半导体装置的制作方法

本发明涉及一种半导体装置。

背景技术：

1、半导体装置的功率模块一直使用si(硅)元件的igbt(si-igbt：silicon-insulated gate bipolar transistor，硅绝缘栅双极型晶体管)，但是，近年来，代替si元件的igbt而使用sic(碳化硅)元件的mosfet(sic-mosfet：silicon carbide-metal oxide-semiconductor field-effect transistor，碳化硅金属氧化物半导体场效电晶体管)的动向变得活跃。

2、这样的sic-mosfet与igbt相比，由于绝缘击穿电场强度高，因此为高耐压，另外，能够使杂质浓度更高，使有源层更薄。因此，能够实现高效率且高速的开关动作，并能够期待电力损耗的降低。

3、另一方面，主开关使用了sic-mosfet的半导体装置例如被应用于向马达等负载供给电力的三相逆变器等电力转换装置。另外，如果负载变为短路状态，则有可能流通有通常动作时以上的过大的电流而引起主开关和周边电路的故障。因此，作为半导体装置的抗故障设计之一，为了检测出过电流而设置有感测开关。

4、作为相关技术，例如提出了如下技术：在反向过电流检测电路检测到反向过电流的情况下，将主开关元件和感测开关元件控制为导通(专利文献1)。

5、现有技术文献

6、专利文献

7、专利文献1：日本专利第5717915号说明书

技术实现思路

1、技术问题

2、在使用了sic-mosfet的开关元件附属有内置二极管。在将这样的sic-mosfet用于主开关和感测开关的半导体装置中，在负载上产生再生电流的情况下，对于驱动主开关和感测开关的控制ic来说，再生电流的一部分会向控制ic的内部分流，存在在控制ic内产生反向电压这样的问题。

3、图16是用于说明因再生电流的分流而产生反向电压的图。半导体装置100具备上臂电路114、下臂电路124和负载l，并且它们经由节点n进行连接。下臂电路124具备输出电路120和控制ic121，输出电路120包括主开关sw1b、感测开关sw2b。应予说明，上臂电路114也包括与下臂电路124相同的构成元件。

4、使负载l工作的主开关sw1b具有主mosfet1b1，还附属有与主mosfet1b1反向并联连接的内置二极管db1。同样地，检测感测电流的感测开关sw2b具有感测mosfet1b2，还附属有与感测mosfet1b2反向并联连接的内置二极管db2。应予说明，主mosfet1b1和感测mosfet1b2使用sic-mosfet。

5、在输出电路120中，主mosfet1b1的漏极与内置二极管db1的阴极、感测mosfet1b2的漏极、内置二极管db2的阴极、以及节点n连接。节点n与上臂电路114内的开关元件(未图示)的电流输出端子、以及负载l的一端连接。

6、主mosfet1b1的栅极与感测mosfet1b2的栅极、以及控制ic121的输出端子out连接。感测mosfet1b2的源极连接于内置二极管db2的阳极，还经由控制ic121的输入端子in连接于感测电阻rs的一端。感测电阻rs的另一端与主mosfet1b1的源极、内置二极管db1的阳极、以及负载l的另一端连接。

7、在此，主开关sw1b和感测开关sw2b根据从控制ic121的输出端子out输出的驱动信号ds而被进行开关驱动。而且，控制ic121在输入端子in接收从感测开关sw2b流通的感测电流is，并且通过感测电阻rs转换为电压信号。然后，基于电压信号，在后级对在主开关sw1b中可能产生的过电流进行检测。

8、在这样的构成中，在配置于上臂电路114的输出电路内的开关元件(未图示)从导通变为关断的情况下，因负载l的再生动作而在负载l产生再生电流if。另外，再生电流if的一部分经由附属于感测开关sw2b的内置二极管db2而分流。在将igbt用于开关元件的情况下，igbt不具有内置二极管，因此，再生电流if不会经由内置二极管而分流。

9、但是，在半导体装置100的构成中，与主开关sw1b同样地，感测开关sw2b也使用mosfet，因此，在再生动作时产生的再生电流if的一部分会经由附属于感测开关sw2b的内置二极管db2分流。

10、在该情况下，如图16所示，对驱动感测mosfet1b2的控制ic121的内部也输入再生电流if的一部分的分流电流i0，因此，在控制ic121的内部产生反向电压vr。由于控制ic121的反向耐压低，因此如果产生反向电压vr，则存在控制ic121发生故障这样的危险性。

11、应予说明，在上述中，对下臂电路124所包括的控制ic121的反向电压的产生进行了说明，但是在上臂电路114所包括的控制ic中也同样地，有可能因再生电流的分流而产生反向电压。

12、在一个方面，本发明的目的在于，提供一种抑制再生电流的分流而防止反向电压的产生的半导体装置。

13、技术方案

14、为了解决上述问题，提供一种半导体装置。半导体装置具备下臂电路和上臂侧开关元件，下臂电路包括下臂侧输出电路，上臂侧开关元件与下臂侧开关元件串联连接。下臂侧输出电路包括：下臂侧开关元件，其被下臂侧控制电路进行开关控制，并且向负载供给电力；下臂侧电流监测元件，其被下臂侧控制电路进行开关控制，并且对在下臂侧开关元件流通的电流进行监测；以及下臂侧分流切断电路，其与下臂侧电流检测元件的低电位侧端子电连接。另外，在上臂侧开关元件从导通变为关断的情况下，下臂侧分流切断电路切断从负载流通的再生电流向下臂侧电流监测元件的分流，负载与上臂侧开关元件和下臂侧开关元件之间的连接点以及下臂侧开关元件的低电位侧端子连接。

15、另外，为了解决上述问题，提供一种半导体装置。半导体装置具备上臂电路和下臂侧开关元件，上臂电路包括上臂侧输出电路，下臂侧开关元件与上臂侧开关元件串联连接。上臂侧输出电路包括：上臂侧开关元件，其被上臂侧控制电路进行开关控制，并且向负载供给电力；上臂侧电流监测元件，其被上臂侧控制电路进行开关控制，并且对在上臂侧开关元件流通的电流进行监测；以及上臂侧分流切断电路，其与上臂侧电流检测元件的低电位侧端子电连接。另外，在下臂侧开关元件从导通变为关断的情况下，上臂侧分流切断电路切断从负载流通的再生电流向上臂侧电流监测元件的分流，负载与下臂侧开关元件和上臂侧开关元件之间的连接点以及上臂侧开关元件的高电位侧端子连接。

16、技术效果

17、根据一个方面，能够抑制再生电流的分流而防止反向电压的产生。

技术特征：

1.一种半导体装置，其特征在于，具备下臂电路和上臂侧开关元件，

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，

5.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，

7.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，

8.根据权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，

9.根据权利要求7所述的半导体装置，其特征在于，

10.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，

11.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，

12.根据权利要求11所述的半导体装置，其特征在于，

13.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，

14.一种半导体装置，其特征在于，具备上臂电路和下臂侧开关元件，

15.根据权利要求14所述的半导体装置，其特征在于，

16.根据权利要求15所述的半导体装置，其特征在于，

17.根据权利要求16所述的半导体装置，其特征在于，

18.根据权利要求16所述的半导体装置，其特征在于，

19.根据权利要求17所述的半导体装置，其特征在于，

20.根据权利要求18所述的半导体装置，其特征在于，

21.根据权利要求19所述的半导体装置，其特征在于，

22.根据权利要求20所述的半导体装置，其特征在于，

23.根据权利要求15所述的半导体装置，其特征在于，

24.根据权利要求16所述的半导体装置，其特征在于，

25.根据权利要求24所述的半导体装置，其特征在于，

26.根据权利要求14所述的半导体装置，其特征在于，

技术总结本发明提供一种半导体装置，其抑制再生电流的分流而防止反向电压的产生。半导体装置(1)具备输出电路(20a)和开关元件(sw1)。输出电路(20a)包括开关元件(sw1a)、感测开关元件(sw2a)和分流切断电路(22a)。在上臂侧的开关元件(sw1)从导通变为关断的情况下，因负载(L)的再生动作而从负载(L)流通再生电流(IF)。在输出电路(20a)中，在感测开关元件(sw2a)内的感测MOSFET(1a2)的低电位侧设置有分流切断电路(22a)。因此，在负载(L)的再生动作时产生的再生电流(IF)向感测开关元件(sw2a)的分流被分流切断电路(22a)切断。技术研发人员：熊泽佑贵受保护的技术使用者：富士电机株式会社技术研发日：技术公布日：2024/7/29