JP3148781B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、出力用半導体素子の温
度上昇による熱破壊を未然に防ぐ機能を備えた半導体装
置に関し、特に、大電流を扱う出力用半導体素子を備え
た高機能半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体基板上に形成された出
力用半導体素子を熱破壊から保護する機能を備えた半導
体装置としては、半導体基板の外部における出力用半導
体素子の近傍にサーミスタからなる温度センサが付設さ
れ、該温度センサにより出力用半導体素子の温度を検出
し、検出温度が一定の温度に上昇すると電流を遮断する
構成のものが知られている。

【０００３】しかしながら、上記の半導体装置において
は、温度センサが半導体基板の外部に付設されているた
め、出力用半導体素子の温度と温度センサにより検出し
た温度との間に時間的なズレが生じるという問題及び出
力用半導体素子の温度と温度センサによる検出温度との
間の温度差にバラツキが生じるという問題がある。

【０００４】出力用半導体素子の温度と検出温度との間
に時間的なズレが生じたり、出力用半導体素子の温度と
検出温度との間の温度差にバラツキが生じたりすると、
出力用半導体素子が熱破壊を起こす虞れがある危険温度
に達しているにも拘らず温度センサが出力用半導体素子
の危険温度到達を検知せず、該出力用半導体素子が破壊
してしまうことがある。

【０００５】そこで、特開平３−２７６６３６号公報に
おいては、図８に示すように、半導体基板６０上の一方
側に出力用トランジスタ６１が形成され、半導体基板６
０上の他方側に出力用トランジスタ６１の温度を検出す
る温度検出用抵抗体６２が設けられた半導体装置が提案
されている。尚、図８において、６３は出力用トランジ
スタ６１のコレクタ領域、６４は出力用トランジスタ６
１のベース領域、６５は出力用トランジスタ６１のエミ
ッタ領域、６６は温度検出用抵抗体６２の抵抗体電極で
ある。

【０００６】また、特開平１−２９０２４９号において
は、半導体基板上の主要発熱部に温度検出用素子が設け
られた半導体集積回路装置が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記２つの半導体装置
においては、半導体基板上に温度検出用素子が設けられ
ているため、出力用半導体素子の温度と温度検出用素子
が検出する検出温度との間に時間的なズレが生じるとい
う問題はほぼ解決する。

【０００８】ところが、以下に説明するように、上記２
つの半導体装置によると、出力用半導体素子が熱破壊を
起こす虞れがある危険温度に達しているにも拘らず温度
センサが出力用半導体素子の危険温度到達を検知せず、
該出力用半導体素子が破壊してしまうという虞れが解消
した訳ではない。

【０００９】前者の半導体装置においては、半導体基板
の一方側に出力用トランジスタが設けられ且つ半導体基
板上の他方側に温度検出用抵抗体が設けられているため
出力用トランジスタの温度と温度検出用抵抗体の検出温
度との間に温度差が生じることは避けられない。出力用
半導体素子の温度と検出温度との間に温度差が生じて
も、予め両温度間の相関関係を求めておけば出力用半導
体素子が危険温度に達することを一応検知できる。しか
しながら、半導体基板上における出力用半導体素子が設
けられている部位と半導体基板上における温度検出用素
子が温度を検出する部位とが離れているので、出力用半
導体素子の実際の温度と温度検出用素子が検出する温度
との間に温度差が生じる。出力用半導体素子の温度と温
度検出用素子が検出する温度との間に温度差が存在する
限り、この温度差にバラツキが生じることは避けられな
い。このため、前者の半導体装置においては、出力用半
導体素子が危険温度に達しているにも拘らず、温度検出
用素子が出力用半導体素子の危険温度到達を検出しない
という現象が発生する。

【００１０】後者の半導体集積回路装置においては、半
導体基板上の主要発熱部が半導体装置における最も温度
が高くなる部分であるとは限らない。すなわち、主要発
熱部が半導体基板の中央部に形成されている場合には半
導体基板上における主要発熱部は最も温度が高くなる部
位になる。ところが、特開平１−２９０２４９号に示す
半導体集積回路装置のように主要発熱部が半導体基板の
側部に形成されている場合には、半導体基板の主要発熱
部からは熱が発散しやすいが半導体基板の中央部におい
ては熱が発散し難い。このため、出力用半導体素子が半
導体基板の中央部又はその近傍に形成されている場合に
は、出力用半導体素子が危険温度に達しているにも拘ら
ず、温度検出用素子が出力用半導体素子の危険温度到達
を検出しないという現象が発生する。

【００１１】上記に鑑み、本発明は、温度検出素子が出
力用半導体素子の危険温度到達を迅速且つ正確に検出で
きるようにすることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置は、第１導電型の半導体基
板と、該半導体基板の表面部に形成されたリング状の第
１の第２導電型領域と、該第１の第２導電型領域内に形
成された第１の第１導電型領域とを有する出力用トラン
ジスタと、半導体基板におけるリング状の第１の第２導
電型領域の内側に形成された第２の第２導電型領域と、
該第２の第２導電型領域内に形成された第２の第１導電
型領域とからなり、出力用トランジスタの温度を検出す
る温度検出用素子とを有する半導体装置を対象とし、第
２の第２導電型領域は互いに分離された２つの領域から
なると共に、第２の第１導電型領域は互いに分離された
２つの領域からなり、温度検出用素子は、第２の第２導
電型領域を構成する２つの領域のうちの一方と、第２の
第１導電型領域を構成する２つの領域のうちの一方とが
電気的に接続されてなる一対のトランジスタである。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【作用】本発明に係る半導体装置によると、出力用トラ
ンジスタの内側の領域に該出力用トランジスタの温度を
検出する温度検出用素子が設けられているため、温度検
出用素子は出力用トランジスタに包囲されることにな
り、温度検出用素子は出力用トランジスタの各部分の温
度の平均値を検出することになる。このため、出力用ト
ランジスタの温度と温度検出用素子の検出温度との間の
温度差は極めて小さくなるので、該温度差のバラツキも
必然的に小さくなる。

【００２３】

【００２４】

【００２５】本発明に係る半導体装置によると次のよう
な作用が生じる。すなわち、一般的に知られているよう
に、トランジスタのベース領域とエミッタ領域とのＰＮ
接合部における順方向電圧降下：Ｖ_BEは該ＰＮ接合部の
温度の変化に応じて直線的に変化し、一定の条件下にお
いて順方向電圧降下：Ｖ_BEとＰＮ接合部の温度との比は
２ｍＶ／℃となる。例えば、トランジスタの上記ＰＮ接
合部における順方向電圧降下：Ｖ_BEが２００ｍＶである
場合には該ＰＮ接合部の温度は１００℃であり、順方向
電圧降下：Ｖ_BEが３００ｍＶである場合には該ＰＮ接合
部の温度は１５０℃である。本発明は、この特性を利用
したものであり、トランジスタを温度検出用素子として
利用するものである。

【００２６】また、本発明に係る半導体装置によると、
温度検出用トランジスタはダーリントン接続された一対
のトランジスタであるため、次のような作用が生じる。
すなわち、上述したように、トランジスタのベース領域
とエミッタ領域とのＰＮ接合部における順方向電圧降
下：Ｖ_BEは該ＰＮ接合部の温度の変化に応じて直線的に
変化し、一定の条件下において順方向電圧降下：Ｖ_BEと
ＰＮ接合部の温度との比は２ｍＶ／℃となる。温度検出
用素子はダーリントン接続された一対のトランジスタで
あり、該ダーリントントランジスタは２つのＰＮ接合部
を有しているので、ダーリントントランジスタの順方向
電圧降下：Ｖ_BEとＰＮ接合部の温度との比は４ｍＶ／℃
となる。従って、温度変化に対するダーリントントラン
ジスタの順方向電圧降下はシングルのトランジスタに比
べて２倍になる。

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【実施例】以下、本発明の第１実施例に係る半導体装置
について説明する。

【００３３】図１は上記第１実施例に係る半導体装置１
を示しており、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は
（ａ）におけるＩ−Ｉ線の断面図である。なお、（ａ）
の平面図においては図示の便宜上電極を省略して示して
いる。

【００３４】図１（ａ），（ｂ）に示すように、半導体
装置１は、Ｎ型シリコン基板であるコレクタ領域１０
と、該コレクタ領域１０上の中央部に形成されたリング
状の第１のベース領域１１と、該第１のベース領域１１
上に形成されたＣ字状の第１のエミッタ領域１２と、コ
レクタ領域１０上における第１のベース領域１１及び第
１のエミッタ領域１２の内側の空き領域に形成された立
方体状の第２のベース領域１３と、該第２のベース領域
１３上に形成された直方体状の第２のエミッタ領域１４
とを備えている。

【００３５】コレクタ領域１０の下面にはコレクタ電極
１５が設けられ、第１のベース領域１１の上面には第１
のベース電極１６が設けられ、第１のエミッタ領域１２
の上面には第１のエミッタ電極１７が設けられ、第２の
ベース領域１３の上面には第２のベース電極１８が設け
られ、第２のエミッタ領域１４の上面には第２のエミッ
タ電極１９が設けられている。

【００３６】コレクタ領域１０と第１のベース領域１１
と第１のエミッタ領域１２とによって出力用半導体素子
としての出力用トランジスタ１Ａが構成されており、コ
レクタ領域１０と第２のベース領域１３と第２のエミッ
タ領域１４とによって温度検出用素子としての温度検出
用トランジスタ１Ｂが構成されている。以上説明したよ
うに、温度検出用トランジスタ１Ｂはコレクタ領域１０
を構成するＮ型シリコン基板の中央部に設けられてお
り、出力用トランジスタ１Ａは温度検出用トランジスタ
１Ｂを包囲するように設けられている。

【００３７】以下、第１実施例に係る半導体装置１の製
造方法について説明する。

【００３８】まず、燐を添加したＮ型シリコン基板（Ｎ
ＰＮトランジスタのコレクタ領域１０となる）上にボロ
ンを選択的に拡散させて互いに独立した第１のベース領
域１１と第２のベース領域１３とを同時に形成する。

【００３９】次に、上記第１及び第２のベース領域１
１、１３に燐を選択的に拡散させて第１のエミッタ領域
１２及び第２のエミッタ領域１４をそれぞれ形成する。
その後、コレクタ領域１０の下面、第１のベース領域１
１の上面、第１のエミッタ領域１２の上面、第２のベー
ス領域１３の上面及び第２のエミッタ領域１４の上面
に、コレクタ電極１５、第１のベース電極１６、第１の
エミッタ電極１７、第２のベース電極１８及び第２のエ
ミッタ電極１９をそれぞれ設ける。

【００４０】このようにして、上記Ｎ型シリコン基板上
に、ＮＰＮトランジスタからなる出力用トランジスタ１
ＡとＮＰＮトランジスタからなる温度検出用トランジス
タ１Ｂとがそれぞれ形成される。

【００４１】以下、第１実施例に係る半導体装置１にお
いて、温度検出用トランジスタ１Ｂにより出力用トラン
ジスタ１Ａの温度を検出する方法について説明する。

【００４２】温度検出用トランジスタ１Ｂの第２のベー
ス電極１８と第２のエミッタ電極１９との間に約１Ｖの
電圧を印加し、出力用トランジスタ１Ａを４０Ｗ（電圧
２０Ｖ，電流２Ａ、デューティ５０％）で動作させて、
温度検出用トランジスタ１Ｂの第２のベース領域１３と
第２のエミッタ領域１４とのＰＮ接合部における順方向
電圧降下：Ｖ_BEを測定したところ、該順方向電圧降下：
Ｖ_BEは３４０ｍＶであった。また、出力用トランジスタ
１Ａを６０Ｗ（電圧２０Ｖ，電流３Ａ、デューティ５０
％）で動作させて温度検出用トランジスタ１Ｂの上記Ｐ
Ｎ接合部における順方向電圧降下：Ｖ_BEを測定したとこ
ろ、該順方向電圧降下：Ｖ_BEは４６０ｍＶであった。

【００４３】一方、動作している出力用トランジスタ１
Ａの定常状態における温度を熱電対を用いて実測したと
ころ、４０Ｗ、６０Ｗで動作している出力用トランジス
タ１Ａの温度はそれぞれ１７０℃、２３０℃であった。

【００４４】温度検出用トランジスタ１Ｂの上記ＰＮ接
合部における順方向電圧降下：Ｖ_BEは、温度検出用トラ
ンジスタ１Ｂの第２のベース電極１８と第２のエミッタ
電極１９との間の電圧値の差であり、該電圧値の差は温
度によって変化する。

【００４５】出力用トランジスタ１Ａの温度と温度検出
用トランジスタ１Ｂの順方向電圧降下：Ｖ_BEとの相関関
係を明確にすることにより、温度検出用トランジスタ１
Ｂの上記ＰＮ接合部における順方向電圧降下：Ｖ_BEに対
して出力用トランジスタ１Ａの温度を対応づけることが
できる。従って、温度検出用トランジスタ１Ｂの第２の
ベース領域１３と第２のエミッタ領域１４とのＰＮ接合
部における順方向電圧降下：Ｖ_BEを測定することにより
出力用トランジスタ１Ａの温度を容易に検出することが
できる。

【００４６】第１実施例に係る半導体装置１において
は、温度検出用トランジスタ１Ｂは出力用トランジスタ
１Ａ内に形成されているため、出力用トランジスタ１Ａ
と温度検出用トランジスタ１Ｂとの間の位置ズレに起因
する検出温度のバラツキを解消することができると共
に、出力用トランジスタ１Ａと温度検出用トランジスタ
１Ｂとの間の離隔距離に起因する出力用トランジスタ１
Ａの温度と検出温度との時間的なズレを解消することが
できる。

【００４７】従って、第１実施例に係る半導体装置１に
よると、出力用トランジスタ１Ａの温度を検出する際の
正確性及び迅速性が向上する。

【００４８】以下、本発明の第２実施例に係る半導体装
置について説明する。

【００４９】図２は第２実施例に係る半導体装置２を示
しており、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）
におけるII−II線の断面図である。なお、（ａ）の平面
図においては図示の便宜上電極を省略して示している。

【００５０】図２（ａ），（ｂ）に示すように、半導体
装置２は、Ｎ型シリコン基板であるコレクタ領域２０
と、該コレクタ領域２０上の中央部に形成されたリング
状のベース領域２１と、該ベース領域２１上に形成され
たＣ字状のエミッタ領域２２と、コレクタ領域２０上に
おけるベース領域２１及びエミッタ領域２２の内側の空
き領域に形成された立方体のカソード領域２３と、該カ
ソード領域２３上に形成された直方体状のアノード領域
２４とを備えている。

【００５１】コレクタ領域２０の下面にはコレクタ電極
２５が設けられ、ベース領域２１の上面にはベース電極
２６が設けられ、エミッタ領域２２の上面にはエミッタ
電極２７が設けられ、カソード領域２３の上面にはカソ
ード電極２８が設けられ、アノード領域２４の上面には
アノード電極２９が設けられている。

【００５２】コレクタ領域２０とベース領域２１とエミ
ッタ領域２２とによって出力用半導体素子としての出力
用トランジスタ２Ａが構成されており、カソード領域２
３とアノード領域２４とによって温度検出用素子として
の温度検出用ダイオード２Ｂが構成されている。以上説
明したように、温度検出用ダイオード２Ｂはコレクタ領
域２０を構成するＮ型シリコン基板の中央部に設けられ
ており、出力用トランジスタ２Ａは温度検出用ダイオー
ド２Ｂを包囲するように設けられている。

【００５３】以下、第２実施例に係る半導体装置２の製
造方法について説明する。

【００５４】まず、燐を添加したＮ型シリコン基板（Ｎ
ＰＮトランジスタのコレクタ領域２０となる）上にボロ
ンを選択的に拡散させてＮＰＮトランジスタのベース領
域２１とダイオードのカソード領域２３とを同時に形成
する。

【００５５】次に、上記ベース領域２１及びカソード領
域２３に燐を選択的に拡散させてＮＰＮトランジスタの
エミッタ領域２２及びダイオードのアノード領域２４を
それぞれ形成する。その後、コレクタ領域２０の下面、
ベース領域２１の上面、エミッタ領域２２の上面、カソ
ード領域２３の上面及びアノード領域２４の上面に、コ
レクタ電極２５、ベース電極２６、エミッタ電極２７、
カソード電極２８及びアノード電極２９をそれぞれ設け
る。

【００５６】このようにして、上記Ｎ型シリコン基板上
に、ＮＰＮトランジスタからなる出力用トランジスタ２
Ａと温度検出用ダイオード２Ｂとがそれぞれ形成され
る。

【００５７】以下、第２実施例に係る半導体装置２にお
ける温度検出用ダイオード２Ｂによる出力用トランジス
タ２Ａの温度の検出方法について説明する。

【００５８】温度検出用ダイオード２Ｂのカソード電極
２８とアノード電極２９との間に約１Ｖの電圧を印加
し、出力用トランジスタ２Ａを４０Ｗ（電圧２０Ｖ，電
流２Ａ、デューティ５０％）で動作させて、温度検出用
ダイオード２Ｂのカソード領域２３とアノード領域２４
とのＰＮ接合部における順方向電圧降下：Ｖ_F を測定し
たところ、該順方向電圧降下：Ｖ_F は３４０ｍＶであっ
た。また、出力用トランジスタ２Ａを６０Ｗ（電圧２０
Ｖ，電流３Ａ、デューティ５０％）で動作させて温度検
出用ダイオード２Ｂの上記ＰＮ接合部における順方向電
圧降下：Ｖ_F を測定したところ、該順方向電圧降下：Ｖ
_F は４６０ｍＶであった。

【００５９】一方、動作している出力用トランジスタ２
Ａの定常状態における温度を熱電対を用いて実測したと
ころ、４０Ｗ、６０Ｗで動作している出力用トランジス
タ２Ａの温度はそれぞれ１７０℃、２３０℃であった。

【００６０】温度検出用ダイオード２Ｂの上記ＰＮ接合
部における順方向電圧降下：Ｖ_F は、温度検出用ダイオ
ード２Ｂのカソード電極２８とアノード電極２９との間
の電圧値の差であり、該電圧値の差は温度によって変化
する。

【００６１】出力用トランジスタ２Ａの温度と温度検出
用ダイオード２Ｂの順方向電圧降下：Ｖ_F との相関関係
を明確にすることにより、温度検出用ダイオード２Ｂの
上記ＰＮ接合部における順方向電圧降下：Ｖ_F に対して
出力用トランジスタ２Ａの温度を対応づけることができ
る。従って、温度検出用ダイオード２Ｂのカソード領域
２３とアノード領域２４とのＰＮ接合部における順方向
電圧降下：Ｖ_F を測定することにより出力用トランジス
タ２Ａの温度を容易に検出することができる。

【００６２】第２実施例に係る半導体装置２において
も、温度検出用ダイオード２Ｂは出力用トランジスタ２
Ａ内に形成されているため、出力用トランジスタ２Ａと
温度検出用ダイオード２Ｂとの間の位置ズレに起因する
検出温度のバラツキを解消することができると共に、出
力用トランジスタ２Ａと温度検出用ダイオード２Ｂとの
間の離隔距離に起因する出力用トランジスタ２Ａの温度
と検出温度との時間的なズレを解消することができる。

【００６３】従って、第２実施例に係る半導体装置２に
よると、出力用トランジスタ２Ａの温度を検出する際の
正確性及び迅速性が向上する。

【００６４】以下、本発明の第３実施例に係る半導体装
置について説明する。

【００６５】図３は上記第３実施例に係る半導体装置３
を示しており、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は
（ａ）におけるIII −III 線の断面図である。なお、
（ａ）の平面図においても図示の便宜上電極を省略して
示している。

【００６６】図３（ａ），（ｂ）に示すように、半導体
装置３は、Ｎ型シリコン基板であるコレクタ領域３０
と、該コレクタ領域３０上の中央部に形成されたリング
状のベース領域３１と、該ベース領域３１上に形成され
たＣ字状のエミッタ領域３２と、コレクタ領域３０上に
おけるベース領域３１及びエミッタ領域３２の内側の空
き領域に形成された温度検出用素子としてのＨ字状の温
度検出用抵抗３Ｂとを備えている。

【００６７】コレクタ領域３０の下面にはコレクタ電極
３３が設けられ、ベース領域３１の上面にはベース電極
３４が設けられ、エミッタ領域３２の上面にはエミッタ
電極３５が設けられ、温度検出用抵抗３Ｂの上面には温
度検出用電極３６，３７が設けられている。

【００６８】コレクタ領域３０とベース領域３１とエミ
ッタ領域３２とによって出力用半導体素子としての出力
用トランジスタ３Ａが構成されている。以上説明したよ
うに、温度検出用抵抗３Ｂはコレクタ領域３０を構成す
るＮ型シリコン基板の中央部に形成されており、出力用
トランジスタ３Ａは温度検出用抵抗３Ｂを包囲するよう
に設けられている。

【００６９】以下、第３実施例に係る半導体装置３の製
造方法について説明する。

【００７０】まず、燐を添加したＮ型シリコン基板（Ｎ
ＰＮトランジスタのコレクタ領域３０となる）上にボロ
ンを選択的に拡散させてＮＰＮトランジスタのベース領
域３１と温度検出用抵抗３Ｂとを同時に形成する。

【００７１】次に、上記ベース領域３１に燐を選択的に
拡散させてＮＰＮトランジスタのエミッタ領域３２を形
成する。その後、コレクタ領域３０の下面、ベース領域
３１の上面、エミッタ領域３２の上面及び温度検出用抵
抗３Ｂの上面に、コレクタ電極３３、ベース電極３４、
エミッタ電極３５及び温度検出用電極３６，３７をそれ
ぞれ設ける。

【００７２】このようにして、上記Ｎ型シリコン基板上
に、ＮＰＮトランジスタからなる出力用トランジスタ３
Ａと温度検出用抵抗３Ｂとがそれぞれ形成される。

【００７３】以下、上記第３実施例に係る半導体装置３
において、温度検出用抵抗３Ｂにより出力用トランジス
タ３Ａの温度を検出する方法について説明する。

【００７４】出力用トランジスタ３Ａを４０Ｗ（電圧２
０Ｖ，電流２Ａ、デューティ５０％）で動作させて温度
検出用抵抗３Ｂの抵抗値を測定したところ、温度検出用
抵抗３Ｂの抵抗値は５０００Ωであった。また、出力用
トランジスタ３Ａを６０Ｗ（電圧２０Ｖ，電流３Ａ、デ
ューティ５０％）で動作させて温度検出用抵抗３Ｂの抵
抗値を測定したところ、温度検出用抵抗３Ｂの抵抗値は
７０００Ωであった。

【００７５】一方、動作している出力用トランジスタ３
Ａの定常状態における温度を熱電対を用いて実測したと
ころ、４０Ｗ、６０Ｗで動作している出力用トランジス
タ３Ａの温度はそれぞれ１７０℃、２３０℃であった。

【００７６】温度検出用抵抗３Ｂの抵抗値は出力用トラ
ンジスタ３Ａの温度に応じて変化するので、温度検出用
抵抗３Ｂの抵抗値に対して出力用トランジスタ３Ａの温
度を対応づけることができる。従って、温度検出用抵抗
３Ｂの抵抗値を測定することにより出力用トランジスタ
３Ａの温度を容易に検出することができる。

【００７７】第３実施例に係る半導体装置３において
も、温度検出用抵抗３Ｂは出力用トランジスタ３Ａ内に
形成されているため、出力用トランジスタ３Ａと温度検
出用抵抗３Ｂとの間の位置ズレに起因する検出温度のバ
ラツキを解消することができると共に、出力用トランジ
スタ３Ａと温度検出用抵抗３Ｂとの間の離隔距離に起因
する出力用トランジスタ３Ａの温度と検出温度との時間
的なズレを解消することができる。

【００７８】従って、第３実施例に係る半導体装置３に
よると、出力用トランジスタ３Ａの温度を検出する際の
正確性及び迅速性が向上する。

【００７９】以下、本発明の第４実施例に係る半導体装
置４について説明する。

【００８０】図４は上記第４実施例に係る半導体装置４
を示しており、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は
（ａ）におけるIV−IV線の断面図である。尚、（ａ）の
平面図において図示の便宜上電極を省略して示してい
る。

【００８１】図４（ａ），（ｂ）に示すように、半導体
装置４は、Ｎ型シリコン基板であるコレクタ領域４０
と、該コレクタ領域４０上の中央部に形成されたリング
状のＰ⁺ 領域からなる第１のベース領域４１と、該第１
のベース領域４１上に形成されたＣ字状のＮ⁺ 領域から
なる第１のエミッタ領域４２と、コレクタ領域４０上に
おける第１のベース領域４１の内側の空き領域にそれぞ
れ形成されたＰ⁺ 領域からなる第２のベース領域４３及
び第３のベース領域４４と、第２のベース領域４３上に
形成されたＮ⁺ 領域からなる第２のエミッタ領域４５
と、第３のベース領域４４上に形成されたＮ⁺ 領域から
なる第３のエミッタ領域４６とを備えている。尚、図４
において、４７はコレクタ領域４０上に形成されたチャ
ネルストッパ領域であり、４８は絶縁膜である。

【００８２】コレクタ領域４０の下面にはコレクタ電極
４９が設けられ、第１のベース領域４１の上面には第１
のベース電極５０が設けられ、第１のエミッタ領域４２
の上面には第１のエミッタ電極５１が設けられ、第２の
ベース領域４３の上面には第２のベース電極５２が設け
られ、第３のエミッタ領域４６の上面には第３のエミッ
タ電極５３が設けられている。また、第２のエミッタ領
域４５と第３のベース領域４４とはダーリントン接続用
電極５４によって電気的に接続されている。

【００８３】コレクタ領域４０と第１のベース領域４１
と第１のエミッタ領域４２とによって出力用半導体素子
としての出力用トランジスタ４Ａが構成されている。コ
レクタ領域４０と第２のベース領域４３と第２のエミッ
タ領域４５とによって第１のトランジスタ４Ｂが構成さ
れ、コレクタ領域４０と第３のベース領域４４と第３の
エミッタ領域４６とによって第２のトランジスタ４Ｃが
構成され、ダーリントン接続された第１のトランジスタ
４Ｂと第２のトランジスタ４Ｃとによって温度検出用ト
ランジスタが構成されている。以上説明したようにダー
リントン接続されたトランジスタ４Ｂ，４Ｃはコレクタ
領域４０を構成するＮ型シリコン基板の中央部に設けら
れており、出力用トランジスタ４Ａはダーリントン接続
されたトランジスタ４Ｂ，４Ｃを包囲するように設けら
れている。

【００８４】以下、第４実施例に係る半導体装置４の製
造方法について説明する。

【００８５】まず、燐を添加したＮ型シリコン基板（Ｎ
ＰＮトランジスタのコレクタ領域４０となる）上にボロ
ンを選択的に拡散させて互いに独立した第１のベース領
域４１と第２のベース領域４３と第３のベース領域４４
とを同時に形成する。

【００８６】次に、上記第１、第２及び第３のベース領
域４１，４３，４４上に燐を選択的に拡散させて第１の
エミッタ領域４２、第２のエミッタ領域４５及び第３の
エミッタ領域４６をそれぞれ形成する。その後、コレク
タ領域４０の下面、第１のベース領域４１の上面、第１
のエミッタ領域４２の上面、第２のベース領域４３の上
面及び第３のエミッタ領域４６の上面に、コレクタ電極
４９、第１のベース電極５０、第１のエミッタ電極５
１、第２のベース電極５２及び第３のエミッタ電極５３
をそれぞれ設けると共に、第３のベース領域４４の上面
及び第２のエミッタ領域４５の上面にダーリントン接続
用電極５４を設ける。

【００８７】このようにして、上記Ｎ型シリコン基板上
に、ＮＰＮトランジスタからなる出力用トランジスタ４
ＡとＮＰＮトランジスタからなる第１及び第２のトラン
ジスタ４Ｂ，４Ｃとがそれぞれ形成される。

【００８８】以下、第４実施例に係る半導体装置４を評
価するために行なった比較テストについて説明する。

【００８９】第４実施例に係る半導体装置４における出
力用トランジスタ及び図８に示す従来の半導体装置にお
ける出力用トランジスタを、それぞれ４０Ｗ（電圧２０
Ｖ，電流２Ａ、デューティ５０％）及び６０Ｗ（電圧２
０Ｖ，電流３Ａ、デューティ５０％）で動作させて、そ
れぞれの半導体装置における温度検出用トランジスタの
ＰＮ接合部における順方向電圧降下：Ｖ_BEを測定した結
果、及びそれぞれの半導体装置における動作している出
力用トランジスタの定常状態における温度を熱電対を用
いて実測した結果は［表１］に示す通りである。

【００９０】

【表１】

【００９１】［表１］から明らかなように、第４実施例
に係る半導体装置は従来の半導体装置に比べて、出力用
トランジスタの温度を正確に測定することができる。

【００９２】図５は、本発明の第１実施例に係る半導体
装置及び第２実施例に係る半導体装置における検出温度
のバラツキと、半導体基板の外部に温度センサーとして
のサーミスタが付設された従来の半導体装置における検
出温度のバラツキとを比較した図である。ここでは、第
１及び第２実施例に係る半導体装置並びに従来の半導体
装置をオーディオ装置に適用した場合の例を示してお
り、出力用トランジスタの温度の設定を２１０℃として
いる。

【００９３】図５において、Ｐは第１及び第２実施例に
係る半導体装置における検出温度の分布状態を示し、Ｑ
は従来の半導体装置における検出温度の分布状態を示し
ており、図５に示すように、第１及び第２実施例に係る
半導体装置における検出温度のバラツキは従来の半導体
装置における検出温度のバラツキに比較して大幅に小さ
くなっている。

【００９４】図６は、本発明の第３実施例に係る半導体
装置における検出温度のバラツキと、上記従来の半導体
装置における検出温度のバラツキとを比較した図であ
る。ここでも、第３実施例に係る半導体装置及び従来の
半導体装置をオーディオ装置に適用した場合の例を示し
ており、出力用トランジスタの温度の設定を２１０℃と
している。

【００９５】図６に示すように、第３実施例に係る半導
体装置における検出温度のバラツキは、従来の半導体装
置における検出温度のバラツキと比較して小さくなって
いるが、第１及び第２の実施例に係る半導体装置におけ
る検出温度のバラツキには及ばない。

【００９６】図７は、本発明の第４実施例に係る半導体
装置における検出温度のバラツキと、上記従来の半導体
装置における検出温度のバラツキとを比較した図であ
る。ここでも、第４実施例に係る半導体装置及び従来の
半導体装置をオーディオ装置に適用した場合の例を示し
ており、出力用トランジスタの温度の設定を２１０℃と
している。

【００９７】図７に示すように、第４実施例に係る半導
体装置における検出温度のバラツキは、従来の半導体装
置における検出温度のバラツキに比較して大幅に小さく
なっており、第１及び第２の実施例に係る半導体装置に
おける検出温度のバラツキよりも少なくなっている。

【００９８】オーディオ装置は通常動作時においても高
電圧が印加されるため、オーディオ装置に組み込まれる
半導体装置は他の装置に組み込まれる半導体装置に比べ
て温度が上昇するので、半導体装置に起因するオーディ
オ装置の故障は多いという問題があった。ところが、本
発明に係る半導体装置をオーディオ装置に組み込むこと
により、オーディオ装置の故障率を低下させることがで
きる。

【００９９】尚、第１〜第４実施例においては、出力用
トランジスタは半導体基板上に形成されたシングルトラ
ンジスタであったが、出力トランジスタとしてシングル
トランジスタの代わりにダーリントントランジスタを形
成しても同様の効果が得られる。

【０１００】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体装置によると、出力用トランジスタの内側の空き領域
に該出力用トランジスタの温度を検出する温度検出用素
子が設けられているため、出力用トランジスタの温度と
温度検出用素子の検出温度との間の温度差が極めて小さ
くなり、該温度差のバラツキも必然的に小さくなるの
で、温度検出用素子は出力用トランジスタの危険温度到
達を正確に検出することができる。

【０１０１】

【０１０２】

【０１０３】本発明に係る半導体装置によると、温度検
出用素子はトランジスタであるため、トランジスタのベ
ース領域とエミッタ領域とのＰＮ接合部における順方向
電圧降下は該ＰＮ接合部の温度の変化に応じて直線的に
変化する特性があるので、温度検出用素子を確実に実現
できる。

【０１０４】本発明に係る半導体装置によると、温度検
出用素子はダーリントン接続された一対のトランジスタ
であるため、該ダーリントントランジスタは２つのＰＮ
接合部を有しており、温度変化に対するダーリントント
ランジスタの順方向電圧降下はシングルのトランジスタ
に比べて２倍になるので、出力用半導体素子の温度検出
の精度が向上する。

【０１０５】

【０１０６】

【０１０７】

【０１０８】

【０１０９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る半導体装置を示し、
（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＩ
−Ｉ線の断面図である。

【図２】本発明の第２実施例に係る半導体装置を示し、
（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるII
−II線の断面図である。

【図３】本発明の第３実施例に係る半導体装置を示し、
（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるII
I −III 線の断面図である。

【図４】本発明の第４実施例に係る半導体装置を示し、
（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるIV
−IV線の断面図である。

【図５】上記第１実施例に係る半導体装置の検出温度の
バラツキを、従来の半導体装置の検出温度のバラツキと
比較しつつ説明する図である。

【図６】上記第２及び第３実施例に係る半導体装置の検
出温度のバラツキを、従来の半導体装置の検出温度のバ
ラツキと比較しつつ説明する図である。

【図７】上記第４実施例に係る半導体装置の検出温度の
バラツキを、従来の半導体装置の検出温度のバラツキと
比較しつつ説明する図である。

【図８】従来の半導体装置を示し、（ａ）はその平面図
であり、（ｂ）は（ａ）におけるVIII−VIII線の断面図
である。

【符号の説明】

１ 半導体装置（第１実施例） １Ａ 出力用トランジスタ（出力用半導体素子） １Ｂ 温度検出用トランジスタ（温度検出用素子） １０ コレクタ領域 １１ 第１のベース領域 １２ 第１のエミッタ領域 １３ 第２のベース領域 １４ 第２のエミッタ領域 ２ 半導体装置（第２実施例） ２Ａ 出力用トランジスタ（出力用半導体素子） ２Ｂ 温度検出用ダイオード（温度検出用素子） ２０ コレクタ領域 ２１ ベース領域 ２２ エミッタ領域 ２３ カソード領域 ２４ アノード領域 ３ 半導体装置（第３実施例） ３Ａ 出力用トランジスタ（出力用半導体素子） ３Ｂ 温度検出用抵抗（温度検出用素子） ３０ コレクタ領域 ３１ ベース領域 ３２ エミッタ領域 ４ 半導体装置（第４実施例） ４Ａ 出力用トランジスタ（出力用半導体素子） ４Ｂ 第１のトランジスタ（ダーリントントランジス
タ） ４Ｃ 第２のトランジスタ（ダーリントントランジス
タ） ４０ コレクタ領域 ４１ 第１のベース領域 ４２ 第２のエミッタ領域 ４３ 第２のベース領域 ４４ 第３のベース領域 ４５ 第２のエミッタ領域 ４６ 第３のエミッタ領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平5−82909 (32)優先日 平成５年４月９日(1993．4．9) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 吉村 昌祐 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工 業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−229758（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−34360（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−117267（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−37751（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 27/04 G01K 1/14 H01L 21/331 H01L 21/822 H01L 29/73

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型の半導体基板と、該半導体基
   板の表面部に形成されたリング状の第１の第２導電型領
   域と、該第１の第２導電型領域内に形成された第１の第
   １導電型領域とを有する出力用トランジスタと、 前記半導体基板における前記リング状の第１の第２導電
   型領域の内側に形成された第２の第２導電型領域と、該
   第２の第２導電型領域内に形成された第２の第１導電型
   領域とからなり、前記出力用トランジスタの温度を検出
   する温度検出用素子とを有する半導体装置であって、 前記第２の第２導電型領域は互いに分離された２つの領
   域からなると共に、前記第２の第１導電型領域は互いに
   分離された２つの領域からなり、 前記温度検出用素子は、前記第２の第２導電型領域を構
   成する前記２つの領域のうちの一方と、前記第２の第１
   導電型領域を構成する前記２つの領域のうちの一方とが
   電気的に接続されてなる一対のトランジスタである こと
   を特徴とする半導体装置。