檢測(cè)用二極管3的輸出特性進(jìn)行了測(cè)試，可以得出以下所示的特性。圖3示出了準(zhǔn)備三十個(gè)具備串聯(lián)連接三個(gè)溫度檢測(cè)用二極管3而成的溫度檢測(cè)元件的IGBT芯片(半導(dǎo)體裝置)，改變對(duì)上述溫度檢測(cè)用二極管3進(jìn)行通電的電流值時(shí)的輸出電壓Vf的變化。特別是在圖3中，將溫度檢測(cè)用二極管3的通電電流值標(biāo)準(zhǔn)化為上述pn結(jié)中流通的電流密度，即用pn結(jié)面積除通電電流值而得到的值。并且，示出相對(duì)于上述電流密度的上述輸出電壓Vf的平均值與其標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的關(guān)系。
[0037]應(yīng)予說明，上述標(biāo)準(zhǔn)偏差是指上述輸出電壓Vf的變化的程度(大小)。并且，為了滿足所需要的溫度檢測(cè)靈敏度，需要使上述輸出電壓Vf的變化處于與最小檢測(cè)溫度對(duì)應(yīng)的輸出電壓以上。因此，滿足所需要的溫度檢測(cè)靈敏度的條件被規(guī)定為，通過上述標(biāo)準(zhǔn)偏差表示的上述溫度檢測(cè)用二極管3中的上述輸出電壓Vf的允許偏差電壓。
[0038]并且，根據(jù)圖3所示的特性(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))，示出了滿足要求的溫度檢測(cè)靈敏度的上述輸出電壓Vf的允許偏差電壓以標(biāo)準(zhǔn)偏差表示為[2.5mV]的情況下，電流密度為[大致50A/cm2]以上即可。此時(shí)的上述輸出電壓Vf的平均值為[1811mV]。另外，示出了在上述允許偏差電壓以標(biāo)準(zhǔn)偏差表示為[3.0mV]的情況下，電流密度為[大致5.0A/cm2]以上即可。此時(shí)的上述輸出電壓Vf的平均值為[1502mV]。并且，示出了在上述允許偏差電壓以標(biāo)準(zhǔn)偏差表示為[4.0mV]的情況下，電流密度為[大致0.5A/cm2]以上即可。此時(shí)的上述輸出電壓Vf的平均值為[1195mV]。
[0039]這里，在上述溫度檢測(cè)用二極管3中，如上所述，該溫度檢測(cè)用二極管3的通電電流值越小，晶體缺陷所導(dǎo)致的輸出電壓Vf的變化越大。因此，將上述溫度檢測(cè)用二極管3的通電電流密度至少設(shè)定在[50A/cm2]以上。其結(jié)果，即使所要求的溫度檢測(cè)靈敏度高，例如需要將上述允許偏差電壓抑制在以標(biāo)準(zhǔn)偏差表示的[2.5mV]以下的情況下，也能夠充分滿足其條件。
[0040]另一方面，將上述溫度檢測(cè)用二極管3的壽命定義為在一定的溫度條件下其輸出電壓Vf從通電開始時(shí)的電壓值變動(dòng)2%的時(shí)間點(diǎn)時(shí)，上述壽命例如相對(duì)于上述溫度檢測(cè)用二極管3的通電電流密度如圖4所示地進(jìn)行變化。應(yīng)予說明，圖4示出了對(duì)于上述的得到圖3所示的特性的pn結(jié)面積為[190 μπι2]的上述溫度檢測(cè)用二極管3和pn結(jié)面積為[89.7 μπι2]的溫度檢測(cè)用二極管3，分別將其氣氛溫度保持在150°C時(shí)的上述壽命的變化。另外，這些各溫度檢測(cè)用二極管3由相同的多晶硅而形成，所以其pn結(jié)面積即使不同也顯示出相同的壽命特性。
[0041]并且，根據(jù)該圖4所示的壽命特性，表示將上述溫度檢測(cè)用二極管3的壽命設(shè)為十年(3.154X 108s)的情況下，能夠?qū)⒃摐囟葯z測(cè)用二極管3的通電電流密度最大設(shè)定為[1331A/W]。另外，將上述溫度檢測(cè)用二極管3的壽命設(shè)為15年(4.730X 108s)的情況下，能夠?qū)⒃摐囟葯z測(cè)用二極管3的通電電流密度最大設(shè)定為[1213A/cm2]。進(jìn)而，表示將壽命設(shè)定為20年(6.307 X 108s)的情況下，能夠?qū)⒃摐囟葯z測(cè)用二極管3的通電電流密度最大設(shè)為[1136A/cm2]。
[0042]另外，例如在汽車中所使用的該種半導(dǎo)體裝置所要求的壽命一般為15年。因此，考慮到這種要求的情況下，如果將上述溫度檢測(cè)用二極管3的通電電流密度設(shè)定為[1213A/cm2]以下，則認(rèn)為可充分滿足其壽命要求。并且，能夠不依賴于上述溫度檢測(cè)用二極管3的大小，具體而言不依賴于該溫度檢測(cè)用二極管3的pn結(jié)面積，如上所述地規(guī)定可滿足其壽命的電流密度。
[0043]因此，基于如上所述地規(guī)定的電流密度的條件，如果在下述范圍內(nèi)決定上述溫度檢測(cè)用二極管3的通電電流密度，則能夠同時(shí)滿足上述溫度檢測(cè)用二極管3所要求的壽命和溫度檢測(cè)靈敏度。因此，在上述電流密度Jf的設(shè)定條件下，如果根據(jù)上述溫度檢測(cè)用二極管3的大小(具體而言是pn結(jié)面積)決定該溫度檢測(cè)用二極管3的通電電流值，則能夠在滿足所需要的溫度檢測(cè)靈敏度的同時(shí)，充分確保其壽命。
[0044]50A/cm2彡 Jf 彡 1213A/cm2
[0045]應(yīng)予說明，本發(fā)明不限于上述的實(shí)施方式。例如，構(gòu)成上述溫度檢測(cè)用二極管3的pn結(jié)二極管的數(shù)量和/或其大小等也可以考慮IGBT和/或MOS-FET等的半導(dǎo)體裝置的工作溫度等而決定，這是不言而喻的。另外，在上述溫度檢測(cè)用二極管3所要求的壽命不同的情況下，根據(jù)其壽命規(guī)定上述電流密度的上限值即可，同樣地根據(jù)上述溫度檢測(cè)用二極管3所要求的溫度檢測(cè)靈敏度規(guī)定上述電流密度的下限值即可。另外，本發(fā)明可以在不脫離其主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形而實(shí)施。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于， 具備在形成有半導(dǎo)體有源元件的基板上隔著絕緣膜而形成的具有pn結(jié)的溫度檢測(cè)用二極管，當(dāng)檢測(cè)以恒定電流對(duì)所述溫度檢測(cè)用二極管進(jìn)行通電而在該溫度檢測(cè)用二極管中產(chǎn)生的電壓時(shí)， 根據(jù)該溫度檢測(cè)用二極管的壽命，規(guī)定對(duì)所述溫度檢測(cè)用二極管進(jìn)行通電的電流密度的上限值， 并且，根據(jù)該溫度檢測(cè)用二極管的輸出電壓的相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)偏差的允許偏差電壓，規(guī)定對(duì)所述溫度檢測(cè)用二極管進(jìn)行通電的電流密度的下限值， 在所述上限值和所述下限值的范圍內(nèi)，確定對(duì)所述溫度檢測(cè)用二極管進(jìn)行通電的電流值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于， 所述溫度檢測(cè)用二極管是由多晶硅構(gòu)成的Pn結(jié)二極管。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于， 在所述溫度檢測(cè)用二極管所要求的壽命為15年時(shí)，所述電流密度的上限值為1213A/2cm ο4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于， 在所述溫度檢測(cè)用二極管的輸出電壓的相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)偏差的允許偏差電壓為2.5mV時(shí)，所述電流密度的下限值為50A/cm2。
【專利摘要】提供一種能夠兼得在形成了有源元件的基板上具備隔著絕緣膜而形成的溫度檢測(cè)用二極管所要求的壽命和檢測(cè)靈敏度的半導(dǎo)體裝置的驅(qū)動(dòng)方法。根據(jù)該溫度檢測(cè)用二極管的壽命規(guī)定溫度檢測(cè)用二極管的通電電流密度的上限值，并且根據(jù)該溫度檢測(cè)用二極管的輸出電壓的相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)偏差的允許偏差電壓規(guī)定上述溫度檢測(cè)用二極管中通電的電流密度的下限值，在上述上限值和下限值的范圍內(nèi)確定上述溫度檢測(cè)用二極管的通電電流值。
【IPC分類】H01L27/04, H01L29/78, H01L21/822, H01L29/868, H01L29/861
【公開號(hào)】CN105122451
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480012428
【發(fā)明人】松井俊之, 阿部和, 八尾典明
【申請(qǐng)人】富士電機(jī)株式會(huì)社
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2014年3月13日
【公告號(hào)】DE112014001811T5, WO2014162844A1