JP2001244463A

JP2001244463A - 半導体装置

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Publication number: JP2001244463A
Application number: JP2000049598A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Kono; 恭彦河野; Junpei Uruno; 純平宇留野; Katsuo Ishizaka; 勝男石坂
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2001-09-07
Anticipated expiration: 2020-02-25
Also published as: JP3443791B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体素子の主端子間に印加される電圧をこ
の電圧よりも低い電圧で直接検出すること。【解決手段】ＩＧＢＴ１０のコレクタ電極端子１２と
ゲート電極端子１６との間に５対のコレクタクランプダ
イオード１８〜２６が挿入され、ゲート電極端子１６と
エミッタ電極端子１４との間に一対のゲート保護ダイオ
ード２８が挿入され、コレクタクランプダイオード２４
と２６との接続点にコレクタ電圧検出端子３０が接続さ
れている。ＩＧＢＴ１０のコレクタに電圧が印加された
ときに、この電圧はコレクタクランプダイオード１８〜
２６によって分圧され、コレクタ電圧検出端子３０から
は分圧された電圧が出力される。すなわちコレクタ電圧
検出端子３０からコレクタ電圧を直接監視することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に係
り、特に、能動素子として絶縁ゲート半導体素子を備え
た半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】能動素子として機能する半導体素子とし
て、絶縁ゲート形バイポーラモードトランジスタ（ＩＧ
ＢＴ）が知られている。ＩＧＢＴは、半導体素子に接続
された端子として、一対の主端子（コレクタ電極端子、
エミッタ端子）と、各主端子間に流れる電流を制御する
ための制御端子（ゲート電極端子）を備えた電圧制御型
の半導体素子として構成されている。このＩＧＢＴはコ
レクタ・エミッタ間に流れる大電流を制御端子に入力す
る小さな電力の信号で制御できるという特徴があり、家
庭用電化製品から電車などに搭載された電力変換装置ま
で広く使われている。さらに、ここ数年は、自動車の点
火装置であるイグナイタにも適用されており、従来使わ
れていたバイポーラトランジスタに置き代わりつつあ
る。

【０００３】ＩＧＢＴをイグナイタに適用した場合、Ｉ
ＧＢＴのコレクタをイグニッションコイルの一次側に接
続し、エミッタを接地し、ゲート端子に点火制御信号を
入力し、点火制御信号にしたがってＩＧＢＴをオンオフ
制御し、ＩＧＢＴのオン時に、バッテリからの電流をイ
グニッションコイルの一次側、ＩＧＢＴのコレクタ、エ
ミッタを介して流し、ＩＧＢＴのオフ時に、イグニッシ
ョンコイルの一次側を流れる電流が急激に遮断されるこ
とに伴って、イグニッションコイルの一次側に数百ボル
ト程度の電圧を誘起させ、この電圧をイグニッションコ
イルで昇圧し、イグニッションコイルの二次側から数万
ボルトの電圧を点火プラムに印加してガソリンを着火す
る構成が採用されている。

【０００４】ＩＧＢＴをイグナイタに用いた場合、イグ
ニッションコイルの一次側から発生する過大な電圧によ
ってＩＧＢＴが破壊するのを防止するために、ＩＧＢＴ
には電圧制限素子が設けられている。例えば、点火プラ
グが点火に失敗した場合などにおいては、イグニッショ
ンコイルに蓄積されたエネルギーが点火プラグで消費で
きないために、イグニッションコイルにエネルギーが溜
ったままの状態となり、イグニッションコイルの一次側
から高い電圧が発生し、この電圧がＩＧＢＴのコレクタ
電極端子に印加されると、そのままではＩＧＢＴが破壊
する。このため、ＩＧＢＴを高電圧回路に用いるときに
は、コレクタ電極とゲート電極とをコレクタクランプダ
イオードを介して接続し、高い電圧がコレクタ電極端子
に印加されたときに、コレクタクランプダイオードの降
伏によって電圧を制限する構成が採用されている。

【０００５】一方、近年、イグナイタを用いてエンジン
を制御するに際して、エンジンの省エネルギー化やクリ
ーン化が強く求められるようになっており、高精度な点
火制御が可能なイグナイタが必要となっている。このた
め、点火プラグの状態をエンジンコントロール用のマイ
コン（マイクロコンピュータ）で常に監視し、最適な点
火制御を行なう回路が提案されている。

【０００６】この種の点火制御回路としては、例えば、
特開平９−３１７６１７号公報に記載されているものが
ある。この点火制御回路においては、ＩＧＢＴなどで構
成されるスイッチング素子の主端子間の電圧を監視する
回路を設け、スイッチング素子の主端子間の電圧にした
がって点火プラグの状態を推定し、この推定結果を基に
エンジンの点火制御をリアルタイムに行なうようになっ
ている。なお、スイッチング素子の主端子間の電圧を監
視するものとしては、例えば、特開平５−２１９７５２
号公報が挙げられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
スイッチング素子の主端子間の電圧をエンジン制御用の
マイコンに入力するために、スイッチング素子とマイコ
ンとの間に、電圧低減用のコンデンサや抵抗などを設け
ることが余儀なくされている。すなわち、イグナイタに
用いられるスイッチング素子の主端子間の電圧は通常、
数百ボルトにも上昇するので、この電圧をそのままマイ
コンに入力したのでは、耐圧が数ボルトのマイコンを破
壊することになる。このように、電圧低減用のコンデン
サや抵抗などを半導体素子の外部素子として設けると、
部品点数の増加によりイグナイタの小型化、低コスト化
が困難になり、この結果として、自動車の小型化、低コ
スト化が困難になる。またスイッチング素子とマイコン
との間にコンデンサや抵抗などの外部素子を設けると、
制御に遅れが生じたり、ノイズが混入したりして高精度
なエンジン制御が困難となる。

【０００８】本発明の目的は、半導体素子の主端子間に
印加される電圧をこの電圧よりも低い電圧で直接検出す
ることができる半導体装置および車両用点火制御装置を
提供することになる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、能動素子として機能する半導体素子と、
前記半導体素子に接続された端子として電源に接続され
る第一の主端子および第二の主端子と、前記第一の主端
子と前記第二の主端子との間に流れる電流を制御する制
御端子とを有し、前記第一の主端子と前記制御端子との
間に、前記第一の主端子と前記制御端子との間の電圧を
分圧する分圧素子と、前記分圧素子により分圧された電
圧を出力する電圧検出端子とを備えてなる半導体装置を
構成したものである。

【００１０】前記半導体装置を構成するに際しては、前
記分圧素子により分圧された電圧をさらに分圧する補助
分圧素子を設け、前記電圧検出端子の代わりに、前記補
助分圧素子により分圧された電圧を出力する電圧検出端
子を設けることもできる。

【００１１】また、前記半導体装置を構成するに際して
は、前記分圧素子の代わりに、前記第２の主端子と前記
制御端子との間に、前記第２の主端子と前記制御端子と
の間の電圧を分圧する分圧素子を設け、この分圧素子に
より分圧された電圧を出力する電圧検出端子を設けるこ
ともできる。

【００１２】前記各半導体装置を構成するに際しては、
以下の要素を付加することができる。

【００１３】（１）前記分圧素子は、複数個の整流素子
で構成されている。

【００１４】（２）前記分圧素子は、複数個の抵抗で構
成されている。

【００１５】（３）前記分圧素子は、多結晶シリコンで
形成されている。

【００１６】（４）前記分圧素子を構成する複数個の整
流素子は、抵抗率の異なる複数の多結晶シリコン層から
構成され、前記電圧検出端子は、前記多結晶シリコン層
のうち抵抗の低い層に接続されている。

【００１７】（５）前記分圧素子を前記半導体素子の形
成領域の角部に設け、この角部の分圧素子に前記電圧検
出端子を接続してなる。

【００１８】また、本発明は、一対の主表面を有する半
導体基体と、前記半導体基体の一方の主表面側に形成さ
れた第１導電形の第１の層と、前記半導体基体の他方の
主表面側に形成されて前記第１導電形とは導電形の異な
る第２導電形の第２の層と、前記第２の層内に選択的に
形成された第１導電形による複数の第３の層と、前記第
３の層内に選択的に形成された第２導電形による第４の
層と、前記第２の層と前記第４の層との間の前記第３の
層の露出面に絶縁膜を介して形成された第１の電極と、
前記第３の層と前記第４の層とに接合して形成された第
２の電極と、前記半導体基体の一方の主表面に接合して
形成された第３の電極とを含む第一の領域と、前記第１
の層と前記第２の層を延長して前記第一の領域を包囲し
て形成された第二の領域とを備え、前記第二の領域の第
２の層には、電位が徐々に低下する電界緩和層が形成さ
れ、前記電界緩和層の指定の電位の部位に電圧検出端子
が接続されてなる半導体装置を構成したものである。

【００１９】前記半導体装置を構成するに際しては、前
記電圧検出端子の代わりに、前記電界緩和層の指定の電
位の部位に、この部位の電圧を分圧する分圧素子が接続
され、前記電圧素子の電圧分圧点に電圧検出端子を接続
することもできる。

【００２０】また、本発明は、イグニッションコイルの
一次側に接続される半導体装置と、前記半導体装置の電
圧検出端子からの電圧と点火指令とにしたがって点火制
御信号を生成しこの点火制御信号を前記半導体装置の制
御端子に出力する制御手段とを備え、前記半導体制御装
置として、前記いずれかの半導体制御装置を用いて構成
された自動車用点火制御装置を構成したものである。

【００２１】前記した手段によれば、半導体素子の主端
子間に印加された電圧が分圧されて分圧検出端子から出
力されるため、半導体素子の主端子間に印加される電圧
をこの電圧よりも低い電圧で直接検出することができ
る。このため、半導体素子の主端子間に印加される電圧
を検出するのに半導体装置の外部に電圧検出素子を設け
る必要がなく、部品点数の低減およびノイズの低減に寄
与することができる。また電圧検出端子から出力される
電圧を、点火制御信号を生成する制御手段に適する電圧
に設定することで、制御手段を、例えば、エンジンコン
トロール用のマイコンで構成した場合、電圧検出端子か
ら出力される電圧をマイコンに直接入力することができ
る。そして制御手段において、電圧検出手段から入力さ
れた電圧と点火指令とにしたがって点火制御信号を生成
することで、時間遅れが少なく、精度の高いエンジン制
御が可能となり、自動車の省燃費化および排ガスのクリ
ーン化に寄与することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態を示
す半導体装置の回路構成図である。図１において、半導
体装置は、能動素子として機能する半導体素子であるゲ
ート絶縁形バイポーラモードトランジスタ（以下、ＩＧ
ＢＴという。）１０と、ＩＧＢＴ１０に接続された端子
として電源に接続される第１の主端子であるコレクタ電
極端子１２および第２の主端子であるエミッタ電極端子
１４と、コレクタ電極端子１２とエミッタ電極端子１４
との間に流れる電流を制御するための制御端子であるゲ
ート電極端子１６、５対のコレクタクランプダイオード
１８、２０、２２、２４、２６、ゲート保護ダイオード
２８、コレクタクランプダイオード２４と２６との接続
点に接続されたコレクタ電圧検出端子３０を備えて構成
されている。コレクタクランプダイオード１８〜２６、
ゲート保護ダイオード２８はそれぞれ２個のダイオード
のアノード側が互いに接続されて構成されており、コレ
クタクランプダイオード１８〜２６は互いに直列接続さ
れてコレクタ電極端子１２とゲート電極端子１６に接続
されている。ゲート保護ダイオード２８は各ダイオード
のカソード側がゲート電極端子１６とエミッタ電極端子
１４にそれぞれ接続されて、ＩＧＢＴ１０のゲート・エ
ミッタ間に高電圧が印加されたときに、この電圧によっ
て降伏し、高電圧からＩＧＢＴ１０を保護するようにな
っている。

【００２３】一方、各コレクタクランプダイオード１８
〜２６は、コレクタ電極端子１２とゲート電極端子１６
との間に高電圧が印加されたときに降伏し、コレクタ電
極・ゲート電極間に印加される電圧を許容電圧以下に制
限する電圧制限素子として機能するとともに、コレクタ
電極端子１２・ゲート電極端子１６間に印加された電圧
を分圧する分圧素子として機能するようになっている。
この場合、コレクタ電極端子１２・ゲート電極端子１６
間の電圧が５対のコレクタクランプダイオード１８〜２
６によって分圧されるため、コレクタ電極端子１２・ゲ
ート電極端子１６間の電圧がコレクタクランプダイオー
ド２６によって１／５に分圧される。このため、コレク
タ電圧検出端子３０からは、接地電位に対して、コレク
タクランプダイオード２６の両端に発生する分圧電圧を
加えた電圧が発生することになる。

【００２４】例えば、コレクタ電極端子１２をイグニッ
ションコイルの一次側コイルに接続し、エミッタ電極端
子１４を接地し、イグニッションコイルの一次側コイル
から４００Ｖの電圧が発生し、この電圧がコレクタ電極
端子１２に印加されたときには、コレクタ電圧検出端子
３０から約８０Ｖの電圧が出力される。すなわち、ＩＧ
ＢＴ１０のコレクタ電極端子１２とエミッタ電極端子１
４との間に電圧が印加されたときに、この電圧よりも低
い電圧をコレクタ電極端子３０から直接検出することが
できる。

【００２５】本実施形態においては、分圧素子として、
５対のコレクタクランプダイオード１８〜２６を設けた
ものについて述べたが、コレクタクランプダイオードの
個数を増やすことにより、コレクタ電圧検出端子３０か
ら発生する電圧をさらに低くすることができる。例え
ば、コレクタクランプダイオードとなるダイオード対を
２００個設け、ゲート電極端子１６に接続されたダイオ
ード対から２番目のダイオード対と３番目のダイオード
対との接続点にコレクタ電圧検出端子３０を接続した場
合、コレクタ電極端子１２・ゲート電極端子１６間に印
加された電圧を１／１００に分圧した電圧をコレクタ電
圧検出端子３０から検出することができる。この場合、
コレクタ電極端子１２に４００ボルトの電圧が印加され
たときには、コレクタ電圧検出端子３０とゲート電極端
子１６との間には僅か４ボルトの電圧しか発生しないた
め、コレクタ電圧検出端子３０をエンジン制御用マイコ
ンの電圧入力端子に直接接続することが可能になる。

【００２６】最大で４ボルト程度の電圧を発生するコレ
クタ電圧検出端子３０をエンジン制御用マイコンの電圧
入力端子に直接接続し、この電圧と点火指令にしたがっ
てマイコンで点火制御信号を生成し、この点火制御信号
にしたがってＩＧＢＴ１０をオンオフ制御することで、
エンジンの点火時期を高精度に制御することが可能にな
り、自動車の省エネルギー化および排ガスのクリーン化
に寄与することができる。

【００２７】したがって、本実施形態においては、半導
体装置の外部に電圧低減用のコンデンサや抵抗などの部
品を設けることなくコレクタ電圧を検出できるため、部
品点数の低減およびイグナイタの小型化および低コスト
化に寄与することができる。

【００２８】前記実施形態においては、コレクタクラン
プダイオード１８〜２６を分圧素子として用いるものに
ついて述べたが、図２に示すように、ダイオードの代わ
りに、抵抗３２、３４を分圧素子および電圧制限素子と
して用いても、前記実施形態と同様の効果を得ることが
できる。

【００２９】本実施形態においては、抵抗３２、３４の
抵抗値を調整することで、コレクタ電極端子１２とエミ
ッタ電極端子１４との間に印加された電圧よりも低い電
圧をコレクタ電圧検出端子３０から検出することができ
る。

【００３０】次に、図１に示す半導体装置の具体的な構
造を図３および図４にしたがって説明する。図３は図１
に示す半導体装置の平面図、図４は図３のＡ−Ｂ線に沿
う断面図である。図３および図４において、半導体装置
は、素子形成領域３６とＩＧＢＴチップ周辺の電界強度
を緩和するターミネーション領域３８を有し、素子形成
領域３６には能動素子として機能する半導体素子が複数
個形成されており、各半導体素子のエミッタ電極がエミ
ッタ端子１４に接続され、各半導体素子のコレクタ電極
がコレクタ電極端子１２に接続され、ゲート電極がゲー
ト電極端子１６に接続され、複数の半導体素子によって
単一のＩＧＢＴ１０が構成されている。

【００３１】素子形成領域３６には、半導体基体４００
を構成する層として、ｐ型のコレクタ層４０２、ｎ型の
バッファ層４０３、ｎ型のドリフト層４０４が形成され
ており、ｐ型のコレクタ層４０２にはコレクタ電極４１
が接合され、コレクタ電極４０１にはコレクタ電極端子
１２が接続されている。一方、ｎ型のドリフト層４０４
には、ｐ型のベース層４０５が複数個間隔を保って形成
されており、ベース層４０５にはｎ型のエミッタ層４０
６が形成されている。エミッタ層４０６はエミッタ電極
４０９に接合されており、エミッタ層４０６とエミッタ
層４０６との間に形成されたドリフト層４０４は絶縁膜
を介してゲート電極４０８に接合されている。エミッタ
電極４０９はエミッタ電極端子１４に接続され、ゲート
電極４０８はゲート電極端子１６に接続されている。

【００３２】またｎ型のドリフト層４０４には、ｐ型の
ベース層４０５に隣接して、ｐ型のウエル層４０７が形
成されており、ｐ型のウエル層４０７の表面には酸化膜
４１４が形成されている。この酸化膜４１４上には、ｐ
型不純物４１２とｎ型不純物４１３とが交互に形成され
ており、両端のｎ型不純物４１３のうち一方のｎ型不純
物４１３にはクランプダイオード２６の第１の電極４１
０が接合され、この第１の電極４１０がゲート電極端子
１６に接続されている。また他端のｎ型不純物４１３に
はクランプダイオード２６の第２の電極４１５が接合さ
れている。第２の電極４１５はｎ型ドリフト層４０４内
に形成されたｎ＋コンタクト層４１６に接合されてい
る。

【００３３】本実施形態の特徴は、コレクタ電圧検出端
子３０を多結晶シリコンで形成されたダイオードの一部
分より引出して形成している点にある。すなわち、コレ
クタクランプダイオード１８〜２６はｐ型のウエル層４
０７に接合された酸化膜４１４上に多結晶シリコンを用
いて形成されており、ダイオードの第１の電極４１０か
ら２番目の接続点となるｎ型不純物４１３にコレクタ電
圧検出端子３０が接続されている。コレクタ電圧検出端
子３０はエミッタ電極４０９と同一のプロセスで作るこ
とが可能であり、コレクタ電圧検出端子３０を設けるこ
とによって製造プロセスの増加はない。

【００３４】したがって、本実施形態によれば、製造プ
ロセスを増やすことなくコレクタ電圧検出端子３０を形
成できる。

【００３５】また、本実施形態においては、コレクタク
ランプダイオード１８〜２６を抵抗率の異なる複数の多
結晶シリコン層に形成し、電圧検出端子３０を、抵抗率
の異なる多結晶シリコン層のうち抵抗の低い層に接続す
る構成を採用することもできる。

【００３６】次に、本発明の第３実施形態を図５にした
がって説明する。本実施形態は、コレクタクランプダイ
オード１８〜２６とコレクタ電圧検出端子３０をチップ
の角部、すなわち素子形成領域３６とターミネーション
領域３８の角部に配置したものであり、他の構成は図３
のものと同様である。

【００３７】本実施形態においては、コレクタ電圧検出
端子３０をゲート電極端子１６から離して配置している
ため、各端子からの配線の引出しが容易になり、組立て
易く、組立てコストを低減できる。またコレクタクラン
プダイオード１８〜２６をチップの角部に配置すること
でコレクタクランプダイオード１８〜２６がＩＧＢＴ１
０の発熱の影響を受けにくくなり、コレクタ電圧の検出
精度を高めることができる。

【００３８】次に、本発明の第４実施形態を図６にした
がって説明する。本実施形態は、コレクタクランプダイ
オード２４と２６との接続点に補助分圧素子として分圧
用ダイオード４２、４４を接続し、各分圧用ダイオード
４２と４４との接続点にコレクタ電圧検出端子３０を接
続するようにしたものであり、他の構成は図１と同様で
ある。各分圧用ダイオード４２、４４は一対のダイオー
ドのアノード側を互いに接続し、コレクタクランプダイ
オード１８〜２６と同様に多結晶シリコンダイオードと
して構成されている。そして各分圧ダイオード４２、４
４は、コレクタクランプダイオード１８〜２６と同様
に、ダイオード１個あたりの降伏電圧は３〜１０Ｖ程度
である。

【００３９】ここで、コレクタ電圧検出端子３０の出力
を直接エンジン制御用マイコンなどに入力する場合に
は、コレクタ電圧検出端子３０の電圧を５Ｖ以下にする
ことが望ましい。このためには、コレクタクランプダイ
オード１８〜２６の降伏電圧を低くすればよいが、降伏
電圧を単に小さくするにはコレクタクランプダイオード
の段数を増やさなければならず、コレクタクランプダイ
オードの占める面積が大きくなってチップサイズが増大
する。

【００４０】しかし、本実施形態においては、コレクタ
クランプダイオード１８〜２６によって分圧された電圧
を分圧用ダイオード４２、４４によってさらに分圧（１
／２に分圧）にしているため、コレクタクランプダイオ
ードの段数を増やすことなく、コレクタ電圧検出端子３
０の電圧をより低くすることができる。

【００４１】本実施形態においては、分圧用ダイオード
として２対のダイオードを用いたものについて述べた
が、３対以上の分圧ダイオードを用いれば、さらにコレ
クタ電圧検出端子３０の電圧を低くすることができる。
例えば、２０対の分圧用ダイオードで１／２０に分圧す
れば、コレクタ電極端子１２に４００Ｖの電圧が印加さ
れても、コレクタ電圧検出端子３０の電圧を５Ｖ以下に
することができる。

【００４２】本実施形態においては、分圧用ダイオード
４２、４４を用いてコレクタ電圧を分圧するものについ
て述べたが、ダイオードの代わりに、抵抗やコンデンサ
などの素子を用いて分圧することも可能である。

【００４３】以上の第１実施形態から第４実施形態で
は、コレクタクランプダイオード１８〜２６を有する半
導体装置について述べたが、コレクタクランプダイオー
ドがないいわゆる汎用のＩＧＢＴに本発明を適用した実
施形態を以下に説明する。

【００４４】図７は本発明の第５実施形態を示す半導体
装置の縦断面図である。図７において、半導体装置は１
対の主表面を有する半導体基体４００を有し、この半導
体基体４００は、半導体基体４００の一方の主面側に形
成された第１導電型（ｐ型）の第１の層としてのｐ型の
コレクタ層４０２と、半導体基体４００の他方の主表面
側に形成されて第１導電型とは導電型の異なる第２導電
型（ｎ型）の第２の層としてのｎ型ドリフト層４０４
と、ｐ型のコレクタ層４０２とｎ型のドリフト層４０４
との間に形成されたｎ型のバッファ層４０３とから構成
されており、ｎ型のドリフト層４０４には第１導電型
（ｐ型）による第３の層としてｐ型のベース層４０５が
複数個選択的に形成され、ベース層４０５内には第２導
電型（ｎ型）による第４の層としてｎ型のエミッタ層４
６が選択的に形成されている。そしてベース層４０５と
ドリフト層４０４の露出面には絶縁膜を介して第１の電
極としてゲート電極４０８が接合され、ベース層とエミ
ッタ層４０６との露出面に第２の電極としてエミッタ電
極４０９が接合され、半導体基体４００の一方の主表面
に第３の電極としてコレクタ電極４０１が接合されてい
る。そしてエミッタ電極４０９にはエミッタ電極端子１
４が接続され、ゲート電極４０８にはゲート電極端子１
６が接続されている。エミッタ電極４０９、ゲート電極
４０８、ベース層４０５、エミッタ層６は第１の領域に
形成されている。なお、ｎ型のバッファ層４０３が無い
場合も有り、ｎ型のバッファ層４０３は必須ではない。

【００４５】第１の領域に隣接して、コレクタ電極４０
１上にはバッファ層４０２、ドリフト層４０３、ベース
層４０４が延長して形成された第２の領域が第１の領域
を包囲するようになっている。この第２の領域のドリフ
ト層４０４には素子周辺部での電界を緩和するために、
電界緩和層（ＦｉｅｌｄＬｉｍｉｔｉｎｇＲｉｎ
ｇ）が形成されており、電界緩和層（ＦＬＲ層）はチッ
プの中央部から周辺部に向かって徐々に電位を低下させ
ることにより、電界を緩和するようになっている。

【００４６】具体的には、ｎ型のドリフト層４０４には
第１の電界緩和層７０５、第２の電界緩和層７０６、第
３の電界緩和層７０７が形成されており、第１の電界緩
和層７０５には第１のフィールドプレート７０１が接合
され、第２の電界緩和層７０６には第２のフィールドプ
レート７０２が接合され、第３の電界緩和層７０７には
第３のフィールドプレート７０３が接合されている。そ
して各フィールドプレート間には酸化膜４１４が形成さ
れ、酸化膜４１４上には電界制御電極７０４が形成され
ている。この電界制御電極７０４はドリフト層４０４内
のｎ＋コンタクト層４１６と接合されている。そして、
第１のフィールドプレート７０１がエミッタ電極端子１
４に接続され、第２のフィールドプレート７０２がコレ
クタ電圧検出端子３０に接続されている。

【００４７】このように、本実施形態においては、電界
緩和層の指定の電位の部位あるいは任意の電位の部位に
コレクタ電圧検出端子３０を接続するようにしているた
め、コレクタ電圧検出端子３０からコレクタ電圧を分圧
した電圧を出力することができる。この場合、コレクタ
電圧検出端子３０は、製造プロセスの追加や構造の変更
なしに、コレクタ電圧を分圧して検出することが可能に
なる。

【００４８】前記実施形態においては、コレクタ電圧検
出端子３０を第２のフィールドプレート７０２に接続す
るものについて述べたが、図８に示すように、第２のフ
ィールドプレート７０２に分割抵抗４６、４８を接続
し、電界緩和層によって分圧されたコレクタ電圧を分割
抵抗４６、４８によってさらに分圧し、分圧された電圧
をコレクタ電圧検出端子３０から出力する構成を採用す
ることもできる。

【００４９】次に、本発明の第７実施形態を図９にした
がって説明する。本実施形態は、ゲート電極端子１６と
エミッタ電極端子１４との間に２対のゲート保護ダイオ
ード２８を直列接続して挿入し、各ゲート保護ダイオー
ド２８の接続点にコレクタ電圧検出端子３０を接続した
ものである。コレクタ電極端子１２とゲート電極端子１
６との間には５対のコレクタクランプダイオード１８〜
２６が接続されている。２対のゲート保護ダイオード２
８は２個のダイオードのアノード側をそれぞれ接続して
構成したものであり、コレクタクランプダイオード１８
〜２６と同様に多結晶シリコンで構成されている。

【００５０】本実施形態において、各ゲート保護ダイオ
ード２８をコレクタクランプダイオード１８〜２６と耐
圧を同じに設定すれば、コレクタ電圧検出端子３０には
コレクタ電極端子１２に印加された電圧の１／７の電圧
が発生することになる。

【００５１】このように、本実施形態によれば、コレク
タ電圧検出端子３０を各ゲート保護ダイオード２８間に
設けたことにより、ゲート電極端子１６の電圧より低い
電圧を検出することができる。そしてこの電圧がエンジ
ン制御用マイコンの電圧入出力端子に許容される電圧よ
りも低いときにはコレクタ電圧検出端子３０を直接マイ
コンに接続することができる。またコレクタ電圧検出端
子３０の電圧がマイコンの電圧入力端子の電圧として許
容される電圧よりも高いときには、コレクタクランプダ
イオードの数あるいはゲート保護ダイオードの数を増加
させることで、コレクタ電圧検出端子３０の電圧をマイ
コンの許容電圧、例えば、５Ｖ以下にすることができ
る。

【００５２】次に、本発明の第８実施形態を図１０にし
たがって説明する。本実施形態は、ＩＧＢＴ１０を含む
半導体装置を自動車用イグニッションシステムに適応し
たものであり、この半導体装置は、制御手段としてのＩ
ＧＢＴ駆動回路５０とともに自動車用点火制御装置を構
成するようになっている。

【００５３】ＩＧＢＴ駆動回路５０はコレクタ電圧検出
端子３０に接続されているとともにゲート抵抗５２を介
してゲート電極端子１６に接続されている。一方、半導
体装置のコレクタ電極端子１２はイグニッションコイル
５４の一次巻線（コイル）５６に接続されており、イグ
ニッションコイル５４の二次側巻線（コイル）５８は点
火プラグ６０に接続され、イグニッションコイル５４の
一次側巻線５６と二次側巻線５８にはバッテリ６２から
直流電圧が印加されるようになっている。

【００５４】ＩＧＢＴ駆動回路５０は、コレクタ電圧検
出端子３０から得られた電圧と点火指令とにしたがって
点火制御信号を生成し、この点火制御信号をゲート抵抗
５２、ゲート電極端子１６を介してＩＧＢＴ１０のゲー
ト電極に印加し、ＩＧＢＴ１０をオンオフ制御するよう
になっている。すなわちＩＧＢＴ１０のコレクタに印加
される電圧を監視しながら点火制御信号を生成し、この
点火制御信号にしたがってＩＧＢＴ１０のオンオフ制御
を行なうようになっている。そしてこのような制御を行
なっているときに、例えば、点火プラグ６０が点火を失
敗した場合など、イグニッションコイル５４に蓄積され
たエネルギーが点火プラグ６０で消費できないために、
イグニッションコイル５４にエネルギーが溜ったままの
状態となると、イグニッションコイル５４の一次側巻線
５６から高電圧が発生するが、この電圧はコレクタクラ
ンプダイオード１８〜２６の降伏により一定の電圧が制
限され、高電圧からＩＧＢＴ１０が破壊するのを防止す
ることができる。また、このとき発生するコレクタ電圧
をコレクタ電圧検出端子３０から取り込むことで、点火
プラグ６０が点火に失敗したことを検出することがで
き、点火の失敗に応じた点火制御信号を生成し、点火に
失敗後の動作をＩＧＢＴ１０に対して行なうことがで
き、精度の高いエンジン制御が可能になる。

【００５５】このように、本実施形態においては、コレ
クタ電圧を直接検出してエンジンの点火制御を行なって
いるため、自動車の小燃料化および排気ガスのクリーン
化を有効に行なうことができるとともに、コレクタ電圧
を検出するために、半導体装置の外部に高耐圧のコンデ
ンサや抵抗を設ける必要がなくなり、部品点数の低減お
よびイグナイタの低コスト化を図ることができる。

【００５６】前記実施形態においては、コレクタクラン
プダイオードとして５対用いるものについて述べたが、
コレクタ電圧検出端子３０の電圧をさらに下げるときに
は、コレクタクランプダイオードの数を増加させたり、
コレクタクランプダイオードによって分圧された電圧を
分圧用ダイオードによってさらに分圧することも可能で
ある。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体素子の主端子間に印加された電圧が分圧されて分
圧検出端子から出力されるため、半導体素子の主端子間
に印加される電圧をこの電圧よりも低い電圧で直接検出
することができ、半導体素子の主端子間に印加される電
圧を検出するのに半導体装置の外部に電圧検出素子を設
ける必要がなく、部品点数の低減およびノイズの低減に
寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す半導体装置の回路
構成図である。

【図２】本発明の第２実施形態を示す半導体装置の回路
構成図である。

【図３】図１に示す装置の平面図である。

【図４】図３のＡ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図５】本発明の第３実施形態を示す半導体装置の平面
図である。

【図６】本発明の第４実施形態を示す半導体装置の回路
構成図である。

【図７】本発明の第５実施形態を示す半導体装置の縦断
面図である。

【図８】本発明の第６実施形態を示す半導体装置の縦断
面図である。

【図９】本発明の第７実施形態を示す半導体装置の回路
構成図である。

【図１０】本発明の第８実施形態であって、半導体装置
を自動車用イグニッションシステムに適用したときの構
成図である。

【符号の説明】

１０ＩＧＢＴ１２コレクタ電極端子１４エミッタ電極端子１６ゲート電極端子１８〜２６コレクタクランプダイオード２８ゲート保護ダイオード３０コレクタ電圧検出端子３２、３４抵抗３６素子形成領域３８ターミネーション領域４２、４４分圧用ダイオード４６、４８分割抵抗５０ＩＧＢＴ駆動回路５２ゲート抵抗５４イグニッションコイル５６一次巻線５８二次側巻線６０点火プラグ６２バッテリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】能動素子として機能する半導体素子と、
前記半導体素子に接続された端子として電源に接続され
る第一の主端子および第二の主端子と、前記第一の主端
子と前記第二の主端子との間に流れる電流を制御する制
御端子とを有し、前記第一の主端子と前記制御端子との
間に、前記第一の主端子と前記制御端子との間の電圧を
分圧する分圧素子と、前記分圧素子により分圧された電
圧を出力する電圧検出端子とを備えてなる半導体装置。
【請求項２】能動素子として機能する半導体素子と、
前記半導体素子に接続された端子として電源に接続され
る第一の主端子および第二の主端子と、前記第一の主端
子と前記第二の主端子との間に流れる電流を制御する制
御端子とを有し、前記第一の主端子と前記制御端子との
間に、前記第一の主端子と前記制御端子との間の電圧を
分圧する分圧素子と、前記分圧素子により分圧された電
圧をさらに分圧する補助分圧素子と、前記補助分圧素子
により分圧された電圧を出力する電圧検出端子とを備え
てなる半導体装置。
【請求項３】能動素子として機能する半導体素子と、
前記半導体素子に接続された端子として電源に接続され
る第一の主端子および第二の主端子と、前記第一の主端
子と前記第二の主端子との間に流れる電流を制御する制
御端子とを有し、前記第二の主端子と前記制御端子との
間に、前記第二の主端子と前記制御端子との間の電圧を
分圧する分圧素子と、前記分圧素子により分圧された電
圧を出力する電圧検出端子とを備えてなる半導体装置。
【請求項４】前記分圧素子は、複数個の整流素子で構
成されていることを特徴とする請求項１、２または３に
記載の半導体装置。
【請求項５】前記分圧素子は、複数個の抵抗で構成さ
れていることを特徴とする請求項１、２または３に記載
の半導体装置。
【請求項６】前記分圧素子は、多結晶シリコンで形成
されていることを特徴とする請求項1乃至５のうちいず
れか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】前記分圧素子を構成する複数個の整流素
子は、抵抗率の異なる複数の多結晶シリコン層から構成
され、前記電圧検出端子は、前記多結晶シリコン層のう
ち抵抗の低い層に接続されていることを特徴とする請求
項４に記載の半導体装置。
【請求項８】前記分圧素子を前記半導体素子の形成領
域の角部に設け、この角部の分圧素子に前記電圧検出端
子を接続してなることを特徴とする請求項1乃至７のう
ちいずれか1項に記載の半導体装置。
【請求項９】一対の主表面を有する半導体基体と、前
記半導体基体の一方の主表面側に形成された第１導電形
の第１の層と、前記半導体基体の他方の主表面側に形成
されて前記第１導電形とは導電形の異なる第２導電形の
第２の層と、前記第２の層内に選択的に形成された第１
導電形による複数の第３の層と、前記第３の層内に選択
的に形成された第２導電形による第４の層と、前記第２
の層と前記第４の層との間の前記第３の層の露出面に絶
縁膜を介して形成された第１の電極と、前記第３の層と
前記第４の層とに接合して形成された第２の電極と、前
記半導体基体の一方の主表面に接合して形成された第３
の電極とを含む第一の領域と、前記第１の層と前記第２の層を延長して前記第一の領域
を包囲して形成された第二の領域とを備え、前記第二の領域の第２の層には、電位が徐々に低下する
電界緩和層が形成され、前記電界緩和層の指定の電位の
部位に電圧検出端子が接続されてなる半導体装置。
【請求項１０】一対の主表面を有する半導体基体
と、前記半導体基体の一方の主表面側に形成された第１
導電形の第１の層と、前記半導体基体の他方の主表面側
に形成されて前記第１導電形とは導電形の異なる第２導
電形の第２の層と、前記第２の層内に選択的に形成され
た第１導電形による複数の第３の層と、前記第３の層内
に選択的に形成された第２導電形による第４の層と、前
記第２の層と前記第４の層との間の前記第３の層の露出
面に絶縁膜を介して形成された第１の電極と、前記第３
の層と前記第４の層とに接合して形成された第２の電極
と、前記半導体基体の一方の主表面に接合して形成され
た第３の電極とを含む第一の領域と、前記第１の層と前記第２の層を延長して前記第一の領域
を包囲して形成された第二の領域とを備え、前記第二の領域の第２の層には、電位が徐々に低下する
電界緩和層が形成され、前記電界緩和層の指定の電位の
部位に、この部位の電圧を分圧する分圧素子が接続さ
れ、前記分圧素子の電圧分圧点に電圧検出端子が接続さ
れてなる半導体装置。
【請求項１１】イグニッションコイルの一次側に接続
される半導体装置と、前記半導体装置の電圧検出端子か
らの電圧と点火指令とに従って点火制御信号を生成しこ
の点火制御信号を前記半導体装置の制御端子に出力する
制御手段とを備え、前記半導体制御装置は、請求項１乃
至１０のうちいずれか１項に記載されているものから構
成されてなる自動車用点火制御装置。