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JPH10233506A - Insulating gate type semiconductor device - Google Patents

Insulating gate type semiconductor device

Info

Publication number
JPH10233506A
JPH10233506A JP9037623A JP3762397A JPH10233506A JP H10233506 A JPH10233506 A JP H10233506A JP 9037623 A JP9037623 A JP 9037623A JP 3762397 A JP3762397 A JP 3762397A JP H10233506 A JPH10233506 A JP H10233506A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
semiconductor device
output
output transistor
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9037623A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoki Otaka
直樹 尾高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP9037623A priority Critical patent/JPH10233506A/en
Publication of JPH10233506A publication Critical patent/JPH10233506A/en
Pending legal-status Critical Current

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To preferentially reduce the cost of an insulating gate type semiconductor device by using a MOSFET of the same single channel type as that of a transistor for output as the transistor of a voltage comparator circuit which is a part of a protective circuit. SOLUTION: A semiconductor device is provided with a transistor 10 for output comprising an NMOSFET and an NMOSFET transistor 20 which is a part of a voltage comparator circuit. Since only the NMOSFET is used as the transistor of the voltage comparator circuit in this semiconductor device, the manufacturing process of a PMOSFET can be reduced when the transistor 10 comprises an N-channel transistor. That is, when only the NMOSFET is used as the transistor of the voltage comparator circuit and the analog operations are utilized for the voltage comparing operations of the voltage comparator circuit, the cost of the semiconductor device can be reduced by suppressing the increase of the number of manufacturing processes, although the accuracy of the device becomes rough. Therefore, this semiconductor device is suitable in such a case that the cost must be reduced even at the sacrifice of the accuracy of the voltage comparator circuit.

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】本発明は、絶縁ゲート型半導
体装置(MOS型半導体装置)に係り、特に出力用トラ
ンジスタの異常(過電流、過電圧、あるいは過熱など)
時に出力用トランジスタのゲートを制御する保護回路を
出力用トランジスタと同一チップ上に搭載したMOS型
半導体装置に関するもので、インテリジェント型のパワ
ーMOSモジュール、インテリジェント型のパワーIG
BT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)などに使
用されるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate type semiconductor device (MOS type semiconductor device), and in particular, to abnormal output transistors (eg, overcurrent, overvoltage, or overheating).
It relates to a MOS type semiconductor device in which a protection circuit for controlling the gate of an output transistor is sometimes mounted on the same chip as the output transistor, and includes an intelligent power MOS module and an intelligent power IG.
It is used for a BT (insulated gate bipolar transistor) or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、高電力のスイッチ出力を必要と
するパワー半導体装置であって、例えばマルチセル構造
を有する電圧駆動型のパワートランジスタからなる主ス
イッチ素子およびその制御用の半導体素子群が同一半導
体チップ上に集積化されたインテリジェント型の高耐圧
パワー半導体装置においては過電流制限回路が設けられ
ている。
2. Description of the Related Art In general, a power semiconductor device requiring a high-power switch output, for example, a main switch element composed of a voltage-driven power transistor having a multi-cell structure and a semiconductor element group for controlling the same are formed of the same semiconductor. 2. Description of the Related Art An intelligent high-voltage power semiconductor device integrated on a chip is provided with an overcurrent limiting circuit.

【0003】この過電流制限回路は、出力スイッチ素子
の過電流を検出して過電流検出信号を出力し、この過電
流検出信号をスイッチ素子用の駆動回路に伝達すること
により、出力スイッチ素子をオフ状態に制御し、その破
壊を防止する(出力スイッチ素子を過電流から保護す
る)。
This overcurrent limiting circuit detects an overcurrent of the output switch element, outputs an overcurrent detection signal, and transmits the overcurrent detection signal to a drive circuit for the switch element, thereby controlling the output switch element. Controlling to the OFF state to prevent its destruction (protects the output switch element from overcurrent).

【0004】上記したような出力用トランジスタの過電
流時あるいは過電圧時あるいは過熱時にMOS型出力用
トランジスタのゲートを制御するために設けられる保護
回路は、出力用トランジスタの動作状態を検出して得た
電圧と基準電圧とを電圧比較回路で比較することによっ
て出力用トランジスタの異常時を検出した時に出力用ト
ランジスタの導通を遮断させるように制御している。
The protection circuit provided for controlling the gate of the MOS type output transistor at the time of overcurrent, overvoltage or overheating of the output transistor as described above is obtained by detecting the operation state of the output transistor. The voltage and the reference voltage are compared by a voltage comparison circuit, so that when the abnormality of the output transistor is detected, the conduction of the output transistor is controlled to be cut off.

【0005】図4は、パワーMOS FET(絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタ)の過電流制限回路の従来の
一例を示す。図4において、10はマルチソース構造
(第1のソース10a、第2のソース10b)を有する
DMOS(二重拡散型)パワーFETであり、そのドレ
インは電源端子40に接続され、第1のソース(電流出
力端子)10aはICの電流出力端子(外部負荷接続端
子)41に接続されている。42は電流出力端子41に
接続されている負荷回路である。
FIG. 4 shows an example of a conventional overcurrent limiting circuit for a power MOS FET (insulated gate field effect transistor). In FIG. 4, reference numeral 10 denotes a DMOS (double diffusion type) power FET having a multi-source structure (first source 10a, second source 10b), the drain of which is connected to a power supply terminal 40, and the first source 10 The (current output terminal) 10a is connected to a current output terminal (external load connection terminal) 41 of the IC. Reference numeral 42 denotes a load circuit connected to the current output terminal 41.

【0006】43は内蔵する電流源43aからパワーF
ETのゲート容量Cに対する充電電流の供給出力をパワ
ーFET駆動制御信号に応じてオン/オフ制御すること
によりパワーFETのゲート電位を制御するためのパワ
ーFET駆動回路である。
Reference numeral 43 denotes a power F from a built-in current source 43a.
This is a power FET drive circuit for controlling the gate potential of the power FET by turning on / off the supply output of the charging current to the gate capacitance C of the ET according to the power FET drive control signal.

【0007】44はパワーFETの第2のソース(電流
検出用端子)10bに接続され、上記電流検出用端子1
0bに流れる電流を電圧信号に変換して出力する抵抗素
子である。
Reference numeral 44 is connected to the second source (current detection terminal) 10b of the power FET, and the current detection terminal 1
This is a resistance element that converts a current flowing through Ob into a voltage signal and outputs the voltage signal.

【0008】45は上記抵抗素子44からの出力が入力
し、この入力電圧を所定の基準電圧Vref と比較し、入
力電圧が基準電圧より大きくなった時(前記電流検出用
端子10bに流れる検出用電流の過電流時)に過電流に
応じた電流を出力するリニア型の電圧比較回路である。
Reference numeral 45 denotes an input of the output from the resistance element 44. The input voltage is compared with a predetermined reference voltage Vref. When the input voltage becomes higher than the reference voltage (for detecting the current flowing through the current detection terminal 10b). This is a linear voltage comparison circuit that outputs a current corresponding to an overcurrent when the current is overcurrent.

【0009】46は上記電圧比較回路45の出力電流が
ベース電流として与えられる出力用のNPNトランジス
タであり、そのコレクタ・エミッタ間が前記パワーFE
T駆動回路43の出力ノードと接地ノードとの間に接続
されている。
Reference numeral 46 denotes an output NPN transistor to which the output current of the voltage comparison circuit 45 is given as a base current, and the power FE is provided between the collector and the emitter thereof.
It is connected between the output node of the T drive circuit 43 and the ground node.

【0010】上記電圧比較回路45および出力用トラン
ジスタ46は、前記パワーFETの過電流時を検知し、
過電流に応じて前記パワーFET駆動回路43の出力電
流を引き抜いて接地電位に流すことによりパワーFET
10のゲート電位を制御する電圧比較型電流制御回路4
7を構成している。
The voltage comparison circuit 45 and the output transistor 46 detect an overcurrent of the power FET,
By extracting the output current of the power FET drive circuit 43 according to the overcurrent and flowing the same to the ground potential, the power FET
Voltage comparison type current control circuit 4 for controlling the gate potential of 10
7.

【0011】次に、従来の電圧比較回路45の構成およ
び動作を説明する。この電圧比較回路45は、それぞれ
のベースに対応して入力電圧Vinおよび所定の基準電圧
Vref が与えられ、差動対をなすようにエミッタ相互が
直接に接続されたPNP型の第1のトランジスタQ41
および第2のトランジスタQ42と、上記差動対をなす
トランジスタQ41、Q42のエミッタ共通接続ノード
と第1の電源電位(高電位側の電源電位Vcc)との間に
接続された定電流源48と、前記第1のトランジスタQ
41のコレクタと第2の電源電位(低電位側の電源電
位、接地電位Vss)との間にコレクタ・エミッタ間が接
続され、コレクタ・ベース相互が接続されたNPN型の
第3のトランジスタQ43と、コレクタが前記第2のト
ランジスタQ42のコレクタに接続され、エミッタが接
地電位Vssに接続され、ベースが前記第3のトランジス
タQ43のベースに接続されたNPN型の第4のトラン
ジスタQ44とからなる。上記第3のトランジスタQ4
3と第4のトランジスタQ44とはカレントミラー回路
を構成している。
Next, the configuration and operation of the conventional voltage comparison circuit 45 will be described. This voltage comparison circuit 45 is provided with an input voltage Vin and a predetermined reference voltage Vref corresponding to each base, and has a PNP type first transistor Q41 whose emitters are directly connected to form a differential pair.
And a second transistor Q42, and a constant current source 48 connected between the emitter common connection node of the transistors Q41 and Q42 forming the differential pair and a first power supply potential (high-potential-side power supply potential Vcc). , The first transistor Q
An NPN-type third transistor Q43 having a collector and an emitter connected between the collector of the transistor 41 and a second power supply potential (lower power supply potential, ground potential Vss) and having a collector and a base connected to each other. , A collector connected to the collector of the second transistor Q42, an emitter connected to the ground potential Vss, and a base connected to the base of the third transistor Q43. The third transistor Q4
The third and fourth transistors Q44 constitute a current mirror circuit.

【0012】上記電圧比較回路45の動作は、入力電圧
Vinが基準電圧Vref と等しい時には差動対をなすトラ
ンジスタQ41、Q42に等しい電流が流れるので、電
圧比較回路45からの出力電流は生じない。これに対し
て、入力電圧Vinが基準電圧Vref より大きい時には、
差動対をなすトランジスタQ41、Q42の電流が対応
して減少、増大する。この時、カレントミラー回路のト
ランジスタQ43、Q44が減少し、トランジスタQ4
2に流れる電流とトランジスタQ44に流れる電流との
差電流(過電流に応じた電流)が出力する。
In the operation of the voltage comparison circuit 45, when the input voltage Vin is equal to the reference voltage Vref, an equal current flows through the transistors Q41 and Q42 forming a differential pair, so that no output current from the voltage comparison circuit 45 occurs. On the other hand, when the input voltage Vin is higher than the reference voltage Vref,
The currents of transistors Q41 and Q42 forming a differential pair decrease and increase correspondingly. At this time, the transistors Q43 and Q44 of the current mirror circuit decrease and the transistor Q4
2 and a current flowing through the transistor Q44 (a current corresponding to the overcurrent) is output.

【0013】次に、上記構成の過電流制限回路の動作を
説明する。通常動作時には、電源端子40の印加電圧が
例えば12V、パワーFET駆動回路43のパルス信号
入力が0Vと例えば5Vとの間で変化してそのパルス信
号出力が0Vと例えば20Vとの間で変化する。この
際、パワーFET10のゲートに20Vが印加されてい
る時には、パワーFETの電流出力端子10aに1Aが
流れ、その1/1000程度(1mA程度)の電流がパ
ワーFET10の電流検出用端子10bに流れる。
Next, the operation of the overcurrent limiting circuit having the above configuration will be described. At the time of normal operation, the applied voltage of the power supply terminal 40 is, for example, 12 V, the pulse signal input of the power FET drive circuit 43 changes between 0 V and, for example, 5 V, and the pulse signal output changes between 0 V and, for example, 20 V. . At this time, when 20 V is applied to the gate of the power FET 10, 1A flows to the current output terminal 10a of the power FET 10, and about 1/1000 (about 1 mA) of the current flows to the current detection terminal 10b of the power FET 10. .

【0014】この状態では、入力電圧Vinが基準電圧V
ref と等しく、電圧比較回路45における差動対をなす
トランジスタQ41、Q42に等しい電流が流れるの
で、電圧比較回路45からの出力電流は生じない。
In this state, the input voltage Vin becomes the reference voltage V
Since a current equal to ref flows through transistors Q41 and Q42 forming a differential pair in voltage comparison circuit 45, no output current from voltage comparison circuit 45 occurs.

【0015】そして、負荷短絡時などに負荷インピーダ
ンスが低下し、パワーFET10の出力電流および検出
用電流が増加し、検出用電流が基準電流を越えた時(過
電流時)、抵抗素子21からの入力電圧Vinが基準電圧
Vref より僅かに大きくなる方向に入力電圧Vinと基準
電圧Vref との間に微小な電位差が生じる。これによ
り、電圧比較回路45の出力電流がベース電流として与
えられる出力用のNPNトランジスタ46がパワーFE
T駆動回路43の出力電流を引き抜いてパワーFET1
0をオフ状態にするように帰還制御することにより、パ
ワーFET10を保護する。
When the load impedance is reduced due to a load short circuit or the like, the output current of the power FET 10 and the detection current increase, and when the detection current exceeds the reference current (overcurrent), the resistance from the resistance element 21 is reduced. A small potential difference occurs between the input voltage Vin and the reference voltage Vref in a direction in which the input voltage Vin becomes slightly larger than the reference voltage Vref. Thus, the output NPN transistor 46 to which the output current of the voltage comparison circuit 45 is given as the base current is connected to the power FE.
The output current of the T drive circuit 43 is extracted and the power FET 1
By performing feedback control so that 0 is turned off, the power FET 10 is protected.

【0016】従来、前記したような電圧比較回路45と
して、高い精度を得るためにバイポーラ構造あるいはC
MOS構造で実現しているが、出力用トランジスタの製
造工程と比べて製造工程数が増加する。
Conventionally, as the voltage comparison circuit 45 as described above, a bipolar structure or C
Although this is realized by the MOS structure, the number of manufacturing steps is increased as compared with the manufacturing steps of the output transistor.

【0017】即ち、前記出力用トランジスタは、CMO
S構造ではなく、片チャネル(通常はNチャネル)のM
OS構造で実現される場合が殆んどであるが、このよう
な片チャネル構造の出力用トランジスタと前記したよう
なバイポーラ構造あるいはCMOS構造の電圧比較回路
とを絶縁分離用のP型半導体層を形成したり、CMOS
構造内にP+ 半導体層あるいはN+ 半導体層を形なする
ための工程数が増加する。
That is, the output transistor is a CMO
Instead of S structure, M of one channel (usually N channel)
In most cases, the P-type semiconductor layer for insulating and separating the output transistor having the single-channel structure and the voltage comparison circuit having the bipolar structure or the CMOS structure as described above is used. Or CMOS
The number of steps for forming a P + or N + semiconductor layer in the structure is increased.

【0018】即ち、図5は保護機能を有する従来のパワ
ーMOS FETの断面構造の一例の一部を示してい
る。図5において、50はNMOS構造の出力用トラン
ジスタ、51は出力用トランジスタのドレイン電極、5
2は電圧比較回路用の一部であるNPN型のバイポーラ
トランジスタであり、N型半導体領域53、N+ 半導体
領域54のほかに、NPNトランジスタ52のベース領
域形成用のP型半導体領域55、NMOS構造の出力用
トランジスタ50とバイポーラ52とを絶縁分離するた
めのP型半導体層56が必要である。
FIG. 5 shows a part of an example of a sectional structure of a conventional power MOS FET having a protection function. 5, reference numeral 50 denotes an output transistor having an NMOS structure; 51, a drain electrode of the output transistor;
Numeral 2 denotes an NPN-type bipolar transistor which is a part for a voltage comparison circuit. In addition to an N-type semiconductor region 53 and an N + semiconductor region 54, a P-type semiconductor region 55 for forming a base region of the NPN transistor 52 and an NMOS A P-type semiconductor layer 56 for insulating and separating the output transistor 50 and the bipolar 52 having the structure is required.

【0019】図6は保護機能を有する従来のパワーMO
S FETの断面構造の他の例の一部を示している。図
6において、60はNMOS構造の出力用トランジス
タ、61は出力用トランジスタのドレイン電極、62は
電圧比較回路用の一部であるCMOSトランジスタであ
り、N型半導体領域63、N+ 半導体領域64のほか
に、PMOSトランジスタ形成用のP+ ドレイン・ソー
ス領域65、NMOS構造の出力用トランジスタ60と
CMOSトランジスタ62とを絶縁分離するためのP型
半導体層66が必要である。
FIG. 6 shows a conventional power MO having a protection function.
14 shows a part of another example of the cross-sectional structure of the SFET. In FIG. 6, reference numeral 60 denotes an output transistor having an NMOS structure, 61 denotes a drain electrode of the output transistor, 62 denotes a CMOS transistor which is a part of a voltage comparison circuit, and includes an N-type semiconductor region 63 and an N + semiconductor region 64. In addition, a P + drain / source region 65 for forming a PMOS transistor and a P-type semiconductor layer 66 for insulating and isolating an output transistor 60 having a NMOS structure and a CMOS transistor 62 are required.

【0020】図7は、図6中のCMOSトランジスタ6
2を使用した電圧比較回路の一例を示している。図7に
おいて、Q1〜Q5はPMOSトランジスタ、Q6〜Q
8はNMOSトランジスタ、Rは抵抗素子、Vccは電源
電圧、Viは入力電圧、Vref は基準電圧、Vout は出
力電圧である。
FIG. 7 shows the CMOS transistor 6 in FIG.
2 shows an example of a voltage comparison circuit using the second circuit. In FIG. 7, Q1 to Q5 are PMOS transistors and Q6 to Q5.
8 is an NMOS transistor, R is a resistance element, Vcc is a power supply voltage, Vi is an input voltage, Vref is a reference voltage, and Vout is an output voltage.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】上記したように出力用
トランジスタの異常時に出力用トランジスタのゲートを
制御する保護回路の電圧比較回路をCMOS構造あるい
はBi−CMOS構造で実現して出力用トランジスタと
同一チップ上に搭載した従来のMOS型半導体装置は、
製造工程数が増加するという問題があった。
As described above, the voltage comparison circuit of the protection circuit for controlling the gate of the output transistor when the output transistor is abnormal is realized by a CMOS structure or a Bi-CMOS structure and is the same as the output transistor. Conventional MOS type semiconductor devices mounted on a chip
There is a problem that the number of manufacturing steps increases.

【0022】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、出力用トランジスタの異常時に出力用トラン
ジスタのゲートを制御する保護回路の電圧比較回路を出
力用トランジスタと同一チップ上に搭載する場合に、低
コスト化を優先して実現し得る絶縁ゲート型半導体装置
を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and a voltage comparison circuit of a protection circuit for controlling the gate of an output transistor when an output transistor is abnormal is mounted on the same chip as the output transistor. In this case, an object of the present invention is to provide an insulated gate semiconductor device that can be realized with priority given to cost reduction.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明の絶縁ゲート型半
導体装置は、単一チャネル型の出力用トランジスタと、
前記出力用トランジスタと同一チップ上に搭載され、前
記出力用トランジスタの異常時に出力用トランジスタの
ゲートを制御する保護回路とを具備し、前記保護回路の
一部である電圧比較回路のトランジスタとして前記出力
用トランジスタと同じ単一チャネル型のMOS FET
が使用されていることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided an insulated gate semiconductor device comprising: a single-channel output transistor;
A protection circuit that is mounted on the same chip as the output transistor and controls a gate of the output transistor when the output transistor is abnormal, wherein the output is a transistor of a voltage comparison circuit that is a part of the protection circuit. Single channel type MOS FET same as transistor
Is used.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明のMOS型
半導体装置の第1の実施の形態に係る保護機能を有する
パワーMOS FETの断面構造の一例の一部を示して
いる。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a part of an example of a sectional structure of a power MOS FET having a protection function according to a first embodiment of a MOS type semiconductor device of the present invention.

【0025】図1において、10は二重拡散型のNMO
S FETからなる出力用トランジスタであり、11は
出力用トランジスタのN+ ドレイン領域、12は出力用
トランジスタのN型ドレイン領域、13は出力用トラン
ジスタのN+ ソース領域、14は出力用トランジスタの
チャネル形成領域、15は半導体基板表面のゲート絶縁
膜、16は出力用トランジスタのソース電極、17は出
力用トランジスタのゲート電極、18は出力用トランジ
スタのドレイン電極である。
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a double diffusion type NMO.
Reference numeral 11 denotes an output transistor comprising an SFET, 11 denotes an N + drain region of the output transistor, 12 denotes an N-type drain region of the output transistor, 13 denotes an N + source region of the output transistor, and 14 denotes a channel of the output transistor. A formation region, 15 is a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate, 16 is a source electrode of the output transistor, 17 is a gate electrode of the output transistor, and 18 is a drain electrode of the output transistor.

【0026】20は電圧比較回路用の一部であるNMO
Sトランジスタであり、21はNMOSトランジスタ形
成用のPウエル、22はNMOSトランジスタのN+ ド
レイン領域、23はNMOSトランジスタのN+ ソース
領域、24はNMOSトランジスタのゲート電極、25
はNMOSトランジスタのドレイン電極、26はNMO
Sトランジスタのソース電極である。
Reference numeral 20 denotes an NMO which is a part for a voltage comparison circuit.
Reference numeral 21 denotes a P-well for forming an NMOS transistor; 22, an N + drain region of the NMOS transistor; 23, an N + source region of the NMOS transistor; 24, a gate electrode of the NMOS transistor;
Is the drain electrode of the NMOS transistor, and 26 is the NMO
This is the source electrode of the S transistor.

【0027】図2は、図1中のNMOSトランジスタ2
0を使用した電圧比較回路の一例を示している。図2に
おいて、Q9〜Q11はディプレッション型のNMOS
トランジスタ、Q12〜Q18はエンハンスメント型の
NMOSトランジスタ、Rは抵抗素子、Rは抵抗素子、
Vccは電源電圧、Viは入力電圧、Vref は基準電圧、
Vout は出力電圧である。
FIG. 2 shows the NMOS transistor 2 in FIG.
5 shows an example of a voltage comparison circuit using 0. In FIG. 2, Q9 to Q11 are depletion type NMOSs.
Transistors, Q12 to Q18 are enhancement type NMOS transistors, R is a resistance element, R is a resistance element,
Vcc is the power supply voltage, Vi is the input voltage, Vref is the reference voltage,
Vout is an output voltage.

【0028】図2において、電流源回路21は、Vccノ
ードと接地ノードとの間に、抵抗素子Rおよびドレイン
・ゲートが接続されたエンハンスメント型のNMOSト
ランジスタQ16が直列に接続されている。
In FIG. 2, the current source circuit 21 has an enhancement-type NMOS transistor Q16 connected in series with a resistance element R and a drain / gate connected between a Vcc node and a ground node.

【0029】差動増幅回路22は、ソース同士が共通接
続されて差動対をなす比較電圧(検出対象電圧)入力用
のエンハンスメント型のNMOSトランジスタQ13お
よび基準電圧入力用のエンハンスメント型のNMOSト
ランジスタQ14と、上記共通接続されたノードと接地
ノードとの間に接続された電流源用のNMOSトランジ
スタQ17と、Vccノードと前記差動対をなす2つのト
ランジスタQ13、Q14の各ドレインとの間にそれぞ
れ負荷素子として挿入され、それぞれドレイン・ゲート
が接続されたディプレッション型のNMOSトランジス
タQ9、Q10からなる。
The differential amplifier circuit 22 has an enhancement-type NMOS transistor Q13 for inputting a comparison voltage (voltage to be detected) and a enhancement-type NMOS transistor Q14 for inputting a reference voltage. A current source NMOS transistor Q17 connected between the commonly connected node and the ground node, and a current source NMOS transistor Q17 and a drain of each of the two transistors Q13 and Q14 forming the differential pair. It consists of a depletion type NMOS transistor Q9, Q10 which is inserted as a load element and whose drain and gate are connected respectively.

【0030】そして、前記基準電圧入力用のNMOSト
ランジスタQ14のドレインはソースフォロア回路23
によりバッファ増幅され、このソースフォロア回路23
の出力はソース接地回路24により増幅されて出力す
る。
The drain of the NMOS transistor Q14 for inputting the reference voltage is connected to the source follower circuit 23.
The source follower circuit 23
Are amplified by the common source circuit 24 and output.

【0031】前記ソースフォロア回路23は、Vccノー
ドと接地ノードとの間に、バッファ増幅用のエンハンス
メント型のNMOSトランジスタQ12および電流源用
のエンハンスメント型のNMOSトランジスタQ18が
直列に接続されている。
In the source follower circuit 23, an enhancement type NMOS transistor Q12 for buffer amplification and an enhancement type NMOS transistor Q18 for current source are connected in series between the Vcc node and the ground node.

【0032】前記ソース接地回路24は、Vccノードと
接地ノードとの間に、負荷素子用のドレイン・ゲートが
接続されたディプレッション型のNMOSトランジスタ
Q11および増幅用のエンハンスメント型のNMOSト
ランジスタQ15が直列に接続されている。
In the source grounding circuit 24, a depletion type NMOS transistor Q11 connected to a drain / gate for a load element and an enhancement type NMOS transistor Q15 for amplification are connected in series between a Vcc node and a ground node. It is connected.

【0033】なお、前記電流源回路21のNMOSトラ
ンジスタQ16と前記差動増幅回路22の電流源用のN
MOSトランジスタQ17と前記ソースフォロア回路2
3の電流源用のNMOSトランジスタQ18とは、ゲー
ト相互が接続されてカレントミラー回路を形成してい
る。
The NMOS transistor Q16 of the current source circuit 21 and the current source N of the differential amplifier circuit 22 are used.
MOS transistor Q17 and source follower circuit 2
The gate is connected to the NMOS transistor Q18 for the current source of No. 3 to form a current mirror circuit.

【0034】ここで、少なくとも前記差動対をなす2つ
のトランジスタQ13、Q14のいずれか一方のゲート
・ソース間電圧VGSは、ゲート閾値電圧Vth以上である
必要がある。
Here, at least the gate-source voltage VGS of one of the two transistors Q13 and Q14 forming the differential pair must be equal to or higher than the gate threshold voltage Vth.

【0035】上記構成のMOS型半導体装置によれば、
電圧比較回路のトランジスタとしてNMOS FETの
みを使用しているので、出力用トランジスタがNチャネ
ル型のトランジスタである場合にはPMOS FETの
製造工程を削減することが可能になる。
According to the MOS type semiconductor device having the above structure,
Since only the NMOS FET is used as the transistor of the voltage comparison circuit, the manufacturing process of the PMOS FET can be reduced when the output transistor is an N-channel type transistor.

【0036】即ち、電圧比較回路のトランジスタとして
NMOS FETのみを使用し、NMOS FETのア
ナログ動作を利用して電圧比較動作を行わせれば、精度
は粗くなるが、製造工程数の増加を抑制し、コストダウ
ンを図ることが可能になるので、出力用トランジスタ保
護回路の一部である電圧比較回路の精度を犠牲にしても
低コスト化を優先したい場合に好適である。
That is, if only the NMOS FET is used as the transistor of the voltage comparison circuit and the voltage comparison operation is performed by using the analog operation of the NMOS FET, the accuracy is reduced, but the increase in the number of manufacturing steps is suppressed. Since the cost can be reduced, it is suitable for a case where priority is given to cost reduction even if accuracy of the voltage comparison circuit which is a part of the output transistor protection circuit is sacrificed.

【0037】ところで、ディプレッション型トランジス
タは製造工程が多く、しかも、チャネル領域に不純物を
注入するために専用のマスクを必要とするので、コスト
が増大するという問題を有している。近時、半導体記憶
装置の高集積化が進に従い、チップコストの低減が重要
な課題となっており、ディプレッション型トランジスタ
を使用せずに回路を構成することが望まれており、この
ような要望に沿う電圧比較回路を以下に説明する。
The depletion type transistor has many manufacturing steps and requires a dedicated mask for implanting impurities into the channel region, so that the cost is increased. Recently, as semiconductor memory devices become more highly integrated, chip cost reduction has become an important issue, and it has been desired to configure circuits without using depletion type transistors. The voltage comparison circuit along the line will be described below.

【0038】図3は、図1中の電圧比較回路用のNMO
Sトランジスタとしてエンハンスメント型トランジスタ
のみを使用した例を示している。図3において、Q19
〜Q22はエンハンスメント型のNMOSトランジス
タ、R1〜R5は抵抗素子、Vccは電源電圧、Viは入
力電圧、Vref は基準電圧、Vout は出力電圧である。
FIG. 3 shows an NMO for the voltage comparison circuit shown in FIG.
An example is shown in which only enhancement type transistors are used as S transistors. In FIG. 3, Q19
Q22 to Q22 are enhancement type NMOS transistors, R1 to R5 are resistance elements, Vcc is a power supply voltage, Vi is an input voltage, Vref is a reference voltage, and Vout is an output voltage.

【0039】即ち、差動増幅回路31は、ソース同士が
共通接続されて差動対をなす比較電圧(検出対象電圧)
入力用のエンハンスメント型のNMOSトランジスタQ
20および基準電圧入力用のエンハンスメント型のNM
OSトランジスタQ21と、Vccノードと前記差動対を
なすトランジスタQ20、Q21の各ドレインとの間に
それぞれ接続された抵抗素子R1、R2と、前記トラン
ジスタQ20、Q21の共通接続されたノードと接地ノ
ードとの間に接続された抵抗素子R3からなる。
That is, the differential amplifier circuit 31 has a comparison voltage (voltage to be detected) in which the sources are commonly connected to form a differential pair.
Enhancement type NMOS transistor Q for input
20 and enhancement type NM for reference voltage input
An OS transistor Q21, resistance elements R1 and R2 respectively connected between a Vcc node and drains of the transistors Q20 and Q21 forming the differential pair, and a commonly connected node and a ground node of the transistors Q20 and Q21. And a resistance element R3 connected between them.

【0040】そして、前記基準電圧入力用のNMOSト
ランジスタQ21のドレインはソースフォロア回路32
によりバッファ増幅され、このソースフォロア回路32
の出力はソース接地回路33により増幅されて前記出力
ノードから出力する。
The drain of the NMOS transistor Q21 for inputting the reference voltage is connected to the source follower circuit 32.
The source follower circuit 32
Is amplified by the common source circuit 33 and output from the output node.

【0041】前記ソースフォロア回路32は、Vccノー
ドと接地ノードとの間に、バッファ増幅用のエンハンス
メント型のNMOSトランジスタQ19および抵抗素子
R4が直列に接続されている。
In the source follower circuit 32, an enhancement type NMOS transistor Q19 for buffer amplification and a resistance element R4 are connected in series between the Vcc node and the ground node.

【0042】前記ソース接地回路33は、Vccノードと
接地ノードとの間に、負荷用の抵抗素子R5および増幅
用のエンハンスメント型のNMOSトランジスタQ22
が直列に接続されている。
The common source circuit 33 includes a load resistance element R5 and an amplification type enhancement type NMOS transistor Q22 between the Vcc node and the ground node.
Are connected in series.

【0043】ここで、少なくとも前記差動対をなす2つ
のトランジスタQ20、Q21のいずれか一方のゲート
・ソース間電圧VGSは、ゲート閾値電圧Vth以上である
必要がある。
Here, at least the gate-source voltage VGS of one of the two transistors Q20 and Q21 forming the differential pair must be equal to or higher than the gate threshold voltage Vth.

【0044】なお、本発明は、上記各例のパワーMOS
FETに限らず、例えばマルチエミッタ構造を有する
Nチャネル型のIGBTを出力用トランジスタとして用
いたインテリジェント型のパワーIGBTにも適用する
ことができる。
It should be noted that the present invention provides the power MOS
The invention can be applied not only to FETs but also to intelligent power IGBTs using, for example, N-channel IGBTs having a multi-emitter structure as output transistors.

【0045】[0045]

【発明の効果】上述したように本発明のMOS型半導体
装置によれば、出力用トランジスタの異常時に出力用ト
ランジスタのゲートを制御する保護回路の電圧比較回路
を出力用トランジスタと同一チップ上に搭載する場合
に、低コスト化を優先して実現することができる。
As described above, according to the MOS semiconductor device of the present invention, the voltage comparison circuit of the protection circuit for controlling the gate of the output transistor when the output transistor is abnormal is mounted on the same chip as the output transistor. In this case, cost reduction can be realized with priority.

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

【図1】 本発明のMOS型半導体装置の第1の実施の
形態に係るパワーMOS FETの構造の一例の一部を
示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a part of an example of a structure of a power MOS FET according to a first embodiment of a MOS type semiconductor device of the present invention.

【図2】図1中のNMOSトランジスタを使用した電圧
比較回路の一例を示す回路図。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a voltage comparison circuit using the NMOS transistors in FIG.

【図3】図1中のNMOSトランジスタを使用した電圧
比較回路の他の例を示す回路図。
FIG. 3 is a circuit diagram showing another example of the voltage comparison circuit using the NMOS transistors in FIG. 1;

【図4】パワーMOS FETの過電流制限回路の従来
の一例を示す回路図。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a conventional overcurrent limiting circuit of a power MOS FET.

【図5】保護機能を有する従来のパワーMOS FET
の構造の一例の一部を示す断面図。
FIG. 5 shows a conventional power MOS FET having a protection function.
Sectional drawing which shows a part of example of the structure of FIG.

【図6】保護機能を有する従来のパワーMOS FET
の構造の他の例の一部を示す断面図。
FIG. 6 shows a conventional power MOS FET having a protection function.
Sectional drawing which shows some other examples of the structure of FIG.

【図7】図5中のCMOSトランジスタを使用した電圧
比較回路の一例を示す回路図。
7 is a circuit diagram showing an example of a voltage comparison circuit using the CMOS transistors in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…NMOS構造の出力用トランジスタ、 11…出力用トランジスタのN+ ドレイン領域、 12…出力用トランジスタのN型ドレイン領域、 13…出力用トランジスタのN+ ソース領域、 14…出力用トランジスタのチャネル形成領域、 15…半導体基板表面のゲート絶縁膜、 16…出力用トランジスタのソース電極、 17…出力用トランジスタのゲート電極、 18…出力用トランジスタのドレイン電極、 20…NMOSトランジスタ、 21…NMOSトランジスタ形成用のP型半導体領域、 22…NMOSトランジスタのN+ ドレイン領域、 23…NMOSトランジスタのN+ ソース領域、 24…NMOSトランジスタのゲート電極、 25…NMOSトランジスタのドレイン電極、 26…NMOSトランジスタのソース電極。 Reference Signs List 10: NMOS output transistor, 11: N + drain region of output transistor, 12: N-type drain region of output transistor, 13: N + source region of output transistor, 14: Channel formation of output transistor Region 15: gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate 16: source electrode of the output transistor 17: gate electrode of the output transistor 18: drain electrode of the output transistor 20: NMOS transistor 21: for forming NMOS transistor 22 ... N + drain region of NMOS transistor, 23 ... N + source region of NMOS transistor, 24 ... Gate electrode of NMOS transistor, 25 ... Drain electrode of NMOS transistor, 26 ... Source electrode of NMOS transistor.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単一チャネル型の出力用トランジスタ
と、前記出力用トランジスタと同一チップ上に搭載さ
れ、前記出力用トランジスタの異常時に出力用トランジ
スタのゲートを制御する保護回路とを具備し、 前記保護回路の一部である電圧比較回路のトランジスタ
として前記出力用トランジスタと同じ単一チャネル型の
MOS FETが使用されていることを特徴とする絶縁
ゲート型半導体装置。
An output transistor of a single channel type; and a protection circuit mounted on the same chip as the output transistor and controlling a gate of the output transistor when the output transistor is abnormal. An insulated gate semiconductor device, wherein the same single-channel MOS FET as the output transistor is used as a transistor of a voltage comparison circuit that is a part of a protection circuit.
【請求項2】 請求項1記載の絶縁ゲート型半導体装置
において、 前記出力用トランジスタはNチャネル型のトランジスタ
であり、 前記単一チャネル型のMOS FETは、ディプレッシ
ョン型NMOSトランジスタおよびエンハンスメント型
NMOSトランジスタの両方を含むことを特徴とする絶
縁ゲート型半導体装置。
2. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein said output transistor is an N-channel transistor, and said single-channel MOSFET is a depletion type NMOS transistor and an enhancement type NMOS transistor. An insulated gate semiconductor device comprising both.
【請求項3】 請求項1記載の絶縁ゲート型半導体装置
において、 前記出力用トランジスタはNチャネル型のトランジスタ
であり、 前記単一チャネル型のMOS FETは、エンハンスメ
ント型NMOSトランジスタであることを特徴とする絶
縁ゲート型半導体装置。
3. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein said output transistor is an N-channel type transistor, and said single-channel type MOS FET is an enhancement type NMOS transistor. Gate type semiconductor device.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
絶縁ゲート型半導体装置は、出力用トランジスタの過電
流時あるいは過電圧時あるいは過熱時に出力用トランジ
スタの導通を遮断する保護回路を備えたパワーMOS
FETあるいはパワーIGBTであることを特徴とする
絶縁ゲート型半導体装置。
4. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, further comprising a protection circuit that cuts off conduction of the output transistor when an overcurrent, overvoltage, or overheating of the output transistor occurs. Power MOS
An insulated gate semiconductor device, which is an FET or a power IGBT.
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