JP2005191238A - Semiconductor device and ignition device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流検出セルとパワー素子からなるメインセルとのボディ層が連続した構成とされる半導体装置およびそれを用いた点火装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device in which a body layer of a current detection cell and a main cell composed of a power element is continuous, and an ignition device using the semiconductor device.
従来、パワー素子からなるメインセルに流れる電流量を検出するために、電流検出素子からなる電流検出セルをメインセルと共に形成した半導体装置が知られている。この半導体装置では、電流検出セルとメインセルとが連続した不純物拡散によって形成される。この半導体装置における電流検出セルとメインセルとの境界部分のレイアウトを図5(a)に示し、さらに、図5(a)のD−D断面図とE−E断面図を図5(b)、(c)に示す。なお、図5(a)は断面図ではないが、レイアウト構成を分かりやすくするために部分的にハッチングを示すことにする。 2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor device is known in which a current detection cell including a current detection element is formed together with a main cell in order to detect the amount of current flowing through the main cell including a power element. In this semiconductor device, the current detection cell and the main cell are formed by continuous impurity diffusion. FIG. 5A shows a layout of the boundary portion between the current detection cell and the main cell in this semiconductor device, and FIG. 5B shows a DD sectional view and an EE sectional view of FIG. (C). Although FIG. 5A is not a cross-sectional view, hatching is partially shown for easy understanding of the layout configuration.
図5(a)に示される領域Iは、パワー素子としてIGBTが形成されたメインセルの終端部を示した領域であり、領域IIは、電流検出素子としてパワー素子と同様の構成のI
GBTが形成された電流検出セルの終端部を示した領域である。
A region I shown in FIG. 5A is a region showing a terminal portion of a main cell in which an IGBT is formed as a power element, and a region II is an I having the same configuration as the power element as a current detection element.
This is a region showing a terminal portion of the current detection cell in which the GBT is formed.
メインセルにおけるIGBTは、図5(b)に示されるように、P+型基板1の上にN-型ドリフト層2が形成され、N型ドリフト層2の表層部にP型ボディ層3が形成されていると共に、P型ボディ層3の表層部にN+型エミッタ層4が形成されている。また、N+型エミッタ層4およびN型ドリフト層2との間に位置するP型ボディ層3の表層部をチャネル領域とし、その表面にはゲート酸化膜5を介してゲート電極6が形成されている。さらに、ゲート電極6を覆うように層間絶縁膜7が形成されていると共に、層間絶縁膜7を覆うようにエミッタ電極8aが形成され、層間絶縁膜7に形成されたコンタクトホール7aを通じて、エミッタ電極8aがN+型エミッタ層4およびP型ボディ層3に電気的に接続されている。そして、P+型基板1の裏面側にコレクタ電極9が形成された構成となっている。
As shown in FIG. 5B, the IGBT in the main cell includes an N −
一方、電流検出セルにおける電流検出素子もIGBTによって構成され、メインセルにおけるIGBTと同様の構成とされている。この電流検出素子を構成するIGBTは、メインセルのIGBTと同じ工程中に形成されるもので、メインセルのIGBTにおけるエミッタ電極8aから電気的に切り離された電流検出用エミッタ電極8bを備え、層間絶縁膜7に形成されたコンタクトホール7b(図5(a)、(c)参照)を通じてN+型エミッタ層4およびP型ボディ層3に電気的に接続された構成となっている。そして、メインセルのIGBTと電流検出セルのIGBTとが同じ構成とされていることから、電流検出セルのIGBTにはメインセルのIGBTに流れる電流量に比例した電流が流れる。このため、電流検出セルにおけるIGBTに流れる電流を検出することで、メインセルに流れる電流を測定することが可能となっている。
On the other hand, the current detection element in the current detection cell is also configured by an IGBT, and has the same configuration as the IGBT in the main cell. The IGBT constituting the current detection element is formed in the same process as the IGBT of the main cell, and includes a current
このように構成される半導体装置では、図5(a)に示されるように、電流検出セルにおけるIGBTとメインセルにおけるIGBTのN+型エミッタ層4が互いに接続された構成となっている。そして、エミッタ電極8aや電流検出用電極8bをN+型エミッタ層4およびP型ボディ層3に電気的に接続させるためのコンタクトホール7a、7bがN+型エミッタ層4内で終端するような構成となっている。
In the semiconductor device configured in this way, as shown in FIG. 5A, the IGBT in the current detection cell and the N + -
上記従来の半導体装置の等価回路図を図6に示す。従来の半導体装置では、電流検出セルのIGBT10とメインセルのIGBT11との各P型ボディ層3が連続した状態となっていることから、これらにおける各エミッタ間に、図6に示すようにP型ボディ層3の内部抵抗12が接続されたと同様の構成となる。
An equivalent circuit diagram of the conventional semiconductor device is shown in FIG. In the conventional semiconductor device, the P-
一方、図6では示されていないが、メインセルにおけるIGBT11のエミッタ電極8aにはIGBT11によりON/OFF駆動される負荷が接続され、電流検出セルにおけるIGBT10のエミッタ電極8bにはIGBT10に流れる電流を検出するための電流検出抵抗が接続されることになる。このため、各エミッタ電極8a、8bの間、つまり内部抵抗12の両端間に電位差が発生し、内部抵抗12に大なり小なりの電流が流れることになる。
On the other hand, although not shown in FIG. 6, a load that is ON / OFF driven by the
このような構成において、大きな外部サージが印加されると、図5(c)に示されるように、電流検出セルとメインセルとの間において繋がっているN+型エミッタ層4とP型ボディ層3およびN型ドリフト層2によって形成される寄生NPNトランジスタ13に対し、大きなベース電流が供給されることになる。このため、寄生NPNトランジスタ13がONされ、N型ドリフト層3からP型ボディ層4およびN+型エミッタ層4を通じ、例えばメインセル側のエミッタ電極8aに大きな電流が流れ、メインセルのIGBT11を破壊させてしまうという問題がある。
In such a configuration, when a large external surge is applied, as shown in FIG. 5C, the N + -
このような問題は、電流検出セルとメインセルとの間を絶縁膜などによって素子分離することにより解消できると考えられる。しかしながら、電流検出セルとメインセルとの間でP型ボディ層3を繋げていることによる効果、例えば、P型ボディ層3に流れる正孔電流の偏りが少なくできることから、インダクタンスなどのようにOFFする際に逆起電力が発生する場合でもメインセルと電流検出セルの遮断電流の偏りを抑制するという効果が得られなくなってしまう。
Such a problem can be solved by isolating the current detection cell and the main cell with an insulating film or the like. However, since the effect of connecting the P-
本発明は、上記点に鑑みて、電流検出セルとパワー素子からなるメインセルとのボディ層が連続した構成とされる半導体装置において、寄生トランジスタがONすることにより素子破壊が発生することを防止することを目的とする。 In view of the above points, the present invention prevents element breakdown from occurring when a parasitic transistor is turned on in a semiconductor device in which a body layer of a current detection cell and a main cell including a power element is continuous. The purpose is to do.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、メインセルと電流検出セルとが同じ列に並べられた配置とされてなり、メインセルと電流検出セルには、共に、半導体基板(1)上に形成された第2導電型のドリフト層(2)と、ドリフト層(2)の表層部に形成された第1導電型のボディ層(3)と、ボディ層(3)の表層部において、ドリフト層(2)から離間するように配置された第2導電型のエミッタ層(4a、4b)と、エミッタ層(4a、4b)とドリフト層(2)に挟まれたボディ層(3)の表層部をチャネル領域として、このチャネル領域の表面に形成された絶縁膜(5)と、絶縁膜(5)の表面に形成されたゲート電極(6)と、ゲート電極(6)の上に形成された層間絶縁膜(7)と、層間絶縁膜(7)に形成されたコンタクトホール(7a、7b)を通じてエミッタ層およびボディ層に電気的にコンタクトされるエミッタ電極(8a、8b)とを備えている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the main cell and the current detection cell are arranged in the same column, and both the main cell and the current detection cell have a semiconductor substrate ( 1) a second conductivity type drift layer (2) formed thereon, a first conductivity type body layer (3) formed on a surface layer portion of the drift layer (2), and a surface layer of the body layer (3) Part of the emitter layer (4a, 4b) of the second conductivity type disposed so as to be separated from the drift layer (2), and a body layer sandwiched between the emitter layer (4a, 4b) and the drift layer (2) ( 3) Using the surface layer portion of 3) as a channel region, an insulating film (5) formed on the surface of the channel region, a gate electrode (6) formed on the surface of the insulating film (5), and a gate electrode (6) Formed on the interlayer insulating film (7) formed thereon and the interlayer insulating film (7). Contact holes (7a, 7b) through the emitter layer and the emitter electrode (8a, 8b) which are electrically contacted to the body layer and a.
このような構成において、ボディ層(3)は、メインセルと電流検出セルとが並べられた方向を長手方向として、これら各セル間で連続した構成となっており、エミッタ層(4a、4b)は、ボディ層(3)の長手方向に延設され、メインセルに形成されたもの(4a)と電流検出セルに形成されたもの(4b)とが互いに離間した構成となっている。
そして、コンタクトホール(7a、7b)のうち、メインセルに形成されたもの(7a)は、その終端位置がメインセルに形成されたエミッタ層(4a)のうち最も電流検出セル側に位置するものの終端位置よりも更に電流検出セル側に突出しており、かつ、電流検出セルに形成されたもの(7b)は、その終端位置が電流検出セルに形成されたエミッタ層(4b)のうち最もメインセル側に位置するものの終端位置よりも更にメインセル側に突出していることを特徴としている。
In such a configuration, the body layer (3) has a configuration in which the direction in which the main cell and the current detection cell are arranged is continuous in the longitudinal direction, and the emitter layer (4a, 4b) Is formed so as to extend in the longitudinal direction of the body layer (3) so that the main cell (4a) and the current detection cell (4b) are separated from each other.
Of the contact holes (7a, 7b), those formed in the main cell (7a) are those whose end position is located closest to the current detection cell among the emitter layers (4a) formed in the main cell. The one that protrudes further toward the current detection cell than the end position and is formed on the current detection cell (7b) is the main cell in the emitter layer (4b) whose end position is formed on the current detection cell. It is characterized in that it protrudes further to the main cell side than the terminal position of what is located on the side.
このように、メインセルにおけるエミッタ層(4a)と電流検出セルにおけるエミッタ層(4b)とが互いに離間された構成とされていることから、メインセルと電流検出セルとの間にはエミッタ層が配置されていない構成となる。このため、メインセルと電流検出セルとの間に寄生NPNトランジスタが形成されず、外部サージによる電流が内部抵抗に流れても、メインセルのパワー素子(11)におけるコレクタ−エミッタ間に寄生PNPトランジスタが動作することによる大きな電流が流れることはない。したがって、メインセルのパワー素子(11)が破壊されることを防止することが可能となる。 Since the emitter layer (4a) in the main cell and the emitter layer (4b) in the current detection cell are thus separated from each other, the emitter layer is between the main cell and the current detection cell. The configuration is not arranged. For this reason, a parasitic NPN transistor is not formed between the main cell and the current detection cell, and a parasitic PNP transistor is connected between the collector and the emitter in the power element (11) of the main cell even if a current due to an external surge flows to the internal resistance. A large current does not flow due to the operation. Therefore, it is possible to prevent the power element (11) of the main cell from being destroyed.
請求項2に記載の発明では、ボディ層(3)は、メインセルと電流検出セルとが並べられた方向を長手方向として、これら各セル間で連続した構成となっており、エミッタ層(4a、4b)は、ボディ層(3)の長手方向に対する垂直方向に複数列が互いに離間して延設され、メインセルに形成されたもの(4a)と電流検出セルに形成されたもの(4b)とが互いに離間した構成となっている。
In the invention according to
このような構成において、メインセルでは、コンタクトホール(7a)は、複数列に延設されたエミッタ層(4a)およびボディ層(3)とオーバラップし、エミッタ電極(8a)をエミッタ層(4a)とボディ層(3)とに交互にコンタクトさせるように構成されていると共に、その終端位置がエミッタ層(4a)のうち最も電流検出セル側に位置するものよりも更に電流検出セル側に突出しており、その突出部におけるエミッタ電極(8a)とボディ層(3)とのコンタクト面積(S1)が複数列の各エミッタ層(4a)間におけるコンタクト面積(S2)よりも大きく構成されている。 In such a configuration, in the main cell, the contact hole (7a) overlaps the emitter layer (4a) and the body layer (3) extending in a plurality of rows, and the emitter electrode (8a) is used as the emitter layer (4a). ) And the body layer (3) are alternately contacted, and the terminal position of the emitter layer (4a) protrudes further to the current detection cell side than the one located closest to the current detection cell side. The contact area (S1) between the emitter electrode (8a) and the body layer (3) at the protruding portion is configured to be larger than the contact area (S2) between the emitter layers (4a) in a plurality of rows.
そして、電流検出セルでは、コンタクトホール(7b)は、複数列に延設されたエミッタ層(4b)およびボディ層(3)とオーバラップし、エミッタ電極(8b)をエミッタ層(4b)とボディ層(3)とに交互にコンタクトさせるように構成されていると共に、その終端位置がエミッタ層(4b)のうち最もメインセル側に位置するものの終端位置よりも更にメインセル側に突出しており、その突出部におけるエミッタ電極(8b)とボディ層(3)とのコンタクト面積(S3)が複数列の各エミッタ層(4b)間におけるコンタクト面積(S4)よりも大きく構成されていることを特徴としている。 In the current detection cell, the contact hole (7b) overlaps the emitter layer (4b) and the body layer (3) extending in a plurality of rows, and the emitter electrode (8b) is connected to the emitter layer (4b) and the body. It is configured to contact with the layer (3) alternately, and its end position protrudes further to the main cell side than the end position of the emitter layer (4b) located closest to the main cell side, The contact area (S3) between the emitter electrode (8b) and the body layer (3) in the protruding portion is configured to be larger than the contact area (S4) between the emitter layers (4b) in a plurality of rows. Yes.
このような構成とすれば、電流検出セルでは、最もメインセル側のエミッタ層(4b)よりも更にメインセル側に位置するコンタクト部の方が他のコンタクト部よりも電流密度が大きくなる。また、メインセルでは、最も電流検出セル側のエミッタ層(4a)よりも更に電流検出セル側に位置するコンタクト部の方が他のコンタクト部よりも電流密度が大きくなる。 With such a configuration, in the current detection cell, the current density of the contact portion located further on the main cell side than the emitter layer (4b) on the most main cell side is higher than that of the other contact portions. Further, in the main cell, the current density of the contact portion located on the current detection cell side is higher than that of the other contact portions than the emitter layer (4a) on the most current detection cell side.
したがって、各エミッタ層(4a、4b)の下方を流れる電流密度が小さなものとなり、例え外部サージによる電流が内部抵抗に流れても、ドリフト層(2)、ボディ層(3)およびエミッタ層(4a、4b)によって寄生トランジスタが構成されていても、この寄生トランジスタが作動しないようにすることが可能となる。したがって、メインセルのパワー素子(10)が破壊されることを防止することが可能となる。
Therefore, the current density flowing under each emitter layer (4a, 4b) becomes small, and even if a current due to an external surge flows to the internal resistance, the drift layer (2), the body layer (3), and the emitter layer (
請求項3または4に記載の発明では、メインセルでは、コンタクトホール(7a)の突出部の突出量(L1)が、各エミッタ層(4a)の間の間隔(L2)よりも長く設定され、電流検出セルでは、コンタクトホール(7b)の突出部の突出量(L3)が、各エミッタ層(4b)の間の間隔(L4)よりも長く設定されていることを特徴としている。
In the invention according to
このように、メインセルでは、コンタクトホール(7a)の突出部の突出量(L1)が、各エミッタ層(4a)の間の間隔(L2)よりも長く設定され、電流検出セルでは、コンタクトホール(7b)の突出部の突出量(L3)が、各エミッタ層(4b)の間の間隔(L4)よりも長く設定されるようにすれば、好適に請求項2に示した効果を得ることができる。
Thus, in the main cell, the protruding amount (L1) of the protruding portion of the contact hole (7a) is set longer than the interval (L2) between the emitter layers (4a). If the protrusion amount (L3) of the protrusion of (7b) is set to be longer than the distance (L4) between the emitter layers (4b), the effect shown in
この場合、例えば、請求項5に示されるように、メインセルでは、コンタクトホール(7a)の突出部の突出量(L1)が、各エミッタ層(4a)の間の間隔(L2)の1.2〜6倍に設定され、電流検出セルでは、コンタクトホール(7b)の突出部の突出量(L3)が、各エミッタ層(4b)の間の間隔(L4)の1.2〜6倍に設定される。好ましくは、請求項6に示されるように、メインセルでは、コンタクトホール(7a)の突出部の突出量(L1)が、各エミッタ層(4a)の間の間隔(L2)の1.8〜3倍となるように、電流検出セルでは、コンタクトホール(7b)の突出部の突出量(L3)が、各エミッタ層(4b)の間の間隔(L4)の1.8〜3倍となるように設定されると良い。
In this case, for example, as shown in
以上請求項1ないし6に記載の発明は、例えば、請求項7に示したように、半導体装置におけるメインセルのパワー素子および電流検出セルの素子のゲート電極(6)に印加される電圧を制御する駆動回路(20)と、電流検出セルにおけるエミッタ−コレクタ間に流れる電流を検出する電流検出回路(21)とを備え、半導体装置におけるメインセルのパワー素子により、点火コイル(26)への通電を制御し、点火プラグ(27)の放電を制御するように構成された点火装置に適用可能である。 According to the first to sixth aspects of the present invention, for example, as shown in the seventh aspect, the voltage applied to the power element of the main cell and the gate electrode (6) of the element of the current detection cell in the semiconductor device is controlled. Drive circuit (20) and a current detection circuit (21) for detecting a current flowing between the emitter and the collector in the current detection cell, and energizing the ignition coil (26) by the power element of the main cell in the semiconductor device. And is applicable to an ignition device configured to control the discharge of the spark plug (27).
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について図1に基づき説明する。図1(a)は、本発明の一実施形態が適用された半導体装置Sのレイアウト構成を示す図、図1(b)は、図1(a)におけるA−A断面図である。以下、これらの図に基づいて半導体装置Sの構成について説明するが、この半導体装置Sの構成は、上記背景技術の欄で説明した従来の半導体装置とほぼ同様であるため、同一の構成については同様の符号を付して異なる部分についてのみ説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a diagram showing a layout configuration of a semiconductor device S to which an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. Hereinafter, the configuration of the semiconductor device S will be described with reference to these drawings. Since the configuration of the semiconductor device S is substantially the same as the conventional semiconductor device described in the background section above, the same configuration is used. Only different parts with the same reference numerals will be described.
図1(a)に示されるように、本実施形態の半導体装置Sでは、メインセルにおけるIGBT11と電流検出セルにおけるIGBT10に関して、P型ボディ層3は連続した構成となっているが、それぞれのN+型エミッタ層4aとN+型エミッタ層4bとが離間した構成とされ、互いに電気的に分離された構成となっている。
As shown in FIG. 1A, in the semiconductor device S of the present embodiment, the P-
また、メインセルにおけるIGBT11に関しては、エミッタ電極8aをN+型エミッタ層4aおよびP型ボディ層3に電気的に接続させるために層間絶縁膜7に形成されるコンタクトホール7aの終端位置が、N+型エミッタ層4aの終端位置よりも電流検出セル側まで突出した構成とされている。さらに、電流検出セルにおけるIGBT10に関しては、電流検出用エミッタ電極8bをN+型エミッタ層4bおよびP型ボディ層3に電気的に接続させるために層間絶縁膜7に形成されるコンタクトホール7bの終端位置が、N+型エミッタ層4bの終端位置よりもメインセル側まで突出した構成とされている。
As for the
具体的には、メインセルは、例えば複数列で構成され、各列が平行に並べられたストライプ状のレイアウト構成とされるが、そのうちの少なくとも一列に繋げられるように電流検出セルが形成される。そして、その列の長手方向と一致するように各N+型エミッタ層4a、4bやコンタクトホール7a、7bが延設される。したがって、電流検出セルのIGBT10におけるコンタクトホール7bは、その電流検出セルが形成される列のメインセル側、つまり隣接しているメインセル側に、N+型エミッタ層4bよりも突出した構成とされている。そして、そのメインセルのIGBT11におけるコンタクトホール7aが、電流検出セル側に、N+型エミッタ層4aよりも突出した構成とされている。
Specifically, the main cell is composed of a plurality of columns, for example, and has a striped layout configuration in which each column is arranged in parallel. The current detection cells are formed so as to be connected to at least one of them. . The N + -type emitter layers 4a and 4b and the
このような構成にした場合、半導体装置Sは、上記背景技術の欄において図6に示された回路と同じ等価回路構成となる。しかしながら、メインセルにおけるN+型エミッタ層4aと電流検出セルにおけるN+型エミッタ層4bとが互いに離間された構成とされていることから、図1(b)に示されるようにメインセルと電流検出セルとの間にはN+型エミッタ層が配置されていない構成となる。
In such a configuration, the semiconductor device S has the same equivalent circuit configuration as the circuit shown in FIG. However, since where the N + -
したがって、以下の効果を得ることができる。すなわち、図示しないが、メインセルにおけるIGBT11のエミッタ電極8aにIGBT11によりON/OFF駆動される負荷が接続され、電流検出セルにおけるIGBT10のエミッタ電極8bに電流検出抵抗が接続されることになる。この場合、各エミッタ電極8a、8bの間、つまり内部抵抗12の両端間に電位差が発生し、図1(b)に示されるように内部抵抗12に大なり小なりの電流が流れることになる。
Therefore, the following effects can be obtained. That is, although not shown, a load that is ON / OFF driven by the
しかしながら、上述したようにメインセルと電流検出セルとの間にはN+型エミッタ層が配置されていない構成となっていることから、メインセルと電流検出セルとの間に寄生NPNトランジスタが形成されず、外部サージによる電流が内部抵抗12に流れても、メインセルのIGBT11におけるコレクタ−エミッタ間に寄生PNPトランジスタが動作することによる大きな電流が流れることはない。したがって、メインセルのIGBT11が破壊されることを防止することが可能となる。
However, as described above, since the N + -type emitter layer is not disposed between the main cell and the current detection cell, a parasitic NPN transistor is formed between the main cell and the current detection cell. Even when a current due to an external surge flows through the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。図2(a)に、本実施形態における半導体装置のレイアウト図を示し、図2(b)に、図2(a)のB−B断面図、図2(c)に図2(a)のC−C断面図を示す。以下、図2に基づいて本実施形態の半導体装置Sについて説明するが、半導体装置Sを構成する主な要素は第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明し、同様の部分に関しては図1と同様の符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. 2A is a layout diagram of the semiconductor device according to the present embodiment, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2A, and FIG. 2C is a cross-sectional view of FIG. CC sectional drawing is shown. Hereinafter, the semiconductor device S of the present embodiment will be described with reference to FIG. 2, but the main elements constituting the semiconductor device S are the same as those of the first embodiment, so only the different parts will be described and the same parts will be described. Are denoted by the same reference numerals as in FIG.
図2(a)〜(c)に示されるように、本実施形態では、半導体装置Sの各要素のレイアウト構成が第1実施形態と異なる。具体的には、P型ボディ層3の長手方向に対して垂直に各N+型エミッタ層4a、4bが複数個延設され、これらがストライプ状に配置された構成となっている。また、各N+型エミッタ層4a、4bの長手方向の垂直方向(P型ボディ層3の長手方向)に層間絶縁膜7のコンタクトホール7a、7bが延設され、N+型エミッタ層4a、4bおよびP型ボディ層3とオーバラップした構成となっている。
As shown in FIGS. 2A to 2C, in this embodiment, the layout configuration of each element of the semiconductor device S is different from that of the first embodiment. Specifically, a plurality of N + -type emitter layers 4 a and 4 b are extended perpendicularly to the longitudinal direction of the P-
このため、メインセルのIGBT11のエミッタ電極8aは、コンタクトホール7aを通じてN+型エミッタ層4aとP型ボディ層3と、また、電流検出セルのIGBT10の電流検出用エミッタ電極8bは、コンタクトホール7bを通じてN+型エミッタ層4bとP型ボディ層3と、交互に電気的に接続された構成となっている。
Therefore, the
そして、コンタクトホール7aの終端位置は、IGBT11における最も電流検出セル側に位置するN+型エミッタ層4aの終端位置よりも突出した状態とされている。その突出量L1は、ストライプ状に並べられた各N+型エミッタ層4aの間隔L2よりも大きく設定されており、その突出部分におけるエミッタ電極8aとP型ボディ層3とのコンタクト面積S1が、各N+型エミッタ層4a間におけるエミッタ電極8aとP型ボディ層3とのコンタクト面積S2よりも大きくされている。
The termination position of the
一方、コンタクトホール7bの終端位置は、IGBT10における最もメインセル側に位置するN+型エミッタ層4bの終端位置よりも突出した状態とされている。その突出量L3は、ストライプ状に並べられた各N+型エミッタ層4bの間隔L4よりも大きく設定されており、その突出部分におけるエミッタ電極8bとP型ボディ層3とのコンタクト面積S3が、各N+型エミッタ層4b間におけるエミッタ電極8bとP型ボディ層3とのコンタクト面積S4よりも大きくされている。例えば、コンタクト面積S1がコンタクト面積S3と同等程度、コンタクト面積S2がコンタクト面積S4と同等程度とされている。
On the other hand, the termination position of the
より詳しくは、突出量L1は、間隔L2に対して1.2〜6倍程度(1.2〜6×L2=L1)、好ましくは1.8〜3倍程度(1.8〜3×L2=L1)に設定されている。また、突出量L3は、間隔L4に対して1.2〜6倍程度(1.2〜6×L4=L3)、好ましくは1.8〜3倍程度(1.8〜3×L4=L3)に設定されている。 More specifically, the protrusion amount L1 is about 1.2 to 6 times (1.2 to 6 × L2 = L1), preferably about 1.8 to 3 times (1.8 to 3 × L2) with respect to the interval L2. = L1). Further, the protrusion amount L3 is about 1.2 to 6 times (1.2 to 6 × L4 = L3), preferably about 1.8 to 3 times (1.8 to 3 × L4 = L3) with respect to the distance L4. ) Is set.
このような構成の半導体装置Sによると、以下の効果を得ることができる。すなわち、図示しないが、メインセルにおけるIGBT11のエミッタ電極8aにIGBT11によりON/OFF駆動される負荷が接続され、電流検出セルにおけるIGBT10のエミッタ電極8bに電流検出抵抗が接続されることになる。この場合、各エミッタ電極8a、8bの間、つまり内部抵抗12の両端間に電位差が発生し、図2(c)に示されるように内部抵抗12に大なり小なりの電流が流れることになる。
According to the semiconductor device S having such a configuration, the following effects can be obtained. That is, although not shown, a load that is ON / OFF driven by the
しかしながら、本実施形態の半導体装置Sでは、上述したように各エミッタ電極8a、8bとP型ボディ層3とのコンタクト部の幅、すなわち突出量L1、L3が各N+型エミッタ層4a、4bの間隔L2、L4よりも長く設定されている。このため、主に、各エミッタ電極8a、8b間に流れる電流は、電流検出セルにおけるIGBT10のN+型エミッタ層4bよりもメインセル側に位置する部分、および、メインセルにおけるIGBT11のN+型エミッタ層4aよりも電流検出セル側に位置する部分を通ることになる。そして、エミッタ電極8bから各N+型エミッタ層4bの間を通じて流れる電流、もしくは、各N+型エミッタ層4aの間を通じてエミッタ電極8aに流れる電流は非常に少なくなる。
However, in the semiconductor device S of the present embodiment, as described above, the widths of the contact portions between the
換言すれば、N+型エミッタ層4bのうち最もメインセル側に位置するものをメインセル近傍エミッタ層と呼ぶと、エミッタ電極8bとP型ボディ層3とのコンタクト部のうち、メインセル近傍エミッタ層よりも更にメインセル側の部分を通じる電流の密度がそれよりもメインセルから離れる側の部分を通じる電流の密度と比べて大きくなる。また、N+型エミッタ層aのうち最も電流検出セル側に位置するものを電流検出セル近傍エミッタ層と呼ぶと、エミッタ電極8aとP型ボディ層3とのコンタクト部のうち、電流検出セル近傍エミッタ層よりも更に電流検出セル側の部分を通じる電流の密度がそれよりも電流検出セルから離れる側の部分を通じる電流の密度と比べて大きくなる。
In other words, the N + -
したがって、各N+型エミッタ層4a、4bの下方を流れる電流密度が小さなものとなり、例え外部サージによる電流が内部抵抗12に流れても、N型ドリフト層2、P型ボディ層3およびN+型エミッタ層4a、4bによって寄生トランジスタが構成されていても、この寄生トランジスタが作動しないようにすることが可能となる。したがって、メインセルのIGBT11が破壊されることを防止することが可能となる。
Therefore, the current density flowing under each N + -
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1、第2実施形態に示した半導体装置を制御素子とを組み合わせてアクチュエータを駆動する回路構成について説明する。図3は、本実施形態における回路構成を示したものである。以下、図3に基づいて本実施形態の回路構成について説明するが、半導体装置Sに関しては第1、第2実施形態と同様であるため、図1、図2と同様の符号を付して説明を省略する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a circuit configuration for driving an actuator by combining the semiconductor device shown in the first and second embodiments with a control element will be described. FIG. 3 shows a circuit configuration in the present embodiment. Hereinafter, the circuit configuration of the present embodiment will be described with reference to FIG. 3, but the semiconductor device S is the same as that of the first and second embodiments, so that the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 are given. Is omitted.
図3に示すように、本実施形態の回路構成には、第1実施形態で示した半導体装置Sに加えて、図示しないECUなどから出力される制御信号を受け取る駆動回路20および電流検出回路21を備えた制御IC22が備えられた構成となっている。そして、これら制御IC22と半導体装置Sとがボンディングワイヤ22a、22bで電気的に接続されている。
As shown in FIG. 3, the circuit configuration of this embodiment includes a
制御IC22では、電源に接続される端子が備えられていると共に、駆動回路20が半導体装置Sにおけるメインセルおよび電流検出セルのIGBT10、11のゲート端子に接続され、電流検出回路21が電流検出セルにおけるIGBT10のエミッタに接続された構成となっている。そして、半導体装置Sでは、メインセルおよび電流検出セルのコレクタに接続される端子に制御IC22によって駆動されるアクチュエータ30が接続された構成となっている。
In the
駆動回路20では、電源からの電圧印加に基づき、IGBT11をON/OFF制御するための制御信号、すなわちハイレベルとローレベルの電圧が出力されるようになっている。
The
電流検出回路21は、例えば、IGBT10に直列接続される抵抗と、その抵抗の両端の電位を反転入力端子および非反転入力端子の入力電位とするオペアンプとから構成されている。そして、オペアンプの出力が駆動回路20に入力されるように構成されている。
The
このような構成によれば、駆動回路20からの制御信号に基づいてIGBT11をONさせると、アクチュエータ30に電流が流される。これにより、アクチュエータ30が駆動されるようになっている。
According to such a configuration, when the
このとき、IGBT11のエミッタ−コレクタ間に流れる電流に比例した電流が電流検出セルのIGBT10のエミッタ−コレクタ間に流れ、電流検出回路21に流される。そして、電流検出回路21により、その電流量が検出される。例えば、電流検出回路21が上述のように抵抗とオペアンプで構成される場合、抵抗の両端電位が電流検出セルのIGBT10に流れる電流に応じて変化することから、それらの電位差がオペアンプを介して駆動回路20にフィードバックされる。これにより、駆動回路20によるメインセルのIGBT11のON/OFFがフィードバック制御されるようになっている。
At this time, a current proportional to the current flowing between the emitter and collector of the
以上のように、第1実施形態で示した半導体装置を本実施形態の回路構成に用いることが可能である。そして、このような回路構成においては、第1、第2実施形態で示したように、外部ノイズが印加されても、半導体装置における寄生トランジスタが形成されない、もしくは寄生トランジスタがONしないようにすることができることから、半導体装置Sが破壊されることを防止することができる。そして、半導体装置Sの破壊を防止できることから、制御IC22側に大電流が流れることを防止でき、制御IC22が破壊されることも防止することができる。
As described above, the semiconductor device shown in the first embodiment can be used for the circuit configuration of this embodiment. In such a circuit configuration, as shown in the first and second embodiments, a parasitic transistor in a semiconductor device is not formed or a parasitic transistor is not turned on even when external noise is applied. Therefore, the semiconductor device S can be prevented from being destroyed. Since the semiconductor device S can be prevented from being destroyed, a large current can be prevented from flowing to the
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1、第2実施形態に示した半導体装置を制御素子と組み合わせて回路構成の具体例として、上記各実施形態の半導体装置Sを車両用の点火装置IGに適用した場合について説明する。図4は、本実施形態における点火装置IGの回路構成を示したものである。以下、図4に基づいて本実施形態の点火装置IGについて説明するが、半導体装置Sに関しては第1実施形態と同様であるため、図1と同様の符号を付して説明を省略する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the semiconductor device shown in the first and second embodiments is combined with a control element as a specific example of the circuit configuration, and the semiconductor device S of each of the above embodiments is applied to a vehicle ignition device IG. explain. FIG. 4 shows a circuit configuration of the ignition device IG in the present embodiment. Hereinafter, the ignition device IG of the present embodiment will be described based on FIG. 4, but the semiconductor device S is the same as that of the first embodiment, and therefore, the same reference numerals as those in FIG.
図4に示すように、点火装置IGには、図示しないエンジンECUなどから出力される点火信号を受け取る駆動回路20および電流検出回路21を備えた制御IC22と、第1実施形態で示した半導体装置Sとが備えられた構成となっている。この点火装置IGには、電源となるバッテリ25が接続されていると共に、半導体装置Sにおけるメインセルおよび電流検出セルのIGBT10、11のコレクタに繋がる端子に点火コイル26の一次巻線26aが接続された構成となっている。
As shown in FIG. 4, the ignition device IG includes a
駆動回路20では、バッテリ25からの電圧印加に基づき、IGBT11をON/OFF制御するための制御信号、すなわちハイレベルとローレベルの電圧が出力されるようになっている。
The
電流検出回路21は、例えば、IGBT10に直列接続される抵抗と、その抵抗の両端の電位を反転入力端子および非反転入力端子の入力電位とするオペアンプとから構成されている。そして、オペアンプの出力が駆動回路20に入力されるように構成されている。
The
このような構成によれば、駆動回路20からの制御信号に基づいてIGBT11をONからOFFに変化させると、点火コイル26の一次巻線26aに電流が遮断される。これにより、二次巻線26b側に高電圧が発生し、その高電圧により点火プラグ27に放電が生じるようになっている。
According to such a configuration, when the
このとき、IGBT11のエミッタ−コレクタ間に流れる電流に比例した電流が電流検出セルのIGBT10のエミッタ−コレクタ間に流れ、電流検出回路21に流される。そして、電流検出回路21により、その電流量が検出される。例えば、電流検出回路21が上述のように抵抗とオペアンプで構成される場合、抵抗の両端電位が電流検出セルのIGBT10に流れる電流に応じて変化することから、それらの電位差がオペアンプを介して駆動回路20にフィードバックされる。これにより、駆動回路20によるメインセルのIGBT11のON/OFFがフィードバック制御されるようになっている。
At this time, a current proportional to the current flowing between the emitter and collector of the
以上のように、第1実施形態で示した半導体装置を本実施形態のように点火装置IGに用いる場合、点火コイル26の一次巻線26aによるインダクタンスにより、IGBT11を遮断しようとしても電流検出セルのIGBT10と偏りなく遮断するのが難しい。しかしながら、上述したように、半導体装置Sに備えられるP型ボディ層3は、メインセルと電流検出セルとで連続した構成とされていることから、これらにおける正孔電流の偏りが小さくなる。このため、各IGBT10、11を偏りなく遮断することが可能となる。
As described above, when the semiconductor device shown in the first embodiment is used in the ignition device IG as in the present embodiment, the current detection cell of the current detection cell can be cut off by the inductance by the primary winding 26a of the
(他の実施形態)
上記各実施形態では、第1導電型としてN型、第2導電型としてP型の半導体装置を例に挙げて説明したが、これら各導電型が反対となる半導体装置であっても本発明を適用することが可能である。また、上記実施形態では、IGBTを例に挙げて説明したが、他の半導体装置、例えば図1における半導体基板としてのP+型基板1の導電型をN型にしたパワーMOSFETに対しても本発明を適用することが可能である。
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, the N-type semiconductor device has been described as the first conductivity type and the P-type semiconductor device has been described as the second conductivity type. However, the present invention can be applied to a semiconductor device having these opposite conductivity types. It is possible to apply. In the above embodiment, the IGBT has been described as an example. However, the present invention is also applied to another semiconductor device, for example, a power MOSFET in which the conductivity type of the P + type substrate 1 as the semiconductor substrate in FIG. The invention can be applied.
また、上記各実施形態では、メインセルのパワー素子と電流検出セルの素子とが全く同じ断面構成のIGBT10、11で構成されるようにしている。しかしながら、本発明でいう同じ構成とは、同じ素子構造という意味であり、例えば、各セルが構成する素子のチャネル長やチャネル幅が異なるような場合であっても素子構造としては同じであるため、必ずしも全く同じ断面構造である必要はない。
Further, in each of the above embodiments, the power element of the main cell and the element of the current detection cell are configured by the
1…P+型基板、2…N型ドリフト層、3…P型ボディ層、4a、4b…N+型エミッタ層、6…ゲート電極、7…層間絶縁膜、7a、7b…コンタクトホール、8a、8b…エミッタ電極、10、11…IGBT、12…内部抵抗。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記メインセルと前記電流検出セルとが同じ列に並べられた配置とされてなり、
前記メインセルと前記電流検出セルには、共に、
前記半導体基板(1)上に形成された第2導電型のドリフト層(2)と、
前記ドリフト層(2)の表層部に形成された第1導電型のボディ層(3)と、
前記ボディ層(3)の表層部において、前記ドリフト層(2)から離間するように配置された第2導電型のエミッタ層(4a、4b)と、
前記エミッタ層(4a、4b)と前記ドリフト層(2)に挟まれた前記ボディ層(3)の表層部をチャネル領域として、このチャネル領域の表面に形成された絶縁膜(5)と、
前記絶縁膜(5)の表面に形成されたゲート電極(6)と、
前記ゲート電極(6)の上に形成された層間絶縁膜(7)と、
前記層間絶縁膜(7)に形成されたコンタクトホール(7a、7b)を通じて前記エミッタ層および前記ボディ層に電気的にコンタクトされるエミッタ電極(8a、8b)とを備え、
前記ボディ層(3)は、前記メインセルと前記電流検出セルとが並べられた方向を長手方向として、これら各セル間で連続した構成となっており、
前記エミッタ層(4a、4b)は、前記ボディ層(3)の長手方向に延設され、前記メインセルに形成されたもの(4a)と前記電流検出セルに形成されたもの(4b)とが互いに離間した構成となっており、
前記コンタクトホール(7a、7b)のうち、前記メインセルに形成されたもの(7a)は、その終端位置が前記メインセルに形成された前記エミッタ層(4a)のうち最も電流検出セル側に位置するものの終端位置よりも更に前記電流検出セル側に突出しており、かつ、前記電流検出セルに形成されたもの(7b)は、その終端位置が前記電流検出セルに形成された前記エミッタ層(4b)のうち最もメインセル側に位置するものの終端位置よりも更に前記メインセル側に突出していることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device in which a main cell made of a power element and a current detection cell made of an element having the same configuration as the power element are formed on a first or second conductivity type semiconductor substrate (1),
The main cell and the current detection cell are arranged in the same column,
In both the main cell and the current detection cell,
A second conductivity type drift layer (2) formed on the semiconductor substrate (1);
A body layer (3) of a first conductivity type formed on a surface layer portion of the drift layer (2);
A second conductivity type emitter layer (4a, 4b) disposed so as to be separated from the drift layer (2) in a surface layer portion of the body layer (3);
With the surface layer portion of the body layer (3) sandwiched between the emitter layers (4a, 4b) and the drift layer (2) as a channel region, an insulating film (5) formed on the surface of the channel region;
A gate electrode (6) formed on the surface of the insulating film (5);
An interlayer insulating film (7) formed on the gate electrode (6);
An emitter electrode (8a, 8b) that is in electrical contact with the emitter layer and the body layer through contact holes (7a, 7b) formed in the interlayer insulating film (7);
The body layer (3) has a configuration in which the main cell and the current detection cell are arranged in the longitudinal direction, and is continuous between these cells.
The emitter layers (4a, 4b) extend in the longitudinal direction of the body layer (3), and are formed in the main cell (4a) and formed in the current detection cell (4b). It is configured to be separated from each other,
Of the contact holes (7a, 7b), those formed in the main cell (7a) are located at the end of the emitter layer (4a) formed in the main cell closest to the current detection cell. And the emitter layer (4b) whose end position is formed in the current detection cell is protruded further toward the current detection cell than the end position of the current detection cell. ) That is located closest to the main cell, protrudes further toward the main cell than the end position.
前記メインセルと前記電流検出セルとが同じ列に並べられた配置とされてなり、
前記メインセルと前記電流検出セルには、共に、
前記半導体基板(1)上に形成された第2導電型のドリフト層(2)と、
前記ドリフト層(2)の表層部に形成された第1導電型のボディ層(3)と、
前記ボディ層(3)の表層部において、前記ドリフト層(2)から離間するように配置された第2導電型のエミッタ層(4a、4b)と、
前記エミッタ層(4a、4b)と前記ドリフト層(2)に挟まれた前記ボディ層(3)の表層部をチャネル領域として、このチャネル領域の表面に形成された絶縁膜(5)と、
前記絶縁膜(5)の表面に形成されたゲート電極(6)と、
前記ゲート電極(6)の上に形成された層間絶縁膜(7)と、
前記層間絶縁膜(7)に形成されたコンタクトホール(7a、7b)を通じて前記エミッタ層および前記ボディ層に電気的にコンタクトされるエミッタ電極(8a、8b)とを備え、
前記ボディ層(3)は、前記メインセルと前記電流検出セルとが並べられた方向を長手方向として、これら各セル間で連続した構成となっており、
前記エミッタ層(4a、4b)は、前記ボディ層(3)の長手方向に対する垂直方向に複数列が互いに離間して延設され、前記メインセルに形成されたもの(4a)と前記電流検出セルに形成されたもの(4b)とが互いに離間した構成となっており、
前記メインセルでは、前記コンタクトホール(7a)は、前記複数列に延設された前記エミッタ層(4a)および前記ボディ層(3)とオーバラップし、前記エミッタ電極(8a)を前記エミッタ層(4a)と前記ボディ層(3)とに交互にコンタクトさせるように構成されていると共に、その終端位置が前記エミッタ層(4a)のうち最も電流検出セル側に位置するものよりも更に前記電流検出セル側に突出しており、その突出部における前記エミッタ電極(8a)と前記ボディ層(3)とのコンタクト面積(S1)が前記複数列の各エミッタ層(4a)間におけるコンタクト面積(S2)よりも大きく構成され、
前記電流検出セルでは、前記コンタクトホール(7b)は、前記複数列に延設された前記エミッタ層(4b)および前記ボディ層(3)とオーバラップし、前記エミッタ電極(8b)を前記エミッタ層(4b)と前記ボディ層(3)とに交互にコンタクトさせるように構成されていると共に、その終端位置が前記エミッタ層(4b)のうち最もメインセル側に位置するものの終端位置よりも更に前記メインセル側に突出しており、その突出部における前記エミッタ電極(8b)と前記ボディ層(3)とのコンタクト面積(S3)が前記複数列の各エミッタ層(4b)間におけるコンタクト面積(S4)よりも大きく構成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device in which a main cell made of a power element and a current detection cell made of an element having the same configuration as the power element are formed on a first or second conductivity type semiconductor substrate (1),
The main cell and the current detection cell are arranged in the same column,
In both the main cell and the current detection cell,
A second conductivity type drift layer (2) formed on the semiconductor substrate (1);
A body layer (3) of a first conductivity type formed in a surface layer portion of the drift layer (2);
A second conductivity type emitter layer (4a, 4b) disposed so as to be separated from the drift layer (2) in a surface layer portion of the body layer (3);
With the surface layer portion of the body layer (3) sandwiched between the emitter layers (4a, 4b) and the drift layer (2) as a channel region, an insulating film (5) formed on the surface of the channel region;
A gate electrode (6) formed on the surface of the insulating film (5);
An interlayer insulating film (7) formed on the gate electrode (6);
An emitter electrode (8a, 8b) that is in electrical contact with the emitter layer and the body layer through contact holes (7a, 7b) formed in the interlayer insulating film (7);
The body layer (3) has a configuration in which the main cell and the current detection cell are arranged in the longitudinal direction, and is continuous between these cells.
The emitter layer (4a, 4b) includes a plurality of columns extending in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the body layer (3) and extending to the main cell (4a) and the current detection cell. And (4b) formed in the structure are separated from each other,
In the main cell, the contact hole (7a) overlaps the emitter layer (4a) and the body layer (3) extending in the plurality of rows, and the emitter electrode (8a) is connected to the emitter layer ( 4a) and the body layer (3) are alternately contacted with each other, and the termination position of the current detection cell further than that of the emitter layer (4a) located closest to the current detection cell. Projecting toward the cell side, the contact area (S1) between the emitter electrode (8a) and the body layer (3) at the projecting portion is larger than the contact area (S2) between the emitter layers (4a) in the plurality of rows. Is also made up of
In the current detection cell, the contact hole (7b) overlaps the emitter layer (4b) and the body layer (3) extending in the plurality of rows, and the emitter electrode (8b) is connected to the emitter layer. (4b) and the body layer (3) are alternately contacted, and the termination position is further more than the termination position of the emitter layer (4b) located closest to the main cell. Projecting to the main cell side, the contact area (S3) between the emitter electrode (8b) and the body layer (3) at the projecting portion is the contact area (S4) between the emitter layers (4b) in the plurality of rows. A semiconductor device characterized in that it is configured to be larger.
前記電流検出セルにおいて、前記コンタクトホール(7b)の突出部の突出量(L3)が、前記各エミッタ層(4b)の間の間隔(L4)よりも長くなっていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 In the main cell, the protruding amount (L1) of the protruding portion of the contact hole (7a) is longer than the interval (L2) between the emitter layers (4a),
The protruding amount (L3) of the protruding portion of the contact hole (7b) in the current detection cell is longer than the interval (L4) between the emitter layers (4b). 2. The semiconductor device according to 2.
前記メインセルと前記電流検出セルとが同じ列に並べられた配置とされてなり、
前記メインセルと前記電流検出セルには、共に、
前記半導体基板(1)上に形成された第2導電型のドリフト層(2)と、
前記ドリフト層(2)の表層部に形成された第1導電型のボディ層(3)と、
前記ボディ層(3)の表層部において、前記ドリフト層(2)から離間するように配置された第2導電型のエミッタ層(4a、4b)と、
前記エミッタ層(4a、4b)と前記ドリフト層(2)に挟まれた前記ボディ層(3)の表層部をチャネル領域として、このチャネル領域の表面に形成された絶縁膜(5)と、
前記絶縁膜(5)の表面に形成されたゲート電極(6)と、
前記ゲート電極(6)の上に形成された層間絶縁膜(7)と、
前記層間絶縁膜(7)に形成されたコンタクトホール(7a、7b)を通じて前記エミッタ層および前記ボディ層に電気的にコンタクトされるエミッタ電極(8a、8b)とを備え、
前記ボディ層(3)は、前記メインセルと前記電流検出セルとが並べられた方向を長手方向として、これら各セル間で連続した構成となっており、
前記エミッタ層(4a、4b)は、前記ボディ層(3)の長手方向に対する垂直方向に複数列が互いに離間して延設され、前記メインセルに形成されたもの(4a)と前記電流検出セルに形成されたもの(4b)とが互いに離間した構成となっており、
前記メインセルでは、前記コンタクトホール(7a)は、前記複数列に延設された前記エミッタ層(4a)および前記ボディ層(3)とオーバラップし、前記エミッタ電極(8a)を前記エミッタ層(4a)と前記ボディ層(3)とに交互にコンタクトさせるように構成されていると共に、その終端位置が前記エミッタ層(4a)のうち最も電流検出セル側に位置するものよりも更に前記電流検出セル側に突出しており、その突出量(L1)が前記複数列の各エミッタ層(4a)間の間隔(L2)よりも大きく構成され、
前記電流検出セルでは、前記コンタクトホール(7b)は、前記複数列に延設された前記エミッタ層(4b)および前記ボディ層(3)とオーバラップし、前記エミッタ電極(8b)を前記エミッタ層(4b)と前記ボディ層(3)とに交互にコンタクトさせるように構成されていると共に、その終端位置が前記エミッタ層(4b)のうち最もメインセル側に位置するものの終端位置よりも更に前記メインセル側に突出しており、その突出量(L3)が前記複数列の各エミッタ層(4b)間の間隔(L4)よりも大きく構成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device in which a main cell made of a power element and a current detection cell made of an element having the same configuration as the power element are formed on a first or second conductivity type semiconductor substrate (1),
The main cell and the current detection cell are arranged in the same column,
In both the main cell and the current detection cell,
A second conductivity type drift layer (2) formed on the semiconductor substrate (1);
A body layer (3) of a first conductivity type formed on a surface layer portion of the drift layer (2);
A second conductivity type emitter layer (4a, 4b) disposed so as to be separated from the drift layer (2) in a surface layer portion of the body layer (3);
With the surface layer portion of the body layer (3) sandwiched between the emitter layers (4a, 4b) and the drift layer (2) as a channel region, an insulating film (5) formed on the surface of the channel region;
A gate electrode (6) formed on the surface of the insulating film (5);
An interlayer insulating film (7) formed on the gate electrode (6);
An emitter electrode (8a, 8b) that is in electrical contact with the emitter layer and the body layer through contact holes (7a, 7b) formed in the interlayer insulating film (7);
The body layer (3) has a configuration in which the main cell and the current detection cell are arranged in the longitudinal direction, and is continuous between these cells.
The emitter layer (4a, 4b) includes a plurality of columns extending in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the body layer (3) and extending to the main cell (4a) and the current detection cell. And (4b) formed in the structure are separated from each other,
In the main cell, the contact hole (7a) overlaps the emitter layer (4a) and the body layer (3) extending in the plurality of rows, and the emitter electrode (8a) is connected to the emitter layer ( 4a) and the body layer (3) are alternately contacted with each other, and the termination position of the current detection cell further than that of the emitter layer (4a) located closest to the current detection cell. Projecting to the cell side, the projecting amount (L1) is configured to be larger than the interval (L2) between the emitter layers (4a) of the plurality of rows,
In the current detection cell, the contact hole (7b) overlaps the emitter layer (4b) and the body layer (3) extending in the plurality of rows, and the emitter electrode (8b) is connected to the emitter layer. (4b) and the body layer (3) are alternately contacted, and the termination position is further more than the termination position of the emitter layer (4b) located closest to the main cell. A semiconductor device characterized by projecting toward the main cell and having a projecting amount (L3) larger than an interval (L4) between the emitter layers (4b) in the plurality of rows.
前記電流検出セルにおいて、前記コンタクトホール(7b)の突出部の突出量(L3)が、前記各エミッタ層(4b)の間の間隔(L4)の1.2〜6倍になっていることを特徴とする請求項3または4に記載の半導体装置。 In the main cell, the protruding amount (L1) of the protruding portion of the contact hole (7a) is 1.2 to 6 times the interval (L2) between the emitter layers (4a).
In the current detection cell, the protruding amount (L3) of the protruding portion of the contact hole (7b) is 1.2 to 6 times the interval (L4) between the emitter layers (4b). The semiconductor device according to claim 3, wherein the semiconductor device is characterized.
前記電流検出セルにおいて、前記コンタクトホール(7b)の突出部の突出量(L3)が、前記各エミッタ層(4b)の間の間隔(L4)の1.8〜3倍になっていることを特徴とする請求項3または4に記載の半導体装置。 In the main cell, the protruding amount (L1) of the protruding portion of the contact hole (7a) is 1.8 to 3 times the interval (L2) between the emitter layers (4a).
In the current detection cell, the protruding amount (L3) of the protruding portion of the contact hole (7b) is 1.8 to 3 times the interval (L4) between the emitter layers (4b). The semiconductor device according to claim 3, wherein the semiconductor device is characterized.
前記半導体装置における前記メインセルの前記パワー素子および前記電流検出セルの前記素子のゲート電極(6)に印加される電圧を制御する駆動回路(20)と、
前記電流検出セルにおけるエミッタ−コレクタ間に流れる電流を検出する電流検出回路(21)とを備え、
前記半導体装置における前記メインセルの前記パワー素子により、点火コイル(26)への通電を制御し、点火プラグ(27)の放電を制御するように構成されていることを特徴とする点火装置。
A semiconductor device according to claim 1;
A drive circuit (20) for controlling a voltage applied to the power element of the main cell and the gate electrode (6) of the element of the current detection cell in the semiconductor device;
A current detection circuit (21) for detecting a current flowing between an emitter and a collector in the current detection cell;
An ignition device configured to control energization to the ignition coil (26) and control discharge of the ignition plug (27) by the power element of the main cell in the semiconductor device.
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