半导体器件制造技术

一种半导体器件，包括输出晶体管、并联连接到输出晶体管的检测晶体管、与检测晶体管串联连接的检测电阻、以及过电流保护晶体管，该输出晶体管用于控制流过第一端和第二端之间的电流，该检测电阻用于检测流过检测晶体管的电流作为检测电压并且其阻值被设置为与第一端和第二端之间的电位差成正比，该过电流保护晶体管用于根据检测电压的增加来降低输出晶体管和检测晶体管的导通电流。

semiconductor device

A semiconductor device includes an output transistor, the transistor connected in parallel to the detection, and detection of the output transistor transistor connected in series to detect resistance, and overcurrent protection transistor, the output current flowing through the transistor is used to control the first and second ends, the detection resistor for detecting a current flowing through the transistor is detected as the detection voltage and potential the resistance is set with a first end and a second end is proportional to the difference, the overcurrent protection transistor is used to increase the detection according to the voltage to reduce the output transistor and transistor turn-on current detection.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件，特别涉及一种具有负载短路保护功能的半导体器件。
技术介绍
随着技术的当前进展，实际应用具有过电流保护功能的半导体器件，该功能用于避免半导体器件受到负载短路时流过的过电流。该过电流保护功能用于在诸如负载短路这样的异常发生时，通过控制流过半导体器件的电流来抑制半导体器件的功耗并保护半导体器件不被击穿。图10示出了美国专利公报No.4553084中公开的常规半导体器件的电路结构。当用于驱动输出MOSFET101的栅极电压施加到控制端102时，该栅极电压经过栅极电阻103被施加到输出MOSFET101的栅极和用于监控输出电流的检测MOSFET104的栅极，主电流流过输出MOSFET101，检测电流流过检测MOSFET104。该检测电流被设置为大约是主电流的1/1000-1/10000的值。如果连接到输出MOSFET101的电路处于正常状态，那么基于检测电阻105的检测的检测电压保持为比过电流保护MOSFET106的阈值电压小，并且MOSFET106保持在截止状态。图11示出了在此状态下其是主电流的漏极电流ID与输出MOSFET101的源极和漏极之间的电压VDS之间的关系。如果负载或连接到输出MOSFET101的负载电路116发生了象负载短路这样的意外并且极大的主电流流入输出MOSFET101中，那么流过检测MOSFET104的检测电流增加，并且基于检测电阻105的电压降低，检测电压也增加。并且如果检测电压超过了过电流保护MOSFET106的阈值电压，那么MOSFET106变为导通，并且到输出MOSFET101的输入被栅极电阻103和过电流保护MOSFET106所分压，从而在电位点A的电位急剧下降。如果在电位点A的电位下降，那么输出MOSFET101的主电流和检测MOSFET104的检测电流也随着栅极电压的下降而降低，并且避免了由于过电流引起的输出MOSFET101的击穿。在这种情况下，电位点A的电位根据施加到过电流保护MOSFET106的栅极的检测电压的幅度而下降。此外，近来提出了用于检测输出MOSFET的源极和漏极之间的电压的电路和用于调节输出MOSFET的栅极和源极之间的电压并改变到希望的电流限制值的电路。图12示出了在2003年10月1日的Infineon Technologies AG in Germany的“Smart Highside Power Switch”中所述的常规半导体器件的电流限制特性，Data sheet BTS 6143D，p.13，Figure 3a，其在互联网上公开并在2004年2月17日通过在以下URL的检索而找到http//www.infineon.com/cmc_upload/documents/014/444/BTS6143D_20030925.pdf。在“Smart Highside Power Switch”中公开的技术的情况下，并联连接5组过电流保护电路，从而实现5级电流限制，如图12所示。由此，通过改变输出MOSFET的漏极和源极之间的电压的每个电压的电流限制值，能够更精密地抑制功耗。在这种情况下，由图13和图14所示的胞元构成的双扩散型场效应晶体管通常用于图10所示的输出MOSFET101和检测MOSFET104。沟道形成在相对于半导体衬底的垂直方向中的MOSFET，诸如双扩散型场效应晶体管的情况，被称作“垂直MOSFET”。图13是垂直MOSFET的平面图而图14是沿图13中的XIV-XIV线的剖面图。该垂直MOSFET具有分别形成多个单位胞元、栅极电极108、源极电极107和漏极电极113的结构，如图14所示，其中，一个源极电极107被栅极电极108所围绕，并且具有低浓度n型杂质(n-)的外延层110形成在具有高浓度n型杂质(n+)的半导体衬底109上，使用外延层110和半导体衬底109作为漏极区，在外延层110中形成由具有p型杂质的基极区111和具有高浓度n型杂质的源极区112构成的双扩散区。该双扩散型场效应晶体管逐年变得越来越小，从而降低了单位面积的导通电阻。例如，图15和16所示的常规半导体器件被公知作为具有小导通电阻的结构。图15是常规半导体器件的平面图，而图16是沿图15中的XVI-XVI线的剖面图。该常规半导体器件是具有沟槽结构的半导体器件，其中栅极电极108被掩埋在基极区111和外延层110中。使用其单位面积的导通电阻低的双扩散型场效应晶体管的优点是可以减小输出MOSFET的尺寸。但是，如果使用其单位面积的导通电阻低的双扩散型场效应晶体管，那么图10所示的常规半导体器件具有下面的问题。也就是说，除非对于输出MOSFET的减小的尺寸来说电流限制值是降低的，否则当诸如负载短路的异常发生时的热值会增加，这会使半导体器件更容易击穿，并且如果电流限制值降低，那么半导体器件不能用于大电流流过的高输出的应用。在“Smart Highside Power Switch”中公开的技术的情况下，在电压低的区域中电流限制值增加，该区域是安全工作区，并且在电压高的区域中电流限制值降低，该区域在安全工作区之外。在“SmartHighside Power Switch”中公开的技术的结构需要电压检测电路和改变每级的电流限制值的电路，所以电路规模是图10所示的半导体器件的大约5倍，这是该措施的不利方面。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种包括输出晶体管、并联连接到输出晶体管的检测晶体管、与检测晶体管串联连接的检测电阻、以及过电流保护晶体管的半导体器件，该输出晶体管用于控制流过第一端和第二端之间的电流，检测电阻用于检测流过检测晶体管的电流作为检测电压并且其阻值被设置为与第一端和第二端之间的电位差成正比，该过电流保护晶体管用于根据检测电压的增加来降低输出晶体管和检测晶体管的导通电流。根据本专利技术的另一个方面，提供一种包括驱动电路、检测电阻以及控制电路的半导体器件，该驱动电路用于控制流过负载的驱动电流，该检测电阻被提供用于检测驱动电流的检测电流并且基于驱动电流所流过的路径上的驱动电路的预定电位来改变该阻值，该控制电路用于基于检测电阻的电压控制驱动电路的驱动状态。根据本专利技术的再一方面，提供一种包括输出晶体管、检测晶体管、检测电阻以及过电流保护晶体管的半导体器件，该输出晶体管的漏极经过负载连接到第一电源而源极连接到第二电源，该检测晶体管的漏极连接到所述输出晶体管的漏极而其栅极连接到输出晶体管的栅极，该检测电阻的一端连接到检测晶体管的源极而另一端连接到输出晶体管的源极，且该检测电阻的阻值基于输出晶体管的漏极电压而改变，该过电流保护晶体管的漏极连接到输出晶体管的栅极，其源极连接到输出晶体管的源极，并且其栅极连接到检测晶体管的源极。通过本专利技术，随着输出晶体管的电压(漏极电压)增加，检测电阻的阻值增加并且输出晶体管的电流(漏极电流)降低。因此，当负载异常时，过电流的流动受到限制并且可以降低功耗，避免半导体器件击穿。此外，不必布置多个过电流检测电路和电流控制电路，因此，半导体芯片的电路规模和面积可以降低。附图说明从结合附图的下面的说明可以更清楚看出本专利技术的上述和其它目的、优点和特征。图1是示出了根据本专利技术第一实施例的具有负载短路保护功能的半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：输出晶体管，用于控制流过第一端和第二端之间的电流；并联连接到输出晶体管的检测晶体管；与检测晶体管串联连接的检测电阻，用于检测流过检测晶体管的电流作为检测电压并且其阻值被设置为与第一端和第二端之间 的电位差成正比；以及过电流保护晶体管，用于根据检测电压的增加来降低输出晶体管和检测晶体管的导通电流。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：新井高雄，
申请(专利权)人：恩益禧电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]