JPH10247718A - 電流検知部付き縦型半導体素子 - Google Patents
電流検知部付き縦型半導体素子Info
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- JPH10247718A JPH10247718A JP4901897A JP4901897A JPH10247718A JP H10247718 A JPH10247718 A JP H10247718A JP 4901897 A JP4901897 A JP 4901897A JP 4901897 A JP4901897 A JP 4901897A JP H10247718 A JPH10247718 A JP H10247718A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】保護などの制御をおこなうための電流検知部を
もつ電流検知部付き縦型半導体素子において、電流検知
精度を高める。 【解決手段】縦型半導体素子の近傍に、主電流による磁
界に垂直な検知面を有する検知コイルまたは検知コイル
を直列接続したソレノイドを配置する。特に、電流検知
部としてのソレノイドを、半導体素子の製造プロセス上
極めて汎用的な材料である多結晶シリコン層およびアル
ミニウム層で、半導体基板上に作り込む。コイルの両端
に生じる電圧を検出することにより、別のコイル或いは
ソレノイドを付加する必要や損失増大を招くことなく、
全体の外形を小さくでき、半導体素子の電流を正確に追
随して検知できる。その結果、電流の検知精度が大幅に
高められ、確実に半導体素子および回路を保護できるよ
うになる。検知コイルまたはソレノイドの中に高透磁率
の強磁性体を挿入することにより、格段に検知精度を高
められる。
もつ電流検知部付き縦型半導体素子において、電流検知
精度を高める。 【解決手段】縦型半導体素子の近傍に、主電流による磁
界に垂直な検知面を有する検知コイルまたは検知コイル
を直列接続したソレノイドを配置する。特に、電流検知
部としてのソレノイドを、半導体素子の製造プロセス上
極めて汎用的な材料である多結晶シリコン層およびアル
ミニウム層で、半導体基板上に作り込む。コイルの両端
に生じる電圧を検出することにより、別のコイル或いは
ソレノイドを付加する必要や損失増大を招くことなく、
全体の外形を小さくでき、半導体素子の電流を正確に追
随して検知できる。その結果、電流の検知精度が大幅に
高められ、確実に半導体素子および回路を保護できるよ
うになる。検知コイルまたはソレノイドの中に高透磁率
の強磁性体を挿入することにより、格段に検知精度を高
められる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ装置等
に適用する電流検知部を備えた半導体素子に関する。
に適用する電流検知部を備えた半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】パワーＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトラン
ジスタ、ＩＧＢＴ等の半導体素子は、インバータ等に広
く用いられている。最近は、高機能化の他に取り扱いの
容易さ、安全性等に関する要求が高まりつつあり、これ
らに対応すべくインテリジェント化が進んでいる。イン
テリジェント化とは、半導体素子に、周辺回路を一体化
することによって、半導体素子単体での弱点を補いつつ
高機能化を図るものである。
ジスタ、ＩＧＢＴ等の半導体素子は、インバータ等に広
く用いられている。最近は、高機能化の他に取り扱いの
容易さ、安全性等に関する要求が高まりつつあり、これ
らに対応すべくインテリジェント化が進んでいる。イン
テリジェント化とは、半導体素子に、周辺回路を一体化
することによって、半導体素子単体での弱点を補いつつ
高機能化を図るものである。
【０００３】例えばＩＰＭ（インテリジェントパワーモ
ジュール）はその始めの一つとして登場した半導体装置
である。半導体素子をインバータ等で使用した場合に
は、負荷短絡といった過電圧、過電流を印加されるモー
ドがある。これらに対し、半導体素子自体での耐量を向
上させるばかりでなく、ＩＰＭでは一体化した周辺回路
を通じて電圧、電流等を検知し、更に半導体素子の保護
を行うものである。
ジュール）はその始めの一つとして登場した半導体装置
である。半導体素子をインバータ等で使用した場合に
は、負荷短絡といった過電圧、過電流を印加されるモー
ドがある。これらに対し、半導体素子自体での耐量を向
上させるばかりでなく、ＩＰＭでは一体化した周辺回路
を通じて電圧、電流等を検知し、更に半導体素子の保護
を行うものである。
【０００４】従来の電流を検知する方法としては、半導
体素子のエミッタ電極の一部を分離したセンス素子を作
り、それに直列に抵抗を接続して主素子のエミッタにつ
なぎ、その抵抗における電圧降下から主半導体装置の電
流を検知する方法が知られている。更にその抵抗におけ
る電圧降下を利用して例えばゲート電極の電位を制御
し、過電流を防止することができる。
体素子のエミッタ電極の一部を分離したセンス素子を作
り、それに直列に抵抗を接続して主素子のエミッタにつ
なぎ、その抵抗における電圧降下から主半導体装置の電
流を検知する方法が知られている。更にその抵抗におけ
る電圧降下を利用して例えばゲート電極の電位を制御
し、過電流を防止することができる。
【０００５】図８は従来のＩＰＭの一例として、電流検
知部を備えた絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下
ＩＧＢＴと略記する）の模式図である。ＩＧＢＴのｎエ
ミッタ領域に接触する主ＩＧＢＴの主エミッタ電極４３
がＥ端子に接続されている。一部を分離したセンスＩＧ
ＢＴのセンスエミッタ電極４４は、直列に接続された抵
抗４５を介してＥ端子に接続されている。Ｇ端子に接続
されるゲート電極４６は、主ＩＧＢＴおよびセンスＩＧ
ＢＴに共通である。主エミッタ電極４３が設けられた半
導体基板面と相対する面には、Ｃ端子に接続する図示さ
れないコレクタ電極が設けられている。ゲート電極４６
に適当な制御信号を与えると、オン状態になり、主ＩＧ
ＢＴおよびセンスＩＧＢＴに電流が流れる。このとき、
抵抗４５の両端の電圧から、ＩＧＢＴ全体の電流を検知
することができる。
知部を備えた絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下
ＩＧＢＴと略記する）の模式図である。ＩＧＢＴのｎエ
ミッタ領域に接触する主ＩＧＢＴの主エミッタ電極４３
がＥ端子に接続されている。一部を分離したセンスＩＧ
ＢＴのセンスエミッタ電極４４は、直列に接続された抵
抗４５を介してＥ端子に接続されている。Ｇ端子に接続
されるゲート電極４６は、主ＩＧＢＴおよびセンスＩＧ
ＢＴに共通である。主エミッタ電極４３が設けられた半
導体基板面と相対する面には、Ｃ端子に接続する図示さ
れないコレクタ電極が設けられている。ゲート電極４６
に適当な制御信号を与えると、オン状態になり、主ＩＧ
ＢＴおよびセンスＩＧＢＴに電流が流れる。このとき、
抵抗４５の両端の電圧から、ＩＧＢＴ全体の電流を検知
することができる。
【０００６】図９は、更に保護回路を含んだＩＰＭの例
の等価回路図である。主ＩＧＢＴ４１に流れる電流が増
大したとき、それに対応してセンスＩＧＢＴ４２の電流
が増加するほど、抵抗４５の両端の電圧も増大する。抵
抗４５における電圧降下が大きくなり、Ｇ端子とＥ端子
との間に接続されたＭＯＳＦＥＴ４８のゲート電極の電
位がしきい値を越えると、ＭＯＳＦＥＴ４８が動作し、
主ＩＧＢＴとセンスＩＧＢＴの共通のゲート電極４６の
電圧を下げる。これにより、主ＩＧＢＴ４１の電流は抑
制され、ＩＧＢＴは過電流から保護される。
の等価回路図である。主ＩＧＢＴ４１に流れる電流が増
大したとき、それに対応してセンスＩＧＢＴ４２の電流
が増加するほど、抵抗４５の両端の電圧も増大する。抵
抗４５における電圧降下が大きくなり、Ｇ端子とＥ端子
との間に接続されたＭＯＳＦＥＴ４８のゲート電極の電
位がしきい値を越えると、ＭＯＳＦＥＴ４８が動作し、
主ＩＧＢＴとセンスＩＧＢＴの共通のゲート電極４６の
電圧を下げる。これにより、主ＩＧＢＴ４１の電流は抑
制され、ＩＧＢＴは過電流から保護される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】理想的にはセンスＩＧ
ＢＴ４２に流れる電流と主ＩＧＢＴ４１の電流との比
は、温度、電圧、電流のいかなる状態でもある一定であ
ることが望ましい。しかし、実際の図８のような素子で
は、電圧や電流の影響を受けやすく、しかも位相的なず
れが生じたり、ノイズが加わったりして、主ＩＧＢＴ４
１の状況を正確に反映してはいない。
ＢＴ４２に流れる電流と主ＩＧＢＴ４１の電流との比
は、温度、電圧、電流のいかなる状態でもある一定であ
ることが望ましい。しかし、実際の図８のような素子で
は、電圧や電流の影響を受けやすく、しかも位相的なず
れが生じたり、ノイズが加わったりして、主ＩＧＢＴ４
１の状況を正確に反映してはいない。
【０００８】この対策として、主ＩＧＢＴに直列に抵抗
を接続して、その電圧降下により電流を検出する方法も
あるが、その抵抗における損失による発熱を免れない。
本発明の目的は、損失増大を招くことなく、正確に半導
体素子の電流検知を行うことのできる電流検知部付き半
導体素子を提供することにある。
を接続して、その電圧降下により電流を検出する方法も
あるが、その抵抗における損失による発熱を免れない。
本発明の目的は、損失増大を招くことなく、正確に半導
体素子の電流検知を行うことのできる電流検知部付き半
導体素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の課題解決のため本
発明は、半導体基板の相対する二つの主表面にそれぞれ
設けられた主電極間に主電流が流れる縦型半導体素子に
おいて、主電流による磁界に垂直な検知面を有する検知
コイルを半導体基板近傍に配置するものとする。
発明は、半導体基板の相対する二つの主表面にそれぞれ
設けられた主電極間に主電流が流れる縦型半導体素子に
おいて、主電流による磁界に垂直な検知面を有する検知
コイルを半導体基板近傍に配置するものとする。
【００１０】今、縦型半導体素子に電流が流れると、電
流が流れる方向に垂直方向に磁界を生じる。電流Ｉによ
る距離ｒの点の磁界Ｈは次式で表される。
流が流れる方向に垂直方向に磁界を生じる。電流Ｉによ
る距離ｒの点の磁界Ｈは次式で表される。
【００１１】
【数１】 この磁界における磁束密度Ｂは、透磁率をμ0 とすると
き、 Ｂ＝μ0 Ｈ であり、この磁界中に磁界に垂直な検知面を有し断面積
Ｓなる検知コイルを置けば、コイルを通る磁束Φは、 Φ＝ＢＳ である。
き、 Ｂ＝μ0 Ｈ であり、この磁界中に磁界に垂直な検知面を有し断面積
Ｓなる検知コイルを置けば、コイルを通る磁束Φは、 Φ＝ＢＳ である。
【００１２】この磁束Φが変化するとき、コイルに次式
の電圧Ｖを生じる。
の電圧Ｖを生じる。
【００１３】
【数２】 従って、電圧Ｖは、
【００１４】
【数３】 となる。すなわちコイルには、コイルの面積Ｓおよび電
流上昇率ｄＩ／ｄｔに比例し、距離ｒに反比例する電圧
Ｖが発生する。
流上昇率ｄＩ／ｄｔに比例し、距離ｒに反比例する電圧
Ｖが発生する。
【００１５】この検知した電圧を適当に処理することに
より、異常電流を速やかに発見でき、対処することがで
き、半導体素子あるいは、変換装置を保護することがで
きる。特に、検知部が、複数の検知コイルを直列接続し
たソレノイドであることがよい。
より、異常電流を速やかに発見でき、対処することがで
き、半導体素子あるいは、変換装置を保護することがで
きる。特に、検知部が、複数の検知コイルを直列接続し
たソレノイドであることがよい。
【００１６】ソレノイドの出力電圧は、直列のコイル数
すなわちソレノイドターン数に比例するので、検知感度
が改善される。また、ソレノイドが、半導体素子の少な
くとも一方の主電極またはその一部を取り囲むものとす
る。ソレノイドで半導体素子を取り囲むものとすれば、
ソレノイドターン数が増やせるだけでなく、全電流が検
知でき、検知精度が向上する。その一部を取り囲むもの
とすれば、小さな領域のソレノイドとすることができ
て、面積を低減することができる。
すなわちソレノイドターン数に比例するので、検知感度
が改善される。また、ソレノイドが、半導体素子の少な
くとも一方の主電極またはその一部を取り囲むものとす
る。ソレノイドで半導体素子を取り囲むものとすれば、
ソレノイドターン数が増やせるだけでなく、全電流が検
知でき、検知精度が向上する。その一部を取り囲むもの
とすれば、小さな領域のソレノイドとすることができ
て、面積を低減することができる。
【００１７】ソレノイドを半導体基板上に作り込むこと
もできる。そのようにすれば、別のコイル或いはソレノ
イドを付加する必要がなく、全体の外形を小さくでき
る。特に、ソレノイドが多結晶シリコンおよびアルミニ
ウム合金からなることがよい。
もできる。そのようにすれば、別のコイル或いはソレノ
イドを付加する必要がなく、全体の外形を小さくでき
る。特に、ソレノイドが多結晶シリコンおよびアルミニ
ウム合金からなることがよい。
【００１８】これらの材料は、半導体素子の製造プロセ
ス上極めて汎用的な材料であり、半導体素子と一連のプ
ロセスで形成できるので、製造が容易である。そして、
ソレノイドの中に強磁性体を挿入することもできる。そ
のようにすれば、透磁率の分だけ出力電圧が大きくな
る。
ス上極めて汎用的な材料であり、半導体素子と一連のプ
ロセスで形成できるので、製造が容易である。そして、
ソレノイドの中に強磁性体を挿入することもできる。そ
のようにすれば、透磁率の分だけ出力電圧が大きくな
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、幾つかの実施例にもとづ
き、本発明の実施の形態を説明する。 ［実施例１］図２は、本発明第一の実施例の電流検知部
付き半導体素子の斜視図である。半導体素子１は縦型の
ＩＧＢＴであり、上面にエミッタ電極２、下面にコレク
タ電極７を有している。６はゲート電極である。このＩ
ＧＢＴの側方にコイル８が設けられている。９はコイル
の端子である。
き、本発明の実施の形態を説明する。 ［実施例１］図２は、本発明第一の実施例の電流検知部
付き半導体素子の斜視図である。半導体素子１は縦型の
ＩＧＢＴであり、上面にエミッタ電極２、下面にコレク
タ電極７を有している。６はゲート電極である。このＩ
ＧＢＴの側方にコイル８が設けられている。９はコイル
の端子である。
【００２０】今、このＩＧＢＴに矢印１０のように電流
が流れると、電流が流れる方向に垂直方向に磁界を生じ
る。図では、電流が下から上に流れているので、磁界は
上から見ると反時計周りに生じる。そして、この磁界を
横切るようにコイル９を配置することが重要である。配
置されたコイル９には、先に述べたように磁束の変化率
ｄΦ／ｄｔに応じた電圧Ｖが発生する。すなわち、電圧
Ｖは、コイルの巻数Ｎと面積Ｓおよび電流上昇率ｄＩ／
ｄｔに比例して、
が流れると、電流が流れる方向に垂直方向に磁界を生じ
る。図では、電流が下から上に流れているので、磁界は
上から見ると反時計周りに生じる。そして、この磁界を
横切るようにコイル９を配置することが重要である。配
置されたコイル９には、先に述べたように磁束の変化率
ｄΦ／ｄｔに応じた電圧Ｖが発生する。すなわち、電圧
Ｖは、コイルの巻数Ｎと面積Ｓおよび電流上昇率ｄＩ／
ｄｔに比例して、
【００２１】
【数４】 となる。ここでμ0 は真空中の透磁率で４π×１０
-7［Ｈ／ｍ］である。
-7［Ｈ／ｍ］である。
【００２２】簡単のため電流は中央に集中して流れるも
のとする。チップの大きさが約１０ｍｍ角のとき、簡単
のためｒ＝５ｍｍとする。コイルの面積を１ｍｍ2 、電
流上昇率ｄＩ／ｄｔ＝１０００［Ａ／μｓ］とすると、
のとする。チップの大きさが約１０ｍｍ角のとき、簡単
のためｒ＝５ｍｍとする。コイルの面積を１ｍｍ2 、電
流上昇率ｄＩ／ｄｔ＝１０００［Ａ／μｓ］とすると、
【００２３】
【数５】 となる。
【００２４】すなわち、本発明によれば、抵抗を付加せ
ずに、また損失増大を招くことなく、ＩＧＢＴの異常電
流等急激な電流が流れたとき、コイルの両端に生じる電
圧を検出することにより、常に半導体素子の電流に追随
して検知できる。半導体装置に流れる電流は、一定の直
流電流ということは少なく、特に最近は高い周波数でス
イッチングすることが多いので、このような電流変化率
に対する検知部を持つ半導体装置でも対応できる。どう
しても電流の変化率でなく電流の絶対値を知りたい場合
には、その電圧波形を例えばフーリエ変換することによ
って、検知することができる。 ［実施例２］図３は本発明第二の実施例の電流検知部付
き半導体素子の斜視図である。コイルを多数回巻いたソ
レノイド１１が半導体素子１の側方に配置されている。
検出できる電圧は巻いた回数に比例して増加する。例え
ば実施例１のコイル８の代わりに１００ターンのソレノ
イド１１を置けば、実施例１と同じ電流変化に対して検
出される電圧は１００倍の４Ｖになるので検知精度の向
上が期待できる。 ［実施例３］図４は本発明第三の実施例の電流検知部付
き半導体素子の斜視図である。半導体素子１を取り囲む
ソレノイド１２が配置されている。この例では、ソレノ
イド１２が半導体素子１全体を取り囲むので、ソレノイ
ド１２のターン数が増すだけでなく、電流とコイル間の
距離ｒの問題が無くなり、流れる電流を完全に検知する
ことができるようになり、検知精度が高められる。 ［実施例４］図１（ａ）本発明第四の実施例の電流検知
部付き半導体素子の部分断面図である。半導体素子中に
抵抗、コンデンサ等を作り込むことは比較的容易である
が、構造によってはコイルやソレノイドを作り込むこと
も可能であり、この例はソレノイドを作り込んだ例であ
る。
ずに、また損失増大を招くことなく、ＩＧＢＴの異常電
流等急激な電流が流れたとき、コイルの両端に生じる電
圧を検出することにより、常に半導体素子の電流に追随
して検知できる。半導体装置に流れる電流は、一定の直
流電流ということは少なく、特に最近は高い周波数でス
イッチングすることが多いので、このような電流変化率
に対する検知部を持つ半導体装置でも対応できる。どう
しても電流の変化率でなく電流の絶対値を知りたい場合
には、その電圧波形を例えばフーリエ変換することによ
って、検知することができる。 ［実施例２］図３は本発明第二の実施例の電流検知部付
き半導体素子の斜視図である。コイルを多数回巻いたソ
レノイド１１が半導体素子１の側方に配置されている。
検出できる電圧は巻いた回数に比例して増加する。例え
ば実施例１のコイル８の代わりに１００ターンのソレノ
イド１１を置けば、実施例１と同じ電流変化に対して検
出される電圧は１００倍の４Ｖになるので検知精度の向
上が期待できる。 ［実施例３］図４は本発明第三の実施例の電流検知部付
き半導体素子の斜視図である。半導体素子１を取り囲む
ソレノイド１２が配置されている。この例では、ソレノ
イド１２が半導体素子１全体を取り囲むので、ソレノイ
ド１２のターン数が増すだけでなく、電流とコイル間の
距離ｒの問題が無くなり、流れる電流を完全に検知する
ことができるようになり、検知精度が高められる。 ［実施例４］図１（ａ）本発明第四の実施例の電流検知
部付き半導体素子の部分断面図である。半導体素子中に
抵抗、コンデンサ等を作り込むことは比較的容易である
が、構造によってはコイルやソレノイドを作り込むこと
も可能であり、この例はソレノイドを作り込んだ例であ
る。
【００２５】図１（ａ）において、右側部分は電流のオ
ンオフをおこなう活性領域１３である。この部分は、ｎ
型シリコン基板１４の一方の側では、表面上に形成され
たゲート酸化膜１５と多結晶シリコンのゲート電極層１
６に同じマスクでフォトエッチングして窓を開け、その
窓からシリコン基板１４と反対の導電型層を形成する。
例えばホウ素を選択的に拡散してｐベース領域１７とす
る。更に、異なるマスクを用い、シリコン基板１４と同
一型の導電型層を形成する。例えば燐や砒素を選択的に
拡散してｎエミッタ領域１８とする。ｎ型シリコン基板
１４の他方の側には、ホウ素を拡散してｐコレクタ層１
９を形成している。そして、前記ゲート電極層１６を覆
うように絶縁膜として例えば減圧ＣＶＤ法によりＰＳＧ
（燐けい酸ガラス）２２を堆積し、選択的にエッチング
する。更に、アルミニウム合金を蒸着し、選択的にエッ
チングしてｎエミッタ領域１８およびｐベース領域１７
に共通に接触するエミッタ電極２とする。またこの反対
側にも金属膜を蒸着することにより、コレクタ電極７と
している。図に示した断面以外の部分で、ゲート電極層
１６に接触する金属のゲート電極が設けられている。
ンオフをおこなう活性領域１３である。この部分は、ｎ
型シリコン基板１４の一方の側では、表面上に形成され
たゲート酸化膜１５と多結晶シリコンのゲート電極層１
６に同じマスクでフォトエッチングして窓を開け、その
窓からシリコン基板１４と反対の導電型層を形成する。
例えばホウ素を選択的に拡散してｐベース領域１７とす
る。更に、異なるマスクを用い、シリコン基板１４と同
一型の導電型層を形成する。例えば燐や砒素を選択的に
拡散してｎエミッタ領域１８とする。ｎ型シリコン基板
１４の他方の側には、ホウ素を拡散してｐコレクタ層１
９を形成している。そして、前記ゲート電極層１６を覆
うように絶縁膜として例えば減圧ＣＶＤ法によりＰＳＧ
（燐けい酸ガラス）２２を堆積し、選択的にエッチング
する。更に、アルミニウム合金を蒸着し、選択的にエッ
チングしてｎエミッタ領域１８およびｐベース領域１７
に共通に接触するエミッタ電極２とする。またこの反対
側にも金属膜を蒸着することにより、コレクタ電極７と
している。図に示した断面以外の部分で、ゲート電極層
１６に接触する金属のゲート電極が設けられている。
【００２６】この活性領域１３では、そのゲート電極に
適当な大きさの正の電位を与えることにより、ゲート電
極層１６直下のｐベース領域１７の表面層に反転したチ
ャネル領域２１が誘起され、そのチャネル領域２１を通
じてｎエミッタ領域１８からｎベース層２０に注入され
る電子がベース電流となって、コレクタ電極７からエミ
ッタ電極２に電流が流れる。ゲート電極の正の電位を除
くと、ｎエミッタ領域１８からの電子の注入が止まり、
ＩＧＢＴはオフ状態になる。
適当な大きさの正の電位を与えることにより、ゲート電
極層１６直下のｐベース領域１７の表面層に反転したチ
ャネル領域２１が誘起され、そのチャネル領域２１を通
じてｎエミッタ領域１８からｎベース層２０に注入され
る電子がベース電流となって、コレクタ電極７からエミ
ッタ電極２に電流が流れる。ゲート電極の正の電位を除
くと、ｎエミッタ領域１８からの電子の注入が止まり、
ＩＧＢＴはオフ状態になる。
【００２７】図１（ａ）の左側部分は、ＩＧＢＴの周辺
部分にあたり、必要なエミッタとコレクタ間の耐圧を出
すための耐圧領域２３である。この例では、マスクを使
用して選択的に導入したｐガードリング２４を耐圧に応
じて必要な本数だけ設け、その上に絶縁膜として厚い酸
化膜２５と前記のＰＳＧ２２を重ねている。このＩＧＢ
Ｔに、今回の発明であるコイルを作り込む場合は、図の
ように、前記で使用した材料を利用する。すなわち、ゲ
ート電極層１６に使用した多結晶シリコン層２６、ＰＳ
Ｇ２２と同じＰＳＧ２７とエミッタ電極２に使用したア
ルミニウム合金層２８でソレノイド２９を構成すること
ができる。
部分にあたり、必要なエミッタとコレクタ間の耐圧を出
すための耐圧領域２３である。この例では、マスクを使
用して選択的に導入したｐガードリング２４を耐圧に応
じて必要な本数だけ設け、その上に絶縁膜として厚い酸
化膜２５と前記のＰＳＧ２２を重ねている。このＩＧＢ
Ｔに、今回の発明であるコイルを作り込む場合は、図の
ように、前記で使用した材料を利用する。すなわち、ゲ
ート電極層１６に使用した多結晶シリコン層２６、ＰＳ
Ｇ２２と同じＰＳＧ２７とエミッタ電極２に使用したア
ルミニウム合金層２８でソレノイド２９を構成すること
ができる。
【００２８】図１（ｂ）は、そのようにして形成したソ
レノイド２９の透視平面図である。多結晶シリコン層２
６とアルミニウム合金層２８とを繋いで、螺旋状のソレ
ノイド２９が形成されている。それらの間にはＰＳＧ２
７が挟まれているのである。図１（ａ）に示したソレノ
イドの断面は、図１（ｂ）の一点鎖線に沿ったＡ−Ａ断
面である。
レノイド２９の透視平面図である。多結晶シリコン層２
６とアルミニウム合金層２８とを繋いで、螺旋状のソレ
ノイド２９が形成されている。それらの間にはＰＳＧ２
７が挟まれているのである。図１（ａ）に示したソレノ
イドの断面は、図１（ｂ）の一点鎖線に沿ったＡ−Ａ断
面である。
【００２９】工程数が増えることを厭わなければ、この
実施例の多結晶シリコン層２６、アルミニウム合金層２
８の代わりに、銅を構成材料とした方が、より抵抗の低
いソレノイドを形成できる。ソレノイドの寸法として
は、内寸を１μｍ×１００μｍ、ターン数を１０００タ
ーンとすれば、１０００Ａ／μｓのｄＩ／ｄｔに対して
４ｍＶの出力が得られる。すなわち、ＩＧＢＴの異常電
流等急激な電流が流れたとき、ソレノイドの両端に生じ
る電圧を計ることにより検知でき、これにより半導体素
子あるいは回路の保護を行うことができる。電流の変化
率でなく電流の絶対値を検知したい場合には、その電圧
波形を例えばフーリエ変換することにより、可能にな
る。
実施例の多結晶シリコン層２６、アルミニウム合金層２
８の代わりに、銅を構成材料とした方が、より抵抗の低
いソレノイドを形成できる。ソレノイドの寸法として
は、内寸を１μｍ×１００μｍ、ターン数を１０００タ
ーンとすれば、１０００Ａ／μｓのｄＩ／ｄｔに対して
４ｍＶの出力が得られる。すなわち、ＩＧＢＴの異常電
流等急激な電流が流れたとき、ソレノイドの両端に生じ
る電圧を計ることにより検知でき、これにより半導体素
子あるいは回路の保護を行うことができる。電流の変化
率でなく電流の絶対値を検知したい場合には、その電圧
波形を例えばフーリエ変換することにより、可能にな
る。
【００３０】特にこの例のように、電流検知部としての
ソレノイド２９を半導体基板上に作り込むことによっ
て、別のコイル或いはソレノイドを付加する必要がな
く、全体の外形を小さくできる。そしてそのソレノイド
２９がこの例のように多結晶シリコン層２６およびアル
ミニウム合金層２８からなるものとすれば、これらの材
料は、半導体素子の製造プロセス上極めて汎用的な材料
であり、半導体素子と一連のプロセスで形成できるの
で、製造が容易である。 ［実施例５］図６は本発明第五の実施例の電流検知部付
き半導体素子の部分断面図である。この例では、半導体
素子に作り込んだ電流検知用ソレノイドの中に、強磁性
体が挿入されている。例えば、強磁性体としてコバルト
系軟磁性体を使用する場合には、多結晶シリコン層２
６、ＰＳＧ２７ａを堆積した後に、スパッタリングによ
りＣｏ−Ｈｆ−Ｔａ系アモルファス合金膜３０（比透磁
率：４２００）を堆積し、更にＰＳＧ２７ｂ、アルミニ
ウム合金層２８を堆積する。
ソレノイド２９を半導体基板上に作り込むことによっ
て、別のコイル或いはソレノイドを付加する必要がな
く、全体の外形を小さくできる。そしてそのソレノイド
２９がこの例のように多結晶シリコン層２６およびアル
ミニウム合金層２８からなるものとすれば、これらの材
料は、半導体素子の製造プロセス上極めて汎用的な材料
であり、半導体素子と一連のプロセスで形成できるの
で、製造が容易である。 ［実施例５］図６は本発明第五の実施例の電流検知部付
き半導体素子の部分断面図である。この例では、半導体
素子に作り込んだ電流検知用ソレノイドの中に、強磁性
体が挿入されている。例えば、強磁性体としてコバルト
系軟磁性体を使用する場合には、多結晶シリコン層２
６、ＰＳＧ２７ａを堆積した後に、スパッタリングによ
りＣｏ−Ｈｆ−Ｔａ系アモルファス合金膜３０（比透磁
率：４２００）を堆積し、更にＰＳＧ２７ｂ、アルミニ
ウム合金層２８を堆積する。
【００３１】このように、ソレノイドの中に例えば比透
磁率が４２００の強磁性体を挿入することによって、ソ
レノイドの両端に発生する電圧が増幅されて、出力電圧
は約４０００倍になる。従って制御等も容易におこなえ
る。 ［実施例６］図７は本発明第六の実施例の電流検知部付
き半導体素子の平面図である。
磁率が４２００の強磁性体を挿入することによって、ソ
レノイドの両端に発生する電圧が増幅されて、出力電圧
は約４０００倍になる。従って制御等も容易におこなえ
る。 ［実施例６］図７は本発明第六の実施例の電流検知部付
き半導体素子の平面図である。
【００３２】半導体素子のエミッタ電極２の一部２ａを
ソレノイド３１で取り囲み、電流検出をおこなった場合
である。ソレノイドは半導体素子の全体を取り囲んだ方
が精度は向上するが、場所を多く必要とするため、実施
例５のように強磁性体をいれるなどして出力電圧を増大
させれば、小さな領域のソレノイド３１でもよい。この
実施例のように一部分に形成したソレノイドにして、電
流検知部に必要な面積を低減することができる。 ［実施例７］図５は本発明第七の実施例の電流検知部付
き半導体素子の電流検知部の斜視図である。
ソレノイド３１で取り囲み、電流検出をおこなった場合
である。ソレノイドは半導体素子の全体を取り囲んだ方
が精度は向上するが、場所を多く必要とするため、実施
例５のように強磁性体をいれるなどして出力電圧を増大
させれば、小さな領域のソレノイド３１でもよい。この
実施例のように一部分に形成したソレノイドにして、電
流検知部に必要な面積を低減することができる。 ［実施例７］図５は本発明第七の実施例の電流検知部付
き半導体素子の電流検知部の斜視図である。
【００３３】半導体素子に検知部を外付けする場合で
も、ソレノイド３２内に強磁性体３３を挿入すれば、同
様に出力電圧増幅の効果が得られ、制御が容易になる。
透磁率の大きな強磁性体材料としては、実施例で挙げた
Ｃｏ−Ｈｆ−Ｔａ系合金の他に、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等の
合金、例えば、パーマロイ（μ＝１００００）、ミュー
メタル（μ＝２００００〜１０００００）等がある。
も、ソレノイド３２内に強磁性体３３を挿入すれば、同
様に出力電圧増幅の効果が得られ、制御が容易になる。
透磁率の大きな強磁性体材料としては、実施例で挙げた
Ｃｏ−Ｈｆ−Ｔａ系合金の他に、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等の
合金、例えば、パーマロイ（μ＝１００００）、ミュー
メタル（μ＝２００００〜１０００００）等がある。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明には、半導体
基板の相対する二つの主表面にそれぞれ設けられた主電
極間に主電流が流れる縦型半導体素子において、主電流
による磁界に垂直な検知面を有する検知コイルを半導体
基板近傍に配置することによって、抵抗を付けたりせず
に、また損失増大を招くことなく、正確に半導体素子の
電流検知を行うことができる。その結果、電流の検知精
度が大幅に高められ、確実に半導体素子および回路を保
護できるようになる。
基板の相対する二つの主表面にそれぞれ設けられた主電
極間に主電流が流れる縦型半導体素子において、主電流
による磁界に垂直な検知面を有する検知コイルを半導体
基板近傍に配置することによって、抵抗を付けたりせず
に、また損失増大を招くことなく、正確に半導体素子の
電流検知を行うことができる。その結果、電流の検知精
度が大幅に高められ、確実に半導体素子および回路を保
護できるようになる。
【００３５】検知用コイルまたはソレノイドの中に高透
磁率の強磁性体を挿入することにより、格段に検知精度
を高められる。更に、電流検知用のソレノイドを半導体
基板上に構成できることを示した。
磁率の強磁性体を挿入することにより、格段に検知精度
を高められる。更に、電流検知用のソレノイドを半導体
基板上に構成できることを示した。
【図１】（ａ）は本発明第四の実施例の電流検知部付き
半導体素子の部分断面図、（ｂ）は上面の透視平面図
半導体素子の部分断面図、（ｂ）は上面の透視平面図
【図２】本発明第一の実施例の電流検知部付き半導体素
子の斜視図
子の斜視図
【図３】本発明第二の実施例の電流検知部付き半導体素
子の斜視図
子の斜視図
【図４】本発明第三の実施例の電流検知部付き半導体素
子の斜視図
子の斜視図
【図５】本発明第七の実施例の電流検知部付き半導体素
子の平面図
子の平面図
【図６】本発明第五の実施例の電流検知部付き半導体素
子の部分断面図
子の部分断面図
【図７】本発明第六の実施例の電流検知部付き半導体素
子の部分斜視図
子の部分斜視図
【図８】従来の電流検知部付き半導体素子の例の斜視図
【図９】従来の電流検知部付き半導体素子の等価回路図
１ 縦型半導体素子 ２ エミッタ電極 ２ａ エミッタ電極の一部 ６ ゲート電極 ７ コレクタ電極 ８ コイル ９ コイル端子 １０ 電流方向 １１ ソレノイド １２ ソレノイド １３ 活性領域 １４ シリコン基板 １５ ゲート酸化膜 １６ ゲート電極層 １７ ｐベース領域 １８ ｎエミッタ領域 １９ ｐコレクタ層 ２０ ｎベース層 ２１ チャネル領域 ２２ ＰＳＧ ２３ 耐圧領域 ２４ ガードリング ２５ 酸化膜 ２６ 多結晶シリコン層 ２７、２７ａ、２７ｂ ＰＳＧ ２８ アルミニウム合金層 ２９ ソレノイド ３０ Ｃｏ−Ｈｆ−Ｔａ系アモルファス合金層 ３１ ソレノイド ３２ ソレノイド ３３ 強磁性体 ４１ 主ＩＧＢＴ ４２ センスＩＧＢＴ ４３ 主エミッタ電極 ４４ センスエミッタ電極 ４５ 抵抗 ４６ ゲート電極 ４８ ＭＯＳＦＥＴ
Claims (7)
- 【請求項１】半導体基板の相対する二つの主表面にそれ
ぞれ設けられた主電極間に主電流が流れる縦型半導体素
子において、主電流による磁界に垂直な検知面を有する
検知コイルを半導体基板近傍に配置することを特徴とす
る電流検知部付き縦型半導体素子。 - 【請求項２】検知部が、複数の検知コイルを直列接続し
たソレノイドであることを特徴とする請求項１記載の電
流検知部付き縦型半導体素子。 - 【請求項３】ソレノイドが、半導体素子の少なくとも一
方の主電極を取り囲むことを特徴とする請求項２記載の
電流検知部付き縦型半導体素子。 - 【請求項４】ソレノイドが、半導体素子の少なくとも一
方の主電極の一部を取り囲むことを特徴とする請求項２
記載の電流検知部付き縦型半導体素子。 - 【請求項５】ソレノイドが半導体基板上に作り込まれて
いることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記
載の電流検知部付き縦型半導体素子。 - 【請求項６】ソレノイドが多結晶シリコン電極およびア
ルミニウム合金からなることを特徴とする請求項５記載
の電流検知部付き縦型半導体素子。 - 【請求項７】ソレノイドの中に強磁性体が挿入されてい
ることを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載
の電流検知部付き縦型半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4901897A JPH10247718A (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | 電流検知部付き縦型半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4901897A JPH10247718A (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | 電流検知部付き縦型半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10247718A true JPH10247718A (ja) | 1998-09-14 |
Family
ID=12819396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4901897A Pending JPH10247718A (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | 電流検知部付き縦型半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10247718A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7432549B2 (en) * | 2001-01-24 | 2008-10-07 | Stmicroelectronics S.A. | Di/dt servo power switches |
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| WO2015012313A1 (ja) * | 2013-07-24 | 2015-01-29 | ヤマハ株式会社 | 電流検知回路及びそれを備えた磁気検出装置 |
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-
1997
- 1997-03-04 JP JP4901897A patent/JPH10247718A/ja active Pending
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