JPH0334360A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0334360A
JPH0334360A JP16945389A JP16945389A JPH0334360A JP H0334360 A JPH0334360 A JP H0334360A JP 16945389 A JP16945389 A JP 16945389A JP 16945389 A JP16945389 A JP 16945389A JP H0334360 A JPH0334360 A JP H0334360A
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JP
Japan
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temperature
aluminum
polysilicon film
chip
electrode
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JP16945389A
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English (en)
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Yoshitomo Takahashi
美朝 高橋
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NEC Corp
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NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に関し、特に基本セルを複数個並列
配置したトランジスタの過熱によるトランジスタ破壊の
防止に関する。
〔従来の技術〕
従来、この種の例えば縦型電界効果トランジスタでは、
チップ温度検出のかわbに、ドレイン電流を検出する機
能を備えたものが知られている。
第4図(a)はこのような縦型電界効果トランジスタの
従来例を示す平面図であう、ドレイン電流検出用のミラ
ー電極Mはチップのほぼ゛中央におかれている。ケルビ
ン端子にはソース電極及びソースワイヤを大電流が流れ
る時に生じる電圧の影響を除くために設けられ、通常ソ
ース電極の一部が使われる。
第4図(b)は第4図(a)のX−X線断面図である。
例えば60V耐圧品を例にとると、アンチモンを2X1
0”/j程度にドープし九N1シリコン基板1 (N+
ドレイン)にリンを5X10”/wl程度ドープした厚
さ12μm程度のN−エピタキシャル層2(N−ドレイ
ン)を成長させゲート酸化膜5(厚さ約1000え)を
形威し、ゲート電極6を形成する。
ゲート電極6はリンを5X10”程度にドープした厚さ
約0.6μmのポリシリコン膜が用いられる。
その後ボロンを加速電圧約70keV、ドーズ量1×1
014/cm ”でイオン注入し1200℃程度で約6
0分押込むことによl’型ベース層3を形成し、続いて
リンを加速電圧約80keV%ドース量5X10”/3
2 でイオン注入し1000℃程度で約30分アニール
しN++ソース層4を形成する。この場合P型代−ス層
3及びN+型ソノ−3層4深さはそれぞれ約3.5μm
P1)Lm である。その後層間絶縁膜(SiOz)7
及びソース電極10(アルミニウム)、ミラー電極14
(アルミニウム)が形成される。
第5図は従来技術を用いたドレイン電流検出回路図であ
う本体のMOSFET Tlは基本セルが数百〜数十万
個並列接続され、MOSFET Tlのドレイン電流検
出用MO8FET T2は本体のMOSFET Tlの
基本セルと同一のものから或す1本体のMOSFET 
Tlとの基本セル数比をn:1とすることによう本体の
MOSFET Tlのドレイン電流の1/(n+1)の
電流が流れる様に設計されている。
ドレイン電流検出用MO8FET T2に流れる電流は
ミラ一端子(S2)とケルビン端子(Sl)の間に接続
された抵抗R2の電圧降下として取り出されコンバレー
200Mに入力される。コンバレー200Mではこの入
力電圧を基準電圧Vrefと比較し結果を出力端子Ou
tに出立する。出力端子Outに出力されたドレイン電
流の値はグー11241回路GDに入力されゲートドラ
イブ回路GDにようコントロールされる。この回路のバ
イアス手段としてはドレイン端子りは負荷抵抗R1を介
して電圧源VDDに接続され、ソース端子は通常グラン
ドに接続される。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の縦型電界効果トランジスタではドレイン
電流を検出しているので電流の制御はできるもののチッ
プの温度を検出していないため必ずしも安全動作領域内
の動作とはならず、場合によっては発熱による素子破壊
が起こるという欠点がある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の半導体装置は、複数の基本セルを並列配置して
なるトランジスタ本体と同一半導体基板上に絶縁膜を介
して半導体膜を設け、前記半導体膜で構成したチップ温
度検出用のPN接合グイオードを有するというものであ
る。
〔実施例〕
次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。
第1図(a)は本発明の第1の実施例のチップの平面図
、第1図伽)は第1図(a)のY−Y線断面図である。
縦型電界効果トランジスタ本体は、従来例と同様に、第
4図に示した構造の基本セル(但し、Mと82は互いに
接続されている)を並列配置し、各基本セルのゲート、
ソースはアルミニウム111%によりゲート端子G1ソ
ース端子にそれぞれ接続されている。
温度検出用ダイオード15は温度検出精度向上のためチ
ップ中央部に配置される。
例えば60V耐圧品を例にとるとアンチモンを2X10
1”/−程度にドープし九N+型シリコン基板1 (N
+ドレイ/)にリンを5X10”/ag程度ドープした
厚さ12 pm程度のN″″型エピタキシャル層2 (
N−ドレイン)を成長させ、ゲート酸化膜5(厚さ約1
00OA)を形成し、ゲート電極6を形成する。ゲート
電極6はリンを5X1019程度にドープした厚さ約0
.674mのポリシリコン膜が用いられる。
温度検出用ダイオード15はゲート電極6と同じ工程で
作られたポリシリコン膜で形成されるがダイオード用の
P型ポリシリコン膜8及びN型ポリシリコン膜9を形成
する必要があるためリンのドープは行なわない。ゲート
電極6及び温度検出用ダイオードのポリシリコン膜のバ
ターニンクノ後、ボロンを加速電圧約70keV1 ド
ーズ量1×10 ”/cwt” ”?’イオン注入し1
200℃程度テ#:、[30分押込むことによfiP型
ベ型ベース層形成し続い”C!J 7を加速1に圧約8
0keV1)’−Xt5X10 ls/ffi”でイオ
ン注入し1000℃程度で30分アニールしN+型ンー
ス層4を形成する。この場合P型代−ス層3及びN4型
ソ一ス層4の深さはそれぞれ約3.jgm、約1)Im
である。
會た温度検出用ダイオードのP型ポリシリコン膜8及び
N型ポリシリコン膜9はそれぞれP型べ−ス層、N型ン
ース層と同一の工程によシト−ピングできるため工程の
追加は必要ない。P型ポリシリコン8の部分はN+型ソ
ース層4形成及びN型ポリシリコン膜9の形成のための
イオン注入時にはアルミニウムあるいはフォトレジスト
によシマスフされるがNffポリシリコン膜9にP型ベ
ース層3形成及びP型ポリシリコン膜8形成のためのイ
オン注入時にはマスクする必要は々い。この後層間絶縁
膜7、ソース電極(アルミニウム)10、カソード端子
(アルミニウム)12、アノード電極(アルミニウム)
11が形成される。
P領域3′は高電圧が印加されるN″″型ドレイン層2
から接合分離により分#tしフローティング電位とする
ためのものでP領域3′の上に形成される温度検出用ダ
イオード15とN−型ドレイン層2間の電位差を緩和す
る。P領域3′は温度検出用ダイオード形成のためのポ
リシリコン膜形成以前の工程で例えば打込みエネルギー
70keV、ドーズ量8X1 c) ”/an2のボロ
ンのイオン注入によ膜形成される。この場合深さの制限
は特に必要なく他のP領域形成工程を流用する事によう
形成される。
第2図は本発明の素子を用いて動作中の半導体素子の温
度を検出しゲートドライブ回路に帰還させ温度制御をす
る場合の回路の一例である。
チクプの温度検出は、温度検出用ダイオードに一定電流
の順方向電流を流し7ノード、カソード間の電圧降下の
差を検出することによシ可能である。通常、アノード、
カソード間の電圧降下の温度係数は一2mV/’C程度
であシ、ある温度(Tj+)で一定電流を流した時のア
ー゛−・ド・カソード間電圧(V8D1)を基準として と表わせる。
本発明の素子(破線で囲んだ部分)はゲート端子G1 
ドレイン端子D1ソース端子S、アノード端子A1カソ
ード端子Kを備え、ゲート端子Gはゲートドライブ回路
GDに接続され、ドレイン端子りは負荷抵抗Rを介し電
圧源■DDに接続される。
ソース端子S及びカソード端子には便宜上グランド(ア
ース)に接続される。温度検出用ダイオードDi のア
ノード端子人はこのダイオードDiに一定電流を流す電
流源工及びコンパレータC0Mに接続され、このコンパ
レータは基準電圧VrefとダイオードDiの順方向電
圧降下を比較し、ダイオードDiの順方向電圧降下と基
進電圧の差に比例した電圧をゲートドライブ回路GDに
出力する。コンパレータC0Mに入力される基準電圧V
refとしては例えば接合温度が150℃と々るダイオ
ードの順方向電圧降下を用いる事ができる。
ゲートドライブ回路GDはコンパレータC0Mから出力
される電圧によシ温度検出用ダイオードDiの接合温度
が設定温度を超えた場合はゲート電圧を下げ本発明の素
子のドレイン電流を小さくし発熱を下げる、あるいはゲ
ート電圧のPWM(パルス幅変調)制御によシトレイン
電流のデエーティを下げ発熱を下げる等の動作をする。
第3図は本発明の第2の実施例の断面図であシ、本発明
を横型電界効果トランジスタに適用した場合を示すもの
である。
ボロンが8X1014/−程度ドープされたP型シリコ
ン基板101にゲート酸化膜102及びゲート電極10
3、温度検出用ダイオード形成のためのポリシリコン膜
104が形成され続いてソース及びドレインN”g10
5が打込みエネルギー80 key、ドーズ量5X15
15^2のリンのイオン注入によ膜形成され、チャネル
106とソース’ga107を電気的に接続するためP
+層108が打込みエネルギー50keV、ドーズ量5
 X i O”/crrr”のボロンのイオン注入によ
膜形成される。温度検出用ダイオード109の下部のP
型シリコン基板101にばNrgllloが形成される
が、これはN層110をP型シリコン基板101から接
合分離し70−ティング電位とする事によう温度検出用
ダイオード109とP型シリコン基板101の電位差を
少なくするもので耐圧が100V以下の素子では特に必
要はiい。N層110の形成方法としてはポリシリコン
膜104が形成される以前の工程で例えば打合みエネル
ギー120keV、ドーズ量8X10”/、2のリンの
イオン注入によう形成される(深さは2μm程度)。こ
の後層間絶縁膜111(Si(h)、ソース電極(アル
ミニウム)107、ドレイン電極(アルミニウム)11
3.アノード電極(アルミニウム) 114.カソード
電極(アルミニウム)115が形成される。温度検出用
ダイオード309のP 型ポリシリコン膜104−1゜
104−3及びN 型ポリシリコン膜104−2はそれ
ぞれP+層308、ソース及びドレイ/N+層305と
同一の工程でドーピングされる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明はトランジスタ本体と同一チ
ップに温度検出用ダイオードを備えることによシ、チッ
プの動作温度を直接的にモニターできるためチップ温度
を制御でき常に安全動作領域で動作させることができる
効果があり1素子破壊を防ぐことができる。
以上の説明はMOSFETを例にして行なったが、バイ
ポーラトランジスタについても同様である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の第1の実施例のチップの平面図
、第1図(b)は第1図(a)のY−Y線断面図、第2
図は第1の実施例を用いる温度制御回路の図、第3図は
第2の実施例のチップの断面図、第4図(a)は従来例
のチップの平面図、第4図(b)は第4図(a)のX−
X線断面図、第5図は従来例を用いる温度制御回路の図
である。 1・・・・・・N+型シリコン基板、2・・・・・・N
−型エピタキシャル層、3・・・・・・PWベース層、
4・・・・・・N+型ソース層、5・・・・・・ゲート
酸化膜、6・・・・・・ゲート電極、7・・・・・・層
間絶縁膜、8・・・・・・P型ポリシリコ/M、9・・
・・・・N型ポリシリコン膜、10・・・・・・ソース
電極(S)、11・・・・・・アート電極(A)、12
・・・・・・カソード電極(K)、14・・・・・・ミ
ラー電極(M)、15・・・・・・温度検出用ダイオー
ド(Di)、101・・・・・・P型シリコン基板、1
02・・・・・・ゲート酸化膜、103・・・・・・ゲ
ート電極、104・・・・・・ポリシリコン膜、(10
4−1,104−3・・・・・・P 型ポリシリコン膜
、104−N  型ポリシリコンり105・・・・・・
N 層、106・・・・・・チャネル、107・・・・
・・ソース電極、108・・・・・・P 層、109・
・・・・・温度検出用ダイオード、110・・・・・・
N層、111・・・・・・層間絶縁膜、113・・・・
・・ドレイン電極、114・・・・・・アノード電極、
115・・・・・・カソード電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 複数の基本セルを並列配置してなるトランジスタ本体と
    同一半導体基板上に絶縁膜を介して半導体膜を設け、前
    記半導体膜で構成したチップ温度検出用のPN接合ダイ
    オードを有することを特徴とする半導体装置。
JP16945389A 1989-06-29 1989-06-29 半導体装置 Pending JPH0334360A (ja)

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