JP2008130724A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置、特に、絶縁ゲート型素子のしきい値電圧変動の抑制に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to suppression of threshold voltage fluctuation of an insulated gate element.
パワーエレクトロニクスの分野では、MOSFET、IGBT等の絶縁ゲート型あるいはMOS型のパワーデバイスが使用されることが多く、MOS型素子のスイッチングはゲート電圧の制御により行われる。ドレイン・ソース間に一定電圧VDを印加し、ドレイン電流が設定電流値となるゲート・ソース間電圧をしきい値電圧Vthという。このしきい値電圧は、ゲート電界によりゲート酸化膜中に発生した膜中電荷・界面電荷や、素子温度により変化する。 In the field of power electronics, insulated gate type or MOS type power devices such as MOSFETs and IGBTs are often used, and switching of MOS type elements is performed by controlling gate voltage. A gate-source voltage at which a constant voltage VD is applied between the drain and source and the drain current becomes a set current value is referred to as a threshold voltage Vth. This threshold voltage changes depending on the in-film charge / interface charge generated in the gate oxide film by the gate electric field and the element temperature.
しきい値電圧変動は、以下の式で表すことができる。
ΔVth=ΔVthaging+ΔVthtemp ・・・・(1)
ここで、Δthagingは膜中電荷・界面電荷による経時的な変動分で、Δthtempはしきい値電圧の温度変動分である。発生した膜中電荷・界面電荷は時間とともに蓄積されるのでΔthagingはゲート電界を取り除いてもゼロにならないが、Δthtempは温度が基準温度に戻るとゼロになる。
The threshold voltage fluctuation can be expressed by the following equation.
ΔVth = ΔVth aging + ΔVth temp (1)
Here, Δth aging is a change over time due to the charge in the film and the interface charge, and Δth temp is a temperature change of the threshold voltage. Since the generated in-film charges and interface charges are accumulated with time, Δth aging does not become zero even when the gate electric field is removed, but Δth temp becomes zero when the temperature returns to the reference temperature.
ところで、MOSFETの電流電圧特性は以下の式で表すことができる。
ID=μCoxW/2L・{2(VG−Vth)VD−VD2} ・・・(2)
式(2)に示すとおり、FETの伝導特性において、しきい値電圧Vthは重要な役割を果たす。従来より、システム設計においてしきい値電圧の温度特性ΔVthtempを取り込むことは可能である。しかしながら、膜中電荷・界面電荷によるしきい値電圧変動ΔVthagingについては、ゲート電界による酸化膜の変質によりしきい値電圧が変動すると当初のシステム設計から外れることになるため、素子温度が許容範囲より上昇するおそれがある。
Incidentally, the current-voltage characteristic of the MOSFET can be expressed by the following equation.
ID = μCoxW / 2L · {2 (VG−Vth) VD−VD 2 } (2)
As shown in Expression (2), the threshold voltage Vth plays an important role in the conduction characteristics of the FET. Conventionally, it is possible to capture the temperature characteristic ΔVth temp of the threshold voltage in the system design. However, the threshold voltage fluctuation ΔVth aging due to the charge in the film and the interface charge deviates from the original system design when the threshold voltage fluctuates due to the oxide film alteration due to the gate electric field, so that the element temperature is within the allowable range. May rise further.
また、パワーデバイスを実装基板に固定するためのはんだ材にボイドが生じたり、熱伝導性グリスが変質すると冷却特性が低下し、素子温度の上昇に伴って素子性能が低下する。 Further, when a void is generated in the solder material for fixing the power device to the mounting substrate or the thermal conductive grease is changed, the cooling characteristics are lowered, and the element performance is lowered as the element temperature is increased.
下記の特許文献では、IGBT等のパワーデバイスと温度検出素子とを同一半導体基板に集積し、IGBTの加熱保護を図る技術が開示されている。温度検出素子にはPNダイオードが用いられ、定電流源から順方向に微弱な一定電流を流し、PNダイオードの順電圧を検出することで温度を検出している。 In the following patent document, a technology is disclosed in which a power device such as an IGBT and a temperature detection element are integrated on the same semiconductor substrate to protect the IGBT by heating. A PN diode is used as the temperature detection element. A constant current that is weak from the constant current source is passed in the forward direction, and the temperature is detected by detecting the forward voltage of the PN diode.
しかしながら、上記の従来技術では、温度上昇によるしきい値電圧変動ΔVthtempには対応できても、膜中電荷・界面電荷によるしきい値電圧変動Δthagingには対応できない。 However, the above-described conventional technology cannot cope with the threshold voltage fluctuation Δth aging due to the charge in the film and the interface charge even though it can cope with the threshold voltage fluctuation ΔVth temp due to the temperature rise.
本発明の目的は、膜中電荷・界面電荷によるしきい値電圧変動にも対応できる半導体装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can cope with threshold voltage fluctuations due to in-film charges and interface charges.
本発明は、半導体基板上に形成された第1絶縁ゲート素子と、前記半導体基板上に形成され、前記第1絶縁ゲート素子と同一のゲート電圧が印加される第2絶縁ゲート素子と、
前記半導体基板上に形成された第3絶縁ゲート素子と、前記第2絶縁ゲート素子のしきい値電圧と前記第3絶縁ゲート素子のしきい値電圧との相違に基づいて前記第1絶縁ゲート素子のしきい値電圧に生じる膜中電荷あるいは界面電荷による経時変動分を検出する検出手段と、検出された前記経時変動分に基づいて前記第1絶縁ゲート素子のゲート電圧を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
The present invention includes a first insulated gate element formed on a semiconductor substrate, a second insulated gate element formed on the semiconductor substrate and applied with the same gate voltage as the first insulated gate element,
A third insulated gate element formed on the semiconductor substrate; and a first insulated gate element based on a difference between a threshold voltage of the second insulated gate element and a threshold voltage of the third insulated gate element. Detecting means for detecting a time-dependent variation due to an in-film charge or an interface charge generated in a threshold voltage of the first and a control means for controlling a gate voltage of the first insulated gate element based on the detected time-dependent variation. It is characterized by having.
また、本発明は、半導体基板上に形成された第1絶縁ゲート素子と、前記半導体基板上に形成され、前記第1絶縁ゲート素子と同一のゲート電圧が印加される第2絶縁ゲート素子と、前記第2絶縁ゲート素子のしきい値電圧と、前記第2絶縁ゲート素子のリーク電流から検出される素子温度に基づく経時変動分のないしきい値電圧との相違に基づいて前記第1絶縁ゲート素子のしきい値電圧に生じる膜中電荷あるいは界面電荷による経時変動分を検出する検出手段と、検出された前記経時変動分に基づいて前記第1絶縁ゲート素子のゲート電圧を制御する制御手段とを有することを特徴とする。 The present invention also includes a first insulated gate element formed on a semiconductor substrate, a second insulated gate element formed on the semiconductor substrate and applied with the same gate voltage as the first insulated gate element, The first insulated gate element based on a difference between a threshold voltage of the second insulated gate element and a threshold voltage having no change over time based on an element temperature detected from a leakage current of the second insulated gate element. Detecting means for detecting a time-dependent variation due to an in-film charge or an interface charge generated in a threshold voltage of the first and a control means for controlling a gate voltage of the first insulated gate element based on the detected time-dependent variation. It is characterized by having.
本発明によれば、絶縁ゲート素子の膜中電荷・界面電荷による経時的なしきい値電圧変動分を検出し、これに基づいて絶縁ゲート素子のゲート電圧を制御することでゲート酸化膜変質による影響を抑制できる。 According to the present invention, the change in threshold voltage over time due to the in-film charge and interface charge of the insulated gate element is detected, and the gate voltage of the insulated gate element is controlled based on the detected threshold voltage fluctuation. Can be suppressed.
以下、図面に基づき本発明の実施形態について、絶縁ゲート素子としてMOSFETを例にとり説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking a MOSFET as an example of an insulated gate element.
<第1実施形態>
図1に、本実施形態における半導体装置の構成を示す。同一半導体基板(チップ)上に、互いに同一特性である3つのFET1、2、3が形成される。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows the configuration of the semiconductor device according to this embodiment. Three
FET1はメイン素子(制御対象素子)であり、シリコン基板上にP−ボディ10a、n+チャネル領域、ゲート酸化膜10c、ゲート電極10及びソース電極10eを有する。FET2は変動検出素子であり、同一シリコン基板上にFET1に隣接して形成され、P−ボディ領域12a、n+チャネル領域12b、ゲート酸化膜12c、ゲート電極12d、ソース電極12e及びドレイン電極12fを有する。FET3は基準素子であり、同一シリコン基板上にFET1及びFET2に隣接して形成され、P−ボディ領域14a、n+チャネル領域14b、ゲート酸化膜14c、ゲート電極14d、ソース電極14e及びドレイン電極14fを有する。3つのFET1、2、3は同一チップ上に形成されるので、各素子間の製造バラツキ及び各素子間の温度差が抑制される。
The
図2に、図1の回路図を示す。FET1のソース端子は電源Vccに接続され、ドレイン端子はグランド電位に設定される。ゲート端子はゲート電圧制御回路22に接続され、ゲート電圧制御回路22はFET1のゲート電圧を制御する。また、FET2のソース端子は一定電圧V+に接続され、ドレイン端子はグランド電位に設定され、ゲート端子はスイッチ16に接続される。
FIG. 2 shows a circuit diagram of FIG. The source terminal of the FET 1 is connected to the power supply Vcc, and the drain terminal is set to the ground potential. The gate terminal is connected to the gate
スイッチ16はa接点及びb接点を有し、a接点はゲート電圧制御回路22に接続され、b接点は比較器18に接続される。スイッチ16がa接点側に切り替わると、FET1のゲート端子及びFET2のゲート端子に同一ゲート電圧が印加される。また、FET3のソース端子は一定電圧V+に接続され、ドレイン端子はグランド電位に設定され、ゲート端子は比較器18及びしきい値温度特性データベースを有する処理回路20に接続される。
The
処理回路20は、しきい値電圧と温度との関係を記憶するデータベースにアクセスし、FET3のしきい値電圧、すなわちFET3のドレイン電流が設定電流値となるゲート・ソース間電圧Vth3に対応する温度Tjを抽出する。しきい値温度特性データベースは、予めFET3について各種温度においてしきい値電圧を測定してメモリに記憶しておくことで構成される。一般に、温度が増大するほどしきい値電圧は低下する。温度としきい値電圧とは1:1に対応しているので、FET3のしきい電圧Vth3を検出することで温度を一義的に得ることができる。FET1、2、3は互いに同一チップ上に隣接形成されているため、FET3の温度はFET1の温度に等しいとみなすことができ、処理回路20で検出された温度TjはFET1の温度とみなすことができる。処理回路20は、抽出した温度Tjをゲート電圧制御回路22に出力する。
The
比較器18は、スイッチ16がb接点側に切り替わった場合、FET2のしきい値電圧Vth2を入力するとともにFET3のしきい値電圧Vth3を入力し、両しきい値電圧を比較する。比較結果は膜中電荷・界面電荷によるしきい値電圧変動分ΔVthagingである。すなわち、FET1、2は同一チップ上に近接配置されているため、素子温度は互いに等しく、温度によるしきい値変動分Δthtempも等しい。また、スイッチ16をa接点側に切り替えた場合、FET1のゲート端子及びFET2のゲート端子にはゲート電圧制御回路22から等しいゲート電圧が印加されるから、膜中電荷・界面電荷による変動分Δthagingも等しくなる。一方、FET3の素子温度はFET1、2の素子温度と等しくFET1、2と同様の温度変動分Δthtempを有するが、FET1、2に印加されるゲート電圧は印加されていないのでΔthagingを有しない。したがって、FET2のしきい値電圧Vth2とFET3のしきい値電圧Vth3の差分を演算することで、FET2に含まれる膜中電荷・界面電荷による変動分Δthagingが得られることになる。
When the
なお、FET2のしきい値Vth2計測時のゲート電圧は、動作時のゲート電圧に比べて十分低いため、しきい値計測時のゲート酸化膜へのダメージは動作時に比べて非常に小さく無視し得る。比較器18は比較により検出したVthagingをゲート電圧制御回路22に出力する。
Since the gate voltage at the time of measuring the threshold value Vth2 of the
ゲート電圧制御回路22は、処理回路20からの温度Tjと、比較器18からのΔthagingとに基づいてFET1のゲート電圧を制御し、FET1の動作を制御する。
The gate
図3に、本実施形態の処理フローチャートを示す。まず、FET1の導通時、スイッチ
16をa接点側に切り替えて、FET2のゲート端子にもFET1と同様のゲート電圧を印加する(S101)。FET2にはFET1と同様の膜中電荷・界面電荷によるしきい値電圧変動分Δthagingが生じる。
FIG. 3 shows a processing flowchart of the present embodiment. First, when the
次に、FET1の非導通時において、スイッチ16をb接点側に切り替えて、FET2及びFET3に設定電流を流し、それぞれのしきい値電圧Vth2及びVth3を検出する。しきい値電圧Vth2及びVth3は比較器18に供給される。また、しきい値電圧Vth3は処理回路20にも供給される。
Next, when the
処理回路20は、しきい値温度特性データベースを用いて、検出したしきい値電圧Vth3に対応する温度Tjを算出する。この温度TjはFET1、2、3がともに形成されているチップの温度であり、FET1、2、3の素子温度である。算出された温度Tjはゲート電圧制御回路22に供給される。
The
ゲート電圧制御回路22は、入力した温度Tjと素子温度上限であるTjmaxとを大小比較する(S104)。Tj>Tjmaxである場合、素子温度上限を超えて素子温度が上昇したことになるから、ゲート電圧制御回路22はFET1のゲート電圧をゼロとしてFET1の動作を直ちに停止する(S107)。これにより、温度上昇によるFET1の特性劣化、あるいはFET1の破壊が防止される。
The gate
一方、入力した温度データTjとTjmaxとを比較した結果、Tj≦Tjmaxである場合、比較器18はVth2とVth3とを比較することでΔVthagingを算出する。具体的には、
Vth2=Vthinit+ΔVthaging+ΔVthtemp ・・(3)
であり、
Vth3=Vthinit+ΔVthtemp ・・・(4)
であるから、
ΔVthaging=V2−V3 ・・・(5)
によりΔVthagingを算出する(S105)。ここで、VthinitはFET2、FET3の当初の(経時的変動分のない)しきい値電圧である。ゲート電圧制御回路22は、比較器20からΔVthagingを入力し、これに基づいて次のFET1の導通時にFET1のゲート端子に印加すべきゲート電圧を設定する(S106)。ゲート電圧Vgは、
Vg=Vginit+ΔVthaging ・・・(6)
により設定する。ここで、Vginitは初期ゲート電圧である。しきい値電圧VthはΔVthaging分だけ変動しているので、この変動分を補償するようにゲート電圧をΔVthaging分だけ増大させる。これにより、温度上昇による素子破壊を防止できるだけでなく、膜中電荷・界面電荷によるしきい値電圧変動分も抑制して初期設定値を維持できる。
On the other hand, as a result of comparing the input temperature data Tj and Tjmax, when Tj ≦ Tjmax, the
Vth2 = Vth init + ΔVth aging + ΔVth temp (3)
And
Vth3 = Vth init + ΔVth temp (4)
Because
ΔVth aging = V2−V3 (5)
ΔVth aging is calculated by (S105). Here, Vth init is an initial threshold voltage (no variation with time) of FET2 and FET3. The gate
Vg = Vg init + ΔVth aging (6)
Set by. Here, Vg init is an initial gate voltage. Since the threshold voltage Vth fluctuates only [Delta] Vth aging content, increasing the gate voltage by [Delta] Vth aging component to compensate for this variation. This not only prevents device destruction due to temperature rise, but also suppresses threshold voltage fluctuations due to in-film charges and interface charges, thereby maintaining the initial set value.
このように、本実施形態では、FET1の他にFET2及びFET3を同一チップ上に形成し、FET2にFET1と同様のゲート電圧を印加してFET1と同様の膜中電荷・界面電荷によるしきい値電圧変動と温度変動を与え、FET3には膜中電荷・界面電荷を与えず温度変動のみを与えるように構成し、FET3を用いてFET3を温度検出素子として機能させて温度を検出し、かつ、FET2を用いて膜中電荷・界面電荷の変動分を検出することで、FET1の膜中電荷・界面電荷による変動分と温度変動分をともに検出してFET1のゲート電圧を制御することができる。本実施形態では、FET3を温度検出素子として機能させているので、別途、素子構造の異なる(例えばP/Nダイオード)温度センサを設ける必要がない。
As described above, in this embodiment, the
<第2実施形態>
図4に、本実施形態における半導体装置の構成を示す。2つのFET1、2が同一半導体基板上に形成される。FET1はメイン素子で、FET2は変動検出素子である。FET1の構成は図1におけるFET1の構成と同様であり、シリコン基板上にP−ボディ10a、n+チャネル領域、ゲート酸化膜10c、ゲート電極10及びソース電極10eを有する。FET2は図1におけるFET2と同様の構成であり、同一シリコン基板上にFET1に隣接して形成され、P−ボディ領域12a、n+チャネル領域12b、ゲート酸化膜12c、ゲート電極12d、ソース電極12e及びドレイン電極12fを有する。図1では、FET2で膜中電荷・界面電荷による変動分を検出し、FET3で温度変動分を検出しているが、本実施形態ではFET2で膜中電荷・界面電荷による変動分と温度変動分をともに検出する。具体的には、FET2のリーク電流により温度変動分を検出する。
<Second Embodiment>
FIG. 4 shows the configuration of the semiconductor device according to this embodiment. Two
図5に、FET2のゲート電圧Vgとコレクタ電流Icの関係の温度依存性を示す。リーク電流及びしきい値電圧は、FET2の素子温度とともにいずれも上昇する。一方、図6に、FET2のゲート電圧Vgとコレクタ電流Icの関係の膜中電荷・界面電荷依存性を示す。リーク電流は膜中電荷・界面電荷の影響をほとんど受けず、しきい値電圧は膜中電荷・界面電荷の影響を受ける。図5及び図6より、FET2のリーク電流を検出することで膜中電荷、界面電荷の影響によらず、FET2の素子温度を検出できることが理解される。
FIG. 5 shows the temperature dependence of the relationship between the gate voltage Vg of FET2 and the collector current Ic. Both the leak current and the threshold voltage increase with the element temperature of the
図7に、図4の回路図を示す。FET1のソース端子は電源Vccに接続され、ドレイン端子はグランド電位に設定される。ゲート端子はゲート電圧制御回路22に接続される。FET2のソース端子は一定電圧V+及び電流計26に接続され、ドレイン端子はグランド電位に設定され、ゲート端子はスイッチ16に接続される。スイッチ16はa接点及びb接点を有し、a接点はゲート電圧制御回路22に接続され、b接点は変圧器及び電圧計28に接続される。電圧計28で検出されたしきい値電圧Vth2は比較器24に供給される。電流計26で検出されたリーク電流は処理回路21に供給される。
FIG. 7 shows a circuit diagram of FIG. The source terminal of the
処理回路21は、リーク電流の温度特性データベースを有し、検出されたリーク電流に対応する温度Tjを読み出して処理回路20に出力するとともにゲート電圧制御回路22に出力する。
The
処理回路20は、上記の第1実施形態と同様にしきい値温度特性データベースを有し、温度Tjに対応するしきい値電圧Vth´を読み出して比較器24に出力する。第1実施形態では、処理回路20はしきい値電圧Vth2から温度Tjを算出しているが、本実施形態では逆に温度Tjからしきい値電圧Vth´を算出している点に留意されたい。電圧計28で検出されたしきい値電圧Vth2は、膜中電荷・界面電荷の変動分と温度変動分をともに有するしきい値電圧であり、その一方で処理回路20で算出されたしきい値電圧Vth´は、温度変動のみを含むしきい値電圧である。
The
比較器24は、電圧計28からのしきい値電圧Vth2と処理回路20からのしきい値電圧Vth´とを比較し、膜中電荷・界面電荷による変動分ΔVthagingを算出してゲート電圧制御回路22に出力する。
The comparator 24 compares the threshold voltage Vth2 from the
図8に、本実施形態の処理フローチャートを示す。まず、FET1の導通時において、スイッチ16をa接点側に切り替えて、ゲート電圧制御回路22からFET1及びFET2に同一のゲート電圧を印加する(S201)。これにより、FET2にはFET1と同様の温度変動及び膜中電荷・界面電荷による変動が与えられる。
FIG. 8 shows a processing flowchart of the present embodiment. First, when the
次に、FET1の非導通時において、スイッチ16をb接点側に切り替えてFET2のソース・ドレイン間に電圧を印加し、ゲート・ソース間の電圧を変圧器で変化させてしきい値電圧Vth2とリーク電流IL2を検出する(S202)。リーク電流IL2は処理回路21に供給され、しきい値電圧Vth2は比較器24に供給される。処理回路21は、リーク電流の温度特性データベースを用いて、検出したリーク電流IL2に対応する温度Tjを算出する(S203)。この温度Tjはチップの温度であり、FET1、2の素子温度である。算出された温度Tjはゲート電圧制御回路22に供給される。ゲート電圧制御回路22は、温度Tjを素子上限温度Tjmaxと大小比較する。Tj>Tjmaxであれば、素子上限温度を超えて温度が上昇したことを意味するから、FET1に印加するゲート電圧VgをゼロとしてFET1の動作を直ちに停止する(S208)。これにより、FET1の温度上昇による特性劣化、あるいは素子破壊が防止される。
Next, when the
一方、Tj≦Tjmaxの場合、処理回路20はしきい値温度特性データベースを用いて温度Tjにおけるしきい値電圧Vth´を算出する(S205)。このVth´は、膜中電荷・界面電荷による変動分のない(経時的変動分のない)、温度変動分のみが含まれるしきい値電圧である。比較器24は、FET2から検出されたしきい値電圧Vth2と、処理回路20で算出されたしきい値電圧Vth´から膜中電荷・界面電荷による変動分ΔVthagingを算出する(S206)。すなわち、
Vth2=Vthinit+ΔVthaging+ΔVthtemp ・・・(7)
であり、
Vth´=Vthinit+ΔVthtemp ・・・(8)
であるから、
ΔVthaging=Vth2−Vth´ ・・・(9)
により算出する。ゲート電圧制御回路22は、算出された変動分ΔVthagingによる変動を補償すべく、次のFET1の導通時にFET1に印加するゲート電圧Vgを
Vg=Vginit+ΔVthaging ・・・(10)
に設定する(S207)。これにより、温度上昇による素子破壊を防止できるとともに、膜中電荷・界面電荷による変動も抑制できる。
On the other hand, when Tj ≦ Tjmax, the
Vth2 = Vth init + ΔVth aging + ΔVth temp (7)
And
Vth ′ = Vth init + ΔVth temp (8)
Because
ΔVth aging = Vth2−Vth ′ (9)
Calculated by The gate
(S207). As a result, it is possible to prevent element destruction due to temperature rise and to suppress fluctuations due to in-film charges and interface charges.
このように、本実施形態では、2つのFET1、2のみで温度上昇による素子破壊と膜中電荷・界面電荷によるしきい値電圧変動を抑制することができる。第1実施形態ではFET3のしきい値電圧の温度特性を利用して温度を検出しているため、線形に近い温度検出特性を有するが、第2実施形態ではFET2のリーク電流を用いて温度を検出しているため、指数関数に近い温度検出特性を有する。指数関数に近い温度検出特性の場合、特に低温領域では検出精度の低下が懸念されるが、本実施形態のようなパワーデバイスの場合、素子温度は比較的高温で駆動されるため、低温領域での検出精度は問題とならない。パワーデバイスでは、特に高温におけるΔVthagingが大きな問題となるが、本実施形態はこのような高温領域において特に有効に機能するといえる。
As described above, in this embodiment, only two
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。例えば、本実施形態ではFET1、2、3としてMOSFETを例示しているが、IGBTサイリスタ等でもよい。また、FET1、2、3のチャネル極性はPチャネルあるいはNチャネルのいずれもよい。また、ゲート構造は、プレーナでもトレンチでも構わない。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various change is possible. For example, in the present embodiment, MOSFETs are exemplified as the
1 FET(メイン素子)、2 FET(変動検出素子)、3 FET(基準素子)、16 スイッチ、18 比較器、20,21 処理回路、22 ゲート電圧制御回路。 1 FET (main element), 2 FET (variation detecting element), 3 FET (reference element), 16 switch, 18 comparator, 20, 21 processing circuit, 22 gate voltage control circuit.
Claims (10)
前記半導体基板上に形成され、前記第1絶縁ゲート素子と同一のゲート電圧が印加される第2絶縁ゲート素子と、
前記半導体基板上に形成された第3絶縁ゲート素子と、
前記第2絶縁ゲート素子のしきい値電圧と前記第3絶縁ゲート素子のしきい値電圧との相違に基づいて前記第1絶縁ゲート素子のしきい値電圧に生じる膜中電荷あるいは界面電荷による経時変動分を検出する検出手段と、
検出された前記経時変動分に基づいて前記第1絶縁ゲート素子のゲート電圧を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする半導体装置。 A first insulated gate element formed on a semiconductor substrate;
A second insulated gate element formed on the semiconductor substrate and applied with the same gate voltage as the first insulated gate element;
A third insulated gate element formed on the semiconductor substrate;
Over time due to in-film charges or interface charges generated in the threshold voltage of the first insulated gate element based on the difference between the threshold voltage of the second insulated gate element and the threshold voltage of the third insulated gate element Detection means for detecting fluctuations;
Control means for controlling a gate voltage of the first insulated gate element based on the detected temporal variation;
A semiconductor device comprising:
前記第3絶縁ゲート素子のしきい値電圧に基づいて素子温度を検出する温度検出手段
を有することを特徴とする半導体装置。 The apparatus of claim 1.
A semiconductor device comprising temperature detecting means for detecting an element temperature based on a threshold voltage of the third insulated gate element.
前記温度検出手段は、予めしきい値電圧と温度との関係を記憶するデータベースを有し、前記データベース及び検出されたしきい値電圧とに基づいて前記素子温度を検出することを特徴とする半導体装置。 The apparatus of claim 2.
The temperature detecting means has a database for storing a relationship between a threshold voltage and a temperature in advance, and detects the element temperature based on the database and the detected threshold voltage. apparatus.
前記制御手段は、検出された素子温度及び前記経時変動分に基づいて前記第1絶縁ゲート素子のゲート電圧を制御することを特徴とする半導体装置。 The apparatus according to any one of claims 2 and 3,
The control device controls the gate voltage of the first insulated gate element based on the detected element temperature and the variation with time.
前記制御手段は、検出された前記素子温度が所定の上限温度を超えた場合に前記第1絶縁ゲート素子の動作を停止するようにゲート電圧を制御することを特徴とする半導体装置。 The apparatus of claim 4.
The control device controls the gate voltage so as to stop the operation of the first insulated gate element when the detected element temperature exceeds a predetermined upper limit temperature.
前記半導体基板上に形成され、前記第1絶縁ゲート素子と同一のゲート電圧が印加される第2絶縁ゲート素子と、
前記第2絶縁ゲート素子のしきい値電圧と、前記第2絶縁ゲート素子のリーク電流から検出される素子温度に基づく経時変動分のないしきい値電圧との相違に基づいて前記第1絶縁ゲート素子のしきい値電圧に生じる膜中電荷あるいは界面電荷による経時変動分を検出する検出手段と、
検出された前記経時変動分に基づいて前記第1絶縁ゲート素子のゲート電圧を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする半導体装置。 A first insulated gate element formed on a semiconductor substrate;
A second insulated gate element formed on the semiconductor substrate and applied with the same gate voltage as the first insulated gate element;
The first insulated gate element based on a difference between a threshold voltage of the second insulated gate element and a threshold voltage having no change over time based on an element temperature detected from a leakage current of the second insulated gate element. Detecting means for detecting a change over time due to an in-film charge or an interface charge generated at a threshold voltage of
Control means for controlling a gate voltage of the first insulated gate element based on the detected temporal variation;
A semiconductor device comprising:
前記検出手段は、予めリーク電流と温度との関係を記憶するデータベースを有し、前記データベースと検出された前記リーク電流とに基づいて前記素子温度を検出することを特徴とする半導体装置。 The apparatus of claim 6.
The detection device includes a database that stores in advance a relationship between a leakage current and a temperature, and detects the element temperature based on the database and the detected leakage current.
前記検出手段は、予め前記素子温度と経時変動分のないしきい値電圧との関係を記憶するデータベースを有し、前記データベースと検出された素子温度とに基づいて前記第2絶縁ゲート素子の経時変動分のないしきい値電圧を検出することを特徴とする半導体装置。 The device according to any one of claims 6 and 7,
The detection means has a database that stores in advance a relationship between the element temperature and a threshold voltage that does not vary with time, and the time variation of the second insulated gate element based on the database and the detected element temperature. A semiconductor device characterized by detecting a threshold voltage without minute.
前記制御手段は、検出された素子温度及び前記経時変動分に基づいて前記第1絶縁ゲート素子のゲート電圧を制御することを特徴とする半導体装置。 The device according to any one of claims 6 to 8,
The control device controls the gate voltage of the first insulated gate element based on the detected element temperature and the variation with time.
前記制御手段は、検出された前記素子温度が所定の上限温度を超えた場合に前記第1絶縁ゲート素子の動作を停止するようにゲート電圧を制御することを特徴とする半導体装置。 The apparatus of claim 9.
The control device controls the gate voltage so as to stop the operation of the first insulated gate element when the detected element temperature exceeds a predetermined upper limit temperature.
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WO2013045960A3 (en) * | 2011-09-26 | 2014-01-16 | Končar - Elecktrična Vozila D.D. | Procedure and device for measuring silicon temperature and over-temperature protection of a power insulated gate bipolar transistor |
-
2006
- 2006-11-20 JP JP2006312619A patent/JP2008130724A/en active Pending
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WO2013045960A3 (en) * | 2011-09-26 | 2014-01-16 | Končar - Elecktrična Vozila D.D. | Procedure and device for measuring silicon temperature and over-temperature protection of a power insulated gate bipolar transistor |
HRP20110689B1 (en) * | 2011-09-26 | 2016-05-20 | KONÄŚAR - ELEKTRIÄŚNA VOZILA d.d. | Device and method for measuring silicon temperature and overheating protection of insulated gate bipolar power transistors |
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