JPH06232410A - Mos型半導体素子 - Google Patents

Mos型半導体素子

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JPH06232410A
JPH06232410A JP1775193A JP1775193A JPH06232410A JP H06232410 A JPH06232410 A JP H06232410A JP 1775193 A JP1775193 A JP 1775193A JP 1775193 A JP1775193 A JP 1775193A JP H06232410 A JPH06232410 A JP H06232410A
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JP
Japan
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region
diode
gate electrode
electrode
semiconductor substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP1775193A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuhiko Yoshida
和彦 吉田
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP1775193A priority Critical patent/JPH06232410A/ja
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】MOS型半導体素子と共通の半導体基板に、過
電流あるいは周囲温度上昇による基板の過熱の検知手段
を集積する。 【構成】MOS型半導体素子と共通の半導体基板に自己
分離型のダイオードを集積し、そのダイオードを抵抗、
デプレッション型MOSFETあるいはエンハンスメン
ト型MOSFETを介して主素子のゲートに接続し、ゲ
ート電圧印加時にそのダイオードに逆電圧が印加される
ようにする。。ダイオードの逆方向漏れ電流は基板温度
の上昇と共に大きくなり、ダイオードと直列素子との中
間的に設けた検出信号端子の出力はある基板温度になる
とHからLに変わるので、それを利用して主素子のゲー
ト電圧引き抜き回路を動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、過負荷時あるいは周囲
温度上昇時に破壊を防止する機能を付加した、特に電力
用のMOS型半導体素子に関する。
【0002】
【従来の技術】電力用半導体素子は、高電圧、大電流の
用途に使われるために、例えば負荷の急増や短絡などに
よって定格電流を超える大電流が流れると、発熱によっ
て素子が熱破壊する危険性がある。また周囲温度の上昇
時にも同様に素子が熱破壊する危険性がある。縦型MO
SFETやIGBTのようなMOS型半導体素子の場
合、素子の温度を常時監視して所定温度を超える温度異
常、すなわち過熱があった場合には、ゲート電圧を引き
抜いて保護操作を行うことによって、素子の熱破壊事故
を防止していた。
【0003】このため従来は、MOS型素子と別の半導
体基板に過熱検知回路およびゲート電圧引き抜き回路を
集積し、外付けするかあるいはMOS型素子の半導体基
板上に絶縁膜を介して設置するか、またはインテリジェ
ント電力用半導体素子と同様にMOS型素子の端子数を
増やして別電源端子を設けて前記機能を満たしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】半導体素子の温度監視
を行う場合、過熱検知回路を素子と共通の半導体基板に
作り込むことが、温度の検出感度を高め回路の構成を簡
素化する上で有利であることはいうまでもない。しか
し、寄生動作を防止するために半導体素子との間に絶縁
分離技術を必要とし、プロセス工程数の増加、コストア
ップ等を招くなどの問題があった。
【0005】本発明の目的は、このような問題を解決
し、従来の端子構成を変えることなく、過熱検知機能を
内蔵したMOS型半導体素子を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、第一導電形の半導体基板をはさむ主電
極間を流れる電流が基板一面上に絶縁膜を介して設置さ
れたゲート電極への印加電圧によって制御されるMOS
型半導体素子において、同一半導体基板の一面側の表面
層に選択的に形成された第二導電形の領域とこの領域の
表面層に選択的に形成された第一導電形領域とからなる
ダイオードを内蔵し、このダイオードの第二導電形の領
域が一面上の主電極に接続され、ゲート電極への電圧印
加時にこのダイオードの第一、第二導電形領域間に印加
される逆電圧によって流れる漏れ電流が半導体基板の温
度上昇によって所定の値に達したときに出力が高から低
に変化する過熱検出信号端子を備えたものとする。そし
て、ゲート電極と内蔵ダイオードの第一導電形領域との
間に抵抗が接続され、その中間点に過熱検出信号端子を
備えたことが有効であり、その抵抗が同一半導体基板に
集積されたことが効果的である。また、ゲート電極と内
蔵ダイオードの第一導電形領域との間にデプレッション
型MOSFETが接続され、その中間点に過熱検出信号
端子を備えたことが有効であり、そのデプレッション型
MOSFETが同一半導体基板に集積されたことが効果
的である。さらには、ゲート電極と内蔵ダイオードの第
一導電形領域との間にそのゲート電極にゲート電極が接
続されたエンハンスメント型MOSFETが接続され、
その中間点に過熱検出信号端子を備えたことが有効であ
り、そのエンハンスメント型MOSFETが同一半導体
基板に集積されたことが効果的である。
【0007】
【作用】MOS型半導体素子のゲート電極に電圧を印加
してオンにしたとき、同一半導体基板に内蔵されるダイ
オードに逆電圧が印加されるようにすれば、その逆漏れ
電流Ir は接合部の温度とBoltgmann 定数との積の負の
逆数のexponential に比例するので、半導体基板の温度
が上昇するとIr が増加する。従って、内蔵ダイオード
を抵抗、デプレッション型MOSFETあるいはゲート
電極が主素子のゲート電極に接続されて主素子のオン時
にオンするエンハンスメント型MOSFETを介して主
素子のゲート電極に接続することによって、ゲート電極
印加時に内蔵ダイオードに逆電圧が印加されるようにす
れば、半導体基板の温度上昇によって増加するダイオー
ドの逆漏れ電流がある値を超えると、ダイオードと直列
抵抗あるいはMOSFETとの中間点に備えられた端子
から出力される信号が高から低へ移るため、これをとら
えて主素子のゲート引き抜き回路を作動すれば、主端子
の出力電流を制限することができる。
【0008】
【実施例】以下、図を引用して本発明の実施例について
述べる。図1に示す第一の実施例では、n形シリコン基
板1の表面層に選択的に形成されたp拡散領域2の表面
層にさらにn拡散領域3が選択的に形成され、p領域2
のn層1の露出部とn領域3にはさまれた部分にチャネ
ルを形成するためにその上にゲート酸化膜4を介してゲ
ート電極5が設置され、ゲート端子Gに接続されてい
る。このゲート電極5への電圧印加により、n領域3に
接触しソース端子Sに接続されたソース電極6からn基
板1の裏面に接触しドレイン端子Dに接続されたドレイ
ン電極7へ流れる主電流をオンすることができるので、
NチャネルのMOS型スイッチング素子10として機能す
る。一方、同一半導体基板には、pアノード領域8とそ
の表面層のnカソード領域9とからなる自己分離型の検
出ダイオード20が集積されており、さらにp領域11の表
面層に選択的に形成されたn領域12よりなる抵抗30が集
積されている。そして、ダイオード20のアノード電極13
は接地されるソース端子Sに、カソード電極14は検出信
号端子S0 に接続され、抵抗30の一方の電極15は検出信
号端子S0 に、他方の電極16はゲート端子Gに接続され
ている。従って等価回路は図2のようになる。この回路
においてG端子への印加電圧をVG 、抵抗30の抵抗値を
Rとした場合、基板1の発熱または周囲温度の上昇によ
り基板温度が上昇すると、検出ダイオード20の漏れ電流
r は大きくなり、VG /R≦Ir となった瞬間、検出
信号端子S0 から出力される信号はHからLに変わる。
この変化をとらえてS0 端子に接続されるゲート電圧引
き抜き回路を動作させれば、ゲート電極5の電位をソー
ス端子Sの電位付近に低下させることができ、MOS型
素子10の出力電流を制限することができる。
【0009】図3に示す第二の実施例では、図1と同様
にMOS型電力用素子10と同一半導体基板に検出ダイオ
ード20が集積されているが、抵抗30の代わりにp領域21
の表面層に、n形のソース領域22およびドレイン領域2
3、ならびにその間のチャネル形成部分にはn- 層24が
それぞれ形成され、n- 層24の上にゲート酸化膜25を介
してゲート電極26を設けることによりNチャネルデプレ
ッション型MOSFET40が集積されている。
【0010】このMOSFET40のソース領域22に接触
するソース電極27およびゲート電極25はS0 端子に、ド
レイン領域23に接触するドレイン電極28はG端子に接続
されているので、等価回路は図4のようになる。この回
路において、デプレッション型MOSFET40に流れる
飽和ドレイン電流をIDsatとすると、基板1の温度が上
昇してIDsat≦Ir になった瞬間にS0端子から出力さ
れる信号はHからLに変わるので、第一の実施例と同
様、MOS型素子10の出力制限動作を行わせることがで
きる。
【0011】図5に示す第三の実施例では、第二の実施
例のNチャネルデプレッション型MOSFET40の代わ
りに、p領域21の表面層に形成されたn形のソース領域
22およびドレイン領域23と、両領域の間の表面上にゲー
ト酸化膜25を介して形成されたゲート電極26とからなる
Nチャネルエンハンスメント型MOSFET50が集積さ
れている。そして、第二の実施例のMOSFET40と同
様、このMOSFET50のソース電極27がS0 端子と、
ゲート電極25およびドレイン電極28がG端子と接続され
ているので、等価回路は図6のようになる。
【0012】この回路において、エンハンスメント型M
OSFET50を流れるドレイン電流をID とすると、基
板温度が上昇してID ≦Ir となった瞬間にS0 端子か
ら出力される信号がHからLに変わることを利用して、
第一、第二の実施例と同様にMOS型素子10の出力制限
動作を行わせることができる。以上の実施例はMOS型
素子がNチャネルの場合について述べたが、図7に示す
ようにp基板31を用い、対応する部分の導電形が逆で、
n領域32、p領域33を有するPチャネルMOS型素子60
を保護する場合には、p基板31の表面層に形成されたn
カソード領域9とその表面層に形成されたアノード領域
8とからなるダイオードのカソード電極14を、Pチャネ
ルMOS型素子60のソース電極6に接続されたS端子に
接続して接地し、アノード電極13をS0 端子に接続する
ことにより、第一、第二、第三の実施例と同様に過熱検
知保護を行うことができる。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、MOS型半導体素子と
共通の半導体基板に寄生効果のない自己分離方式のダイ
オードを内蔵し、そのダイオードの逆方向漏れ電流の温
度特性を利用して温度が限界値に達したときに出力信号
が高から低へ移る過熱温度検出端子を備えることによ
り、その信号の変化を利用して主素子のゲート引き抜き
回路を作動させ、主素子を過負荷時の過電流あるいは周
囲温度の上昇から保護することができる。そして、ダイ
オードへの逆電圧印加にゲート電極への印加電圧を利用
するため別の電源を必要としないので端子構成に変化が
なく、過熱検出回路を構成するダイオード以外の素子も
同一半導体基板に集積可能であるため、低コストで高信
頼性のMOS型半導体素子となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のNチャネルMOSFETの
断面図
【図2】図1の素子の等価回路図
【図3】本発明の別の実施例のNチャネルMOS型素子
の断面図
【図4】図3の素子の等価回路図
【図5】本発明のさらに別の実施例のNチャネルMOS
型素子の断面図
【図6】図5の素子の等価回路図
【図7】MOS型素子がPチャネルの場合の本発明の実
施例における半導体基板の要部断面図
【符号の説明】
1 n基板 2 p領域 3 n領域 4 ゲート酸化膜 5 ゲート電極 6 ソース電極 7 ドレイン電極 8 pアノード領域 9 nカソード領域 10 NチャネルMOS型素子 20 ダイオード 30 抵抗 40 デプレッション型MOSFET 50 エンハンスメント型MOSFET 60 PチャネルMOS型素子 S0 検出信号端子

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第一導電形の半導体基板をはさむ主電極間
    を流れる電流が基板一面上に絶縁膜を介して設置された
    ゲート電極への印加電圧によって制御されるものにおい
    て、同一半導体基板の一面側の表面層に選択的に形成さ
    れた第二導電形の領域とこの領域の表面層に選択的に形
    成された第一導電形の領域とからなるダイオードを内蔵
    し、このダイオードの第二導電形領域が一面上の主電極
    に接続され、ゲート電極への電圧印加時にこのダイオー
    ドの第一、第二導電形領域間に印加される逆電圧によっ
    て流れる漏れ電流が半導体基板の温度上昇によって所定
    の値に達したときに出力が高から低に変化する過熱検出
    信号端子を備えたことを特徴とするMOS型半導体素
    子。
  2. 【請求項2】ゲート電極と内蔵ダイオードの第一導電形
    領域との間に抵抗が接続され、その中間点に過熱検出信
    号端子を備えた請求項1記載のMOS型半導体素子。
  3. 【請求項3】抵抗が同一半導体基板に集積された請求項
    2記載のMOS型半導体素子。
  4. 【請求項4】ゲート電極と内蔵ダイオードの第一導電形
    領域との間にデプレッション型MOSFETが接続さ
    れ、その中間点に過熱検出信号端子を備えた請求項1記
    載のMOS型半導体素子。
  5. 【請求項5】デプレッション型MOSFETが同一半導
    体基板に集積された請求項4記載のMOS型半導体素
    子。
  6. 【請求項6】ゲート電極と内蔵ダイオードの第一導電形
    領域との間にそのゲート電極にゲート電極が接続された
    エンハンスメント型MOSFETが接続され、その中間
    点に過熱検出信号端子を備えた請求項1記載のMOS型
    半導体素子。
  7. 【請求項7】エンハンスメント型MOSFETが同一半
    導体基板に集積された請求項6記載のMOS型半導体素
    子。
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