JPH0357314A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0357314A
JPH0357314A JP1193263A JP19326389A JPH0357314A JP H0357314 A JPH0357314 A JP H0357314A JP 1193263 A JP1193263 A JP 1193263A JP 19326389 A JP19326389 A JP 19326389A JP H0357314 A JPH0357314 A JP H0357314A
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Japan
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power device
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emitter
cell
circuit
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JP1193263A
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Yasuhiro Otsuka
康宏 大塚
Masanori Fukunaga
福永 匡則
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/101Integrated devices comprising main components and built-in components, e.g. IGBT having built-in freewheel diode
    • H10D84/141VDMOS having built-in components

Landscapes

  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エンハンスメント形電界効果トランジスタ(
MOSFET)等の電圧駆動型パワーデバイスから構成
される半導体装置に関し、特にその電圧駆動型パワーデ
バイスの短絡保護及び温度検出をモノリシツク上に実現
する半導体装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来から用いられているパワーデバイスの短絡保護回路
として第4図に示すものが、1たその温度保護回路とし
て第6図に示すものかあシ、これらパワーデバイスの素
子断面構造をそれぞれ第3図,第5図を参照して説明す
る。
第3図は第4図におけるパクーデバイスの素子断面構造
を示したものである。これは、第3図,第4図に示すよ
うに、電圧駆動型パワーデバイスQ0のソース(エミッ
タともいう)及び電流検出端子S , Seにバイポー
ラトランジスタQ1のエミツタ及びベース端子をそれぞ
れ接続し、このバイポーラトランジスタQl のコレク
タと電圧駆動型パワーデバイスQoのゲートの間に抵抗
R1を接続したものであう、バイポーラトランジスタQ
1を電圧駆動型パワーデバイスQoのセルの一部ヲ用い
、抵抗R1をIGBTのゲートのポリシリコンを用いて
構成したものである。ただし、図中1はn十基板、2は
n一エビタキシャル層、3は電圧駆動型パワーデバイス
Qoの各セルのソースとなるp領域、4はそのソース取
出し用n 領域、5はバイポーラトランジスタQtのコ
レクタとなるn十領域、6はそのトランジスタQlのベ
ースとなるp領域、7は同じくそのトランジスタQlの
エミツタとなるn十領域である。筐た、11はs i 
O1 等からなる絶縁体、12はパワーデバイスQ0の
各ゲートや抵抗R,を形成するポリシリコンからなる導
体、13は各々の電極配線用のアルミ導体であ’)、R
gはゲート抵抗、R8は電流検出抵抗、D,Gはバワー
デバイスQoのドレイン,ゲート端子である。
また、第5図は第6図にかけるパワーデバイスの素子断
面構造を示したものである。これは、第5図,第6図に
示すように、電圧駆動型パワーデバイスQoのセルの一
部を用いてバイポーラトランジスタQzを構成したもの
で、同一チップ上にある温度検出用バイポーラトランジ
スタQzの温度依存性の有る特性を用いて温度検出を行
えるようにしたものである。なお、第5図及び第6図に
おいて第3図,第4図と同−1たは相当部分は同一符号
を付してあう1 8は温度検出用バイポーラトランジス
タQxのコレクタとなるn+領域、9はそのトランジス
タQzのベースとなるp領域、10は同じくそのトラン
ジスタQ!のエミツタとなるn十領域である。
ここで、短絡保護回路は、第4図に示すように、電流検
出端子Seとソース端子Sの間に電流検出抵抗Rsを接
続し、電圧駆動型パワーデバイスQ0のドレイン電流の
検出を行い、短絡電流が流れた時ニバイポーラトランジ
スタQlをオン状態にする。そして、ゲート入力電圧V
INをゲート抵抗Rgと電圧駆動型パワーデバイスQo
のゲートとバイポーラトランジスタQ1のコレクタ間の
抵抗R1によう分割し、その電圧駆動型パワーデバイス
Q.のゲートに印加される電圧を下げることによう、該
電圧駆動型パワーデバイスQ(1の飽和電流を下げると
ともに、それに伴い電圧駆動型パワーデバイス内の電流
密度を下げ、ラッチアップによる破壊を防止する。
筐た、温度検出回路は、第6図に示すように、電圧駆動
型パワーデバイスQoのセルの一部を用いてバイポーラ
トランジスタQ雪を同時に形成し、この電圧駆動型パワ
ーデバイスQoの接合温度を温度検出用バイポーラトラ
ンジスタQ!で検出するものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の電圧駆動型バクーデバイスの温度保護回路及び短
絡保護回路は以上のように構成されているので、同一チ
ップには構成されておらず、各保護機能を別々のモノリ
シツク上に構成するため部品点数も多くなシ、コストが
増大することになるなどの問題があった。
本発明は、上記のよう慶問題点を解消するためになされ
たもので、電圧駆動型パワーデバイスのセルの一部を用
いて温度保護及び短絡保護回路をモノリシツク上に内蔵
し、高精度化を図ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る半導体装置は、電圧駆動型パワーデバイス
のソースセルをN(任意の整数):1に分離するととも
に、その分割した端子を設けてノース端子と電流検出端
子とし、前記パワーデバイスのチップ上のソースセルの
一部を用いてバイポーラトランジスタを複数個構威し、
その一部のバイポーラトランジスタのエミツタとペース
をそれぞれ前記パワーデバイスのソース端子と電流検出
端子に接続し、該バイポーラトランジスタのコレクタと
前記パワーデバイスのゲートの間に抵抗を接続して、こ
れを用い短絡保護を行う回路を構成する。そして他のバ
イポーラトランジスタはそのベース端子を独立端子とし
、各エミツタとコレクタをそれぞれ前記パワーデバイス
のソースとゲー?に接続し、該バイポーラトランジスタ
のベース・エミツタ間電圧V■の温度依存性を用い温度
保護を行う回路を構成したものである。
〔作 用〕
本発明に訃いては、温度保護回路及び短絡保護回路は電
圧駆動型パワーデバイスのセルの一部を用いてバイポー
ラトランジスタをパワーデバイスと同一プロセスによシ
同時に形成することによう、モノリシツク上にバクーデ
バイス,温度保護回路及び短絡保護回路が形成され、複
数の保護機能をモノリシツク上に構成することができる
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図について説明する。
第1図は本発明の一実施例による半導体装置の素子断面
構造図であシ、第2図はその等価回路である。この実施
例は、電圧駆動型パワーデバイスとしてnチャネルエン
ハンスメ/ト電界効果トランジスタ(MOSFET) 
を用いる場合を示したもので、この電界効果トランジス
タQoを主トランジスタとし、そのソースセルをN:1
に分離するとともに、その分割した端子を設けてソース
(エミツタともいう)端子Sと電流検出端子(センス端
子ともいう) Se  とする。そして、そのソースの
セルの一部を独立させ、セルのp領域9をべ−ス,n十
領域8をコレクタ,n十領域10をエミツタとして、温
度検出用バイポーラトランジスタQ2を形成し、このバ
イポーラトランジスタQ2のn+領域10のエミツタを
前記電界効果トランジスタつ1シ主トランジスタQoの
ソース端子Sに接続し、かつそのn十領域8のコレクタ
を主トランジスタQ0のゲートに接続して、これによう
温度保護回路15を構成する。1次、上記ソースセルの
p領域6をペース,そのn+領域5をコレクタ,n十領
域γをエミッタとして、短絡保護用バイポーラトランジ
スタQlを形成し、そのトランジスタQ!のn十領域T
のエミツタを主トランジスタQoのソース端子Sに接続
するとともに、p領域6のベースを主トランジスタQo
のセンス端子Ssに接続し、そのn十領域5のコレクタ
を主トランジスタQoのゲートと抵抗R,を通して接続
することによb1短絡保護回路14を構威したものであ
る。なお図中、同一符号は同−1たは相当部分を示し、
C,B及びEぱ各バイポーラトランジスタQl ,Q含
のコレクタ,ベース及びエミツタ端子を示している。
次に動作について説明する。1ず短絡保護回路14にお
いて、nチャネルエンハンスメント型電界効果トランジ
スタつt!ll主トランジスタQoの電流検出端子Se
には、ドレイン電流の1/Nが流れることによシ、抵抗
Rso値は、短絡時に流れる電流の1/N による電圧
降下がバイポーラトランジスタQ1oVBE  よう大
きく々るように設定することによう、主トランジスタQ
oが負荷短絡を起こし短絡電流が流れると、バイポーラ
トランジスタQ1はオンする。このバイポーラトランジ
スタQsがオンすると、主トランジスタQoのゲートへ
の入力電圧vINはゲート抵抗Rgと抵抗Rlによシ分
割され、主トランジスタQoのゲートへの印加電圧は低
下する。このことよb1主トランジスタQo内の電流密
度が低下し、ラッチ?ップを防止することができる。
また温度保護回路15の動作は、主トランジスタQoの
温度が上昇すると、同一チップ上に形成されたバイポー
ラトランジスタQ2も同一温度tで上昇する。このバイ
ポーラトランジスタQ2は、その■■の温度依存性等を
利用した温度センサとして用い、ベースBには適当な電
圧をかけてかき、テツブ温度が上昇すると■■が低下し
、バイポーラトランジスタQzがオンして、主トランジ
スタQOのゲートを遮断するものである。
々お、上記実施例でぱnチャネルエンハンスメント型電
界効果トランジスタにnpnバイポーラトランジスタを
接続したものを示したが、pチャネルエンハンスメント
型電界効果トランジスタにpnpバイポーラトランジス
タを設けてもよく、1た電界効果トランジスタのかわシ
に、IGBTやその他のパワーデバイスを用いても上記
実施例と同様の効果が得られる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、電圧駆動型バフ一デバイ
スのセルの一部を用いて短絡保護回路及び温度保護回路
の複数の保護機能をモノリシック上に構成}−2,たの
で、装置が小型になシ、主チップを保護する上で精度の
高いものが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発.明の一実施例による半導体装置を示す主
要断面図、第2図は第1図の等価回路図、第3図は従来
のパワーデバイスの短絡保護を行う構造の主要断面図、
第4図は第3図の等価回路図、第5図は従来のパワーデ
バイスの温度検出●保護を行う!R造の主要断面図、第
6図は第5図の等価回路図である。 14・・・・・短絡保護回路、15・・・・温度保護回
路、Q6  ・・・・電界効果トランジスタ(主トラン
ジスタ)、Q!  ・・・・・短絡保護用バイポーラト
ランジスタ、Qz  ・・・・温度検出用バイポーラト
ランジスタ、Rg●●●●ゲート抵抗、R8・・・・電
流検出抵抗%Rl  ・・●・抵抗。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. MOSFET等の電圧駆動型パワーデバイスから構成さ
    れる半導体装置において、前記パワーデバイスのセルの
    内一部を分離してそのソース端子と分離独立した電流検
    出端子を設け、前記パワーデバイスのセルの一部を用い
    て少くとも2個のバイポーラトランジスタを形成し、こ
    の1つのバイポーラトランジスタのベース、エミッタを
    前記パワーデバイスの電流検出端子、ソース端子にそれ
    ぞれ接続するとともに、該バイポーラトランジスタのコ
    レクタと前記パワーデバイスのゲート端子との間に抵抗
    を接続して短絡保護回路を構成し、かつ前記もう1つの
    バイポーラトランジスタのベース端子を独立端子とし、
    それらコレクタ、エミッタを前記パワーデバイスのゲー
    ト、ソースとそれぞれ接続して温度保護回路を構成した
    ことを特徴とする半導体装置。
JP1193263A 1989-07-26 1989-07-26 半導体装置 Expired - Lifetime JP2503670B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0515422U (ja) * 1991-08-07 1993-02-26 株式会社東海理化電機製作所 温度検出端子付バイポーラトランジスタ
US5461252A (en) * 1992-10-06 1995-10-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device comprising an over-temperature detection element for detecting excessive temperature of amplifiers
US5568347A (en) * 1993-09-16 1996-10-22 Nippondenso Co., Ltd. Load driving circuit with protective circuit

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5461252A (en) * 1992-10-06 1995-10-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device comprising an over-temperature detection element for detecting excessive temperature of amplifiers
US5568347A (en) * 1993-09-16 1996-10-22 Nippondenso Co., Ltd. Load driving circuit with protective circuit

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JP2503670B2 (ja) 1996-06-05

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