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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024144186
(43)【公開日】2024-10-11
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 29/78 20060101AFI20241003BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 657F
H01L29/78 652S
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024032448
(22)【出願日】2024-03-04
(31)【優先権主張番号】P 2023052769
(32)【優先日】2023-03-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】中川 翔
(72)【発明者】
【氏名】山科 普士
(57)【要約】
【課題】メインＭＯＳＦＥＴにおける電極の劣化の兆候を検知できることが好ましい。
【解決手段】上面電極を有する主素子と、前記上面電極に接続された第１近接配線と、前記上面電極における第１センス位置における電位を伝送する第１センス配線とを備え、前記第１近接配線は、前記上面電極の第１近接位置に接続され、前記上面電極において、前記第１センス位置から前記第１近接位置までの第１配線間距離は、前記第１近接位置から前記上面電極の端部までの最大距離の半分とは異なる半導体装置を提供する。
【選択図】図１５
【解決手段】上面電極を有する主素子と、前記上面電極に接続された第１近接配線と、前記上面電極における第１センス位置における電位を伝送する第１センス配線とを備え、前記第１近接配線は、前記上面電極の第１近接位置に接続され、前記上面電極において、前記第１センス位置から前記第１近接位置までの第１配線間距離は、前記第１近接位置から前記上面電極の端部までの最大距離の半分とは異なる半導体装置を提供する。
【選択図】図１５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
上面電極を有する主素子と、
前記上面電極に接続された１つ以上の出力配線と、
前記上面電極における第１センス位置に接続され、前記第１センス位置における電位を伝送する第１センス配線と
を備え、
前記１つ以上の前記出力配線は、前記上面電極に対する接続位置と、前記第１センス位置との距離が最も小さい第１近接配線を含み、
前記第１近接配線は、前記上面電極の第１近接位置に接続され、
前記上面電極において、前記第１センス位置から前記第１近接位置までの第１配線間距離は、前記第１近接位置から前記上面電極の端部までの最大距離の半分とは異なる
半導体装置。
前記上面電極に接続された１つ以上の出力配線と、
前記上面電極における第１センス位置に接続され、前記第１センス位置における電位を伝送する第１センス配線と
を備え、
前記１つ以上の前記出力配線は、前記上面電極に対する接続位置と、前記第１センス位置との距離が最も小さい第１近接配線を含み、
前記第１近接配線は、前記上面電極の第１近接位置に接続され、
前記上面電極において、前記第１センス位置から前記第１近接位置までの第１配線間距離は、前記第１近接位置から前記上面電極の端部までの最大距離の半分とは異なる
半導体装置。
【請求項2】
前記主素子に流れる電流に応じた電流が流れる電流センス用素子を更に備え、
前記第１センス配線は、前記第１センス位置における電位を前記電流センス用素子に印加する
請求項１に記載の半導体装置。
前記第１センス配線は、前記第１センス位置における電位を前記電流センス用素子に印加する
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第１配線間距離は、前記最大距離の０倍以上、１／４倍以下である
請求項２に記載の半導体装置。
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第１配線間距離は、前記最大距離の３／４倍以上、１倍以下である
請求項２に記載の半導体装置。
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記上面電極は、第１方向に短辺を有し、第２方向に長辺を有する矩形状であり、
前記第１センス位置および前記第１近接位置が、前記第１方向に並んでいる
請求項２に記載の半導体装置。
前記第１センス位置および前記第１近接位置が、前記第１方向に並んでいる
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記上面電極のいずれかの辺と平行な直線で前記上面電極を複数の領域に等分した場合の第１領域に前記第１センス位置が配置され、第２領域に前記第１近接位置が配置されている
請求項２に記載の半導体装置。
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記上面電極のいずれかの辺と平行な直線で前記上面電極を複数の領域に等分した場合に、前記第１センス位置および前記第１近接位置が同一の領域に配置されている
請求項２に記載の半導体装置。
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記上面電極の第１辺と平行な直線で前記上面電極を複数の領域に等分し、且つ、第１辺と平行でない第２辺と平行な直線で前記上面電極を複数の領域に等分した場合の、第１領域に前記第１センス位置が配置され、前記第１領域と対角に設けられた第２領域に前記第１近接位置が配置されている
請求項２に記載の半導体装置。
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記上面電極の第１辺と平行な直線で前記上面電極を複数の領域に等分し、且つ、第１辺と平行でない第２辺と平行な直線で前記上面電極を複数の領域に等分した場合に、前記第１センス位置および前記第１近接位置が同一の領域に配置されている
請求項２に記載の半導体装置。
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項10】
前記１つ以上の前記出力配線は、前記上面電極に対する接続位置と前記第１センス位置との距離が２番目に小さい第２配線を含み、
前記第２配線の前記接続位置と前記第１センス位置との距離は、前記第１近接位置と前記第１センス位置との距離よりも大きい
請求項２に記載の半導体装置。
前記第２配線の前記接続位置と前記第１センス位置との距離は、前記第１近接位置と前記第１センス位置との距離よりも大きい
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項11】
前記上面電極における第２センス位置に接続され、前記第２センス位置における電位を前記電流センス用素子に印加するための第２センス配線を更に備え、
前記上面電極において、前記第２センス位置から前記第１近接位置までの第２配線間距離は、前記第１配線間距離とは異なる
請求項２から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記上面電極において、前記第２センス位置から前記第１近接位置までの第２配線間距離は、前記第１配線間距離とは異なる
請求項２から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記上面電極のいずれかの辺と平行な直線で前記上面電極を複数の領域に等分した場合の第１領域に前記第１センス位置が配置され、第２領域に前記第２センス位置が配置されている
請求項１１に記載の半導体装置。
請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項13】
前記第１センス位置の電位、および、前記第２センス位置の電位のいずれかを選択して、前記電流センス用素子に印加するための選択部を更に備える
請求項１２に記載の半導体装置。
請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項14】
前記第１センス位置の電位を前記半導体装置の外部に出力する第１センス端子と、
前記第２センス位置の電位を前記半導体装置の外部に出力する第２センス端子と
を更に備える請求項１２に記載の半導体装置。
前記第２センス位置の電位を前記半導体装置の外部に出力する第２センス端子と
を更に備える請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項15】
前記上面電極において、前記第１センス位置および前記第２センス位置の間の第３センス位置に接続された第３センス配線と、
前記第３センス位置の電位を前記半導体装置の外部に出力する第３センス端子と
を更に備える請求項１４に記載の半導体装置。
前記第３センス位置の電位を前記半導体装置の外部に出力する第３センス端子と
を更に備える請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項16】
前記電流センス用素子に流れる電流と、前記出力配線に流れる電流との比を示すセンス比を測定するセンス比測定部と、
前記センス比測定部が測定した前記センス比に基づいて、前記主素子の前記上面電極を評価する電極評価部と
を更に備える請求項２から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記センス比測定部が測定した前記センス比に基づいて、前記主素子の前記上面電極を評価する電極評価部と
を更に備える請求項２から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項17】
前記センス比の初期値を記憶する初期値記憶部を更に備え、
前記電極評価部は、前記センス比の前記初期値と測定値とを比較する
請求項１６に記載の半導体装置。
前記電極評価部は、前記センス比の前記初期値と測定値とを比較する
請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項18】
前記センス比測定部が測定した前記センス比に基づいて、前記主素子に流れる電流を制御する制御部を更に備える
請求項１６に記載の半導体装置。
請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項19】
前記電流センス用素子と、基準電位との間に配置されたセンス抵抗を更に備え、
前記センス抵抗の抵抗値が可変である
請求項２から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記センス抵抗の抵抗値が可変である
請求項２から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項20】
前記上面電極における第２センス位置に接続され、前記第２センス位置における電位を伝送する第２センス配線と、
前記第１センス位置の電位、および、前記第２センス位置の電位の差分を出力する差分出力部と
を更に備え、
前記上面電極のいずれかの辺と平行な直線で前記上面電極を複数の領域に等分した場合の第１領域に前記第１センス位置が配置され、第２領域に前記第２センス位置が配置されている
請求項１に記載の半導体装置。
前記第１センス位置の電位、および、前記第２センス位置の電位の差分を出力する差分出力部と
を更に備え、
前記上面電極のいずれかの辺と平行な直線で前記上面電極を複数の領域に等分した場合の第１領域に前記第１センス位置が配置され、第２領域に前記第２センス位置が配置されている
請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、負荷を駆動するためのメインＭＯＳＦＥＴと、メインＭＯＳＦＥＴに流れる電流を検出するためのセンスＭＯＳＦＥＴとを備える半導体装置が知られている（例えば特許文献１および２参照）。
特許文献１ 特開２０１９－１４４００４号公報
特許文献２ 特開２００７－１２１０５２号公報
特許文献１ 特開２０１９－１４４００４号公報
特許文献２ 特開２００７－１２１０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
メインＭＯＳＦＥＴにおける電極の劣化の兆候を検知できることが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、半導体装置を提供する。上記半導体装置は、上面電極を有する主素子を備えてよい。上記いずれかの半導体装置は、前記上面電極に接続された１つ以上の出力配線を備えてよい。上記いずれかの半導体装置は、前記上面電極における第１センス位置に接続され、前記第１センス位置における電位を伝送する第１センス配線を備えてよい。上記いずれかの半導体装置において、前記１つ以上の前記出力配線は、前記上面電極に対する接続位置と、前記第１センス位置との距離が最も小さい第１近接配線を含んでよい。上記いずれかの半導体装置において、前記第１近接配線は、前記上面電極の第１近接位置に接続されてよい。上記いずれかの半導体装置において、前記上面電極において、前記第１センス位置から前記第１近接位置までの第１配線間距離は、前記第１近接位置から前記上面電極の端部までの最大距離の半分とは異なってよい。
【0005】
上記いずれかの半導体装置は、前記主素子に流れる電流に応じた電流が流れる電流センス用素子を備えてよい。上記いずれかの半導体装置の前記第１センス配線は、前記第１センス位置における電位を前記電流センス用素子に印加してよい。
【0006】
上記いずれかの半導体装置において、前記第１配線間距離は、前記最大距離の０倍以上、１／４倍以下であってよい。
【0007】
上記いずれかの半導体装置において、前記第１配線間距離は、前記最大距離の３／４倍以上、１倍以下であってよい。
【0008】
上記いずれかの半導体装置において、前記上面電極は、第１方向に短辺を有し、第２方向に長辺を有する矩形状であってよい。上記いずれかの半導体装置において、前記第１センス位置および前記第１近接位置が、前記第１方向に並んでいてよい。
【0009】
上記いずれかの半導体装置において、前記上面電極のいずれかの辺と平行な直線で前記上面電極を複数の領域に等分した場合の第１領域に前記第１センス位置が配置され、第２領域に前記第１近接位置が配置されていてよい。
【0010】
上記いずれかの半導体装置において、前記上面電極のいずれかの辺と平行な直線で前記上面電極を複数の領域に等分した場合に、前記第１センス位置および前記第１近接位置が同一の領域に配置されていてよい。
【0011】
上記いずれかの半導体装置において、前記上面電極の第１辺と平行な直線で前記上面電極を複数の領域に等分し、且つ、第１辺と平行でない第２辺と平行な直線で前記上面電極を複数の領域に等分した場合の、第１領域に前記第１センス位置が配置され、前記第１領域と対角に設けられた第２領域に前記第１近接位置が配置されていてよい。
【0012】
上記いずれかの半導体装置において、前記上面電極の第１辺と平行な直線で前記上面電極を複数の領域に等分し、且つ、第１辺と平行でない第２辺と平行な直線で前記上面電極を複数の領域に等分した場合に、前記第１センス位置および前記第１近接位置が同一の領域に配置されていてよい。
【0013】
上記いずれかの半導体装置において、前記１つ以上の前記出力配線は、前記上面電極に対する接続位置と前記第１センス位置との距離が２番目に小さい第２配線を含んでよい。上記いずれかの半導体装置において、前記第２配線の前記接続位置と前記第１センス位置との距離は、前記第１近接位置と前記第１センス位置との距離よりも大きくてよい。
【0014】
上記いずれかの半導体装置は、前記上面電極における第２センス位置に接続され、前記第２センス位置における電位を前記電流センス用素子に印加するための第２センス配線を備えてよい。上記いずれかの半導体装置の前記上面電極において、前記第２センス位置から前記第１近接位置までの第２配線間距離は、前記第１配線間距離とは異なってよい。
【0015】
上記いずれかの半導体装置において、前記上面電極のいずれかの辺と平行な直線で前記上面電極を複数の領域に等分した場合の第１領域に前記第１センス位置が配置され、第２領域に前記第２センス位置が配置されていてよい。
【0016】
上記いずれかの半導体装置は、前記第１センス位置の電位、および、前記第２センス位置の電位のいずれかを選択して、前記電流センス用素子に印加するための選択部を備えてよい。
【0017】
上記いずれかの半導体装置は、前記第１センス位置の電位を前記半導体装置の外部に出力する第１センス端子を備えてよい。上記いずれかの半導体装置は、前記第２センス位置の電位を前記半導体装置の外部に出力する第２センス端子を備えてよい。
【0018】
上記いずれかの半導体装置は、前記上面電極において、前記第１センス位置および前記第２センス位置の間の第３センス位置に接続された第３センス配線を備えてよい。上記いずれかの半導体装置は、前記第３センス位置の電位を前記半導体装置の外部に出力する第３センス端子を備えてよい。
【0019】
上記いずれかの半導体装置は、前記電流センス用素子に流れる電流と、前記出力配線に流れる電流との比を示すセンス比を測定するセンス比測定部を備えてよい。上記いずれかの半導体装置は、前記センス比測定部が測定した前記センス比に基づいて、前記主素子の前記上面電極を評価する電極評価部を備えてよい。
【0020】
上記いずれかの半導体装置は、前記センス比の初期値を記憶する初期値記憶部を備えてよい。上記いずれかの半導体装置において、前記電極評価部は、前記センス比の前記初期値と測定値とを比較してよい。
【0021】
上記いずれかの半導体装置は、前記センス比測定部が測定した前記センス比に基づいて、前記主素子に流れる電流を制御する制御部を備えてよい。
【0022】
上記いずれかの半導体装置は、前記電流センス用素子と、基準電位との間に配置されたセンス抵抗を備えてよい。上記いずれかの半導体装置において、前記センス抵抗の抵抗値が可変であってよい。
【0023】
上記いずれかの半導体装置は、前記上面電極における第２センス位置に接続され、前記第２センス位置における電位を伝送する第２センス配線を備えてよい。上記いずれかの半導体装置は、前記第１センス位置の電位、および、前記第２センス位置の電位の差分を出力する差分出力部を備えてよい。上記いずれかの半導体装置において、前記上面電極のいずれかの辺と平行な直線で前記上面電極を複数の領域に等分した場合の第１領域に前記第１センス位置が配置され、第２領域に前記第２センス位置が配置されていてよい。
【0024】
上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の一つの実施形態に係る半導体装置１００の一例を示す図である。
【図2】主素子１２の一例を示す断面図である。
【図3】半導体装置１００の上面における素子の配置例を示す図である。
【図4】第１センス位置６１を変化させた場合の、第１センス位置６１から出力位置７１までの経路の抵抗値の変化を説明する図である。
【図5】領域１０１に第１センス位置６１－１を設けた場合の、第１センス位置６１－１と出力位置７１との間の抵抗を示す回路図である。
【図6】領域１０２に第１センス位置６１－２を設けた場合の、第１センス位置６１－２と出力位置７１との間の抵抗を示す回路図である。
【図7】領域１０３に第１センス位置６１－３を設けた場合の、第１センス位置６１－３と出力位置７１との間の抵抗を示す回路図である。
【図8】第１センス位置６１毎の、主素子１２におけるドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの一例を示す図である。
【図9】上面電極６０の抵抗値が増加した場合の、第１センス位置６１毎の、主素子１２におけるドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの一例を示す図である。
【図10】上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前後における、センス電圧Ｖｓｎｓの変化を示す図である。
【図11】上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前後における、センス電圧Ｖｓｎｓの変化を示す図である。
【図12】上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前後における、センス電圧Ｖｓｎｓの変化を示す図である。
【図13】上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前後における、センス電圧Ｖｓｎｓの変化を示す図である。
【図14】第１センス位置６１の位置Ｙｍｏｓ（％）と、センス電圧Ｖｓｎｓの変動率ΔＶｓｎｓ（％）との関係を説明する図である。
【図15】上面電極６０における第１センス位置６１を説明する図である。
【図16】第１センス位置６１の他の配置例を示す図である。
【図17】第１センス位置６１の他の配置例を示す図である。
【図18】第１センス位置６１の他の配置例を示す図である。
【図19】第１センス位置６１の他の配置例を示す図である。
【図20】第１センス位置６１の他の配置例を示す図である。
【図21】第１センス位置６１の他の配置例を示す図である。
【図22】第１センス位置６１の他の配置例を示す図である。
【図23】センス配線１１の他の接続例を示す図である。
【図24】半導体基板１０に設けられた回路の他の例を示す図である。
【図25】半導体装置１００の他の例を示す図である。
【図26】半導体装置１００の他の構成例を示す図である。
【図27】上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前後における、第１センス電圧Ｖｓｎｓ１の変動を示す図である。
【図28】上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前後における、第２センス電圧Ｖｓｎｓ２の変動を示す図である。
【図29】上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前後における、第２センス電圧Ｖｓｎｓ２と第１センス電圧Ｖｓｎｓ１との差分電圧Ｖｓｎｓｄ（＝Ｖｓｎｓ２－Ｖｓｎｓ１）の変動を示す図である。
【図30】半導体装置１００の他の構成例を示す図である。
【図31】センス配線１１の他の接続例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0027】
本明細書において「同一」、「おなじ」等の表現を用いた場合、厳密に同一である場合に加えて、製造ばらつき等に起因する誤差を含んでいてもよい。当該誤差は、例えば±５％以内である。また、「垂直」、「平行」等の角度に関する表現を用いた場合、厳密に９０度または１８０度等である場合に加えて、製造ばらつき等に起因する誤差を含んていてもよい。当該誤差は、例えば±５度以内である。
【0028】
本明細書において「上方」、「下方」、「上」、「下」等の表現を用いた場合、これらの方向は相対的な方向を示している。例えばこれらの方向は引力方向を示しておらず、装置の実装時における方向を示していない。
【0029】
図１は、本発明の一つの実施形態に係る半導体装置１００の一例を示す図である。半導体装置１００は、負荷２００に電力を供給する。本例の半導体装置１００は、１つの半導体基板１０に形成された半導体チップである。半導体装置１００の一部の構成は、半導体基板１０の外部に設けられていてもよい。
【0030】
本例の半導体装置１００は、入力端子ＩＮ、出力端子ＯＵＴ、高電位端子Ｖｃｃ、低電位端子ＧＮＤおよびセンス端子ＳＮＳを有する半導体チップである。半導体装置１００は、状態端子ＳＴを更に有してよい。
【0031】
半導体装置１００は、半導体基板１０に設けられた、主素子１２、電流センス用素子１４、出力配線１３および第１センス配線１１を備える。半導体装置１００は、制御部２２、センス抵抗２０、アンプ１６およびＭＯＳＦＥＴ１８を更に備えてよい。
【0032】
高電位端子Ｖｃｃには、所定の高電位Ｖｃｃが印加される。低電位端子ＧＮＤには、高電位Ｖｃｃより低い低電位ＧＮＤが印加される。本例の低電位ＧＮＤは接地電位である。半導体装置１００の各回路は、高電位端子Ｖｃｃに接続された電源から電力を受け取ってよい。
【0033】
半導体装置１００は、入力端子ＩＮに入力される入力信号ＩＮに応じて動作して、出力端子ＯＵＴに接続された負荷２００に電力を供給する。本例の入力信号ＩＮは、負荷２００に電力を供給する場合と、供給しない場合とを２値の論理値で示す信号であってよい。
【0034】
主素子１２は、高電位端子Ｖｃｃと出力端子ＯＵＴとの間に設けられ、高電位端子Ｖｃｃから出力端子ＯＵＴに電力を供給するか否かを切り替える。主素子１２のソース端子と出力端子ＯＵＴは、出力配線１３により接続されている。出力配線１３は、ワイヤー等の空中配線を含んでよい。本例の主素子１２は、パワー半導体である。主素子１２は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴであるが、ＩＧＢＴ等の他のパワー半導体であってもよい。本例の制御部２２は、入力信号ＩＮの論理値に応じて主素子１２のオンオフの状態を切り替える。
【0035】
電流センス用素子１４には、主素子１２に流れる主電流Ｉｏｕｔに応じたセンス電流Ｉｓｎｓが流れる。電流センス用素子１４は、主素子１２と並列に設けられ、主素子１２と同様の構造を有するパワー半導体である。図１の例では、電流センス用素子１４および主素子１２はともにＭＯＳＦＥＴである。制御部２２は、主素子１２と電流センス用素子１４とを同期してオン状態に遷移させ、同期してオフ状態に遷移させる。
【0036】
電流センス用素子１４には、主電流Ｉｏｕｔに対して所定のセンス比を乗じた電流に相当するセンス電流Ｉｓｎｓが流れる。当該センス比は、電流センス用素子１４および主素子１２において電流が流れる領域の面積比、電流センス用素子１４および主素子１２におけるオン抵抗比等により定まる。センス電流Ｉｓｎｓは、主電流Ｉｏｕｔより小さい。つまり当該センス比は１より小さい。例えばセンス電流Ｉｓｎｓは、主電流Ｉｏｕｔの１／１００以下であってよく、１／１０００以下であってもよい。
【0037】
電流センス用素子１４と低電位端子ＧＮＤとの間には、センス抵抗２０が設けられる。センス抵抗２０には、センス電流Ｉｓｎｓに抵抗値を乗算したセンス電圧Ｖｓｎｓ分の電圧降下が生じる。センス電圧Ｖｓｎｓと、センス抵抗２０の抵抗値から、センス電流Ｉｓｎｓを算出できる。センス端子ＳＮＳは、センス電圧Ｖｓｎｓを外部に出力してよい。センス電流Ｉｓｎｓと、電流センス用素子１４とのセンス比は既知であるので、センス電流Ｉｓｎｓから主電流Ｉｏｕｔを算出できる。センス抵抗２０は抵抗値が可変であってよく、固定であってもよい。
【0038】
第１センス配線１１は、主素子１２が出力する電位（本例ではソース電位）と、電流センス用素子１４が出力する電位（本例ではソース電位）とを同一にするために用いられる。これにより、主素子１２のドレイン・ソース間の電圧Ｖｄｓｍと、電流センス用素子１４のドレイン・ソース間の電圧Ｖｄｓｓとを一致させることができ、出力電圧の変動によるセンス比の変動を抑制できる。
【0039】
本例では、電流センス用素子１４とセンス抵抗２０との間にＭＯＳＦＥＴ１８が設けられている。また、アンプ１６は、第１センス配線１１により印加される電圧（例えば主素子１２のソース電位）と、電流センス用素子１４のソース電位とが同じになるように、ＭＯＳＦＥＴ１８のゲート端子に印加する電圧を調整する。このような構成により、主素子１２が出力する電位（本例ではソース電位）と、電流センス用素子１４が出力する電位（本例ではソース電位）とを同一にできる。
【0040】
センス電圧Ｖｓｎｓは、下式のようにセンス抵抗２０の抵抗値Ｒｓｎｓと、センス電流Ｉｓｎｓとの積により定まる。
Ｖｓｎｓ＝Ｒｓｎｓ×Ｉｓｎｓ
センス比ＳＲは、センス電流Ｉｓｎｓと出力電流Ｉｏｕｔとの比（Ｉｓｎｓ／Ｉｏｕｔ）である。電流センス用素子１４のオン抵抗をＲｏｎｓ、主素子１２のオン抵抗をＲｏｎｍとすると、それぞれの電流は下式となる。
Ｉｓｎｓ＝Ｖｄｓｓ／Ｒｏｎｓ
Ｉｏｕｔ＝Ｖｄｓｍ／Ｒｏｎｍ
本例では、Ｖｄｓｍ＝Ｖｄｓｓである。従って、センス比ＳＲは式（１）となる。
ＳＲ＝Ｉｓｎｓ／Ｉｏｕｔ＝Ｒｏｎｍ／Ｒｏｎｓ ・・・式（１）
Ｖｓｎｓ＝Ｒｓｎｓ×Ｉｓｎｓ
センス比ＳＲは、センス電流Ｉｓｎｓと出力電流Ｉｏｕｔとの比（Ｉｓｎｓ／Ｉｏｕｔ）である。電流センス用素子１４のオン抵抗をＲｏｎｓ、主素子１２のオン抵抗をＲｏｎｍとすると、それぞれの電流は下式となる。
Ｉｓｎｓ＝Ｖｄｓｓ／Ｒｏｎｓ
Ｉｏｕｔ＝Ｖｄｓｍ／Ｒｏｎｍ
本例では、Ｖｄｓｍ＝Ｖｄｓｓである。従って、センス比ＳＲは式（１）となる。
ＳＲ＝Ｉｓｎｓ／Ｉｏｕｔ＝Ｒｏｎｍ／Ｒｏｎｓ ・・・式（１）
【0041】
制御部２２は、半導体装置１００の内部状態を示す状態信号Ｓを出力してよい。状態信号Ｓは、例えば過電流等の異常を検出したこと、出力端子ＯＵＴに負荷２００が接続されているか否か等を示す信号であってよい。半導体装置１００は、状態端子ＳＴと低電位端子ＧＮＤとを接続するか否かを切り替えるＭＯＳＦＥＴ３４を備えてよい。ＭＯＳＦＥＴ３４のゲート端子には、状態信号Ｓが印加される。これにより、半導体装置１００の内部状態に応じた電位を、状態端子ＳＴに印加できる。
【0042】
低電位端子ＧＮＤと、他の各端子との間には、過電圧から半導体装置１００の内部回路または外部装置を保護するダイオードが設けられてよい。図１の例では、入力端子ＩＮと低電位端子ＧＮＤとの間にダイオード２６が設けられ、状態端子ＳＴと低電位端子ＧＮＤとの間にダイオード２８が設けられ、センス端子ＳＮＳと低電位端子ＧＮＤとの間にダイオード３０が設けられ、高電位端子Ｖｃｃと低電位端子ＧＮＤとの間にダイオード３２が設けられている。また、高電位端子Ｖｃｃと、主素子１２のゲート端子との間にも、保護回路２４が設けられてよい。保護回路２４は、逆向きに直列に配置された２つのダイオードを含んでよい。半導体装置１００には、入力端子ＩＮから低電位端子ＧＮＤに一定電流を流す電流源３６が設けられてよい。
【0043】
図２は、主素子１２の一例を示す断面図である。電流センス用素子１４も、主素子１２と同様の構造を有してよい。本例の主素子１２は、半導体基板１０、ゲート電極５２、絶縁層５４、上面電極６０および下面電極５０を有する。本例の上面電極６０はソース電極であり、下面電極５０はドレイン電極である。本明細書では、半導体基板１０の深さ方向と平行な軸をＺ軸とし、Ｚ軸と直交する２つの軸をＸ軸およびＹ軸とする。Ｘ軸およびＹ軸は互いに直交する。
【0044】
ゲート電極５２は、半導体基板１０の上方に配置されている。ゲート電極５２と半導体基板１０との間には絶縁層５４が配置されている。上面電極６０は、半導体基板１０の上面と接して設けられている。上面電極６０とゲート電極５２との間には絶縁層５４が設けられている。下面電極５０は、半導体基板１０の下面と接して設けられている。
【0045】
半導体基板１０には、Ｎ－型のドリフト領域４２、Ｐ－型のベース領域４４、Ｎ＋型のソース領域４６およびＮ＋型のドレイン領域４８が設けられている。ベース領域４４およびソース領域４６は、上面電極６０と接している。ソース領域４６とドリフト領域４２とは、ベース領域４４により分離されている。半導体基板１０の上面において、ソース領域４６とドリフト領域４２との間のベース領域４４の上方には、ゲート電極５２が配置されている。ゲート電極５２に所定のオン電圧が印加されると、ソース領域４６とドリフト領域４２との間のベース領域４４の表層がＮ型の領域に反転してチャネルが形成される。これにより、主素子１２がオン状態となる。ドリフト領域４２の下方にはドレイン領域４８が設けられている。主素子１２がオン状態となると、下面電極５０、ドレイン領域４８、ドリフト領域４２、ベース領域４４、ソース領域４６および上面電極６０を通って出力電流Ｉｏｕｔが流れる。
【0046】
主素子１２のオン抵抗Ｒｏｎｍは、下面電極５０から上面電極６０までの電流経路における抵抗である。上面電極６０における抵抗値をＲｓｗ、上面電極６０とソース領域４６とのコンタクト抵抗をＲｃｓ、ソース領域４６の抵抗をＲｓ、ベース領域４４（チャネル）の抵抗をＲｃｈ、ＪＦＥＴ領域の抵抗をＲｊ、ドリフト領域４２の抵抗をＲｄ、ドレイン領域４８の抵抗をＲｓｕｂ、ドレイン領域４８と下面電極５０のコンタクト抵抗をＲｃｄとする。主素子１２のオン抵抗Ｒｏｎｍは、式（２）となる。
Ｒｏｎｍ＝Ｒｓｗ＋Ｒｃｓ＋Ｒｓ＋Ｒｃｈ＋Ｒｊ＋Ｒｄ＋Ｒｓｕｂ＋Ｒｃｄ ・・・式（２）
Ｒｏｎｍ＝Ｒｓｗ＋Ｒｃｓ＋Ｒｓ＋Ｒｃｈ＋Ｒｊ＋Ｒｄ＋Ｒｓｕｂ＋Ｒｃｄ ・・・式（２）
【0047】
主素子１２には、比較的に大きな電流が流れうる。例えば出力端子ＯＵＴが接地電位等に短絡した負荷短絡モードでは、主素子１２に大きな電流が流れる場合がある。大きな電流が連続して主素子１２に流れると、エレクトロマイグレーションにより、上面電極６０における抵抗値Ｒｓｗが変化する場合がある。エレクトロマイグレーションとは、金属電極中の金属イオンが徐々に移動して、金属電極の形状が変化する現象である。エレクトロマイグレーションが進むと、上面電極６０の抵抗値が大きくなりすぎ、主素子１２が破壊される場合がある。このため、エレクトロマイグレーションによる、上面電極６０の劣化の兆候を検出できることが好ましい。
【0048】
式（２）に示すように、上面電極６０の抵抗Ｒｓｗが変化すると、オン抵抗Ｒｏｎｍが変化する。式（１）に示すように、オン抵抗Ｒｏｎｍが変化すると、センス比ＳＲが変化する。このため、センス比ＳＲの変化を監視することで、オン抵抗Ｒｏｎｍの変化を検出でき、上面電極６０の劣化の兆候を検出できる。
【0049】
本例では、主素子１２のオン抵抗Ｒｏｎｍにおいて、主素子１２の上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗが占める割合と、電流センス用素子１４のオン抵抗Ｒｏｎｓにおいて、電流センス用素子１４の上面電極の抵抗値Ｒｓｗが占める割合とを異ならせることが好ましい。これにより、オン抵抗Ｒｏｎｍの変化が、センス比ＳＲの変化として現れやすくなる。例えば電流センス用素子１４の上面電極の抵抗値が同様に変化した場合であっても、主素子１２の上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変化が、センス比ＳＲの変化に現れやすくなる。本例では、主素子１２の上面電極６０において、第１センス配線１１を接続する位置を調整することで、上面電極６０の劣化がセンス比ＳＲの変化として現れやすくする。
【0050】
図３は、半導体装置１００の上面における素子の配置例を示す図である。図３では、半導体基板１０の上面に配置された、主素子１２、電流センス用素子１４、および、回路部１５を示している。回路部１５には、図２に示したアンプ１６、ＭＯＳＦＥＴ１８、制御部２２等の、主素子１２および電流センス用素子１４以外の構成が含まれている。
【0051】
主素子１２は、上面電極６０を有する。電流センス用素子１４は、上面電極５９を有する。上面電極６０には、１つ以上の出力配線１３と、第１センス配線１１とが接続されている。出力配線１３および第１センス配線１１は、例えばワイヤ等の空中配線である。上面電極６０において出力配線１３が接続されている位置を、出力位置７１とする。上面電極６０において、第１センス配線１１が接続されている位置を第１センス位置６１とする。図３において、上面電極６０にセンス配線１１が接続されている位置を白丸で示し、他の接続位置を黒丸で示している。
【0052】
第１センス配線１１は、第１センス位置６１における電位を電流センス用素子１４に印加するための配線である。第１センス配線１１は、回路部１５に含まれるアンプ１６（図１参照）に接続されている。上面電極６０における第１センス位置６１の配置によって、第１センス配線１１から出力配線１３までの上面電極６０の経路長が変化する。このため、第１センス配線１１から出力配線１３までの経路の抵抗値（抵抗Ｒｓｗに対応する）が変化する。
【0053】
電流センス用素子１４の上面電極５９には、ワイヤ等の配線１７および配線１９が接続されている。配線１７は、回路部１５に含まれるＭＯＳＦＥＴ１８（図１参照）に接続されている。配線１９は、回路部１５に含まれるアンプ１６の入力端子に接続されている。上面電極５９において配線１９が接続される位置の電位が、上面電極６０における第１センス位置６１の電位とほぼ一致する。上面電極５９は、上面電極６０に比べて小さい。このため、上面電極５９における配線１７および配線１９の接続位置がばらついた場合でも、上面電極５９における配線１９の位置から、配線１７の接続位置までの経路の抵抗値はあまり変化しない。
【0054】
図４は、第１センス位置６１を変化させた場合の、第１センス位置６１から出力位置７１までの経路の抵抗値の変化を説明する図である。本例の上面電極６０は、上面視において長方形であるが、上面電極６０は正方形であってよく、他の形状であってもよい。上面視とは、半導体基板１０の上面と垂直な方向から観察することを指す。本例では、上面電極６０を長辺方向（Ｙ軸方向）において仮想的に３つの領域（領域１０１、領域１０２、領域１０３）に等分している。出力位置７１は領域１０３のＹ軸方向端部の近傍に配置されている。領域１０１は、領域１０３から最も離れた領域であり、領域１０２は、領域１０１と領域１０２との間の領域である。
【0055】
いずれかの領域１０１～１０３の中央に、第１センス位置６１を設ける場合を考える。領域１０１に設ける第１センス位置６１を第１センス位置６１－１とし、領域１０２に設ける第１センス位置６１を第１センス位置６１－２とし、領域１０３に設ける第１センス位置６１を第１センス位置６１－３とする。
【0056】
第１センス位置６１－３と出力位置７１との間の経路の抵抗をＲｓｗ３とする。第１センス位置６１－３は、出力位置７１の近傍に配置されているので、抵抗Ｒｓｗ３の抵抗値は比較的に小さい。
【0057】
第１センス位置６１－２と第１センス位置６１－３との間の経路の抵抗をＲｓｗ２とする。第１センス位置６１－２と出力位置７１との間の経路の抵抗は、Ｒｓｗ３＋Ｒｓｗ２となる。
【0058】
第１センス位置６１－１と第１センス位置６１－２との間の経路の抵抗をＲｓｗ１とする。第１センス位置６１－１と出力位置７１との間の経路の抵抗は、Ｒｓｗ３＋Ｒｓｗ２＋Ｒｓｗ１となる。
【0059】
図５は、領域１０１に第１センス位置６１－１を設けた場合の、第１センス位置６１－１と出力位置７１との間の抵抗を示す回路図である。上述したように、第１センス位置６１－１と出力位置７１との間の経路の抵抗は、Ｒｓｗ３＋Ｒｓｗ２＋Ｒｓｗ１となる。
【0060】
図６は、領域１０２に第１センス位置６１－２を設けた場合の、第１センス位置６１－２と出力位置７１との間の抵抗を示す回路図である。上述したように、第１センス位置６１－２と出力位置７１との間の経路の抵抗は、Ｒｓｗ３＋Ｒｓｗ２となる。
【0061】
図７は、領域１０３に第１センス位置６１－３を設けた場合の、第１センス位置６１－３と出力位置７１との間の抵抗を示す回路図である。上述したように、第１センス位置６１－３と出力位置７１との間の経路の抵抗は、Ｒｓｗ３となる。このように、上面電極６０における第１センス位置６１を調整することで、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗを調整できる。上述したように、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変化が、センス比ＳＲの変化に現れやすい位置に、第１センス位置６１を配置することが好ましい。
【0062】
図８は、第１センス位置６１毎の、主素子１２におけるドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの一例を示す図である。図５から図７に示すように、主素子１２の電圧Ｖｄｓは、主素子１２のドレイン端子と、第１センス位置６１との間の電圧である。アンプ１６等により、当該電圧Ｖｄｓに応じて、電流センス用素子１４のドレイン・ソース間電圧が制御される。
【0063】
図８では、半導体装置１００の上面電極６０の抵抗値が劣化する前の初期状態における、各特性値を示している。本例では、主素子１２のオン抵抗Ｒｏｎｍが７５ｍΩであり、出力電流Ｉｏｕｔが１．５Ａである。また図８では、それぞれの第１センス位置６１から、出力位置７１までの上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗを示している。第１センス位置６１－１、第１センス位置６１－２、第１センス位置６１－３のそれぞれに対する抵抗値Ｒｓｗは、７．７ｍΩ、７．１ｍΩ、４．２ｍΩであった。このとき、第１センス位置６１－１における電圧Ｖｄｓは９５．３ｍＶ、第１センス位置６１－２における電圧Ｖｄｓは９８．９ｍＶ、第１センス位置６１－３における電圧Ｖｄｓは１０５．８ｍＶであった。
【0064】
図９は、上面電極６０の抵抗値が増加した場合の、第１センス位置６１毎の、主素子１２におけるドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの一例を示す図である。本例では、主素子１２のオン抵抗Ｒｏｎｍが８５ｍΩに増加した。出力電流Ｉｏｕｔは、図８の例と同様に１．５Ａである。第１センス位置６１－１、第１センス位置６１－２、第１センス位置６１－３のそれぞれに対する抵抗値Ｒｓｗは、１７．７ｍΩ、１７．１ｍΩ、９．２ｍΩであった。図８に示した初期値に対して、それぞれ１０ｍΩ、１０ｍΩ、５ｍΩずつ増加している。
【0065】
抵抗値Ｒｓｗが変動すると、それぞれの第１センス位置６１における電圧Ｖｄｓも変動する。本例の第１センス位置６１－１における電圧Ｖｄｓは８９．４ｍＶ、第１センス位置６１－２における電圧Ｖｄｓは９７．３ｍＶ、第１センス位置６１－３における電圧Ｖｄｓは１１３．３ｍＶであった。
【0066】
第１センス配線１１を第１センス位置６１－１に接続した例では、上面電極６０の抵抗値の増加に伴い、主素子１２の電圧Ｖｄｓは低下した。この場合、電流センス用素子１４のドレイン・ソース間電圧も同様に低下するので、センス電流Ｉｓｎｓは低下する。このため、センス電圧Ｖｓｎｓも低下する。
【0067】
第１センス配線１１を第１センス位置６１－２に接続した例では、上面電極６０の抵抗値の増加に伴い、第１センス位置６１－１の例と同様に、主素子１２の電圧Ｖｄｓは低下した。ただし、電圧Ｖｄｓの低下幅は、第１センス位置６１－１の例よりも縮小した。このため、センス電流Ｉｓｎｓおよびセンス電圧Ｖｓｎｓも低下幅も、第１センス位置６１－１の例よりも縮小する。
【0068】
第１センス配線１１を第１センス位置６１－３に接続した例では、上面電極６０の抵抗値の増加に伴い、主素子１２の電圧Ｖｄｓは増加した。この場合、電流センス用素子１４のドレイン・ソース間電圧も同様に増加するので、センス電流Ｉｓｎｓも増加する。このため、センス電圧Ｖｓｎｓも増加する。
【0069】
図１０は、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前後における、センス電圧Ｖｓｎｓの変化を示す図である。図１０では、第１センス配線１１を第１センス位置６１－１に接続した場合の、出力電流Ｉｏｕｔとセンス電圧Ｖｓｎｓとの関係を示している。本例では、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗが増加する程度に、高温で長時間、主素子１２のオンおよびオフを繰り返した。図１０において、抵抗値Ｒｓｗの増加前の特性を破線で示し、当該増加後の特性を実線で示している。図８および図９に示したように、第１センス位置６１－１に第１センス配線１１が接続されている場合、抵抗値Ｒｓｗが増加すると、センス電圧Ｖｓｎｓは減少した。
【0070】
図１１は、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前後における、センス電圧Ｖｓｎｓの変化を示す図である。図１１では、第１センス配線１１を第１センス位置６１－２に接続した場合の、出力電流Ｉｏｕｔとセンス電圧Ｖｓｎｓとの関係を示している。図１１において、抵抗値Ｒｓｗの増加前と増加後で、センス電圧Ｖｓｎｓはほとんど変動しなかった。
【0071】
図１２は、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前後における、センス電圧Ｖｓｎｓの変化を示す図である。図１２では、第１センス配線１１を第１センス位置６１－３に接続した場合の、出力電流Ｉｏｕｔとセンス電圧Ｖｓｎｓとの関係を示している。図１２において、抵抗値Ｒｓｗの増加前の特性を破線で示し、当該増加後の特性を実線で示している。図８および図９に示したように、第１センス位置６１－３に第１センス配線１１が接続されている場合、抵抗値Ｒｓｗが増加すると、センス電圧Ｖｓｎｓは増加した。
【0072】
図１３は、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前後における、センス電圧Ｖｓｎｓの変化を示す図である。図１２では、第１センス配線１１を第１センス位置６１－４に接続した場合の、出力電流Ｉｏｕｔとセンス電圧Ｖｓｎｓとの関係を示している。第１センス位置６１－４は、第１センス位置６１－３よりも、出力位置７１の近くに配置されている。本例の第１センス位置６１－４は、Ｘ軸方向において出力位置７１と並んで配置されている。第１センス位置６１－４に第１センス配線１１が接続されている場合、抵抗値Ｒｓｗが増加すると、センス電圧Ｖｓｎｓは増加した。第１センス位置６１－４は、出力位置７１の近傍に配置されているので、抵抗値Ｒｓｗの増加前後においてセンス電圧Ｖｓｎｓの変動は更に大きくなった。
【0073】
図１４は、第１センス位置６１の位置Ｙｍｏｓ（％）と、センス電圧Ｖｓｎｓの変動率ΔＶｓｎｓ（％）との関係を説明する図である。本例の上面電極６０は、Ｙ軸と平行な１組の長辺６７と、Ｘ軸と平行な1組の短辺６８とを有する。出力位置７１は、いずれかの短辺６８の近傍に設けられている。Ｙ軸方向において、出力位置７１が設けられた位置を＋１００％の位置とし、出力位置７１とは逆側の短辺６８の位置を－１００％の位置とする。出力位置７１と短辺６８との間の中央を、０％の位置とする。
【0074】
本例では、主素子１２の電圧Ｖｄｓの変動の最大値をΔＶｄｓｍとする。図１０から図１３に示したように、第１センス位置６１がＹｍｏｓ＝＋１００％の位置に配置されている場合に、電圧Ｖｄｓの変動が最大となる。主素子１２の電圧Ｖｄｓの変動ΔＶｄｓは、第１センス位置６１の位置Ｙｍｏｓを用いて式（３）で示される。
ΔＶｄｓ＝ΔＶｄｓｍ×Ｙｍｏｓ ・・・（３）
ΔＶｄｓ＝ΔＶｄｓｍ×Ｙｍｏｓ ・・・（３）
【0075】
上述した式（１）等から、センス電圧Ｖｓｎｓは式（４）となる。
Ｖｓｎｓ＝Ｉｏｕｔ×Ｒｓｎｓ×ＳＲ ・・・（４）
Ｉｏｕｔは、主素子１２の抵抗値Ｒｓｗが変動しても、ほぼ変動せずに一定値となる。上述したように、センス比ＳＲは、主素子１２のオン抵抗Ｒｏｎｍと、電流センス用素子１４のオン抵抗Ｒｏｎｓとの比Ｒｏｎｍ／Ｒｏｎｓである。電流センス用素子１４に流れる電流は、主素子１２に流れる電流と比べて非常に小さいので、電流センス用素子１４の上面電極５９にはエレクトロマイグレーションが生じにくい。このため、電流センス用素子１４のオン抵抗Ｒｏｎｓはほとんど変動しない。また、電流センス用素子１４の上面電極５９は非常に小さいので、配線１９の接続位置のばらつき等による抵抗値の変動もほとんどない。
Ｖｓｎｓ＝Ｉｏｕｔ×Ｒｓｎｓ×ＳＲ ・・・（４）
Ｉｏｕｔは、主素子１２の抵抗値Ｒｓｗが変動しても、ほぼ変動せずに一定値となる。上述したように、センス比ＳＲは、主素子１２のオン抵抗Ｒｏｎｍと、電流センス用素子１４のオン抵抗Ｒｏｎｓとの比Ｒｏｎｍ／Ｒｏｎｓである。電流センス用素子１４に流れる電流は、主素子１２に流れる電流と比べて非常に小さいので、電流センス用素子１４の上面電極５９にはエレクトロマイグレーションが生じにくい。このため、電流センス用素子１４のオン抵抗Ｒｏｎｓはほとんど変動しない。また、電流センス用素子１４の上面電極５９は非常に小さいので、配線１９の接続位置のばらつき等による抵抗値の変動もほとんどない。
【0076】
このためセンス電圧Ｖｓｎｓは、主素子１２のオン抵抗Ｒｏｎｍの変動比率に応じて、変動する。オン抵抗Ｒｏｎｍの変動前のセンス電圧をＶｓｎｓ１、変動後のセンス電圧Ｖｓｎｓ２とすると、下式となる。
Ｖｓｎｓ１＝Ｉｏｕｔ×Ｒｓｎｓ×ＳＲ
Ｖｓｎｓ２＝Ｉｏｕｔ×ΔＶｄｓ×Ｒｓｎｓ×ＳＲ＝Ｉｏｕｔ×ΔＶｄｓｍ×Ｙｍｏｓ×Ｒｓｎｓ×ＳＲ
Ｖｓｎｓ１＝Ｉｏｕｔ×Ｒｓｎｓ×ＳＲ
Ｖｓｎｓ２＝Ｉｏｕｔ×ΔＶｄｓ×Ｒｓｎｓ×ＳＲ＝Ｉｏｕｔ×ΔＶｄｓｍ×Ｙｍｏｓ×Ｒｓｎｓ×ＳＲ
【0077】
出力電流Ｉｏｕｔおよびセンス抵抗Ｒｓｎｓは一定値なので、センス電圧の変動率ΔＶｓｎｓ＝Ｖｓｎｓ２／Ｖｓｎｓ１は、下式となる。
ΔＶｓｎｓ＝ΔＶｄｓｍ×Ｙｍｏｓ
センス電圧の変動率ΔＶｓｎｓが大きいほど、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動を検知しやすくなる。半導体装置１００においては、変動率ΔＶｓｎｓが大きくなるように、第１センス位置６１を調整することが好ましい。
ΔＶｓｎｓ＝ΔＶｄｓｍ×Ｙｍｏｓ
センス電圧の変動率ΔＶｓｎｓが大きいほど、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動を検知しやすくなる。半導体装置１００においては、変動率ΔＶｓｎｓが大きくなるように、第１センス位置６１を調整することが好ましい。
【0078】
図１５は、上面電極６０における第１センス位置６１を説明する図である。本例では、１つ以上の出力配線１３のうち、上面電極６０に対する接続位置と、第１センス位置６１との距離が最も小さいものを、第１近接配線９１とする。第１近接配線９１が、上面電極６０と接続する位置を第１近接位置８１とする。
【0079】
上面電極６０において、第１センス位置６１から第１近接位置８１までの距離を、第１配線間距離ＬＷ１とする。また、第１近接位置８１から、上面電極６０の端部までの最大距離をＬＭとする。第１近接位置８１と第１センス位置６１とを結ぶ直線を直線６５とする。最大距離ＬＭは、直線６５と平行な方向における、第１近接位置８１と、上面電極６０の端部までの最大距離であってよい。
【0080】
上面電極６０が長方形の場合、長辺６７と平行な方向（図１５ではＹ軸方向）における、第１近接位置８１と第１センス位置６１との距離ＬＷ１'を、第１配線間距離ＬＷ１として用いてもよい。また、長辺６７と平行な方向における、第１近接位置８１と上面電極６０の端部までの最大距離ＬＭ'を、上述した最大距離ＬＭとして用いてもよい。
【0081】
上面電極６０において、第１センス位置６１から第１近接位置８１までの第１配線間距離ＬＷ１は、第１近接位置８１から上面電極６０の端部までの最大距離ＬＭの半分（ＬＭ／２）とは異なる。つまり、第１センス位置６１は、第１近接位置８１と上面電極６０の端部との間において、中央以外に配置されている。このような配置により、図１０から図１４において示したように、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動が、センス比ＳＲ（センス電圧Ｖｓｎｓ）の変動として現れる。このため、センス比ＳＲ（またはセンス電圧Ｖｓｎｓ）の変動を検出することで、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動を検知できる。上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの抵抗値の変動を早期に検知することができるので、主素子１２の破壊を防げる。
【0082】
図１０から図１４において説明したように、第１センス位置６１の位置Ｙｍｏｓが０％の位置から離れるほど、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動により、センス比ＳＲ（またはセンス電圧Ｖｓｎｓ）が大きく変動する。第１配線間距離ＬＷ１は、最大距離ＬＭの０倍以上、１／４倍以下であってよい。つまり図１４に示したＹｍｏｓが、＋１００％以下、＋５０％以上であってよい。第１配線間距離ＬＷ１は、最大距離ＬＭの１／８倍以下であってよく、１／１０倍以下であってよく、１／２０倍以下であってもよい。つまり図１４に示したＹｍｏｓが、＋７５％以上であってよく、＋８０％以上であってよく、＋９０％以上であってもよい。
【0083】
第１配線間距離ＬＷ１は、最大距離ＬＭの３／４倍以上、１倍以下であってもよい。つまり図１４に示したＹｍｏｓが、－１００％以上、－５０％以下であってよい。第１配線間距離ＬＷ１は、最大距離ＬＭの７／８倍以上であってよく、９／１０倍以上であってよく、１９／２０倍以上であってもよい。つまり図１４に示したＹｍｏｓが、－７５％以下であってよく、－８０％以下であってよく、－９０％以下であってもよい。
【0084】
図１６は、第１センス位置６１の他の配置例を示す図である。本例の第１センス位置６１は、上面電極６０の短辺６８と平行な第１方向に並んでいる。本例の場合、センス比ＳＲ（センス電圧Ｖｓｎｓ）の変動は、図１３に示すようになる。このため、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動による、センス比ＳＲ（センス電圧Ｖｓｎｓ）の変動を最大化でき、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動を検知しやすくなる。
【0085】
図１７は、第１センス位置６１の他の配置例を示す図である。本例では、上面電極６０のいずれかの辺と平行な直線６９で、上面電極６０を仮想的に複数の領域に等分する。図１７では、短辺６８と平行な直線６９で、上面電極６０を２等分している。２等分した上面電極６０の領域を、第１領域１１１および第２領域１１２とする。
【0086】
本例では、第１センス位置６１が第１領域１１１に配置され、第１近接位置８１が第２領域１１２に配置されている。これにより、センス比ＳＲの変動から、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動を検知できる。上面電極６０は、複数の直線６９により、より多くの領域に分割されてよい。例えば上面電極６０は、複数の直線６９により、Ｙ軸方向にＮ分割（Ｎは３以上の整数）されてよい。Ｎは４以上の整数であってよく、５以上の整数であってよく、１０以上の整数であってもよい。この場合も、第１近接位置８１が設けられた領域を第２領域１１２とし、第１センス位置６１が配置された領域を第１領域１１１とする。第１領域１１１は、複数の領域のうち、第２領域１１２から最も離れた領域であってよい。
【0087】
図１８は、第１センス位置６１の他の配置例を示す図である。本例においても、図１７の例と同様に、直線６９で上面電極６０を仮想的に分割する。本例では、第１センス位置６１および第１近接位置８１の両方が、同一の第２領域１１２に配置されている。これにより、センス比ＳＲの変動から、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動を検知できる。上面電極６０は、複数の直線６９により、より多くの領域に分割されてよい。例えば上面電極６０は、複数の直線６９により、Ｙ軸方向にＮ分割（Ｎは３以上の整数）されてよい。Ｎは４以上の整数であってよく、５以上の整数であってよく、１０以上の整数であってもよい。この場合も、第１センス位置６１および第１近接位置８１は同一の第２領域１１２に配置されてよい。第２領域１１２は、Ｙ軸方向において最も端に配置された領域であってよく、端以外に配置された領域であってもよい。
【0088】
図１９は、第１センス位置６１の他の配置例を示す図である。本例では、上面電極６０の第１辺（例えば短辺６８）と平行な直線６９で上面電極６０をＹ軸方向に複数の領域に等分し、且つ、第１辺と平行でない第２辺（例えば長辺６７）と平行な直線６５で上面電極６０をＸ軸方向に複数の領域に等分している。図１９の例では、上面電極６０をＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれで２等分している。
【0089】
本例では、第１センス位置６１が第１領域１１１に配置され、第１近接位置８１が第２領域１１２に配置されている。第１領域１１１および第２領域１１２は、上面電極６０において互いに対角に配置された領域である。つまり第１領域１１１および第２領域１１２は、上面電極６０の中心点６３を基準に点対称に配置されている。これにより、センス比ＳＲの変動から、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動を検知できる。
【0090】
上面電極６０は、複数の直線６９および複数の直線６５により、より多くの領域に分割されてよい。例えば上面電極６０は、複数の直線６９により、Ｙ軸方向にＮ分割（Ｎは３以上の整数）され、複数の直線６５により、Ｘ軸方向にＭ分割（Ｍは３以上の整数）されてよい。ＮおよびＭは、それぞれ４以上の整数であってよく、５以上の整数であってよく、１０以上の整数であってもよい。ＮおよびＭは同一の整数であってよく、異なる整数であってもよい。この場合も、第１近接位置８１が設けられた領域を第２領域１１２とし、第１センス位置６１が配置された領域を第１領域１１１とする。第１領域１１１および第２領域１１２は、対角（点対称）に配置された領域であってよい。第１領域１１１および第２領域１１２は、それぞれ上面電極６０のいずれかの辺を含む領域であってよく、いずれかの角を含む領域であってもよい。これにより、第１領域１１１および第２領域１１２の間の距離を大きくし、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動を検知しやすくなる。
【0091】
図２０は、第１センス位置６１の他の配置例を示す図である。本例では、上面電極６０の第１辺（例えば短辺６８）と平行な直線６９で上面電極６０をＹ軸方向に複数の領域に等分（図２０では２等分）し、且つ、第１辺と平行でない第２辺（例えば長辺６７）と平行な直線６５で上面電極６０をＸ軸方向に複数の領域に等分（図２０では２等分）している。
【0092】
本例では、第１センス位置６１および第１近接位置８１の両方が、同一の第２領域１１２に配置されている。これにより、センス比ＳＲの変動から、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動を検知できる。
【0093】
上面電極６０は、複数の直線６９および複数の直線６５により、より多くの領域に分割されてよい。例えば上面電極６０は、複数の直線６９により、Ｙ軸方向にＮ分割（Ｎは３以上の整数）され、複数の直線６５により、Ｘ軸方向にＭ分割（Ｍは３以上の整数）されてよい。ＮおよびＭは、それぞれ４以上の整数であってよく、５以上の整数であってよく、１０以上の整数であってもよい。ＮおよびＭは同一の整数であってよく、異なる整数であってもよい。この場合も、第１近接位置８１および第１センス位置６１は、同一の第２領域１１２に設けられてよい。第２領域１１２は、それぞれ上面電極６０のいずれかの辺を含む領域であってよく、いずれかの角を含む領域であってもよい。
【0094】
図２１は、第１センス位置６１の他の配置例を示す図である。本例では、上面電極６０のいずれかの辺と平行な直線６９で、上面電極６０を仮想的に分割する。図２１では、短辺６８と平行な直線６９で、上面電極６０を複数の領域に等分（図２１では２等分）している。２等分した上面電極６０の領域を、第１領域１１１および第２領域１１２とする。
【0095】
本例では、第１領域１１１および第２領域１１２の両方に、１つ以上の出力位置７１が配置されている。それぞれの出力位置７１には、出力配線１３が接続されている。本例では、第２領域１１２に接続された出力配線１３の本数（すなわち、出力位置７１の個数）は、第１領域１１１に接続された出力配線１３の本数（すなわち、出力位置７１の個数）より多い。
【0096】
第１センス位置６１は、第１領域１１１に配置されている。ただし、第１センス位置６１と、第１近接位置８１との関係は、本明細書において説明したいずれかの態様と同様である。第１センス位置６１は、いずれの出力位置７１よりも、Ｙ軸方向において短辺６８の近くに配置されてよい。つまり、第１センス位置６１は、Ｙ軸方向において、いずれかの短辺６８に最も近い出力位置７１と、当該短辺６８との間に配置されてよい。本例によっても、センス比ＳＲの変動から、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動を検知できる。
【0097】
図２２は、第１センス位置６１の他の配置例を示す図である。本例では、複数の出力配線１３のうち、上面電極６０に対する接続位置と、第１センス位置６１との距離Ｌ２が２番目に小さいものを第２配線１３－２とする。第２配線１３－２の出力位置７１－２と、第１センス位置６１との距離をＬ２とする。距離Ｌ２は、第１配線間距離ＬＷ１よりも大きい。このような配置によっても、センス比ＳＲの変動から、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動を検知できる。距離Ｌ２は、第１配線間距離ＬＷ１の２倍以上であってよく、３倍以上であってよく、５倍以上であってもよい。距離Ｌ２が第１配線間距離ＬＷ１より大きいほど（すなわち、第１センス位置６１が偏って配置されているほど）、センス比ＳＲの変動から、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動を検知しやすくなる。
【0098】
Ｙ軸方向において、第１センス位置６１は、第１近接位置８１および出力位置７１－２の間に配置されてよい。第１近接位置８１、第１センス位置６１、および、出力位置７１－２は、同一の直線６５の上に配置されていてもよい。直線６５は、それぞれの接続位置のいずれかの部分を通過すればよい。直線６５は、それぞれの接続位置の中心を通過してもよい。
【0099】
図２３は、センス配線１１の他の接続例を示す図である。本例の上面電極６０には、第１センス配線１１－１および第２センス配線１１－２が接続されている。上面電極６０に対して第１センス配線１１－１が接続する位置を第１センス位置６１とし、第２センス配線１１－２が接続する位置を第２センス位置６２とする。第２センス配線１１－２は、第２センス位置６２における電位を電流センス用素子１４に印加するための配線である。
【0100】
第２センス位置６２と第１近接位置８１との距離を第２配線間距離ＬＷ２とする。第２配線間距離ＬＷ２は、第１配線間距離ＬＷ１とは異なる。第２配線間距離ＬＷ２は、第１配線間距離ＬＷ１の２倍以上であってよく、４倍以上であってよく、１０倍以上であってもよい。
【0101】
第１配線間距離ＬＷ１は、最大距離ＬＭの半分より大きく、最大距離ＬＭの１倍以下であってよい。第２配線間距離ＬＷ２は、最大距離ＬＭの半分より小さく、最大距離ＬＭの０倍以上であってよい。このような配置により、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗが増加した場合に、第１センス位置６１における電圧Ｖｄｓは減少し、第２センス位置６２における電圧Ｖｄｓは増加する。このため、第１センス位置６１における電圧Ｖｄｓの変動と、第２センス位置６２における電圧Ｖｄｓの変動とを比較することで、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加を精度よく検出できる。例えば、第１センス位置６１における電圧Ｖｄｓおよび第２センス位置６２における電圧Ｖｄｓが共に増加または共に減少した場合、当該電圧の変動が、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動によるものではないと判断できる。
【0102】
第１配線間距離ＬＷ１は、最大距離ＬＭの３／４倍以上であってよく、７／８倍以上であってよく、９／１０倍以上であってよく、１９／２０倍以上であってもよい。第２配線間距離ＬＷ２は、最大距離ＬＭの１／４以下であってよく、１／８倍以下であってよく、１／１０倍以下であってよく、１／２０倍以下であってもよい。第１センス位置６１および第２センス位置６２の一方を第１近接位置８１に近づけ、他方を第１近接位置８１から遠ざけることで、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動をより精度よく検出できる。
【0103】
上面電極６０のいずれかの辺と平行な直線６９で、上面電極６０を仮想的に複数の領域に等分（例えば２等分）した場合に、第１センス位置６１および第２センス位置６２は、それぞれ異なる領域に配置されてよい。本例では、第１センス位置６１が第１領域１１１に配置され、第１近接位置８１が第２領域１１２に配置されている。上面電極６０は、複数の直線６９により、より多くの領域に分割されてよい。例えば上面電極６０は、複数の直線６９により、Ｙ軸方向にＮ分割（Ｎは３以上の整数）されてよい。Ｎは４以上の整数であってよく、５以上の整数であってよく、１０以上の整数であってもよい。第１センス位置６１が設けられた第１領域１１１と、第２センス位置６２が設けられた第２領域１１２との間には、１つまたは複数の他の領域が挟まれていてよい。第１領域１１１および第２領域１１２は、それぞれ短辺６８を含む領域であってもよい。
【0104】
第１センス位置６１は、図１９において説明した第１センス位置６１と同様に、第１近接位置８１が設けられた第２領域１１２とは対角の第１領域１１１に設けられてよい。第２センス位置６２は、図２０において説明した第１センス位置６１と同様に、第１近接位置８１と同一の第２領域１１２に設けられてよい。
【0105】
図２４は、半導体基板１０に設けられた回路の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、図１から図２３において説明した構成に加えて、選択部９３を備えている。選択部９３は、図２３において説明した第１センス位置６１における電圧、および、第２センス位置６２における電圧のいずれかを選択して、電流センス用素子１４に印加する。本例の選択部は、いずれかの電圧を選択して、アンプ１６に入力する。図２４においては、第１センス位置６１から第２センス位置６２までの上面電極６０の抵抗値をＲｓｗａ、第２センス位置６２から第１近接位置８１までの上面電極６０の抵抗値をＲｓｗｂとしている。
【0106】
図１に示した制御部２２が、選択部９３を制御して、いずれかの電圧を選択させてよい。本例の選択部９３は、第１センス位置６１および第２センス位置６２のそれぞれに対して、アンプ１６に接続するか否かを切り替えるＭＯＳＦＥＴ９５を有する。いずれかのＭＯＳＦＥＴ９５を選択的にオン状態にすることで、センス位置の電圧をアンプ１６に入力する。
【0107】
制御部２２は、半導体装置１００の動作時に、第１センス位置６１および第２センス位置６２のうち予め設定された方を選択し、アンプ１６に接続していてよい。制御部２２は、センス比ＳＲ（またはセンス電圧Ｖｓｎｓ）の変動が検知された場合に、選択部９３を制御して、第１センス位置６１および第２センス位置６２のうちの他方を選択してよい。制御部２２には、第１センス位置６１および第２センス位置６２のそれぞれについて、センス比ＳＲ（またはセンス電圧Ｖｓｎｓ）の初期値が記憶されていてよい。図１０の例と、図１２または図１３の例のように、第１センス位置６１および第２センス位置６２は、センス比ＳＲ（またはセンス電圧Ｖｓｎｓ）の変動の符号が異なるように配置されることが好ましい。そして、選択部９３が選択するセンス位置を切り替えた場合に、センス比ＳＲ（またはセンス電圧Ｖｓｎｓ）の変動の符号が反転した場合には、制御部２２は、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗが変化したと判定してよい。
【0108】
このような制御により、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動を精度よく検出できる。選択部９３は、半導体装置１００の動作時には、第２センス位置６２を選択していてもよい。図１０から図１３において説明したように、センス位置が第１近接位置８１に近いほうが、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動により、センス比ＳＲ（またはセンス電圧Ｖｓｎｓ）が変動しやすい場合がある。このため、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの変動をより早期に検出できる。そして、第１センス位置６１に切り替えてセンス比ＳＲを測定することで、センス比ＳＲの変動が、上面電極６０の抵抗値の変動によるものであるか否かを判定できる。
【0109】
半導体装置１００は、選択部９３に代えて、電流センス用素子１４、ＭＯＳＦＥＴ１８、アンプ１６、センス抵抗２０、および、センス端子ＳＮＳを、第１センス位置６１および第２センス位置６２のそれぞれに対して有していてもよい。この場合、第１センス位置６１および第２センス位置６２に対するセンス比ＳＲ（またはセンス電圧Ｖｓｎｓ）を並列に測定できる。
【0110】
図２５は、半導体装置１００の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、センス比測定部１８０、電極評価部１８２および初期値記憶部１８４のうち、少なくとも一部を更に備える。センス比測定部１８０、電極評価部１８２および初期値記憶部１８４のそれぞれは、半導体基板１０に設けられてよく、半導体基板１０の外部に設けられてもよい。制御部２２が、センス比測定部１８０、電極評価部１８２および初期値記憶部１８４の少なくとも一部として機能してもよい。
【0111】
センス比測定部１８０は、電流センス用素子１４に流れるセンス電流Ｉｓｎｓと、出力配線１３に流れる出力電流Ｉｏｕｔとの比を示すセンス比ＳＲを測定する。出力電流Ｉｏｕｔが一定の場合、センス比測定部１８０は、センス電流Ｉｓｎｓまたはセンス電圧Ｖｓｎｓを、センス比ＳＲを示す指標として測定してよい。出力電流Ｉｏｕｔが一定でない場合、センス比測定部１８０は、出力電流Ｉｏｕｔを更に測定してもよい。センス比測定部１８０は、センス比ＳＲを設定された期間毎に測定してよく、使用者等の指示に応じて測定してよく、常時測定してもよい。
【0112】
電極評価部１８２は、センス比測定部１８０が想定したセンス比ＳＲに基づいて、主素子１２の上面電極６０を評価する。電極評価部１８２は、センス比ＳＲの初期値と、測定値との乖離に基づいて、上面電極６０を評価してよい。電極評価部１８２は、当該乖離（例えばΔＶｓｎｓ）が基準値以上の場合に、上面電極６０が劣化したと判定してよい。
【0113】
初期値記憶部１８４は、センス比ＳＲ（またはセンス比ＳＲを示す指標）の初期値を記憶する。初期値記憶部１８４は、半導体装置１００の出荷時等においてセンス比測定部１８０が測定した値を記憶してよく、使用者等により設定された値を記憶してもよい。電極評価部１８２は、センス比ＳＲの初期値と測定値とを比較する。
【0114】
図１に示した制御部２２は、センス比測定部１８０が測定したセンス比ＳＲに基づいて、主素子１２に流れる電流を制御してもよい。例えば制御部２２は、センス比ＳＲの変動が所定の基準値より大きくなった場合に、主素子１２に流れる電流を小さくし、または、遮断してよい。これにより、主素子１２を保護できる。制御部２２は、センス比ＳＲの変動が所定の基準値より大きくなった場合に、一時的に、主素子１２に流れる出力電流Ｉｏｕｔを大きくしてもよい。電極評価部１８２は、主素子１２に流れる電流を大きくした状態でセンス比測定部１８０が測定したセンス比ＳＲに基づいて、上面電極６０を評価してよい。これにより、上面電極６０の劣化の兆候を検出した場合に、出力電流Ｉｏｕｔを大きくしてセンス比ＳＲの変動がより顕著になる状態にして、上面電極６０の劣化を再度測定できる。主素子１２に流れる電流を大きくした状態での測定が終了した場合、制御部２２は、主素子１２に流れる電流を元に戻してよい。
【0115】
制御部２２は、センス抵抗２０の抵抗値を制御してもよい。例えば、センス電圧Ｖｓｎｓの変動が基準値を超えた場合に、制御部２２はセンス抵抗２０の抵抗値を一時的に大きくしてよい。センス抵抗２０の抵抗値を一時的に大きくすることで、センス電圧Ｖｓｎｓの変動幅を大きくでき、センス電圧Ｖｓｎｓの変動量を精度よく検出できる。センス電圧Ｖｓｎｓの変動量の測定が終了した場合、制御部２２は、センス抵抗２０の抵抗値を元に戻してよい。これにより、センス電圧Ｖｓｎｓの測定精度を向上させつつ、消費電力の増大を抑制できる。センス抵抗２０は、半導体装置１００の外部の抵抗であってもよい。つまりセンス抵抗２０は、外付け抵抗であってもよい。
【0116】
図２６は、半導体装置１００の他の構成例を示す図である。図２６では、半導体装置１００および負荷２００の等価回路の一例を示している。図２６における半導体装置１００では、主素子１２、電流センス用素子１４、センス配線１１、アンプ１６、ＭＯＳＦＥＴ１８、センス抵抗２０および各端子以外の構成を省略している。
【0117】
本例の半導体装置１００は、図２３において説明した例と同様に、第１センス位置６１に第１センス配線１１－１が接続され、第２センス位置６２に第２センス配線１１－２が接続されている。第１センス位置６１および第２センス位置６２の配置は、図２３の例と同様である。第１センス位置６１は第１領域１１１（図２３参照）に配置され、第２センス位置６２は第２領域１１２（図２３参照）に配置されている。
【0118】
図２６では、主素子１２の構造として、主素子１２ａ、主素子１２ｃ、抵抗Ｒｓｗa、および抵抗Ｒｓｗｃを示している。本例の抵抗Ｒｓｗａは、第１センス位置６１から第２センス位置６２までの抵抗を示しており、本例の抵抗Ｒｓｗｃは、第２センス位置６２から第１近接位置８１までの抵抗を示している。また、主素子１２ａは、抵抗Ｒｓｗａの近傍における主素子１２の部分を示しており、主素子１２ｃは、抵抗Ｒｓｗｃの近傍における主素子１２の部分を示している。
【0119】
図１から図２５に示した半導体装置１００は、１つのセンス端子ＳＮＳを備えていた。本例の半導体装置１００は、第１センス端子ＳＮＳ１および第２センス端子ＳＮＳ２を備える。第１センス端子ＳＮＳ１は、図２３等において説明した第１センス位置６１の電位を半導体装置１００の外部に出力する。第２センス端子ＳＮＳ２は、図２３等において説明した第２センス位置６２の電位を半導体装置１００の外部に出力する。
【0120】
本例の半導体装置１００は、アンプ１６、ＭＯＳＦＥＴ１８およびセンス抵抗２０を、第１センス端子ＳＮＳ１および第２ＳＮＳ端子ＳＮＳ２のそれぞれに対して備える。ＭＯＳＦＥＴ１８－１は、電流センス用素子１４のソース端子と、接地電位ＧＮＤとの間に接続されている。センス抵抗２０－１は、ＭＯＳＦＥＴ１８－１のソース端子と、接地電位ＧＮＤとの間に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１８－１のソース端子は、第１センス端子ＳＮＳ１に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１８－２は、電流センス用素子１４のソース端子と、接地電位ＧＮＤとの間に接続されている。センス抵抗２０－２は、ＭＯＳＦＥＴ１８－２のソース端子と、接地電位ＧＮＤとの間に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１８－２のソース端子は、第２センス端子ＳＮＳ２に接続されている。
【0121】
アンプ１６－１は、第１センス配線１１－１の電位と、ＭＯＳＦＥＴ１８－１のドレイン電位とが同じになるように、ＭＯＳＦＥＴ１８－１のゲート端子に印加する電圧を調整する。このような構成により、第１センス位置６１における第１センス電圧Ｖｓｎｓ１が、第１センス端子ＳＮＳ１から出力される。アンプ１６－２は、第２センス配線１１－２の電位と、ＭＯＳＦＥＴ１８－２のドレイン電位とが同じになるように、ＭＯＳＦＥＴ１８－１のゲート端子に印加する電圧を調整する。このような構成により、第２センス位置６２における第２センス電圧Ｖｓｎｓ２が、第２センス端子ＳＮＳ２から出力される。
【0122】
第１センス端子ＳＮＳ１における第１センス電圧Ｖｓｎｓ１は、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前後において、図１０に示した第１センス位置６１－１における電圧と同様に変化する。つまり抵抗値Ｒｓｗが増加すると、第１センス電圧Ｖｓｎｓ１は減少する。
【0123】
第２センス端子ＳＮＳ２における第２センス電圧Ｖｓｎｓ２は、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前後において、図１２に示した第１センス位置６１－３における電圧と同様に変化する。つまり抵抗値Ｒｓｗが増加すると、第２センス電圧Ｖｓｎｓ２は増加する。
【0124】
半導体装置１００は、図２５において説明した電極評価部１８２を更に備えてよい。電極評価部１８２は、半導体装置１００の外部に設けられてもよい。本例の電極評価部１８２は、第１センス端子ＳＮＳ１が出力する第１センス電圧Ｖｓｎｓ１と、第２センス端子ＳＮＳ２が出力する第２センス電圧Ｖｓｎｓ２との差分に基づいて、主素子１２の上面電極６０を評価する。上述したように、第１センス電圧Ｖｓｎｓ１と第２センス電圧Ｖｓｎ２は、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増大に応じて、一方は増加して他方は減少する。このため、これらの差分を算出することで、第１センス電圧Ｖｓｎｓ１の変動と、第２センス電圧Ｖｓｎｓ２の変動の和を検出でき、抵抗値Ｒｓｗの増大に対するセンス電圧の変動の検出感度を向上できる。
【0125】
第１センス位置６１と第２センス位置６２との距離（例えば図２３においてはＬＷ１－ＬＷ２）が大きいほど抵抗Ｒｓｗａが大きくなり、第１センス電圧Ｖｓｎｓ１と第２センス電圧Ｖｓｎ２との差分は大きくなる。当該距離は、最大距離ＬＭ（図２３参照）の３／４倍以上であってよく、７／８倍以上であってよく、９／１０倍以上であってよく、１９／２０倍以上であってもよい。
【0126】
電極評価部１８２は、当該差分の初期値と、当該差分の測定値との乖離に基づいて、上面電極６０を評価してよい。電極評価部１８２は、当該乖離が基準値以上の場合に、上面電極６０が劣化したと判定してよい。
【0127】
半導体装置１００は、図２５において説明した初期値記憶部１８４を更に備えてよい。初期値記憶部１８４は、半導体装置１００の外部に設けられてもよい。初期値記憶部１８４は、第１センス電圧Ｖｓｎｓ１と、第２センス電圧Ｖｓｎｓ２との差分の初期値を記憶する。初期値記憶部１８４は、半導体装置１００の出荷時等において測定した値を記憶してよく、使用者等により設定された値を記憶してもよい。電極評価部１８２は、初期値記憶部１８４が記憶した初期値と測定値とを比較してよい。
【0128】
図１等において説明した制御部２２は、電極評価部１８２における評価結果に基づいて、主素子１２に流れる電流を制御してもよい。制御部２２の動作は、図２５の例と同様である。例えば制御部２２は、上述した差分の、初期値からの変動が、所定の基準値より大きくなった場合に、主素子１２に流れる電流を小さくし、または、遮断してよい。これにより、主素子１２を保護できる。
【0129】
図２７は、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前後における、第１センス電圧Ｖｓｎｓ１の変動を示す図である。図２７における上のグラフは、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前と、増加後のそれぞれについて、出力電流Ｉｏｕｔと第１センス電圧Ｖｓｎｓ１との関係を示している。図２７の上のグラフは、図１０のグラフと同様である。
【0130】
図２７の下のグラフは、抵抗値Ｒｓｗの増加前の第１センス電圧Ｖｓｎｓ１に対する、抵抗値Ｒｓｗの増加後の第１センス電圧Ｖｓｎｓ１の変動量（第１変動電圧ΔＶｓｎｓ１）を示すグラフである。当該グラフにおける縦軸のマイナスは、抵抗値Ｒｓｗの増加後の第１センス電圧Ｖｓｎｓ１が、抵抗値Ｒｓｗの増加前の第１センス電圧Ｖｓｎｓ１よりも減少していることを示している。
【0131】
図２８は、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前後における、第２センス電圧Ｖｓｎｓ２の変動を示す図である。図２８における上のグラフは、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前と、増加後のそれぞれについて、出力電流Ｉｏｕｔと第２センス電圧Ｖｓｎｓ２との関係を示している。図２８の上のグラフは、図１２のグラフと同様である。
【0132】
図２８の下のグラフは、抵抗値Ｒｓｗの増加前の第２センス電圧Ｖｓｎｓ２に対する、抵抗値Ｒｓｗの増加後の第２センス電圧Ｖｓｎｓ２の変動量（第２変動電圧ΔＶｓｎｓ２）を示すグラフである。当該グラフにおける縦軸のプラスは、抵抗値Ｒｓｗの増加後の第２センス電圧Ｖｓｎｓ２が、抵抗値Ｒｓｗの増加前の第２センス電圧Ｖｓｎｓ２よりも増加していることを示している。
【0133】
図２９は、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前後における、第２センス電圧Ｖｓｎｓ２と第１センス電圧Ｖｓｎｓ１との差分電圧Ｖｓｎｓｄ（＝Ｖｓｎｓ２－Ｖｓｎｓ１）の変動を示す図である。図２９における上のグラフは、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗの増加前と、増加後のそれぞれについて、出力電流Ｉｏｕｔと差分電圧Ｖｓｎｓｄとの関係を示している。
【0134】
図２９の下のグラフは、抵抗値Ｒｓｗの増加前の差分電圧Ｖｓｎｓｄに対する、抵抗値Ｒｓｗの増加後の差分電圧Ｖｓｎｓｄの変動量（差分変動電圧ΔＶｓｎｓｄ）を示すグラフである。当該グラフにおける縦軸のプラスは、抵抗値Ｒｓｗの増加後の差分電圧Ｖｓｎｓｄが、抵抗値Ｒｓｗの増加前の差分電圧Ｖｓｎｓｄよりも増加していることを示している。当該グラフには、図２８に示した第２変動電圧ΔＶｓｎｓ２を破線で示している。当該グラフに示すように、差分電圧Ｖｓｎｓｄは、抵抗値Ｒｓｗの変動に対して、より大きなゲインで変動することがわかる。このため、抵抗値Ｒｓｗの変動を感度よく検知できる。
【0135】
図３０は、半導体装置１００の他の構成例を示す図である。図３０では、半導体装置１００および負荷２００の等価回路の一例を示している。図３０における半導体装置１００では、主素子１２、差分出力部７７、抵抗７５、抵抗７６および各端子以外の構成を省略している。主素子１２の構造は、図２６の例と同様である。
【0136】
本例の半導体装置１００は、図２６において説明した例と同様に、第１センス位置６１に第１センス配線１１－１が接続され、第２センス位置６２に第２センス配線１１－２が接続されている。第１センス位置６１および第２センス位置６２の配置は、図２６の例と同様である。
【0137】
差分出力部７７は、第１センス配線１１－１が伝送する第１センス位置６１の電位と、第２センス配線１１－２が伝送する第２センス位置６２の電位との差分を出力する。本例の差分出力部７７は、第１センス配線１１－１が正入力端子に接続され、第２センス配線１１－２が負入力端子に接続された差動増幅回路である。
【0138】
抵抗７５は、差分出力部７７の出力端子と、負入力端子との間に接続されている。抵抗７６は、差分出力部７７の負入力端子と低電位端子ＧＮＤとの間に接続されている。差分出力部７７は、抵抗７５および抵抗７６の抵抗比に応じた増幅率で、第１センス位置６１の電位と第２センス位置６２の電位との差分を増幅して出力する。抵抗７５の抵抗値をＲ７５、抵抗７６の抵抗値をＲ７６とした場合、差分出力部７７の増幅率Ｇは、下式で示される。
Ｇ＝１＋Ｒ７６／Ｒ７５
Ｇ＝１＋Ｒ７６／Ｒ７５
【0139】
本例の半導体装置１００は、差分出力端子ＡＭＰを有する。差分出力端子ＡＭＰは、差分出力部７７の出力端子に接続される。本例の半導体装置１００は第１センス位置６１の電位と第２センス位置６２の電位との差分を出力するので、当該差分を監視することで、上面電極６０の劣化を精度よく検出できる。
【0140】
主素子１２に流れる電流値を検知しない場合、半導体装置１００は、電流センス用素子１４、アンプ１６、ＭＯＳＦＥＴ１８、センス抵抗２０およびセンス端子ＳＮＳを備えなくてもよい。図３０では省略しているが、主素子１２に流れる電流値を検知する場合、半導体装置１００は、電流センス用素子１４、アンプ１６、ＭＯＳＦＥＴ１８、センス抵抗２０およびセンス端子ＳＮＳを備えていてもよい。
【0141】
図３１は、センス配線１１の他の接続例を示す図である。本例の上面電極６０には、第１センス配線１１－１、第２センス配線１１－２および第３センス配線１１－３が接続されている。第１センス配線１１－１および第２センス配線１１－２が上面電極６０に対して接続する第１センス位置６１および第２センス位置６２は、図２３の例と同様である。上面電極６０に対して第３センス配線１１－３が接続する位置を第３センス位置７３とする。第３センス位置７３と第１近接位置８１との距離を第３配線間距離ＬＷ３とする。
【0142】
第３センス位置７３は、第１センス位置６１および第２センス位置６２の間に配置されている。第１センス位置６１、第２センス位置６２および第３センス位置７３は、１つの直線上に並んでいてよく、並んでいなくてもよい。第３センス位置７３は、上面電極６０の長手方向（図３１ではＹ軸方向）において、第１センス位置６１および第２センス位置６２の間に配置されていてよい。
【0143】
第３センス位置７３は、位置ＹＭＯＳ（図１４参照）が、－１０％～１０％の範囲に配置されてよい。つまり第３センス位置７３は、上面電極６０のほぼ中央に配置されてよい。第３センス位置７３は、第１センス位置６１までの距離（ＬＷ１－ＬＷ３）と、第２センス位置６２までの距離（ＬＷ３－ＬＷ２）とが、ほぼ等しくなるように配置されてもよい。距離（ＬＷ１－ＬＷ３）と、距離（ＬＷ３－ＬＷ２）との差分は、距離（ＬＷ３－ＬＷ２）の１０％以下であってよい。このように第３センス位置７３を配置することで、第３センス位置７３におけるセンス電圧Ｖｓｎｓ３は、上面電極６０の抵抗値Ｒｓｗが変動しても、ほとんど変動しなくなる。このため、第３センス電圧Ｖｓｎｓ３を検知することで、主素子１２に流れる電流値を精度よく検知できる。
【0144】
図３２は、図３１において説明した半導体装置１００の等価回路の一例を示す図である。本例の半導体装置１００は、図２６に示した構成に加えて、アンプ１６－３、ＭＯＳＦＥＴ１８－３、センス抵抗２０－３およびセンス端子ＳＮＳ３を備える。図３２において図２６と同一の符号を付した構成要素は、特に説明する場合を除き、図２６に示した構成要素と同様の機能および構成を有してよい。
【0145】
本例の主素子１２は、主素子１２ａ、主素子１２ｂ、主素子１２ｃ、抵抗Ｒｓｗa、抵抗Ｒｓｗｂおよび抵抗Ｒｓｗｃで示されている。本例の抵抗Ｒｓｗａは、第１センス位置６１から第３センス位置７３までの抵抗を示しており、抵抗Ｒｓｗｂは、第３センス位置７３から第２センス位置６２までの抵抗を示しており、本例の抵抗Ｒｓｗｃは、第２センス位置６２から第１近接位置８１までの抵抗を示している。また、主素子１２ａは、抵抗Ｒｓｗａの近傍における主素子１２の部分を示しており、主素子１２ｂは、抵抗Ｒｓｗｂの近傍における主素子１２の部分を示しており、主素子１２ｃは、抵抗Ｒｓｗｃの近傍における主素子１２の部分を示している。
【0146】
ＭＯＳＦＥＴ１８－３は、電流センス用素子１４のソース端子と、接地電位ＧＮＤとの間に接続されている。センス抵抗２０－３は、ＭＯＳＦＥＴ１８－３のソース端子と、接地電位ＧＮＤとの間に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１８－３のソース端子は、第３センス端子ＳＮＳ３に接続されている。
【0147】
アンプ１６－３は、第３センス配線１１－３の電位と、ＭＯＳＦＥＴ１８－３のドレイン電位とが同じになるように、ＭＯＳＦＥＴ１８－３のゲート端子に印加する電圧を調整する。このような構成により、第３センス位置７３における第３センス電圧Ｖｓｎｓ３が、第３センス端子ＳＮＳ３から出力される。本例においても、半導体装置１００は、図２５において説明した電極評価部１８２を更に備えてよい。また、図３２に示したアンプ１６－１、ＭＯＳＦＥＴ１８－１、センス抵抗２０－１、センス端子ＳＮＳ１、アンプ１６－２、ＭＯＳＦＥＴ１８－２、センス抵抗２０－２およびセンス端子ＳＮＳ２に代えて、図３０に示した差分出力部７７、抵抗７５、抵抗７６および差分出力端子ＡＭＰを設けてもよい。
【0148】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【0149】
１０・・・半導体基板、１１・・・センス配線、１２・・・主素子、１３・・・出力配線、１４・・・電流センス用素子、１５・・・回路部、１６・・・アンプ、１７・・・配線、１８・・・ＭＯＳＦＥＴ、１９・・・配線、２０・・・センス抵抗、２２・・・制御部、２４・・・保護回路、２６、２８、３０、３２・・・ダイオード、３４・・・ＭＯＳＦＥＴ、３６・・・電流源、４２・・・ドリフト領域、４４・・・ベース領域、４６・・・ソース領域、４８・・・ドレイン領域、５０・・・下面電極、５２・・・ゲート電極、５４・・・絶縁層、５９、６０・・・上面電極、６１・・・第１センス位置、６２・・・第２センス位置、６３・・・中心点、６５・・・直線、６７・・・長辺、６８・・・短辺、６９・・・直線、７１・・・出力位置、７３・・・第３センス位置、７５・・・抵抗、７６・・・抵抗、７７・・・差分出力部、８１・・・第１近接位置、９１・・・第１近接配線、９３・・・選択部、９５・・・ＭＯＳＦＥＴ、１００・・・半導体装置、１０１、１０２、１０３・・・領域、１１１・・・第１領域、１１２・・・第２領域、１８０・・・センス比測定部、１８２・・・電極評価部、１８４・・・初期値記憶部、２００・・・負荷
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】