JP2523678B2 - MOSFET with overcurrent protection function - Google Patents

MOSFET with overcurrent protection function

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JP2523678B2
JP2523678B2 JP62223018A JP22301887A JP2523678B2 JP 2523678 B2 JP2523678 B2 JP 2523678B2 JP 62223018 A JP62223018 A JP 62223018A JP 22301887 A JP22301887 A JP 22301887A JP 2523678 B2 JP2523678 B2 JP 2523678B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明は、過電流保護機能を備えた縦形パワーMOSF
ETに関する。
The present invention relates to a vertical power MOSF having an overcurrent protection function.
Regarding ET.

〔従来技術〕[Prior art]

従来の過電流保護機能を備えた縦形のパワーMOSFETと
しては、例えば、1985年アイイーイーイー パワー エ
レクトロニクス スペシャリスツ コンファレンス レ
コード(IEEE Power Electronics Specialists Confere
nce Record,1985,pp229)に記載されているものがあ
る。
As a conventional vertical power MOSFET with an overcurrent protection function, for example, the 1985 IEEE Power Electronics Specialists Confere
nce Record, 1985, pp229).

上記の装置は、出力段をオン抵抗の小さい縦型MOS(V
DMOS)とし、それにCMOSやバイポーラトランジスタを集
積した、いわゆるパワーICである。この装置は過電流、
過温度、過電圧などの異常からデバイスを保護する機能
を有している。
The above device has a vertical MOS (V
DMOS), which is a so-called power IC in which CMOS and bipolar transistors are integrated. This device is overcurrent,
It has a function to protect the device from abnormalities such as over temperature and over voltage.

上記の装置のうち、本発明の対象とする過電流保護部
の回路構成は第8図のようになっており、その構造断面
は第9図に示すようになっている。
Of the above-mentioned devices, the circuit configuration of the overcurrent protection part which is the object of the present invention is as shown in FIG. 8, and its structural cross section is as shown in FIG.

第8図において、メインMOSFET81は、単一セルMOSFET
82と同じセルが数千個(この例では3000個)並列に接続
されたものである。
In FIG. 8, the main MOSFET 81 is a single cell MOSFET.
Thousands of the same cells as 82 (3000 in this example) are connected in parallel.

本例の場合には、単一セルMOSFET82とメインMOSFET81
とのセル数比は1:3000であるから、単一セルMOSFET82に
流れた電流の3000倍がメインMOSFETに流れることにな
る。
In this example, the single cell MOSFET 82 and the main MOSFET 81
Since the ratio of the number of cells to and is 1: 3000, 3000 times the current that has flowed in the single cell MOSFET 82 will flow to the main MOSFET.

また、負荷84に流れる主電流は、上記の単一セルMOSF
ET82と検流抵抗83とから成るカレントミラー回路によっ
てモニタされる。
The main current flowing through the load 84 is the same as that of the single cell MOSF described above.
The current is monitored by a current mirror circuit including the ET 82 and the galvanometer 83.

上記の回路において、検流抵抗83に流れる電流が大き
くなって検流抵抗83両端のドロップ電圧が大きくなる
と、上側コンパレータ85又は下側コンパレータ86のどち
らかから過電流検出信号が出力され、それによって後続
のゲート駆動回路を停止させて電流を遮断するようにな
っている。従って、負荷短絡などの際にデバイスに流れ
る過電流で該パワーICが破損するのを回避することが出
来る。
In the above circuit, when the current flowing through the galvanic resistor 83 becomes large and the drop voltage across the galvanic resistor 83 becomes large, an overcurrent detection signal is output from either the upper side comparator 85 or the lower side comparator 86. The subsequent gate drive circuit is stopped to cut off the current. Therefore, it is possible to prevent the power IC from being damaged by an overcurrent flowing through the device when the load is short-circuited.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、このような従来の過電流保護機能付MO
SFETにおいては、回路構成が複雑であり、使用するデバ
イスもVDMOS、CMOS、バイポーラ・トランジスタと多岐
にわたり、製造工程も複雑でチップ面積も増大する構成
となっていたため、製造コストが高くなるという問題が
あり、また、上記の装置は過電流、過温度、過電圧など
の種々の異常からデバイスを保護する機能を有するもの
であるため、過電流保護機能のみを必要とする応用分野
では費用効果が悪いので、工業上の応用範囲が限定され
る等の問題があった。
However, such a conventional MO with overcurrent protection function
In SFET, the circuit configuration is complicated, the devices used are diverse such as VDMOS, CMOS, and bipolar transistor, the manufacturing process is complicated, and the chip area is increased.Therefore, there is a problem that the manufacturing cost increases. Also, since the above device has a function of protecting the device from various abnormalities such as overcurrent, overtemperature, and overvoltage, it is not cost-effective in an application field that requires only the overcurrent protection function. However, there is a problem that the industrial application range is limited.

この発明は、上記のごとき従来技術の問題を解決する
ためになされたものであり、構成が簡略で、製造工程も
容易な過電流保護機能を備えたMOSFETを提供することを
目的とする。
The present invention has been made in order to solve the problems of the conventional techniques as described above, and an object of the present invention is to provide a MOSFET having an overcurrent protection function, which has a simple structure and an easy manufacturing process.

〔問題を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記の目的を達成するため、本発明においては、負荷
をスイッチングする第1のMOSFETと、ドレインが上記第
1のMOSFETのドレインと共通に接続され、ゲートが入力
端子に接続された上記第1のMOSFETよりセル数の小さい
カレントミラー用の第2のMOSFETと、上記第1のMOSFET
のソースと上記第2のMOSFETのソースとの間に接続され
た検流抵抗と、上記第1のMOSFETのゲートと上記第2の
MOSFETのゲートとの間に接続された入力抵抗と、コレク
タが上記第1のMOSFETのゲートと上記入力抵抗との接続
点に接続され、ベースが上記検流抵抗と上記第2のMOSF
ETのソースとの接続点に接続され、エミッタが上記第1
のMOSFETのソースに接続されたバイポーラ・トランジス
タとを備えるように構成している。
In order to achieve the above object, in the present invention, a first MOSFET for switching a load, a drain thereof are commonly connected to a drain of the first MOSFET, and a gate thereof is connected to an input terminal. The second MOSFET for the current mirror, which has a smaller number of cells than the MOSFET, and the first MOSFET described above.
Current source connected between the source of the first MOSFET and the source of the second MOSFET, the gate of the first MOSFET, and the second resistor of the second MOSFET.
An input resistance connected between the gate of the MOSFET and a collector is connected to a connection point between the gate of the first MOSFET and the input resistance, and a base of the input resistance and the second MOSF.
It is connected to the connection point with the source of ET, and the emitter is the first
And a bipolar transistor connected to the source of the MOSFET.

すなわち、本発明おいては、カレントミラーの電流検
知をバイポーラ・トランジスタのベース・エミッタ間電
圧の閾値特性を利用して行い、かつ主電流回路のMOSFET
のゲートとカレントミラー回路のMOSFETのゲートとを分
離し、異常時には主電流回路のゲート印加電圧のみを停
止して電流を遮断する構造としたものである。
That is, in the present invention, the current detection of the current mirror is performed by utilizing the threshold characteristic of the base-emitter voltage of the bipolar transistor, and the MOSFET of the main current circuit is
The gate of the current mirror circuit and the gate of the current mirror circuit are separated, and in the event of an abnormality, only the voltage applied to the gate of the main current circuit is stopped to interrupt the current.

上記のように構成したことにより、本発明において
は、従来のようにCMOSロジックを必要としないので、製
造工程が簡単であり、また、素子数が少ないので同一チ
ップに集積してもチップ面積の増加がわずかになる。ま
た、主電流回路のMOSFETのゲートとカレントミラー回路
のMOSFETのゲートとを分離したことにより、異常時には
正帰還作用によって主電流回路のMOSFETが完全にオフに
されるので、過電流の通電によって生じる過温度による
破壊も防止する機能を有している。
With the above-described configuration, the present invention does not require CMOS logic as in the prior art, so the manufacturing process is simple, and since the number of elements is small, the chip area can be reduced even if integrated on the same chip. The increase will be slight. Further, by separating the gate of the MOSFET of the main current circuit and the gate of the MOSFET of the current mirror circuit, the MOSFET of the main current circuit is completely turned off by the positive feedback action in the event of an abnormality, so that it is caused by the overcurrent conduction. It also has the function of preventing damage due to overtemperature.

〔発明の実施例〕Example of Invention

第1図は、本発明の装置の一実施例の回路図であり、
第2〜4図は本発明の一実施例の構造断面図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the device of the present invention,
2 to 4 are structural sectional views of an embodiment of the present invention.

まず、第1図において、M1はメインMOSFET、M2はカレ
ントミラーMOSFETであり、前記第8図の場合と同様に、
カレントミラーMOSFETは単一セル、メインMOSFETは同じ
単一セルを数千個並列に接続したものである。なお、カ
レントミラーMOSFETのセル数は一個に限られるものでは
ないが、メインMOSFETのセル数よりは大幅に小さい数で
ある。また、RSは検流抵抗、Riは入力抵抗、T1はメイン
しMOSFET・M1のゲート電圧VG1を制限するバイポーラ・
トランジスタであり、上記のものから構成される部分、
すなわち破線で囲んだ部分100が本発明の過電流保護機
能付MOSFETとなる。そしてDはドレイン端子、Sはソー
ス端子、Gはゲート端子となる。なお、RLは負荷、VB
電源電圧である。
First, in FIG. 1, M 1 is a main MOSFET, M 2 is a current mirror MOSFET, and as in the case of FIG.
The current mirror MOSFET is a single cell, and the main MOSFET is the same single cell connected in thousands. Note that the number of cells of the current mirror MOSFET is not limited to one, but is significantly smaller than the number of cells of the main MOSFET. R S is a galvanic resistance, R i is an input resistance, T 1 is a main bipolar MOSFET that limits the gate voltage V G1 of MOSFET M 1.
A transistor, a part composed of the above,
That is, the portion 100 surrounded by the broken line is the MOSFET with overcurrent protection function of the present invention. D is a drain terminal, S is a source terminal, and G is a gate terminal. Note that R L is a load and V B is a power supply voltage.

次に、第2図は、上記のメインMOSFET・M1とカレント
ミラーMOSFET・M2の部分の一実施例の構造図であり、
(A)は断面図、(B)はポリSi層7の平面図である。
これらのMOSFETは、半導体チップの裏面から表面(図面
の下から上)に向かって電流の流れるいわゆる縦形MOSF
ETである。
Next, FIG. 2 is a structural diagram of an embodiment of the main MOSFET M 1 and the current mirror MOSFET M 2 described above.
(A) is a sectional view and (B) is a plan view of the poly-Si layer 7.
These MOSFETs are so-called vertical MOSFs in which current flows from the back surface of the semiconductor chip to the front surface (bottom to top of the drawing).
It is ET.

第2図において、1はドレイン電極となるn+基板、2
はドレイン領域となるn基板、3はゲート電圧によって
反転層を形成するpボディ領域、4はn+ソース領域、5
はP+ボディ領域、6は層間絶縁膜、8は金属配線、9は
ゲート酸化膜である。また、7はゲート酸化膜9の上に
設けられたポリSiであり、一部がゲート電極となる。
In FIG. 2, reference numeral 1 is an n + substrate that serves as a drain electrode, 2
Is an n substrate serving as a drain region, 3 is a p body region forming an inversion layer by a gate voltage, 4 is an n + source region, 5
Is a P + body region, 6 is an interlayer insulating film, 8 is a metal wiring, and 9 is a gate oxide film. Further, 7 is poly-Si provided on the gate oxide film 9, and a part thereof becomes a gate electrode.

メインMOSFET・M1とカレントミラーMOSFET・M2とは、
図示のように、単一セルの並列接続で構成されている。
このセル数の比がM1とM2との電流の分流比に等しいこ
と、すなわちカレント・ミラーの原理は従来と同様であ
る。
The main MOSFET M 1 and the current mirror MOSFET M 2 are
As shown in the figure, the cells are connected in parallel.
The ratio of the number of cells is equal to the shunt ratio of the current between M 1 and M 2 , that is, the principle of the current mirror is the same as the conventional one.

次に、第3図は、前記第1図の入力抵抗Riや検流抵抗
RSとして用いられるポリSi抵抗の部分の一実施例の構造
断面図である。
Next, FIG. 3 shows the input resistance R i and the galvanic resistance shown in FIG.
FIG. 3 is a structural cross-sectional view of an example of a poly-Si resistor portion used as R S.

第3図において、10はフィールド酸化膜である。ま
た、ポリSi7は、前記第2図におけるメインMOSFET・M1
及びカレントミラーMOSFET・M2のゲート電極となるポリ
Siと同一のものを使用すれば、工程が増加しない。ま
た、ポリSiへのドーピングは、M1及びM2のn+ソース領域
4、p+ボディ領域5、pボディ領域3などを形成する工
程と共通に行なえば良い。
In FIG. 3, 10 is a field oxide film. Further, poly Si7 the main MOSFET · M 1 in the second view
And the gate electrode of the current mirror MOSFET M 2
If the same material as Si is used, the number of steps does not increase. The doping of poly-Si may be performed in common with the step of forming the n + source region 4, p + body region 5, p body region 3 and the like of M 1 and M 2 .

次に、第4図は、前記第1図のバイポーラ・トランジ
スタT1の部分の一実施例の構造断面図である。
Next, FIG. 4 is a structural sectional view of an embodiment of the portion of the bipolar transistor T 1 shown in FIG.

第4図において、20は、メインMOSFET・M1及びカレン
トミラーMOSFET・M2のpボディ領域3と共通に作られる
第1ベース領域である。また、この中にさらに高濃度で
M1及びM2のp+ボディ領域5と共通に作られる第2ベース
領域21及びn+ソース領域4と共通に作られるエミッタ領
域22を有している。
In FIG. 4, reference numeral 20 denotes a first base region commonly formed with the p body region 3 of the main MOSFET M 1 and the current mirror MOSFET M 2 . In addition, even higher concentration in this
It has a second base region 21 made in common with the p + body region 5 of M 1 and M 2 and an emitter region 22 made in common with the n + source region 4.

上記の第2ベース領域21とエミッタ領域22とは、表面
横方向に形成するバイポーラ・トランジスタT1のベース
幅を小さくするため、同一のマスクを利用した自己整合
拡散(Diffusion Self Alignment技術)で形成する。こ
のT1形成部の第1ベース領域20の一部は、第1ベース領
域20を形成したのちコレクタ領域23を作り込むことによ
ってカットされ、これによって横トランジスタであるT1
のベース幅を十分小さくし、かつベース不純物濃度を下
げて高いhFEを確保している。
The second base region 21 and the emitter region 22 are formed by the self-alignment diffusion (Diffusion Self Alignment technique) using the same mask in order to reduce the base width of the bipolar transistor T 1 formed in the lateral direction of the surface. To do. A part of the first base region 20 of the T 1 forming portion is cut by forming the collector region 23 after forming the first base region 20, whereby a lateral transistor T 1 is formed.
Has a sufficiently small base width and a low base impurity concentration to ensure a high h FE .

以上の回路構成及びデバイス構成は、従来のパワーIC
にあるようなCMOSロジックや複雑なバイポーラ・トラン
ジスタを含まないで構成できるので、製造が簡単にな
る。
The above circuit configuration and device configuration are similar to those of conventional power ICs.
It is easy to manufacture because it can be configured without the CMOS logic and complex bipolar transistors found in.

また必要素子数も少ないのでチップ面積が小さくな
る。
In addition, since the number of required elements is small, the chip area is small.

〔作用〕[Action]

次に作用を説明する。 Next, the operation will be described.

まず、第1図に示した回路上の動作としては、ゲート
端子GにメインMOSFET・M1及びカレントミラーMOSFET・
M2の閾値電圧Vth以上の電圧VGが印加されると、M1とM2
が共にオンし、負荷RLに電流ILが流れる。このときバイ
ポーラ・トランジスタT1がオフであれば、VG=VG1=VG2
であり、M1に流れる電流IとM2に流れる電流iとは、そ
れぞれ構成するセル数をn1,n2とすれば、n1:n2=I:i
である。
First, the operation of the circuit shown in FIG. 1, the main MOSFET · M 1 and the current mirror MOSFET · to the gate terminal G
When a voltage V G higher than the threshold voltage V th of M 2 is applied, M 1 and M 2
Both turn on, and a current I L flows through the load R L. If the bipolar transistor T 1 is off at this time, V G = V G1 = V G2
And the current I flowing in M 1 and the current i flowing in M 2 are n 1 : n 2 = I: i, where n 1 and n 2 are the number of cells constituting each.
Is.

また、IL=I+iであるから、負荷電流ILとなる。Further, since I L = I + i, the load current I L is Becomes

したがって、検流抵抗RSの両端の電圧VS(VS=RS×
i)から電流iを検出することによって負荷電流ILを知
ることができる。
Accordingly, the voltage across the galvanometric resistor R S V S (V S = R S ×
The load current I L can be known by detecting the current i from i).

通常の動作時においては、上記の電圧VSはバイポーラ
・トランジスタT1のベース・エミッタ間電圧の閾値VBE
(0.6V)よりも小さな値に設定され、したがってバイ
ポーラ・トランジスタT1はオフになっており、第1図か
ら容易に判るように、VG=VG1=VG2となっているので、
前記のカレント・ミラー動作が保証されている。
In normal operation, the above voltage V S is the threshold value V BE of the base-emitter voltage of the bipolar transistor T 1.
Since it is set to a value smaller than (0.6V), the bipolar transistor T 1 is turned off, and V G = V G1 = V G2 , as can be easily seen from FIG.
The aforementioned current mirror operation is guaranteed.

一方、負荷短絡などの事故が発生すれば、負荷電流IL
が増大し、上記の電流iもそれに比例して増大するの
で、検流抵抗RSの電圧VSが上昇し、その値がT1のベース
・エミッタ間電圧VBE=0.6Vを超えるとT1がオンし、そ
の結果メインMOSFET・M1のゲート電圧VG1が低下する。
すなわち、VG=VG2>VG1となる。
On the other hand, if an accident such as a load short circuit occurs, the load current I L
T but increases, so increases in proportion thereto also the above currents i, increases the voltage V S of the galvanometric resistor R S, when the value exceeds the base-emitter voltage V BE = 0.6V of T 1 1, the gate voltage V G1 of the main MOSFET M 1 drops as a result.
That is, V G = V G2 > V G1 .

このとき負荷電流ILの制限値をIlimとすると、RSの値
としては、上述の関係から に選定すれば、目的の電流値IlimでトランジスタT1をオ
ンにして負荷電流ILを制限値Ilimに制限することが出来
る。
At this time, assuming that the limit value of the load current I L is I lim , the value of R S is If it is selected, the load current I L can be limited to the limit value I lim by turning on the transistor T 1 at the target current value I lim .

ところで、上記のようにVG2>VG1になると、VG2≠VG1
であるから、カレント・ミラーの原理が成立しなくな
る。
By the way, when V G2 > V G1 as described above, V G2 ≠ V G1
Therefore, the principle of the current mirror is no longer valid.

すなわち、メインMOSFET・M1においては、ゲート電圧
VG1が低下すると、該M1のオン抵抗RONが急増するので、
該M1を流れる電流I(IL)が減少してもドレイン・ソ
ース間電圧VDS、すなわち が増加する。
That is, in the main MOSFET M 1 , the gate voltage
When V G1 decreases, the on-resistance R ON of the M 1 increases rapidly.
Even if the current I (I L ) flowing through the M 1 decreases, the drain-source voltage V DS , that is, Will increase.

一方、カレントミラーMOSFET・M2には依然としてVG2
=VGの電圧が印加されたままであるから、VDが増加する
と電流iが増加する。
On the other hand, the current mirror MOSFET M 2 still has V G2
Since the voltage = V G remains applied, the current i increases as V D increases.

すなわち、M1を流れる電流Iは減少するが、M2を流れ
る電流iは逆に増大する。そのため、検流抵抗RSの両端
の電圧VS=RS×iは更に大きくなり、バイポーラ・トラ
ンジスタT1はさらに強くオンの状態になるので、M1のゲ
ート電圧VG1は正帰還作用で更に降下し、ついにはVG1
VthとなってM1が遮断されるようになる。従って、一旦
過電流が限界値Ilimを越すとメインMOSFET・M1には殆ん
ど電流が流れなくなるので、素子が過電流から保護され
る。
That is, the current I flowing through M 1 decreases, but the current i flowing through M 2 increases conversely. Therefore, the voltage V S = R S × i across the galvanic resistor R S becomes larger, and the bipolar transistor T 1 is turned on more strongly, so that the gate voltage V G1 of M 1 is positively fed back. Further down, V G1 <
It becomes V th and M 1 is cut off. Therefore, once the overcurrent exceeds the limit value I lim , almost no current flows through the main MOSFET M 1 , so that the element is protected from the overcurrent.

また、負荷の短絡等で過電流状態になったときに、電
流値を限界値Ilimに制限しただけでは、パワーMOSFETは
VDS×Ilimの電力を消費する。そして設計電流より大き
な電流Ilimに対しては通常VDSも過大になり、かつ、そ
の過大なVDSと通常の動作電流より大きな電流Ilimとの
積で示される上記の消費電力は、通常時の消費電力より
もかなり大きな値となり、そのためジャンクション温度
が過大になって、ついには熱暴走破損に到る恐れがあ
る。しかし、本実施例においては、前記のごとく、一
旦、電流が限界値Ilimを越すと、メインMOSFET・M1には
殆んど電流が流れなくなるので、素子が過電流から保護
されると同時に、上記のごとき過電流の通電による過温
度上昇からも保護されることになる。
Also, if the current value is limited to the limit value I lim when an overcurrent state occurs due to a load short circuit, the power MOSFET will
It consumes the power of V DS × I lim . And for the current I lim larger than the design current, the V DS is usually too large, and the above power consumption shown by the product of the excessive V DS and the current I lim larger than the normal operating current is usually The power consumption is much higher than the power consumption at that time, and the junction temperature becomes too high, which may eventually lead to thermal runaway damage. However, in the present embodiment, as described above, once the current exceeds the limit value I lim , almost no current flows in the main MOSFET M 1 , so that the element is protected from overcurrent at the same time. Also, it is protected from an overtemperature rise due to the overcurrent energization as described above.

なお、上記の実施例に用いた抵抗は、第3図に示すご
とく、全て絶縁膜上に形成したポリSiであるから、M1
M2との電気的絶縁は完全であり、温度上昇に対しても極
めて安定である。
Note that, as shown in FIG. 3, the resistors used in the above examples are all made of poly-Si formed on the insulating film, so that M 1 ,
The electrical insulation from M 2 is perfect and it is extremely stable against temperature rise.

また、基板中に形成したバイポーラ・トランジスタT1
は、横形ではあるがベース幅を極めて狭く構成できるDS
A(Diffusion Self Aligument)技術を用いて形成して
いるため、過電流検出用コンパレータとして安定に作動
する。
Also, a bipolar transistor T 1 formed in the substrate
DS is a horizontal type, but the base width can be made extremely narrow.
Since it is formed using A (Diffusion Self Aligument) technology, it operates stably as an overcurrent detection comparator.

次に、第5図は、本発明の第2の実施例図であり、前
記第1図の回路におけるバイポーラ・トランジスタT1
検流抵抗RSとを集積した構造の断面図を示す。
Next, FIG. 5 is a second embodiment of the present invention and shows a sectional view of a structure in which the bipolar transistor T 1 and the galvanic resistance R S in the circuit of FIG. 1 are integrated.

第4図との相違は、コレクタ領域23の下のピンチ領域
25を検流抵抗RSとして使用している点である。
The difference from FIG. 4 is that the pinch region under the collector region 23
25 is used as the galvanic resistance R S.

本実施例の構成においては、比抵抗の大きいピンチ領
域を使用し、また、コレクタ領域直下の領域を有効に利
用しているので、チップ面積を節約することが出来る。
In the structure of this embodiment, the pinch region having a large specific resistance is used, and the region immediately below the collector region is effectively used, so that the chip area can be saved.

次に、第6図は本発明の第3の実施例図である。 Next, FIG. 6 is a diagram of a third embodiment of the present invention.

この実施例は、前記第1図におけるバイポーラ・トラ
ンジスタT1を3層のnpnポリSiトランジスタで構成した
例である。
This embodiment is an example in which the bipolar transistor T 1 in FIG. 1 is composed of three layers of npn poly Si transistors.

ポリSiは、粒界に多数のトラップを有するため、少数
キャリヤである電子の拡散長は、典型的には数1000Å〜
1μmであるが、ベース幅をこの程度にできれば十分使
用できるようになる。また、hFE<1でもT1の出力イン
ピーダンスが入力抵抗Riに比べて十分低ければ差つかえ
ない。
Since poly-Si has many traps at grain boundaries, the diffusion length of electrons, which are minority carriers, is typically several thousand Å ~
Although it is 1 μm, if the base width can be set to this level, it can be sufficiently used. Further, even if h FE <1, it cannot be different if the output impedance of T 1 is sufficiently lower than the input resistance R i .

本実施例においては、ポリSiを積層して下から順にコ
レクタ領域31、ベース領域32、エミッタ領域33を形成し
ている。なお、上記各領域の厚さは、コレクタ領域31
1μm、ベース領域325000Å、エミッタ領域331μ
m程度である。
In this embodiment, poly-Si is laminated to form a collector region 31, a base region 32, and an emitter region 33 in order from the bottom. The thickness of each of the above regions is the collector region 31.
1μm, base region 325000Å, emitter region 331μ
m.

この実施例においては、3層間で不純物拡散が起るの
を防ぐため、第2図の縦形MOSFET・M1、M2を形成した後
にLPCVD等でデポジットするのが良い。
In this embodiment, in order to prevent the impurity diffusion between the three layers, it is preferable to deposit the vertical MOSFETs M 1 and M 2 shown in FIG. 2 by LPCVD or the like.

本構成によれば、製造工程はやや増えるが、寄生バイ
ポーラ・トランジスタは一切できないので性能上は最も
秀れている。
According to this configuration, the number of manufacturing steps is slightly increased, but the parasitic bipolar transistor cannot be used at all, so that the performance is the best.

次に、第7図は本発明の第4の実施例図であり、
(A)は断面図、(b)は平面図を示す。
Next, FIG. 7 is a diagram of a fourth embodiment of the present invention.
(A) is a sectional view and (b) is a plan view.

これは第6図と同様に、バイポーラ・トランジスタT1
として用いるポリSiバイポーラ・トランジスタを示して
いるが、その構造が一層ポリSiで形成できるので、第6
図の実施例より製造工程が簡単になる。
This is a bipolar transistor T 1 as in FIG.
A poly-Si bipolar transistor used as is shown, but since the structure can be made of more poly-Si,
The manufacturing process is simpler than that of the illustrated embodiment.

なお、本実施例においては、短ベース幅を得るため、
厚いSiO2などから成る同一の拡散マスクによってベース
領域35、エミッタ領域34を順次拡散し、その拡散の差に
よってベース幅を小さくコントロールするようにしてい
る。この手法はDSA技術として知られている。第7図
(B)中の38がDSAマスクである。また、40はベース領
域35のリード領域であり、ここにベース電極(図示せ
ず)が設けられる。
In this embodiment, in order to obtain a short base width,
The base region 35 and the emitter region 34 are sequentially diffused by the same diffusion mask made of thick SiO 2 or the like, and the base width is controlled to be small by the difference in the diffusion. This technique is known as DSA technology. 38 in FIG. 7 (B) is a DSA mask. Further, 40 is a lead region of the base region 35, on which a base electrode (not shown) is provided.

本実施例の構成は、横形デバイスとなるので、第6図
の実施例に比べると、同一駆動能力を得るためのサイズ
は大きくなるが、工程が簡単であり、かつ、寄生バイポ
ーラ・トランジスタが一切できないという秀れた効果が
ある。
Since the configuration of this embodiment is a lateral device, the size for obtaining the same drive capacity is larger than that of the embodiment of FIG. 6, but the process is simple and no parasitic bipolar transistor is used. It has an excellent effect that it cannot.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明してきたように、この発明によれば、カレン
トミラーの電流検知をバイポーラ・トランジスタのベー
ス・エミッタ間電圧の閾値特性を利用して行い、かつ主
電流回路のMOSFETのゲートとカレントミラー回路のMOSF
ETのゲートとを分離し、異常時には主電流回路のゲート
印加電圧のみを停止して電流を遮断するように構成した
ため、製造工程が簡単でチップ面積が小さくなり、した
がって高信頼性のパワーMOSFETを安価に提供することが
出来るという効果が得られる。また、主電流回路のMOSF
ETのゲートとカレントミラー回路のMOSFETのゲートとを
分離したことにより、異常時には正帰還作用によって主
電流回路のMOSFETが完全にオフにされるので、過電流の
通電によって生じる過温度による破壊も防止することが
出来る。また、第5図の実施例では、第3図及び第4図
のデバイスで第1図の回路を実現したときに比べてチッ
プ面積を更に小さくすることが出来る。また、第6図や
第7図の実施例においては、SOI構造のため、一切寄生
効果がなく高性能である、等の多くの優れた効果が得ら
れる。
As described above, according to the present invention, the current detection of the current mirror is performed by utilizing the threshold characteristic of the base-emitter voltage of the bipolar transistor, and the gate of the MOSFET of the main current circuit and the current mirror circuit MOSF
Since the gate is separated from the ET and the current is cut off by stopping only the voltage applied to the gate of the main current circuit in the event of an abnormality, the manufacturing process is simple and the chip area is small. The effect that it can be provided at low cost is obtained. Also, the MOSF of the main current circuit
By separating the gate of ET and the gate of the MOSFET of the current mirror circuit, the MOSFET of the main current circuit is completely turned off by the positive feedback action in the event of an abnormality, so destruction due to overtemperature caused by the conduction of overcurrent is also prevented. You can do it. Further, in the embodiment shown in FIG. 5, the chip area can be further reduced as compared with the case where the circuit shown in FIG. 1 is realized by the devices shown in FIGS. Further, in the embodiment shown in FIGS. 6 and 7, many excellent effects such as high performance without parasitic effect can be obtained because of the SOI structure.

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

第1図は本発明の一実施例の回路図、第2〜4図は本発
明の一実施例の構造図、第5〜7図は本発明の他の実施
例の構造図、第8、9図は従来装置の一例図である。 〈符号の説明〉 M1……メインMOSFET M2……カレントミラーMOSFET T1……バイポーラ・トランジスタ Ri……入力抵抗 RS……検流抵抗 RL……負荷 VB……電源電圧 100……過電流保護機能付MOSFET
1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 4 are structural diagrams of an embodiment of the present invention, FIGS. 5 to 7 are structural diagrams of other embodiments of the present invention, and FIG. FIG. 9 is an example of a conventional device. <Description of symbols> M 1 …… Main MOSFET M 2 …… Current mirror MOSFET T 1 …… Bipolar transistor R i …… Input resistance R S …… Current detection resistance R L …… Load V B …… Supply voltage 100 ...... MOSFET with overcurrent protection function

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】負荷をスイッチングする第1のMOSFETと、
ドレインが上記第1のMOSFETのドレインと共通に接続さ
れ、ゲートが入力端子に接続された上記第1のMOSFETよ
りセル数の小さいカレントミラー用の第2のMOSFETと、
上記第1のMOSFETのソースと上記第2のMOSFETのソース
との間に接続された検流抵抗と、上記第1のMOSFETのゲ
ートと上記第2のMOSFETのゲートとの間に接続された入
力抵抗と、コレクタが上記第1のMOSFETのゲートと上記
入力抵抗との接続点に接続され、ベースが上記検流抵抗
と上記第2のMOSFETのソースとの接続点に接続され、エ
ミッタが上記第1のMOSFETのソースに接続されたバイポ
ーラ・トランジスタとを具備することを特徴とする過電
流保護機能を備えたMOSFET。
1. A first MOSFET for switching a load,
A second MOSFET for a current mirror, the drain of which is connected in common with the drain of the first MOSFET and the gate of which is connected to an input terminal and which has a smaller number of cells than the first MOSFET;
A galvanic resistor connected between the source of the first MOSFET and the source of the second MOSFET, and an input connected between the gate of the first MOSFET and the gate of the second MOSFET. A resistor and a collector are connected to a connection point between the gate of the first MOSFET and the input resistance, a base is connected to a connection point between the galvanic resistance and the source of the second MOSFET, and an emitter is connected to the first point. 1. A MOSFET having an overcurrent protection function, comprising a bipolar transistor connected to the source of MOSFET 1.
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