JP2001102575A - Semiconductor device and temperature detection method therefor - Google Patents

Semiconductor device and temperature detection method therefor

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JP2001102575A
JP2001102575A JP27694399A JP27694399A JP2001102575A JP 2001102575 A JP2001102575 A JP 2001102575A JP 27694399 A JP27694399 A JP 27694399A JP 27694399 A JP27694399 A JP 27694399A JP 2001102575 A JP2001102575 A JP 2001102575A
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diffusion layer
semiconductor device
zener diode
temperature
dmosfet
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JP27694399A
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Takao Arai
高雄 新井
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7803Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device
    • H01L29/7808Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device the other device being a breakdown diode, e.g. Zener diode

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a load control semiconductor device where a temperature detection Zener diode is formed on the same semiconductor substrate. SOLUTION: A p-type P well diffusion layer 3 is formed on the surface of an epitaxial layer 2. P-type high impurity concentration P+ anode diffusion layers 7b and 7c and an n-type high impurity concentration N+ cathode diffusion layer 8b are formed in the P-well diffusion layer 3. An anode electrode 10b and a cathode electrode 10c, which are formed of aluminum, are formed on the P+ anode diffusion layer 7b and the N+ cathode diffusion layer 8b. Thus, a Zener diode 30 is formed, and a semiconductor substrate temperature can be detected by using the yield voltage temperature characteristic of the Zener diode 30. When the temperature rises to an abnormal level, load current is interrupted and a semiconductor device can be protected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電力を制御する電
力用半導体素子に、温度検出機能を付加し、異常過熱を
防止した半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device in which a temperature detecting function is added to a power semiconductor element for controlling power to prevent abnormal overheating.

【0002】[0002]

【従来の技術】電力用の半導体装置は、負荷電流を制御
する半導体素子を含んで構成されており、この半導体素
子の接合部にあっては、負荷電流が流れることによって
発熱する。このため、負荷の短絡時等では、上記半導体
素子に過大な負荷電流が流れ、上記接合部の温度が異常
に上昇し、半導体素子が熱破壊することがある。このよ
うな点を解決するため、半導体基板上に温度検出素子を
形成し、検出温度が異常となった場合、半導体素子をオ
フにする半導体装置が知られている。
2. Description of the Related Art A power semiconductor device includes a semiconductor element for controlling a load current. At a junction of the semiconductor elements, heat is generated by the flow of the load current. For this reason, when a load is short-circuited, an excessive load current flows through the semiconductor element, the temperature of the junction increases abnormally, and the semiconductor element may be thermally damaged. In order to solve such a point, there is known a semiconductor device in which a temperature detecting element is formed on a semiconductor substrate and the semiconductor element is turned off when the detected temperature becomes abnormal.

【0003】従来の半導体装置の例を、図6及び図7に
示す。これらの図に示すように、半導体装置は、DMO
SFET31(二重拡散型電界効果トランジスタ)の半
導体素子と温度検出用のダイオード50、51を半導体
基板に形成した構造をしており、図8に、半導体装置の
使用例を示す。図8において、点線内に囲まれた部分
が、図6又は図7に示されているDMOSFET31と
ダイオード50、51である。
FIGS. 6 and 7 show examples of a conventional semiconductor device. As shown in these figures, the semiconductor device has a DMO
It has a structure in which a semiconductor element of an SFET 31 (double diffusion type field effect transistor) and diodes 50 and 51 for temperature detection are formed on a semiconductor substrate. FIG. 8 shows an example of use of a semiconductor device. In FIG. 8, the portions surrounded by the dotted lines are the DMOSFET 31 and the diodes 50 and 51 shown in FIG. 6 or FIG.

【0004】ダイオード50の順方向に定電流を流す
と、その時の順方向電圧と基準電圧Vrefをコンパレ
ータ32で比較し、半導体装置の温度が上がって、順方
向電圧が基準電圧Vrefよりも小さくなると、コンパ
レータ32の出力がHighになり、MOSFET33
がオンし、DMOSFET31のゲート電圧がゼロにな
って、DMOSFET31をオフさせる。DMOSFE
T31がオフする温度は、基準電圧Vrefで設定して
いる。
When a constant current flows in the forward direction of the diode 50, the forward voltage at that time and the reference voltage Vref are compared by the comparator 32. When the temperature of the semiconductor device rises and the forward voltage becomes lower than the reference voltage Vref. , The output of the comparator 32 becomes High and the MOSFET 33
Turns on, the gate voltage of the DMOSFET 31 becomes zero, and the DMOSFET 31 is turned off. DMOSFE
The temperature at which T31 is turned off is set by the reference voltage Vref.

【0005】図6の半導体装置においては、温度検出用
のダイオード50は、寄生素子が動作しないように、p
型のPウェル拡散層3内にn型のNウェル拡散層18を
形成し、そのNウェル拡散層18をカソード拡散層とし
て使用し、そして、Pウェル拡散層3とNウェル拡散層
18をカソード電極10dで電気的に接続させている。
p型高不純物濃度のP+拡散層7d及びn型高不純物濃
度のN+拡散層8cは、カソード電極10dとの電気的
接続を良好にさせるためのものである。Nウェル拡散層
18内にp型高不純物濃度のアノード拡散層7eを形成
し、アノード拡散層7e上にアノード電極10eを形成
する。P+拡散層7dとアノード拡散層7eは、DMO
SFETのP+ベース拡散層7aの拡散工程と同一の拡
散工程で形成が可能である。またN+拡散層8cは、N
+ソース拡散層8aの拡散工程と同一の拡散工程で形成
が可能である。
In the semiconductor device shown in FIG. 6, a diode 50 for detecting temperature is provided with a p-type diode so that a parasitic element does not operate.
An n-type N-well diffusion layer 18 is formed in a P-type diffusion layer 3 of the type, the N-well diffusion layer 18 is used as a cathode diffusion layer, and the P-well diffusion layer 3 and the N-well diffusion layer 18 are used as cathodes. It is electrically connected by the electrode 10d.
The p-type high impurity concentration P + diffusion layer 7d and the n-type high impurity concentration N + diffusion layer 8c are for improving the electrical connection with the cathode electrode 10d. An anode diffusion layer 7e having a p-type high impurity concentration is formed in the N well diffusion layer 18, and an anode electrode 10e is formed on the anode diffusion layer 7e. The P + diffusion layer 7d and the anode diffusion layer 7e
It can be formed in the same diffusion step as the diffusion step of the P + base diffusion layer 7a of the SFET. The N + diffusion layer 8c
+ Source diffusion layer 8a can be formed in the same diffusion step as the diffusion step.

【0006】図7の半導体装置においては、DMOSF
ET31のゲートとして使用している多結晶シリコン
に、不純物を拡散して、温度検出用のダイオードを形成
したものであり、n型高不純物のN+多結晶シリコン層
8dは、DMOSFETのN+ソース拡散層8aの拡散
工程と同一の拡散工程で形成し、p型不純物のP多結晶
シリコン層6bは、Pベース拡散層6aの拡散工程と同
一の拡散工程で形成し、p型高不純物濃度のP+多結晶
シリコン層7fは、P+ベース拡散層7aと同一の拡散
工程で形成し、N+多結晶シリコン層8dとP+多結晶
シリコン層7f上にカソード電極10fとアノード電極
10gを形成する。この半導体装置には、DMOSFE
T31の製造工程に新たな工程を追加することなく、温
度検出用のダイオード51が形成でき、また寄生素子が
形成されないというメリットがある。
[0006] In the semiconductor device shown in FIG.
Impurities are diffused into polycrystalline silicon used as a gate of the ET31 to form a diode for temperature detection. The N + polycrystalline silicon layer 8d of an n-type high impurity is an N + source diffusion layer of a DMOSFET. 8a, the p-type impurity P-polysilicon layer 6b is formed in the same diffusion step as the p-base diffusion layer 6a, and the p-type high impurity concentration P + poly layer is formed. The crystalline silicon layer 7f is formed in the same diffusion step as the P + base diffusion layer 7a, and a cathode electrode 10f and an anode electrode 10g are formed on the N + polycrystalline silicon layer 8d and the P + polycrystalline silicon layer 7f. This semiconductor device has DMOSFE
There is an advantage that the diode 51 for temperature detection can be formed without adding a new process to the manufacturing process of T31, and no parasitic element is formed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6の
半導体装置において、Nウェル拡散層18は、DMOS
FET31の製造工程に対して、別途新たな工程を追加
しなければ形成できない。また、Pウェル拡散層3が浅
いと、Nウェル拡散層18とPウェル拡散層3とシリコ
ンエピタキシャル層2によるnpn接合のパンチスルー
降伏が起き、耐圧が低下してしまう。
However, in the semiconductor device shown in FIG.
The FET 31 cannot be formed unless a new process is separately added to the manufacturing process. If the P-well diffusion layer 3 is shallow, punch-through breakdown of the npn junction by the N-well diffusion layer 18, the P-well diffusion layer 3, and the silicon epitaxial layer 2 occurs, and the breakdown voltage is reduced.

【0008】一方Pウェル拡散層3を深くするため、P
ウェル拡散層3形成時の熱処理を増やすと、半導体基板
1のn型不純物がシリコンエピタキシャル層2側に拡散
される量が増え、リーチスルーによる耐圧低下が起きる
ので、シリコンエピタキシャル層2の厚さを厚くする必
要があるが、シリコンエピタキシャル層2の厚さを厚く
するとDMOSFET31のオン抵抗が大きくなってし
まう。
On the other hand, to make the P-well diffusion layer 3 deep,
If the heat treatment at the time of forming the well diffusion layer 3 is increased, the amount of the n-type impurity of the semiconductor substrate 1 diffused to the silicon epitaxial layer 2 side is increased, and the breakdown voltage is reduced due to reach-through. Although it is necessary to increase the thickness, if the thickness of the silicon epitaxial layer 2 is increased, the on-resistance of the DMOSFET 31 increases.

【0009】図7の半導体装置においては、温度検出用
のダイオード51が熱伝導率の悪い(シリコン酸化膜の
熱伝導率は、シリコン基板の熱伝導率の約百分の一)酸
化膜4b上にあり、DMOSFET31が形成されてい
るシリコン基板(半導体基板1及びエピタキシャル層
2)内にない。そのため、DMOSFET31から温度
検出用のダイオード51への熱伝わりが遅く、DMOS
FET31の急激な発熱に対して、その発熱を速やかに
検出できず、DMOSFET31が熱破壊してしまうこ
とが考えられる。
In the semiconductor device shown in FIG. 7, the temperature detecting diode 51 has a poor thermal conductivity (the thermal conductivity of the silicon oxide film is about one hundredth of the thermal conductivity of the silicon substrate) on the oxide film 4b. And is not in the silicon substrate (semiconductor substrate 1 and epitaxial layer 2) on which the DMOSFET 31 is formed. Therefore, heat transfer from the DMOSFET 31 to the temperature detecting diode 51 is slow,
It is conceivable that the rapid heat generation of the FET 31 cannot be detected promptly and the DMOSFET 31 is thermally destroyed.

【0010】また実開平5−15421号公報には、ツ
ェナーダイオードの降伏電圧の温度特性を利用して過熱
保護を行なうという点について記載されているが、この
場合実開平5−15421号公報のツェナーダイオード
が形成される第2のn型拡散層が、アノードやカソード
として利用されていないオープンであるので、コレクタ
とツェナーダイオード間の耐圧は、バイポーラトランジ
スタのLVCEO耐圧で決定され、耐圧が小さくなると
いう欠点があった。また、今後安全動作領域の広いMO
SFETでの保護が望まれている。
Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 5-15421 discloses that overheat protection is performed by using the temperature characteristics of the breakdown voltage of a Zener diode. Since the second n-type diffusion layer in which the diode is formed is not used as an anode or a cathode and is open, the breakdown voltage between the collector and the Zener diode is determined by the LVCEO breakdown voltage of the bipolar transistor, and the breakdown voltage decreases. There were drawbacks. In the future, MOs with a wide safe operation area
Protection with SFETs is desired.

【0011】本発明は、電力用の半導体装置の製造工程
に対して、新たな工程を追加することなく、電力用の半
導体装置の同一半導体基板上に温度検出用素子を形成す
ること、また、電力用の半導体装置の急激な発熱に対し
ても、温度検出が可能な温度検出用素子を提供すること
を主な目的とする。
According to the present invention, a temperature detecting element is formed on the same semiconductor substrate of a power semiconductor device without adding a new process to a manufacturing process of a power semiconductor device. A main object of the present invention is to provide a temperature detecting element capable of detecting a temperature even with rapid heat generation of a power semiconductor device.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による半導体装置は、半導体基板上に、負荷
制御用トランジスタとツェナーダイオードを形成し、そ
のツェナーダイオードの降伏電圧と予め設定した設定値
とを比較し、比較により半導体基板温度が所定温度に達
したか否かを検出することとした。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention comprises a transistor for load control and a Zener diode formed on a semiconductor substrate, and a breakdown voltage of the Zener diode and a predetermined setting. The values are compared with each other to determine whether or not the semiconductor substrate temperature has reached a predetermined temperature.

【0013】また、ツェナーダイオードを、導体基板上
に形成された逆伝導型の拡散層内に、p型とn型の高不
純物拡散層で形成する構造とし、負荷制御用トランジス
タがDMOSFETやIGBTやバイポーラトランジス
タの場合、負荷制御用トランジスタの製造工程と同一の
工程を用いて、特に新たな工程を追加することなく、温
度検出用のツェナーダイオードを形成することした。ま
た、負荷制御用トランジスタとツェナーダイオードの間
に、熱伝導率の低い酸化膜を介在させない。これによ
り、負荷制御用トランジスタの急激な発熱に対しても、
速やかに温度検出ができる。
Further, the Zener diode has a structure in which p-type and n-type high impurity diffusion layers are formed in a reverse conductivity type diffusion layer formed on a conductive substrate, and the load control transistor is a DMOSFET, IGBT or IGBT. In the case of a bipolar transistor, a Zener diode for temperature detection is formed using the same process as that for manufacturing the load control transistor, without adding a new process. Further, an oxide film having low thermal conductivity is not interposed between the load control transistor and the Zener diode. As a result, even if the load control transistor suddenly generates heat,
Temperature can be detected quickly.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below.

【0015】図1は、本発明にかかる半導体装置の一実
施形態を示す断面図であり、負荷制御用のトランジスタ
であるDMOSFET31と、温度検出用のツェナーダ
イオード30が半導体基板1上に形成されている。図2
は、本発明の一使用例である。図中の同一部分には、同
一参照符号を付して重複説明は省略する。
FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of a semiconductor device according to the present invention. A DMOSFET 31 as a load control transistor and a Zener diode 30 for temperature detection are formed on a semiconductor substrate 1. I have. FIG.
Is an example of use of the present invention. In the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

【0016】半導体基板1は、n+型のシリコン基板で
あり、DMOSFET31(二重拡散型電界効果トラン
ジスタ)のドレインとされる。半導体基板1の裏面部に
はドレイン電極11が形成され、上面側には、n−型の
シリコンエピタキシャル層2が形成される。エピタキシ
ャル層2の表面部には、p型のPウェル拡散層3とPベ
ース拡散層6aが形成され、DMOSFETの寄生バイ
ポーラトランジスタ動作を抑制するためのp型高不純物
濃度のP+ベース拡散層7aがPベース拡散層6a内に
形成される。一方、Pウェル拡散層3内には、P+ベー
ス拡散層7aの拡散工程と同一の拡散工程で、P+アノ
ード拡散層7b,7cが形成される。
The semiconductor substrate 1 is an n + type silicon substrate and serves as a drain of a DMOSFET 31 (double diffusion field effect transistor). A drain electrode 11 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1, and an n − type silicon epitaxial layer 2 is formed on the upper surface. A p-type P-well diffusion layer 3 and a P-base diffusion layer 6a are formed on the surface of the epitaxial layer 2, and a p-type high impurity concentration P + base diffusion layer 7a for suppressing the parasitic bipolar transistor operation of the DMOSFET is formed. It is formed in the P base diffusion layer 6a. On the other hand, P + anode diffusion layers 7b and 7c are formed in P well diffusion layer 3 by the same diffusion step as that of P + base diffusion layer 7a.

【0017】なお、DMOSFET31がNチャネル型
であるので、P+アノード拡散層7b,7cを形成した
が、、DMOSFET31がPチャネル型の場合はカソ
ード拡散層を形成するようにしてもよい。
Since the DMOSFET 31 is of the N-channel type, the P + anode diffusion layers 7b and 7c are formed. However, if the DMOSFET 31 is of the P-channel type, a cathode diffusion layer may be formed.

【0018】次に、Pベース拡散層6a内に、DMOS
FETのソースとなるn型高不純物濃度のN+ソース拡
散層8aが形成され、またPウェル拡散層3内には、N
+ソース拡散層8aの拡散工程と同一の拡散工程で、N
+カソード拡散層8bが形成される。このP+アノード
拡散層7cとN+カソード拡散層8bの不純物濃度によ
って、ツェナーダイオードの降伏電圧が決定される。
Next, in the P base diffusion layer 6a, a DMOS
An n-type high impurity concentration N + source diffusion layer 8a serving as a source of the FET is formed.
In the same diffusion step as that of the + source diffusion layer 8a, N
+ Cathode diffusion layer 8b is formed. The breakdown voltage of the Zener diode is determined by the impurity concentrations of the P + anode diffusion layer 7c and the N + cathode diffusion layer 8b.

【0019】なお、DMOSFET31がNチャネル型
のため、N+ソース拡散層8aの拡散工程と同一の拡散
工程で、N+カソード拡散層8bを形成したが、DMO
SFET31がPチャネル型の場合はアノード拡散層を
形成することとしてもよい。
Since the DMOSFET 31 is of an N-channel type, the N + cathode diffusion layer 8b is formed in the same diffusion step as that for the N + source diffusion layer 8a.
When the SFET 31 is a P-channel type, an anode diffusion layer may be formed.

【0020】さらにエピタキシャル層2の表面にゲート
酸化膜4aと酸化膜4bを形成し、ゲート酸化膜4aを
介してゲートとなる多結晶シリコン層5を形成し、多結
晶シリコン層5を覆うように層間絶縁膜9が形成され
る。層間絶縁膜9上に、アルミニウムからなるソース電
極10aとアノード電極10bとカソード電極10cを
形成する。このようにして、図1の左側にDMOSFE
T31が、右側にツェナーダイオード30が形成され
る。
Further, a gate oxide film 4a and an oxide film 4b are formed on the surface of the epitaxial layer 2, a polysilicon layer 5 serving as a gate is formed via the gate oxide film 4a, and the polysilicon layer 5 is covered. An interlayer insulating film 9 is formed. On the interlayer insulating film 9, a source electrode 10a, an anode electrode 10b and a cathode electrode 10c made of aluminum are formed. Thus, the DMOSFE on the left side of FIG.
At T31, a Zener diode 30 is formed on the right side.

【0021】例えば、P+ベース拡散層7a及びP+ア
ノード拡散層7b,7cを、不純物ドーズ量4×10
15cm−2で深さ1.5μmとし、N+ソース拡散層
8a及びN+カソード拡散層8bを、不純物ドーズ量1
×1016cm−2で深さ0.3μmとして形成すれ
ば、降伏電圧Vzが1V弱で、降伏電圧の温度特性が−
2mV/℃のツェナーダイオードが形成される。このよ
うに形成すれば、ダイオードの順方向電圧VF(約0.
6V)の温度特性(−2mV/℃)を利用する従来の温
度検出用ダイオードと同等の特性が得られる。ツェナー
ダイオード30の降伏電圧の上限は3Vとし、3V以下
であれば十分である。
For example, the P + base diffusion layer 7a and the P + anode diffusion layers 7b and 7c are formed with an impurity dose of 4 × 10
15 cm −2 and a depth of 1.5 μm, and the N + source diffusion layer 8 a and the N + cathode diffusion layer 8 b
When formed at a depth of 0.3 μm at × 10 16 cm −2 , the breakdown voltage Vz is slightly less than 1 V, and the temperature characteristic of the breakdown voltage is −
A zener diode of 2 mV / ° C. is formed. With such a configuration, the forward voltage VF (about 0.
A characteristic equivalent to that of a conventional temperature detecting diode utilizing the temperature characteristic of (6 V) (-2 mV / ° C.) can be obtained. The upper limit of the breakdown voltage of the Zener diode 30 is set to 3V.

【0022】図2は本発明にかかる半導体装置の使用例
を示したものであり、点線内に囲まれた部分が上記で説
明したDMOSFET31とツェナーダイオード30で
あり、判断手段としてのコンパレータ32と過熱保護制
御回路としてのMOSFET33を有する。DMOSF
ET31には負荷電流が流される。またツェナーダイオ
ード30に定電流源35から定電流を流し、その時の降
伏電圧と基準電圧Vrefをコンパレータ32で比較す
る。半導体装置の温度が上がって、ツェナーダイオード
30の降伏電圧が基準電圧Vrefよりも小さくなる
と、コンパレータ32の出力がHighになり、MOS
FET33がオンし、DMOSFET31のゲート電圧
がゼロになって、DMOSFET31をオフさせる。D
MOSFET31がオフする温度は、基準電圧Vref
で適宜設定される。上記例では、半導体基板内に、DM
OSFET31とツェナーダイオード30しか集積して
いないが、図2に示す回路全てを半導体基板内に集積し
てもよい。
FIG. 2 shows an example of use of the semiconductor device according to the present invention. The portions surrounded by dotted lines are the DMOSFET 31 and the Zener diode 30 described above. It has a MOSFET 33 as a protection control circuit. DMMOSF
A load current flows through ET31. Further, a constant current is supplied from the constant current source 35 to the Zener diode 30, and the breakdown voltage at that time is compared with the reference voltage Vref by the comparator 32. When the temperature of the semiconductor device rises and the breakdown voltage of the Zener diode 30 becomes lower than the reference voltage Vref, the output of the comparator 32 becomes High,
The FET 33 is turned on, the gate voltage of the DMOSFET 31 becomes zero, and the DMOSFET 31 is turned off. D
The temperature at which the MOSFET 31 turns off depends on the reference voltage Vref.
Is set as appropriate. In the above example, DM
Although only the OSFET 31 and the Zener diode 30 are integrated, all the circuits shown in FIG. 2 may be integrated in a semiconductor substrate.

【0023】以上説明したように、DMOSFET31
の製造工程に新たな工程を追加することなく、温度検出
ダイオードと同等の特性を有するツェナーダイオード3
0を形成できる。また、ツェナーダイオード30のpn
接合は、熱伝導率の低い(シリコン酸化膜の熱伝導率
は、シリコン基板の熱伝導率の約百分の一)酸化膜4b
上ではなく、DMOSFET31が形成されているシリ
コン基板(半導体基板1及びエピタキシャル層2)内に
あるので、DMOSFET31からツェナーダイオード
30への熱伝わりが早く、DMOSFET31の急激な
発熱に対しても、DMOSFET31とツェナーダイオ
ード30間の温度差が小さいという効果を有する。
As described above, the DMOSFET 31
Zener diode 3 having characteristics equivalent to a temperature detection diode without adding a new process to the manufacturing process
0 can be formed. Also, the pn of the Zener diode 30
The oxide film 4b having a low thermal conductivity (the thermal conductivity of the silicon oxide film is about one hundredth of the thermal conductivity of the silicon substrate)
Since the DMOSFET 31 is not located above but in the silicon substrate (semiconductor substrate 1 and epitaxial layer 2) on which the DMOSFET 31 is formed, heat transfer from the DMOSFET 31 to the Zener diode 30 is fast, and even if the DMOSFET 31 generates heat rapidly, This has the effect that the temperature difference between the Zener diodes 30 is small.

【0024】上記実施の形態においては、負荷制御用ト
ランジスタがDMOSFETであるが、IGBT(絶縁
ゲート型バイポーラトランジスタ)にも適用が可能であ
り、半導体基板1のN+型のシリコン基板をP+型のシ
リコン基板に変更することで、DMOSFETをIGB
Tに変更することができる。
In the above embodiment, the load control transistor is a DMOSFET. However, the load control transistor can be applied to an IGBT (insulated gate bipolar transistor), and the N + type silicon substrate of the semiconductor substrate 1 can be replaced with a P + type silicon substrate. By changing to a substrate, the DMOSFET
Can be changed to T.

【0025】また上記実施の形態では、負荷制御用トラ
ンジスタがDMOSFETについて適応したが、バイポ
ーラトランジスタについても適応することができる。そ
の構成を図3に示す。
In the above embodiment, the load control transistor is applied to the DMOSFET, but the load control transistor can be applied to a bipolar transistor. The configuration is shown in FIG.

【0026】図3において、半導体基板1はn+型のシ
リコン基板によって構成され、バイポーラトランジスタ
41のコレクタとされるもので、その裏面部にはコレク
タ電極17が形成される。半導体基板1の上面側には、
n−型のシリコンエピタキシャル層2が形成される。こ
のエピタキシャル層2の表面部には、バイポーラトラン
ジスタ41のベース拡散層13aとツェナーダイオード
領域のP型拡散層13bが形成され、ベース拡散層13
a内にエミッタとなるn型高不純物濃度のN+エミッタ
拡散層14aが形成される。またP型拡散層13b内に
は、N+エミッタ拡散層14aの拡散工程と同一の拡散
工程で、N+カソード拡散層14bが形成される。
In FIG. 3, the semiconductor substrate 1 is formed of an n + type silicon substrate and serves as a collector of the bipolar transistor 41. The collector electrode 17 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1. On the upper surface side of the semiconductor substrate 1,
An n − type silicon epitaxial layer 2 is formed. On the surface of the epitaxial layer 2, a base diffusion layer 13a of the bipolar transistor 41 and a P-type diffusion layer 13b in the Zener diode region are formed.
An n-type high impurity concentration N + emitter diffusion layer 14a serving as an emitter is formed in a. In the P-type diffusion layer 13b, an N + cathode diffusion layer 14b is formed in the same diffusion step as that for the N + emitter diffusion layer 14a.

【0027】バイポーラトランジスタ41のベース拡散
層13aとベース電極16aのオーミックコンタクトを
良くするためのp型高不純物濃度のP+ベース拡散層1
5aがベース拡散層13a内に形成され、またP型拡散
層13b内に、P+ベース拡散層15aの拡散工程と同
一の拡散工程で、P+アノード拡散層15bが形成され
る。このP+アノード拡散層15bとN+カソード拡散
層14bの不純物濃度で、ツェナーダイオードの降伏電
圧は決定される。さらにエピタキシャル層2の表面に酸
化膜12及びアルミニウムからなるベース電極16aと
エミッタ電極16bとアノード電極16cとカソード電
極16dを形成する。
P-type high impurity concentration P + base diffusion layer 1 for improving ohmic contact between base diffusion layer 13a and base electrode 16a of bipolar transistor 41
5a is formed in base diffusion layer 13a, and P + anode diffusion layer 15b is formed in P-type diffusion layer 13b in the same diffusion step as that for P + base diffusion layer 15a. The breakdown voltage of the Zener diode is determined by the impurity concentrations of the P + anode diffusion layer 15b and the N + cathode diffusion layer 14b. Further, a base electrode 16a, an emitter electrode 16b, an anode electrode 16c, and a cathode electrode 16d made of the oxide film 12 and aluminum are formed on the surface of the epitaxial layer 2.

【0028】これにより、前記DMOSFETの場合と
同様に、バイポーラトランジスタ41の製造工程に新た
な工程を追加することなく、温度検出ダイオードと同等
の特性を有するツェナーダイオード40を形成できる。
Thus, similarly to the case of the DMOSFET, the Zener diode 40 having the same characteristics as the temperature detecting diode can be formed without adding a new process to the manufacturing process of the bipolar transistor 41.

【0029】図4は本発明にかかる半導体装置の使用例
を示したものであり、点線内に囲まれた部分が上記で説
明したバイポーラトランジスタ41とツェナーダイオー
ド40である。ツェナーダイオード40に定電流源35
から定電流を流し、その時の降伏電圧と基準電圧Vre
fをコンパレータ32で比較し、半導体装置の温度が上
がって、降伏電圧が基準電圧Vrefよりも小さくなる
と、コンパレータ32の出力がHighになり、MOS
FET33がオンし、バイポーラトランジスタ41のベ
ース電流がゼロになって、バイポーラトランジスタ41
をオフさせる。バイポーラトランジスタ41がオフする
温度は、基準電圧Vrefで設定する。また図4に示す
回路全てを半導体基板内に集積しても良い。
FIG. 4 shows an example of use of the semiconductor device according to the present invention. The portions surrounded by dotted lines are the bipolar transistor 41 and the Zener diode 40 described above. A constant current source 35 is connected to the Zener diode 40.
From which the breakdown voltage and the reference voltage Vre
f is compared by the comparator 32, and when the temperature of the semiconductor device rises and the breakdown voltage becomes smaller than the reference voltage Vref, the output of the comparator 32 becomes High and the MOS
The FET 33 turns on, the base current of the bipolar transistor 41 becomes zero, and the bipolar transistor 41
Off. The temperature at which the bipolar transistor 41 turns off is set by the reference voltage Vref. Further, all the circuits shown in FIG. 4 may be integrated in a semiconductor substrate.

【0030】上記各実施例において、ツェナーダイオー
ドを複数個直列接続することができる。図1のPウェル
拡散層3又は図3のP型拡散層13bを複数個に分けて
形成し、その中のそれぞれにツェナーダイオード形成
し、電極で直列接続してもよい。一実施形態を図5に示
す。図5は、図1におけるツェナーダイオード30を2
個直列接続したものであり、このように構成すると、直
列接続したツェナーダイオード30の耐圧の温度係数
は、1個の場合の2倍となり、温度に対する耐圧変化量
が大きくなり、温度検出精度を上昇させることができ
る。
In each of the above embodiments, a plurality of Zener diodes can be connected in series. The P-well diffusion layer 3 in FIG. 1 or the P-type diffusion layer 13b in FIG. 3 may be divided into a plurality of parts, a zener diode may be formed in each of them, and electrodes may be connected in series. One embodiment is shown in FIG. FIG. 5 shows that the Zener diode 30 in FIG.
With this configuration, the temperature coefficient of the withstand voltage of the zener diode 30 connected in series is twice that of a single Zener diode 30, the amount of change in withstand voltage with respect to temperature increases, and the temperature detection accuracy increases. Can be done.

【0031】なお、本発明は上記各実施例に限定され
ず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例は適
宜変更され得る。
The present invention is not limited to the above embodiments, and each embodiment can be appropriately modified within the scope of the technical idea of the present invention.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明の温度検出方法によれば、半導体
装置の温度を正確に、かつ速やかに検出することができ
る。
According to the temperature detecting method of the present invention, the temperature of a semiconductor device can be detected accurately and quickly.

【0033】本発明の半導体装置によれば、半導体基板
上に、負荷制御用トランジスタとツェナーダイオードを
形成したので、ツェナーダイオードの降伏電圧温度特性
を利用して、半導体基板温度を検出することでき、温度
が異常に上昇したとき、負荷電流を遮断して半導体装置
を保護することができる。
According to the semiconductor device of the present invention, since the load control transistor and the Zener diode are formed on the semiconductor substrate, the semiconductor substrate temperature can be detected by utilizing the breakdown voltage temperature characteristics of the Zener diode. When the temperature rises abnormally, the load current can be cut off to protect the semiconductor device.

【0034】また、ツェナーダイオードを半導体基板上
に形成された逆伝導型の拡散層内に、p型とn型の高不
純物拡散層で形成する構造としているので、負荷制御用
トランジスタの製造工程に、特に新たな工程を追加する
ことなく、温度検出用のツェナーダイオードを形成でき
る。
In addition, since the Zener diode is formed by p-type and n-type high impurity diffusion layers in a reverse conductivity type diffusion layer formed on a semiconductor substrate, it can be used in a manufacturing process of a load control transistor. In particular, it is possible to form a Zener diode for temperature detection without adding a new step.

【0035】さらに、負荷制御用トランジスタとツェナ
ーダイオードの間に、熱伝導率の低い酸化膜が介在して
いないので、負荷制御用トランジスタの急激な発熱が少
ない時間差で検出できる。
Further, since no oxide film having low thermal conductivity is interposed between the load control transistor and the Zener diode, rapid heat generation of the load control transistor can be detected with a small time difference.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態にかかる半導体装置のチ
ップ断面図。
FIG. 1 is a chip cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施形態にかかる半導体装置の使
用例を示す図。
FIG. 2 is a view showing a usage example of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;

【図3】本発明の第2実施形態にかかる半導体装置のチ
ップ断面図。
FIG. 3 is a chip sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2実施形態にかかる半導体装置の使
用例を示す図。
FIG. 4 is a view showing an example of use of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3実施形態にかかる半導体装置のチ
ップ断面図。
FIG. 5 is a sectional view of a chip of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図6】従来の半導体装置のチップ断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view of a chip of a conventional semiconductor device.

【図7】従来の半導体装置のチップ断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view of a chip of a conventional semiconductor device.

【図8】従来の半導体装置の使用例を示す図。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of use of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 エピタキシャル層 3 Pウェル拡散層 4a ゲート酸化膜 4b 酸化膜 5 多結晶シリコン層 6a Pベース拡散層 6b P多結晶シリコン層 7a P+ベース拡散層 7b P+アノード拡散層 7c P+アノード拡散層 7d P+拡散層 7e アノード拡散層 7f P+多結晶シリコン層 8a N+ソース拡散層 8b N+カソード拡散層 8c N+拡散層 8d N+多結晶シリコン層 9 層間絶縁膜 10a ソース電極 10b アノード電極 10c カソード電極 10d カソード電極 11 ドレイン電極 12 酸化膜 13a ベース拡散層 13b P型拡散層 14a N+エミッタ拡散層 14b N+カソード拡散層 15a P+ベース拡散層 15b P+アノード拡散層 16a ベース電極 16b エミッタ電極 16c アノード電極 16d カソード電極 17 コレクタ電極 18 Nウェル拡散層 30,40 ツェナーダイオード 31 DMOSFET 32 コンパレータ 33 MOSFET 35 定電流源 41 バイポーラトランジスタ 50,51 ダイオード Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 epitaxial layer 3 P well diffusion layer 4a gate oxide film 4b oxide film 5 polycrystalline silicon layer 6a P base diffusion layer 6b P polycrystalline silicon layer 7a P + base diffusion layer 7b P + anode diffusion layer 7c P + anode diffusion layer 7d P + diffusion layer 7e Anode diffusion layer 7f P + polycrystalline silicon layer 8a N + source diffusion layer 8b N + cathode diffusion layer 8c N + diffusion layer 8d N + polycrystalline silicon layer 9 Interlayer insulating film 10a Source electrode 10b Anode electrode 10c Cathode electrode 10d Cathode electrode 11 Drain electrode 12 Oxide film 13a Base diffusion layer 13b P type diffusion layer 14a N + emitter diffusion layer 14b N + cathode diffusion layer 15a P + base diffusion layer 15b P + anode diffusion layer 16a base electrode 16b emitter electrode 16c anode electrode 1 d cathode 17 collector electrode 18 N well diffusion layer 30, 40 Zener diode 31 DMOSFET 32 comparator 33 MOSFET 35 constant current source 41 bipolar transistors 50 and 51 diode

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上に、負荷制御用トランジスタ
とツェナーダイオードを形成し、該ツェナーダイオード
の降伏電圧と、予め設定した設定値とを比較し、該比較
によって前記半導体基板温度を検出することを特徴とす
る半導体装置の温度検出方法。
1. A semiconductor device comprising: a load control transistor and a Zener diode formed on a semiconductor substrate; comparing a breakdown voltage of the Zener diode with a preset value; and detecting the semiconductor substrate temperature by the comparison. A method for detecting a temperature of a semiconductor device, comprising:
【請求項2】 半導体基板上に、負荷制御用トランジス
タと、該負荷制御用トランジスタに近接して設けられた
ツェナーダイオードとを備え、予め設定した設定値と前
記ツェナーダイオードの降伏電圧との比較を行ない、前
記半導体基板の温度を求めることを特徴とする半導体装
置。
2. A semiconductor device comprising: a load control transistor on a semiconductor substrate; and a Zener diode provided in close proximity to the load control transistor, and compares a preset value with a breakdown voltage of the Zener diode. And determining a temperature of the semiconductor substrate.
【請求項3】前記トランジスタは、DMOSFET(二
重拡散型電界効果トランジスタ)であることを特徴とす
る請求項2に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein said transistor is a DMOSFET (double diffusion field effect transistor).
【請求項4】前記DMOSFETの寄生バイポーラトラ
ンジスタ動作抑制用の高不純物濃度ベース拡散層と同一
の拡散工程で前記ツェナーダイオードの拡散層(前記D
MOSFETがNチャネル型の場合はアノード拡散層、
Pチャネル型の場合はカソード拡散層)を形成したこと
を特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
4. The diffusion layer of the Zener diode (the D layer) in the same diffusion step as the high impurity concentration base diffusion layer for suppressing the operation of the parasitic bipolar transistor of the DMOSFET.
Anode diffusion layer when MOSFET is N-channel type,
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein a cathode diffusion layer is formed in the case of a P-channel type.
【請求項5】前記DMOSFETのソース拡散層の拡散
工程と同一の拡散工程で前記ツェナーダイオードの拡散
層(前記DMOSFETがNチャネル型の場合はカソー
ド拡散層、Pチャネル型の場合はアノード拡散層)を形
成したことを特徴とする請求項3または4に記載の半導
体装置。
5. The diffusion layer of the Zener diode in the same diffusion step as the diffusion step of the source diffusion layer of the DMOSFET (a cathode diffusion layer when the DMOSFET is an N-channel type, and an anode diffusion layer when the DMOSFET is a P-channel type). The semiconductor device according to claim 3, wherein the semiconductor device is formed.
【請求項6】前記ツェナーダイオードの降伏電圧値と予
め設定された設定値との比較を行ない前記半導体基板の
温度が所定値を越えたか否かを判断する判断手段と、 該判断手段が前記半導体基板の温度が所定値を越えたと
判断すると、前記負荷制御用トランジスタの動作を遮断
する過熱保護制御回路とを備えたことを特徴とする請求
項2から5のいずれか1項に記載の半導体装置。
6. A judging means for comparing a breakdown voltage value of said Zener diode with a preset set value to judge whether or not the temperature of said semiconductor substrate has exceeded a predetermined value. 6. The semiconductor device according to claim 2, further comprising: an overheat protection control circuit that shuts off operation of the load control transistor when it is determined that the temperature of the substrate has exceeded a predetermined value. .
【請求項7】 前記判断手段と、前記過熱保護制御回路
とを前記半導体基板に内蔵したことを特徴とする請求項
6に記載の半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein said judging means and said overheat protection control circuit are built in said semiconductor substrate.
【請求項8】前記ツェナーダイオードの降伏電圧が3V
以下であることを特徴とする請求項2から7のいずれか
1項に記載の半導体装置。
8. The Zener diode has a breakdown voltage of 3V.
The semiconductor device according to claim 2, wherein:
【請求項9】前記ツェナーダイオードが複数個直列接続
されていることを特徴とする請求項2から8のいずれか
1項に記載の半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 2, wherein a plurality of said Zener diodes are connected in series.
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