專利名稱：半導(dǎo)體裝置和使用了它的電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及驅(qū)動(dòng)電力用半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置和使用了它的電力變換裝置。
背景技術(shù)：
以功率MOSFET、絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)為代表的絕緣柵型的電力用半導(dǎo)體 開(kāi)關(guān)元件，利用在其柵極與源極或發(fā)射極之間施加的電壓進(jìn)行通斷控制。在例如專利文獻(xiàn) 1中公開(kāi)了控制其通斷的驅(qū)動(dòng)電路。在專利文獻(xiàn)1中，對(duì)控制馬達(dá)的電流的主開(kāi)關(guān)即6個(gè) MOSFET進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路的輸出級(jí)開(kāi)關(guān)由MOSFET構(gòu)成。作為控制電力的主開(kāi)關(guān)之一的 MOSFET Ql的柵極-源極間電壓VGS，經(jīng)由端子T2、T3，被通過(guò)電阻與Ql的柵極連接的p型 MOSFET Ml、 M5禾P n型MOSFET M2、 M3、 M4控制。通過(guò)使上述p型MOSFET接通、n型MOSFET 截止把Ql接通，流過(guò)主電流；通過(guò)使上述P型MOSFET截止、n型MOSFET接通把Ql截止，切 斷主電流。此時(shí)，主開(kāi)關(guān)元件的通斷切換速度取決于因用上述p型和n型MOSFET的電流 對(duì)主開(kāi)關(guān)元件的柵極_發(fā)射極間的電容進(jìn)行充放電造成的VGS的變化速度。上述p型和n 型MOSFET的元件尺寸被確定成，使得在必要的主開(kāi)關(guān)的切換時(shí)間內(nèi)VGS可以變化的電流流 過(guò)。〈專利文獻(xiàn)1>日本特開(kāi)2006-353093號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明要解決的問(wèn)題) 在這樣的場(chǎng)合下，由于隨著主開(kāi)關(guān)元件的電流容量增加，主開(kāi)關(guān)元件的柵極電容 也增加，所以作為驅(qū)動(dòng)電路的輸出級(jí)的元件的MOSFET的電流也增大，其元件面積增大。因 此，驅(qū)動(dòng)電路的集成化有困難，驅(qū)動(dòng)電路的輸出級(jí)的元件必須由分立元件構(gòu)成。這導(dǎo)致不僅 部件個(gè)數(shù)增加，而且驅(qū)動(dòng)電路的面積也增大，由此存在由驅(qū)動(dòng)電路和主開(kāi)關(guān)構(gòu)成的電力變 換裝置也變得大型化的問(wèn)題。 本發(fā)明的目的在于，通過(guò)提高驅(qū)動(dòng)電路的輸出級(jí)的元件的電流驅(qū)動(dòng)能力并實(shí)現(xiàn)小
型化，提供驅(qū)動(dòng)電路被集成化、更小型且高性能的驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)而通過(guò)使用它提供更小型且
高性能的電力變換裝置。(用來(lái)解決問(wèn)題的手段) 在本發(fā)明的一種方案中，其特征在于在控制絕緣柵型的主半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的通 斷的驅(qū)動(dòng)電路中，在控制上述主半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的柵極電壓的電路的輸出級(jí)使用了絕緣柵 型的雙極半導(dǎo)體元件。 在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述輸出級(jí)的絕緣柵型的雙極半導(dǎo)體元件使用絕 緣柵雙極晶體管。 在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，對(duì)上述絕緣柵雙極晶體管的一個(gè)集電極設(shè)置了多 個(gè)溝道。 在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述輸出級(jí)的絕緣柵雙極晶體管和其控制電路集成在介電體分離型的半導(dǎo)體上。 在本發(fā)明的優(yōu)選的具體的實(shí)施方式中，在上述半導(dǎo)體裝置的上述絕緣柵雙極晶體 管中，在以包圍第一導(dǎo)電類型的集電極層的方式形成的第二導(dǎo)電類型的緩沖層內(nèi)設(shè)置第二 導(dǎo)電類型層，該第二導(dǎo)電類型層與第一導(dǎo)電類型的集電極層用集電極金屬電極連接。
在本發(fā)明的優(yōu)選的具體的實(shí)施方式中，構(gòu)成電力變換裝置，該電力變換裝置使用 了由上述半導(dǎo)體裝置構(gòu)成的柵極驅(qū)動(dòng)電路；以及用它們驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O、控制電力的主開(kāi)關(guān)元件。
(發(fā)明的效果) 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，通過(guò)提高驅(qū)動(dòng)電路的輸出級(jí)的元件的電流驅(qū)動(dòng)能 力，實(shí)現(xiàn)小型化，可以提供驅(qū)動(dòng)電路被集成化的、更小型且高性能的驅(qū)動(dòng)電路。
另外，通過(guò)使用該驅(qū)動(dòng)電路，可以提供更小型且高性能的電力變換裝置。
本發(fā)明的其它目的和特征在以下所述的實(shí)施方式中可以清楚地了解。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的電路圖。 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體剖面結(jié)構(gòu)圖。 圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體剖面結(jié)構(gòu)圖。 圖4是本發(fā)明中可以采用的IGBT和M0SFET的電壓-電流特性圖。 圖5是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體剖面結(jié)構(gòu)圖。 圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的電路圖。 圖7是使用了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的電力變換裝置的電路圖。(附圖標(biāo)記說(shuō)明) 11、51 :驅(qū)動(dòng)電路;12、52 :輸出級(jí)電路;13、 15、53、55、57、80 :電源;14、54 :負(fù)載; 16、56 :輸出級(jí)控制電路；17、1S :主開(kāi)關(guān)元件的寄生電容；57 :電源；58 :反相邏輯電路；60 : 馬達(dá)；67 :電源用電容器；68 :驅(qū)動(dòng)電路襯底；69 :控制用輸入輸出信號(hào)；70 76 :各臂的驅(qū) 動(dòng)電路部；77 :功率模塊；78 :三相反相驅(qū)動(dòng)用集成電路；201 :背柵饋電p+層；202 :p型溝 道層；203、215 :n型和p型的活性Si層；204 :元件分離用的埋入氧化膜；205 :介電體分離
襯底上的Si支撐襯底;206、220 :發(fā)射極n+層；207、212、221 :柵極氧化膜;208 :集電極。+
層；209 :n型緩沖層；210 :p型緩沖層；211 :集電極n+層；213 :背柵饋電n+層；214 :n型溝 道層；222 :控制電路的集成區(qū)域；401 :背柵饋電P+層；402 :p型溝道層；403 :n型的活性 Si層；404 :元件分離用的埋入氧化膜；405 :介電體分離襯底的Si支撐襯底；406、220 :發(fā)射 極n+層；407 :柵極氧化膜；408 :集電極p+層；409 :n型緩沖層；410 :緩沖層饋電用n+層； 411 :發(fā)射極電極；413 :集電極電極；414 :柵極電極
具體實(shí)施例方式
下面，基于附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。 圖l示出本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置和使用了它的電力變換裝置的電路的實(shí)施方式， 圖2、圖3以剖面圖示出本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的不同實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，是在用作為介電體的 Si02( 二氧化硅)分離了元件的Si襯底上集成化的例子。
圖1中，經(jīng)由負(fù)載14與電源VB(15)連接的作為主開(kāi)關(guān)元件的功率MOSFET Qll，經(jīng) 由柵極電阻R12被驅(qū)動(dòng)電路11控制，變換電力。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路11的輸出級(jí)12由p型絕 緣柵雙極晶體管(IGBT)Q12和n型IGBT Q13、以及分別與它們反向并聯(lián)連接的二極管Dll、 D12構(gòu)成。Q12利用MOSFET Q14和Q16驅(qū)動(dòng)?xùn)艠OG12，而Q13利用MOSFET Q15和Q17驅(qū)動(dòng) 柵極G13。它們根據(jù)輸出級(jí)控制電路16的指令，向主開(kāi)關(guān)Qll的柵極-源極間電容Cgs(17) 流動(dòng)來(lái)自柵極電源VD(13)的電流而充電，或者放出來(lái)自電容Cgs(17)的電荷。在此，在Q13 的柵極G13與Q15之間設(shè)置電阻Rll。 在此，輸出級(jí)的Q12、 Q13，如圖2所示，集成在利用作為介電體的Si02分離了元件 的Si襯底上。這些Q12、Q13的集電極-發(fā)射極間的耐壓被設(shè)定成相對(duì)于柵極電源VD的電 源電壓例如20 30V具有余量，被設(shè)定在2倍以下即40V到60V以下左右。另外，主電路 電源VB的電壓假定為從10V左右到幾千V左右。 在此，圖2中，201是背柵饋電p+層；202是p型溝道層；203、215是n型和p型的 活性Si層；204是元件分離用的埋入氧化膜；205是介電體分離襯底上的Si支撐襯底。另 外，206是發(fā)射極n+層；207、212是柵極氧化膜；208是集電極p+層；209是n型緩沖層；210 是P型緩沖層；211是集電極n+層；213是背柵饋電n+層；214是n型溝道層。
圖3中，與圖2相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分，此外，220是發(fā)射極n+層；221是 柵極氧化膜；222是控制電路的集成區(qū)域。 圖4是圖2和圖3所示的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中的柵極接通時(shí)的 電壓_電流特性圖。圖中，301是MOSFET的特性，302是單溝道IGBT的特性，303是多溝道 IGBT的特性。 如圖2和圖3所示，在集成有輸出級(jí)的橫型的n型IGBT和p型的橫型IGBT的半導(dǎo) 體裝置中，IGBT是在MOSFET的漏極上附加例如圖2的p+層208，存在由p+層208和n層 209構(gòu)成的pn 二極管的構(gòu)成。因此，如圖4的電壓-電流特性所示，產(chǎn)生接近IV的上升沿 電壓。因此，因利用雙極動(dòng)作進(jìn)行的導(dǎo)電率調(diào)制效果顯著的超過(guò)幾百V的電源電壓的用途 而被廣泛使用。但是，在低電壓領(lǐng)域的用途中，廣泛使用沒(méi)有上升沿電壓、電阻低的MOSFET。
發(fā)明人研究的結(jié)果，確認(rèn)了 IGBT存在上升沿電壓，但作為耐壓為5V 40V左右、 作為電容負(fù)載的絕緣柵型電力半導(dǎo)體的柵極控制用集成電路的輸出級(jí)是有效的。其細(xì)節(jié)如 下所示。 在IGBT中，除了由柵極控制的多數(shù)載流子電流以外，還追加了利用雙極動(dòng)作的少 數(shù)載流子注入形成的電流。因此，象比較圖4的特性301和302時(shí)明顯看出的那樣，與只有 由柵極限制的多數(shù)載流子電流的MOSFET相比，可以在飽和區(qū)中驅(qū)動(dòng)兩倍以上的電流。另 外，與M0SFET的結(jié)構(gòu)差別在于，例如，由于把圖2的p+層208置換成n+層，所以因成為IGBT 導(dǎo)致的尺寸增加較小。 由于對(duì)主開(kāi)關(guān)元件的柵極電容即Cgs(17)、 Cgd(18)充放電的動(dòng)作以其飽和區(qū)的 電流為主，所以通過(guò)這樣使用能夠獲得高的飽和電流的特性，可以實(shí)現(xiàn)輸出級(jí)元件的小型 化。另外，如前所述，由于上升沿電壓的存在，在低電壓區(qū)顯示高電阻。如果該上升沿電壓 比主開(kāi)關(guān)元件的電流開(kāi)始導(dǎo)通的柵極閾值電壓大，則存在因噪聲等發(fā)生誤操作的可能。但 是，由于主開(kāi)關(guān)元件的閾值電壓為3V以上的情形多，而上升沿電壓為1V左右，所以可以充 分對(duì)應(yīng)。而且，如果電容為C、電源電壓為Vd、頻率為f，用來(lái)驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的損失E用E =
5CXVcT2Xf給出，不直接取決于輸出級(jí)元件的上升沿電壓。因此，也不會(huì)增加驅(qū)動(dòng)電路的損失。 另外，由于有少數(shù)載流子的蓄積動(dòng)作，所以IGBT的切換動(dòng)作比MOSFET慢，但只要 把元件結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，就可以使電容負(fù)載驅(qū)動(dòng)以高達(dá)幾十MHz左右動(dòng)作。這對(duì)于作為一般為 大約100kHz以下的電力變換裝置的主開(kāi)關(guān)的柵極驅(qū)動(dòng)電路的輸出級(jí)元件是足夠的動(dòng)作速度。 而且，確認(rèn)了，IGBT由于有少數(shù)載流子造成的高量級(jí)注入效果，所以多數(shù)載流子電 流增大時(shí)成為問(wèn)題的電場(chǎng)強(qiáng)度的上升難以發(fā)生，其結(jié)果是，產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)的雪崩式擊穿也以 比M0SFET高的電流產(chǎn)生。因此，進(jìn)而，使柵極氧化膜207、212減薄而提高驅(qū)動(dòng)能力、使溝道 層202、214形成淺結(jié)等而提高柵極驅(qū)動(dòng)能力，由此可以實(shí)現(xiàn)高電流驅(qū)動(dòng)能力。
圖3所示的實(shí)施例中，進(jìn)而在發(fā)射極E13的兩側(cè)設(shè)置IGBT的柵極G13，成為對(duì)一個(gè) 集電極C13設(shè)置兩個(gè)溝道的多溝道IGBT，提高柵極驅(qū)動(dòng)能力。此時(shí)，如圖4的特性303所 示，進(jìn)而可以獲得單溝道IGBT的特性302的兩倍的飽和電流。如果增加多溝道數(shù)，可以進(jìn) 一步把驅(qū)動(dòng)能力最優(yōu)化。 另外，即使輸出級(jí)的元件使用作為其它絕緣柵型雙極元件的絕緣柵型晶閘管，也 可以期待與輸出級(jí)用IGBT時(shí)同樣的效果。 這樣，根據(jù)本發(fā)明，可以提高輸出級(jí)元件的電流驅(qū)動(dòng)能力，以往必須使用分立元件 的輸出級(jí)電路也容易集成。 根據(jù)本發(fā)明，集成的輸出級(jí)的電流驅(qū)動(dòng)能力大幅度提高時(shí)，如果Q12和Q13的元件 的接通期間發(fā)生重疊，則可能從控制用電源VD流過(guò)大的貫通電流，使得集成電路發(fā)熱等。 因此，希望設(shè)置在Q12和Q13各自的接通期間之間雙方都截止的非重疊期間。在圖1的實(shí) 施例的電路中，通過(guò)設(shè)置電阻R11，使Q13的柵極電壓的上升延遲，只延遲Q13的接通，而設(shè) 置非重疊期間。另外，在圖1的實(shí)施例中，在作為輸出級(jí)的一對(duì)IGBT的Q12、 Q13上分別反 向并聯(lián)地連接二極管D11、D12，箝制柵極電壓。作為IGBT的Q12、Q13通常在反向方向上不 導(dǎo)通。因此，反向并聯(lián)地連接二極管Dll、 D12，通過(guò)電容Cgd(18)等使柵極電壓為VD以上 或源極電位以下時(shí)，箝制柵極電壓，成為防止Qll的柵極絕緣破壞的構(gòu)成。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體剖面結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施 例中，只示出圖2的n型IGBT的結(jié)構(gòu)，作為p型IGBT的Q12被省略。圖中，401是背柵饋電 p+層；402是p型溝道層；403是n型的活性Si層；404是元件分離用的埋入氧化膜；405是 介電體分離襯底的Si支撐襯底。另外，406是發(fā)射極n+層；407是柵極氧化膜；408是集電 極P+層；409是n型緩沖層；410是緩沖層饋電用n+層；411是發(fā)射極電極；413是集電極 電極；414是柵極電極。 在本實(shí)施例中，在n型IGBT的n型緩沖層409內(nèi)設(shè)置n+層410，用集電極金屬電極 413連接n+層410和集電極p+層408。此時(shí)，由于是在同一元件內(nèi)并聯(lián)連接IGBT和MOSFET 的構(gòu)成，所以成為利用MOSFET的內(nèi)置二極管的作用把圖1的實(shí)施例的二極管D11、D12內(nèi)置 于IGBT內(nèi)的構(gòu)成。另外，由于也沒(méi)有上升沿電壓，所以可以驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O閾值電壓更低的主開(kāi) 關(guān)元件。另外，在圖5的整個(gè)紙面深度方向上為圖的剖面結(jié)構(gòu)時(shí)，由于集電極的p+層408、 n型緩沖層409的pn結(jié)難以被正向偏置，所以IGBT動(dòng)作大幅度減少，難以實(shí)現(xiàn)原來(lái)的目標(biāo) 即驅(qū)動(dòng)能力的提高。因此，在紙面深度方向上，必須在n型緩沖層409內(nèi)設(shè)置斷續(xù)的n+層410。另外，此時(shí)，在圖中雖然在紙面橫方向上配置p+層408和n+層410，但為了減小元件 的橫向?qū)挾?，?yōu)選地，在紙面深度方向上，n+層410與集電極的p+層408交替設(shè)置。
另外，在本實(shí)施例的情況下，在IGBT中內(nèi)置MOSFET，形成降低IGBT的高電流驅(qū)動(dòng) 能力的傾向。因此，作為可以避免這一點(diǎn)的其它實(shí)施例，也可以不內(nèi)置在IGBT內(nèi)，而是在用 介電體分離的另一 Si活性區(qū)上設(shè)置同一導(dǎo)電類型的小型的MOSFET。然后，把IGBT的集電 極與MOSFET的漏極、IGBT的發(fā)射極與MOSFET的源極、IGBT的柵極與MOSFET的柵極分別連 接起來(lái)。由此，由于沒(méi)有上升沿電壓，所以可以驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O閾值電壓更低的主開(kāi)關(guān)元件。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的電路圖。本實(shí)施例，由于用 n型IGBT(Q52)置換圖1的實(shí)施例中使用的輸出級(jí)的p型IGBT (Q12)，所以進(jìn)而是使Q52、 Q53的柵極耐壓比柵極電源VD的電壓低時(shí)的例子。在該例中，輸出級(jí)的Q53的柵極用電源 VC(57)的電壓比主開(kāi)關(guān)元件的柵極電源VD低。具體地說(shuō)，對(duì)于VD = 15V左右，假定為VC =5V左右。與p型相比，n型IGBT的多數(shù)載流子的遷移率高，可以實(shí)現(xiàn)兩倍左右的高電流 驅(qū)動(dòng)能力。而且，通常，在驅(qū)動(dòng)n型IGBT時(shí)，為了驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O必須設(shè)置電壓比柵極電源VD高 的電源來(lái)驅(qū)動(dòng)，但在本實(shí)施例中，沒(méi)有這樣的追加電源也可以動(dòng)作。即，通過(guò)接通Q58、接通 Q54， n型IGBT(Q52)的柵極電壓上升而接通。由此，Q52的發(fā)射極電壓上升而到達(dá)VD。此 時(shí)，即使Q52的柵極電壓超過(guò)VD，由于二極管D53為反向阻止方向，經(jīng)由Q54的內(nèi)置二極管 的Q52的柵極電荷的向柵極電源VD的放電被阻止，所以可以保持Q52的柵極-發(fā)射極間電 壓。因此，無(wú)需用來(lái)驅(qū)動(dòng)Q52的追加電源就可以實(shí)現(xiàn)更小型且容易集成的驅(qū)動(dòng)電路。即，輸 出級(jí)的電路，包括向主半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件Q51的柵極G注入電流而充電的第一n型導(dǎo)電類型 的絕緣柵雙極晶體管Q52 ;以及從主半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的柵極吸走電流而放電的第二 n型導(dǎo) 電類型的絕緣柵雙極晶體管Q53，且設(shè)置有電路單元D53，該電路單元D53在上述第一 n型 導(dǎo)電類型的絕緣柵雙極晶體管Q52的柵極電位超過(guò)上述主開(kāi)關(guān)元件的柵極電源VD的電壓 時(shí)，阻止從上述第一 n型導(dǎo)電類型的絕緣柵雙極晶體管Q52的柵極到上述主開(kāi)關(guān)元件的柵 極電源VD的電流的放電。 而且，在本實(shí)施例中，由于向Q52、 Q53的柵極施加的電壓低，所以絕緣膜被減薄， 由此可以實(shí)現(xiàn)高驅(qū)動(dòng)能力和元件的小型化。在此，齊納二極管D55是為了防止在Q52的柵 極_發(fā)射極之間施加過(guò)大的電壓而設(shè)置的。 圖7是使用了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的電力變換裝置的電路 圖，是構(gòu)成馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用的三相反相器的例子。圖中，60是作為負(fù)載的三相馬達(dá)，61、63、65分 別依次是U、 V、 W相的上臂的功率MOSFET Q61 、 Q63、 Q65。另外，62、64、66分別依次是U、 V、 W相的下臂的功率MOSFET Q62、Q64、Q66。 67是電源用電容器C ;68是驅(qū)動(dòng)電路襯底；69是 控制用輸入輸出信號(hào)；78是由本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成的在一個(gè)芯片上集成的三相反相驅(qū) 動(dòng)用集成電路。在三相反相驅(qū)動(dòng)用集成電路78中，70是其控制電路部，71、73、75是U、V、W 相的上臂的驅(qū)動(dòng)電路部，72、74、76是U、 V、 W相的下臂的驅(qū)動(dòng)電路部，用布線與被它們分別 驅(qū)動(dòng)的功率MOSFET連接。77是功率模塊，79是雙向電平變換電路，80是電源VB。各相的驅(qū) 動(dòng)電路部的輸出級(jí)，由于根據(jù)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)高驅(qū)動(dòng)電流所以是小型的，即使作為驅(qū)動(dòng)對(duì) 象的功率MOSFET的電容增大，也容易在一個(gè)芯片上進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電路的集成化。另外，由于輸 出級(jí)小，所以其它周邊電路的集成化也變得容易。因此，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路襯底的小型化， 進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)電路襯底的功率模塊內(nèi)的安裝等，可以實(shí)現(xiàn)電力變換裝置的小型化和高性能化。 根據(jù)以上的本發(fā)明的實(shí)施方式，通過(guò)提高驅(qū)動(dòng)電路的輸出級(jí)的元件的電流驅(qū)動(dòng)能 力并實(shí)現(xiàn)小型化，可以提供將驅(qū)動(dòng)電路集成化的、更小型且高性能的驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)而通過(guò)使 用該驅(qū)動(dòng)電路，可以提供更小型且高性能的電力變換裝置。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于在控制絕緣柵型的主半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的通斷的驅(qū)動(dòng)電路中，在控制上述主半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的柵極電壓的電路的輸出級(jí)使用了絕緣柵型的雙極半導(dǎo)體元件。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述輸出級(jí)的絕緣柵型的雙極半導(dǎo)體元件使用了絕緣柵雙極晶體管。
3. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于 對(duì)上述絕緣柵雙極晶體管的集電極設(shè)置了多個(gè)溝道。
4. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述輸出級(jí)的絕緣柵雙極晶體管和其控制電路集成在介電體分離型的半導(dǎo)體上。
5. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于在以包圍第一導(dǎo)電類型的集電極層的方式形成的第二導(dǎo)電類型的緩沖層內(nèi)設(shè)置第二 導(dǎo)電類型層，該第二導(dǎo)電類型層與第一導(dǎo)電類型的集電極層用集電極金屬電極連接。
6. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于與上述絕緣柵雙極晶體管并聯(lián)地設(shè)置M0S型晶體管，上述M0S型晶體管的漏極與上述 絕緣柵雙極晶體管的集電極、上述MOS型晶體管的源極與上述絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極 分別連接。
7. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于在輸出級(jí)的一對(duì)上述絕緣柵雙極晶體管上分別反向并聯(lián)地連接有二極管。
8. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于 上述輸出級(jí)的電路，包括向主半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的柵極注入電流而充電的第一n型導(dǎo)電類型的絕緣柵雙極晶體 管；以及從主半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的柵極吸走電流而放電的第二n型導(dǎo)電類型的絕緣柵雙極晶體 管，且設(shè)置有電路單元，該電路單元在上述第一n型導(dǎo)電類型的絕緣柵雙極晶體管的柵極電 位超過(guò)上述主半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的柵極電源電壓時(shí)，阻止從上述第一 n型導(dǎo)電類型的絕緣柵 雙極晶體管的柵極向上述主開(kāi)關(guān)元件的柵極電源的電流的放電。
9. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述輸出級(jí)的電路，包括向主半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的柵極注入電流而充電的第一絕緣柵雙極晶體管；以及 從主半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的柵極吸走電流而放電的第二絕緣柵雙極晶體管，且 設(shè)置有設(shè)置這些第一和第二絕緣柵雙極晶體管各自的接通期間不重疊的非重疊期間 而驅(qū)動(dòng)的單元。
10. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于控制上述主半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的柵極電壓的電路的輸出級(jí)的絕緣柵控制型雙極半導(dǎo)體 元件的耐壓是向上述主半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的柵極供給電壓的電源電壓的2倍以下。
11. 一種電力變換裝置，其特征在于使用了由權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置構(gòu)成的柵極驅(qū) 動(dòng)電路；以及用它們驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O、控制電力的主開(kāi)關(guān)元件。
全文摘要
提供一種半導(dǎo)體裝置和使用了它的電力變換裝置。通過(guò)提高電力變換用的半導(dǎo)體絕緣柵型開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電路的輸出級(jí)的元件的電流驅(qū)動(dòng)能力并實(shí)現(xiàn)小型化，提供驅(qū)動(dòng)電路被集成化的、更小型且高性能的驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)而通過(guò)使用它提供更小型且高性能的電力變換裝置。為此，在控制絕緣柵型的主半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的通斷的驅(qū)動(dòng)電路中，在控制上述主半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的柵極電壓的電路的輸出級(jí)使用了絕緣柵控制型的雙極半導(dǎo)體元件，尤其是IGBT。
文檔編號(hào)H03K17/567GK101771405SQ20091026049
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者原賢志, 坂野順一, 白川真司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所