[發明專利]半導體裝置

在審

• 申請號: 201710722930.1
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN107958929A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 石井憲一
• 申請（專利權）人: 富士電機株式會社
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/866;H01L27/02
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司11286
• 代理人: 孫昌浩,李盛泉

技術領域

本發明涉及半導體裝置。

背景技術

作為汽車等中使用的將導入到發動機的燃料室內的混合氣點燃而使其燃燒的內燃機用點火裝置的構成部，有根據發動機控制單元(ECU：Engine Control Unit)的信號來控制供給到點火線圈的初級側線圈的低壓電流的半導體裝置(點火器)。在該點火器中，從柵極控制的容易性考慮，目前主要使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：絕緣柵型雙極晶體管)。

圖12是表示通常的內燃機點火裝置的電路構成的電路圖。圖13是表示通常的點火器的電路構成的電路圖。圖12所示的內燃機點火裝置100具備點火器101、點火線圈102和火花塞103。點火器101具備作為使流到點火線圈的初級側線圈的低壓電流通斷的開關的IGBT 111，和控制該IGBT 111的控制電路·保護電路112。IGBT 111是根據來自ECU 104的電信號使從電池(14V)流到點火線圈102的初級側線圈的低壓電流通斷的開關。

IGBT 111的集電極端子C(點火器101的高電位側端子)與點火線圈102的初級側線圈連接。IGBT 111的發射極端子E(點火器101的低電位側端子)接地(ground)。IGBT 111的柵極端子G與ECU 104的柵極驅動電路連接。點火線圈102通過相互感應作用使供給到初級側線圈的低壓電流升壓，而使次級側線圈產生與匝數比對應的高壓電流。在點火線圈102的次級側線圈連接有火花塞103。

在該內燃機點火裝置100中，通過根據來自ECU 104的導通信號使IGBT111導通，從而低壓電流從電池流到點火線圈102的初級側線圈。另一方面，通過根據來自ECU 104的關斷信號使IGBT 111關斷而使集電極端子C的電位上升，從而切斷流到點火線圈102的初級側線圈的電流，該初級線圈的電壓上升。由此，在點火線圈102的次級側線圈產生高壓電流，火花塞103的間隙放電，發動機被點燃。

作為點火器101的控制電路·保護電路112，已知電流限制電路(未圖示)、過電流保護電路112a、過熱檢測電路和軟關斷電路112b、波形整形電路112c、計時器(未圖示)、異常檢測電路(未圖示)等(圖13)。電流限制電路控制IGBT 111的柵極電壓，以使流到點火線圈102的初級側線圈的低壓電流成為預定的電流值。過電流保護電路112a在IGBT 111中流通過電流的異常時，無論來自ECU 104的控制信號如何，均瞬間切斷流到IGBT 111的電流。

軟關斷電路將在點火線圈102的次級側線圈產生的高壓電流的上升抑制到在發動機的燃料室內不發生由火花塞103的間隙引起的放電的程度。波形整形電路112c限制施加到IGBT 111的集電極-柵極間的電壓。過熱檢測電路測定半導體芯片的溫度，檢測過熱等異常。計時器測定IGBT 111的導通時間。異常檢測電路測定流到IGBT 111的電流值、和/或施加到IGBT 111的集電極-發射極間的電壓值，檢測異常狀態。

對點火器101的主要部分的截面結構進行說明。圖14是表示目前的點火器的主要部分的結構的截面圖。在圖14中示出垂直型的IGBT 111、構成控制電路·保護電路112的橫向型的MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：絕緣柵型場效應晶體管)112d。如圖14所示，半導體基板(半導體芯片)120是在成為IGBT 111的p⁺型集電區的p⁺型起始基板121上依次層疊成為n⁺型緩沖區122和n^-型漂移區123的各半導體層而成的。

在半導體基板120的正面的表面層選擇性地設置有p型基區124。在p型基區124的內部選擇性地設置有n⁺型發射區125。設有貫通p型基區124而到達n^-型漂移區123的p⁺型區126。p⁺型區126作為p⁺型接觸區發揮功能。在p型基區124的被n^-型漂移區123與n⁺型發射區125所夾的部分的表面上，隔著柵極絕緣膜設置有柵電極127。由p型基區124、n⁺型發射區125、p⁺型區126和柵電極127構成IGBT 111的MOS柵。