JPH1050993A - Semiconductor device with current detecting function - Google Patents

Semiconductor device with current detecting function

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JPH1050993A
JPH1050993A JP20487596A JP20487596A JPH1050993A JP H1050993 A JPH1050993 A JP H1050993A JP 20487596 A JP20487596 A JP 20487596A JP 20487596 A JP20487596 A JP 20487596A JP H1050993 A JPH1050993 A JP H1050993A
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JP
Japan
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current
electrode
temperature
semiconductor device
type diffusion
Prior art date
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Application number
JP20487596A
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Japanese (ja)
Inventor
Masato Mizukoshi
正人 水越
Norihito Tokura
規仁 戸倉
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Publication of JPH1050993A publication Critical patent/JPH1050993A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor device provided with a function for detecting the current flowing through an element itself utilizing the channel resistance in which the current can be detected with high accuracy at all times regardless of the temperature conditions of the element and the periphery thereof. SOLUTION: When an IGBT(insulated gate bipolar transistor) is provided with a probe electrode 9 to be connected electrically with one n-type diffusion layer 4 while being insulated electrically from the source electrode 8 thereof, for example, a voltage γ (rch+ra) is proportional to the source current (is) appears between the probe electrode 9 and the source electrode 8, where γis a constant, rch is a channel resistance and ra is an accumulation resistance. The voltage depends on the temperature because the (rch+ra) has a temperature coefficient but the temperature dependency is eliminated by compensating for the (rch+ra) based on the output from a temperature sensor 10 provided on same substrate.

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、電流検出機能付
き半導体装置に関し、特に縦型のMOSFETや縦型の
IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)等の
半導体装置に適用されて好適な電流検出構造の改良に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a current detecting function, and more particularly to a semiconductor device having a current detecting structure suitable for being applied to a semiconductor device such as a vertical MOSFET or a vertical IGBT (insulated gate bipolar transistor). Regarding improvement.

【0002】[0002]

【従来の技術】パワーMOSFETやIGBT等の半導
体装置にあっては、素子保護のために電流検出機能を持
たせることがある。このような電流検出機能を持たせる
ことにより、それら素子に流れている電流の異常の有無
を検出することができ、ひいてはそれら素子が破壊に至
る前にその駆動を停止するなどのフェールセーフを図る
ことができるようになる。
2. Description of the Related Art In a semiconductor device such as a power MOSFET or an IGBT, a current detecting function is sometimes provided to protect an element. By providing such a current detection function, it is possible to detect the presence / absence of abnormality in the current flowing through these elements, and to achieve fail-safe such as stopping the drive before the elements are destroyed. Will be able to do it.

【0003】ところで従来、このような電流検出機能付
き半導体装置としては、例えば特開昭63−12175
号公報に記載の半導体装置が知られている。この半導体
装置では、そのチャネル部を電流が流れるときに生じる
電圧降下を同チャネル部近傍に設けたプローブ電極を介
して検出し、該検出した電圧降下に基づいて当該素子に
流れる電流を推定するようにしている。
Conventionally, such a semiconductor device having a current detecting function is disclosed in, for example, JP-A-63-12175.
A semiconductor device described in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. HEI 9-203 is known. In this semiconductor device, a voltage drop generated when a current flows through the channel portion is detected via a probe electrode provided near the channel portion, and a current flowing through the element is estimated based on the detected voltage drop. I have to.

【0004】すなわち同公報にも記載されているよう
に、例えばNチャネル型MOSFETについて考えると
き、そのチャネル部の抵抗(チャネル抵抗)をrch、ド
レイン電流をid とすれば、上記プローブ電極とソース
電極との間には、 Vps=id ×rch …(1) といった電圧降下が生じるようになる。ここで、上記チ
ャネル抵抗rchが一定であるとすれば、該電圧降下(プ
ローブ電極・ソース電極間電圧)Vpsはドレイン電流i
d に比例することとなり、同電圧降下Vpsを測定するこ
とでドレイン電流id 、すなわち当該MOSFET中に
流れる電流を推定することができるようになる。
That is, as described in the same publication, for example, when considering an N-channel MOSFET, if the resistance (channel resistance) of the channel portion is rch and the drain current is id, the above-mentioned probe electrode and source electrode , A voltage drop such as Vps = id × rch (1) occurs. Here, if the channel resistance rch is constant, the voltage drop (the voltage between the probe electrode and the source electrode) Vps is equal to the drain current i.
The drain current id, that is, the current flowing through the MOSFET can be estimated by measuring the voltage drop Vps.

【0005】そして、このような電流検出構造を採用す
ることで、外部に電流検出用の抵抗などを別途設けずと
も、当該半導体装置中に流れる電流を検出することがで
きるようになる。
[0005] By employing such a current detection structure, a current flowing in the semiconductor device can be detected without separately providing an external current detection resistor or the like.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このように、チャネル
部を電流が流れるときに生じる電圧降下を同チャネル部
近傍に設けたプローブ電極を通じて測定することで、そ
の半導体装置中に流れる電流を検出することはできる。
As described above, the current flowing in the semiconductor device is detected by measuring the voltage drop generated when the current flows through the channel through the probe electrode provided near the channel. Can do it.

【0007】ところで、このような電流検出構造にあっ
ては上述のように、上記(1)式中におけるチャネル抵
抗rchの値が一定であることが、同電流検出を精度よく
行う上での大前提となっている。
As described above, in such a current detection structure, the constant value of the channel resistance rch in the above equation (1) is a critical factor in performing the current detection with high accuracy. It is a premise.

【0008】しかし実情として、該チャネル抵抗rchは
温度係数(TCR)を持っており、温度によってその抵
抗値が変動することが知られている。そして、このチャ
ネル抵抗rchの値が温度によって変動する場合、上記電
圧降下に基づき検出、推定される電流の値も自ずと信頼
性の低いものとなる。
However, as a matter of fact, it is known that the channel resistance rch has a temperature coefficient (TCR), and the resistance value varies with temperature. When the value of the channel resistance rch fluctuates with temperature, the value of the current detected and estimated based on the voltage drop naturally becomes low in reliability.

【0009】この発明は、こうした実情に鑑みてなされ
たものであり、素子並びにその周囲が如何なる温度条件
にあろうとも、常に精度の高い電流検出を行うことので
きる電流検出機能付き半導体装置を提供することを目的
とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a semiconductor device with a current detection function that can always perform highly accurate current detection regardless of the temperature conditions of the element and its surroundings. The purpose is to do.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】こうした目的を達成する
ため、この発明では、請求項1に記載のように、 (a)第1の通電用電極に電気接続された第1の半導体
層。 (b)この第1の半導体層の主表面側に形成された第1
導電型の第2の半導体層。 (c)この第2の半導体層中の主表面側所定領域に形成
された第2導電型拡散層。 (d)この第2導電型拡散層中に形成されてその主表面
側に設けられる第2の通電用電極または同第2の通電用
電極と電気的に分離されたプローブ電極の何れか一方に
電気接続される複数の第1導電型拡散層。 (e)前記第1の半導体層の主表面上に形成されて同半
導体層の温度を検出する温度センサ。 (f)当該素子への通電に際して前記プローブ電極に生
じる電位をこの温度センサによる温度検出出力に基づき
補正する電位補正回路。をそれぞれ具え、この補正され
たプローブ電極電位に基づいて当該素子に流れる電流量
を推定するようにする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, (a) a first semiconductor layer electrically connected to a first current-carrying electrode. (B) the first semiconductor layer formed on the main surface side of the first semiconductor layer;
A conductive second semiconductor layer; (C) A second conductivity type diffusion layer formed in a predetermined region on the main surface side in the second semiconductor layer. (D) a second current-carrying electrode formed in the second conductivity type diffusion layer and provided on the main surface side, or a probe electrode electrically separated from the second current-carrying electrode; A plurality of first conductivity type diffusion layers electrically connected; (E) a temperature sensor formed on the main surface of the first semiconductor layer and detecting the temperature of the semiconductor layer; (F) a potential correction circuit for correcting a potential generated at the probe electrode when the element is energized, based on a temperature detection output from the temperature sensor. And the amount of current flowing through the element is estimated based on the corrected probe electrode potential.

【0011】電流検出機能付き半導体装置としてのこの
ような電流検出構造によれば、その通電時、上記プロー
ブ電極と上記第2の通電用電極との間には、少なくとも
上記第2の半導体層と上記第1導電型拡散層との間の第
2導電型拡散層部分の抵抗、すなわちチャネル抵抗に起
因する電圧降下が生じるようになり、併せて上記温度セ
ンサからは、このチャネル抵抗周辺の温度情報が例えば
絶対温度に比例したかたちで取り出されるようになる。
According to such a current detection structure as a semiconductor device having a current detection function, at the time of energization, at least the second semiconductor layer is provided between the probe electrode and the second energization electrode. A voltage drop caused by the resistance of the second conductivity type diffusion layer portion between the first conductivity type diffusion layer and the channel, that is, the channel resistance occurs. In addition, the temperature sensor provides temperature information around the channel resistance. Is extracted in a manner proportional to, for example, the absolute temperature.

【0012】このため、該取り出される温度情報に基づ
きチャネル抵抗の前述した温度係数(TCR)が相殺さ
れるよう、上記プローブ電極に生じる電位、すなわち上
記プローブ電極・第2の通電用電極間電圧を上記電位補
正回路を通じて補正することとすれば、チャネル抵抗を
含めその周囲が如何なる温度条件にあろうとも、この補
正された電位(電圧降下分)をもとに、常に精度の高い
電流検出を行うことができるようになる。
Therefore, the potential generated at the probe electrode, that is, the voltage between the probe electrode and the second energizing electrode is set so that the aforementioned temperature coefficient (TCR) of the channel resistance is canceled based on the extracted temperature information. If correction is made through the potential correction circuit, current detection with high accuracy is always performed based on this corrected potential (voltage drop) regardless of the temperature conditions including the channel resistance and the surroundings. Will be able to do it.

【0013】なお、こうした電流検出構造は、例えば電
気自動車用インバータや、汎用インバータ、無停電電源
装置、ACサーボ装置、等々の主スイッチング素子とし
て用いられる前述したIGBT(絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタ)にとっても極めて有効である。すなわ
ち、請求項2記載の発明によるように、・半導体装置
は、前記第1の通電用電極をドレイン電極とし、前記第
2の通電用電極をソース電極とし、少なくとも前記第2
の半導体層と前記第1導電型拡散層との間の前記第2導
電型拡散層上に絶縁膜を介して制御用電極としてのゲー
ト電極を具える縦型のIGBTである。といった構成に
よれば、同IGBT自身に流れる電流を高精度に監視す
ることができるようになり、ひいては前述したフェール
セーフを図るにしろ、その動作をより的確に行わしめる
ことができるようになる。
Such a current detecting structure is also used for the above-mentioned IGBT (insulated gate bipolar transistor) used as a main switching element of, for example, an inverter for an electric vehicle, a general-purpose inverter, an uninterruptible power supply, an AC servo device, and the like. Extremely effective. That is, according to the invention as set forth in claim 2, in the semiconductor device, the first energizing electrode is a drain electrode, the second energizing electrode is a source electrode, and at least the second energizing electrode is a source electrode.
A vertical IGBT including a gate electrode as a control electrode on the second conductivity type diffusion layer between the semiconductor layer and the first conductivity type diffusion layer via an insulating film. According to such a configuration, the current flowing through the IGBT itself can be monitored with high accuracy, and the operation can be performed more accurately even if the aforementioned fail-safe is achieved.

【0014】一方、請求項3記載の発明によるように、
(e1)前記温度センサは、前記第1の半導体層の主表
面上に絶縁膜を介して形成された多結晶シリコンダイオ
ードである。といった構成によれば、半導体装置の製造
プロセスをそのまま用いて温度センサを形成することが
できることとなり、他の例えば薄膜サーミスタや薄膜抵
抗などによって同温度センサを形成する場合に比べ当該
電流検出機能付き半導体装置を効率よく製造することが
できるようになる。また、該多結晶シリコンダイオード
からなる温度センサは、感度(温度係数)もよく、同半
導体装置を構成する素子とのアイソレーションにも優れ
ている。
On the other hand, according to the invention of claim 3,
(E1) The temperature sensor is a polycrystalline silicon diode formed on a main surface of the first semiconductor layer via an insulating film. According to such a configuration, the temperature sensor can be formed using the manufacturing process of the semiconductor device as it is, and the semiconductor with the current detection function can be formed as compared with the case where the temperature sensor is formed by other thin film thermistors or thin film resistors. The device can be manufactured efficiently. Further, the temperature sensor made of the polycrystalline silicon diode has good sensitivity (temperature coefficient) and is excellent in isolation from elements constituting the semiconductor device.

【0015】また一方、請求項4記載の発明によるよう
に、(f1)前記電位補正回路は、前記プローブ電極に
生じる電位と前記温度センサによる温度検出出力とを掛
け算する掛け算回路である。といった構成によれば、同
電位補正回路による上述した温度係数(TCR)の相殺
を極めて効率よく実現することができるようになる。す
なわち、上記チャネル抵抗は通常、絶対温度Tに比例し
てその抵抗値が増加することとなるため、上記温度セン
サによる温度検出出力がこの絶対温度Tに反比例するか
たちで出力されるようにすることで、該掛け算に基づき
上記温度係数は的確に相殺されるようになる。
On the other hand, according to the invention described in claim 4, (f1) the potential correction circuit is a multiplication circuit for multiplying a potential generated at the probe electrode by a temperature detection output from the temperature sensor. According to this configuration, the above-described temperature coefficient (TCR) cancellation by the same potential correction circuit can be realized extremely efficiently. That is, since the resistance value of the channel resistance generally increases in proportion to the absolute temperature T, the temperature detection output by the temperature sensor is output in a form inversely proportional to the absolute temperature T. Thus, the temperature coefficient is accurately canceled based on the multiplication.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図1に、この発明にかかる電流検
出機能付き半導体装置についてその一実施形態を示す。
FIG. 1 shows an embodiment of a semiconductor device having a current detecting function according to the present invention.

【0017】この実施形態は、例えば電気自動車用イン
バータや、汎用インバータ、無停電電源装置、ACサー
ボ装置等々の主スイッチング素子として用いられるIG
BT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)に、この
発明にかかる電流検出構造を適用した半導体装置として
構成されている。
In this embodiment, an IG used as a main switching element of, for example, an inverter for an electric vehicle, a general-purpose inverter, an uninterruptible power supply, an AC servo device, etc.
The present invention is configured as a semiconductor device in which a current detection structure according to the present invention is applied to a BT (insulated gate bipolar transistor).

【0018】はじめに、図1を参照して、同実施形態に
かかるIGBTの構造を詳細に説明する。同図1に示さ
れるように、このIGBTは縦型構造を有しており、そ
のp型半導体基板(シリコン基板)1の裏面は、同IG
BTのドレイン電極5に電気的に接続されている。
First, the structure of the IGBT according to the embodiment will be described in detail with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the IGBT has a vertical structure, and the back surface of a p-type semiconductor substrate (silicon substrate) 1 is
It is electrically connected to the drain electrode 5 of the BT.

【0019】また、この半導体基板1の主表面側にはn
型エピタキシャル層2が形成されており、同エピタキシ
ャル層2中の主表面側所定領域には更に、チャネル拡散
層となるp型拡散層3が形成されている。
On the main surface side of the semiconductor substrate 1, n
A p-type diffusion layer 3 serving as a channel diffusion layer is formed in a predetermined region on the main surface side of the epitaxial layer 2.

【0020】そして、このp型拡散層3中には、やはり
その主表面側所定領域にソース層となるn型拡散層4が
形成され、この形成されたn型拡散層4に電気的に接続
されるようにソース電極8が形成されている。
In the p-type diffusion layer 3, an n-type diffusion layer 4 serving as a source layer is also formed in a predetermined region on the main surface side, and is electrically connected to the formed n-type diffusion layer 4. Source electrode 8 is formed.

【0021】なお、同実施形態にかかるIGBTにあっ
ては、図1中に「プローブ素子部」として付記するよう
に、同部分のみ例外的に、ソース電極8(図中右側のソ
ース電極8)が上記n型拡散層4から外して形成され、
代わりに、同ソース電極8とは電気的に分離されたプロ
ーブ電極9が上記n型拡散層4の1つに電気的に接続さ
れるように形成されている。後に詳述するように、通電
時には、このプローブ電極9を介して当該IGBTのソ
ース電流が検出されるようになる。
In the IGBT according to the embodiment, as shown in FIG. 1 as “probe element portion”, only the same portion is exceptionally applied to the source electrode 8 (the source electrode 8 on the right side in FIG. 1). Are formed outside of the n-type diffusion layer 4,
Instead, a probe electrode 9 electrically separated from the source electrode 8 is formed so as to be electrically connected to one of the n-type diffusion layers 4. As will be described later in detail, at the time of energization, the source current of the IGBT is detected via the probe electrode 9.

【0022】一方、上記n型エピタキシャル層2と上記
n型拡散層4との間のp型拡散層3上には絶縁酸化膜
(酸化シリコン膜)6を介して多結晶シリコンからなる
ゲート電極7が形成され、これらゲート電極7を含め
て、図1中に「IGBT素子部」として付記する縦型の
IGBT素子部分が構成されている。
On the other hand, a gate electrode 7 made of polycrystalline silicon is provided on the p-type diffusion layer 3 between the n-type epitaxial layer 2 and the n-type diffusion layer 4 via an insulating oxide film (silicon oxide film) 6. Are formed, and a vertical IGBT element portion which is added as “IGBT element portion” in FIG. 1 is configured including these gate electrodes 7.

【0023】また、同実施形態のIGBTにあって、上
記半導体基板1の主表面(正確にはn型エピタキシャル
層2の主表面)の図1中に「温度センサ部」として付記
した領域には更に、絶縁酸化膜(酸化シリコン膜)6を
介して多結晶シリコンダイオードからなる温度センサ1
0が形成されている。温度センサとしてこの多結晶シリ
コンダイオードを採用することにより、当該半導体装置
としての製造プロセスをそのまま用いて同温度センサ1
0を形成することができるようになる。同温度センサ1
0による温度検出出力は、電極11、12及び端子T
1、T2を介して電位補正回路20に取り込まれる。
In the IGBT according to the embodiment, a region of the main surface of the semiconductor substrate 1 (more precisely, the main surface of the n-type epitaxial layer 2) which is added as a "temperature sensor portion" in FIG. Further, a temperature sensor 1 made of a polycrystalline silicon diode via an insulating oxide film (silicon oxide film) 6
0 is formed. By adopting this polycrystalline silicon diode as the temperature sensor, the temperature sensor 1 can be manufactured using the manufacturing process of the semiconductor device as it is.
0 can be formed. Temperature sensor 1
0 is the temperature detection output by the electrodes 11, 12 and the terminal T.
1, and taken into the potential correction circuit 20 via T2.

【0024】電位補正回路20は、同IGBTへの通電
時、そのソース電流に比例して上記プローブ電極9に生
じる電位の温度に依存した成分を上記温度センサ10に
よる温度検出出力に基づき相殺する回路である。なお、
この電位補正回路20は、同IGBTを構成する半導体
装置に一体に組み込まれるものであってもよいし、或い
は外部処理回路として同IGBTを構成する半導体装置
とは別途に設けられるものであってもよい。
The potential correction circuit 20 cancels a temperature-dependent component of the potential generated at the probe electrode 9 in proportion to the source current based on the temperature detection output from the temperature sensor 10 when the IGBT is energized. It is. In addition,
The potential correction circuit 20 may be integrated with the semiconductor device forming the IGBT, or may be provided separately from the semiconductor device forming the IGBT as an external processing circuit. Good.

【0025】次に、同実施形態にかかるIGBTの電流
検出原理も含めて、その動作を詳細に説明する。図1に
例示した同実施形態のIGBTにおいて、上記ゲート電
極7(端子G)及びソース電極8(端子S)間に閾値を
超える電圧が印加されているときに当該IGBT単位セ
ルに流れるソース電流は、これをis とすると is =is (e) +is (h) …(2) として表される。この(2)式において、is (e) は電
子電流であり、is (h)はホール電流である。
Next, the operation of the IGBT according to the embodiment will be described in detail, including the principle of current detection. In the IGBT of the embodiment illustrated in FIG. 1, when a voltage exceeding a threshold is applied between the gate electrode 7 (terminal G) and the source electrode 8 (terminal S), the source current flowing through the IGBT unit cell is , Where is is expressed as is = is (e) + is (h) (2). In the equation (2), is (e) is an electron current, and is (h) is a hole current.

【0026】一方、IGBT単位セルのチャネル抵抗を
rch、またアキュムレーション抵抗をra とすると、同
図1中のA点の電位は、これをVA とすると、 VA =is (e) ・(rch+ra ) …(3) となる。
On the other hand, assuming that the channel resistance of the IGBT unit cell is rch and the accumulation resistance is ra, the potential at point A in FIG. 1 is VA, and VA = is (e)) (rch + ra). (3)

【0027】ここで、上記電位補正回路20が上記プロ
ーブ電極9の電圧(端子Pの電圧)Vpをこの合成抵抗
(rch+ra )に対してハイインピーダンスで受け、ソ
ース電流is (電子電流is (e) )の同電位補正回路2
0側への流出がないものとすると、上記A点の電位VA
と端子Pの電圧Vpとは等しくなり、 Vp=VA =is (e) ・(rch+ra ) …(3)’ となる。すなわち、A点の電位VA はそもそもソース電
流is に比例したものであるが、こうした条件の適用に
よって、端子Pの電圧Vpも、ソース電流is にほぼ比
例したものとなる。
Here, the potential correction circuit 20 receives the voltage (the voltage of the terminal P) Vp of the probe electrode 9 at a high impedance with respect to the combined resistance (rch + ra), and the source current is (electron current is (e)). The same potential correction circuit 2)
Assuming that there is no outflow to the 0 side, the potential VA at the above point A is obtained.
And the voltage Vp at the terminal P are equal, and Vp = VA = is (e). (Rch + ra) (3) '. That is, although the potential VA at the point A is originally proportional to the source current is, by applying such conditions, the voltage Vp at the terminal P is also substantially proportional to the source current is.

【0028】そこで更に、 is (e) /is ≡γ(一定) …(4) といった条件を導入すると、上記(3)’式は Vp=VA =γ・(rch+ra )・is …(5) となり、端子Pの電圧(以下、これをプローブ電圧とい
う)Vpから上記ソース電流is が求まるようになる。
Then, if a condition such as is (e) / is≡γ (constant) (4) is introduced, the above equation (3) ′ becomes Vp = VA = γ · (rch + ra) · is (5) The source current is obtained from the voltage Vp of the terminal P (hereinafter referred to as a probe voltage).

【0029】ただし、チャネル抵抗rchが温度係数(T
CR)を有していることは前述した通りであり、特にこ
こで比例係数となる(rch+ra )は、5000ppm
/K程度の温度係数を持つことが発明者等によって確認
されている。
However, the channel resistance rch is equal to the temperature coefficient (T
CR) is as described above. In particular, the proportional coefficient (rch + ra) is 5000 ppm
It has been confirmed by the inventors that they have a temperature coefficient of about / K.

【0030】そこで、同実施形態のIGBTにあっては
上述のように、同一半導体装置内に形成した温度センサ
10を通じて温度を検出するとともに、その検出した温
度をもとに、上記電位補正回路20を通じて該プローブ
電圧Vpに含まれる温度依存成分を相殺するようにして
いる。
Therefore, in the IGBT of the embodiment, as described above, the temperature is detected through the temperature sensor 10 formed in the same semiconductor device, and based on the detected temperature, the potential correction circuit 20 is used. To cancel the temperature-dependent component included in the probe voltage Vp.

【0031】図2は、こうした電位補正回路20の具体
構成例を示したものであり、次に、この図2を併せ参照
して、同実施形態のIGBTにおける温度補償構造につ
いて更に詳述する。
FIG. 2 shows a specific configuration example of such a potential correction circuit 20. Next, the temperature compensation structure of the IGBT of the embodiment will be described in further detail with reference to FIG.

【0032】同図2に示されるように、この電位補正回
路20は、大きくは温度検出部21と温度補償部22と
の2つの回路によって構成されている。このうち、温度
検出部21は、演算増幅器A1及び抵抗R1〜R3から
なって上記温度センサ10を構成する多結晶シリコンダ
イオードアレイに対し定電流を供給する定電流回路と、
バッファアンプを構成する演算増幅器A2とを具える構
成となっている。
As shown in FIG. 2, the potential correction circuit 20 is mainly composed of two circuits, a temperature detector 21 and a temperature compensator 22. Among them, the temperature detecting section 21 is composed of an operational amplifier A1 and resistors R1 to R3, and supplies a constant current to the polycrystalline silicon diode array constituting the temperature sensor 10;
An operational amplifier A2 constituting a buffer amplifier is provided.

【0033】この温度検出部21からは、上記バッファ
アンプ(演算増幅器)A2を介して、絶対温度Tに反比
例した、すなわち(1/T)なる温度係数を持つ温度信
号Vtが温度補償部22に対し出力されるようになる。
From the temperature detecting section 21, a temperature signal Vt having a temperature coefficient inversely proportional to the absolute temperature T, ie, having a temperature coefficient of (1 / T) is sent to the temperature compensating section 22 via the buffer amplifier (operational amplifier) A 2. Output.

【0034】一方、温度補償部22は、トランジスタT
r1及びTr2からなる差動増幅段とトランジスタTr
3とによる掛け算回路として構成されている。こうした
掛け算回路にあって、同図2に示されるように、トラン
ジスタTr1のベース電極に上記プローブ電圧Vpが入
力され、トランジスタTr3のベース電極に上記温度信
号Vtが入力されるとき、「電流出力」として示される
その掛け算出力は、これをVoutとするとき、 Vout={R5/(Vh・R6)}×Vp×Vt …(6) といった値になることが知られている(例えば、Alan
B. Grebene 著「アナログ集積回路」、近代科学社、1
975年参照)。ここで、R5はトランジスタTr1及
びTr2のコレクタ抵抗、R6はトランジスタTr3の
エミッタ抵抗、またVhは熱電圧である。
On the other hand, the temperature compensator 22
r1 and a differential amplification stage composed of Tr2 and a transistor Tr
3 is configured as a multiplication circuit. In such a multiplying circuit, as shown in FIG. 2, when the probe voltage Vp is input to the base electrode of the transistor Tr1 and the temperature signal Vt is input to the base electrode of the transistor Tr3, "current output" It is known that the multiplication calculation force represented by the following equation is expressed as Vout = {R5 / (Vh · R6)} × Vp × Vt (6) when this is set as Vout (for example, Alan
"Analog Integrated Circuits" by B. Grebene, Modern Science Company, 1
975). Here, R5 is the collector resistance of the transistors Tr1 and Tr2, R6 is the emitter resistance of the transistor Tr3, and Vh is the thermal voltage.

【0035】同温度補償部22を通じてこのような掛け
算が行われることにより、上記抵抗(rch+ra )の温
度係数に起因してプローブ電圧Vpに生じる変動(温度
依存成分)は、上記(1/T)なる温度係数を持つ温度
信号Vtによって好適に相殺されるようになる。
By performing such a multiplication through the temperature compensator 22, the fluctuation (temperature-dependent component) generated in the probe voltage Vp due to the temperature coefficient of the resistor (rch + ra) is (1 / T). The temperature signal Vt having the following temperature coefficient is suitably canceled.

【0036】すなわち、上記チャネル抵抗rchとアキュ
ムレーション抵抗ra とは正の温度係数を持つことか
ら、上記プローブ電圧Vpは絶対温度Tに比例してその
値が増加することとなるが、これに上記(1/T)なる
温度係数を持つ温度信号Vtが上記(6)式の態様で掛
け算されることにより、その温度に依存した成分は的確
に相殺され、上記「電流出力」としても、より高い精度
で上記ソース電流is の流量に対応する信号が得られる
ようになる。
That is, since the channel resistance rch and the accumulation resistance ra have a positive temperature coefficient, the probe voltage Vp increases in proportion to the absolute temperature T. By multiplying the temperature signal Vt having a temperature coefficient of 1 / T) in the form of the above equation (6), the temperature-dependent component is accurately canceled out, and the “current output” has higher accuracy. Thus, a signal corresponding to the flow rate of the source current is obtained.

【0037】以上説明したように、同実施形態にかかる
電流検出機能付き半導体装置によれば、 (イ)当該半導体装置が如何なる温度条件にあろうと
も、その素子に流れる電流を常に高い精度で検出するこ
とができる。 (ロ)またこのため、前述したフェールセーフを図るに
しろ、その動作をより的確に行わしめることができる。 (ハ)温度センサとして多結晶シリコンダイオードを採
用したことで、当該半導体装置の製造プロセスをそのま
ま用いて温度センサを形成することができることとな
り、他の例えば薄膜サーミスタや薄膜抵抗などによって
同温度センサを形成する場合に比べ当該電流検出機能付
き半導体装置を効率よく製造することができる。また、
多結晶シリコンダイオードからなる温度センサは、感度
(温度係数)もよく、同半導体装置を構成する素子との
アイソレーションにも優れている。 (ニ)電位補正回路(正確にはその温度補償部)を掛け
算回路によって構成したことで、温度依存成分の相殺を
極めて効率よく実現することができる。等々、多くの優
れた効果が奏せられるようになる。
As described above, according to the semiconductor device with a current detection function according to the embodiment, (a) the current flowing through the element is always detected with high accuracy regardless of the temperature condition of the semiconductor device. can do. (B) For this reason, even if the above-described fail-safe is achieved, the operation can be performed more accurately. (C) By using a polycrystalline silicon diode as the temperature sensor, the temperature sensor can be formed using the manufacturing process of the semiconductor device as it is, and the temperature sensor can be formed by using another thin film thermistor or thin film resistor. The semiconductor device with the current detection function can be manufactured more efficiently than in the case of forming. Also,
A temperature sensor made of a polycrystalline silicon diode has good sensitivity (temperature coefficient) and is excellent in isolation from elements constituting the semiconductor device. (D) Since the potential correction circuit (more precisely, the temperature compensator) is constituted by a multiplication circuit, cancellation of the temperature-dependent component can be realized extremely efficiently. Many excellent effects can be achieved.

【0038】なお、同実施形態にあっては、温度センサ
として多結晶シリコンダイオードを採用したり、或いは
電位補正回路を掛け算回路によって構成したことで上記
(ハ)或いは(ニ)といった効果も併せ得られることと
はなったが、この発明にかかる電流検出機能付き半導体
装置がこれらの採用或いは構成に限定されるものではな
い。
In this embodiment, the effects (c) and (d) can also be obtained by employing a polycrystalline silicon diode as the temperature sensor or by configuring the potential correction circuit by a multiplication circuit. However, the semiconductor device with a current detection function according to the present invention is not limited to these adoptions or configurations.

【0039】すなわち要は、如何なるタイプの温度セン
サであれ、或いは如何なる構成の電位補正回路であれ、
当該半導体装置の温度を的確に検出することができ、且
つ、その検出された温度情報に基づいて上記プローブ電
圧Vpの温度依存成分を相殺(補正)することができる
ものであればよい。
That is, whatever the type of temperature sensor, or the configuration of the potential correction circuit,
Any device that can accurately detect the temperature of the semiconductor device and can cancel (correct) the temperature-dependent component of the probe voltage Vp based on the detected temperature information may be used.

【0040】また、同実施形態にあっては、この発明に
かかる電流検出機能付き半導体装置をnチャネルIGB
Tに適用した場合について示したが、pチャネルIGB
Tについても同様に適用できることは云うまでもない。
In the embodiment, the semiconductor device with a current detection function according to the present invention is an n-channel IGB
Although the case where it applied to T was shown, p channel IGB
It goes without saying that the same applies to T.

【0041】また、この発明にかかる電流検出機能付き
半導体装置は、これらIGBTに限らず、電流検出が必
要とされる一般のパワーMOSFETなどについても同
様に適用することができる。
The semiconductor device with a current detection function according to the present invention can be applied not only to these IGBTs but also to general power MOSFETs and the like that require current detection.

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

【図1】この発明の電流検出機能付き半導体装置の一実
施形態を示す略図。
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a semiconductor device with a current detection function according to the present invention.

【図2】同実施形態の電位補正回路の具体構成例を示す
回路図。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific configuration example of a potential correction circuit of the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…p型半導体基板、2…n型エピタキシャル層、3…
p型拡散層(チャネル拡散層)、4…n型拡散層(ソー
ス層)、5…ドレイン電極、6…絶縁酸化膜、7…ゲー
ト電極、8…ソース電極、9…プローブ電極、10…温
度センサ(多結晶シリコンダイオード)、11、12…
温度センサ出力電極、20…電位補正回路、21…温度
検出部、22…温度補償部、A1、A2…演算増幅器、
Tr1〜Tr3…トランジスタ、R1〜R6…抵抗、r
ch…チャネル抵抗、ra …アキュムレーション抵抗。
1 ... p-type semiconductor substrate, 2 ... n-type epitaxial layer, 3 ...
p-type diffusion layer (channel diffusion layer), 4 ... n-type diffusion layer (source layer), 5 ... drain electrode, 6 ... insulating oxide film, 7 ... gate electrode, 8 ... source electrode, 9 ... probe electrode, 10 ... temperature Sensors (polycrystalline silicon diodes), 11, 12 ...
Temperature sensor output electrode, 20: potential correction circuit, 21: temperature detection unit, 22: temperature compensation unit, A1, A2: operational amplifier,
Tr1 to Tr3: transistors, R1 to R6: resistors, r
ch: channel resistance, ra: accumulation resistance.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1の通電用電極に電気接続された第1の
半導体層と、 この第1の半導体層の主表面側に形成された第1導電型
の第2の半導体層と、 この第2の半導体層中の主表面側所定領域に形成された
第2導電型拡散層と、 この第2導電型拡散層中に形成されてその主表面側に設
けられる第2の通電用電極または同第2の通電用電極と
電気的に分離されたプローブ電極の何れか一方に電気接
続される複数の第1導電型拡散層と、 前記第1の半導体層の主表面上に形成されて同半導体層
の温度を検出する温度センサと、 当該素子への通電に際して前記プローブ電極に生じる電
位をこの温度センサによる温度検出出力に基づき補正す
る電位補正回路と、 を具え、この補正されたプローブ電極電位に基づいて当
該素子に流れる電流量を推定することを特徴とする電流
検出機能付き半導体装置。
A first semiconductor layer electrically connected to a first current-carrying electrode; a first conductivity-type second semiconductor layer formed on a main surface side of the first semiconductor layer; A second conductivity type diffusion layer formed in a predetermined region on the main surface side in the second semiconductor layer; and a second current-carrying electrode formed in the second conductivity type diffusion layer and provided on the main surface side or A plurality of first-conductivity-type diffusion layers electrically connected to one of the second current-carrying electrode and a probe electrode electrically separated from the second conduction electrode; and a plurality of first-conductivity-type diffusion layers formed on a main surface of the first semiconductor layer. A temperature sensor for detecting the temperature of the semiconductor layer; and a potential correction circuit for correcting a potential generated at the probe electrode when the element is energized based on a temperature detection output from the temperature sensor. Is used to estimate the amount of current flowing through the element. Current detection function wherein a.
【請求項2】前記半導体装置は、前記第1の通電用電極
をドレイン電極とし、前記第2の通電用電極をソース電
極とし、少なくとも前記第2の半導体層と前記第1導電
型拡散層との間の前記第2導電型拡散層上に絶縁膜を介
して制御用電極としてのゲート電極を具える縦型絶縁ゲ
ート型バイポーラトランジスタである請求項1記載の電
流検出機能付き半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first current-carrying electrode is a drain electrode, the second current-carrying electrode is a source electrode, and at least the second semiconductor layer and the first conductivity type diffusion layer are provided. 2. The semiconductor device with a current detecting function according to claim 1, wherein the semiconductor device has a vertical insulated gate bipolar transistor including a gate electrode as a control electrode on the second conductive type diffusion layer via an insulating film.
【請求項3】前記温度センサは、前記第1の半導体層の
主表面上に絶縁膜を介して形成された多結晶シリコンダ
イオードである請求項1または2記載の電流検出機能付
き半導体装置。
3. The semiconductor device with a current detection function according to claim 1, wherein said temperature sensor is a polycrystalline silicon diode formed on a main surface of said first semiconductor layer via an insulating film.
【請求項4】前記電位補正回路は、前記プローブ電極に
生じる電位と前記温度センサによる温度検出出力とを掛
け算する掛け算回路である請求項1または2または3記
載の電流検出機能付き半導体装置。
4. The semiconductor device with a current detection function according to claim 1, wherein said potential correction circuit is a multiplication circuit for multiplying a potential generated at said probe electrode by a temperature detection output from said temperature sensor.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003068980A (en) * 2001-08-29 2003-03-07 Denso Corp Drive circuit of junction fet, semiconductor device, and its manufacturing method
JP2012156178A (en) * 2011-01-24 2012-08-16 Honda Motor Co Ltd Insulated gate bipolar transistor inspection method and manufacturing method, and test circuit
CN107770980A (en) * 2016-08-18 2018-03-06 株洲中车时代电气股份有限公司 Igbt module
US10002863B2 (en) 2015-05-21 2018-06-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor device and manufacturing method for the same

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