(57)【要約】【課題】保護回路の検査時におけるパワー半導体素子のゲートの劣化を低減する。【解決手段】外部からゲート端子Ｇに異常電圧が入力されたときにＩＧＢＴ１０のゲート端子Ｇと電流センス端子Ｓ間の電圧を抑制してＩＧＢＴ１０を保護する保護回路２０が備えられており、保護回路２０は、直列に接続されたツェナーダイオード２１、２２によって構成されており、保護回路２０のツェナーダイオード２１、２２間の接続点Ｐ１と保護回路を分割して検査するための端子電極Ｔとの間を電気的に接続する配線４０が設けられている。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート端子（Ｇ）から入力される信号に応じて第１の端子（Ｃ）から第２の端子（Ｅ）へ電流を流すパワー半導体素子（１０）と、
前記パワー半導体素子の前記ゲート端子と前記第２の端子間に配置され、外部から前記ゲート端子に異常電圧が入力されたときに前記ゲート端子と前記第２の端子間の電圧を抑制して前記パワー半導体素子を保護する保護回路（２０）と、を備えた電力用半導体装置であって、
前記保護回路は、直列に接続された複数の保護回路素子を有して構成されており、
前記保護回路を分割して検査するための端子電極と、
前記保護回路の保護回路素子間の接続点と前記端子電極との間を電気的に接続する配線（４０）と、を備えたことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
端子電極（ＡまたはＫ）を有する周辺回路（３０）を備え、
前記保護回路を分割して検査するための端子電極は、前記周辺回路に設けられた前記端子電極となっていることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
前記周辺回路は、前記パワー半導体素子の周囲温度に応じて変化する電圧を第１、第２の外部端子から出力する温度検出ダイオードを有する温度センサ回路（３０）であり、
前記保護回路を分割して検査するための端子電極は、前記温度検出ダイオードの前記第１、第２の外部端子（ＡまたはＫ）のいずれか１つであることを特徴とする請求項２に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記パワー半導体素子は、前記第２の端子（Ｅ）に流れる電流に比例した電流を流す第３の端子（Ｓ）を有するカレントミラー回路として構成されており、
前記保護回路（２０）は、前記ゲート端子（Ｇ）と前記第３の端子（Ｓ）間に配置され、外部から前記ゲート端子に異常電圧が入力されたときに前記ゲート端子と前記第３の端子間の電圧を抑制して前記パワー半導体素子を保護するもので、
前記第３の端子（Ｓ）は、前記ゲート端子（Ｇ）と前記第２の端子（Ｅ）に挟まれた領域に形成されており、
前記温度センサ回路（３０）の前記第１、第２の外部端子（ＡまたはＫ）は、前記ゲート端子（Ｇ）と前記第３の端子（Ｓ）に挟まれた領域に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電力用半導体装置。
【請求項５】
前記配線（４０）は、前記パワー半導体素子と前記保護回路素子間を接続するための金属配線に用いられる金属または前記パワー半導体素子のゲート配線の形成に用いられる多結晶シリコンにより形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電力用半導体装置。
【請求項６】
前記保護回路（２０）は、前記保護回路素子として少なくとも１つのツェナーダイオードを含むものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電力用半導体装置。
【請求項７】
前記保護回路（２０）は、複数のツェナーダイオードのみによって構成されていることを特徴とする請求項６に記載の電力用半導体装置。
【請求項８】
前記複数のツェナーダイオードの各ツェナー電圧は同程度であることを特徴とする請求項７に記載の電力用半導体装置。
【請求項９】
前記保護回路（２０）は、第１、第２のツェナーダイオード（２１、２２）の間に抵抗（２４）を直列に接続して構成されており、
前記第１のツェナーダイオード（２１）のツェナー電圧の方が前記第２のツェナーダイオード（２２）のツェナー電圧よりも大きい場合、前記第１のツェナーダイオード（２１）と前記抵抗の接続点が前記配線（４０）により前記保護回路（２０）を分割して検査するための端子電極と接続されていることを特徴とする請求項６に記載の電力用半導体装置。
【請求項１０】
前記保護回路（２０）は、第１、第２のツェナーダイオード（２１、２２）の間に抵抗（２４）を直列に接続して構成されており、
前記第２のツェナーダイオード（２２）のツェナー電圧の方が前記第１のツェナーダイオード（２１）のツェナー電圧よりも大きい場合、前記第２のツェナーダイオード（２２）と前記抵抗の接続点が前記配線（４０）により前記保護回路（２０）を分割して検査するための端子電極と接続されていることを特徴とする請求項６に記載の電力用半導体装置。
【請求項１１】
前記複数のツェナーダイオードのツェナー電圧を加算した値が、前記パワー半導体素子のゲート酸化膜の絶縁性を検査するスクリーニング検査において前記パワー半導体素子の前記ゲート端子に印加するスクリーニング電圧よりも大きくなっていることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１つに記載の電力用半導体装置。
【請求項１２】
前記保護回路を分割して検査するための専用の検査専用端子電極（Ｔ）を備え、
前記保護回路を分割して検査するための端子電極は、前記検査専用端子電極となっていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体素子を有する電力用半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワーＭＯＳ素子やＩＧＢＴ素子などのパワー半導体素子を有する電力用半導体装置は、パワー半導体素子のゲート端子にゲート耐圧よりも高いスクリーニング電圧を印加してゲート酸化膜の絶縁性を検査するスクリーニング検査が実施される。
【０００３】
このような電力用半導体装置には、検査用の信号を入力するための外部電極を備え、検査時にこの外部電極から入力される検査用の信号により内部回路を切り替えるなどしてスクリーニング検査を効率的に実施できるようにしたものがある（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
また、上記したようなパワー半導体素子を内蔵した電力用半導体装置には、ツェナーダイオードを用いて静電気からパワー半導体素子を保護する保護回路が内蔵されたものがある（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平５−６７６６１号公報
【特許文献２】特開平７−１４２７７１号公報
【特許文献３】特開平７−２８３３７０号公報
【特許文献４】特開平１１−１７７０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献４に記載されたような保護回路を内蔵した半導体装置では、上記したスクリーニング検査だけでなく保護回路の検査を実施する必要がある。特に、保護回路の保護電圧（ツェナー電圧）がスクリーニング電圧よりも高い電圧に設定さている場合、保護回路の検査時にスクリーニング電圧よりも更に高い電圧をパワー半導体素子のゲートに印加する必要があり、保護回路の検査時に、パワー半導体素子のゲートの劣化が避けられないといった問題がある。
【０００６】
また、特許文献１〜３に記載の半導体装置についても、保護回路の検査時にパワー半導体素子のゲートの劣化を低減するものではない。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みたもので、保護回路の検査時におけるパワー半導体素子のゲートの劣化を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の特徴は、ゲート端子（Ｇ）から入力される信号に応じて第１の端子（Ｃ）から第２の端子（Ｅ）へ電流を流すパワー半導体素子（１０）と、パワー半導体素子のゲート端子と第２の端子間に配置され、外部からゲート端子に異常電圧が入力されたときにゲート端子と第２の端子間の電圧を抑制してパワー半導体素子を保護する保護回路（２０）と、を備えた電力用半導体装置であって、保護回路は、直列に接続された複数の保護回路素子を有して構成されており、保護回路を分割して検査するための端子電極と、保護回路の保護回路素子間の接続点と端子電極との間を電気的に接続する配線（４０）と、を備えたことである。
【０００９】
このような構成では、保護回路の保護回路素子間の接続点と保護回路を分割して検査するための端子電極との間を電気的に接続する配線が設けられているので、この保護回路を分割して検査するための端子電極を用いて、保護回路を分割して保護回路の検査することができる。この結果、パワー半導体素子のゲートに低い電圧を印加して保護回路を検査することが可能となり、保護回路の検査時におけるパワー半導体素子のゲートの劣化を低減することができる。
【００１０】
また、本発明の第２の特徴は、端子電極（ＡまたはＫ）を有する周辺回路（３０）を備え、保護回路を分割して検査するための端子電極は、周辺回路に設けられた端子電極となっていることである。
【００１１】
このような構成では、端子電極（ＡまたはＫ）を有する周辺回路を備え、保護回路を分割して検査するための端子電極は、周辺回路に設けられた端子電極となっているので、保護回路を分割して検査するための専用の端子電極を設けることなく、保護回路を分割して検査することができる。
【００１２】
本発明の第３の特徴は、周辺回路は、パワー半導体素子の周囲温度に応じて変化する電圧を第１、第２の外部端子から出力する温度検出ダイオードを有する温度センサ回路（３０）であり、保護回路を分割して検査するための端子電極は、温度検出ダイオードの第１、第２の外部端子（ＡまたはＫ）のいずれか１つとなっていることである。
【００１３】
このように、保護回路を分割して検査するための端子電極は、温度検出ダイオードの第１、第２の外部端子のいずれか１つを用いることができる。
【００１４】
また、本発明の第４の特徴は、パワー半導体素子は、第２の端子（Ｅ）に流れる電流に比例した電流を流す第３の端子（Ｓ）を有するカレントミラー回路として構成されており、保護回路（２０）は、ゲート端子（Ｇ）と第３の端子（Ｓ）間に配置され、外部からゲート端子に異常電圧が入力されたときにゲート端子と第３の端子間の電圧を抑制してパワー半導体素子を保護するもので、第３の端子（Ｓ）は、ゲート端子（Ｇ）と第２の端子（Ｅ）に挟まれた領域に形成されており、温度センサ回路（３０）の第１、第２の外部端子（ＡまたはＫ）は、ゲート端子（Ｇ）と第３の端子（Ｓ）に挟まれた領域に形成されていることである。
【００１５】
このような構成では、保護回路は、ゲート端子と第３の端子間に配置され、第３の端子は、ゲート端子と第２の端子に挟まれた領域に形成されており、温度センサ回路の第１、第２の外部端子（ＡまたはＫ）は、ゲート端子と第３の端子（Ｓ）に挟まれた領域に形成されており、保護回路の保護回路素子間の接続点と端子電極との間を電気的に接続する配線が、他の配線と交差しないようにすることができる。
【００１６】
また、本発明の第５の特徴は、配線（４０）は、パワー半導体素子と保護回路素子間を接続するための金属配線に用いられる金属またはパワー半導体素子のゲート配線の形成に用いられる多結晶シリコンにより形成されていることである。
【００１７】
このように、パワー半導体素子と保護回路素子間を接続するための金属配線に用いられる金属またはパワー半導体素子のゲート配線の形成に用いられる多結晶シリコンにより配線を形成することにより、配線を形成するための新たな工程を設けることなく配線を形成することができる。
【００１８】
また、本発明の第６の特徴は、保護回路（２０）は、保護回路素子として少なくとも１つのツェナーダイオードを含むことである。
【００１９】
このように、保護回路素子として少なくとも１つのツェナーダイオードを含むように保護回路を構成することができる。
【００２０】
また、本発明の第７の特徴は、保護回路（２０）は、複数のツェナーダイオードのみによって構成されていることである。
【００２１】
このように、複数のツェナーダイオードのみによって保護回路を構成することができる。
【００２２】
また、本発明の第８の特徴は、複数のツェナーダイオードの各ツェナー電圧は同程度となっていることである。
【００２３】
このように、複数のツェナーダイオードの各ツェナー電圧は同程度となっているので、保護回路の検査時にパワー半導体素子のゲート端子に印加する電圧を低くすることができる。
【００２４】
また、本発明の第９の特徴は、保護回路（２０）は、第１、第２のツェナーダイオード（２１、２２）の間に抵抗（２４）を直列に接続して構成されており、第１のツェナーダイオード（２１）のツェナー電圧の方が第２のツェナーダイオード（２２）のツェナー電圧よりも大きい場合、第１のツェナーダイオード（２１）と抵抗の接続点が配線（４０）により保護回路（２０）を分割して検査するための端子電極と接続されていることである。
【００２５】
このような構成では、第１のツェナーダイオードのツェナー電圧の方が第２のツェナーダイオードのツェナー電圧よりも大きくなっており、第１のツェナーダイオードと抵抗の接続点が配線により保護回路を分割して検査するための端子電極と接続されているので、端子電極を用いて第１のツェナーダイオードと抵抗の接続点の電位を徐々に変化させたときのゲート端子と第２の端子間の電圧および電流の特性から第１、第２のツェナーダイオードの各検査を実施することができ、検査機器と電力用半導体装置１との接続を替えることなく、第１、第２のツェナーダイオードの各検査を実施することができる。
【００２６】
また、本発明の第１０の特徴は、保護回路（２０）は、第１、第２のツェナーダイオード（２１、２２）の間に抵抗（２４）を直列に接続して構成されており、第２のツェナーダイオード（２２）のツェナー電圧の方が第１のツェナーダイオード（２１）のツェナー電圧よりも大きい場合、第２のツェナーダイオード（２２）と抵抗の接続点が配線（４０）により保護回路（２０）を分割して検査するための端子電極と接続されていることである。
【００２７】
このような構成では、第２のツェナーダイオードのツェナー電圧の方が第１のツェナーダイオードのツェナー電圧よりも大きくなっており、第２のツェナーダイオードと抵抗の接続点が配線により保護回路を分割して検査するための端子電極と接続されているので、端子電極を用いて第２のツェナーダイオードと抵抗の接続点の電位を徐々に変化させたときのゲート端子と第２の端子間の電圧および電流の特性から第１、第２のツェナーダイオードの各検査を実施することができ、検査機器と電力用半導体装置１との接続を替えることなく、第１、第２のツェナーダイオードの各検査を実施することができる。
【００２８】
また、本発明の第１１の特徴は、複数のツェナーダイオードのツェナー電圧を加算した値が、パワー半導体素子のゲート酸化膜の絶縁性を検査するスクリーニング検査においてパワー半導体素子のゲート端子に印加するスクリーニング電圧よりも大きくなっていることである。
【００２９】
このように、複数のツェナーダイオードのツェナー電圧を加算した値がスクリーニング電圧よりも大きくなっているので、スクリーニング検査時にパワー半導体素子のゲート端子にスクリーニング電圧を印加してスクリーニング検査を実施することができる。
【００３０】
また、本発明の第１２の特徴は、保護回路を分割して検査するための専用の検査専用端子電極（Ｔ）を備え、保護回路を分割して検査するための端子電極は、検査専用端子電極となっていることである。
【００３１】
このように、保護回路を分割して検査するための端子電極は、専用の検査専用端子電極として構成することもできる。
【００３２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る電力用半導体装置の構成を図１に示す。本電力用半導体装置１は、ＩＧＢＴ１０、保護回路２０、温度センサ回路３０を備えている。また、本電力用半導体装置１は、外部と信号の入出力を行うための外部端子（端子電極）として、ゲート端子Ｇ、コレクタ端子Ｃ、エミッタ端子Ｅ、電流センス端子Ｓ、アノード端子Ａおよびカソード端子Ｋを有している。
【００３４】
ＩＧＢＴ１０は、第１、第２のエミッタを有するカレントミラー回路として構成されており、第１のエミッタはエミッタ端子Ｅに接続され、第２のエミッタは電流センス端子Ｓに接続されている。
【００３５】
ＩＧＢＴ１０は、多数のセルによって構成されており、セルの数に応じて流れる電流が決定される。また、第１、第２のエミッタに電流を流す各回路の面積はセルの数に比例する。本実施形態におけるＩＧＢＴ１０の第２のエミッタに流れる電流は、第１のエミッタに流れる電流の１／１００００となっており、第２のエミッタに電流を流す回路と第１のエミッタに電流を流す回路の面積比は１：１００００となっている。
【００３６】
保護回路２０は、ＩＧＢＴ１０のゲート端子Ｇと電流センス端子Ｓ間に配置され、外部からゲート端子に静電気などによる異常電圧が入力されたときに、ゲート端子Ｇと電流センス端子Ｓ間の電圧を抑制してＩＧＢＴ１０を保護する。
【００３７】
なお、本ＩＧＢＴ１０のように、第１のエミッタに流れる電流よりも第２のエミッタに流れる電流の方が小さくなるように構成されたカレントミラー回路では、第１のエミッタに大電流を流すための回路よりも第２のエミッタに小電流を流すための回路の方が、回路面積が小さく静電気によるエネルギーが狭い領域に集中するため破壊しやすい。このため、本ＩＧＢＴ１０では、ＩＧＢＴ１０のゲート端子Ｇと電流センス端子Ｓ（第２のエミッタ）間に保護回路２０が配置されている。
【００３８】
本実施形態における保護回路２０は、ツェナー電圧Ｖｚ１を有するツェナーダイオード２１とツェナー電圧Ｖｚ２を有するツェナーダイオード２２が直列に接続された構成となっており、Ｖｚ１＋Ｖｚ２をクランプ電圧としたクランプ回路として動作する。このような構成により、外部からＩＧＢＴ１０のゲート端子に異常電圧が入力されても、ＩＧＢＴ１０のゲート端子の電圧はクランプ電圧にクランプされるようになっている。また、本実施形態におけるツェナーダイオード２１、２２のツェナー電圧Ｖｚ１、Ｖｚ２は同程度となっている。
【００３９】
温度センサ回路３０は、ＩＧＢＴ１０による温度異常を検出するためのもので、直列に接続された複数の温度検出ダイオード３１と、この温度検出ダイオード３１を保護するための保護ダイオード３２を備えている。直列接続された温度検出ダイオード３１のアノード側の一端（第１の外部端子）はアノード端子Ａに接続され、他端（第２の外部端子）はカソード端子Ｋに接続されている。アノード端子Ａとカソード端子Ｋ間から温度検出ダイオード３１の周辺温度に応じた電圧が出力される。また、保護ダイオード３２は、直列に接続された複数の温度検出ダイオード３１と並列に接続されている。
【００４０】
本実施形態における電力用半導体装置１は、ツェナーダイオード２１、２２の接続点Ｐ１と温度センサ回路３０のカソード端子Ｋとの間を電気的に接続する配線４０が設けられている。
【００４１】
本電力用半導体装置１内の各素子や外部電極間は、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ｃｕ等により半導体基板の金属配線層に形成された金属配線パターン（図示せず）により電気的に接続されている。配線４０についても、この金属配線層に形成された金属配線パターンにより接続されている。
【００４２】
この配線４０と温度センサ回路３０のカソード端子Ｋにより、保護回路２０を分割して検査することが可能となっている。
【００４３】
次に、保護回路２０の検査について説明する。本実施形態では、温度センサ回路３０のカソード端子Ｋを利用して、保護回路２０のツェナーダイオード２１とツェナーダイオード２２を別々に検査する。
【００４４】
図２に、ツェナーダイオード２１の検査時の検査用機器と電力用半導体装置１との接続構成を示す。ツェナーダイオード２１の検査では、カソード端子Ｋとゲート端子Ｇとの間に検査用可変電圧電源１００と検査用電流計１１０が直列に接続される。また、カソード端子Ｋとゲート端子Ｇとの間には、端子間電圧を計測するための検査用電圧計１２０が接続され、温度センサ回路３０のカソード端子Ｋとアノード端子Ａとの間は短絡される。
【００４５】
このツェナーダイオード２１の検査では、検査用電圧計１２０の電圧値と検査用電流計１１０の電流値をモニタしながら検査用可変電圧電源１００の出力電圧を上げて、ゲート端子Ｇ−カソード電極Ｋ間の検査電圧を０Ｖから徐々に増加させ、検査用電圧計１２０の電圧値に対する検査用電流計１１０の電流値の特性を計測する。
【００４６】
図３に、検査用可変電圧電源１００の出力電圧を上げて検査電圧を０Ｖから徐々に増加させたときの検査電流の特性を示す。図に示すように、検査電圧がツェナーダイオード２１のツェナー電圧Ｖｚ１と等しくなるまで、検査電流は徐々に増加し、検査電圧がツェナー電圧Ｖｚ１を超えたところで、ツェナーダイオード２１にツェナー降伏電流が流れるようになり検査電流が急増する。このような検査電流の急増が確認されたところで検査用可変電圧電源１００の出力電圧を上げるのを止め、検査用可変電圧電源１００の出力を停止する。
【００４７】
図３に示す特性となることが確認されれば、ツェナーダイオード２１の検査結果は正常、図３と異なる特性となる場合には、ツェナーダイオード２１の検査結果は異常であると判断することができる。
【００４８】
図４に、ツェナーダイオード２２の検査時の検査用機器と電力用半導体装置１との接続構成を示す。ツェナーダイオード２２の検査では、温度センサ回路３０のカソード端子Ｋとアノード端子Ａとの間および電流センス端子Ｓとエミッタ端子Ｅとの間がそれぞれ短絡され、カソード端子Ｋとエミッタ端子Ｅとの間には、検査用可変電圧電源１００と検査用電流計１１０が直列に接続される。また、カソード端子Ｋとエミッタ端子Ｅとの間には、端子間電圧を計測するための検査用電圧計１２０が接続される。
【００４９】
このツェナーダイオード２２の検査においても、ツェナーダイオード２１の検査と同様に、検査用電圧計１２０の電圧値と検査用電流計１１０の電流値をモニタしながら検査用可変電圧電源１００の出力電圧を上げて、ゲート端子Ｇ−カソード電極Ｋ間の検査電圧を０Ｖから徐々に増加させ、検査用電圧計１２０の電圧値に対する検査用電流計１１０の電流値の特性を計測する。
【００５０】
図５に、検査用可変電圧電源１００の出力電圧を上げて検査電圧を０Ｖから徐々に増加させたときの検査電流の特性を示す。図５に示した特性は、図３に示した特性と同様に、検査電圧がツェナーダイオード２２のツェナー電圧Ｖｚ２と等しくなるまで、検査電流は徐々に増加し、検査電圧がツェナー電圧Ｖｚ２を超えたところで検査電流が急増する。すなわち、図５に示す特性となることが確認されれば、ツェナーダイオード２２の検査結果は正常、図５と異なる特性となる場合には、ツェナーダイオード２２の検査結果は異常であると判断することができる。
【００５１】
図６に、ＩＧＢＴ１０のゲート酸化膜の絶縁性を検査するスクリーニング検査時の検査用機器と電力用半導体装置１との接続構成を示す。このスクリーニング検査では、電流センス端子Ｓとエミッタ端子Ｅとの間が短絡され、ゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅとの間に検査用可変電圧電源１００が接続されている。また、カソード端子Ｋとアノード端子Ａは、それぞれオープン状態となっている。
【００５２】
そして、検査用可変電圧電源１００から予め定められた時間（数秒程度）、一定電圧を出力し、予め設定されたスクリーニング電圧ＶｃｓをＩＧＢＴ１０のゲート端子に印加してスクリーニング検査を実施する。
【００５３】
なお、スクリーニング検査において、ツェナーダイオード２１、２２により、ＩＧＢＴ１０のゲート端子にスクリーニング電圧Ｖｃｓを印加できなくなることを避けるため、クランプ電圧Ｖｚ１＋Ｖｚ２とスクリーニング電圧Ｖｃｓの関係は、Ｖｚ１＋Ｖｚ２＞Ｖｃｓとなっている。例えば、ゲート耐圧の定格が２０ＶのＩＧＢＴ１０の場合、スクリーニング電圧Ｖｃｓは４０〜５０Ｖ程度に設定され、ツェナー電圧Ｖｚ１、Ｖｚ２は、それぞれ３０Ｖ程度に設定される。このように、ツェナー電圧Ｖｚ１、Ｖｚ２が３０Ｖ程度に設定されている場合、ツェナーダイオード２１、２２の各検査において、ＩＧＢＴ１０のゲート端子にスクリーニング電圧Ｖｃｓよりも高い電圧（例えば、６０Ｖ程度）を印加することなく、ツェナー電圧Ｖｚ１、Ｖｚ２よりも若干大きな電圧（例えば、３５Ｖ程度）を印加して動作確認を行うことができる。
【００５４】
上記した構成によれば、保護回路の保護回路素子間の接続点と保護回路を分割して検査するための端子電極との間を電気的に接続する配線が設けられているので、この保護回路を分割して検査するための端子電極を用いて、保護回路を分割して保護回路の検査することができる。この結果、パワー半導体素子のゲートに低い電圧を印加して保護回路を検査することが可能となり、保護回路の検査時におけるパワー半導体素子のゲートの劣化を低減することができる。
【００５５】
また、端子電極Ｋを有する温度センサ回路３０を備え、保護回路を分割して検査するための端子電極は、温度センサ回路３０に設けられた端子電極となっているので、保護回路を分割して検査するための専用の端子電極を設けることなく、保護回路を分割して検査することができる。
【００５６】
また、保護回路を分割して検査するための端子電極は、温度検出ダイオードのアノード端子とカソード端子のいずれか１つを用いることができる。
【００５７】
また、パワー半導体素子と保護回路素子間を接続するための金属配線に用いられる金属またはパワー半導体素子のゲート配線の形成に用いられる多結晶シリコンにより保護回路の保護回路素子間の接続点と端子電極との間を電気的に接続する配線を形成することにより、配線を形成するための新たな工程を設けることなく配線を形成することができる。
【００５８】
また、保護回路素子として少なくとも１つのツェナーダイオードを含むように保護回路を構成することができる。
【００５９】
また、複数のツェナーダイオードのみによって保護回路を構成することができる。
【００６０】
また、複数のツェナーダイオードの各ツェナー電圧は同程度となっているので、ツェナーダイオード２１とツェナーダイオード２２の各検査時にパワー半導体素子のゲート端子に印加する電圧を低くすることができる。
【００６１】
また、複数のツェナーダイオードのツェナー電圧を加算した値がスクリーニング電圧よりも大きくなっているので、スクリーニング検査時にパワー半導体素子のゲート端子にスクリーニング電圧を印加してスクリーニング検査を実施することができる。
【００６２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る電力用半導体装置の構成を図７に示す。第１実施形態に係る電力用半導体装置１の保護回路２０は、直列に接続された２つのツェナーダイオードによって構成されているが、本実施形態に係る電力用半導体装置１の保護回路２０は、２つのツェナーダイオード２１、２２の間に抵抗２４を直列に接続して構成されている。以下、上記実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６３】
保護回路２０は、ツェナーダイオード２１、抵抗２４およびツェナーダイオード２２が直列に接続された構成となっている。なお、本実施形態では、ツェナーダイオード２１のツェナー電圧Ｖｚ１の方がツェナーダイオード２２のツェナー電圧Ｖｚ２よりも大きくなっている。
【００６４】
また、配線４０は、ツェナーダイオード２１と抵抗２４の接続点Ｐ２とカソード端子Ｋとの間を電気的に接続するように設けられている。
【００６５】
この配線４０とカソード端子Ｋにより、保護回路２０をツェナーダイオード２１と、抵抗２４およびツェナーダイオード２２とに分割して検査することが可能となっている。
【００６６】
次に、保護回路２０の検査について説明する。第１実施形態では、保護回路２０のツェナーダイオード２１の検査とツェナーダイオード２２の検査にて、検査機器と電力用半導体装置１との接続を替えて検査する必要があったが、本実施形態では、検査機器と電力用半導体装置１との接続を替えることなく、ツェナーダイオード２１の検査とツェナーダイオード２２の検査を実施する。
【００６７】
図８に、本実施形態に係るツェナーダイオード２１、２２の検査時の検査用機器と電力用半導体装置１との接続構成を示す。このツェナーダイオード２１、２２の検査では、ゲート端子Ｇ、電流センス端子Ｓおよびエミッタ端子Ｅが短絡され、これらの外部電極Ｇ、Ｓ、Ｅとカソード端子との間に検査用可変電圧電源１００と検査用電流計１１０が直列に接続されている。また、外部電極Ｇ、Ｓ、Ｅとカソード端子との間に端子間電圧を計測するための検査用電圧計１２０が接続されている。
【００６８】
このツェナーダイオード２１、２２の検査では、検査用電圧計１２０の電圧値と検査用電流計１１０の電流値をモニタしながら検査用可変電圧電源１００の出力電圧を上げて、ゲート端子Ｇ−カソード電極Ｋ間の検査電圧を０Ｖから徐々に増加させ、検査用電圧計１２０の電圧値に対する検査用電流計１１０の電流値の特性を計測する。
【００６９】
図９に、検査用可変電圧電源１００の出力電圧を上げて検査電圧を０Ｖから徐々に増加させたときの検査電流の特性を示す。
【００７０】
検査電圧の増加に伴って検査電流は徐々に増加し、検査電圧がツェナーダイオード２１のツェナー電圧Ｖｚ２と等しくなると、検査電流は急激に増加する。更に、検査電圧を増加させて検査電圧がツェナー電圧Ｖｚ１よりも大きくなると、検査電流は更に増加する。このような検査電流の急増が確認されたところで検査用可変電圧電源１００の出力電圧を上げるのを止め、検査用可変電圧電源１００の出力を停止する。
【００７１】
図９に示す特性となることが確認されれば、ツェナーダイオード２１、２２の検査結果は正常、図９と異なる特性となる場合には、ツェナーダイオード２１、２２の検査結果は異常であると判断することができる。
【００７２】
上記したように、保護回路は、２つのツェナーダイオードの間に抵抗を直列に接続して構成されており、２つのツェナーダイオードのいずれか１つと抵抗の接続点が配線により保護回路を分割して検査するための端子電極と接続されているので、端子電極を用いて２つのツェナーダイオードのいずれか１つと抵抗の接続点の電位を徐々に変化させたときのゲート端子と第２の端子間の電圧および電流の特性からツェナーダイオード２１とツェナーダイオード２２の各検査を実施することができ、検査機器と電力用半導体装置１との接続を替えることなく、ツェナーダイオード２１の検査とツェナーダイオード２２の検査を実施することができる。
【００７３】
なお、本実施形態では、ツェナーダイオード２１のツェナー電圧Ｖｚ１の方がツェナーダイオード２２のツェナー電圧Ｖｚ２よりも大きくなっており、ツェナーダイオード２１と抵抗２４の接続点Ｐ２が配線４０により保護回路２０を分割して検査するための端子電極と接続されている例を示したが、反対に、ツェナーダイオード２２のツェナー電圧Ｖｚ２の方がツェナーダイオード２１のツェナー電圧Ｖｚ１よりも大きくなっており、ツェナーダイオード２２と抵抗２４の接続点が配線４０により保護回路２０を分割して検査するための端子電極と接続されるように構成しても、検査機器と電力用半導体装置１との接続を替えることなく、ツェナーダイオード２１の検査とツェナーダイオード２２の検査を実施することができる。
【００７４】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る電力用半導体装置の構成を図１０に示す。上記第１実施形態では、直列に接続された２つのツェナーダイオード２１、２２によって保護回路２０が構成された場合の例を示したが、本実施形態では、直列に接続された３つのツェナーダイオード２１、２２、２３によって保護回路２０が構成されている。また、本電力用半導体装置１は、周辺回路として、温度センサ回路３０と回路５０を備えている。
【００７５】
この回路５０は、パワー半導体素子と電気的に分離されている。また、回路５０の外部電極Ｔ１、Ｔ２は、保護回路２０の検査時に電源電位または接地電位に対して電気的にフローティング状態とすることが可能となっている。
【００７６】
図に示すように、直列に接続された３つのツェナーダイオード２１、２２、２３によって保護回路２０が構成されている場合、保護回路２０を分割して検査できるように、ツェナーダイオード２１、２２の接続点Ｐ１と回路５０の外部電極Ｔ２との間に配線４０が設けられ、ツェナーダイオード２２、２３の接続点Ｐ３と温度センサ回路３０に接続されたカソード電極Ｋとの間に配線４０が設けられている。なお、ツェナーダイオード２１、２２、２３の各ツェナー電圧は同程度となっている。
【００７７】
保護回路２０の検査時には、ツェナーダイオード２１、２２、２３の３つのブロックに分割し、外部電極Ｔ２、ゲート端子Ｇ、カソード電極Ｋを用いてブロック毎に動作確認を行うことができる。
【００７８】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る電力用半導体装置の構成を図１１に示す。図１に示した第１実施形態の電力用半導体装置１のような各電極の配置では、ＩＧＢＴ１０のゲートとゲート端子Ｇを接続する配線と、配線４０とが交差することになる。本実施形態における電力用半導体装置１は、配線４０が他の配線と交差しないような電極の配置となっている。
【００７９】
ＩＧＢＴ１０は、エミッタ端子Ｅに接続された第１のエミッタと、電流センス端子Ｓに接続された第２のエミッタを有するカレントミラー回路として構成されている。
【００８０】
また、電流センス端子Ｓは、ゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅに挟まれる領域に形成されており、温度センサ回路３０のアノード端子Ａおよびカソード端子Ｋは、ゲート端子Ｇと電流センス端子Ｓに挟まれる領域に形成されている。
【００８１】
すなわち、ゲート端子Ｇと電流センス端子Ｓに挟まれる領域に、ゲート端子Ｇ、カソード端子Ｋ、アノード端子Ａ、電流センス端子Ｓの順に、各電極が形成されている。このように、電流センス端子Ｓを、ゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅに挟まれた領域に形成し、温度センサ回路のアノード端子Ａとカソード端子Ｋを、ゲート端子Ｇと電流センス端子Ｓに挟まれた領域に形成することにより、保護回路２０の保護回路素子間の接続点と端子電極との間を電気的に接続する配線が、他の配線と交差しないようにすることができる。
【００８２】
（第５実施形態）
本実施形態に係る電力用半導体装置の構成を図１２に示す。図１１に示した上記第４実施形態の電力用半導体装置１は、ゲート端子Ｇと電流センス端子Ｓに挟まれる領域に、ゲート端子Ｇ、カソード端子Ｋ、アノード端子Ａ、電流センス端子Ｓの順に、各電極が形成されているが、本実施形態の電力用半導体装置１は、ゲート端子Ｇと電流センス端子Ｓに挟まれる領域に、ゲート端子Ｇ、アノード端子Ａ、カソード端子Ｋ、電流センス端子Ｓの順に、各電極が形成されている。
【００８３】
このように、電流センス端子Ｓを、ゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅに挟まれた領域に形成し、温度センサ回路のアノード端子Ａとカソード端子Ｋを、ゲート端子Ｇと電流センス端子Ｓに挟まれた領域に形成することにより、保護回路２０の保護回路素子間の接続点と端子電極との間を電気的に接続する配線が、他の配線と交差しないようにすることができる。
【００８４】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態に係る電力用半導体装置の構成を図１３に示す。図１に示した第１実施形態の電力用半導体装置１では、保護回路２０を分割して検査するための端子電極として、温度センサ回路３０のカソード端子を利用した例を示したが、本実施形態では、保護回路２０を分割して検査するための端子電極として、検査専用の検査専用端子電極Ｔを備えた構成となっている。
【００８５】
すなわち、本電力用半導体装置１は、保護回路２０を分割して検査するための専用の検査専用端子電極Ｔを備え、この検査専用端子電極Ｔとツェナーダイオード２１、２２の接続点Ｐ１との間が配線４０により電気的に接続された構成となっている。
【００８６】
本実施形態では、保護回路２０を分割して検査するための検査専用端子電極Ｔを備え、保護回路２０を分割して検査するための端子電極は専用の検査専用端子電極Ｔとなっているので、この検査専用端子電極Ｔを利用して保護回路を分割して検査することができる。
【００８７】
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態に係る電力用半導体装置の構成を図１４に示す。上記第１〜第６実施形態の電力用半導体装置１では、第１、第２のエミッタを有するカレントミラー回路として構成されたＩＧＢＴ１０によりパワー半導体素子を構成した例を示したが、本実施形態では、単一のエミッタを有するＩＧＢＴ１０によりパワー半導体素子を構成している。また、本電力用半導体装置１は、温度センサ回路３０を備えていない。
【００８８】
本電力用半導体装置１におけるＩＧＢＴ１０のエミッタはエミッタ端子Ｅに接続されており、ＩＧＢＴ１０のゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅ間に保護回路２０が備えられている。また、本電力用半導体装置１は、保護回路２０を分割して検査するための専用の検査専用端子電極Ｔを備え、この検査専用端子電極Ｔとツェナーダイオード２１、２２の接続点Ｐ１との間が配線４０により電気的に接続された構成となっている。
【００８９】
このように、単一のエミッタを有するＩＧＢＴ１０によりパワー半導体素子を構成した場合においても、保護回路２０を分割して検査するための専用の検査専用端子電極Ｔを備え、この検査専用端子電極Ｔを用いて保護回路２０を分割して検査することができる。
【００９０】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、ＩＧＢＴ１０によりパワー半導体素子を構成した例を示したが、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴによりパワー半導体素子を構成してもよい。
【００９１】
また、保護回路２０を分割して検査するための端子電極としては、上記第１〜第５実施形態に示したように、周辺回路の端子電極を利用した構成とすることもでき、また、第６、第７実施形態に示したように検査専用端子電極を備えた構成とすることもできるが、周辺回路の端子電極を利用し、かつ、検査専用端子電極を備えた構成としてもよい。
【００９２】
また、上記実施形態では、電力用半導体装置１内の各素子や外部電極間を電気的に接続するために半導体基板上の金属配線層に形成される金属配線パターンにより配線４０を形成した例を示したが、例えば、ＩＧＢＴ１０のゲート端子に多結晶シリコン（例えば、ポリシリコン）を用いて形成されるゲート配線の形成と同じ工程で、多結晶シリコンを用いて配線４０を形成するようにしてもよい。
【００９３】
また、上記実施形態では、保護回路２０を分割して検査するための端子電極として、温度センサ回路３０のカソード端子を利用した場合の例を示したが、例えば、温度センサ回路３０のアノード端子を利用してもよい。
【００９４】
また、上記実施形態では、複数のツェナーダイオードを含む回路によって保護回路２０を構成した例を示したが、例えば、抵抗とコンデンサを直列に接続したＲＣ回路により保護回路２０を構成し、抵抗とコンデンサの接続点と外部電極間に配線４０を設けるようにしてもよい。この場合、抵抗とコンデンサの接続点に接続された外部電極を用いて、抵抗の動作確認とコンデンサの動作確認を別々に実施するようにして保護回路の検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電力用半導体装置の構成を示す図である。
【図２】ツェナーダイオード２１の検査時の検査用機器と電力用半導体装置との接続構成を示す図である。
【図３】ツェナーダイオード２１の検査時の検査用可変電圧電源の出力電圧と検査電流の特性を示す図である。
【図４】ツェナーダイオード２２の検査時の検査用機器と電力用半導体装置との接続構成を示す図である。
【図５】ツェナーダイオード２２の検査時の検査用可変電圧電源の出力電圧と検査電流の特性を示す図である。
【図６】ＩＧＢＴのゲート酸化膜の絶縁性を検査するスクリーニング検査時の検査用機器と電力用半導体装置１との接続構成を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る電力用半導体装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る電力用半導体装置のツェナーダイオード２１、２２の検査時の検査用機器と電力用半導体装置１との接続構成を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る電力用半導体装置のツェナーダイオード２１、２２の検査時の検査用可変電圧電源の出力電圧と検査電流の特性を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る電力用半導体装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る電力用半導体装置の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る電力用半導体装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第６実施形態に係る電力用半導体装置の構成を示す図である。
【図１４】本発明の第７実施形態に係る電力用半導体装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９６】
１…電力用半導体装置、１０…ＩＧＢＴ、２０…保護回路、
２１、２２…ツェナーダイオード、３０…温度センサ回路、
３１…温度検出ダイオード、３２…保護ダイオード、４０…配線。 
【図１】
2008153615.tif 000003
【図２】
2008153615.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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