JPH0223645A - 半導体集積回路 - Google Patents

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】 ［目次］ 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 ［概要］ 温度センサを備えた半導体集積回路に関し、検出誤差の
比較的小さい温度センサを半導体集積回路に備えること
により充分な誤動作防止対策を施せるようにしたり動作
温度範囲を広げて高温環境下での使用を可能にしたりす
ることを目的とし、 ＭＯＳ　）ランジスタを備えた半導体集積回路において
、ＭＯＳトランジスタのゲート及びソース・ドレイン間
に所定電圧を印加した状態での該ＭＯ８）ランジスタの
ドレイン電流により該半導体集積回路のチップ温度を検
知する温度センサを設けて構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は温度センサを備えた半導体集積回路に関する。

［従来の技術−］ 近年の半導体集積回路化の波により、あらゆる環境下で
半導体集積回路が用いられるようになった。ところが、
半導体特性であるキャリア密度、移動度は温度に大きく
依存するので、半導体集積回路の動作温度は限定されて
おり、その範囲は通常−２０〜７５℃である。このため
、特に高温環境下で使用される半導体集積回路、例えば
車載用半導体集積回路では、半導体集積回路の温度が動
作温度を越えないように工夫されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、予想しなかった事態が発生して動作温度の上限
値を越えた場合には、誤動作の原因となる。

また、通常の状態で動作温度の上限値を越える高温環境
下では、半導体集積回路の使用を断念せざるを得なかっ
た。

半導体集積回路のチップ温度を検知する方法としては、
この半導体集積回路に設けられたＰＮ接合の順方向電流
Ｉを検知する方法が考えられる。この電流Ｉは Ｉ　＝、ｌｓ・ｅｘｐ（ｑＶ／ｍｋＴ）　　　　　　　
　　・・（１）と表され、順方向電流■の大きさにより
絶対温度Ｔを知ることができる。

ここに、 ｑ：電子の電荷量 ■・アノード・カソード間の印加電圧 ｍ：ｌ〜２の値 ｋ・ボルツマン定数 しかし、印加できる電圧■は通常０．１〜０．２■と小
さく、電源電圧の変動によりこの電圧Ｖが変化する割合
が大きいので、温度検出誤差が大きく、温度センサとし
て用いたとしても充分な誤動作防止対策を施すことがで
きない。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、検出誤差の比較的
小さい温度センサを備えることにより充分な誤動作防止
対策を施せるようにしたり動作層度範囲を広げて高温環
境下での使用を可能にしたりする半導体集積回路を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、本発明では、ＭＯＳトラン
ジスタを備えた半導体集積回路において、ＭＯＳトラン
ジスタのゲート及びソース・トレイン間に所定電圧を印
加した状態での該ＭＯＳトランジスタのドレイン電流■
。により該半導体集積回路のチップ温度を検知する温度
センサを設けている。

［作用］ ＭＯＳ　）ランジスタのしきい値電圧■、は温度の関数
であり、次式で表される。

■、−２φ、−２ε８□・Ｎ　ｓｕｂ”φｒ／ｃ　ｏｘ
・・・（２）ここに、 φｒ−（ｋＴ／ｑ）Ｉｎ（Ｎ　ｓｕｂ／ｎ＋）　　　　
　　　・　・　・　（３）ε８□・Ｓｉ半導体基板の比
誘電率 Ｎ５ｕｂ：Ｓｉ半導体基板の不純物濃度Ｃｏ、：（ゲー
ト酸化膜の誘電率）／（ゲート酸化膜の膜厚） ｎｌ：真性半導体のキャリア濃度 このしきい値電圧■、は、ＭＯＳ　トランジスタに印加
される電圧によらず、温度変化により第２図に示す如く
変化する。したがって、しきい値電圧Ｖ、（Ｔ）の変化
によるドレイン電流Ｉｎの変化を検知することにより、
半導体集積回路のチップ温度Ｔを比較的正確に検知する
ことができる。

チップ温度ＴがＴ。からＴ１に変化した場合のドレイン
電流Ｉｎの差へＩｎは、飽和領域において次式の如くな
る（第３図参照）。

ＡＩＤ−β／２　（Ｖ　Ｃ−Ｖ　、（Ｔ　Ｏ））’β／
２　（ｖ　ｃ−ｖ　ｔ（’ｒ　＋））”　　　・　・（
４）ここに、 β　・電流増幅率 Ｖ６．ゲート電圧 したがって、ＡＩＤは、ゲート電圧■。を大きくして飽
和領域を用いることにより、ソース・ドレイン間に印加
される電圧変動の影響を無視することができ、比較的正
確なチップ温度Ｔの検出が可能となる。

ΔＩＤは、抵抗Ｒの端子間電圧の変化ΔＶ＝Ｒ・ΔＩｎ
として検知される。

具体例として、 β＝　１．ＯＸ　１Ｏ−３Ａ　／Ｖ　”　　　Ｖ　Ｇ＝
　５ＶＶ　ｔ（３００）−１，ＯＶ　　　　　Ｖ　−（
６００）＝　３．ＯＶ　。

Ｒ＝　１００Ωとすると、 ΔＩ　ｏ＝　１２Ｘ　１Ｏ−３Ａ　、　　　　ΔＶ　＝
　１．２Ｖとなる。

［実施例］ 図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第１図は内部に温度センサを備えた半導体集積回路ＩＯ
の要部構成を示す。

図中、１２は温度検知素子としてのｎ−ＭＯＳ　）ラン
ジスタであり、そのドレインＤは電源端子■ＤＤに接続
され、ソースＳは抵抗Ｒを介してＧＮＤ端子に接続され
、ゲートＧは一定の電圧ｖ６を供給する配線に接続され
ている。例えば、ＶＤＤ及び■６は千５■である。

１４．１６及び１８は比較器であり、それぞれ抵抗Ｒの
端子間電圧■。と、チップ温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ　ｓ（Ｔ
　＋＜　Ｔ　ｔ＜　Ｔ　ｓ）に対応する基準電圧Ｖ、、
Ｖｔ、Ｖ　３　（Ｖ　１　＜　Ｖ　２　＜　Ｖ　３　）
とを比較し、基準電圧より大になればそれぞれ端子ｃｐ
、、ｃｒｔ、ＣＰ、の電位をハイレベルにする。

次に、上記の如く構成された半導体集積回路１０の動作
を説明する。

半導体集積回路１０のチップ温度が上昇すると、ＭＯＳ
　）ランジスタ１２のしきい値電圧■、も上昇し、ＭＯ
Ｓトランジスタ１２のドレイン電流■。が増加して、抵
抗Ｒの端子間電圧が上昇する。半導体集積回路１０のチ
ップ温度ＴがＴ＜Ｔｌであれば端子ＣＰいＣＰ、、ＣＰ
３のいずれの電位もロウレベルであり、ＴＩ＜Ｔ＜Ｔ、
では端子ＣＰ　＋のみがハイレベルになり、Ｔ　２＜　
Ｔ　＜　Ｔ　３では端子ＣＰＩ及びＣＰ２がハイレベル
になり、Ｔ３＜Ｔではすべての端子ＣＰいＣＰ２、ＣＰ
３がハイレベルになる。

例えば、半導体集積回路１０を自動車のエンジン制御に
用い、Ｔ３を動作温度の上限値７０℃とし、Ｔ、−６５
℃とし、Ｔ、＝６０℃とし、端子ＣＰいＣＰ２、ＣＰ３
に、その信号に応じて異なる音を出力する警報器を接続
しておく。通常ではＴ　＞　’Ｉ’　！にならないもの
とする。そこで、’Ｉ”　＞　Ｔ　Ｉを示す警報が鳴っ
たときにはその運転状態との関係でこれを記憶しておき
、Ｔ＞Ｔ、を示す警報音が鳴ったときには予想しない異
常事態が発生したと判断して自動車を点検し、Ｔ　＞　
Ｔ　ｓを示す警報音が鳴ったときには自動車の運転を停
止するようにすれば、安全性が向上する。

また、例えば、端子ＣＰいＣＰ　ｔ、ＣＰ３に、切換ス
イッチを介して、機能が同一で動作温度が例えば−２０
〜７０℃、７０〜１６０℃、１６０〜２５０℃と異なる
、すなわちしきい値電圧が異なる複数の半導体集積回路
を接続し、チップ温度に応じて最も適当な半導体集積回
路を該切換スイッチにより選択し、これを動作状態にし
て用いれば、全体として動作温度範囲が一２０〜２５０
℃と広くなり、信頼性が向上すると共に、高温環境下で
の用途が拡大する。これらの半導体集積回路は同一チッ
プ内に形成してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る半導体集積回路によ
れば、ＭＯＳトランジスタのゲート及びソース・ドレイ
ン間に所定電圧を印加し、このＭＯＳトランジスタに流
れるドレイン電流により半導体集積回路のチップ温度を
検知する温度センサを設けているので、ソース・ドレイ
ン間に印加される電圧変動の影響を小さくすることがで
き、比較的正確なデツプ温度の検出が可能となり、充分
な誤動作防止対策を施すことが可能となるという優れた
効果を奏し、特に高温環境下での信頼性向上及び用途の
拡大に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る、温度センサを内部に
備えた半導体集積回路の要部構成を示す回路図、 第 図はし きい値電圧■、の温度特性を示す線 図、 第３図はＭＯＳ　）ランジスタの ■ ■６特性を示す 線図である。 図中、 ０は半導体集積回路 ２は温度検出素子としてのｎ−ＭＯＳ）ランジスタ８は
比較器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＭＯＳトランジスタを備えた半導体集積回路（１０）に
   おいて、 ＭＯＳトランジスタ（１２）のゲート及びソース・ドレ
   イン間に所定電圧を印加した状態での該ＭＯＳトランジ
   スタ（１２）のドレイン電流により該半導体集積回路（
   １０）のチップ温度を検知する温度センサを設けたこと
   を特徴とする半導体集積回路。