(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１または第２導電型の半導体基板（１）に、パワー素子からなるメインセルと前記パワー素子と同じ構成の素子からなる電流検出セルとを形成してなる半導体装置であって、
前記メインセルと前記電流検出セルとが同じ列に並べられた配置とされてなり、
前記メインセルと前記電流検出セルには、共に、
前記半導体基板（１）上に形成された第２導電型のドリフト層（２）と、
前記ドリフト層（２）の表層部に形成された第１導電型のボディ層（３）と、
前記ボディ層（３）の表層部において、前記ドリフト層（２）から離間するように配置された第２導電型のエミッタ層（４ａ、４ｂ）と、
前記エミッタ層（４ａ、４ｂ）と前記ドリフト層（２）に挟まれた前記ボディ層（３）の表層部をチャネル領域として、このチャネル領域の表面に形成された絶縁膜（５）と、
前記絶縁膜（５）の表面に形成されたゲート電極（６）と、
前記ゲート電極（６）の上に形成された層間絶縁膜（７）と、
前記層間絶縁膜（７）に形成されたコンタクトホール（７ａ、７ｂ）を通じて前記エミッタ層および前記ボディ層に電気的にコンタクトされるエミッタ電極（８ａ、８ｂ）とを備え、
前記ボディ層（３）は、前記メインセルと前記電流検出セルとが並べられた方向を長手方向として、これら各セル間で連続した構成となっており、
前記エミッタ層（４ａ、４ｂ）は、前記ボディ層（３）の長手方向に延設され、前記メインセルに形成されたもの（４ａ）と前記電流検出セルに形成されたもの（４ｂ）とが互いに離間した構成となっており、
前記コンタクトホール（７ａ、７ｂ）のうち、前記メインセルに形成されたもの（７ａ）は、その終端位置が前記メインセルに形成された前記エミッタ層（４ａ）のうち最も電流検出セル側に位置するものの終端位置よりも更に前記電流検出セル側に突出しており、かつ、前記電流検出セルに形成されたもの（７ｂ）は、その終端位置が前記電流検出セルに形成された前記エミッタ層（４ｂ）のうち最もメインセル側に位置するものの終端位置よりも更に前記メインセル側に突出していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
第１または第２導電型の半導体基板（１）に、パワー素子からなるメインセルと前記パワー素子と同じ構成の素子からなる電流検出セルとを形成してなる半導体装置であって、
前記メインセルと前記電流検出セルとが同じ列に並べられた配置とされてなり、
前記メインセルと前記電流検出セルには、共に、
前記半導体基板（１）上に形成された第２導電型のドリフト層（２）と、
前記ドリフト層（２）の表層部に形成された第１導電型のボディ層（３）と、
前記ボディ層（３）の表層部において、前記ドリフト層（２）から離間するように配置された第２導電型のエミッタ層（４ａ、４ｂ）と、
前記エミッタ層（４ａ、４ｂ）と前記ドリフト層（２）に挟まれた前記ボディ層（３）の表層部をチャネル領域として、このチャネル領域の表面に形成された絶縁膜（５）と、
前記絶縁膜（５）の表面に形成されたゲート電極（６）と、
前記ゲート電極（６）の上に形成された層間絶縁膜（７）と、
前記層間絶縁膜（７）に形成されたコンタクトホール（７ａ、７ｂ）を通じて前記エミッタ層および前記ボディ層に電気的にコンタクトされるエミッタ電極（８ａ、８ｂ）とを備え、
前記ボディ層（３）は、前記メインセルと前記電流検出セルとが並べられた方向を長手方向として、これら各セル間で連続した構成となっており、
前記エミッタ層（４ａ、４ｂ）は、前記ボディ層（３）の長手方向に対する垂直方向に複数列が互いに離間して延設され、前記メインセルに形成されたもの（４ａ）と前記電流検出セルに形成されたもの（４ｂ）とが互いに離間した構成となっており、
前記メインセルでは、前記コンタクトホール（７ａ）は、前記複数列に延設された前記エミッタ層（４ａ）および前記ボディ層（３）とオーバラップし、前記エミッタ電極（８ａ）を前記エミッタ層（４ａ）と前記ボディ層（３）とに交互にコンタクトさせるように構成されていると共に、その終端位置が前記エミッタ層（４ａ）のうち最も電流検出セル側に位置するものよりも更に前記電流検出セル側に突出しており、その突出部における前記エミッタ電極（８ａ）と前記ボディ層（３）とのコンタクト面積（Ｓ１）が前記複数列の各エミッタ層（４ａ）間におけるコンタクト面積（Ｓ２）よりも大きく構成され、
前記電流検出セルでは、前記コンタクトホール（７ｂ）は、前記複数列に延設された前記エミッタ層（４ｂ）および前記ボディ層（３）とオーバラップし、前記エミッタ電極（８ｂ）を前記エミッタ層（４ｂ）と前記ボディ層（３）とに交互にコンタクトさせるように構成されていると共に、その終端位置が前記エミッタ層（４ｂ）のうち最もメインセル側に位置するものの終端位置よりも更に前記メインセル側に突出しており、その突出部における前記エミッタ電極（８ｂ）と前記ボディ層（３）とのコンタクト面積（Ｓ３）が前記複数列の各エミッタ層（４ｂ）間におけるコンタクト面積（Ｓ４）よりも大きく構成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記メインセルにおいて、前記コンタクトホール（７ａ）の突出部の突出量（Ｌ１）が、前記各エミッタ層（４ａ）の間の間隔（Ｌ２）よりも長くなっており、
前記電流検出セルにおいて、前記コンタクトホール（７ｂ）の突出部の突出量（Ｌ３）が、前記各エミッタ層（４ｂ）の間の間隔（Ｌ４）よりも長くなっていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
第１または第２導電型の半導体基板（１）に、パワー素子からなるメインセルと前記パワー素子と同じ構成の素子からなる電流検出セルとを形成してなる半導体装置であって、
前記メインセルと前記電流検出セルとが同じ列に並べられた配置とされてなり、
前記メインセルと前記電流検出セルには、共に、
前記半導体基板（１）上に形成された第２導電型のドリフト層（２）と、
前記ドリフト層（２）の表層部に形成された第１導電型のボディ層（３）と、
前記ボディ層（３）の表層部において、前記ドリフト層（２）から離間するように配置された第２導電型のエミッタ層（４ａ、４ｂ）と、
前記エミッタ層（４ａ、４ｂ）と前記ドリフト層（２）に挟まれた前記ボディ層（３）の表層部をチャネル領域として、このチャネル領域の表面に形成された絶縁膜（５）と、
前記絶縁膜（５）の表面に形成されたゲート電極（６）と、
前記ゲート電極（６）の上に形成された層間絶縁膜（７）と、
前記層間絶縁膜（７）に形成されたコンタクトホール（７ａ、７ｂ）を通じて前記エミッタ層および前記ボディ層に電気的にコンタクトされるエミッタ電極（８ａ、８ｂ）とを備え、
前記ボディ層（３）は、前記メインセルと前記電流検出セルとが並べられた方向を長手方向として、これら各セル間で連続した構成となっており、
前記エミッタ層（４ａ、４ｂ）は、前記ボディ層（３）の長手方向に対する垂直方向に複数列が互いに離間して延設され、前記メインセルに形成されたもの（４ａ）と前記電流検出セルに形成されたもの（４ｂ）とが互いに離間した構成となっており、
前記メインセルでは、前記コンタクトホール（７ａ）は、前記複数列に延設された前記エミッタ層（４ａ）および前記ボディ層（３）とオーバラップし、前記エミッタ電極（８ａ）を前記エミッタ層（４ａ）と前記ボディ層（３）とに交互にコンタクトさせるように構成されていると共に、その終端位置が前記エミッタ層（４ａ）のうち最も電流検出セル側に位置するものよりも更に前記電流検出セル側に突出しており、その突出量（Ｌ１）が前記複数列の各エミッタ層（４ａ）間の間隔（Ｌ２）よりも大きく構成され、
前記電流検出セルでは、前記コンタクトホール（７ｂ）は、前記複数列に延設された前記エミッタ層（４ｂ）および前記ボディ層（３）とオーバラップし、前記エミッタ電極（８ｂ）を前記エミッタ層（４ｂ）と前記ボディ層（３）とに交互にコンタクトさせるように構成されていると共に、その終端位置が前記エミッタ層（４ｂ）のうち最もメインセル側に位置するものの終端位置よりも更に前記メインセル側に突出しており、その突出量（Ｌ３）が前記複数列の各エミッタ層（４ｂ）間の間隔（Ｌ４）よりも大きく構成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記メインセルにおいて、前記コンタクトホール（７ａ）の突出部の突出量（Ｌ１）が、前記各エミッタ層（４ａ）の間の間隔（Ｌ２）の１．２〜６倍になっており、
前記電流検出セルにおいて、前記コンタクトホール（７ｂ）の突出部の突出量（Ｌ３）が、前記各エミッタ層（４ｂ）の間の間隔（Ｌ４）の１．２〜６倍になっていることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記メインセルにおいて、前記コンタクトホール（７ａ）の突出部の突出量（Ｌ１）が、前記各エミッタ層（４ａ）の間の間隔（Ｌ２）の１．８〜３倍になっており、
前記電流検出セルにおいて、前記コンタクトホール（７ｂ）の突出部の突出量（Ｌ３）が、前記各エミッタ層（４ｂ）の間の間隔（Ｌ４）の１．８〜３倍になっていることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の半導体装置と、
前記半導体装置における前記メインセルの前記パワー素子および前記電流検出セルの前記素子のゲート電極（６）に印加される電圧を制御する駆動回路（２０）と、
前記電流検出セルにおけるエミッタ−コレクタ間に流れる電流を検出する電流検出回路（２１）とを備え、
前記半導体装置における前記メインセルの前記パワー素子により、点火コイル（２６）への通電を制御し、点火プラグ（２７）の放電を制御するように構成されていることを特徴とする点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流検出セルとパワー素子からなるメインセルとのボディ層が連続した構成とされる半導体装置およびそれを用いた点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワー素子からなるメインセルに流れる電流量を検出するために、電流検出素子からなる電流検出セルをメインセルと共に形成した半導体装置が知られている。この半導体装置では、電流検出セルとメインセルとが連続した不純物拡散によって形成される。この半導体装置における電流検出セルとメインセルとの境界部分のレイアウトを図５（ａ）に示し、さらに、図５（ａ）のＤ−Ｄ断面図とＥ−Ｅ断面図を図５（ｂ）、（ｃ）に示す。なお、図５（ａ）は断面図ではないが、レイアウト構成を分かりやすくするために部分的にハッチングを示すことにする。
【０００３】
図５（ａ）に示される領域Ｉは、パワー素子としてＩＧＢＴが形成されたメインセルの終端部を示した領域であり、領域IIは、電流検出素子としてパワー素子と同様の構成のＩ
ＧＢＴが形成された電流検出セルの終端部を示した領域である。
【０００４】
メインセルにおけるＩＧＢＴは、図５（ｂ）に示されるように、Ｐ+型基板１の上にＮ-型ドリフト層２が形成され、Ｎ型ドリフト層２の表層部にＰ型ボディ層３が形成されていると共に、Ｐ型ボディ層３の表層部にＮ+型エミッタ層４が形成されている。また、Ｎ+型エミッタ層４およびＮ型ドリフト層２との間に位置するＰ型ボディ層３の表層部をチャネル領域とし、その表面にはゲート酸化膜５を介してゲート電極６が形成されている。さらに、ゲート電極６を覆うように層間絶縁膜７が形成されていると共に、層間絶縁膜７を覆うようにエミッタ電極８ａが形成され、層間絶縁膜７に形成されたコンタクトホール７ａを通じて、エミッタ電極８ａがＮ+型エミッタ層４およびＰ型ボディ層３に電気的に接続されている。そして、Ｐ+型基板１の裏面側にコレクタ電極９が形成された構成となっている。
【０００５】
一方、電流検出セルにおける電流検出素子もＩＧＢＴによって構成され、メインセルにおけるＩＧＢＴと同様の構成とされている。この電流検出素子を構成するＩＧＢＴは、メインセルのＩＧＢＴと同じ工程中に形成されるもので、メインセルのＩＧＢＴにおけるエミッタ電極８ａから電気的に切り離された電流検出用エミッタ電極８ｂを備え、層間絶縁膜７に形成されたコンタクトホール７ｂ（図５（ａ）、（ｃ）参照）を通じてＮ+型エミッタ層４およびＰ型ボディ層３に電気的に接続された構成となっている。そして、メインセルのＩＧＢＴと電流検出セルのＩＧＢＴとが同じ構成とされていることから、電流検出セルのＩＧＢＴにはメインセルのＩＧＢＴに流れる電流量に比例した電流が流れる。このため、電流検出セルにおけるＩＧＢＴに流れる電流を検出することで、メインセルに流れる電流を測定することが可能となっている。
【０００６】
このように構成される半導体装置では、図５（ａ）に示されるように、電流検出セルにおけるＩＧＢＴとメインセルにおけるＩＧＢＴのＮ+型エミッタ層４が互いに接続された構成となっている。そして、エミッタ電極８ａや電流検出用電極８ｂをＮ+型エミッタ層４およびＰ型ボディ層３に電気的に接続させるためのコンタクトホール７ａ、７ｂがＮ+型エミッタ層４内で終端するような構成となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の半導体装置の等価回路図を図６に示す。従来の半導体装置では、電流検出セルのＩＧＢＴ１０とメインセルのＩＧＢＴ１１との各Ｐ型ボディ層３が連続した状態となっていることから、これらにおける各エミッタ間に、図６に示すようにＰ型ボディ層３の内部抵抗１２が接続されたと同様の構成となる。
【０００８】
一方、図６では示されていないが、メインセルにおけるＩＧＢＴ１１のエミッタ電極８ａにはＩＧＢＴ１１によりＯＮ／ＯＦＦ駆動される負荷が接続され、電流検出セルにおけるＩＧＢＴ１０のエミッタ電極８ｂにはＩＧＢＴ１０に流れる電流を検出するための電流検出抵抗が接続されることになる。このため、各エミッタ電極８ａ、８ｂの間、つまり内部抵抗１２の両端間に電位差が発生し、内部抵抗１２に大なり小なりの電流が流れることになる。
【０００９】
このような構成において、大きな外部サージが印加されると、図５（ｃ）に示されるように、電流検出セルとメインセルとの間において繋がっているＮ+型エミッタ層４とＰ型ボディ層３およびＮ型ドリフト層２によって形成される寄生ＮＰＮトランジスタ１３に対し、大きなベース電流が供給されることになる。このため、寄生ＮＰＮトランジスタ１３がＯＮされ、Ｎ型ドリフト層３からＰ型ボディ層４およびＮ+型エミッタ層４を通じ、例えばメインセル側のエミッタ電極８ａに大きな電流が流れ、メインセルのＩＧＢＴ１１を破壊させてしまうという問題がある。
【００１０】
このような問題は、電流検出セルとメインセルとの間を絶縁膜などによって素子分離することにより解消できると考えられる。しかしながら、電流検出セルとメインセルとの間でＰ型ボディ層３を繋げていることによる効果、例えば、Ｐ型ボディ層３に流れる正孔電流の偏りが少なくできることから、インダクタンスなどのようにＯＦＦする際に逆起電力が発生する場合でもメインセルと電流検出セルの遮断電流の偏りを抑制するという効果が得られなくなってしまう。
【００１１】
本発明は、上記点に鑑みて、電流検出セルとパワー素子からなるメインセルとのボディ層が連続した構成とされる半導体装置において、寄生トランジスタがＯＮすることにより素子破壊が発生することを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、メインセルと電流検出セルとが同じ列に並べられた配置とされてなり、メインセルと電流検出セルには、共に、半導体基板（１）上に形成された第２導電型のドリフト層（２）と、ドリフト層（２）の表層部に形成された第１導電型のボディ層（３）と、ボディ層（３）の表層部において、ドリフト層（２）から離間するように配置された第２導電型のエミッタ層（４ａ、４ｂ）と、エミッタ層（４ａ、４ｂ）とドリフト層（２）に挟まれたボディ層（３）の表層部をチャネル領域として、このチャネル領域の表面に形成された絶縁膜（５）と、絶縁膜（５）の表面に形成されたゲート電極（６）と、ゲート電極（６）の上に形成された層間絶縁膜（７）と、層間絶縁膜（７）に形成されたコンタクトホール（７ａ、７ｂ）を通じてエミッタ層およびボディ層に電気的にコンタクトされるエミッタ電極（８ａ、８ｂ）とを備えている。
【００１３】
このような構成において、ボディ層（３）は、メインセルと電流検出セルとが並べられた方向を長手方向として、これら各セル間で連続した構成となっており、エミッタ層（４ａ、４ｂ）は、ボディ層（３）の長手方向に延設され、メインセルに形成されたもの（４ａ）と電流検出セルに形成されたもの（４ｂ）とが互いに離間した構成となっている。
そして、コンタクトホール（７ａ、７ｂ）のうち、メインセルに形成されたもの（７ａ）は、その終端位置がメインセルに形成されたエミッタ層（４ａ）のうち最も電流検出セル側に位置するものの終端位置よりも更に電流検出セル側に突出しており、かつ、電流検出セルに形成されたもの（７ｂ）は、その終端位置が電流検出セルに形成されたエミッタ層（４ｂ）のうち最もメインセル側に位置するものの終端位置よりも更にメインセル側に突出していることを特徴としている。
【００１４】
このように、メインセルにおけるエミッタ層（４ａ）と電流検出セルにおけるエミッタ層（４ｂ）とが互いに離間された構成とされていることから、メインセルと電流検出セルとの間にはエミッタ層が配置されていない構成となる。このため、メインセルと電流検出セルとの間に寄生ＮＰＮトランジスタが形成されず、外部サージによる電流が内部抵抗に流れても、メインセルのパワー素子（１１）におけるコレクタ−エミッタ間に寄生ＰＮＰトランジスタが動作することによる大きな電流が流れることはない。したがって、メインセルのパワー素子（１１）が破壊されることを防止することが可能となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、ボディ層（３）は、メインセルと電流検出セルとが並べられた方向を長手方向として、これら各セル間で連続した構成となっており、エミッタ層（４ａ、４ｂ）は、ボディ層（３）の長手方向に対する垂直方向に複数列が互いに離間して延設され、メインセルに形成されたもの（４ａ）と電流検出セルに形成されたもの（４ｂ）とが互いに離間した構成となっている。
【００１６】
このような構成において、メインセルでは、コンタクトホール（７ａ）は、複数列に延設されたエミッタ層（４ａ）およびボディ層（３）とオーバラップし、エミッタ電極（８ａ）をエミッタ層（４ａ）とボディ層（３）とに交互にコンタクトさせるように構成されていると共に、その終端位置がエミッタ層（４ａ）のうち最も電流検出セル側に位置するものよりも更に電流検出セル側に突出しており、その突出部におけるエミッタ電極（８ａ）とボディ層（３）とのコンタクト面積（Ｓ１）が複数列の各エミッタ層（４ａ）間におけるコンタクト面積（Ｓ２）よりも大きく構成されている。
【００１７】
そして、電流検出セルでは、コンタクトホール（７ｂ）は、複数列に延設されたエミッタ層（４ｂ）およびボディ層（３）とオーバラップし、エミッタ電極（８ｂ）をエミッタ層（４ｂ）とボディ層（３）とに交互にコンタクトさせるように構成されていると共に、その終端位置がエミッタ層（４ｂ）のうち最もメインセル側に位置するものの終端位置よりも更にメインセル側に突出しており、その突出部におけるエミッタ電極（８ｂ）とボディ層（３）とのコンタクト面積（Ｓ３）が複数列の各エミッタ層（４ｂ）間におけるコンタクト面積（Ｓ４）よりも大きく構成されていることを特徴としている。
【００１８】
このような構成とすれば、電流検出セルでは、最もメインセル側のエミッタ層（４ｂ）よりも更にメインセル側に位置するコンタクト部の方が他のコンタクト部よりも電流密度が大きくなる。また、メインセルでは、最も電流検出セル側のエミッタ層（４ａ）よりも更に電流検出セル側に位置するコンタクト部の方が他のコンタクト部よりも電流密度が大きくなる。
【００１９】
したがって、各エミッタ層（４ａ、４ｂ）の下方を流れる電流密度が小さなものとなり、例え外部サージによる電流が内部抵抗に流れても、ドリフト層（２）、ボディ層（３）およびエミッタ層（４ａ、４ｂ）によって寄生トランジスタが構成されていても、この寄生トランジスタが作動しないようにすることが可能となる。したがって、メインセルのパワー素子（１０）が破壊されることを防止することが可能となる。
【００２０】
請求項３または４に記載の発明では、メインセルでは、コンタクトホール（７ａ）の突出部の突出量（Ｌ１）が、各エミッタ層（４ａ）の間の間隔（Ｌ２）よりも長く設定され、電流検出セルでは、コンタクトホール（７ｂ）の突出部の突出量（Ｌ３）が、各エミッタ層（４ｂ）の間の間隔（Ｌ４）よりも長く設定されていることを特徴としている。
【００２１】
このように、メインセルでは、コンタクトホール（７ａ）の突出部の突出量（Ｌ１）が、各エミッタ層（４ａ）の間の間隔（Ｌ２）よりも長く設定され、電流検出セルでは、コンタクトホール（７ｂ）の突出部の突出量（Ｌ３）が、各エミッタ層（４ｂ）の間の間隔（Ｌ４）よりも長く設定されるようにすれば、好適に請求項２に示した効果を得ることができる。
【００２２】
この場合、例えば、請求項５に示されるように、メインセルでは、コンタクトホール（７ａ）の突出部の突出量（Ｌ１）が、各エミッタ層（４ａ）の間の間隔（Ｌ２）の１．２〜６倍に設定され、電流検出セルでは、コンタクトホール（７ｂ）の突出部の突出量（Ｌ３）が、各エミッタ層（４ｂ）の間の間隔（Ｌ４）の１．２〜６倍に設定される。好ましくは、請求項６に示されるように、メインセルでは、コンタクトホール（７ａ）の突出部の突出量（Ｌ１）が、各エミッタ層（４ａ）の間の間隔（Ｌ２）の１．８〜３倍となるように、電流検出セルでは、コンタクトホール（７ｂ）の突出部の突出量（Ｌ３）が、各エミッタ層（４ｂ）の間の間隔（Ｌ４）の１．８〜３倍となるように設定されると良い。
【００２３】
以上請求項１ないし６のいずれか１つに記載の発明は、例えば、請求項７に示したように、半導体装置におけるメインセルのパワー素子および電流検出セルの素子のゲート電極（６）に印加される電圧を制御する駆動回路（２０）と、電流検出セルにおけるエミッタ−コレクタ間に流れる電流を検出する電流検出回路（２１）とを備え、半導体装置におけるメインセルのパワー素子により、点火コイル（２６）への通電を制御し、点火プラグ（２７）の放電を制御するように構成された点火装置に適用可能である。
【００２４】
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】
【００２５】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１に基づき説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態が適用された半導体装置Ｓのレイアウト構成を示す図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。以下、これらの図に基づいて半導体装置Ｓの構成について説明するが、この半導体装置Ｓの構成は、上記背景技術の欄で説明した従来の半導体装置とほぼ同様であるため、同一の構成については同様の符号を付して異なる部分についてのみ説明する。
【００２６】
図１（ａ）に示されるように、本実施形態の半導体装置Ｓでは、メインセルにおけるＩＧＢＴ１１と電流検出セルにおけるＩＧＢＴ１０に関して、Ｐ型ボディ層３は連続した構成となっているが、それぞれのＮ+型エミッタ層４ａとＮ+型エミッタ層４ｂとが離間した構成とされ、互いに電気的に分離された構成となっている。
【００２７】
また、メインセルにおけるＩＧＢＴ１１に関しては、エミッタ電極８ａをＮ+型エミッタ層４ａおよびＰ型ボディ層３に電気的に接続させるために層間絶縁膜７に形成されるコンタクトホール７ａの終端位置が、Ｎ+型エミッタ層４ａの終端位置よりも電流検出セル側まで突出した構成とされている。さらに、電流検出セルにおけるＩＧＢＴ１０に関しては、電流検出用エミッタ電極８ｂをＮ+型エミッタ層４ｂおよびＰ型ボディ層３に電気的に接続させるために層間絶縁膜７に形成されるコンタクトホール７ｂの終端位置が、Ｎ+型エミッタ層４ｂの終端位置よりもメインセル側まで突出した構成とされている。
【００２８】
具体的には、メインセルは、例えば複数列で構成され、各列が平行に並べられたストライプ状のレイアウト構成とされるが、そのうちの少なくとも一列に繋げられるように電流検出セルが形成される。そして、その列の長手方向と一致するように各Ｎ+型エミッタ層４ａ、４ｂやコンタクトホール７ａ、７ｂが延設される。したがって、電流検出セルのＩＧＢＴ１０におけるコンタクトホール７ｂは、その電流検出セルが形成される列のメインセル側、つまり隣接しているメインセル側に、Ｎ+型エミッタ層４ｂよりも突出した構成とされている。そして、そのメインセルのＩＧＢＴ１１におけるコンタクトホール７ａが、電流検出セル側に、Ｎ+型エミッタ層４ａよりも突出した構成とされている。
【００２９】
このような構成にした場合、半導体装置Ｓは、上記背景技術の欄において図６に示された回路と同じ等価回路構成となる。しかしながら、メインセルにおけるＮ+型エミッタ層４ａと電流検出セルにおけるＮ+型エミッタ層４ｂとが互いに離間された構成とされていることから、図１（ｂ）に示されるようにメインセルと電流検出セルとの間にはＮ+型エミッタ層が配置されていない構成となる。
【００３０】
したがって、以下の効果を得ることができる。すなわち、図示しないが、メインセルにおけるＩＧＢＴ１１のエミッタ電極８ａにＩＧＢＴ１１によりＯＮ／ＯＦＦ駆動される負荷が接続され、電流検出セルにおけるＩＧＢＴ１０のエミッタ電極８ｂに電流検出抵抗が接続されることになる。この場合、各エミッタ電極８ａ、８ｂの間、つまり内部抵抗１２の両端間に電位差が発生し、図１（ｂ）に示されるように内部抵抗１２に大なり小なりの電流が流れることになる。
【００３１】
しかしながら、上述したようにメインセルと電流検出セルとの間にはＮ+型エミッタ層が配置されていない構成となっていることから、メインセルと電流検出セルとの間に寄生ＮＰＮトランジスタが形成されず、外部サージによる電流が内部抵抗１２に流れても、メインセルのＩＧＢＴ１１におけるコレクタ−エミッタ間に寄生ＰＮＰトランジスタが動作することによる大きな電流が流れることはない。したがって、メインセルのＩＧＢＴ１１が破壊されることを防止することが可能となる。
【００３２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図２（ａ）に、本実施形態における半導体装置のレイアウト図を示し、図２（ｂ）に、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図２（ｃ）に図２（ａ）のＣ−Ｃ断面図を示す。以下、図２に基づいて本実施形態の半導体装置Ｓについて説明するが、半導体装置Ｓを構成する主な要素は第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明し、同様の部分に関しては図１と同様の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
図２（ａ）〜（ｃ）に示されるように、本実施形態では、半導体装置Ｓの各要素のレイアウト構成が第１実施形態と異なる。具体的には、Ｐ型ボディ層３の長手方向に対して垂直に各Ｎ+型エミッタ層４ａ、４ｂが複数個延設され、これらがストライプ状に配置された構成となっている。また、各Ｎ+型エミッタ層４ａ、４ｂの長手方向の垂直方向（Ｐ型ボディ層３の長手方向）に層間絶縁膜７のコンタクトホール７ａ、７ｂが延設され、Ｎ+型エミッタ層４ａ、４ｂおよびＰ型ボディ層３とオーバラップした構成となっている。
【００３４】
このため、メインセルのＩＧＢＴ１１のエミッタ電極８ａは、コンタクトホール７ａを通じてＮ+型エミッタ層４ａとＰ型ボディ層３と、また、電流検出セルのＩＧＢＴ１０の電流検出用エミッタ電極８ｂは、コンタクトホール７ｂを通じてＮ+型エミッタ層４ｂとＰ型ボディ層３と、交互に電気的に接続された構成となっている。
【００３５】
そして、コンタクトホール７ａの終端位置は、ＩＧＢＴ１１における最も電流検出セル側に位置するＮ+型エミッタ層４ａの終端位置よりも突出した状態とされている。その突出量Ｌ１は、ストライプ状に並べられた各Ｎ+型エミッタ層４ａの間隔Ｌ２よりも大きく設定されており、その突出部分におけるエミッタ電極８ａとＰ型ボディ層３とのコンタクト面積Ｓ１が、各Ｎ+型エミッタ層４ａ間におけるエミッタ電極８ａとＰ型ボディ層３とのコンタクト面積Ｓ２よりも大きくされている。
【００３６】
一方、コンタクトホール７ｂの終端位置は、ＩＧＢＴ１０における最もメインセル側に位置するＮ+型エミッタ層４ｂの終端位置よりも突出した状態とされている。その突出量Ｌ３は、ストライプ状に並べられた各Ｎ+型エミッタ層４ｂの間隔Ｌ４よりも大きく設定されており、その突出部分におけるエミッタ電極８ｂとＰ型ボディ層３とのコンタクト面積Ｓ３が、各Ｎ+型エミッタ層４ｂ間におけるエミッタ電極８ｂとＰ型ボディ層３とのコンタクト面積Ｓ４よりも大きくされている。例えば、コンタクト面積Ｓ１がコンタクト面積Ｓ３と同等程度、コンタクト面積Ｓ２がコンタクト面積Ｓ４と同等程度とされている。
【００３７】
より詳しくは、突出量Ｌ１は、間隔Ｌ２に対して１．２〜６倍程度（１．２〜６×Ｌ２＝Ｌ１）、好ましくは１．８〜３倍程度（１．８〜３×Ｌ２＝Ｌ１）に設定されている。また、突出量Ｌ３は、間隔Ｌ４に対して１．２〜６倍程度（１．２〜６×Ｌ４＝Ｌ３）、好ましくは１．８〜３倍程度（１．８〜３×Ｌ４＝Ｌ３）に設定されている。
【００３８】
このような構成の半導体装置Ｓによると、以下の効果を得ることができる。すなわち、図示しないが、メインセルにおけるＩＧＢＴ１１のエミッタ電極８ａにＩＧＢＴ１１によりＯＮ／ＯＦＦ駆動される負荷が接続され、電流検出セルにおけるＩＧＢＴ１０のエミッタ電極８ｂに電流検出抵抗が接続されることになる。この場合、各エミッタ電極８ａ、８ｂの間、つまり内部抵抗１２の両端間に電位差が発生し、図２（ｃ）に示されるように内部抵抗１２に大なり小なりの電流が流れることになる。
【００３９】
しかしながら、本実施形態の半導体装置Ｓでは、上述したように各エミッタ電極８ａ、８ｂとＰ型ボディ層３とのコンタクト部の幅、すなわち突出量Ｌ１、Ｌ３が各Ｎ+型エミッタ層４ａ、４ｂの間隔Ｌ２、Ｌ４よりも長く設定されている。このため、主に、各エミッタ電極８ａ、８ｂ間に流れる電流は、電流検出セルにおけるＩＧＢＴ１０のＮ+型エミッタ層４ｂよりもメインセル側に位置する部分、および、メインセルにおけるＩＧＢＴ１１のＮ+型エミッタ層４ａよりも電流検出セル側に位置する部分を通ることになる。そして、エミッタ電極８ｂから各Ｎ+型エミッタ層４ｂの間を通じて流れる電流、もしくは、各Ｎ+型エミッタ層４ａの間を通じてエミッタ電極８ａに流れる電流は非常に少なくなる。
【００４０】
換言すれば、Ｎ+型エミッタ層４ｂのうち最もメインセル側に位置するものをメインセル近傍エミッタ層と呼ぶと、エミッタ電極８ｂとＰ型ボディ層３とのコンタクト部のうち、メインセル近傍エミッタ層よりも更にメインセル側の部分を通じる電流の密度がそれよりもメインセルから離れる側の部分を通じる電流の密度と比べて大きくなる。また、Ｎ+型エミッタ層ａのうち最も電流検出セル側に位置するものを電流検出セル近傍エミッタ層と呼ぶと、エミッタ電極８ａとＰ型ボディ層３とのコンタクト部のうち、電流検出セル近傍エミッタ層よりも更に電流検出セル側の部分を通じる電流の密度がそれよりも電流検出セルから離れる側の部分を通じる電流の密度と比べて大きくなる。
【００４１】
したがって、各Ｎ+型エミッタ層４ａ、４ｂの下方を流れる電流密度が小さなものとなり、例え外部サージによる電流が内部抵抗１２に流れても、Ｎ型ドリフト層２、Ｐ型ボディ層３およびＮ+型エミッタ層４ａ、４ｂによって寄生トランジスタが構成されていても、この寄生トランジスタが作動しないようにすることが可能となる。したがって、メインセルのＩＧＢＴ１１が破壊されることを防止することが可能となる。
【００４２】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１、第２実施形態に示した半導体装置を制御素子とを組み合わせてアクチュエータを駆動する回路構成について説明する。図３は、本実施形態における回路構成を示したものである。以下、図３に基づいて本実施形態の回路構成について説明するが、半導体装置Ｓに関しては第１、第２実施形態と同様であるため、図１、図２と同様の符号を付して説明を省略する。
【００４３】
図３に示すように、本実施形態の回路構成には、第１実施形態で示した半導体装置Ｓに加えて、図示しないＥＣＵなどから出力される制御信号を受け取る駆動回路２０および電流検出回路２１を備えた制御ＩＣ２２が備えられた構成となっている。そして、これら制御ＩＣ２２と半導体装置Ｓとがボンディングワイヤ２２ａ、２２ｂで電気的に接続されている。
【００４４】
制御ＩＣ２２では、電源に接続される端子が備えられていると共に、駆動回路２０が半導体装置Ｓにおけるメインセルおよび電流検出セルのＩＧＢＴ１０、１１のゲート端子に接続され、電流検出回路２１が電流検出セルにおけるＩＧＢＴ１０のエミッタに接続された構成となっている。そして、半導体装置Ｓでは、メインセルおよび電流検出セルのコレクタに接続される端子に制御ＩＣ２２によって駆動されるアクチュエータ３０が接続された構成となっている。
【００４５】
駆動回路２０では、電源からの電圧印加に基づき、ＩＧＢＴ１１をＯＮ／ＯＦＦ制御するための制御信号、すなわちハイレベルとローレベルの電圧が出力されるようになっている。
【００４６】
電流検出回路２１は、例えば、ＩＧＢＴ１０に直列接続される抵抗と、その抵抗の両端の電位を反転入力端子および非反転入力端子の入力電位とするオペアンプとから構成されている。そして、オペアンプの出力が駆動回路２０に入力されるように構成されている。
【００４７】
このような構成によれば、駆動回路２０からの制御信号に基づいてＩＧＢＴ１１をＯＮさせると、アクチュエータ３０に電流が流される。これにより、アクチュエータ３０が駆動されるようになっている。
【００４８】
このとき、ＩＧＢＴ１１のエミッタ−コレクタ間に流れる電流に比例した電流が電流検出セルのＩＧＢＴ１０のエミッタ−コレクタ間に流れ、電流検出回路２１に流される。そして、電流検出回路２１により、その電流量が検出される。例えば、電流検出回路２１が上述のように抵抗とオペアンプで構成される場合、抵抗の両端電位が電流検出セルのＩＧＢＴ１０に流れる電流に応じて変化することから、それらの電位差がオペアンプを介して駆動回路２０にフィードバックされる。これにより、駆動回路２０によるメインセルのＩＧＢＴ１１のＯＮ／ＯＦＦがフィードバック制御されるようになっている。
【００４９】
以上のように、第１実施形態で示した半導体装置を本実施形態の回路構成に用いることが可能である。そして、このような回路構成においては、第１、第２実施形態で示したように、外部ノイズが印加されても、半導体装置における寄生トランジスタが形成されない、もしくは寄生トランジスタがＯＮしないようにすることができることから、半導体装置Ｓが破壊されることを防止することができる。そして、半導体装置Ｓの破壊を防止できることから、制御ＩＣ２２側に大電流が流れることを防止でき、制御ＩＣ２２が破壊されることも防止することができる。
【００５０】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１、第２実施形態に示した半導体装置を制御素子と組み合わせて回路構成の具体例として、上記各実施形態の半導体装置Ｓを車両用の点火装置ＩＧに適用した場合について説明する。図４は、本実施形態における点火装置ＩＧの回路構成を示したものである。以下、図４に基づいて本実施形態の点火装置ＩＧについて説明するが、半導体装置Ｓに関しては第１実施形態と同様であるため、図１と同様の符号を付して説明を省略する。
【００５１】
図４に示すように、点火装置ＩＧには、図示しないエンジンＥＣＵなどから出力される点火信号を受け取る駆動回路２０および電流検出回路２１を備えた制御ＩＣ２２と、第１実施形態で示した半導体装置Ｓとが備えられた構成となっている。この点火装置ＩＧには、電源となるバッテリ２５が接続されていると共に、半導体装置Ｓにおけるメインセルおよび電流検出セルのＩＧＢＴ１０、１１のコレクタに繋がる端子に点火コイル２６の一次巻線２６ａが接続された構成となっている。
【００５２】
駆動回路２０では、バッテリ２５からの電圧印加に基づき、ＩＧＢＴ１１をＯＮ／ＯＦＦ制御するための制御信号、すなわちハイレベルとローレベルの電圧が出力されるようになっている。
【００５３】
電流検出回路２１は、例えば、ＩＧＢＴ１０に直列接続される抵抗と、その抵抗の両端の電位を反転入力端子および非反転入力端子の入力電位とするオペアンプとから構成されている。そして、オペアンプの出力が駆動回路２０に入力されるように構成されている。
【００５４】
このような構成によれば、駆動回路２０からの制御信号に基づいてＩＧＢＴ１１をＯＮからＯＦＦに変化させると、点火コイル２６の一次巻線２６ａに電流が遮断される。これにより、二次巻線２６ｂ側に高電圧が発生し、その高電圧により点火プラグ２７に放電が生じるようになっている。
【００５５】
このとき、ＩＧＢＴ１１のエミッタ−コレクタ間に流れる電流に比例した電流が電流検出セルのＩＧＢＴ１０のエミッタ−コレクタ間に流れ、電流検出回路２１に流される。そして、電流検出回路２１により、その電流量が検出される。例えば、電流検出回路２１が上述のように抵抗とオペアンプで構成される場合、抵抗の両端電位が電流検出セルのＩＧＢＴ１０に流れる電流に応じて変化することから、それらの電位差がオペアンプを介して駆動回路２０にフィードバックされる。これにより、駆動回路２０によるメインセルのＩＧＢＴ１１のＯＮ／ＯＦＦがフィードバック制御されるようになっている。
【００５６】
以上のように、第１実施形態で示した半導体装置を本実施形態のように点火装置ＩＧに用いる場合、点火コイル２６の一次巻線２６ａによるインダクタンスにより、ＩＧＢＴ１１を遮断しようとしても電流検出セルのＩＧＢＴ１０と偏りなく遮断するのが難しい。しかしながら、上述したように、半導体装置Ｓに備えられるＰ型ボディ層３は、メインセルと電流検出セルとで連続した構成とされていることから、これらにおける正孔電流の偏りが小さくなる。このため、各ＩＧＢＴ１０、１１を偏りなく遮断することが可能となる。
【００５７】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、第１導電型としてＮ型、第２導電型としてＰ型の半導体装置を例に挙げて説明したが、これら各導電型が反対となる半導体装置であっても本発明を適用することが可能である。また、上記実施形態では、ＩＧＢＴを例に挙げて説明したが、他の半導体装置、例えば図１における半導体基板としてのＰ+型基板１の導電型をＮ型にしたパワーＭＯＳＦＥＴに対しても本発明を適用することが可能である。
【００５８】
また、上記各実施形態では、メインセルのパワー素子と電流検出セルの素子とが全く同じ断面構成のＩＧＢＴ１０、１１で構成されるようにしている。しかしながら、本発明でいう同じ構成とは、同じ素子構造という意味であり、例えば、各セルが構成する素子のチャネル長やチャネル幅が異なるような場合であっても素子構造としては同じであるため、必ずしも全く同じ断面構造である必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施形態における半導体装置を示す図であり、（ａ）はレイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態における半導体装置を示す図であり、（ａ）はレイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、（ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態であって、第１、第２実施形態に示した半導体装置を制御素子と組み合わせた場合の回路構成を示した図である。
【図４】本発明の第４実施形態であって、第１、第２実施形態に示した半導体装置を車両用の点火装置に適用した場合の回路構成を示した図である。
【図５】従来の半導体装置を示す図であり、（ａ）はレイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図であり、（ｃ）はＥ−Ｅ断面図である。
【図６】図５に示す半導体装置の回路構成を示した図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…Ｐ+型基板、２…Ｎ型ドリフト層、３…Ｐ型ボディ層、４ａ、４ｂ…Ｎ＋型エミッタ層、６…ゲート電極、７…層間絶縁膜、７ａ、７ｂ…コンタクトホール、８ａ、８ｂ…エミッタ電極、１０、１１…ＩＧＢＴ、１２…内部抵抗。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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