JP2003100885A

JP2003100885A - 半導体集積回路

Info

Publication number: JP2003100885A
Application number: JP2001294852A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kotari; 泰寛小足; Masaaki Tsuruoka; 正紹鶴岡
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Microelectronics Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2003-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体素子等の熱源から熱検出回路部への熱
の伝導速度を向上可能な半導体集積回路を提供する。【解決手段】半導体素子部で発生した熱を検出回路部
において検出し、この検出された熱に応じて半導体素子
部を許容温度以下に制御する半導体集積回路であって、
第１配線パターンを有し、半導体基板上に配設された半
導体素子部と、第２配線パターンを有し、半導体基板上
に配設された検出回路部と、第１，第２配線パターンと
を接続する接続部と、を具備し、第１，第２配線パター
ン及び接続部は同じ部材に由来し、第２配線パターンは
検出回路部の上部全面を覆い、検出回路部は、第２配線
パターンを伝わる熱を検出することを特徴とする半導体
集積回路。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体の保
護検出回路に関し、詳しくは、半導体素子上の配線を利
用して、過熱保護の効果の高い半導体集積回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えばパワーデバイス等に代表される半
導体素子は、素子が動作することにより発生する熱量が
一般的に多い。このため、発生した熱により半導体素子
が破損しないように、許容の熱量以下に熱量を抑える過
熱保護システムが必要とされる。このような過熱保護を
行う際、半導体素子から発生する熱量が例えば検出回路
に伝達される。この検出回路により検出された熱量に応
じて、過熱保護回路等が、例えば半導体素子への電源供
給を停止するなどして、半導体素子から発生する熱量を
所定の値以下に制限する。

【０００３】図７は、上記したような過熱保護システム
において、従来の検出回路部を概略的に示している。図
７に示すように、シリコン等の半導体基板５１上に、熱
源となる半導体素子部５２ａ、熱を検出する検出回路部
５３が形成される。５４は、半導体素子部５２ａ上に形
成された第１の配線パターンであり、輪郭のみを示す。
この第１の配線パターン５４は、一部が検出回路部５３
上まで延出し、この延出部分は例えば半導体素子部５２
ａ、検出回路部５３の共通グランドとされる。第１の配
線パターン５４上に、図示せぬ絶縁膜を介して、第２の
配線パターン５５が設けられる（ハッチングを用いて図
示される）。第１，第２の配線パターン５４，５５は、
絶縁膜内に形成された例えばスルーホール等により相互
に接続される。また、同様に、複数の半導体素子部５２
ｂ，５２ｃが半導体基板５１上に形成される。

【０００４】上記構成の検出回路部において、各半導体
素子部５２ａ〜５２ｃにおいて発生した熱が半導体基板
５１を介して、検出回路部５３に伝達される。この検出
回路部５３は、この熱を検出し、例えばその熱量が所定
の値以上の場合、保護回路部５６により、保護システム
が作動する。このとき、半導体素子部５２ａが例えば、
約３００℃まで許容できるとすると、熱が配線基板５１
を伝わる時間を考慮して、例えば検出回路部５３が１５
０℃となったときに保護回路部５６が動作するように構
成される。さらに、半導体素子部５２ｂは、半導体素子
部５２ａに比べて、検出回路部５３までの距離が遠いた
め、検出回路部５３において、例えば１３０℃となった
とき半導体素子部５２ｂに対応する保護回路部５６が動
作するように構成される。すなわち、各半導体素子部５
２ａ〜５２ｃと検出回路部５３との距離に応じて、半導
体素子部５２ａ〜５２ｃの実際の許容温度より低い温度
にて保護回路部５６が動作するように設定される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うに、各半導体素子部５２ａ〜５２ｃにおいて発生した
熱は、半導体基板５１を介して検出回路部５３に伝わ
る。一般に、シリコンは熱伝導率が低いため、半導体素
子部５２ａ〜５２ｃが実際の許容温度に達しているにも
関わらず、検出回路部５３で検出される温度が、保護回
路部５６を動作する温度まで達しないことがある。この
場合、半導体素子部５２ａ〜５２ｃが破壊されてしま
う。

【０００６】また、このような問題を回避するために、
半導体素子部５２ａ〜５２ｃの実際の許容温度より低い
温度（例えば半導体素子５２ａが２００℃として）とな
ったときに保護回路部５６が動作するように、この温度
に対応した温度で検出回路部５３が保護回路部５６を動
作させるように検出回路部５３を設定する。このため、
半導体集積回路全体の許容温度が、実際の許容温度より
低く制限される。

【０００７】さらに、上記した熱の伝導の時間差を考慮
して、検出回路部５３を、半導体素子部５２ａ〜５２ｃ
の近傍に配置したり、半導体素子部５２ａ〜５２ｃ内部
に配置している。このため、各素子の配置が大幅に制限
され、半導体集積回路全体のサイズが増大することとな
る。

【０００８】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、半導体素子
等の熱源から熱検出回路部への熱の伝導速度を向上可能
な半導体集積回路を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体集積回路
は、上記課題を解決するため、半導体素子部で発生した
熱を検出回路部において検出し、この検出された熱に応
じて前記半導体素子部を許容温度以下に制御する半導体
集積回路であって、第１配線パターンを有し、半導体基
板上に配設された半導体素子部と、第２配線パターンを
有し、前記半導体基板上に配設された検出回路部と、前
記第１，第２配線パターンとを接続する接続部と、を具
備し、前記第１，第２配線パターン及び前記接続部は同
じ部材に由来し、前記第２配線パターンは前記検出回路
部の上部全面を覆い、前記検出回路部は、前記第２配線
パターンを伝わる熱を検出することを特徴とする。

【００１０】更に、本発明に係る実施の形態には種々の
段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件
における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され
得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾
つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場
合、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が
周知慣用技術で適宜補われるものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、以下の説明におい
て、略同一の機能及び構成を有する構成要素について
は、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行
う。

【００１２】図１（ａ），（ｂ）は、本発明に係る半導
体集積回路を概略的に示している。図１（ａ）は、半導
体集積回路１の平面図であり、図１（ｂ）は、図１
（ａ）のＩＢ−ＩＢ線に沿った断面図である。図１
（ａ），（ｂ）に示すように、半導体集積回路１は、例
えばシリコン等からなる半導体基板２上に、例えばパワ
ーモジュール等の半導体素子部３が設けられる。また、
半導体基板２上に、半導体素子部３の温度を検出する検
出回路部４が設けられる。これら、半導体素子部３及び
検出回路部４は、図１（ｂ）において、素子領域のみ示
している。この検出回路部４は、保護回路部５と接続さ
れる。検出回路部４が検出した温度に応じて、保護回路
部５が、例えば電源の供給を停止する等して半導体素子
部３が許容温度を越えないように制御する。この他、例
えば、半導体素子部３に供給される電流を制限し、また
は、半導体素子部３でのデューティーを制御することに
より、半導体素子部３でのパワー損失を軽減させて温度
上昇を制限することもできる。

【００１３】上記半導体基板２上の半導体素子部３にお
いて、例えばアルミニウム、ポリシリコン等の導電性部
材からなる第１の配線パターン６が設けられる。この第
１の配線パターン６は、一部が検出回路部４に延出し、
接続され、この部分は例えば共通のグランド線とされ
る。第１の配線パターン６には、絶縁膜７を介して、例
えばアルミニウム、ポリシリコン等の導電性部材からな
る第２の配線パターン８が設けられる。この第２の配線
パターン８は、半導体素子部３において、上記第１の配
線パターン６とほぼ同じ形状の第１の部分（第１配線パ
ターン）８ａと、所定の大きさを持った一部が延出した
接続部８ｂと、この接続部８ｂと接続され、検出回路部
４上の全面まで形成された第２の部分（第２配線パター
ン）８ｃとを有する。接続部８ｂは、例えば、半導体素
子部３と対向する検出回路部４の辺と略同一程度の幅を
有していればよい。第１，第２の配線パターン６，８相
互間は、半導体素子部３において、例えば絶縁膜７に設
けられたスルーホール（図示せぬ）を介して接続され
る。

【００１４】上記半導体集積回路１において、９は、半
導体基板２上の第１の配線パターン６以外の領域に形成
された例えば酸化シリコン等の絶縁膜である。

【００１５】上記構成の半導体集積回路１の動作につい
て説明する。半導体集積回路１が動作することに従い、
半導体素子部３において熱が発生する。この熱は、半導
体素子部３において第２の配線パターン８を介して検出
回路部４に伝わる。検出回路部４にて検出された熱の温
度に応じて、保護回路部５が動作し、半導体素子部３が
許容温度以下に制御される。

【００１６】第１の実施形態によれば、半導体素子部３
に設けられた第２の配線パターン８を用いて検出回路部
４に熱を伝導する。配線パターンは、一般にアルミニウ
ム等の熱伝導性の高い材料を用いて構成される。したが
って、半導体素子部３で発生した熱が、高速で検出回路
部４に達する。このため、検出回路部４での熱の検出が
遅れることにより、半導体素子部３が許容温度を越えて
しまうことを回避できる。

【００１７】また、上記したように半導体素子部３から
検出回路部４まで、高速で熱が伝わるため、従来例のよ
う検出回路部４を半導体素子部３の近傍または内部に配
置する必要がない。このため、各素子の配置の仕方の自
由度が増し、半導体集積回路全体のサイズを縮小でき
る。

【００１８】さらに、半導体素子部３の熱が高速で伝わ
るため、検出回路部４において、従来例のように保護回
路部５を動作させる設定温度を、余裕を持たせて低く設
定する必要がない。このため、半導体素子部３の実際の
許容温度に近い温度まで、設定温度を上げることがで
き、半導体集積回路全体の許容温度を上げることができ
る。

【００１９】（第２の実施形態）図２は、本発明の第２
の実施形態に係る半導体集積回路を概略的に示してい
る。第１の実施形態において、第２の配線パターン８の
第２の部分８ｄは、検出回路部４の全面を覆うように形
成する。これに対し、第２の実施形態では、第２の部分
８ｄが検出回路部４の周囲を囲うように形成される。そ
の他の構成については、第１の実施形態と同様であり、
説明は省略する。

【００２０】第２の実施形態によれば、第１の実施形態
と同様の効果を得られる。

【００２１】（第３の実施形態）第１，第２の実施形態
において、第２の配線パターン８の第２の部分８ｃは、
絶縁膜７上に形成される。これに対して、第３の実施形
態では、第２の配線パターン８の第２の部分８ｄは第２
の実施形態におけるそれと平面構造は同じである。しか
し、検出回路部４の半導体基板２内に達する突出部８ｅ
を有する。

【００２２】第３の実施形態の平面図は、図２と同じで
ある。図３は、図２のIII−III線に沿った断面図であ
り、本発明の第３の実施形態に係る半導体集積回路を示
している。

【００２３】図３に示すように、第２の配線パターン８
の第２の部分８ｄは、検出回路部４の周囲に沿って、表
面から突出した突出部８ｅを有する。この突出部８ｅ
は、半導体基板２内まで達する。その他の構成について
は、第１の実施形態と同様であり、説明は省略する。

【００２４】第３の実施形態によれば、第１の実施形態
と同様の効果を得られる。さらに、検出回路部４におい
て、第２の配線パターン８が突出部８ｅを介して半導体
基板２まで達する。このため、第２の配線パターン８が
絶縁膜７上に設けられた第１の実施形態に比べて、半導
体素子部３の熱がより高速に検出回路部４に伝達され
る。したがって、第１の実施形態による効果をさらに向
上させた効果を得られる。

【００２５】（第４の実施形態）図４は、本発明の第４
の実施形態に係る半導体集積回路を示している。上記第
１乃至第３の実施形態では、第１の配線パターン６上に
設けられた第２の配線パターン８を用いて、半導体素子
部３で発生した熱を検出回路部４に伝達する。これに対
して、第４の実施形態では、下側に設けられた第１の配
線パターン６を用いて、熱を伝達する。

【００２６】図４に示すように、半導体素子部３上に設
けられた第１の配線パターン１１は、第１乃至第３の実
施形態で示す第２の配線パターン８と同じ形状を有す
る。すなわち、半導体素子部３上を覆う第１の部分１１
ａと、一部が延出した接続部１１ｂと、この接続部１１
ｂと接続され、検出回路部４上の全面まで形成された第
２の部分１１ｃとを有する。第１の配線パターン１１上
には図示せぬ絶縁膜７を介して第２の配線パターン１２
（ハッチングを用いて図示される）が設けられる。この
第２の配線パターン１２は、一部が検出回路部４まで延
出し、接続され、この部分は、例えば共通のグランドと
される。その他の構成については、第１の実施形態と同
様であり、説明は省略する。

【００２７】第４の実施形態によれば、第１の実施形態
と同様の効果を得られる。

【００２８】（第５の実施形態）図５は、本発明の第５
の実施形態に係る半導体集積回路を概略的に示してい
る。第５の実施形態は、第２の実施形態と第４の実施形
態とを組み合わせたものである。すなわち、第１の配線
パターン１１を用いて、半導体素子部３で発生した熱を
検出回路部４に伝達する。また、第１の配線パターン１
１の第２の部分１１ｄは、第２の実施形態と同様に、検
出回路部４の周囲を囲うように形成される。その他の構
成については、第１の実施形態と同様であり、説明は省
略する。

【００２９】第５の実施形態によれば、第１の実施形態
と同様の効果を得られる。

【００３０】なお、図５中のVI−VI線については後述す
る。

【００３１】（第６の実施形態）図６は、図５のVI−VI
線に沿った断面図であり、本発明の第６の実施形態に係
る半導体集積回路を概略的に示している。第６の実施形
態は、第３の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせ
たものである。すなわち、第１の配線パターン１１を用
いて、半導体素子部３で発生した熱を検出回路部４に伝
達する。また、第１の配線パターン１１の第２の部分１
１ｄは、第３の実施形態と同様に、表面から突出した突
出部１１ｅを有する。この突出部１１は、半導体基板２
内まで達する。その他の構成については、第１の実施形
態と同様であり、説明は省略する。

【００３２】第６の実施形態によれば、第３の実施形態
と同様の効果を得られる。

【００３３】その他、本発明の思想の範疇において、当
業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るも
のであり、それら変更例及び修正例についても本発明の
範囲に属するものと了解される。

【００３４】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
半導体素子等の熱源から熱検出回路部への熱の伝導速度
を向上可能な半導体集積回路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体集積回路
を概略的に示す図。

【図２】本発明の第２の実施形態に係る半導体集積回路
を概略的に示す図。

【図３】本発明の第３の実施形態に係る半導体集積回路
を概略的に示す図。

【図４】本発明の第４の実施形態に係る半導体集積回路
を概略的に示す図。

【図５】本発明の第５の実施形態に係る半導体集積回路
を概略的に示す図。

【図６】本発明の第６の実施形態に係る半導体集積回路
を概略的に示す図。

【図７】従来の半導体集積回路を概略的に示す図。

【符号の説明】

１…半導体集積回路、２…半導体基板、３…半導体素子部、４…検出回路部、５…保護回路部、６…第１の配線パターン、７…絶縁膜、８…第２の配線パターン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鶴岡正紹神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地１東芝マイクロエレクトロニクス株式会社内Ｆターム(参考） 5F033 HH04 HH08 JJ04 JJ08 KK01 KK04 KK08 MM21 NN13 UU01 VV12 5F038 AZ08 BH16 CA08 CD01 CD02 CD18 EZ20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子部で発生した熱を検出回路部に
おいて検出し、この検出された熱に応じて前記半導体素
子部を許容温度以下に制御する半導体集積回路であっ
て、第１配線パターンを有し、半導体基板上に配設された半
導体素子部と、第２配線パターンを有し、前記半導体基板上に配設され
た検出回路部と、前記第１，第２配線パターンとを接続する接続部と、を具備し、前記第１，第２配線パターン及び前記接続部
は同じ部材に由来し、前記第２配線パターンは前記検出
回路部の上部全面を覆い、前記検出回路部は、前記第２
配線パターンを伝わる熱を検出することを特徴とする半
導体集積回路。
【請求項２】前記接続部は、前記検出回路部が前記半導
体素子部と対向する第１辺と略同一の幅を有することを
特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項３】前記第２配線パターンは、前記検出回路部
の上部の輪郭部分のみを覆っていることを特徴とする請
求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項４】前記第２配線パターンに設けられ、前記検
出回路部の前記半導体基板内に達する突起部をさらに具
備することを特徴とする請求項３に記載の半導体集積回
路。
【請求項５】前記第１，第２配線パターン及び前記接続
部は、前記半導体基板上に配設された第３配線パターン
及び絶縁膜上に配設されたことを特徴とする請求項１乃
至４のいずれかに記載の半導体集積回路。