DE10260279A1 - Integrierte Halbleiterschaltung - Google Patents

Integrierte Halbleiterschaltung

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Abstract

Eine integrierte Halbleiterschaltung der vorliegenden Erfindung hat einen Ausgabe-Feldeffekttransistor, der auf der Hauptfläche eines Halbleitersubstrates gebildet ist; eine Überstromerkennungschaltung, die einen Überstrom des Feldeffekttransistors erkennt; und eine Überstrombegrenzungsschaltung, die zwischen den Gateelektrodenanschluss und den Sourceelektrodenanschluss des Ausgabe-Feldeffekttransistors geschaltet ist, den detektierten Strom der Überstromerkennungsschaltung steuert und ihre Ausgangsspannung entsprechend der Veränderung in der Schwellenspannung des Ausgabe-Feldeffekttransistors verändert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Halbleiterschaltung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine integrierte Halbleiterschaltung mit einer Überstrombegrenzungsschaltung, die ihre Ausgabespannung entsprechend einer Änderung in der Schwellenspannung eines Ausgabe-MOS-Transistors verändert.
  • Als eine herkömmliche integrierte Halbleiterschaltung mit einer Überstrombegrenzungsschaltung sind eine erste Überstrombegrenzungsschaltung, bei der eine Gateschwellenspannung eines Ausgabe-MOS-Transistors mit einer Zenerdiode zur Steuerung durch eine Zenerspannung verbunden ist, und eine zweite Überstrombegrenzungsschaltung bekannt, bei der eine Gate-Source-Spannung mit mehreren Dioden zur Steuerung durch eine Durchlassspannung verbunden ist.
  • Solch eine integrierte Halbleiterschaltung mit einer Überstrombegrenzungsschaltung ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 06-091262 offenbart. Fig. 4 ist ein Schaltungsdiagramm einer integrierten Halbleiterschaltung mit einer in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 06-091262 offenbarten Überstrombegrenzungsschaltung.
  • Unter Bezug auf Fig. 4 gibt eine herkömmliche integrierte Halbleiterschaltung 400 mit einer Überstrombegrenzungsschaltung eine konstante Spannung durch eine Zenerspannung oder eine Durchlassspannung der Dioden (D1, D2 und D3) ungeachtet des Schwellenwerts eines Ausgabe-MOS-Transistors (M41) aus.
  • Der Betrieb der Schaltung wird beschrieben. Wenn der Ausgabe-MOS-Transistor (M41) auf einen Überstromzustand gebracht wird, steigt bei der herkömmlichen integrierten Halbleiterschaltung 400 mit einer Überstrombegrenzungsschaltung die Drainspannung des Ausgabe-MOS-Transistors (M41) so an, dass ein zweiter MOS-Transistor (M42) in den Durchlasszustand gebracht wird. Die Gate-Source-Spannung des Ausgabe-MOS- Transistors (M41) wird durch eine Durchlassspannung der dreistufigen Dioden (D1 bis D3) begrenzt. Die Ausgabespannung des Ausgabe-MOS-Transistors (M41) wird begrenzt.
  • Bei der herkömmlichen integrierten Halbleiterschaltung mit einer Überstrombegrenzungsschaltung wird der elektrische Strom des Ausgabe-MOS-Transistors M41 verändert.
  • Die größte Veränderungsursache des Strombegrenzungswertes des Ausgabe-MOS- Transistors M41 ist eine Veränderung in der Schwellenspannung des Ausgabe-MOS- Transistors M41. Wenn das Leistungsverhalten des Ausgabe-MOS-Transistors gut wird, wird die Veränderung erhöht.
  • Wenn die Schwellenspannung des Ausgabe-MOS-Transistors bei der herkömmlichen integrierten Halbleiterschaltung mit einer Überstrombegrenzungsschaltung verändert wird, wird die Ausgabespannung einer Konstantspannungsschaltung nicht verändert. Der Strombegrenzungswert wird stark verändert.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine integrierte Halbleiterschaltung der vorliegenden Erfindung hat einen Ausgabe- Feldeffekttransistor, der auf der Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrates gebildet ist; eine Überstromerkennungsschaltung, die einen Überstrom des Ausgabe-Feldeffekttransistors erkennt; und eine Überstrombegrenzungsschaltung, die zwischen dem Gateelektrodenanschluss und dem Sourceelektrodenanschluss des Ausgabe-Feldeffekttransistors geschaltet ist, den detektierten Strom der Überstromerkennungsschaltung steuert und ihre Ausgabespannung entsprechend den Änderungen in der Schwellenspannung des Ausgabe-Feldeffekttransistors verändert.
  • Diese und andere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden unter Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher werden, wobei:
  • Fig. 1 ein Blockdiagramm einer integrierten Halbleiterschaltung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist;
  • Fig. 2 ein Schnittdiagramm des Aufbaus eines Halbleitersubstrats der integrierten Halbleiterschaltung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist;
  • Fig. 3 ein Diagramm ist, das die Kennlinien der integrierten Halbleiterschaltung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und eine grafische Darstellung des Ausgabestromsignalverlaufes der integrierten Halbleiterschaltung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • Fig. 4 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen integrierten Halbleiterschaltung ist.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer integrierten Halbleiterschaltung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
  • Unter Bezug auf Fig. 1 hat eine integrierte Halbleiterschaltung 100 des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung einen N-Kanal-Ausgang-MOS-Transistor (M1), der auf einem Siliziumsubstrat gebildet ist; eine Überstromerkennungsschaltung 105, die einen Überstrom des N-Kanal-Ausgabe-MOS-Transistors (M1) erkennt; und eine Überstrombegrenzungsschaltung 102, die zwischen den Gateelektrodenanschluss und den Sourceelektrodenanschluss des N-Kanal-Ausgabe-MOS-Transistors (M1) geschaltet ist, den detektierten Strom der Überstromerkennungsschaltung 105 steuert und ihre Ausgabespannung entsprechend der Veränderung in der Schwellenspannung des N- Kanal-Ausgabe-MOS-Transistors (M1) verändert.
  • Die Überstromerkennungsschaltung 105 der integrierten Halbleiterschaltung 100 des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung hat einen dritten und einen vierten Widerstand (R3, R4), die in Reihe geschaltet sind, um die Spannung zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss des Ausgabe-Transistors (M1) zu erkennen, und einen Transistor (M2), der einen Überstrom erkennt und dessen Gateelektrode mit der Verbindungsstelle des dritten und des vierten Widerstandes verbunden ist.
  • Die Überstrombegrenzungsschaltung 102 der integrierten Halbleiterschaltung 100 des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung hat einen ersten und einen zweiten Widerstand (R1, R2), die eine Gatespannung des Ausgabe-Transistors (M1) so bestimmen, um den Überstrom der Überstromerkennungsschaltung 105 zu begrenzen, und einen Transistor (M3) mit einer Diffusionsschicht, die durch denselben Schritt wie dem der Basisdiffusionsschicht gebildet wurde, und der eine Schwellenspannung des Ausgabe-MOS-Transistors (M1) bestimmt.
  • Die Überstrombegrenzungsschaltung 102 hat den ersten und den zweiten Widerstand in Reihe zwischen dem Gateelektrodenanschluss und dem Sourceelektrodenanschluss des Ausgang-MOS-Transistors (M1) geschaltet, und die Gateelektrode des dritten N-Kanal- MOS-Transistors (M3) ist mit der Verbindungsstelle des ersten und des zweiten Widerstandes so verbunden, um in einer Kaskadenschaltung mit dem zweiten N-Kanal-MOS- Transistors (M2) zwischen dem Gateelektrodenanschluss und dem Quellenelektrodenanschluss des Ausgabe-MOS-Transistors verbunden zu sein.
  • Bei diesem Aufbau wird eine Konstantspannung VGS des Knotens 4, der in der integrierten Halbleiterschaltung 100 hergestellt ist, durch die folgende Gleichung mittels eines Schwellenwertes VCM3 des dritten N-Kanal-MOS-Transistors (M3) und der Widerstandswerte (r1, r2) der Widerstände (R1, R2) ausgedrückt:

    VGS = (1 + r1/r2) VTM3 (1)

  • Wie in Gleichung (1) dargestellt, wird die Schwellenspannung des Transistors (M3) mit der Schwellenspannung des Ausgabe-Transistors (M1) verändert, um die Veränderung in dem Stromgrenzwert zu verringern.
  • Zusammengefasst hat die integrierte Halbleiterschaltung 100 der vorliegenden Erfindung die Überstrombegrenzungsschaltung 102, die eine Konstantspannung ausgibt, die mit einem Schwellenwert (VTM1) des Ausgabe-MOS-Transistors M1 verändert wird. Die berstrombegrenzungsschaltung hat den dritten MOS-Transistor (M3), der seinen Schwellenwert mit dem Ausgabe-MOS-Transistor und den Widerständen (R1, R2) verändert.
  • Der Betrieb der integrierten Halbleiterschaltung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
  • Wenn der Ausgabe-MOS-Transistor (M1) auf einen Überstromzustand gebracht wird, steigt bei der integrierten Halbleiterschaltung 100 des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung die Drainspannung des Ausgabe-MOS-Transistors (M1) so an, dass der zweite Transistor (M2) auf den Durchlasszutand gebracht wird.
  • Die Gate-Source-Spannung des Ausgabe-MOS-Transistors (M1) wird durch die Überstrombegrenzungsschaltung 102 als die Konstantspannungsschaltung mit dem dritten MOS-Transistors (M3) und den Widerständen (R1, R2) begrenzt. Der Ausgabeüberstrom des Ausgabe-MOS-Transistors (M1) wird begrenzt.
  • Bei dem Betrieb des dritten MOS-Transistors (M1) wird dessen Schwellenspannung mit der Schwellenspannung des Ausgabe-MOS-Transistors verändert, da dessen Diffusionsschicht durch denselben Schritt wie die Basisdiffusionsschicht gebildet wird, die eine Schwellenspannung des Ausgabe-MOS-Transistors bestimmt.
  • Fig. 2 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm des Aufbaus der integrierten Halbleiterschaltung auf einem Halbleitersubstrat nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Die integrierte Halbleiterschaltung 100 des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird auf einem Siliziumsubstrat 202 gebildet. Der Ausgabe-MOS-Transistor M1 hat eine Gateelektrode 243, einen Drainbereich 202 und einen Sourcebereich 214. Eine Basisdiffusionsschicht (Phase) 221, die eine Schwellenspannung des Ausgabe-MOS-Transistors M1 bestimmt, wird gebildet.
  • Der dritte MOS-Transistor (M3) wird in einem P-Wannen-Bereich 220 gebildet. Der dritte MOS-Transistor (M3) hat eine Gateschicht 240, die durch eine Polysiliziumschicht gebildet wird, einen Drainbereich 222 und einen Sourcebereich 224. Der Sourcebereich 224 wird mit einer Basisdiffusionsschicht (Phase) 223 gebildet. Der dritte MOS-Transistor (M3) wird mit einer Drainelektrode 205 und einer Sourceelektrode 206 gebildet.
  • Die Basisdiffusionsschichten (221, 223) werden z. B. durch Ionenimplantation mit einer Dosis von 3,4E13 einer Verunreinigung gebildet.
  • Die Schwellenwerte der Transistoren M1 und M3 betragen ungefähr 1,8 V.
  • Fig. 3 ist ein Diagramm, dass die Kennlinien der integrierten Halbleiterschaltung des ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und ein Diagramm eines Ausgabestromsignalverlaufes der integrierten Halbleiterschaltung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Wie in Fig. 3 gezeigt, sind die Kennlinien des Ausgabe-MOS-Transistors M1 unter Veränderung in der Schwellenspannung durch die durchgezogenen Linien 31, 32 und 33 angegeben. Der Schwellenwert des dritten MOS-Transistors wird mit der Schwellenspannung des Ausgabe-MOS-Transistors verändert. Wenn die Gatespannung des Ausgabe-MOS-Transistors M1 auf VGS31, VGS32 und VGS33 verändert wird, wird sein Ausgabestrom ID0 kaum verändert.
  • Wie oben beschrieben, hat die integrierte Halbleiterschaltung der vorliegenden Erfindung die Überstromerkennungsschaltung 105, die einen Überstrom des N-Kanal-Ausgang-MOS-Transistors (M1) erkennt, und die Überstrombegrenzungsschaltung 102, die zwischen dem Gateelektrodenanschluss und dem Sourceelektrodenanschluss des N-Kanal-Ausgabe-MOS-Transistors (M1) geschaltet ist, den detektierten Strom der Überstromerkennungsschaltung 105 steuert und die ihre Ausgangsspannung entsprechend der Änderung in der Schwellenspannung des N-Kanal-Ausgabe-MOS-Transistors (M1) verändert. Die Strombegrenzungsschaltung, die eine Konstantspannung ausgibt, die sich mit dem Schwellenwert des Ausgabe-MOS-Transistors verändert, ist ausgebildet, um die Variation des Stromgrenzwertes zu verringern.
  • Obwohl die Erfindung unter Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, soll diese Beschreibung nicht in einem begrenzenden Sinne verstanden werden. Verschiedene Abänderungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann unter Bezug auf die Beschreibung der Erfindung offensichtlich. Es wird darauf hingewiesen, dass die angefügten Ansprüche jede Modifikation oder Ausführungsform, die innerhalb des wahren Umfangs dieser Erfindung liegen, umfassen.

Claims (5)

1. Integrierte Halbleiterschaltung mit:
einem Ausgabe-Feldeffekttransistor, der auf einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrates gebildet ist;
einer Überstromerkennungsschaltung, die einen Überstrom des Ausgabe-Feldeffekttransistors erkennt; und
einer Überstrombegrenzungsschaltung, die zwischen den Gateelektrodenanschluss und den Sourceelektrodenanschluss des Feldeffekttransistors geschaltet ist, den detektierten Strom der Überstromerkennungsschaltung steuert und die ihre Ausgangsspannung entsprechend der Veränderung in der Schwellenspannung des Ausgabe-Feldeffekttransistors verändert.
2. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, wobei die Überstromerkennungsschaltung, die einen Überstrom des Ausgabe-Feldeffekttransistors erkennt, einen dritten und einen vierten in Reihe geschalteten Widerstand und einen zweiten Feldeffekttransistor aufweist, dessen Gateelektrode mit der Verbindung des dritten und des vierten Widerstandes verbunden ist.
3. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 2, bei der die Überstrombegrenzungsschaltung einen ersten und einen zweiten in Reihe geschalteten Widerstand, die zwischen den Gateelektrodenanschluss und dem Sourceelektrodenanschluss des Ausgabe-Feldeffekttransistors anzuschließen sind, und einen dritten Feldeffekttransistor aufweist, dessen Gateelektrode mit der Verbindung des ersten und des zweiten Widerstandes verbunden ist, um in Kaskade an dem zweiten Feldeffekttransistor zwischen dem Gateelektrodenanschluss und dem Sourceelektrodenanschluss des Ausgabe-Feldeffekttransistors verbunden zu werden.
4. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 3, bei der der Sourcebereich des dritten Feldeffekttransistors eine Diffusionsschicht hat, die durch denselben Schritt wie dem einer Basisdiffusionsschicht gebildet wird, die eine Schwellenspannung des Ausgabe-Feldeffekttransistors bestimmt.
5. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 3, bei der der Ausgabe-Feldeffekttransistor, der zweite Feldeffekttransistor und der dritte Feldeffekttransistor durch einen Feldeffekttransistor derselben Leitungsart gebildet sind.
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