WO2022176141A1 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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    • H03K2217/0081Power supply means, e.g. to the switch driver

Definitions

  • the present disclosure relates to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device.
  • a control circuit for controlling the state of the switching elements is placed on the same substrate as the semiconductor substrate on which the switching elements such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) are formed.
  • a semiconductor device to be formed is known (see Patent Document 1, for example).
  • a Zener diode is connected to the input side of the control circuit, and controls the control circuit so that an excessive power supply voltage is not applied to the control circuit.
  • a Schottky barrier diode may be arranged on the input side of the control circuit. If a Schottky barrier diode is provided, a P-channel MOSFET is connected in parallel with the Schottky barrier diode to reduce the voltage drop across the Schottky barrier diode.
  • an input protection circuit including a Zener diode is provided on the input side of the control circuit, even if a voltage close to the rated voltage of the control circuit is applied, a voltage higher than the breakdown voltage of the Zener diode (Zener voltage) will not be controlled. Not applied to circuit. In other words, in a burn-in (energization test) intended to screen the control circuit, a voltage close to the rated voltage cannot be applied to the control circuit. In order to perform reliable screening, it is necessary to take measures such as applying a voltage lower than the rated voltage for a long time, which lengthens the test time.
  • the present disclosure provides a semiconductor device capable of performing reliable screening in a short time.
  • a semiconductor device includes a switching element, a control circuit, a Zener diode, a first terminal, and a second terminal.
  • a switching element is formed on a semiconductor substrate.
  • a control circuit is formed on a semiconductor substrate including a switching element and controls the state of the switching element.
  • the Zener diode includes a cathode connected to a power supply voltage line between the control circuit and an input terminal to which a power supply voltage for driving the control circuit is input.
  • a Zener diode is formed on a semiconductor substrate.
  • the first terminal is provided on the main surface of the semiconductor substrate as an anode of the Zener diode.
  • the second terminal is provided on the main surface of the semiconductor substrate as one of the emitter and source of the switching element, and is insulated from the first terminal within the semiconductor substrate.
  • the semiconductor device of the present disclosure enables reliable screening in a short time.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the upper surface of the semiconductor device in Embodiment 1;
  • FIG. 4 is a flow chart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 1;
  • 1 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device with terminals in an open state;
  • FIG. 10 is a circuit diagram showing the configuration of a semiconductor device according to a second embodiment;
  • FIG. 12 is a circuit diagram showing the configuration of a semiconductor device according to a fourth embodiment
  • FIG. 12 is a plan view showing the structure of the upper surface of a semiconductor device according to a fourth embodiment
  • 10 is a flow chart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 4
  • FIG. 13 is a circuit diagram showing the configuration of a semiconductor device according to a fifth embodiment
  • FIG. 21 is a plan view showing the configuration of the upper surface of a semiconductor device according to a fifth embodiment
  • 1 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device with terminals in an open state
  • FIG. FIG. 12 is a circuit diagram showing the configuration of a semiconductor device in Embodiment 6
  • FIG. 20 is a plan view showing the structure of the upper surface of a semiconductor device according to a sixth embodiment;
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a semiconductor device 101 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the upper surface of semiconductor device 101 according to the first embodiment.
  • the semiconductor device 101 includes a protection circuit A1, a control circuit B1, a switching element Z1, an input terminal P1, a terminal P2, a terminal P3, a terminal P4, and a metal wire W1 formed on one semiconductor substrate S1.
  • the protection circuit A1 and the control circuit B1 may be collectively defined as one control circuit with a protection function.
  • the protection circuit A1 and the control circuit B1 are formed in the circuit region 10 within the semiconductor substrate S1, and the switching element Z1 is formed in the switching element region 20 within the same semiconductor substrate S1. Although only one switching element Z1 is shown in FIG. 1, a plurality of switching elements are formed in the switching element region 20.
  • the semiconductor substrate S1 is made of, for example, a semiconductor such as Si, or a so-called wide bandgap semiconductor such as SiC, GaN, or gallium oxide.
  • the protection circuit A1 has a power supply voltage line VDL, a resistor R1, a Zener diode D1 and a terminal P4.
  • the power supply voltage line VDL connects the input terminal P1 and the control circuit B1.
  • connection means that two parts are electrically connected to each other when the semiconductor device 101 normally operates.
  • a signal input from the input terminal P1 serves both as a power supply voltage for driving the control circuit B1 and as a pulse signal for controlling the state of the switching element Z1.
  • the resistor R1 is provided on the power supply voltage line VDL to limit unintended currents such as rush currents.
  • the cathode of the Zener diode D1 is connected to the power supply voltage line VDL.
  • the terminal P4 is the anode of the Zener diode D1 and is provided on the upper surface of the semiconductor substrate S1.
  • terminal P4 is a metal pad.
  • the control circuit B1 controls switching between the ON state and the OFF state of the switching element Z1.
  • An input portion B11 of the control circuit B1 is connected to the power supply voltage line VDL.
  • the output B12 of the control circuit B1 is connected to the gate GZ1 of the switching element Z1.
  • the control circuit B1 is also connected to the terminal P3.
  • the switching element Z1 is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), or the like.
  • the switching element Z1 in FIG. 1 is an N-channel IGBT.
  • the terminal P2 is a collector electrode, and is formed, for example, on the lower surface of the semiconductor substrate S1.
  • a terminal P3 is an emitter electrode and is a metal pad provided on the upper surface of the semiconductor substrate S1.
  • the terminal P3 is arranged separately from the terminal P4 on the upper surface of the semiconductor substrate S1.
  • the terminal P3 is not short-circuited with the terminal P4 in the semiconductor substrate S1, that is, is insulated from the terminal P4.
  • the metal wire W1 connects the terminal P3 and the terminal P4.
  • a metal wire W1 is an external wiring.
  • the external wiring is wiring that is not provided on the semiconductor substrate S1.
  • Terminal P4 is not short-circuited to terminal P3 in semiconductor substrate S1, but terminals P3 and P4 are electrically connected to each other by metal wire W1.
  • the terminal P3 is connected to GND. That is, the terminal P4 and the control circuit B1 are connected to GND via the terminal P3.
  • the Zener diode D1 controls the power supply voltage applied to the control circuit B1 to be equal to or lower than the Zener voltage.
  • FIG. 3 is a flow chart showing the method of manufacturing the semiconductor device 101 according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the semiconductor device 101A with terminals in an open state.
  • step S11 the semiconductor device 101A with the terminal P4 in an open state is prepared.
  • the terminal P4 In the state before burn-in (energization test), in other words, in the initial state, the terminal P4 is not connected to the terminal P3 by the metal wire W1.
  • the semiconductor device 101A in step S11 may be in a chip state or in a wafer state before dicing.
  • a test voltage is applied to the control circuit B1.
  • This step S12 is a so-called burn-in.
  • a test voltage is applied to the control circuit B1 by being applied between the power supply voltage line VDL and the terminal P3 via the input terminal P1.
  • the test voltage is applied to the control circuit B1 by being applied between the power supply voltage line VDL and the terminal P3 via the terminal P4.
  • the test voltage is higher than the Zener voltage of the Zener diode D1 and below the rated voltage of the control circuit B1.
  • the test voltage does not short-circuit the terminals P4 and P3.
  • the terminal P4 is temporarily connected to the terminal P3 by a tester or the like. Then, the power supply voltage is applied to the control circuit B1 by applying it between the power supply voltage line VDL and the terminal P3 via the input terminal P1.
  • step S13 after burn-in, terminal P4 is connected to terminal P3 with metal wire W1.
  • This step S13 is a so-called wire bonding step. Through this process, the semiconductor device 101 shown in FIG. 1 is completed.
  • the semiconductor device 101 includes a switching element Z1, a control circuit B1, a Zener diode D1, a terminal P4 (first terminal), a terminal P3 (second terminal) and a metal wire W1 (external wiring).
  • the switching element Z1 is formed on the semiconductor substrate S1.
  • the control circuit B1 is formed on the semiconductor substrate S1 including the switching element Z1, and controls the state of the switching element Z1.
  • Zener diode D1 includes a cathode connected to power supply voltage line VDL between control circuit B1 and input terminal P1 to which a power supply voltage for driving control circuit B1 is input. Zener diode D1 is formed on semiconductor substrate S1.
  • the terminal P4 is provided on the upper surface (main surface) of the semiconductor substrate S1 as the anode of the Zener diode D1.
  • a terminal P3 is provided on the upper surface of the semiconductor substrate S1 as an emitter of the switching element Z1.
  • the terminal P3 is insulated from the terminal P4 within the semiconductor substrate S1.
  • a metal wire W1 connects the terminals P3 and P4.
  • Such a semiconductor device 101 can apply a test voltage equal to or higher than the Zener voltage (approximately 7 V) of the Zener diode D1 to the control circuit B1 in the manufacturing process. For example, it is possible to apply a voltage close to the rated voltage of the control circuit B1 to perform burn-in. As a result, reliable screening can be completed in a short time.
  • the switching element Z1 is not limited to an N-channel IGBT.
  • the switching element Z1 may be an N-channel MOSFET.
  • terminal P4 corresponds to the source of the N-channel MOSFET.
  • a switching element whose emitter is separated may be connected for current sensing.
  • External wiring is not limited to metal wires.
  • the external wiring may be a flat conductor.
  • the terminals P4 and P3 may be provided on the bottom surface of the semiconductor substrate S1. In that case, the external wiring may be a wiring pattern provided on a circuit board facing the lower surface of the semiconductor substrate S1.
  • Embodiment 2 A semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment will be described.
  • the same reference numerals are given to the same components as in Embodiment 1, and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of semiconductor device 102 according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a plan view showing the configuration of the upper surface of semiconductor device 102 according to the second embodiment.
  • the semiconductor device 102 includes a protection circuit A2, a control circuit B1, a switching element Z1, an input terminal P1, a terminal P2, a terminal P3, a terminal P5, a terminal P6, and a metal wire W2 formed on one semiconductor substrate S1.
  • the protection circuit A2 has a power supply voltage line VDL, a resistor R1, a Zener diode D1, terminals P5 and P6.
  • the cathode of the Zener diode D1 is connected to the power supply voltage line VDL.
  • the anode of the Zener diode D1 is connected to the terminal P3, which is the emitter electrode of the switching element Z1.
  • the terminal P5 divides the power supply voltage line VDL in the semiconductor substrate S1 between the cathode of the Zener diode D1 and the control circuit B1.
  • the terminal P5 is provided on the upper surface of the semiconductor substrate S1 and is connected to the input section B11 of the control circuit B1.
  • terminal P5 is a metal pad.
  • the terminal P6 is the cathode of the Zener diode D1 and is provided on the upper surface of the semiconductor substrate S1.
  • the terminal P6 is not short-circuited with the terminal P5 in the semiconductor substrate S1, that is, is insulated from the terminal P5.
  • the terminal P6, together with the terminal P5, separates the power supply voltage line VDL in the semiconductor substrate S1 between the cathode of the Zener diode D1 and the control circuit B1.
  • terminal P6 is a metal pad.
  • a metal wire W2 connects the terminals P5 and P6 to form a power supply voltage line VDL. Although the terminal P6 is not short-circuited to the terminal P5 in the semiconductor substrate S1, the terminals P5 and P6 are electrically connected to each other by the metal wire W2.
  • the terminal P3 is connected to GND. That is, the anode of Zener diode D1 is connected to GND via terminal P3.
  • the Zener diode D1 controls the power supply voltage applied to the control circuit B1 to be equal to or lower than the Zener voltage.
  • FIG. 7 is a flow chart showing a method for manufacturing the semiconductor device 102 according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a circuit diagram showing the configuration of a semiconductor device 102A with terminals in an open state.
  • step S21 the semiconductor device 102A with the terminal P5 in an open state is prepared.
  • the open state of the terminal P5 corresponds to the open state of the power supply voltage line VDL. In the state before burn-in, terminal P5 is not connected to terminal P6 by metal wire W2.
  • a test voltage is applied to the control circuit B1. Specifically, the test voltage is applied to the control circuit B1 by being applied between the power supply voltage line VDL and the terminal P3 via the terminal P5. The test voltage is higher than the Zener voltage of the Zener diode D1 and below the rated voltage of the control circuit B1. Through this test, the semiconductor devices 102A that meet the specifications are screened.
  • terminal P5 is connected to terminal P6 with metal wire W2.
  • the semiconductor device 102 shown in FIG. 5 is completed.
  • the semiconductor device 102 includes a switching element Z1, a control circuit B1, a Zener diode D1, a terminal P5 (first terminal), a terminal P6 (second terminal) and a metal wire W2 (external wiring).
  • the switching element Z1 is formed on the semiconductor substrate S1.
  • the control circuit B1 is formed on the semiconductor substrate S1 including the switching element Z1, and controls the state of the switching element Z1.
  • Zener diode D1 includes a cathode connected to power supply voltage line VDL between control circuit B1 and input terminal P1 to which a power supply voltage for driving control circuit B1 is input.
  • Zener diode D1 is formed on semiconductor substrate S1.
  • the terminal P5 is provided on the upper surface of the semiconductor substrate S1.
  • the terminal P5 divides the power supply voltage line VDL in the semiconductor substrate S1 between the cathode of the Zener diode D1 and the control circuit B1.
  • the terminal P5 is connected to the input section B11 of the control circuit B1.
  • a terminal P6 is provided on the upper surface of the semiconductor substrate S1 as a cathode of the Zener diode D1.
  • the terminal P6, together with the terminal P5, separates the power supply voltage line VDL in the semiconductor substrate S1 between the cathode of the Zener diode D1 and the control circuit B1.
  • a metal wire W2 connects terminals P5 and P6 to form a power supply voltage line VDL.
  • Such a semiconductor device 102 can apply a test voltage equal to or higher than the Zener voltage (approximately 7 V) of the Zener diode D1 to the control circuit B1 in the manufacturing process. For example, it is possible to apply a voltage close to the rated voltage of the control circuit B1 to perform burn-in. As a result, reliable screening can be completed in a short time.
  • terminal P5 is provided in the protection circuit A2 in the second embodiment, the terminal P5 may be the input section B11 of the control circuit B1 itself.
  • Embodiment 3 A semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment will be described.
  • the same reference numerals are given to the same components as those in Embodiment 1 or 2, and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing the configuration of semiconductor device 103 according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a plan view showing the configuration of the upper surface of semiconductor device 103 according to the third embodiment.
  • the semiconductor device 103 includes a protection circuit A3, a control circuit B1, a switching element Z1, an input terminal P1, a terminal P2, a terminal P3, a terminal P7, a terminal P9, and a metal wire W3 formed on one semiconductor substrate S1.
  • the protection circuit A3 has an input terminal P1, a resistor R1, a resistor R2, a Zener diode D1, Schottky barrier diodes D2 to D6, a transistor T1, terminals P7 and P9.
  • the configurations of input terminal P1, resistor R1 and Zener diode D1 are the same as those of the second embodiment.
  • the Schottky barrier diode D2 and the transistor T1 are connected in parallel to the power supply voltage line VDL.
  • the Schottky barrier diode D2 prevents latchup parasitic on elements in the circuit.
  • Transistor T1 is a P-channel MOSFET. Transistor T1 reduces the voltage drop across Schottky barrier diode D2.
  • the gate of transistor T1 is connected to the drain via resistor R2.
  • the back gate of transistor T1 is connected to the cathodes of Schottky barrier diodes D3 and D4.
  • the anode of the Schottky barrier diode D3 is connected to the emitter of the switching element Z1, that is, the terminal P3.
  • the anode of Schottky barrier diode D4 is connected to input terminal P1 via the cathode of Zener diode D1 and resistor R1.
  • the anode of the Schottky barrier diode D5 is connected to the input section B11 of the control circuit B1.
  • the Schottky barrier diode D6 has a cathode connected to the input section B11 of the control circuit B1 and an anode connected to the terminal P3.
  • the terminal P9 is connected to the power supply voltage line VDL between the drain of the transistor T1 and the input section B11 of the control circuit B1.
  • the terminal P9 is provided on the upper surface of the semiconductor substrate S1.
  • terminal P9 is a metal pad.
  • terminal P7 is provided on the upper surface of the semiconductor substrate S1 as the gate of the transistor T1.
  • terminal P7 is a metal pad.
  • the terminal P3 is arranged separately from the terminal P7 on the upper surface of the semiconductor substrate S1.
  • the terminal P3 is not short-circuited with the terminal P7 in the semiconductor substrate S1, that is, is insulated from the terminal P7.
  • a metal wire W3 connects the terminals P3 and P7. Although the terminal P7 is not short-circuited to the terminal P3 in the semiconductor substrate S1, the terminals P3 and P7 are electrically connected to each other by the metal wire W3.
  • the terminal P3 is connected to GND. That is, the anode of Zener diode D1 and terminal P7 are connected to GND via terminal P3.
  • the Zener diode D1 controls the power supply voltage applied to the control circuit B1 to be equal to or lower than the Zener voltage. Also, such a configuration prevents malfunction of the back gate of the transistor T1 and the parasitic thyristor in the control circuit B1.
  • FIG. 11 is a flow chart showing a method for manufacturing the semiconductor device 103 according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a circuit diagram showing the configuration of a semiconductor device 103A with terminals in an open state.
  • step S31 the semiconductor device 103A with the terminal P7 in an open state is prepared. In the state before burn-in, terminal P7 is not connected to terminal P3 by metal wire W3.
  • a test voltage is applied to the control circuit B1.
  • the test voltage is applied to the control circuit B1 by applying it between the terminal P9 and the terminal P3 provided on the power supply voltage line VDL.
  • Terminal P7 which is the gate of transistor T1
  • Terminal P7 which is the gate of transistor T1
  • terminal P3 is not connected to terminal P3 as described above.
  • resistor R2 between the gate and drain of transistor T1. Therefore, when the test voltage is applied between the terminal P9 and the terminal P3, the transistor T1 will not be driven.
  • a test voltage whose maximum value is the breakdown voltage (about 16 V) of the Schottky barrier diode D6 is applied to the control circuit B1. Through this test, the semiconductor devices 103A that meet the specifications are screened.
  • the test voltage may be applied to the control circuit B1 by being applied between the power supply voltage line VDL and the terminal P3 via the terminal P7, for example.
  • terminal P7 is connected to terminal P3 with metal wire W3.
  • the semiconductor device 103 shown in FIG. 9 is completed.
  • the gate of transistor T1 is connected to the emitter of switching element Z1, ie, terminal P3.
  • Transistor T1 reduces the forward voltage drop of Schottky barrier diode D2.
  • the semiconductor device 103 includes a switching element Z1, a control circuit B1, a Zener diode D1, a transistor T1, a resistor R2, a terminal P7 (first terminal), a terminal P3 (second terminal), and a metal A wire W3 (external wiring) is provided.
  • the switching element Z1 is formed on the semiconductor substrate S1.
  • the control circuit B1 is formed on the semiconductor substrate S1 including the switching element Z1, and controls the state of the switching element Z1.
  • Zener diode D1 includes a cathode connected to power supply voltage line VDL between control circuit B1 and input terminal P1 to which a power supply voltage for driving control circuit B1 is input. Zener diode D1 is formed on semiconductor substrate S1.
  • the transistor T1 is formed on the semiconductor substrate S1 and connected in parallel to the power supply voltage line VDL.
  • the resistor R2 is formed on the semiconductor substrate S1 and provided between the gate and drain of the transistor T1.
  • the terminal P7 is provided on the upper surface of the semiconductor substrate S1 as the gate of the transistor T1.
  • a terminal P3 is provided on the upper surface of the semiconductor substrate S1 as an emitter of the switching element Z1 and is insulated from the terminal P7.
  • a metal wire W3 connects the terminals P7 and P3.
  • Such a semiconductor device 103 enables burn-in by applying a voltage close to the rated voltage of the control circuit B1 to the control circuit B1 in the manufacturing process. Since a voltage higher than the Zener voltage of the Zener diode D1 for input protection is applied, reliable screening is completed in a short time.
  • Embodiment 4 A semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment will be described.
  • the same reference numerals are given to the same constituent elements as in any one of Embodiments 1 to 3, and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 13 is a circuit diagram showing the configuration of semiconductor device 104 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is a plan view showing the configuration of the upper surface of semiconductor device 104 according to the fourth embodiment.
  • the semiconductor device 104 includes a protection circuit A4, a control circuit B1, a switching element Z1, an input terminal P1, a terminal P2, a terminal P3, a terminal P8 and a terminal P9 formed on one semiconductor substrate S1.
  • the protection circuit A4 further includes a Zener diode D7 and a bidirectional Zener diode D8 in addition to the configuration of the protection circuit A3 of the third embodiment.
  • Zener diode D7 includes a cathode connected to the gate of transistor T1 and an anode connected to the emitter of switching element Z1.
  • the Zener diode D7 is short-circuited (Zener zapped). That is, the gate of transistor T1 is short-circuited with terminal P3.
  • a bidirectional Zener diode D8 is provided between the gate and drain of the transistor T1 and connected in series with the resistor R2.
  • the bidirectional Zener diode D8 reduces heat generated in each element in the current path when the test voltage is applied to the control circuit B1 in the manufacturing process of the semiconductor device 104.
  • FIG. The heat is generated by overvoltage or overcurrent, and causes damage to each element.
  • the degree of heat generation reduction can be adjusted by the number of bidirectional Zener diodes D8 connected. If the heat generation is small, the bidirectional Zener diode D8 is not necessarily required.
  • terminal P8 is provided on the upper surface of the semiconductor substrate S1 as the gate of the transistor T1.
  • terminal P8 is a metal pad.
  • a metal wire or the like is not connected to the terminal P8.
  • the terminal P3 is arranged separately from the terminal P8 on the upper surface of the semiconductor substrate S1.
  • the terminal P3 is not short-circuited with the terminal P8 in the semiconductor substrate S1, that is, is insulated from the terminal P8.
  • the anode of the Zener diode D1 is connected to GND via the terminal P3.
  • the Zener diode D1 controls the power supply voltage applied to the control circuit B1 to be equal to or lower than the Zener voltage. Further, since the Zener diode D7 is short-circuited (Zener zapped), the gate of the transistor T1 is also connected to GND via the terminal P3. Transistor T1 reduces the forward voltage drop of Schottky barrier diode D2.
  • FIG. 15 is a flow chart showing a method for manufacturing the semiconductor device 104 according to the fourth embodiment.
  • step S41 a semiconductor device is prepared in which the Zener diode D7 is not short-circuited.
  • the gate of transistor T1 is isolated from terminal P3 within a predetermined voltage range by Zener diode D7.
  • a test voltage is applied to the control circuit B1.
  • the test voltage is applied to the control circuit B1 by applying it between the terminals P9 and P3. No current flows from the gate of transistor T1 to terminal P3.
  • a resistor R2 also exists between the gate and the drain of the transistor T1. Therefore, when the test voltage is applied via the terminal P9, the transistor T1 will not be driven.
  • a test voltage whose maximum value is the breakdown voltage (about 16 V) of the Schottky barrier diode D6 is applied to the control circuit B1. At this time, a voltage of about 9 V is applied between the gate and drain of the transistor T1. This test screens for semiconductor devices that meet the specifications.
  • step S43 after burn-in, the Zener diode D7 is short-circuited (zener zap).
  • a voltage of about 35 V, for example, is applied as a short-circuiting voltage between the gate of the transistor T1 and the emitter of the switching element Z1.
  • the voltage between the gate and the drain of the transistor T1 is about 19V.
  • a bidirectional Zener diode D8 is connected between the gate and drain of transistor T1 so that each element in the current path can withstand heat generation.
  • the Zener zap shorts the gate of transistor T1 to the emitter of switching element Z1, ie terminal P3.
  • Transistor T1 reduces the forward voltage drop of Schottky barrier diode D2.
  • the semiconductor device 104 includes a switching element Z1, a control circuit B1, a Zener diode D1, a transistor T1, a resistor R2, a Zener diode D7 (short circuit processing Zener diode), and a terminal P8 (gate terminal ) and
  • the switching element Z1 is formed on the semiconductor substrate S1.
  • the control circuit B1 is formed on the semiconductor substrate S1 including the switching element Z1, and controls the state of the switching element Z1.
  • Zener diode D1 includes a cathode connected to power supply voltage line VDL between control circuit B1 and input terminal P1 to which a power supply voltage for driving control circuit B1 is input. Zener diode D1 is formed on semiconductor substrate S1.
  • the transistor T1 is formed on the semiconductor substrate S1 and connected in parallel to the power supply voltage line VDL.
  • the resistor R2 is formed on the semiconductor substrate S1 and provided between the gate and drain of the transistor T1.
  • Zener diode D7 includes a cathode connected to the gate of transistor T1 and an anode connected to the emitter of switching element Z1. Zener diode D7 is short-circuited.
  • a terminal P8 is provided on the upper surface of the semiconductor substrate S1 as a gate of the transistor T1.
  • Such a semiconductor device 104 makes it possible to perform burn-in by applying a voltage close to the rated voltage of the control circuit B1 to the control circuit B1 in the manufacturing process. Since a voltage higher than the Zener voltage of the Zener diode D1 for input protection is applied, reliable screening is completed in a short time. Cost is reduced because a wire bonding process is not required for electrically connecting the gate of the transistor T1 and the emitter of the switching element Z1.
  • Embodiment 5 A semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the fifth embodiment will be described.
  • the same reference numerals are given to the same components as in any one of Embodiments 1 to 4, and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 16 is a circuit diagram showing the configuration of semiconductor device 105 according to the fifth embodiment.
  • FIG. 17 is a plan view showing the configuration of the upper surface of semiconductor device 105 according to the fifth embodiment.
  • the semiconductor device 105 includes a protection circuit A3, a control circuit B2, a switching element Z1, an input terminal P1, a terminal P2, a terminal P3, a terminal P7, a terminal P9, a terminal P10, and a metal wire W3 formed on one semiconductor substrate S1. .
  • the control circuit B2 includes a waveform shaping circuit C1, a P-channel MOSFET (T2), a P-channel MOSFET (T3), a P-channel MOSFET (T4), a constant current source C2 and a resistor R3.
  • the P-channel MOSFET (T2) is driven by the output of the waveform shaping circuit C1.
  • the source of the P-channel MOSFET (T3) is shared with the drain of the P-channel MOSFET (T2) and connected to the constant current source C2.
  • the gate of the P-channel MOSFET (T4) is common with the P-channel MOSFET (T3).
  • the P-channel MOSFET (T4) and P-channel MOSFET (T3) form a current mirror circuit.
  • the drain of the P-channel MOSFET (T4) is connected to the gate GZ1 of the switching element Z1.
  • a resistor R3 connects the gate of the transistor T1, the gate GZ1 of the switching element Z1 and the drain of the P-channel MOSFET (T4) to each other.
  • the protection circuit A3 has the configuration shown in the third embodiment. Although the terminal P7 is not short-circuited to the terminal P3 in the semiconductor substrate S1, the terminals P3 and P7 are electrically connected to each other by the metal wire W3. As in the fourth embodiment, a bidirectional Zener diode D8 may be connected between the gate of transistor T1 and resistor R2, if necessary.
  • terminal P10 is provided on the upper surface of the semiconductor substrate S1 as a gate electrode of the switching element Z1.
  • terminal P10 is a metal pad.
  • the anode of the Zener diode D1 and the terminal P7 are connected to GND via the terminal P3.
  • a voltage signal is input to the input terminal P1.
  • a power supply voltage is generated based on the voltage signal, and Zener diode D1 controls the power supply voltage below the Zener voltage.
  • the waveform shaping circuit C1 is turned on based on the power supply voltage.
  • the H signal is transmitted to the gate of the P-channel MOSFET (T2), turning off the P-channel MOSFET (T2).
  • a current flows from the constant current source C2 to the P-channel MOSFET (T3). Due to the current mirror configuration, a copied or amplified current flows in the P-channel MOSFET (T4).
  • Current flows through resistor R3.
  • a gate voltage is applied to the gate GZ1 of the switching element Z1, and current flows from the terminal P3, which is the emitter electrode, to the terminal P2, which is the collector electrode.
  • the blocking operation is the reverse of (i) to (iii) above.
  • FIG. 18 is a circuit diagram showing the configuration of a semiconductor device 105A with open terminals.
  • step S31 the semiconductor device 105A with the terminal P7 in an open state is prepared. In the state before burn-in, terminal P7 is not connected to terminal P3 by metal wire W3.
  • a test voltage is applied to the control circuit B2.
  • the test voltage is applied to the control circuit B2 by applying it between the terminal P9 and the terminal P3.
  • a test voltage having a maximum value of the withstand voltage (approximately 16 V) of the Schottky barrier diode D6 is applied to the control circuit B2.
  • a gate oxide film screening voltage (hereinafter referred to as a gate oxide film test voltage) is applied between terminals P10 and P3.
  • a gate oxide film test voltage For example, when the thickness of the gate oxide film of the switching element Z1 is 500 ⁇ , it is preferable to apply a gate oxide film test voltage near the withstand voltage (50 V) of the oxide film.
  • a gate oxide film test voltage of 40V when a gate oxide film test voltage of 40V is applied between terminals P10 and P3, current flows through the path of resistor R3-resistor R2-Schottky barrier diode D6.
  • the Schottky barrier diode D6 has a withstand voltage of about 16V, a voltage of 24V is applied to the resistors R2 and R3 together.
  • Bidirectional Zener diode D8 reduces heat generation in resistors R2 and R3. The degree of heat generation reduction can be adjusted by the number of bidirectional Zener diodes D8 connected.
  • the gate oxide film test voltage is applied through the terminal P10. A gate oxide test voltage may be applied to .
  • the semiconductor device 105A that satisfies the specifications is screened by the test in step S32.
  • terminal P7 is connected to terminal P3 with metal wire W3.
  • the semiconductor device 105 shown in FIG. 16 is completed.
  • the transistor T1 reduces the voltage drop across the Schottky barrier diode D2.
  • such a connection configuration enables the state of the switching element Z1 to be controlled by a signal input from the input terminal P1.
  • the semiconductor device 105 according to the fifth embodiment has, in addition to the structure of the semiconductor device 103 according to the third embodiment, a resistor R3 (for voltage generation) connecting the gate of the transistor T1 and the gate GZ1 of the switching element Z1. resistance).
  • Such a semiconductor device 105 enables not only screening of the control circuit B2 but also screening of the gate oxide film of the switching element Z1. This improves selectability regarding the presence/absence of defects in the semiconductor device 105A.
  • the semiconductor device 105 may further include a P-channel MOSFET (not shown) that is connected in parallel with the P-channel MOSFET (T3) and driven during malfunction. Malfunction is, for example, malfunction at high temperature or overvoltage. This enhances the protection function.
  • Embodiment 6 A semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the sixth embodiment will be described.
  • the same reference numerals are given to the same components as in any of Embodiments 1 to 5, and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 19 is a circuit diagram showing the configuration of the semiconductor device 106 according to the sixth embodiment.
  • FIG. 20 is a plan view showing the configuration of the upper surface of semiconductor device 106 in accordance with the sixth embodiment.
  • the semiconductor device 106 includes a protection circuit A4, a control circuit B2, a switching element Z1, an input terminal P1, a terminal P2, a terminal P3, a terminal P8, a terminal P9 and a terminal P10 formed on one semiconductor substrate S1.
  • Zener diode D7 includes a cathode connected to the gate of transistor T1 and an anode connected to the emitter of switching element Z1. Zener diode D7 is short-circuited. Also, a bidirectional Zener diode D8 is provided as required. A terminal P8 is provided on the upper surface of the semiconductor substrate S1 as a gate of the transistor T1. A metal wire or the like is not connected to the terminal P8. The terminal P3 is not short-circuited with the terminal P8 in the semiconductor substrate S1, that is, is insulated from the terminal P8.
  • the control circuit B2 has the configuration shown in the fifth embodiment. That is, the resistor R3 connects the gate of the transistor T1, the gate GZ1 of the switching element Z1, and the drain of the P-channel MOSFET (T4).
  • a method for manufacturing the semiconductor device 106 according to the sixth embodiment is the same as the flowchart shown in FIG.
  • step S41 a semiconductor device is prepared in which the Zener diode D7 is not short-circuited.
  • a test voltage is applied to the control circuit B2.
  • the test voltage is applied to the control circuit B2 by applying it between the terminal P9 and the terminal P3.
  • a resistor R2 also exists between the gate and the drain of the transistor T1. Therefore, when the test voltage is applied via the terminal P9, the transistor T1 will not be driven.
  • a voltage approximately 16 V
  • a voltage of about 9 V is applied between the gate and drain of transistor T1.
  • step S43 after burn-in, the Zener diode D7 is short-circuited (zener zap). At this time, a voltage of about 35 V, for example, is applied between the gate of the transistor T1 and the emitter of the switching element Z1 as a short-circuiting voltage. The voltage between the gate and drain of transistor T1 is approximately 19V.
  • Bidirectional Zener diode D8 reduces heat generation of each element in the current path. The degree of reduction can be adjusted by the number of bidirectional Zener diodes D8 connected.
  • the semiconductor device 106 according to the sixth embodiment has, in addition to the structure of the semiconductor device 104 according to the third embodiment, a resistor R3 (for voltage generation) connecting the gate of the transistor T1 and the gate GZ1 of the switching element Z1. resistance).
  • Such a semiconductor device 106 enables not only screening of the control circuit B2 but also screening of the gate oxide film of the switching element Z1. The selectability of the presence/absence of defects in the semiconductor device 106 is improved.

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Abstract

信頼性のあるスクリーニングを短時間で行うことが可能な半導体装置を提供する。半導体装置は、スイッチング素子、制御回路、ツェナーダイオード、第1端子および第2端子を備える。スイッチング素子は、半導体基板に形成されている。制御回路は、スイッチング素子を含む半導体基板に形成され、スイッチング素子の状態を制御する。ツェナーダイオードは、制御回路を駆動させるための電源電圧が入力される入力端子と制御回路との間の電源電圧ラインに接続されたカソードを含む。ツェナーダイオードは、半導体基板に形成されている。第1端子は、ツェナーダイオードのアノードとして、半導体基板の主面に設けられている。第2端子は、スイッチング素子のエミッタおよびソースのうちいずれか一方として、半導体基板の主面に設けられ、半導体基板内で第1端子から絶縁されている。

Description

半導体装置および半導体装置の製造方法
 本開示は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等のスイッチング素子が形成された半導体基板と同一の基板内に、そのスイッチング素子の状態を制御するための制御回路が形成される半導体装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。制御回路の入力側にはツェナーダイオードが接続されており、そのツェナーダイオードは制御回路に過大な電源電圧が印加されないように制御している。また、半導体装置の内部の寄生素子によって引き起こされるラッチアップを防止するため、制御回路の入力側にはショットキーバリアダイオードが配置される場合がある。ショットキーバリアダイオードが配置されている場合、そのショットキーバリアダイオードによる電圧降下を低減するため、PチャネルMOSFETがそのショットキーバリアダイオードに並列に接続される。
特開2002-16254号公報
 制御回路の入力側にツェナーダイオードを含む入力保護用の回路が設けられている場合、制御回路の定格電圧近傍の電圧を印加したとしても、ツェナーダイオードの降伏電圧(ツェナー電圧)以上の電圧は制御回路に印加されない。言い換えると、制御回路のスクリーニングを目的としたバーンイン(通電試験)においては、その定格電圧近傍の電圧を制御回路に印加することができない。信頼性のあるスクリーニングを行うためには、定格電圧よりも低い電圧を長時間印加するなどの措置が必要となり、試験時間が長くなる。
 本開示は、上記の課題を解決するため、信頼性のあるスクリーニングを短時間で行うことが可能な半導体装置を提供する。
 本開示に係る半導体装置は、スイッチング素子、制御回路、ツェナーダイオード、第1端子および第2端子を備える。スイッチング素子は、半導体基板に形成されている。制御回路は、スイッチング素子を含む半導体基板に形成され、スイッチング素子の状態を制御する。ツェナーダイオードは、制御回路を駆動させるための電源電圧が入力される入力端子とその制御回路との間の電源電圧ラインに接続されたカソードを含む。ツェナーダイオードは、半導体基板に形成されている。第1端子は、ツェナーダイオードのアノードとして半導体基板の主面に設けられている。第2端子は、スイッチング素子のエミッタおよびソースのうちいずれか一方として半導体基板の主面に設けられ、半導体基板内で第1端子から絶縁されている。
 本開示の半導体装置は、信頼性のあるスクリーニングを短時間で行うことを可能にする。
 本開示の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白になる。
実施の形態1における半導体装置の構成を示す回路図である。 実施の形態1における半導体装置の上面における構成を示す平面図である。 実施の形態1における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 端子が開放状態の半導体装置の構成を示す回路図である。 実施の形態2における半導体装置の構成を示す回路図である。 実施の形態2における半導体装置の上面における構成を示す平面図である。 実施の形態2における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 端子が開放状態の半導体装置の構成を示す回路図である。 実施の形態3における半導体装置の構成を示す回路図である。 実施の形態3における半導体装置の上面における構成を示す平面図である。 実施の形態3における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 端子が開放状態の半導体装置の構成を示す回路図である。 実施の形態4における半導体装置の構成を示す回路図である。 実施の形態4における半導体装置の上面における構成を示す平面図である。 実施の形態4における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態5における半導体装置の構成を示す回路図である。 実施の形態5における半導体装置の上面における構成を示す平面図である。 端子が開放状態の半導体装置の構成を示す回路図である。 実施の形態6における半導体装置の構成を示す回路図である。 実施の形態6における半導体装置の上面における構成を示す平面図である。
 <実施の形態1>
 (半導体装置の構成)
 図1は、実施の形態1における半導体装置101の構成を示す回路図である。図2は、実施の形態1における半導体装置101の上面における構成を示す平面図である。
 半導体装置101は、1つの半導体基板S1に形成された保護回路A1、制御回路B1、スイッチング素子Z1、入力端子P1、端子P2、端子P3、端子P4および金属ワイヤW1を備える。保護回路A1および制御回路B1は、合わせて1つの保護機能付き制御回路として定義されてもよい。
 保護回路A1および制御回路B1は半導体基板S1内の回路領域10に形成されており、スイッチング素子Z1は同一の半導体基板S1内のスイッチング素子領域20に形成されている。図1には1つのスイッチング素子Z1のみが示されているが、スイッチング素子領域20には複数のスイッチング素子が形成されている。半導体基板S1は、例えば、Si等の半導体、または、SiC、GaN、酸化ガリウム等のいわゆるワイドバンドギャップ半導体によって形成されている。
 保護回路A1は、電源電圧ラインVDL、抵抗R1、ツェナーダイオードD1および端子P4を有する。
 電源電圧ラインVDLは、入力端子P1と制御回路B1とを接続している。以下、「接続」とは、半導体装置101が通常動作する場合に2つの部分が互いに電気的に接続されていることを言う。入力端子P1から入力される信号は、制御回路B1を駆動させるための電源電圧とスイッチング素子Z1の状態を制御するためのパルス信号とを兼ねている。
 抵抗R1は、電源電圧ラインVDL上に設けられ、突入電流など設計上、意図しない電流を制限する。
 ツェナーダイオードD1のカソードは、電源電圧ラインVDLに接続されている。
 端子P4は、ツェナーダイオードD1のアノードであり、半導体基板S1の上面に設けられている。ここでは、端子P4は、金属パッドである。
 制御回路B1は、スイッチング素子Z1のオン状態およびオフ状態の切り替えを制御する。制御回路B1の入力部B11は、電源電圧ラインVDLに接続されている。制御回路B1の出力部B12は、スイッチング素子Z1のゲートGZ1に接続されている。また、制御回路B1は、端子P3にも接続されている。
 スイッチング素子Z1は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等である。図1におけるスイッチング素子Z1は、NチャネルIGBTである。
 端子P2はコレクタ電極であり、例えば、半導体基板S1の下面に形成されている。
 端子P3はエミッタ電極であり、半導体基板S1の上面に設けられた金属パッドである。半導体基板S1の上面において、端子P3は端子P4から分離して配置されている。端子P3は、半導体基板S1内で、端子P4とは短絡していない、つまり端子P4から絶縁されている。
 金属ワイヤW1は、端子P3と端子P4とを接続している。金属ワイヤW1は、外部配線である。外部配線とは、半導体基板S1上に設けられていない配線である。端子P4は、半導体基板S1内で端子P3に短絡していないものの、端子P3と端子P4とは、金属ワイヤW1によって互いに電気的に接続されている。
 半導体装置101がシステム等に実装される場合、端子P3はGNDに接続される。つまり、端子P4と制御回路B1とは、端子P3を介してGNDに接続される。ツェナーダイオードD1は、制御回路B1に印加される電源電圧をツェナー電圧以下に制御する。
 (半導体装置の製造方法)
 図3は、実施の形態1における半導体装置101の製造方法を示すフローチャートである。図4は、端子が開放状態の半導体装置101Aの構成を示す回路図である。
 ステップS11にて、端子P4が開放状態の半導体装置101Aを準備する。バーンイン(通電試験)前の状態、言い換えると初期状態において、端子P4は、端子P3に金属ワイヤW1によって接続されていない。なお、このステップS11における半導体装置101Aは、チップ状態であってもよいし、ダイシング前のウエハ状態であってもよい。
 ステップS12にて、試験用電圧を制御回路B1に印加する。このステップS12は、いわゆるバーンインである。例えば、試験用電圧が、入力端子P1を介して電源電圧ラインVDLと端子P3との間に印加されることで制御回路B1に印加される。または例えば、試験用電圧は、端子P4を介して電源電圧ラインVDLと端子P3との間に印加されることで制御回路B1に印加される。試験用電圧は、ツェナーダイオードD1のツェナー電圧よりも大きく、制御回路B1の定格電圧以下である。その試験用電圧によって、端子P4と端子P3とが短絡することはない。このバーンインによって、仕様を満たす半導体装置101Aがスクリーニングされる。なお、この試験と合わせて、制御回路B1の基本特性評価が実行される場合、端子P4は端子P3にテスタ等で一時的に接続される。そして、電源電圧が入力端子P1を介して電源電圧ラインVDLと端子P3との間に印加されることで制御回路B1に印加される。
 ステップS13にて、バーンイン後、端子P4を端子P3に金属ワイヤW1で接続する。このステップS13は、いわゆるワイヤボンディング工程である。この工程により、図1に示される半導体装置101が完成する。
 以上をまとめると、実施の形態1における半導体装置101は、スイッチング素子Z1、制御回路B1、ツェナーダイオードD1、端子P4(第1端子)、端子P3(第2端子)および金属ワイヤW1(外部配線)を備える。スイッチング素子Z1は、半導体基板S1に形成されている。制御回路B1は、スイッチング素子Z1を含む半導体基板S1に形成され、スイッチング素子Z1の状態を制御する。ツェナーダイオードD1は、制御回路B1を駆動させるための電源電圧が入力される入力端子P1と制御回路B1との間の電源電圧ラインVDLに接続されたカソードを含む。ツェナーダイオードD1は、半導体基板S1に形成されている。端子P4は、ツェナーダイオードD1のアノードとして、半導体基板S1の上面(主面)に設けられている。端子P3は、スイッチング素子Z1のエミッタとして、半導体基板S1の上面に設けられている。端子P3は、半導体基板S1内で端子P4から絶縁されている。金属ワイヤW1は、端子P3と端子P4とを接続している。
 このような半導体装置101は、その製造工程において、ツェナーダイオードD1のツェナー電圧(約7V)以上の試験用電圧を制御回路B1に印加することが可能である。例えば、制御回路B1の定格電圧に近い電圧を印加して、バーンインを実行することが可能である。その結果、信頼性のあるスクリーニングが短時間で完了する。
 スイッチング素子Z1は、NチャネルIGBTに限定されるものではない。スイッチング素子Z1は、NチャネルMOSFETであってもよい。その場合、端子P4は、NチャネルMOSFETのソースに対応する。また、電流センス用にエミッタのみが分離されたスイッチング素子が接続されていてもよい。外部配線は、金属ワイヤに限定されるものではない。外部配線は、平板状の導電体であってもよい。端子P4および端子P3は、半導体基板S1の下面に設けられていてもよい。その場合、外部配線は、半導体基板S1の下面と対向する回路基板に設けられた配線パターンであってもよい。これらの変形例は、以下に示される各実施の形態にも適用可能である。
 <実施の形態2>
 実施の形態2における半導体装置および半導体装置の製造方法を説明する。実施の形態2において、実施の形態1と同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
 (半導体装置の構成)
 図5は、実施の形態2における半導体装置102の構成を示す回路図である。図6は、実施の形態2における半導体装置102の上面における構成を示す平面図である。
 半導体装置102は、1つの半導体基板S1に形成された保護回路A2、制御回路B1、スイッチング素子Z1、入力端子P1、端子P2、端子P3、端子P5、端子P6および金属ワイヤW2を備える。
 保護回路A2は、電源電圧ラインVDL、抵抗R1、ツェナーダイオードD1、端子P5および端子P6を有する。
 ツェナーダイオードD1のカソードは、電源電圧ラインVDLに接続されている。ツェナーダイオードD1のアノードは、スイッチング素子Z1のエミッタ電極である端子P3に接続されている。
 端子P5は、半導体基板S1内の電源電圧ラインVDLをツェナーダイオードD1のカソードと制御回路B1との間で分断している。端子P5は、半導体基板S1の上面に設けられており、制御回路B1の入力部B11に接続されている。ここでは、端子P5は、金属パッドである。
 端子P6は、ツェナーダイオードD1のカソードであり、半導体基板S1の上面に設けられている。端子P6は、半導体基板S1内で端子P5とは短絡していない、つまり端子P5から絶縁されている。端子P6は、端子P5とともに、半導体基板S1内の電源電圧ラインVDLをツェナーダイオードD1のカソードと制御回路B1との間で分断している。ここでは、端子P6は、金属パッドである。
 金属ワイヤW2は、端子P5と端子P6とを接続して、電源電圧ラインVDLを形成している。端子P6は、半導体基板S1内で端子P5に短絡していないものの、端子P5と端子P6とは、金属ワイヤW2によって互いに電気的に接続されている。
 半導体装置102がシステム等に実装される場合、端子P3はGNDに接続される。つまり、ツェナーダイオードD1のアノードは、端子P3を介してGNDに接続される。ツェナーダイオードD1は、制御回路B1に印加される電源電圧をツェナー電圧以下に制御する。
 (半導体装置の製造方法)
 図7は、実施の形態2における半導体装置102の製造方法を示すフローチャートである。図8は、端子が開放状態の半導体装置102Aの構成を示す回路図である。
 ステップS21にて、端子P5が開放状態の半導体装置102Aを準備する。端子P5が開放状態であることは、電源電圧ラインVDLが開放状態であることに対応する。バーンイン前の状態において、端子P5は、端子P6に金属ワイヤW2によって接続されていない。
 ステップS22にて、試験用電圧を制御回路B1に印加する。具体的には、試験用電圧は、端子P5を介して電源電圧ラインVDLと端子P3との間に印加されることで制御回路B1に印加される。試験用電圧は、ツェナーダイオードD1のツェナー電圧よりも大きく、制御回路B1の定格電圧以下である。この試験によって、仕様を満たす半導体装置102Aがスクリーニングされる。
 ステップS23にて、バーンイン後、端子P5を端子P6に金属ワイヤW2で接続する。この工程により、図5に示される半導体装置102が完成する。
 以上をまとめると、実施の形態2における半導体装置102は、スイッチング素子Z1、制御回路B1、ツェナーダイオードD1、端子P5(第1端子)、端子P6(第2端子)および金属ワイヤW2(外部配線)を備える。スイッチング素子Z1は、半導体基板S1に形成されている。制御回路B1は、スイッチング素子Z1を含む半導体基板S1に形成され、スイッチング素子Z1の状態を制御する。ツェナーダイオードD1は、制御回路B1を駆動させるための電源電圧が入力される入力端子P1と制御回路B1との間の電源電圧ラインVDLに接続されたカソードを含む。ツェナーダイオードD1は、半導体基板S1に形成されている。端子P5は、半導体基板S1の上面に設けられている。端子P5は、半導体基板S1内の電源電圧ラインVDLをツェナーダイオードD1のカソードと制御回路B1との間で分断する。端子P5は、制御回路B1の入力部B11に接続されている。端子P6は、ツェナーダイオードD1のカソードとして半導体基板S1の上面に設けられている。端子P6は、端子P5とともに、半導体基板S1内の電源電圧ラインVDLをツェナーダイオードD1のカソードと制御回路B1との間で分断している。金属ワイヤW2は、端子P5と端子P6とを接続して、電源電圧ラインVDLを形成している。
 このような半導体装置102は、その製造工程において、ツェナーダイオードD1のツェナー電圧(約7V)以上の試験用電圧を制御回路B1に印加することが可能である。例えば、制御回路B1の定格電圧に近い電圧を印加して、バーンインを実行することが可能である。その結果、信頼性のあるスクリーニングが短時間で完了する。
 実施の形態2においては、端子P5が保護回路A2に設けられていたが、端子P5は制御回路B1の入力部B11そのものであってもよい。
 <実施の形態3>
 実施の形態3における半導体装置および半導体装置の製造方法を説明する。実施の形態3において、実施の形態1または2と同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
 (半導体装置の構成)
 図9は、実施の形態3における半導体装置103の構成を示す回路図である。図10は、実施の形態3における半導体装置103の上面における構成を示す平面図である。
 半導体装置103は、1つの半導体基板S1に形成された保護回路A3、制御回路B1、スイッチング素子Z1、入力端子P1、端子P2、端子P3、端子P7、端子P9および金属ワイヤW3を備える。
 保護回路A3は、入力端子P1、抵抗R1、抵抗R2、ツェナーダイオードD1、ショットキーバリアダイオードD2~D6、トランジスタT1、端子P7および端子P9を有する。入力端子P1、抵抗R1およびツェナーダイオードD1の構成は、実施の形態2のそれらと同様である。
 ショットキーバリアダイオードD2およびトランジスタT1は、電源電圧ラインVDLに並列に接続されている。ショットキーバリアダイオードD2は、回路内の素子に寄生するラッチアップを防止する。トランジスタT1は、PチャネルMOSFETである。トランジスタT1は、ショットキーバリアダイオードD2の電圧降下を低減する。
 トランジスタT1のゲートは、抵抗R2を介して、ドレインに接続されている。トランジスタT1のバックゲートは、ショットキーバリアダイオードD3およびD4の各カソードに接続されている。ショットキーバリアダイオードD3のアノードは、スイッチング素子Z1のエミッタ、つまり端子P3に接続されている。ショットキーバリアダイオードD4のアノードは、ツェナーダイオードD1のカソードおよび抵抗R1を介して、入力端子P1に接続されている。ショットキーバリアダイオードD5のアノードは、制御回路B1の入力部B11に接続されている。ショットキーバリアダイオードD6のカソードは、制御回路B1の入力部B11に接続され、アノードは端子P3に接続されている。
 端子P9は、トランジスタT1のドレインと制御回路B1の入力部B11との間の電源電圧ラインVDLに接続されている。端子P9は、半導体基板S1の上面に設けられている。ここでは、端子P9は、金属パッドである。
 端子P7は、トランジスタT1のゲートとして、半導体基板S1の上面に設けられている。ここでは、端子P7は、金属パッドである。
 半導体基板S1の上面において、端子P3は端子P7から分離して配置されている。端子P3は、半導体基板S1内で、端子P7とは短絡していない、つまり端子P7から絶縁されている。
 金属ワイヤW3は、端子P3と端子P7とを接続している。端子P7は、半導体基板S1内で端子P3に短絡していないものの、端子P3と端子P7とは、金属ワイヤW3によって互いに電気的に接続されている。
 半導体装置103がシステム等に実装される場合、端子P3はGNDに接続される。つまり、ツェナーダイオードD1のアノードおよび端子P7は、端子P3を介してGNDに接続される。ツェナーダイオードD1は、制御回路B1に印加される電源電圧をツェナー電圧以下に制御する。また、このような構成は、トランジスタT1のバックゲートおよび制御回路B1における寄生サイリスタの誤作動を防止する。
 (半導体装置の製造方法)
 図11は、実施の形態3における半導体装置103の製造方法を示すフローチャートである。図12は、端子が開放状態の半導体装置103Aの構成を示す回路図である。
 ステップS31にて、端子P7が開放状態の半導体装置103Aを準備する。バーンイン前の状態において、端子P7は、端子P3に金属ワイヤW3によって接続されていない。
 ステップS32にて、試験用電圧を制御回路B1に印加する。例えば、端子P7が開放状態において、試験用電圧が、電源電圧ラインVDLに設けられた端子P9と端子P3との間に印加されることで制御回路B1に印加される。トランジスタT1のゲートである端子P7は、上記のように端子P3に接続されていない。トランジスタT1のゲートとドレインとの間にも抵抗R2が存在する。よって、端子P9と端子P3との間に試験用電圧が印加された場合、トランジスタT1が駆動することはない。ショットキーバリアダイオードD6の耐圧(約16V)を最大値とする試験用電圧が制御回路B1に印加される。この試験によって、仕様を満たす半導体装置103Aがスクリーニングされる。試験用電圧は、例えば、端子P7を介して電源電圧ラインVDLと端子P3との間に印加されることで制御回路B1に印加されてもよい。
 ステップS33にて、バーンイン後、端子P7を端子P3に金属ワイヤW3で接続する。この工程により、図9に示される半導体装置103が完成する。トランジスタT1のゲートは、スイッチング素子Z1のエミッタすなわち端子P3に接続されている。トランジスタT1は、ショットキーバリアダイオードD2の順方向電圧降下を低減する。
 以上をまとめると、実施の形態3における半導体装置103は、スイッチング素子Z1、制御回路B1、ツェナーダイオードD1、トランジスタT1、抵抗R2、端子P7(第1端子)、端子P3(第2端子)および金属ワイヤW3(外部配線)を備える。スイッチング素子Z1は、半導体基板S1に形成されている。制御回路B1は、スイッチング素子Z1を含む半導体基板S1に形成され、スイッチング素子Z1の状態を制御する。ツェナーダイオードD1は、制御回路B1を駆動させるための電源電圧が入力される入力端子P1と制御回路B1との間の電源電圧ラインVDLに接続されたカソードを含む。ツェナーダイオードD1は、半導体基板S1に形成されている。トランジスタT1は、半導体基板S1に形成され、電源電圧ラインVDLに並列に接続されている。抵抗R2は、半導体基板S1に形成され、トランジスタT1のゲートとドレインとの間に設けられている。端子P7は、トランジスタT1のゲートとして、半導体基板S1の上面に設けられている。端子P3は、スイッチング素子Z1のエミッタとして半導体基板S1の上面に設けられ、端子P7から絶縁されている。金属ワイヤW3は、端子P7と端子P3とを接続している。
 このような半導体装置103は、その製造工程において、制御回路B1の定格電圧に近い電圧を、制御回路B1に印加して、バーンインを実行することを可能にする。入力保護用のツェナーダイオードD1のツェナー電圧以上の電圧が印加されるため、信頼性のあるスクリーニングが短時間で完了する。
 <実施の形態4>
 実施の形態4における半導体装置および半導体装置の製造方法を説明する。実施の形態4において、実施の形態1から3のいずれかと同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
 (半導体装置の構成)
 図13は、実施の形態4における半導体装置104の構成を示す回路図である。図14は、実施の形態4における半導体装置104の上面における構成を示す平面図である。
 半導体装置104は、1つの半導体基板S1に形成された保護回路A4、制御回路B1、スイッチング素子Z1、入力端子P1、端子P2、端子P3、端子P8および端子P9を備える。
 保護回路A4は、実施の形態3の保護回路A3の構成に加えて、ツェナーダイオードD7および双方向ツェナーダイオードD8をさらに備える。
 ツェナーダイオードD7は、トランジスタT1のゲートに接続されるカソードと、スイッチング素子Z1のエミッタに接続されるアノードとを含む。ツェナーダイオードD7は、短絡処理(ツェナーザップ)されている。つまり、トランジスタT1のゲートは、端子P3と短絡している。
 双方向ツェナーダイオードD8は、トランジスタT1のゲートとドレインとの間に設けられ、抵抗R2と直列に接続されている。双方向ツェナーダイオードD8は、半導体装置104の製造工程において、試験用電圧が制御回路B1に印加される際、電流経路における各素子に生じる発熱を軽減する。その発熱は過電圧または過電流によって生じ、各素子の破損の原因となる。その発熱の軽減の程度は、双方向ツェナーダイオードD8の接続個数によって調整可能である。発熱が小さい場合、双方向ツェナーダイオードD8は必ずしも必要ない。
 端子P8は、トランジスタT1のゲートとして、半導体基板S1の上面に設けられている。ここでは、端子P8は、金属パッドである。端子P8には、金属ワイヤ等は接続されていない。
 半導体基板S1の上面において、端子P3は端子P8から分離して配置されている。端子P3は、半導体基板S1内で端子P8とは短絡していない、つまり端子P8から絶縁されている。
 半導体装置104がシステム等に実装される場合、ツェナーダイオードD1のアノードは端子P3を介してGNDに接続される。ツェナーダイオードD1は、制御回路B1に印加される電源電圧をツェナー電圧以下に制御する。また、ツェナーダイオードD7は、短絡処理(ツェナーザップ)されているため、トランジスタT1のゲートも、端子P3を介してGNDに接続されている。トランジスタT1は、ショットキーバリアダイオードD2の順方向電圧降下を低減する。
 (半導体装置の製造方法)
 図15は、実施の形態4における半導体装置104の製造方法を示すフローチャートである。
 ステップS41にて、ツェナーダイオードD7が短絡処理されていない状態の半導体装置を準備する。バーンイン前の状態において、トランジスタT1のゲートは、ツェナーダイオードD7によって所定の電圧範囲内で端子P3から絶縁されている。
 ステップS42にて、試験用電圧を制御回路B1に印加する。例えば、端子P8が開放状態において、試験用電圧が、端子P9と端子P3との間に印加されることで制御回路B1に印加される。トランジスタT1のゲートから端子P3の方向には、電流は流れない。また、トランジスタT1のゲートとドレインとの間にも抵抗R2が存在する。よって、端子P9を介して試験用電圧が印加された場合、トランジスタT1が駆動することはない。ショットキーバリアダイオードD6の耐圧(約16V)を最大値とする試験用電圧が制御回路B1に印加される。なお、この際、トランジスタT1のゲートおよびドレイン間には約9Vの電圧が印加される。この試験によって、仕様を満たす半導体装置がスクリーニングされる。
 ステップS43にて、バーンイン後、ツェナーダイオードD7に対して短絡処理(ツェナーザップ)を施す。トランジスタT1のゲートとスイッチング素子Z1のエミッタ間には、短絡処理用電圧として、例えば、約35Vの電圧が印加される。この際、トランジスタT1のゲートおよびドレイン間の電圧は、約19Vである。電流経路における各素子が発熱に耐えられるように、双方向ツェナーダイオードD8がトランジスタT1のゲートおよびドレイン間に接続されている。ツェナーザップによって、トランジスタT1のゲートは、スイッチング素子Z1のエミッタすなわち端子P3と短絡する。トランジスタT1は、ショットキーバリアダイオードD2の順方向電圧降下を低減する。
 以上をまとめると、実施の形態4における半導体装置104は、スイッチング素子Z1、制御回路B1、ツェナーダイオードD1、トランジスタT1、抵抗R2、ツェナーダイオードD7(短絡処理用ツェナーダイオード)と、端子P8(ゲート端子)と、を備える。スイッチング素子Z1は、半導体基板S1に形成されている。制御回路B1は、スイッチング素子Z1を含む半導体基板S1に形成され、スイッチング素子Z1の状態を制御する。ツェナーダイオードD1は、制御回路B1を駆動させるための電源電圧が入力される入力端子P1と制御回路B1との間の電源電圧ラインVDLに接続されたカソードを含む。ツェナーダイオードD1は、半導体基板S1に形成されている。トランジスタT1は、半導体基板S1に形成され、電源電圧ラインVDLに並列に接続されている。抵抗R2は、半導体基板S1に形成され、トランジスタT1のゲートとドレインとの間に設けられている。ツェナーダイオードD7は、トランジスタT1のゲートに接続されるカソードと、スイッチング素子Z1のエミッタに接続されるアノードとを含む。ツェナーダイオードD7は、短絡処理されている。端子P8は、トランジスタT1のゲートとして、半導体基板S1の上面に設けられている。
 このような半導体装置104は、その製造工程において、制御回路B1の定格電圧に近い電圧を、制御回路B1に印加して、バーンインを実行することを可能にする。入力保護用のツェナーダイオードD1のツェナー電圧以上の電圧が印加されるため、信頼性のあるスクリーニングが短時間で完了する。トランジスタT1のゲートとスイッチング素子Z1のエミッタとの電気的な接続に、ワイヤボンディング工程が不要であることから、コストが低減される。
 <実施の形態5>
 実施の形態5における半導体装置および半導体装置の製造方法を説明する。実施の形態5において、実施の形態1から4のいずれかと同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
 (半導体装置の構成)
 図16は、実施の形態5における半導体装置105の構成を示す回路図である。図17は、実施の形態5における半導体装置105の上面における構成を示す平面図である。
 半導体装置105は、1つの半導体基板S1に形成された保護回路A3、制御回路B2、スイッチング素子Z1、入力端子P1、端子P2、端子P3、端子P7、端子P9、端子P10および金属ワイヤW3を備える。
 制御回路B2は、波形整形回路C1、PチャネルMOSFET(T2)、PチャネルMOSFET(T3)、PチャネルMOSFET(T4)、定電流源C2および抵抗R3を含む。
 PチャネルMOSFET(T2)は、波形整形回路C1の出力によって駆動する。PチャネルMOSFET(T3)のソースは、PチャネルMOSFET(T2)のドレインと共通であり、定電流源C2に接続されている。PチャネルMOSFET(T4)のゲートは、PチャネルMOSFET(T3)と共通である。PチャネルMOSFET(T4)とPチャネルMOSFET(T3)はカレントミラー回路を構成している。PチャネルMOSFET(T4)のドレインは、スイッチング素子Z1のゲートGZ1に接続されている。抵抗R3は、トランジスタT1のゲート、スイッチング素子Z1のゲートGZ1およびPチャネルMOSFET(T4)のドレインを互いに接続している。
 保護回路A3は、実施の形態3に示された構成を有する。端子P7は、半導体基板S1内で端子P3に短絡していないものの、端子P3と端子P7とは、金属ワイヤW3によって互いに電気的に接続されている。実施の形態4と同様に、必要に応じて、双方向ツェナーダイオードD8が、トランジスタT1のゲートと抵抗R2との間に接続されていてもよい。
 端子P10は、スイッチング素子Z1のゲート電極として、半導体基板S1の上面に設けられている。ここでは、端子P10は、金属パッドである。
 半導体装置105がシステム等に実装される場合、ツェナーダイオードD1のアノードおよび端子P7は、端子P3を介してGNDに接続される。
 (半導体装置の動作)
 (i)入力端子P1に電圧信号が入力される。電源電圧はその電圧信号に基づいて生成され、ツェナーダイオードD1は、電源電圧をツェナー電圧以下に制御する。(ii)その電源電圧に基づいて、波形整形回路C1がON状態となる。H信号がPチャネルMOSFET(T2)のゲートに伝達され、PチャネルMOSFET(T2)がOFF状態になる。定電流源C2からPチャネルMOSFET(T3)に電流が流れる。カレントミラーの構成により、PチャネルMOSFET(T4)にコピーされた電流または増幅された電流が流れる。(iii)抵抗R3に電流が流れる。スイッチング素子Z1のゲートGZ1にゲート電圧が印加され、エミッタ電極である端子P3からコレクタ電極である端子P2に電流が流れる。遮断動作は、上記の(i)から(iii)の逆である。
 (半導体装置の製造方法)
 実施の形態5における半導体装置105の製造方法は、図11に示されるフローチャートと同様である。図18は、端子が開放状態の半導体装置105Aの構成を示す回路図である。
 ステップS31にて、端子P7が開放状態の半導体装置105Aを準備する。バーンイン前の状態において、端子P7は、端子P3に金属ワイヤW3によって接続されていない。
 ステップS32にて、試験用電圧を制御回路B2に印加する。例えば、端子P7が開放状態において、試験用電圧が、端子P9と端子P3との間に印加されることで制御回路B2に印加される。ショットキーバリアダイオードD6の耐圧(約16V)を最大値とする試験用電圧が制御回路B2に印加される。
 また、この際、スイッチング素子Z1のゲートGZ1および抵抗R3は、端子P3に接続されていない。そのため、スイッチング素子Z1のゲート酸化膜のスクリーニングが可能である。ゲート酸化膜のスクリーニング用の電圧(以下、ゲート酸化膜試験用電圧という。)は、端子P10と端子P3との間に印加される。例えば、スイッチング素子Z1のゲート酸化膜の厚さが500Åである場合、酸化膜の耐圧(50V)近傍のゲート酸化膜試験用電圧が印加されることが好ましい。例えば、端子P10と端子P3との間に40Vのゲート酸化膜試験用電圧が印加される場合、抵抗R3-抵抗R2-ショットキーバリアダイオードD6の経路で電流が流れる。その際、ショットキーバリアダイオードD6の耐圧が約16Vである場合、抵抗R2およびR3には合わせて24Vの電圧が印加される。双方向ツェナーダイオードD8は、抵抗R2およびR3における発熱を軽減する。その発熱の軽減の程度は、双方向ツェナーダイオードD8の接続個数によって調整可能である。実施の形態5においては、ゲート酸化膜試験用電圧は、端子P10を介して印加されたが、抵抗R2のみで発熱が抑えられる場合、端子P7を介して、すなわち端子P7と端子P3との間にゲート酸化膜試験用電圧が印加されてもよい。
 以上のステップS32の試験によって、仕様を満たす半導体装置105Aがスクリーニングされる。
 ステップS33にて、バーンイン後、端子P7を端子P3に金属ワイヤW3で接続する。この工程により、図16に示される半導体装置105が完成する。このような接続構成により、トランジスタT1は、ショットキーバリアダイオードD2の電圧降下を低減する。また、このような接続構成は、入力端子P1から入力される信号によって、スイッチング素子Z1の状態を制御可能にする。
 以上をまとめると、実施の形態5における半導体装置105は、実施の形態3における半導体装置103の構成に加えて、トランジスタT1のゲートとスイッチング素子Z1のゲートGZ1とを接続する抵抗R3(電圧発生用抵抗)を、さらに備える。
 このような半導体装置105は、制御回路B2のスクリーニングだけでなく、スイッチング素子Z1のゲート酸化膜のスクリーニングも可能にする。半導体装置105Aの欠陥有無についての選別性が向上する。
 半導体装置105は、PチャネルMOSFET(T3)と並列に接続され、誤動作時に駆動するPチャネルMOSFET(図示せず)をさらに備えていてもよい。誤作動とは、例えば、高温時または過電圧時における誤作動である。これにより、保護機能が強化される。
 <実施の形態6>
 実施の形態6における半導体装置および半導体装置の製造方法を説明する。実施の形態6において、実施の形態1から5のいずれかと同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
 図19は、実施の形態6における半導体装置106の構成を示す回路図である。図20は、実施の形態6における半導体装置106の上面における構成を示す平面図である。
 半導体装置106は、1つの半導体基板S1に形成された保護回路A4、制御回路B2、スイッチング素子Z1、入力端子P1、端子P2、端子P3、端子P8、端子P9および端子P10を備える。
 保護回路A4は、実施の形態4に示された構成を有する。すなわち、ツェナーダイオードD7は、トランジスタT1のゲートに接続されるカソードと、スイッチング素子Z1のエミッタに接続されるアノードとを含む。ツェナーダイオードD7は、短絡処理されている。また、必要に応じて、双方向ツェナーダイオードD8が設けられる。端子P8は、トランジスタT1のゲートとして、半導体基板S1の上面に設けられている。端子P8には、金属ワイヤ等は接続されていない。端子P3は、半導体基板S1内で端子P8とは短絡していない、つまり端子P8から絶縁されている。
 制御回路B2は、実施の形態5に示された構成を有する。すなわち、抵抗R3は、トランジスタT1のゲートと、スイッチング素子Z1のゲートGZ1と、PチャネルMOSFET(T4)のドレインと、を接続している。
 (半導体装置の製造方法)
 実施の形態6における半導体装置106の製造方法は、図15に示されるフローチャートと同様である。
 ステップS41にて、ツェナーダイオードD7が短絡処理されていない状態の半導体装置を準備する。
 ステップS42にて、試験用電圧を制御回路B2に印加する。例えば、端子P8が開放状態において、試験用電圧が、端子P9と端子P3との間に印加されることで制御回路B2に印加される。トランジスタT1のゲートから端子P3の方向には、電流は流れない。また、トランジスタT1のゲートとドレインとの間にも抵抗R2が存在する。よって、端子P9を介して試験用電圧が印加された場合、トランジスタT1が駆動することはない。試験用電圧として、ショットキーバリアダイオードD6の耐圧に対応する電圧(約16V)が制御回路B2に印加される。トランジスタT1のゲートおよびドレイン間には約9Vの電圧が印加される。この際、実施の形態5と同様に、スイッチング素子Z1のゲート酸化膜のスクリーニングが可能である。端子P10と端子P3との間に例えば40Vが印加される場合、抵抗R3-ツェナーダイオードD7の経路で電流が流れる。抵抗R3はその際に生じる発熱に耐えられる性能を有する必要がある。この試験によって、仕様を満たす半導体装置がスクリーニングされる。
 ステップS43にて、バーンイン後、ツェナーダイオードD7に対して短絡処理(ツェナーザップ)を施す。この際、トランジスタT1のゲートとスイッチング素子Z1のエミッタ間には、短絡処理用電圧として、例えば、約35Vの電圧が印加される。トランジスタT1のゲートおよびドレイン間の電圧は、約19Vである。双方向ツェナーダイオードD8は、電流経路における各素子の発熱を軽減する。その軽減の程度は、双方向ツェナーダイオードD8の接続個数によって調整可能である。
 以上をまとめると、実施の形態6における半導体装置106は、実施の形態3における半導体装置104の構成に加えて、トランジスタT1のゲートとスイッチング素子Z1のゲートGZ1とを接続する抵抗R3(電圧発生用抵抗)を、さらに備える。
 このような半導体装置106は、制御回路B2のスクリーニングだけでなく、スイッチング素子Z1のゲート酸化膜のスクリーニングも可能にする。半導体装置106の欠陥有無についての選別性が向上する。
 本開示は、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
 10 回路領域、20 スイッチング素子領域、101~106 半導体装置、A1~A4 保護回路、B1 制御回路、B11 入力部、B12 出力部、B2 制御回路、C1 波形整形回路、C2 定電流源、D1 ツェナーダイオード、D2~D6 ショットキーバリアダイオード、D7 ツェナーダイオード、D8 双方向ツェナーダイオード、GZ1 ゲート、P1 入力端子、P2~P10 端子、R1~R3 抵抗、S1 半導体基板、T1 トランジスタ、VDL 電源電圧ライン、W1~W3 金属ワイヤ、Z1 スイッチング素子。

Claims (18)

  1.  半導体基板に形成されたスイッチング素子と、
     前記スイッチング素子を含む前記半導体基板に形成され、前記スイッチング素子の状態を制御する制御回路と、
     前記制御回路を駆動させるための電源電圧が入力される入力端子と前記制御回路との間の電源電圧ラインに接続されたカソードを含み、前記半導体基板に形成されたツェナーダイオードと、
     前記ツェナーダイオードのアノードとして前記半導体基板の主面に設けられた第1端子と、
     前記スイッチング素子のエミッタおよびソースのうちいずれか一方として前記半導体基板の前記主面に設けられ、前記半導体基板内で前記第1端子から絶縁されている第2端子と、を備える、半導体装置。
  2.  前記第1端子と前記第2端子とを接続する外部配線を、さらに備える請求項1に記載の半導体装置。
  3.  スイッチング素子と、前記スイッチング素子の状態を制御する制御回路と、前記制御回路を駆動させるための電源電圧が入力される入力端子と前記制御回路との間の電源電圧ラインに接続されたカソードを含むツェナーダイオードと、が1つの半導体基板に形成されており、前記ツェナーダイオードのアノードとして前記半導体基板の主面に設けられた第1端子と、前記スイッチング素子のエミッタおよびソースのうちいずれか一方として前記半導体基板の前記主面に設けられ前記半導体基板内で前記第1端子から絶縁された第2端子と、を含む半導体装置を準備する工程と、
     前記第1端子を介して前記制御回路に試験用電圧を印加して、または、前記アノードが開放状態である場合に前記入力端子を介して前記制御回路に試験用電圧を印加して、前記制御回路を試験する工程と、備える半導体装置の製造方法。
  4.  前記第1端子と前記第2端子とを外部配線で接続する工程を、さらに備える請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
  5.  半導体基板に形成されたスイッチング素子と、
     前記スイッチング素子を含む前記半導体基板に形成され、前記スイッチング素子の状態を制御する制御回路と、
     前記制御回路を駆動させるための電源電圧が入力される入力端子と前記制御回路との間の電源電圧ラインに接続されたカソードを含み、前記半導体基板に形成されたツェナーダイオードと、
     前記半導体基板の主面に設けられ、前記半導体基板内の前記電源電圧ラインを前記ツェナーダイオードの前記カソードと前記制御回路との間で分断し、前記制御回路の入力部に接続されている第1端子と、
     前記ツェナーダイオードの前記カソードとして前記半導体基板の前記主面に設けられ、前記第1端子とともに、前記半導体基板内の前記電源電圧ラインを前記ツェナーダイオードの前記カソードと前記制御回路との間で分断している第2端子と、を備える、半導体装置。
  6.  前記第1端子と前記第2端子とを接続して、前記電源電圧ラインを形成している外部配線を、さらに備える請求項5に記載の半導体装置。
  7.  スイッチング素子と、前記スイッチング素子の状態を制御する制御回路と、前記制御回路を駆動させるための電源電圧が入力される入力端子と前記制御回路との間の電源電圧ラインに接続されたカソードを含むツェナーダイオードと、が1つの半導体基板に形成されており、前記半導体基板の主面に設けられ前記半導体基板内の前記電源電圧ラインを前記ツェナーダイオードの前記カソードと前記制御回路との間で分断し前記制御回路の入力部に接続されている第1端子と、前記ツェナーダイオードの前記カソードとして前記半導体基板の前記主面に設けられ、前記第1端子とともに前記半導体基板内の前記電源電圧ラインを前記ツェナーダイオードの前記カソードと前記制御回路との間で分断している第2端子と、を含む半導体装置を準備する工程と、
     前記第1端子を介して前記制御回路に試験用電圧を印加して、前記制御回路を試験する工程と、を備える半導体装置の製造方法。
  8.  前記第1端子と前記第2端子とを、外部配線で接続して、前記電源電圧ラインを形成する工程を、さらに備える請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
  9.  半導体基板に形成されたスイッチング素子と、
     前記スイッチング素子を含む前記半導体基板に形成され、前記スイッチング素子の状態を制御する制御回路と、
     前記制御回路を駆動させるための電源電圧が入力される入力端子と前記制御回路との間の電源電圧ラインに接続されたカソードを含み、前記半導体基板に形成されたツェナーダイオードと、
     前記半導体基板に形成され、前記電源電圧ラインに並列に接続されたトランジスタと、
     前記半導体基板に形成され、前記トランジスタのゲートとドレインとの間に設けられた抵抗と、
     前記トランジスタの前記ゲートとして前記半導体基板の主面に設けられた第1端子と、
     前記スイッチング素子のエミッタおよびソースのうちいずれか一方として前記半導体基板の前記主面に設けられ、前記半導体基板内で前記第1端子から絶縁された第2端子と、を備える、半導体装置。
  10.  前記第1端子と前記第2端子とを接続する外部配線を、さらに備える請求項9に記載の半導体装置。
  11.  前記トランジスタの前記ゲートと前記スイッチング素子の前記ゲートとを接続する電圧発生用抵抗を、さらに備える請求項9または請求項10に記載の半導体装置。
  12.  スイッチング素子と、前記スイッチング素子の駆動を制御する制御回路と、前記制御回路を駆動させるための電源電圧が入力される入力端子と前記制御回路との間の電源電圧ラインに接続されたカソードを含むツェナーダイオードと、前記電源電圧ラインに並列に接続されたトランジスタと、前記トランジスタのゲートとドレインとの間に設けられた抵抗と、が1つの半導体基板に形成されており、前記トランジスタの前記ゲートとして前記半導体基板の主面に設けられた第1端子と、前記スイッチング素子のエミッタおよびソースのうちいずれか一方として前記半導体基板の前記主面に設けられ前記半導体基板内で前記第1端子から絶縁された第2端子と、を含む半導体装置を準備する工程と、
     前記第1端子を介して前記制御回路に試験用電圧を印加して、または、前記トランジスタの前記ドレインと前記制御回路との間の前記電源電圧ラインに接続された第3端子を介して前記制御回路に試験用電圧を印加して、前記制御回路を試験する工程と、備える半導体装置の製造方法。
  13.  前記第1端子と前記第2端子とを、外部配線で接続する工程を、さらに備える請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
  14.  半導体基板に形成されたスイッチング素子と、
     前記スイッチング素子を含む前記半導体基板に形成され、前記スイッチング素子の状態を制御する制御回路と、
     前記制御回路を駆動させるための電源電圧が入力される入力端子と前記制御回路との間の電源電圧ラインに接続されたカソードを含み、前記半導体基板に形成されたツェナーダイオードと、
     前記半導体基板に形成され、前記電源電圧ラインに並列に接続されたトランジスタと、
     前記半導体基板に形成され、前記トランジスタのゲートとドレインとの間に設けられた抵抗と、
     前記半導体基板に形成され、前記トランジスタの前記ゲートに接続されるカソードと、前記スイッチング素子のエミッタおよびソースのうちいずれか一方に接続されるアノードと、を含む短絡処理用ツェナーダイオードと、
     前記トランジスタの前記ゲートとして前記半導体基板の主面に設けられたゲート端子と、を備える半導体装置。
  15.  前記短絡処理用ツェナーダイオードが、短絡処理されている請求項14に記載の半導体装置。
  16.  前記トランジスタの前記ゲートと前記スイッチング素子の前記ゲートと接続する電圧発生用抵抗を、さらに備える請求項14または請求項15に記載の半導体装置。
  17.  スイッチング素子と、前記スイッチング素子の駆動を制御する制御回路と、前記制御回路を駆動させるための電源電圧が入力される入力端子と前記制御回路との間の電源電圧ラインに接続されたカソードを含むツェナーダイオードと、前記電源電圧ラインに並列に接続されたトランジスタと、前記トランジスタのゲートとドレインとの間に設けられた抵抗と、前記トランジスタの前記ゲートに接続されるカソードと前記スイッチング素子のエミッタおよびソースのうちいずれか一方に接続されるアノードとを含む短絡処理用ツェナーダイオードと、が1つの半導体基板に形成されており、前記トランジスタの前記ゲートとして前記半導体基板の主面に設けられたゲート端子を、含む半導体装置を準備する工程と、
     前記ゲート端子を介して前記制御回路に試験用電圧を印加して、または、前記トランジスタの前記ドレインと前記制御回路との間の前記電源電圧ラインに接続された第3端子を介して前記制御回路に試験用電圧を印加して、前記制御回路を試験する工程と、備える半導体装置の製造方法。
  18.  前記短絡処理用ツェナーダイオードに短絡処理用電圧を印加する工程を、さらに備える請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11177087A (ja) * 1997-12-09 1999-07-02 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置の製造方法および半導体集積回路装置
JP2012129252A (ja) * 2010-12-13 2012-07-05 Toyota Motor Corp 半導体集積回路
JP2014013796A (ja) * 2012-07-03 2014-01-23 Fuji Electric Co Ltd ワンチップイグナイタ及び内燃機関点火装置
JP2016009774A (ja) * 2014-06-25 2016-01-18 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9447767B2 (en) * 2012-07-03 2016-09-20 Fuji Electric Co., Ltd. Single chip igniter and internal combustion engine ignition device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11177087A (ja) * 1997-12-09 1999-07-02 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置の製造方法および半導体集積回路装置
JP2012129252A (ja) * 2010-12-13 2012-07-05 Toyota Motor Corp 半導体集積回路
JP2014013796A (ja) * 2012-07-03 2014-01-23 Fuji Electric Co Ltd ワンチップイグナイタ及び内燃機関点火装置
JP2016009774A (ja) * 2014-06-25 2016-01-18 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置

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