JP2681990B2 - 保護機能を備えた半導体装置 - Google Patents
保護機能を備えた半導体装置Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
- H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
- H01L27/0251—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
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- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、負荷に供給される電力を制御する能動機
能を有する半導体スイッチ手段を備えると共に、この半
導体スイッチ手段を自己発熱から保護する機能をも備え
た半導体装置に関する。
能を有する半導体スイッチ手段を備えると共に、この半
導体スイッチ手段を自己発熱から保護する機能をも備え
た半導体装置に関する。
［従来の技術］ 負荷を制御するスイッチング用の半導体素子を備えた
半導体装置にあっては、例えば負荷に短絡障害等が生じ
たときに、負荷制御用の半導体素子に大電流が流れて、
この半導体素子の接合温度が急上昇し、破壊に至ること
がある。このような半導体素子の破壊を防止するため
に、この半導体素子と同一基板内に、この基板の温度を
検出するダイオード，サーミスタ等の感熱素子を形成
し、この感熱素子が半導体基板の異常温度上昇を検知し
たときに、上記半導体素子を制御し、この半導体素子を
破壊から保護することが考えられている。
半導体装置にあっては、例えば負荷に短絡障害等が生じ
たときに、負荷制御用の半導体素子に大電流が流れて、
この半導体素子の接合温度が急上昇し、破壊に至ること
がある。このような半導体素子の破壊を防止するため
に、この半導体素子と同一基板内に、この基板の温度を
検出するダイオード，サーミスタ等の感熱素子を形成
し、この感熱素子が半導体基板の異常温度上昇を検知し
たときに、上記半導体素子を制御し、この半導体素子を
破壊から保護することが考えられている。
第４図はこのような保護機能を有する半導体装置の回
路例を示しているもので、パワー領域Ｍに、能動素子と
なるMOSトランジスタ11が設定されるもので、このトラ
ンジスタ11のドレインＤおよびソースＳに電源VDおよび
負荷RLを接続して、このMOSトランジスタ11により負荷R
Lが制御されるようにする。このトランジスタ11のゲー
トＧには、抵抗12aを介して制御入力端子13からの制御
電圧Vinを供給し、この制御電圧Vinによって、トランジ
スタ11がオン・オフ制御される。
路例を示しているもので、パワー領域Ｍに、能動素子と
なるMOSトランジスタ11が設定されるもので、このトラ
ンジスタ11のドレインＤおよびソースＳに電源VDおよび
負荷RLを接続して、このMOSトランジスタ11により負荷R
Lが制御されるようにする。このトランジスタ11のゲー
トＧには、抵抗12aを介して制御入力端子13からの制御
電圧Vinを供給し、この制御電圧Vinによって、トランジ
スタ11がオン・オフ制御される。
制御領域Ｃには、半導体基板の温度を検出するため
の、例えば複数のダイオードを直列接続して構成した感
熱素子14、および抵抗12bが設定される。この感熱素子1
4の動作電圧は、制御入力端子13からの制御電圧Vinが抵
抗12cを介して供給されるツェナーダイオード15によっ
て設定される。そして、基板温度によって変化する感熱
素子14に直列にした抵抗12bの端子電圧によって、制御
用MOSトランジスタ16のゲートG1を制御し、基板温度が
異常に上昇したときに、MOSトランジスタ11のゲートＧ
を接地電位とし、このトランジスタ11を強制的にオフと
するようにしている。
の、例えば複数のダイオードを直列接続して構成した感
熱素子14、および抵抗12bが設定される。この感熱素子1
4の動作電圧は、制御入力端子13からの制御電圧Vinが抵
抗12cを介して供給されるツェナーダイオード15によっ
て設定される。そして、基板温度によって変化する感熱
素子14に直列にした抵抗12bの端子電圧によって、制御
用MOSトランジスタ16のゲートG1を制御し、基板温度が
異常に上昇したときに、MOSトランジスタ11のゲートＧ
を接地電位とし、このトランジスタ11を強制的にオフと
するようにしている。
そのスイッチが電源の正側に接続されるようなハイサ
イドスイッチでは、スイッチ素子としてＮチャンネルあ
るいはＰチャンネルのMOSトランジスタが考えられる。
この両者を比較検討してみると、コスト／パフォーマン
スよりＮチャンネルMOSトランジスタが優位に立つこと
は明らかである。しかし、ハイサイドスイッチとしてＮ
チャンネルMOSトランジスタを使用した場合、そのゲー
トを制御するためには、昇圧回路によって制御電圧Vin
を電源電圧VDより10V程度昇圧する必要がある。そし
て、同時にこの電圧Vinが感熱素子14部の電源としても
使用されている。
イドスイッチでは、スイッチ素子としてＮチャンネルあ
るいはＰチャンネルのMOSトランジスタが考えられる。
この両者を比較検討してみると、コスト／パフォーマン
スよりＮチャンネルMOSトランジスタが優位に立つこと
は明らかである。しかし、ハイサイドスイッチとしてＮ
チャンネルMOSトランジスタを使用した場合、そのゲー
トを制御するためには、昇圧回路によって制御電圧Vin
を電源電圧VDより10V程度昇圧する必要がある。そし
て、同時にこの電圧Vinが感熱素子14部の電源としても
使用されている。
具体的には、この半導体装置が自動車用として使用さ
れ、電源が自動車用バッテリである場合、VDは12Vであ
り、Vinは22Vとなる。ここで、ツェナーダイオード15で
設定される電圧VZを6V、抵抗12cの抵抗値は一定である
とし、さらに昇圧された電源の出力インピーダンスが充
分に低いものと仮定すると、上記感熱素子14部を電源電
圧VDで駆動するようにした場合に比較して、抵抗12cで
消費する電力は７倍程度となる。このため、抵抗12c部
で消費される電力が増大し、この抵抗12c部の発熱が無
視できないようになる。
れ、電源が自動車用バッテリである場合、VDは12Vであ
り、Vinは22Vとなる。ここで、ツェナーダイオード15で
設定される電圧VZを6V、抵抗12cの抵抗値は一定である
とし、さらに昇圧された電源の出力インピーダンスが充
分に低いものと仮定すると、上記感熱素子14部を電源電
圧VDで駆動するようにした場合に比較して、抵抗12cで
消費する電力は７倍程度となる。このため、抵抗12c部
で消費される電力が増大し、この抵抗12c部の発熱が無
視できないようになる。
また、昇圧された電源（例えば、DC/DCコンバータ）
の電流供給能力もその分必要となるので、加熱保護回路
を作動させる為だけに、比較的大容量の抵抗及び電源を
追加しなければならないという問題点がある。
の電流供給能力もその分必要となるので、加熱保護回路
を作動させる為だけに、比較的大容量の抵抗及び電源を
追加しなければならないという問題点がある。
このような問題点を考慮して、第５図で示すように抵
抗12cを電源VDの正側に接続し、感熱素子14を駆動する
電源として、電源VDを使用することが考えられる。しか
し、この回路では過熱保護回路は常時電源VDに接続され
ているようになり、負荷がオフ状態とされているとき
も、電流がこの保護回路部に流れる。すなわち、この電
流は車両としての暗電流となり、車両用バッテリを無駄
に消費して、バッテリ上がりの原因とされるようにな
る。
抗12cを電源VDの正側に接続し、感熱素子14を駆動する
電源として、電源VDを使用することが考えられる。しか
し、この回路では過熱保護回路は常時電源VDに接続され
ているようになり、負荷がオフ状態とされているとき
も、電流がこの保護回路部に流れる。すなわち、この電
流は車両としての暗電流となり、車両用バッテリを無駄
に消費して、バッテリ上がりの原因とされるようにな
る。
［発明が解決しようとする課題］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、負
荷短絡等の障害発生時に効果的にパワー素子となる半導
体スイッチ素子を破壊から保護することができるように
なると共に、例えば自動車用等に使用した場合にバッテ
リ上がりとなるような暗電流が存在せず、コンパクトな
昇圧電源で、信頼性を持って効果的に使用できるように
する保護機能を備えた半導体装置を提供しようとするも
のである。
荷短絡等の障害発生時に効果的にパワー素子となる半導
体スイッチ素子を破壊から保護することができるように
なると共に、例えば自動車用等に使用した場合にバッテ
リ上がりとなるような暗電流が存在せず、コンパクトな
昇圧電源で、信頼性を持って効果的に使用できるように
する保護機能を備えた半導体装置を提供しようとするも
のである。
［課題を解決するための手段］ この発明に係る保護機能を備えた半導体装置にあって
は、第１の電極に電源の一端を接続し第２の電極に負荷
を接続した第１の半導体スイッチ手段、この第１の半導
体スイッチ手段と同一の半導体基板に形成された過熱保
護回路、および上記第１の半導体スイッチ手段と同時に
制御されるようになる第２のスイッチ手段を備え、この
第２のスイッチ手段を介して上記過熱保護回路に電源が
供給されるようにしている。
は、第１の電極に電源の一端を接続し第２の電極に負荷
を接続した第１の半導体スイッチ手段、この第１の半導
体スイッチ手段と同一の半導体基板に形成された過熱保
護回路、および上記第１の半導体スイッチ手段と同時に
制御されるようになる第２のスイッチ手段を備え、この
第２のスイッチ手段を介して上記過熱保護回路に電源が
供給されるようにしている。
［作用］ 上記のような半導体装置にあっては、制御入力によっ
て負荷がオフされるように第１の半導体スイッチ手段が
オフ制御される状態では、第２の半導体スイッチ手段に
あってもオフ制御され、したがって過熱保護回路部に電
流が流されることがない。このため、この半導体装置を
例えば自動車用として使用したような場合であっても、
自動車用エンジンスイッチがオフされる停車状態にあっ
ては、この半導体装置における保護機能部に暗電流が流
れるようなことがなく、例えば自動車のバッテリ上がり
がなくなる。
て負荷がオフされるように第１の半導体スイッチ手段が
オフ制御される状態では、第２の半導体スイッチ手段に
あってもオフ制御され、したがって過熱保護回路部に電
流が流されることがない。このため、この半導体装置を
例えば自動車用として使用したような場合であっても、
自動車用エンジンスイッチがオフされる停車状態にあっ
ては、この半導体装置における保護機能部に暗電流が流
れるようなことがなく、例えば自動車のバッテリ上がり
がなくなる。
［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明す
る。第１図は等価的な回路構成を示したもので、半導体
基板のパワー領域Ｍには、パワーMOSとなるMOSトランジ
スタ11が形成される。尚、この図では１個のMOSトラン
ジスタを示しているが、実際の半導体装置にあっては、
適宜複数のパワーMOSが設定されるようになる。そし
て、これら複数のパワーMOSはマルチソース構造をな
し、この複数のパワーMOSによってパワー領域Ｍが形成
される。
る。第１図は等価的な回路構成を示したもので、半導体
基板のパワー領域Ｍには、パワーMOSとなるMOSトランジ
スタ11が形成される。尚、この図では１個のMOSトラン
ジスタを示しているが、実際の半導体装置にあっては、
適宜複数のパワーMOSが設定されるようになる。そし
て、これら複数のパワーMOSはマルチソース構造をな
し、この複数のパワーMOSによってパワー領域Ｍが形成
される。
このMOSトランジスタ11は、負荷制御用の第１の半導
体スイッチとされるもので、そのドレイン電極Ｄは外部
電源VDに接続され、ソース電極Ｓに負荷RLが接続される
ようになる。また、ゲート電極Ｇには抵抗12aを介して
制御入力端子13からの制御電圧Vinを供給し、このMOSト
ランジスタ11がハイサイドスイッチとして使用されるよ
うにする。ここで、この半導体装置が自動車用に使用さ
れる場合は、上記電源VDは自動車に搭載されるバッテリ
で構成される。
体スイッチとされるもので、そのドレイン電極Ｄは外部
電源VDに接続され、ソース電極Ｓに負荷RLが接続される
ようになる。また、ゲート電極Ｇには抵抗12aを介して
制御入力端子13からの制御電圧Vinを供給し、このMOSト
ランジスタ11がハイサイドスイッチとして使用されるよ
うにする。ここで、この半導体装置が自動車用に使用さ
れる場合は、上記電源VDは自動車に搭載されるバッテリ
で構成される。
制御領域Ｃに設定される過熱からの保護回路部は、複
数のダイオードを直列接続した感熱素子14を備えるもの
で、この感熱素子14は抵抗12bと直列に接続し、この感
熱素子14と抵抗12bの直列回路には、ツェナーダイオー
ド15で設定される電圧が印加されるようにする。そし
て、感熱素子14と抵抗12bとの接続点の電圧を、制御用
のMOSトランジスタ16のゲートG1に供給する。このMOSト
ランジスタ16のドレインD1は、スイッチング用MOSトラ
ンジスタ11のゲート回路に接続し、ソース電極S1は接地
するもので、このMOSトランジスタ16がオンされたとき
に、MOSトランジスタ11のゲートＧの電位は接地電位と
され、このMOSトランジスタ11が強制的にオフされるよ
うにする。
数のダイオードを直列接続した感熱素子14を備えるもの
で、この感熱素子14は抵抗12bと直列に接続し、この感
熱素子14と抵抗12bの直列回路には、ツェナーダイオー
ド15で設定される電圧が印加されるようにする。そし
て、感熱素子14と抵抗12bとの接続点の電圧を、制御用
のMOSトランジスタ16のゲートG1に供給する。このMOSト
ランジスタ16のドレインD1は、スイッチング用MOSトラ
ンジスタ11のゲート回路に接続し、ソース電極S1は接地
するもので、このMOSトランジスタ16がオンされたとき
に、MOSトランジスタ11のゲートＧの電位は接地電位と
され、このMOSトランジスタ11が強制的にオフされるよ
うにする。
そして、上記ツェナーダイオード15には、第２の半導
体スイッチとされる保護回路の電源制御用のMOSトラン
ジスタ20、および抵抗12cを介して電源が供給されるも
ので、このMOSトランジスタ20のドレイン電極D2は電源V
Dに接続すると共に、ソース電極S2は抵抗12cに接続する
もので、ゲート電極G2は制御入力端子13に接続する。
体スイッチとされる保護回路の電源制御用のMOSトラン
ジスタ20、および抵抗12cを介して電源が供給されるも
ので、このMOSトランジスタ20のドレイン電極D2は電源V
Dに接続すると共に、ソース電極S2は抵抗12cに接続する
もので、ゲート電極G2は制御入力端子13に接続する。
すなわち、保護回路部の感熱素子14部には、MOSトラ
ンジスタ20を介して電源VDから供給されるようになるも
のであり、このMOSトランジスタ20は負荷制御用のMOSト
ランジスタ11と共に、制御入力端子13からの制御電圧Vi
nによってオン・オフ制御される。したがって、MOSトラ
ンジスタ11がオフされて負荷RLに電力が供給されない状
態では、MOSトランジスタ20もオフされ、抵抗12cを介し
て感熱素子14に電流が流されることがないようになって
いる。
ンジスタ20を介して電源VDから供給されるようになるも
のであり、このMOSトランジスタ20は負荷制御用のMOSト
ランジスタ11と共に、制御入力端子13からの制御電圧Vi
nによってオン・オフ制御される。したがって、MOSトラ
ンジスタ11がオフされて負荷RLに電力が供給されない状
態では、MOSトランジスタ20もオフされ、抵抗12cを介し
て感熱素子14に電流が流されることがないようになって
いる。
第２図は上記のような半導体回路が形成される半導体
装置の平面構造を示しているもので、半導体基板21の最
も放熱し難く温度が高くなり易い領域である、基板21の
ほぼ中央部分に位置して制御領域Ｃが設定される。そし
て、この制御領域Ｃを取り囲むようにしてパワー領域Ｍ
が設定されるものであり、さらにこの半導体基板21の１
つの縁部に近接して、外部から制御用電源Vinを取り込
むボンディングパット部Ｂが形成されている。
装置の平面構造を示しているもので、半導体基板21の最
も放熱し難く温度が高くなり易い領域である、基板21の
ほぼ中央部分に位置して制御領域Ｃが設定される。そし
て、この制御領域Ｃを取り囲むようにしてパワー領域Ｍ
が設定されるものであり、さらにこの半導体基板21の１
つの縁部に近接して、外部から制御用電源Vinを取り込
むボンディングパット部Ｂが形成されている。
そして上記制御領域Ｃには、感熱素子14、ツェナーダ
イオード15、さらにMOSトランジスタ16等の過熱からの
保護動作を実行制御する回路要素が形成される。またパ
ワー領域Ｍは、この半導体装置の大部分の領域を占める
ようになるもので、この領域Ｍには能動素子である複数
のパワーMOSトランジスタ（第１図に代表的に１つのMOS
トランジスタ11が示されている）が形成されるもので、
この複数のパワーMOSトランジスタは例えば並列接続し
てマルチソース構造とされている。
イオード15、さらにMOSトランジスタ16等の過熱からの
保護動作を実行制御する回路要素が形成される。またパ
ワー領域Ｍは、この半導体装置の大部分の領域を占める
ようになるもので、この領域Ｍには能動素子である複数
のパワーMOSトランジスタ（第１図に代表的に１つのMOS
トランジスタ11が示されている）が形成されるもので、
この複数のパワーMOSトランジスタは例えば並列接続し
てマルチソース構造とされている。
第３図は上記制御領域Ｃを中心にした第２図のIII-II
I線に対応する部分の断面構造を示すもので、半導体基
板21はN+型のシリコン基板によって構成される。この半
導体基板21はパワー領域に形成される縦型MOSトランジ
スタの共通ドレインＤとされるもので、その裏面部には
ドレイン電極22が形成され、この電極22からドレイン端
子23が取り出されている。
I線に対応する部分の断面構造を示すもので、半導体基
板21はN+型のシリコン基板によって構成される。この半
導体基板21はパワー領域に形成される縦型MOSトランジ
スタの共通ドレインＤとされるもので、その裏面部には
ドレイン電極22が形成され、この電極22からドレイン端
子23が取り出されている。
半導体基板21の上面側には、N-型のシリコンエピタキ
シャル層24が形成される。このエピタキシャル層24の表
面部には、深く拡散した複数のＰ型の拡散層25、同じく
深く拡散したＰ型の拡散層251が形成されるもので、特
に拡散層251は制御領域Ｃに対応して形成される。上記
Ｐ型拡散層25それぞれに対応しては、浅く拡散したＰ型
の拡散層26が形成されるもので、上記拡散層26それぞれ
に対応してそれぞれ１対のN+型の拡散層27が形成され、
またＰ型拡散層251の領域内には同じN+型の拡散層271〜
273が形成される。上記Ｐ型拡散層25および251、26、N+
型拡散層27および271〜273は、この半導体装置の製造工
程において、それぞれ同時に拡散形成される。そして、
上記N+型拡散層273に隣接するようにして、さらにP+型
の拡散層28が形成される。
シャル層24が形成される。このエピタキシャル層24の表
面部には、深く拡散した複数のＰ型の拡散層25、同じく
深く拡散したＰ型の拡散層251が形成されるもので、特
に拡散層251は制御領域Ｃに対応して形成される。上記
Ｐ型拡散層25それぞれに対応しては、浅く拡散したＰ型
の拡散層26が形成されるもので、上記拡散層26それぞれ
に対応してそれぞれ１対のN+型の拡散層27が形成され、
またＰ型拡散層251の領域内には同じN+型の拡散層271〜
273が形成される。上記Ｐ型拡散層25および251、26、N+
型拡散層27および271〜273は、この半導体装置の製造工
程において、それぞれ同時に拡散形成される。そして、
上記N+型拡散層273に隣接するようにして、さらにP+型
の拡散層28が形成される。
半導体基板21のパワー領域Ｍには、負荷RLの制御用の
MOSトランジスタ11が形成されるものであるが、このト
ランジスタ11はシリコンエピタキシャル層24と基板21と
ドレイン電極22からなるドレインＤを備え、さらにエピ
タキシャル層24の表面にゲート酸化膜29を介して形成し
た多結晶シリコン層30により構成されるゲートＧ、およ
びこのゲートＧの表面に層間絶縁膜31を介して、この領
域を覆うように形成されたアルミニウム電極32からなる
ソースＳによって構成される。上記ゲートＧおよびソー
スＳからはそれぞれ端子33および34が導出される。すな
わち、このMOSトランジスタ11は縦型パワーMOSを構成し
ている。
MOSトランジスタ11が形成されるものであるが、このト
ランジスタ11はシリコンエピタキシャル層24と基板21と
ドレイン電極22からなるドレインＤを備え、さらにエピ
タキシャル層24の表面にゲート酸化膜29を介して形成し
た多結晶シリコン層30により構成されるゲートＧ、およ
びこのゲートＧの表面に層間絶縁膜31を介して、この領
域を覆うように形成されたアルミニウム電極32からなる
ソースＳによって構成される。上記ゲートＧおよびソー
スＳからはそれぞれ端子33および34が導出される。すな
わち、このMOSトランジスタ11は縦型パワーMOSを構成し
ている。
制御領域Ｃにおいては、保護回路の電源制御用のMOS
トランジスタ20が形成されるもので、このMOSトランジ
スタ20は上記MOSトランジスタ11と同様に縦型に構成さ
れる。すなわち、シリコンエピタキシャル層24の表面に
ゲート酸化膜を介して多結晶シリコン層によってゲート
G2を形成し、アルミニウム電極によってソースS2が形成
されるものであり、ドレインD2はパワー領域ＭのMOSト
ランジスタ11と共通に形成されるようになる。そして、
ゲートG2およびソースS2それぞれから、端子35および36
が導出されるようになる。
トランジスタ20が形成されるもので、このMOSトランジ
スタ20は上記MOSトランジスタ11と同様に縦型に構成さ
れる。すなわち、シリコンエピタキシャル層24の表面に
ゲート酸化膜を介して多結晶シリコン層によってゲート
G2を形成し、アルミニウム電極によってソースS2が形成
されるものであり、ドレインD2はパワー領域ＭのMOSト
ランジスタ11と共通に形成されるようになる。そして、
ゲートG2およびソースS2それぞれから、端子35および36
が導出されるようになる。
上記MOSトランジスタ11および20においては、それぞ
れゲートＧおよびG2の制御電圧が印加されると、図のch
およびch2の部分にＮ型チャンネルが形成され、それぞ
れソースＳおよびS2とドレインＤ（D2）との間に電流が
流れるようになる。
れゲートＧおよびG2の制御電圧が印加されると、図のch
およびch2の部分にＮ型チャンネルが形成され、それぞ
れソースＳおよびS2とドレインＤ（D2）との間に電流が
流れるようになる。
尚、上記MOSトランジスタ11および20において、Ｐ型
拡散層25および26が一部重なるようになり、しかも拡散
層25が深く拡散されるようにしているのは、過電圧保護
のためであり、ブレークダウン電圧を所定値に設定する
ためである。
拡散層25および26が一部重なるようになり、しかも拡散
層25が深く拡散されるようにしているのは、過電圧保護
のためであり、ブレークダウン電圧を所定値に設定する
ためである。
制御領域の上記Ｐ型拡散層251が形成される領域に
は、横型パワーMOS構造の制御用MOSトランジスタ16が形
成される。このMOSトランジスタ16は、N+型拡散層271お
よび272にそれぞれ対応したアルミニウム電極よりなる
ソースS1およびドレインD1備え、さらにその相互間にゲ
ート絶縁膜を介して多結晶シリコン膜によるゲートG1が
形成されるようにして構成される。そして、上記ソース
S1、ドレインD1、およびゲートG1からそれぞれ端子37〜
39が導出されているもので、ゲートG1に制御電圧が印加
されるとＮ型のチャンネルCH1が形成されて、ソースS1
とドレインD1との間に電流が流れるようになる。
は、横型パワーMOS構造の制御用MOSトランジスタ16が形
成される。このMOSトランジスタ16は、N+型拡散層271お
よび272にそれぞれ対応したアルミニウム電極よりなる
ソースS1およびドレインD1備え、さらにその相互間にゲ
ート絶縁膜を介して多結晶シリコン膜によるゲートG1が
形成されるようにして構成される。そして、上記ソース
S1、ドレインD1、およびゲートG1からそれぞれ端子37〜
39が導出されているもので、ゲートG1に制御電圧が印加
されるとＮ型のチャンネルCH1が形成されて、ソースS1
とドレインD1との間に電流が流れるようになる。
ツェナーダイオード15は、同じく上記Ｐ型拡散層251
の領域内に形成されるもので、拡散層273と28によって
形成される。そして、これら拡散層273および28それぞ
れに対応してアルミニウム電極を形成し、これら電極そ
れぞれから導出端子40および41が取り出されるものであ
る。
の領域内に形成されるもので、拡散層273と28によって
形成される。そして、これら拡散層273および28それぞ
れに対応してアルミニウム電極を形成し、これら電極そ
れぞれから導出端子40および41が取り出されるものであ
る。
Ｐ型拡散層251の上記MOSトランジスタ16およびツェナ
ーダイオード15が形成された領域を除く領域には、エピ
タキシャル層24の表面を熱酸化することにより得られた
SiO2による比較的膜厚の厚い酸化膜42が形成される。こ
の酸化膜42の表面には、多結晶シリコン抵抗12および多
結晶シリコンダイオードによる感熱素子14を形成するも
ので、感熱素子14は多結晶シリコン層を選択的に拡散し
てPN接合を構成させることにより形成される。
ーダイオード15が形成された領域を除く領域には、エピ
タキシャル層24の表面を熱酸化することにより得られた
SiO2による比較的膜厚の厚い酸化膜42が形成される。こ
の酸化膜42の表面には、多結晶シリコン抵抗12および多
結晶シリコンダイオードによる感熱素子14を形成するも
ので、感熱素子14は多結晶シリコン層を選択的に拡散し
てPN接合を構成させることにより形成される。
そして、このPN接合を形成したＰおよびＮ領域それぞ
れにアルミニウム電極を形成し、感熱素子14の端子42お
よび43を導出するものであり、さらに抵抗12部から端子
44および45が導出されるようにしている。
れにアルミニウム電極を形成し、感熱素子14の端子42お
よび43を導出するものであり、さらに抵抗12部から端子
44および45が導出されるようにしている。
このように構成される半導体装置にあっては、シリコ
ンエピタキシャル層24の表面に形成されるゲート酸化
膜、多結晶シリコン層、アルミニウム電極等は、それぞ
れ同一の工程で形成されるものであり、この半導体装置
は簡易な工程で製造される。
ンエピタキシャル層24の表面に形成されるゲート酸化
膜、多結晶シリコン層、アルミニウム電極等は、それぞ
れ同一の工程で形成されるものであり、この半導体装置
は簡易な工程で製造される。
第１図で示した回路図にしたがって、この半導体装置
の動作を説明すると、半導体基板21の温度が正常な状態
にあるときは、制御入力端子13から入力される制御電圧
Vinにより、MOSトランジスタ11はオン状態に制御され
る。ここで、制御電圧Vinは通常に知られている昇圧回
路によって、電源電圧VDより10V程度高い電位に設定さ
れる。
の動作を説明すると、半導体基板21の温度が正常な状態
にあるときは、制御入力端子13から入力される制御電圧
Vinにより、MOSトランジスタ11はオン状態に制御され
る。ここで、制御電圧Vinは通常に知られている昇圧回
路によって、電源電圧VDより10V程度高い電位に設定さ
れる。
このような状態で、例えば負荷RLが短絡障害等を起こ
し、MOSトランジスタ11に大電流が流れてその接合温度
が異常に上昇するようになると、半導体基板21の温度も
急上昇され、その温度が異常に高い状態となる。このよ
うに基板21の温度が異常に高い温度状態となると、感熱
素子14を構成する複数のダイオードの順方向電圧は、こ
れらダイオードが負の温度係数を有するものであるため
低下する。したがって、抵抗12bの両端間の電位差は上
昇し、制御用MOSトランジスタ16のゲートG1とソースS1
との間の電位差が上昇する。そして、この電位差がMOS
トランジスタ16の閾値電圧を越えると、このトランジス
タ16のソースS1とドレインD1との間が導通するオン状態
となる。
し、MOSトランジスタ11に大電流が流れてその接合温度
が異常に上昇するようになると、半導体基板21の温度も
急上昇され、その温度が異常に高い状態となる。このよ
うに基板21の温度が異常に高い温度状態となると、感熱
素子14を構成する複数のダイオードの順方向電圧は、こ
れらダイオードが負の温度係数を有するものであるため
低下する。したがって、抵抗12bの両端間の電位差は上
昇し、制御用MOSトランジスタ16のゲートG1とソースS1
との間の電位差が上昇する。そして、この電位差がMOS
トランジスタ16の閾値電圧を越えると、このトランジス
タ16のソースS1とドレインD1との間が導通するオン状態
となる。
ここで抵抗12aの抵抗値をMOSトランジスタ16のオン時
の抵抗値より充分に大きな値となるように設定してお
く。ここで、負荷制御用MOSトランジスタ11の接合温度
により、半導体基板21の温度が異常温度と判定する所定
の温度設定値を越えたときに、制御用MOSトランジスタ1
6がオンとされるように、感熱素子14を構成するダイオ
ードの数、抵抗12bの値、トランジスタ16の閾値電圧等
が予め設定されている。このため、感熱素子14で半導体
基板21の温度が異常温度状態まで上昇したことを検知し
たときには、制御用MOSトランジスタ16のソースS1・ド
レインD1間の電圧は、急峻にほぼ0Vまで低下し、負荷制
御用MOSトランジスタ11は強制的にオフ状態とされ。こ
のトランジスタ11がオフされれば、負荷RLに供給される
電流はほぼ０となり、このMOSトランジスタ11の接合温
度は低下し、このトランジスタ11の破壊を回避するよう
になる。
の抵抗値より充分に大きな値となるように設定してお
く。ここで、負荷制御用MOSトランジスタ11の接合温度
により、半導体基板21の温度が異常温度と判定する所定
の温度設定値を越えたときに、制御用MOSトランジスタ1
6がオンとされるように、感熱素子14を構成するダイオ
ードの数、抵抗12bの値、トランジスタ16の閾値電圧等
が予め設定されている。このため、感熱素子14で半導体
基板21の温度が異常温度状態まで上昇したことを検知し
たときには、制御用MOSトランジスタ16のソースS1・ド
レインD1間の電圧は、急峻にほぼ0Vまで低下し、負荷制
御用MOSトランジスタ11は強制的にオフ状態とされ。こ
のトランジスタ11がオフされれば、負荷RLに供給される
電流はほぼ０となり、このMOSトランジスタ11の接合温
度は低下し、このトランジスタ11の破壊を回避するよう
になる。
このような過熱からの保護動作を行なう保護回路を備
えた半導体装置にあっては、第４図および第５図で示し
たように、この保護回路に外部から電源を供給する必要
がある。これに対して第４図で示した従来例にあって
は、前述したように消費電力が増大するものであり、第
５図の例では暗電流が流れて、例えば自動車用として使
用される場合には、バッテリ上がりの問題があった。
えた半導体装置にあっては、第４図および第５図で示し
たように、この保護回路に外部から電源を供給する必要
がある。これに対して第４図で示した従来例にあって
は、前述したように消費電力が増大するものであり、第
５図の例では暗電流が流れて、例えば自動車用として使
用される場合には、バッテリ上がりの問題があった。
これに対して、上記実施例に示した半導体装置にあっ
ては、負荷制御用のMOSトランジスタ11と同一の工程で
製造した縦型MOSトランジスタ20を設け、このトランジ
スタ20が電源VDと保護回路との間に挿入されるようにし
ている。すなわち、このMOSトランジスタ20のドレインD
2をMOSトランジスタ11のドレインＤと共通にして電源VD
の正側に接続し、ゲートG2を制御入力端子13に接続し
て、制御電圧Vinが供給されるようにしている。
ては、負荷制御用のMOSトランジスタ11と同一の工程で
製造した縦型MOSトランジスタ20を設け、このトランジ
スタ20が電源VDと保護回路との間に挿入されるようにし
ている。すなわち、このMOSトランジスタ20のドレインD
2をMOSトランジスタ11のドレインＤと共通にして電源VD
の正側に接続し、ゲートG2を制御入力端子13に接続し
て、制御電圧Vinが供給されるようにしている。
したがって、このMOSトランジスタ20は負荷制御用のM
OSトランジスタ11とほぼ同じ制御電圧で、しかも同じタ
イミングでスイッチング動作されるようになり、負荷RL
に電力を供給するMOSトランジスタ11がオン状態のとき
のみに、過熱保護機能が設定されるようになる。そし
て、制御電圧Vinがほぼ0Vの状態のときは、このMOSトラ
ンジスタ20はオフ状態とされるが、この時MOSトランジ
スタ11もオフであり、保護動作が要求されない状態であ
る。
OSトランジスタ11とほぼ同じ制御電圧で、しかも同じタ
イミングでスイッチング動作されるようになり、負荷RL
に電力を供給するMOSトランジスタ11がオン状態のとき
のみに、過熱保護機能が設定されるようになる。そし
て、制御電圧Vinがほぼ0Vの状態のときは、このMOSトラ
ンジスタ20はオフ状態とされるが、この時MOSトランジ
スタ11もオフであり、保護動作が要求されない状態であ
る。
［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る半導体装置にあっては、
負荷制御用のスイッチ素子となる第１の半導体スイッチ
手段が作動され、その過熱保護回路部の動作が確実に実
行されるものであり、特に負荷がオフ状態とされるよう
なときにおいて、保護動作のために暗電流が流れるよう
なことが、確実に阻止される。したがって、無用な電源
の消費がないものであり、例えば自動車用等に用いられ
る過熱保護機能を備えた負荷制御用半導体装置として、
画期的な効果が発揮されるものである。
負荷制御用のスイッチ素子となる第１の半導体スイッチ
手段が作動され、その過熱保護回路部の動作が確実に実
行されるものであり、特に負荷がオフ状態とされるよう
なときにおいて、保護動作のために暗電流が流れるよう
なことが、確実に阻止される。したがって、無用な電源
の消費がないものであり、例えば自動車用等に用いられ
る過熱保護機能を備えた負荷制御用半導体装置として、
画期的な効果が発揮されるものである。
第１図はこの発明の一実施例に係る半導体装置の等価的
な回路を示す図、第２図は上記半導体装置の平面的な構
成図、第３図は第２図のIII-III線に対応する部分の断
面構成図、第４図および第５図はそれぞれ従来のこの種
半導体装置の回路の例を示す図である。 11……MOSトランジスタ（負荷制御用）、12、12a〜12c
……抵抗、14……感熱素子、15……ツェナーダイオー
ド、16……MOSトランジスタ（制御用）、Ｍ……パワー
領域、Ｃ……制御領域。
な回路を示す図、第２図は上記半導体装置の平面的な構
成図、第３図は第２図のIII-III線に対応する部分の断
面構成図、第４図および第５図はそれぞれ従来のこの種
半導体装置の回路の例を示す図である。 11……MOSトランジスタ（負荷制御用）、12、12a〜12c
……抵抗、14……感熱素子、15……ツェナーダイオー
ド、16……MOSトランジスタ（制御用）、Ｍ……パワー
領域、Ｃ……制御領域。
Claims (2)
- 【請求項１】第１の電極に電源の一端を接続すると共に
第２の電極に負荷を接続し、制御電圧を制御電極に与え
ることによって、上記第１および第２の電極間がオン制
御されるようにした、半導体基板上に形成される負荷制
御用の第１の半導体スイッチ手段と、 この第１の半導体スイッチ手段とは絶縁分離した状態で
同一半導体基板上に形成された上記半導体基板の温度を
検出する感熱素子、およびこの感熱素子で上記基板の温
度上昇が検知された状態で上記制御電圧を変化させ、上
記第１の半導体スイッチ手段をオフ制御する制御素子を
含み構成される過熱保護回路と、 この過熱保護回路の少なくとも上記感熱素子部と上記電
源との間に接続設定され、上記感熱素子に動作電源を供
給する第２の半導体スイッチ手段とを具備し、 この第２の半導体スイッチ手段は、上記第１の半導体ス
イッチ手段と共に上記制御電圧によってオン・オフ制御
されるようにしたことを特徴とする保護機能を備えた半
導体装置。 - 【請求項２】上記第１の半導体スイッチ手段、および第
２の半導体スイッチ手段は、同一の半導体基板に同一の
拡散工程によって形成される半導体素子によって構成さ
れるようにした特許請求の範囲第１項記載の保護機能を
備えた半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63092043A JP2681990B2 (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | 保護機能を備えた半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63092043A JP2681990B2 (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | 保護機能を備えた半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01262667A JPH01262667A (ja) | 1989-10-19 |
| JP2681990B2 true JP2681990B2 (ja) | 1997-11-26 |
Family
ID=14043493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63092043A Expired - Lifetime JP2681990B2 (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | 保護機能を備えた半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2681990B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2808909B2 (ja) * | 1990-04-27 | 1998-10-08 | 日本電気株式会社 | パワー半導体装置 |
| US5237194A (en) * | 1990-04-27 | 1993-08-17 | Nec Corporation | Power semiconductor device |
| GB9115699D0 (en) * | 1991-07-19 | 1991-09-04 | Philips Electronic Associated | An overvoltage protected semiconductor switch |
| JP4775357B2 (ja) * | 1995-04-12 | 2011-09-21 | 富士電機株式会社 | 高耐圧ｉｃ |
| EP1143618B1 (en) | 1999-09-20 | 2006-11-15 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Overcurrent control circuit of power semiconductor device |
| JP6599715B2 (ja) * | 2015-09-30 | 2019-10-30 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 耐圧評価用素子及び耐圧評価用素子の製造方法 |
-
1988
- 1988-04-14 JP JP63092043A patent/JP2681990B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01262667A (ja) | 1989-10-19 |
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