[go: up one dir, main page]

JPH11274477A - Insulated gate semiconductor device - Google Patents

Insulated gate semiconductor device

Info

Publication number
JPH11274477A
JPH11274477A JP21082098A JP21082098A JPH11274477A JP H11274477 A JPH11274477 A JP H11274477A JP 21082098 A JP21082098 A JP 21082098A JP 21082098 A JP21082098 A JP 21082098A JP H11274477 A JPH11274477 A JP H11274477A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
transistor
insulated gate
electrode
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP21082098A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akio Uenishi
明夫 上西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP21082098A priority Critical patent/JPH11274477A/en
Publication of JPH11274477A publication Critical patent/JPH11274477A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Active Clampを実現して安定かつ高速動作が
可能な絶縁ゲート型半導体装置を得る。 【解決手段】 いずれの内部ゲート電極71も共通して
ゲート端子に接続されており、フローティングゲート電
極72はNMOSトランジスタM1のゲート電極に接続
されている。P型ベース拡散領域21の第1の主面には
外部エミッタ電極91が設けられ、N型エミッタ拡散領
域31及びP型ベース拡散領域21が短絡している。外
部エミッタ電極91にはNMOSトランジスタM1のソ
ース及びエミッタ端子も接続されている。NMOSトラ
ンジスタM1のドレインは外部端子に接続されている。
(57) [Summary] To provide an insulated gate semiconductor device capable of realizing Active Clamp and performing stable and high-speed operation. SOLUTION: All internal gate electrodes 71 are commonly connected to a gate terminal, and a floating gate electrode 72 is connected to a gate electrode of an NMOS transistor M1. An external emitter electrode 91 is provided on the first main surface of the P-type base diffusion region 21, and the N-type emitter diffusion region 31 and the P-type base diffusion region 21 are short-circuited. The source and the emitter terminal of the NMOS transistor M1 are also connected to the external emitter electrode 91. The drain of the NMOS transistor M1 is connected to an external terminal.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明はIGBTに代表さ
れる絶縁ゲート型パワーデバイスにおいて、過電圧保護
機能を改善する技術に関する。
The present invention relates to a technique for improving an overvoltage protection function in an insulated gate power device represented by an IGBT.

【0002】[0002]

【従来の技術】パワーデバイス、例えば絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタ(以下「IGBT」と称す)に代
表されるパワートランジスタは、高電圧及び高電流で使
用できるように耐圧及び電流通電能力を高めることが望
ましい。特に耐圧については十分な余裕を持たせて素子
を設計しなければならない。パワーデバイスを実際に回
路において用いる場合、電源電圧の変動、負荷電力の回
生、スイッチング時の高速な電流変化によって配線イン
ダクタンスに生じる誘導起電力(スパイク電圧)などに
よって過電圧が印加される恐れがあるからである。そし
てIGBTのセルのP型ベース接合部(Nチャネル型の
IGBTの場合)において降伏して降伏電流が流れる
と、IGBTに寄生するサイリスタがラッチアップし
て、IGBTが破壊に至るという問題もあった。
2. Description of the Related Art A power device, for example, a power transistor represented by an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as "IGBT"), preferably has an increased withstand voltage and current carrying capability so that it can be used at a high voltage and a high current. . In particular, the element must be designed with a sufficient margin for the withstand voltage. When a power device is actually used in a circuit, an overvoltage may be applied due to induced electromotive force (spike voltage) generated in wiring inductance due to fluctuations in power supply voltage, regeneration of load power, high-speed current change during switching, and the like. It is. When a breakdown current flows at the P-type base junction of the IGBT cell (in the case of an N-channel IGBT), a thyristor parasitic on the IGBT is latched up, and the IGBT is destroyed. .

【0003】しかし、耐圧に十分な余裕を持たせること
は、製造コストの上昇を招き、電力損失も増大するとい
う問題がある。従って、適正な水準を求めた検討が続け
られている。
However, providing a sufficient margin for the breakdown voltage causes a problem that the manufacturing cost is increased and the power loss is increased. Therefore, investigations for an appropriate level are continuing.

【0004】かかる問題に対する一つの解決策として、
パワートランジスタの主電極間(コレクタ−エミッタ
間)に対し、降伏電圧に近い高電圧が印加された場合
に、パワートランジスタの制御電極(ゲート)に与える
電圧を制御して、一時的にパワートランジスタをオン状
態へと駆動(以下「オン駆動」と称す)させる方法(Ac
tive Clampと呼ばれる)が検討されている。この手法に
よれば、主電極間のインピーダンスが低下するので、こ
れに印加される電圧の上昇が抑制され、降伏電流をP型
ベース接合部に流さないようにすることができる。
As one solution to such a problem,
When a high voltage close to the breakdown voltage is applied between the main electrodes (between the collector and the emitter) of the power transistor, the voltage applied to the control electrode (gate) of the power transistor is controlled to temporarily operate the power transistor. Driving to ON state (hereinafter referred to as “ON driving”) (Ac
tive Clamp) is being considered. According to this method, since the impedance between the main electrodes decreases, the rise in the voltage applied thereto is suppressed, and the breakdown current can be prevented from flowing through the P-type base junction.

【0005】Active Clampを用いる場合には、主電極間
の電圧が降伏電圧に近くなったことを検出する手段と、
制御電極を以てパワートランジスタをオン駆動させる手
段とが必要である。従来、主電極間の電圧の検出は、パ
ワートランジスタとは別個に(いわゆる外付けで)設け
られた高耐圧のアバランシェダイオードが、パワートラ
ンジスタのコレクタとゲートとの間に接続されて行われ
ていた。このアバランシェダイオードの降伏電圧は、保
護されるべきパワートランジスタの降伏電圧よりも若干
低くなるように設定される。従って、このアバランシェ
ダイオードが降伏した際、その降伏電流を担う電荷を以
てパワートランジスタのゲートを充電し、ゲート電圧を
高めることができる。これによって、パワートランジス
タそのものが降伏に至る直前に、パワートランジスタを
オン駆動することができる。通常のオン駆動の際、アバ
ランシェダイオードに順電流が流れないように、アバラ
ンシェダイオードと直列にダイオードを反対向きに接続
して使用される。
In the case of using the active clamp, a means for detecting that the voltage between the main electrodes is close to the breakdown voltage,
Means for turning on the power transistor with the control electrode is required. Conventionally, the detection of the voltage between the main electrodes is performed by connecting a high-voltage avalanche diode provided separately (so-called externally) to the power transistor between the collector and the gate of the power transistor. . The breakdown voltage of this avalanche diode is set to be slightly lower than the breakdown voltage of the power transistor to be protected. Therefore, when the avalanche diode breaks down, the gate of the power transistor can be charged with the charge that bears the breakdown current, and the gate voltage can be increased. Thus, the power transistor can be turned on immediately before the power transistor itself breaks down. At the time of normal ON driving, a diode is connected in series with the avalanche diode in the opposite direction so that a forward current does not flow through the avalanche diode.

【0006】このようにアバランシェダイオードをパワ
ートランジスタとは別個に設ける手法では、アバランシ
ェダイオードとパワートランジスタの降伏電圧とを別々
の製造工程で適正な関係に揃える必要があるので、量産
には向いていない。さらに、部品点数やコストが増加す
る問題もある。
The method of providing the avalanche diode separately from the power transistor in this manner is not suitable for mass production because it is necessary to make the breakdown voltage of the avalanche diode and the breakdown voltage of the power transistor in a proper relationship in separate manufacturing steps. . Further, there is a problem that the number of parts and the cost increase.

【0007】そこで、アバランシェダイオードをパワー
トランジスタに内蔵する構成が考え出された。両者は幾
つかの拡散工程、リソグラフィ工程を共有するので、量
産化にも向いている。図8はアバランシェダイオードを
内蔵するプレーナゲート型のNチャネルIGBT200
の構成を模式的に示す断面図である。不純物濃度が低い
N型ベース領域1の第1の主面(図8においては上方に
位置した主面)には、P型ベース拡散領域2が所定の間
隔で選択的に形成されている。P型ベース拡散領域2の
内部には、第1の主面において選択的に形成された、不
純物濃度の高いN型エミッタ拡散領域3が設けられてい
る。P型ベース拡散領域2のうち、N型ベース領域1と
N型エミッタ拡散領域3とに挟まれた部分であって第1
の主面に露呈している領域(以下「チャネル領域」と称
す)は、例えばシリコン酸化膜で形成されるゲート酸化
膜6によって覆われている。例えば不純物密度の高いポ
リシリコンで形成される内部ゲート電極7が、ゲート酸
化膜6を介してチャネル領域に対向して設けられる。い
ずれの内部ゲート電極7も共通にゲート端子に接続され
る。
Therefore, a configuration in which an avalanche diode is built in a power transistor has been devised. Since they share some diffusion and lithography steps, they are also suitable for mass production. FIG. 8 shows a planar gate type N-channel IGBT 200 having an avalanche diode.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of FIG. On the first main surface (the upper main surface in FIG. 8) of the N-type base region 1 having a low impurity concentration, P-type base diffusion regions 2 are selectively formed at predetermined intervals. Inside the P-type base diffusion region 2, an N-type emitter diffusion region 3 having a high impurity concentration and selectively formed on the first main surface is provided. A portion of the P-type base diffusion region 2 which is interposed between the N-type base region 1 and the N-type emitter diffusion region 3 and is the first region.
(Hereinafter referred to as “channel region”) is covered with a gate oxide film 6 formed of, for example, a silicon oxide film. For example, an internal gate electrode 7 made of polysilicon having a high impurity density is provided facing the channel region with a gate oxide film 6 interposed therebetween. Each of the internal gate electrodes 7 is commonly connected to a gate terminal.

【0008】チャネル領域以外のP型ベース拡散領域2
とN型エミッタ拡散領域3とは、第1の主面においてい
ずれも外部エミッタ電極9を介してエミッタ端子(Emit
ter)に接続されている。
P type base diffusion region 2 other than channel region
The N-type emitter diffusion region 3 and the N-type emitter diffusion region 3 both have an emitter terminal (Emit
ter).

【0009】N型ベース領域1の第2の主面(図8にお
いては下方に位置した主面)には、不純物濃度の高いN
型バッファ領域4、N型バッファ領域4よりも更に高い
不純物濃度を有するP型領域5、外部コレクタ電極10
がこの順に積層されている。外部コレクタ電極10には
コレクタ端子(Collector)が接続される。
The second main surface (the lower main surface in FIG. 8) of N-type base region 1 has N
Buffer region 4, P-type region 5 having an even higher impurity concentration than N-type buffer region 4, and external collector electrode 10.
Are stacked in this order. A collector terminal (Collector) is connected to the external collector electrode 10.

【0010】P型ベース拡散領域2とは別に、P型のア
バランシェダイオード拡散領域8が少なくとも一つ形成
される。これらはいずれも電極93を介して、外付けの
ダイオードD0のアノードに接続される。ダイオードD
0のカソードはゲート端子に接続される。つまり、N型
ベース領域1とアバランシェダイオード拡散領域8とで
形成されるアバランシェダイオードDaには、前述のよ
うに順方向電流が流れないようにダイオードD0が直列
に反対向きに接続される。
At least one P-type avalanche diode diffusion region 8 is formed separately from the P-type base diffusion region 2. These are all connected via an electrode 93 to the anode of an external diode D0. Diode D
The cathode of 0 is connected to the gate terminal. That is, the diode D0 is connected in series and in the opposite direction to the avalanche diode Da formed by the N-type base region 1 and the avalanche diode diffusion region 8 so that a forward current does not flow as described above.

【0011】ここでアバランシェダイオード拡散領域8
は、例えばP型ベース拡散領域2よりも浅くすることに
より、その形状の曲率をP型ベース拡散領域2よりも大
きくする事ができる。従って、アバランシェダイオード
Daにおける逆バイアスの電界を、N型ベース領域1と
P型ベース拡散領域2との境界における逆バイアスの電
界よりも大きくする事ができる。
Here, the avalanche diode diffusion region 8
By making it shallower than, for example, the P-type base diffusion region 2, the curvature of the shape can be made larger than that of the P-type base diffusion region 2. Accordingly, the reverse bias electric field in the avalanche diode Da can be made larger than the reverse bias electric field at the boundary between the N-type base region 1 and the P-type base diffusion region 2.

【0012】NチャネルIGBT200において、ゲー
ト駆動電源(図示せず)と適当な電流制限抵抗(図示せ
ず)を用いてゲート端子の電位がエミッタ端子の電位以
下となるようにバイアスする場合を考える。この場合、
チャネル領域の電位は、チャネル領域以外のP型ベース
拡散領域2の電位以下となり、チャネル領域は空乏化し
ない。よってコレクタ端子の電位をエミッタ端子の電位
より高めても、両者の間には殆ど電流が流れず、オフ状
態となる。この状態でコレクタ端子の電圧を高めて行く
と、N型ベース領域1に空乏層が広がって行き、N型ベ
ース領域1とP型ベース拡散領域2との境界における電
界が強くなってゆく。
In the N-channel IGBT 200, a case is considered in which a gate drive power supply (not shown) and a suitable current limiting resistor (not shown) are used to bias the gate terminal so that the potential at the gate terminal becomes lower than the potential at the emitter terminal. in this case,
The potential of the channel region is lower than the potential of the P-type base diffusion region 2 other than the channel region, and the channel region is not depleted. Therefore, even if the potential of the collector terminal is higher than the potential of the emitter terminal, almost no current flows between them, and the transistor is turned off. When the voltage at the collector terminal is increased in this state, the depletion layer spreads in the N-type base region 1 and the electric field at the boundary between the N-type base region 1 and the P-type base diffusion region 2 becomes stronger.

【0013】この電界がシリコンの臨界電界(約2×1
5V/cm)よりも高くなるとキャリアの衝突電離が
急速に激しくなってIGBTは降伏特性を示す。しか
し、NチャネルIGBT200においてはアバランシェ
ダイオードDaが備えられており、NチャネルIGBT
200が降伏するよりも低い電位差でアバランシェダイ
オードDaは臨界電界を受け、降伏する。そしてアバラ
ンシェダイオードDaの降伏により、ダイオードD0及
び電流制限抵抗を介してゲート駆動電源に電流が流れ込
む事になる。これによって電流制限抵抗において生じる
電圧はゲート端子の電位を上昇させ、チャネル領域の電
位は上昇し、ここに反転層(チャネル)が生成される。
チャネルを介してエミッタ端子及びコレクタ端子の間に
電流が流れるので、これら主電極間のインピーダンスは
低下し、主電極間に印加される過電圧は緩和されること
となってN型ベース領域1とP型ベース拡散領域2との
境界における電界も緩和され、ここでの降伏が回避され
る。
This electric field is a critical electric field of silicon (about 2 × 1).
0 5 V / cm) becomes higher when the IGBT impact ionization of carriers become rapidly intensely than shows the breakdown characteristics. However, in the N-channel IGBT 200, the avalanche diode Da is provided, and the N-channel IGBT 200 is provided.
The avalanche diode Da receives a critical electric field and breaks down with a potential difference lower than 200 breaks down. Then, due to the breakdown of the avalanche diode Da, a current flows into the gate drive power supply via the diode D0 and the current limiting resistor. As a result, the voltage generated at the current limiting resistor raises the potential of the gate terminal, and the potential of the channel region rises, where an inversion layer (channel) is generated.
Since a current flows between the emitter terminal and the collector terminal via the channel, the impedance between these main electrodes is reduced, and the overvoltage applied between the main electrodes is alleviated. The electric field at the boundary with the mold base diffusion region 2 is also alleviated, and breakdown here is avoided.

【0014】かかる動作はNチャネルIGBT200が
過渡動作状態にある場合であっても基本的には同様であ
り、ターンオフ動作におけるスパイク電圧の抑制も可能
であると考えられている。NチャネルIGBT200の
構成は例えば「アバランシェ保証型IGBT」(山崎智
幸他、平成4年電気学会全国大会論文集)において紹介
されている。
This operation is basically the same even when the N-channel IGBT 200 is in a transient operation state, and it is considered that the spike voltage in the turn-off operation can be suppressed. The configuration of the N-channel IGBT 200 is introduced in, for example, “Avalanche-guaranteed IGBT” (Tomoyuki Yamazaki et al., Proceedings of the National Convention of the Institute of Electrical Engineers of 1992).

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記技術にお
いては更に以下の問題点が残っていた。第1にはアバラ
ンシェダイオードDaはチャネル領域が形成されるP型
ベース拡散領域2の中には作ることはできないという点
である。このため、所定のピッチで繰り返し形成される
P型ベース拡散領域2の配列とは別途にアバランシェダ
イオードDaが形成される事になる。従って、アバラン
シェダイオードDa近辺と、P型ベース拡散領域2の配
列近辺とでは電界分布が異なり、特にN型ベース領域1
にキャリアが高い密度で存在する状態で起こる降伏は、
アバランシェダイオードDaが検出できない(つまり、
かかる状態下のN型ベース領域1とP型ベース拡散領域
2との間での降伏よりも先にアバランシェダイオードD
aが降伏しない)可能性がある。
However, the above technique still has the following problems. First, the avalanche diode Da cannot be formed in the P-type base diffusion region 2 where the channel region is formed. For this reason, an avalanche diode Da is formed separately from the arrangement of the P-type base diffusion regions 2 which are repeatedly formed at a predetermined pitch. Accordingly, the electric field distribution is different between the vicinity of the avalanche diode Da and the vicinity of the arrangement of the P-type base diffusion regions 2, and particularly the N-type base region 1.
The yield that occurs when carriers are present at a high density is
The avalanche diode Da cannot be detected (that is,
The avalanche diode D before the breakdown between the N-type base region 1 and the P-type base diffusion region 2 under such a state.
a does not yield).

【0016】第2にはN型ベース領域1に蓄積されてい
た過剰キャリアの流出についてである。かかる過剰キャ
リアはターンオフ時においてP型ベース拡散領域2のみ
ならずアバランシェダイオードDaを介しても流出す
る。これはゲート端子の電位を上昇させ、ターンオフ動
作が遅くなる可能性がある。
Secondly, there is an outflow of excess carriers accumulated in the N-type base region 1. At the time of turn-off, such excess carriers flow out not only through the P-type base diffusion region 2 but also through the avalanche diode Da. This raises the potential of the gate terminal, and the turn-off operation may be delayed.

【0017】更に第3の問題点として、ゲート端子の電
位がエミッタ端子の電位よりも低い状態でオフ状態を得
る場合には、ダイオードD0が導通してアバランシェダ
イオードDaに逆バイアスが印加され、アバランシェダ
イオードDaの降伏電圧が実質的に低下する可能性があ
る。
Further, as a third problem, when an off state is obtained in a state where the potential of the gate terminal is lower than the potential of the emitter terminal, the diode D0 conducts and a reverse bias is applied to the avalanche diode Da, and the avalanche diode is applied. The breakdown voltage of the diode Da may substantially decrease.

【0018】この発明は以上の問題点を回避しつつActi
ve Clampを実現する事を目的としており、安定かつ高速
動作が可能な半導体装置を提供するものである。
The present invention avoids the above-mentioned problems while providing Acti
An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of performing stable and high-speed operation with the object of realizing ve clamp.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】この発明のうち請求項1
にかかるものは、半導体基板と、前記半導体基板を挟む
第1及び第2の電流電極と、前記第1及び第2の電流電
極から絶縁され、与えられる電荷に依存して前記第1及
び第2の電流電極の間が導通・非導通する駆動用ゲート
と、フローティング状態にある電位検出用ゲートとを備
え、前記電位検出用ゲートは前記第1及び第2の電流電
極の間の電位差に依存するモニタ電位を検出し、前記モ
ニタ電位が所定のレベルを超えた場合に、前記駆動用ゲ
ートによって前記第1及び第2の電流電極の間が導通さ
れる、絶縁ゲート型半導体装置である。
Means for Solving the Problems Claim 1 of the present invention
Are insulated from the semiconductor substrate, first and second current electrodes sandwiching the semiconductor substrate, and the first and second current electrodes depending on the applied electric charge. And a potential detection gate in a floating state, wherein the potential detection gate depends on a potential difference between the first and second current electrodes. An insulated gate semiconductor device wherein a monitor potential is detected, and when the monitor potential exceeds a predetermined level, the drive gate conducts between the first and second current electrodes.

【0020】この発明のうち請求項2にかかるものは、
請求項1記載の絶縁ゲート型半導体装置であって、前記
駆動用ゲート及び前記検出用ゲートは、いずれも前記半
導体基板の厚み方向に穿たれた溝において設けられる。
According to a second aspect of the present invention,
2. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein the driving gate and the detection gate are both provided in grooves formed in a thickness direction of the semiconductor substrate.

【0021】この発明のうち請求項3にかかるものは、
請求項1記載の絶縁ゲート型半導体装置であって、前記
駆動用ゲート及び前記検出用ゲートは、いずれも前記第
1電流電極が設けられた側の前記半導体基板の主面に対
し、絶縁膜を介して対向して設けられる。
According to a third aspect of the present invention,
2. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein each of the driving gate and the detection gate has an insulating film with respect to a main surface of the semiconductor substrate on which the first current electrode is provided. 3. They are provided to face each other.

【0022】この発明のうち請求項4にかかるものは、
請求項1記載の絶縁ゲート型半導体装置であって、前記
電位検出用ゲートが接続される制御電極と、前記制御電
極から絶縁された第1及び第2の電流電極とを有する絶
縁ゲート型トランジスタと、前記絶縁ゲート型トランジ
スタの前記第2の電流電極に流れる電流に基づいて、前
記絶縁ゲート型半導体装置の前記駆動用ゲート電極に電
荷を充放電する駆動回路とを更に備える。そして、前記
絶縁ゲート型トランジスタの前記第1の電流電極は、前
記絶縁ゲート型半導体装置の前記第1の電流電極に接続
され、前記絶縁ゲート型トランジスタは前記モニタ電位
が前記所定のレベルを越えると導通する。
According to a fourth aspect of the present invention,
The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein the insulated gate transistor includes a control electrode to which the potential detection gate is connected, and first and second current electrodes insulated from the control electrode. A driving circuit that charges and discharges the driving gate electrode of the insulated gate semiconductor device based on a current flowing through the second current electrode of the insulated gate transistor. The first current electrode of the insulated gate transistor is connected to the first current electrode of the insulated gate semiconductor device, and the insulated gate transistor is configured such that when the monitor potential exceeds the predetermined level, Conduct.

【0023】この発明のうち請求項5にかかるものは、
請求項4記載の絶縁ゲート型半導体装置であって、前記
駆動回路は前記絶縁ゲート型トランジスタの前記第2電
流電極に流れる電流を増幅して出力し、これを以て前記
絶縁ゲート型半導体装置の前記駆動用ゲートを充電す
る。
According to a fifth aspect of the present invention,
5. The insulated gate semiconductor device according to claim 4, wherein the drive circuit amplifies and outputs a current flowing through the second current electrode of the insulated gate transistor, thereby driving the insulated gate semiconductor device. Charge the gate.

【0024】この発明のうち請求項6にかかるものは、
請求項4記載の絶縁ゲート型半導体装置であって、エミ
ッタ、前記駆動用ゲートに接続されたコレクタ、及び前
記絶縁ゲート型トランジスタの前記第2電流電極に接続
されたベースを有するバイポーラトランジスタと、前記
バイポーラトランジスタの前記エミッタと前記ベースと
の間に接続される第1の抵抗と、前記バイポーラトラン
ジスタの前記コレクタと前記ベースとの間に接続される
第2の抵抗とを含む。
According to a sixth aspect of the present invention,
5. The insulated gate semiconductor device according to claim 4, wherein the bipolar transistor has an emitter, a collector connected to the driving gate, and a base connected to the second current electrode of the insulated gate transistor. A first resistor connected between the emitter and the base of the bipolar transistor; and a second resistor connected between the collector and the base of the bipolar transistor.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は本発明によ
る過電圧保護機能を内蔵する半導体装置101の構成及
びこれとNMOSトランジスタM1との接続を模式的に
示す断面図である。不純物濃度が低いN型ベース領域1
1の第1の主面(図1において上方に位置した主面)に
は、P型ベース拡散領域21が形成されている。そして
P型ベース拡散領域21の第1の主面(N型ベース領域
11の第1の主面から離れている主面)には不純物濃度
の高いN型エミッタ拡散領域31が、所定のピッチで選
択的に設けられている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 is a sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device 101 having a built-in overvoltage protection function according to the present invention and a connection between the semiconductor device 101 and an NMOS transistor M1. N-type base region 1 with low impurity concentration
A P-type base diffusion region 21 is formed on a first main surface (a main surface located upward in FIG. 1). An N-type emitter diffusion region 31 having a high impurity concentration is formed at a predetermined pitch on a first main surface of the P-type base diffusion region 21 (a main surface of the N-type base region 11 remote from the first main surface). It is provided selectively.

【0026】P型ベース拡散領域21の第1の主面から
N型ベース領域11の途中まで、N型エミッタ拡散領域
31及びP型ベース拡散領域21を貫通して溝が掘られ
ている。この溝には、例えば不純物濃度が高いポリシリ
コンによって形成される内部ゲート電極71がゲート絶
縁膜61に包まれて埋められている。また、ゲート電極
71が形成された溝に近接して、P型ベース拡散領域2
1の第1の主面からN型ベース領域11の途中まで、P
型ベース拡散領域21を貫通して溝が掘られている。こ
の溝には、例えば不純物濃度が高いポリシリコンによっ
て形成されるフローティングゲート電極72がゲート絶
縁膜62に包まれて埋められている。
A groove is dug through the N-type emitter diffusion region 31 and the P-type base diffusion region 21 from the first main surface of the P-type base diffusion region 21 to the middle of the N-type base region 11. An internal gate electrode 71 formed of, for example, polysilicon having a high impurity concentration is buried in the trench by being wrapped in the gate insulating film 61. Further, the P-type base diffusion region 2 is located close to the groove in which the gate electrode 71 is formed.
1 from the first main surface to the middle of the N-type base region 11,
A groove is dug through the mold base diffusion region 21. A floating gate electrode 72 formed of, for example, polysilicon having a high impurity concentration is buried in the trench by being wrapped in the gate insulating film 62.

【0027】いずれの内部ゲート電極71も共通してゲ
ート端子(Gate)に接続されており、フローティングゲ
ート電極72はNMOSトランジスタM1のゲート電極
に接続されている。P型ベース拡散領域21の第1の主
面には外部エミッタ電極91が設けられ、N型エミッタ
拡散領域31及びP型ベース拡散領域21が短絡してい
る。外部エミッタ電極91にはNMOSトランジスタM
1のソース及びエミッタ端子(Emitter)も接続されて
いる。NMOSトランジスタM1のドレインは外部端子
(Out)に接続されている。
All the internal gate electrodes 71 are commonly connected to a gate terminal (Gate), and the floating gate electrode 72 is connected to the gate electrode of the NMOS transistor M1. An external emitter electrode 91 is provided on the first main surface of the P-type base diffusion region 21, and the N-type emitter diffusion region 31 and the P-type base diffusion region 21 are short-circuited. The external emitter electrode 91 has an NMOS transistor M
One source and emitter terminal (Emitter) is also connected. The drain of the NMOS transistor M1 is connected to an external terminal (Out).

【0028】N型ベース領域11の第2の主面(図1に
おいては下方に位置した主面)には、不純物濃度の高い
(例えば1×1016〜1×1018cm-3)N型バッファ
領域4、N型バッファ領域4よりも更に高い不純物濃度
(例えば1×1018〜1×1020cm-3)を有するP型
領域5、外部コレクタ電極10がこの順に積層されてい
る。外部コレクタ電極10にはコレクタ端子(Collecto
r)が接続される。
The second main surface (the lower main surface in FIG. 1) of the N-type base region 11 has an N-type with a high impurity concentration (for example, 1 × 10 16 to 1 × 10 18 cm −3 ). A buffer region 4, a P-type region 5 having an impurity concentration higher than that of the N-type buffer region 4 (for example, 1 × 10 18 to 1 × 10 20 cm −3 ), and an external collector electrode 10 are stacked in this order. The external collector electrode 10 has a collector terminal (Collecto
r) is connected.

【0029】このような構成において、内部ゲート電極
71とフローティングゲート電極72とは同一の工程で
形成する事ができる。異なっているのは、これらが収め
られている溝の上部においてN型エミッタ拡散領域31
が設けられているか否かであり、所定のピッチで複数形
成されるN型エミッタ拡散領域31を1カ所間引くこと
で、2種の溝を容易に実現することができる。
In such a configuration, the internal gate electrode 71 and the floating gate electrode 72 can be formed in the same step. The difference is that the N-type emitter diffusion region 31 is located above the groove in which these are housed.
Are provided, and two types of grooves can be easily realized by thinning out one N-type emitter diffusion region 31 formed at a predetermined pitch.

【0030】上記の構成から明らかなように、半導体装
置101はトレンチゲート型IGBTにおいてその内部
ゲート電極71の一部をフローティングゲート電極72
として採用したものであり、フローティングゲート電極
72を包む溝についてはN型エミッタ拡散領域31の形
成を省略したものである。
As is apparent from the above configuration, the semiconductor device 101 has a structure in which a part of the internal gate electrode 71 of the trench gate type IGBT is
In the groove surrounding the floating gate electrode 72, the formation of the N-type emitter diffusion region 31 is omitted.

【0031】半導体装置101において、ゲート駆動電
源(図示せず)と適当な電流制限抵抗(図示せず)を用
いてゲート端子の電位がエミッタ端子の電位以下となる
ようにバイアスする場合を考える。この場合、P型ベー
ス拡散領域21のうち、内部ゲート電極71を包む溝に
接した部分であるチャネル領域の電位は、チャネル領域
以外のP型ベース拡散領域21の電位以下となり、チャ
ネル領域は空乏化しない。よってコレクタ端子の電位を
エミッタ端子の電位より高めても、両者の間には殆ど電
流が流れず、オフ状態となる。
In the semiconductor device 101, a case is considered in which a gate drive power supply (not shown) and an appropriate current limiting resistor (not shown) are used to bias the gate terminal so that the potential at the gate terminal becomes lower than the potential at the emitter terminal. In this case, the potential of the channel region of the P-type base diffusion region 21 which is in contact with the groove surrounding the internal gate electrode 71 is lower than the potential of the P-type base diffusion region 21 other than the channel region, and the channel region is depleted. Does not change. Therefore, even if the potential of the collector terminal is higher than the potential of the emitter terminal, almost no current flows between them, and the transistor is turned off.

【0032】この状態でコレクタ端子の電圧を高めて行
くと、N型ベース領域11に空乏層が広がって行き、N
型ベース領域11とP型ベース拡散領域2との境界(以
下「接合境界」と称す)における電界が強くなってゆ
く。コレクタの電位が上昇するほど空乏層が長く伸び、
その中の実効電荷によって接合境界の電界(以下「接合
境界電界」と称す)が増大する。接合境界電界がシリコ
ンの臨界電界に到達するとキャリアの衝突電離が激しく
起こるようになり、半導体装置101が備えるトレンチ
型IGBT部は降伏することになる。
When the voltage of the collector terminal is increased in this state, the depletion layer spreads in the N-type base region 11 and
The electric field at the boundary between the base region 11 and the P-type base diffusion region 2 (hereinafter referred to as “junction boundary”) becomes stronger. As the potential of the collector increases, the depletion layer extends longer,
The electric field at the junction boundary (hereinafter referred to as the “junction boundary electric field”) increases due to the effective charges therein. When the junction boundary electric field reaches the critical electric field of silicon, collisional ionization of carriers occurs violently, and the trench IGBT portion provided in the semiconductor device 101 breaks down.

【0033】この時フローティングゲート電極72の電
位は接合境界電界に比例して上昇する。以下、図2ない
し図4を用いてこれを説明する。フローティングゲート
電極72は内部ゲート電極71と近接し、形状もほぼ同
一に形成することができ、特に耐圧が数百乃至数千V程
度のパワーデバイスではトレンチ型IGBT部の電界及
び電位は素子の厚み方向と垂直な平面において変化が小
さい。従って素子の厚み方向についての1次元的な電界
及び電位の分布を検討する。
At this time, the potential of the floating gate electrode 72 increases in proportion to the junction boundary electric field. This will be described below with reference to FIGS. The floating gate electrode 72 is close to the internal gate electrode 71 and can be formed in substantially the same shape. The change is small in a plane perpendicular to the direction. Therefore, a one-dimensional distribution of electric field and potential in the thickness direction of the element will be examined.

【0034】図2はフローティングゲート電極72が存
在する位置での厚み方向のみを考慮した模式図である。
フローティングゲート電極72を包むゲート絶縁膜62
は、ここではフローティングゲート電極72の外部エミ
ッタ電極91側に存在するゲート絶縁膜621と、フロ
ーティングゲート電極72の外部コレクタ電極10側に
存在するゲート絶縁膜622として現れている。ゲート
絶縁膜621,622の厚みをそれぞれTox1,Tox2
し、またフローティングゲート電極72の厚さをGDと
する。ゲート絶縁膜622の外部コレクタ電極10側に
はN型ベース領域11が厚さTSiで存在する。
FIG. 2 is a schematic diagram considering only the thickness direction at the position where the floating gate electrode 72 exists.
Gate insulating film 62 surrounding floating gate electrode 72
Here appear as a gate insulating film 621 existing on the external emitter electrode 91 side of the floating gate electrode 72 and a gate insulating film 622 existing on the external collector electrode 10 side of the floating gate electrode 72. The thickness of the gate insulating film 621 and 622 and T ox1, T ox2 respectively, also the thickness of the floating gate electrode 72 and GD. On the external collector electrode 10 side of the gate insulating film 622, an N-type base region 11 exists with a thickness T Si .

【0035】図3は図2で示された構造における電界強
度を示すグラフである。横軸にはN型ベース領域1の第
1の主面からの距離を採っている。フローティングゲー
ト電極72は導体として扱えるので、電界強度は0であ
る。N型ベース領域11の実効電荷密度はほぼ一定であ
って、電界強度は直線的に減少すると近似できる。ゲー
ト絶縁膜621,622は絶縁物であるので電界強度は
一定値Eoxを採る。シリコンの誘電率及びシリコン酸化
膜の誘電率をそれぞれεSi,εoxとすると、ゲート絶縁
膜622に接した箇所でのN型ベース領域11の電界強
度、即ち接合境界電界の強度は、Esm=εox・Eox/ε
Siとして求められる。
FIG. 3 is a graph showing the electric field strength in the structure shown in FIG. The horizontal axis represents the distance from the first main surface of the N-type base region 1. Since the floating gate electrode 72 can be treated as a conductor, the electric field strength is zero. It can be approximated that the effective charge density of the N-type base region 11 is substantially constant and the electric field intensity decreases linearly. Since the gate insulating films 621 and 622 are insulators, the electric field intensity takes a constant value Eox . Assuming that the dielectric constant of silicon and the dielectric constant of the silicon oxide film are ε Si and ε ox , respectively, the electric field strength of the N-type base region 11 at a position in contact with the gate insulating film 622, that is, the strength of the junction boundary electric field is E sm = ε ox・ E ox / ε
Required as Si .

【0036】図4は図2で示された構造における電圧を
示すグラフである。横軸には図3と同様にN型ベース領
域1の第1の主面からの距離を採っている。N型ベース
領域1の第1の主面における電位(即ち外部エミッタ電
極91の電位)を基準にしてフローティングゲート電極
72の電圧は、Vfg=Eox・Tox1で決定される。N
型バッファ領域4、P型領域5にかかる電圧は小さいの
で無視すると、エミッタ端子とコレクタ端子との間にか
かる電圧は、 Vd=Esm・TSi/2+Eox・(Tox1+Tox2) =Vfg{(1/2)・(εox/εSi)・(TSi/T
ox1)+(1+α)} として求められる(ここでα=Tox2/Tox1である)。
以上のように、フローティングゲート電極72の電位を
以て、降伏条件に直接関係する接合境界電界の強度や、
エミッタ端子とコレクタ端子との間にかかる電圧をモニ
タする事ができる。
FIG. 4 is a graph showing voltage in the structure shown in FIG. The horizontal axis represents the distance from the first main surface of the N-type base region 1 as in FIG. Voltage of the floating gate electrode 72 with respect to the potential (i.e., the potential of the external emitter electrode 91) in the first major surface of the N-type base region 1 is determined by Vfg = E ox · T ox1. N
Since the voltage applied to the type buffer region 4 and the P-type region 5 is small and is ignored, the voltage applied between the emitter terminal and the collector terminal is as follows: Vd = E sm · T Si / 2 + E ox · (T ox1 + T ox2 ) = Vfg {(1/2) · (ε ox / ε Si ) · (T Si / T
ox1 ) + (1 + α)} (where α = T ox2 / T ox1 ).
As described above, with the potential of the floating gate electrode 72, the strength of the junction boundary electric field directly related to the breakdown condition,
The voltage applied between the emitter terminal and the collector terminal can be monitored.

【0037】このようにフローティングゲート電極72
の電位が接合境界電界に比例することは、デバイスシミ
ュレーションによっても確認される。また、IGBT部
の降伏電圧はフローティングゲート電極72の有無によ
って殆ど異なることはないこともデバイスシミュレーシ
ョンによって確認できる。
As described above, the floating gate electrode 72
That the electric potential of is proportional to the junction boundary electric field is also confirmed by device simulation. Also, it can be confirmed by device simulation that the breakdown voltage of the IGBT portion hardly differs depending on the presence or absence of the floating gate electrode 72.

【0038】フローティングゲート電極72の電位は静
電容量に依存して決まるので、これを検出するには絶縁
ゲート素子のゲート電極のように、定常電流が流れない
端子が用いられる。ここでは、NMOSトランジスタM
1のゲートがフローティングゲート電極72に接続され
ている。そして、過電圧からIGBT部を保護するた
め、IGBT部が降伏する(即ち接合境界電界が臨界電
界となる)よりも低い電圧でNMOSトランジスタM1
が導通するように、そのゲートしきい値電圧が調整され
る。
Since the potential of the floating gate electrode 72 is determined depending on the capacitance, a terminal through which a steady current does not flow, such as the gate electrode of an insulated gate element, is used to detect this. Here, the NMOS transistor M
One gate is connected to the floating gate electrode 72. Then, in order to protect the IGBT section from an overvoltage, the NMOS transistor M1 has a lower voltage than the IGBT section breaks down (that is, the junction boundary electric field becomes a critical electric field).
Is adjusted so that its gate conducts.

【0039】外部端子とゲート端子との間には、NMO
Sトランジスタのドレインに流れる電流に基づいてゲー
ト端子に電荷を供給する駆動回路を接続することによ
り、ゲート端子の電圧を上昇させて一時的に半導体装置
101をオン駆動させることができる。但しフローティ
ングゲート電極72に接続されるべきゲートを有する絶
縁ゲート素子(ここではNMOSトランジスタM1)の
入力容量は小さい方が望ましい。この入力容量はフロー
ティングゲート電極72の負荷として接続されるので、
これが静電容量に与える影響を小さくする必要があるた
めである。この場合、絶縁ゲート素子のサイズを小さく
する必要があり、トランジスタ絶縁ゲート素子と外部エ
ミッタ電極91との間に流れる電流が小さくなるが、例
えば駆動回路がこの電流を増幅すれば良い。具体的な構
成は後述する実施の形態2,4において示される。
An NMO is provided between the external terminal and the gate terminal.
By connecting a driver circuit that supplies electric charge to the gate terminal based on the current flowing to the drain of the S transistor, the voltage of the gate terminal can be increased and the semiconductor device 101 can be temporarily turned on. However, it is desirable that the input capacitance of the insulated gate element (here, the NMOS transistor M1) having a gate to be connected to the floating gate electrode 72 is small. Since this input capacitance is connected as a load of the floating gate electrode 72,
This is because it is necessary to reduce the influence on the capacitance. In this case, it is necessary to reduce the size of the insulated gate element, and the current flowing between the transistor insulated gate element and the external emitter electrode 91 decreases. For example, the drive circuit may amplify this current. A specific configuration will be described in Embodiments 2 and 4 described later.

【0040】以上のように本実施の形態によれば、パワ
ートランジスタが降伏する直前の状態を、IGBT部が
形成されるセルに設けられたフローティングゲート電極
72の容量結合だけで検出する事ができる。つまりセル
の電界を直接モニタするので、N型ベース領域11にキ
ャリアが高い密度で偏って存在する状態で生じる降伏に
対しても保護が可能である。しかもアバランシェダイオ
ードが内蔵されていないので、過剰キャリアの流出によ
るゲート電圧の上昇、ひいてはターンオフ動作への影響
がなく、またIGBT部のゲート端子の電位がエミッタ
端子の電位よりも低い状態(逆バイアス状態)で動作し
ている場合であっても、降伏電圧の低下という不具合も
生じない。従って従来の第1ないし第3の問題点を全て
解決しつつ、パワートランジスタの降伏、破壊を回避す
る事ができる。
As described above, according to the present embodiment, the state immediately before the breakdown of the power transistor can be detected only by the capacitive coupling of the floating gate electrode 72 provided in the cell in which the IGBT section is formed. . That is, since the electric field of the cell is directly monitored, it is possible to protect against breakdown that occurs when carriers are present in the N-type base region 11 at a high density. Moreover, since the avalanche diode is not built-in, there is no increase in the gate voltage due to the outflow of excess carriers, and thus there is no influence on the turn-off operation. ) Does not cause a problem of a decrease in breakdown voltage. Therefore, breakdown and destruction of the power transistor can be avoided while solving all of the conventional first to third problems.

【0041】しかも、内部ゲート電極71とフローティ
ングゲート電極72とが類似した構成で得られるので、
従来のIGBTを製造する工程に対して僅かな変更しか
要求されない。そして従来のセルにおいてフローティン
グゲート電極72を作り込む事ができるので、フローテ
ィングゲート電極72の検出する電位は主電極間の電
界、電圧をよく反映し、過電圧状態が引加される場合の
検出を正確に行うことができる。
Moreover, since the internal gate electrode 71 and the floating gate electrode 72 can be obtained with a similar structure,
Only minor changes are required to the process of manufacturing a conventional IGBT. Since the floating gate electrode 72 can be formed in the conventional cell, the potential detected by the floating gate electrode 72 well reflects the electric field and voltage between the main electrodes, and accurately detects when an overvoltage state is applied. Can be done.

【0042】なお、フローティングゲート電極72とし
て、内部ゲート電極71を採用することもできる。つま
り、フローティングゲート電極72として機能する内部
ゲート電極71のみをNMOSトランジスタM1のゲー
トに接続し、その他の内部ゲート電極71を通常のIG
BTと同様にしてゲート端子に接続すればよい。この場
合にはフローティングゲート電極72として機能する内
部ゲート電極71の上部近傍にはN型エミッタ拡散領域
31が存在する事になるが、このN型エミッタ拡散領域
31に接続されないように外部エミッタ電極91を整形
するか、このN型エミッタ拡散領域31と外部エミッタ
電極91との間に絶縁物を介在させれば、図2〜図4で
説明されたことに鑑みて本願の効果を損なうものではな
い。しかも、N型エミッタ拡散領域31を所定の間隔で
形成し、これを間引く必要もないので、従来の製造工程
を更に多く利用できて有利である。
The internal gate electrode 71 can be used as the floating gate electrode 72. That is, only the internal gate electrode 71 functioning as the floating gate electrode 72 is connected to the gate of the NMOS transistor M1, and the other internal gate electrodes 71 are connected to the normal IG.
What is necessary is just to connect to a gate terminal similarly to BT. In this case, the N-type emitter diffusion region 31 exists near the upper portion of the internal gate electrode 71 functioning as the floating gate electrode 72, but the external emitter electrode 91 is not connected to the N-type emitter diffusion region 31. Or if an insulator is interposed between the N-type emitter diffusion region 31 and the external emitter electrode 91, the effects of the present invention will not be impaired in view of the explanation of FIGS. . In addition, the N-type emitter diffusion region 31 is formed at a predetermined interval, and it is not necessary to thin out the N-type emitter diffusion region 31. Therefore, the conventional manufacturing process can be utilized more advantageously.

【0043】実施の形態2.図5は本実施の形態を示す
回路図である。本実施の形態では、パワートランジスタ
100を駆動する技術が示される。パワートランジスタ
100としては実施の形態1で示された半導体装置10
1を用いる事ができる。但し、図中のパワートランジス
タ100の記号は便宜的に描いたものであり、従来のI
GBTの記号に追加してV字型の図形をフローティング
ゲートFGを示すものとして描いている。フローティン
グゲートFGには半導体装置101のフローティングゲ
ート電極72が電気的に接続される。
Embodiment 2 FIG. 5 is a circuit diagram showing the present embodiment. In the present embodiment, a technique for driving power transistor 100 is described. As the power transistor 100, the semiconductor device 10 described in the first embodiment is used.
1 can be used. However, the symbol of the power transistor 100 in FIG.
In addition to the GBT symbol, a V-shaped figure is drawn to indicate the floating gate FG. The floating gate FG is electrically connected to the floating gate electrode 72 of the semiconductor device 101.

【0044】NMOSトランジスタM1のゲートにはフ
ローティングゲートFGが、ソースにはパワートランジ
スタ100のエミッタ端子が、それぞれ接続されてい
る。ドレインは抵抗R1,R2の直列接続を介して電位
Vccを与える電位点(以下、電位点とその与える電位
とには同一の符号を混同して用いる)Vccが接続され
ている。PNPトランジスタQ1のエミッタは抵抗R2
と共通に電位点Vccに接続され、コレクタはパワート
ランジスタ100のゲート端子に接続され、ベースは抵
抗R1を介してNMOSトランジスタM1のドレインに
接続される。
The floating gate FG is connected to the gate of the NMOS transistor M1, and the emitter terminal of the power transistor 100 is connected to the source thereof. The drain is connected to a potential point Vcc (hereinafter, the potential point and the potential to be given are used with the same sign) Vcc, which applies the potential Vcc, through a series connection of the resistors R1 and R2. The emitter of the PNP transistor Q1 is connected to a resistor R2.
Is connected to the potential point Vcc, the collector is connected to the gate terminal of the power transistor 100, and the base is connected to the drain of the NMOS transistor M1 via the resistor R1.

【0045】ゲートドライバ20はゲート駆動抵抗Rg
を介してパワートランジスタ100のゲート端子に接続
された出力端を有し、2つの電位点Vcc,Veeが接
続されて駆動される。ここで電位Veeは電位Vccよ
りも低い。ゲートドライバ20は例えばコンプリメンタ
リ型の出力段を備えており、ゲートドライバ20の入力
端Inに与えられる信号に基づいて、その出力端に電流
を流す。
The gate driver 20 has a gate drive resistor Rg.
And an output terminal connected to the gate terminal of the power transistor 100 via the power transistor 100. The two potential points Vcc and Vee are connected and driven. Here, the potential Vee is lower than the potential Vcc. The gate driver 20 includes, for example, a complementary output stage, and allows a current to flow through its output terminal based on a signal applied to an input terminal In of the gate driver 20.

【0046】図5に示された回路は以下のように動作す
る。パワートランジスタ100が過電圧状態にない場合
には、フローティングゲートFGの電位が低いためにN
MOSトランジスタM1はオフ状態にあり、そのドレイ
ン電流も流れず、PNPトランジスタQ1もオフ状態に
ある。従ってパワートランジスタ100は、ゲート駆動
抵抗Rgを介してそのゲート端子に与えられるゲートド
ライバ20の出力によってオン、オフの制御を受ける。
The circuit shown in FIG. 5 operates as follows. When the power transistor 100 is not in an overvoltage state, since the potential of the floating gate FG is low, N
The MOS transistor M1 is off, the drain current does not flow, and the PNP transistor Q1 is off. Therefore, the power transistor 100 is controlled to be turned on and off by the output of the gate driver 20 given to its gate terminal via the gate drive resistor Rg.

【0047】パワートランジスタ100のコレクタ端子
とエミッタ端子との間に印加される電圧が上昇すると、
フローティングゲートFGの電位が上昇する。そして実
施の形態1で説明したように、NMOSトランジスタM
1のゲートしきい値を適切に設定しておく事により、降
伏電圧に至るよりも前にNMOSトランジスタM1がオ
ンする。すると抵抗R1を介してPNPトランジスタQ
1にベース電流が流れ、PNPトランジスタQ1はオン
する。パワートランジスタ100がオフしている状態、
もしくはターンオフ動作の過程にあっては、ゲートドラ
イバ20の出力はパワートランジスタ100のエミッタ
端子の電位以下に設定されるが、電位点VccからPN
PトランジスタQ1、ゲート駆動抵抗Rgを介して電流
がゲートドライバ20に流れ込むので、ゲート駆動抵抗
Rgにおいて電圧が発生し、パワートランジスタ100
のゲート端子の電位が上昇する。これによってパワート
ランジスタ100はターンオンし、コレクタ端子の電位
の上昇を妨げる動作が行われる。つまりアナログフィー
ドバックによる定電圧クランプ動作が行われるのであ
る。従って、過電圧の印加によるパワートランジスタ1
00の破壊が未然に防止できる。
When the voltage applied between the collector terminal and the emitter terminal of the power transistor 100 increases,
The potential of the floating gate FG rises. Then, as described in the first embodiment, the NMOS transistor M
By properly setting the gate threshold value of 1, the NMOS transistor M1 turns on before the breakdown voltage is reached. Then, the PNP transistor Q is connected via the resistor R1.
1, a base current flows, and the PNP transistor Q1 turns on. A state in which the power transistor 100 is off,
Alternatively, during the turn-off operation, the output of the gate driver 20 is set to be equal to or lower than the potential of the emitter terminal of the power transistor 100.
Since a current flows into the gate driver 20 via the P transistor Q1 and the gate drive resistor Rg, a voltage is generated in the gate drive resistor Rg, and the power transistor 100
Of the gate terminal increases. As a result, the power transistor 100 is turned on, and an operation for preventing a rise in the potential of the collector terminal is performed. That is, the constant voltage clamping operation by analog feedback is performed. Therefore, the power transistor 1 due to the application of overvoltage
00 can be prevented beforehand.

【0048】ゲートドライバ20の構成はコンプリメン
タリ型の出力段を備えていなくても、PNPトランジス
タQ1からゲート駆動抵抗Rgを介して供給される電流
をシンクすることができればよい。
The configuration of the gate driver 20 does not need to include a complementary output stage as long as it can sink the current supplied from the PNP transistor Q1 via the gate drive resistor Rg.

【0049】実施の形態3.図6は本発明による過電圧
保護機能を内蔵する半導体装置102の構成及びこれと
NMOSトランジスタM1との接続を模式的に示す断面
図である。不純物濃度が低いN型ベース領域1の第1の
主面(図6において上方に位置した主面)には、所定の
ピッチで選択的にP型ベース拡散領域2が形成されてい
る。P型ベース拡散領域2の内部には、第1の主面にお
いて選択的に形成された、不純物濃度の高いN型エミッ
タ拡散領域3が設けられている。P型ベース拡散領域2
のうち、N型ベース領域1とN型エミッタ拡散領域3と
に挟まれた部分であって第1の主面に露呈しているチャ
ネル領域は、例えばシリコン酸化膜で形成されるゲート
酸化膜6によって覆われている。例えば不純物密度の高
いポリシリコンで形成される内部ゲート電極7が、ゲー
ト酸化膜6を介してチャネル領域に対向して設けられ
る。いずれの内部ゲート電極7も共通にゲート端子(Ga
te)に接続される。チャネル領域以外のP型ベース拡散
領域2とN型エミッタ拡散領域3とは、第1の主面にお
いていずれも外部エミッタ電極92を介してエミッタ端
子(Emitter)に接続されている。N型ベース領域1の
第2の主面(図6においては下方に位置した主面)に
は、実施の形態1と同様にしてN型バッファ領域4、P
型領域5、外部コレクタ電極10がこの順に積層され、
外部コレクタ電極10にはコレクタ端子(Collector)
が接続される。
Embodiment 3 FIG. 6 is a sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor device 102 having a built-in overvoltage protection function according to the present invention and the connection between the semiconductor device 102 and the NMOS transistor M1. P-type base diffusion regions 2 are selectively formed at a predetermined pitch on a first main surface (a main surface located upward in FIG. 6) of N-type base region 1 having a low impurity concentration. Inside the P-type base diffusion region 2, an N-type emitter diffusion region 3 having a high impurity concentration and selectively formed on the first main surface is provided. P-type base diffusion region 2
Of these, the channel region exposed between the N-type base region 1 and the N-type emitter diffusion region 3 and exposed on the first main surface is, for example, a gate oxide film 6 formed of a silicon oxide film. Covered by For example, an internal gate electrode 7 made of polysilicon having a high impurity density is provided facing the channel region with a gate oxide film 6 interposed therebetween. All the internal gate electrodes 7 have a common gate terminal (Ga
te). The P-type base diffusion region 2 and the N-type emitter diffusion region 3 other than the channel region are both connected to the emitter terminal (Emitter) via the external emitter electrode 92 on the first main surface. As in the first embodiment, N-type buffer regions 4 and P are provided on the second main surface of N-type base region 1 (the main surface located below in FIG. 6).
The mold region 5 and the external collector electrode 10 are laminated in this order,
Collector terminal (Collector) for external collector electrode 10
Is connected.

【0050】以上に述べた構成はいわゆるプレーナ型I
GBTを示し、従来のNチャネルIGBT200におい
ても備えられていたが、半導体装置102には特徴的な
構成としてフローティングゲート電極73が追加して設
けられている。フローティングゲート電極73は、N型
ベース領域1のうち、P型ベース拡散領域2が形成され
ていない第1の主面にゲート酸化膜63を介して対峙す
る。フローティングゲート電極73はNMOSトランジ
スタM1のゲート電極に接続されている。
The configuration described above is a so-called planar type I
The semiconductor device 102 is additionally provided with a floating gate electrode 73 as a characteristic configuration, which is a GBT and is also provided in the conventional N-channel IGBT 200. The floating gate electrode 73 faces the first main surface of the N-type base region 1 where the P-type base diffusion region 2 is not formed via the gate oxide film 63. The floating gate electrode 73 is connected to the gate electrode of the NMOS transistor M1.

【0051】エミッタ電極92にはNMOSトランジス
タM1のソース及びエミッタ端子も接続されている。N
MOSトランジスタM1のドレインは外部端子(Out)
に接続されている。
The source and emitter terminals of the NMOS transistor M1 are also connected to the emitter electrode 92. N
The drain of the MOS transistor M1 is an external terminal (Out)
It is connected to the.

【0052】図6に示されるように、内部ゲート電極7
もP型ベース拡散領域2が形成されていない第1の主面
に対峙している部分を有するが、フローティングゲート
電極73は、内部ゲート電極7のように第1の主面にお
いてN型エミッタ拡散領域3とN型ベース領域1に挟ま
れたP型ベース拡散領域2に対峙する領域を持つ、とい
うものではない。一方、図6に示されるように、第1の
主面においてN型エミッタ拡散領域3とN型ベース領域
1に挟まれたP型ベース拡散領域2に、ゲート酸化膜6
3を介して対峙する内部ゲート電極74を設け、内部ゲ
ート電極7に接続することができる。
As shown in FIG. 6, the internal gate electrode 7
Although the floating gate electrode 73 has a portion facing the first main surface where the P-type base diffusion region 2 is not formed, the floating gate electrode 73 has an N-type emitter diffusion region on the first main surface like the internal gate electrode 7. It does not have a region facing the P-type base diffusion region 2 sandwiched between the region 3 and the N-type base region 1. On the other hand, as shown in FIG. 6, a gate oxide film 6 is formed on the P-type base diffusion region 2 sandwiched between the N-type emitter diffusion region 3 and the N-type base region 1 on the first main surface.
An internal gate electrode 74 facing through the gate 3 can be provided and connected to the internal gate electrode 7.

【0053】フローティングゲート電極73と内部ゲー
ト電極7,74は上記の構成を採るので、これらを同一
の工程で容易に形成する事ができる。よって実施の形態
1と同様にして、従来のIGBTを製造する工程に対し
て僅かな変更しか要求されない。そして従来のセルにお
いてフローティングゲート電極73を作り込む事ができ
るので、フローティングゲート電極73の検出する電位
は主電極間の電界、電圧をよく反映し、過電圧状態が引
加される場合の検出を正確に行うことができる。
Since the floating gate electrode 73 and the internal gate electrodes 7 and 74 have the above-described configuration, they can be easily formed in the same process. Therefore, similarly to the first embodiment, only a slight change is required for the process of manufacturing the conventional IGBT. Since the floating gate electrode 73 can be formed in the conventional cell, the potential detected by the floating gate electrode 73 reflects the electric field and voltage between the main electrodes well, and can accurately detect when an overvoltage state is applied. Can be done.

【0054】なおフローティングゲート電極73とし
て、内部ゲート電極7を採用することもできる。つま
り、フローティングゲート電極73として機能する内部
ゲート電極7のみをNMOSトランジスタM1のゲート
に接続し、その他の内部ゲート電極7を通常のIGBT
と同様にしてゲート端子に接続すればよい。この場合に
はフローティングゲート電極73として機能する内部ゲ
ート電極7の下方にはN型エミッタ拡散領域3が存在す
る事になるが、このN型エミッタ拡散領域3に接続され
ないように外部エミッタ電極92を整形するか、このN
型エミッタ拡散領域3と外部エミッタ電極92との間に
絶縁物を介在させれば、図2〜図4で説明されたことに
鑑みて本願の効果を損なうものではない。しかも、内部
ゲート電極74とフローティングゲート電極73とを図
6に示すように分割する必要もないので、従来の製造工
程のより多くを利用できて有利である。
The internal gate electrode 7 can be used as the floating gate electrode 73. That is, only the internal gate electrode 7 functioning as the floating gate electrode 73 is connected to the gate of the NMOS transistor M1, and the other internal gate electrodes 7 are connected to a normal IGBT.
May be connected to the gate terminal in the same manner as described above. In this case, the N-type emitter diffusion region 3 exists below the internal gate electrode 7 functioning as the floating gate electrode 73, but the external emitter electrode 92 is connected so as not to be connected to the N-type emitter diffusion region 3. Or shaping this N
If an insulator is interposed between the typed emitter diffusion region 3 and the external emitter electrode 92, the effects of the present invention are not impaired in view of the description of FIGS. In addition, there is no need to divide the internal gate electrode 74 and the floating gate electrode 73 as shown in FIG. 6, so that more conventional manufacturing steps can be used, which is advantageous.

【0055】また本実施の形態では、実施の形態1に示
された態様と比較すると、エッチングや成膜工程が複雑
な、溝を形成するプロセスが無いので、コストを抑制す
る事ができる。但し、実施の形態1に示された技術の方
はトレンチゲート型であるので、オン状態(あるいは飽
和時)の電圧とスイッチングロスのトレードオフの性能
は優秀である。
Further, in this embodiment, as compared with the embodiment shown in the first embodiment, the cost can be suppressed because there is no process for forming a groove, which is complicated in etching and film formation steps. However, since the technique described in the first embodiment is of the trench gate type, the trade-off performance between the ON state (or saturation) voltage and the switching loss is excellent.

【0056】実施の形態2におけるパワートランジスタ
100として本実施の形態の半導体装置102を採用で
きることは当然であり、その場合にはフローティングゲ
ートFGにはフローティングゲート電極73が電気的に
接続される。
Naturally, the semiconductor device 102 of the present embodiment can be employed as the power transistor 100 in the second embodiment. In that case, the floating gate FG is electrically connected to the floating gate electrode 73.

【0057】実施の形態4.図7は本実施の形態を示す
回路図である。本実施の形態は、パワートランジスタ1
00を駆動する技術を示し、パワートランジスタ100
としては実施の形態1,3で示された半導体装置10
1,102を用いる事ができる。NMOSトランジスタ
M1のゲートにはフローティングゲートFGが、ソース
にはパワートランジスタ100のエミッタ端子が、それ
ぞれ接続されている。ドレインは抵抗R1を介してNP
NトランジスタQ2のベースに接続されている。ゲート
ドライバ20の出力端子はダイオードD1のアノードに
接続され、ダイオードD1のカソードはゲート駆動抵抗
Rgを介してパワートランジスタ100のゲート端子に
接続されている。NPNトランジスタQ2のエミッタは
ダイオードD2のアノードに接続され、ダイオードD2
のカソードはダイオードD1のアノードに接続されてい
る。また、NPNトランジスタQ2のエミッタとベース
との間には抵抗R3が接続されている。NPNトランジ
スタQ2のベース、コレクタはそれぞれ抵抗R2,R4
を介してパワートランジスタ100のゲート端子に接続
されている。
Embodiment 4 FIG. FIG. 7 is a circuit diagram showing the present embodiment. In this embodiment, the power transistor 1
00 shows a technique for driving the power transistor 100
The semiconductor device 10 described in the first and third embodiments
1,102 can be used. The floating transistor FG is connected to the gate of the NMOS transistor M1, and the emitter terminal of the power transistor 100 is connected to the source thereof. The drain is NP via the resistor R1
It is connected to the base of N transistor Q2. The output terminal of the gate driver 20 is connected to the anode of the diode D1, and the cathode of the diode D1 is connected to the gate terminal of the power transistor 100 via the gate drive resistor Rg. The emitter of the NPN transistor Q2 is connected to the anode of the diode D2,
Is connected to the anode of the diode D1. Further, a resistor R3 is connected between the emitter and the base of the NPN transistor Q2. The base and collector of the NPN transistor Q2 are resistors R2 and R4, respectively.
Is connected to the gate terminal of the power transistor 100 via

【0058】図7に示された回路は、電源電圧の変動に
よる過電圧保護というよりも、むしろターンオフ動作が
生じる場合において、配線の寄生インダクタンスに起因
して生じるスパイク電圧によって引き起こされる過電圧
破壊を回避する事ができる。
The circuit shown in FIG. 7 avoids overvoltage breakdown caused by spike voltage caused by parasitic inductance of wiring when turn-off operation occurs, rather than overvoltage protection due to power supply voltage fluctuation. Can do things.

【0059】パワートランジスタ100をオン駆動する
際には、ゲートドライバ20の出力端の電位はパワート
ランジスタ100のエミッタ端子の電位よりも15V程
度高く設定され、ダイオードD1が順バイアスを受けて
導通する。このときダイオードD2は逆バイアスを受け
て導通しないのでトランジスタQ2はパワートランジス
タ100の動作に関与しない。また、フローティングゲ
ートFGの電位も高まらないのでNMOSトランジスタ
M1もパワートランジスタ100の動作に関与しない。
よってゲート駆動抵抗Rgを介してパワートランジスタ
100のゲート端子に電流が供給され(つまりパワート
ランジスタ100の入力容量が充電され)、当該ゲート
端子の電位が上昇し、パワートランジスタ100がター
ンオンする。
When the power transistor 100 is driven to be turned on, the potential at the output terminal of the gate driver 20 is set to be about 15 V higher than the potential at the emitter terminal of the power transistor 100, and the diode D1 receives a forward bias and conducts. At this time, since the diode D2 receives a reverse bias and does not conduct, the transistor Q2 does not participate in the operation of the power transistor 100. Also, since the potential of the floating gate FG does not increase, the NMOS transistor M1 does not participate in the operation of the power transistor 100.
Therefore, a current is supplied to the gate terminal of the power transistor 100 via the gate drive resistor Rg (that is, the input capacitance of the power transistor 100 is charged), the potential of the gate terminal increases, and the power transistor 100 is turned on.

【0060】パワートランジスタ100をオフ状態へと
駆動する場合には、ゲートドライバ20の出力端の電位
はパワートランジスタ100のエミッタ端子の電位以下
に設定される。よってダイオードD1は逆バイアスを受
け、ゲート駆動抵抗Rgはパワートランジスタ100の
動作に関与しない。一方、ダイオードD2は順バイアス
を受け、パワートランジスタ100のゲート端子に充電
された電荷の一部が抵抗R2を介してNPNトランジス
タQ2のベースに流れ込む。これがNPNトランジスタ
Q2によって増幅されるので、パワートランジスタ10
0のゲート端子から電荷が抵抗R4、NPNトランジス
タQ2のコレクタ・エミッタ間、ダイオードD2を経由
してゲートドライバ20の出力端に流れ込む。これによ
ってパワートランジスタ100のゲート端子の電位は低
下してパワートランジスタ100はターンオフする。
When driving the power transistor 100 to the off state, the potential of the output terminal of the gate driver 20 is set to be lower than the potential of the emitter terminal of the power transistor 100. Therefore, the diode D1 receives a reverse bias, and the gate drive resistor Rg does not participate in the operation of the power transistor 100. On the other hand, the diode D2 receives a forward bias, and part of the charge charged in the gate terminal of the power transistor 100 flows into the base of the NPN transistor Q2 via the resistor R2. Since this is amplified by the NPN transistor Q2, the power transistor 10
The charge flows from the gate terminal 0 to the output end of the gate driver 20 via the resistor R4, the collector and the emitter of the NPN transistor Q2, and the diode D2. As a result, the potential of the gate terminal of the power transistor 100 decreases, and the power transistor 100 is turned off.

【0061】ターンオフ動作において、パワートランジ
スタ100のコレクタ端子の電位が上昇し、コレクタ端
子に流れる電流が減少するが、配線に寄生するインダク
タンスに誘導電圧が発生して電源電圧以上の高い電圧が
パワートランジスタ100に印加されることがある。こ
のような場合に過電圧状態が生じなければ、フローティ
ングゲートFGの電位が低いためにNMOSトランジス
タM1はオフ状態であり、ドレイン電流は流れない。よ
って、パワートランジスタ100のゲート端子に蓄積さ
れた電荷はNPNトランジスタQ2と抵抗R4を介して
放電し、オフ状態への遷移は終了する。この場合、NP
NトランジスタQ2の増幅作用により、パワートランジ
スタ100のゲート端子から得られる電流を、抵抗R4
によって大きく設定できるので、高速にオフ状態へと移
行させることができる。
In the turn-off operation, the potential at the collector terminal of the power transistor 100 rises, and the current flowing through the collector terminal decreases. However, an induced voltage is generated in the parasitic inductance of the wiring, and a high voltage higher than the power supply voltage is applied to the power transistor. 100 may be applied. In such a case, if an overvoltage state does not occur, the NMOS transistor M1 is in the off state because the potential of the floating gate FG is low, and no drain current flows. Therefore, the electric charge stored in the gate terminal of the power transistor 100 is discharged via the NPN transistor Q2 and the resistor R4, and the transition to the off state ends. In this case, NP
The current obtained from the gate terminal of the power transistor 100 is amplified by the resistor R4
Can be set to a large value, so that the state can be quickly shifted to the off state.

【0062】しかし、ターンオフ動作の途中で過電圧状
態となる場合にはパワートランジスタ100のフローテ
ィングゲートFGの電位が上昇し、NMOSトランジス
タM1がオンする。よって抵抗R1を介してNPNトラ
ンジスタQ2のベース電流がバイパスされてしまい、N
PNトランジスタQ2はオフしてしまう。よってパワー
トランジスタ100のゲート端子からの電流は抵抗R
1,R2によって限定される。通常、NPNトランジス
タQ2の動作バイアス点を決定する抵抗R1,R2は大
きく設定されるので、これらを流れる電流は抑制され
る。
However, when an overvoltage occurs during the turn-off operation, the potential of the floating gate FG of the power transistor 100 increases, and the NMOS transistor M1 turns on. Therefore, the base current of the NPN transistor Q2 is bypassed via the resistor R1, and N
The PN transistor Q2 turns off. Therefore, the current from the gate terminal of power transistor 100 is equal to resistance R
1, R2. Normally, the resistors R1 and R2 that determine the operating bias point of the NPN transistor Q2 are set to be large, so that the current flowing therethrough is suppressed.

【0063】以上の現象によって、パワートランジスタ
100のゲート端子の電位が低下する速度は緩慢とな
り、そのコレクタ端子に流れる電流の減少率は低下し、
寄生インダクタンスが存在しても誘導電圧は小さくな
る。よってパワートランジスタ100のコレクタ端子の
電位は低下し、過電圧状態が更に進行することがない。
つまり、この場合にもアナログフィードバクによって定
電圧クランプが行われるのである。
By the above phenomenon, the speed at which the potential of the gate terminal of the power transistor 100 decreases becomes slow, and the reduction rate of the current flowing through the collector terminal of the power transistor 100 decreases.
Even if the parasitic inductance exists, the induced voltage becomes small. Therefore, the potential of the collector terminal of the power transistor 100 decreases, and the overvoltage state does not further progress.
That is, also in this case, the constant voltage clamp is performed by the analog feedback.

【0064】本実施の形態では、パワートランジスタ1
00のゲート端子の電位がエミッタ端子の電位よりも低
くならないでパワートランジスタ100が駆動される。
実施の形態2に示された技術と比較して、オン駆動する
電源(PNPトランジスタQ1のエミッタに接続された
電位点Vcc)を必要とせずに過電圧から保護すること
ができるので、NPNトランジスタQ2、ダイオードD
1,D2、抵抗R1〜R4、NMOSトランジスタM1
をパワートランジスタ100と共に集積して、見かけ
上、一つのIGBT300として半導体素子を得る事が
できる。
In this embodiment, the power transistor 1
The power transistor 100 is driven without the potential of the gate terminal 00 being lower than the potential of the emitter terminal.
Compared to the technique shown in the second embodiment, the power supply for turning on (potential point Vcc connected to the emitter of PNP transistor Q1) can be protected from overvoltage without need, so that NPN transistor Q2, Diode D
1, D2, resistors R1 to R4, NMOS transistor M1
Can be integrated with the power transistor 100, and a semiconductor element can be apparently obtained as one IGBT 300.

【0065】その他の変形.以上に示された実施の形態
においてはNチャネル型IGBTが紹介されたが、Pチ
ャネル型IGBTについても適用でき、更にはMOSF
ET、EST(Emitter Switched Thyristor)の如く、
自己に流れる電流を自己の絶縁ゲートによる制御で遮断
することができる半導体素子であれば同様に適用でき
る。更に、実施の形態2,4において示された素子、即
ち過電圧検出用の絶縁ゲート素子、フィードバック回路
を構成するトランジスタ、ダイオード、抵抗は、パワー
トランジスタチップとは別の基板上に実装して配線を以
て組み合わせる事もできる。勿論、接合分離や誘電体分
離法を用いてパワートランジスタと同一のチップ上に集
積する事もできる。
Other Modifications In the embodiment described above, an N-channel IGBT has been introduced. However, the present invention can be applied to a P-channel IGBT.
Like ET, EST (Emitter Switched Thyristor)
The present invention can be similarly applied to a semiconductor element which can cut off a current flowing through the semiconductor element under the control of its own insulating gate. Further, the elements shown in the second and fourth embodiments, that is, the insulated gate element for detecting overvoltage, the transistor, the diode, and the resistor which constitute the feedback circuit are mounted on a substrate different from the power transistor chip and connected to the wiring. They can be combined. Of course, it is also possible to integrate the power transistor on the same chip by using a junction separation or a dielectric separation method.

【0066】[0066]

【発明の効果】この発明のうち、請求項1にかかる絶縁
ゲート型半導体装置によれば、いわゆる絶縁ゲートにお
いて電位がモニタされ、第1及び第2の電流電極の間が
非導通である状態において過剰な電圧が引加された場合
に、一時的にオン駆動される。よって第1及び第2の電
流電極の間に存在する半導体層においてキャリアが偏っ
て存在する状態で生じる降伏に対しても、過剰な電圧か
らの保護ができる。しかもアバランシェダイオードが内
蔵されていないので、過剰キャリアが流出しても駆動用
ゲートの電圧が上昇したり、ひいてはターンオフ動作へ
影響することがない。また駆動用ゲートと第1の電流電
極との間に逆バイアスがかかった状態で動作している場
合であっても、降伏電圧の低下という不具合は生じな
い。
According to the present invention, according to the insulated gate semiconductor device of the first aspect, the potential is monitored at the so-called insulated gate, and the state is established when the first and second current electrodes are non-conductive. When an excessive voltage is applied, it is temporarily turned on. Therefore, it is possible to protect the semiconductor layer existing between the first and second current electrodes from excessive voltage even against breakdown that occurs when carriers are present unevenly. In addition, since the avalanche diode is not built in, even if excess carriers flow out, the voltage of the driving gate does not increase and the turn-off operation is not affected. Further, even when the operation is performed in a state where a reverse bias is applied between the driving gate and the first current electrode, a problem of a decrease in breakdown voltage does not occur.

【0067】この発明のうち請求項2または請求項3に
かかる絶縁ゲート型半導体装置によれば、駆動用ゲート
及び検出用ゲートが互いに類似した構成で得られるの
で、従来の絶縁ゲート型半導体装置の製造工程に対して
僅かな変更しか要求されない。そして従来の絶縁ゲート
型半導体装置にも備えられる駆動用ゲートが形成される
領域において検出用ゲートをも作り込む事ができるの
で、モニタ電位は第1及び第2電流電極の間の電界、電
圧をよく反映する。従って第1及び第2の電流電極の間
が非導通である状態において過剰な電圧が引加された場
合の検出を正確に行うことができる。
According to the insulated gate semiconductor device of the second or third aspect of the present invention, the drive gate and the detection gate can be obtained with configurations similar to each other. Only minor changes are required to the manufacturing process. The detection gate can also be formed in the region where the driving gate provided in the conventional insulated gate type semiconductor device is formed, so that the monitor potential is the electric field and voltage between the first and second current electrodes. Reflect well. Therefore, it is possible to accurately detect an excessive voltage applied when the first and second current electrodes are non-conductive.

【0068】この発明のうち請求項4にかかる絶縁ゲー
ト型半導体装置によれば、電位検出用ゲートはフローテ
ィング状態に保たれたまま、モニタ電位が所定のレベル
を越えると絶縁ゲート型トランジスタの第2電流電極に
電流が流れ、駆動回路によって絶縁ゲート型半導体装置
を一時的にオン駆動することができる。
According to the insulated gate semiconductor device of the fourth aspect of the present invention, when the monitor potential exceeds a predetermined level while the potential detection gate is kept in a floating state, the second of the insulated gate transistor is turned off. A current flows through the current electrode, and the driving circuit can temporarily turn on the insulated gate semiconductor device.

【0069】この発明のうち請求項5にかかる絶縁ゲー
ト型半導体装置によれば、絶縁ゲート型トランジスタの
電流電極に流れる電流が増幅されて駆動用ゲートを充電
するので、絶縁ゲート型トランジスタのサイズを小さく
しても請求項4の効果を得る事ができる。よって絶縁ゲ
ート型トランジスタの入力容量を小さくし、検出用ゲー
トの静電容量に対する影響を小さくして、絶縁ゲート型
半導体装置の第1及び第2の電流電極の間が非導通であ
る状態において、過剰な電圧が引加された場合の検出を
正確に行うことができる。
According to the insulated gate type semiconductor device of the present invention, the current flowing through the current electrode of the insulated gate type transistor is amplified to charge the driving gate, so that the size of the insulated gate type transistor is reduced. The effect of claim 4 can be obtained even if it is reduced. Therefore, the input capacitance of the insulated gate transistor is reduced, the influence on the capacitance of the detection gate is reduced, and in a state where the first and second current electrodes of the insulated gate semiconductor device are non-conductive, It is possible to accurately detect when an excessive voltage is applied.

【0070】この発明のうち請求項6にかかる絶縁ゲー
ト型半導体装置によれば、ターンオフ動作において過電
圧状態が生じなければ、絶縁ゲート型半導体装置は非導
通状態であり、バイポーラトランジスタの増幅作用によ
り大きな電流を以て絶縁ゲート型トランジスタの駆動用
ゲートが放電される。よって、絶縁ゲート型半導体装置
は高速にターンオフする。一方、ターンオフ動作の途中
で過電圧状態となる場合には絶縁ゲート型トランジスタ
が導通するので、バイポーラトランジスタは、そのベー
スに流れる電流がバイパスされてしまい、オフしてしま
う。よって絶縁ゲート型半導体装置の駆動用ゲートは第
1及び第2の抵抗を介して放電されるので、ターンオフ
は緩慢となる。このため、寄生インダクタンスが存在し
ても誘導電圧は大きくならず、過電圧状態が更に進行す
ることがない。
According to the insulated gate type semiconductor device of the present invention, if an overvoltage state does not occur in the turn-off operation, the insulated gate type semiconductor device is in a non-conductive state, and is greatly increased by the amplifying action of the bipolar transistor. The driving gate of the insulated gate transistor is discharged by the current. Therefore, the insulated gate semiconductor device turns off at high speed. On the other hand, when an overvoltage state occurs during the turn-off operation, the insulated gate transistor conducts, so that the current flowing through the base of the bipolar transistor is bypassed, and the bipolar transistor is turned off. Therefore, the driving gate of the insulated gate semiconductor device is discharged via the first and second resistors, and the turn-off becomes slow. For this reason, even if the parasitic inductance exists, the induced voltage does not increase, and the overvoltage state does not further progress.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施の形態1の構成を模式的に示す
断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施の形態1を説明する模式図であ
る。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating Embodiment 1 of the present invention.

【図3】 本発明の実施の形態1を説明するグラフであ
る。
FIG. 3 is a graph illustrating the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の実施の形態1を説明するグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph illustrating the first embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の実施の形態2を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の実施の形態3の構成を模式的に示す
断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a third embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の実施の形態4を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図8】 従来の技術を模式的に示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11 N型ベース領域、7,71,74 内部ゲー
ト電極、72,73フローティングゲート電極、R2,
R3 抵抗、Q2 NPNトランジスタ、M1 NMO
Sトランジスタ、9,91,92 外部エミッタ電極、
10 外部コレクタ電極。
1,11 N type base region, 7, 71, 74 internal gate electrode, 72, 73 floating gate electrode, R2,
R3 resistor, Q2 NPN transistor, M1 NMO
S transistor, 9,91,92 External emitter electrode,
10 External collector electrode.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板を挟む第1及び第2の電流電極と、 前記第1及び第2の電流電極から絶縁され、与えられる
電荷に依存して前記第1及び第2の電流電極の間が導通
・非導通する駆動用ゲートとフローティング状態にある
電位検出用ゲートと、 を備え、 前記電位検出用ゲートは前記第1及び第2の電流電極の
間の電位差に依存するモニタ電位を検出し、 前記モニタ電位が所定のレベルを超えた場合に、前記駆
動用ゲートによって前記第1及び第2の電流電極の間が
導通される、絶縁ゲート型半導体装置。
1. A semiconductor substrate, first and second current electrodes sandwiching the semiconductor substrate, and insulated from the first and second current electrodes, the first and second current electrodes depending on applied charges. And a potential detection gate in a floating state, wherein the potential detection gate depends on a potential difference between the first and second current electrodes. An insulated gate semiconductor device, wherein a monitor potential is detected, and when the monitor potential exceeds a predetermined level, conduction is provided between the first and second current electrodes by the driving gate.
【請求項2】 前記駆動用ゲート及び前記検出用ゲート
は、いずれも前記半導体基板の厚み方向に穿たれた溝に
おいて設けられる、請求項1記載の絶縁ゲート型半導体
装置。
2. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein both the driving gate and the detection gate are provided in a groove formed in a thickness direction of the semiconductor substrate.
【請求項3】 前記駆動用ゲート及び前記検出用ゲート
は、いずれも前記第1電流電極が設けられた側の前記半
導体基板の主面に対し、絶縁膜を介して対向して設けら
れる、請求項1記載の絶縁ゲート型半導体装置。
3. The drive gate and the detection gate are both provided via an insulating film with respect to a main surface of the semiconductor substrate on a side where the first current electrode is provided. Item 2. An insulated gate semiconductor device according to item 1.
【請求項4】 前記電位検出用ゲートが接続される制御
電極と、前記制御電極から絶縁された第1及び第2の電
流電極とを有する絶縁ゲート型トランジスタと、 前記絶縁ゲート型トランジスタの前記第2の電流電極に
流れる電流に基づいて、前記絶縁ゲート型半導体装置の
前記駆動用ゲート電極に電荷を充放電する駆動回路とを
更に備え、 前記絶縁ゲート型トランジスタの前記第1の電流電極
は、前記絶縁ゲート型半導体装置の前記第1の電流電極
に接続され、 前記絶縁ゲート型トランジスタは前記モニタ電位が前記
所定のレベルを越えると導通する、請求項1記載の絶縁
ゲート型半導体装置。
4. An insulated gate transistor having a control electrode to which the potential detection gate is connected, first and second current electrodes insulated from the control electrode, and an insulated gate transistor of the insulated gate transistor. A driving circuit that charges and discharges the driving gate electrode of the insulated gate semiconductor device based on a current flowing through the second current electrode, wherein the first current electrode of the insulated gate transistor includes: The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein the insulated gate transistor is connected to the first current electrode of the insulated gate semiconductor device, and the insulated gate transistor conducts when the monitor potential exceeds the predetermined level.
【請求項5】 前記駆動回路は前記絶縁ゲート型トラン
ジスタの前記第2電流電極に流れる電流を増幅して出力
し、これを以て前記絶縁ゲート型半導体装置の前記駆動
用ゲートを充電する、請求項4記載の絶縁ゲート型半導
体装置。
5. The drive circuit according to claim 4, wherein the drive circuit amplifies and outputs a current flowing through the second current electrode of the insulated gate transistor, thereby charging the drive gate of the insulated gate semiconductor device. An insulated gate semiconductor device as described in the above.
【請求項6】 前記駆動回路はエミッタ、前記駆動用ゲ
ートに接続されたコレクタ、及び前記絶縁ゲート型トラ
ンジスタの前記第2電流電極に接続されたベースを有す
るバイポーラトランジスタと、 前記バイポーラトランジスタの前記エミッタと前記ベー
スとの間に接続される第1の抵抗と、 前記バイポーラトランジスタの前記コレクタと前記ベー
スとの間に接続される第2の抵抗とを含む、請求項4記
載の絶縁ゲート型半導体装置。
6. A bipolar transistor having an emitter, a collector connected to the driving gate, and a base connected to the second current electrode of the insulated gate transistor, and the emitter of the bipolar transistor. The insulated gate semiconductor device according to claim 4, further comprising: a first resistor connected between the collector and the base of the bipolar transistor; and a second resistor connected between the collector and the base of the bipolar transistor. .
JP21082098A 1998-01-22 1998-07-27 Insulated gate semiconductor device Pending JPH11274477A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21082098A JPH11274477A (en) 1998-01-22 1998-07-27 Insulated gate semiconductor device

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1056398 1998-01-22
JP10-10563 1998-01-22
JP21082098A JPH11274477A (en) 1998-01-22 1998-07-27 Insulated gate semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11274477A true JPH11274477A (en) 1999-10-08

Family

ID=26345858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP21082098A Pending JPH11274477A (en) 1998-01-22 1998-07-27 Insulated gate semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11274477A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100723594B1 (en) 2004-04-28 2007-05-31 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 Reverse conducting semiconductor device and a fabrication method thereof
JP2011103756A (en) * 2009-11-12 2011-05-26 Toyota Motor Corp Semiconductor power conversion device
JP2016105460A (en) * 2014-10-02 2016-06-09 インフィネオン テクノロジーズ アーゲーInfineon Technologies Ag Semiconductor device in which sensor electric potential is given to active region

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100723594B1 (en) 2004-04-28 2007-05-31 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 Reverse conducting semiconductor device and a fabrication method thereof
JP2011103756A (en) * 2009-11-12 2011-05-26 Toyota Motor Corp Semiconductor power conversion device
JP2016105460A (en) * 2014-10-02 2016-06-09 インフィネオン テクノロジーズ アーゲーInfineon Technologies Ag Semiconductor device in which sensor electric potential is given to active region
US10096531B2 (en) 2014-10-02 2018-10-09 Infineon Technologies Ag Semiconductor device with sensor potential in the active region

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100276414B1 (en) Insulated gate type semiconductor device
US6605844B2 (en) Semiconductor device
US6914298B1 (en) Double diffusion MOSFET with N+ and P+ type regions at an equal potential
US7916439B2 (en) Semiconductor switch arrangement and an electronic device
US6268628B1 (en) Depletion type MOS semiconductor device and MOS power IC
JPH11284175A (en) MOS type semiconductor device
JPH07245394A (en) Insulated gate bipolar transistor
JPH0521787A (en) Insulated gate control semiconductor device
US4562454A (en) Electronic fuse for semiconductor devices
JPH07130963A (en) Monolithic integrated circuits and protectors
US11508723B2 (en) Power semiconductor device with a temperature sensor
JPH07202199A (en) Integrated structure active clamp device
JPH1050996A (en) Overcurrent detection circuit
US11552073B2 (en) Semiconductor device
US10249610B1 (en) IGBT coupled to a reverse bias device in series
EP1209745B1 (en) Vertical MOS semiconductor device
EP0115098A1 (en) Lateral DMOS transistor device having an injector region
JP3671751B2 (en) Semiconductor device and method of using the same
US5440164A (en) MOS/bipolar device
JP2001284589A (en) Insulated gate semiconductor device with built-in control circuit
US5497011A (en) Semiconductor memory device and a method of using the same
JPH11274477A (en) Insulated gate semiconductor device
JP4431761B2 (en) MOS type semiconductor device
JP2000299927A (en) Power supply system
JPS61158175A (en) Planar-type transistor device