JP2608975B2 - Semiconductor device and igniter device using the same - Google Patents

Semiconductor device and igniter device using the same

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JP2608975B2
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英夫 川崎
雄司 山西
宏 谷田
誠毅 山口
裕之 進藤
利彦 宇野
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松下電子工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高耐量が要望されるイグナイタ用パワー素子
として利用することができる半導体装置とそれを用いた
イグナイタ装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device that can be used as an igniter power element required to have a high withstand voltage, and an igniter device using the same.

従来の技術 従来、MOSFETをスイッチング素子としてイグナイタに
使用する場合、スイッチング部は、第3図に示すように
MOSFET13のドレイン・ソース間にサージ保護用の高耐量
ダイオード14を接続した構成にすることが必要であっ
た。なお、第3図中、12はトランス、15は発火点であ
る。ここで、ダイオーオ14が必要な理由について第4図
とともに説明する。第4図には、第3図のMOSFETを動作
16,17、停止18,19した時のドレイン電圧を示した。第4
図aが外付けダイオード有り、第4図bが無しの場合で
ある。一点鎖線22,23がMOSFETのドレイン・ソース間降
伏電圧である。負荷がインダクタンス負荷のためMOSFET
が停止した瞬間、正電圧のサージ20,21が発生する。
2. Description of the Related Art Conventionally, when a MOSFET is used as an igniter as a switching element, a switching unit is configured as shown in FIG.
It was necessary to adopt a configuration in which a high withstand diode 14 for surge protection was connected between the drain and source of the MOSFET 13. In FIG. 3, 12 is a transformer and 15 is a firing point. Here, the reason why the dio 14 is necessary will be described with reference to FIG. Fig. 4 shows the operation of the MOSFET of Fig. 3.
Drain voltages at 16, 17 and at 18, 19 were shown. 4th
FIG. 4A shows the case without an external diode and FIG. 4B does not. Dashed lines 22 and 23 indicate the breakdown voltage between the drain and the source of the MOSFET. MOSFET because the load is an inductance load
At the moment when the motor stops, surges 20 and 21 of positive voltage occur.

外付けサージ保護ダイオードが無い場合は、サージ電
圧がMOSFETのドレイン・ソース間降伏電圧より高くなる
ためMOSFETは、ドレイン・ソース間で降伏し、第5図に
示すようにドレイン28からソース31に降伏電流が流れる
と、半導体基板35の抵抗成分34による電圧差が生じ寄生
バイポーラトランジスタ33が動作し、温度上昇を引き起
こし熱破壊にいたる。そこで、MOSFETの降伏電圧時のア
バランシェ耐量を大幅に強化するか、またはMOSFETの降
伏電圧より低い降伏電圧の高耐量ダイオードをMOSFETの
ドレイン・ソース間に挿入する必要があった。
Without an external surge protection diode, the surge voltage becomes higher than the drain-source breakdown voltage of the MOSFET, so the MOSFET breaks down between the drain and source, and as shown in Fig. 5, breaks down from the drain 28 to the source 31. When a current flows, a voltage difference occurs due to the resistance component 34 of the semiconductor substrate 35, and the parasitic bipolar transistor 33 operates to cause a temperature rise, leading to thermal destruction. Therefore, it is necessary to greatly enhance the avalanche withstand voltage at the time of the breakdown voltage of the MOSFET, or to insert a high withstand voltage diode having a breakdown voltage lower than the breakdown voltage of the MOSFET between the drain and the source of the MOSFET.

なお、第5図中、24はドレイン電極、25はソース電
極、26は酸化シリコン膜、27はゲート電極、29は第一導
電型領域、30は延長ドレンイン領域、32は基板コンタク
ト領域である。
In FIG. 5, 24 is a drain electrode, 25 is a source electrode, 26 is a silicon oxide film, 27 is a gate electrode, 29 is a first conductivity type region, 30 is an extended drain-in region, and 32 is a substrate contact region.

発明が解決しようとする課題 以上のように、従来の構造では、サージ保護用の高耐
量ダイオードが必要であるという問題があった。
Problems to be Solved by the Invention As described above, the conventional structure has a problem that a high withstand diode for surge protection is required.

課題を解決するための手段 本発明では、上記の課題を解決するために、下記に示
す横型MOSFET構造をとる。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention employs the following lateral MOSFET structure.

すなわち、第一導電型の半導体基板に形成した。第二
導電型のソース領域とドレインコンタクト領域の間に、
ドレインコンタクト領域に接する第二導電型の延長ドレ
イン領域を設け、延長ドレイン領域内の表面にドレイン
に対して逆バイアスされた第一導電型領域を設け、この
第一導電型領域とドレインコンタクト領域の間に、分離
した第一導電型領域を設け、この分離した第一導電型領
域内に第二導電型領域を設け、分離した第一導電型領域
は、ゲート電極と電気的に接続し、分離した第一導電型
領域内の第二導電型領域は、ドレイン電極と電気的に接
続し、ゲート・ドレイン間にダイオードを形成し、この
ダイオードはドレイン・ソース間の降伏電圧より低い電
圧で降伏が起こるようにした構造である。
That is, it was formed on a semiconductor substrate of the first conductivity type. Between the source region and the drain contact region of the second conductivity type,
An extended drain region of the second conductivity type in contact with the drain contact region is provided, and a first conductivity type region reverse-biased to the drain is provided on a surface in the extended drain region. In between, a separated first conductivity type region is provided, a second conductivity type region is provided in the separated first conductivity type region, and the separated first conductivity type region is electrically connected to the gate electrode, and separated. The second conductivity type region in the first conductivity type region is electrically connected to the drain electrode to form a diode between the gate and the drain, and the diode has a breakdown voltage lower than the breakdown voltage between the drain and the source. It is a structure that is made to happen.

作用 このような本発明により、MOSFETの降伏電圧より低い
電圧でダイオードの降伏が起こり、このため電流はゲー
ト・ドレイン間のダイオードおよびゲート・ソース間の
抵抗を通って流れゲート電位が上がりMOSFETが動作する
ため、サージがMOSFETの動作で吸収され、MOSFETのドレ
イン・ソース間ダイオードのアバランシェ耐量が低くて
もサージ吸収が可能となる。
According to the present invention, the breakdown of the diode occurs at a voltage lower than the breakdown voltage of the MOSFET, so that the current flows through the diode between the gate and the drain and the resistance between the gate and the source, so that the gate potential increases and the MOSFET operates. Therefore, the surge is absorbed by the operation of the MOSFET, and the surge can be absorbed even if the avalanche resistance of the diode between the drain and the source of the MOSFET is low.

実 施 例 第1図に本発明の一実施例における横型MOSFETの断面
を示した。第一導電型の半導体基板10に設けた延長ドレ
イン領域6内の表面に、ドレインに対して逆バイアスさ
れた第一導電型領域7が設けられている。ドレイン6・
ソース8間に逆電圧が印加されたとき、領域7とドレイ
ン6間およびドレイン6と基板10間の両方から空乏層が
広がるため、領域7がない構造よりも延長ドレンイン領
域の濃度を高くし、かつ高耐圧を実現できるので、ドレ
イン6・ソース8間のオン抵抗を大幅に低減できる。な
お、第1図中、1はドレイン電極、2はソース電極、3
は酸化シリコン膜、4はゲート電極、5はドレインコン
タクト領域、9は基板コンタクト領域、11は第二導電型
領域である。
Embodiment FIG. 1 shows a cross section of a lateral MOSFET according to an embodiment of the present invention. On the surface in the extended drain region 6 provided on the semiconductor substrate 10 of the first conductivity type, a first conductivity type region 7 reversely biased to the drain is provided. Drain 6
When a reverse voltage is applied between the source 8, the depletion layer expands from both the region 7 and the drain 6 and between the drain 6 and the substrate 10. Therefore, the concentration of the extended drain-in region is made higher than that of the structure without the region 7. In addition, since a high withstand voltage can be realized, the on-resistance between the drain 6 and the source 8 can be greatly reduced. In FIG. 1, 1 is a drain electrode, 2 is a source electrode, 3
Is a silicon oxide film, 4 is a gate electrode, 5 is a drain contact region, 9 is a substrate contact region, and 11 is a second conductivity type region.

素子の特性をイグナイタ用とするため、半導体基板10
a濃度を3×E14cm−3とした。ソース領域8と接して基
板10のコンタクト領域9を形成し、同時にソース電極2
でコンタクトをとった。ゲート電極4としては多結晶シ
リコンを用い、延長ドレイン領域6の深さは5μm、延
長ドレイン領域6上の第一導電型領域7の深さは2μ
m、また分離された第一導電型領域7′中の第二導電型
域11の深さを1μmとした。
In order to use the characteristics of the element for the igniter, the semiconductor substrate 10
a The concentration was set to 3 × E14 cm−3. The contact region 9 of the substrate 10 is formed in contact with the source region 8 and at the same time, the source electrode 2
Contact was made. Polycrystalline silicon is used as the gate electrode 4, the depth of the extended drain region 6 is 5 μm, and the depth of the first conductivity type region 7 on the extended drain region 6 is 2 μm.
m, and the depth of the second conductivity type region 11 in the separated first conductivity type region 7 ′ was 1 μm.

これにより、ダイオードの降伏電圧は30Vが得られ
た。このダイオードを13個直列に接続することにより、
ダイオードの降伏電圧は390Vとなり、MOSFETのソース・
ドレイン間降伏電圧450Vより低い電圧が得られた。第2
図は第1図のトランジスタを用いたイグナイタ装置であ
り、12はトランス、13は第1図に示したMOSFET、14はダ
イオード、15は発火点を示している。DはMOSFET13のド
レイン・ゲート間に形成されたダイオード成分、Rは同
ゲート・ソース間に形成された抵抗成分を示す。これら
ダイオード、抵抗成分D,Rによって、サージが吸収さ
れ、MOSFET13のドレイン・ソース間ダイオード14のアバ
ランシェ耐量が低くてもサージ吸収が可能となる。
As a result, a breakdown voltage of the diode of 30 V was obtained. By connecting 13 of these diodes in series,
The breakdown voltage of the diode becomes 390V,
A voltage lower than the drain-to-drain breakdown voltage of 450 V was obtained. Second
The figure shows an igniter device using the transistor of FIG. 1, 12 is a transformer, 13 is the MOSFET shown in FIG. 1, 14 is a diode, and 15 is a firing point. D indicates a diode component formed between the drain and the gate of the MOSFET 13, and R indicates a resistance component formed between the gate and the source. The surge is absorbed by these diodes and the resistance components D and R, and the surge can be absorbed even if the avalanche resistance of the diode 14 between the drain and source of the MOSFET 13 is low.

発明の効果 以上のように本発明を用いることにより、MOSFETの降
伏電圧よりも低い降伏電圧を有するダイオードをドレイ
ン・ゲート間に1チップ内に作り込むことができる。
As described above, by using the present invention, a diode having a breakdown voltage lower than the breakdown voltage of a MOSFET can be formed between a drain and a gate in one chip.

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

第1図は本発明の一実施例における半導体装置の断面
図、第2図は同装置を用いたイグナイタ装置の回路図、
同3図は従来のイグナイタ装置の回路図、第4図はMOSF
ETのスイッチング時のドレイン電圧の変化を示す波形
図、第5図はMOSFETのドレイン・ソース間が降伏した時
に動作する寄生バイポーラトランジスタの断面説明図で
ある。 1……ドレイン電極、2……ソース電極、3……酸化シ
リコン膜、4……ゲート電極、5……ドレインコンタク
ト領域、6……延長ドレイン領域、7……第一導電型領
域、8……ソース領域、9……基板コンタクト領域、10
……半導体基板、11……第二導電型領域。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of an igniter device using the same,
FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional igniter device, and FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a parasitic bipolar transistor that operates when the breakdown occurs between the drain and source of the MOSFET, showing a waveform diagram illustrating a change in drain voltage during switching of the ET. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Drain electrode, 2 ... Source electrode, 3 ... Silicon oxide film, 4 ... Gate electrode, 5 ... Drain contact region, 6 ... Extended drain region, 7 ... First conductivity type region, 8 ... ... source region, 9 ... substrate contact region, 10
... Semiconductor substrate, 11... Second conductivity type region.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 誠毅 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 子工業株式会社内 (72)発明者 進藤 裕之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 子工業株式会社内 (72)発明者 宇野 利彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 子工業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Seiki Yamaguchi 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Denshi Kogyo Co., Ltd. In-company (72) Inventor Toshihiko Uno 1006 Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electronics Corporation

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第一導電型の半導体基板に形成した第二導
電型のソース領域とドレインコンタクト領域との間に、
上記ドレインコンタクト領域内に接する第二導電型の延
長ドレイン領域を設け、上記延長ドレイン領域内の表面
に延長ドレイン領域と逆バイアスされた第一導電型領域
を設け、ドレインコンタクト領域と上記逆バイアスされ
た第一導電型領域の間に、分離した第一導電型領域を設
け、この分離した第一導電型領域の内部に第二導電型領
域を設け、分離した第一導電型領域はゲート電極と電気
的に接続され、分離した第一導電型領域内の第2導電型
領域はドレイン電極と電気的に接続され、ゲート・ドレ
イン間にダイオードを設けた半導体装置。
1. A method according to claim 1, wherein a second conductivity type source region and a drain contact region are formed on a first conductivity type semiconductor substrate.
An extended drain region of the second conductivity type is provided in contact with the drain contact region, a first conductivity type region reversely biased to the extended drain region is provided on a surface of the extended drain region, and the drain contact region is reverse biased to the drain contact region. Between the first conductivity type regions, a separated first conductivity type region is provided, a second conductivity type region is provided inside the separated first conductivity type region, and the separated first conductivity type region is provided with a gate electrode. A semiconductor device in which a second conductivity type region in a first conductivity type region which is electrically connected and separated is electrically connected to a drain electrode and a diode is provided between a gate and a drain.
【請求項2】請求項1に記載の半導体装置を用いたイグ
ナイタ装置。
2. An igniter device using the semiconductor device according to claim 1.
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