen verbunden ist, wobei der Transistorzellbereich (37) eine Mehrzahl von Bereichen (6, 7 und 8) aufweist, von denen jeder ein voneinander verschiedenes Stromsteuerungsvermögen abhängig von einem Abstand von der Elektroden-Kontaktstelle (2) aufweist.
  2. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Elektroden-Kontaktstelle (2) eine kreisförmige Form, eine elliptische Form oder eine vieleckige Form mit mindestens fünf oder mehr Eckpunkten aufweist.
  3. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil der Zellen zusätzlich zu der einseitigen Stromelektrode eine Stromerfassungselektrode aufweist, die eine kleinere Fläche aufweist als diejenige der einseitigen Stromelektrode.
  4. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, weiter aufweisend eine Temperaturerfassungsdiode (24), welche eine Temperatur der Halbleitervorrichtung erfasst.
  5. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei eine Anode der Temperaturerfassungsdiode (24) mit der Elektroden-Kontaktstelle (2) verbunden ist.
  6. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 3, weiter aufweisend eine Temperaturerfassungsdiode (24), welche eine Temperatur der Halbleitervorrichtung erfasst.
  7. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat (9) ein Siliziumkarbidsubstrat aufweist.
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