[发明专利]半导体器件

说明书

本发明涉及到一种半导体器件，它具有预防热击穿的功能，此热击穿是由作为输出元件的半导体输出晶体管的温升引起的。更确切地说是涉及到一种具有大电流的输出晶体管的高功能半导体器件。

通常，作为一种带有保护功能、使形成于半导体衬底上的半导体输出晶体管免遭击穿的半导体器件，已知的一种方法是在半导体输出晶体管附近于衬底之外提供一个由热敏电阻组成的温度传感器，用它来探测半导体输出晶体管的温度，以便当测得的温度达到规定温度时将电流切断。

然而在上述半导体器件中，由于温度传感器位于半导体衬底之外，在半导体输出晶体管的温度和温度传感器测得的温度之间就引起时间滞后和温度偏离。

因此，当输出晶体管已达到可能引起热击穿的危险温度时，传感器还检测不到这一危险温度，从而使半导体输出晶体管遭受击穿。

图8(a)和(b)所示，日本专得申请公开公报第3-276636号提出了一种半导体器件，其中，输出晶体管61位于半导体衬底60的一边而其测温电阻62位于衬底的另一边。参考号63是输出晶体管61的收集区，64是基区，65是发射区，而66是测温电阻62的电极。

另外，日本专利申请公开公报第1-290249号提出了一种半导体集成电路器件，其测温元件位于半导体衬底上的主发热部分。

在上述两种器件中，由于测温元件位于衬底上，输出晶体管的温度与测温元件测得的温度之间的时间滞后基本上已被克服。

然而，如下面所述，在上述两种半导体器件中，尽管半导体输出晶体管已达到危险温度但温度传感器却检测不到以致输出晶体管被击穿这一问题仍未解决。

在前一种器件中，由于输出晶体管在半导体衬底的一边而测温电阻在另一边，输出晶体管的温度和测温电阻测得的温度之间不可避免地要出现差异。虽然利用预先得出它们之间的相互关系的方法是可以检测到输出晶体管是否达到了危险温度的，但是，由于半导体衬底上输晶体管所在的那部分远离测温元件，在输出晶体管的实际温度和测温元件测得的温度之间就可能引起差异。只要存在这一差异，就无法避免这一温度差异的离散。因此，前一种半导体器件存在以下问题：即使半导体输出晶体管已达到了危险温度，测温元件仍探测不到。

在后一种半导体集成电路器件中，半导体衬底上的主发热部分并不总是器件中温升最高的部分。当主发热部分位于衬底中心部分时，主发热部分是温升最高的部分；但当主发热部分位于半导体衬底边缘时，如日本专利申请公开公报1-290249号所述，热量容易从衬底上主发热部分幅射但是难于从其中心部幅射。因此，若输出晶体管位于衬底的中心部分或其附近，虽然其达到了危险温度，测温元件也探测不到。

本发明的目的是提供一种半导体器件，其温度探测元件能够迅速而准确地探测半导体输出晶体管是否达到了危险温度。

本发明的半导体器件包含：

一个半导体衬底；

形成在上述半导体衬底上的半导体输出晶体管，其中央部分有未被占用的区域；以及

一个位于上述未占用区域、用于探测上述半导体输出晶体管温度的测温元件。

在上述结构中，测温元件被半导体输出晶体管所环绕，以使其检测到的是输出晶体管各部分温度的平均值。因而输出晶体管的温度与测温元件测得的温度之间的差异特别小，致使温度差异的离散很小。因此，测温元件能够准确地探测出半导体输出晶体管是否达到了危险温度。

在本发明的半导全器件中的测温元件最好是测温晶体管。

如通常所知，晶体管基区和发射区之间的PN结上的正向电压V_BE随PN结的温度而线性变化，而且在给定条件下V_BE对结温的比率是2mV/℃。例如，当正向电压V_BE为200mV时，晶体管的PN结温为100℃；正向电压V_BE为300mV时，则结温为150℃。因而晶体管可以可靠地被用作测温元件。

最好是用一对复合连接的晶体管来作测温晶体管。

由于复合晶体管有两个PN结，故复合晶体管正向电压V_BE对结温的比率为4mV/℃。这样，复合晶体管正向电压相对于温度的变化就二倍于单个晶体管，从而提高对输出晶体管温度检测的精度。

在本发明的半导体器件中，测温元件也可以是一种测温二极管。