JPH09135024A - Insulated gate type semiconductor device incorporating control circuit - Google Patents

Insulated gate type semiconductor device incorporating control circuit

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JPH09135024A
JPH09135024A JP7291398A JP29139895A JPH09135024A JP H09135024 A JPH09135024 A JP H09135024A JP 7291398 A JP7291398 A JP 7291398A JP 29139895 A JP29139895 A JP 29139895A JP H09135024 A JPH09135024 A JP H09135024A
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mosfet
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Mitsuzo Sakamoto
光造 坂本
Isao Yoshida
功 吉田
Hideki Tsunoda
英樹 角田
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable high-frequency operation of an insulated gate type semiconductor device which incorporates such a control circuit as an overheat protection circuit or an overcurrent protection circuit. SOLUTION: A MOS FET 22 is connected at its drain to a gate terminal 11, at its source to a gate 70 of a power MOS FET 13, and at its gate to a drain terminal 12 through a resistance 41. When it is desired to turn on the power MOS FET, that is, when the drain element is at high potential, a gate voltage of the MOS FET 22 is also at a high potential. Thus, application of the voltage to the gate terminal enables the power MOS FET to be turned on at a high speed. When it is desired to cut off the power MOS FET even at the high potential of the gate terminal, a MOS FET 23 is turned on to increase an on-resistance of the MOS FET 22. Thereby the power MOS FET can be cut off at a high speed even when the driving ability of a MOS FET 24 is low.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、パワーMOSF
ETやIGBT(Insulated gate bipolar transistor)
等の絶縁ゲート型半導体装置に係り、特に、負ゲート電
圧保護や過熱保護回路等の制御回路を同一チップ上に備
えた制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power MOSF.
ET and IGBT (Insulated gate bipolar transistor)
In particular, the present invention relates to an insulated gate semiconductor device including a control circuit including a control circuit such as a negative gate voltage protection circuit and an overheat protection circuit on the same chip.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の制御回路内蔵絶縁ゲート
型半導体装置としては、例えば信頼性向上のために特開
平7−58293号公報に開示されるような同一チップ
上に過熱保護回路等の制御回路を内蔵したパワーMOS
FETが知られている。この従来例では、外部ゲート端
子と内部ゲート端子との間にゲート抵抗を接続し、さら
に内部ゲート端子と外部ソース端子との間に保護回路用
MOSFETを接続している。これにより、チップ温度
が規定温度以上に上昇した場合、前記保護回路用MOS
FETをオンさせて前記抵抗にゲート電流を流し、パワ
ーMOSFETが破壊する前にパワーMOSFETを遮
断させることができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an insulated gate type semiconductor device having a built-in control circuit of this type, for example, in order to improve reliability, an overheat protection circuit or the like is provided on the same chip as disclosed in JP-A-7-58293. Power MOS with built-in control circuit
FETs are known. In this conventional example, a gate resistor is connected between the external gate terminal and the internal gate terminal, and a protection circuit MOSFET is connected between the internal gate terminal and the external source terminal. As a result, when the chip temperature rises above the specified temperature, the protection circuit MOS is
The FET can be turned on and a gate current can be passed through the resistor to shut off the power MOSFET before the power MOSFET is destroyed.

【0003】この従来例では、同一チップ上に内蔵する
制御回路は、プロセスステップの増加を抑さえるため
に、パワーMOSFETのドレイン領域に形成する自己
分離型素子分離構造の素子を用いて構成している。この
ため、コストは安く抑さえられるものの、ゲート電圧が
負になった場合に前記保護回路用MOSFETのドレイ
ンとパワーMOSFETのドレインとの間に存在する寄
生npnトランジスタにより、外部ドレイン端子から外
部ゲート端子にリーク電流が流れる可能性が生じる。そ
こで、この対策として寄生npnトランジスタのベース
電流を遮断するためのダイオードを、保護回路用MOS
FETと直列に接続し、さらにこのダイオードが降伏す
るのを防止するダイオードを外部ゲート端子と外部ソー
ス端子との間に接続していた。
In this conventional example, the control circuit built in the same chip is constructed by using an element of a self-isolation type element isolation structure formed in the drain region of the power MOSFET in order to suppress an increase in process steps. There is. Therefore, although the cost is kept low, the parasitic npn transistor existing between the drain of the protection circuit MOSFET and the drain of the power MOSFET when the gate voltage becomes negative is changed from the external drain terminal to the external gate terminal. There is a possibility that a leak current will flow to. Therefore, as a countermeasure against this, a diode for cutting off the base current of the parasitic npn transistor is added to the protection circuit MOS.
A diode that is connected in series with the FET and that prevents the diode from breakdown is connected between the external gate terminal and the external source terminal.

【0004】また、過熱保護回路を内蔵したパワーMO
SFETの高周波化を図るために上記ゲート抵抗の代わ
りにMOSFETを用いた例が、特開平6−24441
4号公報に開示されている。この従来例では、外部ゲー
ト端子と内部ゲート端子との間にゲート抵抗を使用する
代わりに、ボディの電位がソース端子電圧に固定されて
いるMOSFETを使用していた。
A power MO having a built-in overheat protection circuit is provided.
An example in which a MOSFET is used instead of the above-mentioned gate resistor in order to increase the frequency of SFET is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-24441.
No. 4 discloses this. In this conventional example, instead of using a gate resistor between the external gate terminal and the internal gate terminal, a MOSFET in which the body potential is fixed to the source terminal voltage is used.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た前者の従来例によれば、後者の従来例のようにゲート
抵抗の代りにMOSFETを使用して高周波化を図ろう
としても、高周波化のために内部ゲート端子と外部ゲー
ト端子との間に挿入するMOSFETのソースとドレイ
ンが共にパワーMOSFETのソース端子に接続されて
いないため、前述したゲート遮断回路用MOSFETと
ダイオードの直列回路および外部ゲート端子と外部ソー
ス端子との間に設けたダイオードによっては、ゲート電
圧が負になった際に、挿入したMOSFETのドレイン
とパワーMOSFETのドレインとの間に存在する寄生
npnトランジスタが動作するのを防止することができ
なかった。
However, according to the former conventional example described above, even if an attempt is made to use a MOSFET instead of the gate resistance to increase the frequency as in the latter conventional example, it is necessary to increase the frequency. Since the source and drain of the MOSFET inserted between the internal gate terminal and the external gate terminal are not connected to the source terminal of the power MOSFET, the series circuit of the MOSFET and the diode for the gate cutoff circuit and the external gate terminal Depending on the diode provided between the external source terminal and the external source terminal, it is possible to prevent the parasitic npn transistor existing between the drain of the inserted MOSFET and the drain of the power MOSFET from operating when the gate voltage becomes negative. I couldn't.

【0006】さらに、高周波化を図った後者の従来例の
ように、ゲート抵抗の代りに基板内に形成したMOSF
ETを用いる場合、基板バイアス効果によりしきい値が
高くなり、ゲート抵抗の代りに用いた前記MOSFET
のオン抵抗が下がらずそれほど高周波化を図れないとい
う難点があった。なお、ゲート抵抗の代りの前記MOS
FETに、基板バイアスの影響を受けないように基板上
に形成した多結晶シリコンのMOSFETを用いる場合
には、多結晶シリコン中のキャリア移動度が低いために
オン抵抗があまり低くならない。このため、高周波化は
困難である。
Further, as in the latter conventional example in which the frequency is increased, a MOSF is formed in the substrate instead of the gate resistor.
When ET is used, the threshold value becomes high due to the substrate bias effect, and the MOSFET used instead of the gate resistance.
However, there was a problem that the on-resistance of was not lowered and it was not possible to achieve high frequency. The MOS instead of the gate resistor
When a polycrystalline silicon MOSFET formed on a substrate so as not to be influenced by the substrate bias is used for the FET, the carrier resistance in the polycrystalline silicon is low, and therefore the ON resistance does not become so low. Therefore, it is difficult to increase the frequency.

【0007】そこで、本発明の目的は、前記ゲート抵抗
の代りに用いるMOSFETのオン抵抗を低減して高周
波化が可能な制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体装置を提
供することにある。また、本発明の他の目的は、制御回
路用MOSFETのソースとドレインが共にパワーMO
SFETのソース端子に接続されていない場合にも、寄
生npnトランジスタ動作が問題とならない負ゲート電
圧保護を有する制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体装置を
提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit, which is capable of reducing the on-resistance of a MOSFET used in place of the above-mentioned gate resistance and increasing the frequency. Further, another object of the present invention is that both the source and the drain of the control circuit MOSFET have the power MO.
It is an object of the present invention to provide an insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit, which has a negative gate voltage protection in which the parasitic npn transistor operation does not matter even when it is not connected to the source terminal of the SFET.

【0008】[0008]

【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、本発明に係る制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体装
置は、図1に示すように、ドレイン端子12とゲート端
子11とソース端子10を少なくとも具備し、ドレイン
をドレイン端子に接続しソースをソース端子に接続した
パワーMOSFET13と、該パワーMOSFETのゲ
ートとゲート端子との間にドレインとソースを接続した
第1のMOSFET22と、ソースをソース端子に接続
しドレインを第1のMOSFETのゲートに接続した第
2のMOSFET23と、ドレイン端子と第1のMOS
FETのゲートとの間に接続した第1の抵抗41と、か
ら少なくとも構成されることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, an insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to the present invention has a drain terminal 12, a gate terminal 11 and a source terminal 10 as shown in FIG. A power MOSFET 13 having at least a drain connected to a drain terminal and a source connected to a source terminal; a first MOSFET 22 having a drain and a source connected between a gate and a gate terminal of the power MOSFET; and a source as a source. A second MOSFET 23 connected to the terminal and having a drain connected to the gate of the first MOSFET; and a drain terminal and the first MOS
At least the first resistor 41 connected between the gate of the FET and the first resistor 41.

【0009】この場合、前記第1のMOSFET22の
ゲートとソース端子10との間に第1のダイオード51
を更に設けてもよい。また、図3に示すように、前記第
1のMOSFET22のゲートとパワーMOSFETの
ゲート70との間に第2のダイオード62を更に設けて
もよい。
In this case, the first diode 51 is provided between the gate and the source terminal 10 of the first MOSFET 22.
May be further provided. Further, as shown in FIG. 3, a second diode 62 may be further provided between the gate of the first MOSFET 22 and the gate 70 of the power MOSFET.

【0010】また、図1に示すように、ドレインを前記
パワーMOSFETのゲート70に接続し、ソースをソ
ース端子10に接続した第3のMOSFET24を更に
設けてもよい。更に、前記第2のMOSFET23のゲ
ートとゲート端子11との間に第3のダイオード52を
設けることができる。
As shown in FIG. 1, a third MOSFET 24 having a drain connected to the gate 70 of the power MOSFET and a source connected to the source terminal 10 may be further provided. Furthermore, a third diode 52 can be provided between the gate of the second MOSFET 23 and the gate terminal 11.

【0011】また、図4に示すように、前記第1のMO
SFET22のゲートとゲート端子11との間に第2の
抵抗48を更に設けてもよい。また更に、前記第1のM
OSFET22のゲートとゲート端子11との間に第4
のダイオード59を設けることができる。また、前記第
1のMOSFET22のゲートとドレイン端子12との
間に第5のダイオード58を更に設けてもよい。更に、
前記第1のMOSFET22のゲートとパワーMOSF
ETのゲート70との間にキャパシタ69を設ければ好
適である。
Further, as shown in FIG. 4, the first MO
A second resistor 48 may be further provided between the gate of the SFET 22 and the gate terminal 11. Furthermore, the first M
A fourth gate is provided between the gate of the OSFET 22 and the gate terminal 11.
The diode 59 can be provided. Further, a fifth diode 58 may be further provided between the gate of the first MOSFET 22 and the drain terminal 12. Furthermore,
Gate of the first MOSFET 22 and power MOSF
It is preferable to provide the capacitor 69 with the gate 70 of the ET.

【0012】また、図1に示すように、前記パワーMO
SFETのゲート70とゲート端子11との間に第3の
抵抗42を更に設ければ好適である。また更に、ドレイ
ンとゲートを前記パワーMOSFETのゲート70に接
続し、ソースを前記ゲート端子11に接続した第4のM
OSFET30を更に設けてもよい。
Further, as shown in FIG. 1, the power MO
It is preferable to further provide the third resistor 42 between the gate 70 of the SFET and the gate terminal 11. Furthermore, a fourth M having a drain and a gate connected to the gate 70 of the power MOSFET and a source connected to the gate terminal 11.
The OSFET 30 may be further provided.

【0013】また、図7に示すように、ドレインとゲー
トを各々前記パワーMOSFETのドレインとゲートに
接続したセンス用パワーMOSFET21と、このセン
ス用パワーMOSFETのソースとソース端子10の間
に電流検出素子46と、ドレインを前記第1のMOSF
ET22のゲート71に接続しソースをソース端子に接
続し電流検出素子の検出電圧をゲート入力とした第5の
MOSFET31と、を更に設ければ好適である。
Further, as shown in FIG. 7, a sense power MOSFET 21 having a drain and a gate connected to the drain and gate of the power MOSFET, respectively, and a current detecting element between the source and the source terminal 10 of the sense power MOSFET. 46 and the drain to the first MOSF
It is preferable to further provide a fifth MOSFET 31 which is connected to the gate 71 of the ET 22 and whose source is connected to the source terminal and whose gate input is the detection voltage of the current detection element.

【0014】或いは、ドレインとゲートを各々前記パワ
ーMOSFETのドレインとゲートに接続したセンス用
パワーMOSFET21と、このセンス用パワーMOS
FETのソースとソース端子10の間に電流検出素子4
6を設け、この電流検出素子の電流検出ノード76を第
2のMOSFET23のゲートに接続してもよい。尚、
この構成は、第1のMOSFET22のゲートに対して
第2のMOSFET23と同じ働きをする第5のMOS
FET31と置き換えて、後述する実施例5の図6に示
してある。
Alternatively, a sense power MOSFET 21 having a drain and a gate connected to the drain and gate of the power MOSFET, respectively, and the sense power MOS
Between the source of the FET and the source terminal 10, a current detecting element 4
6 may be provided and the current detection node 76 of this current detection element may be connected to the gate of the second MOSFET 23. still,
In this configuration, a fifth MOS having the same function as the second MOSFET 23 with respect to the gate of the first MOSFET 22 is provided.
It is replaced with the FET 31 and is shown in FIG.

【0015】また、図7に示すように、前記ゲート端子
11とソース端子10との間に接続した第4の抵抗45
と第6のダイオード53の直列回路を更に設け、第6の
ダイオード53のアノードとカソード間の電圧が小さく
なると、前記第2のMOSFET(もしくは第5のMO
SFET)のゲート電位が高くなるように構成すれば好
適である。
Further, as shown in FIG. 7, a fourth resistor 45 connected between the gate terminal 11 and the source terminal 10 is provided.
And a sixth diode 53 in series, and when the voltage between the anode and the cathode of the sixth diode 53 becomes small, the second MOSFET (or the fifth MO) is formed.
It is preferable to configure the gate potential of the SFET) to be high.

【0016】更に、図8に示すように、ゲートをゲート
端子11に接続し、ドレインをソース端子10に接続
し、ソースとボディを前記第1のMOSFET22のボ
ディに接続した第6のMOSFET28を設ければ好適
である。この場合、ゲートをソース端子10に接続し、
ドレインをゲート端子11に接続し、ソースとボディを
前記第1のMOSFET22のボディに接続した第7の
MOSFET27を更に設けてもよい。
Further, as shown in FIG. 8, a sixth MOSFET 28 having a gate connected to the gate terminal 11, a drain connected to the source terminal 10, and a source and a body connected to the body of the first MOSFET 22 is provided. It is preferable if it is. In this case, connect the gate to the source terminal 10,
A seventh MOSFET 27 having a drain connected to the gate terminal 11 and a source and a body connected to the body of the first MOSFET 22 may be further provided.

【0017】また、本発明に係る制御回路内蔵絶縁ゲー
ト型半導体装置は、図2に示すように、パワーMOSF
ET13のn型ドレイン領域102内にp型ウエル領域
104a,104bを設け、このp型ウエル領域104
a,104b内にn型拡散層109bを設け、p型ウエ
ル領域104a,104bを第1のMOSFET22の
ボディ領域とし、n型拡散層109bを第1のMOSF
ET22のソースとドレインとしたことを特徴とするも
のである。
The insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to the present invention, as shown in FIG.
The p-type well regions 104a and 104b are provided in the n-type drain region 102 of the ET 13, and the p-type well region 104 is formed.
An n-type diffusion layer 109b is provided in each of a and 104b, the p-type well regions 104a and 104b are used as a body region of the first MOSFET 22, and the n-type diffusion layer 109b is formed as a first MOSF.
It is characterized in that it is used as a source and a drain of ET22.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明に係る制御回路内蔵絶縁ゲ
ート型半導体装置の好適な実施の形態は、絶縁ゲート型
半導体素子としてパワーMOSFETに適用した場合で
あり、ドレイン端子とゲート端子とソース端子を少なく
とも具備し、ドレインをドレイン端子に接続しソースを
ソース端子に接続したパワーMOSFETと、該パワー
MOSFETのゲートとゲート端子との間にドレインと
ソースを接続した第1のMOSFETと、ソースをソー
ス端子に接続しドレインを第1のMOSFETのゲート
に接続した第2のMOSFETと、ドレイン端子と第1
のMOSFETのゲートとの間に接続した第1の抵抗
と、から少なくとも構成される半導体装置である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A preferred embodiment of an insulated gate type semiconductor device with a built-in control circuit according to the present invention is applied to a power MOSFET as an insulated gate type semiconductor element, and a drain terminal, a gate terminal and a source terminal. A power MOSFET having at least a drain connected to a drain terminal and a source connected to a source terminal; a first MOSFET having a drain and a source connected between a gate and a gate terminal of the power MOSFET; and a source as a source. A second MOSFET connected to the terminal and a drain connected to the gate of the first MOSFET;
And a first resistor connected between the MOSFET and the gate of the MOSFET.

【0019】ところで、n型パワーMOSFETのドレ
イン領域にパワーMOSFETを制御する横型MOSF
ETを形成する自己分離型素子分離構造の制御回路内蔵
絶縁ゲート型半導体装置では、ゲート端子とパワーMO
SFETのゲートとの間に接続する第1のMOSFET
にはn型素子しか使用できない上に、このMOSFET
には基板バイアスが印加されるためオン抵抗の低減が難
しく高速に駆動しにくいという難点がある。
By the way, a lateral MOSF for controlling the power MOSFET in the drain region of the n-type power MOSFET.
In an insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit having a self-isolation type element isolation structure forming ET, a gate terminal and a power MO are provided.
First MOSFET connected between the gate of SFET
In addition to using only n-type devices for this MOSFET,
However, since a substrate bias is applied, it is difficult to reduce the on-resistance, and it is difficult to drive at high speed.

【0020】これに対して、本実施の形態の半導体装置
においては、第1のMOSFETのゲート電圧を上げる
ためにドレイン端子と第1のMOSFETとの間に第1
の抵抗を接続したことにより、パワーMOSFETをオ
ンさせる時、すなわちドレイン端子が高いときには第1
のMOSFETをオンさせておくことができるので、ゲ
ート端子に電圧が印加された時には高速にパワーMOS
FETをオンすることができる。
On the other hand, in the semiconductor device of this embodiment, the first MOSFET is provided between the drain terminal and the first MOSFET in order to increase the gate voltage of the first MOSFET.
When the power MOSFET is turned on, that is, when the drain terminal is high,
Since the MOSFET of can be turned on, the power MOS can be operated at high speed when a voltage is applied to the gate terminal.
The FET can be turned on.

【0021】また、ゲート端子に電圧が印加されている
ときに他の遮断端子の信号や過電流保護や過熱保護を行
なうための信号により、パワーMOSFETを強制的に
遮断させるときには前記第1のMOSFETのゲート電
圧を下げてオン抵抗を増加させ、パワーMOSFETの
ゲートを下げる。これにより、パワーMOSFETを遮
断させるために必要なMOSFETの電流駆動能力は小
さくても高速にパワーMOSFETを遮断できる。ま
た、遮断状態でゲートに流れる電流を低くすることも可
能になる。
When the voltage is applied to the gate terminal, the power MOSFET is forcibly cut off by a signal from another cutoff terminal or a signal for overcurrent protection or overheat protection. Lowers the gate voltage to increase the on-resistance and lowers the gate of the power MOSFET. As a result, the power MOSFET can be cut off at high speed even if the current driving capability of the MOSFET required to cut off the power MOSFET is small. It is also possible to reduce the current flowing through the gate in the cutoff state.

【0022】さらに、ゲート端子と前記第1のMOSF
ETのゲートとの間に第2の抵抗と第4のダイオードを
接続し、ドレイン端子と第1のMOSFETのゲートと
の間に前記第1の抵抗と直列に第5のダイオードを接続
した場合には、ゲート端子が高電位でドレイン端子が低
電位の場合でも第1のMOSFETのゲート電圧を上昇
させることが可能となり、ゲート端子からドレイン端子
へのリーク電流は第5のダイオードにより阻止でき、ゲ
ート端子が低電位でドレイン端子が高電位の場合には第
4のダイオードによりドレイン端子からゲート端子への
リーク電流を阻止することができる。
Further, the gate terminal and the first MOSF
When a second resistor and a fourth diode are connected between the gate of ET and a fifth diode is connected in series with the first resistor between the drain terminal and the gate of the first MOSFET. Enables the gate voltage of the first MOSFET to be increased even when the gate terminal has a high potential and the drain terminal has a low potential, and the leakage current from the gate terminal to the drain terminal can be blocked by the fifth diode. When the terminal has a low potential and the drain terminal has a high potential, the fourth diode can prevent a leak current from the drain terminal to the gate terminal.

【0023】また、前記第1のMOSFETのゲートと
ソース端子との間に、第1のMOSFETのゲート保護
用に第1のダイオードを接続した場合には、この第1の
ダイオードの耐圧の範囲ではドレイン端子からソース端
子へのリーク電流を阻止でき、たとえ第1のダイオード
の耐圧以上の電圧がドレイン端子に印加された場合でも
第1のMOSFETが破壊することはなく、ドレイン端
子からソース端子へ流れるブレークダウン電流も前記第
1の抵抗の値を高くすることにより無視できる範囲に抑
さえることが可能となる。
If a first diode is connected between the gate and the source terminal of the first MOSFET for gate protection of the first MOSFET, within the withstand voltage range of the first diode. A leak current from the drain terminal to the source terminal can be prevented, and even if a voltage higher than the withstand voltage of the first diode is applied to the drain terminal, the first MOSFET is not destroyed and flows from the drain terminal to the source terminal. The breakdown current can be suppressed to a negligible range by increasing the value of the first resistor.

【0024】さらに、ゲートをソース端子に接続し、ド
レインをゲート端子に接続し、ソースとボディを前記第
1のMOSFETのボディに接続した第7のMOSFE
Tを設けた場合には、ゲート端子にソース端子電圧より
も低い負ゲート電圧が印加された場合でも、第1のMO
SFETに存在する寄生npnトランジスタのエミッタ
・ベース間が順バイアスされない。また、ゲートをゲー
ト端子に接続し、ドレインをソース端子に接続し、ソー
スとボディを制御回路部の仮想グランドに接続した第6
のMOSFETを設けた場合には、制御回路部のMOS
FETに存在する寄生npnトランジスタのベース電流
を遮断できる。このため、上記寄生npnトランジスタ
がオンすることによりドレイン端子からゲート端子へ流
れるリーク電流を阻止できると共に、上記寄生npnト
ランジスタ部分で素子破壊することも防止できる。
Further, a seventh MOSFE in which the gate is connected to the source terminal, the drain is connected to the gate terminal, and the source and body are connected to the body of the first MOSFET.
When T is provided, even if a negative gate voltage lower than the source terminal voltage is applied to the gate terminal, the first MO
The parasitic npn transistor existing in the SFET is not forward-biased between the emitter and the base. In addition, a sixth connecting the gate to the gate terminal, the drain to the source terminal, and the source and body to the virtual ground of the control circuit section.
If the MOSFET of the
The base current of the parasitic npn transistor existing in the FET can be cut off. Therefore, it is possible to prevent a leak current flowing from the drain terminal to the gate terminal when the parasitic npn transistor is turned on, and it is also possible to prevent device breakdown in the parasitic npn transistor portion.

【0025】[0025]

【実施例】次に、本発明に係る制御回路内蔵絶縁ゲート
型半導体装置の更に具体的な実施例につき、添付図面を
参照しながら以下詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A more specific embodiment of an insulated gate semiconductor device having a control circuit according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0026】<実施例1>図1は、本発明に係る制御回
路内蔵絶縁ゲート型半導体装置の第1の実施例を示す回
路図である。図1において、参照符号82は本発明の制
御回路内蔵パワーMOSFETを示し、この制御回路内
蔵パワーMOSFET82はパワーMOSFET13
と、MOSFET22〜24、MOSFET30、抵抗
41,42,47、ダイオード51,52からなるゲー
ト遮断回路14と、ダイオード56,57からなるゲー
ト保護回路15とを同一半導体チップ上に内蔵してい
る。更に、制御回路内蔵パワーMOSFET82のドレ
イン端子12とソース端子10間にはバッテリ80と負
荷81が接続されている。この制御回路内蔵パワーMO
SFET82は、通常のパワーMOSFETと同様にド
レイン端子12とゲート端子11とソース端子10を有
する他に、パワーMOSFET13をゲート端子11の
電圧如何に拘らず遮断する遮断端子18を有する。
<First Embodiment> FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of an insulated gate semiconductor device having a control circuit according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 82 indicates a power MOSFET with a built-in control circuit according to the present invention. The power MOSFET 82 with a built-in control circuit is the power MOSFET 13.
The gate cutoff circuit 14 including the MOSFETs 22 to 24, the MOSFET 30, the resistors 41, 42 and 47, and the diodes 51 and 52, and the gate protection circuit 15 including the diodes 56 and 57 are built in the same semiconductor chip. Further, a battery 80 and a load 81 are connected between the drain terminal 12 and the source terminal 10 of the power MOSFET 82 with a built-in control circuit. Power MO with built-in control circuit
The SFET 82 has a drain terminal 12, a gate terminal 11 and a source terminal 10 like a normal power MOSFET, and also has a cutoff terminal 18 for cutting off the power MOSFET 13 regardless of the voltage of the gate terminal 11.

【0027】また、パワーMOSFET13のドレイン
はドレイン端子12に接続され、ソースはソース端子1
0に接続され、このパワーMOSFETのゲート70と
ゲート端子11との間にMOSFET22のドレインと
ソースが接続され、MOSFET22のゲートは抵抗4
1を介してドレイン端子12に接続されると共にダイオ
ード51のカソードに接続されている。ダイオード51
のアノードは、ソース端子10に接続されている。更
に、パワーMOSFETのゲート70とゲート端子11
との間には抵抗42が接続される。また、MOSFET
30のドレインとゲートがパワーMOSFETのゲート
70に接続され、MOSFET30のソースがゲート端
子11に接続されている。MOSFET23のソースは
ソース端子10に接続され、ドレインはMOSFET2
2のゲート71に接続され、ゲートは抵抗47を介して
遮断端子18に接続されると共にダイオード52を介し
てMOSFET22のドレインに接続されている。MO
SFET24のソースはソース端子10に接続され、ド
レインはパワーMOSFET12のゲート70に接続さ
れ、ゲートは抵抗47を介して遮断端子18に接続され
ている。
The drain of the power MOSFET 13 is connected to the drain terminal 12, and the source is the source terminal 1.
0, the drain and source of the MOSFET 22 are connected between the gate 70 and the gate terminal 11 of the power MOSFET, and the gate of the MOSFET 22 has a resistor 4
It is connected to the drain terminal 12 via 1 and to the cathode of the diode 51. Diode 51
The anode of is connected to the source terminal 10. Further, the gate 70 and the gate terminal 11 of the power MOSFET
A resistor 42 is connected between and. Also, MOSFET
The drain and gate of 30 are connected to the gate 70 of the power MOSFET, and the source of the MOSFET 30 is connected to the gate terminal 11. The source of the MOSFET 23 is connected to the source terminal 10, and the drain is the MOSFET 2
The second gate 71 is connected to the cutoff terminal 18 via the resistor 47 and the drain of the MOSFET 22 via the diode 52. MO
The source of the SFET 24 is connected to the source terminal 10, the drain is connected to the gate 70 of the power MOSFET 12, and the gate is connected to the cutoff terminal 18 via the resistor 47.

【0028】このように構成される制御回路内蔵パワー
MOSFET82では、パワーMOSFET13が遮断
状態の時でもMOSFET22のゲート71にはバッテ
リ80の電圧が抵抗41を介して印加されているため、
MOSFET22はオン状態である。このため、ゲート
端子11に正の電圧が印加されるとパワーMOSFET
13は高速にオン状態になる。一方、ゲート端子11に
正の電圧が印加された状態で遮断端子18を高電位にす
ると、MOSFET23がオンするためMOSFET2
2のゲート電圧が低下してMOSFET22のオン抵抗
が高くなる。従って、ゲート端子11からMOSFET
22を介して流れる電流が少なくなる上に、その分パワ
ーMOSFET13のゲート電荷を放電する割合も多く
なるので、MOSFET24の電流駆動能力が低くても
パワーMOSFET13を高速に遮断できる。また、こ
の時にゲート端子11からMOSFET24を通ってソ
ース端子10に流れるゲート電流も低くできるという効
果がある。
In the power MOSFET 82 with a built-in control circuit constructed as above, the voltage of the battery 80 is applied to the gate 71 of the MOSFET 22 through the resistor 41 even when the power MOSFET 13 is in the cutoff state.
The MOSFET 22 is on. Therefore, when a positive voltage is applied to the gate terminal 11, the power MOSFET
13 is turned on at high speed. On the other hand, when the cutoff terminal 18 is set to a high potential while the positive voltage is applied to the gate terminal 11, the MOSFET 23 is turned on, so that the MOSFET 2
The gate voltage of 2 decreases and the ON resistance of the MOSFET 22 increases. Therefore, from the gate terminal 11 to the MOSFET
Since the current flowing through 22 decreases and the rate of discharging the gate charge of the power MOSFET 13 increases accordingly, the power MOSFET 13 can be cut off at high speed even if the current driving capability of the MOSFET 24 is low. Further, at this time, the gate current flowing from the gate terminal 11 through the MOSFET 24 to the source terminal 10 can be reduced.

【0029】ゲート端子11の電位を下げると抵抗42
を介してゲート電荷が放電し、パワーMOSFET13
は遮断する。本実施例では、ドレインとゲートをパワー
MOSFET13のゲート70に接続しソースをゲート
端子11に接続したMOSFET30を設けてあるた
め、ゲート端子11の電位を下げたときMOSFET3
0を介してもゲート電荷が放電する。このため、パワー
MOSFET13を高速に遮断できる。また、抵抗42
をパワーMOSFET13のゲート70とゲート端子1
1の間に接続してあるため、ドレイン端子12の初期電
圧が低電位の場合でもゲート端子11によりパワーMO
SFET13をオンさせることができると共に、MOS
FET22のしきい電圧が高くてもDC(直流)的には
ゲート端子11の電圧とパワーMOSFETのゲート7
0の電圧を等しくさせることができる。従って、パワー
MOSFETの実質的なオン抵抗を低減できるという効
果がある。
When the potential of the gate terminal 11 is lowered, the resistance 42
The gate charge is discharged through the power MOSFET 13
Shuts off. In this embodiment, the MOSFET 30 having the drain and the gate connected to the gate 70 of the power MOSFET 13 and the source connected to the gate terminal 11 is provided. Therefore, when the potential of the gate terminal 11 is lowered, the MOSFET 3
Even through 0, the gate charge is discharged. Therefore, the power MOSFET 13 can be cut off at high speed. The resistance 42
Is the gate 70 and the gate terminal 1 of the power MOSFET 13.
Since the gate terminal 11 is connected between the two terminals, even if the initial voltage of the drain terminal 12 is low,
SFET13 can be turned on and MOS
Even if the threshold voltage of the FET 22 is high, in terms of DC (direct current), the voltage of the gate terminal 11 and the gate 7 of the power MOSFET are
The zero voltage can be made equal. Therefore, there is an effect that the substantial on-resistance of the power MOSFET can be reduced.

【0030】また、ゲート端子11とMOSFET23
のゲートとの間にダイオード52が接続してあるため、
ゲート端子11の電位を下げたときMOSFET23が
遮断する。これにより、ドレイン端子12からMOSF
ET23を通ってソース端子10にリーク電流が流れる
ことを防止できる。
In addition, the gate terminal 11 and the MOSFET 23
Since the diode 52 is connected between the gate and
When the potential of the gate terminal 11 is lowered, the MOSFET 23 shuts off. As a result, from the drain terminal 12 to the MOSF
A leak current can be prevented from flowing to the source terminal 10 through the ET 23.

【0031】本実施例では、ドレイン端子12の電圧が
上昇してもMOSFET22,23,24のゲートが破
壊しないようにMOSFET22のゲートとソース端子
10との間にゲート保護ダイオード51を設けてある。
このため、ドレイン端子12にはダイオード51の耐圧
(例えば20V)以上の電圧を印加できる。ダイオード
51のブレークダウン電流は抵抗41により十分低く抑
さえられるため、実質的なドレイン耐圧はパワーMOS
FET13のドレイン耐圧と同等と見做すことができ
る。また、抵抗47を遮断端子18とMOSFET23
のゲート間に接続してあるため、遮断端子18を高電位
にしているときにゲート端子11を低電位にしても遮断
端子18からゲート端子11へ大電流が流れることを防
止できる。ダイオード56とダイオード57は、各々パ
ワーMOSFET13とMOSFET23,24のゲー
ト保護ダイオードである。
In this embodiment, the gate protection diode 51 is provided between the gate of the MOSFET 22 and the source terminal 10 so that the gates of the MOSFETs 22, 23 and 24 are not destroyed even if the voltage of the drain terminal 12 rises.
Therefore, a voltage higher than the withstand voltage (for example, 20 V) of the diode 51 can be applied to the drain terminal 12. Since the breakdown current of the diode 51 is suppressed sufficiently low by the resistor 41, the substantial drain breakdown voltage is the power MOS.
It can be regarded as equivalent to the drain breakdown voltage of the FET 13. In addition, the resistor 47 is cut off from the shutoff terminal 18
Since the gate terminals are connected between the gates, even if the gate terminal 11 has a low potential when the cutoff terminal 18 has a high potential, it is possible to prevent a large current from flowing from the cutoff terminal 18 to the gate terminal 11. The diode 56 and the diode 57 are gate protection diodes for the power MOSFET 13 and the MOSFETs 23 and 24, respectively.

【0032】なお、本実施例で示した全てのダイオード
51,52,56,57は各々1段だけ接続してある図
を示してあるが、高耐圧が必要な場合には各々多段に接
続することも可能である。また、以下に示す実施例3以
降の回路に使用されているダイオードに関しても同様で
ある。
Although all the diodes 51, 52, 56 and 57 shown in this embodiment are connected in only one stage, they are connected in multiple stages when high breakdown voltage is required. It is also possible. The same applies to the diodes used in the circuits of Example 3 and the following shown below.

【0033】図2は、図1に示した制御回路内蔵パワー
MOSFET82を構成する半導体装置の要部構造を示
す断面図である。本半導体装置は、従来の縦型パワーM
OSFETと同様のプロセスで形成できる。図2におい
て、参照符号101はアンチモン又は砒素を不純物とし
た抵抗率0.02〜0.002Ω・cm程度の高濃度n
型半導体基板を示し、この半導体基板101上に抵抗率
1〜2Ω・cm程度のn型エピタキシャル層102が1
0μm程度形成されている。
FIG. 2 is a sectional view showing a main part structure of a semiconductor device which constitutes the power MOSFET 82 with a built-in control circuit shown in FIG. This semiconductor device is a conventional vertical power M
It can be formed by a process similar to that of OSFET. In FIG. 2, reference numeral 101 is a high concentration n having a resistivity of about 0.02 to 0.002 Ω · cm using antimony or arsenic as an impurity.
1 shows a semiconductor substrate, and an n-type epitaxial layer 102 having a resistivity of about 1 to 2 Ω · cm is formed on the semiconductor substrate 101.
The thickness is about 0 μm.

【0034】パワーMOSFETの形成部分には、厚さ
約50nmのゲート酸化膜105a上に形成した多結晶
シリコンゲート層106aのパターン間に深さ6μm、
ドーズ量1×1015cm-2程度の第1のp型ウエル拡散
層103aと、多結晶シリコンゲート層106aをマス
クにして自己整合的に形成した深さ2μm、ドーズ量5
×1013cm-2程度のボディ用p型拡散層107と、深
さ0.4μm、ドーズ量1×1016cm-2程度のソース
用n型拡散層109aを設け、更にボディとアルミ電極
112aの間のオーミックコンタクトを取るために深さ
0.5μm、ドーズ量1×1015cm-2程度の高濃度p
型拡散層110aを設け、多結晶シリコンゲート層10
6aの上には絶縁層111を介してソース電極となるア
ルミ電極層112aを設けてある。
In the power MOSFET formation portion, a depth of 6 μm is provided between the patterns of the polycrystalline silicon gate layer 106a formed on the gate oxide film 105a having a thickness of about 50 nm.
The first p-type well diffusion layer 103a having a dose amount of about 1 × 10 15 cm −2 and the polycrystalline silicon gate layer 106a are used as a mask to form a self-aligned depth of 2 μm, and the dose amount is 5
× 10 13 and cm -2 order of p-type diffusion layer 107 for the body, depth 0.4 .mu.m, a dose of 1 × 10 16 cm -2 order of the source n-type diffusion layer 109a is provided, further body and the aluminum electrode 112a For deep ohmic contact between 0.5 μm and a dose of 1 × 10 15 cm -2.
The type diffusion layer 110a is provided, and the polycrystalline silicon gate layer 10 is provided.
An aluminum electrode layer 112a serving as a source electrode is provided on 6a via an insulating layer 111.

【0035】また保護回路部には、深さ5μm、ドーズ
量2×1013cm-2程度の第2のp型ウエル拡散層10
4a,104bをボディとし、前記n型拡散層109a
と同一工程で形成される高濃度n型拡散層109bをド
レイン拡散層およびソース拡散層とし、前記高濃度p型
拡散層110aと同一工程で形成される高濃度p型拡散
層110bを、ボディ104a,104bとアルミ電極
112b〜112eとの間のオーミックコンタクトを取
るための高濃度p型拡散層とし、多結晶シリコンゲート
層106aと同一工程で形成される多結晶シリコンゲー
ト層106bを保護回路用MOSFETのゲート電極と
し、高濃度n型拡散層109bのドレイン拡散層の周囲
にはドレイン耐圧向上のためのドーズ量5×1012cm
-2程度の低濃度n型オフセット領域108としたMOS
FETを設けてある。なお、ボディ104a,104b
の周囲には耐圧向上のため、前記第1のp型ウエル拡散
層103aと同一工程で形成されるp型ウエル拡散層1
03b,103cが設けてある。尚、参照符号105b
はフィールド酸化膜である。
In the protection circuit portion, the second p-type well diffusion layer 10 having a depth of 5 μm and a dose amount of about 2 × 10 13 cm −2 is formed.
4a and 104b as bodies, and the n-type diffusion layer 109a
The high-concentration n-type diffusion layer 109b formed in the same step as above is used as a drain diffusion layer and a source diffusion layer, and the high-concentration p-type diffusion layer 110b formed in the same step as the high-concentration p-type diffusion layer 110a is replaced with the body 104a. , 104b and the aluminum electrodes 112b to 112e are used as high-concentration p-type diffusion layers for forming ohmic contact, and the polycrystalline silicon gate layer 106b formed in the same step as the polycrystalline silicon gate layer 106a is used as a protection circuit MOSFET. And a dose amount of 5 × 10 12 cm for improving the drain withstand voltage around the drain diffusion layer of the high-concentration n-type diffusion layer 109b.
MOS with low concentration n-type offset region 108 of about -2
FET is provided. In addition, the bodies 104a and 104b
The p-type well diffusion layer 1 formed in the same step as the first p-type well diffusion layer 103a is formed in the vicinity of the above in order to improve the breakdown voltage.
03b and 103c are provided. Incidentally, reference numeral 105b
Is a field oxide film.

【0036】図2には、パワーMOSFET13の一部
分と、パワーMOSFET13のドレイン領域であるn
型エピタキシャル層102の中に制御回路用MOSFE
Tの一例として図1で示したMOSFET22,23と
を示してある。このようにパワーMOSFET13のド
レイン領域に制御回路用MOSFETを設ける構造とす
ることにより、従来のパワーMOSFETプロセスと同
様に低コストで制御回路を内蔵できるという利点があ
る。各ダイオードは拡散層を用いて構成してもよいが、
両端の電位が共に変動するダイオード52に関しては、
多結晶シリコンダイオードを用いると、寄生トランジス
タの発生が防止できるので好適である。勿論、その他の
ダイオードに関しても多結晶シリコンダイオードを用い
てもよいことは言うまでもない。
In FIG. 2, a part of the power MOSFET 13 and n which is a drain region of the power MOSFET 13 are shown.
MOS FET for control circuit in the epitaxial layer 102
As an example of T, the MOSFETs 22 and 23 shown in FIG. 1 are shown. By thus providing the control circuit MOSFET in the drain region of the power MOSFET 13, there is an advantage that the control circuit can be built in at a low cost as in the conventional power MOSFET process. Each diode may be configured using a diffusion layer,
Regarding the diode 52 in which the potentials at both ends fluctuate together,
The use of a polycrystalline silicon diode is preferable because the generation of parasitic transistors can be prevented. Needless to say, a polycrystalline silicon diode may be used for other diodes.

【0037】また、高速化の為に設けたMOSFET2
2は基板バイアス効果によりゲート端子11の電圧が高
くなると実効的なオン抵抗が低下するという問題がある
が、図1において説明したようにMOSFET22を低
オン抵抗にしたいときにはMOSFET22のゲート電
圧がドレイン端子12の電圧の上昇に応じ高くなるため
オン抵抗の低減が可能となる。なお、図1のMOSFE
T22,30のオン抵抗を更に低減する為には、これら
のMOSFETのゲート直下にn型層を形成するn型イ
オン打ち込み工程を追加してデプレッション型にすると
よい。
Further, the MOSFET 2 provided for speeding up
2 has a problem that the effective on-resistance decreases when the voltage of the gate terminal 11 increases due to the substrate bias effect. However, as described in FIG. 1, when the MOSFET 22 has a low on-resistance, the gate voltage of the MOSFET 22 is the drain terminal. Since it increases as the voltage of 12 increases, the on-resistance can be reduced. In addition, the MOSFE of FIG.
In order to further reduce the on-resistance of T22 and T30, it is advisable to add an n-type ion implantation step of forming an n-type layer directly under the gates of these MOSFETs to make it a depletion type.

【0038】また本実施例では、MOSFET22のボ
ディ104a,103bと、MOSFET23のボディ
104b,103cと、パワーMOSFET13のボデ
ィ107,103aは、パワーMOSFET13のドレ
イン領域102により分離された構造図になっている
が、図1に示した回路構成の場合には上記ボディ拡散層
を全て接続しても構わない。
In this embodiment, the bodies 104a and 103b of the MOSFET 22, the bodies 104b and 103c of the MOSFET 23, and the bodies 107 and 103a of the power MOSFET 13 are separated by the drain region 102 of the power MOSFET 13. However, in the case of the circuit configuration shown in FIG. 1, all the body diffusion layers may be connected.

【0039】本実施例では、パワーMOSFET13を
用いた制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体装置を例にして
説明したが、パワーMOSFET13の代わりにIGB
Tを用いても同様な作用・効果が得られる。その場合、
IGBTのコレクタを図1のドレイン端子12に接続
し、IGBTのゲートをパワーMOSFET13のゲー
ト70に接続し、IGBTのエミッタをソース端子10
に接続すれば良い。
In this embodiment, an insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit using the power MOSFET 13 has been described as an example. However, instead of the power MOSFET 13, an IGBT is used.
Even if T is used, the same action and effect can be obtained. In that case,
The collector of the IGBT is connected to the drain terminal 12 of FIG. 1, the gate of the IGBT is connected to the gate 70 of the power MOSFET 13, and the emitter of the IGBT is connected to the source terminal 10.
You can connect to.

【0040】パワーMOSFET13の代わりにIGB
Tを用いる場合には、図2において、高濃度n型半導体
基板101を高濃度p型半導体基板に置き換えるだけで
良い。更に、この場合、高濃度p型半導体基板とn型エ
ピタキシャル層102との間に、高濃度p型半導体基板
からの少数キャリアの注入を制限するためにn型エピタ
キシャル層102よりも高濃度のいわゆるn型バッファ
層を必要に応じて設けても良い。また、IGBTに置き
換える場合、図2において、それぞれアルミ電極112
aはIGBTのエミッタ電極、多結晶シリコンゲート層
106aはIGBTのゲート層、高濃度p型半導体基板
はIGBTのコレクタとなる。
IGB instead of power MOSFET 13
When T is used, it is only necessary to replace the high concentration n-type semiconductor substrate 101 with the high concentration p-type semiconductor substrate in FIG. Further, in this case, in order to limit the injection of minority carriers from the high concentration p-type semiconductor substrate between the high concentration p-type semiconductor substrate and the n-type epitaxial layer 102, a so-called higher concentration of so-called n-type epitaxial layer 102 is required. An n-type buffer layer may be provided if necessary. In the case of replacing with the IGBT, in FIG.
a is the emitter electrode of the IGBT, the polycrystalline silicon gate layer 106a is the gate layer of the IGBT, and the high-concentration p-type semiconductor substrate is the collector of the IGBT.

【0041】以下、他の実施例でもパワーMOSFET
を用いて説明を行うが、上記と同様の置き換えを行うこ
とにより制御回路内蔵IGBTを実現できることは勿論
である。
Hereinafter, power MOSFETs will be used in other embodiments as well.
However, it goes without saying that the control circuit built-in IGBT can be realized by performing the same replacement as described above.

【0042】<実施例2>図3は、本発明に係る制御回
路内蔵絶縁ゲート型半導体装置の第2の実施例を示す回
路図である。尚、説明の便宜上、図3において実施例1
の図1に示した構成部分と同一部分については、同一の
参照符号を付してその詳細な説明は省略する。すなわ
ち、実施例1ではパワーMOSFET13の遮断用とし
てMOSFET23とMOSFET24を用いていた
が、本実施例ではMOSFET23だけを用い、MOS
FET24を使用しない代わりにダイオード62をパワ
ーMOSFET13のゲート70とMOSFET22の
ゲート71との間に接続してある点が図1の構成と異な
る。ダイオード62は、抵抗41を介してドレイン端子
12からMOSFET22のソースとパワーMOSFE
Tのゲート70、及びゲート端子11へ電流が流れるの
を防止すると共に、MOSFET23がオンしたときに
パワーMOSFETのゲート70の電圧を下げるために
設けてある。このように構成しても、本実施例の回路構
成により得られる高周波化の効果は、図1に示した実施
例とほぼ同じである。
<Embodiment 2> FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of an insulated gate semiconductor device having a control circuit according to the present invention. For convenience of explanation, the first embodiment in FIG.
The same parts as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. That is, in the first embodiment, the MOSFET 23 and the MOSFET 24 are used for shutting off the power MOSFET 13, but in the present embodiment, only the MOSFET 23 is used and the MOS is used.
It differs from the configuration of FIG. 1 in that the diode 62 is connected between the gate 70 of the power MOSFET 13 and the gate 71 of the MOSFET 22 instead of using the FET 24. The diode 62 is connected to the source of the MOSFET 22 and the power MOSFE from the drain terminal 12 via the resistor 41.
It is provided to prevent current from flowing to the gate 70 of T and the gate terminal 11 and to reduce the voltage of the gate 70 of the power MOSFET when the MOSFET 23 is turned on. Even with such a configuration, the effect of increasing the frequency obtained by the circuit configuration of this embodiment is almost the same as that of the embodiment shown in FIG.

【0043】尚、本実施例の制御回路内蔵パワーMOS
FETの断面構造に関しては、実施例1と同じ図2に示
した構造により実現できる。また、実施例1の場合と同
様にMOSFET22,23等のボディ領域はパワーM
OSFET13のボディ領域と接続することが可能であ
る。
The power MOS with a built-in control circuit of this embodiment is used.
The cross-sectional structure of the FET can be realized by the same structure as that of the first embodiment shown in FIG. Further, as in the case of the first embodiment, the body regions of the MOSFETs 22, 23, etc. have power M.
It is possible to connect to the body region of the OSFET 13.

【0044】<実施例3>図4は、本発明に係る制御回
路内蔵絶縁ゲート型半導体装置の第3の実施例を示す回
路図である。尚、説明の便宜上、図4において実施例1
の図1に示した構成部分と同一部分については、同一の
参照符号を付してその詳細な説明は省略する。すなわ
ち、本実施例ではゲート端子11とMOSFET22の
ゲート71の間にダイオード59と抵抗48の直列回路
を設けている点、MOSFET22のゲート・ソース間
にキャパシタ69を設けている点、およびMOSFET
22のゲートとドレイン端子12との間に抵抗41と直
列接続したダイオード58を設けている点が実施例1と
相違する。
<Embodiment 3> FIG. 4 is a circuit diagram showing a third embodiment of an insulated gate semiconductor device having a control circuit according to the present invention. For convenience of explanation, the first embodiment in FIG.
The same parts as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. That is, in this embodiment, the series circuit of the diode 59 and the resistor 48 is provided between the gate terminal 11 and the gate 71 of the MOSFET 22, the capacitor 69 is provided between the gate and the source of the MOSFET 22, and the MOSFET.
It differs from the first embodiment in that a diode 58 connected in series with a resistor 41 is provided between the gate of 22 and the drain terminal 12.

【0045】このように構成することにより、ドレイン
端子12の電圧が低くてもゲート端子11の電圧が高く
なると、ダイオード59と抵抗48を介してMOSFE
T22に印加されるゲート電圧も高くなるので、MOS
FET22は低オン抵抗になる。このため、高速にパワ
ーMOSFET13をオンすることができる。また、ダ
イオード59を設けたことにより、ドレイン端子12が
ゲート端子11より高電位になった場合でもドレイン端
子12からゲート端子11へのリーク電流を阻止でき
る。さらに、ダイオード58をドレイン端子12とMO
SFET22のゲート71との間に接続したことによ
り、ゲート端子11が高電位の場合にゲート端子11か
らドレイン端子12へ流れるリーク電流を阻止できる。
キャパシタ69はダイオード59と共にブートストラッ
プ回路を構成するため、ゲート端子11が高電位になる
ときのMOSFET22のゲート電圧の立ち上がり速度
を向上できるという効果がある。その他の本実施例の回
路構成により得られる作用および効果は、図1に示した
実施例1とほぼ同じである。
With this configuration, even if the voltage of the drain terminal 12 is low and the voltage of the gate terminal 11 is high, the MOSFE is connected via the diode 59 and the resistor 48.
Since the gate voltage applied to T22 is also high, the MOS
The FET 22 has a low on resistance. Therefore, the power MOSFET 13 can be turned on at high speed. Further, by providing the diode 59, even if the drain terminal 12 has a higher potential than the gate terminal 11, a leak current from the drain terminal 12 to the gate terminal 11 can be prevented. Further, the diode 58 is connected to the drain terminal 12 and the MO.
By connecting between the gate 71 of the SFET 22 and the gate terminal 11, the leak current flowing from the gate terminal 11 to the drain terminal 12 can be prevented when the gate terminal 11 has a high potential.
Since the capacitor 69 constitutes a bootstrap circuit together with the diode 59, there is an effect that the rising speed of the gate voltage of the MOSFET 22 can be improved when the gate terminal 11 has a high potential. The other actions and effects obtained by the circuit configuration of this embodiment are almost the same as those of the first embodiment shown in FIG.

【0046】尚、本実施例の半導体装置の断面構造に関
しては、実施例1と同じ図2に示した構造により実現で
きる。また、実施例1の場合と同様にMOSFET2
2,23等のボディ領域はパワーMOSFET13のボ
ディ領域と接続することが可能である。
The sectional structure of the semiconductor device of this embodiment can be realized by the same structure as that of the first embodiment shown in FIG. Further, as in the case of the first embodiment, the MOSFET 2
The body regions such as 2, 23 can be connected to the body regions of the power MOSFET 13.

【0047】<実施例4>図5は、本発明に係る制御回
路内蔵絶縁ゲート型半導体装置の第4の実施例を示す回
路図である。尚、説明の便宜上、図5において実施例3
の図4に示した構成部分と同一部分については、同一の
参照符号を付してその詳細な説明は省略する。すなわ
ち、本実施例では図4に示したダイオード51,52,
56,57,58,59を、各々ダイオード接続したM
OSFET33,34,35,36,37,38に置き
換えている点が実施例3と相違する。
<Fourth Embodiment> FIG. 5 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of an insulated gate semiconductor device having a control circuit according to the present invention. Note that, for convenience of explanation, in FIG.
The same parts as those shown in FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. That is, in the present embodiment, the diodes 51, 52 shown in FIG.
56, 57, 58 and 59 are diode-connected M
It is different from the third embodiment in that the OSFETs 33, 34, 35, 36, 37, 38 are replaced.

【0048】このようにMOSFETをダイオード接続
して使用した場合には、上記ダイオードとして多結晶シ
リコンダイオードを用いた場合に比べて電流容量が大き
くできるため、素子面積を低減できるという効果があ
る。その他の本実施例により得られる作用および効果
は、図4に示した実施例3とほぼ同じである。
As described above, when the MOSFETs are diode-connected and used, the current capacity can be increased as compared with the case where a polycrystalline silicon diode is used as the diode, so that the element area can be reduced. The other actions and effects obtained by this embodiment are almost the same as those of the third embodiment shown in FIG.

【0049】尚、本実施例の半導体装置の断面構造も図
2に示した構造により実現できる。また、実施例1の場
合と同様にMOSFET22,23等のボディ領域はパ
ワーMOSFET13のボディ領域と接続することが可
能である。
The cross-sectional structure of the semiconductor device of this embodiment can also be realized by the structure shown in FIG. Also, as in the case of the first embodiment, the body regions of the MOSFETs 22 and 23 can be connected to the body regions of the power MOSFET 13.

【0050】<実施例5>図6は、本発明に係る制御回
路内蔵絶縁ゲート型半導体装置の第5の実施例を示す回
路図である。尚、説明の便宜上、図6において実施例1
の図1に示した構成部分と同一部分については、同一の
参照符号を付してその詳細な説明は省略する。すなわ
ち、本実施例の場合には過電流制限回路17が設けられ
ている点、遮断端子18が設けられていないためゲート
保護回路15はダイオード56だけで構成されている
点、ゲート遮断回路14を構成するMOSFET23,
24と抵抗47を省略している点、およびパワーMOS
FET13をドレインとゲートが共通のメインパワーM
OSFET20とセンスパワーMOSFET21に分割
し、センスパワーMOSFET21のソース(電流検出
ノード76)に電流検出用素子として抵抗46を接続し
てある点が実施例1と相違する。ここで過電流制限回路
17は、ゲートを電流検出ノード76に接続しソースを
ソース端子10に接続しドレインをMOSFET22の
ゲート71に接続したMOSFET31と、ゲートを電
流検出ノード76に接続しソースをソース端子10に接
続しドレインをパワーMOSFET13のゲート70に
接続したMOSFET32と、電流検出ノード76とソ
ース端子10間に接続された抵抗46とから構成され
る。
<Fifth Embodiment> FIG. 6 is a circuit diagram showing a fifth embodiment of an insulated gate semiconductor device having a control circuit according to the present invention. For convenience of explanation, the first embodiment in FIG.
The same parts as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. That is, in the case of the present embodiment, the point that the overcurrent limiting circuit 17 is provided, the point that the gate protection circuit 15 is composed only of the diode 56 because the shutoff terminal 18 is not provided, and the gate shutoff circuit 14 is The constituent MOSFET 23,
24 and resistor 47 are omitted, and power MOS
Main power M with common drain and gate for FET13
It is different from the first embodiment in that it is divided into an OSFET 20 and a sense power MOSFET 21, and a resistor 46 is connected as a current detection element to the source (current detection node 76) of the sense power MOSFET 21. Here, the overcurrent limiting circuit 17 includes a MOSFET 31 whose gate is connected to the current detection node 76, whose source is connected to the source terminal 10 and whose drain is connected to the gate 71 of the MOSFET 22, and whose gate is connected to the current detection node 76 and whose source is the source. It is composed of a MOSFET 32 connected to the terminal 10 and having a drain connected to the gate 70 of the power MOSFET 13, and a resistor 46 connected between the current detection node 76 and the source terminal 10.

【0051】このように構成することにより、メインパ
ワーMOSFET20に過電流が流れるとセンスパワー
MOSFET21にもメインパワーMOSFET20に
比例した電流が流れ、電流検出ノード76の電圧が上昇
する。電流検出ノード76の電圧がMOSFET31,
32のしきい電圧よりも上昇すると、MOSFET3
1,32がオンしてパワーMOSFET13のゲート電
圧を低下させ、パワーMOSFET13のドレイン電流
を制限する。
With this configuration, when an overcurrent flows through the main power MOSFET 20, a current proportional to the main power MOSFET 20 also flows through the sense power MOSFET 21, and the voltage at the current detection node 76 rises. If the voltage of the current detection node 76 is MOSFET 31,
When the voltage rises above the threshold voltage of 32, MOSFET3
1, 32 are turned on to lower the gate voltage of the power MOSFET 13 and limit the drain current of the power MOSFET 13.

【0052】本実施例において電流検出ノード76は図
4の遮断端子18として働き、またMOSFET31,
32は図4のMOSFET23,24として働く。更に
図4のダイオード52と同様の働きをするダイオードを
ゲート端子11とMOSFET31のゲート間に設け、
ゲート端子11の電位が低下したときにMOSFET3
1を遮断してドレイン端子とソース端子間のリーク電流
を防止するようにしてもよいが、本実施例の場合には抵
抗46があるため、ゲート端子11が低電位になった場
合には電流検出ノード76もゼロボルトとなるので図4
のダイオード52に対応するダイオードはなくてもよ
い。
In this embodiment, the current detection node 76 functions as the cutoff terminal 18 of FIG.
32 functions as the MOSFETs 23 and 24 in FIG. Further, a diode having the same function as the diode 52 of FIG. 4 is provided between the gate terminal 11 and the gate of the MOSFET 31,
When the potential of the gate terminal 11 drops, the MOSFET 3
1 may be cut off to prevent a leak current between the drain terminal and the source terminal, but in the case of the present embodiment, since there is the resistor 46, the current flows when the gate terminal 11 becomes a low potential. Since the detection node 76 also has a voltage of zero volt, FIG.
There may be no diode corresponding to the diode 52 of FIG.

【0053】本実施例でパワーMOSFET13をメイ
ンパワーMOSFET20とセンスパワーMOSFET
21に分割した理由は、電流検出のための損失を低減す
るためである。従って、パワーMOSFET13がIG
BTの場合のように抵抗46での損失が無視できる場合
には、パワーMOSFET13の分割は不要である。す
なわち、センスパワーMOSFET21とメインパワー
MOSFET20のソース同士も接続されたパワーMO
SFET13のソースとソース端子10との間に抵抗4
6を接続すればよい。また、抵抗46は電流検出精度を
向上するため外付けしてもかまわない。その他の本実施
例により得られる作用および効果は、図4に示した実施
例3とほぼ同じである。
In this embodiment, the power MOSFET 13 is the main power MOSFET 20 and the sense power MOSFET.
The reason for dividing into 21 is to reduce the loss for current detection. Therefore, the power MOSFET 13
When the loss in the resistor 46 is negligible as in the case of BT, the power MOSFET 13 need not be divided. That is, the power MO in which the sources of the sense power MOSFET 21 and the main power MOSFET 20 are also connected to each other.
A resistor 4 is provided between the source of the SFET 13 and the source terminal 10.
6 should be connected. Further, the resistor 46 may be externally attached in order to improve the current detection accuracy. The other actions and effects obtained by this embodiment are almost the same as those of the third embodiment shown in FIG.

【0054】尚、本実施例ではMOSFET23は使用
してないが、これに対応するのがMOSFET31であ
るから、本実施例の半導体装置の断面構造も図2に示し
た構造により実現できる。また、実施例1の場合と同様
にMOSFET22,31等のボディ領域はパワーMO
SFETのボディ領域と接続することが可能である。
Although the MOSFET 23 is not used in this embodiment, the corresponding structure is the MOSFET 31, so that the sectional structure of the semiconductor device of this embodiment can be realized by the structure shown in FIG. Further, as in the case of the first embodiment, the body regions of the MOSFETs 22 and 31 and the like have power MO.
It is possible to connect with the body region of the SFET.

【0055】<実施例6>図7は、本発明に係る制御回
路内蔵絶縁ゲート型半導体装置の第6の実施例を示す回
路図である。尚、説明の便宜上、図7において実施例5
の図6に示した構成部分と同一部分については、同一の
参照符号を付してその詳細な説明は省略する。すなわ
ち、本実施例の場合には図6に示した過電流制限回路1
7の他に過熱保護を行なうための温度検出回路16を内
蔵させている点と、ゲート遮断回路14にMOSFET
23,24を設けている点が実施例5と相違する。ここ
で温度検出回路16は、ゲート端子11とソース端子1
0間に設けた抵抗46とダイオード54の直列回路と、
ドレインがノード74に抵抗43を介して接続されゲー
トが抵抗45を介してノード74に接続されソースがソ
ース端子10に接続されたMOSFET29と、このM
OSFET29のゲート73とソース端子10間に接続
されたダイオード53とから構成される。
<Embodiment 6> FIG. 7 is a circuit diagram showing a sixth embodiment of an insulated gate semiconductor device having a control circuit according to the present invention. In addition, for convenience of explanation, in FIG.
The same parts as those shown in FIG. 6 are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. That is, in the case of this embodiment, the overcurrent limiting circuit 1 shown in FIG.
7, a temperature detection circuit 16 for overheat protection is built in, and a MOSFET is provided in the gate cutoff circuit 14.
23 and 24 is different from the fifth embodiment. Here, the temperature detection circuit 16 includes a gate terminal 11 and a source terminal 1.
A series circuit of a resistor 46 and a diode 54 provided between 0,
A MOSFET 29 whose drain is connected to the node 74 through the resistor 43, whose gate is connected to the node 74 through the resistor 45, and whose source is connected to the source terminal 10;
It is composed of a gate 73 of the OSFET 29 and a diode 53 connected between the source terminals 10.

【0056】このように構成される過熱保護機能が付加
された本実施例の半導体装置は、次のように動作する。
上記抵抗46とダイオード54の直列回路は定電圧回路
を構成し、ノード74にはダイオード54の耐圧でほぼ
決まる定電圧が発生する。ダイオード53の電圧降下量
は温度の上昇により減少するため、抵抗45とダイオー
ド53を接続したMOSFET29のゲート73の電圧
は温度の上昇により低下する。この電圧がMOSFET
29のしきい電圧より低下するとMOSFET29が遮
断し、MOSFET23,24のゲートに抵抗46,4
3を介してゲート端子11の電圧が印加されるので、M
OSFET23,24がオンしてMOSFET22のオ
ン抵抗を高くすると共にパワーMOSFET13を遮断
する。すなわち、MOSFET29のドレイン72も図
4の遮断端子18として働く。これにより過熱保護が行
える。その他の本実施例の回路構成により得られる作用
および効果は、図6に示した実施例5とほぼ同じであ
る。
The semiconductor device of the present embodiment having the above-mentioned overheat protection function operates in the following manner.
The series circuit of the resistor 46 and the diode 54 constitutes a constant voltage circuit, and a constant voltage substantially determined by the breakdown voltage of the diode 54 is generated at the node 74. Since the voltage drop amount of the diode 53 decreases with an increase in temperature, the voltage of the gate 73 of the MOSFET 29 connecting the resistor 45 and the diode 53 decreases with an increase in temperature. This voltage is MOSFET
When the voltage drops below the threshold voltage of 29, the MOSFET 29 is cut off, and the gates of the MOSFETs 23 and 24 have resistors 46 and 4 respectively.
Since the voltage of the gate terminal 11 is applied via
The OSFETs 23 and 24 are turned on to increase the on resistance of the MOSFET 22 and cut off the power MOSFET 13. That is, the drain 72 of the MOSFET 29 also functions as the cutoff terminal 18 in FIG. This provides overheat protection. The other actions and effects obtained by the circuit configuration of the present embodiment are almost the same as those of the fifth embodiment shown in FIG.

【0057】尚、本実施例の半導体装置の断面構造も図
2に示した構造により実現できる。また、実施例1の場
合と同様にMOSFET22,23等のボディ領域はパ
ワーMOSFET13のボディ領域と接続することが可
能である。
The sectional structure of the semiconductor device of this embodiment can also be realized by the structure shown in FIG. Also, as in the case of the first embodiment, the body regions of the MOSFETs 22 and 23 can be connected to the body regions of the power MOSFET 13.

【0058】<実施例7>図8は、本発明に係る制御回
路内蔵絶縁ゲート型半導体装置の第7の実施例を示す回
路図である。尚、説明の便宜上、図8において実施例6
の図7に示した構成部分と同一部分については、同一の
参照符号を付してその詳細な説明は省略する。すなわ
ち、本実施例ではゲート端子11にソース端子10より
低い電圧(負ゲート電圧)を印加することが可能な負ゲ
ート電圧保護機能を内蔵するために、ゲート保護回路1
5にダイオード61、抵抗48、MOSFET27,2
8を追加している点、温度検出回路16のMOSFET
29のボディとソースおよびダイオード53をソース端
子10と切離して仮想グランドであるゲート保護回路の
ノード75に接続している点、およびゲート遮断回路1
4のMOSFET23,24のボディとソースをソース
端子10と切離しゲート保護回路のノード75に接続し
ている点が実施例6と相違する。
<Embodiment 7> FIG. 8 is a circuit diagram showing a seventh embodiment of an insulated gate semiconductor device having a control circuit according to the present invention. For convenience of explanation, in FIG.
7, the same parts as those shown in FIG. 7 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. That is, in the present embodiment, the gate protection circuit 1 has a built-in negative gate voltage protection function capable of applying a voltage (negative gate voltage) lower than that of the source terminal 10 to the gate terminal 11.
5, a diode 61, a resistor 48, MOSFETs 27 and 2
8 is added, the MOSFET of the temperature detection circuit 16
The body and source of 29 and the diode 53 are separated from the source terminal 10 and connected to the node 75 of the gate protection circuit which is a virtual ground, and the gate cutoff circuit 1.
This is different from the sixth embodiment in that the bodies and sources of the MOSFETs 23 and 24 of No. 4 are separated from the source terminal 10 and connected to the node 75 of the gate protection circuit.

【0059】図2から明らかなように、本半導体装置で
は制御回路用のMOSFET22,23のドレインまた
はソースである高濃度n型拡散層109bをエミッタと
し、MOSFET22,23のボディであるp型ウエル
拡散層104a,104bをベースとし、パワーMOS
FET13のドレインであるn型エピタキシャル層10
2をコレクタとする寄生npnトランジスタが存在す
る。このため、ゲート端子11に負ゲート電圧すなわち
ソース端子10よりも低い電圧が印加されると、前記寄
生npnトランジスタがオンしてドレイン端子12から
ゲート端子11へリーク電流が流れる可能性がある。ま
たこの場合、さらにドレイン端子12に高電圧が印加さ
れているときには、前記寄生npnトランジスタの部分
で永久破壊する可能性もある。
As is apparent from FIG. 2, in this semiconductor device, the high-concentration n-type diffusion layer 109b that is the drain or source of the MOSFETs 22 and 23 for the control circuit is used as the emitter, and the p-type well diffusion that is the body of the MOSFETs 22 and 23 is used. Power MOS based on layers 104a and 104b
N-type epitaxial layer 10 which is the drain of the FET 13
There is a parasitic npn transistor whose collector is 2. Therefore, when a negative gate voltage, that is, a voltage lower than that of the source terminal 10, is applied to the gate terminal 11, the parasitic npn transistor may turn on and a leak current may flow from the drain terminal 12 to the gate terminal 11. Further, in this case, when a high voltage is further applied to the drain terminal 12, there is a possibility that the parasitic npn transistor may be permanently destroyed.

【0060】本実施例の場合には、MOSFET22,
30,23,24,29に存在する寄生npnトランジ
スタのエミッタ・ベース間が順バイアスされないよう
に、ゲートをソース端子10に接続しドレインをゲート
端子11に接続しソースとボディをMOSFET22と
MOSFET30のボディに接続したMOSFET27
を設けている。また、MOSFET22,30,23,
24,29に存在する寄生npnトランジスタのベース
電流を阻止するために、ゲートをゲート端子11に接続
しドレインをソース端子10に接続しソースとボディを
MOSFET22,30,23,24,29のボディに
接続したMOSFET28を設けている。なお、本実施
例ではノード75とソース端子10との電位差発生によ
る過電流制限回路17の精度劣化を回避するために、M
OSFET31とMOSFET32のソースはノード7
5に接続するのではなく、ソース端子10に接続した。
In the case of this embodiment, the MOSFET 22,
The gate is connected to the source terminal 10, the drain is connected to the gate terminal 11, and the source and the body are the body of the MOSFET 22 and the MOSFET 30 so that the emitter-base of the parasitic npn transistors existing at 30, 23, 24 and 29 are not forward biased. MOSFET 27 connected to
Is provided. In addition, MOSFETs 22, 30, 23,
In order to prevent the base current of the parasitic npn transistor existing in 24 and 29, the gate is connected to the gate terminal 11, the drain is connected to the source terminal 10, and the source and the body are connected to the bodies of the MOSFETs 22, 30, 23, 24 and 29. A connected MOSFET 28 is provided. In this embodiment, in order to avoid the accuracy deterioration of the overcurrent limiting circuit 17 due to the potential difference between the node 75 and the source terminal 10, M
The sources of the OSFET 31 and the MOSFET 32 are the node 7
Instead of connecting to 5, the source terminal 10 was connected.

【0061】また、MOSFET31とMOSFET3
2に存在する寄生npnトランジスタは、特開平7−5
8293号公報に開示されているように、各々ダイオー
ド55と59により寄生npnトランジスタ動作を阻止
している。ここで、ダイオード61は耐圧をダイオード
55やダイオード59の耐圧よりも低く設定している。
具体的には、ダイオード61の耐圧が4V程度以下であ
るのに対し、ダイオード55,59の耐圧は7V程度以
上である。このため、負ゲート電圧が印加されてもゲー
ト・ソース間電圧は−4Vでクランプされるので、ダイ
オード55,59がブレークダウンすることにより寄生
npnトランジスタが働く事態を回避することが可能で
ある。なお、MOSFET31,32のボディとソース
をノード75に接続する場合にはダイオード55はなく
てもよい。
Further, MOSFET 31 and MOSFET 3
The parasitic npn transistor existing in No. 2 is disclosed in JP-A-7-5.
As disclosed in Japanese Patent No. 8293, parasitic npn transistor operation is blocked by diodes 55 and 59, respectively. Here, the breakdown voltage of the diode 61 is set lower than the breakdown voltage of the diode 55 or the diode 59.
Specifically, the breakdown voltage of the diode 61 is about 4V or less, while the breakdown voltage of the diodes 55 and 59 is about 7V or more. Therefore, even if a negative gate voltage is applied, the gate-source voltage is clamped at -4V, so that it is possible to prevent the parasitic npn transistor from operating due to breakdown of the diodes 55 and 59. The diode 55 may be omitted when the bodies and sources of the MOSFETs 31 and 32 are connected to the node 75.

【0062】また、MOSFET27による負ゲート電
圧保護はゲート端子11の立ち下げ速度が速い場合に必
要であるが、十分緩慢な変化をする場合にはMOSFE
T28だけでも負ゲート電圧保護を達成できる。
Further, the protection of the negative gate voltage by the MOSFET 27 is necessary when the falling speed of the gate terminal 11 is fast, but in the case of a sufficiently slow change, MOSFE is used.
Negative gate voltage protection can be achieved with T28 alone.

【0063】また、抵抗48は必ずしも必要ではない
が、次の理由から設けている。ゲート端子11に電圧を
印加してパワーMOSFET13をオンしようとすると
き、ノード75とゲート端子11との間に存在する素子
や配線による寄生容量のために、ソース接地されていな
いMOSFET22の基板電位が一時的に上昇する。本
実施例ではMOSFET28がオンしてノード75がソ
ース端子の電位となるまでの時間に抵抗48と寄生容量
のRC時定数で規定される時間を追加したあいだ、この
一時的に上昇した基板電位が速く低下するのを抑えるの
で、パワーMOSFETをターンオンするときにMOS
FET22の基板バイアス効果が低減する分だけMOS
FET22のオン抵抗が低くなる。このため抵抗48が
無い場合に比べて、スイッチング速度をさらに高速化で
きる。ゲート端子11を低電位にした時にMOSFET
23をオフするためのダイオード52は、抵抗43,4
6があるため本実施例の場合にはなくてもかまわない。
Although the resistor 48 is not always necessary, it is provided for the following reason. When a voltage is applied to the gate terminal 11 to turn on the power MOSFET 13, the substrate potential of the MOSFET 22 which is not grounded due to the parasitic capacitance due to elements and wiring existing between the node 75 and the gate terminal 11 It rises temporarily. In this embodiment, while the time defined by the RC time constant of the resistor 48 and the parasitic capacitance is added to the time until the MOSFET 28 turns on and the node 75 reaches the potential of the source terminal, this temporarily raised substrate potential is Since it suppresses the rapid decrease, when turning on the power MOSFET, the MOS
MOS is used to reduce the effect of the substrate bias of the FET 22.
The ON resistance of the FET 22 becomes low. Therefore, the switching speed can be further increased as compared with the case without the resistor 48. MOSFET when the gate terminal 11 is set to low potential
The diode 52 for turning off 23 is composed of resistors 43, 4
In the case of the present embodiment, there is no need for it because there is 6.

【0064】本実施例で定電圧回路用のダイオード54
とゲート保護用ダイオード51は、仮想グランド端子7
5ではなくソース端子10に接続した。これにより、ダ
イオード54またはダイオード51が降伏した時に、M
OSFET28の電流駆動能力不足のために仮想グラン
ド端子75がソース端子10より高くなることを防止で
きる。その他の本半導体装置により得られる作用および
効果は図7に示した実施例6とほぼ同じである。なお、
上述したような負ゲート電圧保護機能は、本半導体装置
をソースフォロア回路で使用する場合に必要となる。
In this embodiment, the diode 54 for the constant voltage circuit
And the gate protection diode 51 are connected to the virtual ground terminal 7
It was connected to the source terminal 10 instead of 5. As a result, when the diode 54 or the diode 51 breaks down, M
It is possible to prevent the virtual ground terminal 75 from becoming higher than the source terminal 10 due to insufficient current driving capability of the OSFET 28. Other functions and effects obtained by the present semiconductor device are almost the same as those of the sixth embodiment shown in FIG. In addition,
The negative gate voltage protection function as described above is required when the semiconductor device is used in the source follower circuit.

【0065】本実施例の半導体装置の断面構造も図2に
示した構造により実現できる。本実施例の場合には回路
図から明らかなようにMOSFET22とMOSFET
23とパワーMOSFET13の分離は必要である。こ
のため、図2のように各MOSFETのボディ領域はパ
ワーMOSFET13のドレイン領域102により分離
する必要がある。
The cross-sectional structure of the semiconductor device of this embodiment can also be realized by the structure shown in FIG. In the case of the present embodiment, the MOSFET 22 and the MOSFET are
It is necessary to separate 23 and the power MOSFET 13. Therefore, as shown in FIG. 2, the body region of each MOSFET needs to be separated by the drain region 102 of the power MOSFET 13.

【0066】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定するものではなく、
例えば前記実施例ではパワーMOSFETを含む全ての
MOSFETはnチャネル型MOSFETとして説明し
たが、全ての素子をpチャネル型MOSFETとしても
同様の効果が得られ、本発明の精神を逸脱しない範囲内
において数々の設計変更をなし得ることは勿論である。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments.
For example, although all MOSFETs including power MOSFETs have been described as n-channel MOSFETs in the above-described embodiments, similar effects can be obtained even if all the elements are p-channel MOSFETs, and various elements can be used without departing from the spirit of the present invention. It goes without saying that the design can be changed.

【0067】また、これまでの実施例ではパワーMOS
FETを用いた制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体装置を
例にして述べてきたが、パワーMOSFETの代わりに
IGBTを用いた制御回路内蔵IGBTの場合にも全く
同様に適用できる。
In the above-described embodiments, the power MOS is used.
An insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit using an FET has been described as an example, but the same can be applied to the case of an IGBT with a built-in control circuit that uses an IGBT instead of a power MOSFET.

【0068】[0068]

【発明の効果】前述した実施例から明らかなように、本
発明によれば従来のパワーMOSFETプロセスを用い
た制御回路内蔵パワーMOSFETにおいて、パワーM
OSFETのゲートに接続する制御回路用MOSFET
のゲート電荷をドレイン端子から給電する構成としたこ
とにより、制御用MOSFETのオン抵抗の低減を容易
に図ることができる。このため、制御回路内蔵パワーM
OSFETの高周波化を図れるという効果がある。さら
に、前記制御回路用MOSFETのボディ電位を制御す
るMOSFETを追加することにより、パワーMOSF
ETのゲートに接続する制御回路用MOSFETに存在
する寄生npnトランジスタ動作を防止できるようにし
た。このため、制御回路内蔵パワーMOSFETのゲー
トに負ゲート電圧が印加された場合にもドレイン端子か
らゲート端子へ流れるリーク電流を阻止すると共に、さ
らに素子破壊を防止できるという効果がある。
As is apparent from the above-described embodiments, according to the present invention, in the power MOSFET with a built-in control circuit using the conventional power MOSFET process, the power M
MOSFET for control circuit connected to the gate of OSFET
With the configuration in which the gate charge is fed from the drain terminal, it is possible to easily reduce the on-resistance of the control MOSFET. Therefore, the power M with a built-in control circuit
There is an effect that the frequency of the OSFET can be increased. Furthermore, by adding a MOSFET for controlling the body potential of the control circuit MOSFET, a power MOSF
The operation of the parasitic npn transistor existing in the control circuit MOSFET connected to the gate of ET can be prevented. Therefore, even when a negative gate voltage is applied to the gate of the power MOSFET with a built-in control circuit, there is an effect that the leak current flowing from the drain terminal to the gate terminal can be prevented and the element can be further prevented from being destroyed.

【0069】また、制御回路内蔵型IGBTに適用した
場合には寄生npnトランジスタではなく寄生サイリス
タが発生するという相違はあるものの、本発明により制
御回路内蔵型IGBTの高周波化と負ゲート電圧保護と
を達成できるという効果がある。
When applied to a control circuit built-in IGBT, there is a difference that a parasitic thyristor is generated instead of a parasitic npn transistor. However, according to the present invention, high frequency and negative gate voltage protection of the control circuit built-in IGBT are achieved. The effect is that it can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体
装置の第1の実施例を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of an insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to the present invention.

【図2】図1に示した回路構成の半導体装置の要部の構
造を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structure of a main part of a semiconductor device having the circuit configuration shown in FIG.

【図3】本発明に係る制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体
装置の第2の実施例を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of an insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to the present invention.

【図4】本発明に係る制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体
装置の第3の実施例を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a third embodiment of an insulated gate semiconductor device having a control circuit according to the present invention.

【図5】本発明に係る制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体
装置の第4の実施例を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of an insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to the present invention.

【図6】本発明に係る制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体
装置の第5の実施例を示す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a fifth embodiment of an insulated gate semiconductor device having a control circuit according to the present invention.

【図7】本発明に係る制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体
装置の第6の実施例を示す回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a sixth embodiment of an insulated gate semiconductor device having a control circuit according to the present invention.

【図8】本発明に係る制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体
装置の第7の実施例を示す回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a seventh embodiment of an insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…ソース端子、11…ゲート端子、12…ドレイン
端子、13…パワーMOSFET、14…ゲート遮断回
路、15…ゲート保護回路、16…温度検出回路、17
…過電流制限回路、18…遮断端子、20…メインパワ
ーMOSFET、21…センスパワーMOSFET、2
2〜38…MOSFET、41〜48…抵抗、51〜6
2…ダイオード、69…キャパシタ、70…パワーMO
SFET13のゲート、71…MOSFET22のゲー
ト、72…MOSFET23のゲート、73…MOSF
ET23のゲート、74…定電圧ノード、75…ノード
(仮想グランド)、76…電流検出ノード、80…バッ
テリ、81…負荷、82…制御回路内蔵パワーMOSF
ET、101…n型基板、102…n型エピタキシャル
層、103a,103b…第1のp型ウエル層、104
a,104b…第2のp型ウエル層、105a,105
b…酸化膜、106a,106b…多結晶シリコンゲー
ト層、107,109a,109b…p型拡散層、10
8…低濃度n型拡散層、110a,110b…n型拡散
層、111…絶縁膜(保護膜)、112a〜112e…
n型拡散層。
10 ... Source terminal, 11 ... Gate terminal, 12 ... Drain terminal, 13 ... Power MOSFET, 14 ... Gate cutoff circuit, 15 ... Gate protection circuit, 16 ... Temperature detection circuit, 17
... Overcurrent limiting circuit, 18 ... Cutoff terminal, 20 ... Main power MOSFET, 21 ... Sense power MOSFET, 2
2 to 38 ... MOSFET, 41 to 48 ... Resistance, 51 to 6
2 ... Diode, 69 ... Capacitor, 70 ... Power MO
SFET 13 gate, 71 ... MOSFET 22 gate, 72 ... MOSFET 23 gate, 73 ... MOSF
ET23 gate, 74 ... Constant voltage node, 75 ... Node (virtual ground), 76 ... Current detection node, 80 ... Battery, 81 ... Load, 82 ... Control circuit built-in power MOSF
ET, 101 ... N-type substrate, 102 ... N-type epitaxial layer, 103a, 103b ... First p-type well layer, 104
a, 104b ... Second p-type well layer, 105a, 105
b ... Oxide film, 106a, 106b ... Polycrystalline silicon gate layer, 107, 109a, 109b ... P-type diffusion layer, 10
8 ... Low-concentration n-type diffusion layer, 110a, 110b ... N-type diffusion layer, 111 ... Insulating film (protective film), 112a to 112e ...
n-type diffusion layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 功 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 角田 英樹 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Isao Yoshida 5-20-1 Kamimizuhoncho, Kodaira-shi, Tokyo Hitachi Ltd. Semiconductor Division (72) Inventor Hideki Tsunoda 5 Mizumizumoto-cho, Kodaira-shi, Tokyo Chome No. 20-1 Hitate Super LSI Engineering Co., Ltd.

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ドレイン端子とゲート端子とソース端子を
少なくとも具備し、 ドレインをドレイン端子に接続しソースをソース端子に
接続したパワーMOSFETと、 該パワーMOSFETのゲートとゲート端子との間にド
レインとソースを接続した第1のMOSFETと、 ソースをソース端子に接続しドレインを第1のMOSF
ETのゲートに接続した第2のMOSFETと、 ドレイン端子と第1のMOSFETのゲートとの間に接
続した第1の抵抗と、から少なくとも構成されることを
特徴とする制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体装置。
1. A power MOSFET having at least a drain terminal, a gate terminal and a source terminal, a drain connected to the drain terminal and a source connected to the source terminal, and a drain between the gate and the gate terminal of the power MOSFET. A first MOSFET having a source connected, and a source having a source connected to a source terminal and a drain having a first MOSF.
An insulated gate semiconductor with a built-in control circuit, comprising at least a second MOSFET connected to the gate of ET and a first resistor connected between the drain terminal and the gate of the first MOSFET. apparatus.
【請求項2】前記第1のMOSFETのゲートとソース
端子との間に第1のダイオードを更に設けてなる請求項
1記載の制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体装置。
2. The insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to claim 1, further comprising a first diode provided between the gate and the source terminal of the first MOSFET.
【請求項3】前記第1のMOSFETのゲートとパワー
MOSFETのゲートとの間に第2のダイオードを更に
設けてなる請求項1または請求項2に記載の制御回路内
蔵絶縁ゲート型半導体装置。
3. The insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to claim 1, further comprising a second diode provided between the gate of the first MOSFET and the gate of the power MOSFET.
【請求項4】ドレインを前記パワーMOSFETのゲー
トに接続し、ソースをソース端子に接続した第3のMO
SFETを更に設けてなる請求項1〜3のいずれか1項
に記載の制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体装置。
4. A third MO having a drain connected to the gate of the power MOSFET and a source connected to the source terminal.
The insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to claim 1, further comprising an SFET.
【請求項5】前記第2のMOSFETのゲートとゲート
端子との間に第3のダイオードを更に設けてなる請求項
1〜4のいずれか1項に記載の制御回路内蔵絶縁ゲート
型半導体装置。
5. The insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to claim 1, further comprising a third diode provided between the gate and the gate terminal of the second MOSFET.
【請求項6】前記第1のMOSFETのゲートとゲート
端子との間に第2の抵抗を更に設けてなる請求項1〜5
のいずれか1項に記載の制御回路内蔵絶縁ゲート型半導
体装置。
6. A first resistor is further provided between the gate and the gate terminal of the first MOSFET.
An insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to any one of 1.
【請求項7】前記第1のMOSFETのゲートとゲート
端子との間に第4のダイオードを更に設けてなる請求項
1〜6のいずれか1項に記載の制御回路内蔵絶縁ゲート
型半導体装置。
7. The insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to claim 1, further comprising a fourth diode provided between the gate and the gate terminal of the first MOSFET.
【請求項8】前記第1のMOSFETのゲートとドレイ
ン端子との間に第5のダイオードを更に設けてなる請求
項1〜7のいずれか1項に記載の制御回路内蔵絶縁ゲー
ト型半導体装置。
8. The insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to claim 1, further comprising a fifth diode provided between the gate and the drain terminal of the first MOSFET.
【請求項9】前記第1のMOSFETのゲートとパワー
MOSFETのゲートとの間にキャパシタを更に設けて
なる請求項7または請求項8記載の制御回路内蔵絶縁ゲ
ート型半導体装置。
9. The insulated gate semiconductor device according to claim 7, further comprising a capacitor provided between the gate of the first MOSFET and the gate of the power MOSFET.
【請求項10】前記パワーMOSFETのゲートとゲー
ト端子との間に第3の抵抗を更に設けてなる請求項1〜
8のいずれか1項に記載の制御回路内蔵絶縁ゲート型半
導体装置。
10. A third resistor is further provided between the gate and the gate terminal of the power MOSFET.
9. An insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to any one of 8 above.
【請求項11】ドレインとゲートを前記パワーMOSF
ETのゲートに接続し、ソースを前記ゲート端子に接続
した第4のMOSFETを更に設けてなる請求項1〜1
0のいずれか1項に記載の制御回路内蔵絶縁ゲート型半
導体装置。
11. A drain and a gate of the power MOSF.
The fourth MOSFET connected to the gate of ET and having the source connected to the gate terminal is further provided.
An insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to any one of 0.
【請求項12】ドレインとゲートを各々前記パワーMO
SFETのドレインとゲートに接続したセンス用パワー
MOSFETと、 該センス用パワーMOSFETのソースと前記ソース端
子の間に電流検出素子と、 ドレインを前記第1のMOSFETのゲートに接続しソ
ースをソース端子に接続し電流検出素子の検出電圧をゲ
ート入力とした第5のMOSFETと、を更に設けてな
る請求項1〜11のいずれか1項に記載の制御回路内蔵
絶縁ゲート型半導体装置。
12. A drain and a gate each having the power MO.
A sense power MOSFET connected to the drain and gate of the SFET, a current detection element between the source and the source terminal of the sense power MOSFET, and a drain connected to the gate of the first MOSFET and a source to the source terminal. The insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to any one of claims 1 to 11, further comprising a fifth MOSFET that is connected and uses a detection voltage of a current detection element as a gate input.
【請求項13】ドレインとゲートを各々前記パワーMO
SFETのドレインとゲートに接続したセンス用パワー
MOSFETと、 該センス用パワーMOSFETのソースと前記ソース端
子の間に電流検出素子を設け、 該電流検出素子の電流検出ノードを前記第2のMOSF
ETのゲートに接続してなる請求項1〜11のいずれか
1項に記載の制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体装置。
13. A drain and a gate for the power MO, respectively.
A sense power MOSFET connected to the drain and gate of the SFET, and a current detection element provided between the source and the source terminal of the sense power MOSFET, and the current detection node of the current detection element is connected to the second MOSF.
The insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to claim 1, wherein the insulated gate semiconductor device is connected to a gate of ET.
【請求項14】前記ゲート端子と前記ソース端子との間
に接続した第4の抵抗と第6のダイオードの直列回路を
更に設け、前記第6のダイオードのアノードとカソード
間の電圧が小さくなると、前記第2のMOSFETのゲ
ート電位が高くなるように構成してなる請求項1〜13
のいずれか1項に記載の制御回路内蔵絶縁ゲート型半導
体装置。
14. A series circuit of a fourth resistor and a sixth diode connected between the gate terminal and the source terminal is further provided, and when the voltage between the anode and the cathode of the sixth diode decreases, 14. A structure in which the gate potential of the second MOSFET is increased.
An insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to any one of 1.
【請求項15】ゲートをゲート端子に接続し、ドレイン
をソース端子に接続し、ソースとボディを前記第1のM
OSFETのボディに接続した第6のMOSFETを更
に設けてなる請求項1〜14のいずれか1項に記載の制
御回路内蔵絶縁ゲート型半導体装置。
15. A gate is connected to a gate terminal, a drain is connected to a source terminal, and a source and a body are connected to the first M.
The insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to claim 1, further comprising a sixth MOSFET connected to the body of the OSFET.
【請求項16】ゲートをソース端子に接続し、ドレイン
をゲート端子に接続し、ソースとボディを前記第1のM
OSFETのボディに接続した第7のMOSFETを更
に設けてなる請求項1〜15のいずれか1項に記載の制
御回路内蔵絶縁ゲート型半導体装置。
16. A gate is connected to a source terminal, a drain is connected to a gate terminal, and a source and a body are connected to the first M.
The insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to claim 1, further comprising a seventh MOSFET connected to the body of the OSFET.
【請求項17】前記パワーMOSFETのn型ドレイン
領域内にp型ウエル領域を設け、 該p型ウエル領域内にn型拡散層を設け、 前記p型ウエル領域を前記第1のMOSFETのボディ
領域とし、前記n型拡散層を前記第1のMOSFETの
ソースとドレインとしたことを特徴とする請求項1〜1
6のいずれか1項に記載の制御回路内蔵絶縁ゲート型半
導体装置。
17. A p-type well region is provided in the n-type drain region of the power MOSFET, an n-type diffusion layer is provided in the p-type well region, and the p-type well region is provided in the body region of the first MOSFET. The n-type diffusion layer is used as a source and a drain of the first MOSFET.
7. An insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit according to any one of 6 above.
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