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Semiconductor device

阅读:275发布:2023-12-14

专利汇可以提供Semiconductor device专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce an error of an on-resistance ratio between main and sense DMOSs to improve current detection accuracy. SOLUTION: Since a part 5a of an gate insulation film 5 enters in a main-side source electrode film 4, a drain current path 7 is lengthened, and the wiring resistance value (Ra+Rb) of the main-side electrode film 4 in the drain current path 7 is increased. Accordingly, the wiring resistance value (Ra+Rb) can be adjusted by adjusting the length of the part 5a. Accordingly the wiring resistance value Ra of a main VDMOS 2 and the wiring resistance value (Rc+Rd) of a sense VDMOS 3 can be set equal to each other, whereby the error of the on-resistance ratio between the main and sense DMOSs can be reduced to improve current detection accuracy. COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT,下面是Semiconductor device专利的具体信息内容。

  • 負荷に負荷電流を供給するメイン半導体素子と、
    前記メイン半導体素子と並列接続され、前記メイン半導体素子と共にカレントミラー回路を構成するセンス半導体素子と、を同一の半導体基板に備えており、
    前記メイン半導体素子は、
    前記半導体基板の表面に配置された第1電極およびゲート電極と、前記半導体基板の裏面に配置された第2電極とを有し、前記ゲート電極に電圧を印加することにより前記第1および第2電極間に電流を流すように構成された複数のセルから構成されており、
    前記センス半導体素子は、
    前記メイン半導体素子を構成するセルよりも少ない数のセルから構成されており、
    前記メイン半導体素子およびセンス半導体素子を構成する各セルのゲート電極および第2電極は、それぞれ共通接続されており、
    前記メイン半導体素子を構成する各セルの第1電極を接続して前記半導体基板の表面に形成されたメイン側第1電極膜と、
    前記センス半導体素子を構成するセルの第1電極を接続して前記半導体基板の表面に形成されたセンス側第1電極膜と、
    前記メイン側第1電極膜に接続されたメイン側端子と、
    前記センス側第1電極膜に接続されたセンス側端子と、
    前記メイン側第1電極膜において前記メイン側端子とは異なる箇所に接続された電圧検出端子と、を備えており、
    前記センス側端子および電圧検出端子が、前記センス半導体素子に流れる電流を検出するための電流検出回路に接続可能に構成された半導体装置において、
    前記センス半導体素子の配線抵抗値と、前記センス側端子および前記電流検出回路間の配線抵抗値とを加算した配線抵抗値が、前記メイン側端子および電圧検出端子間の配線抵抗値を前記メイン側端子の配線抵抗値から減算した配線抵抗値とほぼ等しくなるように構成されてなることを特徴とする半導体装置。
  • 前記各メインセルの各ゲート電極間を接続してなるゲート電極膜が、前記半導体基板の表面において前記メイン側第1電極膜の周囲に形成されており、
    前記ゲート電極膜の一部が、前記メイン側第1電極膜における前記メイン側端子と前記電圧検出端子とを結ぶ線を遮るように前記メイン側第1電極膜に入り込んでなることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  • 前記メイン側第1電極膜のうち、前記メイン側端子および電圧検出端子間の領域には、前記メイン側第1電極膜の形成されていない非形成領域が、前記メイン側第1電極膜における前記メイン側端子と前記電圧検出端子とを結ぶ線を遮るように前記メイン側第1電極膜に入り込んでなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
  • 前記電圧検出端子が前記メイン側第1電極膜の複数箇所に配置されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載の半導体装置。
  • 前記各電圧検出端子間には、前記メイン側第1電極膜の形成されていない非形成領域が介在されてなることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
  • 前記各電圧検出端子のうち所定の電圧検出端子間が、線材によって短絡されてなることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の半導体装置。
  • 前記電圧検出端子の周囲は、前記メイン側第1電極膜の形成されていない非形成領域によって囲まれており、かつ、その非形成領域の一部には、前記メイン側第1電極膜の形成された形成領域が存在し、その形成領域によって前記電圧検出端子の周囲の外側と内側とが導通してなることを特徴とする請求項4ないし請求項6のいずれか1つに記載の半導体装置。
  • 前記形成領域が、所定の除去手段によって除去可能に複数存在してなることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
  • 前記非形成領域には、前記メイン側半導体素子およびセンス側半導体素子以外の半導体素子または回路が形成されてなることを特徴とする請求項3ないし請求項8のいずれか1つに記載の半導体装置。
  • 前記第1および第2電極は、それぞれソース電極、ドレイン電極であり、前記メイン側半導体素子およびセンス側半導体素子は、それぞれDMOSであることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1つに記載の半導体装置。
  • 说明书全文

    この発明は、負荷に負荷電流を供給するメイン半導体素子と、このメイン半導体素子と並列接続され、メイン半導体素子と共にカレントミラー回路を構成して負荷電流を検出するためのセンス半導体素子とを同一の半導体基板に備えた半導体装置に関する。

    従来、この種の半導体装置においてメイン半導体素子およびセンス半導体素子には、両半導体素子のセル数の比に比例した電流が流れる。 たとえば、メイン半導体素子のセル数が10000、センス半導体素子のセル数が10とすると、1000:1のカレントミラー比で電流が流れる。

    上記の構成では、メイン半導体素子に電流が多く流れるため、そのオン抵抗はセンス半導体素子のオン抵抗に比べて抵抗値が非常に小さい。 このため、配線抵抗とオン抵抗の抵抗値比率は、メイン半導体素子とセンス半導体素子とで異なってしまう。 たとえば、メイン半導体素子のオン抵抗、配線抵抗の抵抗値をそれぞれ110mΩ、40mΩとし、センス半導体素子のオン抵抗、配線抵抗の抵抗値をそれぞれ110Ω、40mΩとすると、メイン半導体素子の方がセンス半導体素子に比べて配線抵抗の抵抗値比率が高くなる。

    また、MOSトランジスタなどの半導体素子における配線には、通常、金属配線、たとえばAl配線が用いられる。 Al配線とMOSトランジスタの温度特性は、たとえば、前者が約3000ppm/T、後者が約4500ppm/Tと異なっている。 このため、上述の抵抗値比率の相違により、カレントミラー回路比の精度は、温度によって変化し、電流検出精度が悪化するという問題があった。

    そこで、その問題を解決する半導体装置として、特許文献1に記載の二重拡散型電界効果トランジスタ(DMOS,Double-diffused MOSFET)が提案されている。 このDMOSは、負荷に負荷電流を供給するメインDMOSと、負荷電流を検出するセンスDMOSとを同一半導体基板内に形成している。 メインおよびセンスDMOSは、ドレイン端子およびゲート端子を共用しており、カレントミラー回路を構成している。

    メインDMOSのソースには、ソース端子およびケルビン端子が接続され、センスDMOSのソースには、電流検出用のミラー端子が接続されている。 センスDMOSのソースおよびミラー端子間には、n−型の拡散層による抵抗が接続されている。
    そして、ドレイン領域の抵抗成分と抵抗の温度係数(温度に対する抵抗値の変化)を同じに設定することにより、オン抵抗比(カレントミラー比)のゲート電圧およびチャネル温度依存性を小さくする。

    特許第3237612号公報(第23段落、図18)。

    しかし、上記特許文献1に記載の半導体装置は、センスDMOSの配線抵抗と、ミラー端子およびオペアンプ間の配線抵抗と、ソース端子およびケルビン端子間の配線抵抗とを考慮していない構成であるため、メインおよびセンスDMOS間でオン抵抗比(カレントミラー比)に誤差が存在するので、電流検出精度が低いという問題がある。 また、n−型の拡散層による抵抗値の設定は、誤差が大きいという問題もある。

    そこでこの発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、メインおよびセンスDMOS間におけるオン抵抗比の誤差を小さくし、電流検出精度を高めることを目的とする。

    この発明は、上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、負荷に負荷電流を供給するメイン半導体素子(2)と、前記メイン半導体素子と並列接続され、前記メイン半導体素子と共にカレントミラー回路を構成するセンス半導体素子(3)と、を同一の半導体基板に備えており、前記メイン半導体素子は、前記半導体基板の表面に配置された第1電極およびゲート電極と、前記半導体基板の裏面に配置された第2電極とを有し、前記ゲート電極に電圧を印加することにより前記第1および第2電極間に電流を流すように構成された複数のセルから構成されており、前記センス半導体素子は、前記メイン半導体素子を構成するセルよりも少ない数のセルから構成されており、前記メイン半導体素子およびセンス半導体素子を構成する各セルのゲート電極および第2電極は、それぞれ共通接続されており、前記メイン半導体素子を構成する各セルの第1電極を接続して前記半導体基板の表面に形成されたメイン側第1電極膜(4)と、前記センス半導体素子を構成するセルの第1電極を接続して前記半導体基板の表面に形成されたセンス側第1電極膜(6)と、前記メイン側第1電極膜に接続されたメイン側端子(S)と、前記センス側第1電極膜に接続されたセンス側端子(M)と、前記メイン側第1電極膜において前記メイン側端子とは異なる箇所に接続された電圧検出端子(K)と、を備えており、前記センス側端子および電圧検出端子が、前記センス半導体素子に流れる電流を検出するための電流検出回路(23)に接続可能に構成された半導体装置(1)において、前記センス半導体素子の配線抵抗値(Rc)と、前記センス側端子および前記電流検出回路間の配線抵抗値(Rd)とを加算した配線抵抗値(Rc+Rd)が、前記メイン側端子および電圧検出端子間の配線抵抗値(Rb)を前記メイン側端子の配線抵抗値(Ra+Rb)から減算した配線抵抗値(Ra)とほぼ等しくなるように構成されてなるという技術的手段を用いる。

    センス半導体素子(3)の配線抵抗値(Rc)と、センス側端子(M)および電流検出回路(23)間の配線抵抗値(Rd)とを加算した配線抵抗値(以下、センス側配線抵抗値という)(Rc+Rd)が、メイン側端子(S)および電圧検出端子(K)間の配線抵抗値(Rb)をメイン側端子の配線抵抗値(Ra+Rb)から減算した配線抵抗値(以下、電圧検出側配線抵抗値という)(Ra)とほぼ等しくなるように構成されてなるため、メインおよびセンス半導体素子におけるオン抵抗比(カレントミラー比)を小さくすることができるので、センス半導体素子による電流検出精度を高めることができる。

    請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の半導体装置(1)において、前記各メインセルの各ゲート電極間を接続してなるゲート電極膜(5)が、前記半導体基板の表面において前記メイン側第1電極膜(4)の周囲に形成されており、前記ゲート電極膜の一部(5a)が、前記メイン側第1電極膜における前記メイン側端子(S)と前記電圧検出端子(K)とを結ぶ線(L)を遮るように前記メイン側第1電極膜に入り込んでなるという技術的手段を用いる。

    ゲート電極膜(5)の一部(5a)が、メイン側第1電極膜(4)におけるメイン側端子(S)と電圧検出端子(K)とを結ぶ線(L)を遮るようにメイン側第1電極膜に入り込んでなるため、その入り込む長さを変えることにより、メイン側第1電極膜のメイン側端子および電圧検出端子間における電流の経路(7)の長さを変えることができるので、その電流の経路におけるメイン側第1電極膜の配線抵抗値(Ra+Rb)を変えることができる。 これにより、電圧検出側配線抵抗値(Ra)を変えることができる。

    つまり、センス側配線抵抗値(Rc+Rd)に応じて、ゲート電極膜(5)の一部(5a)がメイン側第1電極膜(4)に入り込む長さを調整することにより、電圧検出側配線抵抗値(Ra)を調整することができる。
    したがって、ゲート電極膜(5)の一部(5a)がメイン側第1電極膜(4)に入り込む長さを調整することにより、センス側配線抵抗値(Rc+Rd)と、電圧検出側配線抵抗値(Ra)とをほぼ等しくすることができる。

    請求項3に記載の発明では、請求項1または請求項2に記載の半導体装置(1)において、前記メイン側第1電極膜(4)のうち、前記メイン側端子(S)および電圧検出端子(K)間の領域には、前記メイン側第1電極膜の形成されていない非形成領域(1b)が、前記メイン側第1電極膜における前記メイン側端子と前記電圧検出端子とを結ぶ線(L)を遮るように前記メイン側第1電極膜に入り込んでなるという技術的手段を用いる。

    メイン側第1電極膜(4)の形成されていない非形成領域(1b)が、メイン側第1電極膜におけるメイン側端子(S)と電圧検出端子(K)とを結ぶ線(L)を遮るようにメイン側第1電極膜に入り込んでなるため、その入り込む長さを変えることにより、メイン側第1電極膜のメイン側端子および電圧検出端子間における電流の経路(7)の長さを変えることができるので、その電流の経路におけるメイン側第1電極膜の配線抵抗値(Ra+Rb)を変えることができる。 これにより、電圧検出側配線抵抗値(Ra)を変えることができる。

    つまり、センス側配線抵抗値(Rc+Rd)に応じて、メイン側第1電極膜(4)の形成されていない非形成領域(1b)がメイン側第1電極膜に入り込む長さを調整することにより、電圧検出側配線抵抗値(Ra)を調整することができる。
    したがって、メイン側第1電極膜(4)の形成されていない非形成領域(1b)がメイン側第1電極膜に入り込む長さを調整することにより、センス側配線抵抗値(Rc+Rd)と、電圧検出側配線抵抗値(Ra)とをほぼ等しくすることができる。

    請求項4に記載の発明では、請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載の半導体装置(1)において、前記電圧検出端子(K)が前記メイン側第1電極膜(4)の複数箇所に配置されてなるという技術的手段を用いる。

    電圧検出端子(K)がメイン側第1電極膜(4)の複数箇所に配置されてなるため、どの電圧検出端子を選択するかによって、メイン側第1電極膜のメイン側端子(S)および電圧検出端子(K)間における電流の経路の長さを変えることができるので、その電流の経路におけるメイン側第1電極膜の配線抵抗値(Ra+Rb)を変えることができる。 これにより、電圧検出側配線抵抗値(Ra)を変えることができる。

    請求項5に記載の発明では、請求項4に記載の半導体装置(1)において、前記各電圧検出端子(K)間には、前記メイン側第1電極膜(4)の形成されていない非形成領域(1c)が介在されてなるという技術的手段を用いる。

    各電圧検出端子(K)間には、メイン側第1電極膜(4)の形成されていない非形成領域(1c)が介在されてなるため、電圧検出端子間における電流の経路の長さを変えることができるので、その電流の経路におけるメイン側第1電極膜の配線抵抗値(Ra+Rb)を変えることができる。 これにより、電圧検出側配線抵抗値(Ra)を変えることができる。

    請求項6に記載の発明では、請求項4または請求項5に記載の半導体装置(1)において、前記各電圧検出端子(K)のうち所定の電圧検出端子間が、線材(12,13)によって短絡されてなるという技術的手段を用いる。

    各電圧検出端子(K)のうち所定の電圧検出端子間が、線材(12,13)によって短絡されてなるため、その線材の抵抗値によってメイン側第1電極膜の配線抵抗値(Ra+Rb)を変えることができる。 これにより、電圧検出側配線抵抗値(Ra)を変えることができる。

    請求項7に記載の発明では、請求項4ないし請求項6のいずれか1つに記載の半導体装置(1)において、前記電圧検出端子(K)の周囲は、前記メイン側第1電極膜(4)の形成されていない非形成領域(1d)によって囲まれており、かつ、その非形成領域の一部には、前記メイン側第1電極膜の形成された形成領域(4a)が存在し、その形成領域によって前記電圧検出端子の周囲の外側と内側とが導通してなるという技術的手段を用いる。

    電圧検出端子(K)の周囲は、メイン側第1電極膜(4)の形成されていない非形成領域(1d)によって囲まれてなるため、電圧検出端子間における電流の経路の長さを変えることができるので、その電流の経路におけるメイン側第1電極膜の配線抵抗値(Ra+Rb)を変えることができる。 これにより、電圧検出側配線抵抗値(Ra)を変えることができる。
    しかも、非形成領域の一部には、メイン側第1電極膜の形成された形成領域(4a)が存在し、その形成領域によって電圧検出端子の周囲の外側と内側とが導通してなるため、その形成領域の形成位置および形成面積の少なくとも一方を変えることにより、電圧検出側配線抵抗値(Ra)を微調整することができる。

    請求項8に記載の発明では、請求項7に記載の半導体装置(1)において、前記形成領域(4a)が、所定の除去手段によって除去可能に複数存在してなるという技術的手段を用いる。

    形成領域(4a)が、所定の除去手段によって除去可能に複数存在してなるため、所定の除去手段によって所定の形成領域を除去することにより、電圧検出端子(K)間における電流の経路の長さを変えることができるので、その電流の経路におけるメイン側第1電極膜の配線抵抗値(Ra+Rb)を変えることができる。 これにより、電圧検出側配線抵抗値(Ra)を変えることができる。

    請求項9に記載の発明では、請求項3ないし請求項8のいずれか1つに記載の半導体装置(1)において、前記非形成領域(1b)には、前記メイン側半導体素子(2)およびセンス側半導体素子(3)以外の半導体素子(12)または回路が形成されてなるという技術的手段を用いる。

    非形成領域(1b)には、メイン側半導体素子(2)およびセンス側半導体素子(3)以外の半導体素子(12)または回路が形成されてなるため、非形成領域を有効活用することができるので、半導体装置(1)の集積度を高めることができる。

    請求項10に記載の発明では、請求項1ないし請求項9のいずれか1つに記載の半導体装置(1)において、前記第1および第2電極は、それぞれソース電極、ドレイン電極であり、前記メイン側半導体素子(2)およびセンス側半導体素子(3)は、それぞれDMOSであるという技術的手段を用いる。

    第1および第2電極は、それぞれソース電極、ドレイン電極であり、メイン側半導体素子(2)およびセンス側半導体素子(3)は、それぞれDMOSである半導体装置(1)では、メイン側半導体素子およびセンス側半導体素子の配線抵抗差が大きく、オン抵抗が小さいため、メイン側半導体素子およびセンス側半導体素子間におけるオン抵抗比の誤差が大きくなり、電流検出精度が低下するおそれがある。
    しかし、前述の請求項1ないし請求項9のいずれか1つに記載の技術的手段を用いれば、メイン側半導体素子およびセンス側半導体素子間におけるオン抵抗比の誤差を小さくすることができるため、電流検出精度を高めることができる。

    なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

    <第1実施形態>
    この発明に係る第1実施形態について図を参照して説明する。 以下の各実施形態では、この発明に係る半導体装置として、縦型MOSトランジスタ素子(VDMOS,Vertical Diffused Metal Oxide Semiconductor)を説明する。 図1は、VDMOSの適用例を示す回路図である。 図2は、VDMOSの平面説明図である。

    図1に示すように、VDMOS1は、負荷40に負荷電流ISを供給するためのメインVDMOS2と、負荷電流ISを検出するためのセンスVDMOS3とが備えられている。 メインVDMOS2およびセンスVDMOS3は、同一の半導体基板(たとえば、Si基板)に形成されており、メインVDMOS2およびセンスVDMOS3は、それぞれVDMOSとして機能する複数のセルから構成されている。 図1に示す例では、メインVDMOS2およびセンスVDMOS3は、それぞれNチャネル型VDMOSである。

    メインVDMOS2およびセンスVDMOS3は、ドレインDおよびゲートGがそれぞれ共通接続されており、カレントミラー回路を構成している。 この実施形態では、両VDMOSのオン抵抗比(カレントミラー比)は、約1,000に設定されている。 したがって、両VDMOSを構成するセルのセル比も約1,000であり、セル数は、メインVDMOS2が、約20,000であり、センスVDMOS3が、20である。

    メインVDMOS2のソース端子Sには、負荷40が接続されており、ドレイン端子Dには、電源(図示せず)が接続されている。 また、ソース端子Sには、メインVDMOS2のソース電圧を検出するためのケルビン端子Kが接続されている。 センスVDMOS3のソースには、ミラー端子Mが接続されている。 ミラー端子Mはボンディングワイヤ10(図2)によって検出回路20のオペアンプ23の反転入端子21に接続されており、ケルビン端子Kはボンディングワイヤ11によってオペアンプ23の非反転入力端子22に接続されている。

    メインVDMOS2およびセンスVDMOS3のオン抵抗比を等しくするため、メインVDMOS2の配線抵抗値Raは、センスVDMOS3の配線抵抗値(Rc+Rd)と等しくなるように設定する。 この設定を行うための構成が、この発明の特徴であり、その詳細は後述する。
    オペアンプ23の出力は、ゲート電圧を制御するための制御回路30に接続されており、制御回路30は、ゲートGにゲート電圧を印加するためのゲート駆動回路50に接続されている。

    上記の回路では、メインVDMOS2およびセンスVDMOS3が、ドレイン端子Dから流れ込む電流をそのオン抵抗比(カレントミラー比)に応じて分流し、ミラー端子M側に流れる電流IMからソース端子S側に流れる電流ISを検出する。 抵抗R1の両端電圧(抵抗R1の電圧降下)からソース端子Sに流れる電流ISを検出し、その検出した電流値に基づいて制御回路30がゲート電圧を決定し、負荷電流を制御する。

    両VDMOSの各セル(図示せず)は、半導体基板の表面に格子状に配置されている。 図2に示すように、半導体基板の表面には、メインVDMOS2を構成する各セルのソース電極間を接続してなる配線としてのメイン側ソース電極膜4が形成されている。 メイン側ソース電極膜4には、パッド状のソース端子Sが接続されている。 また、半導体基板の表面部には、センスVDMOS3を構成する各セルのソース電極間を接続してなる配線としてのセンス側ソース電極膜6が形成されている。 センス側ソース電極膜6には、パッド状のミラー端子(センス側ソース端子)Mが接続されている。

    半導体基板の裏面には、メインVDMOS2およびセンスVDMOS3を構成する各セルのドレイン電極間を共通接続してなるドレイン電極膜(図示せず)が形成されている。 ドレイン電極膜にはドレイン端子D(図1)が接続されている。 この実施形態では、メイン側ソース電極膜4、センス側ソース電極膜6およびドレイン電極膜は、それぞれAlによりベタ状に形成されている。

    メイン側ソース電極膜4およびセンス側ソース電極膜6の周囲には、メインVDMOS2およびセンスVDMOS3を構成する各セルのゲート電極間を共通接続してなるゲート電極膜(ゲートランナ)5が形成されている。 ゲート電極膜5には、パッド状のゲート端子Gが接続されている。 メイン側ソース電極膜4、センス側ソース電極膜6およびゲート電極膜5の境界には、電極膜が形成されていない絶縁領域1aが形成されている。

    ゲート電極膜5の一部5aが、メイン側ソース電極膜4に入り込んでいる。 この実施形態では、ゲート電極膜5の一部5aは帯状に形成されており、その一端が、ほぼ矩形状に形成されたメイン側ソース電極膜4の内方に延出されている。
    メイン側ソース電極膜4には、メインVDMOS2の電圧を検出するためのパッド状のケルビン端子Kが接続されている。 ケルビン端子Kは、ドレイン電流の経路を極力長くするためにソース端子Sから極力離れた位置に配置されている。

    この実施形態では、ソース端子Sは、矩形状に形成されたVDMOS1の長手方向一端近傍に配置されており、ケルビン端子Kは、VDMOS1の長手方向他端の一方の角部近傍に配置されている。 ゲート電極膜5の一部5aは、ソース端子Sとケルビン端子Kとを直線で結ぶ線Lを遮るように配置されている。

    ドレイン端子Dからソース端子Sに流れるドレイン電流のメイン側ソース電極膜4上の経路(以下、ドレイン電流経路という)7が、メイン側ソース電極膜4に設定された始点P1から終点P2であるとする。 ゲート電極膜5の一部5aが形成されていない場合は、ドレイン電流経路は線Lに沿った直線の経路となるが、その経路を遮るようにゲート電極膜5の一部5aがメイン側ソース電極膜4に入り込んでいるため、ドレイン電流経路7は、図示のように迂回し、経路長が長くなっている。

    始点P1およびケルビン端子K間のドレイン電流経路7aにおけるメイン側ソース電極膜4の配線抵抗値をRa、ケルビン端子Kおよびソース端子S間のドレイン電流経路7bにおけるメイン側ソース電極膜4の配線抵抗値をRbとする。 また、センス側ソース電極膜6の配線抵抗値をRc、ミラー端子Mおよびオペアンプ23の反転入力端子21間の配線抵抗値をRdとする。

    前述したように、メインVDMOS2およびセンスVDMOS3のオン抵抗比を等しくするためには、Ra=Rc+Rdに設定する必要がある。 そこで、ゲート電極膜5の一部5aのメイン側ソース電極4に入り込んでいる部分の長さを変えることにより、配線抵抗値Raが変わるため、Ra=Rc+Rdとなるようにゲート電極膜5の一部5aの長さを設定する。 図2に示す例において、ゲート電極膜5の一部5aを長くすると、配線抵抗値(Ra+Rb)が大きくなるため、配線抵抗値Raを大きくすることができる。 また、ゲート電極膜5の一部5aを短くすると、配線抵抗値(Ra+Rb)が小さくなるため、配線抵抗値Raを小さくすることができる。

    上記のように、VDMOS1は、ゲート電極膜5の一部5aのメイン側ソース電極膜4に入り込む長さを調整することにより、メインVDMOS2の配線抵抗値Raと、センスVDMOS3の配線抵抗値(Rc+Rd)とを等しくすることができる。
    図3は、メインVDMOS2およびセンスVDMOS3の単位面積当りのオン抵抗を示す説明図である。 同図に示すように、メインVDMOS2における配線部を除くオン抵抗値と配線抵抗Raとの比と、センスVDMOS3における配線部を除くオン抵抗値と配線抵抗(Rc+Rd)との比が等しくなっている。

    したがって、メインVDMOS2およびセンスVDMOS3間でオン抵抗比(カレントミラー比)に誤差が存在しないので、電流検出精度を高めることができる。 また、従来のようにn−型の拡散層によって配線抵抗値を調整しないため、高精度で調整することができる。

    なお、図2に示す例では、ゲート電極膜5の一部5aが、ゲート電極膜5の右端からメイン側ソース電極膜4の内方へ入り込んだ構成を示したが、ゲート電極膜5の左端からメイン側ソース電極膜4の内方へ入り込んだ構成でもよい。 また、ゲート電極膜5の一部5aは、複数形成することもできる。 さらに、ゲート電極膜5の一部5aの形状は、図2に示す帯状以外の形状、たとえば、円弧状でもよい。

    <第2実施形態>
    次に、この発明の第2実施形態について図を参照して説明する。 図4は、この実施形態のVDMOSの平面説明図である。

    図4に示すように、メイン側ソース電極膜4には、絶縁領域1bが形成されている。 絶縁領域1bは、ソース端子Sおよびケルビン端子Kを結ぶ線Lを遮るように形成されている。 この実施形態では、絶縁領域1bは、帯状に形成されており、メイン側ソース電極膜4の右端からメイン側ソース電極膜4の内方に入り込んでいる。

    この絶縁領域1bにより、ドレイン電流経路7が迂回された状態となるため、配線抵抗値(Ra+Rb)を大きくすることができる。 そこで、絶縁領域1bのメイン側ソース電極膜4に入り込んでいる部分の長さを変えることにより、配線抵抗値Raが変わるため、Ra=Rc+Rdとなるように絶縁領域1bの長さを設定する。 図4に示す例において、絶縁領域1bを長くすると、配線抵抗値(Ra+Rb)が大きくなるため、配線抵抗値Raを大きくすることができる。 また、絶縁領域1bを短くすると、配線抵抗値(Ra+Rb)が小さくなるため、配線抵抗値Raを小さくすることができる。

    上記のように、VDMOS1は、絶縁領域1bのメイン側ソース電極膜4に入り込む長さを調整することにより、メインVDMOS2の配線抵抗値Raと、センスVDMOS3の配線抵抗値(Rc+Rd)とを等しくすることができる。
    この絶縁領域1bを形成する構成でも、図3に示したように、メインVDMOS2における配線部を除くオン抵抗値と配線抵抗値Raとの比と、センスVDMOS3における配線部を除くオン抵抗値と配線抵抗値(Rc+Rd)との比を等しくすることができる。

    したがって、メインVDMOS2およびセンスVDMOS3間でオン抵抗比(カレントミラー比)に誤差が存在しないので、電流検出精度を高めることができる。

    なお、図4に示す例では、絶縁領域1bが、メイン側ソース電極膜4の右端からメイン側ソース電極膜4の内方へ入り込んだ構成を示したが、メイン側ソース電極膜4の左端からメイン側ソース電極膜4の内方へ入り込んだ構成でもよい。 また、絶縁領域1bは、複数形成することもできる。 さらに、絶縁領域1bの形状は、図4に示す帯状以外の形状でもよい。

    <第3実施形態>
    次に、この発明の第3実施形態について図を参照して説明する。 図5は、この実施形態のVDMOSの平面説明図である。

    図5に示すように、VDMOS1のメイン側ソース電極4には、第1実施形態と同じように、ゲート電極膜5の一部5aが入り込んでおり、配線抵抗値(Ra+Rb)の増大が図られている。 また、メイン側ソース電極膜4において、ソース端子Sと対向する領域には、複数のケルビン端子Kが、ドレイン電流経路に沿って選択可能に配置されている。 図5に示す例では、計4個の各ケルビン端子Kが配置されており、左から2番目のケルビン端子Kがボンディングワイヤ11によってオペアンプ23の非反転入力端子22と接続されている。

    非反転入力端子22と接続するケルビン端子Kとしてどのケルビン端子Kを選択するかによって配線抵抗値Raが変化する。 図5に示す例では、配線抵抗値Raは、右端のケルビン端子Kを選択した場合に最小になり、左方へ移動する程大きくなり、左端のケルビン端子Kを選択した場合に最大になる。

    つまり、ゲート電極膜5の一部5aの長さの調整と、ケルビン端子Kの選択による調整とを組み合わせることにより、配線抵抗値Raを微調整することができる。
    したがって、メインVDMOS2およびセンスVDMOS3間におけるオン抵抗比(カレントミラー比)の誤差をより一層小さくすることができるので、電流検出精度をより一層高めることができる。

    <第4実施形態>
    次に、この発明の第4実施形態について図を参照して説明する。 図6は、この実施形態のVDMOSの平面説明図である。

    図6に示すように、メイン側ソース電極4の内方に入り込んだゲート電極膜5の一部5aを境界にして、その両側に複数のケルビン端子Kが選択可能に配置されている。 また、ソース端子Sから最も遠い位置に配置された複数のケルビン端子Kにおいて、隣接するケルビン端子K間には絶縁領域1cがそれぞれ形成されている。 また、隣接するケルビン端子K間または離れたケルビン端子K間は、ボンディングワイヤによって接続可能に構成されている。

    図6に示す例では、隣接する1組のケルビン端子Kがボンディングワイヤ12によって接続されており、ゲート電極膜5の一部5aの両側に配置されたケルビン端子K間がボンディングワイヤ13によって接続されている。 このように、メイン側ソース電極膜4に入り込んだゲート電極膜5の一部5aの両側に複数のケルビン端子Kをそれぞれ配置し、さらに、隣接するケルビン端子K間に絶縁領域1cを形成し、任意のケルビン端子K間をボンディングワイヤによって接続可能にすることで、配線抵抗値Raを微調整することができる。

    図7は、メインVDMOS2およびセンスVDMOS3の単位面積当りのオン抵抗を示す説明図である。 図7に示すように、センスVDMOSのボンディングワイヤ10の材料や太さなどの変更により、ボンディングワイヤ10の配線抵抗値RdがΔR増加する場合がある。 このような場合に、ケルビン端子Kの選択のみによっては、配線抵抗値Raを増加できない場合は、図6に示すように、ボンディングワイヤ12または13を適宜追加接続することにより、配線抵抗値RaをΔR増加させることができる。

    これにより、図7に示すように、配線抵抗値Raと、配線抵抗値(Rc+Rd)とを等しくすることができる。
    したがって、メインVDMOS2およびセンスVDMOS3間におけるオン抵抗比(カレントミラー比)の誤差をより一層小さくすることができるので、電流検出精度をより一層高めることができる。

    図8は、第4実施形態の変更例を示すVDMOSの平面説明図である。 図8に示すように、隣接するケルビン端子K間を1本のボンディングワイヤ14によってステッチ状に接続することもできる。 図8に示す例では、左から2番目および3番目のケルビン端子K間がボンディングワイヤ14によってステッチ状に接続されている。 このケルビン端子K間の接続方法によれば、ボンディングワイヤの数が1本で済むため、ワイヤボンディング工程時間を短縮することができる。

    <第5実施形態>
    次に、この発明の第5実施形態について図を参照して説明する。 図9は、この実施形態のVDMOSの平面説明図である。

    図9に示すように、ケルビン端子Kの周囲が絶縁領域1dによって囲まれている。 絶縁領域1dによって囲まれた領域は、メイン側ソース電極膜4になっている。 図9に示す例では、絶縁領域1dによって囲まれたメイン側ソース側電極4は、横長に形成されている。 絶縁領域1dの一部には、絶縁領域1dの形成されていない領域4aが形成されており、その領域4aを介して、絶縁領域1dによって囲まれた領域の内外が導通している。

    以上のように、領域4aを形成する位置によって、ドレイン電流経路が変化するため、配線抵抗値Raを調整することができる。 また、ゲート電極膜5の一部5aの長さの調整と、領域4aの形成位置による調整とを組み合わせることができる。
    したがって、メインVDMOS2およびセンスVDMOS3間におけるオン抵抗比(カレントミラー比)の誤差をより一層小さくすることができるので、電流検出精度をより一層高めることができる。

    図10は、第5実施形態の変更例を示すVDMOSの平面説明図である。 図10に示すように、ケルビン端子Kの周囲を囲む絶縁領域1dには、上述した領域4aが複数形成されている。 また、各領域4aは、レーザなどによる除去装置によって除去可能に形成されており、除去された領域は、絶縁領域1dと同じ機能を有する領域になる。

    このように、除去可能な領域4aを複数形成し、所望の領域4aを除去することによって、ドレイン電流経路を変えることができるため、配線抵抗値Raを調整することができる。 また、ゲート電極膜5の一部5aの長さの調整と、除去する領域4aの選択による調整とを組み合わせることができる。
    したがって、メインVDMOS2およびセンスVDMOS3間におけるオン抵抗比(カレントミラー比)の誤差をより一層小さくすることができるので、電流検出精度をより一層高めることができる。

    <他の実施形態>
    (1)図11は、他の実施形態に係るVDMOSの平面説明図である。 図11に示すように、絶縁領域1bがメイン側ソース電極膜4に入り込んでいる。 絶縁領域1bには、温度センサ15が配置されている。 温度センサ15は、接続パッド12a,12aによってVDMOS1の内部に配置された温度検出回路と接続されている。 また、絶縁領域1bには、ゲート端子Gおよびミラー端子Mが配置されている。 このように、絶縁領域1bに温度センサ15、ゲート端子Gおよびミラー端子Mを配置することにより、絶縁領域1bを有効活用することができる。

    なお、絶縁領域1bの図面下端からその内方へメイン側ソース電極膜4を延出形成し、その形成領域にケルビン端子Kを配置することもできる。 また、絶縁領域1bに配置する素子は、温度センサ以外の素子または回路でもよい。

    (2)前述の各実施形態では、この発明に係る半導体装置としてVDMOSを例に挙げて説明したが、横型MOSトランジスタ素子(LDMOS,Lateral Double Diffused MOS)にもこの発明を適用することができる。 また、ゲート電極は、トレンチ型でもプレーナ型でもよい。 さらに、Pチャネル型のMOSにも適用することができる。

    (3)また、この発明は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT,Insulated Gate Bipolar Transistor)にも適用することができる。 この場合、VDMOS1のソース電極に対応する部分がエミッタ電極になり、ドレイン電極に対応する部分がコレクタ電極になる。

    なお、特許請求の範囲などで記載した「ほぼ等しい」とは、完全に等しくなる場合の他、実質的に等しくなる場合も含むことを意味する。

    VDMOSの適用例を示す回路図である。

    第1実施形態のVDMOSの平面説明図である。

    メインVDMOS2およびセンスVDMOS3の単位面積当りのオン抵抗を示す説明図である。

    第2実施形態のVDMOSの平面説明図である。

    第3実施形態のVDMOSの平面説明図である。

    第4実施形態のVDMOSの平面説明図である。

    メインVDMOS2およびセンスVDMOS3の単位面積当りのオン抵抗を示す説明図である。

    第4実施形態の変更例を示すVDMOSの平面説明図である。

    第5実施形態のVDMOSの平面説明図である。

    第5実施形態の変更例を示すVDMOSの平面説明図である。

    他の実施形態に係るVDMOSの平面説明図である。

    符号の説明

    1・・VDMOS(半導体装置)、2・・メインVDMOS(メイン半導体素子)、
    3・・センスVDMOS(センス半導体素子)、
    4・・メイン側ソース電極膜(メイン側第1電極膜)、5・・ゲート電極膜、
    6・・センス側ソース電極膜(センス側第1電極膜)、7・・ドレイン電流経路、
    K・・ケルビン端子(電圧検出端子)、L・・線、
    M・・ミラー端子(センス側端子)、S・・ソース端子(メイン側端子)、
    Ra〜Rd・・配線抵抗。

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