JPH10326897A - 電流検出セル付トレンチゲート半導体装置 - Google Patents
電流検出セル付トレンチゲート半導体装置Info
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Abstract
流検出精度を向上する。 【解決手段】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、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
とを同一にする。 【効果】主セルと電流検出セルの特性が同じとなり、高
精度な電流検出を実現できる。
Description
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。
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。
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。
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。
等価回路を示す。過電流検出機構付きIGBTは、主IG
BT300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12
0(以下これをセンス電極と呼ぶ)から構成されてい
る。
BT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、「Cu
rrent SensingIGBT for Future Intelligent Power Mod
ule」(M,Kudoh et al, ProceedingsISPSD, pp.303−30
6,1996)等がある。
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。
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。
BT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IG
BTの検出感度が低下するという問題もある。
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。
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。
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。
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。
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IG
BT領域のドリフト層内に形成された主ベース層、11
1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、1
22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1
10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IGB
Tセルの一部にしか描いていないが、実際には主IGB
Tセルの全セルに形成されている。
スIGBTセルのトレンチゲートを平行に形成し、主I
GBT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。
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IGB
T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IG
BT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。
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。
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IGB
T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IG
BT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。
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。
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。
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。
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。
Tセルをトレンチゲートよりも深いセンスウェル層10
9,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。
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I
GBT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。
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。
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。
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。
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。
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(1
10)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。
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。
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。
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。
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。
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。
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IG
BT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。
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。
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1
102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。
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。
最小限に抑えるために、主IGBTセルとセンスIGB
T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IGB
T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。
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11
02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11
02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IGB
T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。
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。
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。
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。
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。
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IGB
T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。
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。
GBT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。
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。
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。
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MOSFET
1205,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IG
BT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12
11,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122
2,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123
1,MOSFET1205のソース層1213に接触形成されたMO
SFET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12
40とカソード層1241及び多結晶シリコン124
2,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16
02,ゲートワイヤ取り出しの為のゲートパッド160
3,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。
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IG
BT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。
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。
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。
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IG
BT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。
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MOSF
ET領域のドリフト層内に形成されたセンスベース層、1
704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、17
07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W
ELL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MO
SFETベース層に連続して形成された主WELL層、17
20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。
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IG
BTに適用した場合よりも大きくなる場合がある。
実施例の等価回路図を示す。
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1
404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。
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。
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。
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。
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IG
BT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。
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。
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。
ルの平面構造図である。
す平面構造図である。
図である。
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、11
3…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IGB
Tベース層境界、300…主IGBT、301…センス
IGBT、400…主IGBTセル、401…センスI
GBT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、12
14…MOSFETコンタクト層、1220…厚い絶縁膜、1
221…層間絶縁膜、1222…ゲート絶縁膜、123
0…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、1233,123
4…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。
Claims (9)
- 【請求項1】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た半導体装置に
おいて、 上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、上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。 - 【請求項2】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た半導体装置に
おいて、 上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、上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。 - 【請求項3】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
っていることを特徴とする請求項1又は請求項2の電流
検出セル付トレンチゲート半導体装置。 - 【請求項4】主セル及び電流検出セルのトレンチゲート
の端部がトレンチゲートより深いウェル層により覆われ
ている構造を特徴とする請求項1又は請求項2の電流検
出セル付トレンチゲート半導体装置。 - 【請求項5】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、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又
は請求項2の電流検出セル付トレンチゲート半導体装
置。 - 【請求項6】電流検出セルに隣接して、動作しないダミ
ーセルを配置したことを特徴とする請求項1又は請求項
2の電流検出セル付トレンチゲート半導体装置。 - 【請求項7】主セルと電流検出セルの間に、主セルと電
流検出セルのトレンチゲートよりも幅の広い分離用トレ
ンチゲートを配置したことを特徴とする請求項1又は請
求項2の電流検出セル付トレンチゲート半導体装置。 - 【請求項8】主セルのトレンチゲートと電流検出セルの
トレンチゲートとは電気的に絶縁されている分離用トレ
ンチゲートを有することを特徴とする請求項1又は請求
項2の電流検出セル付トレンチゲート半導体装置。 - 【請求項9】一対の直流端子と、 交流出力の相数と同数の交流端子と、 一対の直流端子間に接続され、それぞれスイッチング素
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、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、 スイッチング素子が請求項1又は請求項2の電流検出セ
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。
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