JP5298521B2

JP5298521B2 - 半導体装置

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Publication number: JP5298521B2
Application number: JP2007324800A
Authority: JP
Inventors: 達也内藤; 憲一石井; 繁美宮沢; 龍斎藤
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2027-12-17
Also published as: JP2009117786A

Description

この発明は、内燃機関用点火回路に用いられる半導体装置に関する。特に、オペアンプや横型ＭＯＳＦＥＴで構成される制御回路などとセンスＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）とメインＩＧＢＴを同一半導体基板に形成した半導体装置に関する。

従来の内燃機関用点火回路では、メインＩＧＢＴに直列に接続する電流検出用シャント抵抗による電流検出方式が主流であったが、シャント抵抗でエミッタ電圧が持ち上げられゲート−エミッタ間電圧が低下して、コレクタ−エミッタ間の飽和電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）が大きくなる問題があった。
それを解決する方法として、メインＩＧＢＴに並列に接続されたセンスＩＧＢＴ方式は、コレクタ−エミッタ間の飽和電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）が大きくなる問題もなく、広く使われている。このセンスＩＧＢＴ方式を用いた内燃機関用点火装置について説明する。
図７は、内燃機関用点火装置の回路図である。出力段のメインＩＧＢＴ５１のコレクタがコレクタ端子６２を介してイグナイタ用のコイル６３の一端と接続し、コイル６３の他端は直流電源６５と接続されている。
このメインＩＧＢＴ５１とセンスＩＧＢＴ５２が並列接続され、メインＩＧＢＴ５１のコレクタとデプレッションＩＧＢＴ５７のコレクタとセンスＩＧＢＴ５２のコレクタが接続されている。デプレッションＩＧＢＴ５７のエミッタとメインＩＧＢＴ５１のゲートは抵抗５９を介して接続されている。センスＩＧＢＴ５２のエミッタはセンス抵抗５３の一端と接続されている。

メインＩＧＢＴ５１のゲートとセンスＩＧＢＴ５２のゲートおよびＮＭＯＳ５６（横型ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ）のドレインは抵抗５９を介して接続され、さらにゲート端子６０と接続されている。センスＩＧＢＴ５２のゲートとセンス抵抗５３の他端にＮＭＯＳ５６のドレインとソースがそれぞれ接続されている。メインＩＧＢＴ５１のエミッタはセンス抵抗５３の他端と接続しエミッタ端子６１に接続されている。
センス抵抗５３の一端がオペアンプ５４の−入力に接続され、他端が基準電圧５５を介してオペアンプ５４の＋入力に接続され、オペアンプ５４の出力がＮＭＯＳ５６のゲートに接続されている。メインＩＧＢＴ５１のコレクタとゲートの間とゲートとエミッタの間に逆接続ダイオード５８を接続する。
前記のデプレッションＩＧＢＴ５７は定電流源のような働きをする。また、逆直列ダイオード５８はメインＩＧＢＴ５１のゲート・コレクタ接合とゲート・エミッタ接合を過電圧から保護する働きをする。
つぎに回路動作を説明する。ゲート端子６０にゲート電圧を入力してメインＩＧＢＴ５１とセンスＩＧＢＴ５２をオン状態にして負荷のイグナイタのコイル６３に電流を流す。この電流が一定になるようにセンスＩＧＢＴ５２のエミッタ電極８６に接続するセンス抵抗５３の電圧をオペアンプ５４に入力し、オペアンプ５４の出力信号をＮＭＯＳ５６のゲートに入力してメインＩＧＢＴ５１とセンスＩＧＢＴ５２のゲート電圧を制御する。

つぎに、指定されたタイミングでゲート端子６０に入力されるゲート信号をゲートしきい値電圧（Ｖｔｈ）以下にしてメインＩＧＢＴ５１とセンスＩＧＢＴ５２をオフする。メインＩＧＢＴ５１がターンオフするとコイル６３に流れている電流が減少しコイルの二次側６４に過大な電圧が発生し、エンジンは正常点火する。これを繰り返すことでエンジンは正常動作する。
図８は、センスＩＧＢＴとメインＩＧＢＴを並列接続した従来の半導体装置の構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図である。以下の説明で、ｎは導電型がｎ型、ｐは導電型がｐ型であることを表す。ここではＩＧＢＴを構成する各領域の不純物濃度については一般的に良く知られている濃度であるので説明は省略する。また不純物濃度の高低についても説明を省略する。
同図（ａ）の平面図は、ｐウェル領域７１の包絡線７１ａとｐウェル領域８１の包絡線８１ａを示している。
まず、メインＩＧＢＴ５１の主要構成部について説明する。ｎ半導体基板２００の表面層にメインＩＧＢＴ５１のｐウェル領域７１（メインＩＧＢＴ５１のベース領域となる）を形成し、ｐウェル領域７１の表面層にｎエミッタ領域７２を形成する。ｎエミッタ領域７２とｎ半導体基板２００に挟まれたｐウェル領域７１上にゲート絶縁膜７３を介してゲート電極７４を形成する。ゲート電極７４上に層間絶縁膜７５を形成し、ｎエミッタ領域７２とｐウェル領域７１に接するエミッタ電極７６を形成する。このメインＩＧＢＴ５１は出力段の縦型ＩＧＢＴである。

つぎに、センスＩＧＢＴ５２の主要構成部について説明する。メインＩＧＢＴ５１のｐウェル領域７１から離してセンスＩＧＢＴ５２のｐウェル領域８１をｎ半導体基板２００の表面層に形成し、ｐウェル領域８１の表面層にｎエミッタ領域８２を形成する。ｎエミッタ領域８２とｎ半導体基板２００に挟まれたｐウェル領域８１上にゲート絶縁膜７３を介してゲート電極８４を形成する。ゲート電極８４上に層間絶縁膜７５を形成し、ｎエミッタ領域８２とｐウェル領域８１に接するエミッタ電極８６を形成する。このセンスＩＧＢＴ５２は前記のメインＩＧＢＴ５１と同様に縦型ＩＧＢＴであり、またメインＩＧＢＴ５１と並列接続される。
つぎに、メインＩＧＢＴ５１とセンスＩＧＢＴ５２に共通の主要構成部について説明する。ｎ半導体基板２００の裏面側の表面層にメインＩＧＢＴ５１とセンスＩＧＢＴ５２の共通のｎバッファ領域７７を形成し、このｎバッファ領域７７の表面層にメインＩＧＢＴ５１とセンスＩＧＢＴ５２の共通のｐコレクタ領域７８を形成する。ｐコレクタ領域７８上にメインＩＧＢＴ５１とセンスＩＧＢＴ５２の共通のコレクタ電極７９を形成する。
また、センスＩＧＢＴ５２のエミッタ電極８６とメインＩＧＢＴ５１のエミッタ電極７６の間でセンス抵抗５３を接続する。

前記のメインＩＧＢＴ５１のｎエミッタ領域７２とセンスＩＧＢＴ５２のｎエミッタ領域８２の最短距離（センスＩＧＢＴ５２とメインＩＧＢＴ５１の横方向距離Ｍ）を５００μｍ〜８００μｍとする。
前記したように、電流検出にセンスＩＧＢＴ方式を用いたワンチップイグナイタにおいて、センスＩＧＢＴ５２とメインＩＧＢＴ５１の横方向距離Ｍは、８００μｍ（５００μｍ以上）あれば、動作上の問題は発生しなかった。
この距離が短か過ぎると、定常オン状態でメインＩＧＢＴ５１のコレクタからセンスＩＧＢＴ５２のエミッタ電極８６に流れ出たホール電流がセンス電流となってセンス抵抗５３を流れる。このホール電流は、センスＩＧＢＴ５２のチャネルを通して流れる正規の電流に重畳される。そのため、センス抵抗で発生した電圧信号は正常な信号に比べて大きくなり、オペアンプ５４に正常な信号がフィードバックされなくなる。その結果、メインＩＧＢＴ５１は高精度に制御された電流を流すことができなくなる。
近年、ワンチップイグナイタに、過熱検知や過電圧検知など異常時にメインＩＧＢＴ５１の電流を遮断する付加価値回路が搭載されることが多くなってきた。従来のように付加価値回路を搭載しない場合、メインＩＧＢＴ５１は指定されたタイミングでハードターンオフするため、ターンオフ波形に振動波形が重畳されたとしても点火するタイミングに誤差を生じる訳ではないので問題なかった。

しかし、付加価値回路が搭載された場合、過熱や過電圧などの異常が発生して付加価値回路が動作するタイミングは指定されたタイミングとは無関係であり、指定されないタイミングでメインＩＧＢＴ５１がハードターンオフすることになる。メインＩＧＢＴがハードターンオフするとイグナイタのコイルの二次側６４に過電圧が発生し、エンジンは誤点火することになる。
そのため付加価値回路が動作した時にはコイルの二次側６４に過電圧が発生しないように、メインＩＧＢＴ５１はソフトターンオフ動作することが求められる。
また、特許文献１には、コレクタ端子とエミッタ端子とゲート端子を有する絶縁ゲート半導体素子と、絶縁ゲート半導体素子に流れる電流が一定値を超えたときにゲート端子の電圧を抑制し電流を制限する電流制限回路と、コレクタの電位を検出する電圧監視回路と、電圧監視回路の出力を受けてゲート端子に流れる電流を制御する制御電流調整回路を備えるイグナイタが開示されている。
また、特許文献２には、イグナイタ点火回路において、電流制限時にコレクタ電圧がゲート電圧よりも高い場合、コレクタ端子からゲート端子に微小電流による電圧が加わるような回路を備えたことにより、電流制限動作開始直後のコレクタ電圧の上昇がゲート電圧を高める方向に作用し、そのゲート電圧の上昇は急激なコレクタ電圧の上昇を抑制する。また振動によるコレクタ電圧の低下では、コレクタ端子からの微小電流によるゲート電圧を高める作用が低下しコレクタ電圧の上昇が抑制されることが開示されている。
特開２００２−３７１９４５号公報特許第３１８６６１９号公報

図７の回路において、メインＩＧＢＴ５１が遮断したとき、メインＩＧＢＴ５１のエミッタ−コレクタ間の電圧が上昇し高い電圧になる。この高い電圧によりデプレッションＩＧＢＴ５７と抵抗５９を介してメインＩＧＢＴ５１のゲート電圧が持ち上がり、センスＩＧＢＴ５２のゲート電圧がゲートしきい値（Ｖｔｈ）以下であってもメインＩＧＢＴ５１にはコレクタ電流が流れる。
付加価値回路が搭載された場合には、異常時にメインＩＧＢＴ５１がソフトターンオフ動作することになるが、図８に示すように、Ｍ＝８００μｍの距離ではメインＩＧＢＴ５１のコレクタ電流（ホール電流）の一部がセンスＩＧＢＴ５２のエミッタ電極８６へ流れ込み、この電流がセンス抵抗５３に流れることになる。そうすると、センスＩＧＢＴ５２のゲート電圧がＶｔｈ以下であっても、センス抵抗５３で発生する電圧が上昇しセンスＩＧＢＴ５２のエミッタ電極８６の電圧が上昇する。
エミッタ電極８６の電圧が上昇すると、メインＩＧＢＴ５１の電流が増加したのと同様の信号がオペアンプ５４に入力されるため、オペアンプ５４とＮＭＯＳ５６で構成される制御回路６６がメインＩＧＢＴ５１の電流を絞るようにメインＩＧＢＴ５１のゲート電圧を低下させる。

メインＩＧＢＴ５１のゲート電圧が低下すると、メインＩＧＢＴ５１のターンオフ電流が小さく絞られる。そうするとセンスＩＧＢＴ５２のエミッタ電極８６に流れ込むホール電流が小さくなり過ぎて、今度はメインＩＧＢＴ５１の電流を増加させようとする信号が制御回路６６からメインＩＧＢＴ５１へ送られる。これが繰り返されて、図９に示すようにメインＩＧＢＴ５１のコレクタ電流Ｉｃが振動する。その結果、メインＩＧＢＴ５１のエミッタ−コレクタ間電圧Ｖｃｅが振動し不安定動作となる。
この振動はセンスＩＧＢＴ５２のゲート電圧がＶｔｈ以下のときでメインＩＧＢＴ５１のターンオフ電流が小さくなった時点で発生する。また、メインＩＧＢＴ５１のコレクタからセンスＩＧＢＴ５２のエミッタ電極８６に流れ込むホール電流が大きいとこの振動は大きくなる。
この振動が起こるとコイルの２次側６４に過電圧が発生して、指定されたタイミング以外のタイミングでエンジンは誤点火（誤着火）することになる。
尚、前記したように、付加価値回路が搭載されていない場合には、メインＩＧＢＴ５１のコレクタ電流Ｉｃの一部がセンスＩＧＢＴ５２のエミッタ電極８６に流入してターンオフ波形に振動波形が重畳したとしても、指定されたタイミングでのハードターンオフ動作であるので特に問題はない。

また、前記の特許文献１および特許文献２には、付加価値回路が動作した場合のソフトターンオフ波形に振動波形が重畳されるのを防止する方策については記載されていない
。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、メインＩＧＢＴからセンスＩＧＢＴに流れ込むホール電流を抑制して、ソフトターンオフ時のターンオフ電流波形に振動波形が重畳しないようにした半導体装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、第１導電型の半導体基板と、該半導体基板の第１主面の表面層に形成された第２導電型の第１半導体領域と、該第１半導体領域の表面層に形成された第１導電型の第２半導体領域と、該第２半導体領域と前記半導体基板に挟まれた第１半導体領域上にゲート絶縁膜を介して形成された第１ゲート電極と、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域に接続された第１主電極と、を有し、主たる電流を流すメインセルを複数個含むメインセル領域を備え、前記半導体基板の第１主面の表面層に前記第１半導体領域と離して形成された第２導電型の第３半導体領域と、該第３半導体領域の表面層に形成された第１導電型の第４半導体領域と、該第４半導体領域と前記半導体基板に挟まれた第３半導体領域上に前記ゲート絶縁膜を介して形成された第２ゲート電極と、前記第３半導体領域と前記第４半導体領域に接続された第２主電極と、を有し、センス電流を流すセンスセルを１つ以上含むセンスセル領域を備え、前記半導体基板の第２主面側に配置される第２導電型の第１半導体層と、該第１半導体層と接続する第３主電極と、前記第２主電極と一端を接続し、他端が前記第１主電極に接続された抵抗体と、を有する半導体装置において、
前記メインセル領域と前記センスセル領域との間には、前記第１ゲート電極および第２ゲート電極とは離れて前記半導体基板の表面に形成された酸化膜を備えた離間領域を有し、
該離間領域を挟んで前記メインセル領域と前記センスセル領域が対向するよう配置され、
前記第１ゲート電極および第２ゲート電極を制御する制御回路領域が、前記メインセル領域に隣接するとともに前記離間領域および前記センスセル領域の周辺に配置され、前記第２半導体領域の平面パターンと前記第４半導体領域の平面パターンの間の最短距離が１５００μｍ以上となる構成にする。

また、前記酸化膜は、前記離間領域側の前記メインセル領域の端部に形成された端部メインセルの第１半導体領域のうち前記離間領域側の表面を覆うとともに前記第１半導体領域表面にて終端し、前記端部メインセルの前記第２半導体領域は、前記酸化膜の終端部とは離間して前記第１半導体領域表面に形成されてもよい。
また、前記酸化膜は、前記離間領域側の前記センスセル領域の端部に形成された端部センスセルの第３半導体領域のうち前記離間領域側の表面を覆うとともに前記第３半導体領域表面にて終端し、前記端部センスセルの前記第４半導体領域は、前記酸化膜の終端部とは離間して前記第３半導体領域表面に形成されてもよい。
また、前記メインセルの平面パターンが四角形であり、該四角形の一辺に平行で該四角形の中心を通る中央線上から離すとともに、前記四角形の一辺に垂直な２本の端線のうち一方の端線から中央線側に離間して前記センスセル領域を配置してもよい。
また、前記第１半導体層は、前記メインセル領域を前記第２主面に投影した領域と、前記センスセル領域を前記第２主面に投影した領域に形成されるとともに、前記離間領域を前記第２主面に投影した領域を挟んで離間していてもよい。
また、前記離間領域を前記第２主面に投影した領域には、前記第１半導体層よりも厚さが薄く濃度が低い第２導電型第２半導体層を有してもよい。
また、前記離間領域の前記酸化膜下部には、前記第１半導体領域に接続する第２導電型第５半導体領域が前記第１半導体領域から延在してもよい。
また、前記離間領域の前記酸化膜下部には、前記第３半導体領域に接続する第２導電型第６半導体領域が前記第３半導体領域から延在してもよい。
また、前記半導体基板の第２主面と前記第１半導体層の間にそれぞれと接する第１導電型の第２半導体層を配置してもよい。
また、前記メインセル領域がメインＩＧＢＴであり、前記センスセル領域がセンスＩＧＢＴであり、前記抵抗体がセンス抵抗であるとよい。
また、前記制御回路領域がオペアンプと複数の横型のＭＯＳＦＥＴで構成される制御回路であり、前記センス抵抗で発生した電圧信号を前記制御回路に入力し、該制御回路で前記メインＩＧＢＴおよび前記センスＩＧＢＴのゲート電圧を制御してもよい。

この発明によれば、センスＩＧＢＴとメインＩＧＢＴの横方向距離Ｌを１５００μｍ以上とすることで、センスＩＧＢＴへのホール電流の流れ込み（回り込み）を少なくして、ソフトターンオフ時の電流波形の振動を抑制することができる。
ソフトターンオフ時の電流波形に振動波形が重畳されなくなることで、イグナイタのコイルの二次側に過電圧が発生しなくなり、付加価値回路が動作した場合でもエンジンが誤点火するのを防止できる。

発明の実施の形態を以下の実施例で説明する。

図１は、この発明の第１実施例の半導体装置の構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図である。以下の説明で、ｎは導電型がｎ型、ｐは導電型がｐ型であることを表す。ここではＩＧＢＴを構成する各領域の不純物濃度については一般的に良く知られている濃度であるので説明は省略する。また不純物濃度の高低についても説明を省略する。
同図（ａ）の平面図は、ｐウェル領域１の包絡線１ａとｐウェル領域１１の包絡線１１ａを示し、紙面右側はメインＩＧＢＴ２１を示し、紙面左側は、センスＩＧＢＴを示す。包絡線１ａ、１１ａとは、多数のｐウェル領域１、１１の最外周の端部を結んだ最外周線である。
まず、メインＩＧＢＴ２１（図７の５１に相当）の主要構成部について説明する。ｎ半導体基板１００の表面層にメインＩＧＢＴ２１のｐウェル領域１（メインＩＧＢＴ２１のベース領域となる）を形成し、ｐウェル領域１の表面層にｎエミッタ領域２を形成する。ｎエミッタ領域２とｎ半導体基板１００に挟まれたｐウェル領域１上にゲート絶縁膜３を介してゲート電極４を形成する。ゲート電極４上に層間絶縁膜５を形成し、ｎエミッタ領域２とｐウェル領域１に接するエミッタ電極６を形成する。このメインＩＧＢＴ２１は出力段の縦型ＩＧＢＴである。

つぎに、センスＩＧＢＴ２２（図７の５２に相当）の主要構成部について説明する。メインＩＧＢＴ２１のｐウェル領域１から離してセンスＩＧＢＴ２２のｐウェル領域１１をｎ半導体基板１００の表面層に形成し、ｐウェル領域１１の表面層にｎエミッタ領域１２を形成する。ｎエミッタ領域１２とｎ半導体基板１００に挟まれたｐウェル領域１１上にゲート絶縁膜３を介してゲート電極１４を形成する。ゲート電極１４上に層間絶縁膜５を形成し、ｎエミッタ領域１２とｐウェル領域１１に接するエミッタ電極１６を形成する。このセンスＩＧＢＴ２２は前記のメインＩＧＢＴ２１と同様に縦型ＩＧＢＴであり、またメインＩＧＢＴ２１と並列接続される。
このセンスＩＧＢＴ２２がメインＩＧＢＴ２１と対向する部分を除いたセンスＩＧＢＴ２２の周辺には、横型のＮＭＯＳ、ＰＭＯＳなどからなる回路部が設けられている。この回路部は事故分離で形成されるため、センスＩＧＢＴ２２とは１０μｍ程度離れていればよい。
つぎに、メインＩＧＢＴ２１とセンスＩＧＢＴ２２に共通の主要構成部について説明する。ｎ半導体基板１００の裏面側の表面層にメインＩＧＢＴ２１とセンスＩＧＢＴ２２の共通のｎバッファ領域７を形成し、このｎバッファ領域７の表面層にメインＩＧＢＴ２１とセンスＩＧＢＴ２２の共通のｐコレクタ領域８を形成する。ｐコレクタ領域８上にメインＩＧＢＴ２１とセンスＩＧＢＴ２２の共通のコレクタ電極９を形成する。

尚、ｎバッファ領域７は形成しない場合もある。また、図中の１０はｎドリフト領域である。また、センス抵抗２３（図７の５３に相当）はセンスＩＧＢＴ２２のエミッタ電極１６に一端を接続し、他端はメインＩＧＢＴ２１のエミッタ電極６に接続する。
前記のメインＩＧＢＴ２１のｎエミッタ領域２とセンスＩＧＢＴ２２のｎエミッタ領域１２の対向する側の最短距離（センスＩＧＢＴ２２とメインＩＧＢＴ２１の横方向距離Ｌ）を１５００μｍ以上とすることで、センスＩＧＢＴ２１のエミッタ電極１６へのホール電流の流れ込みを大幅に抑えることができる。
その結果、図２に示すようにソフトターンオフ動作でのターンオフ電流波形に振動波形が重畳されなくなり、エミッタ−コレクタ間の電圧波形（Ｖｃｅ波形）が振動しなくなる。尚、図２の縦軸はメインＩＧＢＴ２１のエミッタ−コレクタ間の電圧（Ｖｃｅ）とコレクタ電流（Ｉｃ）であり、横軸は時間（ｔ）である。
異常時に付加価値回路が動作して、メインＩＧＢＴ２１が遮断した場合にもソフトターンオフ波形に振動波形が重畳されず、誤点火（誤着火）することがない。
図３は、センスＩＧＢＴとメインＩＧＢＴの横方向距離Ｌとセンス電流の関係を示す図である。この図は横方向距離を２００μｍから２２００μｍに亘って実験して得られたデータである。横軸の横方向距離は、１５００μｍ未満の場合は図８（ｂ）で示す従来の横方向距離Ｍであり、１５００μｍ以上の場合は図１（ｂ）で示す本発明の横方向距離Ｌである。

また、２本のデータのうち、上側のデータはセンスＩＧＢＴ２２を中央線上に配置した場合であり、下側のデータはセンスＩＧＢＴ２２を中央線から離して下端線近傍に配置した場合（Ｈ＝５０μｍ程度）である。縦軸のセンス電流はセンスＩＧＢＴ２２のゲート電圧がＶｔｈ以下とした場合のメインＩＧＢＴ２１のコレクタからセンスＩＧＢＴ２２のエミッタ電極１６に流れ込むホール電流（図１では示していない）のことである（図８のエミッタ電極８６に流れ込むホール電流に相当する）。
図３の上側のデータにおいて、従来品であるＭ＝８００μｍ品はセンス電流が１２０μＡであるのに対し、本発明品であるＬ＝１５００μｍ品（発明品１）は４０μＡであり、Ｌ＝２２００μｍ品（発明品２）は３０μＡである。つまり、メインＩＧＢＴ２１からセンスＩＧＢＴを離すほどセンス電流は小さくなる。
また、図３から分かるように、メインＩＧＢＴ２１の中心を通る中央線上にセンスＩＧＢＴを配置する（上側のデータ）よりも、この中央線から離した位置にセンスＩＧＢＴ２２を配置する方（下側のデータ）がセンス電流は小さくなる。これは、メインＩＧＢＴ２１のコレクタからセンスＩＧＢＴ２２側に染み出す電流が、図１の点線で示すように中央線に近いほど大きくなるからである。そのため、センスＩＧＢＴ２２の配置は中央線から離れたメインＩＧＢＴ２１の上端線上付近か下端線上付近に配置するのが望ましい。そのため、端線上に配置した場合は横方向距離Ｌを中央線上に配置する場合よりも横方向距離Ｌを１５００μｍより小さくすることができる。

このように、センス電流が小さくなるということは、メインＩＧＢＴ２１がソフトターンオフ動作するとき、ターンオフ波形に重畳される振動波形が小さくなるということである。前記の発明品１および発明品２では図２で示すように振動波形は重畳されていない。しかし、Ｌ＝１５００μｍ未満の距離では振動波形が重畳するようになる。
尚、図４で示すように、ｐウェル領域１、１１より不純物濃度が高いｐ⁺領域２５を形成しメインＩＧＢＴ２１およびセンスＩＧＢＴ２２のラッチアップ耐量を向上させたり、酸化膜下の電位を安定させる構造とした場合にも横方向距離Ｌを１５００μｍ以上とすることで、波形振動が抑制される。

図５は、この発明の第２実施例の半導体装置の要部断面図である。この図は図１（ｂ）に相当する図である。図１との違いは、ｐウェル領域１およびｐウェル領域１１をそれぞれコレクタ電極９側に投影したときに、その投影された領域に重なるようにｐコレクタ領域３１、３２を選択的に形成した点である。つまり、投影されたｐウェル領域１とｐウェル領域１１に挟まれた箇所にｐコレクタ領域３１、３２が形成されない箇所が位置する。
こうすることで、メインＩＧＢＴ２１のｐコレクタ領域３１からセンスＩＧＢＴ２２への正孔の注入が図１の場合より抑えられて、センスＩＧＢＴ２２とメインＩＧＢＴ２１の横方向距離Ｋを図１のＬより短くすることができる。
ｎバッファ領域７とｐコレクタ層３１、３２は選択エピタキシャル成長や拡散などで形成することができる。

図６は、この発明の第３実施例の半導体装置の要部断面図である。この図は図１（ｂ）に相当する図である。図５との違いは、ｐウェル領域１およびｐウェル領域１１をそれぞれコレクタ電極側に投影したときに、その投影された領域に重なるようにｐコレクタ領域３１、３２を選択的に形成し、さらにその間にｐコレクタ領域３１、３２より厚さが薄く、不純物濃度が低い第２ｐコレクタ領域３３を形成した点である。
こうすることで、第２ｐコレクタ領域３３からセンスＩＧＢＴ２２への正孔の注入が図５の場合より増加するが、図１の場合よりは抑えられるので、センスＩＧＢＴ２２とメインＩＧＢＴ２１の横方向距離Ｊを図１のＬより短くすることができる。
尚、ｎバッファ領域７、第２ｐコレクタ領域３３およびｐコレクタ領域３１、３２は選択エピタキシャル成長や拡散などで形成することができる。

この発明の第１実施例の半導体装置の構成図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図本発明の半導体装置のメインＩＧＢＴのソフトターンオフ動作時のＶｃｅ波形とＩｃ波形の図センスＩＧＢＴとメインＩＧＢＴの横方向距離とセンス電流の関係を示す図図１（ｂ）の要部断面図にｐ⁺領域２５を追加して形成した場合の図この発明の第２実施例の半導体装置の要部断面図この発明の第３実施例の半導体装置の要部断面図内燃機関用点火装置の回路図センスＩＧＢＴとメインＩＧＢＴを並列接続した従来の半導体装置の構成図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図従来の半導体装置のメインＩＧＢＴのソフトターンオフ動作時のＶｃｅ波形とＩｃ波形の図

符号の説明

１、１１ｐウェル領域
１ａ、１１ａｐウェル領域の包絡線
２、１２ｎエミッタ領域
３ゲート絶縁膜
４、１４ゲート電極
５層間絶縁膜
６、１６エミッタ電極
７ｎバッファ領域
８ｐコレクタ領域
９コレクタ電極
１０ｎドリフト領域
２１メインＩＧＢＴ
２２センスＩＧＢＴ
２３センス抵抗
２５ｐ⁺領域
３１、３２ｐコレクタ領域
３３第２コレクタ領域
１００ｎ半導体基板

Claims

第１導電型の半導体基板と、
該半導体基板の第１主面の表面層に形成された第２導電型の第１半導体領域と、
該第１半導体領域の表面層に形成された第１導電型の第２半導体領域と、
該第２半導体領域と前記半導体基板に挟まれた第１半導体領域上にゲート絶縁膜を介して形成された第１ゲート電極と、
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域に接続された第１主電極と、を有し、主たる電流を流すメインセルを複数個含むメインセル領域を備え、
前記半導体基板の第１主面の表面層に前記第１半導体領域と離して形成された第２導電型の第３半導体領域と、
該第３半導体領域の表面層に形成された第１導電型の第４半導体領域と、
該第４半導体領域と前記半導体基板に挟まれた第３半導体領域上に前記ゲート絶縁膜を介して形成された第２ゲート電極と、
前記第３半導体領域と前記第４半導体領域に接続された第２主電極と、を有し、センス電流を流すセンスセルを１つ以上含むセンスセル領域を備え、
前記半導体基板の第２主面側に配置される第２導電型の第１半導体層と、
該第１半導体層と接続された第３主電極と、
前記第２主電極と一端を接続し、他端が前記第１主電極に接続された抵抗体と、を有する半導体装置において、
前記メインセル領域と前記センスセル領域との間には、前記第１ゲート電極および第２ゲート電極とは離れて前記半導体基板の表面に形成される酸化膜を備えた離間領域を有し、
該離間領域を挟んで前記メインセル領域と前記センスセル領域が対向するよう配置され、
前記第１ゲート電極および第２ゲート電極を制御する制御回路領域が、前記メインセル領域に隣接するとともに前記離間領域および前記センスセル領域の周辺に配置され、
前記第２半導体領域の平面パターンと前記第４半導体領域の平面パターンの間の最短距離が１５００μｍ以上であることを特徴とする半導体装置。
前記酸化膜は、前記離間領域側の前記メインセル領域の端部に形成された端部メインセルの第１半導体領域のうち前記離間領域側の表面を覆うとともに前記第１半導体領域表面にて終端し、
前記端部メインセルの前記第２半導体領域は、前記酸化膜の終端部とは離間して前記第１半導体領域表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記酸化膜は、前記離間領域側の前記センスセル領域の端部に形成された端部センスセルの第３半導体領域のうち前記離間領域側の表面を覆うとともに前記第３半導体領域表面にて終端し、
前記端部センスセルの前記第４半導体領域は、前記酸化膜の終端部とは離間して前記第３半導体領域表面に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
前記メインセルの平面パターンが四角形であり、
該四角形の一辺に平行で該四角形の中心を通る中央線上から離すとともに、前記四角形の一辺に垂直な２本の端線のうち一方の端線から中央線側に離間して前記センスセル領域を配置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記第１半導体層は、前記メインセル領域を前記第２主面に投影した領域と、前記センスセル領域を前記第２主面に投影した領域に形成されるとともに、前記離間領域を前記第２主面に投影した領域を挟んで離間していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記離間領域を前記第２主面に投影した領域には、前記第１半導体層よりも厚さが薄く濃度が低い第２導電型第２半導体層を有することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
前記離間領域の前記酸化膜下部には、前記第１半導体領域に接続する第２導電型第５半導体領域が前記第１半導体領域から延在することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記離間領域の前記酸化膜下部には、前記第３半導体領域に接続する第２導電型第６半導体領域が前記第３半導体領域から延在するとともに、前記第５半導体領域とは離間することを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
前記半導体基板の第２主面と前記第１半導体層の間にそれぞれと接する第１導電型の第２半導体層を配置することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記メインセル領域がメインＩＧＢＴであり、前記センスセル領域がセンスＩＧＢＴであり、前記抵抗体がセンス抵抗であることを特徴とする請求項１〜９に記載の半導体装置。
前記制御回路領域がオペアンプと複数の横型のＭＯＳＦＥＴで構成される制御回路を有し、前記センス抵抗で発生した電圧信号を前記制御回路に入力し、該制御回路で前記メインＩＧＢＴおよび前記センスＩＧＢＴのゲート電圧を制御することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。