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JPH0787247B2 - Semiconductor device - Google Patents
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JPH0787247B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPH0787247B2
JPH0787247B2 JP63130886A JP13088688A JPH0787247B2 JP H0787247 B2 JPH0787247 B2 JP H0787247B2 JP 63130886 A JP63130886 A JP 63130886A JP 13088688 A JP13088688 A JP 13088688A JP H0787247 B2 JPH0787247 B2 JP H0787247B2
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JP
Japan
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channel
region
insulated gate
bipolar transistor
igbtq
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JP63130886A
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マジュームダール・ゴーラブ
隆裕 平元
匡則 福永
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はインバータ等の装置に応用されるパワーICな
どの半導体装置に関するものであり、特にそのモノリシ
ック化技術に関するものである。
The present invention relates to a semiconductor device such as a power IC applied to a device such as an inverter, and more particularly to a monolithic technology for the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第3図は従来の3相ブリッジ構成のパワーデバイスの回
路図である。Nチャネルの絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ(以下IGBTと略す)Q1〜Q6が3相ブリッジ構成
に配置されている。電源VSの正電位側がNチャネルIGBT
Q1,Q3およびQ5のコレクタCに、負電位側がNチャネル
IGBTQ2,Q4およびQ6のエミッタEにそれぞれ共通に接続
される。NチャネルIGBTQ1,Q2の接続点から出力U、N
チャネルIGBTQ3,Q4の接続点から出力VおよびNチャネ
ルIGBTQ5,Q6の接続点から出力Wが3相出力として出力
される。また還流ダイオードD1〜D6が対応するNチャネ
ルIGBTQ1〜Q6のそれぞれに逆並列に接続される。
FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional power device having a three-phase bridge structure. N-channel insulated gate bipolar transistors (hereinafter abbreviated as IGBT) Q 1 to Q 6 are arranged in a three-phase bridge configuration. N-side IGBT on the positive potential side of the power supply VS
N channel on the negative potential side in the collector C of Q 1 , Q 3 and Q 5.
It is commonly connected to the emitters E of the IGBTs Q 2 , Q 4 and Q 6 . Output U, N from the connection point of N-channel IGBT Q 1 , Q 2
An output V is output as a three-phase output from the connection point of the channel IGBTQ 3 and Q 4 and an output W from the connection point of the N channel IGBTQ 5 and Q 6 . In addition, the free wheeling diodes D 1 to D 6 are connected in antiparallel to the corresponding N-channel IGBTQ 1 to Q 6 , respectively.

第4図は第3図に示す3相ブリッジ構成の1相分の構成
を示した回路図である。ドライブ回路DR1,DR2の出力が
対応するNチャネルIGBTQ1,Q2のそれぞれのゲートに接
続される。保護回路P1,P2が対応するNチャネルIGBT
Q1,Q2のそれぞれのコレクタの電圧を検出し、Nチャネ
ルIGBTQ1,Q2に過電流が流れた場合などは対応するドラ
イブ回路DR1,DR2の出力を制限する。他の2相について
も同様の構成である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a structure for one phase of the three-phase bridge structure shown in FIG. The outputs of the drive circuits DR 1 and DR 2 are connected to the gates of the corresponding N channel IGBTQ 1 and Q 2 , respectively. N-channel IGBT corresponding to protection circuits P 1 and P 2
The collector voltage of each of Q 1 and Q 2 is detected, and the output of the corresponding drive circuits DR 1 and DR 2 is limited when an overcurrent flows in the N-channel IGBT Q 1 and Q 2 . The same structure is applied to the other two phases.

このような大電力用のNチャネルIGBTは、垂直構造によ
り半導体基板上に製造される。第4図に示す1相分のN
チャネルIGBTQ1,Q2において、Q1の端子CとQ2の端子
U、Q1の端子UとQ2の端子Eが構造上に対応する点とな
る。NチャネルIGBTQ1,Q2を同じ垂直構造によって製造
すると、端子Uを共通化するためには別々のディスクリ
ートなNチャネルIGBT素子を2個用い、その間に結線を
施す構造となる。また還流ダイオードD1,D2も同様にデ
ィスクリートな素子を用いることになる。
Such a high power N-channel IGBT is manufactured on a semiconductor substrate by a vertical structure. N for one phase shown in FIG.
In channel IGBTQ 1, Q 2, terminal C, Q 2 terminal U of Q 1, terminals U, Q 2 terminal E for Q 1 is a point corresponding to the structure. When the N-channel IGBTs Q 1 and Q 2 are manufactured with the same vertical structure, two discrete N-channel IGBT elements are used to share the terminal U, and a connection is provided between them. In addition, the freewheeling diodes D 1 and D 2 also use discrete elements.

また、NチャネルIGBTQ1のエミッタは出力Uに接続され
ており、急激に電位が変化する。この電位の変化による
誤動作を防ぐためドライブ回路DR1,DR2および保護回路
P1,P2などの外部回路の電源もNチャネルIGBTQ1,Q2
それぞれに対応した別のものとなり、そのため各グルー
プごとに分離した構成となる。
Further, the emitter of the N-channel IGBTQ 1 is connected to the output U, and the potential changes abruptly. To prevent malfunction due to this potential change, drive circuits DR 1 and DR 2 and protection circuit
The power supply for external circuits such as P 1 and P 2 is also different for each of the N-channel IGBTs Q 1 and Q 2 , and therefore the configuration is separate for each group.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

従来の半導体装置は以上のように構成されているので1
相分のNチャネルIGBTQ1,Q2および還流ダイオードD1
D2をディスクリートな素子により構成しなければなら
ず、また各IGBTごとに外部回路の電源を別々にしなけれ
ばならなかった。そのため、各素子間の結線など組立が
複雑となり製造時間およびコストが増大する、また装置
全体が大きく重くなるなどという問題点があった。
Since the conventional semiconductor device is configured as described above,
N-channel IGBTs Q 1 and Q 2 for phase and freewheeling diode D 1 ,
D 2 had to be composed of discrete elements, and each IGBT had to have a separate external circuit power supply. Therefore, there are problems that assembly such as connection between each element becomes complicated, manufacturing time and cost increase, and the entire apparatus becomes large and heavy.

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、1相分のIGBTおよび還流ダイオードを同一基
板上に形成し、組立が簡単で製造時間およびコストを軽
減し、また装置全体が小型で軽量な半導体装置を得るこ
とを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and an IGBT for one phase and a free wheeling diode are formed on the same substrate to facilitate assembly, reduce manufacturing time and cost, and reduce the entire device. Aims to obtain a small and lightweight semiconductor device.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

一主面と他主面とを有するとともに第1導電型の第1の
半導体層とこの第1導電型とは逆の導電型である第2導
電型の第2の半導体層それぞれが前記両主面に露出面を
有して配設された半導体基板と、この半導体基板の一主
面上に配設され、第1及び第2の半導体層の両方に接触
した電極と、半導体基板の第1、第2の半導体層の他主
面上に配設され、この第1の半導体層をコレクタとして
形成された、第1の導電型のチャネル領域を有する第1
の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、半導体基板
の第1、第2の半導体層の他主面上に配設され、この第
2の半導体層をコレクタとして形成された、第2の導電
型のチャネル領域を有する第2の絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタと、半導体基板上に形成された第1およ
び第2の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを駆動す
る駆動回路と、半導体基板上に形成され、第1の絶縁ゲ
ート型バイポーラトランジスタ、第2の絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタおよび駆動回路それぞれの間を電
気的に分離する高耐圧分離層と、第1の絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタが配設された第2の半導体層の他
主面上に配設され、この第2の半導体層を介して短絡す
る電極を一方電極とするとともにこの第1の絶縁ゲート
型バイポーラトランジスタのコレクタ、エミッタ間に逆
並列に接続された第1の還流ダイオードと、第2の絶縁
ゲート型バイポーラトランジスタが配設された第1の半
導体層の他主面上に配設され、この第1の半導体層を介
して短絡する電極を一方電極とするとともにこの前記第
2の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのコレクタ,
エミッタ間に逆並列に接続された第2の還流ダイオード
とを備えたものである。
The first semiconductor layer of the first conductivity type and the second semiconductor layer of the second conductivity type, which has a conductivity type opposite to the first conductivity type, and has one main surface and the other main surface, are both the main surfaces. A semiconductor substrate provided with an exposed surface, an electrode provided on one main surface of the semiconductor substrate and in contact with both the first and second semiconductor layers, and a first semiconductor substrate. A first conductive type channel region formed on the other main surface of the second semiconductor layer and using the first semiconductor layer as a collector.
Of the insulated gate bipolar transistor and the second conductivity type channel region disposed on the other main surface of the first and second semiconductor layers of the semiconductor substrate and formed with the second semiconductor layer as a collector. A second insulated gate bipolar transistor having: a drive circuit for driving the first and second insulated gate bipolar transistors formed on the semiconductor substrate; and a first insulated gate bipolar transistor formed on the semiconductor substrate. A high breakdown voltage isolation layer that electrically isolates the bipolar transistor, the second insulated gate bipolar transistor, and the drive circuit from each other, and another main layer of the second semiconductor layer in which the first insulated gate bipolar transistor is disposed. The electrode disposed on the surface and short-circuited via the second semiconductor layer is used as one electrode, and the first insulated gate bipolar transistor is provided. The first free wheeling diode connected in anti-parallel between the collector and the emitter of the transistor and the second insulated gate bipolar transistor are arranged on the other main surface of the first semiconductor layer. The electrode short-circuited via the first semiconductor layer is used as one electrode, and the collector of the second insulated gate bipolar transistor,
A second freewheeling diode connected in antiparallel between the emitters.

〔作用〕[Action]

この発明における半導体装置は、第1および第2の絶縁
ゲート型バイポーラトランジスタがそれぞれ第1及び第
2の導電型を有し、半導体基板も第1および第2の半導
体層を有しているので、半導体基板の第1および第2の
半導体層を能動領域とすることにより、第1および第2
の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、さらに第1お
よび第2の還流ダイオードを同一半導体基板上に形成す
ることができる。
In the semiconductor device according to the present invention, since the first and second insulated gate bipolar transistors have the first and second conductivity types, respectively, and the semiconductor substrate also has the first and second semiconductor layers, By using the first and second semiconductor layers of the semiconductor substrate as active regions, the first and second semiconductor layers are formed.
Insulated gate bipolar transistor, and the first and second free wheeling diodes can be formed on the same semiconductor substrate.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図はこの発明の一実施例による集積回路化された3相イ
ンバータの1相分の回路図である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First
FIG. 1 is a circuit diagram of one phase of a three-phase inverter integrated into a circuit according to an embodiment of the present invention.

まず、構成について説明する。制御回路CLは入力端子S
および出力端子ST,SBを有する。また電源電圧VCCに接続
された低電圧監視回路UV、IGBTQ7のエミッタおよびIGBT
Q2のコレクタにそれぞれ接続された過電流検出回路O
C1,OC2およびIGBTQ7,Q2にそれぞれ隣接配置された過
熱検出回路OT1,OT2などからの入力信号に応答し、それ
らに対応した異常信号を出力する異常信号出力出力端子
Fを有する。また電源電圧VCC接続端子および接地端子
を有する。
First, the configuration will be described. The control circuit CL has an input terminal S
And has output terminals ST and SB. In addition, the low voltage monitoring circuit UV connected to the power supply voltage V CC , the emitter of the IGBTQ 7 and the IGBT
Overcurrent detection circuit O connected to the collector of Q 2 respectively
An abnormal signal output output terminal F that outputs an abnormal signal corresponding to the input signals from the overheat detection circuits OT 1 and OT 2 etc. arranged adjacent to C 1 and OC 2 and IGBT Q 7 and Q 2 , respectively, is provided. Have. It also has a power supply voltage V CC connection terminal and a ground terminal.

出力端子STは抵抗R1を介してトランジスタT1のベースに
接続され出力端子SBは抵抗R6を介してトランジスタT4
T5のベースに共通に接続される。トランジスタT1のコレ
クタは抵抗R3を介してトランジスタT2,T3のベースに共
通に接続される。トランジスタT2のベースとコレクタは
抵抗R2を介して接続される。トランジスタT2のコレクタ
はPチャネルIGBTQ7のエミッタE1に接続される。共通に
接続されたトランジスタT2,T3のエミッタは抵抗R7を介
してPチャネルIGBTQ7のゲートG1に接続される。トラン
ジスタT1のエミッタは、トランジスタT3,T5のコレクタ
に共通に接続される。トランジスタT4のベースとコレク
タは抵抗R4を介して接続される。トランジスタT4のコレ
クタは電源VCCに接続される。トランジスタT4,T5のエ
ミッタは共通に抵抗R5を介してNチャネルIGBTQ2のゲー
トG2に接続される。トランジスタT5のコレクタはNチャ
ネルIGBTQ2のエミッタE2に接続される。過電流検出回路
OC1,OC2はそれぞれPチャネルIGBTQ7のエミッタE1およ
びNチャネルIGBTQ2のコレクタに接続され、それぞれの
出力を制御回路CLに接続される。制御回路CL、過電流検
出回路OC1,OC2、低電圧監視回路UV、トランジスタT1
T5および抵抗R1〜R7は保護回路を含むドライブ回路DRを
構成している。
The output terminal ST is connected to the base of the transistor T 1 via the resistor R 1 , and the output terminal SB is connected to the transistor T 4 via the resistor R 6 ,
Commonly connected to the base of T 5 . The collector of the transistor T 1 is commonly connected to the bases of the transistors T 2 and T 3 via the resistor R 3 . The base and collector of the transistor T 2 are connected via the resistor R 2 . The collector of the transistor T 2 is connected to the emitter E 1 of the P-channel IGBTQ 7 . The emitters of the transistors T 2 and T 3 which are commonly connected are connected to the gate G 1 of the P-channel IGBTQ 7 via the resistor R 7 . The emitter of the transistor T 1 is commonly connected to the collectors of the transistors T 3 and T 5 . The base and collector of the transistor T 4 are connected via the resistor R 4 . The collector of the transistor T 4 is connected to the power supply V CC . The emitters of the transistors T 4 and T 5 are commonly connected to the gate G 2 of the N-channel IGBTQ 2 via the resistor R 5 . The collector of the transistor T 5 is connected to the emitter E 2 of N-channel IGBTQ 2. Overcurrent detection circuit
OC 1 and OC 2 are connected to the emitter E 1 of the P-channel IGBTQ 7 and the collector of the N-channel IGBTQ 2 , respectively, and their outputs are connected to the control circuit CL. Control circuit CL, overcurrent detection circuits OC 1 and OC 2 , low voltage monitoring circuit UV, transistor T 1 ~
T 5 and the resistor R 1 to R 7 constitute a drive circuit DR, including a protection circuit.

PチャネルIGBTQ7のコレクタ,エミッタ間およびNチャ
ネルIGBTQ2のコレクタ,エミッタ間に還流ダイオード
D1,D2がそれぞれ逆並列に接続される。PチャネルIGBT
Q7のコレクタとNチャネルIGBTQ2のコレクタは接続され
出力Uが出力される。PチャネルIGBTQ7のエミッタE1
端子Cに接続され、NチャネルIGBTQ2のエミッタE2は接
地される。PチャネルIGBTQ7,NチャネルIGBTQ2および還
流ダイオードD1,D2はパワーデバイスの1相分のアーム
Aを構成している。また、他の2相のアームについても
同様の構成であり、3つのアームは第3図に示すように
接続されている。
Freewheeling diode between the collector and emitter of P-channel IGBTQ 7 and between the collector and emitter of N-channel IGBTQ 2.
D 1 and D 2 are connected in antiparallel. P-channel IGBT
The collector of Q 7 and the collector of N-channel IGBT Q 2 are connected and output U is output. The emitter E 1 of P-channel IGBTQ 7 is connected to the terminal C, emitter E 2 of N-channel IGBTQ 2 is grounded. The P-channel IGBTQ 7 , the N-channel IGBTQ 2 and the free wheeling diodes D 1 and D 2 form an arm A for one phase of the power device. The other two-phase arms have the same structure, and the three arms are connected as shown in FIG.

次に動作について説明する。周知のPWM入力スイッチン
グレギュレータなどで構成される制御回路CLの入力端子
Sにマイコンやゲートアレイ等からの信号が入力される
と、それに応じて出力端子ST,SBからそれぞれPチャネ
ルIGBTQ7,NチャネルIGBTQ2の駆動するための信号が出力
される。
Next, the operation will be described. When a signal from a microcomputer or a gate array is input to the input terminal S of the control circuit CL composed of a well-known PWM input switching regulator, P-channel IGBTQ 7 and N-channel are respectively output from the output terminals ST and SB. A signal for driving the IGBT Q 2 is output.

出力STが“H"レベルになると抵抗R1を介してトランジス
タT1のベース電位が上昇しトランジスタT1が導通、さら
にトランジスタT2が非導通、トランジスタT3が導通とな
る。端子Cの電圧を抵抗R2,R3でほぼ分割した電圧が抵
抗R7を介してPチャネルIGBTQ7のゲートG1に与えられ
る。この電圧は端子Cの電圧より低いのでPチャネルIG
BTQ7は導通となる。出力STが“L"レベルになるとトラン
ジスタT1,T3が非導通となり、トランジスタT2が導通と
なる。PチャネルIGBTQ7のゲートG1にはほぼ端子Cの電
圧が与えられ、PチャネルIGBTQ7は非導通となる。
Output ST is "H" via the a level of resistance R 1 increases the base potential of the transistor T 1 is the transistor T 1 is conducting further transistor T 2 is nonconductive, the transistor T 3 is conductive. A voltage obtained by dividing the voltage at the terminal C by the resistors R 2 and R 3 is applied to the gate G 1 of the P-channel IGBTQ 7 via the resistor R 7 . This voltage is lower than the voltage at terminal C, so P-channel IG
BTQ 7 becomes conductive. When the output ST becomes "L" level, the transistor T 1, T 3 becomes non-conductive, transistor T 2 is turned on. The gate G 1 of the P-channel IGBTQ 7 is almost supplied with the voltage of the terminal C, and the P-channel IGBTQ 7 becomes non-conductive.

出力SBが“H"レベルになると抵抗R6を介してトランジス
タT4,T5のベース電位が上昇し、トランジスタT4が導
通、トランジスタT5が非導通となる。NチャネルIGBTQ2
のゲートG2にはほぼ電源電圧VCCが与えられ、Nチャネ
ルIGBTQ2は導通となる。出力SBが“L"レベルになるとト
ランジスタT4が非導通、T5が導通となる。NチャネルIG
BTQ2のゲートG2にはほぼ接地電位が与えられ、Nチャネ
ルIGBTQ2は非導通となる。
The base potential of the transistor T 4, T 5 via a resistor R 6 output SB becomes "H" level rises, the transistor T 4 is rendered conductive, the transistor T 5 is rendered non-conductive. N channel IGBTQ 2
Power supply voltage V CC is applied to the gate G 2 of the N channel IGBT Q 2 and the N channel IGBT Q 2 becomes conductive. Output the SB becomes "L" level nonconducting transistor T 4 is, T 5 becomes conductive. N channel IG
The gate G 2 of BTQ 2 is given approximately ground potential, N-channel IGBTQ 2 becomes non-conductive.

このような動作中、PチャネルIGBTQ7,NチャネルIGBTQ2
の両方が同時に導通となると端子Cが直接接地レベルに
接続される形になるので、これを避け安定な動作を行う
ため出力ST,SBが同時に“H"レベルになることはなく、
またそれぞれの“H"レベルの期間の間には両方が“L"レ
ベルとなるデッドタイムが制御回路CLにより設けられ
る。
During such operation, P channel IGBTQ 7 and N channel IGBTQ 2
When both are turned on at the same time, the terminal C is directly connected to the ground level. Therefore, in order to avoid this and perform stable operation, the outputs ST and SB do not go to "H" level at the same time.
Further, during each "H" level period, the control circuit CL provides a dead time in which both are at "L" level.

過電流検出回路OC1,OC2はそれぞれPチャネルIGBTQ7,N
チャネルIGBTQ2に流れる過電流を検出する。過熱検出回
路OT1,OT2はそれぞれアッパーアーム側のPチャネルIG
BTQ7,還流ダイオードD1およびローアーアーム側のNチ
ャネルIGBTQ2,還流ダイオードD2の過熱を検出する。ま
た低電圧監視回路UVは電源電圧VCCの低下を検出する。
制御回路CLはこのような検出信号を入力され、いずれか
に異常が発生した場合には、入力信号Sに無関係に出力
ST,SBを抑制し、PチャネルIGBTQ7,NチャネルIGBTQ2
駆動を休止する。また各検出信号の組合せに応じて異常
状態を外部に知らせるために、異常信号出力Fを外部に
出力する。
Overcurrent detection circuits OC 1 and OC 2 are P-channel IGBTQ 7 and N, respectively.
Detects overcurrent flowing in channel IGBTQ 2 . Overheat detection circuits OT 1 and OT 2 are P-channel IG on the upper arm side, respectively.
BTQ 7 , freewheeling diode D 1 and lower arm N-channel IGBTQ 2 and freewheeling diode D 2 detect overheating. Further, the low voltage monitoring circuit UV detects a decrease in the power supply voltage V CC .
The control circuit CL receives such a detection signal, and outputs an output signal regardless of the input signal S when any abnormality occurs.
The ST and SB are suppressed, and the driving of the P channel IGBTQ 7 and N channel IGBTQ 2 is stopped. Further, the abnormality signal output F is output to the outside in order to notify the abnormality state to the outside according to the combination of each detection signal.

第2図は、第1図に示すアームAを半導体基板上に構成
したようすを示す断面図である。出力Uとなる電極14の
上に、n+領域1a,1bおよびp+領域5が設けられる。その
上にp+領域2a,2bおよびn+領域6,13が設けられる。p+
域2a,n+領域6はn+領域1bに接し、p+領域2bはn+領域1a,
1bおよびp+領域5に接し、n+領域13はn+領域1aに接して
いる。さらにその上にn-領域3,p+バッファ領域8および
n+バッファ領域7が形成される。n-領域3はp+領域2aに
接し、p+バッファ領域8はp+領域2a,2bおよびn+領域6
に接し、n+バッファ領域7はp+領域2bおよびn+領域13に
接している。薄く形成されたn+バッファ領域7,p+バッフ
ァ領域8の上には、それぞれn-領域15,p-領域16が形成
される。高耐圧分離層4aはn-領域3とp+バッファ領域8
およびp-領域16とを分離し、高耐圧分離層4bはp+バッフ
ァ領域8およびp-領域16とn+バッファ領域7およびn-
域15とを分離する。なおn+バッファ領域7およびP+バッ
ファ領域8は各IGBTのラッチアップ耐量を向上させるた
めのものである。
FIG. 2 is a sectional view showing a structure in which the arm A shown in FIG. 1 is formed on a semiconductor substrate. The n + regions 1a and 1b and the p + region 5 are provided on the electrode 14 serving as the output U. P + regions 2a and 2b and n + regions 6 and 13 are provided thereon. The p + region 2a, n + region 6 is in contact with the n + region 1b, and the p + region 2b is the n + region 1a,
1b and p + region 5 are in contact, and n + region 13 is in contact with n + region 1a. On top of that, n region 3, p + buffer region 8 and
An n + buffer area 7 is formed. The n - region 3 is in contact with the p + region 2a, and the p + buffer region 8 is the p + region 2a, 2b and the n + region 6
, And the n + buffer region 7 is in contact with the p + region 2b and the n + region 13. On the thinly formed n + buffer region 7 and p + buffer region 8, n region 15 and p region 16 are formed, respectively. The high breakdown voltage isolation layer 4a has an n region 3 and ap + buffer region 8
And p region 16 are separated from each other, and high breakdown voltage isolation layer 4b separates p + buffer region 8 and p region 16 from n + buffer region 7 and n region 15. The n + buffer region 7 and the P + buffer region 8 are for improving the latch-up resistance of each IGBT.

n-領域15内に、中央部が高濃度で周辺部が低濃度のp領
域9が選択的に設けられ、さらにp領域9内にn-領域10
が選択的に設けられる。p-領域16内に、中央部が高濃度
で周辺部が低濃度のn領域11が選択的に設けられ、さら
にn領域11内にp-領域12が選択的に設けられる。p領域
9の中央部およびn-領域10の一部に接してエミッタ電極
E2が、n領域11の中央部およびp-領域12の一部に接して
エミッタ電極E1がそれぞれ設けられる。またp領域9の
両端部およびn領域11の両端部には絶縁膜を介してそれ
ぞれのゲート電極G2,G1が設けられる。
In the n region 15, ap region 9 having a high concentration in the central portion and a low concentration in the peripheral portion is selectively provided, and the n region 10 is further provided in the p region 9.
Are selectively provided. In the p region 16, an n region 11 having a high concentration in the central portion and a low concentration in the peripheral portion is selectively provided, and further, a p region 12 is selectively provided in the n region 11. The emitter electrode is in contact with the central part of the p region 9 and a part of the n region 10.
E 2 is in contact with the central portion of n region 11 and a part of p region 12 to be provided with emitter electrode E 1 . Gate electrodes G 2 and G 1 are provided at both ends of the p region 9 and both ends of the n region 11 with an insulating film interposed therebetween.

PチャネルIGBTQ7のコレクタはp+バッファ領域8および
p-領域16によって形成され、エミッタはp-領域12によっ
て形成され、チャネル領域はn領域11によってゲート電
極G1直下に形成される。NチャネルIGBTQ2のコレクタは
n+バッファ領域7およびn-領域15によって形成され、エ
ミッタはn-領域10によって形成され、チャネル領域はp
領域9によってゲート電極G2直下に形成される。またp
チャネルIGBTQ7のコレクタ注入領域はn+領域1b,6によっ
て、NチャネルIGBTQ2のコレクタ注入領域はp+領域2b,5
によって形成される。
The collector of the P-channel IGBTQ 7 is p + buffer region 8 and
It is formed by the p region 16, the emitter is formed by the p region 12, and the channel region is formed by the n region 11 just below the gate electrode G 1 . N-channel IGBT Q 2 collector
It is formed by the n + buffer region 7 and the n region 15, the emitter is formed by the n region 10, and the channel region is formed by the p region.
The region 9 is formed immediately below the gate electrode G 2 . Also p
The collector injection region of the channel IGBTQ 7 is defined by the n + regions 1b, 6 and the collector injection region of the N channel IGBTQ 2 is defined by the p + regions 2b, 5
Formed by.

還流ダイオードD1のアノードはp+領域5,2b、p+バッファ
領域8およびp-領域16によって形成され、カソードはn
領域11によって形成される。還流ダイオードD2のカソー
ドは、n+領域1a,13、n+バッファ領域7およびn-領域15
によって形成され、アノードはp領域9によって形成さ
れる。
The anode of the free wheeling diode D 1 is formed by the p + regions 5, 2b, the p + buffer region 8 and the p region 16, and the cathode is n
Formed by region 11. The cathode of the free wheeling diode D 2 has n + regions 1a and 13, n + buffer region 7 and n region 15
And the anode is formed by the p-region 9.

またn+領域3には第1図に示すドライブ回路DRの一部ま
たはすべてを形成することができ、p+領域2aはそのサブ
トスレートとして機能する。
Further, part or all of the drive circuit DR shown in FIG. 1 can be formed in the n + region 3, and the p + region 2a functions as a subtoslate thereof.

このようにPチャネルIGBTQ7,NチャネルIGBTQ2をトーテ
ムポール型に接続することにより出力Uとなる電極14を
共通化し同一基板上にPチャネルIGBTQ7,NチャネルIGBT
Q2および還流ダイオードD1,D2を形成することができ
る。また、ゲート電極G1,G2に与えられる制御電圧の基
準電位となるPチャネルIGBTQ7,NチャネルIGBTQ2のそれ
ぞれのエミッタE1,E2の電位が、出力Uとは無関係に一
定なので、ドライブ回路DRの電源VCCをアッパーアーム
側およびローアーアーム側で共通にすることができる。
ドライブ回路DRの構成が簡単となり、さらにその一部ま
たはすべてをPチャネルIGBTQ7,NチャネルIGBTQ2と同一
基板上のn-領域3に設けることも可能となる。
By connecting the P-channel IGBTQ 7 and the N-channel IGBTQ 2 in a totem-pole type in this way, the electrode 14 serving as the output U is made common and the P-channel IGBTQ 7 and the N-channel IGBT are formed on the same substrate.
Q 2 and freewheeling diodes D 1 and D 2 can be formed. Also, since the potentials of the emitters E 1 and E 2 of the P-channel IGBTQ 7 and N-channel IGBTQ 2 , which are the reference potentials of the control voltage applied to the gate electrodes G 1 and G 2 , are constant irrespective of the output U, The power supply V CC of the drive circuit DR can be shared by the upper arm side and the lower arm side.
The configuration of the drive circuit DR is simplified, and it is also possible to provide a part or all of it in the n region 3 on the same substrate as the P channel IGBTQ 7 and the N channel IGBTQ 2 .

なお、IGBTのかわりにMOSFETやバイポーラトランジスタ
を使用する場合、素子が高耐圧になるほどPチャネルMO
SFETの導通時の抵抗、PNPトランジスタの飽和電圧が高
くなり、実用に耐えなくなる。また製造上モノリシック
化が困難という問題もある。IGBTの場合は前述したよう
にこのような問題はなく、またPチャネルIGBTQ7とNチ
ャネルIGBTQ2とでは電流容量などの特性がほぼ等しく、
そのためほぼ同じ大きさのチップ面積により同様の特性
を得ることができ製造上有利である。
If MOSFET or bipolar transistor is used instead of IGBT, P-channel MO
The resistance when the SFET is conducting and the saturation voltage of the PNP transistor become high, making it unusable for practical use. There is also a problem that it is difficult to make it monolithic in manufacturing. In the case of the IGBT, there is no such problem as described above, and the P-channel IGBTQ 7 and the N-channel IGBTQ 2 have almost the same characteristics such as current capacity.
Therefore, similar characteristics can be obtained with chip areas of approximately the same size, which is advantageous in manufacturing.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のようにこの発明によれば、半導体装置を、第1お
よび第2導電型の第1および第2の絶縁ゲート型バイポ
ーラトランジスタのコレクタを共通に接続した構成と
し、半導体基板も第1および第2の半導体層を有してい
るので、半導体基板の第1および第2の半導体層を第1
および第2の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタさら
に還流ダイオードなどの能動領域とすることにより、こ
れらの素子を同一半導体基板上に形成することができ
る。また第1および第2の絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタを駆動する回路の電源を共通にすることができ
回路構成が簡単になる。そのため、組立が簡単で製造時
間およびコストを軽減し、また装置全体が小型で軽量な
半導体装置を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the semiconductor device is configured such that the collectors of the first and second insulated gate bipolar transistors of the first and second conductivity types are commonly connected, and the semiconductor substrate is also the first and second semiconductor substrates. Since it has two semiconductor layers, the first and second semiconductor layers of the semiconductor substrate are
By using the second insulated gate bipolar transistor and the active region such as the free wheeling diode, these elements can be formed on the same semiconductor substrate. Further, the power supplies for the circuits for driving the first and second insulated gate bipolar transistors can be made common, and the circuit configuration is simplified. Therefore, it is possible to obtain a semiconductor device which is easy to assemble, reduces manufacturing time and cost, and has a small size and light weight as a whole.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の一実施例による3相インバータ1相
分の回路図、第2図は第1図に示すアームAの構造断面
図、第3図は従来のパワーデバイスの回路図、第4図は
第3図に示すパワーデバイスの1相分の回路図である。 図において、Q7はPチャネルIGBT、Q2はNチャネルIGB
T、D1,D2は還流ダイオード、4a,4bは高耐圧分離層、14
は電極、1a,1b,6,13はn+領域(第1の半導体層)、2a,2
b,5はp+領域(第2の半導体層)である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
1 is a circuit diagram of one phase of a three-phase inverter according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a structure of an arm A shown in FIG. 1, FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional power device, and FIG. FIG. 4 is a circuit diagram of one phase of the power device shown in FIG. In the figure, Q 7 is a P channel IGBT and Q 2 is an N channel IGBT.
T, D 1 and D 2 are freewheeling diodes, 4a and 4b are high breakdown voltage isolation layers, 14
Is an electrode, 1a, 1b, 6, 13 are n + regions (first semiconductor layer), 2a, 2
b and 5 are p + regions (second semiconductor layer). In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−62152(JP,A) 特開 昭58−212173(JP,A) 特開 昭61−180472(JP,A) 特開 昭61−285750(JP,A) 実開 昭57−115260(JP,U)Continuation of front page (56) Reference JP-A-60-62152 (JP, A) JP-A-58-212173 (JP, A) JP-A-61-180472 (JP, A) JP-A-61-285750 (JP , A) Actual development Sho 57-115260 (JP, U)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一主面と他主面とを有するとともに第1導
電型の第1の半導体層とこの第1導電型とは逆の導電型
である第2導電型の第2の半導体層それぞれが前記両主
面に露出面を有して配設された半導体基板と、 この半導体基板の一主面上に配設され、第1及び第2の
半導体層の両方に接触した電極と、 前記半導体基板の第1、第2の半導体層の他主面上に配
設され、この第1の半導体層をコレクタとして形成され
た、第1の導電型のチャネル領域を有する第1の絶縁ゲ
ート型バイポーラトランジスタと、 前記半導体基板の第1、第2の半導体層の他主面上に配
設され、この第2の半導体層をコレクタとして形成され
た、第2の導電型のチャネル領域を有する第2の絶縁ゲ
ート型バイポーラトランジスタと、 前記半導体基板上に形成された前記第1および第2の絶
縁ゲート型バイポーラトランジスタを駆動する駆動回路
と、 前記半導体基板上に形成され、前記第1の絶縁ゲート型
バイポーラトランジスタ、第2の絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタおよび前記駆動回路それぞれの間を電気
的に分離する高耐圧分離層と、 前記第1の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが配設
された第2の半導体層の他主面上に配設され、この第2
の半導体層を介して短絡する前記電極を一方電極とする
とともにこの第1の絶縁ゲート型バイポーラトランジス
タのコレクタ、エミッタ間に逆並列に接続された第1の
還流ダイオードと、 前記第2の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが配設
された第1の半導体層の他主面上に配設され、この第1
の半導体層を介して短絡する前記電極を一方電極とする
とともにこの第2の絶縁ゲート型バイポーラトランジス
タのコレクタ、エミッタ間に逆並列に接続された第2の
還流ダイオードとを備えた半導体装置。
1. A first semiconductor layer of a first conductivity type having a main surface and another main surface, and a second semiconductor layer of a second conductivity type which is a conductivity type opposite to the first conductivity type. Semiconductor substrates each having an exposed surface on both main surfaces, and electrodes arranged on one main surface of the semiconductor substrate and in contact with both the first and second semiconductor layers, A first insulated gate having a channel region of a first conductivity type, which is disposed on the other main surface of the first and second semiconductor layers of the semiconductor substrate and has the first semiconductor layer as a collector. Type bipolar transistor, and a second conductivity type channel region which is disposed on the other main surface of the first and second semiconductor layers of the semiconductor substrate and is formed with the second semiconductor layer as a collector. A second insulated gate bipolar transistor formed on the semiconductor substrate; And a drive circuit for driving the first and second insulated gate bipolar transistors, the first insulated gate bipolar transistor, the second insulated gate bipolar transistor, and the drive circuit formed on the semiconductor substrate. A high breakdown voltage isolation layer for electrically isolating each of them and a second semiconductor layer on which the first insulated gate bipolar transistor is provided are disposed on the other main surface.
A first free wheeling diode connected in anti-parallel between the collector and the emitter of the first insulated gate bipolar transistor, and the second insulated gate, wherein the electrode short-circuited via the semiconductor layer is used as one electrode. Type bipolar transistor is disposed on the other main surface of the first semiconductor layer on which the first bipolar transistor is disposed.
Of the second insulated gate bipolar transistor, and a second free wheeling diode connected in antiparallel between the collector and the emitter of the second insulated gate bipolar transistor.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03236280A (en) * 1990-02-14 1991-10-22 Hitachi Ltd Semiconductor device
JP2811872B2 (en) * 1990-02-26 1998-10-15 富士電機株式会社 Semiconductor device protection circuit
JP2856853B2 (en) * 1990-07-03 1999-02-10 株式会社東芝 Semiconductor device
JP4761644B2 (en) * 2001-04-18 2011-08-31 三菱電機株式会社 Semiconductor device
WO2002097888A1 (en) * 2001-05-25 2002-12-05 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Power semiconductor device
JP5147163B2 (en) * 2005-07-01 2013-02-20 株式会社デンソー Semiconductor device
JP2007324828A (en) * 2006-05-31 2007-12-13 Hitachi Ltd Semiconductor device drive circuit
JP7042135B2 (en) * 2018-03-29 2022-03-25 ローム株式会社 Semiconductor devices, semiconductor device manufacturing methods and semiconductor packages

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6211017Y2 (en) * 1981-01-09 1987-03-16
FR2524710B1 (en) * 1982-04-01 1986-03-14 Gen Electric SEMICONDUCTOR SWITCHING DEVICE
JPS6062152A (en) * 1983-09-16 1985-04-10 Seiko Epson Corp Semiconductor device
JPS61180472A (en) * 1985-02-05 1986-08-13 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device
JPH0783113B2 (en) * 1985-06-12 1995-09-06 日産自動車株式会社 Semiconductor device

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