JPH10333756A - 電子装置並びにその電子装置を有する電子スイッチ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プロセスコストを上昇させることなく、低電
圧電源に対応可能で且つ検出温度のばらつきが抑制され
た温度検出用の電子装置を提供する。 【解決手段】 温度検出用の電子装置が、温度変化に対
応してしきい値電圧が変化し、検出基準温度に対応する
基準電圧と該しきい値電圧とが一致したときに制御信号
を出力する電子制御手段と、温度変化に対して正の方向
に該基準電圧を変化させて、該電子制御手段に出力する
電圧供給手段と、を備え、該電子制御手段は、該温度変
化に対して負の方向に該しきい値電圧が変化するように
構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子装置、並びに
その電子装置を有する電子スイッチ装置とその製造方法
に関し、より具体的には、温度変化によって出力電圧が
変化する電子部品を使用して構成される温度検出用の電
子装置、及びそのような電子装置を用いて構成されてい
る過熱保護機能を内蔵した電子スイッチ装置とその製造
方法に関する。特に、本発明は、ＭＯＳ型トランジスタ
（以下、「ＭＯＳＦＥＴ」と称する）を内蔵した温度検
出用電子装置、及びその温度検出用電子装置を有する電
子スイッチ装置とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来の過熱保護機能を内蔵した
電子スイッチ装置の等価回路図であり、１は、６個のダ
イオードが直列に接続されたダイオード群、２は、電源
ラインである。ダイオード群１において、最上段にある
ダイオードのアノード電極が電源ライン２に接続されて
いる。

【０００３】一般に、電源ライン２の温度係数は、外部
の電源を接続するために非常に小さい。また、内部で電
圧源をつくる場合でも、温度係数が小さくなるように設
計される。

【０００４】温度検出用の電子装置４は、ダイオード群
１と抵抗３とによって構成されている。抵抗３の一方の
電極は、ダイオード群１の最下段のダイオードのカソー
ド電極に接続され、他方の電極は、ＧＮＤラインに接続
されている。ダイオード群１の最下段のカソード電極と
抵抗３との接続点の電圧が、出力信号として、次段に出
力される（ここでは、検出温度は１５０℃で設計されて
いる）。

【０００５】５はＭＯＳＦＥＴからなるパワースイッチ
であり、６はゲート遮断ＭＯＳＦＥＴである。電子装置
４からの出力信号を受けたゲート遮断ＭＯＳＦＥＴ６に
よって、パワースイッチ５のゲート端子７の電圧が遮断
される。これにより、図７の構成では、素子が熱破壊に
至る直前の温度になると（すなわち、所定の検出温度に
達すると）、電子装置４から出力信号を発生させてパワ
ースイッチ５を遮断するという方法で、過熱保護機能を
実現している。

【０００６】以上のように構成された従来の電子装置
４、並びにこの電子装置４を使用したパワースイッチ５
の過熱保護機能について、以下に、その動作をさらに詳
しく説明する。

【０００７】一般にダイオードの順方向電圧は、温度が
上昇すると約−２.５ｍＶ／℃で低下することが知られ
ている。このような特性を利用して、ダイオードは、従
来から、温度検出に用いられてきている。電子装置４に
おいて、ダイオード群１は６個の直列に接続されたダイ
オードから構成されているので、トータルの順方向電圧
は、室温に相当する２５℃から過熱検出温度である１５
０℃に至るまでの間に、約１.９Ｖ（より具体的には、
０．００２５Ｖ／℃×６×（１５０℃−２５℃）＝１．
８７５Ｖ）だけ低下する。この低下により、ゲート遮断
ＭＯＳＦＥＴ６をオンさせるために必要な電源ライン２
の電圧、すなわちダイオード群１を介してゲート遮断Ｍ
ＯＳＦＥＴ６のゲートに印加されるべきしきい値電圧Ｖ
２Ｔが、４.６Ｖから２.７Ｖヘ、１.９Ｖだけ低下す
る。

【０００８】従って、電源ライン２の電圧Ｖ２を２.７
Ｖに設定しておけば、温度が１５０℃に達したときに、
しきい値電圧Ｖ２Ｔと電圧Ｖ２とが一致してゲート遮断
ＭＯＳＦＥＴ６がオンして、パワースイッチ５を遮断す
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上のような
従来技術による図７の構成は、以下のような問題点を有
している。

【００１０】図８は、図７における従来の温度検出用の
電子装置４の温度特性を示すグラフである。

【００１１】図示されるように、しきい値電圧Ｖ２Ｔと
電源ライン２の電圧Ｖ２とは、検出温度である１５０℃
において交点を持つ。しかし、ダイオード群１の順方向
電圧が変動すると、この交点の位置がずれる。図中の破
線は、ダイオード群１の順方向電圧が±０．３Ｖ（ダイ
オード１個あたりで±０.０５Ｖ）変動した場合におけ
るしきい値電圧Ｖ２Ｔの温度特性を示しており、本来の
検出温度である１５０℃の近傍においては、検出温度
（特性線の交点）は±２２℃も変動する。これは、室温
に相当する２５℃から過熱検出温度である１５０℃に至
るまでの温度範囲では、しきい値電圧Ｖ２Ｔと電源ライ
ン２の電圧Ｖ２との差において、温度変化に伴う変化分
が小さく、ダイオード群１の順方向電圧のばらつき分が
その差の１６％を占めているためである。

【００１２】このように、ダイオードの順方向電圧の温
度特性のみを用いる従来の温度検出装置では、温度に対
するゲイン（温度変化に対する出力電圧の変化率、すな
わち感度）が小さいために、構成している素子特性のば
らつきが温度による電圧変化に与える影響が大きくな
り、結果として、検出温度のばらつきが大きくなるとい
う課題を有している。

【００１３】検出温度のばらつきを抑えるためには、ダ
イオードの個数を増やして温度変化に対するゲインを上
げる方法や、高精度のコンパレータを使用してばらつき
要素を低減するという方法が用いられている。

【００１４】しかし、前者については、低電圧駆動化が
進む中では、電源ラインとＧＮＤラインとの間に直列接
続できるダイオードの個数に限界がある。また、後者に
ついては、コストのかかるＰＮ分離プロセスなど、素子
間を完全に分離できるプロセスを使用する必要がある。
従って、何れの方法も、上記の課題の解決策としては、
必ずしも好ましいではない。

【００１５】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、その目的は、（１）プロセスコス
トを上昇させることなく、低電圧電源に対応可能で且つ
検出温度のばらつきが抑制された温度検出用の電子装置
を提供すること、並びに、（２）このような温度検出用
の電子装置を用いて、低コストで且つ動作機能のばらつ
きの少ない、過熱保護機能を内蔵した電子スイッチ装置
及びその製造方法を提供すること、である。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明によって提供され
る電子装置は、温度検出用の電子装置であって、温度変
化に対応してしきい値電圧が変化し、検出基準温度に対
応する基準電圧と該しきい値電圧とが一致したときに制
御信号を出力する電子制御手段と、温度変化に対して正
の方向に該基準電圧を変化させて、該電子制御手段に出
力する電圧供給手段と、を備え、該電子制御手段は、該
温度変化に対して負の方向に該しきい値電圧が変化する
ように構成されており、そのことによって、上記の目的
が達成される。

【００１７】この構成により、温度の上昇に伴って、電
圧供給手段の出力電圧として供給される基準電圧と電子
制御手段のしきい値電圧がお互いに逆に変化するので、
相乗効果によって温度変化に対する電圧の変化分（ゲイ
ン）が増加する。この結果、検出温度の温度変化におけ
る構成素子の動作のばらつきの影響が相対的に低減され
て、結果として、検出温度のばらつきが低減される。

【００１８】好ましくは、前記電圧供給手段は、端子間
の電圧を、前記温度変化に対して負の方向に変化させ
る、負の温度係数を有する第１の素子と、該端子間の電
圧を、該温度変化に対して正の方向に変化させる、正の
温度係数を有する第２の素子と、を備えており、該第１
及び第２の素子はお互いに直列に接続されていて、該第
１及び第２の素子の間の端子からの出力電圧が該電子制
御手段に入力するように構成されている。

【００１９】ある実施形態では、前記電圧供給手段にお
いて、前記第１の素子は、ポリシリコンで形成された抵
抗を含み、前記第２の素子は、ドレイン電極とゲート電
極とが接続されたＭＯＳ型トランジスタを含む。

【００２０】このようにすることによって、温度の上昇
に伴って増加された基準電圧が、電子制御手段に出力さ
れる。

【００２１】他の実施形態では、前記電圧供給手段にお
いて、前記第１の素子は、ポリシリコンで形成された抵
抗を含み、前記第２の素子は、ドレイン電極とゲート電
極とが接続された第１のＭＯＳ型トランジスタを含み、
前記電子制御手段は、抵抗と第２のＭＯＳ型トランジス
タとを含み、該電子制御手段に含まれる該第２のＭＯＳ
型トランジスタのしきい値電圧が、該電圧供給手段に含
まれる該第１のＭＯＳ型トランジスタのしきい値電圧よ
りも高い。

【００２２】このような構成では、電圧供給手段及び電
子制御手段が何れも、ポリシリコン抵抗やＭＯＳ型トラ
ンジスタなどの自己分離構造で形成できる素子の組合せ
によって構成されるので、ＰＮ分離プロセスや誘電体分
離プロセスなどのコストがかかるプロセスを使用するこ
となく、感度が高く且つ検出温度のばらつきの少ない温
度検出用の電子装置が実現される。

【００２３】より好ましくは、前記電圧供給手段に含ま
れる前記第１のＭＯＳ型トランジスタのしきい値電圧
と、前記電子制御手段に含まれる前記第２のＭＯＳ型ト
ランジスタのしきい値電圧とが、温度変化に対して、同
じ符号の温度係数を有する。

【００２４】これにより、製造工程でのパラメータのば
らつきによりＭＯＳ型トランジスタのしきい値電圧が変
動しても、 電圧供給手段の出力電圧と電子制御手段の
入力しきい値電圧とは同じ方向にオフセットし、検出温
度のばらつきは抑えられる。

【００２５】前記電子制御手段に含まれる前記第２のＭ
ＯＳ型トランジスタのソース領域の周囲の基板表面の不
純物濃度は、前記電圧供給手段に含まれる前記第１のＭ
ＯＳ型トランジスタのソース領域の周囲の基板表面の不
純物濃度よりも高く設定され得る。

【００２６】これにより、電子制御手段に含まれるＭＯ
Ｓ型トランジスタのしきい値電圧が、電圧供給手段に含
まれるＭＯＳ型トランジスタのしきい値電圧よりも高く
設定される。

【００２７】本発明の他の局面によって提供される電子
スイッチ装置は、温度検出用電子装置と、パワースイッ
チと、該温度検出用電子装置の出力に基づいて該パワー
スイッチのオン／オフ動作を制御する過熱保護用制御部
と、を備える電子スイッチ装置であって、該温度検出用
電子装置が、上記に記載の特徴を有する電子装置であ
り、そのことによって、前述の目的が達成される。

【００２８】これにより、オン／オフ制御の精度が良
い、過熱保護機能が内蔵された電子スイッチ装置が実現
される。

【００２９】ある実施形態では、前記パワースイッチが
ＭＯＳ型トランジスタを含み、前記温度検出用電子装置
が、お互いに直列に接続されたＭＯＳ型トランジスタと
ポリシリコンにより形成された抵抗とを含み、該パワー
スイッチと該温度検出用電子装置とが同一の半導体基板
上に形成されている。

【００３０】この構成で、温度検出用電子装置の出力を
パワースイッチの制御回路に入力することにより、動作
機能のばらつきの少ない電子スイッチ装置が、低コスト
で実現される。

【００３１】本発明の他の局面によれば、温度検出用電
子装置と、パワースイッチと、該温度検出用電子装置の
出力に基づいて該パワースイッチのオン／オフ動作を制
御する過熱保護用制御部と、を備え、該パワースイッチ
と該温度検出用電子装置とが同一の半導体基板上に形成
されている電子スイッチ装置の製造方法が提供される。
該製造方法は、該温度検出用電子装置に含まれる電子制
御手段のＭＯＳ型トランジスタのソース領域の周囲の基
板表面の不純物濃度を、該温度検出用電子装置に含まれ
る電圧供給手段のＭＯＳ型トランジスタのソース領域の
周囲の基板表面の不純物濃度よりも高くする濃度調節工
程と、該パワースイッチのウェルを形成するウェル形成
工程と、を包含し、該濃度調節工程と該ウェル形成工程
とが同時に行われる。このような特徴によって、前述の
目的が達成される。

【００３２】これにより、製造工程でのパラメータのば
らつきによる検出温度のばらつきが、大幅に低減され
る。

【００３３】本発明のさらに他の局面によれば、同一の
半導体基板に設けられた低耐圧領域及び高耐圧領域と、
該低耐圧領域の下部に設けられた浅いウェル領域と、該
浅いウェル領域に連続して該浅いウェル領域の周辺を実
質的に囲み、且つ該浅いウェル領域よりも深い位置に達
するように形成された、該浅いウェル領域と同じ導電型
を有するがより高い不純物濃度を有する、深いウェル領
域と、を備えている電子装置が提供され、そのことによ
って、前述の目的が達成される。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の幾つかの実施形態
について、添付の図面を参照しながら説明する。

【００３５】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態による電子装置１００、具体的には、温度検
出用電子装置を含む電子スイッチ装置１００の等価回路
図であり、図２は、温度検出用電子装置を半導体装置と
して構成したときの素子構造を示す断面図である。

【００３６】図１において、１０は電圧供給装置であ
り、１１は温度を検出した際の信号を後段の素子に出力
できる制御装置（以下、単に「制御装置」とも称する）
である。１２は温度検出用電子装置（以下、単に「電子
装置」とも称する）であり、この電子装置１２は、電圧
供給装置１０と制御装置１１とによって構成されてい
る。１３はパワースイッチであり、このパワースイッチ
１３は、ＭＯＳＦＥＴによって構成されている。１４
は、パワースイッチ１３の制御部である。電子装置１
２、パワースイッチ１３、及び制御部１４が、過熱保護
機能内蔵型電子スイッチ装置１００を構成している。

【００３７】電圧供給装置１０は、抵抗１５とＭＯＳＦ
ＥＴ１６のドレイン端子及びゲート端子とを接続して、
構成されている。一方、制御装置１１は、複数のダイオ
ードが直列に接続されているポリシリコンダイオード群
１７に、さらにポリシリコン抵抗１８を直列に接続し
て、構成されている。

【００３８】図２は、電圧制御装置、及びその電子制御
装置が形成されている半導体基板の構造を示す断面図で
ある。具体的には、２０はＮ型エピタキシャル領域、２
１はＰ型ウェル、２２はソースＮ型領域、２３はドレイ
ンＮ型領域、２４は絶縁膜、２５は層間絶縁膜、２６は
ゲートポリシリコン層、２７はポリシリコン層、２８は
アノード領域、２９はカソード領域、３０はアルミ電
極、３１はソース電極、３２はゲート電極、３３はドレ
イン電極を示す。

【００３９】以下ではまず、ＭＯＳＦＥＴの構成及びそ
の製造方法を説明する。

【００４０】まず、Ｎ型エピタキシャル領域２０の上に
絶緑膜２４を選択的に形成し、開口部にＰ型ウェル２１
を形成する。Ｐ型ウェル２１の上にはゲートポリシリコ
ン層２６を形成し、さらに、ゲートポリシリコン層２６
をマスクにして、Ｐ型ウェル２１の上にソースＮ型領域
２２及びドレインＮ型領域２３を形成する。続いて、ソ
ースＮ型領域２２、ドレインＮ型領域２３、及びゲート
ポリシリコン層２６を、層間絶縁膜２５によって被覆す
る。次に、層間絶縁膜２５のうちでソースＮ型領域２２
及びドレインＮ型領域２３の上の部分を除去し、その代
わりにその部分にアルミ電極３０を形成する。これによ
って、アルミ電極３０とソースＮ型領域２２及びドレイ
ンＮ型領域２３とを接続する。

【００４１】次に、ポリシリコン抵抗及びダイオードの
構成及びその製造方法を説明する。

【００４２】まず、Ｎ型エピタキシャル領域２０の上
に、絶緑膜２４を選択的に形成する。絶縁膜２４の上に
はポリシリコン層２７を形成し、さらに、アノード領域
２８とカソード領域２９とを、同一のポリシリコン層２
７の中に、お互いに接触するように形成する。続いて、
ポリシリコン層２７、アノード領域２８、及びカソード
領域２９を層間絶縁膜２５によって被覆する。さらに、
層間絶縁膜２５のうちで、ポリシリコン層２７、アノー
ド領域２８、及びカソード領域２９において端子となる
部分の上に位置する部分を除去し、その代わりにその部
分にアルミ電極３０を形成する。これによって、アルミ
電極３０と、ポリシリコン層２７、アノード領域２８及
びカソード領域２９の所定の箇所とを、接続する。

【００４３】図１における抵抗１５は、具体的には、図
２に示すように、絶縁膜２４の上のポリシリコン層２７
として形成されており、負の温度係数を有している。一
方、ＭＯＳＦＥＴ１６は、図２に示すＭＯＳＦＥＴのよ
うにラテラル構造を有しており、ゲート電極３２とドレ
イン電極３３とが短絡されて抵抗１５に接続されてい
る。ＭＯＳＦＥＴ１６のゲート−ソース間電圧は、ドレ
イン電流の値に応じて、正の温度係数及び負の温度係数
の双方を有し得るが、ここでは、正の温度係数を有する
ように、抵抗１５の抵抗値を調整している。

【００４４】電圧供給装置１０の入力端子３９は、抵抗
１５の一方の端子（抵抗１５の高電位側）とし、一方、
出力端子４０は、抵抗１５とＭＯＳＦＥＴ１６のドレイ
ン端子及びゲート端子との接続点であるＡ点（ＭＯＳＦ
ＥＴ１６の高電位側）からとっている。

【００４５】制御装置１１の入力端子４１に一定電圧が
与えられた状態で温度が上昇すると、ポリシリコンで形
成されている抵抗１５の抵抗値は下がる。すなわち、抵
抗１５の端子間の電圧は、負の温度係数を有する。一
方、温度の上昇に伴って、正の温度係数を有するＭＯＳ
ＦＥＴ１６のゲート−ソース間電圧は上昇し、従って、
Ａ点の電圧ＶＯＡも上昇する。すなわち、この電圧供給
装置１０の出力電圧ＶＯＡは、温度の上昇とともに上昇
する。

【００４６】制御装置１１は、ダイオード群１７の最上
部のダイオードのアノード端子をその入力端子４１と
し、ポリシリコン抵抗１８と最下部のダイオードのカソ
ード端子との接続点Ｂから、出力端子４２をとってい
る。出力端子４２からは、ダイオード群１７に電流が流
れない場合にはＬｏｗ信号が出力され、電流が流れる場
合にはＨｉｇｈ信号が出力される。

【００４７】ある温度において入力端子４１の電圧を上
昇させていくと、ポリシリコンダイオード群１７の順方
向電圧の総和以上の電圧になったときに電流が流れ始め
て、出力端子４２の電圧ＶＯＡは急激に上昇する。出力
電圧ＶＯＡが急激に上昇すると、後段の素子の状態が反
転する。後段の素子の状態が反転するために必要な入力
電圧（入力しきい値電圧）ＶＩＢは、ポリシリコンダイ
オード群１７の順方向電圧の温度係数が負であることか
ら、温度が上昇すると低くなる。すなわち、この制御装
置１１の入力しきい値電圧ＶＩＢは、負の温度係数に基
づいて変化する。

【００４８】このように、電子装置１２は、出力電圧Ｖ
ＯＡの温度係数が正である電圧供給装置１０の出力端子
４０と、入力しきい値電圧ＶＩＢの温度係数が負である
制御装置１１の入力端子４１とを接続して、構成されて
いる。

【００４９】また、パワースイッチ１３の制御部１４
は、パワースイッチ１３のゲート電圧を制御するための
ゲート遮断ＭＯＳＦＥＴ４３と、プルダウンのための抵
抗４４とで構成されており、電子装置１２の出力が、ゲ
ート遮断ＭＯＳＦＥＴ４３のゲートに入力されている。

【００５０】なお、ここでは、温度検出用の電子装置１
２とパワースイッチ１３と制御部１４とを同一半導体基
板上に形成して、過熱保護機能を内蔵した半導体装置を
実現している。

【００５１】以下、本発明の第１の実施形態における電
子装置１００の具体的な動作について、説明する。

【００５２】電圧供給装置１０においては、抵抗１５の
抵抗値を２５ｋΩ、ＭＯＳＦＥＴ１６のしきい値電圧を
１Ｖ（ドレイン−ソース間電圧ＶＤＳ＝５Ｖ、及びドレ
イン−ソース間電流ＩＤＳ＝１μＡ）とし、一方、制御
装置１１においては、ダイオード群１７に含まれる個々
のポリシリコンダイオードの順方向電圧を０．６Ｖと
し、ダイオード群１７を構成するダイオードの個数を６
個、ポリシリコン抵抗１８の抵抗値を２００ｋΩとして
いる。

【００５３】また、ゲート遮断ＭＯＳＦＥＴ４３とし
て、しきい値電圧が１ＶであるＮチャンネルＭＯＳＦＥ
Ｔを用いる。ゲート遮断ＭＯＳＦＥＴ４３のドレイン端
子は、パワースイッチ１３のゲートに接続する配線に接
続され、またゲート端子は、制御装置１１の出力端子４
２、すなわち温度検出用の電子装置１２の出力に接続さ
れている。

【００５４】このような構成とすることにより、検出温
度が１５０℃であるような、ＭＯＳＦＥＴの過熱保護機
能を有する電子スイッチ装置１００が実現できる。

【００５５】温度２５℃において電圧供給装置１０の入
力端子３９に５Ｖの電圧を印加すると、Ａ点の電圧ＶＯ
Ａは、抵抗１５とＭＯＳＦＥＴ１６により分割された電
圧、具体的には２．１Ｖとなる。一方、制御装置１１の
入力しきい値電圧ＶＩＢは４．６Ｖとなるため、この温
度の場合は、電子装置１２からＬｏｗ信号が出力され、
ゲート遮断ＭＯＳＦＥＴ４３はオフしている。

【００５６】ここで、温度が１５０℃になると、抵抗１
５の抵抗値が低下して流れる電流が増加するとともに、
ＭＯＳＦＥＴ１６のゲート−ソース間電圧が上昇するた
め、Ａ点の電圧ＶＯＡは２．７Ｖにまで上昇する。一
方、制御装置１１の入力しきい値電圧ＶＩＢは、ポリシ
リコンダイオードの順方向電圧が−２．５ｍＶ／℃で低
下するため、２．７Ｖまで低下する。従って、ゲート遮
断ＭＯＳＦＥＴ４３はオンして、パワースイッチ１３の
ゲート電圧は、プルダウン抵抗４４の電圧降下により低
下する。これに伴って、パワースイッチ１３はオフす
る。

【００５７】このようにして、検出温度が１５０℃であ
るようなＭＯＳＦＥＴの過熱保護機能を実現している。

【００５８】図３は、電圧供給装置１０の出力電圧ＶＯ
Ａと制御装置の入力しきい値電圧ＶＩＢとの関係を示す
グラフである。

【００５９】図示されるように、２５℃においては、電
圧供給装置１０の出力電圧ＶＯＡと制御装置１１の入力
しきい値電圧ＶＩＢとの差が、２．５Ｖである。しか
し、検出温度である１５０℃においては、電圧供給装置
１０の出力電圧ＶＯＡと制御装置１１の入力しきい値電
圧ＶＩＢとは一致している。すなわち、２５℃から１５
０℃に温度が変化する間に、上記の電圧差は２．５Ｖだ
け変化する。

【００６０】ここで、ダイオード群１７のトータルの順
方向電圧が±０．３Ｖ（ダイオード１個あたりで±０．
０５Ｖ）変動したときの特性を、図３の破線で示す。こ
れより、本来の検出温度である１５０℃の近傍では、検
出温度のばらつき範囲が±１４℃に抑制されている。こ
れは、図１に示す装置構成では、温度に対するゲイン
が、従来の構成に比べて大きいためである。

【００６１】このように、本発明の第１の実施形態によ
れば、従来の構成に電圧供給装置１０を追加することに
より、温度検出用電子装置１２の温度に対するゲインを
高めることができる。これにより、ポリシリコンダイオ
ード群１７を構成するダイオードの個数を増やさなくと
も、従来に比べて検出温度のばらつきを大幅に低減する
ことができる。従って、低い電源電圧しか利用できない
場合においても、検出温度のばらつきの少ない温度検出
用電子装置１２を実現することができる。

【００６２】以上のように、本実施形態では、１個のポ
リシリコン抵抗１５と１個のＭＯＳＦＥＴ１６を組み合
わせることで、出力電圧が正の温度係数をもつ電圧供給
装置１０を容易に実現している。また、この電圧供給装
置１０を追加することにより、低電源電圧に対応可能
な、検出温度のばらつきの少ない温度検出用電子装置１
０が実現される。さらに、この温度検出用電子装置１０
の出力をパワースイッチ１３の制御部１４に入力するこ
とにより、動作機能のばらつきの少ない、過熱保護機能
を内蔵した電子スイッチ装置１００が実現される。

【００６３】さらにまた、電圧供給装置１０を、ポリシ
リコン抵抗１５とＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ１６という
自己分離構造で形成できる素子のみで構成することによ
り、コストのかかるＰＮ分離プロセスや誘電体分離プロ
セスを使用せずに、本実施形態の温度検出用の電子装置
１０が実現されている。

【００６４】なお、上述した第１の実施形態では、電圧
供給装置１０として、ポリシリコンで形成した抵抗１５
とＭＯＳＦＥＴ１６との組み合わせを用いているが、温
度係数が正となる他の組み合わせ或いは単体の素子を用
いる場合でも同様の作用効果を奏することは、言うまで
もない。また、パワースイッチ１３としてＭＯＳＦＥＴ
を用いているが、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタな
ど他のスイッチング素子の場合にも同様の電子装置を実
現できることは、言うまでもない。

【００６５】（第２の実施形態）図４は、本発明の第２
の実施形態における電子装置２００、具体的には、温度
検出用の電子装置とその温度検出用電子装置を含む電子
スイッチ装置２００の等価回路図である。

【００６６】図４の構成において、５０は電圧供給装置
であり、５１は、温度を検出した際の信号を後段の素子
に出力できる制御装置（以下、単に「制御装置」とも称
する）である。また、５２は温度検出用の電子装置（以
下、単に「電子装置」とも称する）であり、電圧供給装
置５０と制御装置５１とを含む。５３はパワースイッチ
であり、ここではＭＯＳＦＥＴを使用している。５４
は、パワースイッチ５３の制御部である。電子装置５２
とパワースイッチ５３と制御部５４とにより、過熱保護
機能を内蔵した電子スイッチ装置２００が構成されてい
る。

【００６７】電子装置５２に含まれる電圧供給装置５０
は、図１を参照して第１の実施形態で説明した電圧供給
装置１０と同じ構成であり、ポリシリコンで形成した抵
抗５５とＭＯＳＦＥＴ５６のドレイン端子及びゲート端
子とが接続されて、構成されている。入力端子５７に一
定電圧を与えた状態では、出力端子５８の電圧は、正の
温度係数を有している。

【００６８】一方、制御装置５１は、抵抗５９とＭＯＳ
ＦＥＴ６０のドレイン端子とが直列に接続された抵抗型
インバータの構成を有しており、ＭＯＳＦＥＴ６０のゲ
ート端子から入力端子６１をとり、一方、ＭＯＳＦＥＴ
６０と抵抗５９との接続点から出力端子６２をとってい
る。ここで、ＭＯＳＦＥＴ６０のしきい値電圧は、電圧
供給装置５０におけるＭＯＳＦＥＴ５６のしきい値電圧
よりも高く設定されている。抵抗５９の値は、制御装置
５１の入力しきい値電圧が負の温度係数を持つように、
調整されている。

【００６９】パワースイッチ５３の制御部５４は、パワ
ースイッチ５３のゲート電圧を制御するためのゲート遮
断ＭＯＳＦＥＴ６３と、インバータ６４と、プルダウン
のための抵抗６５とを含んでおり、電子装置５２の出力
端子６２からの出力が、インバータ６４によって反転さ
れた状態で、ゲート遮断ＭＯＳＦＥＴ６３のゲートに入
力されている。

【００７０】本実施形態の構成では、ＭＯＳＦＥＴ５６
のしきい値電圧を１Ｖに設定し、ＭＯＳＦＥＴ６０のし
きい値電圧を約２．５Ｖに設定している。また、抵抗５
９は、ポリシリコンで形成されていて、制御装置５１の
入力しきい値電圧が負の温度係数を持つように、その抵
抗値を２００ｋΩとしている。

【００７１】図５及び図６は、それぞれ、図４の構成に
おいて小信号の論理機能を担うＭＯＳＦＥＴ５６及び６
０とパワースイッチ５３として機能するＤＭＯＳＦＥＴ
５３（縦型２重拡散ＭＯＳＦＥＴ）とを集積した際に得
られる構成９０の断面図及び平面図である。なお、図５
において、図２と同一の構成要素には同一の符号を付し
ており、その説明はここでは省略する。

【００７２】ＭＯＳＦＥＴ５６のソースＮ型領域２２の
周囲に形成されたＰウェル領域２１の表面不純物濃度
は、３×１０¹⁶cm^-3程度であリ、一方、ＭＯＳＦＥＴ６
０のＰウェル領域２１のうちでソースＮ型領域２２の周
囲に形成されたＰウェル領域２１ａの表面不純物濃度
は、２×１０¹⁷cm^-3程度である。このように、ＭＯＳＦ
ＥＴ６０のソースＮ型領域２２の周囲には、ＭＯＳＦＥ
Ｔ５６のソース型領域２２の周囲のＰウェル領域２１よ
りやや不純物濃度が濃いＰウェル領域２１ａが形成さ
れ、これにより、制御装置５１のしきい値電圧を上げて
いる。なお、図５には示されていないゲート遮断ＭＯＳ
ＦＥＴ６３は、ＭＯＳＦＥＴ５６と同じ製造方法によっ
て形成する。

【００７３】さらに、パワースイッチ５３として、耐圧
８０Ｖ程度のＮチャネル縦型ＤＭＯＳＦＥＴ５３を使用
している。ＤＭＯＳＦＥＴ５３のソースＮ型領域２２の
周囲に形成されたＰウェル領域２１ａは、ＭＯＳＦＥＴ
６０のソースＮ型領域２２の周囲に形成されたＰウェル
領域２１ａの表面不純物濃度と同レベルの不純物濃度を
有する。

【００７４】本実施形態では、このような温度検出用の
電子装置５２とパワースイッチ５３と電子装置５２の出
力に基づいてパワースイッチ５３のオン／オフ動作を制
御する制御部５４とを備え、パワースイッチ５３と電子
装置５２とが同一の半導体基板上に形成されている電子
スイッチ装置２００の製造に際して、電子装置５２に含
まれる制御装置５１のＭＯＳＦＥＴ６０のソース領域の
周囲の基板表面の不純物濃度を、電子装置５２に含まれ
る電圧供給装置５０のＭＯＳＦＥＴ５６のソース領域の
周囲の基板表面の不純物濃度よりも高くする工程と、パ
ワースイッチ５３のウェルを形成する工程とを、同時に
実施する。

【００７５】ところで、本実施形態の構成のように、低
電圧用ＭＯＳＦＥＴ５６及び６０と高電圧用ＤＭＯＳＦ
ＥＴ５３とを同一基板上に集積化する際には、高電圧用
ＤＭＯＳＦＥＴ５３の動作に伴う電圧変動やサージの影
響を、低電圧ＭＯＳＦＥＴ５６及び６０に与えないこと
が課題になる。特に、低電圧用ＭＯＳＦＥＴ５６及び６
０と高電圧用ＤＭＯＳＦＥＴ５３とを一つの半導体基板
に集積する際には、高電圧用ＤＭＯＳＦＥＴ５３の縦方
向に電流が流れて半導体基板の電位が大きく変動するよ
うな場合に、上記の影響が顕著に発生し得る。

【００７６】上記の問題に対して、従来技術によれば、
低電圧領域に浅い拡散領域が設けられる。しかし、その
ような対応策では、縦型ＤＭＯＳＦＥＴの場合に、基板
裏面の電位がスイッチング毎に大きく変動するととも
に、サージノイズが印加され易い。これらの電位変動や
高電圧サージによって拡散領域がブレークダウンする
と、電流が表面電極部に流れ込むまでの間に電圧降下が
発生して、寄生トランジスタの作用による誤動作が発生
し易い。

【００７７】そこで、本実施形態の構成９０では、図５
及び図６に示すように、小信号論理機能を担うＭＯＳＦ
ＥＴ５６及び６０と、それらを絶縁分離して配置するた
めの絶縁膜２４と、絶縁膜２４の下部及びＭＯＳＦＥＴ
５６及び６０のＰウェル領域２１及び２１ａに共通接続
される浅いウェル領域７０と、を少なくとも含む低耐圧
領域と、パワースイッチ５３として機能するＤＭＯＳＦ
ＥＴ５３を含む高耐圧領域８０と、を有している。低耐
圧領域と高耐圧領域８０とは、少なくとも低耐圧領域の
下部の浅いＰウェル領域７０の周囲に設けられた深いＰ
ウェル領域７１で、電気的に分離されている。この深い
Ｐウェル領域７１は、浅いＰウェル領域７０よりも不純
物濃度が高く、且つ深い位置まで達するように、設けら
れている。なお、この電気的な分離に際しては、低電圧
領域の下部の浅いＰウェル領域７０の周囲を囲むだけで
はなく、ＤＭＯＳＦＥＴ５３の周辺も囲むことが、より
好ましい。

【００７８】深いＰウェル領域７１は、ＤＭＯＳＦＥＴ
５３のＰウェル領域２１ａと同じ工程で、形成される。
そのため、深いＰウェル領域７１の上部のＬＯＣＯＳに
よる絶縁層２４は、深いウェル７１を拡散によって形成
するために除去されている。また、深いＰウェル領域７
１の拡散深さとＤＭＯＳＦＥＴ５３のＰウェル領域２１
ａの拡散深さとは、ほぼ同等になり、さらに両ウェル７
１及び２１ａの断面形状も相似しているので、局部的な
耐圧の低下が発生しない。

【００７９】さらに、低耐圧領域の周辺には絶縁層２４
が形成されており、深いＰウェル領域７１は、この絶縁
層２４の位置する領域を越えて、高耐圧領域８０の側に
はみだすように位置している。これによって、低耐圧領
域と高耐圧領域とが、より良好に電気的に絶縁分離され
る。

【００８０】上記のように、本発明では、浅い拡散領域
（浅いウェル領域）７０の周辺部表面の不純物濃度を高
くした上で（すなわち深いウェル領域７１を形成した上
で）電極と接続することによって、拡散領域（ウェル）
の電位を固定している。特に、高不純物濃度を有する領
域７１をより深い領域まで拡張することによって、ウェ
ル内の電位をより深い位置まで固定することができる。

【００８１】また、低耐圧領域を囲むように深いＰウェ
ル領域７１を設けることによって、基板との間の耐圧
が、この深いＰウェル領域７１と基板との間の接合面の
曲率半径で決定されるようになる。もし仮にブレークダ
ウンが発生しても、電流は高濃度のウェル内を通って電
極部へ流れるので、誤動作が非常に発生し難くなる。

【００８２】なお、深いウェル領域７１と高耐圧領域８
０との間の距離は、一定としている。また、深いウェル
領域７１は、低耐圧領域及び高耐圧領域８０と同じ構成
とすることが好ましい。

【００８３】一方、しきい値電圧に最も影響を及ぼすゲ
ート酸化膜の厚みに関しては、ＭＯＳＦＥＴ５６及び６
０の双方において、同じ工程で形成した同じ厚さの酸化
膜を使用することによって、各々のＭＯＳＦＥＴ５６及
び６０のしきい値電圧は、温度変化に対して同じ符号の
温度係数を有し、同一方向に変化（増加或いは減少）す
る。また、ＭＯＳＦＥＴ６０のソースＮ型領域２２の周
囲のＰウェル領域２１ａを形成する工程を除いて、両Ｍ
ＯＳＦＥＴ５６及び６０を全く同一工程で形成すること
により、製造工程でその他の構造パラメータが変動して
も、両ＭＯＳＦＥＴ５６及び６０のしきい値電圧は、同
じ符号の温度係数を有する。

【００８４】以下、本発明の第２の実施形態における電
子装置２００の具体的な動作について、説明する。

【００８５】電圧供給装置５０において、抵抗５５の抵
抗値を６０ｋΩとすると、入力端子５７に５Ｖの電圧が
印加された状態では、出力端子５８の電圧は１．５Ｖと
なる。このとき、出力端子５８の電圧は、正の温度係数
を有している。一方、制御装置５１の入力しきい値電圧
は、ＭＯＳＦＥＴ６０のしきい値電圧であって約２．５
Ｖとなる。この入力しきい値電圧は、負の温度係数を有
している。

【００８６】温度が２５℃である場合には、制御装置５
１の入力端子６１に加えられる電圧は１．５Ｖであり、
これは入力しきい値電圧以下である。そのため、出力端
子６２の電位は０Ｖとなり、電子装置５２はＨｉｇｈ信
号を出力して、制御部５４にはＨｉｇｈ信号が入力され
る。これにより、インバータ６４を介してゲート遮断Ｍ
ＯＳＦＥＴ６３のゲートにはＬｏｗ信号が入力され、ゲ
ート遮断ＭＯＳＦＥＴ６３はオフ状態にある。

【００８７】ここで、温度が上昇すると、電圧供給装置
５０の出力電圧は正の温度係数を有するために上昇し、
一方、制御装置５１の入力しきい値電圧は、負の温度係
数を有するために低下する。温度が１５０℃になると、
電圧供給装置５０の出力電圧と制御装置５１の入力しき
い値電圧とが同じ値（２．１Ｖ）となり、電子装置５２
はＬｏｗ信号を出力して、これが制御部５４に入力され
る。制御部５４では、インバータ６４を介してゲート遮
断ＭＯＳＦＥＴ６３のゲートにＨｉｇｈ信号（５Ｖ）が
印加され、ゲート遮断ＭＯＳＦＥＴ６３がオンになるの
で、パワースイッチ５３はオフになる。このようにし
て、検出温度が１５０℃であるＭＯＳＦＥＴの過熱保護
機能を実現している。

【００８８】もし仮に製造工程でのパラメータのばらつ
きによりＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧が変動しても、Ｍ
ＯＳＦＥＴ５６及び６０は、そのしきい値電圧が同じ符
号の温度係数を有し、同一方向に変化（増加或いは減
少）するように構成されているので、電圧供給装置５０
の出力電圧と制御装置５１の入力しきい値電圧とは、同
じ方向にオフセットする。このため、検出温度のばらつ
きは抑えられる。

【００８９】以上のように、制御装置５１として抵抗型
のインバータを使用し、電圧供給装置５０に使用するＭ
ＯＳＦＥＴ５６のしきい値電圧よりも抵抗型インバータ
に使用するＭＯＳＦＥＴ６０のしきい値電圧を高く設定
することで、温度検出用の電子装置５２の製造工程にお
けるパラメータ変動に対する検出温度のばらつきが、低
減される。

【００９０】また、パワースイッチ５３としてＮチャネ
ル縦型ＤＭＯＳＦＥＴ５３を内蔵した電子装置におい
て、ＤＭＯＳＦＥＴ５３のＰウェル形成工程を使って２
つの異なるしきい値電圧のＭＯＳＦＥＴ５６及び６０を
形成することにより、工程数を追加することなく、動作
機能のばらつきの少ない過熱保護機能を内蔵した電子ス
イッチ装置２００が実現される。

【００９１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の温度検
出用電子装置では、出力電圧の温度係数が正である電圧
供給手段の出力端子に、入力しきい値電圧の温度係数が
負である電子制御手段の入力端子を接続した構成とする
ことにより、低電源電圧に対応可能な、検出温度のばら
つきの少ない温度検出用電子装置が低コストで実現され
る。また、電圧供給手段に使用するＭＯＳＦＥＴよりも
高いしきい値電圧を有するＭＯＳＦＥＴを使用した抵抗
型インバータを、電子制御手段として用いることによ
り、製造工程のパラメータのばらつきによる検出温度の
ばらつきが、大幅に低減される。

【００９２】さらに、本発明の電子スイッチ装置によれ
ば、前述の温度検出用電子装置にパワースイッチを内蔵
させることにより、動作機能のばらつきの少ない過熱保
護機能を内蔵した装置が実現される。

【００９３】さらに、本発明の電子スイッチ装置の製造
方法によれば、工程数を追加することなく、動作機能の
ばらつきの少ない過熱保護機能を内蔵した電子スイッチ
装置を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による電子装置、具体
的には、温度検出用電子装置を含む電子スイッチ装置の
等価回路図である。

【図２】図１の温度検出用電子装置を半導体装置として
構成したときの素子構造を示す断面図である。

【図３】図１の構成における電圧供給装置の出力電圧と
制御装置の入力しきい値電圧との関係を示すグラフであ
る。

【図４】本発明の第２の実施形態による電子装置、具体
的には、温度検出用電子装置を含む電子スイッチ装置の
等価回路図である。

【図５】図４の構成において、小信号の論理機能を担う
ＭＯＳＦＥＴとパワースイッチとして機能するＤＭＯＳ
ＦＥＴ（縦型２重拡散ＭＯＳＦＥＴ）とを集積した際に
得られる構成の断面図である。

【図６】図４の構成の一部についての模式的な平面図で
ある。

【図７】従来の過熱保護機能を内蔵した電子スイッチ装
置の一例の等価回路図である。

【図８】図７における従来の温度検出用の電子装置の温
度特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１０、５０ 電圧供給装置 １１、５１ 制御装置 １２、５２ 電子装置 １３、５３ パワースイッチ １４、５４ 制御部 １５、４４、５５、５９、６５ 抵抗 １６、５６、６０ ＭＯＳＦＥＴ １７ ポリシリコンダイオード １８ ポリシリコン抵抗 ２０ Ｎ型エピタキシャル領域 ２１、２１ａ Ｐ型ウェル領域 ２２ ソースＮ型領域 ２３ ドレインＮ型領域 ２４ 絶縁膜 ２５ 層間絶縁膜 ２６ ゲートポリシリコン層 ２７ ポリシリコン層 ２８ アノード領域 ２９ カソード領域 ３０ アルミ電極 ３１ ソース電極 ３２ ゲート電極 ３３ ドレイン電極 ３９、４１、５７、６１ 入力端子 ４０、４２、５８、６２ 出力端子 ４３、６３ ゲート遮断ＭＯＳＦＥＴ ６４ インバータ ７０ 浅いＰウェル領域 ７１ 深いＰウェル領域 ８０ 高耐圧領域

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度変化に対応してしきい値電圧が変化
   し、検出基準温度に対応する基準電圧と該しきい値電圧
   とが一致したときに制御信号を出力する電子制御手段
   と、 温度変化に対して正の方向に該基準電圧を変化させて、
   該電子制御手段に出力する電圧供給手段と、を備え、該
   電子制御手段は、該温度変化に対して負の方向に該しき
   い値電圧が変化するように構成されている、温度検出用
   の電子装置。
2. 【請求項２】 前記電圧供給手段は、 端子間の電圧を、前記温度変化に対して負の方向に変化
   させる、負の温度係数を有する第１の素子と、 該端子間の電圧を、該温度変化に対して正の方向に変化
   させる、正の温度係数を有する第２の素子と、を備えて
   おり、 該第１及び第２の素子はお互いに直列に接続されてい
   て、 該第１及び第２の素子の間の端子からの出力電圧が該電
   子制御手段に入力するように構成されている、請求項１
   に記載の電子装置。
3. 【請求項３】 前記電圧供給手段において、前記第１の
   素子は、ポリシリコンで形成された抵抗を含み、前記第
   ２の素子は、ドレイン電極とゲート電極とが接続された
   ＭＯＳ型トランジスタを含む、請求項２に記載の電子装
   置。
4. 【請求項４】 前記電圧供給手段において、前記第１の
   素子は、ポリシリコンで形成された抵抗を含み、前記第
   ２の素子は、ドレイン電極とゲート電極とが接続された
   第１のＭＯＳ型トランジスタを含み、 前記電子制御手段は、抵抗と第２のＭＯＳ型トランジス
   タとを含み、 該電子制御手段に含まれる該第２のＭＯＳ型トランジス
   タのしきい値電圧が、該電圧供給手段に含まれる該第１
   のＭＯＳ型トランジスタのしきい値電圧よりも高い、請
   求項２に記載の電子装置。
5. 【請求項５】 前記電圧供給手段に含まれる前記第１の
   ＭＯＳ型トランジスタのしきい値電圧と、前記電子制御
   手段に含まれる前記第２のＭＯＳ型トランジスタのしき
   い値電圧とが、温度変化に対して同じ符号の温度係数を
   有する、請求項４に記載の電子装置。
6. 【請求項６】 前記電子制御手段に含まれる前記第２の
   ＭＯＳ型トランジスタのソース領域の周囲の基板表面の
   不純物濃度が、前記電圧供給手段に含まれる前記第１の
   ＭＯＳ型トランジスタのソース領域の周囲の基板表面の
   不純物濃度よりも高い、請求項４に記載の電子装置。
7. 【請求項７】 温度検出用電子装置と、パワースイッチ
   と、該温度検出用電子装置の出力に基づいて該パワース
   イッチのオン／オフ動作を制御する過熱保護用制御部
   と、を備える電子スイッチ装置であって、 該温度検出用電子装置が請求項１に記載の電子装置であ
   る、電子スイッチ装置。
8. 【請求項８】 前記パワースイッチがＭＯＳ型トランジ
   スタを含み、 前記温度検出用電子装置が、お互いに直列に接続された
   ＭＯＳ型トランジスタとポリシリコンにより形成された
   抵抗とを含み、 該パワースイッチと該温度検出用電子装置とが同一の半
   導体基板上に形成されている、請求項７に記載の電子ス
   イッチ装置。
9. 【請求項９】 温度検出用電子装置と、パワースイッチ
   と、該温度検出用電子装置の出力に基づいて該パワース
   イッチのオン／オフ動作を制御する過熱保護用制御部
   と、を備え、該パワースイッチと該温度検出用電子装置
   とが同一の半導体基板上に形成されている電子スイッチ
   装置の製造方法であって、該製造方法は、 該温度検出用電子装置に含まれる電子制御手段のＭＯＳ
   型トランジスタのソース領域の周囲の基板表面の不純物
   濃度を、該温度検出用電子装置に含まれる電圧供給手段
   のＭＯＳ型トランジスタのソース領域の周囲の基板表面
   の不純物濃度よりも高くする濃度調節工程と、 該パワースイッチのウェルを形成するウェル形成工程
   と、を包含し、 該濃度調節工程と該ウェル形成工程とが同時に行われ
   る、電子スイッチ装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 同一の半導体基板に設けられた低耐圧
    領域及び高耐圧領域と、 該低耐圧領域の下部に設けられた浅いウェル領域と、 該浅いウェル領域に連続して該浅いウェル領域の周辺を
    実質的に囲み、且つ該浅いウェル領域よりも深い位置に
    達するように形成された、該浅いウェル領域と同じ導電
    型を有するがより高い不純物濃度を有する、深いウェル
    領域と、を備えている、電子装置。