[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有绝缘栅极型开关元件的半导体装置，特别涉及具有从过电流中保护开关元件的过电流保护电路的半导体装置。

背景技术

图12表示作为高耐压半导体开关元件使用的卧式的绝缘栅极型双极型的晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor：以下称作“IGBT”)的一般的断面结构。如图12所示，在半导体基板51的表面部，形成使N型的延长漏极区域52和延长漏极区域52相邻的基极区域53。在基极区域53的表面部，与延长漏极区域52隔离地形成N’型的发射极区域54。从发射极区域54上，横穿基极区域53，直到延长漏极区域52上为止地形成栅极绝缘膜56。在栅极绝缘膜56上，形成栅极电极57。在延长漏极区域52的表面部，与基极区域53隔离地形成P型的集电极区域58。

另外，图12所示的IGBT，还具有与集电极区域58电连接的集电极端子P1’、与栅极电极57电连接的栅极端子P2’、与发射极区域54电连接的发射极端子P3’。

图12所示的卧式IGBT，在将集电极端子P1’的一侧作为高电位的状态下，在栅极端子P2’和发射极端子P3’之间外加正向的偏置电压后，就移行到接通状态。反之，将栅极端子P2’和发射极端子P3’之间的电压作为零偏置电压或反偏置电压后，就移行到断开状态。这样，卧式IGBT就具有在被栅极电极57外加的栅极电压的作用下由接通状态移行到断开状态或由断开状态移行到接通状态的开关特性。

具有这种卧式IGBT的半导体装置，往往在集电极端子P1’和电源之间连接感应性负载的状态下使用。这时如果发生事故，该感应性负载就成为短路状态，额定电流的几倍以上的电流流入卧式IGBT。出现这种负载短路时，如果不检出过电流、不断开栅极电压或集电极电压，卧式IGBT就会出现温度上升引起的热破坏。

因此，有人提出了图13所示的那种具有对卧式IGBT进行过电流保护功能的半导体装置(参照专利文献1)。图13所示的半导体装置10，具有可以受栅极电压控制的主开关元件——卧式IGBT1，电流检出用的卧式IGBT2与卧式IGBT1并联。各卧式IGBT的栅极电极与栅极端子P2’电连接，各卧式IGBT的集电极区域与集电极端子P1’电连接，主开关元件——卧式IGBT1的发射极区域与发射极端子P3’电连接。另一方面，电流检出用的卧式IGBT2的发射极区域，与电流检出用电阻——读出(sense)电阻23连接。与电流检出用的卧式IGBT2电连接电流检出电路20，由电压比较器21、分别与电压比较器21连接的基准电压电路22及上述的读出电阻23构成。基准电压电路22及上读出电阻23的各自的另一端，与发射极端子P3’电连接。

在图13所示的半导体装置10中，流过电流检出用的卧式IGBT2的电流9，通过读出电阻23，流入发射极端子P3’。这样，由电压比较器21比较读出电阻23两端产生的电压和基准电压电路22产生的电压后，可以根据该电压差，控制流入主开关元件——卧式IGBT1的电流。

专利文献1：JP特开平9—260592号公报

专利文献2：JP特开平7—297387号公报

可是，在现有技术涉及的对卧式IGBT而言具有过电流保护功能的半导体装置中，存在着下述问题。

就是说，在图13所示的半导体装置10中，如果读出电阻23的两端产生电压较大时，电流检出用的卧式IGBT2的发射极区域54的电位就高，所以电流难以流入卧式IGBT2，过电流保护功能不能正常动作。为了使过电流保护功能即电流检出电路20正常动作，需要将读出电阻23的两端产生的电压，抑制到最大为0.3V左右。

在这里，在图13所示的半导体装置10中，如果将流过读出电阻23的电流9与流入卧式IGBT1的电流8之比(电流8/电流9)，作为读出比，那么在现有技术涉及的半导体装置10中，读出比就非常小，例如小到200左右。因此，例如如果使过电流保护功能在电流8的值达到4A后就发挥作用，那么这时的电流9的值成为20mA。这样，为了使读出电阻23的两端电压成为0.3V以下，必须将读出电阻23的电阻值设定成15Ω以下的较小的值。可是具有15Ω左右的较小的值地形成读出电阻23后，由于该电阻值的制造离差变大，所以存在着过电流保护功能动作的电流值(流过读出电阻23的电流9的电流值)的离差变大的问题。

另一方面，为了加大读出比，虽然可以减小电流检出用的卧式IGBT2的尺寸、减小电流9的值，但是这时却不能避免电流9的值起因子减小电流检出用的卧式IGBT2的尺寸的离差即过电流保护功能动作的电流值的离差变大的问题。