半導體裝置及半導體系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及在包括控制馬達和/或電磁閥的功率半導體元件等的半導體裝置中，根據負載的電流容量并列連接兩個以上半導體裝置的情況下，也不引起元件熱破壞而能夠使其工作的半導體裝置。
【背景技術】
[0002]如下述專利文獻I所記載，一直以來通過在MOSFET的柵極設置補償柵極閾值電壓的電路來使表觀上的閾值電壓的溫度特性保持平穩(wěn)的技術已被人們所知。
[0003]另外，在下述專利文獻2中記載有如下半導體集成電路:針對基于輸出MOSFET的電阻的正溫度系數(shù)的開關速度因溫度而變化的問題，通過在向柵極輸入的配線中使用電阻為負溫度系數(shù)的高電阻的多晶硅，從而降低輸出MOSFET整體的電阻的溫度特性(減小因溫度而引起的變化，或者使其平穩(wěn)化)，因此不存在輸出開關速度因溫度而變化的問題。
[0004]另外，在下述專利文獻3中記載有如下絕緣柵型半導體裝置:通過使用齊納電壓的溫度特性與MOS型場效應晶體管元件的柵極閾值電壓的溫度特性互補的齊納二極管，抑制MOS型場效應晶體管元件的導通電壓的溫度特性(減小因溫度而引起的變化)。
[0005]圖5是表示現(xiàn)有的半導體裝置的構成的圖。對于圖5所示的半導體裝置160而言，控制電路110根據輸入到IN端子的信號而控制CP(charge pump:充電泵)電路120，CP電路120使電壓上升到作為電源電壓的VCC電壓以上，接收其輸出的柵極驅動電路130經由連接到CP電路120與功率半導體元件140的柵極之間的電阻131而使功率半導體元件140可靠地處于導通狀態(tài)。另外，在使功率半導體元件140處于關斷狀態(tài)時，利用由控制電路110輸出的控制信號使CP電路120的升壓動作停止，并且導通柵極驅動電路130內的MOS開關133，利用導通的MOS開關133使功率半導體元件140的柵極電壓下降到功率半導體元件140的源極電位而處于關斷狀態(tài)。
[0006]在圖5中，控制電路110將功率半導體元件140導通/關斷而控制向負載170的供電。但是，在負載170中流通大電流時，功率半導體元件140當然會因此而發(fā)熱。因此，在負載短路時，功率半導體元件140的溫度變?yōu)楸ＷC溫度以上，利用半導體裝置160所具備的保護功能的動作來切斷電流，保護負載170和功率半導體元件140。為了不增加保護功能工作而保護負載170和功率半導體元件140的機會，以往會采用考慮使用負載.環(huán)境溫度而將功率半導體元件140的面積(與電流的導通相關的有效面積)確定為實際使用時不會存在問題的最小尺寸之后進行制作的方法。但是功率半導體元件的尺寸過大時，會導致成本上升和裝置大型化。
[0007]作為一個例子，圖5所示的現(xiàn)有的半導體裝置具有過熱檢測電路150作為保護電路，在功率半導體元件140因為由負載短路等導致的過電流而處于任意設定的溫度以上的溫度時，通過導通柵極驅動電路130的MOS開關133而切斷在功率半導體元件140中流過的電流，防止半導體裝置160的熱破壞。應予說明，作為半導體裝置140的保護電路，除了上述的過熱檢測電路150以外，也可以具備動態(tài)鉗位電路、過電流檢測電路、過電壓檢測電路等。
[0008]現(xiàn)有技術文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本特開平06-151844號公報
[0011]專利文獻2:日本特開平07-022515號公報
[0012]專利文獻3:日本特開平10-327056號公報

【發(fā)明內容】

[0013]技術問題
[0014]在適用于大電流用途時，以往必須增大功率半導體元件的尺寸，另外，需要改變控制它的控制電路、改變基板(芯片)和/或封裝(PKG)尺寸等，這會導致成本上升和裝置大型化。
[0015]另一方面，如圖6(a)所示，在并列連接多個半導體裝置而適用于大電流用途時，有時發(fā)生由各半導體裝置的制造偏差引起的電流的不平衡、僅一個半導體裝置超過保證溫度等現(xiàn)象，因此無法得到所希望的特性。
[0016]圖6是表示為了大電流用途而將現(xiàn)有的半導體裝置并列連接時的構成概要的圖和表示各部的波形的圖。即，圖6(a)構成為并列連接兩個上述的現(xiàn)有構成的半導體裝置，向并列連接的半導體裝置、即半導體裝置I和半導體裝置2的各自的輸入端供給同一個輸入信號IN，使各半導體裝置連續(xù)地進行導通/關斷驅動，另外，圖6 (b)為在半導體裝置I的開關-關斷時間Toff (從輸入信號IN變成指令關斷的低電平的值之后到半導體裝置實際關斷為止的時間)比半導體裝置2的開關-關斷時間Toff長的情況下，表示上述并列連接的兩個半導體裝置的各部分的波形。
[0017]目前，當半導體裝置I的開關-關斷時間Toff比半導體裝置2的開關-關斷時間Toff長時，若關注圖6(b)的最下部所示出的波形(實線表示在半導體裝置I中流通的電流II，虛線表示在半導體裝置2中流通的電流12)，特別是被橢圓虛線包圍的部分(I)可知，在半導體裝置2的Toff短的情況下，半導體裝置2先被關斷，因此存儲在L負載中的能量必須被半導體裝置I過度地處理(參照橢圓虛線部分(I))。另外，在使其進行開/關的連續(xù)動作時，半導體裝置的功率半導體元件的發(fā)熱所帶來的TofT的溫度特性通常為正，因此半導體裝置I的Toff變得更長，在功率半導體元件發(fā)熱后的被橢圓虛線包圍的部分(2)中，與被橢圓虛線包圍的部分(I)相比，Toff的差異進一步擴大。如果這種情況重復出現(xiàn)，則半導體裝置I超過保證溫度，很快會通過設置于半導體裝置的保護電路工作而強行切斷元件的工作。與此相伴，無法均衡地保持電流平衡，因此即使并列連接多個半導體裝置也不適合大電流用途。應予說明，由于圖6(a)情況下的負載被假設為控制馬達和/或電磁閥的功率半導體元件，所以負載是感性負載(簡稱為L負載)。
[0018]通常，功率半導體元件在由發(fā)熱等引起的高溫下因為載流子的迀移率減少而具有開關速度降低的趨勢，在連續(xù)使其進行開/關動作時，存在電流平衡進一步被破壞的可能性。
[0019]在上述的現(xiàn)有構成中，雖然各半導體裝置內具備保護電路，而且各半導體裝置內的控制電路在保護電路的保護功能的支持下進行功率半導體元件的導通/關斷控制，但該保護功能無法應對并列連接多個半導體裝置時的各功率半導體元件間的偏差而使其達到電流平衡。
[0020]另外，上述的專利文獻I至3中記載的現(xiàn)有技術通過與其它元件的溫度特性組合而使開關元件的表觀上的溫度特性變得平穩(wěn)。然而，即便使溫度特性變得平穩(wěn)，也無法校正并列連接多個功率半導體元件時的功率半導體元件間的偏差，因此產生電流和/或發(fā)熱/溫度上升的不平衡。例如，如果功率半導體元件間的溫度平衡被破壞，則迀移率也變得不平衡，存在因正反饋而導致不平衡進一步擴大的危險性。
[0021]因此，本發(fā)明的目的在于通過在電路內不設置抵消溫度特性的專用的元件，而是以積極利用相反的溫度特性使電流平衡的方式作用負反饋，從而校正并列連接多個半導體元件的情況下的元件間的偏差。
[0022]技術方案
[0023]為了解決上述課題，一種半導體裝置，具有控制電路、功率半導體元件以及連接到上述控制電路與上述功率半導體元件之間的柵極驅動電路，
[0024]上述半導體裝置中，上述柵極驅動電路包含并列連接的、電阻值具有正溫度特性的電阻和正向壓降具有負溫度特性的二極管。
[0025]上述半導體裝置進一步具有升壓電路，在將上述功率半導體元件導通時，將通過上述升壓電路升高的電壓施加到柵極驅動電路。
[0026]上述半導體裝置中，升壓電路是充電泵電路。
[0027]上述半導體裝置中，上述正向壓降具有負溫度特性的二極管的陽極與上述功率半導體元件的柵極連接，并且陰極與MOS開關連接，將上述功率半導體元件關斷時，上述控制電路使上述升壓電路的動作停止，并且使上述MOS開關導通。
[0028]另外，為了解決上述課題，一種半導體裝置，具有:控制電路；充電泵電路，利用該控制電路驅動；以及柵極驅動電路，在將功率半導體元件導通時，將通過上述充電泵電路升高的電壓施加到柵極驅動電路而使該功率半導體元件可靠地導通，在將該功率半導體元件關斷時，利用由上述控制電路輸出的控制信號使上述充電泵電路的動作停止，并且利用上述控制電路控制上述柵極驅動電路內的MOS開關的柵極而抽出上述功率半導體元件的柵極的電荷來使其關斷，
[0029]上述柵極驅動電路將電阻值具有正溫度特性的電阻與正向壓