JPH02208977A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH02208977A
JPH02208977A JP2869389A JP2869389A JPH02208977A JP H02208977 A JPH02208977 A JP H02208977A JP 2869389 A JP2869389 A JP 2869389A JP 2869389 A JP2869389 A JP 2869389A JP H02208977 A JPH02208977 A JP H02208977A
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室 英夫
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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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、半導体装置、特にパワーMO8FETに関
するものである。
(従来の技術) 一般にパワーMO8FETは、多数個のセルFETの並
列接続で構成され、その大部分が負荷電流供給用の第1
のMOSFETとして構成され、他の残りのいくつかが
負荷電流モニター用の第2のMOSFETとして構成さ
れている。第1のMOSFETと第2のMOSFETと
はゲート同士及びドレイン同士が共通接続され、共通ゲ
ートにゲート駆動回路が接続され、共通ドレインに負荷
が接続されて第2のMOSFETには負荷電流に比例し
たモニター用電流が流れるようになっている。
そして、従来のパワーMO8FETでは、このモニター
用電流を検出する手段として、第2のMOSFETのソ
ースに電流検出用抵抗が接続され、この電流検出用抵抗
の両端に生じた電圧が所定電圧以上になったときを検出
し、その検出信号をゲート駆動回路へフィードバックし
て負荷電流を制御するようになっていた。
(発明が解決しようとする課題) 従来は、モニター用電流を電流検出用抵抗の両端に生じ
る電圧を用いて検出していたため、その電圧が負荷電流
とともにリニアに変化し、高精度に電流検出を行うこと
が難しく、検出信号を高ゲインの増幅器を介してゲート
駆動回路へフィードバックしないとシャープな電流制限
機能を実現することが困難であるという問題があった。
そこで、この発明は、負荷電流モニター用の第2のMO
SFETのソースに定電流源手段を接続し、モニター用
電流が所定の定電流を超えたときを高精度でシャープに
検出して負荷電流を精度よく制限することのできる半導
体装置を提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) この発明は上記課題を解決するために、負荷に供給する
第1のドレイン電流が流れる第1のMOSFETと、該
第1のMOSFETとゲート同士及びドレイン同士がそ
れぞれ共通接続され前記負荷への電流に比例した第2の
ドレイン電流が流れる第2のMOSFETと、該第2の
MOSFETのソースに接続され前記第2のドレイン電
流が所定の定電流を超えたとき共通ゲート電圧をフィー
ドバック制御して前記負荷への電流を制限するための電
流検出信号を出力する定電流源手段とを有することを要
旨とする。
(作用) 上記構成において、モニター用電流である第2のドレイ
ン電流が、定電流源手段に設定された所定の定電流を超
えたときにフィードバック制御用の電流検出信号が出力
される。したがってモニター用電流が所定値を超えたこ
とが高精度でシャープに検出され、その電流検出信号に
基づいて共通ゲート電圧がフィードバック制御されて負
荷電流が精度よく制限される。
(実施例) 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図ないし第4図は、この発明の第1実施例を示す図
である。
まず、半導体装置としてのパワーMO3FETの構成を
説明すると、第1図中、10はnチャネルの第1のMO
SFET、20は同じくnチャネルの第2のMOSFE
Tであり、第1のMOSFETIOと第2のMOSFE
T20とは、ゲート同士及びドレイン同士がそれぞれ共
通に接続されている。そして、共通ゲート1はゲート駆
動回路2へ接続され、共通ドレイン3は負荷抵抗4を介
して電源端子5へ接続されている。
第1のMOSFETIOのソースは低電位端子6へ直接
接続され、第2のMOSFET20のソースは定電流源
手段30を介して低電位端子6へ接続されている。また
、第2のMOSFET20のソースと定電流源手段30
との接続点である電流検出信号の出力端子7は演算増幅
器8の一方の入力端子9へ接続され、その他方の入力端
子11には基準電位°が与えられている。この演算増幅
器8の出力端子12からの制御信号がゲート駆動回路2
ヘフイードバツクされて負荷電流の電流制限機能が実現
されるようになっている。
パワーMO3FETは、一般に1チツプ上に多数個の同
一形状寸法のセルFETが形成され、その大部分が並列
接続されて第1のMOSFET10が構成され、残りの
1個又は数個が並列接続されて負荷電流モニター用の第
2のMOSFET20が構成されている。そして、定電
流源手段30を構成する素子も同一チップ上に形成され
てコンパクトなデバイスが実現されている。
次いで、第2図及び第3図を用いて、定電流源手段30
の具体的な第1の構成例及び第2のMOSFET20の
構成例を説明する。この例では、定電流源手段30は多
結晶SiのJFET31により構成され、第2のMOS
FET20は縦形MO8FETの1セルによる構成され
ている。
第2図中、13は01基板、14は第2のMOSFET
20のドレインとして作用するn−エピタキシャル層で
あり、n+基板13の裏面に共通ドレイン端子3が形成
されている。15はpウェル、16はp+コンタクト領
域、17はn1ソース領域であり、このn+ソース領域
17とn−エピタキシャル層14との間におけるpウェ
ル15上には、ゲート絶縁膜としてのS i 02膜1
8を介してn1多結晶Slからなるゲート電極19が形
成されている。ゲート電極19に正のゲート電圧が印加
されるとpウェル15の表面にn形チャネルが誘起され
て第2のMOSFET20がオンするようになっている
。図示されてないが、第1のMOSFETl0を構成す
る各セルFETも上記と同様のセルFETで構成されて
いる。21は中間絶縁膜、22gはソース電極としての
An配線である。
一方、JFET31は、5i02膜18上に形成された
多結晶Si膜23に作り込まれている。
第3図は、そのJFET31を上面からみた図であり、
多結晶5li123には、n”/−ス領域24、n“ 
ドレイン領域25、n−チャネル領域26及びP+ゲー
ト領域27がイオン注入等により形成されている。P+
ゲート領域27に与えられた電位により、このP+ゲー
ト領域27とnチャネル領域26との間のpn接合の空
乏層幅が可変されて、n−チャネル領域26に流れるド
レイン電流が制御されるようになっている。
そして、定電流源手段30としてのこのJFET31で
は、各領域上の中間絶縁膜21に、それぞれコンタクト
ホールが開孔され、ソースコンタクト28bとゲートコ
ンタクト28cとがAl配線22bによりショートされ
て低電位端子6に接続されている。この接続によりP+
ゲート領域27には、常に低電位(ゼロ■)が与えられ
て、n−チャネル領域26に流れるドレイン電流は、そ
のときの飽和ドレイン電流で所定の定電流となるように
構成されている。ドレインコンタクト28aはAi配線
22aにより、第2のMOSFET20のn+ソース領
域17に接続され、このAn配線22aに電流検出信号
の出力端子7が接続されている。
次に、上述のように構成された半導体装置の作用を説明
する。
いま、第1図において、ゲート駆動回路2により共通ゲ
ート1のゲート電圧を上昇させていって第1のMOSF
ETIOに流れる第1のドレイン電流を増大させ、負荷
電流ILが増加していく場合を考える。
このとき、第2のMOSFET20には、セルFETの
セル数の比で決まる分配比にと負荷電流Iしとの積に−
ILの値の第2のドレイン電流が流れる。分配比には、
例えば、第1のMOSFETIOが99セルで構成され
、第2のMOSFETが1セルで構成されているとに一
1/100である。
一方、定電流源手段30に設定された定電流値をICと
すると、第2のドレイン電流に−ILが定電流値10に
達して、これを超えた時点で出力端子7からこれを超え
たことを示す電流検出信号が出力され、演算増幅器8の
一方の入力端子90電位Vmは低電位から高電位へと移
行し、第4図に示すような特性となる。したがって負荷
電流!Lが制限電流を超えたことを高精度でシャープ(
高ゲイン)に検出することができる。
ここで、定電流源手段30の定電流値ICは多結晶St
のJFET31のゲート電圧ゼロVにおける飽和ドレイ
ン電流ID5Sとなり、次式で与えられる。
!o s s −(W/L)   (1/ρS)〔(q
−No −W2/24ε) 一φ+   tl −(2/3) (8ε・φl /q−N、  −W2 ) ”l )・
・・(1) ここで、 W、L:n−チャネル領域26の幅及び長さρS:n”
″チャネル領域26のシート抵抗q:素電荷 No :n−チャネル領域26の実効的な不純物ドープ
量 ε:多結晶SLの誘電率 φ1 :p1ゲート領域27とn−チャネル領域26と
の間のpn接合のビルトイン電圧上記(1)式で示され
る飽和ドレイン電流ID5Sの値は、n−チャネル領域
26の不純物ドープ量を調節することにより温度係数を
ゼロにすることができる。これにより温度依存性のない
定電流源手段30を実現することができる。
そして、このようにして出力端子7から検出された電流
検出信号により演算増幅器8を介してゲート駆動回路2
から与えられる共通ゲート電圧がフィードバック制御さ
れて負荷電流ILが所定の制限値内に精度よく制限され
る。
第5図には、この発明の第2実施例を示す。なお、第5
図において、前記第1図における機器及び回路素子等と
同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以って示し
、重複した説明を省略する。
定電流源手段30を構成する前述のJFET31は、ロ
ーチャネル領域26の長さしを長くすることにより、第
4図に示すようなシャープな電流検出特性を実現するこ
とができる。この実施例は、このようなシャープな電流
検出特性を有する定電流源手段30を用いて、単純な回
路構成により負荷電流!Lの電流制限機能を実現するよ
うにしたものである。
そして、この実施例では、共通ゲート1と低電位端子6
との間に、1個のnpn トランジスタ35が接続され
、そのベースが電流検出信号の出力端子7に接続されて
いる。
出力端子7からの電流検出信号によりnpn )ランジ
スタ35がオンに転じて共通ゲート1が低電位(ゼロV
)に落ち、負荷電流!Lが所定の制限値内に精度よく制
限される。
この実施例では、npn)ランジスタ35も同一チップ
に集積化することにより、よりコンパクトな電流リミッ
タ−付きのパワーMO3FETを実現することができる
次いで、第6図には、定電流源手段30の第2の構成例
を示す。この構成例は、多結晶SiのJFETに代えて
多結晶StのMOSFET32を用いたものである。
この第2の構成例に係るME S F ET32は、前
述のJFETがp+アゲート域とチャネル領域の間のp
n接合の空乏層幅を可変して定電流となるドレイン電流
を制御するのに対し、n−チャネル領域26とゲート金
属電極22bの間のショットキ接合36により空乏層幅
を制御してドレイン電流を所定の電流値に制御するもの
である。これについても前記(1)式と同様な飽和ドレ
イン電流ID5Sを求めることができる。
第7図には、定電流源手段30の第3の構成例を示す。
この構成例は、デプリーション型の多結晶SiのMOS
FET33により定電流源手段30を構成したものであ
る。
デプリーション型のMOSFET33はn−チャネル領
域26上にゲート酸化膜37を介して多結晶SLのゲー
ト電極38が形成されている。
n−チャネル領域26は、イオン注入によりデプリーシ
ョン型になるように閾値制御がなされている。
以上、多結晶Slを用いた定電流源手段30の各構成例
を述べたが、定電流源手段30としては、この他に誘電
体分離構造等により、単結晶シリコンの基板内に形成し
たデバイスを用いることもできる。
[発明の効果] 以上説明したように、この発明によれば、第2のMOS
FETのソースに、所定の定電流に設定された定電流源
手段を接続し、モニター用電流である第2のドレイン電
流がその定電流を超えたときにフィードバック制御用の
電流検出信号を出力するようにしたので、モニター用電
流が所定値を超えたことを高精度でシャープに検出する
ことができて負荷電流を制限値内に精度よく制御するこ
とができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第4図はこの発明に係る半導体装置の第1
実施例を示すもので、第1図は回路図、第2図は定電流
源手段の第1の構成例及び第2のMOSFETの構成例
を示す縦断面図、第3図は上記定電流源手段の第1の構
成例の平面図、第4図は電流検出特性を示す特性図、第
5図はこの発明の第2実施例を示す回路図、第6図は定
電流源・手段の第2の構成例を示す縦断面図、第7図は
定電流源手段の第3の構成例を示す縦断面図である。 1:共通ゲート、  2:ゲート駆動回路、3:共通ド
レイン、  4:負荷抵抗、7:電流検出信号の出力端
子、 10:第1のMOSFET。 20:第2のMOSFET。 30:定電流源手段、 31 : JFET (定電流源手段)、32 :ME
SFET (定電流源手段)、33:デプリーション型
MO8FET(定電流源手段)。 代理人  弁理士  三 好  秀 和第2図 第3図 第4図 第1図 第7図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 負荷に供給する第1のドレイン電流が流れる第1のMO
    SFETと、 該第1のMOSFETとゲート同士及びドレイン同士が
    それぞれ共通接続され前記負荷への電流に比例した第2
    のドレイン電流が流れる第2のMOSFETと、 該第2のMOSFETのソースに接続され前記第2のド
    レイン電流が所定の定電流を超えたとき共通ゲート電圧
    をフィードバック制御して前記負荷への電流を制限する
    ための電流検出信号を出力する定電流源手段と を有することを特徴とする半導体装置。
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