(57)【要約】【課題】過電流による機能損傷があっても全体として機能を保持し得る半導体装置を提供する。【解決手段】  各々電源から制御電圧が供給される複数の半導体素子２と、各半導体素子２を他の半導体素子２から互いに電気的に独立させるガードリング３とが、一の半導体チップ上に形成されている。各半導体素子２は、それぞれ電源に接続可能な電気導体を有し、各電気導体は所定値以上の電流が流れたとき溶断するように構成される。【選択図】  図１
2013254828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々電源から制御電圧が供給される複数の半導体素子と、各半導体素子を他の半導体素子から互いに電気的に独立させるガードリングとが、一の半導体チップ上に形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記半導体素子は、それぞれ前記電源に接続可能な電気導体を有し、各電気導体は所定値以上の電流が流れたとき溶断するように構成されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の一種として、例えば、インバータ装置への電力供給と供給停止とを切り替える半導体スイッチが知られている。この半導体スイッチとしては、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴと略記する）が挙げられる。
【０００３】
ＩＧＢＴは、エミッタとゲートとの間に電圧を印加すると、コレクタからエミッタに向かって電流が流れるオン状態となり、電圧の印加を止めると、電流が流れないオフ状態となる。
【０００４】
このようなＩＧＢＴを用いた半導体スイッチでは、過電流が流れると、コレクタとエミッタが短絡する結果、スイッチとして機能できなくなるという問題がある。そこで、特許文献１に示されるように、過電流を検知すると即座に電流を遮断する過電流検出回路を備えることにより、過電流による機能損傷を防ぐことができる半導体スイッチが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１０３７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の過電流検出回路を備える半導体スイッチでは、過電流を高速で検知するのは困難であり、過電流による短絡を完全には防ぐことができないので、過電流による機能損傷を完全に防止できないという不都合がある。
【０００７】
本発明は、過電流による機能損傷があっても全体として機能を保持し得る半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体装置は、各々電源から制御電圧が供給される複数の半導体素子と、各半導体素子を他の半導体素子から互いに電気的に独立させるガードリングとが、一の半導体チップ上に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体装置によれば、各々電源から制御電圧が供給される複数の半導体素子は、ガードリングによりそれぞれ電気的に独立して形成されているので、過電流により一の半導体素子の機能が損傷しても、それ以外の半導体素子が電源から供給される制御電圧によって動作することにより、半導体装置は全体として機能を保持することができる。
【００１０】
本発明の実施形態では、半導体装置は、複数のＩＧＢＴで構成される一の半導体チップの全領域を分割した構造を有し、個々の分割領域でＩＧＢＴが独立して動作可能に構成されている。具体的には、ガードリングによりチップ全体を分割し、個々の分割領域が独立して電源から通電可能に構成される。また、各分割領域にはＩＧＢＴのゲートを設け、分割領域毎の制御（オンオフ）を可能にしている。このため、一つの分割領域が故障したとしても、残りの領域が健全であれば、ＩＧＢＴ全体の機能が損なわれることはない。
【００１１】
本発明において「互いに電気的に独立である」とは、隣接するＩＧＢＴのような半導体素子が故障（短絡）したとしても別の半導体素子が問題なく動作することを意味している。そのための構成として、隣接する半導体素子の間にガードリングを形成することは、健全な半導体素子から拡大する電界（空乏層）が、故障した半導体素子の側に達しないような構造にすることである。
【００１２】
また、本発明においては、個々の分割領域に電流を供給する導体は、所定の値以上の電流が通電されたときに溶断し、その分割領域への電流を自動的に遮断するように構成されることが好ましい。より具体的には、複数の半導体素子がＩＧＢＴのような半導体スイッチである場合、各半導体スイッチは、それぞれ電源に接続可能な電気導体（ワイヤ）を有し、各電気導体は所定値以上の電流が流れたとき溶断することが好ましい。
【００１３】
これによれば、特別な切替装置を用いることなく、異常な分割領域のみを切り離すことができる。詳細には、各電気導体は所定値以上の電流が流れたときに溶断するので、過電流によって一の半導体素子の機能が損傷した場合であっても、特別な装置を必要とすることなく、溶断された電気導体に接続され且つ機能が損傷した半導体素子への電力供給を容易に停止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の半導体装置を示す平面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の半導体装置１は、例えばハイブリッドカーのインバータ装置への電力供給と供給停止とを切り替えるものであり、従来技術のＩＧＢＴを用いた半導体スイッチと同程度の大きさを有する。
【００１６】
半導体装置１は、５行×５列に配列されるとともに互いに並列に接続され、ＩＧＢＴからなる半導体スイッチとして機能する複数の半導体素子２と、一の半導体素子２を他の半導体素子２から互いに電気的に独立させる仕切としてのガードリング３とを備える。各ガードリング３は、一の半導体チップ上に各半導体素子２の実動作領域を取り囲むように形成される。
【００１７】
各半導体素子２は、図２に示すように、ｐ＋型半導体層１１、ｎ−型半導体層１２、ｐ型半導体層１３、ｎ＋型半導体層１４が、下から順に積層されている。ｐ型半導体層１３にはエミッタ１５が接続され、ｎ−型半導体層１２、ｐ型半導体層１３及びｎ＋型半導体層１４に絶縁膜１６を介してゲート１７が接続され、ｐ＋型半導体層１１にコレクタ１８が接続されている。そして、一のｎ−型半導体層１２には、ｐ型半導体からなるガードリング３が埋設されている。
【００１８】
エミッタ１５及びゲート１７は、図示しない電気導体（ワイヤ）を介して電源に接続されている。そして、エミッタ１５とゲート１７間に電圧を印加するための電気導体は、各半導体素子２が半導体スイッチとして機能することができる電流値Ｉ１よりも大きい電流値Ｉ２の電流が流れたとき、溶断可能に構成されている。
【００１９】
コレクタ１８は、インバータ装置に接続されている。コレクタ１８としては、他の半導体素子２を構成するコレクタ１８を共通で用いてもよく、別々であってもよい。
【００２０】
本実施形態の半導体装置において、電源をオフにしたとき逆バイアスがかかるため、電界（空乏層）は、ＩＧＢＴのｐ型半導体層１３とｎ−型半導体層１２とが接する面からｐ＋型半導体層に向かつて（縦方向に）拡大するが、縦方向だけでなく横方向にも拡大する。その横方向に拡大する電界の拡大速度は、ガードリング３によって遅くなる。このため、健全なＩＧＢＴと故障したＩＧＢＴとが隣接しているとき、健全なＩＧＢＴから拡大する電界が、故障したＩＧＢＴに達し難くなるため、それらのＩＧＢＴは、互いに電気的に独立している。
【００２１】
次に、図１及び図２を参照して半導体装置１の作動を説明する。各半導体素子２においてエミッタ１５とゲート１７との間に制御電圧を印加すると、コレクタ１８からエミッタ１５に向かって電流が流れる。各半導体素子２からの電流の合計が所定値Ｉｓｕｍ以上である場合には、半導体装置１はオンになり、インバータに電力を供給する。
【００２２】
また、各半導体素子２のエミッタ１５とゲート１７との間に制御電圧の印加を停止すると、電流の流れが停止する。各半導体素子２からの電流の合計が所定値Ｉｓｕｍ未満である場合には、半導体装置１はオフになりインバータへの電力供給を停止する。
【００２３】
ところで、何らかの原因で一の半導体素子２に過電流が流れて、コレクタ１８とエミッタ１５とが短絡することがある。この場合、半導体装置１の電源をオフにしても、すなわち、各半導体素子２のエミッタ１５とゲート１７との間における電圧印加を停止しても、コレクタ１８とエミッタ１５とが短絡した一の半導体素子２においては、コレクタ１８からエミッタ１５に向かって電流が流れてしまい、当該半導体素子２がスイッチとして機能できなくなる。
【００２４】
本実施形態の半導体装置１では、各半導体素子２は、ガードリング３により電気的に独立して形成されているので、過電流によって一の半導体素子２の機能が損傷しても、それ以外の半導体素子２が機能し、各半導体素子２からの電流の合計が所定値Ｉｓｕｍ以上である場合には、半導体装置１は装置全体として機能を保持することができ、インバータ等への電力供給と供給停止とを切り替えることができる。
【００２５】
また、本実施形態の半導体装置１では、エミッタ１５及びゲート１７と電源とを接続する電気導体は、半導体素子２が作動可能な電流値Ｉ１よりも大きな電流値Ｉ２の電流が流れたとき溶断するように構成されているので、過電流によって一の半導体素子２の機能が損傷した場合であっても、特別な装置を必要とすることなく、溶断された該電気導体に接続され且つ機能が損傷した該半導体素子２への電力供給を容易に停止することができる。
【００２６】
また、本実施形態の半導体装置１は、従来技術のＩＧＢＴを用いた半導体スイッチと同程度の大きさを有しているので、該半導体スイッチが搭載されているインバータ装置等にも搭載可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１…半導体装置、２…半導体素子（ＩＧＢＴ）、３…ガードリング、１１…ｐ＋型半導体層、１２…ｎ−型半導体層、１３…ｐ型半導体層、１４…ｎ＋型半導体層、１５…エミッタ、１７…ゲート、１８…コレクタ。
【図１】
2013254828.tif 000003
【図２】
2013254828.tif 000004