JP2004319624A - Semiconductor device - Google Patents

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Koji Okamoto
幸司 岡本
Kenichi Ohama
健一 大濱
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Denso Corp
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Denso Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/0601Structure
    • H01L2224/0603Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of preventing breakdown due to a surge current at a low production cost and changing the characteristics as required. <P>SOLUTION: The semiconductor device consists of a first gate voltage driving type semiconductor element 20, a first gate pattern 26 connected to the gate of the semiconductor element 20, a second gate voltage driving type semiconductor element 41 and a second gate pattern 33 connected to the gate of the semiconductor element 41. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のゲート電圧駆動型半導体素子から成る半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ゲート電圧駆動型半導体素子の一つに絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)がある。例えばインバータにおいて、ゲート電圧の制御によりコレクタからエミッタヘ流れるコレクタ電流を制御し、電流の方向を切り換えるスイッチング素子として利用される。負荷の短絡等によりコレクタからエミッタに大電流が流れると、IGBTが破壊するおそれがあるので、コレクタ電流を検出し、過電流が流れたときはゲート電圧を制御している。
【0003】
例えば従来の半導体装置(特許文献1参照)では、図16に示すように、トランジスタTr1(IGBT)のエミッタセルを第1エミッタセルE1と第2エミッタセルE2に分離し、それぞれに電流検出端子S及び第2エミッタ端子Eが接続されている。電流検出端子Sと第2エミッタ端子Eとの間に電流検出抵抗Rsの両端と、保護トランジスタTr2のベース及びエミッタとが接続されている。トランジスタTr1のゲート端子にはゲート抵抗Rgが接続され、保護トランジスタTr2のコレクタとTr1のゲートとの間に、分割抵抗Rdが接続されている。
【0004】
負荷の短絡によりトランジスタTr1のコレクタ電流が短絡電流の一部として流れた場合、短絡電流の一部は電流検出端子Sを介して電流検出抵抗Rsにも流れる。電流検出抵抗Rsの両端間の電圧が導通電圧を超えると保護トランジスタTr2が導通し、ゲート端子Gに印加される入力電圧Vinは、ゲート抵抗Rgと分割抵抗Rdとで分割される。その結果、トランジスタTr1のゲート電圧が低下し、電流密度が下がり、ラッチアップ破壊から保護される。
【0005】
【特許文献1】
特許第2806503号
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の半導体装置では、電流検出抵抗Rsによる電圧降下を利用して保護トランジスタTr2を駆動し、トランジスタTr1のゲート電圧を制御する。但し、ゲート電圧を急速に下げるとトランジスタTr1を流れる電流が急速に減少し、電流/時間に比例したサージ電圧が発生する。そこで、分割抵抗Rdを外付けで追加し、ゲート電圧の急落を防止している。
【0007】
しかし、分割抵抗Rdを半導体装置に外付けしなければならず、取付け作業が必要で、部品コスト及び製造コストが高くなる。また、トランジスタTr1及び保護トランジスタTr2が同時に作動するので、スイッチング速度等の特性は一通りに決まる。この特性を変更するためには、分割抵抗Rdの抵抗値を変更する必要がある。
【0008】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、負荷の短絡等に起因するサージ電圧による破壊を低い製造コストで防止でき、しかも必要に応じて特性を変更できる半導体装置の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、過電流及びサージ電圧について研究を重ねる内に、上記従来例の問題は、トランジスタTr1及び保護トランジスタTr2に共通の(1個の)分割抵抗Rdを外付けし、共通の(1個の)ゲートパッド及びゲートパターンを通してゲート電圧を一括制御していることに起因するとの知見を得た。そこで、半導体装置を複数のゲート電圧駆動型半導体素子群で構成し、これに対応して各半導体素子群に接合する複数のゲートパターンを形成することを思い付いた。
【0010】
本願の第1発明による半導体装置は、請求項1に記載したように、少なくとも、第1ゲート電圧駆動型半導体素子と、第1ゲート電圧駆動型半導体素子のゲートに接続された第1ゲートパターンと、第2ゲート電圧駆動型半導体素子と、第2ゲート電圧駆動型半導体素子のゲートに接続された第2ゲートパターンと、から成る複数のゲートパターンを有することを特徴とする。
【0011】
この半導体装置では、複数のゲート電圧駆動型半導体素子群を異なる態様で、又は何れかを選択的に作動させることができる。これにより、例えば過電流が発生したときは一部のゲート電圧駆動型半導体素子のみを作動させ、その後別のゲート電圧駆動型半導体素子を作動させればゲート電圧の下降が緩やかになる。
【0012】
加えて、何れかのゲートパターン中に抵抗等を挿入しその抵抗値等を変更することにより、半導体装置の特性(オン抵抗やスイッチング速度)を変化させることができる。換言すれば、単一の半導体装置に複数の特性を持たせることができる。
【0013】
請求項2の記載の半導体装置は、請求項1において、第1ゲート電圧駆動型半導体素子の第1ゲート電圧と第2ゲート電圧駆動型半導体素子の第2ゲート電圧とは、異なるタイミングでオフされる。請求項3記載の半導体装置は、請求項2において、第1ゲートパターン及び/又は第2ゲートパターンは、第1ゲート電圧のオフと、第2ゲート電圧のオフとのタイミングとをずらせるオフ時変更要素を含む。
【0014】
請求項4の記載の半導体装置は、請求項1において、第1ゲート電圧駆動型半導体素子の第1ゲート電圧と第2ゲート電圧駆動型半導体素子の第2ゲート電圧とは、電圧値が異なる。請求項5の記載の半導体装置は、請求項4において、第1ゲートパターン及び/又は第2ゲートパターンは、第1ゲート電圧の電圧値と第2ゲート電圧の電圧値とを異ならせる電圧値変更要素を含む。
【0015】
請求項6の記載の半導体装置は、請求項2又は4において、第1ゲートパターンは第1ゲートパッドに接続され、第2ゲートパターンは第1ゲートパッドに接続されている。請求項7の記載の半導体装置は、請求項2又は4において、第1ゲートパターン及び第2ゲートパターンは1個の共通ゲートパッドに接続されている。
【0016】
【発明の実施の形態】
<ゲート電圧駆動型半導体素子>
▲1▼本発明の半導体装置は少なくとも2個のゲート電圧駆動型半導体素子(以下、発明の実施の形態では「半導体素子」と略称する)を含む。よって、2個又は3個以上の半導体素子が半導体装置を構成する。「1個の」半導体素子とは、1個のゲートパターンに接触する多数のセルの集合体を意味する。半導体素子にはIGBT及びMOSFETが含まれ、何れでも、ゲート電圧の制御によりコレクタからエミッタに流れる電流が制御される。
▲2▼半導体装置は2つのタイプに大別できる。Aタイプでは、複数の半導体素子群のゲート電圧を異なるタイミングでオフさせる。オフさせるタイミングのずれ量(時間差)は、電流の変化量に伴い発生するサージ電圧が半導体装置の耐電圧を超えないように決める。例えば、第1半導体素子を先に第2半導体素子を後にオフさせれば、第1半導体素子のオフ時の電流変化に伴うサージ電圧、及び第2半導体素子のオフ時の電流変化に伴うサージ電圧は、両者を同時に降下させる場合の電圧降下量に比べて半減する。
【0017】
なお、例えば3個(第1,第2及び第3)の半導体素子は、それぞれ異なるタイミングでゲート電圧がオフされても良いし、何れか2個を同時にオフさせ残り1個をこれらとは異なるタイミングでオフさせても良い。4個以上の場合についても同様である。また、複数のゲート電圧値は同じでも異なっても良い。
▲3▼Bタイプでは、複数の半導体素子群のゲート電圧の電圧値が異なる。それぞれのゲート電圧値は、半導体装置のゲート電圧に対するコレクタ電流密度を考慮して決める。この場合、第1半導体素子の第1ゲート電圧のオフと、第2半導体素子の第2ゲート電圧のオフとのタイミングは同時でも、異なっても良い。
▲4▼なお、必要に応じて、Aタイプ及びBタイプの双方を採用することもできる。
<ゲートパッド、ゲートパターン>
▲1▼ゲートパッドは制御回路(コントロールIC)からの制御信号の入口となり、半導体装置の表面の隅部又は角部に1個又は2個以上の複数個形成される。複数(例えば2個)のゲートパッドを形成し、各ゲートパッドからそれぞれゲートパターン(ゲート配線)が延びていても良い。また、1個のゲートパッドから複数(例えば2個)のゲートパターンが分岐していても良い。ゲートパターンはアルミニウムの蒸着等、汎用の材料及び方法で形成することができる。
▲2▼半導体装置が上記Aタイプの場合、複数のゲートパターン(例えば第1ゲートパターン及び/又は第2ゲートパターン)は、複数の半導体素子間(例えば第1半導体素子と第2半導体素子との間)でゲート電圧オフのタイミングをずらせるオフ時変更要素を含むことができる。例えば、抵抗、コンデンサ又はコイルを何れかのゲートパターンに挿入するとオフ時がずれる(Cタイプ)。また、あるゲート電極の表面濃度と別のゲート電極の表面濃度とで濃淡の差をつけてオフ時をずらせることもできる(Dタイプ)。
【0018】
必要に応じて、Cタイプ及びDタイプの双方を採用することもできる。
▲3▼半導体装置が上記Bタイプの場合、複数のゲートパターン(例えば第1ゲートパターン及び/又は第2ゲートパターン)は、電圧値を異ならせる電圧値変更要素を含むことができる。具体的には、何れかのゲートパターン中に分割抵抗を挿入したり、双方向にダイオードを配置したり、又はツェナーダイオードを挿入すれば良い(Eタイプ)。また、制御回路から複数のゲートバッドに加える電圧値を異ならせても良い(Fタイプ)。
【0019】
必要に応じて、EタイプとFタイプの双方を採用することもできる。
▲4▼なお、上記Aタイプ及びBタイプを採用した場合、Cタイプ、Dタイプと、Eタイプ、Fタイプとの双方を採用することができる。
【0020】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。
<第1実施例>
この第1実施例ではゲート電圧をオフするタイミングを異ならせている。これは、次述する第2,第3及び第4実施例でも同様である。
(構成)
図1、図2及び図3に第1実施例の半導体装置(半導体チップ)を示す。図1は回路図、図2は半導体装置の表面に形成されたゲートパターンを示す平面図、図3は半導体装置の一部(第1IGBT)の断面図である。
【0021】
図1及び図2に示すように、この半導体装置10は第1IGBT20と、第2IGBT40と、第1ゲートパッド25及び第1ゲートパターン26と、第2ゲートパッド32及び第2ゲートパターン33とを含む。
【0022】
詳述すると、図3に示すように、p型層11の上にn型層12が積層され、n型層12の上にp型層13が積層されている。半導体装置10の表面側ではp型層13からn型層12にかけて所定の幅及び深さの複数のゲート埋込電極16が絶縁層17を介して埋め込まれ、長く延びている(図2参照)。p型層13にはゲート埋込電極16の両側にn型領域14が形成されている。ゲートG以外の領域で、p型層13とn型層14とがエミッタE(図2では図示省略)を形成している。一方、裏面側にコレクタCが形成されている。
【0023】
こうして、多数の並列に接続されたIGBTセル21により第1IGBT20が構成される(図1参照)。同様に、第2IGBT40は、多数の並列に接続されたIGBTセル41から成る。
【0024】
図2から明らかなように、半導体装置10の表面の一端18の第1隅部18aに第1ゲートパッド25が形成され、これから第1ゲートパターン26が延びている。第1ゲートパターン26は一側部27a及び他側部27bと、一端部28a及び他端部28bと、一側部27a及び他側部27bからそれぞれ内向きに延びた複数(図2では3つ)の延長部29a及び29bとを含む。
【0025】
半導体装置10の第2隅部18bの第2ゲートパッド32から延びた第2ゲートパターン33は全体的に第1ゲートパターン26の内側に位置している。即ち、一側部27a及び他側部27bの内側に位置する一側部34a及び他側部34bと、上記一端部28a及び他端部28bの内側に位置する一端部35a及び他端部35bと、一側部34a及び他側部34bからそれぞれ延び上記延長部29a及び」29bを取り囲む複数(図2では3つ)のコ字形状の延長部36a及び36bとを含む。
【0026】
図2に一部を示すように、第1IGBT20の各セル21のゲート埋込電極16は、第1ゲートパターン26の隣接する延長部29b間に延び、その両端で延長部29bに接合されている(×印参照)。尚、第2ゲートパターン33の延長部36bには接合されていない。
【0027】
第2IGBT40の各セル41のゲート埋込電極43は 第2ゲートパターン33の隣接する延長部36b間に延び、その両端で延長部36bに接合されている(○印参照)。尚、第1ゲートパターン26の延長部29bには接合されていない。
(作用効果)
図1から図3及び図4を参照しつつ作用効果を説明する。図4(a)(b)は、第1ゲートパッド25に加える第1ゲート電圧V1及び第2ゲートパッド32に加える第2ゲート電圧V2のオン及びオフと、経過時間との関係を示すグラフである。図4(c)はコレクタ電流及び電圧と経過時間との関係を示す。
【0028】
図4(a)(b)において、半導体装置10のオン時、第1ゲートパッド25に第1ゲート電圧V1を加え、これと同時に第2ゲートパッド32に第2電圧ゲートV2(ここでは第1電圧V1と等しい)を加える。すると、図4(c)において、コレクタCからエミッタEに流れるコレクタ電流の電流値が上昇し、コレクタ−エミッタ間の電圧値が下降する。
【0029】
一方、半導体装置10のオフ時、図4(a)(b)に示すように、制御回路により始めに第1ゲートパッド25への第1ゲート電圧V1の印加を開放し、所定時間Δt経過後に第2ゲートパッド32への第2ゲート電圧V2の印加を開放する。第1ゲート電圧V1の印加開放により、図4(c)においてIaで示すように電流値が所定値の半分程度下がり、Vaで示すように電圧値がコレクタ−エミッタ間の所定電圧Vccの半分程度上がる。これに伴いサージ電圧Vbが発生するが、その値は従来に比べておよそ半減する。
【0030】
続いて、第2ゲート電圧V2の印加開放により、Ibで示すように電流値がほぼゼロまで下がり、Vcで示すように電圧値が所定値まで上がる。このときもサージ電圧Vdが発生するが、その大きさは従来の半分程度である。
【0031】
このように、第1ゲート電圧V1と第2ゲート電圧V2とで印加の開放時期をずらせたことにより電流値が二段階に下がり、電圧値が二段階に上がった。その結果、サージ電圧が第1ゲート電圧V1の解放時と第2ゲート電圧V2の解放時とに二分され、個々のサージ電圧Vb及びVdが半導体装置10を破壊しない程度の大きさまで抑制される。
【0032】
また、半導体装置に抵抗等を外付けすることが不要となり、その分製造工程が簡略化され、製造コストが低減できる。
<第2実施例>
この実施例では、半導体装置の表面に1個のゲートパッドのみ設け、これから延びた第1ゲートパターン及び第2ゲートパターンの一方のみに抵抗を設けている。詳述すると、図5及び図6において、ゲートパッド50から延びた第2ゲートパターン53中に抵抗54が配置されているが、第1ゲートパターン51には抵抗は配置されていない。なお、ゲートパッド50が1個であるのでゲートパターン51に接触する第1IGBT56と第2ゲートパターン53に接触する第2IGBTへのゲート電圧の印加開放は同時に行う。
【0033】
この実施例によれば、ゲート電圧を同時に開放しても、第2ゲートパターン53のみに抵抗54が配置されているので、第2電流の下降のタイミングは第1電流の下降のタイミングよりも少し遅れる特有の効果がある。その結果、第1実施例と同様、電流が二段階に下がり、2回に分散されるサージ電圧の電圧値が半減する。
<第3実施例>
図7及び図8に示す第3実施例は、第1実施例の長所と第2実施例の長所とを併せ持っている。第1ゲートパッド71から第1ゲートパターン72が延び、第1IGBT78のゲートに接触している。第2ゲートパッド73から第2ゲートパターン74が延び、第2IGBT79のゲートに接触している。
【0034】
第1ゲートパッド71への第ゲート電圧の印加開放と、第2ゲートパッド73への第2ゲート電圧の印加開放とはタイミングをずらせる。また、第2ゲートパターン74中には抵抗76が配置されているが、第1ゲートパターン72には抵抗は配置されていない。
【0035】
この実施例に特有の効果として、第1に電流の二段階降下、即ちサージ電圧の2回分散がより確実になる。第2に、第1IGBT内に抵抗を設けることが不要となる。
【0036】
尚、第2実施例及び第3実施例に共通の効果として、ゲートパターン53,74内に設ける抵抗54,76の抵抗値の変更すると、ゲート電圧のオフのタイミングの他、オン抵抗やスイッチング特性をも変更することができる。
<抵抗の態様>
上記第2実施例及び第3実施例における抵抗54,76には、以下の種々の態様が採用可能である。
▲1▼第1態様では、2つのIGBTのゲート電極と2つのゲートパターンとの間の接触面積の大きさを異ならせている。図9に示すように、第1IGBTのゲート電極81と第1ゲートパターン82との接触部83の接触面積S1は、第2IGBTのゲート電極85と第2ゲートパターン86との接触部87の接触面積S2よりも広い。
▲2▼第2態様では、2つのIGBTのゲート電極の表面濃度を異ならせている。図10に示すように、第1ゲートパターン91が接触する第1IGBTのゲート電極92の接触部93の表面濃度を薄くし、第2ゲートパターン94が接触する第2IGBTのゲート電極95の接触部96の表面濃度を濃くしている。
▲3▼図11に示す第3態様では、第2IGBTのゲート電極101と第2ゲートパターン102との間に抵抗103を設けている。しかし、第1IGBTのゲート電極105と第1ゲートパターン106との間には抵抗は設けていない。
▲4▼第4態様では、2つのゲートパッドと2つの外部端子との間に抵抗値が異なる抵抗を配置している。図12に示すように、第1ゲートパッド110と第1外部端子111との間の第1抵抗112の抵抗値は、第2ゲートパッド114と第2外部端子115との間の第2抵抗116の抵抗値よりも大きくなっている。
<第4実施例>
第4実施例はIGBTのオフ後の放熱に工夫を凝らしている。図13に示すように、第1ゲートパッド120から延びた第1ゲートパターン121は一側部122a及び他側部122bと、一端部123a及び他端部123bとを持ち、四角枠形状である。一方、第2ゲートパッド125から延びた第2ゲートパターン126は第1ゲートパターン121の内側に配置され一側部127a及び他側部127bと、一端部128a及び他端部128bとを持ち、四角枠形状である。
【0037】
第1IGBTの複数のゲート電極130の両端が第1ゲートパターン121の一端部123a及び他端部123bに接合されている(×印参照)。複数のゲート電極130の幅の合計(例えば100μm)は、半導体装置の厚さ(例えば200μm)よりも狭い。これは、第2IGBTの複数のゲート電極133の両端と第2ゲートパターン126の一端部128a及び他端部128bとの接合(○印参照)に付いても同様である。
【0038】
この実施例によれば、第1ゲートパッド120へのゲート電圧のオフと、第2ゲートパッド125へのゲート電圧のオフとの間に時間差を設けることにより、サージ電圧の発生を抑制できる。加えて、第1IGBTのオフ後の半導体素子の放熱がスムーズである。第1IGBTの複数のゲート電極130の幅の合計は半導体装置の厚さよりも小さいため、半導体装置の鉛直方向に流れる電流が半導体全面に広がりながら流れ、発熱が局部的でなく均一化されるからである。
<第5実施例>
第5実施例では、第1IBGTと第2IGBTとでゲート電圧値を異ならせている。これは、次述する第6実施例でも同様である。
【0039】
詳述すると、図14に示すように、第1IBGT140のゲート141と第2IGBT143のゲート144との間に第1分割抵抗146を挿入し、また第2IGBT143のゲート144とGNDとの間に第2分割抵抗147を挿入している。例えば、第1分割抵抗146と第2分割抵抗147との抵抗値を等しくすると、第1IBGT140のゲート電圧Vに対して、第2IGBT143のゲート電圧はV/2になる。
【0040】
その結果、第1IBGT140と第2IGBT143とでゲート電圧の印加開放のタイミングをずらせることにより、サージ電圧に対処することができる。加えて、第1IBGT140及び第2IGBT143の双方を作動させた場合、第1IBGT140のみ作動させた場合、及び第2IGBT143のみを作動させた場合でそれぞれ異なる特性が得られる。即ち、単一の半導体装置が3個の異なる特性を持つことができる。
<第6実施例>
第6実施例では、図15に示すように、第2IBGT153のゲート154と制御回路(不図示)との間に双方向にダイオード156を配置している。但し、第IGBT150のゲート151と制御回路との間にはダイオードは配置していない。
【0041】
その結果、第1に、半導体装置内部で異なるゲート電圧で駆動できる回路を内蔵することが可能となる。第2に、入出力の信号タイミングが時間差をもって制御できる駆動回路を内蔵する効果が得られる。
【0042】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明の半導体装置によれば、複数のゲート電圧駆動型半導体素子群を異なる態様で又は選択的に作動させることができる。これにより、安価な製造コストでサージ電圧を抑制したり、スイッチング速度を変更できる。
【0043】
請求項2及び3の半導体装置によれば、過電流が発生したときは、一部のゲート電圧駆動型半導体素子と残りのゲート電圧駆動型半導体素子を時間差をもってオフさせることにより、ゲート電圧の上昇が緩やかになり、サージ電圧を抑制できる。
【0044】
請求項4及び5の半導体装置によれば、何れかのゲートパターン中に挿入した抵抗の抵抗値等を変更することにより、単一の半導体装置に複数の特性を持たせることができる。請求項6及び7の半導体装置によれば、半導体素子に抵抗等を外付けすることなくサージ電圧の抑制等が実現でき、製造コストが低減する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例(半導体装置)の回路図である。
【図2】第1実施例の表面を示す平面図である。
【図3】IGBTの積層構造を示す断面図である。
【図4】(a)(b)及び(c)は第1実施例の作動説明図である。
【図5】本発明の第2実施例(半導体装置)の回路図である。
【図6】第2実施例の表面を示す平面図である。
【図7】本発明の第3実施例(半導体装置)の回路図である。
【図8】第3実施例の表面を示す平面図である。
【図9】抵抗の第1態様を示す斜視図である。
【図10】抵抗の第2態様を示す斜視図である。
【図11】抵抗の第3態様を示す斜視図である。
【図12】抵抗の第4態様を示す平面説明図である。
【図13】第4実施例の表面を示す平面図である。
【図14】第5実施例の表面を示す回路図である。
【図15】第6実施例の表面を示す回路図である。
【図16】従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
11、13:p型層 12:n型層
14:n型領域 16:埋込ゲート電極
20:第1IGBT 21:セル
25:第1ゲートパッド 26:第1ゲートパッド
32:第2ゲートパッド 33:第2ゲートパッド
40:第2IGBT 41:セル
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device including a plurality of gate voltage driven semiconductor elements.
[0002]
[Prior art]
One of the gate voltage driven semiconductor devices is an insulated gate bipolar transistor (IGBT). For example, in an inverter, it is used as a switching element that controls a collector current flowing from a collector to an emitter by controlling a gate voltage and switches the direction of the current. If a large current flows from the collector to the emitter due to a load short circuit or the like, the IGBT may be destroyed. Therefore, the collector current is detected, and when an overcurrent flows, the gate voltage is controlled.
[0003]
For example, in a conventional semiconductor device (see Patent Document 1), as shown in FIG. 16, an emitter cell of a transistor Tr1 (IGBT) is separated into a first emitter cell E1 and a second emitter cell E2, and a current detection terminal S is provided for each of them. And the second emitter terminal E are connected. Both ends of the current detection resistor Rs and the base and the emitter of the protection transistor Tr2 are connected between the current detection terminal S and the second emitter terminal E. A gate resistor Rg is connected to the gate terminal of the transistor Tr1, and a split resistor Rd is connected between the collector of the protection transistor Tr2 and the gate of Tr1.
[0004]
When the collector current of the transistor Tr1 flows as a part of the short-circuit current due to the short-circuit of the load, a part of the short-circuit current also flows to the current detection resistor Rs via the current detection terminal S. When the voltage between both ends of the current detection resistor Rs exceeds the conduction voltage, the protection transistor Tr2 conducts, and the input voltage Vin applied to the gate terminal G is divided by the gate resistance Rg and the division resistance Rd. As a result, the gate voltage of the transistor Tr1 decreases, the current density decreases, and protection from latch-up breakdown occurs.
[0005]
[Patent Document 1]
Patent No. 2806503 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional semiconductor device, the protection transistor Tr2 is driven by using the voltage drop due to the current detection resistor Rs, and the gate voltage of the transistor Tr1 is controlled. However, when the gate voltage is rapidly lowered, the current flowing through the transistor Tr1 rapidly decreases, and a surge voltage proportional to the current / time is generated. Therefore, a split resistor Rd is added externally to prevent a sharp drop in the gate voltage.
[0007]
However, the dividing resistor Rd must be externally attached to the semiconductor device, and an attaching operation is required, which increases component costs and manufacturing costs. In addition, since the transistor Tr1 and the protection transistor Tr2 operate simultaneously, characteristics such as switching speed are determined in one way. In order to change this characteristic, it is necessary to change the resistance value of the split resistor Rd.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can prevent destruction due to a surge voltage due to a short circuit of a load or the like at a low manufacturing cost, and can change characteristics as needed.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As the inventor of the present application has conducted research on overcurrent and surge voltage, the problem of the above-described conventional example is that a common (one) divided resistor Rd is externally connected to the transistor Tr1 and the protection transistor Tr2, and a common ( It has been found that this is caused by the collective control of the gate voltage through one (one) gate pad and gate pattern. Therefore, the present inventors have conceived of forming a semiconductor device with a plurality of gate voltage driving type semiconductor element groups and forming a plurality of gate patterns to be connected to each semiconductor element group correspondingly.
[0010]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including at least a first gate voltage driven semiconductor element and a first gate pattern connected to a gate of the first gate voltage driven semiconductor element. , A second gate voltage driven semiconductor device, and a second gate pattern connected to the gate of the second gate voltage driven semiconductor device.
[0011]
In this semiconductor device, a plurality of gate voltage driven semiconductor element groups can be selectively operated in different modes or any of them. Thus, for example, when an overcurrent occurs, only a part of the gate voltage driving type semiconductor element is operated, and then another gate voltage driving type semiconductor element is operated, so that the gate voltage gradually decreases.
[0012]
In addition, by inserting a resistor or the like into any of the gate patterns and changing the resistance value or the like, characteristics (on-resistance or switching speed) of the semiconductor device can be changed. In other words, a single semiconductor device can have a plurality of characteristics.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the first gate voltage of the first gate voltage driven semiconductor element and the second gate voltage of the second gate voltage driven semiconductor element are turned off at different timings. You. According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second aspect, the first gate pattern and / or the second gate pattern are turned off when the timing of turning off the first gate voltage and the timing of turning off the second gate voltage are shifted. Including change elements.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the first gate voltage of the first gate voltage driving type semiconductor element and the second gate voltage of the second gate voltage driving type semiconductor element have different voltage values. According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the fourth aspect, the first gate pattern and / or the second gate pattern have a voltage value change that causes the voltage value of the first gate voltage to be different from the voltage value of the second gate voltage. Contains elements.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second or fourth aspect, the first gate pattern is connected to the first gate pad, and the second gate pattern is connected to the first gate pad. According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second or fourth aspect, the first gate pattern and the second gate pattern are connected to one common gate pad.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<Gate voltage driven semiconductor device>
(1) The semiconductor device of the present invention includes at least two gate-voltage-driven semiconductor elements (hereinafter, abbreviated as “semiconductor elements” in the embodiments of the present invention). Therefore, two or three or more semiconductor elements constitute a semiconductor device. "One" semiconductor device means an aggregate of a large number of cells in contact with one gate pattern. Semiconductor devices include IGBTs and MOSFETs, and in each case, the current flowing from the collector to the emitter is controlled by controlling the gate voltage.
(2) Semiconductor devices can be roughly classified into two types. In the A type, gate voltages of a plurality of semiconductor element groups are turned off at different timings. The shift amount (time difference) of the turning-off timing is determined so that the surge voltage generated due to the current change amount does not exceed the withstand voltage of the semiconductor device. For example, if the first semiconductor element is turned off first and then the second semiconductor element is turned off, the surge voltage associated with the current change when the first semiconductor element is turned off and the surge voltage associated with the current change when the second semiconductor element is turned off Is halved compared to the amount of voltage drop when both are dropped at the same time.
[0017]
For example, three (first, second, and third) semiconductor elements may have their gate voltages turned off at different timings, or two of them may be turned off at the same time, and the remaining one may be different from these. It may be turned off at the timing. The same applies to the case of four or more. The plurality of gate voltage values may be the same or different.
(3) In the B type, the voltage values of the gate voltages of the plurality of semiconductor element groups are different. Each gate voltage value is determined in consideration of the collector current density with respect to the gate voltage of the semiconductor device. In this case, the timing of turning off the first gate voltage of the first semiconductor element and the timing of turning off the second gate voltage of the second semiconductor element may be the same or different.
{Circle around (4)} If necessary, both the A type and the B type can be adopted.
<Gate pad, gate pattern>
{Circle around (1)} One or two or more gate pads are formed at corners or corners of the surface of the semiconductor device, serving as entrances of control signals from a control circuit (control IC). A plurality (for example, two) of gate pads may be formed, and a gate pattern (gate wiring) may extend from each of the gate pads. Further, a plurality of (for example, two) gate patterns may be branched from one gate pad. The gate pattern can be formed by a general-purpose material and method such as evaporation of aluminum.
{Circle over (2)} When the semiconductor device is of the A type, a plurality of gate patterns (for example, the first gate pattern and / or the second gate pattern) are provided between a plurality of semiconductor elements (for example, the (Off), an off-time changing element for shifting the timing of turning off the gate voltage can be included. For example, when a resistor, a capacitor, or a coil is inserted into any of the gate patterns, the off time is shifted (C type). In addition, the off-time can be shifted by giving a difference in shading between the surface concentration of a certain gate electrode and the surface concentration of another gate electrode (D type).
[0018]
If necessary, both the C type and the D type can be adopted.
{Circle around (3)} When the semiconductor device is of the B type, the plurality of gate patterns (for example, the first gate pattern and / or the second gate pattern) can include a voltage value changing element that varies a voltage value. Specifically, a divided resistor may be inserted into any of the gate patterns, a diode may be arranged bidirectionally, or a Zener diode may be inserted (E type). Further, voltage values applied from the control circuit to the plurality of gate pads may be different (F type).
[0019]
If necessary, both E type and F type can be adopted.
{Circle around (4)} When the A type and the B type are adopted, both the C type and the D type and the E type and the F type can be adopted.
[0020]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<First embodiment>
In the first embodiment, the timing for turning off the gate voltage is made different. This is the same in the second, third and fourth embodiments described below.
(Constitution)
1, 2 and 3 show a semiconductor device (semiconductor chip) according to a first embodiment. 1 is a circuit diagram, FIG. 2 is a plan view showing a gate pattern formed on the surface of the semiconductor device, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a part (first IGBT) of the semiconductor device.
[0021]
As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor device 10 includes a first IGBT 20, a second IGBT 40, a first gate pad 25 and a first gate pattern 26, and a second gate pad 32 and a second gate pattern 33. .
[0022]
More specifically, as shown in FIG. 3, an n-type layer 12 is stacked on a p-type layer 11, and a p-type layer 13 is stacked on the n-type layer 12. On the front surface side of the semiconductor device 10, a plurality of gate buried electrodes 16 having a predetermined width and depth are buried from the p-type layer 13 to the n-type layer 12 via the insulating layer 17, and extend long (see FIG. 2). . In the p-type layer 13, n-type regions 14 are formed on both sides of the gate buried electrode 16. In a region other than the gate G, the p-type layer 13 and the n-type layer 14 form an emitter E (not shown in FIG. 2). On the other hand, a collector C is formed on the back surface side.
[0023]
Thus, the first IGBT 20 is configured by the IGBT cells 21 connected in parallel (see FIG. 1). Similarly, the second IGBT 40 includes a number of IGBT cells 41 connected in parallel.
[0024]
As is clear from FIG. 2, a first gate pad 25 is formed at a first corner 18a at one end 18 of the surface of the semiconductor device 10, and a first gate pattern 26 extends from this. The first gate pattern 26 extends inward from one side 27a and the other side 27b, one end 28a and the other end 28b, and a plurality (three in FIG. 2) extending inward from the one side 27a and the other side 27b, respectively. ) Extensions 29a and 29b.
[0025]
The second gate pattern 33 extending from the second gate pad 32 at the second corner 18 b of the semiconductor device 10 is located entirely inside the first gate pattern 26. That is, one side portion 34a and the other side portion 34b located inside the one side portion 27a and the other side portion 27b, and one end portion 35a and the other end portion 35b located inside the one end portion 28a and the other end portion 28b. And a plurality (three in FIG. 2) of U-shaped extensions 36a and 36b extending from the one side 34a and the other side 34b, respectively, and surrounding the extensions 29a and 29b.
[0026]
As partially shown in FIG. 2, the gate buried electrode 16 of each cell 21 of the first IGBT 20 extends between adjacent extensions 29b of the first gate pattern 26 and is joined to the extensions 29b at both ends. (See x mark). It is not joined to the extension 36b of the second gate pattern 33.
[0027]
The gate buried electrode 43 of each cell 41 of the second IGBT 40 extends between the adjacent extension portions 36b of the second gate pattern 33, and is joined to the extension portions 36b at both ends (see the mark ○). It is not joined to the extension 29b of the first gate pattern 26.
(Effect)
The operation and effect will be described with reference to FIGS. 1 to 3 and 4. FIGS. 4A and 4B are graphs showing the relationship between ON and OFF of the first gate voltage V1 applied to the first gate pad 25 and the second gate voltage V2 applied to the second gate pad 32, and the elapsed time. is there. FIG. 4C shows the relationship between the collector current and voltage and the elapsed time.
[0028]
4A and 4B, when the semiconductor device 10 is turned on, a first gate voltage V1 is applied to the first gate pad 25, and at the same time, a second voltage gate V2 (here, the first voltage gate V2) is applied to the second gate pad 32. (Equal to the voltage V1). Then, in FIG. 4C, the current value of the collector current flowing from the collector C to the emitter E increases, and the voltage value between the collector and the emitter decreases.
[0029]
On the other hand, when the semiconductor device 10 is turned off, as shown in FIGS. 4A and 4B, the control circuit first releases the application of the first gate voltage V1 to the first gate pad 25, and after a predetermined time Δt has elapsed. The application of the second gate voltage V2 to the second gate pad 32 is released. By releasing the application of the first gate voltage V1, the current value decreases by about half of the predetermined value as indicated by Ia in FIG. 4C, and the voltage value decreases by about half of the predetermined voltage Vcc between the collector and the emitter as indicated by Va. Go up. As a result, a surge voltage Vb is generated, but its value is reduced by about half as compared with the prior art.
[0030]
Subsequently, when the application of the second gate voltage V2 is released, the current value decreases to almost zero as indicated by Ib, and the voltage value increases to a predetermined value as indicated by Vc. Also at this time, a surge voltage Vd is generated, but its magnitude is about half of the conventional one.
[0031]
As described above, the application of the first gate voltage V1 and the second gate voltage V2 staggered the application release timing, so that the current value decreased in two steps and the voltage value increased in two steps. As a result, the surge voltage is divided into two when the first gate voltage V1 is released and when the second gate voltage V2 is released, and the individual surge voltages Vb and Vd are suppressed to a level that does not damage the semiconductor device 10.
[0032]
In addition, it is not necessary to externally attach a resistor or the like to the semiconductor device, which simplifies the manufacturing process and reduces the manufacturing cost.
<Second embodiment>
In this embodiment, only one gate pad is provided on the surface of the semiconductor device, and a resistor is provided on only one of the first gate pattern and the second gate pattern extending therefrom. More specifically, in FIGS. 5 and 6, the resistor 54 is arranged in the second gate pattern 53 extending from the gate pad 50, but the resistor is not arranged in the first gate pattern 51. Since there is only one gate pad 50, application and release of the gate voltage to the first IGBT 56 contacting the gate pattern 51 and the second IGBT contacting the second gate pattern 53 are performed simultaneously.
[0033]
According to this embodiment, even if the gate voltage is released at the same time, the resistor 54 is arranged only in the second gate pattern 53, so that the timing of the fall of the second current is slightly shorter than the timing of the fall of the first current. There is a specific effect that is delayed. As a result, similarly to the first embodiment, the current decreases in two stages, and the voltage value of the surge voltage distributed twice is reduced by half.
<Third embodiment>
The third embodiment shown in FIGS. 7 and 8 has both the advantages of the first embodiment and the advantages of the second embodiment. A first gate pattern 72 extends from the first gate pad 71 and is in contact with the gate of the first IGBT 78. A second gate pattern 74 extends from the second gate pad 73 and is in contact with the gate of the second IGBT 79.
[0034]
The timing of the release of the application of the second gate voltage to the first gate pad 71 and the release of the application of the second gate voltage to the second gate pad 73 are shifted. Further, a resistor 76 is arranged in the second gate pattern 74, but no resistor is arranged in the first gate pattern 72.
[0035]
As an effect peculiar to this embodiment, first, a two-step current drop, that is, a two-time dispersion of the surge voltage becomes more reliable. Second, it is not necessary to provide a resistor in the first IGBT.
[0036]
As an effect common to the second and third embodiments, when the resistances of the resistors 54 and 76 provided in the gate patterns 53 and 74 are changed, the on-resistance and the switching characteristics as well as the timing of turning off the gate voltage. Can also be changed.
<Mode of resistance>
The following various aspects can be adopted for the resistors 54 and 76 in the second and third embodiments.
{Circle around (1)} In the first mode, the sizes of the contact areas between the gate electrodes of the two IGBTs and the two gate patterns are made different. As shown in FIG. 9, the contact area S1 of the contact portion 83 between the gate electrode 81 of the first IGBT and the first gate pattern 82 is the contact area 87 of the contact portion 87 between the gate electrode 85 of the second IGBT and the second gate pattern 86. Wider than S2.
{Circle around (2)} In the second mode, the surface concentrations of the gate electrodes of the two IGBTs are different. As shown in FIG. 10, the surface concentration of the contact portion 93 of the first IGBT gate electrode 92 that contacts the first gate pattern 91 is reduced, and the contact portion 96 of the second IGBT gate electrode 95 that contacts the second gate pattern 94. Has a high surface concentration.
{Circle around (3)} In the third embodiment shown in FIG. 11, the resistor 103 is provided between the gate electrode 101 of the second IGBT and the second gate pattern 102. However, no resistance is provided between the gate electrode 105 of the first IGBT and the first gate pattern 106.
{Circle around (4)} In the fourth mode, resistors having different resistance values are arranged between the two gate pads and the two external terminals. As shown in FIG. 12, the resistance value of the first resistor 112 between the first gate pad 110 and the first external terminal 111 is the second resistance 116 between the second gate pad 114 and the second external terminal 115. Is larger than the resistance value.
<Fourth embodiment>
In the fourth embodiment, the heat radiation after turning off the IGBT is devised. As shown in FIG. 13, the first gate pattern 121 extending from the first gate pad 120 has one side 122a and the other side 122b, one end 123a and the other end 123b, and has a rectangular frame shape. On the other hand, the second gate pattern 126 extending from the second gate pad 125 is disposed inside the first gate pattern 121, has one side 127a and the other side 127b, one end 128a and the other end 128b, and has a square shape. It has a frame shape.
[0037]
Both ends of the plurality of gate electrodes 130 of the first IGBT are joined to one end 123a and the other end 123b of the first gate pattern 121 (see the crosses). The total width (for example, 100 μm) of the plurality of gate electrodes 130 is smaller than the thickness (for example, 200 μm) of the semiconductor device. The same applies to the connection (see the circle) between both ends of the plurality of gate electrodes 133 of the second IGBT and one end 128a and the other end 128b of the second gate pattern 126.
[0038]
According to this embodiment, generation of a surge voltage can be suppressed by providing a time difference between the turning off of the gate voltage to the first gate pad 120 and the turning off of the gate voltage to the second gate pad 125. In addition, heat radiation of the semiconductor element after the first IGBT is turned off is smooth. Since the sum of the widths of the plurality of gate electrodes 130 of the first IGBT is smaller than the thickness of the semiconductor device, the current flowing in the vertical direction of the semiconductor device flows while spreading over the entire surface of the semiconductor, and the heat is not localized but uniform. is there.
<Fifth embodiment>
In the fifth embodiment, the first IBGT and the second IGBT have different gate voltage values. This is the same in the sixth embodiment described below.
[0039]
More specifically, as shown in FIG. 14, a first dividing resistor 146 is inserted between the gate 141 of the first IBGT 140 and the gate 144 of the second IGBT 143, and a second dividing resistor is connected between the gate 144 of the second IGBT 143 and GND. The resistor 147 is inserted. For example, when the resistance values of the first divided resistor 146 and the second divided resistor 147 are equal, the gate voltage of the second IGBT 143 becomes V / 2 with respect to the gate voltage V of the first IBGT 140.
[0040]
As a result, it is possible to cope with a surge voltage by shifting the timing of opening and closing the application of the gate voltage between the first IBGT 140 and the second IGBT 143. In addition, different characteristics are obtained when both the first IBGT 140 and the second IGBT 143 are activated, when only the first IBGT 140 is activated, and when only the second IGBT 143 is activated. That is, a single semiconductor device can have three different characteristics.
<Sixth embodiment>
In the sixth embodiment, as shown in FIG. 15, a diode 156 is arranged bidirectionally between the gate 154 of the second IBGT 153 and a control circuit (not shown). However, no diode is arranged between the gate 151 of the IGBT 150 and the control circuit.
[0041]
As a result, first, it is possible to incorporate a circuit that can be driven with different gate voltages inside the semiconductor device. Second, an effect of incorporating a drive circuit capable of controlling input / output signal timing with a time difference can be obtained.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the semiconductor device of the present invention, a plurality of gate voltage drive type semiconductor element groups can be operated in different modes or selectively. As a result, the surge voltage can be suppressed and the switching speed can be changed at a low manufacturing cost.
[0043]
According to the semiconductor device of the second and third aspects, when an overcurrent occurs, the gate voltage is increased by turning off some of the gate voltage driven semiconductor elements and the remaining gate voltage driven semiconductor elements with a time difference. And the surge voltage can be suppressed.
[0044]
According to the semiconductor device of the fourth and fifth aspects, a single semiconductor device can have a plurality of characteristics by changing the resistance value or the like of the resistor inserted into any one of the gate patterns. According to the semiconductor device of the sixth and seventh aspects, suppression of surge voltage can be realized without externally attaching a resistor or the like to the semiconductor element, and the manufacturing cost is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment (semiconductor device) of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing the surface of the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a stacked structure of the IGBT.
FIGS. 4 (a), (b) and (c) are explanatory diagrams of the operation of the first embodiment.
FIG. 5 is a circuit diagram of a second embodiment (semiconductor device) of the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing the surface of the second embodiment.
FIG. 7 is a circuit diagram of a third embodiment (semiconductor device) of the present invention.
FIG. 8 is a plan view showing the surface of the third embodiment.
FIG. 9 is a perspective view showing a first mode of the resistor.
FIG. 10 is a perspective view showing a second mode of the resistor.
FIG. 11 is a perspective view showing a third mode of the resistor.
FIG. 12 is an explanatory plan view showing a fourth mode of the resistor.
FIG. 13 is a plan view showing the surface of the fourth embodiment.
FIG. 14 is a circuit diagram showing the surface of the fifth embodiment.
FIG. 15 is a circuit diagram showing the surface of the sixth embodiment.
FIG. 16 is a circuit diagram showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
11, 13: p-type layer 12: n-type layer 14: n-type region 16: buried gate electrode 20: first IGBT 21: cell 25: first gate pad 26: first gate pad 32: second gate pad 33: Second gate pad 40: second IGBT 41: cell

Claims (7)

少なくとも、第1ゲート電圧駆動型半導体素子と、
前記第1ゲート電圧駆動型半導体素子のゲートに接続された第1ゲートパターンと、
第2ゲート電圧駆動型半導体素子と、
前記第2ゲート電圧駆動型半導体素子のゲートに接続された第2ゲートパターンと、
から成る複数のゲートパターンを有することを特徴とする半導体装置。
At least a first gate voltage drive type semiconductor element;
A first gate pattern connected to a gate of the first gate voltage driven semiconductor device;
A second gate voltage drive type semiconductor device;
A second gate pattern connected to a gate of the second gate voltage drive type semiconductor device;
A semiconductor device having a plurality of gate patterns made of:
前記第1ゲート電圧駆動型半導体素子の第1ゲート電圧と前記前記第2ゲート電圧駆動型半導体素子の第2ゲート電圧とは、異なるタイミングでオフされる請求項1に記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first gate voltage of the first gate voltage driven semiconductor element and the second gate voltage of the second gate voltage driven semiconductor element are turned off at different timings. 3. 前記第1ゲートパターン及び/又は前記第2ゲートパターンは、前記第1ゲート電圧のオフと、前記第2ゲート電圧のオフとのタイミングとをずらせるオフ時変更要素を含む請求項2に記載の半導体装置。3. The device according to claim 2, wherein the first gate pattern and / or the second gate pattern includes an off-time changing element that shifts a timing of turning off the first gate voltage and a timing of turning off the second gate voltage. 4. Semiconductor device. 前記第1ゲート電圧駆動型半導体素子の第1ゲート電圧と前記前記第2ゲート電圧駆動型半導体素子の第2ゲート電圧とは、電圧値が異なる請求項1に記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a first gate voltage of the first gate voltage driven semiconductor element and a second gate voltage of the second gate voltage driven semiconductor element have different voltage values. 3. 前記第1ゲートパターン及び/又は前記第2ゲートパターンは、前記第1ゲート電圧の電圧値と前記第2ゲート電圧の電圧値とを異ならせる電圧値変更要素を含む請求項4に記載の半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the first gate pattern and / or the second gate pattern includes a voltage value changing element that makes a voltage value of the first gate voltage different from a voltage value of the second gate voltage. 6. . 前記第1ゲートパターンは第1ゲートパッドに接続され、前記第2ゲートパターンは第1ゲートパッドに接続されている請求項2又は4に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 2, wherein the first gate pattern is connected to a first gate pad, and the second gate pattern is connected to a first gate pad. 前記第1ゲートパターン及び前記第2ゲートパターンは1個の共通ゲートパッドに接続されている請求項2又は4に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 2, wherein the first gate pattern and the second gate pattern are connected to one common gate pad.
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