本發(fā)明涉及一種半導體裝置。

背景技術：

以往，作為用于內(nèi)燃機的點火等的半導體裝置，已知有使用大電力的功率半導體器件。已知驅(qū)動這樣的功率半導體器件的電路具備對因該功率半導體器件的加熱等導致的異常狀態(tài)進行檢測，并對內(nèi)燃機造成的影響進行保護的電路。(例如，參考專利文獻1至專利文獻3)。

專利文獻1：日本特開2005-6464號公報

專利文獻2：日本特開2009-247072號公報

專利文獻3：日本特開2006-74937號公報

技術實現(xiàn)要素：

技術問題

這樣的保護電路設有電源電壓的過電壓的檢測電路、和/或檢測功率半導體器件的溫度的溫度檢測元件等，而對功率半導體器件的異常狀態(tài)進行檢測。然而，在檢測電源電壓的過電壓的情況下，由于進一步設置輸入該電源電壓的端子，會導致功率半導體器件的芯片面積增加。另外，在設置溫度檢測元件的情況下，由于溫度檢測元件的檢測溫度的制造偏差，會導致產(chǎn)生誤測等。

技術方案

在本發(fā)明的第一形態(tài)中，提供一種半導體裝置，具備：功率半導體元件，其柵極根據(jù)控制信號而被控制；過電壓檢測部，對功率半導體元件的集電極端子側(cè)的電壓成為過電壓的情況進行檢測；以及截斷部，根據(jù)檢測到過電壓的情況，將功率半導體元件的柵極控制為關斷電壓。

應予說明，上述發(fā)明內(nèi)容沒有列舉本發(fā)明的所有特征。另外，這些特征組的子組合也可以成為發(fā)明。

附圖說明

圖1示出本實施方式的點火裝置1000的構成例。

圖2示出本實施方式的點火裝置2000的構成例。

圖3示出本實施方式的過電壓檢測部230的第一構成例。

圖4示出本實施方式的過電壓檢測部230的第二構成例。

圖5示出本實施方式的過電壓檢測部230的第三構成例。

圖6示出本實施方式的復位部240的構成例。

圖7示出本實施方式的復位部240的各部分的工作波形的一個例子。

圖8示出本實施方式的鎖存部250的構成例。

圖9示出本實施方式的半導體裝置200的各部分的工作波形的例子。

圖10示出本實施方式的形成有半導體裝置200的基板的一部分的構成例。

符號說明

10：控制信號產(chǎn)生部、20：火花塞、30：點火線圈、32：初級線圈、34：次級線圈、40：電源、100：半導體裝置、102：控制端子、104：第一端子、106：第二端子、108：第三端子、110：功率半導體元件、112：柵極端子、114：發(fā)射極端子、116：集電極端子、120：截斷部、122：電阻、123：源電極、124：漏電極、130：過電壓檢測部、140：復位部、150：鎖存部、200：半導體裝置、202：控制端子、204：第一端子、206：第二端子、210：功率半導體元件、220：截斷部、222：電阻、230：過電壓檢測部、232：電壓輸入部、234：電源輸入部、236：檢測信號輸出部、238：基準電位輸入部、240：復位部、242：控制信號輸入部、244：復位信號輸出部、246：基準電位輸入部、250：鎖存部、252：置位信號輸入部、254：復位信號輸入部、256：控制信號輸入部、258：截斷信號輸出部、259：基準電位輸入部、312：電阻、314：電阻、316：反相器、318：反相器、320：齊納二極管、330：緩沖器、340：耗盡型mosfet、350：齊納二極管、411：電阻、412：電阻、413：反相器、414：反相器、415：電阻、416：電容器、417：反相器、512：反相器、514：第一nand電路、516：第二nand電路、518：第三nand電路、700：基板、710：p⁺層區(qū)域、720：n層區(qū)域、722：第一阱區(qū)、724：第二阱區(qū)、726：第三阱區(qū)、727：第四阱區(qū)、728：第五阱區(qū)、730：第一絕緣膜、740：第二絕緣膜、750：半導體膜、760：柵電極、762：柵絕緣膜、770：第三絕緣膜、780：發(fā)射電極、784：電極部、1000：點火裝置、2000：點火裝置

具體實施方式

以下通過發(fā)明的實施方式對本發(fā)明進行說明，但以下的實施方式并不限定權利要求所涉及的發(fā)明。另外，在實施方式中說明的特征組合的全部未必是發(fā)明的技術方案所必須的。

圖1示出本實施方式的點火裝置1000的構成例。點火裝置1000將用于汽車等的內(nèi)燃機等的火花塞點火。在本實施方式，對點火裝置1000裝配于汽車的發(fā)動機的例子進行說明。點火裝置1000具備控制信號產(chǎn)生部10、火花塞20、點火線圈30、電源40和半導體裝置100。

控制信號產(chǎn)生部10產(chǎn)生對半導體裝置100的導通和關斷的切換進行控制的開關控制信號?？刂菩盘柈a(chǎn)生部10例如為裝配有點火裝置1000的汽車的發(fā)動機控制單元(ecu)的一部分或全部?？刂菩盘柈a(chǎn)生部10向半導體裝置100提供產(chǎn)生的控制信號。通過控制信號產(chǎn)生部10向半導體裝置100提供控制信號，從而使點火裝置1000開始進行火花塞20的點火動作。

火花塞20通過放電產(chǎn)生電火花?；鸹ㄈ?0例如通過10kv左右以上的施加電壓而放電。作為一例，火花塞20設置于內(nèi)燃機，在該情況下，點燃燃燒室的混合氣體等燃燒氣體。火花塞20例如設置于從氣缸的外部貫通至氣缸內(nèi)部的燃燒室的貫通孔，以密封該貫通孔的方式被固定。在該情況下，火花塞20的一端露出于燃燒室內(nèi)，火花塞20的另一端從氣缸外部接收電信號。

點火線圈30向火花塞提供電信號。點火線圈30提供使火花塞20放電的高電壓作為電信號。點火線圈30可以作為變壓器起作用，例如，為具有初級線圈32和次級線圈34的點火線圈。初級線圈32和次級線圈34的一端電連接。初級線圈32的線圈匝數(shù)比次級線圈34的線圈匝數(shù)少，并與次級線圈34共用芯。次級線圈34根據(jù)在初級線圈32產(chǎn)生的電動勢而產(chǎn)生電動勢(互感電動勢)。次級線圈34的另一端與火花塞20連接，將產(chǎn)生的電動勢提供給火花塞20而使其放電。

電源40向點火線圈30提供電壓。電源40例如向初級線圈32和次級線圈34的一端提供預定的恒壓vb(例如14v)。作為一例，電源40為汽車的電池。

半導體裝置100根據(jù)由控制信號產(chǎn)生部10提供的控制信號，對點火線圈30的初級線圈32的另一端與基準電位之間的導通和非導通進行切換。半導體裝置100例如根據(jù)控制信號為高電位(導通電位)而使初級線圈32和基準電位之間導通，根據(jù)控制信號為低電位(關斷電位)而使初級線圈32和基準電位之間不導通。

在此，基準電位可以為汽車的控制系統(tǒng)中的基準電位，或者也可以為與汽車內(nèi)的半導體裝置100對應的基準電位?；鶞孰娢灰部梢詾槭拱雽w裝置100關斷的低電位，作為一例，為0v。半導體裝置100具備控制端子102、第一端子104、第二端子106、第三端子108、功率半導體元件110、截斷部120、電阻122、過電壓檢測部130、復位部140和鎖存部150。

控制端子102輸入控制功率半導體元件110的控制信號?？刂贫俗?02與控制信號產(chǎn)生部10連接，接收控制信號。第一端子104經(jīng)由點火線圈30而與電源40連接。第二端子106與基準電位連接。也就是說，第一端子104與第二端子106相比為高電位側(cè)的端子，第二端子106與第一端子104相比為低電位側(cè)的端子。第三端子108連接在電源40與點火線圈30之間。

功率半導體元件110包括柵極端子(g)、集電極端子(c)和發(fā)射極(e)端子，根據(jù)輸入至柵極端子的控制信號，將集電極端子和發(fā)射極端子之間電連接或電切斷。功率半導體元件110連接在高電位側(cè)的第一端子104與低電位側(cè)的第二端子106之間，根據(jù)柵極電位而被控制為導通或關斷。功率半導體元件110的柵極根據(jù)控制信號而被控制。

作為一例，功率半導體元件110為絕緣柵型雙極晶體管(igbt)?；蛘?，功率半導體元件110也可以為mosfet。作為一例，功率半導體元件110的發(fā)射極端子與基準電位連接。另外，集電極端子與初級線圈32的另一端連接。應予說明，在本實施例中，以功率半導體元件110是n溝道型的igbt為例進行說明，該n溝道型的igbt根據(jù)控制信號為導通電位而將集電極端子和發(fā)射極端子之間電連接。

截斷部120連接于功率半導體元件110的柵極端子和基準電位之間。作為一例，截斷部120是根據(jù)柵極電位而將漏極端子和源極端子之間控制為導通或關斷的fet。截斷部120的漏極端子與功率半導體元件110的柵極端子連接，截斷部120的源極端子與基準電位連接，并對是否將從控制端子102輸入的控制信號提供給功率半導體元件110的柵極端子進行切換。作為一例，截斷部120是根據(jù)柵極端子成為高電位的情況，而將漏極端子和源極端子之間的電連接的常關型(normallyoff)的開關元件。在該情況下，優(yōu)選截斷部120為n溝道型的mosfet。

電阻122連接于控制端子102和功率半導體元件110的柵極端子之間。當截斷部120為關斷狀態(tài)時，電阻122將控制信號提供給功率半導體元件110的柵極端子。當截斷部120在導通狀態(tài)下并使控制信號流向基準電位時，電阻122使該控制信號進行壓降。也就是說，向功率半導體元件110的柵極端子提供基準電位。

過電壓檢測部130對輸入至功率半導體元件110的電壓成為過電壓的情況進行檢測。作為一例，過電壓檢測部130根據(jù)點火線圈30和電源40之間的電位，對輸入至功率半導體元件110的電壓是否成為過電壓進行檢測。作為一例，過電壓檢測部130通過將輸入的電位與閾值進行比較，從而對輸入至功率半導體元件110的電壓是否成為過電壓進行檢測。過電壓檢測部130例如當檢測到輸入至功率半導體元件110的電壓為過電壓時，將高電位作為檢測信號輸出，當檢測到輸入至功率半導體元件110的電壓不是過電壓時，將低電位作為檢測信號輸出。過電壓檢測部130向鎖存部150提供檢測信號。

復位部140根據(jù)使功率半導體元件110導通的控制信號被輸入的情況，在預定期間內(nèi)輸出復位信號。例如，復位部140連接于控制信號產(chǎn)生部10，并根據(jù)被輸入有高電位的控制信號的情況，輸出高電位的復位信號。作為一例，復位部140將預定的脈沖寬度的脈沖信號作為復位信號輸出。復位部140將復位信號提供給鎖存部150。

鎖存部150根據(jù)復位信號而被復位，將檢測到過電壓的狀態(tài)(信息)進行鎖存。鎖存部150根據(jù)功率半導體元件的輸入電壓成為過電壓的情況，產(chǎn)生截斷信號，并提供給截斷部120的柵極端子。鎖存部150例如與過電壓檢測部130連接，根據(jù)檢測到功率半導體元件110的過電壓的情況，輸出截斷信號。也就是說，鎖存部150根據(jù)檢測到功率半導體元件110的過電壓的情況，截斷從控制端子102向功率半導體元件110的控制信號的提供。作為一例，鎖存部150產(chǎn)生從低電位變?yōu)楦唠娢坏慕財嘈盘?。由此，功率半導體元件110切換為關斷狀態(tài)。

以上的本實施方式的半導體裝置100在功率半導體元件110為正常狀態(tài)，且控制信號成為高電位的情況下，功率半導體元件110成為導通狀態(tài)。由此，從電源40經(jīng)由點火線圈30的初級線圈32供集電極電流ic流通。應予說明，集電極電流ic的時間變化dic/dt根據(jù)初級線圈32的電感以及電源40的供給電壓來確定，并增加到預定的(或設定的)電流值為止。例如，集電極電流ic增加到幾a、十幾a或幾十a(chǎn)程度為止。

而且，如果控制信號成為低電位，則功率半導體元件110成為關斷狀態(tài)，集電極電流急劇減小。由于集電極電流的急劇減小，因此初級線圈32的兩端電壓由于自感電動勢而急劇增加，在次級線圈34的兩端產(chǎn)生達到幾十kv程度的感應電動勢。點火裝置1000通過將這樣的次級線圈34的電壓提供給火花塞20，從而使火花塞20放電而點燃燃燒氣體。

在此，在向功率半導體元件110的第一端子104施加了過電壓的情況下，截斷部120截斷從控制端子102向功率半導體元件110的控制信號的提供。由此，功率半導體元件110的柵極電位變?yōu)殛P斷電位，集電極電流ic被截斷。在此，在點火裝置1000裝配于汽車等，并在該汽車運行中電池端子被開放的情況下，點火裝置1000可能會成為在點火線圈30產(chǎn)生感應電動勢而使得電位暫時上升的故障模式(稱為負載突降(loaddump))。本實施方式的點火裝置1000即使變?yōu)檫@樣的故障模式而產(chǎn)生過電壓，由于截斷部120截斷向功率半導體元件110提供控制信號，并截斷集電極電流ic，因此能夠防止使該點火裝置1000和汽車的部件產(chǎn)生破壞和工作故障等。

如上所述，對為了檢測是否在功率半導體元件110產(chǎn)生了過電壓，半導體裝置100具備連接到點火線圈30的第三端子108的例子進行了說明。如此，在半導體裝置100，通過設置輸入要檢測的電壓的端子來檢測過電壓，所以需要安裝該端子，并設置傳送電路的區(qū)域，另外，設置對從該端子輸入的信號進行保護的保護電路等的區(qū)域是必要的。因此，即使以集成電路等形成半導體裝置100，也會存在芯片面積變大的情況。

另外，半導體裝置100可以取代圖1的過電壓檢測部130而安裝溫度檢測部等，對功率半導體元件110的溫度進行檢測。在該情況下，半導體裝置100能夠?qū)υ诠β拾雽w元件110成為負載突降時的溫度上升進行檢測，根據(jù)檢測結果將集電極電流截斷。然而，由于溫度檢測部在檢測溫度的感度等方面存在制造偏差，因此對每個半導體裝置100都必須進行檢測結果的校正和補正等，花費勞力和成本。

可是，本實施方式的半導體裝置200不具備用于檢測過電壓的端子，降低了成本和勞力，根據(jù)功率半導體元件110的過電壓來截斷集電極電流。針對具備這樣的半導體裝置200的點火裝置2000，利用圖2進行說明。

圖2示出本實施方式的點火裝置2000的構成例。在圖2所示的點火裝置2000中，對與圖1所示的本實施方式的點火裝置1000的工作大致相同的部分標注相同的符號，并省略說明。點火裝置2000具備半導體裝置200。應予說明，對于點火裝置2000所具備的控制信號產(chǎn)生部10、火花塞20、點火線圈30和電源40省略說明。

半導體裝置200具備控制端子202、第一端子204、第二端子206、功率半導體元件210、截斷部220、電阻222、過電壓檢測部230、復位部240和鎖存部250?？刂贫俗?02輸入控制功率半導體元件210的控制信號?？刂贫俗?02與控制信號產(chǎn)生部10連接，接收控制信號。第一端子204經(jīng)由點火線圈30而與電源40連接。第二端子206與基準電位連接。也就是說，第一端子204與第二端子206相比為高電位側(cè)的端子，第二端子206與第一端子204相比為低電位側(cè)的端子。

功率半導體元件210包括柵極端子(g)、集電極端子(c)和發(fā)射極(e)端子，根據(jù)輸入至柵極端子的控制信號，將集電極端子和發(fā)射極端子之間電連接或電切斷。功率半導體元件210連接在高電位側(cè)的第一端子204和低電位側(cè)的第二端子206之間，根據(jù)柵極電位而被控制為導通或關斷。功率半導體元件210的柵極根據(jù)控制信號而被控制。

作為一例，功率半導體元件210為igbt(絕緣柵型雙極晶體管)。作為一例，功率半導體元件210具有達到幾百v的耐壓。功率半導體元件210例如為在基板的第一面?zhèn)刃纬杉姌O，并且在與第一面相反一側(cè)的第二面?zhèn)刃纬蓶烹姌O和發(fā)射電極的縱型器件。另外，功率半導體元件210也可以為縱型mosfet。作為一例，功率半導體元件210的發(fā)射極端子與基準電位連接。另外，集電極端子與初級線圈32的另一端連接。應予說明，在本實施例中，對功率半導體元件210為n溝道型的igbt的例子進行說明，該n溝道型的igbt根據(jù)控制信號成為導通電位，將集電極端子和發(fā)射極端子之間電連接。

截斷部220根據(jù)檢測到過電壓，控制功率半導體元件210的柵極轉(zhuǎn)向關斷電壓。截斷部220連接在功率半導體元件210的柵極端子和基準電位之間。作為一例，截斷部220是根據(jù)柵極電位而將漏極端子和源極端子之間控制為導通或關斷的fet。截斷部220的漏極端子與功率半導體元件210的柵極端子連接，截斷部220的源極端子與基準電位連接，對是否將從控制端子202輸入的控制信號提供給功率半導體元件210的柵極端子進行切換。作為一例，截斷部220為根據(jù)柵極端子成為高電位而將漏極端子和源極端子之間電連接的常關型的開關元件。在該情況下，優(yōu)選截斷部220為n溝道型的mosfet。

電阻222連接在控制端子202和功率半導體元件210的柵極端子之間。當截斷部220為關斷狀態(tài)時，電阻222將控制信號提供給功率半導體元件210的柵極端子。當截斷部220為導通狀態(tài)并且使控制信號流向基準電位時，電阻222使該控制信號壓降。也就是說，變?yōu)橄蚬β拾雽w元件210的柵極端子提供基準電位。

過電壓檢測部230對功率半導體元件210的集電極端子側(cè)的電壓成為過電壓的情況進行檢測。過電壓檢測部230例如根據(jù)初級線圈32和第一端子204之間的電位，對輸入至功率半導體元件的電壓是否成為過電壓進行檢測。另外，過電壓檢測部230可以經(jīng)由電阻等來接收功率半導體元件210的集電極端子的電位。也就是說，過電壓檢測部230根據(jù)與半導體裝置200內(nèi)部的集電極端子連接的部分的電位，來檢測是否變成了過電壓。

作為一例，過電壓檢測部230通過將輸入的電位與閾值進行比較，來檢測輸入至功率半導體元件的電壓是否變成了過電壓。在該情況下，過電壓檢測部230可以具有包括多個電阻的分壓電路、以及包括比較器的比較電路。過電壓檢測部230例如當檢測到輸入至功率半導體元件的電壓為過電壓時，將高電位作為檢測信號輸出，當檢測到輸入功率半導體元件的電壓不是過電壓時，將低電位作為檢測信號輸出。過電壓檢測部230向鎖存部250提供檢測信號。

復位部240根據(jù)使功率半導體元件210導通的控制信號被輸入的情況，在預定的期間內(nèi)輸出復位信號。復位部240例如與控制信號產(chǎn)生部10連接，并根據(jù)高電位的控制信號被輸入的情況，輸出高電位的復位信號。復位部240將預定的脈沖寬度的脈沖信號作為復位信號輸出。復位部240將復位信號提供給鎖存部250。

鎖存部250根據(jù)復位信號而被復位，并將檢測到過電壓的狀態(tài)(信息)進行鎖存。鎖存部250根據(jù)功率半導體元件的輸入電壓成為過電壓的情況，產(chǎn)生截斷信號，并提供給截斷部220的柵極端子。鎖存部250例如與過電壓檢測部230連接，根據(jù)檢測到功率半導體元件210的過電壓的情況，輸出截斷信號。也就是說，鎖存部250根據(jù)檢測到功率半導體元件210的過電壓的情況，截斷從控制端子202向功率半導體元件210提供控制信號。

作為一例，鎖存部250產(chǎn)生從低電位成為高電位的截斷信號。由此，截斷部220根據(jù)鎖存部250對檢測到過電壓的狀態(tài)(信息)進行了鎖存的情況，控制功率半導體元件210的柵極轉(zhuǎn)向關斷電壓。也就是說，截斷部220根據(jù)檢測到過電壓的情況，使功率半導體元件210的柵極下拉，功率半導體元件210被切換為關斷狀態(tài)。

以上的本實施方式的半導體裝置200與圖1說明的半導體裝置100相同，在功率半導體元件210為正常狀態(tài)，且控制信號成為高電位時，功率半導體元件210成為導通狀態(tài)。由此，如圖1所說明的，點火裝置2000能夠使火花塞20放電而點燃燃燒氣體。

另外，在向功率半導體元件210提供了過電壓時，過電壓檢測部230檢測該過電壓并將截斷信號提供給截斷部220。由此，功率半導體元件210的柵極電位成為關斷電位，集電極電流ic被截斷。如上所述，本實施方式的過電壓檢測部230根據(jù)半導體裝置200內(nèi)部的電壓而對是否變成了過電壓進行檢測，因此半導體裝置200無需具備接收從外部輸入的電壓的端子，就能夠檢測過電壓并截斷集電極電流ic。

應予說明，本實施方式的過電壓檢測部230對輸入到第一端子204的電壓進行檢測，但該輸入電壓因半導體裝置200的點火工作等而發(fā)生很大的變化。也就是說，即使在功率半導體元件210不發(fā)生異常加熱的情況下，過電壓檢測部230也能夠檢測到過電壓。

因此，本實施方式的復位部240在應該開始功率半導體元件210的異常檢測的時刻產(chǎn)生復位信號，鎖存部250將從該時刻開始至控制信號變?yōu)榈碗娢粸橹沟钠陂g作為檢測期間，在該檢測期間對過電壓檢測部230的檢測結果進行鎖存。由此，半導體裝置200即使使用與電源40的輸出相比變化更大的第一端子204的電壓，也能夠檢測到功率半導體元件210的過電壓。接下來對這樣的過電壓檢測部230、復位部240和鎖存部250的例子進行說明。

圖3示出本實施方式的過電壓檢測部230的第一構成例。過電壓檢測部230具有電壓輸入部232、電源輸入部234、檢測信號輸出部236、基準電位輸入部238、電阻312、電阻314、反相器316和反相器318。

電壓輸入部232輸入有應該進行是否為過電壓的檢測的電壓信號。也就是說，電壓輸入部232輸入有功率半導體元件210的集電極端子側(cè)的電壓。電源輸入部234與過電壓檢測部230的電源連接。作為一例，電源輸入部234將從控制端子202輸入的控制信號作為工作電壓而輸入。由此，過電壓檢測部230在控制信號為高電位的情況下，也就是說，以功率半導體元件210的導通狀態(tài)為條件，對從電壓輸入部232輸入的電壓是否為過電壓進行檢測。

檢測信號輸出部236輸出過電壓檢測部230的檢測結果。作為一例，檢測信號輸出部236連接于鎖存部250，作為過電壓的檢測結果，輸出高電位。基準電位輸入部238與基準電位相連。

電阻312和電阻314串聯(lián)連接在電壓輸入部232和基準電位輸入部238之間，對從檢測信號輸出部236輸入的電壓進行分壓。電阻312和電阻314分別具有為預定的電阻比的電阻值。作為一例，對電阻312和電阻314而言，可以在從電壓輸入部232輸入的電壓為超過閾值的過電壓時，以電阻314的分壓電位為高電位的方式?jīng)Q定該電阻比。

反相器316輸入有電阻312和電阻314之間的分壓電位，將該分壓電位的邏輯反轉(zhuǎn)。也就是說，當從電壓輸入部232輸入的電壓為過電壓時，反相器316輸出低電位。反相器318使反相器316的輸出的邏輯反轉(zhuǎn)。也就是說，當從電壓輸入部232輸入的電壓為過電壓時，反相器318輸出高電位。

如上所述，本實施方式的過電壓檢測部230以功率半導體元件210的導通狀態(tài)為條件，當從電壓輸入部232輸入的電壓為過電壓時，輸出高電位的過電壓檢測信號。應予說明，圖3示出具有分壓電阻和反相器，且分壓電阻生成閾值電壓的過電壓檢測部230的構成例，但取而代之，過電壓檢測部230也可以具有分壓電阻和比較器。在該情況下，過電壓檢測部230通過比較器對分壓電位和閾值進行比較，當分壓電位比閾值大時，輸出高電位。應予說明，輸入到比較器的閾值電壓可以由分壓電阻生成。

除此以外，過電壓檢測部230還可以具有齊納二極管。關于這樣的過電壓檢測部230，利用圖4進行說明。圖4示出本實施方式的過電壓檢測部230的第二構成例。在圖4示出的過電壓檢測部230中，對與圖3所示的本實施方式的電壓檢測部230的工作大致相同的部分標注相同的符號，并省略說明。

過電壓檢測部230具有齊納二極管320和緩沖器330。齊納二極管320連接于電阻312和電阻314之間，在從電壓輸入部232輸入的電壓超過了擊穿電壓時，使電流在電阻312和電阻314之間流動。齊納二極管320的擊穿電壓例如設定為與以下閾值相對應的電壓，即將從電壓輸入部232輸入的電壓判斷為過電壓的閾值。由此，在從電壓輸入部232輸入的電壓變?yōu)檫^電壓時，電流流過電阻314，且高電位的分壓電位產(chǎn)生在齊納二極管320和電阻314之間。

緩沖器330連接在齊納二極管320和電阻314之間，對電阻314的分壓電位進行緩沖。也就是說，緩沖器330在從電壓輸入部232輸入的電壓為過電壓的情況下，輸出高電位。緩沖器330將從電源輸入部234輸入的控制信號作為工作電壓。由此，在圖4所示的過電壓檢測部230以功率半導體元件210的導通狀態(tài)為條件，在從電壓輸入部232輸入的電壓為過電壓時，輸出高電位的過電壓檢測信號。

取而代之，過電壓檢測部230也可以具有耗盡型mosfet。針對這樣的過電壓檢測部230，利用圖5進行說明。圖5示出本實施方式的過電壓檢測部230的第三構成例。在圖5所示的過電壓檢測部230中，對與圖3所示的本實施方式的電壓檢測部230的工作大致相同的部分標注相同的符號，并省略說明。

過電壓檢測部230具有耗盡型mosfet340和齊納二極管350。耗盡型mosfet340取代在圖3所示的過電壓檢測部230的電阻312而設置。作為一例，耗盡型mosfet340的漏極端子與電壓輸入部232連接，源極端子與電阻314連接，柵極端子與源極端子連接，并使漏極-源極間進行電阻工作。由此，與圖4說明的電阻312和電阻314引起的分壓工作相同，在從電壓輸入部232輸入的電壓為超過閾值的過電壓時，可以以電阻314的分壓電位成為高電位的方式對電阻314的電阻值進行設定。

齊納二極管350連接在電阻314的一端和另一端之間，在電阻314的分壓電位超過了擊穿電壓時，將電阻314的一端和另一端之間電連接。也就是說，齊納二極管350在從電壓輸入部232輸入的電壓為超過閾值的過電壓的情況下，防止對電阻314施加過大的電壓。齊納二極管350的擊穿電壓例如設定為高電壓程度或者比高電壓高幾v程度的高電壓。

由此，在從電壓輸入部232輸入的電壓變成過電壓時，電流在電阻314流動，高電位的分壓電位在齊納二極管350和電阻314之間產(chǎn)生。緩沖器330連接在耗盡型mosfet340和電阻314之間，對電阻314的分壓電位進行緩沖。由此，圖5所示的過電壓檢測部230以功率半導體元件210的導通狀態(tài)為條件，在從電壓輸入部232輸入的電壓為過電壓時，輸出高電位的過電壓檢測信號。如上所述，過電壓檢測部230可以具有用于生成成為過電壓的基準的閾值電壓的電阻、齊納二極管、耗盡型mosfet和反相器中的至少一個。

圖6示出本實施方式的復位部240的構成例。復位部240包括控制信號輸入部242、復位信號輸出部244、基準電位輸入部246、電阻411、電阻412、反相器413、反相器414、電阻415、電容器416和反相器417。

控制信號輸入部242輸入有從控制端子202輸入的控制信號。復位信號輸出部244輸出該復位部240生成的復位信號。基準電位輸入部246與基準電位相連。

電阻411和電阻412串聯(lián)連接在控制信號輸入部242和基準電位輸入部246之間，對從控制信號輸入部242輸入的控制信號vin進行分壓。如果設電阻411的電阻值為r1，設電阻412的電阻值為r2，則分壓電位為vin·r2/(r1+r2)。作為一例，在控制信號過渡性地從關斷電位(0v)線性上升至導通電位(5v)的情況下，分壓電位也從0v線性上升至5·r2/(r1+r2)。

反相器413連接于電阻411和電阻412之間，接收分壓電位并反轉(zhuǎn)輸出。反相器414接收反相器413的輸出并反轉(zhuǎn)輸出。電阻415和電容器416構成rc電路，接收反相器414的輸出，以具有時間常數(shù)rc的延遲的方式輸出上升信號。反相器417接收電阻415和電容器416的輸出并反轉(zhuǎn)輸出。

應予說明，反相器413、反相器414和反相器417分別將從控制信號輸入部242輸入的控制信號作為工作電源。因此，各反相器在控制信號過渡性地上升的過程中，在該控制信號到達反相器的閾值為止，輸出與控制信號大致相同的電位的信號。應予說明，在本例中，各反相器的閾值設為大致相同的值vthi。利用圖7對這樣的復位部240中各部分的工作進行說明。

圖7示出本實施方式的復位部240的各部分的工作波形的一個例子。圖7的橫軸作為時間，縱軸作為輸出電位。圖7示出在輸入至控制信號輸入部242的控制信號vin從關斷電位(0v)線性上升至導通電位(5v)情況下的、反相器413、反相器414和反相器417的輸出電位的一個例子。反相器413、反相器414和反相器417的輸出電位vout1、vout2和vout3在輸入電位到達反相器的閾值為止，與電源電位(也就是說，控制信號vin)為大致相同的電位。

即使電源的電位超過閾值vthi，但由于輸入的分壓電位vin·r2/(r1+r2)是在閾值vthi以下的值，因此反相器413將輸入電位作為低電位而反轉(zhuǎn)輸出高電位。應予說明，即使反相器413以輸出高電位的方式工作，在電源電位為到達高電位(例如5v)為止過程中的過渡性的電位的情況下，也將該電源電位作為高電位輸出。圖7示出反相器413的輸出電位vout1在時刻t1以后輸出與電源電位vin大致相同的電位的例子。

反相器413根據(jù)電源的電位超過了閾值vthi，且輸入的分壓電位超過了閾值vthi(也就是說，高電位的輸入)的情況，反轉(zhuǎn)輸出低電位。圖7示出反相器413的輸出電位vout1在時刻t2成為低電位(0v)的例子。

反相器414根據(jù)電源的電位為超過閾值vthi的電位，且輸入電位為超過了閾值vthi的電位的情況，反轉(zhuǎn)輸出低電位。圖7示出反相器414的輸出電位vout2在時刻t1成為低電位的例子。反相器414根據(jù)電源的電位超過閾值vthi，且輸入電位為低電位的情況，反轉(zhuǎn)輸出高電位。應予說明，反相器414在電源電位為到達高電位為止的過程中的過渡性的電位的情況下，將該電源電位作為高電位輸出。圖7示出反相器414的輸出電位vout2在時刻t2以后成為與電源電位vin大致相同的電位的例子。

由電阻415和電容器416構成的rc電路使反相器414的輸出信號延遲。圖7示出rc電路使輸出信號延遲10μs的例子。反相器417根據(jù)電源的電位是超過閾值vthi的電位，且輸入電位是超過了閾值vthi的電位的情況，反轉(zhuǎn)輸出低電位。圖7示出反相器417的輸出電位vout3在時刻t3成為低電位的例子。

如上所述，本實施方式的復位部240在導通電位輸入至控制信號輸入部242起算經(jīng)過基準時間t2后，輸出復位信號。作為一例，圖7所示的復位信號為將在電阻415和電容器416設定的時間常數(shù)作為脈沖寬度的脈沖信號。

圖8示出本實施方式的鎖存部250的構成例。鎖存部250包括置位信號輸入部252、復位信號輸入部254、控制信號輸入部256、截斷信號輸出部258、基準電位輸入部259、反相器512、第一nand(與非)電路514、第二nand電路516和第三nand電路518。

置位信號輸入部252與過電壓檢測部230的檢測信號輸出部236連接，輸入有過電壓的檢測信號。復位信號輸入部254與復位部240的復位信號輸出部244連接，輸入有復位信號?？刂菩盘栞斎氩?56輸入有從控制端子202輸入的控制信號。截斷信號輸出部258輸出該鎖存部250生成的截斷信號?；鶞孰娢惠斎氩?59與基準電位連接。

反相器512、第一nand電路514、第二nand電路516和第三nand電路518分別將從控制信號輸入部256輸入的控制信號作為工作電源。因此，以控制信號變?yōu)楦唠娢粸闂l件，鎖存部250將檢測到截斷條件的狀態(tài)(信息)鎖存并輸出截斷信號。以下，對控制信號變?yōu)楦唠娢磺闆r下的鎖存部250的工作進行說明。

反相器512將復位信號的邏輯反轉(zhuǎn)，并向第一nand電路514和第二nand電路516輸出。第一nand電路514輸入反相器512的輸出和過電壓的檢測信號，輸出nand運算結果。第一nand電路514在復位信號為低電位且檢測到過電壓的情況下，輸出低電位。

第二nand電路516接收反相器512和該鎖存部250的輸出信號，輸出nand運算結果。另外，第三nand電路518接收第一nand電路514和第二nand電路516的輸出信號，輸出nand運算結果。第二nand電路516和第三nand電路518構成rs觸發(fā)器。也就是說，第二nand電路516和第三nand電路518在復位信號被輸入至復位信號輸入部254之后，對與輸入至置位信號輸入部252的過電壓檢測相對應的高電位作為置位信號進行鎖存。

如上所述，本實施方式的鎖存部250將控制信號變?yōu)楦唠娢蛔鳛闂l件，根據(jù)功率半導體元件210的過電壓而對過電壓的檢測信號進行鎖存。鎖存部250向截斷部220提供截斷信號。截斷部220根據(jù)鎖存部250對滿足了截斷條件的狀態(tài)(信息)進行了鎖存的情況，將功率半導體元件210的柵極電位設為關斷電位。

如上所述，本實施方式的半導體裝置200根據(jù)來自外部的控制信號以及根據(jù)功率半導體元件210的過電壓而對工作進行限制，并且作為對流向點火線圈30的電流進行控制的點火器而工作。關于半導體裝置200的工作，利用圖9進行說明。

圖9示出本實施方式的半導體裝置200的各部分的工作波形的例子。在圖9中，將橫軸設為時間，縱軸設為電壓值或電流值。另外，在圖9中，將從控制端子202輸入的控制信號設為“vin”，將復位部240輸出的復位信號作為“復位”，將鎖存部250輸出的截斷信號設為“鎖存”，將功率半導體元件210的導通狀態(tài)或關斷狀態(tài)設為“igbt”，將功率半導體元件210的集電極-發(fā)射極之間的電流設為“集電極電流”，將功率半導體元件210的集電極-發(fā)射極之間的電壓設為“集電極電壓”，分別示出它們的時間波形。

當輸入至半導體裝置200的控制信號vin為低電位(例如0v)時，復位信號和截斷信號成為低電位(0v)，功率半導體元件210成為關斷狀態(tài)，集電極電流成為0a，集電極電壓成為電源40的輸出電壓(例如14v)。在此，如果將判斷是否為過電壓的閾值設為小于14v的電壓，則集電極電壓成為過電壓的狀態(tài)，但由于控制信號為低電位，所以截斷信號成為低電位。

并且，當控制信號vin變?yōu)楦唠娢粫r，復位信號被輸出，功率半導體元件210被切換為導通狀態(tài)，集電極電流開始增加，集電極電壓在變?yōu)榇蠹s0v后開始增加。在此，作為一例，復位部240在相比于從使功率半導體元件210導通的控制信號被輸入開始至功率半導體元件210成為導通狀態(tài)為止的時間還長的時間段，輸出復位信號。

由此，在復位信號從高電位變?yōu)榈碗娢坏臅r刻，功率半導體元件210已經(jīng)轉(zhuǎn)換至導通狀態(tài)，能夠使集電極電壓降低到閾值以下的電壓。因此，即使過電壓檢測部130在功率半導體元件210切換為導通狀態(tài)的時刻檢測到過電壓，但復位信號維持在高電位，在復位部240將復位信號設為低電位，鎖存部250開始進行工作的時刻，由于集電極電壓在閾值以下，所以鎖存部250繼續(xù)進行低電位的截斷信號的輸出。

然后，當一直未檢測到過電壓而控制信號vin再次變?yōu)榈碗娢粫r，由于該低電位成為功率半導體元件210的柵極電位，所以功率半導體元件210被切換為關斷。由此，執(zhí)行圖1所說明的點火工作，集電極電流返回至大約0a，集電極電壓返回至電源的輸出電位。應予說明，作為點火工作，集電極電壓在瞬時變?yōu)楦唠妷褐螅祷刂岭娫吹妮敵鲭娢?。以上為圖9的控制信號vin示出為“正常”的范圍的半導體裝置200的工作。

接下來，對在功率半導體元件210產(chǎn)生過電壓的例子進行說明。在該情況下，到控制信號vin變?yōu)楦唠娢坏臓顟B(tài)為止，正如所說明的那樣，復位信號被輸出，功率半導體元件210被切換為導通狀態(tài)，集電極電流開始增加，集電極電壓在變?yōu)榇蠹s0v后開始增加。

在此，當功率半導體元件210的集電極端子側(cè)發(fā)生異常，集電極電壓繼續(xù)上升時，集電極電流也繼續(xù)增加，功率半導體元件210的溫度上升。并且，在集電極電壓超過閾值而成為過電壓時，過電壓檢測部230檢測到過電壓，鎖存部250輸出截斷信號。由此，功率半導體元件210被切換為關斷狀態(tài)。由此，圖1所說明的點火工作被執(zhí)行，集電極電流返回至大約0a，集電極電壓返回至電源的輸出電壓。

如果集電極電流和集電極電壓返回原狀后，控制信號vin變?yōu)榈碗娢?，則截斷了向鎖存部250提供電源，因此截斷信號成為低電位，返回至初期狀態(tài)。以上是在圖9的控制信號vin表示為“產(chǎn)生過電壓”的范圍的半導體裝置200的工作。如上所述，本實施方式的半導體裝置200能夠在不具備輸入電源電壓的端子和溫度檢測元件的情況下，對施加于功率半導體元件210的過電壓進行檢測，并將功率半導體元件210切換為關斷狀態(tài)。因此，半導體裝置200能夠不增加芯片面積而進行單芯片化。另外，半導體裝置200不具有溫度檢測部，因此能夠排除由溫度檢測部引起的誤檢測的影響。

對以上本實施方式的半導體裝置200而言，對將功率半導體元件210和截斷部220設為n溝道型的mosfet進行工作的例子進行了說明。當在基板形成這樣的半導體裝置200時，優(yōu)選以與該n溝道型的開關元件大致相同的配置形成。例如，當在基板上形成縱型半導體開關時，在基板的一側(cè)的表面形成有集電極端子，在另一側(cè)的表面形成有柵極端子和發(fā)射極端子。作為一例，功率半導體元件210具有設置于基板的第一面?zhèn)鹊牡谝欢俗觽?cè)的集電極端子、設置于基板的第二面?zhèn)鹊臇艠O端子、以及設置于基板的第二面?zhèn)鹊牡诙俗觽?cè)的發(fā)射極端子。

在該情況下，基板的第二面?zhèn)葹閚導電型。因此，優(yōu)選截斷部220是在基板的第二面?zhèn)刃纬傻膎溝道型mosfet。在該情況下，基板的第二面?zhèn)葹閚導電型。因此，優(yōu)選截斷部220為形成在基板的第二面?zhèn)鹊膎溝道型的mosfet。也就是說，優(yōu)選截斷部220設在基板的第二面?zhèn)取?/p>

應予說明，當過電壓檢測部230如圖5所示，具有耗盡型mosfet340時，該耗盡型mosfet340也可以以同樣的配置形成。在該情況下，耗盡型mosfet340的漏極端子與功率半導體元件210的集電極端子連接。因此，過電壓檢測部230具有半導體元件，該半導體元件包括設置于基板的第一面?zhèn)鹊呐c功率半導體元件210的集電極端子共用的集電極端子，以及設置于基板的第二面?zhèn)鹊臇艠O端子和發(fā)射極端子，柵極端子與發(fā)射極端子電連接。

如上所述，利用圖10對本實施方式的半導體裝置200形成于基板的例子進行說明。圖10示出形成有本實施方式的半導體裝置200的基板700的一部分的構成例。圖10示出設置于半導體裝置200的功率半導體元件210以及以n溝道型的mosfet形成的截斷部220的截面結構的一個例子。也就是說，功率半導體元件210具有設置于基板700的第一面?zhèn)鹊募姌O端子116、以及設置于基板700的第二面?zhèn)鹊臇艠O端子112和發(fā)射極端子114。以n溝道型的mosfet形成的截斷部220在基板700的第二面?zhèn)染哂性措姌O123和漏電極124。半導體裝置200根據(jù)輸入到柵極端子112的控制信號，對在發(fā)射極端子114和集電極端子116之間的縱向(z方向)的電連接和電切斷進行切換。

半導體裝置200形成于基板700。在基板700的p⁺層區(qū)710的第二面?zhèn)仍O置有n層區(qū)720。作為一例，基板700為硅基板?；?00例如通過向摻雜了硼等的p型基板的第二面?zhèn)茸⑷肓谆蛏榈鹊碾s質(zhì)來形成有n層區(qū)720。圖10示出將朝向基板700的-z方向的面作為第一面，該第一面作為與xy面大致平行的面的例子。另外，圖10示出在相對于半導體裝置200的該第一面大致垂直的xz面上的截面的構成例。在基板700的p⁺層區(qū)710側(cè)形成有集電極端子116。應予說明，在基板700的第一面?zhèn)冗€可以進一步形成集電極。

在n層區(qū)720分別形成有第一阱區(qū)722、第二阱區(qū)724、第三阱區(qū)726、第四阱區(qū)727和第五阱區(qū)728。第一阱區(qū)722形成有功率半導體元件210的發(fā)射區(qū)。在n層區(qū)720形成有多個第一阱區(qū)722。作為一例，第一阱區(qū)722形成為導電型的p⁺區(qū)，在該p⁺區(qū)形成有作為n⁺區(qū)的發(fā)射區(qū)。第一阱區(qū)722與發(fā)射區(qū)共同連接有發(fā)射極端子114。應予說明，作為一例，第一阱區(qū)722可以形成為與雜質(zhì)濃度比第一阱區(qū)722低的p區(qū)相鄰。

第二阱區(qū)724在比第一阱區(qū)722靠基板700的端部側(cè)，以與第一阱區(qū)722電絕緣的方式形成。第二阱區(qū)724例如在基板700的第二面?zhèn)纫試@形成有第一阱區(qū)722的區(qū)域的方式形成。作為一例，第二阱區(qū)724形成為環(huán)形。作為一例，第二阱區(qū)724形成為導電性的p⁺區(qū)。第二阱區(qū)724通過與圍繞在第二阱區(qū)724周圍的n層區(qū)720的pn結而形成耗盡層，防止由施加于基板700的高電壓等而引起的載流子向第一阱區(qū)722側(cè)流動。第三阱區(qū)726形成在基板700的外周，與集電極端子116電連接。

第四阱區(qū)727是形成功率半導體元件210以外的晶體管元件等的區(qū)域。作為一例，第四阱區(qū)727形成為導電性的p⁺區(qū)。在該p⁺區(qū)形成有作為n⁺區(qū)的源區(qū)和漏區(qū)，該源區(qū)和漏區(qū)構成作為截斷部220的n溝道型的mosfet。另外，在源區(qū)和漏區(qū)之間，形成有截斷部220的柵極。第五阱區(qū)728以圍繞第四阱區(qū)727的方式形成。作為一例，第五阱區(qū)728形成為導電性的p⁺區(qū)。作為一例，第四阱區(qū)727可以形成為雜質(zhì)濃度比第五阱區(qū)728低。

在n層區(qū)720的第二面層疊形成有第一絕緣膜730、第二絕緣膜740、半導體膜750、柵電極760、第三絕緣膜770、發(fā)射電極780和電極部784。第一絕緣膜730和第二絕緣膜740形成在n層區(qū)720的第二面?zhèn)取５谝唤^緣膜730和第二絕緣膜740例如包括氧化膜。作為一例，第一絕緣膜730和第二絕緣膜740包括氧化硅。第二絕緣膜740與第一絕緣膜730接觸，并以比第一絕緣膜730薄的方式形成。

半導體膜750形成在第一絕緣膜730和第二絕緣膜740的上表面，一端與發(fā)射電極780連接，另一端與第三阱區(qū)726連接。作為一例，半導體膜750以多晶硅形成。半導體膜750可以形成電阻和/或二極管等。也就是說，半導體膜750形成在柵極端子112和發(fā)射極端子114之間。

柵電極760與柵極端子112連接。應予說明，在柵電極760和n層區(qū)720之間形成有柵絕緣膜762。第三絕緣膜770與在該第三絕緣膜770形成后而層疊的發(fā)射電極780和電極部784電絕緣。作為一例，第三絕緣膜770為硼磷硅玻璃(bpsg)。另外，第三絕緣膜770通過蝕刻使基板700的一部分露出，形成接觸孔。

發(fā)射電極780是與第一阱區(qū)722接觸而形成的電極。作為一例，發(fā)射電極780形成于第三絕緣膜770形成的接觸孔。作為一例，發(fā)射電極780當在半導體裝置200形成有多個第一阱區(qū)722時，與多個該第一阱區(qū)722接觸而形成。另外，作為一例，發(fā)射電極780的至少一部分為發(fā)射極端子114。另外，發(fā)射電極780的至少一部分也可以作為電極襯墊而形成。在半導體裝置200被收容于封裝件等的情況下，發(fā)射電極780的至少一部分與設置于該封裝件的端子通過引線鍵合等而電連接。

電極部784將第三阱區(qū)726和半導體膜750電連接。作為一例，電極部784形成于第三絕緣膜770形成的接觸孔，并與第三阱區(qū)726接觸。

如上所述，圖10示出將功率半導體元件210和截斷部220作為n溝道型的開關而形成于基板700的例子。因此，能夠共用形成功率半導體元件210和截斷部220的工藝的至少一部分，能夠提高半導體裝置200的制造工藝的效率。

以上，利用實施方式對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明的技術范圍不限于上述實施方式所記載的范圍。對本領域技術人員而言顯而易見的是，可以對上述實施方式進行各種變更或改良。從權利要求書的范圍明確可知，這種進行了變更或改良的方式也包括于本發(fā)明的技術范圍。

應當注意的是，只要對在權利要求書、說明書以及附圖中所示的裝置、系統(tǒng)、工藝和方法中的動作、順序、步驟和階段等的各個處理的執(zhí)行順序，沒有用“之前”、“首先”等進行特別的明示，另外，不是在后續(xù)處理中使用之前處理的結果，就可以按任意順序?qū)崿F(xiàn)。關于權利要求書、說明書和附圖的動作流程，為了方便，使用了“首先”、“接下來”等進行說明，但并不意味著必須以該順序?qū)嵤?/p>