JPH04245483A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Publication number
JPH04245483A
JPH04245483A JP1019891A JP1019891A JPH04245483A JP H04245483 A JPH04245483 A JP H04245483A JP 1019891 A JP1019891 A JP 1019891A JP 1019891 A JP1019891 A JP 1019891A JP H04245483 A JPH04245483 A JP H04245483A
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JP
Japan
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region
semiconductor
conductivity type
resistor
bipolar transistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP1019891A
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English (en)
Inventor
Naoto Kato
直人 加藤
Tomoatsu Makino
友厚 牧野
Masahiro Yamamoto
昌弘 山本
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04245483A publication Critical patent/JPH04245483A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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

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  • 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)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、絶縁ゲート型バイポ
ーラトランジスタ(IGBT)に係り、詳しくは、電流
検出機能を有する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(
IGBT)やMOSFETでは、素子の保護等のために
、電流検出機能を持たせることがある。そして、特開平
2−138773号公報には、図9に示す電流検出機能
を持ったIGBTが示されている。即ち、IGBTとし
て、p型シリコン層1とその上のn型シリコン層(ドレ
イン領域)2とから基板が構成され、n型シリコン層2
の表面部にp型のベース領域3及びn型のソース領域4
が形成され、絶縁膜を介してゲート電極5が配置されて
いる。又、電流検出部として、n型シリコン層2にはベ
ース領域3とは独立にp型の不純物拡散領域6を形成し
ている。この装置の等価回路は図10のようになり、I
GBTの内部抵抗としてIGBTのp型シリコン層1の
バルク抵抗Rp とn型シリコン層2のバルク抵抗Rn
 とチャネル領域の抵抗Rchが直列接続された構造と
なり、これらの内部抵抗により生じる電位降下を検出端
子7で検出することによりIGBTに流れる電流値を求
めるようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この装置では
、電圧を検知してIGBTに流れる電流値を求めるため
に、チャネル抵抗Rchとバルク抵抗Rp ,Rn の
温度特性の差、及びゲート電圧によるチャネル抵抗Rc
hの変化により、温度やゲート電圧の影響を受けてしま
う。特に、図11に示すように、ゲート電圧の影響は大
きくドレイン電圧が同じでもゲート電圧が異なればドレ
イン電流も異なってくる。このことは、検出端子7に現
れる電圧が同じでもゲート電圧が異なればドレイン電流
が異なることを意味している。
【0004】この発明の目的は、温度やゲート電圧の影
響を受けることなく正確にドレイン電流を検出できる半
導体装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、第1導電
型の第1半導体領域上に第2導電型の第2半導体領域が
形成され、当該第2半導体領域の表面部に第1導電型の
ベース領域及び第2導電型のソース領域が形成されると
ともに、第2半導体領域上に絶縁膜を介してゲート電極
が配置された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに設
けられるものであって、前記第2半導体領域の表面部に
前記ベース領域とは独立に形成された第1導電型のコレ
クタ領域と、前記コレクタ領域と前記ソース領域との間
に電気接続され、その通過電流を検出することにより前
記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに流れる電流を
検出するための抵抗体とを備えた半導体装置をその要旨
とする。
【0006】第2の発明は、半導体基板の表面部に第1
導電型の第1半導体領域及び第2導電型の第2半導体領
域が形成されるとともに、半導体基板の表面部に第1導
電型のベース領域及び第2導電型のソース領域が形成さ
れ、さらに、半導体基板上に絶縁膜を介してゲート電極
が配置された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに設
けられるものであって、前記半導体基板の表面部に前記
ベース領域とは独立に形成された第1導電型のコレクタ
領域と、前記コレクタ領域と前記ソース領域との間に電
気接続され、その通過電流を検出することにより前記絶
縁ゲート型バイポーラトランジスタに流れる電流を検出
するための抵抗体とを備えた半導体装置をその要旨とす
るものである。
【0007】
【作用】第1半導体領域と第2半導体領域とコレクタ領
域とからバイポーラトランジスタが形成される。そして
、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに流れるドレイ
ン電流がバイポーラトランジスタのコレクタ電流となり
、このコレクタ電流は絶縁ゲート型バイポーラトランジ
スタのドレイン電流に比例するため、抵抗体を流れる電
流を検出することによりドレイン電流が算出される。
【0008】
【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。図1に示すように、本実施例では縦
型nチャネル絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(I
GBT)に具体化し、本装置にはIGBT部10と電流
検出部11とを有している。又、その製造工程を図2〜
6に示す。
【0009】まず、図2に示すように、第1半導体領域
としてのp型シリコン層12上に第2半導体領域として
のn型シリコン層(ドレイン領域)13が形成された基
板を用意する。そして、n型シリコン層13の表面部に
、ベース領域の一部となるpウェル領域14及びp型の
コレクタ領域15を同時に形成する。次に、図3に示す
ように、n型シリコン層13の表面の全面に絶縁膜とし
てのシリコン酸化膜16を形成し、そのシリコン酸化膜
16上の所定領域に多結晶シリコンよりなる抵抗体17
を形成する。
【0010】そして、図4に示すように、シリコン酸化
膜16上の所定領域に多結晶シリコンよりなるゲート電
極18を形成する。さらに、図5に示すように、n型シ
リコン層13の表面部にp領域19を形成する。このp
領域19と前記pウェル領域14がベース領域となる。 さらに、n型シリコン層13の表面部にn型のソース領
域20を形成する。引き続き、図6に示すように、基板
のコンタクト部と抵抗体17のコンタクト部を除く領域
にBPSGよりなる絶縁膜21を形成する。さらに、図
1に示すように、基板の表面にソース電極22と検出用
電極23を配置する。このソース電極22はソース領域
20に接続されるとともに抵抗体17と接続されている
。又、検出用電極23はコレクタ領域15と接続される
とともに抵抗体17と接続されている。さらに、基板の
裏面からドレイン電極がとり出される。その結果、IG
BT部10と電流検出部11とを有する半導体装置が製
造される。
【0011】このように製造された半導体装置において
は、電流検出部11にはp型シリコン層12とn型シリ
コン層13とコレクタ領域15とからなるpnpバイポ
ーラトランジスタが形成されるとともに、このpnpバ
イポーラトランジスタのコレクタ領域15とIGBT部
10のソース領域20との間には多結晶シリコンによる
抵抗体17が配置されていることとなる。そして、この
抵抗体17を介して、電流検出部11の電流検出端子2
4とIGBT部10のソース電極端子25との間の電位
差が測定できるようになっている。
【0012】次に、このように構成した半導体装置の作
用を説明する。IGBT部10において、ゲート電極1
8に電圧を印加すると、キャリアである電子がn型シリ
コン層13へ流れ込む。流れ込んだ電子はn型シリコン
層13の電位を下げp型シリコン層12からn型シリコ
ン層13へ正孔が注入される。このとき、電流検出部1
1において、正孔がpnpバイポーラトランジスタのコ
レクタ電流となる。このpnpバイポーラトランジスタ
のコレクタ電流とIGBT部10での正孔電流(ドレイ
ン電流)との比は、IGBT部10のベース領域(pウ
ェル領域14,p領域19)の面積と、電流検出部11
のコレクタ領域15の面積の比で決まる。
【0013】今、ドレイン電極へ流れ込むドレイン電流
をID 、抵抗体17を流れる電流をIss、IGBT
部10のベース領域(pウェル領域14,p領域19)
の面積をS1、電流検出部11のコレクタ領域15の面
積をS2、p型シリコン層12とn型シリコン層13と
の間のキャリア注入効率をrとすると、
【0014】
【数1】 ID =(1/r)・{(S1+S2)/S2}・Is
sの関係が成立する。つまり、電流検出部11の抵抗体
17に流れる電流ISSは、IGBT部10のドレイン
電流ID に比例する。よって、電流検出部11の電流
検出端子24とIGBT部10のソース電極端子25と
の間の電位差を求めることにより抵抗体17に流れる電
流ISSが求められ、この電流ISSからIGBT部1
0のドレイン電流ID が求められる。
【0015】このように本実施例では、n型シリコン層
13(第2半導体領域)の表面部にベース領域(pウェ
ル領域14,p領域19)とは独立にp型のコレクタ領
域15を形成し、コレクタ領域15とソース領域20と
を抵抗体17を介して電気接続した。その結果、IGB
Tに流れるドレイン電流が電流検出部11のバイポーラ
トランジスタのコレクタ電流となり、このコレクタ電流
がドレイン電流に比例するため抵抗体17を流れる電流
を検出することによりドレイン電流が算出される。よっ
て、従来装置では、IGBTの内部抵抗により生じる電
圧降下を検知してIGBTに流れる電流値を求めていた
ために、チャネル抵抗Rchとバルク抵抗Rp ,Rn
 の温度特性の差、及びゲート電圧によるチャネル抵抗
Rchの変化により、温度やゲート電圧の影響を受けて
しまっていたが、本実施例ではそのようなことがなく、
温度やゲート電圧の影響を受けることなく正確にドレイ
ン電流を検出できる。
【0016】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、上記実施例ではnチャネルIGB
Tに具体化したが、pチャネルIGBTに具体化しても
よい。又、この発明を図7,8に示す横型IGBTに適
用してもよい。即ち、図7に示すIGBT部においては
、半導体基板としてのp− シリコン基板27の表面部
に第2半導体領域としてのn型領域27が形成され、こ
のn型領域28内に第1半導体領域としてのp型領域2
8が形成されている。又、シリコン基板26の表面部に
p型のベース領域29が形成され、このベース領域29
内にn+ ソース領域30が形成されている。さらに、
シリコン基板26上に絶縁膜としてのシリコン酸化膜3
1を介してゲート電極32が配置されている。一方、図
8に示す電流検出部においては、シリコン基板26の表
面部にベース領域29とは独立にp型のコレクタ領域3
3が形成され、このコレクタ領域33とベース領域29
との間に多結晶シリコンよりなる抵抗体34が配置され
ている。尚、ベース領域29はソース表面電極によりソ
ース領域30に短絡されている。
【0017】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
温度やゲート電圧の影響を受けることなく正確にドレイ
ン電流を検出できる優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の半導体装置の断面図である。
【図2】半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図3】半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図4】半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図5】半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図6】半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図7】別例の半導体装置のIGBT部の断面図である
【図8】別例の半導体装置の電流検出部の断面図である
【図9】従来技術を説明するための半導体装置の断面図
である。
【図10】従来技術を説明するための半導体装置の等価
回路図である。
【図11】従来技術を説明するための半導体装置の特性
図である。
【符号の説明】
10  IGBT部、11  電流検出部、12は第1
半導体領域としてのp型シリコン層、13は第2半導体
領域としてのn型シリコン層、14はベース領域を構成
するpウェル領域、15はコレクタ領域、16は絶縁膜
としてのシリコン酸化膜、17  抵抗体、18  ゲ
ート電極、19  ベース領域を構成するp領域、20
  ソース領域、26は半導体基板としてのシリコン基
板、27  第2半導体領域としてのn型領域、28 
 第1半導体領域としてのp型領域、29  ベース領
域、30  ソース領域、31  絶縁膜としてのシリ
コン酸化膜、32  ゲート電極、33  コレクタ領
域、34  抵抗体。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  第1導電型の第1半導体領域上に第2
    導電型の第2半導体領域が形成され、当該第2半導体領
    域の表面部に第1導電型のベース領域及び第2導電型の
    ソース領域が形成されるとともに、第2半導体領域上に
    絶縁膜を介してゲート電極が配置された絶縁ゲート型バ
    イポーラトランジスタに設けられるものであって、前記
    第2半導体領域の表面部に前記ベース領域とは独立に形
    成された第1導電型のコレクタ領域と、前記コレクタ領
    域と前記ソース領域との間に電気接続され、その通過電
    流を検出することにより前記絶縁ゲート型バイポーラト
    ランジスタに流れる電流を検出するための抵抗体とを備
    えたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】  半導体基板の表面部に第1導電型の第
    1半導体領域及び第2導電型の第2半導体領域が形成さ
    れるとともに、半導体基板の表面部に第1導電型のベー
    ス領域及び第2導電型のソース領域が形成され、さらに
    、半導体基板上に絶縁膜を介してゲート電極が配置され
    た絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに設けられるも
    のであって、前記半導体基板の表面部に前記ベース領域
    とは独立に形成された第1導電型のコレクタ領域と、前
    記コレクタ領域と前記ソース領域との間に電気接続され
    、その通過電流を検出することにより前記絶縁ゲート型
    バイポーラトランジスタに流れる電流を検出するための
    抵抗体とを備えたことを特徴とする半導体装置。
JP1019891A 1991-01-30 1991-01-30 半導体装置 Pending JPH04245483A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003533886A (ja) * 2000-05-16 2003-11-11 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 半導体電力構成素子
JP2007081440A (ja) * 2006-12-22 2007-03-29 Toshiba Corp 半導体装置

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JP2007081440A (ja) * 2006-12-22 2007-03-29 Toshiba Corp 半導体装置
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