JP3914328B2 - Trench gate semiconductor device with current detection cell and power conversion device - Google Patents

Trench gate semiconductor device with current detection cell and power conversion device Download PDF

Info

Publication number
JP3914328B2
JP3914328B2 JP07698298A JP7698298A JP3914328B2 JP 3914328 B2 JP3914328 B2 JP 3914328B2 JP 07698298 A JP07698298 A JP 07698298A JP 7698298 A JP7698298 A JP 7698298A JP 3914328 B2 JP3914328 B2 JP 3914328B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
trench
trench gate
cell
current detection
main
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP07698298A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH10326897A (en
Inventor
恭彦 河野
直樹 櫻井
睦宏 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Technology Corp
Original Assignee
Renesas Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Technology Corp filed Critical Renesas Technology Corp
Priority to JP07698298A priority Critical patent/JP3914328B2/en
Publication of JPH10326897A publication Critical patent/JPH10326897A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3914328B2 publication Critical patent/JP3914328B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H01L29/7397Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1095Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機関車,家電品等の各種電気製品のインバータ等に適用される半導体装置にかかり、特に半導体装置の電流検出機能の向上に関する。
【0002】
【従来の技術】
インバータ等の省エネルギー化に伴い、インバータのスイッチング素子である絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下、IGBTと記す)の低損失化が図られている。特に近年は、ゲート電極をシリコン基板中に埋め込んだ、いわゆるトレンチゲートIGBTの開発が盛んに行われている。
【0003】
トレンチゲートIGBTは、従来型のプレーナーゲートIGBTに比べて単位セルの集積密度を高くできる。このため、電流通電時に素子で発生する電圧降下、いわゆるオン電圧がプレーナーゲートIGBTに比べて小さく、損失を低減できる。しかしセル密度が高いために飽和電流が大きくなってしまい、負荷の短絡等の事故発生時に過大な電流が流れて、プレーナーゲートIGBTに比べて壊れやすくなるという問題を有している。
【0004】
この問題の解決のためには、事故発生時に過電流を検出しIGBTを保護する過電流保護回路を設ければよいが、この回路には高精度な電流検出機構が必要となる。特にトレンチゲートIGBTの場合には、ターンオン時の電流増加率が大きく、瞬時に大電流が流れ破壊してしまうため、正確で高速な過電流検出機構が必要となる。
【0005】
図3に過電流検出機構を有したIGBTの等価回路を示す。過電流検出機構付きIGBTは、主IGBT300と電流検出用のセンスIGBT301、主IGBTとセンス IGBTの共通のコレクタ電極121と、ゲート電極106、そして、主 IGBT300 のエミッタ電極122と、それとは分離されたセンスIGBTのエミッタ電極120(以下これをセンス電極と呼ぶ)から構成されている。
【0006】
一般にセンスIGBTのセル数は、主IGBTのセル数の1/1000程度に設計されており、主IGBTに流れる電流の1/1000程度の電流を取り出すことが出来る。この微小なセンス電流を監視することにより、通電量の大きな主電流を監視することが出来る。しかし、実際には主IGBTの電流(主電流)とセンスIGBTの電流(センス電流)の比は、必ずしもセル数の比と同じにはならず、コレクタ電圧や温度等によって変動してしまう。プレーナーゲートIGBTではこれらを改善する構造が数多く提案されており、例えば、「Current Sensing IGBT for Future Intelligent Power Module」(M,Kudoh et al, Proceedings ISPSD, pp.303−306,1996)等がある。
【0007】
図4にプレーナーゲートIGBTのセンスIGBTセルのレイアウトの一例を示す。この例では、センスIGBTセル401を図4のように配列したり、主 IGBTセル400とセンスIGBTセル401との間に遮断層402を設ける等の方法により、検出精度が向上する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者の検討によれば、トレンチゲートIGBTに、従来のプレーナーゲートIGBTにおけるセンスIGBTセル配列を適用しても、所望の検出感度が得られないという問題がある。
【0009】
また、素子の形成プロセスにおいて主IGBTのトレンチゲート形状と、センスIGBTのトレンチゲート形状とが異なってしまい、これにより検出精度が低下するという問題もある。更に、主IGBTセルとセンスIGBTセルの間の相互作用により、センスIGBTの検出感度が低下するという問題もある。
【0010】
本発明は、上述した問題点を考慮してなされたものであり、電流検出精度を向上できるトレンチゲート半導体装置を提供する。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体装置においては、トレンチゲートを有し主電流を通電させる主セルと、トレンチゲートを有し検出電流を通電させる電流検出用セルとが同一半導体基体上に形成される。そして、主セルのトレンチゲートのチャネルが形成されるトレンチ側壁の結晶面方位と、電流検出セルのトレンチゲートのチャネルが形成されるトレンチ側壁の結晶面方位とが、同一又は略同一となっているか、あるいは等価又は略等価となっている。
【0012】
上記構造によれば、主セルのトレンチゲートのチャネルが形成されるトレンチ側壁の結晶面方位と、電流検出セルのトレンチゲートのチャネルが形成されるトレンチ側壁の結晶面方位を同一又は略同一としたこと、あるいは等価又は略等価としたことにより、主セルに流れる電流と電流検出セルに流れる電流の比を精度よく設定できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
図1,図2に本発明による第1の実施例の平面構造図及び断面構造図をそれぞれを示す。図2は図1中のA−B断面を示す。なお、以下の説明において、「結晶面方位」は単に「面方位」と記す。
【0014】
図1,図2において、100はコレクタ層、101はコレクタ層100に隣接したバッファ層、102はバッファ層に隣接しバッファ層より低不純物濃度のドリフト層、103はセンスIGBT領域のドリフト層内に形成されたセンスベース層、104はセンスベース層内に形成されたセンスコンタクト層、105はセンスベース層内に形成されたセンスエミッタ層、106はシリコン基板中にドリフト層まで到達するように形成されたトレンチゲート電極、107はシリコン基板とゲート電極とを絶縁分離するためのゲート絶縁膜、108は電極とシリコン基板を絶縁分離するための層間絶縁膜、109はセンスIGBT領域端部のセンスベース層に接して形成されたセンスWELL層、110は主IGBT領域のドリフト層内に形成された主ベース層、111は主ベース層内に形成された主コンタクト層、112は主ベース層内に形成された主エミッタ層、113は主IGBT領域端部の主IGBTベース層に接して形成された主WELL層、120はセンスコンタクト層及びセンスエミッタ層に接触形成されたセンス電極、121はコレクタ層に接触して全面的に形成されたコレクタ電極、122は主コンタクト層及び主エミッタ層に接触形成されたエミッタ電極、130は主ベース層及びセンスベース層内のトレンチゲート側壁に沿って形成されるチャネル形成領域である。図1中で点線で示された二つの矩形の内、内側の矩形は、センスベース層103の境界を示し、この内側の領域がセンスベース層103である。また、図1中で点線で示された外側の矩形は主ベース層110の境界を示し、この外側の領域に主ベース層110が形成されている。なお、図面表示の便宜上、チャネル形成領域は図1中ではセンスIGBTセルと、主IGBTセルの一部にしか描いていないが、実際には主IGBTセルの全セルに形成されている。
【0015】
本実施例の特徴は、主IGBTセルとセンスIGBTセルのトレンチゲートを平行に形成し、主IGBTのトレンチゲートのチャネルが形成されるトレンチ側壁における半導体層表面の面方位(以下、単に「トレンチ側壁の面方位」と記す)と、センスIGBTのトレンチゲートのチャネルが形成されるトレンチ側壁の面方位とを同じにした点である。
【0016】
IGBTの特性を決める重要な要素として、チャネル領域の電子の移動度がある。移動度はチャネルが形成される領域の結晶の面方位に大きく依存している。例えば、(111)面では(100)面の半分程度の移動度であり、結晶の面方位により移動度は大きく異なっている。このため、主IGBTセルのチャネルが形成される領域のゲート側壁の面方位と、センスIGBTセルのチャネルが形成される領域のゲート側壁の面方位とが異なっている場合には、主IGBTとセンスIGBTの電流の流れ方が異なってしまい、所望する電流比からずれてしまう。
【0017】
また、主IGBTセルのチャネルが形成される領域のゲート側壁の面方位と、センスIGBTセルのチャネルが形成される領域のゲート側壁の面方位とが異なっている場合には、トレンチ形成時に加工形状が異なってしまい、検出精度が低下する。
【0018】
そこで、本実施例に示すように主IGBTセルとセンスIGBTセルとのトレンチゲートを平行に形成すれば、チャネル領域が形成されるトレンチゲート側壁の面方位を同じにすることが可能となり、主IGBTとセンスIGBTの電流比を所望の値に設定できる。なお、主IGBTのトレンチ側壁の面方位とセンス
IGBTのトレンチ側壁の面方位とがなす角度の大きさが5°以内の略平行な場合すなわち両面方位が略同一の場合ならば、同様の効果がある。
【0019】
この構造の形成においては、主IGBTセルのトレンチゲートとセンスIGBTのトレンチゲートとを同時に形成するのが好ましい。これは、異なるプロセスステップで形成すると、エッチング速度などのプロセス条件の違いにより主IGBTセルとセンスIGBTセルとでトレンチ側壁の状態が異なってしまう可能性があるためである。
【0020】
もう一つの本実施例の特徴は、主IGBTのトレンチゲートとセンスIGBTのゲートのトレンチを分離した点である。この構成は、図1に示すように主IGBT領域とセンスIGBT領域の間にトレンチを形成しない領域を設けて、主IGBTのゲートのトレンチとセンスIGBTのゲートのトレンチを不連続とする事により得られる。
【0021】
IGBTのオン状態にはトレンチゲート表面には蓄積層が形成される。この蓄積層はドリフト層よりも低抵抗になる場合が多く、このためこの蓄積層を通して主IGBTとセンスIGBTとの間に漏れ電流が流れ、検出感度が低下してしまう。本実施例に示すように、トレンチを形成しない領域を設けて主IGBTのゲートのトレンチとセンスIGBTのゲートのトレンチとを分離しておけば、蓄積層の形成を防止でき、検出感度の低下を抑制できる。
【0022】
更に本実施例には、主IGBTのトレンチゲートとセンスIGBTのトレンチゲートが分離されているので、主IGBTとセンスIGBTとを個別に制御できるという効果もある。例えば、センスIGBTのゲート電極だけ抵抗を接続して動作を遅らせる等の制御が可能となる。加えて、センスIGBTセルのレイアウトの自由度を増加できるという効果もある。
【0023】
その他の本実施例の特徴は、センスIGBTセルをトレンチゲートよりも深いセンスウェル層109,主ウェル層113で2重に包囲した点である。さらに、主IGBTのトレンチゲートとセンスIGBTのトレンチゲートがそれぞれ主ウェル層内及びセンスウェル層内で終端している。この様な構成とすると、分断されたトレンチゲート終端部での耐圧劣化を防止でき、素子の信頼性が向上する。また、ウェル層を、間にドリフト層を介して2重に配列したことにより、センスIGBTと主IGBTとの間の相互干渉を防止でき、電流検出の精度を向上できる。
【0024】
更に本実施例には以下に述べる特徴もある。すなわちセンスIGBTを包囲して形成された2重ウェル層の両者にまたがって形成されるトレンチを無くした点である。これを図1を用いて詳細に説明する。図1中にセンスIGBT領域を貫通した場合のトレンチゲートとして一点鎖線に示したように、センスIGBT領域内のセンスIGBTのゲートトレンチが形成されていない空き領域を主IGBTのトレンチゲートが貫通している場合には、IGBTのオン状態にトレンチゲート表面に形成される低抵抗の蓄積層によって主IGBTとセンスIGBTとの間に漏れ電流が流れ、検出感度を低下させてしまう。そのため、センスIGBT領域を横切る主IGBTのゲートのトレンチはできるだけ少ない方がよく、図1の様に全く横切らない場合が好ましい。この様な構成とすることにより、主IGBTとセンスIGBTとの間の相互干渉によるセンス感度の低下を防止できる。
【0025】
なお、本実施例は、製造上特別なプロセスを必要とせず、これまでのトレンチゲートIGBTと同様の製造プロセスで形成できる。
【0026】
以上のように本実施例によれば、低コストで高精度な電流検出セル付トレンチゲートIGBTを実現できる。
【0027】
なお、上記のような、ウェル層内でトレンチゲートが終端する構成は、本実施例に限らず、他の電流検出セル付トレンチゲートIGBTやトレンチゲート MOSFETにも適用できる。
【0028】
(実施例2)
図5に本発明による第2の実施例の平面構造図を示す。図5において、図1及び図4と共通の構成要素には同一の符号を付してある。
【0029】
本実施例の特徴は、センスIGBTのトレンチゲートと主IGBTのトレンチゲートとが直交するように配列した点である。結晶の面方位が(100)のウェハを例にとって考えると、主IGBTのトレンチゲートのチャネルが形成されるトレンチ側壁の面方位が(110)面である場合には、これに直交する方向にトレンチゲートを形成すると、トレンチゲート側壁に(110)面と結晶学的に等価な面方位の結晶面が現れる。本実施例のようにセンスIGBTを配列することにより、主IGBTセルのチャネルが形成されるトレンチゲート側壁の面方位とセンスIGBTセルのチャネルが形成されるトレンチゲート側壁の面方位を等価に出来る。これにより、実施例1と同様の効果を得ることが出来る。
【0030】
なお、センスIGBTのトレンチ側壁の面方位が、主IGBTのトレンチ側壁の面方位と等価な面方位に対して、角度にして5°以内のずれであれば、すなわち両面方位が略等価であれば、同様な効果がある。
【0031】
また、図8に示す様に90°直交させたセルを組み合わせてセンスIGBTを構成しても、これらのチャネルが形成されるトレンチゲート側壁の面方位が全て(110)面にできるため、同様の効果を得ることが出来る。
【0032】
以上、結晶の面方位が(100)のウェハを例にとって考えたが、その他の結晶の面方位のウェハを使っても本実施例を適用すれば同様の効果を得ることが出来る。
【0033】
(実施例3)
図9,図10に本発明による第3の実施例の平面構造図及び断面構造図をそれぞれ示す。図10は図9中のA−B断面を示す。図9,図10において、図1,図2,図5,図8と共通の構成要素には同一の符号を付してある。図9,図10において図1,図2,図5,図8と異なる点は、センスWELL層109上に形成された厚い酸化膜1000と、厚い酸化膜1000上のセンスパッド900である。
【0034】
本実施例の特徴は、ボンディングワイヤ接続用のセンスパッド900をセンスウェル層109の上の領域に設けた点である。センスパッド900にはボンディングによりチップ外部の回路につながっているワイヤを接続するが、ボンディング時には大きな衝撃がパッドに掛かり、パッド下の酸化膜が破壊されてエミッタ電極とシリコン基板とが短絡する可能性がある。もし、パッド下のシリコン基板に主IGBTのウェル層が形成されているとセンス電極と主IGBTのエミッタ電極がウェル層を介して電気的に接続されることになり、正確なセンス電位が得られなくなる。また、パッド下のシリコン基板に何も形成されておらずドリフト層が露出している場合には、センス電極とドリフト層が電気的に接続されてしまい、主耐圧が低下するという不良を発生させる。本実施例によれば、ワイヤボンディング時の衝撃などでセンスパッド下の酸化膜が破壊されてセンス電極がシリコン基板に短絡しても、センスウェル層はセンス電極と同電位となっているため、センス感度の低下や主耐圧の低下等の問題を解決できる。
【0035】
センスパッド900はセンスウェル層上に形成し、パッドの下をトレンチゲートが交差しないような構成とする。具体的には図9に示すように、センスIGBT領域内で、センスIGBTセルのない領域に設けるのが好ましい。これは、センスパッド900の下にトレンチゲートがあると、ボンディング時の衝撃によりトレンチに欠陥が生じ、耐圧不良などの原因になる可能性があるからである。
【0036】
(実施例4)
図11に本発明による第4の実施例の断面構造図を示す。図11において、図1,図2,図5,図8、及び図10と共通の構成要素には同一の符号を付してある。
【0037】
図11において図1,図2,図5,図8、及び図10と異なる点は、主IGBT領域とセンスIGBT領域の間に形成されたダミートレンチゲート1100と、ダミートレンチゲートとドリフト層とを絶縁分離するダミートレンチゲート絶縁膜1101、そしてダミートレンチゲートに隣接して形成されたダミーベース層 1102である。なお、本実施例においては、主ウェル層及びセンスウェル層は形成されていない。
【0038】
本実施例の特徴は、主IGBTセルとセンスIGBTセルの間に、IGBT動作をしないダミーセルを配置した点にある。
【0039】
センスIGBTの形成による面積の増加を最小限に抑えるために、主IGBTセルとセンスIGBTセルを隣接して形成すると、センスIGBTの電流検出感度が低下するという問題がある。これは、主IGBTのベース層110の電位が、センスIGBTのベース層103の電位に影響を及ぼすためである。
【0040】
本実施例によれば、主IGBT領域とセンスIGBT領域との間にダミートレンチセルを設ける事によりこの問題を解決できる。このダミーセルは、ダミートレンチゲート1100とそれに挟まれたダミーベース層1102から構成されている。ダミーベース層1102は主IGBTのベース層110及びセンスIGBTのベース層103とは、分離して形成されており、電気的に絶縁されている。従って、ダミーベース層の電位はフローティング状態にあり、周囲の電位の影響を受けて電位が変動するようになっている。このダミーベース層1102が主IGBTセルとセンスIGBTセル間の電位差を吸収するために相互干渉を防止できる。この時、ダミーセル本数が多い程、相互干渉を小さくできるが、多すぎると主電流の通電領域が減少してしまうので、主IGBTとセンスIGBTの相互干渉防止の為に最小限必要な本数にとどめるのが好ましい。なお、ダミーセルのトレンチゲートは主IGBTのトレンチゲートと連続でも不連続でも良いが、好ましくは主IGBT及びセンスIGBTのトレンチゲートと分離されてフローティング状態にするのが良い。
【0041】
なお、上記したようなダミートレンチゲートを設ける構成は、本実施例に限らず他の電流セル付トレンチゲートIGBTやトレンチゲートMOSFETにも適用できる。
【0042】
(実施例5)
図15に本発明による第5の実施例の断面構造図を示す。図15において、図1,図2,図5,図8,図10及び図11と共通の構成要素には同一の符号を付してある。
【0043】
図15において図1,図2,図5,図8,図10及び図11と異なる点は、主IGBT領域とセンスIGBT領域の間に主IGBTセルとセンスIGBTセルのトレンチゲートより幅広く形成された分離用トレンチゲート1500である。なお、本実施例においては、主ウェル層及びセンスウェル層は形成されていない。
【0044】
本実施例の特徴は、主IGBTセル及びセンスIGBTセルのトレンチゲートより溝幅が広く形成された分離用トレンチゲート1500で主IGBT領域とセンスIGBT領域を分離している点である。
【0045】
センスIGBTの十分な検出精度を得るためには、主IGBTとセンスIGBTの電気的な分離が重要となってくる。特にトレンチゲートIGBTの場合は、単位セルサイズが小さいためにプレーナーゲートIGBTのように主IGBTセルとセンスIGBTセルとを隣接させて配置すると、十分な絶縁が得られず相互干渉により検出感度が低下してしまう。
【0046】
本実施例によれば、主IGBT領域とセンスIGBT領域との間に溝幅の広いトレンチゲートを形成したことにより、主IGBT領域とセンスIGBT領域の相互作用を低減でき、検出感度を向上できる。
【0047】
この時、分離用トレンチ1500は、主IGBTのトレンチゲート及びセンスIGBTのトレンチゲート電極106とは電気的に絶縁されている構成が好ましい。IGBTの動作状態では、トレンチゲート電極106に印加される駆動電圧により分離用トレンチゲート1500底部に蓄積層が誘起され、この蓄積層を通して相互干渉が発生する。分離用トレンチゲートをトレンチゲート電極106と電気的に分離することにより蓄積層の形成を防止し、相互干渉の発生を抑制できる。分離の方法は、実施例1で述べた方法と同様に、分離用トレンチと主IGBT及びセンスIGBTのトレンチとを不連続にして分離したり、トレンチの一部を絶縁物で埋めて電気的に分離したり、あるいは、トレンチの一部のゲート絶縁膜を部分的に厚くしてゲートスレッショルド電圧を大きくすることで分離するなどの方法がある。
【0048】
なお、上記したような分離用トレンチゲートを設ける構成は、本実施例に限らず他の電流セル付トレンチゲートIGBTやトレンチゲートMOSFETにも適用できる。
【0049】
(実施例6)
図12,図13,図16に本発明による第6の実施例の等価回路図、断面構造図及び平面構造図をそれぞれ示す。図13は図12を同一半導体基体中に形成した場合の断面構造図であり、図16はその平面構造を示す。図12,図13及び図16において、図1,図2,図5,図8,図11、及び図15と共通の構成要素には同一の符号を付してある。
【0050】
図12,図13及び図16において図1,図2,図5,図8,図11、及び図15と異なる点は、主電極であるコレクタ電極端子1200と、IGBTの制御信号を入力するためのゲート電極端子1201と、エミッタ電極端子1202と、IGBTのゲートに接続されたゲート抵抗1203と、ゲートの逆バイアス時の通電阻止のためにアノードがIGBTのゲートに接続されたダイオード1204と、ゲートがセンスIGBTのエミッタに接続され、ドレインがダイオード1204のカソードに、ソースがエミッタ電極1202に接続されたMOSFET1205,センス IGBTのエミッタとエミッタ電極との間に接続された電流検出用のセンス抵抗1206,主IGBT及びセンスIGBT領域と保護回路領域との間のドリフト層内に形成された遮断ウェル層1210,保護回路領域のドリフト層内に形成されたMOSFETベース層1211,MOSFETベース層1211内に形成されたドレイン層1212とソース層1213及びMOSFETコンタクト層1214,MOSFET1205の形成領域を除く保護回路領域に形成された酸化膜1220,MOSFETのゲートを絶縁分離するための層間絶縁膜1221及びゲート絶縁膜1222,酸化膜上に形成されたゲート逆バイアス阻止ダイオードのアノード電極1230及びカソード電極1231,MOSFET1205のソース層1213に接触形成されたMOSFETソース電極1232,酸化膜上に形成されたセンス抵抗の電極1233および1234,酸化膜上に形成されたゲート逆バイアス阻止ダイオードのアノード層1240とカソード層1241及び多結晶シリコン1242,センスIGBT領域と主IGBT領域に隣接して形成された保護回路領域1600,耐圧保持のためにチップ周辺に設けられた耐圧保持領域1601,保護回路に隣接しゲートパッド脇に設けられたセンスIGBT領域1602,ゲートワイヤ取り出しの為のゲートパッド 1603,エミッタワイヤ取り出しのための1604、及び、主IGBT領域である。図13は図16中のA−B断面を示す。
【0051】
本実施例の特徴は、過電流保護回路と電流検出セル付トレンチゲートIGBTを同一半導体基体中に形成した点にある。上述のように、トレンチゲートIGBTはスイッチング時の電流の変化率が大きいため、負荷回路短絡等の事故発生の時には瞬間的に大電流が通電して破壊してしまう。
【0052】
本実施例によれば、過電流保護回路をトレンチゲートIGBTと同一半導体基体に形成することにより保護回路動作までの時間を大幅に短縮することが出来、トレンチゲートIGBTの性能を十分に発揮することが出来る。これらの内蔵する回路は、図12に示したような簡単な回路でよく、過電流が通電した場合にいち早く動作し電流を遮断もしくは低減する。なお、電流を制限する場合には、 IGBTが数μs〜十数μs程度破壊しないような電流値に制限し、外部に設けた回路によってソフトスイッチングなどの制御により、動作を止めればなお好ましい。
【0053】
図13ではプレーナ型のMOSFETを用いて保護回路を形成した例を示したが、プロセスステップの整合性を考慮すると、MOSFETのゲート電極もトレンチゲートとする構造がなお良い。
【0054】
以上、本発明をトレンチゲートセルがストライプ状に形成されたいわゆるストライプゲート構造のトレンチIGBTについて説明してきたが、これに限ったものではなく、トレンチゲートを有するIGBTで同様の効果を得られる。例えば、トレンチゲートを網目状に形成したいわゆるメッシュゲート構造のトレンチ IGBTに関しても本発明の構成とすることにより、同様の効果を得ることができる。
【0055】
また、上述の実施例では本発明をIGBTに適用した場合について説明してきたが、絶縁ゲート構造を有する素子であれば、同様の効果を得ることができる。図17に本発明をMOSFETに適用した場合の実施例を示す。図17において、1701はドレイン電極に隣接したドレイン層、1702はドレイン層に隣接しドレイン層より低不純物濃度のドリフト層、1703はセンスMOSFET領域のドリフト層内に形成されたセンスベース層、1704はセンスベース層内に形成されたセンスコンタクト層、1705はセンスベース層内に形成されたセンスエミッタ層、
1706はシリコン基板中にドリフト層まで到達するように形成されたトレンチゲート電極、1707はシリコン基板とゲート電極とを絶縁分離するためのゲート絶縁膜、1708は電極とシリコン基板を絶縁分離するための層間絶縁膜、 1709はセンスMOSFET領域端部のセンスベース層に連続して形成されたセンスWELL層、1710は主MOSFET領域のドリフト層内に形成された主ベース層、1711は主ベース層内に形成された主コンタクト層、1712は主ベース層内に形成された主エミッタ層、1713は主MOSFET領域端部の主MOSFETベース層に連続して形成された主WELL層、1720はセンスコンタクト層及びセンスエミッタ層に接触形成されたセンス電極、1721はドレイン層に接触して全面的に形成されたドレイン電極、1722は主コンタクト層及び主エミッタ層に接触形成されたエミッタ電極、1730は主ベース層及びセンスベース層内のトレンチゲート側壁に沿って形成されるチャネル形成領域である。
【0056】
MOSFETはIGBTと異なり、MOSゲートから注入される電子により電流を流すユニポーラデバイスである。この為、通電電流は全て電子電流で構成されており、この点でIGBTと異なっている。図1の実施例は主IGBTとセンスIGBTの間の相互干渉の抑制するが、これは主に主IGBTとセンスIGBT間を流れる電子電流の漏れ電流を抑制するものである。従ってユニポーラデバイスであるMOSFETでは、本発明の効果はIGBTに適用した場合よりも大きくなる場合がある。
【0057】
(実施例7)
図14に本発明による第7の実施例の等価回路図を示す。
【0058】
図14において、1400と1401は直流電源に接続された直流入力端子、1405は直流入力端子間に2個直列に接続された本発明を適用した電流検出機能付きトレンチゲート半導体装置、1402乃至1404は2個直列に接続された本発明を適用した電流検出機能付きトレンチゲート半導体装置の相互接続点に接続された交流出力端子、1406は本発明を適用した電流検出機能付きトレンチゲート半導体スイッチング装置1405にそれぞれ逆並列に接続された環流ダイオードである。
【0059】
本実施例の特徴は電流検出機能付きトレンチゲート半導体スイッチング装置をインバータシステムに適用した点である。トレンチゲート半導体スイッチング装置1405において過電流が検出されると、図示されていない制御装置によりトレンチゲート半導体スイッチング装置1405をターンオフしてシステムを保護する。
【0060】
本発明をインバータシステムに適用すると、高精度の過電流検出セルを有しているために電流検出用のカレントプローブなどの電流検出装置がなくとも精度の高い電流検出を行うことが出来、システムの低コスト化が図れる。
【0061】
もちろん、これはインバータシステムに限ったものではなく、同様の構成を保つコンバータシステムや、チョッパシステムなどの電流及び電圧の変換回路に適用することによって同様の効果を得ることが出来る事は、明らかである。
【0062】
以上、本発明をストライプセル構造を有するトレンチゲートIGBTに適用した例について説明してきたが、もちろんこれに限ったものではなく、メッシュセル構造を有するトレンチゲートIGBTにも同様に適用出来る。図6,図7に本発明をメッシュセル構造を有するトレンチゲートIGBTに適用した場合の平面構造図及び断面構造図を示す。図7は図6中のA−B断面を示す。図1と共通の構成要素には同一の符号を記す。図6に示す様に主IGBTセルのメッシュとセンスIGBTセルのメッシュの方向を揃えて配列することにより同様の効果を得ることができる。
【0063】
また、本発明はIGBTに限ったものではなく、例えばトレンチゲートMOSFET等のようにトレンチゲートを有するデバイスであれば同様の効果を得られるのは明らかである。
【0064】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電流検出セル付トレンチゲート半導体装置において、電流検出を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の平面構造図である。
【図2】本発明の第1の実施例の断面構造図である。
【図3】センス端子付IGBTの等価回路図である。
【図4】プレーナーゲートIGBTのセンスIGBTセルの平面構造図である。
【図5】本発明の第2の実施例の平面構造図である。
【図6】本発明のメッシュセル構造を有する実施例を示す平面構造図である。
【図7】図6の断面構造図である。
【図8】本発明の第2の実施例の変形例を示す平面構造図である。
【図9】本発明の第3の実施例の平面構造図である。
【図10】図9の断面構造図である。
【図11】本発明の第4の実施例の断面構造図である。
【図12】本発明の第6の実施例の等価回路図である。
【図13】図12の断面構造図である。
【図14】本発明の第7の実施例の等価回路図である。
【図15】本発明の第5の実施例の断面構造図である。
【図16】本発明の第6の実施例の平面構造図である。
【図17】本発明をMOSFETに適用した実施例である。
【符号の説明】
100…コレクタ層、101…バッファ層、102…ドリフト層、103…センスベース層、104…センスコンタクト層、105…センスエミッタ層、106 …トレンチゲート電極、107…ゲート絶縁膜、108…層間絶縁膜、109…センスウェル層、110…主ベース層、111…主コンタクト層、112…主エミッタ層、113…主ウェル層、120…センス電極、121…コレクタ電極、122…エミッタ電極、130…チャネル形成領域、131…センスベース層境界、132…主IGBTベース層境界、300…主IGBT、301…センス IGBT、400…主IGBTセル、401…センスIGBTセル、402…遮断領域、600…主IGBTトレンチゲート電極、601…センスIGBTトレンチゲート電極、900…センスパッド、1000…厚い酸化膜、1100…ダミートレンチゲート、1101…ダミートレンチゲート絶縁膜、1102…ダミーベース層、1200…コレクタ電極端子、1201…ゲート電極端子、1201…ゲート電極端子、1202…エミッタ電極端子、1203…ゲート抵抗、1204…ゲート逆バイアス阻止ダイオード、1205…MOSFET、1206…センス抵抗、1210…遮断ウェル層、1211…MOSFETベース層、1212…ドレイン層、1213…ソース層、1214…MOSFETコンタクト層、1220…厚い絶縁膜、1221…層間絶縁膜、1222…ゲート絶縁膜、1230…ゲート逆バイアス阻止ダイオードのアノード電極、1231…ゲート逆バイアス阻止ダイオードのカソード電極、1232…MOSFETソース電極、1233,1234…センス抵抗電極、1240…ゲート逆バイアス阻止ダイオードのアノード層、1241…ゲート逆バイアス阻止ダイオードのカソード層、1242…多結晶シリコン膜、 1400,1401…直流入力端子、1402〜1404…交流出力端子、1405…本発明を適用した電流検出機能付きトレンチゲートIGBT、1406…環流ダイオード。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device applied to an inverter or the like of various electric products such as electric locomotives and home appliances, and more particularly to improvement of a current detection function of the semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
Along with energy saving of inverters and the like, the loss of insulated gate bipolar transistors (hereinafter referred to as IGBTs) which are switching elements of inverters is being reduced. Particularly in recent years, so-called trench gate IGBTs in which a gate electrode is embedded in a silicon substrate have been actively developed.
[0003]
The trench gate IGBT can increase the integration density of the unit cells as compared with the conventional planar gate IGBT. For this reason, a voltage drop generated in the element when current is applied, that is, a so-called on-voltage is smaller than that of the planar gate IGBT, and loss can be reduced. However, since the cell density is high, the saturation current increases, and an excessive current flows when an accident such as a load short-circuit occurs, resulting in a problem that the cell becomes more fragile than the planar gate IGBT.
[0004]
In order to solve this problem, an overcurrent protection circuit that detects an overcurrent and protects the IGBT when an accident occurs may be provided, but this circuit requires a highly accurate current detection mechanism. In particular, in the case of a trench gate IGBT, the current increase rate at turn-on is large, and a large current flows and breaks instantaneously. Therefore, an accurate and high-speed overcurrent detection mechanism is required.
[0005]
FIG. 3 shows an equivalent circuit of an IGBT having an overcurrent detection mechanism. The IGBT with an overcurrent detection mechanism is separated from the main IGBT 300 and the sense IGBT 301 for current detection, the collector electrode 121 common to the main IGBT and the sense IGBT, the gate electrode 106, and the emitter electrode 122 of the main IGBT 300. It is composed of a sense IGBT emitter electrode 120 (hereinafter referred to as a sense electrode).
[0006]
Generally, the number of cells of the sense IGBT is designed to be about 1/1000 of the number of cells of the main IGBT, and a current about 1/1000 of the current flowing through the main IGBT can be taken out. By monitoring this minute sense current, it is possible to monitor a main current having a large energization amount. However, in practice, the ratio of the current of the main IGBT (main current) to the current of the sense IGBT (sense current) is not necessarily the same as the ratio of the number of cells, and varies depending on the collector voltage, temperature, and the like. In the planar gate IGBT, many structures for improving these have been proposed, for example, “Current Sensing IGBT for Future Intelligent Power Module” (M, Kudoh et al, Proceedings ISPSD, pp. 303-306, 1996).
[0007]
FIG. 4 shows an example of the layout of the sense IGBT cell of the planar gate IGBT. In this example, the detection accuracy is improved by arranging the sense IGBT cells 401 as shown in FIG. 4 or providing the blocking layer 402 between the main IGBT cell 400 and the sense IGBT cell 401.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the study of the present inventor, there is a problem that a desired detection sensitivity cannot be obtained even if the sense IGBT cell array in the conventional planar gate IGBT is applied to the trench gate IGBT.
[0009]
Further, in the element formation process, the shape of the trench gate of the main IGBT and the shape of the trench gate of the sense IGBT are different, which causes a problem that the detection accuracy is lowered. Furthermore, there is a problem that the detection sensitivity of the sense IGBT is lowered due to the interaction between the main IGBT cell and the sense IGBT cell.
[0010]
The present invention has been made in consideration of the above-described problems, and provides a trench gate semiconductor device capable of improving current detection accuracy.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the semiconductor device according to the present invention, a main cell having a trench gate and energizing a main current and a current detecting cell having a trench gate and energizing a detection current are formed on the same semiconductor substrate. Whether the crystal plane orientation of the trench sidewall in which the channel of the trench gate of the main cell is formed and the crystal plane orientation of the trench sidewall in which the channel of the trench gate of the current detection cell is formed are the same or substantially the same. Or equivalent or substantially equivalent.
[0012]
According to the above structure, the crystal plane orientation of the trench sidewall where the channel of the trench gate of the main cell is formed and the crystal plane orientation of the trench sidewall where the channel of the trench gate of the current detection cell is formed are the same or substantially the same. In other words, the ratio between the current flowing through the main cell and the current flowing through the current detection cell can be accurately set.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Example 1
1 and 2 are a plan view and a sectional view of a first embodiment according to the present invention, respectively. FIG. 2 shows an A-B cross section in FIG. In the following description, “crystal plane orientation” is simply referred to as “plane orientation”.
[0014]
1 and 2, 100 is a collector layer, 101 is a buffer layer adjacent to the collector layer 100, 102 is a drift layer adjacent to the buffer layer and having a lower impurity concentration than the buffer layer, and 103 is in the drift layer of the sense IGBT region. The formed sense base layer, 104 is a sense contact layer formed in the sense base layer, 105 is a sense emitter layer formed in the sense base layer, and 106 is formed to reach the drift layer in the silicon substrate. The trench gate electrode, 107 is a gate insulating film for insulating and isolating the silicon substrate and the gate electrode, 108 is an interlayer insulating film for insulating and isolating the electrode and the silicon substrate, and 109 is a sense base layer at the end of the sense IGBT region Sense WELL layer 110 formed in contact with the gate electrode is formed in the drift layer of the main IGBT region. Main base layer 111 is a main contact layer formed in the main base layer, 112 is a main emitter layer formed in the main base layer, and 113 is formed in contact with the main IGBT base layer at the end of the main IGBT region. Main WELL layer, 120 is a sense electrode formed in contact with the sense contact layer and the sense emitter layer, 121 is a collector electrode formed in contact with the collector layer, and 122 is formed in contact with the main contact layer and the main emitter layer. The emitter electrode 130 is a channel formation region formed along the side wall of the trench gate in the main base layer and the sense base layer. Of the two rectangles indicated by dotted lines in FIG. 1, the inner rectangle indicates the boundary of the sense base layer 103, and the inner region is the sense base layer 103. Further, an outer rectangle indicated by a dotted line in FIG. 1 indicates a boundary of the main base layer 110, and the main base layer 110 is formed in the outer region. For convenience of drawing, the channel formation region is drawn only in the sense IGBT cell and a part of the main IGBT cell in FIG. 1, but in reality, it is formed in all the cells of the main IGBT cell.
[0015]
The feature of this embodiment is that the trench gates of the main IGBT cell and the sense IGBT cell are formed in parallel, and the surface orientation of the surface of the semiconductor layer in the trench sidewall where the channel of the trench gate of the main IGBT is formed (hereinafter simply referred to as “trench sidewall”). The surface orientation of the trench side wall in which the channel of the trench gate of the sense IGBT is formed is the same.
[0016]
An important factor that determines the characteristics of the IGBT is the mobility of electrons in the channel region. The mobility greatly depends on the crystal plane orientation of the region where the channel is formed. For example, the mobility on the (111) plane is about half that of the (100) plane, and the mobility varies greatly depending on the crystal plane orientation. For this reason, when the plane orientation of the gate sidewall of the region where the channel of the main IGBT cell is formed differs from the plane orientation of the gate sidewall of the region where the channel of the sense IGBT cell is formed, the main IGBT and the sense The current flow of the IGBT is different and deviates from a desired current ratio.
[0017]
In addition, when the surface orientation of the gate sidewall of the region where the channel of the main IGBT cell is formed and the surface orientation of the gate sidewall of the region where the channel of the sense IGBT cell is formed are different, Are different, and the detection accuracy is reduced.
[0018]
Therefore, if the trench gates of the main IGBT cell and the sense IGBT cell are formed in parallel as shown in the present embodiment, the surface orientation of the trench gate side wall in which the channel region is formed can be made the same. And the sense IGBT current ratio can be set to a desired value. In addition, the plane orientation and sense of the trench sidewall of the main IGBT
The same effect is obtained when the angle formed by the surface orientation of the trench sidewall of the IGBT is substantially parallel within 5 °, that is, when both surface orientations are substantially the same.
[0019]
In forming this structure, it is preferable to simultaneously form the trench gate of the main IGBT cell and the trench gate of the sense IGBT. This is because if formed in different process steps, the trench sidewall state may be different between the main IGBT cell and the sense IGBT cell due to differences in process conditions such as the etching rate.
[0020]
Another feature of the present embodiment is that the trench gate of the main IGBT and the trench of the sense IGBT gate are separated. As shown in FIG. 1, this configuration is obtained by providing a region where no trench is formed between the main IGBT region and the sense IGBT region, and discontinuity between the trench of the gate of the main IGBT and the trench of the gate of the sense IGBT. It is done.
[0021]
In the on state of the IGBT, a storage layer is formed on the surface of the trench gate. This accumulation layer often has a lower resistance than the drift layer. Therefore, a leakage current flows between the main IGBT and the sense IGBT through this accumulation layer, resulting in a decrease in detection sensitivity. As shown in the present embodiment, if a region where no trench is formed is provided and the trench of the gate of the main IGBT and the trench of the gate of the sense IGBT are separated, the formation of the accumulation layer can be prevented and the detection sensitivity is reduced. Can be suppressed.
[0022]
Furthermore, since the trench gate of the main IGBT and the trench gate of the sense IGBT are separated from each other in this embodiment, there is an effect that the main IGBT and the sense IGBT can be individually controlled. For example, control such as delaying the operation by connecting a resistor only to the gate electrode of the sense IGBT becomes possible. In addition, there is an effect that the degree of freedom of layout of the sense IGBT cell can be increased.
[0023]
Another feature of this embodiment is that the sense IGBT cell is double-wrapped by the sense well layer 109 and the main well layer 113 which are deeper than the trench gate. Further, the trench gate of the main IGBT and the trench gate of the sense IGBT terminate in the main well layer and the sense well layer, respectively. With such a configuration, it is possible to prevent the breakdown voltage degradation at the divided trench gate termination and improve the reliability of the element. In addition, since the well layers are doubled through the drift layer therebetween, mutual interference between the sense IGBT and the main IGBT can be prevented, and the accuracy of current detection can be improved.
[0024]
Further, this embodiment has the following features. In other words, the trench formed across both the double well layers formed surrounding the sense IGBT is eliminated. This will be described in detail with reference to FIG. As shown by the alternate long and short dash line as a trench gate in the case where the sense IGBT region is penetrated in FIG. 1, the trench gate of the main IGBT penetrates the empty region where the gate trench of the sense IGBT in the sense IGBT region is not formed. In the case where the IGBT is on, a leakage current flows between the main IGBT and the sense IGBT due to the low-resistance accumulation layer formed on the surface of the trench gate in the on state of the IGBT, and the detection sensitivity is lowered. Therefore, the number of trenches in the gate of the main IGBT that crosses the sense IGBT region is preferably as small as possible, and it is preferable that the trench does not cross at all as shown in FIG. By adopting such a configuration, it is possible to prevent a decrease in sense sensitivity due to mutual interference between the main IGBT and the sense IGBT.
[0025]
The present embodiment does not require a special process for manufacturing, and can be formed by the same manufacturing process as that of the conventional trench gate IGBT.
[0026]
As described above, according to the present embodiment, a trench gate IGBT with a current detection cell can be realized at low cost and with high accuracy.
[0027]
The configuration in which the trench gate terminates in the well layer as described above is not limited to the present embodiment, but can be applied to other trench gate IGBT with current detection cell and trench gate MOSFET.
[0028]
(Example 2)
FIG. 5 shows a plan structural view of a second embodiment according to the present invention. In FIG. 5, the same components as those in FIGS. 1 and 4 are denoted by the same reference numerals.
[0029]
The feature of this embodiment is that the trench gates of the sense IGBT and the trench gate of the main IGBT are arranged so as to be orthogonal to each other. Considering a wafer having a crystal plane orientation of (100) as an example, if the plane orientation of the trench sidewall in which the channel of the trench gate of the main IGBT is formed is the (110) plane, the trench is oriented in a direction perpendicular to this. When the gate is formed, a crystal plane having a plane orientation crystallographically equivalent to the (110) plane appears on the side wall of the trench gate. By arranging the sense IGBTs as in this embodiment, the plane orientation of the trench gate side wall where the channel of the main IGBT cell is formed and the plane direction of the trench gate side wall where the channel of the sense IGBT cell is formed can be equivalent. Thereby, the same effect as Example 1 can be acquired.
[0030]
If the surface orientation of the trench sidewall of the sense IGBT is shifted within 5 ° in angle with respect to the surface orientation equivalent to the surface orientation of the trench sidewall of the main IGBT, that is, if the both surface orientation is substantially equivalent. Have the same effect.
[0031]
Further, even if a sense IGBT is configured by combining 90 ° orthogonal cells as shown in FIG. 8, all the plane orientations of the trench gate sidewalls where these channels are formed can be (110) planes. An effect can be obtained.
[0032]
As described above, the wafer having the crystal plane orientation of (100) is taken as an example. However, the same effect can be obtained by using this embodiment even if other crystal plane orientation wafers are used.
[0033]
(Example 3)
FIG. 9 and FIG. 10 show a plan structural view and a sectional structural view of a third embodiment according to the present invention, respectively. FIG. 10 shows an A-B cross section in FIG. 9 and 10, the same reference numerals are given to the same components as those in FIGS. 1, 2, 5, and 8. 9 and 10 are different from FIGS. 1, 2, 5, and 8 in a thick oxide film 1000 formed on the sense well layer 109 and a sense pad 900 on the thick oxide film 1000.
[0034]
A feature of this embodiment is that a sense pad 900 for bonding wire connection is provided in a region above the sense well layer 109. A wire connected to a circuit outside the chip by bonding is connected to the sense pad 900, but a large impact is applied to the pad during bonding, and the oxide film under the pad may be destroyed, and the emitter electrode and the silicon substrate may be short-circuited. There is. If the well layer of the main IGBT is formed on the silicon substrate under the pad, the sense electrode and the emitter electrode of the main IGBT are electrically connected through the well layer, and an accurate sense potential can be obtained. Disappear. Further, when nothing is formed on the silicon substrate under the pad and the drift layer is exposed, the sense electrode and the drift layer are electrically connected to each other, which causes a defect that the main breakdown voltage is reduced. . According to this embodiment, even if the oxide film under the sense pad is destroyed due to an impact during wire bonding or the like and the sense electrode is short-circuited to the silicon substrate, the sense well layer has the same potential as the sense electrode. Problems such as a decrease in sense sensitivity and a decrease in main breakdown voltage can be solved.
[0035]
The sense pad 900 is formed on the sense well layer so that the trench gate does not cross under the pad. Specifically, as shown in FIG. 9, it is preferably provided in a region without a sense IGBT cell in the sense IGBT region. This is because if there is a trench gate under the sense pad 900, a defect may occur in the trench due to an impact during bonding, which may cause a breakdown voltage failure.
[0036]
Example 4
FIG. 11 is a sectional structural view of a fourth embodiment according to the present invention. In FIG. 11, the same reference numerals are given to components common to those in FIGS. 1, 2, 5, 8, and 10.
[0037]
11 differs from FIG. 1, FIG. 2, FIG. 5, FIG. 8 and FIG. 10 in that a dummy trench gate 1100 formed between the main IGBT region and the sense IGBT region, a dummy trench gate and a drift layer are provided. A dummy trench gate insulating film 1101 to be insulated and isolated, and a dummy base layer 1102 formed adjacent to the dummy trench gate. In this embodiment, the main well layer and the sense well layer are not formed.
[0038]
The feature of this embodiment is that a dummy cell that does not perform the IGBT operation is arranged between the main IGBT cell and the sense IGBT cell.
[0039]
If the main IGBT cell and the sense IGBT cell are formed adjacent to each other in order to minimize the increase in area due to the formation of the sense IGBT, there is a problem that the current detection sensitivity of the sense IGBT is lowered. This is because the potential of the base layer 110 of the main IGBT affects the potential of the base layer 103 of the sense IGBT.
[0040]
According to the present embodiment, this problem can be solved by providing a dummy trench cell between the main IGBT region and the sense IGBT region. This dummy cell includes a dummy trench gate 1100 and a dummy base layer 1102 sandwiched therebetween. The dummy base layer 1102 is formed separately from the base layer 110 of the main IGBT and the base layer 103 of the sense IGBT, and is electrically insulated. Accordingly, the potential of the dummy base layer is in a floating state, and the potential varies under the influence of the surrounding potential. Since the dummy base layer 1102 absorbs a potential difference between the main IGBT cell and the sense IGBT cell, mutual interference can be prevented. At this time, as the number of dummy cells increases, the mutual interference can be reduced. However, if the number of dummy cells is too large, the main current conduction region decreases. Therefore, the minimum number is required to prevent mutual interference between the main IGBT and the sense IGBT. Is preferred. The trench gate of the dummy cell may be continuous or discontinuous with the trench gate of the main IGBT, but is preferably separated from the trench gates of the main IGBT and the sense IGBT to be in a floating state.
[0041]
The configuration in which the dummy trench gate as described above is provided is not limited to the present embodiment, and can be applied to other trench gate IGBT with current cell and trench gate MOSFET.
[0042]
(Example 5)
FIG. 15 is a sectional structural view of a fifth embodiment according to the present invention. In FIG. 15, the same reference numerals are given to the same components as those in FIGS. 1, 2, 5, 8, 10, and 11.
[0043]
15 differs from FIG. 1, FIG. 2, FIG. 5, FIG. 8, FIG. 10 and FIG. 11 in that it is formed wider than the trench gates of the main IGBT cell and the sense IGBT cell between the main IGBT region and the sense IGBT region. This is an isolation trench gate 1500. In this embodiment, the main well layer and the sense well layer are not formed.
[0044]
The feature of the present embodiment is that the main IGBT region and the sense IGBT region are separated by the isolation trench gate 1500 having a groove width wider than the trench gates of the main IGBT cell and the sense IGBT cell.
[0045]
In order to obtain sufficient detection accuracy of the sense IGBT, it is important to electrically separate the main IGBT and the sense IGBT. In particular, in the case of a trench gate IGBT, since the unit cell size is small, if the main IGBT cell and the sense IGBT cell are arranged adjacent to each other like the planar gate IGBT, sufficient insulation cannot be obtained and the detection sensitivity decreases due to mutual interference. Resulting in.
[0046]
According to the present embodiment, since the trench gate having a wide groove width is formed between the main IGBT region and the sense IGBT region, the interaction between the main IGBT region and the sense IGBT region can be reduced, and the detection sensitivity can be improved.
[0047]
At this time, it is preferable that the isolation trench 1500 is electrically insulated from the trench gate of the main IGBT and the trench gate electrode 106 of the sense IGBT. In the operation state of the IGBT, a storage layer is induced at the bottom of the isolation trench gate 1500 by the drive voltage applied to the trench gate electrode 106, and mutual interference occurs through the storage layer. By electrically separating the isolation trench gate from the trench gate electrode 106, the formation of the accumulation layer can be prevented and the occurrence of mutual interference can be suppressed. As in the method described in the first embodiment, the isolation trench is separated from the isolation trench from the main IGBT and the sense IGBT trench in a discontinuous manner, or part of the trench is electrically filled with an insulator. There are methods such as isolation, or isolation by increasing the gate threshold voltage by partially thickening a part of the gate insulating film of the trench.
[0048]
Note that the configuration in which the isolation trench gate as described above is provided is not limited to the present embodiment, and can be applied to other trench gate IGBT with current cell and trench gate MOSFET.
[0049]
(Example 6)
FIGS. 12, 13, and 16 show an equivalent circuit diagram, a sectional structure diagram, and a plan structure diagram of a sixth embodiment according to the present invention, respectively. 13 is a cross-sectional structure diagram when FIG. 12 is formed in the same semiconductor substrate, and FIG. 16 shows the planar structure. 12, 13, and 16, the same reference numerals are given to the same components as those in FIGS. 1, 2, 5, 8, 11, and 15.
[0050]
12, 13, and 16 are different from FIGS. 1, 2, 5, 8, 11, and 15 in that a collector electrode terminal 1200 that is a main electrode and an IGBT control signal are input. Gate electrode terminal 1201, emitter electrode terminal 1202, gate resistor 1203 connected to the gate of the IGBT, diode 1204 whose anode is connected to the gate of the IGBT to prevent energization at the time of reverse bias of the gate, Is connected to the emitter of the sense IGBT, the drain is connected to the cathode of the diode 1204, the source is connected to the emitter electrode 1202, the MOSFET 1205, and the sense resistor 1206 for current detection connected between the emitter and the emitter electrode of the sense IGBT. Cutoff well layer formed in drift layer between main IGBT and sense IGBT region and protection circuit region 1210, a MOSFET base layer 1211 formed in the drift layer of the protection circuit region, a protection circuit region excluding the drain layer 1212 and source layer 1213 formed in the MOSFET base layer 1211, the MOSFET contact layer 1214, and the MOSFET 1205 formation region. The formed oxide film 1220, the interlayer insulating film 1221 for insulating and isolating the gate of the MOSFET, the gate insulating film 1222, the anode electrode 1230 of the gate reverse bias blocking diode formed on the oxide film, the cathode electrode 1231, the source of the MOSFET 1205 MOSFET source electrode 1232 formed in contact with layer 1213, sense resistor electrodes 1233 and 1234 formed on the oxide film, anode reverse bias blocking diode anode layer 1240 and cathode layer 1241 formed on the oxide film, and polycrystalline Silicon 1242, sense IGBT area And a protection circuit region 1600 formed adjacent to the main IGBT region, a breakdown voltage holding region 1601 provided around the chip for holding a breakdown voltage, a sense IGBT region 1602 provided adjacent to the protection circuit and beside the gate pad, and a gate A gate pad 1603 for wire extraction, 1604 for emitter wire extraction, and a main IGBT region. FIG. 13 shows an A-B cross section in FIG.
[0051]
This embodiment is characterized in that the overcurrent protection circuit and the trench gate IGBT with current detection cell are formed in the same semiconductor substrate. As described above, the trench gate IGBT has a large current change rate at the time of switching. Therefore, when an accident such as a load circuit short-circuit occurs, a large current is instantaneously applied and is destroyed.
[0052]
According to the present embodiment, by forming the overcurrent protection circuit on the same semiconductor substrate as the trench gate IGBT, the time until the protection circuit operation can be greatly shortened, and the performance of the trench gate IGBT can be sufficiently exhibited. I can do it. These built-in circuits may be a simple circuit as shown in FIG. 12, and operate quickly when an overcurrent is energized to cut off or reduce the current. In the case of limiting the current, it is more preferable to limit the current value so that the IGBT does not break for about several μs to several tens of μs and to stop the operation by control such as soft switching by an external circuit.
[0053]
Although FIG. 13 shows an example in which a protection circuit is formed using a planar MOSFET, a structure in which the gate electrode of the MOSFET is also a trench gate is better in consideration of process step consistency.
[0054]
Although the present invention has been described with respect to a trench IGBT having a so-called stripe gate structure in which trench gate cells are formed in a stripe shape, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained with an IGBT having a trench gate. For example, a trench IGBT having a mesh gate structure in which a trench gate is formed in a mesh shape can be used to obtain the same effect by adopting the configuration of the present invention.
[0055]
Moreover, although the case where the present invention is applied to the IGBT has been described in the above-described embodiments, the same effect can be obtained as long as the element has an insulated gate structure. FIG. 17 shows an embodiment in which the present invention is applied to a MOSFET. In FIG. 17, 1701 is a drain layer adjacent to the drain electrode, 1702 is a drift layer adjacent to the drain layer and having a lower impurity concentration than the drain layer, 1703 is a sense base layer formed in the drift layer of the sense MOSFET region, and 1704 is A sense contact layer formed in the sense base layer; 1705, a sense emitter layer formed in the sense base layer;
1706 is a trench gate electrode formed so as to reach the drift layer in the silicon substrate, 1707 is a gate insulating film for insulating and separating the silicon substrate and the gate electrode, and 1708 is for insulating and separating the electrode and the silicon substrate. Interlayer insulating film, 1709 is a sense WELL layer formed continuously to the sense base layer at the end of the sense MOSFET region, 1710 is a main base layer formed in the drift layer of the main MOSFET region, and 1711 is in the main base layer The formed main contact layer, 1712 is a main emitter layer formed in the main base layer, 1713 is a main WELL layer formed continuously to the main MOSFET base layer at the end of the main MOSFET region, and 1720 is a sense contact layer. A sense electrode 1721 formed in contact with the sense emitter layer, a drain electrode 1721 formed in contact with the drain layer and entirely formed; Reference numeral 722 denotes an emitter electrode formed in contact with the main contact layer and the main emitter layer, and reference numeral 1730 denotes a channel formation region formed along the side wall of the trench gate in the main base layer and the sense base layer.
[0056]
Unlike an IGBT, a MOSFET is a unipolar device that allows current to flow by electrons injected from a MOS gate. For this reason, all the energization currents are composed of electronic currents, and are different from IGBTs in this respect. The embodiment of FIG. 1 suppresses the mutual interference between the main IGBT and the sense IGBT, which mainly suppresses the leakage current of the electron current flowing between the main IGBT and the sense IGBT. Therefore, in a MOSFET that is a unipolar device, the effect of the present invention may be greater than when applied to an IGBT.
[0057]
(Example 7)
FIG. 14 shows an equivalent circuit diagram of a seventh embodiment according to the present invention.
[0058]
In FIG. 14, 1400 and 1401 are DC input terminals connected to a DC power source, 1405 is a trench gate semiconductor device with a current detection function to which the present invention is applied, two connected in series between the DC input terminals, 1402 to 1404 An AC output terminal connected to an interconnection point of two trench gate semiconductor devices with a current detection function to which the present invention is applied, connected in series, 1406 is a trench gate semiconductor switching device 1405 with a current detection function to which the present invention is applied. Each is a freewheeling diode connected in antiparallel.
[0059]
A feature of this embodiment is that a trench gate semiconductor switching device with a current detection function is applied to an inverter system. When an overcurrent is detected in the trench gate semiconductor switching device 1405, the control device (not shown) turns off the trench gate semiconductor switching device 1405 to protect the system.
[0060]
When the present invention is applied to an inverter system, since it has a high-precision overcurrent detection cell, high-precision current detection can be performed without a current detection device such as a current probe for current detection. Cost reduction can be achieved.
[0061]
Of course, this is not limited to the inverter system, and it is obvious that the same effect can be obtained by applying it to a current and voltage conversion circuit such as a converter system that maintains the same configuration or a chopper system. is there.
[0062]
As described above, the example in which the present invention is applied to the trench gate IGBT having the stripe cell structure has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be similarly applied to the trench gate IGBT having the mesh cell structure. 6 and 7 are a plan view and a cross-sectional view when the present invention is applied to a trench gate IGBT having a mesh cell structure. FIG. 7 shows an A-B cross section in FIG. Constituent elements common to those in FIG. As shown in FIG. 6, the same effect can be obtained by arranging the meshes of the main IGBT cell and the sense IGBT cell in the same direction.
[0063]
Further, the present invention is not limited to the IGBT, and it is obvious that the same effect can be obtained if the device has a trench gate such as a trench gate MOSFET.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, current detection can be improved in a trench gate semiconductor device with a current detection cell.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan structural view of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional structural view of a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of an IGBT with a sense terminal.
FIG. 4 is a plan structural view of a sense IGBT cell of a planar gate IGBT.
FIG. 5 is a plan structural view of a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing an embodiment having a mesh cell structure of the present invention.
7 is a cross-sectional structure diagram of FIG. 6;
FIG. 8 is a plan structural view showing a modification of the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan structural view of a third embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional structure diagram of FIG. 9;
FIG. 11 is a sectional structural view of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of a sixth embodiment of the present invention.
13 is a sectional structural view of FIG. 12. FIG.
FIG. 14 is an equivalent circuit diagram of a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a sectional structural view of a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a plan structural view of a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 17 shows an embodiment in which the present invention is applied to a MOSFET.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Collector layer, 101 ... Buffer layer, 102 ... Drift layer, 103 ... Sense base layer, 104 ... Sense contact layer, 105 ... Sense emitter layer, 106 ... Trench gate electrode, 107 ... Gate insulating film, 108 ... Interlayer insulating film 109 ... sense well layer, 110 ... main base layer, 111 ... main contact layer, 112 ... main emitter layer, 113 ... main well layer, 120 ... sense electrode, 121 ... collector electrode, 122 ... emitter electrode, 130 ... channel formation Region 131, sense base layer boundary, 132, main IGBT base layer boundary, 300, main IGBT, 301 ... sense IGBT, 400 ... main IGBT cell, 401 ... sense IGBT cell, 402 ... blocking region, 600 ... main IGBT trench gate Electrode, 601... Sense IGBT trench gate electrode, 900 Sense pad, 1000 ... thick oxide film, 1100 ... dummy trench gate, 1101 ... dummy trench gate insulating film, 1102 ... dummy base layer, 1200 ... collector electrode terminal, 1201 ... gate electrode terminal, 1201 ... gate electrode terminal, 1202 ... emitter Electrode terminal, 1203... Gate resistance, 1204... Gate reverse bias blocking diode, 1205... MOSFET, 1206... Sense resistor, 1210. Contact layer, 1220 ... thick insulating film, 1221 ... interlayer insulating film, 1222 ... gate insulating film, 1230 ... anode electrode of gate reverse bias blocking diode, 1231 ... cathode electrode of gate reverse bias blocking diode, 1232 ... MOSFET source electrode, 1233 , 234 ... sense resistance electrode, 1240 ... anode layer of gate reverse bias blocking diode, 1241 ... cathode layer of gate reverse bias blocking diode, 1242 ... polycrystalline silicon film, 1400, 1401 ... DC input terminal, 1402-1404 ... AC output terminal 1405... Trench gate IGBT with current detection function to which the present invention is applied, 1406.

Claims (10)

トレンチゲートを有し、主電流を通電させる主セルと、
トレンチゲートを有し、検出電流を通電させる電流検出セルとが同一半導体基体上に形成された半導体装置において、
前記主セルのトレンチゲートのチャネルが形成されるトレンチ側壁の面方位と、前記電流検出セルのトレンチゲートのチャネルが形成されるトレンチ側壁の面方位とが、同一または略同一であって、
前記主セルのトレンチゲートのトレンチと、電流検出セルのトレンチゲートのトレンチとが不連続となっており、
前記電流検出セルを囲む第1のウェル層と、該第1のウェル層を囲む第2のウェル層とを備えていることを特徴とする電流検出セル付トレンチゲート半導体装置。
A main cell having a trench gate and energizing a main current;
Has a trench gate, the semiconductor device and the current detection Dese Le energizing is formed on the same semiconductor substrate detection current,
The surface orientation of the trench sidewall in which the channel of the trench gate of the main cell is formed and the surface orientation of the trench sidewall in which the channel of the trench gate of the current detection cell is formed are the same or substantially the same,
The trench of the trench gate of the main cell and the trench gate of the current detection cell are discontinuous ,
A trench gate semiconductor device with a current detection cell , comprising: a first well layer surrounding the current detection cell; and a second well layer surrounding the first well layer .
請求項1に記載の電流検出セル付トレンチゲート半導体装置において、前記主セルのトレンチ側壁の面方位と、前記電流検出セルのトレンチ側壁の面方位とが成す角度の大きさが5°以内であることを特徴とする電流検出セル付トレンチゲート半導体装置。  2. The trench gate semiconductor device with a current detection cell according to claim 1, wherein an angle formed by a surface orientation of the trench sidewall of the main cell and a surface orientation of the trench sidewall of the current detection cell is within 5 °. A trench gate semiconductor device with a current detection cell. トレンチゲートを有し、主電流を通電させる主セルと、
トレンチゲートを有し、検出電流を通電させる電流検出セルとが同一半導体基体上に形成された半導体装置において、
前記主セルのトレンチゲートのチャネルが形成されるトレンチ側壁の面方位と、前記電流検出セルのトレンチゲートのチャネルが形成されるトレンチ側壁の面方位とが、等価または略等価であって、
前記主セルのトレンチゲートのトレンチと、電流検出セルのトレンチゲートのトレンチとが不連続になっており、
前記電流検出セルを囲む第1のウェル層と、該第1のウェル層を囲む第2のウェル層とを備えていることを特徴とする電流検出セル付トレンチゲート半導体装置。
A main cell having a trench gate and energizing a main current;
Has a trench gate, the semiconductor device and the current detection Dese Le energizing is formed on the same semiconductor substrate detection current,
The plane orientation of the trench sidewall where the channel of the trench gate of the main cell is formed and the plane orientation of the trench sidewall where the channel of the trench gate of the current detection cell is formed are equivalent or substantially equivalent ,
The trench of the trench gate of the main cell and the trench gate of the current detection cell are discontinuous,
A trench gate semiconductor device with a current detection cell , comprising: a first well layer surrounding the current detection cell; and a second well layer surrounding the first well layer .
請求項3に記載の電流検出セル付トレンチゲート半導体装置において、前記電流検出セルのトレンチ側壁の面方位が、前記主セルのトレンチ側壁の面方位と等価な面方位に対して成す角度の大きさが5°以内であることを特徴とする電流検出セル付トレンチゲート半導体装置。  4. The trench gate semiconductor device with a current detection cell according to claim 3, wherein a surface orientation of a trench side wall of the current detection cell is an angle formed with respect to a surface orientation equivalent to a surface orientation of the trench side wall of the main cell. Is within 5 °, a trench gate semiconductor device with a current detection cell. 前記第1のウェル層と、第2のウェル層とが、前記主セル及び電流検出セルのトレンチゲートより深いことを特徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載の電流検出セル付トレンチゲート半導体装置。 Wherein the first well layer, and the second well layer, a current detection cell according to any one of claims 1 to 4, characterized in that deeper than the trench gate of the main cell and current sensing cell Trench gate semiconductor device. 前記電流検出セルのエミッタ電極に電気的に接続されている電流検出パッドと、前記電流検出セルのエミッタ電極に電気的に接続されて半導体基体中に形成されたパッドウェル層があり、前記パッドウェル層上に前記電流検出パッドが形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載の電流検出セル付トレンチゲート半導体装置。  A current detection pad electrically connected to the emitter electrode of the current detection cell; and a pad well layer electrically connected to the emitter electrode of the current detection cell and formed in a semiconductor substrate. 5. The trench gate semiconductor device with a current detection cell according to claim 1, wherein the current detection pad is formed on a layer. 6. 一対の直流端子と、
交流出力の相数と同数の交流端子と、
前記一対の直流端子間に接続され、それぞれ半導体スイッチング素子と逆極性のダイオードの並列回路を2個直列接続した構成からなり、該並列回路の相互接続点が異なる交流端子に接続された交流出力の相数と同数のインバータ単位とを具備する電力変換装置において、
前記半導体スイッチング素子が、
トレンチゲートを有し、主電流を通電させる主セルと、トレンチゲートを有し、検出電流を通電させる電流検出セルとが同一半導体基体上に形成されていて、
前記主セルのトレンチゲートのチャネルが形成されるトレンチ側壁の面方位と、前記電流検出セルのトレンチゲートのチャネルが形成されるトレンチ側壁の面方位とが、同一または略同一であって、前記主セルのトレンチゲートのトレンチと、電流検出セルのトレンチゲートのトレンチとが不連続であり、
前記電流検出セルを囲む第1のウェル層と、該第1のウェル層を囲む第2のウェル層とが配置された電流検出セル付トレンチゲート半導体装置であることを特徴とする電力変換装置。
A pair of DC terminals;
AC terminals of the same number as the number of phases of AC output,
Connected between the pair of DC terminals, each having a configuration in which two parallel circuits of diode switching elements and diodes of opposite polarity are connected in series, and the output points of AC outputs connected to different AC terminals at different interconnection points. In the power conversion device comprising the same number of inverter units as the number of phases,
The semiconductor switching element is
Has a trench gate, a main cell for supplying a main current, having a trench gate, a current sense Dese Le energizing the detected current is being formed on the same semiconductor substrate,
The plane orientation of the trench sidewall in which the channel of the trench gate of the main cell is formed and the plane orientation of the trench sidewall in which the channel of the trench gate of the current detection cell is formed are the same or substantially the same, The trench of the cell trench gate and the trench of the current detection cell trench gate are discontinuous ,
A power conversion device comprising a trench gate semiconductor device with a current detection cell , wherein a first well layer surrounding the current detection cell and a second well layer surrounding the first well layer are arranged .
一対の直流端子と、
交流出力の相数と同数の交流端子と、
前記一対の直流端子間に接続され、それぞれ半導体スイッチング素子と逆極性のダイオードの並列回路を2個直列接続した構成からなり、該並列回路の相互接続点が異なる交流端子に接続された交流出力の相数と同数のインバータ単位とを具備する電力変換装置において、
前記半導体スイッチング素子が、
トレンチゲートを有し、主電流を通電させる主セルと、
トレンチゲートを有し、検出電流を通電させる電流検出セルとが同一半導体基体上に形成されていて、
前記主セルのトレンチゲートのチャネルが形成されるトレンチ側壁の面方位と、前記電流検出セルのトレンチゲートのチャネルが形成されるトレンチ側壁の面方位とが、等価または略等価であって、
前記主セルのトレンチゲートのトレンチと、電流検出セルのトレンチゲートのトレンチとが不連続になっており、
前記電流検出セルを囲む第1のウェル層と、該第1のウェル層を囲む第2のウェル層とを備えている電流検出セル付トレンチゲート半導体装置であることを特徴とする電力変換装置。
A pair of DC terminals;
AC terminals of the same number as the number of phases of AC output,
Connected between the pair of DC terminals, each having a configuration in which two parallel circuits of diode switching elements and diodes of opposite polarity are connected in series, and the output points of AC outputs connected to different AC terminals at different interconnection points. In the power conversion device comprising the same number of inverter units as the number of phases,
The semiconductor switching element is
A main cell having a trench gate and energizing a main current;
Has a trench gate, a current sense Dese Le energizing the detected current is being formed on the same semiconductor substrate,
The plane orientation of the trench sidewall in which the channel of the trench gate of the main cell is formed and the plane orientation of the trench sidewall in which the channel of the trench gate of the current detection cell is formed are equivalent or substantially equivalent ,
The trench of the trench gate of the main cell and the trench gate of the current detection cell are discontinuous,
A power conversion device comprising: a trench gate semiconductor device with a current detection cell , comprising: a first well layer surrounding the current detection cell; and a second well layer surrounding the first well layer .
請求項あるいは請求項の何れかに記載の電力変換装置において、前記電流検出セル付トレンチゲート半導体装置がシリコン基板に形成したIGBTであることを特徴とする電力変換装置。Power converter, wherein the power converter according to claim 7 or claim 8, an IGBT said current sensing cell with a trench-gate semiconductor device formed on a silicon substrate. 請求項あるいは請求項の何れかに記載の電力変換装置において、前記電流検出セル付トレンチゲート半導体装置がシリコン基板に形成したMOSFETであることを特徴とする電力変換装置。Power converter, wherein the power converter according to claim 7 or claim 8, a MOSFET in which the current sensing cell with a trench-gate semiconductor device formed on a silicon substrate.
JP07698298A 1997-03-25 1998-03-25 Trench gate semiconductor device with current detection cell and power conversion device Expired - Fee Related JP3914328B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP07698298A JP3914328B2 (en) 1997-03-25 1998-03-25 Trench gate semiconductor device with current detection cell and power conversion device

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7114497 1997-03-25
JP9-71144 1997-03-25
JP07698298A JP3914328B2 (en) 1997-03-25 1998-03-25 Trench gate semiconductor device with current detection cell and power conversion device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10326897A JPH10326897A (en) 1998-12-08
JP3914328B2 true JP3914328B2 (en) 2007-05-16

Family

ID=26412269

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP07698298A Expired - Fee Related JP3914328B2 (en) 1997-03-25 1998-03-25 Trench gate semiconductor device with current detection cell and power conversion device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3914328B2 (en)

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006319213A (en) * 2005-05-13 2006-11-24 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Semiconductor device
JP5147203B2 (en) * 2006-06-30 2013-02-20 オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド Insulated gate semiconductor device
JP5098264B2 (en) * 2006-09-21 2012-12-12 株式会社デンソー Semiconductor device having MOS type power element and ignition device having the same
JP2008235788A (en) * 2007-03-23 2008-10-02 Sanyo Electric Co Ltd Insulated-gate semiconductor device
JP4877337B2 (en) * 2009-02-17 2012-02-15 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device
DE112009004805B4 (en) 2009-05-28 2019-03-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha SEMICONDUCTOR DEVICE
WO2010137167A1 (en) * 2009-05-29 2010-12-02 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device
DE112009004065B4 (en) 2009-09-14 2019-02-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha A semiconductor device comprising a semiconductor substrate including a diode region and an IGBT region
WO2011138832A1 (en) 2010-05-07 2011-11-10 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device
JP2012064651A (en) * 2010-09-14 2012-03-29 Seiko Instruments Inc Semiconductor device
JP5724281B2 (en) 2010-10-08 2015-05-27 富士電機株式会社 Current detection circuit for power semiconductor devices
JP5703675B2 (en) * 2010-10-13 2015-04-22 富士電機株式会社 Power semiconductor device with sense function
JP5170208B2 (en) 2010-10-22 2013-03-27 富士電機株式会社 Current detection circuit for power semiconductor devices
CN103155386B (en) 2011-07-06 2016-08-17 富士电机株式会社 The current correction circuit of power semiconductor and current correction method
JP5823798B2 (en) 2011-09-29 2015-11-25 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device
JP5200148B2 (en) * 2011-10-07 2013-05-15 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device
JP5973730B2 (en) 2012-01-05 2016-08-23 ルネサスエレクトロニクス株式会社 IE type trench gate IGBT
JP5772842B2 (en) * 2013-01-31 2015-09-02 株式会社デンソー Silicon carbide semiconductor device
WO2014188570A1 (en) * 2013-05-23 2014-11-27 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device
JP2015122442A (en) * 2013-12-24 2015-07-02 本田技研工業株式会社 Semiconductor device
JP2015138789A (en) * 2014-01-20 2015-07-30 トヨタ自動車株式会社 semiconductor device
JP5915677B2 (en) 2014-03-04 2016-05-11 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device
JP6668697B2 (en) * 2015-05-15 2020-03-18 富士電機株式会社 Semiconductor device
US10529839B2 (en) 2015-05-15 2020-01-07 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
DE112016005768B4 (en) * 2015-12-18 2023-03-16 Rohm Co., Ltd. semiconductor device
JP6805620B2 (en) * 2016-08-10 2020-12-23 富士電機株式会社 Semiconductor device
IT201700046614A1 (en) 2017-04-28 2018-10-28 St Microelectronics Srl MOS POWER DEVICE WITH INTEGRATED CURRENT SENSOR AND ITS MANUFACTURING PROCESS
US11227947B2 (en) 2017-11-30 2022-01-18 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Insulated-gate transistor
JP6391863B2 (en) * 2018-01-16 2018-09-19 富士電機株式会社 Trench MOS semiconductor device
JP7293592B2 (en) * 2018-09-14 2023-06-20 富士電機株式会社 Semiconductor elements and semiconductor devices
CN111371080B (en) * 2018-12-25 2022-08-30 上海睿驱微电子科技有限公司 Equipment with overcurrent limiting function and construction method thereof
CN111370477B (en) * 2018-12-25 2022-05-17 上海睿驱微电子科技有限公司 Insulated gate bipolar transistor with overcurrent limiting function and construction method thereof
JP7342408B2 (en) * 2019-04-15 2023-09-12 富士電機株式会社 semiconductor equipment
JP7346902B2 (en) * 2019-05-14 2023-09-20 富士電機株式会社 semiconductor equipment
JP7306060B2 (en) * 2019-05-23 2023-07-11 富士電機株式会社 semiconductor equipment
CN110649093A (en) * 2019-10-31 2020-01-03 吉林华微电子股份有限公司 IGBT chip and semiconductor power module
GB2589373A (en) * 2019-11-29 2021-06-02 Mtal Gmbh Semiconductor device monolithically integrated with a leakage current sense region
KR102187903B1 (en) * 2019-12-03 2020-12-07 현대오트론 주식회사 Power semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10326897A (en) 1998-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3914328B2 (en) Trench gate semiconductor device with current detection cell and power conversion device
US6180966B1 (en) Trench gate type semiconductor device with current sensing cell
JP4090747B2 (en) Insulated gate semiconductor device
JP3243902B2 (en) Semiconductor device
JP4185157B2 (en) Semiconductor elements and electrical equipment
JP4167294B2 (en) Semiconductor elements and electrical equipment
US9837515B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US8174069B2 (en) Power semiconductor device and a method of forming a power semiconductor device
JP2973588B2 (en) MOS type semiconductor device
JPH03226291A (en) Semiconductor integrated circuit and motor controller employing the same
JP3338185B2 (en) Semiconductor device
US5559355A (en) Vertical MOS semiconductor device
JP2950025B2 (en) Insulated gate bipolar transistor
JP2004088001A (en) Trench gate semiconductor device
JPH07169868A (en) Circuit pattern having at least one bipolar power device
JP3257394B2 (en) Voltage driven semiconductor device
JP3201213B2 (en) Semiconductor device and control method thereof
JP3935343B2 (en) Insulated gate bipolar transistor and manufacturing method thereof
JP3911719B2 (en) Insulated gate bipolar transistor with built-in current detector
JP3226075B2 (en) Vertical MOS semiconductor device
JPH06117942A (en) Semiconductor device
JPH08130312A (en) Lateral semiconductor device and its use
JPH10154812A (en) High withstand voltage semiconductor device
TWI836801B (en) Semiconductor device, manufacturing method of semiconductor device, and power conversion device
TWI847529B (en) Semiconductor device and power conversion device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040116

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040116

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040309

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20040309

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050531

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050801

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070116

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070202

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110209

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110209

Year of fee payment: 4

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110209

Year of fee payment: 4

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110209

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120209

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130209

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140209

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees