JP2002208677A - 温度検出機能を備える半導体装置 - Google Patents
温度検出機能を備える半導体装置Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types 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
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
- H01L29/7803—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device
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- H01L29/7804—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device the other device being a pn-junction diode
Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度検出機能を備える半導体装置のＥＳＤ耐
量を向上させる。 【解決手段】 ＭＯＳトランジスタ１０の近傍に温度検
出用ダイオード２０が設けられる。温度検出用ダイオー
ド２０に並列に且つ逆方向に保護ダイオード３０が接続
される。保護ダイオード３０に直列に抵抗４０が接続さ
れる。
量を向上させる。 【解決手段】 ＭＯＳトランジスタ１０の近傍に温度検
出用ダイオード２０が設けられる。温度検出用ダイオー
ド２０に並列に且つ逆方向に保護ダイオード３０が接続
される。保護ダイオード３０に直列に抵抗４０が接続さ
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に係わ
り、特に半導体素子またはその周辺の温度を検出する機
能を備えた半導体装置に係わる。
り、特に半導体素子またはその周辺の温度を検出する機
能を備えた半導体装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】従来より、過電流等から半導体素子を保
護するために、半導体素子を含む半導体装置に温度検出
機能を設ける技術はよく知られている。この温度検出機
能は、例えば、半導体素子の近くにダイオードを設け、
そのダイオードに発生する電圧を検出することにより実
現される。そして、この場合、ダイオードの順方向電流
−電圧特性が温度に依存して変化することが利用され
る。
護するために、半導体素子を含む半導体装置に温度検出
機能を設ける技術はよく知られている。この温度検出機
能は、例えば、半導体素子の近くにダイオードを設け、
そのダイオードに発生する電圧を検出することにより実
現される。そして、この場合、ダイオードの順方向電流
−電圧特性が温度に依存して変化することが利用され
る。
【０００３】上記温度検出機能を備える半導体装置は、
例えば、特許第２６３０２４２号に記載されている。こ
の半導体装置は、図４に示すように、ＭＯＳトランジス
タ１０、およびそのＭＯＳトランジスタの近傍に形成さ
れる温度検出用ダイオード２０を含む。そして、この温
度検出用ダイオード２０に順方向電流を流しながら順方
向の電圧を測定することにより、その周辺の温度が検出
される。そして、検出される温度が一定値以上に上昇す
ると、ＭＯＳトランジスタ１０を介して流れる電流が過
剰であるものとみなして、対応する処理が施される。
例えば、特許第２６３０２４２号に記載されている。こ
の半導体装置は、図４に示すように、ＭＯＳトランジス
タ１０、およびそのＭＯＳトランジスタの近傍に形成さ
れる温度検出用ダイオード２０を含む。そして、この温
度検出用ダイオード２０に順方向電流を流しながら順方
向の電圧を測定することにより、その周辺の温度が検出
される。そして、検出される温度が一定値以上に上昇す
ると、ＭＯＳトランジスタ１０を介して流れる電流が過
剰であるものとみなして、対応する処理が施される。
【０００４】ところで、半導体装置の設計に際しては、
通常、静電放電（ＥＳＤ：ElectroStatic Discharge）
耐量が考慮される。ここで、ＥＳＤは、いわゆる静電気
であり、これが半導体装置の端子等に加わるとサージ電
流が流れる。そして、このサージ電流は、半導体装置を
構成する各素子に悪影響を及ぼすことがある。
通常、静電放電（ＥＳＤ：ElectroStatic Discharge）
耐量が考慮される。ここで、ＥＳＤは、いわゆる静電気
であり、これが半導体装置の端子等に加わるとサージ電
流が流れる。そして、このサージ電流は、半導体装置を
構成する各素子に悪影響を及ぼすことがある。
【０００５】上記公知文献に記載の半導体装置において
は、温度検出用ダイオード２０に対して並列且つ逆方向
に接続される保護ダイオード３０を設けることにより、
温度検出用ダイオード２０のＥＳＤ耐量が高められてい
る。すなわち、この構成においては、アノード端子Ａ側
に静電放電が加えられたとき（端子Ａの電位が端子Ｋの
電位よりも高くなるような静電放電が加えられたとき）
は、その静電放電に起因する電流は温度検出用ダイオー
ド２０を介して流れ、一方、カソード端子Ｋ側に静電放
電が加えられたとき（端子Ｋの電位が端子Ａの電位より
も高くなるような静電放電が加えられたとき）は、その
静電放電に起因する電流は保護ダイオード３０を介して
流れるので、温度検出用ダイオード２０に大きな逆電圧
が加わることが回避される。そして、これにより、温度
検出用ダイオード２０のＥＳＤ耐量が向上している。
は、温度検出用ダイオード２０に対して並列且つ逆方向
に接続される保護ダイオード３０を設けることにより、
温度検出用ダイオード２０のＥＳＤ耐量が高められてい
る。すなわち、この構成においては、アノード端子Ａ側
に静電放電が加えられたとき（端子Ａの電位が端子Ｋの
電位よりも高くなるような静電放電が加えられたとき）
は、その静電放電に起因する電流は温度検出用ダイオー
ド２０を介して流れ、一方、カソード端子Ｋ側に静電放
電が加えられたとき（端子Ｋの電位が端子Ａの電位より
も高くなるような静電放電が加えられたとき）は、その
静電放電に起因する電流は保護ダイオード３０を介して
流れるので、温度検出用ダイオード２０に大きな逆電圧
が加わることが回避される。そして、これにより、温度
検出用ダイオード２０のＥＳＤ耐量が向上している。
【０００６】なお、ＭＯＳトランジスタ１０に対しても
ＥＳＤ耐量を向上させるための構成が設けられるが、本
発明に直接的に係わるものではないので、ここではその
説明を省略する。
ＥＳＤ耐量を向上させるための構成が設けられるが、本
発明に直接的に係わるものではないので、ここではその
説明を省略する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、図４に
示す半導体装置においては、保護ダイオード３０を設け
ることにより温度検出用ダイオード２０のＥＳＤ耐量が
向上している。しかし、この構成では、保護ダイオード
３０自体のＥＳＤ耐量が高いとは言えない。すなわち、
静電放電により保護ダイオード３０自体に悪影響が及ぶ
おそれがある。
示す半導体装置においては、保護ダイオード３０を設け
ることにより温度検出用ダイオード２０のＥＳＤ耐量が
向上している。しかし、この構成では、保護ダイオード
３０自体のＥＳＤ耐量が高いとは言えない。すなわち、
静電放電により保護ダイオード３０自体に悪影響が及ぶ
おそれがある。
【０００８】本発明は、上述の問題を解決するものであ
り、その課題は、温度検出機能を備える半導体装置のＥ
ＳＤ耐量を向上させることである。
り、その課題は、温度検出機能を備える半導体装置のＥ
ＳＤ耐量を向上させることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体素子およびその半導体素子またはその周辺の温度
を検出するためのダイオードを備えると共に、上記ダイ
オードと並列且つ逆方向に接続される保護ダイオード
と、その保護ダイオードを介して流れる電流を制限する
電流制限手段とを有する。
半導体素子およびその半導体素子またはその周辺の温度
を検出するためのダイオードを備えると共に、上記ダイ
オードと並列且つ逆方向に接続される保護ダイオード
と、その保護ダイオードを介して流れる電流を制限する
電流制限手段とを有する。
【００１０】上記構成において、温度検出用ダイオード
のカソード側の電位がそのアノード側の電位よりも高く
なるような静電放電が加えられると、その静電放電に起
因する電流が保護ダイオードを介して流れるので、温度
検出用ダイオードは静電放電から保護される。このと
き、この保護ダイオードを介して流れる電流は、電流制
限手段により制限される。したがって、保護ダイオード
を介して大きな電流が流れることはなく破壊等の心配も
ない。すなわち、保護ダイオードのＥＳＤ耐量が向上す
る。また、この結果、電流検出用ダイオードのＥＳＤ耐
量も向上する。
のカソード側の電位がそのアノード側の電位よりも高く
なるような静電放電が加えられると、その静電放電に起
因する電流が保護ダイオードを介して流れるので、温度
検出用ダイオードは静電放電から保護される。このと
き、この保護ダイオードを介して流れる電流は、電流制
限手段により制限される。したがって、保護ダイオード
を介して大きな電流が流れることはなく破壊等の心配も
ない。すなわち、保護ダイオードのＥＳＤ耐量が向上す
る。また、この結果、電流検出用ダイオードのＥＳＤ耐
量も向上する。
【００１１】上記電流制限手段は、上記保護ダイオード
に直列に接続される抵抗により構成されるようにしても
よい。
に直列に接続される抵抗により構成されるようにしても
よい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形
態の半導体装置の回路図である。図１において、ＭＯＳ
トランジスタ１０、温度検出用ダイオード２０および保
護ダイオード３０は、図４に示した半導体装置に設けら
れているものを流用できる。
図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形
態の半導体装置の回路図である。図１において、ＭＯＳ
トランジスタ１０、温度検出用ダイオード２０および保
護ダイオード３０は、図４に示した半導体装置に設けら
れているものを流用できる。
【００１３】ＭＯＳトランジスタ１０は、例えば、大電
流／高耐圧のパワーＭＯＳＦＥＴであり、ゲートＧに与
えられる信号に従って主電流（ドレインＤ／ソースＳ間
の電流）を制御する。温度検出用ダイオード２０は、１
または複数のダイオードから構成され、ＭＯＳトランジ
スタ１０の近傍に形成される。なお、温度検出用ダイオ
ード２０が複数のダイオードから構成される場合は、そ
れらのダイオードは直列的に接続される。
流／高耐圧のパワーＭＯＳＦＥＴであり、ゲートＧに与
えられる信号に従って主電流（ドレインＤ／ソースＳ間
の電流）を制御する。温度検出用ダイオード２０は、１
または複数のダイオードから構成され、ＭＯＳトランジ
スタ１０の近傍に形成される。なお、温度検出用ダイオ
ード２０が複数のダイオードから構成される場合は、そ
れらのダイオードは直列的に接続される。
【００１４】保護ダイオード３０は、１または複数のダ
イオードから構成され、温度検出用ダイオード２０に対
して並列且つ逆方向に接続される。すなわち、保護ダイ
オード３０のアノードおよびカソードは、それぞれ温度
検出用ダイオード２０のカソードおよびアノードに接続
される。なお、温度検出用ダイオード２０および保護ダ
イオード３０は、例えば、それぞれ、Ｐ型ポリシリコン
およびＮ型ポリシリコンを適切に接触させることにより
形成される。
イオードから構成され、温度検出用ダイオード２０に対
して並列且つ逆方向に接続される。すなわち、保護ダイ
オード３０のアノードおよびカソードは、それぞれ温度
検出用ダイオード２０のカソードおよびアノードに接続
される。なお、温度検出用ダイオード２０および保護ダ
イオード３０は、例えば、それぞれ、Ｐ型ポリシリコン
およびＮ型ポリシリコンを適切に接触させることにより
形成される。
【００１５】抵抗４０は、保護ダイオード３０を介して
流れる電流を制限するために設けられており、保護ダイ
オード３０に直列に接続されている。すなわち、互いに
直列に接続される保護ダイオード３０および抵抗４０
が、温度検出用ダイオード２０に対して並列に設けられ
ている。なお、図１に示す例では、抵抗４０は、保護ダ
イオード３０のカソード側に接続されているが、保護ダ
イオード３０のアノード側に接続されるようにしてもよ
い。また、抵抗４０は、特に限定されるものではない
が、例えば、ポリシリコンから構成される。
流れる電流を制限するために設けられており、保護ダイ
オード３０に直列に接続されている。すなわち、互いに
直列に接続される保護ダイオード３０および抵抗４０
が、温度検出用ダイオード２０に対して並列に設けられ
ている。なお、図１に示す例では、抵抗４０は、保護ダ
イオード３０のカソード側に接続されているが、保護ダ
イオード３０のアノード側に接続されるようにしてもよ
い。また、抵抗４０は、特に限定されるものではない
が、例えば、ポリシリコンから構成される。
【００１６】上記構成の半導体装置の動作は、以下の通
りである。すなわち、ＭＯＳトランジスタ１０は、ゲー
トＧに与えられる信号に従って主電流（ドレインＤ／ソ
ースＳ間の電流）を制御する。また、温度検出用ダイオ
ード２０には、常時、順方向電流が流れている。この電
流は、不図示の電流源により生成される。そして、温度
検出用ダイオード２０の両端電圧およびその順方向電流
に基づいて温度を検出する。ここで、温度検出用ダイオ
ード２０の電流／電圧特性の温度依存性は、予め求めら
れているものとする。
りである。すなわち、ＭＯＳトランジスタ１０は、ゲー
トＧに与えられる信号に従って主電流（ドレインＤ／ソ
ースＳ間の電流）を制御する。また、温度検出用ダイオ
ード２０には、常時、順方向電流が流れている。この電
流は、不図示の電流源により生成される。そして、温度
検出用ダイオード２０の両端電圧およびその順方向電流
に基づいて温度を検出する。ここで、温度検出用ダイオ
ード２０の電流／電圧特性の温度依存性は、予め求めら
れているものとする。
【００１７】上記半導体装置において、温度検出用ダイ
オード２０のカソード端子Ｋ側に静電放電が加えられた
とき（端子Ｋの電位が端子Ａの電位よりも高くなるよう
な静電放電が加えられたとき）は、その静電放電に起因
する電流は保護ダイオード３０を介して流れる。このと
き、この保護ダイオード３０を介して流れる電流は、抵
抗４０により制限される。すなわち、静電放電に起因す
るピーク電流は、所定値以下に抑えられる。従って、保
護ダイオード３０を介して大きな電流が流れることはな
く、保護ダイオード３０のＥＳＤ耐量が向上するので、
結果的に、温度検出用ダイオード２０のＥＳＤ耐量も向
上する。さらに、保護ダイオード３０を介して大きな電
流が流れることがないので、そのサイズを小さくするこ
とができる。
オード２０のカソード端子Ｋ側に静電放電が加えられた
とき（端子Ｋの電位が端子Ａの電位よりも高くなるよう
な静電放電が加えられたとき）は、その静電放電に起因
する電流は保護ダイオード３０を介して流れる。このと
き、この保護ダイオード３０を介して流れる電流は、抵
抗４０により制限される。すなわち、静電放電に起因す
るピーク電流は、所定値以下に抑えられる。従って、保
護ダイオード３０を介して大きな電流が流れることはな
く、保護ダイオード３０のＥＳＤ耐量が向上するので、
結果的に、温度検出用ダイオード２０のＥＳＤ耐量も向
上する。さらに、保護ダイオード３０を介して大きな電
流が流れることがないので、そのサイズを小さくするこ
とができる。
【００１８】図２は、本実施形態の半導体装置の要部断
面図である。ＭＯＳトランジスタ１０は、当該トランジ
スタのドレイン領域として使用される半導体基板１０
１、半導体基板１０１の上に形成されたエピタキシャル
層１０２、エピタキシャル層１０２に表面領域に形成さ
れるチャネル領域１０３、チャネル領域１０３の表面領
域に形成されるソース領域１０４およびコンタクト領域
１０５から構成される。また、チャネル領域１０３の上
面には、エピタキシャル層１０２の上部からソース領域
１０４の上部に達するようにゲート酸化膜１０６が形成
されており、さらにその上面にゲートポリシリコン１０
７が形成されている。
面図である。ＭＯＳトランジスタ１０は、当該トランジ
スタのドレイン領域として使用される半導体基板１０
１、半導体基板１０１の上に形成されたエピタキシャル
層１０２、エピタキシャル層１０２に表面領域に形成さ
れるチャネル領域１０３、チャネル領域１０３の表面領
域に形成されるソース領域１０４およびコンタクト領域
１０５から構成される。また、チャネル領域１０３の上
面には、エピタキシャル層１０２の上部からソース領域
１０４の上部に達するようにゲート酸化膜１０６が形成
されており、さらにその上面にゲートポリシリコン１０
７が形成されている。
【００１９】温度検出用ダイオード２０は、互いに接触
するＰ型ポリシリコン１１１及びＮ型ポリシリコン１１
２から構成される。また、保護ダイオード３０は、互い
に接触するＰ型ポリシリコン１１３及びＮ型ポリシリコ
ン１１４から構成される。なお、図２では、温度検出用
ダイオード２０および保護ダイオード３０がそれぞれ１
個のダイオードから構成されるものとして描いている
が、これに限定されるものではない。
するＰ型ポリシリコン１１１及びＮ型ポリシリコン１１
２から構成される。また、保護ダイオード３０は、互い
に接触するＰ型ポリシリコン１１３及びＮ型ポリシリコ
ン１１４から構成される。なお、図２では、温度検出用
ダイオード２０および保護ダイオード３０がそれぞれ１
個のダイオードから構成されるものとして描いている
が、これに限定されるものではない。
【００２０】抵抗４０は、この実施例ではＮ型ポリシリ
コンであり、保護ダイオード２０のカソード領域として
設けられているＮ型ポリシリコン１１４に接触するよう
に形成されている。なお、抵抗４０は、ポリシリコンを
用いて実現する場合は、その抵抗値が所定値以上になる
ように、例えば、低い不純物濃度で形成されるか、ある
いは電流経路が長くなるような形状に形成される。ま
た、抵抗４０は、必ずしも保護ダイオード３０に直接的
に接触している必要はなく、図３(a) に示すように、ワ
イヤ又は配線パターン等を介して電気的に接続されるよ
うにしてもよい。さらに、抵抗４０は、保護ダイオード
３０を構成するアノード領域またはカソード領域の一部
として実現してもよい。図３(b) に示す例では、保護ダ
イオード３０のカソード領域としてのＮ型ポリシリコン
１１４を細長く形成して電流が流れる経路を長くするこ
とにより、Ｎ型ポリシリコン１１４自体が抵抗４０とし
て機能するようにしている。さらに、抵抗４０は、必ず
しもポリシリコンで形成される必要はなく、半導体領域
を利用した抵抗であってもよいし、他の形態の抵抗を利
用して実現してもよい。
コンであり、保護ダイオード２０のカソード領域として
設けられているＮ型ポリシリコン１１４に接触するよう
に形成されている。なお、抵抗４０は、ポリシリコンを
用いて実現する場合は、その抵抗値が所定値以上になる
ように、例えば、低い不純物濃度で形成されるか、ある
いは電流経路が長くなるような形状に形成される。ま
た、抵抗４０は、必ずしも保護ダイオード３０に直接的
に接触している必要はなく、図３(a) に示すように、ワ
イヤ又は配線パターン等を介して電気的に接続されるよ
うにしてもよい。さらに、抵抗４０は、保護ダイオード
３０を構成するアノード領域またはカソード領域の一部
として実現してもよい。図３(b) に示す例では、保護ダ
イオード３０のカソード領域としてのＮ型ポリシリコン
１１４を細長く形成して電流が流れる経路を長くするこ
とにより、Ｎ型ポリシリコン１１４自体が抵抗４０とし
て機能するようにしている。さらに、抵抗４０は、必ず
しもポリシリコンで形成される必要はなく、半導体領域
を利用した抵抗であってもよいし、他の形態の抵抗を利
用して実現してもよい。
【００２１】なお、上述の実施例では、ＭＯＳトランジ
スタを含む半導体装置を示したが、本発明はこれに限定
されるものではない。すなわち、本発明は、例えば、Ｉ
ＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、サイリスタ等の各種
半導体素子を含む半導体装置にも適用可能である。
スタを含む半導体装置を示したが、本発明はこれに限定
されるものではない。すなわち、本発明は、例えば、Ｉ
ＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、サイリスタ等の各種
半導体素子を含む半導体装置にも適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】本発明の半導体装置においては、温度検
出用ダイオードを保護するための保護ダイオードを設
け、さらにその保護ダイオードを介して流れる電流を制
限するようにしたので、保護ダイオードのＥＳＤ耐量が
向上すると共に、温度検出用ダイオードのＥＳＤ耐量も
向上する。
出用ダイオードを保護するための保護ダイオードを設
け、さらにその保護ダイオードを介して流れる電流を制
限するようにしたので、保護ダイオードのＥＳＤ耐量が
向上すると共に、温度検出用ダイオードのＥＳＤ耐量も
向上する。
【図１】本発明の実施形態の半導体装置の回路図であ
る。
る。
【図２】本実施形態の半導体装置の要部断面図である。
【図３】保護ダイオードに接続される抵抗を実現する方
法を説明する図である。
法を説明する図である。
【図４】本発明に関連する公知の半導体装置の回路図で
ある。
ある。
１０ ＭＯＳトランジスタ ２０ 電流検出用ダイオード ３０ 保護ダイオード ４０ 抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 29/78 ６５７
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体素子、およびその半導体素子また
はその周辺の温度を検出するためのダイオードを備える
半導体装置であって、 上記ダイオードと並列且つ逆方向に接続される保護ダイ
オードと、 その保護ダイオードを介して流れる電流を制限する電流
制限手段と、 を有する半導体装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の半導体装置であって、 上記電流制限手段は、上記保護ダイオードに直列に接続
される抵抗である。
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