DE69825095T2

DE69825095T2 - Elektronische Temperaturmessvorrichtung und elektronisches Schaltungsgerät dieselbe enthaltend

Info

Publication number: DE69825095T2
Application number: DE1998625095
Authority: DE
Inventors: Seiki Koga-gun Yamaguchi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2018-04-01
Also published as: US6088208A; DE69825095D1; EP0869342A1; EP0869342B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Vorrichtung und auf eine elektronische Schaltvorrichtung, die dieselbe enthält. Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung, die eine elektronische Komponente zum Ausgeben einer Spannungsänderung in Übereinstimmung mit der Temperatur umfasst, eine elektronische Schaltvorrichtung, die eine solche elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung enthält und eine ein Überhitzen verhindernde Funktion erfüllt, und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen elektronischen Schaltvorrichtung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung, die einen MOS-Feldeffekttransistor (der im Folgenden als "MOSFET" bezeichnet wird) enthält, eine elektronische Schaltvorrichtung, die eine solche elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung enthält und eine ein Überhitzen verhindernde Funktion erfüllt, und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen elektronischen Schaltvorrichtung.
2. BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
7 ist ein Ersatzschaltplan einer herkömmlichen Schaltvorrichtung, die eine ein Überhitzen verhindernde Funktion erfüllt. Die elektronische Schaltvorrichtung umfasst eine Diodengruppe 1 mit sechs in Reihe geschalteten Dioden, eine Stromversorgungsleitung 2, einen ohmschen Widerstand 3, einen als MOSFET ausgebildeten Leistungsschalter 5 und einen Gate-sperrenden MOSFET 6.
Eine Anodenelektrode der obersten Diode der Diodengruppe 1 ist mit der Stromversorgungsleitung 2 verbunden. Im Allgemeinen ist die Stromversorgungsleitung 2 mit einer externen Stromversorgung verbunden und weist folglich einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten auf. Auch in jenem Fall, in dem eine Spannungsversorgung in der elektronischen Schaltvorrichtung vorgesehen ist, ist die Stromversorgungsleitung 2 so ausgebildet, dass sie einen kleinen Temperaturkoeffizienten besitzt.
Eine der beiden Elektroden des Widerstands 3 ist mit einer Katodenelektrode der untersten Diode der Diodengruppe 1 verbunden, während die andere Elektrode des Widerstands 3 mit einer Erdleitung verbunden ist. Eine elektronische Vorrichtung 4 zur Temperaturerfassung umfasst die Diodengruppe 1 und den Widerstand 3. Eine Spannung am Verbindungspunkt zwischen der untersten Diode der Diodengruppe 1 und dem Widerstand 3 wird an ein Element in der nachfolgenden Stufe als Ausgangssignal ausgegeben. In diesem Beispiel ist die elektronische Vorrichtung 4 zur Temperaturerfassung so entworfen, dass sie eine Temperatur von 150°C erfasst.
Der Leistungsschalter 5 weist einen Gate-Anschluss 7 auf. Eine Spannung an dem Gate-Anschluss 7 wird durch den Gate-sperrenden MOSFET 6, der das Ausgangssignal von der elektronischen Vorrichtung 4 zur Temperaturerfassung empfängt, gesperrt. Mit anderen Worten, bei der Konfiguration von 7 wird das Ausgangssignal von der elektronischen Vorrichtung 4 zur Temperaturerfassung geliefert, sobald ihre Temperatur unter den Pegel fällt, bei dem eine Zerstörung durch Wärme eintritt (d. h. sobald die Temperatur eine vorgegebene Erfassungstemperatur erreicht), um den Leistungsschalter 5 auszuschalten. In dieser Weise wird die ein Überhitzen verhindernde Funktion ausgeübt.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der herkömmlichen elektronischen Vorrichtung 4 zur Temperaturerfassung und des zugeordneten Leistungsschalters 5 beschrieben.
Es ist allgemein bekannt, dass eine Vorwärtsspannung einer Diode, wenn die Temperatur ansteigt, mit der Geschwindigkeit von etwa 2,5 mV/°C abfällt. Die Diode wird herkömmlich zur Temperaturerfassung einer solchen Charakteristik verwendet. Da die sechs Dioden in der Diodengruppe 1 in Reihe geschaltet sind, nimmt die Vorwärtsspannung um insgesamt etwa 1,9 V (0,0025 V/°C × 6 × (150°C – 25°C) = 1,875 V) ab, während die Temperatur von 25°C auf eine Temperatur von 150°C, bei der eine Überhitzung erfasst wird, ansteigt. In Übereinstimmung mit der Abnahme nimmt die zum Durchschalten des Gate-sperrenden MOSFET 6 erforderliche Spannung der Stromversorgungsleitung 2, also die über die Diodengruppe 1 an ein Gate des Gate-sperrenden MOSFET 6 angelegte Schwellenspannung V2T, ebenfalls um 1,9 V von 4,6 V auf 2,7 V ab.
Dementsprechend schaltet in dem Fall, in dem eine Spannung V2 der Stromversorgungsleitung 2 auf 2,7 V gelegt wird, der Gate-sperrende MOSFET 6 durch, um den Leistungsschalter 5 bei einer Temperatur von 150°C auszuschalten, da die Schwellenspannung V2T und die Spannung V2 bei dieser Temperatur einander gleich werden.
Jedoch besitzt die oben erwähnte herkömmliche Konfiguration die folgenden Nachteile.
8 ist ein Graph, der die Temperaturcharakteristik der in 7 gezeigten herkömmlichen elektronischen Vorrichtung 4 zur Temperaturerfassung darstellt.
Wie in 8 gezeigt ist, schneidet die Schwellenspannung V2T die Spannung V2 der Stromversorgungsleitung 2 bei 150°C, die der zu erfassenden Temperatur entsprechen, jedoch verschiebt sich der Schnittpunkt der Schwellenspannung V2T mit der Spannung V2, wenn sich die Vorwärtsspannung der Diode ändert. Die gestrichelten Linien in 8 repräsentieren die Temperaturcharakteristik, die erhalten wird, wenn sich die Vorwärtsspannung der Diodengruppe 1 um ± 0,3 V (± 0,05 V pro Diode) ändert. Wie aus 8 hervorgeht, verändert sich die zu erfassende Temperatur, wenn sich die Vorwärtsspannung um ± 0,3 V verschiebt, um ± 22°C. Dies liegt daran, dass sich die Differenz zwischen der Schwellenspannung V2T und der Spannung V2 der Stromversorgungsleitung 2 in dem Temperaturbereich von 25°C und 150°C nur geringfügig in Bezug auf eine Tem- peraturänderung ändert und die Schwankungen der Vorwärtsspannung der Diodengruppe 1 16% der Änderung der Differenz ausmachen.
Bei einer solchen herkömmlichen elektronischen Vorrichtung zur Temperaturerfassung, die nur die Temperaturkennlinie der Vorwärtsspannung der Dioden berücksichtigt, ist der Zuwachs bezüglich der Temperatur (die Änderungsrate; d. h. die Empfindlichkeit der Ausgangsspannung bezüglich der Temperaturänderung) gering. Dementsprechend beeinflussen die Schwankungen der Kennlinien der verschiedenen Komponenten in der Vorrichtung die Änderung der Spannung entsprechend der Temperatur stark. Im Ergebnis nehmen die Schwankungen der zu erfassenden Temperatur zu.
Um die Schwankungen der zu erfassenden Temperatur zu unterdrücken, kann die Anzahl von Dioden erhöht werden, um die Zunahme bezüglich der Temperatur zu erhöhen, oder ein hochgenauer Komparator verwendet werden, um den Faktor, der die Schwankungen bewirkt, zu verkleinern. Jedoch entsteht im ersten Fall das Problem, dass die Anzahl von Dioden, die in Reihe geschaltet werden können, zwischen einer Stromversorgungsleitung und einer Erdleitung begrenzt ist, da ein Niedrigspannungs-Betriebsverfahren gefordert ist. Im letzten Fall besteht das Problem, dass ein Prozess wie etwa ein kostenaufwändiger PN-Isolationsprozess ausgeführt werden muss, um Vorrichtungen vollständig zu isolieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung dieser Erfindung umfasst: elektronische Steuermittel, die eine variable Schwellenspannung besitzen, die sich in Übereinstimmung mit einer Temperaturänderung ändert, und ein Steuersignal ausgeben, wenn eine einer Ertassungsreferenztemperatur entsprechende Referenzspannung und die Schwellenspannung einander gleich werden, und Spannungsanlegemittel, um die Referenzspannung in einer positiven Richtung in Übereinstimmung mit der Temperaturänderung zu ändern und um die geänderte Referenzspannung an die elektronischen Steuermittel auszugeben. Die elektronischen Steuermittel sind so konfiguriert, dass ihre Schwellenspannung in einer negativen Richtung in Bezug auf die Temperaturänderung geändert wird.
Gemäß der obigen Konfiguration ändert sich die als Ausgangsspannung angelegte Referenzspannung, wenn die Temperatur ansteigt, in einer Weise, die der Änderung der Schwellenspannung der elektronischen Steuermittel entgegengerichtet ist, was zu einer erhöhten Zunahme der Spannungsänderung in Bezug auf die Temperaturänderung führt. Im Ergebnis verkleinern sich die nachteiligen Auswirkungen der Schwankungen der Bauelemente in ihrer Arbeitsweise infolge der Änderung der zu erfassenden Temperatur. Folglich verkleinern sich die Schwankungen der zu erfassenden Temperatur.
Vorzugsweise umfassen die Spannungsanlegemittel: eine erste Komponente mit einem negativen Temperaturkoeffizienten, so dass sich eine Spannung über ihren Anschlüssen in einer negativen Richtung in Bezug auf die Temperaturänderung ändert, und eine zweite Komponente mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, so dass sich eine Spannung über ihren Anschlüssen in einer positiven Richtung in Bezug auf die Temperaturänderung ändert. Die erste und die zweite Komponente sind miteinander in Reihe geschaltet und so konfiguriert, dass eine Ausgangsspannung von einem Anschluss zwischen der ersten und der zweiten Komponente an die elektronischen Steuermittel angelegt wird.
In einer Ausführungsform enthält in den Spannungsanlegemitteln die erste Komponente einen ohmschen Widerstand, der aus Polysilicium hergestellt ist, und enthält die zweite Komponente einen MOS-Transistor, in dem eine Drain-Elektrode mit einer Gate-Elektrode verbunden ist.
Dies ermöglicht das Ausgeben der in Übereinstimmung mit der Zunahme der Temperatur erhöhten Referenzspannung an die elektronischen Steuermittel.
In einer weiteren Ausführungsform enthält in den Spannungsanlegemitteln die erste Komponente einen ohmschen Widerstand, der aus Polysilicium hergestellt ist, und enthält die zweite Komponente einen ersten MOS-Transistor, in dem eine Drain-Elektrode mit einer Gate-Elektrode verbunden ist. Die elektronischen Steuermittel enthalten einen ohmschen Widerstand und einen zweiten MOS-Transistor. Außerdem ist eine Schwellenspannung des zweiten MOS-Transistors, der in den elektronischen Steuermitteln vorhanden ist, höher als jene des ersten MOS-Transistors, der in den Spannungsanlegemitteln vorhanden ist.
Bei der obigen Konfiguration sind sowohl die Spannungsanlegemittel als auch die elektronische Steuermittel unter Verwendung der Kombination aus Komponenten, die wie etwa ein Polysiliciumwiderstand und ein MOS-Transistor in der Selbstisolationsstruktur gebildet werden können, gebildet. Somit kann die elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung, die eine hohe Empfindlichkeit und geringe Schwankungen der Temperatur aufweist, ohne Anwendung solcher Prozesse wie etwa des PN-Isolationsprozesses oder des Dielektrikum-Isolationsprozesses, die kostenaufwändig sind, hergestellt werden.
Stärker bevorzugt besitzt die Schwellenspannung des ersten MOS-Transistors, der in den Spannungsanlegemitteln vorhanden ist, einen Temperaturkoeffizienten mit der gleichen Polarität wie jener des zweiten MOS-Transistors, der in den elektronischen Steuermitteln vorhanden ist.
Bei der obigen Konfiguration verschieben sich die Ausgangsspannung der Spannungsanlegemittel und die Eingangsschwellenspannung der elektronischen Steuermittel (d. h. der Offset) selbst dann, wenn sich die Schwellenspannungen der MOS-Transistoren infolge der Schwankungen der Fertigungsparameter ändern, in derselben Weise. Folglich werden die Schwankungen der zu erfassenden Tem peratur unterdrückt.
Eine Störstellenkonzentration einer Substratoberfläche in der Nähe eines Source-Bereichs des zweiten MOS-Transistors, der in den elektronischen Steuermitteln vorhanden ist, kann höher festgelegt sein als eine Störstellenkonzentration einer Substratcberfläche in der Nähe eines Source-Bereichs des ersten MOS-Transistors, der in den Spannungsanlegemitteln vorhanden ist.
Bei der obigen Konfiguration kann eine Schwellenspannung des MOS-Transistors, der in den elektronischen Steuermitteln vorhanden ist, höher als jene des MOS-Transistors, der in den Spannungsanlegemitteln vorhanden ist, festgelegt sein.
Die in Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung geschaffene elektronische Schaltvorrichtung umfasst: eine elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung, einen Leistungsschalter und einen Steuerabschnitt zum Steuern von Ein/Aus-Schaltvorgängen des Leistungsschalters auf der Grundlage eines Ausgangssignals von der elektronischen Vorrichtung zur Temperaturerfassung, um eine Überhitzung zu verhindern. Die darin vorkommende elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung ist jene mit den oben erwähnten Merkmalen.
In diesen Weise ist die elektronische Schaltvorrichtung, die die Überhitzungsschutzfunktion enthält und eine genaue Steuerung der Ein/Aus-Schaltvorgänge aufweist, geschaffen.
In einer Ausführungsform enthält der Leistungsschalter einen MOS-Transistor, während die elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung einen ohmschen Widerstand, der aus Polysilicium hergestellt ist, und einen MOS-Transistor enthält, die miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei ferner der Leistungsschalter und die elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung auf einem Substrat ausgebildet sind.
Bei der obigen Konfiguration kann durch das Ermöglichen, dass die von der elektronischen Vorrichtung zur Temperaturerfassung gelieferte Ausgangsgröße in die Steuerschaltung des Leistungsschalters eingegeben wird, die elektronische Schaltvorrichtung mit kleineren Schwankungen in den Betriebsfunktionen bei niedrigen Kosten hergestellt werden.
In dieser Weise werden die Schwankungen der zu erfassenden Temperatur infolge der Schwankungen der Parameter in der Fertigungsschritten wesentlich verkleinert.
Somit ermöglicht die hier beschriebene Erfindung die Vorteile, dass (1) eine elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung geschaffen ist, die die Schwankungen der zu erfassenden Temperatur beschränkt und bei einer Niedrigleistungs-Versorgungsspannung betrieben werden kann, ohne die Herstellungskosten zu erhöhen, und (2) eine elektronische Schaltvorrichtung, die eine ein Überhitzen verhindernde Funktion enthält, geschaffen ist, deren Leistungsschwankungen trotz niedriger Fertigungskosten kleiner sind.
Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten deutlich beim Lesen und Verstehen der folgenden genauen Beschreibung mit Bezug auf die begleitende Zeichnung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Ersatzschaltplan einer elektronischen Vorrichtung, d. h. einer elektronischen Schaltvorrichtung, die eine elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung enthält, in einem ersten Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung, die als elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung, wie sie in 1 gezeigt ist, hergestellt ist;
3 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung der Spannungsanlegevorrichtung und der Eingangsschwellenspannung der Steuervorrichtung in der in 1 gezeigten Konfiguration wiedergibt;
4 ist ein Ersatzschaltplan einer elektronischen Vorrichtung, d. h. einer elektronischen Schaltvorrichtung, die eine elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung enthält, in einem zweiten Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration zeigt, die erhalten wird, wenn die MOSFET, die eine Kleinsignal-Logikfunktion erfüllen, und ein D/MOSFET (zweifach diffundierter MOSFET des vertikalen Typs), der als Leis tungsschalter dient, in der Konfiguration von 4 integriert ausgebildet sind;
6 ist ein Grundriss, der einen Abschnitt der Konfiguration von 4 schematisch zeigt;
7 ist ein Ersatzschaltplan einer herkömmlichen elektronischen Schaltvorrichtung, die die ein Überhitzen verhindernde Funktion enthält; und
8 ist ein Graph, der die Temperaturabhängigkeit der Betriebscharakteristika der in 7 gezeigten herkömmlichen elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung wiedergibt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand veranschaulichender Beispiele mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
Beispiel 1
1 ist ein Ersatzschaltplan einer elektronischen Vorrichtung 100, genauer einer elektronischen Schaltvorrichtung 100, die eine elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung enthält, in einem ersten Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Die elektronische Schaltvorrichtung 100 erfüllt eine ein Überhitzen verhindernde Funktion. 2 ist eine Querschnittsansicht einer als elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung gefertigten Halbleitervorrichtung.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die elektronische Schaltvorrichtung 100 mit einer ein Überhitzen verhindernden Funktion eine elektronische Vorrichtung 12 zur Temperaturerfassung (die im Folgenden auch einfach als "elektronische Vorrichtung" bezeichnet wird), einen Leistungsschalter 13 und einen Steuerabschnitt 14 zum Steuern des Leistungsschalters 13. Die elektronische Vorrichtung 12 umfasst eine Spannungsanlegevorrichtung 10 und eine Steuervorrichtung 11 (die im Folgenden auch einfach als "Steuervorrichtung" bezeichnet wird) zum Ausgeben eines Temperaturerfassungssignals an ein Element in der nachfolgenden Stufe. Der Leistungsschalter 13 ist als MOSFET ausgebildet.
Die Spannungsanlegevorrichtung 10 enthält einen ohmschen Widerstand 15 und einen MOSFET 16. Ein Drain-Anschluss und ein Gate-Anschluss des MOSFET 16 sind mit dem Widerstand 15 verbunden. Die Steuervorrichtung 11 enthält eine Polysilicon-Diodengruppe 17 mit mehreren in Reihe geschalteten Polysilicondioden und einen mit der Polysilicon-Diodengruppe 17 in Reihe geschalteten Polysiliconwiderstand 18.
In 2 umfasst die Halbleitervorrichtung, die dazu ausgebildet ist, als elektronische Vorrichtung zu dienen, einen n-Epitaxialbereich 20, eine p-Wanne 21, einen n-Source-Bereich 22, einen n-Drain-Bereich 23, eine Isolationsschicht 24, eine Zwischenpegel-Isolationsschicht 25, eine Polysilicon-Gate-Schicht 26, Polysiliconschichten 27, Aluminiumelektroden 30, eine Source-Elektrode 31, eine Gate-Elektrode 32 und eine Drain-Elektrode 33.
Der MOSFET 16 in der in 1 gezeigten elektronischen Vorrichtung ist beispielsweise in der folgenden Weise gebildet.
Auf dem n-Epitaxialbereich 20 ist die Isolationsschicht 24 selektiv ausgebildet. Die p-Wanne 21 ist auf einem Teil des n-Epitaxialbereichs 20, der nicht durch die Isolationsschicht 24 abgedeckt ist, ausgebildet. Die Polysilicon-Gate-Schicht 26 ist über der p-Wanne 21 gebildet, wobei der n-Source-Bereich 22 und der n-Drain-Bereich 23 unter Verwendung der Polysilicon-Gate-Schicht 26 als Maske auf der p-Wanne 21 gebildet sind. Dann sind der n-Source-Bereich 22, der n-Drain-Bereich 23 und die Polysilicon-Gate-Schicht 26 durch die Zwischenpegel-Isolationsschicht 25 abgedeckt. Teile der Zwischenpegel-Isolationsschicht 25, die dem n-Source-Bereich 22 und dem n-Drain-Bereich 23 entsprechen, sind entfernt, um diese Bereiche teilweise freizulegen, wobei auf den freigelegten Teilen dieser Bereiche die Aluminiumelektroden 30 gebildet sind. Somit sind die Aluminiumelektroden 30 mit dem n-Source-Bereich 22 bzw. dem n-Drain-Bereich 23 verbunden.
Als Nächstes sind der Polysiliconwiderstand 15 und die Polysilicon-Diodengruppe 17, die in 1 gezeigt sind, beispielsweise in der folgenden Weise gebildet.
Auf der Isolationsschicht 24, die selektiv auf der n-Epitaxialschicht 20 gebildet ist, ist die Polysiliconschicht 27 gebildet. In der Polysiliconschicht 27 sind ein Anodenbereich 28 und ein Katodenbereich 29 in Kontakt miteinander gebildet. Dann ist die Polysiliconschicht 27, die den Anodenbereich 28 und den Katodenbereich 29 enthält, durch die Zwischenpegel-Isolationsschicht 25 abgedeckt, wobei Teile der Zwischenpegel-Isolationsschicht 25, die Teilen der Polysiliconschicht 27 entsprechen, die als Anschlüsse des Anodenbereichs 28 und des Katodenbereichs 29 dienen, entfernt sind, um teilweise den Anodenbereich 28 und den Katodenbereich 29 freizulegen. Ferner sind auf den freigelegten Teilen des Anodenbereichs 28 und des Katodenbereichs 29 Aluminiumelektroden 30 ausgebildet. Somit sind die Aluminiumelektroden 30 mit den jeweiligen im Voraus festgelegten Abschnitten des Anodenbereichs 28 und des Katodenbereichs 29 verbunden.
Nun wird die Funktionsweise der Spannungsanlegevorrichtung 10 beschrieben.
In 1 wiederum ist der Widerstand 15 aus der Polysiliconschicht 27 (in 2) auf der Isolationsschicht 24 gebildet, weshalb er einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. Der MOSFET 16 besitzt eine Seitenstruktur, wie in 2 gezeigt ist. Die Gate-Elektrode 32 und die Drain-Elektrode 33 (2) sind kurzgeschlossen und mit dem Widerstand 15 (d. h. der Polysiliconschicht 27) verbunden. Die Gate-Source-Spannung des MOSFET 16 kann in Übereinstimmung mit dem Drain-Strom einen positiven oder einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweisen. In diesem Beispiel ist der Widerstandwert des ohmschen Widerstands 15 so abgeglichen, dass die Gate-Source-Spannung des MOSFET 16 einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist.
Einer der beiden Anschlüsse des Widerstands 15 (die Seite des Widerstands 15 mit dem höheren Potential) ist ein Eingangsanschluss 39 der Spannungsanlegevorrichtung 10. Ein Ausgangsanschluss 40 ist mit dem Punkt A (der Seite des MOSFET 16 mit dem höheren Potential) verbunden, an dem der Drain-Anschluss und der Gate-Anschluss des MOSFET 16 mit dem Widerstand 15 verbunden sind.
Wenn die Temperatur in dem Stadium, in dem der Eingangsanschluss 41 der Steuervorrichtung 11 mit einer konstanten Spannung versorgt wird, ansteigt, nimmt der Widerstandswert des ohmschen Widerstands 15, der aus Polysilicon gebildet ist, ab. Mit anderen Worten, die Zwischen-Anschlussspannung des Widerstands 15 weist einen negativen Temperaturkoeffizienten auf. Andererseits erhöht sich die Gate-Source-Spannung des MOSFET 16 mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, wenn die Temperatur ansteigt, weshalb die Spannung VOA am Punkt A ansteigt. Im Ergebnis steigt die Ausgangsspannung VOA der Spannungsanlegevorrichtung 10 an, wenn die Temperatur ansteigt.
Nun wird die Funktionsweise der Steuervorrichtung 11 beschrieben.
Der Eingangsanschluss 41 ist ein Anodenanschluss der obersten Diode der Polysilicon-Diodengruppe 17. Der Ausgangsanschluss 42 ist mit dem Punkt B verbunden, der den Polysiliconwiderstand 18 mit dem Katodenanschluss der untersten Diode der Polysilicon-Diodengruppe 17 verbindet. Wenn kein Strom durch die Diodengruppe 17 fließt, wird von dem Ausgangsanschluss 42 ein Tiefpegelsignal ausgegeben. Wenn Strom durch die Polysilicon-Diodengruppe 17 fließt, wird von dem Ausgangsanschluss 42 ein Hochpegelsignal ausgegeben.
Wenn die Spannung an dem Eingangsanschluss 41 bei einer bestimmten Temperatur ansteigt, beginnt Strom zu fließen, wenn die Spannung an dem Eingangsanschluss 41 die Summe der Vorwärtsspannungen der Polysilicon-Diodengruppe 17 übersteigt, wobei die Spannung VOA an dem Ausgangsanschluss 42 schnell ansteigt. Wenn die Ausgangsspannung VOA schnell ansteigt, kehrt sich der Zustand des Elements in der nachfolgenden Stufe um. Die Eingangsspannung (Eingangsschwellenspannung) VIB, die zum Invertieren des Zustands des Elements in der nachfolgenden Stufe erforderlich ist, sinkt, wenn die Temperatur ansteigt, weil der Temperaturkoeffizient der Vorwärtsspannung der Polysilicon-Diodengruppe 17 negativ ist. Mit anderen Worten, die Eingangsschwellenspannung VIB der Steuervorrichtung 11 ändert sich auf der Grundlage des negativen Temperaturkoeffizienten.
In der elektronischen Vorrichtung 12 ist der Ausgangsanschluss 40 der Spannungsanlegevorrichtung 10 zum Ausgeben einer Ausgangsspannung VOA mit einem positiven Temperaturkoeffizienten mit dem Eingangsanschluss 41 der Steuervorrichtung 11 zum Empfangen einer Eingangsschwellenspannung VIB mit einem negativen Temperaturkoeffizienten verbunden.
Der Steuerabschnitt 14 für den Leistungsschalter 13 umfasst einen Gate-sperrenden MOSFET 43 zum Steuern der Gate-Spannung des Leistungsschalters 13 und einen Pull-down-Widerstand 44. Der Steuerabschnitt 14 empfängt die Ausgangsgröße der elektronischen Vorrichtung 12.
Durch das Vorsehen der elektronischen Vorrichtung 12 zur Temperaturerfassung, des Leistungsschalters 13 und des Steuerabschnitts 14 auf einem Halbleitersub strat wird die elektronische Schaltvorrichtung 100, die eine ein Überhitzen verhindernde Funktion enthält, verwirklicht.
Im Folgenden wird ein praktischer Einsatz der elektronischen Schaltvorrichtung 100 beschrieben.
In der Spannungsanlegevorrichtung 10 beträgt der Wert des ohmschen Widerstands 15 25 kΩ, während die Schwellenspannung des MOSFET 16 1 V beträgt (VDS = 5, IDS = 1 μA, wobei VDS die Drain-Source-Spannung repräsentiert und IDS den Drain-Source-Strom repräsentiert). In der Steuervorrichtung 11 beträgt die Vorwärtsspannung jeder Polysilicondiode, die in der Polysilicon-Diodengruppe 17 enthalten ist, 0,6 V, wobei die Anzahl der in der Polysilicon-Diodengruppe 17 enthaltenen Dioden sechs beträgt, während der Wert des ohmschen Widerstands 18 200 kΩ beträgt.
Als Gate-sperrender MOSFET 43 wird ein n-Kanal-MOSFET mit einer Schwellenspannung von 1 V verwendet. Der Drain-Anschluss des Gate-sperrenden MOS-FET 43 ist mit einer Leitung verbunden, die mit dem Gate des Leistungsschalters 13 verbunden ist, während der Gate-Anschluss des Gate-sperrenden MOSFET 43 mit dem Ausgangsanschluss des 42 der Steuervorrichtung 11, d. h. dem Ausgang der elektronischen Vorrichtung 12, verbunden ist.
Dank dieser Struktur besitzt die elektronische Schaltvorrichtung 100 eine ein Überhitzen des MOSFET verhindernde Funktion, wobei die zu erfassende Temperatur auf 150°C festgelegt ist.
Wenn bei 25°C eine Spannung von 5 V an den Eingangsanschluss 39 in der Spannungsanlegevorrichtung 10 angelegt wird, bleibt die Spannung VOA am Punkt A als Ergebnis davon, dass sie zwischen dem Widerstand 15 und dem MOSFET 16 geteilt wird, bei 2,1 V bestehen. Die Eingangsschwellenspannung VIB der Steuervorrichtung 11 beträgt 4,6 V. Dementsprechend wird von der elektronischen Vorrichtung 12 ein Tiefpegelsignal ausgegeben, wobei der Gatesperrende MOSFET 43 sperrt.
Wenn die Temperatur 150°C erreicht, fällt der Widerstandswert des ohmschen Widerstands 15, so dass der Strom ansteigt und die Gate-Source-Spannung des MOSFET 16 ansteigt. Deshalb steigt die Spannung VOA am Punkt A auf 2,7 V an.
Die Eingangsschwellenspannung VIB der Steuervorrichtung 11 fällt auf 2,7 V, da die Vorwärtsspannung der Polysilicon-Diodengruppe 17 mit der Geschwindigkeit von 2,5 mV/°C abnimmt. An diesem Punkt schaltet der Gate-sperrende MOSFET 43 durch. Die Gate-Spannung des Leistungsschalters 13 nimmt infolge des Spannungsabfalls am Pull-down-Widerstand 44 ab, und der Leistungsschalter 13 wird ausgeschaltet.
In dieser Weise wird bei der zu erfassenden Temperatur, die auf 150°C festgelegt ist, die Funktion des Verhinderns einer Überhitzung des MOSFET verwirklicht.
3 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung VOA der Spannungsanlegevorrichtung 10 und der Eingangsschwellenspannung VIB der Steuervorrichtung 11 wiedergibt.
Wie dort gezeigt ist, unterscheiden sich die Ausgangsspannung VOA der Spannungsanlegevorrichtung 10 und die Eingangsschwellenspannung VIB der Steuervorrichtung 11 bei der Temperatur von 25°C um 2,5 V voneinander und sind bei der Temperatur von 150°C, die der zu erfassenden Temperatur entspricht, einander gleich. Somit ändert sich die Spannungsdifferenz, während die Temperatur von 25°C auf 150°C ansteigt, um 2,5 V.
Die gestrichelten Linien in 3 repräsentieren die oben erwähnte Beziehung, die erhalten wird, wenn sich die Gesamt-Vorwärtsspannung der Polysilicon-Diodengruppe 17 um ± 0,3 V (± 0,05 V pro Diode) ändert. Die Schwankungen der zu erfassenden Temperatur werden in der Umgebung von 150°C auf ± 0,3°C begrenzt. Der Grund dafür ist, dass die Zunahme bezüglich der Temperatur bei der in 1 gezeigten Konfiguration größer als in einer herkömmlichen Vorrichtung ist.
Im ersten Beispiel erhöht sich die Zunahme bezüglich der Temperatur, indem der herkömmlichen Struktur der elektronischen Vorrichtung 12 zur Temperaturerfassung die Spannungsanlegevorrichtung 10 hinzugefügt wird. Ohne die Anzahl von Dioden, die in der Polysilicon-Diodengruppe 17 enthalten sind, zu erhöhen, sind deshalb die Schwankungen der zu ertassenden Temperatur wesentlich kleiner. Folglich weist die elektronische Vorrichtung 12 zur Temperaturerfassung selbst in jenem Fall, in dem die Stromversorgungsspannung relativ niedrig ist, kleinere Schwankungen auf.
Die Spannungsanlegevorrichtung 10 zum Ausgeben einer Spannung mit einem positiven Temperaturkoeffizienten wird durch Kombination eines Polysiliconwiderstands 15 und eines MOSFET 16 verwirklicht. Die elektronische Vorrichtung 12 zur Temperaturerfassung, die eine solche Spannungsanlegevorrichtung 10 umfasst, weist selbst in jenem Fall, in dem die Stromversorgungsspannung relativ niedrig ist, kleinere Schwankungen der zu erfassenden Temperatur auf. Zudem wird die elektronische Schaltvorrichtung 100, die eine ein Überhitzen verhindernde Funktion enthält, mit kleineren Schwankungen verwirklicht, indem ermöglicht wird, dass die Ausgangsgröße der elektronischen Vorrichtung 12 in den Steuerabschnitt 14 für den Leistungsschalter 13 eingegeben wird.
Die Spannungsanlegevorrichtung 10 wird gebildet, indem nur solche Komponenten wie etwa ein Polysiliconwiderstand 15 und ein n-Kanal-MOSFET 16 verwendet werden, die mit einer Selbstisolationsstruktur gebildet werden können. Somit kann die elektronische Vorrichtung 12 ohne Anwendung des PN-Isolationsprozesses oder des Dielektrikum-Isolationsprozesses, die kostenaufwändig sind, hergestellt werden.
Im ersten Beispiel umfasst die Spannungsanlegevorrichtung 10 eine Kombination aus einem Polysiliconwiderstand 15 und einem MOSFET 16. Die Spannungsanlegevorrichtung 10 kann jede andere Kombination von Komponenten oder eine einzige Komponente umfassen, die einen positiven Temperaturkoeffizienten liefern. In beiden Fällen können die gleichen Funktionen und Vorteile, wie sie oben dargelegt worden sind, erzielt werden.
Außerdem wird im ersten Beispiel ein MOSFET als Leistungsschalter 13 verwendet. Alternativ können ein IGBT, ein Bipolartransistor oder eine andere Schaltvorrichtung als Leistungsschalter 13 verwendet werden, sofern sie zu den gleichen Funktionen und Vorteilen, wie sie oben dargelegt worden sind, führen.
Beispiel 2
4 ist ein Ersatzschaltplan einer elektronischen Vorrichtung 200, genauer einer elektronischen Schaltvorrichtung 200, die eine elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung enthält, in einem zweiten Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Die elektronische Schaltvorrichtung 200 enthält eine ein Überhitzen verhindernde Funktion.
Wie in 4 gezeigt ist, umfasst die elektronische Schaltvorrichtung 200 mit einer ein Überhitzen verhindernden Funktion eine elektronische Vorrichtung 52, einen Leistungsschalter 53 und einen Steuerabschnitt 54 zum Steuern des Leistungsschalters 53. Die elektronische Vorrichtung 52 umfasst eine Spannungsanlegevorrichtung 50 und eine Steuervorrichtung 51 zum Ausgeben eines Temperaturerfassungssignals an ein Element in der nachfolgenden Stufe. Der Leistungsschalter 53 ist als MOSFET ausgebildet.
Die Spannungsanlegevorrichtung 50 enthält einen ohmschen Widerstand 55 und einen MOSFET 56. Ein Drain-Anschluss und ein Gate-Anschluss des MOSFET 56 sind mit dem Widerstand 55 verbunden. In dem Stadium, in dem ein Eingangsanschluss 57 mit einer konstanten Spannung versorgt wird, gibt ein Ausgangsanschluss 58 eine Spannung mit einem positiven Temperaturkoeffizienten aus.
Die Steuervorrichtung 51 besitzt eine Struktur eines Inverters des Typs Widerstand, bei dem ein ohmscher Widerstand 59 mit einem Drain-Anschluss eines MOSFET 60 verbunden ist. Ein Eingangsanschluss 61 der Steuervorrichtung 51 ist mit einem Gate-Anschluss in Reihe geschaltet, während ein Ausgangsanschluss 62 der Steuervorrichtung 51 mit einem Verbindungspunkt zwischen dem MOSFET 60 und dem Widerstand 59 verbunden ist. Die Schwellenspannung des MOSFET 60 ist so festgelegt, dass sie höher als die Schwellenspannung des MOSFET 56 in der Spannungsanlegevorrichtung 50 ist. Der Wert des Widerstands 59 ist so abgeglichen, dass die Eingangsschwellenspannung der Steuervorrichtung 51 einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.
Der Steuerabschnitt 54 für den Leistungsschalter 53 umfasst einen Gate-sperrenden MOSFET 63 zum Steuern der Gate-Spannung des Leistungsschalters 53, einen Inverter 64 und einen Pull-down-Widerstand 65. Die Ausgangsgröße von dem Ausgangsanschluss 62 der elektronischen Vorrichtung 52 wird durch den Inverter 64 invertiert und danach in das Gate des Gate-sperrenden MOSFET 63 eingegeben.
Im zweiten Beispiel ist die Schwellenspannung des MOSFET 56 auf 1 V gesetzt, während die Schwellenspannung des MOSFET 60 auf etwa 2,5 V gesetzt ist. Der Widerstand 59 ist aus Polysilicon gebildet und besitzt einen Widerstandswert von 200 kΩ, so dass die Eingangsschwellenspannung der Steuervorrichtung 51 einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.
5 ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration 90 zeigt, die erhalten wird, wenn die MOSFET 56 und 60, die eine Kleinsignal-Logikfunktion erfüllen, und ein D/MOSFET (zweifach diffundierter MOSFET des vertikalen Typs), der als Leistungsschalter 53 dient, in der Konfiguration von 4 integriert ausgebildet sind. 6 ist ein Grundriss, der einen Abschnitt der Konfiguration von 4 schematisch zeigt. Gleiche Elemente, die bereits im Zusammenhang mit 2 besprochen worden sind, tragen die gleichen Bezugszeichen, weshalb ihre genaue Beschreibung entfällt.
Die p-Wanne 21, die so ausgebildet ist, dass sie den n-Source-Bereich 22 des MOSFET 56 umgibt, weist eine Oberflächen-Störstellenkonzentration von etwa 3 ×10¹⁶ cm^–3 auf, während eine p-Wanne 21a innerhalb eines p-Wannenbereichs 21, die so ausgebildet ist, dass sie den n-Source-Bereich 22 des MOSFET 60 umgibt, eine Oberflächen-Störstellenkonzentration von etwa 2 × 10¹⁷ cm^–3 aufweist, die etwas höher als die Oberflächen-Störstellenkonzentration der p-Wanne 21 für den MOSFET 56 ist. Dank dieser Struktur wird die höhere Schwellenspannung der Steuervorrichtung 51 erzielt. Der Gate-sperrende MOSFET 63, der in 5 nicht gezeigt ist, wird in einer Weise gefertigt, die jener für den MOSFET 65 gleicht.
Als Leistungsschalter 53 wird ein n-Kanal-D/MOSFET des vertikalen Typs verwendet. Eine p-Wanne 21a, die so ausgebildet ist, dass sie den n-Source-Bereich 22 in dem D/MOSFET 53 umgibt, besitzt eine Störstellenkonzentration mit im Wesentlichen demselben Niveau wie die Oberflächen-Störstellenkonzentration des p-Wannenbereichs 21a in dem MOSFET 60.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine elektronische Schaltvorrichtung 200 eine elektronische Vorrichtung 52 zur Temperaturerfassung, einen Leistungsschalter 53 und einen Steuerabschnitt 54 zum Steuern der Ein/Aus-Schaltvorgänge des Leistungsschalters 53 auf der Grundlage einer Ausgangsgröße von der elektronischen Vorrichtung 52, um ein Überhitzen zu verhindern, wobei der Leistungsschalter 53 und die elektronische Vorrichtung 52 auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet sind. Bei der Fertigung einer solchen Vorrichtung 200 werden der Konzentrationseinstellungsschritt (zum Festlegen der Störstellenkonzentration einer Substratoberfläche in der Umgebung eines Source-Bereichs eines MOSFET 60 in der Steuervorrichtung 51, die in der elektronischen Vorrichtung 52 enthalten ist, auf ein höheres Niveau als in der Umgebung eines Source-Bereichs des MOSFET 56 in der ebenfalls in der elektronischen Vorrichtung 52 enthaltenen Spannungsanlegevorrichtung 50) und der Wannenbildungsschritt (zum Ausbilden einer Wanne des Leistungsschalters 53) gleichzeitig ausgeführt.
Wenn die MOSFET 56 und 60 für den Niedrigspannungsbetrieb und der D/MOSFET 53 für den Hochspannungsbetrieb wie in der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform auf einem Halbleitersubstrat integriert sind, ist es wichtig, nachteilige Auswirkungen von Spannungsschwankungen oder eines Spannungsstoßes, der erzeugt wird, wenn der D/MOSFET 63 auf den Einfluss der MOSFET 56 und 60 anspricht, zu verhindern. Insbesondere dann, wenn in der vertikalen Richtung des D/MOSFET 53 Strom fließt und bewirkt, dass ein Substratpotential stark schwankt, könnten die oben genannten Nachteile oft entstehen.
Um die oben genannten Nachteile zu beseitigen, ist in Übereinstimmung mit der herkömmlichen Technik ein flacher Diffusionsbereich in dem Niedrigspannungsbereich vorgesehen. Jedoch neigt im Fall des D/MOSFET des vertikalen Typs bei einer solchen Gegenmaßnahme ein Potential an der unteren Oberfläche des Substrats dazu, sich zu jedem Schaltzeitpunkt zu ändern, wobei ferner ein stoßweises Rauschen entstehen kann. Wenn der Diffusionsbereich infolge einer solchen Potentialänderung oder eines Hochspannungsstoßes durchbricht, wird ein Potentialabfall erzeugt, wenn Strom in eine Oberflächenelektrode fließt, was zu einem Versagen der Vorrichtung, z. B. infolge einer Fehlfunktion eines parasitären Transistors, führt.
Angesichts der oben Genannten umfasst die Konfiguration 90 der vorliegenden Ausführungsform, wie sie in 5 oder 6 gezeigt ist, einen Bereich mit niedrigem Durchbruchspegel und einen Bereich mit hohem Durchbruchspegel. Der Bereich mit niedrigem Durchbruchspegel umfasst wenigstens die MOSFET 56 und 60, die die Kleinsignal-Logikfunktionen erfüllen, die Isolationsschicht 24 zum Anordnen der MOSFET 56 und 60 in der Isolationsweise, einen flachen Wannenbereich 70, um gemeinsam mit dem sich unter der Isolationsschicht 24 befindenden Bereich verbunden zu sein, und die p-Wannenbereiche 21 und 21a der MOSFET 56 und 60. Der Bereich 80 mit hohem Durchbruchspegel umfasst den D/MOSFET 53, der als Leistungsschalter 53 dient. Der Bereich mit niedrigem Durchbruchspegel und der Bereich 80 mit hohem Durchbruchspegel sind durch einen tiefen p-Wannenbereich 71, der wenigstens so vorgesehen ist, dass er den flachen p-Wannenbereich 70 in dem Bereich mit niedrigem Durchbruchspegel umgibt, elektrisch voneinander getrennt. Der tiefe p-Wannenbereich 71 besitzt eine Störstellenkonzentration, die höher ist als jene des flachen p-Wannenbereichs, und erreicht eine tiefere Stelle als der flache p-Wannenbereich. Diese elektrische Isolation betreffend ist der tiefe p-Wannenbereich 71 vorzugsweise so vorgesehen, dass er nicht nur den flachen p-Wannenbereich in dem Bereich mit niedrigem Durchbruchspegel, sondern auch den D/MOSFET 53 umgibt.
Der tiefe p-Wannenbereich 71 wird in demselben Prozessschritt wie der p-Wannenbereich 21a in dem D/MOSFET 53 geschaffen. Somit ist die LOCOS-Isolationsschicht 24 über der Stelle, an der der tiefe p-Wannenbereich 71 zu schaffen ist, teilweise entfernt, um diesen durch Diffusionstechnik zu bilden. Außerdem ist die Diffusionstiefe des tiefen p-Wannenbereichs 71 im Wesentlichen gleich jener des p-Wannenbereichs 21a des D/MOSFET 53, wobei ferner beide Wannen 71 und 21a ähnliche Querschnittsformen besitzen. Dementsprechend wird keinerlei lokale Senkung des Durchbruchspegels hervorgerufen.
Die Isolationsschicht 24 ist in der Peripherie des Bereichs mit niedrigem Durchbruchspegel gebildet. Der tiefe p-Wannenbereich 71 ist jenseits des Bereichs, wo sich die Isolationsschicht 24 befindet, in Richtung des Bereichs mit hohem Durchbruchspegel geschaffen. In dieser Weise wird eine bessere elektrische Isolation zwischen dem Bereich mit niedrigem Durchbruchspegel und dem Bereich 80 mit hohem Durchbruchspegel erzielt.
Somit ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine Oberflächen-Störstellenkonzentration einer Umfangsfläche des flachen Diffusionsbereichs (d. h. des flachen p-Wannenbereichs 70) im Bereich mit niedrigem Durchbruchspegel auf ein hohes Niveau gesetzt (mit anderen Worten, der tiefe p-Wannenbereich 71 ist in einem solchen Gebiet ausgebildet) und der Diffusionsbereich ist mit einer im Voraus bestimmten Elektrode verbunden, so dass ein Potential des Diffusionsbereichs (der Wanne) festgelegt ist. Insbesondere kann durch Verlängern des Bereichs 71 mit einer höheren Störstellenkonzentration bis in einen tieferen Bereich ein Potential in der Wanne an einer tieferen Stelle festgelegt werden.
Ferner ist der Durchbruchspegel in Bezug auf das Substrat durch die Krümmung einer Verbindungsfläche zwischen dem Substrat und dem tiefen p-Wannenbereich 71 bestimmt, wenn der Letztere so vorgesehen ist, dass er den Bereich mit niedrigem Durchbruchspegel umgibt. Somit fließt selbst dann, wenn ein Durchbruch eintritt, Strom durch eine Wanne mit einer höheren Störstellenkonzentration in einen Elektrodenabschnitt, was zu weniger Ausfällen der Vorrichtung führt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist zwischen dem tiefen Wannenbereich 71 und dem Bereich 80 mit hohem Durchbruchspegel ein konstanter Abstand eingehalten. Außerdem besitzt der tiefe Wannenbereich 71 vorzugsweise dieselbe Konfiguration wie der Bereich mit niedrigem Durchbruchspegel und der Bereich 80 mit hohem Durchbruchspegel.
Die Dicke der Gate-Oxidschicht betreffend bewirkt diese, wenn Oxidschichten, die dieselbe Dicke aufweisen und durch dieselben Prozessschritte gebildet sind, verwendet werden, dass die Schwellenspannung bei beiden MOSFET 65 und 60 meistens gleich ist. Im Ergebnis besitzen die Schwellenspannungen der MOSFET 56 und 60 Temperaturkoeffizienten derselben Polarität und ändern sich deshalb in derselben Weise (d. h. in zunehmender Weise oder in abnehmender Weise). Die MOSFET 56 und 60 werden mit Ausnahme des Schritts, in dem die p-Wanne 21a, die den n-Source-Bereich 22 des MOSFET 60 umgibt, gebildet wird, in denselben Prozessschritten gebildet. Dementsprechend besitzen die Schwellenspannungen der MOSFET 56 und 60 Temperaturkoeffizienten derselben Polarität und ändern sich selbst dann, wenn sich Fertigungsparameter ändern, in derselben Weise. Im Folgenden wird ein praktischer Einsatz der elektronischen Schaltvorrichtung 200 beschrieben.
In der Spannungsanlegevorrichtung 50 beträgt bei einem Wert des ohmschen Widerstands 55 von 60 kΩ die Spannung am Ausgangsanschluss 58 in dem Stadium, in dem der Eingangsanschluss 57 mit einer Spannung von 5 V versorgt wird, 1,5 V. An diesem Punkt besitzt die Spannung am Ausgangsanschluss 58 einen positiven Temperaturkoeffizienten. Die Eingangsschwellenspannung der Steuervorrichtung 51, die der Schwellenspannung des MOSFET 60 entspricht, beträgt etwa 2,5 V. Die Eingangsschwellenspannung weist einen negativen Temperaturkoeffizienten auf.
Bei der Temperatur von 25°C wird an den Eingangsanschluss 61 in der Steuervorrichtung 51 eine Spannung von 1,5 V angelegt, die kleiner als die Eingangsschwellenspannung ist. Somit beträgt die Spannung am Ausgangsanschluss 62 0 V. Dementsprechend wird von der elektronischen Vorrichtung 52 ein Hochpegelsignal ausgegeben, das in den Steuerabschnitt 54 eingegeben wird. Da über den Inverter 64 ein Tiefpegelsignal in das Gate des Gate-sperrenden MOSFET 63 eingegeben wird, sperrt der Gate-sperrende MOSFET 63.
Wenn an diesem Punkt die Temperatur ansteigt, steigt die Ausgangsspannung von der Spannungsanlegevorrichtung 50 mit einem positiven Temperaturkoeffizienten an; während die Eingangsschwellenspannung der Steuervorrichtung 51 mit einem negativen Temperaturkoeffizienten abfällt. Wenn die Temperatur 150°C erreicht, werden die Ausgangsspannung der Spannungsanlegevorrichtung 50 und die Eingangsschwellenspannung der Steuervorrichtung 51 einander gleich (2,1 V). Von der elektronischen Vorrichtung 52 wird ein Tiefpegelsignal ausgegeben und dann in den Steuerabschnitt 54 eingegeben. Über den Inverter 64 in dem Steuerabschnitt 54 wird ein Hochpegelsignal (5 V) an das Gate des Gate-sperrenden MOSFET 63 angelegt, wodurch dieser durchschaltet. Somit wird der Leistungsschalter 53 ausgeschaltet. In dieser Weise wird bei der zu erfassenden Temperatur, die auf 150°C festgelegt ist, die Funktion des Verhinderns einer Überhitzung des MOSFET verwirklicht.
Selbst dann, wenn sich die Schwellenspannung des MOSFET infolge der Schwankungen der Fertigungsparameter ändert, ändern sich die Schwellenspannungen der MOSFET 56 und 60 in der gleichen Weise (d. h. nehmen in der gleichen Weise zu oder ab), da sie Temperaturkoeffizienten derselben Polarität besitzen. Demgemäß verschieben sich die Ausgangsspannung der Spannungsanlegevorrichtung 50 und die Eingangsschwellenspannung der Steuervorrichtung 51 (Offset) in der gleichen Weise. Folglich werden Schwankungen der zu erfassenden Temperatur unterdrückt.
Im zweiten Beispiel wird in der Steuervorrichtung 51 ein Inverter des Typs Widerstand verwendet, wobei die Schwellenspannung des MOSFET 60, die für diesen Inverter verwendet wird, höher als die Schwellenspannung des MOSFET 56, die in der Spannungsanlegevorrichtung 50 verwendet wird, eingestellt wird. Durch eine solche Struktur werden die Schwankungen der zu erfassenden Temperatur, die durch Schwankungen der Parameter während des Herstellungsprozesses der elektronischen Vorrichtung zur Temperaturerfassung 52 bedingt sind, kleiner.
Außerdem sind die beiden MOSFET 56 und 60 in der elektronischen Vorrichtung 50, die einen n-Kanal-D/MOSFET 53 des vertikalen Typs als Leistungsschalter 53 enthält, mit unterschiedlichen Schwellenspannungen ausgebildet, indem der p-Wanne-Bildungsprozess des d/MOSFET 53 verwendet wird. Ein solches Verfahren erzeugt ohne zusätzlichen Fertigungsschritt eine elektronische Schaltvorrichtung 200, die eine ein Überhitzen verhindernde Funktion enthält und kleinere Leistungsschwankungen aufweist.
In einer elektronischen Vorrichtung zur Temperaturerfassung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Ausgangsanschluss der Spannungsanlegevorrichtung zum Ausgeben einer Spannung mit einem negativen Temperaturkoeffizienten mit einem Eingangsanschluss einer elektronischen Steuervorrichtung mit einer Eingangsschwellenspannung mit einem negativen Temperaturkoeffizienten verbunden. Dank dieser Struktur wird bei niedrigen Kosten eine elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung mit kleineren Schwankungen der zu erfassenden Temperatur verwirklicht, die mit einer niedrigen Stromversorgungsspannung betrieben werden kann. Falls ein Inverter des Typs Widerstand, der einen MOSFET enthält, der eine Schwellenspannung aufweist, die höher als jene des MOSFET ist, der für die Spannungsanlegevorrichtung verwendet wird, als elektronische Steuervorrichtung verwendet wird, sind die Schwankungen der zu erfassenden Temperatur, die durch die Schwankungen der Fertigungsparameter bedingt sind, wesentlich kleiner.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist durch Kombinieren eines Leistungsschalters mit der elektronischen Vorrichtung zur Temperaturerfassung eine elektronische Schaltvorrichtung, die eine ein Überhitzen verhindernde Funktion enthält, verwirklicht, deren Leistungsschwankungen kleiner sind.
Verschiedene weitere Modifikationen werden Fachleuten deutlich und können von diesen ohne weiteres vorgenommen werden. Die Erfindung ist in den vorliegenden Ansprüchen definiert.

Claims

Elektronische Vorrichtung (12, 52) zur Temperaturerfassung, mit: elektronischen Steuermitteln (11, 51), die eine variable Schwellenspannung besitzen, die sich in Übereinstimmung mit einer Temperaturänderung ändert, und ein Steuersignal ausgeben, wenn eine einer Erfassungsreferenztemperatur entsprechende Referenzspannung und die Schwellenspannung einander gleich werden; und Spannungsanlegemitteln (10, 50), um die Referenzspannung in einer positiven Richtung in Übereinstimmung mit der Temperaturänderung zu ändern und um die geänderte Referenzspannung an die elektronischen Steuermittel (11, 51) auszugeben, wobei die elektronischen Steuermittel (11, 51) so konfiguriert sind, dass ihre Schwellenspannung in negativer Richtung in Bezug auf die Temperaturänderung geändert wird.
Elektronische Vorrichtung (12, 52) nach Anspruch 1, bei der die Spannungsanlegemittel (10, 50) umfassen: eine erste Komponente (15, 55) mit einem negativen Temperaturkoeffizienten, so dass sich eine Spannung über ihren Anschlüssen in einer negativen Richtung in Bezug auf die Temperaturänderung ändert; und eine zweite Komponente (16, 56) mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, so dass sich eine Spannung über ihren Anschlüssen in einer positiven Richtung in Bezug auf die Temperaturänderung ändert, und bei der die erste und die zweite Komponente (15, 55; 16, 56) miteinander in Reihe geschaltet und so konfiguriert sind, dass eine Ausgangsspannung von einem Anschluss zwischen der ersten und der zweiten Komponente an die elektronischen Steuermittel angelegt wird.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der in den Spannungsanlegemitteln (10) die erste Komponente einen ohmschen Widerstand (15), der aus Polysilicium hergestellt ist, enthält und die zweite Komponente einen MOS-Transistor (16), in dem eine Drain-Elektrode mit einer Gate-Elektrode verbunden ist, enthält.
Elektronische Vorrichtung (52) nach Anspruch 2, bei der in den Spannungsanlegemitteln (50) die erste Komponente einen Widerstand (55), der aus Polysilicium hergestellt ist, enthält und die zweite Komponente einen ersten MOS-Transistor (56), in dem eine Drain-Elektrode mit einer Gate-Elektrode verbunden ist, enthält, wobei die elektronischen Steuermittel (51) einen ohmschen Widerstand (59) und einen zweiten MOS-Transistor (60) enthalten und wobei eine Schwellenspannung des zweiten MOS-Transistors, der in den elektronischen Steuermitteln vorhanden ist, höher ist als jene des ersten MOS-Transistors, der in den Spannungsanlegemitteln vorhanden ist.
Elektronische Vorrichtung (52) nach Anspruch 4, bei der die Schwellenspannung des ersten MOS-Transistors (56), der in den Spannungsanlegemitteln (50) vorhanden ist, einen Temperaturkoeffizienten mit der gleichen Polarität wie jener des zweiten MOS-Transistors (60), der in den elektronischen Steuermitteln (51) vorhanden ist, besitzt.
Elektronische Vorrichtung (52) nach Anspruch 4, bei der eine Störstellenkonzentration einer Substratoberfläche in der Nähe eines Source-Bereichs des zweiten MOS-Transistors (60), der in den elektronischen Steuermitteln (51) vorhanden ist, höher ist als eine Störstellenkonzentration einer Substratoberfläche in der Nähe eines Source-Bereichs des ersten MOS-Transistors (56), der in den Spannungsanlegemitteln (50) vorhanden ist.
Elektronische Schaltvorrichtung (100, 200), mit: einer elektronischen Vorrichtung (12) zur Temperaturerfassung; einem Leistungsschalter (13); und einem Steuerabschnitt (14) zum Steuern von Ein/Aus-Schaltvorgängen des Leistungsschalters (13) auf der Grundlage eines Ausgangssignals von der elektronischen Vorrichtung (12) zur Temperaturerfassung, um eine Überhitzung zu verhindern, wobei die elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung jene nach Anspruch 1 ist.
Elektronische Schaltvorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Leistungsschalter (13, 53) einen MOS-Transistor enthält und die elektronische Vorrichtung (12, 52) zur Temperaturerfassung einen ohmschen Widerstand (15, 55), der aus Polysilicium hergestellt ist, und einen MOS-Transistor (16, 56) enthält, die miteinander in Reihe geschaltet sind, und wobei der Leistungsschalter (13, 53) und die elektronische Vorrichtung zur Temperaturerfassung auf einem Substrat ausgebildet sind.