專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其保護(hù)方法，說得更詳細(xì)一些的話，涉及可以保護(hù)已處于截止?fàn)顟B(tài)或?qū)⑦_(dá)到截止?fàn)顟B(tài)下的開關(guān)器件使之免受所加高壓破壞的電力控制用的半導(dǎo)體裝置及其保護(hù)方法。
最近，作為電力控制用的半導(dǎo)體器件，IGBT(絕緣柵雙極晶體管)受到人們的重視。該IGBT是具有MOS構(gòu)造的雙極型器件，具有電力-MOSFET的高速開關(guān)特性和雙極型晶體管的高耐壓和高導(dǎo)通特性。
這種IGBT，例如如

圖1所示，在電壓為E1的直流電源301和電機(jī)線圈302的串聯(lián)電路內(nèi)以漏極電極D為正電位一側(cè)，以源極電極S為負(fù)電極一側(cè)進(jìn)行連接，用作主開關(guān)器件。在這里，通過用柵極驅(qū)動(dòng)電路303控制IGBT的柵極電極G的電位，控制串聯(lián)電路的通斷。
這種通斷控制的定時(shí)圖例如示于圖2。圖2中，V是IGBT的源-漏極之間的電壓(以下也稱之為主電壓)，I是漏-源之間的電流。或串聯(lián)電路的電流。Vg是柵極電壓。
現(xiàn)在設(shè)Vg＝0，IGBT是截止?fàn)顟B(tài)(時(shí)刻t＝T1)。即，I＝0，V幾乎與電源電壓相等。其次，給Vg加上規(guī)定電壓，令I(lǐng)GBT變成導(dǎo)通狀態(tài)(時(shí)刻t＝T2)。在這一接通的時(shí)候，V雖然快速地下降，但I(xiàn)卻緩沖增加。另外，這時(shí)線圈302，若設(shè)自感為L(zhǎng)，則將儲(chǔ)有(1/2)LI2的能量。
再其次，令Vg＝0，IGBT變成為截止?fàn)顟B(tài)(時(shí)刻t＝T3)。在這一切斷之時(shí)，V在暫時(shí)上跳到比電源電壓E1還高的值之后降了下來并穩(wěn)定于電源電壓值E1。在這里，V內(nèi)上跳部分是因?yàn)樵贗GBT由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)的時(shí)候，IGBT得到了線圈的能量而發(fā)生的。但是，若在IGBT中，和其它的半導(dǎo)體器件一樣，當(dāng)加上比工作時(shí)允許的電壓還高的電壓(以下叫作過電壓)時(shí)。遭受破壞的可能就會(huì)變大。于是必須把V的上跳部分的過電壓抑制到某一值以下以保護(hù)IGBT。
IGBT的過電壓狀態(tài)，如上所述，是在IGBT為截止?fàn)顟B(tài)的時(shí)候，或正在向截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變的狀態(tài)的時(shí)候。即，IGBT的過電壓狀態(tài)。是在柵極電壓Vg為0或?yàn)樨?fù)的低值的時(shí)候，或者在柵極電壓Vg下降的時(shí)候。因而，要想保護(hù)IGBT采用提高柵極電壓Vg使IGBT為半導(dǎo)通的辦法，降低IGBT的電阻以不使主電壓超過允許值是有效的。
IGBT其本身具有不使電壓加到超過某一值的功能。這種功能叫作自箝位功能，該值的電壓叫作自箝位電壓。但是，這種自箝位功能由于是起因于高電場(chǎng)所產(chǎn)生的雪崩現(xiàn)象的電流導(dǎo)通故難于控制，往往用IGBT內(nèi)的局部的電流集中而引起IGBT的破壞。
因而，為了保護(hù)IGBT免受這種切斷時(shí)的這電壓的破壞。通常在漏-柵之間，如圖3所示，接上一個(gè)穩(wěn)壓二極管ZD。此外，還把柵極介以電阻Rg連接到驅(qū)動(dòng)電路303上。其次用圖4對(duì)該保護(hù)電路進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖4的斷面圖模式性地示出了這種IGBT及其周邊的構(gòu)成。該IGBT在P型漏極層311上邊形成有漏極電極312，在與P型漏極層311的漏極電極312相反的一側(cè)的表面上形成有n型基極層313。在n型基極層313的表面上選擇性地?cái)U(kuò)散形成有P型基極層314。各P型層314的表面上選擇性地形成有n型源極層315。
在被n型源極層315和n型基極層313夾在中間的P型基極層314上邊界以絕緣膜316設(shè)有柵極電極317。此外，在P型基極層314上邊和n型源極層315上邊設(shè)有源極電極318。
接著，柵極電極317介以柵極電阻Rg被連到柵極驅(qū)動(dòng)電路303上。
此外，穩(wěn)壓二極管ZD，為了保護(hù)IGBT免受上述過電壓的破壞被設(shè)于柵極電極317與漏極電極312之間。
為了使這種IGBT導(dǎo)通，在把對(duì)于源極電極318一側(cè)變成為正的電壓(主電壓)加到漏極電極312一側(cè)的狀態(tài)下，把對(duì)于源極電極318為正的電壓加到柵極電極317上。以此，在被n型基極層313和n型源極層315夾在中間的P型基極層314的表面上形成n溝。電子電流流進(jìn)n型基極層313。另一方面，空穴電流則從P型漏極層311流入n型基極層313，并借助于此在n型基極層313上產(chǎn)生導(dǎo)電調(diào)制使IGBT導(dǎo)通。
另一方面，為了使之切斷，則要給柵極電極317加上對(duì)源極電極318為0或負(fù)的電壓。以此，使n溝消失，使得向n型基極層313的電子注入消失。IGBT迅速地變成切斷。即使是在這種狀態(tài)下仍加有主電壓。
在此，IGBT，如上所述在IGBT為截止?fàn)顟B(tài)的時(shí)候。或正在向截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變的狀態(tài)的時(shí)候，易于變成過電壓狀態(tài)。
在示于圖4的構(gòu)成中，為了防止這種過電壓狀態(tài)的產(chǎn)生，設(shè)有穩(wěn)壓二極管ZD。該穩(wěn)壓二極管ZD具有比IGBT的自箝位電壓低的齊納電壓(反向耐壓)。穩(wěn)壓二極管ZD當(dāng)加上超過齊納電壓的反方向電壓時(shí)電流就流動(dòng)。因此，當(dāng)把超過齊納電壓的主電壓加到IGBT的漏-源之間的時(shí)候，通過穩(wěn)壓二極管ZD，電流從漏極一側(cè)流向驅(qū)動(dòng)電路303。因而，借助于柵極電阻Rg所形成的壓降。使柵極電壓Vg變高、使IGBT變成半導(dǎo)通以保護(hù)IGBT免受過電壓的破壞。
這樣一來，在現(xiàn)有的IGBT中借助于使用穩(wěn)壓二極管，可以防止過電壓所引起的器件破壞，然而還存在著下述那樣的問題。
首先，在漏-源之間的主電壓因電感而上跳到超過電源電壓值以上時(shí)。雖然IGBT因穩(wěn)壓二極管ZD而被保護(hù)為免受過電壓破壞，但這時(shí)，由于穩(wěn)壓二極管ZD的負(fù)阻。將產(chǎn)生很大的噪聲。這一噪聲將成為使柵極誤動(dòng)作或IGBT遭破壞的原因。
此外，穩(wěn)壓二極管ZD，齊納電壓的不均一性大，即便在相同的電路中使用相同產(chǎn)品的穩(wěn)壓二極管ZD也不一定可相同的電壓進(jìn)行保護(hù)。由于存在著這種齊納電壓的分散性，故被保護(hù)電壓(箝位電壓)的設(shè)計(jì)變得困難。再有，箝位電壓一旦把穩(wěn)壓二極管ZD組裝到電路中來之后就不能變更。因此，相應(yīng)于IGBT的工作條件和溫度或電路條件來改變箝位電壓是困難的。
此外，由于工作電壓高，IGBT的箝位電壓也變成為高的值。但是，穩(wěn)壓二極管ZD的齊納電壓與IGBT的箝位電壓相比卻是很低的值。因此，圖4中的穩(wěn)壓二極管ZD實(shí)際上是把多個(gè)穩(wěn)壓二極管作成串聯(lián)起來構(gòu)成的。故存在著必須有大的面積的問題。
再有，在主電壓突然上升時(shí)。當(dāng)其電壓上升率dv/dt大時(shí)，IGBT有時(shí)會(huì)受到破壞。這種破壞叫作dv/dt破壞。在使用了穩(wěn)壓二極管ZD的IGBT中，要防止dv/dt破壞是困難的。
本發(fā)明的目的是提供一種極少產(chǎn)生噪聲并可穩(wěn)定地保護(hù)不受過電壓破壞的半導(dǎo)體裝置及其保護(hù)方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的第1半導(dǎo)體裝置中，特征是具有主開關(guān)器件，它具有高電壓一側(cè)的主電極，低電壓一側(cè)主電極和第1柵極電極；電場(chǎng)檢測(cè)器件。它具備MOS構(gòu)造，這種MOS構(gòu)造與該主開關(guān)器件中所產(chǎn)生的規(guī)定的電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。以與上述主開關(guān)器件的內(nèi)部不相同的路徑。使上述高電壓一側(cè)主電極及上述第1柵極電極之間形成導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通電壓施加裝置，用于根據(jù)上述導(dǎo)通狀態(tài)給上述第1柵極電極加上通導(dǎo)電壓。
此外，上述MOS構(gòu)造也可具備第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和在該第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和在該第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上形成的絕緣膜，在這種情況下。也可在上述第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的與上述絕緣膜相鄰接的部分上形成第2導(dǎo)電型溝造層或者第2導(dǎo)電型屏蔽層。
另外，在本發(fā)明的第2半導(dǎo)體裝置中，特征是具有主開關(guān)器件，它具有高壓一側(cè)主電極、低電壓一側(cè)主電極和第1柵極電極；電場(chǎng)檢測(cè)器件，它具備已電連到上述高電壓一側(cè)主電極上的第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、在該第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層表面上選擇性地形成的多個(gè)第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和在被這些第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層夾在中間的第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上介以柵極絕緣膜形成的并被電連到上述第1柵極電極上的第2柵極電極，并與在上述主開關(guān)器件上所產(chǎn)生的規(guī)定的電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)，以與上述主開關(guān)器件的內(nèi)部不相同的路徑使上述高電壓一側(cè)主電極與上述第1柵極電極之間形成導(dǎo)通狀態(tài)；導(dǎo)通電壓施加裝置，用于根據(jù)上述導(dǎo)通狀態(tài)給上述第1柵極電極加上通導(dǎo)電壓。
另外，在上述第2半導(dǎo)體裝置中，也可以形成第2導(dǎo)電型溝道層或第2導(dǎo)電型屏蔽層，使之把上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層夾在中間。
此外，上述第2半導(dǎo)體裝置借助于在上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層內(nèi)選擇性地形成第1導(dǎo)電型發(fā)射極層，也可使上述電場(chǎng)檢測(cè)器件具有MOSFET構(gòu)造。
還有，上述第2半導(dǎo)體裝置，也可以具有電連于上述第1柵極電極與第2柵極電極之間的可變電源。
此外，本發(fā)明的第3半導(dǎo)體裝置具備有主開關(guān)器件，它具有高電壓一側(cè)主電極，低電壓一側(cè)主電極和第1柵極電極；電場(chǎng)檢測(cè)器件，它具有已電連到上述高電壓一側(cè)主電極上的第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、在該第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上邊介以絕緣膜形成，并與上述1開關(guān)器件的電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)，使與上述絕緣膜之間的界面的電阻下降的半導(dǎo)體層；導(dǎo)通電壓施加裝置，用于根據(jù)上述電阻的降低給上述第1柵極電極加上導(dǎo)通電壓。
此外，上述第1至第3半導(dǎo)體裝置的主開關(guān)器件可以是IGBT，也可以是MOSFET。
還有，這種半導(dǎo)體裝置的保護(hù)方法是一種具有主開關(guān)器件(該器件具有高電壓一側(cè)主電極、低電壓一側(cè)主電極和第1柵極電極)和電場(chǎng)檢測(cè)器件(具有MOS構(gòu)造)的半導(dǎo)體裝置的保護(hù)方法，它具有導(dǎo)通步驟(用于使上述電場(chǎng)檢測(cè)器件與在上述主開關(guān)器件產(chǎn)生的規(guī)定的電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)，以不通過上述主開關(guān)器件的內(nèi)部的路徑，合外述高電壓一側(cè)主電極與上述第1柵極電極之間變成導(dǎo)通狀態(tài))和加電壓步驟(用于根據(jù)上述導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通加壓裝置給第1柵極電極加上導(dǎo)通電壓)。
其次，對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充性說明。
本發(fā)明的核心是用具有MOS構(gòu)造的電場(chǎng)檢測(cè)器件代替現(xiàn)有的穩(wěn)壓二極管，并用該電場(chǎng)檢測(cè)器件來保護(hù)主開關(guān)器件。詳細(xì)說來就是MOS構(gòu)造與所加電壓相對(duì)應(yīng)，使與絕緣膜之間的界面上的半導(dǎo)體的載流子狀態(tài)發(fā)生變化。因此，在主開關(guān)器件為截止?fàn)顟B(tài)或?qū)⒁_(dá)到截止的狀態(tài)下，在變成了超過箝位電壓的高電場(chǎng)時(shí)，由于MOS的載流子狀態(tài)的變化，以與主開關(guān)器件的內(nèi)部不同的路徑把高電壓一側(cè)主電極與第1柵極電極之間變成導(dǎo)通狀態(tài)，使來自高電壓一側(cè)主電極的電流介以電場(chǎng)檢出器反饋到第1柵極電極上去。這樣一來，使第1柵極電極的柵極電壓增加并使主開關(guān)器件半導(dǎo)通。使主開關(guān)器件的電阻降低，因而可以使高電壓一側(cè)主電極一低電壓一側(cè)主電極的主電壓抑制到低于箝位電壓。另外，這里所說的所謂與主開關(guān)器件的內(nèi)部不同的路徑，說的是從電路上看來不同的路徑的意思，即便是主開關(guān)器件與電場(chǎng)檢測(cè)器件形成為一個(gè)整體也沒什么關(guān)系。
這樣一來，本發(fā)明在過壓保護(hù)中利用了MOS構(gòu)造的載流下狀態(tài)的變化所形成的導(dǎo)通狀態(tài)。不用雪崩現(xiàn)象所形成的伴有負(fù)阻的局部性的電流導(dǎo)通。為此，本發(fā)明與使用了穩(wěn)壓二極管的現(xiàn)有的情況相比，可以減少噪聲的產(chǎn)生，可以穩(wěn)定地保護(hù)主開關(guān)器件免受過電壓破壞。就是說，由于穩(wěn)壓二極管也因在超過5伏時(shí)利用雪崩現(xiàn)象所形成的電流導(dǎo)通故易于產(chǎn)生噪聲、但倘采用本發(fā)明，則這種噪聲就可以避免。
此外，這里所說的MOS構(gòu)造，除了金屬-氧化膜-半導(dǎo)體的三明治構(gòu)造的意味之外，還包含有實(shí)質(zhì)上起著金屬-氧化膜-半導(dǎo)體的作用的構(gòu)造的意思。比如說包含不用金屬而代之以設(shè)置多晶半導(dǎo)體的構(gòu)造、也包括不用氧化膜而代之以設(shè)置氧化膜以外的絕緣膜的構(gòu)造。
在這種MOS構(gòu)造中，半導(dǎo)體層是第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，在主開關(guān)器件的主電壓比箝位電壓低的情況下，必須使電場(chǎng)檢測(cè)器件變成非導(dǎo)通狀態(tài)。要把電場(chǎng)檢測(cè)器件變成非導(dǎo)通狀態(tài)有以下的第1或第2方法。
作為第1方法，在比箝位電壓低的電壓中，對(duì)MOS構(gòu)造進(jìn)行控制，使與第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的絕緣膜之間的界面上形成第2導(dǎo)電型溝道層，并用以該第2導(dǎo)電型溝道層屏蔽來自高電壓一側(cè)電極的電流。
作為第2方法，預(yù)先設(shè)置高阻的第2導(dǎo)電型屏蔽層，并用該第2導(dǎo)電型屏蔽層屏蔽來自高電壓一側(cè)主電極的電流。
電場(chǎng)檢測(cè)器件，比如具體地說，先在第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的表面上形成選擇性地形成的多個(gè)第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，然后在被這些第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層夾在中間的第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上邊介以柵極絕緣膜形成第2柵極電極。接下來，使第2機(jī)極電極電連到第1柵極電極上，并形成為使第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連到高電壓一側(cè)主電極上。
在與被第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層夾在中間的第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的柵極絕緣膜鄰接的部分上也可以形成第2導(dǎo)電型溝道層或第2導(dǎo)電型屏蔽層。
此外，若在第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層內(nèi)形成第1導(dǎo)電型發(fā)射極層，并使柵極絕緣膜和第2柵極電極向外延伸到該第1導(dǎo)電型發(fā)射極層上邊，則可以在被第1導(dǎo)電型發(fā)射極層和第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層夾在中間的第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上形成第1導(dǎo)電型溝道。借助于該第1導(dǎo)電型溝道的形成使電場(chǎng)檢測(cè)器件變成為導(dǎo)通狀態(tài)，使高電壓一側(cè)主電極與第1柵極電極之間變成為導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)采用所謂的MOSFET時(shí)，由于電場(chǎng)檢測(cè)器件本身可兼用作導(dǎo)通電壓施加裝置，可使電路構(gòu)成簡(jiǎn)化，故是理想的。
在想使電場(chǎng)檢測(cè)器件變成導(dǎo)通狀態(tài)的電壓即箝位電壓可變的情況下，在第1柵極電極與第2柵極電極之間設(shè)以已電連好了的可變電源并使第2柵極電極的柵極電壓可變即可。
其次，作為電場(chǎng)檢測(cè)器件的另一構(gòu)成例，先在第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上邊介以絕緣膜形成半導(dǎo)體層。再在該半導(dǎo)體層上與在主開關(guān)器件上產(chǎn)生的電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)用具有在與絕緣膜之間的界面的電阻降低的性質(zhì)的構(gòu)造，并根據(jù)該阻的降低給第1柵極加上導(dǎo)通電壓。在這種情況下，起MOS構(gòu)造中的金屬作用的是第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。
本發(fā)明的核心，如前所述，在于主開關(guān)器件的保護(hù)。只要主開關(guān)器件是可用柵極驅(qū)動(dòng)的器件，什么器件都行，下邊舉一個(gè)例子。
例如，主開關(guān)器件可以使用具有高阻抗的第1導(dǎo)電型基極層，在與該第1導(dǎo)電型基極層之間將形成pn結(jié)的第2導(dǎo)電型發(fā)射極層，選擇性地形成于第1導(dǎo)電型基極層表面上的第2導(dǎo)電型基極層，選擇性地形成于第2導(dǎo)電型基極層內(nèi)的第1導(dǎo)電型發(fā)射極層，并用上述第1柵極電極在被上述第1導(dǎo)電型發(fā)射極層和上述第1導(dǎo)電型基極層夾在中間的上述第2導(dǎo)電型基極層上形成第1導(dǎo)電型溝道層的構(gòu)造。作為這樣的構(gòu)造的主開關(guān)器件有IGBT，MOS可控制等等。
此外，本發(fā)明還可用于MOSFET、GTO、可控硅、SIT、MESFET、SIThy等等中去。
此外，本發(fā)明還可以用于平面構(gòu)造、溝槽(trench)構(gòu)造、臺(tái)面構(gòu)造、倒臺(tái)面構(gòu)造等的各種主開關(guān)器件中去。此外，主開關(guān)器件的構(gòu)造可以是縱式或橫式。
本發(fā)明的這些目的和這些之外的目的、特征和利益，用下邊的詳細(xì)說明中的敘述和附圖將會(huì)進(jìn)一步變得明確起來。另外，附圖中的同一種類的參照標(biāo)號(hào)，在為數(shù)眾多的圖中表示同等的部分。
圖1的電路圖示出了有主開關(guān)器件的現(xiàn)有的串聯(lián)電路。
圖2是用于說明現(xiàn)有的串聯(lián)電路的通斷控制的定時(shí)圖。
圖3是一電路圖，它示出了帶保護(hù)用的穩(wěn)壓二極管的現(xiàn)有的串聯(lián)電路。
圖4的斷面圖模式性地示出了現(xiàn)有的IGBT及其周邊的構(gòu)成。
圖5的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第1實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖6的電路圖模式性地示出了該實(shí)施例中的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖7的同一實(shí)施例中的箝位電壓的波形圖。
圖8的波形圖示出了該實(shí)施例中的箝位電壓的測(cè)定結(jié)果。
圖9是同一實(shí)施例中的現(xiàn)有的比較例的波形圖。
圖10的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第2實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖11的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第3實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖12的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第4實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置。
圖13的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第5實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖14的平面圖模式性地示出了該實(shí)施例中的變形構(gòu)成。
圖15用于說明一般性地dv/dt破壞。
圖16的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第6實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖17是同一實(shí)施例中的箝位電壓的波形圖。
圖18A用于說明同一實(shí)施例中的dv/dt的抑制。
圖18B用于說明同一實(shí)施例中的dv/dt的抑制。
圖19的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第7實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖20的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第8實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖21的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第9實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖22的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第10實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖23的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第11實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖24的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第12實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖25的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第13實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖26示出了同一實(shí)施例中的半導(dǎo)體裝置的電場(chǎng)與電阻的關(guān)系。
圖27的斜視斷面圖模式性地示出同一實(shí)施例中的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖28是同一實(shí)施例中的半導(dǎo)體裝置的等效電路圖。
圖29的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第14實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖30是同一實(shí)施例中的半導(dǎo)體裝置的等效電路。
圖31的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第15實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖32的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第16實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖33的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第17實(shí)施例的半導(dǎo)裝置的構(gòu)成。
圖34的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第18實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖35的局部斷面圖模式性示出了同一實(shí)施例中的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的一部分。
圖36示出了同一實(shí)施例中的半導(dǎo)體裝置的電場(chǎng)與電阻的關(guān)系。
圖37的局部斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第19實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的一部分。
圖38示出了同一實(shí)施例中的半導(dǎo)體裝置的電場(chǎng)和電阻的關(guān)系。
圖39的局部斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第20實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的一部分。
圖40示出了同一實(shí)施例中的半導(dǎo)體裝置的電場(chǎng)與電阻的關(guān)系。
圖41的局部斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第21實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的一部分。
圖42的局部斷面圖模示性地示出了本發(fā)明的第22實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的一部分。
圖43的局部斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第23實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的一部分。
圖44示出了同一實(shí)施例中的半導(dǎo)體裝置的電場(chǎng)與電阻的關(guān)系。
圖45的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第24實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖46的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第25實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖47的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第26實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖48的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第27實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖49的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第28實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖50的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第29實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖51的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第30實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖52的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第31實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖53的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第32實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖54的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第33實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖55的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第34實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖56的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第35實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖57的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第36實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖58的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第37實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
圖59的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第38實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
以下邊參看附圖邊說明本發(fā)明的實(shí)施例。另外，在以下的實(shí)施例中設(shè)第1導(dǎo)電型為n型，第2導(dǎo)電為p型。
第1實(shí)施例圖5的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第1實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。圖6的電路圖模式性地示出了該半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
在圖5中，參照標(biāo)號(hào)11是作為第2導(dǎo)電型發(fā)射極層的P型漏極層，在P型漏極層11的一方的表面上形成有作為高電壓一側(cè)主電極的漏極電極12。
在與P型漏極層11中的漏極電極12相反一側(cè)的表面上形成了作為第1導(dǎo)電型基極層的高阻的n型基極層13。在n型基極層13的表面上選擇性地?cái)U(kuò)散形成有作為第2導(dǎo)電型基極層的P型基極層14。各P型基極層14的表面上選擇性地形成有作為第1導(dǎo)電型發(fā)射極層的n型源極層15。
在被n型源極層15和n型基極層13夾在中間的P型基極層14上邊，介以使用了氧化膜的柵極絕緣膜16設(shè)有第1柵極電極17。另外，在P型基極層14上邊及n型源支15上邊設(shè)有作為低電壓一側(cè)主電極的源極電極18。
在P型漏極層11和n型基極層13之間還形成有n型緩沖層19。
這樣一來，作為主開關(guān)器件的平面IGBT就形成了。
此外，柵極電極17介以柵極電阻Rg被連接到柵極驅(qū)動(dòng)電路上。
電場(chǎng)檢測(cè)器件20a設(shè)于IGBT的外部，使得IGBT的漏極電極12與第1柵極電極電連。
該電場(chǎng)檢測(cè)器件20a采用了MOSFET構(gòu)造，具體地說形成為上述構(gòu)造。n型漏極層21設(shè)于漏極電極12一側(cè)，在該n型漏極層21的一方的表面上設(shè)有漏極電極22。該漏極電極22介以二極管Di被連到漏極電極12上。
二極管Di用于阻止電流通過電場(chǎng)檢測(cè)器件20a從柵極驅(qū)動(dòng)電路流向漏極電極12一側(cè)，電場(chǎng)檢測(cè)器件20a和二極管Di的串聯(lián)配置順序倒過來也可以。
在n型漏極層21的與漏極電極22相反一側(cè)的表面上形成作為第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的n型基極層23、在該n型基極層23的表面上選擇性地?cái)U(kuò)散形成有作為第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的2個(gè)P型基極層24。在各P型基極層24的表面上形成有作為第1導(dǎo)電型發(fā)射極層的n型源極層25。
在被n型源極層25夾在中間的n型基極層23和P型基極層24上邊，介以柵極絕緣膜26，設(shè)有第2柵極電極27。另外，在P型基極層24上邊和n型源極層25上邊設(shè)有源極電極28。
而且，第2柵極電極27介以柵極電阻Rc和可變電源Vc連到第1柵極電極17上去。此外，源極電極28也連接到第1柵極電極17上。
這樣構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置如下述那樣地被保護(hù)為不受過電壓破壞。
當(dāng)為了關(guān)斷IGBT而用柵極驅(qū)動(dòng)電路給柵極電阻Rg的一端加上負(fù)的電壓時(shí)，第1柵極電極17的柵極電壓(以下叫作第1柵極電壓)就開始下降。隨著第1柵極電壓的下降，IGBT的源-漏間的主電壓開始上升，并借助于密勒效應(yīng)使第2柵極電壓變?yōu)閹缀鹾愣ā?br> 在這期間，第2柵極電極27由可變電源Vc加上負(fù)電壓。因此，在被P型基極層24夾在中間的n型基極層23的表面上形成了P型溝道層。由于IGBT的主電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)被該P(yáng)型溝道層屏蔽，故第2柵極電極27的電位不變化。為此，電場(chǎng)檢測(cè)器件20a維持非導(dǎo)通狀態(tài)。
接著，當(dāng)IGBT的主電壓由增加到規(guī)定值，IGBT內(nèi)部的電場(chǎng)上升到規(guī)定的電場(chǎng)時(shí)，電場(chǎng)檢測(cè)器件20a內(nèi)的電場(chǎng)上升使P型溝道層消滅，在電場(chǎng)檢測(cè)器件20a漏-柵之間將產(chǎn)生電容。就是說，在電場(chǎng)檢測(cè)器件20a中，由于電場(chǎng)的上升，因與P型溝道層相接連并在n型基極層23內(nèi)存在著的耗盡層伸展使P型溝道層消滅而到達(dá)柵極絕緣層，介以這些耗盡層和柵極絕緣膜的電容把漏-柵之間連接起來。其結(jié)果是第2柵極電極27的柵極電壓(以下，稱之為第2柵極電壓)急劇上升使該第2柵極電壓與源極電極28的電壓的極性反轉(zhuǎn)。即，第2柵極電壓變成為正電壓，由于源極電極28上加有負(fù)的電壓，故在被n型源極層25和n型基極層23夾在中間的P型基極層24的表面上將形成n型溝道層，電子電流流入n型基極層23，使電場(chǎng)檢測(cè)器件20a的MOSFET構(gòu)造接通變成為導(dǎo)通狀態(tài)。
因此，電流就通過電場(chǎng)檢測(cè)器件20a從IGBT的漏極電極12流向IGBT的第1柵極電極17、并因柵極電阻Rg的壓降使第1柵極電壓上升。這樣一來，因?yàn)镮GBT變?yōu)榘雽?dǎo)通而使IGBT的電阻下降，得以保護(hù)IGBT免受過電壓破壞。
在這里，使電場(chǎng)檢測(cè)器件20a變導(dǎo)通狀態(tài)的IGBT的主電壓，即箝位電壓依賴于P型溝道層的單位面積的累積電荷而變化。該累積電荷可依賴于可變電壓Vc而變化。
在半導(dǎo)體中應(yīng)用了Si，在絕緣膜中應(yīng)用了SiO2的情況下，累積電荷Q可用下述(1)式表示。
Q＝(εox·Vc)/tox…(1)其中εox是SiO2的常數(shù)，Vc為可變電源的Vc的負(fù)電壓，tox為柵極絕緣膜26的膜厚。
而箝位電壓Vclamp可用下述(2)式表示。
Vclamp＝Q2/(2qN·εsi)…(2)其中q為單位電荷，N為n型基極層23的雜質(zhì)濃度、εsi為Si的介電常數(shù)。
從式(1)和式(2)可得Vclamp＝(εox2·Vc2)/(2qN·εsi·tox2)…(3)因而，Vc越高則箝位電壓將變工高，tox越厚則箝位電壓將變得越低。
此外，當(dāng)加在第2柵極電極27上的電壓太高時(shí)。電場(chǎng)檢測(cè)器件20a將被破壞，故Vc有一理想的范圍，其范圍可用下述(4)式表示。
Vc≤(2.5×105·εsi·tox)/εox…(4)
設(shè)絕緣膜26的膜厚為約100nm。則Vc的最大值約為7.5V。
絕緣膜26在與通常的柵極氧化膜同等的10nm～100nm的厚度下是可以使用的，但也可以厚于這一范圍的膜厚。
這樣一來，通過使Vc變化就可以使箝位電壓可變。這一點(diǎn)在用現(xiàn)有的穩(wěn)壓二極管的裝置中是不可能的。
還有，柵極電阻Rc被設(shè)定為上述電場(chǎng)檢測(cè)器件20a的器件面積的每1cm2為10kΩ～1MΩ。
其次，在圖7中示出了箝位電壓的波形，在圖7中，橫軸為時(shí)刻，縱軸為漏極電壓(主電壓)。
就像從圖7可以知道的那樣，Vc高則箝位電壓變高、Vc低則箝位電壓變低。另外，圖7的兩條曲線表示是電感為恒定時(shí)的情況。
此外，實(shí)測(cè)箝位電壓結(jié)果示于圖8。在圖8中橫軸是時(shí)間t，其一個(gè)刻度為500ns。此外縱軸表示漏極電壓V，電流I和IGBT的第1柵極電壓Vg。漏極電壓V一個(gè)刻度為200V。電流I的一個(gè)刻度為2A。第1柵極電壓Vg的一個(gè)刻度為10V。
從圖8可知，雖然在800V下進(jìn)行了箝位但卻得到了幾乎無噪聲的波形。
作為相對(duì)于此的比較例，把使用了穩(wěn)壓二極管的情況下的測(cè)定結(jié)果示于圖9。橫軸和縱軸的刻度與圖8相同。
從圖9可知，盡管進(jìn)行了箝位，但在其波形上載有大的噪聲。
如上所述，倘采用本實(shí)施例，則電場(chǎng)檢測(cè)器件20a與高電場(chǎng)對(duì)應(yīng)將變成導(dǎo)通狀態(tài)，并使來自漏極電極12的電流反饋至第1柵極電極17使主開關(guān)器件變成半導(dǎo)通狀態(tài)。以此，使主開關(guān)器件的電阻下降。把主電壓抑制到箝位電壓以下。在這樣的過程中。由于不使用成為噪聲根源的穩(wěn)壓二極管的雪崩現(xiàn)象和IGBT的自箝位功能。故減少了噪聲的產(chǎn)生，且可進(jìn)行穩(wěn)定的保護(hù)。
而且，可以對(duì)應(yīng)于保護(hù)電路中的可變電源的負(fù)電壓Vc使箝位電壓Vclamp可變。
第2實(shí)施例圖10的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第2實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。在圖10中，與圖5相同的部分賦以相同的標(biāo)號(hào)并省去了關(guān)于該部分的詳細(xì)說明，以下相同。
本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置與第1實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置有4點(diǎn)不同之處。第1點(diǎn)，電場(chǎng)檢測(cè)器件20b與IGBT形成于同一基板上。第2點(diǎn)，在被P型基極層24夾在中間的n型基極層23的表面上預(yù)先形成了高阻P型屏蔽層29，并用該P(yáng)型屏蔽層29來屏蔽電場(chǎng)。第3點(diǎn)，省掉了可變電源Vc。第4點(diǎn)，不用二極管Di，代之以設(shè)置穩(wěn)壓二極管ZD并把該穩(wěn)壓二極管ZD與電場(chǎng)檢測(cè)器件20b之間的串聯(lián)配置順序顛倒了過來。
另外，這些4點(diǎn)的變形內(nèi)容可分別獨(dú)立實(shí)施，互相任意組合也是可實(shí)施的。另外，該穩(wěn)壓二極管ZD設(shè)計(jì)為輔助性地進(jìn)行柵極保護(hù)，即使略去對(duì)電路工作也沒什么妨害。
即使作成為以上的那種構(gòu)造，由于P型屏蔽層29起著與第1實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中的P型溝道層相同的作用，故過電壓保護(hù)是可能的。在這里，電場(chǎng)檢測(cè)器件20b變成為導(dǎo)通狀態(tài)，是在P型屏蔽層29已完全耗盡化的時(shí)候。
另外，P型屏蔽層29的雜質(zhì)濃度作成為與儲(chǔ)備層(reserve層)的雜質(zhì)濃度同等程度即可。
而可以省掉可變電源Vc的理由如下所述。
假定設(shè)置P型屏蔽層29并設(shè)置可變電源Vc，則上述的(1)式將被下述式(5)置換。
Q＝{(εox·Vc)/tox}+(q·Dp)…(5)其中Dp為P型屏蔽層29的單位面積的雜質(zhì)總量。
若省去可變電源Vc，則(5)式的右邊的最初一項(xiàng)將變成O。即結(jié)果變成箝位電壓將隨Dp而變化。因此，通過與所期望的箝位電壓相對(duì)應(yīng)地變化P型屏蔽層29的雜質(zhì)濃度的辦法，可以省去可變電源Vc。
在這種情況下。雖然箝位電壓被固定了。但由于借助于IGBT使必要的箝位電壓幾乎為恒定，故問題不大。另外，本實(shí)施例的電路構(gòu)成比設(shè)有可變電源Vc的第1實(shí)施例更簡(jiǎn)潔。此外，本實(shí)施例和第1實(shí)施例一樣，很少產(chǎn)生噪聲。
在這里，在第2柵極電極27上也可預(yù)先對(duì)源極電極28加上比閾值低的正電壓。這樣一來，可以縮短形成n型溝道層之前的時(shí)間。也可加快過電壓檢測(cè)和第1柵極電極27的驅(qū)動(dòng)速度。故是令人滿意的。
此外，在將電場(chǎng)檢測(cè)器件與IGBT之類的雙極型器件在同一基板上形成的情況下，距雙極型器件為n型基極層13的厚度1/20以上地方來形成，從不會(huì)影響n型基極層13中的等離子體(累積載流子)的觀點(diǎn)看是人們所希望的。
此外，電場(chǎng)檢測(cè)器件20b的下邊的部分的P型漏極層11可以省去。
如上所述，倘采用第2實(shí)施例，則由于P型屏蔽層29起著與第1實(shí)施例中所半導(dǎo)體裝置的P型溝道層一樣的作用，故可以收到與第1實(shí)施例的效果一樣的效果。
另外，由于電場(chǎng)檢測(cè)器件20b與IGBT形成于同一基板上，故可以使芯片本身具有保護(hù)功能。
再有，通過省略可變電源Vc?？梢院?jiǎn)化電路構(gòu)造。
第3實(shí)施例圖11的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第3實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第2實(shí)施例的變形構(gòu)成，和第2實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置不同，設(shè)置可變化源Vc使得給源極電極28加正電壓，且給柵極電極17加負(fù)電壓。
采用這種構(gòu)成，由于螺積電荷變成為(5)式那樣，故與第2實(shí)施例不同，可把箝位電壓作成為可變。
另外，由于已設(shè)置了可變電源Vc。故可以省去P型屏蔽層29。
第4實(shí)施例圖12的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第4實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第2實(shí)施例的變形構(gòu)成，和第2實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置不同。電場(chǎng)檢測(cè)器件20c的P型屏蔽層29a兼作IGBT的終端部分的P型儲(chǔ)備層。因而，僅僅形成了一個(gè)P型基極層24、另外，第2柵極電極27a兼作終端部分的場(chǎng)平面(field plate)。
另外，參照標(biāo)號(hào)30是n型的耗盡層停止器(stopper)層。
采用這樣的構(gòu)成，則除了第2實(shí)施例的效果之外，在芯片尺寸相同的情況下，可以實(shí)現(xiàn)主開關(guān)器件的保護(hù)功能，而不會(huì)減小主開關(guān)器件的有效面積。
第5實(shí)施例圖13的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第5實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第4實(shí)施例的變形構(gòu)成，與第4實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置不同，P型基極層24與P型屏蔽層29a分離了開來。
采用這樣的構(gòu)成，由于變成為使電場(chǎng)檢測(cè)器件20c具有MOSFET構(gòu)造，故即使P型屏蔽層29a不完全耗盡化，也可在抑制噪聲的同時(shí)，保護(hù)主開關(guān)器件使之免遭過電壓破壞。
另外，如圖13中的虛線所示。P型基極層24和P屏蔽層29a也可以部分地連在一起。
此外，如圖13中點(diǎn)劃線所示，把深的P型層31設(shè)置為與P型屏蔽層29a重疊，從耐壓的觀點(diǎn)考慮是理想的。
還有，P型基極層24與P型屏蔽層29a部分地連在一起的情況的平面圖示于圖14。在圖14中，如用虛線圍起來的那樣，P型基極層24與P型屏蔽層29a分離開來的部分作為MOSFET而工作。
在以上的實(shí)施例中，對(duì)把電場(chǎng)檢測(cè)器件用于過電壓保護(hù)的例子進(jìn)行了說明。下邊，對(duì)為了防止dv/dt破壞而使用電場(chǎng)檢測(cè)器件的例子進(jìn)行說明。
第6實(shí)施例在說明本實(shí)施例之前，在圖15中示出了主開關(guān)器件中的dv/dt破壞的情況。圖15是主開關(guān)器件為GTO的例子，但示出的是主開關(guān)器件被破壞的情景。
其次，圖16是一斷面圖，它模式性地示出了本發(fā)明的第6實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置。
該半導(dǎo)體裝置和第1實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的不同之處有2點(diǎn)。第2點(diǎn)是形成了P型屏蔽層29。第1點(diǎn)是與電場(chǎng)檢測(cè)器件20b并聯(lián)地設(shè)有穩(wěn)壓二極管ZD。
在該構(gòu)成中，穩(wěn)壓二極管ZD被用于過電壓保護(hù)。電場(chǎng)檢測(cè)器件20b被用于dv/dt抑制。
此外，在電場(chǎng)檢測(cè)器件20b不是用于過電壓保護(hù)而是用于dv/dt抑制的情況下，柵極電阻Rc希望處于電場(chǎng)檢測(cè)器件20b的器件面積每1cm2數(shù)Ω～數(shù)KΩ的范圍之內(nèi)。
這里，在圖17中示出了箝位電壓的波形。在圖17中橫軸為時(shí)間，縱軸為漏極電壓。
圖17中的A的部分是用電場(chǎng)檢測(cè)器件20b進(jìn)行dv/dt抑制的部分，用B表示的部分是用穩(wěn)壓二極管ZD進(jìn)行過電壓保護(hù)的部分。就是說漏極電壓上升并移往A的部分時(shí)的拐點(diǎn)表明用電場(chǎng)檢測(cè)器件20b進(jìn)行的抑制開始，而從A的部分進(jìn)入B的部分時(shí)的拐點(diǎn)表明用穩(wěn)壓二極管進(jìn)行的過電壓保護(hù)的開始。
由于dv/dt用電場(chǎng)檢測(cè)器件20b進(jìn)行抑制，故即使在過電保護(hù)中使用和現(xiàn)有技術(shù)一樣的穩(wěn)壓二極管ZD也可以減低噪聲的產(chǎn)生。
當(dāng)然，不用穩(wěn)壓二極管，而代之以在過電保護(hù)中使用電場(chǎng)檢測(cè)器件，作2個(gè)電場(chǎng)檢測(cè)器件組成的構(gòu)成也行。
在用電場(chǎng)檢測(cè)器件20b進(jìn)行dv/dt抑制的情況下，用Rc抑制電壓上升率dv/dt，而電電壓上升率dv/dt的抑制開始電壓用可變電源的負(fù)電壓Vc進(jìn)到控制。這一情況用圖18A和圖18B進(jìn)行說明。
首先，在柵極電阻Rc為恒定且電壓上升率dv/dt為恒定的情況下，如圖18A所示，隨著負(fù)電壓Vc變高，控制開始的電壓也將不斷變高。
這回在令負(fù)電壓Vc恒定控制開始的電壓恒定的情況下，如圖18B所示，隨著柵極電阻Rc的變高，電壓上升率dv/dt將不斷降低。因而在上述的柵極電阻Rc的范圍之內(nèi)，為要防止dv/dt所產(chǎn)生的破壞，用柵極電阻Rc高的一方是理想的。
如上所述，倘采用本實(shí)施例，則除了第1實(shí)施例的效果之外。采用改變可變電源的的負(fù)電壓Vc或柵極電阻Rc的辦法，就可以依據(jù)裝置的工作狀態(tài)或電流密度，外部電路等等細(xì)致地對(duì)半導(dǎo)體裝置進(jìn)行保護(hù)。
下邊要說明的三個(gè)實(shí)施例是在電壓檢測(cè)中使用電場(chǎng)檢測(cè)器件，在IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)中使用別的器件的實(shí)施例。
第7實(shí)施例圖19的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第7實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置與第1實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的不同之處有2點(diǎn)。一點(diǎn)是在電場(chǎng)檢測(cè)器件20d中不設(shè)源極層，卻設(shè)置了P型屏蔽層29。另一點(diǎn)是除電場(chǎng)檢測(cè)器件20d之外，另外設(shè)置了n溝MOSFET或JFET。另外，在以下的各實(shí)施例中雖然是以n溝MOSFET為例進(jìn)行的說明，但如前所述，該n溝MOSFET可用JFET置換。
n溝MOSFET的柵極被連接到第2柵極電極27上，源極則被接到IGBT的第1柵極電極上。此外，n溝MOSFET的漏極被接到+15V的電源上。
在這種構(gòu)成中，與前述相同，電場(chǎng)檢測(cè)器件20d檢測(cè)到高電場(chǎng)后變成為導(dǎo)通狀態(tài)，給n溝MOSFET的柵極加上正電壓，驅(qū)動(dòng)n溝MOSFET。n溝MOSFET變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)并把電源電壓加到IGBT的第1柵極電極17上使IGBT半導(dǎo)通。
如上所述，若采用本實(shí)施例，由于用電場(chǎng)檢測(cè)器件20d檢測(cè)電場(chǎng)故n溝MOSFET的耐壓低也沒問題。所以除了第1實(shí)施例的效果之外，過電壓保護(hù)動(dòng)作可以高速化。例如如圖19所示，漏極電壓約15V也可以。另外，在MOSFET的情況下，由于和JFET的情況相比柵極的閾值電壓可以低，故動(dòng)作還可進(jìn)一步高速化。
第8實(shí)施例圖20的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第8實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第7實(shí)施例的變形構(gòu)成，和第7實(shí)施例不同，設(shè)有偏置用電源VB，用于事先給n溝MOSFET的柵極加上比閾值低的正電壓。
采用偏置用電源VB，則因?yàn)轭A(yù)先把正電壓加到了n溝MOSFET的柵極上，故驅(qū)動(dòng)第1柵極電極的速度可以比第7實(shí)施例還快。
第9實(shí)施例圖21的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第9實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置被構(gòu)成為不設(shè)第8實(shí)施例的偏置用電源VB，而從IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電路獲取n溝MOSFET的偏置用的電壓。
具體的構(gòu)成如下。
在IGBT為導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)候，加于第1柵極電極上的正電壓通過電連到該柵極電極上的Di1也加到電容器C1上，電容器C1被充電。充電結(jié)束后，電容器C1就可以進(jìn)行與偏置用電源相同動(dòng)作。對(duì)于電容器C1，第1柵極電極一側(cè)將變成負(fù)的電位。該角的電位由穩(wěn)壓二極管ZD1及電容器C2決定。假定第1柵極電極一側(cè)已變?yōu)檎臅r(shí)候，就可以用二極管Di2來阻止電流的流動(dòng)。此外電阻R1用于使電流平坦化。
采用電容器C1，在圖21中的A-B之間將產(chǎn)生使A側(cè)為高電位的電位差。通過使2個(gè)電阻R2和R3來分擔(dān)這一電位差的辦法供給n溝MOSFET的柵極電壓。該柵極電壓由電阻值大的電阻R4決定。
同樣地用2個(gè)可變電阻VR1和VR2供給第2柵極電壓，第2柵極電壓由電阻R5決定。
電容器C3被設(shè)置為用于防止n溝MOSFET與第2柵極電極27的短路。由于使用該電容C3，結(jié)果變成為電流的直流成分不能流過，只能流過變動(dòng)部分。
采用這種構(gòu)成，則即使省去偏置用電源也能工作，且與第8實(shí)施例相比可實(shí)現(xiàn)裝置的小型化。
第10實(shí)施例圖22的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第10實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第6實(shí)施例的變形構(gòu)成，和第6實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置不同，穩(wěn)壓二極管ZD被串聯(lián)配置于電場(chǎng)檢測(cè)器件20b與二極管Di之間。
在該構(gòu)成中和第6實(shí)施例不一樣，電場(chǎng)檢測(cè)器件20b被用作過電壓保護(hù)。串接穩(wěn)壓二極管ZD的理由是比如說主開關(guān)器件為約4.5KV的高耐壓，在電場(chǎng)檢測(cè)器件20b的耐壓比該4.5KV低的情況下。使穩(wěn)壓二極管ZD來分擔(dān)電壓。
倘采用這一構(gòu)成，則除去第6實(shí)施例的效果之外，結(jié)果變成為還具有在電場(chǎng)檢測(cè)器件的耐壓比主開關(guān)器件的耐壓低的情況下可進(jìn)行有效的保護(hù)這樣的效果。
第11實(shí)施例圖23的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第11實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置與上述第1～第10實(shí)施例不同，是把穿通現(xiàn)象用于過電壓保護(hù)的裝置。即，在IGBT的漏極電極12一側(cè)設(shè)有P型層32，并設(shè)有與該P(yáng)型層32和作為中間層的n型層34相接連的電極33。另外，在n型層34的與P型層32相反一側(cè)的面上設(shè)有P型層35，在P型層35上設(shè)置電極36并把該電極36連到第1柵極電極17上。用這些構(gòu)成了電場(chǎng)檢測(cè)器件20e。
其次，說明過電壓保護(hù)動(dòng)作。
中間層的n型層34被設(shè)計(jì)為使得用箝位電壓進(jìn)行完全耗盡化。因此，當(dāng)已變成箝位電壓時(shí)使n型層34耗盡化，使P型層32，35穿通。借助于這一穿通。電流流向電場(chǎng)檢測(cè)器件20e、第1柵極電極的第1柵極電壓變高，使IGBT半導(dǎo)通，對(duì)IGBT進(jìn)行過電壓保護(hù)。
即使作成這種構(gòu)成，也和各實(shí)施例一樣，可以在抑制噪聲產(chǎn)生的同時(shí)，對(duì)主開關(guān)器件進(jìn)行過電壓保護(hù)。
第12實(shí)施例圖24的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第12實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第11實(shí)施例的變形構(gòu)成，與第11實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置不同，不用P型層32，代之以在P型層35內(nèi)設(shè)置與電極36接連的n型層37，并以P型層35為中間層。
即使作成這種構(gòu)成也可得到與第11實(shí)施例相同的效果。
第13實(shí)施例圖25的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第13實(shí)施例的半導(dǎo)通裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置在n型基極層13上邊界以絕緣膜26形成有與柵極電極27等效的半導(dǎo)體層以取代上述第1～第10實(shí)施例的第2柵極電極27。
具體地說，這種裝置是在與IGBT同一基板的n型基極層13上邊介以絕緣膜26，在橫方向上形成由n型層42a，P型層42b和n型層42c構(gòu)成的npn構(gòu)造的電場(chǎng)檢測(cè)器件20g，npn構(gòu)造42之中兩端的n型層42a，42c連到檢測(cè)電路上，檢測(cè)電路連接到柵極驅(qū)動(dòng)電路上而構(gòu)成。
其中，npn構(gòu)造42具有中央的P型層42b與n型基極層13中的電場(chǎng)E相對(duì)應(yīng)使與絕緣膜26之間的交界面的電阻Rp下降的性質(zhì)，這一P型層42b中的電阻Rp的下降介以兩端的n型層42a，42c被檢測(cè)電路進(jìn)行檢測(cè)。
檢測(cè)電路由n型層42a，42c檢測(cè)npn構(gòu)造42的電阻Rp的下降，當(dāng)該電阻Rp的下降超過了規(guī)定的閾值時(shí)，就向驅(qū)動(dòng)電路送出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
上述情況示于圖26，橫軸為電場(chǎng)E，縱軸為電阻Rp。
接著，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路從檢測(cè)電路接受到驅(qū)動(dòng)信號(hào)之后，就把導(dǎo)通電壓加到第1柵極電極17上。
這樣一來，使IGBT導(dǎo)通，使n型基極層13中的電場(chǎng)E變小。
即，當(dāng)IGBT處于截止?fàn)顟B(tài)或向截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變的過程中加上了超過允許值的高電壓時(shí)，若在n型基極層13中產(chǎn)生了電場(chǎng)E，則npn構(gòu)造42的電阻Rp將與該電場(chǎng)E的大小相對(duì)應(yīng)地下降、當(dāng)該電阻Rp的下降超過閾值時(shí)，就地通電壓加到第1柵極電極17上。使IGBT變成導(dǎo)通狀態(tài)，使n型基極層13的電場(chǎng)E減小，因而可以阻上IGBT的破壞。
在這里用圖27和圖28做一更為具體的說明。
圖27的斜視斜面圖模式性地示出了該半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。圖28是該半導(dǎo)體裝置的等效電路圖。
在與IGBT同一基板的n型基極層13上邊介以絕緣膜26在多晶硅Si上橫方向地形成由n型層42a，P型層42b及n型層42c構(gòu)成的npn構(gòu)造42、在npn構(gòu)造42中，一方的n型層42a連到電源43上，另一方的n型層42c則介以電阻R連到第1柵極電極17上。
其中npn構(gòu)造42，如圖28所示，形成了把n型基極層13作成為與柵極電極等效的MOSFET。npn構(gòu)造42的P型層42b既可以與n型層42a，42c匠一方形成電位上的短路，也可以電位上浮置。
現(xiàn)在，假定IGBT為截止?fàn)顟B(tài)，并從圖中未畫出的外部電路給漏極電極12加以了超過允許值的正電壓，且給源極電極18加上了負(fù)電壓。
漏極電極12的高電壓作為超過允許值的高電場(chǎng)E加到n型基極層13上。該高電場(chǎng)E作用到npn構(gòu)造42上，使得在與P型層42b中的絕緣膜26的界面上產(chǎn)生n型溝道層，該溝道使npn構(gòu)造42的兩端的n型層42a、42c短路。
這樣一來，電源43介以npn構(gòu)造42和電阻R連到第1柵極電極17上，給柵極電極17加上正電位。
借助于此，IGBT導(dǎo)通，n型基極層13中的高電場(chǎng)E變小。因而，可以阻止IGBT被破壞。
另外，當(dāng)用示于圖8的等效電路進(jìn)行說明時(shí)，借助于已加到IGBT的漏極電極12上的正電壓使npn構(gòu)造42的MOSFET變成為導(dǎo)通狀態(tài)的辦法，把電源43的電壓加到第1柵極電極17上，使IGBT導(dǎo)通，因而變成了阻止IGBT被破壞的動(dòng)作。
這樣一來，即使采用本實(shí)施例，也可進(jìn)行與已設(shè)置第2柵極電極的情況相同的過電壓保護(hù)。另外，也不必使npn構(gòu)造42與IGBT鄰接。
第14實(shí)施例圖29的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第14實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。圖30是該半導(dǎo)體裝置的等效電路圖。
該半導(dǎo)體裝置是第13實(shí)施例的變形構(gòu)成，是把電源43省掉以謀求周邊構(gòu)成的簡(jiǎn)化的裝置，成為設(shè)置電容器C以取代電源43、該電容器C和IGBT的第1柵極電極17介以二極管Di連在一起的構(gòu)成。此外，二極管Di的陽極連到第1柵極電極17上。陰極與電容器C連接。
借助于此，在IGBT為導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)候。加于第1柵極電極17上的正電壓就介以二極管Di也加到了電容器C上使電容器C充電。充電完畢之后，電容器C就可進(jìn)行與電源的43相同的動(dòng)作。
就是說，當(dāng)因超過了允許值的高電場(chǎng)E使npn構(gòu)造42變成為短路狀態(tài)時(shí)，電容器C就被連接到npn構(gòu)造42及電阻R上開始放電并把正電壓加到第1柵極電極17上。這樣，IGBT就可變?yōu)閷?dǎo)通，就可阻止被破壞。
借助于采用這種構(gòu)造，除在第13實(shí)施例中能得到的效果之外，與第13實(shí)施例相比可獲得裝置的小型化。
第15實(shí)施例圖31的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第15實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第14實(shí)施例的變形構(gòu)成，在npn構(gòu)造42與電容器C之間有一電阻Ra，在電容器C與二極管Di之間有一電阻Rb。
電阻Ra用于調(diào)整電容器C的充電的時(shí)間常數(shù)，具有對(duì)電容器C和布線進(jìn)行過電流保護(hù)的功能。
電阻Rb用于調(diào)整電容器C的放電時(shí)間常數(shù)，并可以調(diào)整加于第1柵極17的正電壓。
即使做成這樣的構(gòu)造，也可以得到與第14實(shí)施例相同的效果，而且還可以個(gè)別地調(diào)整電容器C的充放電的時(shí)間常數(shù)。
第16實(shí)施例圖32的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第16實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第14實(shí)施例的變形構(gòu)成，這是一種在與IGBT同一基板上形成取代電源43的電容器C并使芯片本身具有保護(hù)功能的裝置構(gòu)成，具備取代電容器C，由在n型基極層13的表面上選擇性地形成的P型層44、在該P(yáng)型層44上邊選擇性地形成的絕緣膜45，在絕緣膜45上邊形成的電極46構(gòu)成的MOS電容器47。
在這里，MOS電容器47的電極46被連到二極管Di的陰極和npn構(gòu)造42的n型層42a上，而P型層44接地。此外，npn構(gòu)造42的另一方的n型層42c被連到二極管Di的陽極和電阻R上。
即使做成為這種構(gòu)成，也可得到與實(shí)施例14相同的效果。此外，由于IGBT的芯片外部沒有電容器C，故用與現(xiàn)有類型器件同樣的使用方法就可以使芯片本身具有保護(hù)功能。
第17實(shí)施例圖33的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第17實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第16實(shí)施例的變形構(gòu)成，具備由在n型基極層13的表面上選擇性地形成的P型層48，在該P(yáng)型層48上邊選擇性地形成的紙阻n型層49，形成為與該n型層49及P型層48的一部分相接連的絕緣膜50，在絕緣膜50上邊形成并且一部分與P型層48接連的源極電極焊盤51構(gòu)成的MOS電容器52。
其中，MOS電容器52的n型層49被形成為與npn構(gòu)造42的n型層42a接觸，源極電極焊盤51接地。此外，npn構(gòu)造42的n型層42a連到二極管Di的陰極上，另一方的n型層42c連至二極管Di的陽極和電阻R上。
即使是做成這種構(gòu)成也可得到與第16實(shí)施例相同的效果。
由于做成為使之在源極電極焊盤51的下邊有MOS電容器52，故與第16實(shí)施例相比，面積變小了。
第18實(shí)施例圖34的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第18實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第14實(shí)施例的變形構(gòu)成，是一種在保護(hù)時(shí)切斷柵極驅(qū)動(dòng)電路和第一柵極電極17來謀求柵極電壓的恒定化的裝置，其構(gòu)成是在與IGBT同一基板的n型基極層13上邊界以絕緣膜26在多晶硅Si上橫向地形成由p型層53a、高阻P型層53b和P型53c構(gòu)成的PP-P構(gòu)造53，PP-P構(gòu)造53中，一方的P型層53a連到柵極驅(qū)動(dòng)電路上，另一方的P型層53c連到電阻R和第1柵極電極17上。另外，第1柵極電極17介以電阻R連接到二極管Di的陽極和npn構(gòu)造42的n型層42c上。
在這里，在PP-P構(gòu)造53中，如圖35和圖36所示，中央的P型層53b具有與n型基極層13中的電場(chǎng)E相對(duì)應(yīng)地增大與絕緣膜26之間的界面的電阻Rp-的性質(zhì)。
因此，當(dāng)給PP-P構(gòu)造53的n型基極層13加上高電場(chǎng)E時(shí)，由于電阻Rp-的增大，就使柵極驅(qū)動(dòng)電路與第1柵極電極17之間的連接被切斷。
另一方面，當(dāng)給npn構(gòu)造42的n型基極層13加上高電場(chǎng)時(shí)，與前述相同，由于電阻Rp下降，介以電阻R把電容器C接到第1柵極電板17上。
因此，在第1柵極電板17中，在被柵極驅(qū)動(dòng)電路切斷了的狀態(tài)下，介以電阻R用電容器C加正電壓。借助于此，使IGBT通導(dǎo)以阻止破壞。
這樣一來，若采用本實(shí)施例，則除了第14實(shí)施例的效果之外，由于在保護(hù)時(shí)切斷了柵極驅(qū)動(dòng)電路與第1柵極電極17之間的連接，故可以用電容器C使加到第一柵極電極17上的正電壓恒定化。
此外，保護(hù)時(shí)，切斷柵極驅(qū)動(dòng)電路與第1柵極電極17之間的連接。以此消除了向外部的柵極驅(qū)動(dòng)電路流出的電流，所以可以減小電容器C的電容。
第19實(shí)施例圖37的局部斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第19實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的一部分。
該半導(dǎo)體裝置是第13～第18實(shí)施例的各自的變形構(gòu)成。具有電場(chǎng)檢測(cè)器件20h，20h具有np-n構(gòu)造42x以取代第13～第18實(shí)施例的任一實(shí)施例的npn構(gòu)造42。
其中np-n構(gòu)造42x，如圖38所示，中央的高阻P型層22bx具有與n型基極層13中的電場(chǎng)E相對(duì)應(yīng)地使與絕緣膜26之間的界面的電阻Rp-下降的性質(zhì)。
即使做成為這種構(gòu)造。也可收到與第13～第18實(shí)施例中，已被采用過的實(shí)施例相對(duì)應(yīng)的效果。
第20實(shí)施例圖39的部分?jǐn)嗝鎴D模式性地示出了本發(fā)明的第20實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的一部分。
該半導(dǎo)體裝置是第18實(shí)施例的變形構(gòu)成，具有在與IGBT同一基板的n型基極層13的表面上形成的pp-p構(gòu)造54以取代pp-p構(gòu)造53。
其中，pp-p構(gòu)造54的高阻的P型層54b形成于n型基極層13的表面上，在P型層54b上選擇性地形成有P型層54a，54c，使得具有到達(dá)n型基極層13的深度。另外，pp-p構(gòu)造54，在兩端的P型層54a，54c上單獨(dú)地形成電極55，56，一方的P型層54a介以電極55連到驅(qū)動(dòng)電路上，另一方的P型層54c介以電極56連到第1柵極電極17和電阻R上，與前述相同，如圖40所示，中央的P型層54b具有與n型基極層13中的電場(chǎng)E相對(duì)應(yīng)地增大電阻Rp-的性質(zhì)。
即使做成這種構(gòu)成，也可收到與第18實(shí)施例相同的效果?！碌?1實(shí)施例圖41的部分?jǐn)嗝鎴D模式性地示出了本發(fā)明的第21實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的一部分。
該半導(dǎo)體裝置是第20實(shí)施例的變形構(gòu)成，形成絕緣膜57，使得被電極55，56夾在中間。并在一方的電極55上邊和絕緣膜57上邊形成屏蔽兼用電極58。另外，屏蔽兼用電58是然與一方的電極55電連，但與另一方的電極56卻電絕緣。
即使做成為這種構(gòu)成，也可以收到與第6實(shí)施例相同的效果。此外，由于把pp-p構(gòu)造54形成為被絕緣膜57和屏蔽兼用電極58蓋了起來，故可以除去器件上方(表面上)的布線等等的電學(xué)性的影響。
第22實(shí)施例圖42的局部斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第22實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的一部分。
該半導(dǎo)體裝置是第20實(shí)施例的變形構(gòu)成，從P型層54a開始，介以P型層54b到P型層54c的表面上形成了低阻n型層59。
即使做成這種構(gòu)成也可收到與第20實(shí)施例相同的效果。另外，由于在pp-p構(gòu)造54的表面上形成了n型層59，故可以除去Si界面的電荷等的影響。
第23實(shí)施例圖43的局部斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第23實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的一部分。
該半導(dǎo)體裝置是第13～第18實(shí)施例的各自的變形構(gòu)成，具有電場(chǎng)檢測(cè)器件20i，其構(gòu)造是在2個(gè)P型基極層24上邊分別設(shè)置電極55和56，使得把絕緣膜26夾在中間，并在一方的電極56上和絕緣膜26上邊形成了兼用電極58。
此外，該電場(chǎng)檢測(cè)器件20i，如圖44所示，電極55和56之間的電壓具有與n型基極層13中的電場(chǎng)E相對(duì)應(yīng)而增加的性質(zhì)。
即使采用這種構(gòu)造，通過在電場(chǎng)檢測(cè)器件20i的后級(jí)上設(shè)置比較器之類的電壓檢測(cè)部件，也可以收到與第13～第18實(shí)施例中已被采用的實(shí)施例相對(duì)應(yīng)的效果。
第24實(shí)施例圖45的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第24實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是可以把IGBT的n型基極層13中的電場(chǎng)E的變化通知系統(tǒng)控制電路100的半導(dǎo)體裝置，它被構(gòu)成為把高頻振蕩電路102介以由電容器C和電阻R構(gòu)成的高通濾波器101連到第1柵極電極17上去。
高通濾波器101是檢測(cè)柵極電壓的變化并送往高頻振蕩電路102內(nèi)的調(diào)制電路103的電路。
高頻振蕩電路102可以以1MHz～數(shù)GHz的任意的頻率進(jìn)行高頻振蕩，同時(shí)具有把該高頻信號(hào)向著系統(tǒng)控制電路100用同軸電纜104送出去的功能。此外，也可適當(dāng)?shù)赜灭伨€天線等等來代替同軸電纜104。
調(diào)制電路103具有把從高頻振蕩電路103送出的高頻信號(hào)，以從高通濾波器101給出的柵極電壓的變化相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行調(diào)制的功能。
系統(tǒng)控制電路100具有對(duì)從同軸電纜104送來的高頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并根據(jù)解調(diào)結(jié)果判定IGBT的狀態(tài)的功能，和依據(jù)判定結(jié)果控制調(diào)整柵極驅(qū)動(dòng)波形和IGBT的通斷的功能。
因此，在給IGBT的n型基極層13加上了高電場(chǎng)E的時(shí)候，把與n型基極層13的電場(chǎng)E的變化量相對(duì)應(yīng)而且已通過了高通濾波器101的信號(hào)給予高頻振蕩電路102。
在高頻振蕩電路102中，調(diào)制電路103用該信號(hào)對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，同時(shí)把調(diào)制后的高頻信號(hào)送往同軸電纜104。
系統(tǒng)控制電路100對(duì)該高頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并依據(jù)解調(diào)結(jié)果判下IGBT的狀態(tài)，同時(shí)，與判定結(jié)果相對(duì)應(yīng)地控制調(diào)整柵極驅(qū)動(dòng)波形及IGBT的通斷。
這樣一來，通過采用與n型基極層13的電場(chǎng)E的變化量相對(duì)應(yīng)地對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制并送出去的辦法，即使系統(tǒng)控制電路100與IGBT分開來設(shè)置，也可通知IGBT的狀態(tài)，同時(shí)還可期待對(duì)于異常的迅速對(duì)應(yīng)。
第25實(shí)施例圖46的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第25實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第24實(shí)施例的變形構(gòu)成，由IGBT，高通濾波器101和高頻振蕩電路102構(gòu)成的多個(gè)半導(dǎo)體器件介以同軸電纜104單獨(dú)地連到系統(tǒng)控制電路100a上去。
其中，系統(tǒng)控制電路100a除去前邊說過的系統(tǒng)控制電路100的功能之外，還具有單獨(dú)地對(duì)由各同軸電纜104給出的高頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并依據(jù)解調(diào)結(jié)果判定各IGBT的狀態(tài)的功能，和與此判定結(jié)果上對(duì)應(yīng)控制調(diào)整柵極驅(qū)動(dòng)波形及IGBT的通斷的功能。另外，作為IGBT的狀態(tài)，例如有各IGBT的非平衡、開關(guān)走時(shí)的偏離、溫度和電流分擔(dān)等等。
因此，除去第24實(shí)施例的效果之外，還可以通知多個(gè)IGBT的狀態(tài)，同時(shí)還可期待對(duì)于各個(gè)IGBT的非平衡或電流分擔(dān)之類的多個(gè)IGBT之間的異常也能迅速地對(duì)應(yīng)。
第26實(shí)施例圖47的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第26實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第24實(shí)施例的變形構(gòu)成，具有介以絕緣膜110在與IGBT同一基板的n型基極層13上邊形成的檢測(cè)用柵極電極111，和第24實(shí)施例不同。上述高通濾波器101被連到該檢測(cè)用柵極電極111上。
即使采用這種構(gòu)成也可得到和第24實(shí)施例相同的效果。此外，由于用與IGBT分離開來的檢測(cè)用柵極電極111檢測(cè)n型基極層13的電場(chǎng)E的變化，故還可避免IGBT對(duì)柵極電路的影響，因而可以提高保護(hù)功能的可靠性。
第27實(shí)施例圖48的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第27實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第26實(shí)施例的變形構(gòu)成，是把檢測(cè)用柵極電極111用到IGBT的電流量檢測(cè)中去的半導(dǎo)體裝置，在檢測(cè)用柵極電極111上取代高通濾波器101和高頻振蕩電路102連接上高頻振蕩電路112。
其中，高頻振蕩電路具有產(chǎn)生高頻振蕩并送出至過電流保護(hù)電路(沒有畫出來)的LC振蕩器，并且可以用檢測(cè)用柵極電極111的柵極電容Cg的變化來調(diào)制LC振蕩器的諧振頻率。
其次，說明這種半導(dǎo)體裝置的作用。
在這里，設(shè)IGBT為導(dǎo)通狀態(tài)。在n型基極層13中，等離子體區(qū)域與電流的增加成比例地?cái)U(kuò)大。另一方面，檢測(cè)用柵極電極111的柵極電容Cg與等離子體區(qū)域的擴(kuò)大(或電流的增加)成比例地增加。
高頻振蕩電路112與柵極電容Cg的變化相對(duì)應(yīng)，邊改變高頻振蕩頻率邊送往過電流保護(hù)電路。過電流保護(hù)電路依據(jù)此調(diào)制后的高頻信號(hào)檢測(cè)到柵極電容Cg的增大時(shí)，使IGBT變成截止?fàn)顟B(tài)，保護(hù)它免受過電流產(chǎn)生的破壞。
這樣一來，若采用本實(shí)施例，則通過采用使與IGBT的電流相對(duì)應(yīng)而變化的柵極電容Cg和LC振蕩電路并聯(lián)連接，并相應(yīng)于該柵極電容Cg的變化調(diào)制高頻信號(hào)的辦法。在已檢測(cè)到IGBT的電流增加的時(shí)候，使過電流保護(hù)電路動(dòng)作，故可以對(duì)IGBT進(jìn)行過電流保護(hù)。
第28實(shí)施例圖49是模式性地示出了本發(fā)明的第28實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的斷面圖。該半導(dǎo)體裝置的主開關(guān)器件是溝槽式(trench)IGBT，在P型漏極層211的一方的表面上形成了漏極電極212。在與P型漏極層211中的漏極電極212相反一側(cè)的表面上邊介以n型緩沖層219形成了基極層213。在該n型基極層213的表面上隔一間隔挖有深6μm、寬1μm的溝槽。
在n型基極層213的表面上且沒有挖溝槽的部分上選擇性地形成了4μm深的P型基極層214，再在P型基極層214的表面上選擇性地形成了n型源極層215。此外在溝槽內(nèi)設(shè)置有第1柵極電極217，它被設(shè)置于P型基極層214側(cè)面的柵極絕緣膜216圍了起來，上述P型基極層214被n型基極層213和n型源極層215夾在中間。此外，在n型源極層215和P型基極層214上邊還設(shè)有源極電極218。
用這些就形成了作為主開關(guān)器件的IGBT。此外，第1柵極電極217介以柵極電阻Rg連到柵極驅(qū)動(dòng)電路上。
另一方面，電場(chǎng)檢測(cè)器件220a在n型基極層13的表面上而且還沒形成IGBT的部分上選擇性地形成。該電場(chǎng)檢測(cè)器件220a的構(gòu)成具體如下所述。在n型基極層213的表面的尚未挖溝槽的部分上形成4μm深的P型基極層224。再在該P(yáng)型基極層224的表面上選擇性地形成n型源極層225。而在溝槽的部分中，配置電場(chǎng)檢測(cè)用的第2柵極電極227。該第2柵極電極227被P型基極層224側(cè)面的柵極絕緣膜226包圍起來，而P型基極層224則被n型基極層213和n型源極層225夾在中間。接著，在n型源極層225和P型基極層224上邊形成源極電極228。此外，第2柵極電極227介以柵極電阻Rc和可變電源Vc也電連到第1柵極電極217和源極電極228上。還有，溝槽的尺寸與IGBT的溝槽相同。
這樣構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置如下述那樣進(jìn)行過電壓保護(hù)。
當(dāng)為使IGBT通導(dǎo)而用柵極驅(qū)動(dòng)電路給柵極電阻Rg的一端加上負(fù)電壓時(shí)，第1柵極電極217的柵極電壓(以下和前述一樣，稱之為第1柵極電壓)開始下降。隨著第1柵極電壓的下降，IGBT的源-漏間的主電壓開始上升并因密勒效應(yīng)使第1柵極電壓變成為幾乎恒定。
在此期間，第2柵極電極227，用可變電源Vc加上了負(fù)電壓。因此，在已與柵極絕緣膜226接連的n型基極層213的表面上形成了P型溝道層。此外，在P型溝道層的周圍如虛線所示形成了耗盡層。由于IGBT的主電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)被該P(yáng)型溝道層屏蔽，故第2柵極電極227的電位不變。因此，電場(chǎng)檢測(cè)器件220a維持非導(dǎo)通狀態(tài)。
當(dāng)IGBT的主電壓增加到規(guī)定值，且IGBT內(nèi)部的電場(chǎng)上升到規(guī)定的電場(chǎng)時(shí)，電場(chǎng)檢測(cè)器件220a內(nèi)的電場(chǎng)變高，P型溝道層消失，在電場(chǎng)檢測(cè)器件220a的漏-柵之間產(chǎn)生了電容。即，在電場(chǎng)檢測(cè)器件220a中，由于電場(chǎng)的上升，與P型溝道層相接連并存在于n型基極層213內(nèi)的耗盡層伸展，使P型溝道層消失并達(dá)到柵極絕緣膜226上，介以這些耗盡層和柵極絕緣膜226的電容器把漏極電極212和第2柵極電極227之間連了起來。詳細(xì)說來，在該漏-柵之間，由于柵極絕緣膜226和第2柵極電極227的已被填埋的溝槽的寬度狹窄，所以幾乎都是在已突出到n型基極層213上的柵極絕緣膜226的側(cè)面上連接。
結(jié)果是第2柵極電極227的柵極電壓(以下，與前述一樣，稱之為第2柵極電壓)將急劇上升使該第2柵極電壓與源極電極228的電壓極性反轉(zhuǎn)。即，第2柵極電壓變?yōu)檎妷?、且由于在源極電極228上加上負(fù)電壓，故在被n型源極層225和n型基極層213夾在中間的P型基極層224的側(cè)面上形成n型溝道層、電子電流流入n型基極層213，電場(chǎng)檢測(cè)器件220a和MOSFET構(gòu)造接通并變成導(dǎo)通狀態(tài)。
借助于此，通過電場(chǎng)檢測(cè)器件220a，電流從IGBT的漏極電極212流向IGBT的第1柵極電極217、并用柵極電阻Rg的壓降使第1柵極電極電壓上升。因此，IGBT變成半導(dǎo)通，其電阻下降，對(duì)IGBT進(jìn)行過電壓保護(hù)。
其中，使電場(chǎng)檢測(cè)器件220a變成導(dǎo)通狀態(tài)的IGBT的主電壓即箝位電壓，與前述相同，將隨著P型溝道層的單位面積的累積電荷的不同而變。該累積電荷可用可變電源Vc使之變化。即，通過用可變電源Vc改變所加電壓的辦法，就可以使箝位電壓可變。這在現(xiàn)有的應(yīng)用了穩(wěn)壓二極管的裝置中是不可能的。
如上所述，若采用本實(shí)施例，則借助于溝槽式的電場(chǎng)檢測(cè)器件220a和溝槽式IGBT，和第1實(shí)施例等等一樣，可以抑制噪聲，同時(shí)可以保護(hù)主開關(guān)器件。
此外，在本實(shí)施例的電場(chǎng)檢測(cè)器件220a中，由于主要是用溝槽的側(cè)面檢測(cè)高電場(chǎng)，故借助于調(diào)整溝槽的尺寸，就可以把檢測(cè)靈敏度調(diào)到所希望的值。
還有，由于電場(chǎng)檢測(cè)器件220a與IGBT在同一基板上形成，故可以使芯片本身具有保護(hù)功能。
第29實(shí)施例圖50的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第29實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第28實(shí)施例的變形構(gòu)成，與第28實(shí)施例不同，在源極電極228與第1柵極電極217之間配置了二極管Di。
若采用這種構(gòu)造，除了第28實(shí)施例的效果之外，還可以確實(shí)地阻止電流通過電場(chǎng)檢測(cè)器件220b從柵極驅(qū)動(dòng)電路向漏極電極212流動(dòng)。
第30實(shí)施例圖51的斜視斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第30實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第28實(shí)施例的變形構(gòu)成，與第28實(shí)施例不同，IGBT的n型源極層215和電場(chǎng)檢測(cè)器件220c的n型源極層225形成為與溝槽垂直而不是平行。
若采用這種構(gòu)造，則除了第28實(shí)施例的效果之外，還可以不用掩模對(duì)準(zhǔn)工序而形成n型源極層215和n型源極層225，可提高主開關(guān)器件和電場(chǎng)檢測(cè)器件等的集成密度。
第31實(shí)施例圖52的斷面圖橫式性地示出了本發(fā)明的第31實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第28實(shí)施例的變形構(gòu)成，與第28實(shí)施例有3點(diǎn)不同之處，第1點(diǎn)是在介以柵極絕緣膜226接連到電場(chǎng)檢測(cè)用的第1柵極電極227上去的n型基極層213的上邊設(shè)了P型屏蔽層229。第2點(diǎn)是省去了可變電源Vc。第3點(diǎn)是設(shè)置了介以二極管D’，與第2柵極電極227連接的第3柵極電極230。
另外，在圖52中，雖然對(duì)于多個(gè)第2柵極電極227和柵極絕緣膜226設(shè)置了P型屏蔽層229，但其理由與其說是在一個(gè)第2柵極電極227和柵極絕緣膜226上設(shè)置P型屏蔽層229。勿寧說是因?yàn)橹圃旃ば蛉菀?。此外，設(shè)置P型屏蔽層229的第2柵極電極227和柵極絕緣膜226的個(gè)數(shù)可以任意變更。
此外，為要使電流通過電場(chǎng)檢測(cè)器件220d流向柵極電阻Rg，需要設(shè)置沒有P型屏蔽層229的第3柵極電極230。但是，在設(shè)置了無屏蔽的第3柵極電極230的情況下，箝位電壓比規(guī)定值要低。因而，使第3柵極電極230和第2柵極電極227之間存在二極和Di’，形成為不能用第3柵極電極230決定箝位電壓的構(gòu)成。
若采用以上這種構(gòu)造，則P型屏蔽層229成為由可變電源Vc形成的P型溝道層的替代品，可以收到與第28實(shí)施例相同的保護(hù)效果。另外，若應(yīng)用這種構(gòu)成，則雖然箝位電壓被P型屏蔽層229的劑量固定，但電路構(gòu)成可以簡(jiǎn)化。
第32實(shí)施例圖53的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第32實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第28實(shí)施例的變形構(gòu)成，與第28實(shí)施例有3點(diǎn)不同之處。第1點(diǎn)是使電場(chǎng)檢測(cè)器件220e與主開關(guān)器件分離了開來。第2點(diǎn)是把電場(chǎng)檢測(cè)器件220e做成了平面構(gòu)造的MOSFET。第3點(diǎn)是使二極管Di介于漏極電極212與漏極電極22之間，并做成為使電子電流不從柵極驅(qū)動(dòng)電路一側(cè)通過電流檢測(cè)器件220e流向漏極電極212。
另外，因電場(chǎng)檢測(cè)器件220e與第1實(shí)施例(圖5)中的電場(chǎng)檢測(cè)器件20a是同一MOSFET構(gòu)造，故其詳細(xì)說明從略。
即使做成這種構(gòu)成，也可得到與第28實(shí)施例同樣的效果。
第33實(shí)施例圖54的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第33實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第32實(shí)施例的變形構(gòu)成，和第32實(shí)施例不同，主開關(guān)器件不用溝槽式IGBT而代之以平面MOSFET。
具體地說來，主開關(guān)器件變成為不用第1實(shí)施例(圖5)中的平面IGBT的P型漏極層11和n型緩沖層19而代之以使用設(shè)置n型漏極層231而構(gòu)成的平面MOSFET構(gòu)造。
即使采用這種構(gòu)造，也可得到的第32實(shí)施例相同的效果。
第34實(shí)施例圖55的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第34實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第32實(shí)施例的變形構(gòu)成，和第32實(shí)施例不同，主開關(guān)器件是溝槽式MOSFET。
具體地說，主開關(guān)器件變成為不用第28實(shí)施例(圖49)中的溝槽式IGBT的P型漏極層211和n型緩沖層219，而代之以使用設(shè)置n型漏極層231而構(gòu)成的溝槽式MOSFET構(gòu)造。
即使做成這種構(gòu)造，也可得到與第32實(shí)施例相同的效果。
第35實(shí)施例圖56的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第35實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第32實(shí)施例的變形構(gòu)成，與第32實(shí)施例不同，主開關(guān)器件是雙極型晶體管。
在該雙極型晶體管的n型集電極層241的一方的表面上設(shè)有集電極電極242。該集電極電極242介以二極管Di與電場(chǎng)檢測(cè)器件220e的漏極電極22相連。
在與n型集電極層241的集電極電極242相反的一側(cè)的表面上形成n型基極層243，再在該n型基極層243的表面上選擇擴(kuò)散形成P型基極層244。P型基極層244的表面上選擇性地形成n型發(fā)射極層245。
在P型基極層244上邊設(shè)置基板電極246?；咫姌O246分別連到電阻Rg、源電極28和可變電源Vc的正電極一側(cè)。
另外，在n型發(fā)射極層245上邊設(shè)有發(fā)射極電極247。
這樣的雙極型晶體管和前邊說過的主開關(guān)器件的IGBT或MOSFET不同，是電流驅(qū)動(dòng)型器件，但是可以用從電場(chǎng)檢測(cè)器件220e轉(zhuǎn)入進(jìn)來的電流把主電壓箝位到規(guī)定值以下。即，即便是把主開關(guān)器件換成為雙極型晶體管，也可以得到與第32實(shí)施例一樣的效果。
第36實(shí)施例圖57的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第36實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置在主開關(guān)器件的結(jié)終端部分上形成有電場(chǎng)檢測(cè)器件220f。
另外，IGBT的結(jié)終端部分的P型基極層254選擇性地形成于n型基極層13的表面上，在P型基極層254表面上選擇性地形成n型源極層255。在這里，在n型基極層13表面上形成P型儲(chǔ)備層259，使得與P型基極層254接連并向外周一側(cè)伸展。此外，在n型基極層13的最外周部分的表面上形成n型停止器層250。
電場(chǎng)檢測(cè)器件220f被構(gòu)成為把這樣的P型儲(chǔ)備層259介以柵極絕緣膜256、第2柵極電極257和電阻Rc連到第1柵極電極17上。第2柵極電極257和第4、第5實(shí)施例不同，沒有場(chǎng)平面構(gòu)造。
倘采用這種構(gòu)造，則P型儲(chǔ)備層259比例于電場(chǎng)的大小從終端部分消失。電場(chǎng)檢測(cè)器件220f檢測(cè)該P(yáng)型儲(chǔ)備層259的消失而變成為導(dǎo)通狀態(tài)。
借助于此，和前述一樣，電流通過電場(chǎng)檢測(cè)器件220f從IGBT的漏極電極12流向IGBT的第1柵極電極17，使IGBT變成半導(dǎo)通且其電阻下降，對(duì)IGBT進(jìn)行過電壓保護(hù)。
因此，可以保護(hù)主開關(guān)器件而不減小其有放面積。另外，電場(chǎng)檢測(cè)器件220f的第2柵極電極257下邊的柵極絕緣膜256，只要其一部分處于P型儲(chǔ)備層259上邊即可。理由是電場(chǎng)檢測(cè)器件220f將因P型儲(chǔ)備層259的消失而變?yōu)閷?dǎo)通。
另外，由于是這種構(gòu)造，故電場(chǎng)檢測(cè)器件220f隨著第2柵極電極257下邊的柵極絕緣膜256的形成位置向結(jié)終端部分靠近，將變得可以檢測(cè)低值的電場(chǎng)。
還有，圖57所示的構(gòu)造，雖然主開關(guān)器件是平面IGBT，但如圖49所示，主開關(guān)器件也可以是溝槽式IGBT。
第37實(shí)施例圖58的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第37實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是由設(shè)于SOI(絕緣物上的硅，或硅絕緣物，Siliconon Insulator)基板上的橫式器件構(gòu)成的構(gòu)造。該半導(dǎo)體裝置，具體地說，主開關(guān)器件是橫式平面IGBT，電場(chǎng)檢測(cè)器件220g變成了橫式MOSFET。
具體地說，主開關(guān)器件在硅基板261上邊順次形成了隱埋氧化膜262和n型基極層263。
在n型基極層263中，在其表面上選擇性地形成n型緩沖層264，再在n型緩沖層264表面上選擇性地形成P型漏極層265。
此外，在n型基極層263中，還在與n型緩沖層264不同的表面上選擇性地形成了P型基極層266，并在P型基極層266表面上選擇性地形成了n型源極層267。在P型漏極層265上邊表成了漏極電極268。在P型基極層266上邊和n型源板層267上邊選擇性地形成了共同的源極電極269。
在n型源極層267、P型基極層266、n型基極層263的P型基極層266一側(cè)一部分上邊介以柵極絕緣膜271形成了第1柵極電極270。此外，在柵極絕緣膜271和漏極電極268之間的、n型基極層263上邊和n型緩沖層264上邊及P型漏極層265上邊形成了絕緣膜272。
另一方面，電場(chǎng)檢測(cè)器件220g具有和前述相同的SOI構(gòu)造，在n型基極層263的表面上選擇性地形成了n型漏極層273。
另外，在n型基極層263中，在與n型漏極層273不同的表面上選擇性地形成了P型基極層274，在P型基極層274表面上選擇性地形成了n型源極層275。在n型漏極層273上邊形成了漏極電極276。在P型基極層274上邊及n型源板層275上邊選擇性地形成了共同的源極電極277。
在n型源極層275、P型基極層274、n型基極層263的P型基極層274一側(cè)一部分上邊介以柵極絕緣膜279形成了第2柵極電極278。此外，在柵極絕緣膜279和漏極電極276之間的、n型基極層263上邊和漏板層273上邊形成了絕緣膜280。
其中，兩個(gè)漏板電極268和276相互連接。
此外，和例如第1實(shí)施例一樣，第2柵極電極278介以柵極電阻Rg和可變電源Vc與第1柵極電極270連接。源極電極277也接到第1柵極電極270上。
因此，即便是做成這樣的構(gòu)造，也和第1實(shí)施例一樣，可以抑制噪聲的產(chǎn)生，同時(shí)還可以對(duì)主開關(guān)器件進(jìn)行過電壓保護(hù)。
還有，雖然示于圖58所構(gòu)造是把主開關(guān)器件與電場(chǎng)檢測(cè)器件作為分開來的器件而畫出來的，但兩個(gè)器件在制造工序上可以容易地形成于同芯片上。
第38實(shí)施例圖59的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的第38實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。
該半導(dǎo)體裝置是第37實(shí)施例的變形構(gòu)成，和第37實(shí)施例不同，省掉了可變電源Vc，與P型基極層274接連，在n型基極層263的表面上設(shè)有高阻P型屏蔽層291。另外，與前述一樣，主開關(guān)器件和電場(chǎng)檢測(cè)器件220h在制造工藝上可以容易地形成于同一芯片上。
即使做成這種構(gòu)造，也和第37實(shí)施例一樣，可抑制噪聲的同時(shí)又可對(duì)主開關(guān)器件進(jìn)行過電壓保護(hù)。
此外，雖然用P型屏蔽層291使箝位電壓變得固定，但由于省掉了可變電源Vc，可以簡(jiǎn)化電路。
以上對(duì)本發(fā)明的各實(shí)施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于上述各實(shí)施例，在不偏離本發(fā)明的宗旨的范圍之內(nèi)可以進(jìn)行各種各樣的變形而實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，具備有主開關(guān)器件，具有高電壓一側(cè)主電極(12)、低電壓一側(cè)主電極(18)和第1柵極電極(17)；電場(chǎng)檢測(cè)器件(20a)，具有MOS構(gòu)造(23、26、27)，該MOS構(gòu)造與在上述主開關(guān)器件上所產(chǎn)生的規(guī)定電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)，以與上述主開關(guān)器件的內(nèi)部不同的路徑，使上述高電壓一側(cè)主電極與上述第1柵極電極間變成為通導(dǎo)狀態(tài)；導(dǎo)通電壓施加裝置(Rg)，用于依據(jù)上述導(dǎo)通狀態(tài)給上述第1柵極電極加上導(dǎo)通電壓；
2.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中上述MOS構(gòu)造具有第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層(23)，和在該第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上邊形成的絕緣膜(26)，上述第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，在與上述絕緣膜鄰接的部分上形成了第2導(dǎo)電型溝道層或第2導(dǎo)電型屏蔽層(29)。
3.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中上述主開關(guān)器件和上述電場(chǎng)檢測(cè)器件(20a)設(shè)置于同一基板上。
4.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中上述主開關(guān)器件是IGBT或MOSFET。
5.一種半導(dǎo)體裝置，具備主開關(guān)器件，具有高電壓一側(cè)主電極(12)，低電壓一側(cè)主電極(18)和第1柵極電極(17)；電場(chǎng)檢測(cè)器件(20a)，具有電連到上述高電壓一側(cè)主電極上的第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層(23)、在該第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層表面上選擇性地形成的多個(gè)第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層(24)、在被這些第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層夾在中間的第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上邊介以柵極絕緣膜(26)而形成并電連到上述第1柵極電極上的第2柵極電極(27)，并與在主開關(guān)器件上產(chǎn)生的規(guī)定的電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)，以與上述主開關(guān)器件的內(nèi)部不同的路徑，使上述高電壓一側(cè)主電極及上述第1柵極電極之間變成導(dǎo)通狀態(tài)；導(dǎo)通電壓施加裝置(Rg)，用于依據(jù)上述導(dǎo)通狀態(tài)給上述第1柵極電極加上導(dǎo)通電壓。
6.權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中形成有第2導(dǎo)電型溝道層或第2導(dǎo)電型屏蔽層(29)，使得被上述各第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層(24)夾在中間。
7.權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中上述主開關(guān)器件與上述電場(chǎng)檢測(cè)器件(20a)被設(shè)置于同一基板上。
8.權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中上述主開關(guān)器件是IGBT或MOSFET。
9.權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中由于在上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層(24，29a)內(nèi)選擇性地形成第1導(dǎo)電型發(fā)射極層(13)，使上述電場(chǎng)檢測(cè)器件(20c)具有MOSFET構(gòu)造。
10.權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中具有已電連于上述第1柵極電極(17)和上述第2柵極電極(27)之間的可變電源(Vc)。
11.一種半導(dǎo)體裝置的保護(hù)方法，該半導(dǎo)體裝置具備具有高電壓一側(cè)主電極(12)、低電壓一側(cè)主電極(18)和第1柵極(17)的主開關(guān)器件，和具有MOS構(gòu)造的電場(chǎng)檢測(cè)器件(20a)，該方法具有下述步驟導(dǎo)通步驟上述電場(chǎng)檢測(cè)器件與在上述主開關(guān)器件所產(chǎn)生的規(guī)定的電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)，用與上述主開關(guān)器件的內(nèi)部不同的路徑，使上述高電壓一側(cè)主電極與上述第1柵極電極之間變成導(dǎo)通狀態(tài)。加電壓步驟依據(jù)上述導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通電壓施加裝置把導(dǎo)通電壓加到上述第1柵極電極上。
12.權(quán)利要求11的半導(dǎo)體裝置的保護(hù)方法，其中上述MOS構(gòu)造具備有第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層(23)和在該第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上邊形成的絕緣膜(26)、上述第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，在與上述絕緣膜鄰接的部分上形成了第2導(dǎo)電型溝道層或者第2導(dǎo)電型屏蔽層(29)。
13.權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的保護(hù)方法，其中上述主開關(guān)器件與上述電場(chǎng)檢測(cè)器件(20a)設(shè)置于同一基板上。
14.權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置，其中上述主開關(guān)器件是IGBT或MOSFET。
全文摘要
一種半導(dǎo)體裝置，具有主開關(guān)器件，具有高電壓一側(cè)主電極(12)、低電壓一側(cè)主電極(18)和第1柵極電極(17)；電場(chǎng)檢測(cè)器件(20a)，具有與主開關(guān)器件產(chǎn)生的規(guī)定電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)，以不通過上述主開關(guān)器件內(nèi)部的路徑，使上述高電壓一側(cè)主電極與上述第1柵極電極之間變成導(dǎo)通狀態(tài)的MOS構(gòu)造(23，26，27)；導(dǎo)通電壓施加裝置(R
文檔編號(hào)H01L27/02GK1155784SQ9611204
公開日1997年7月30日 申請(qǐng)日期1996年11月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月6日
發(fā)明者大村一郎, 小倉常雄, 松下憲一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝