JPH0357314A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、エンハンスメント形電界効果トランジスタ（
ＭＯＳＦＥＴ）等の電圧駆動型パワーデバイスから構成
される半導体装置に関し、特にその電圧駆動型パワーデ
バイスの短絡保護及び温度検出をモノリシツク上に実現
する半導体装置に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an enhancement type field effect transistor (
The present invention relates to a semiconductor device composed of a voltage-driven power device such as a MOSFET, and particularly to a semiconductor device that monolithically realizes short-circuit protection and temperature detection of the voltage-driven power device.
従来から用いられているパワーデバイスの短絡保護回路
として第４図に示すものが、１たその温度保護回路とし
て第６図に示すものかあシ、これらパワーデバイスの素
子断面構造をそれぞれ第３図，第５図を参照して説明す
る。The short-circuit protection circuit for conventionally used power devices is shown in Fig. 4, and the temperature protection circuit shown in Fig. 6 is shown in Fig. 3. , will be explained with reference to FIG.
第３図は第４図におけるパクーデバイスの素子断面構造
を示したものである。これは、第３図，第４図に示すよ
うに、電圧駆動型パワーデバイスＱ０のソース（エミッ
タともいう）及び電流検出端子Ｓ ， Ｓｅにバイポー
ラトランジスタＱ１のエミツタ及びベース端子をそれぞ
れ接続し、このバイポーラトランジスタＱｌ のコレク
タと電圧駆動型パワーデバイスＱｏのゲートの間に抵抗
Ｒ１を接続したものであう、バイポーラトランジスタＱ
１を電圧駆動型パワーデバイスＱｏのセルの一部ヲ用い
、抵抗Ｒ１をＩＧＢＴのゲートのポリシリコンを用いて
構成したものである。ただし、図中１はｎ十基板、２は
ｎ一エビタキシャル層、３は電圧駆動型パワーデバイス
Ｑｏの各セルのソースとなるｐ領域、４はそのソース取
出し用ｎ 領域、５はバイポーラトランジスタＱｔのコ
レクタとなるｎ十領域、６はそのトランジスタＱｌのベ
ースとなるｐ領域、７は同じくそのトランジスタＱｌの
エミツタとなるｎ十領域である。筐た、１１はｓ ｉ
Ｏ１ 等からなる絶縁体、１２はパワーデバイスＱ０の
各ゲートや抵抗Ｒ，を形成するポリシリコンからなる導
体、１３は各々の電極配線用のアルミ導体であ’）、Ｒ
ｇはゲート抵抗、Ｒ８は電流検出抵抗、Ｄ，Ｇはバワー
デバイスＱｏのドレイン，ゲート端子である。FIG. 3 shows the element cross-sectional structure of the PAKU device in FIG. 4. As shown in FIGS. 3 and 4, the emitter and base terminals of bipolar transistor Q1 are connected to the source (also called emitter) and current detection terminals S and Se of voltage-driven power device Q0, respectively. A bipolar transistor Q has a resistor R1 connected between the collector of a bipolar transistor Ql and the gate of a voltage-driven power device Qo.
1 is constructed using a part of a cell of a voltage-driven power device Qo, and the resistor R1 is constructed using polysilicon of the gate of an IGBT. However, in the figure, 1 is an n-substrate, 2 is an n-evitaxial layer, 3 is a p-region that becomes the source of each cell of the voltage-driven power device Qo, 4 is an n-region for taking out the source, and 5 is a bipolar transistor Qt. 6 is a p region which becomes the base of the transistor Ql, and 7 is an n0 region which becomes the emitter of the transistor Ql. 11 is s i
12 is a conductor made of polysilicon that forms each gate and resistor R of the power device Q0, 13 is an aluminum conductor for each electrode wiring, and R.
g is a gate resistor, R8 is a current detection resistor, and D and G are the drain and gate terminals of the power device Qo.
また、第５図は第６図にかけるパワーデバイスの素子断
面構造を示したものである。これは、第５図，第６図に
示すように、電圧駆動型パワーデバイスＱｏのセルの一
部を用いてバイポーラトランジスタＱｚを構成したもの
で、同一チップ上にある温度検出用バイポーラトランジ
スタＱｚの温度依存性の有る特性を用いて温度検出を行
えるようにしたものである。なお、第５図及び第６図に
おいて第３図，第４図と同−１たは相当部分は同一符号
を付してあう１ ８は温度検出用バイポーラトランジス
タＱｘのコレクタとなるｎ＋領域、９はそのトランジス
タＱｚのベースとなるｐ領域、１０は同じくそのトラン
ジスタＱ！のエミツタとなるｎ十領域である。Moreover, FIG. 5 shows the element cross-sectional structure of the power device shown in FIG. 6. As shown in Figures 5 and 6, this is a bipolar transistor Qz constructed using a part of the cell of a voltage-driven power device Qo, and a bipolar transistor Qz for temperature detection on the same chip. This allows temperature detection to be performed using characteristics that are temperature dependent. In FIGS. 5 and 6, the same or equivalent parts as in FIGS. 3 and 4 are denoted by the same reference numerals. 18 is an n+ region which becomes the collector of the bipolar transistor Qx for temperature detection; 9 is the p-region which is the base of the transistor Qz, and 10 is also the transistor Q! This is the n0 area that becomes the emitter of the area.
ここで、短絡保護回路は、第４図に示すように、電流検
出端子Ｓｅとソース端子Ｓの間に電流検出抵抗Ｒｓを接
続し、電圧駆動型パワーデバイスＱ０のドレイン電流の
検出を行い、短絡電流が流れた時ニバイポーラトランジ
スタＱｌをオン状態にする。そして、ゲート入力電圧Ｖ
ＩＮをゲート抵抗Ｒｇと電圧駆動型パワーデバイスＱｏ
のゲートとバイポーラトランジスタＱ１のコレクタ間の
抵抗Ｒ１によう分割し、その電圧駆動型パワーデバイス
Ｑ．のゲートに印加される電圧を下げることによう、該
電圧駆動型パワーデバイスＱ（１の飽和電流を下げると
ともに、それに伴い電圧駆動型パワーデバイス内の電流
密度を下げ、ラッチアップによる破壊を防止する。Here, as shown in FIG. 4, the short circuit protection circuit connects a current detection resistor Rs between the current detection terminal Se and the source terminal S, detects the drain current of the voltage-driven power device Q0, and detects the short circuit. When current flows, the bipolar transistor Ql is turned on. And the gate input voltage V
IN is connected to gate resistance Rg and voltage-driven power device Qo.
The voltage-driven power device Q. By lowering the voltage applied to the gate of the voltage-driven power device Q (1), the saturation current of the voltage-driven power device Q (1) is lowered, and the current density within the voltage-driven power device is accordingly lowered to prevent destruction due to latch-up. .
筐た、温度検出回路は、第６図に示すように、電圧駆動
型パワーデバイスＱｏのセルの一部を用いてバイポーラ
トランジスタＱ雪を同時に形成し、この電圧駆動型パワ
ーデバイスＱｏの接合温度を温度検出用バイポーラトラ
ンジスタＱ！で検出するものである。As shown in FIG. 6, the temperature detection circuit in the housing simultaneously forms a bipolar transistor Q using a part of the cell of the voltage-driven power device Qo, and measures the junction temperature of the voltage-driven power device Qo. Bipolar transistor Q for temperature detection! It is detected by
従来の電圧駆動型バクーデバイスの温度保護回路及び短
絡保護回路は以上のように構成されているので、同一チ
ップには構成されておらず、各保護機能を別々のモノリ
シツク上に構成するため部品点数も多くなシ、コストが
増大することになるなどの問題があった。The temperature protection circuit and short-circuit protection circuit of a conventional voltage-driven Baku device are configured as described above, so they are not configured on the same chip, but each protection function is configured on a separate monolithic device, which reduces the number of components. However, there were problems such as increased costs and increased costs.
本発明は、上記のよう慶問題点を解消するためになされ
たもので、電圧駆動型パワーデバイスのセルの一部を用
いて温度保護及び短絡保護回路をモノリシツク上に内蔵
し、高精度化を図ることを目的とする。The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and uses a part of the cell of a voltage-driven power device to incorporate temperature protection and short-circuit protection circuits on a monolithic device, thereby achieving high precision. The purpose is to
本発明に係る半導体装置は、電圧駆動型パワーデバイス
のソースセルをＮ（任意の整数）：１に分離するととも
に、その分割した端子を設けてノース端子と電流検出端
子とし、前記パワーデバイスのチップ上のソースセルの
一部を用いてバイポーラトランジスタを複数個構威し、
その一部のバイポーラトランジスタのエミツタとペース
をそれぞれ前記パワーデバイスのソース端子と電流検出
端子に接続し、該バイポーラトランジスタのコレクタと
前記パワーデバイスのゲートの間に抵抗を接続して、こ
れを用い短絡保護を行う回路を構成する。そして他のバ
イポーラトランジスタはそのベース端子を独立端子とし
、各エミツタとコレクタをそれぞれ前記パワーデバイス
のソースとゲー？に接続し、該バイポーラトランジスタ
のベース・エミツタ間電圧Ｖ■の温度依存性を用い温度
保護を行う回路を構成したものである。In the semiconductor device according to the present invention, a source cell of a voltage-driven power device is divided into N (arbitrary integer):1, and the divided terminals are provided as a north terminal and a current detection terminal, and a chip of the power device is provided. A portion of the source cell above is used to construct multiple bipolar transistors,
The emitters and paces of some of the bipolar transistors are connected to the source terminal and current detection terminal of the power device, respectively, and a resistor is connected between the collector of the bipolar transistor and the gate of the power device, and this is used to short-circuit. Configure a circuit that provides protection. The other bipolar transistors have their base terminals as independent terminals, and their emitters and collectors as the source and gate terminals of the power device, respectively. The circuit is connected to the bipolar transistor and provides temperature protection using the temperature dependence of the base-emitter voltage V■ of the bipolar transistor.
本発明に訃いては、温度保護回路及び短絡保護回路は電
圧駆動型パワーデバイスのセルの一部を用いてバイポー
ラトランジスタをパワーデバイスと同一プロセスによシ
同時に形成することによう、モノリシツク上にバクーデ
バイス，温度保護回路及び短絡保護回路が形成され、複
数の保護機能をモノリシツク上に構成することができる
。According to the present invention, the temperature protection circuit and the short-circuit protection circuit are fabricated on a monolithic substrate such that a bipolar transistor is simultaneously formed in the same process as the power device using a portion of a cell of a voltage-driven power device. Devices, temperature protection circuits and short circuit protection circuits are formed, allowing multiple protection functions to be implemented monolithically.
以下、本発明の実施例を図について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は本発明の一実施例による半導体装置の素子断面
構造図であシ、第２図はその等価回路である。この実施
例は、電圧駆動型パワーデバイスとしてｎチャネルエン
ハンスメ／ト電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）
を用いる場合を示したもので、この電界効果トランジス
タＱｏを主トランジスタとし、そのソースセルをＮ：１
に分離するとともに、その分割した端子を設けてソース
（エミツタともいう）端子Ｓと電流検出端子（センス端
子ともいう） Ｓｅ とする。そして、そのソースの
セルの一部を独立させ、セルのｐ領域９をべ−ス，ｎ十
領域８をコレクタ，ｎ十領域１０をエミツタとして、温
度検出用バイポーラトランジスタＱ２を形成し、このバ
イポーラトランジスタＱ２のｎ＋領域１０のエミツタを
前記電界効果トランジスタつ１シ主トランジスタＱｏの
ソース端子Ｓに接続し、かつそのｎ十領域８のコレクタ
を主トランジスタＱ０のゲートに接続して、これによう
温度保護回路１５を構成する。１次、上記ソースセルの
ｐ領域６をペース，そのｎ＋領域５をコレクタ，ｎ十領
域γをエミッタとして、短絡保護用バイポーラトランジ
スタＱｌを形成し、そのトランジスタＱ！のｎ十領域Ｔ
のエミツタを主トランジスタＱｏのソース端子Ｓに接続
するとともに、ｐ領域６のベースを主トランジスタＱｏ
のセンス端子Ｓｓに接続し、そのｎ十領域５のコレクタ
を主トランジスタＱｏのゲートと抵抗Ｒ，を通して接続
することによｂ１短絡保護回路１４を構威したものであ
る。なお図中、同一符号は同−１たは相当部分を示し、
Ｃ，Ｂ及びＥぱ各バイポーラトランジスタＱｌ ，Ｑ含
のコレクタ，ベース及びエミツタ端子を示している。FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an equivalent circuit thereof. This example uses an n-channel enhancement field effect transistor (MOSFET) as a voltage-driven power device.
The field effect transistor Qo is used as the main transistor, and its source cell is N:1.
The divided terminals are provided as a source (also called an emitter) terminal S and a current detection terminal (also called a sense terminal) Se. A part of the source cell is made independent, and a bipolar transistor Q2 for temperature detection is formed using the p region 9 of the cell as a base, the n+ region 8 as a collector, and the n+ region 10 as an emitter. The emitter of the n+ region 10 of the transistor Q2 is connected to the source terminal S of the field effect transistor 1 and the main transistor Qo, and the collector of the n+ region 8 is connected to the gate of the main transistor Q0, so that the temperature is A protection circuit 15 is configured. First, a bipolar transistor Ql for short-circuit protection is formed using the p region 6 of the source cell as the base, the n+ region 5 as the collector, and the n+ region γ as the emitter, and the transistor Q! n ten area T
The emitter of the p-region 6 is connected to the source terminal S of the main transistor Qo, and the base of the p-region 6 is connected to the main transistor Qo.
The b1 short-circuit protection circuit 14 is constructed by connecting the collector of the n+ region 5 to the sense terminal Ss of the main transistor Qo through the resistor R. In the figures, the same reference numerals indicate the same -1 or equivalent parts,
C, B and E indicate the collector, base and emitter terminals of bipolar transistors Ql and Q, respectively.
次に動作について説明する。１ず短絡保護回路１４にお
いて、ｎチャネルエンハンスメント型電界効果トランジ
スタつｔ！ｌｌ主トランジスタＱｏの電流検出端子Ｓｅ
には、ドレイン電流の１／Ｎが流れることによシ、抵抗
Ｒｓｏ値は、短絡時に流れる電流の１／Ｎ による電圧
降下がバイポーラトランジスタＱ１ｏＶＢＥ よう大
きく々るように設定することによう、主トランジスタＱ
ｏが負荷短絡を起こし短絡電流が流れると、バイポーラ
トランジスタＱ１はオンする。このバイポーラトランジ
スタＱｓがオンすると、主トランジスタＱｏのゲートへ
の入力電圧ｖＩＮはゲート抵抗Ｒｇと抵抗Ｒｌによシ分
割され、主トランジスタＱｏのゲートへの印加電圧は低
下する。このことよｂ１主トランジスタＱｏ内の電流密
度が低下し、ラッチ？ップを防止することができる。Next, the operation will be explained. 1. In the short-circuit protection circuit 14, an n-channel enhancement type field effect transistor t! ll Current detection terminal Se of main transistor Qo
Since 1/N of the drain current flows in the main transistor Q1oVBE, the value of the resistor Rso is set so that the voltage drop due to 1/N of the current flowing in the case of a short circuit increases as much as in the bipolar transistor Q1oVBE. Q
When o causes a load short circuit and a short circuit current flows, bipolar transistor Q1 turns on. When this bipolar transistor Qs is turned on, the input voltage vIN to the gate of the main transistor Qo is divided by the gate resistor Rg and the resistor Rl, and the voltage applied to the gate of the main transistor Qo decreases. This means that the current density in the b1 main transistor Qo decreases and the latch? It is possible to prevent this from happening.
また温度保護回路１５の動作は、主トランジスタＱｏの
温度が上昇すると、同一チップ上に形成されたバイポー
ラトランジスタＱ２も同一温度ｔで上昇する。このバイ
ポーラトランジスタＱ２は、その■■の温度依存性等を
利用した温度センサとして用い、ベースＢには適当な電
圧をかけてかき、テツブ温度が上昇すると■■が低下し
、バイポーラトランジスタＱｚがオンして、主トランジ
スタＱＯのゲートを遮断するものである。Furthermore, in the operation of the temperature protection circuit 15, when the temperature of the main transistor Qo rises, the bipolar transistor Q2 formed on the same chip also rises at the same temperature t. This bipolar transistor Q2 is used as a temperature sensor that takes advantage of the temperature dependence of its This is to cut off the gate of the main transistor QO.
々お、上記実施例でぱｎチャネルエンハンスメント型電
界効果トランジスタにｎｐｎバイポーラトランジスタを
接続したものを示したが、ｐチャネルエンハンスメント
型電界効果トランジスタにｐｎｐバイポーラトランジス
タを設けてもよく、１た電界効果トランジスタのかわシ
に、ＩＧＢＴやその他のパワーデバイスを用いても上記
実施例と同様の効果が得られる。In the above embodiment, an npn bipolar transistor is connected to a pan n-channel enhancement type field effect transistor, but a pnp bipolar transistor may be provided to the p channel enhancement type field effect transistor. Even if an IGBT or other power device is used instead, the same effect as in the above embodiment can be obtained.
以上のように本発明によれば、電圧駆動型バフ一デバイ
スのセルの一部を用いて短絡保護回路及び温度保護回路
の複数の保護機能をモノリシック上に構成｝−２，たの
で、装置が小型になシ、主チップを保護する上で精度の
高いものが得られる効果がある。As described above, according to the present invention, a plurality of protection functions such as a short circuit protection circuit and a temperature protection circuit are monolithically configured using a part of the cell of a voltage-driven buff device. It has the effect of being small and highly accurate in protecting the main chip.
第１図は本発．明の一実施例による半導体装置を示す主
要断面図、第２図は第１図の等価回路図、第３図は従来
のパワーデバイスの短絡保護を行う構造の主要断面図、
第４図は第３図の等価回路図、第５図は従来のパワーデ
バイスの温度検出●保護を行う！Ｒ造の主要断面図、第
６図は第５図の等価回路図である。
１４・・・・・短絡保護回路、１５・・・・温度保護回
路、Ｑ６ ・・・・電界効果トランジスタ（主トラン
ジスタ）、Ｑ！ ・・・・・短絡保護用バイポーラト
ランジスタ、Ｑｚ ・・・・温度検出用バイポーラト
ランジスタ、Ｒｇ●●●●ゲート抵抗、Ｒ８・・・・電
流検出抵抗％Ｒｌ ・・●・抵抗。Figure 1 is the original. 2 is an equivalent circuit diagram of FIG. 1, and FIG. 3 is a main sectional view of a structure for short-circuit protection of a conventional power device.
Figure 4 is an equivalent circuit diagram of Figure 3, and Figure 5 is a conventional power device temperature detection protection! The main sectional view of the R construction, FIG. 6, is an equivalent circuit diagram of FIG. 5. 14...Short circuit protection circuit, 15...Temperature protection circuit, Q6...Field effect transistor (main transistor), Q! ... Bipolar transistor for short circuit protection, Qz ... Bipolar transistor for temperature detection, Rg ●●●● Gate resistance, R8 ... Current detection resistance %Rl ...●. Resistance.
Claims (1)
れる半導体装置において、前記パワーデバイスのセルの
内一部を分離してそのソース端子と分離独立した電流検
出端子を設け、前記パワーデバイスのセルの一部を用い
て少くとも２個のバイポーラトランジスタを形成し、こ
の１つのバイポーラトランジスタのベース、エミッタを
前記パワーデバイスの電流検出端子、ソース端子にそれ
ぞれ接続するとともに、該バイポーラトランジスタのコ
レクタと前記パワーデバイスのゲート端子との間に抵抗
を接続して短絡保護回路を構成し、かつ前記もう１つの
バイポーラトランジスタのベース端子を独立端子とし、
それらコレクタ、エミッタを前記パワーデバイスのゲー
ト、ソースとそれぞれ接続して温度保護回路を構成した
ことを特徴とする半導体装置。In a semiconductor device composed of a voltage-driven power device such as a MOSFET, a part of the cell of the power device is separated and a current detection terminal is provided separate and independent from the source terminal thereof, and a part of the cell of the power device is provided. The base and emitter of this one bipolar transistor are connected to the current detection terminal and the source terminal of the power device, respectively, and the collector of the bipolar transistor and the power device are connected to each other. A resistor is connected between the gate terminal and the short circuit protection circuit, and the base terminal of the other bipolar transistor is an independent terminal;
A semiconductor device characterized in that a temperature protection circuit is constructed by connecting the collector and emitter to the gate and source of the power device, respectively.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1193263A JP2503670B2 (en) | 1989-07-26 | 1989-07-26 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP1193263A JP2503670B2 (en) | 1989-07-26 | 1989-07-26 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0357314A true JPH0357314A (en) | 1991-03-12 |
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ID=16305036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1193263A Expired - Lifetime JP2503670B2 (en) | 1989-07-26 | 1989-07-26 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2503670B2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5461252A (en) * | 1992-10-06 | 1995-10-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device comprising an over-temperature detection element for detecting excessive temperature of amplifiers |
| US5568347A (en) * | 1993-09-16 | 1996-10-22 | Nippondenso Co., Ltd. | Load driving circuit with protective circuit |
-
1989
- 1989-07-26 JP JP1193263A patent/JP2503670B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JP2503670B2 (en) | 1996-06-05 |
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