JPH0562461B2 - - Google Patents
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- JPH0562461B2 JPH0562461B2 JP59077027A JP7702784A JPH0562461B2 JP H0562461 B2 JPH0562461 B2 JP H0562461B2 JP 59077027 A JP59077027 A JP 59077027A JP 7702784 A JP7702784 A JP 7702784A JP H0562461 B2 JPH0562461 B2 JP H0562461B2
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、二次破壊耐量を向上させた半導体
装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a semiconductor device with improved secondary breakdown resistance.
一般的に、自動車や二輪車等の電子式点火装置
（イグナイタ）に使用されるパワートランジスタ
は、その二次破壊耐量（Es/b）を増加させるため
に、あるいはサージ電圧からトランジスタを保護
するために、コレクタ・ベース間にクリツプダイ
オードを接続する方法がよく知られている。
In general, power transistors used in electronic ignition devices (igniters) for automobiles, motorcycles, etc. are used to increase their secondary breakdown resistance (E s/b ) or to protect the transistors from surge voltage. A well-known method is to connect a clip diode between the collector and base.
第１図にアバランシエダイオードをモノリシツ
クに内蔵したダーリントンパワートランジスタの
等価回路を示す。この図において、Q1は前段
（ドライブ）用のトランジスタ、Q2は後段（出
力）用のトランジスタである。Ｄは逆接続時のト
ランジスタQ2にかかるエネルギーを逃す目的の
ダイオードであり、R1，R2はエミツタ・ベース
間にリーク電流を安定して流す目的で接続されて
いる抵抗器である。DAは二次破壊耐量（Es/b）を
増加させる目的で内蔵されたクリツプ用のアバラ
ンジエダイオードである。このアバランジエダイ
オードDAはトランジスタ自体の有するコレク
タ・エミツタサステイニング電圧VCE(SUS)より低
い値で、ブレークダウンするように設計される。
なお、符号４〜７については後に説明する。 Figure 1 shows the equivalent circuit of a Darlington power transistor with a monolithic built-in avalanche diode. In this figure, Q1 is a transistor for the front stage (drive), and Q2 is a transistor for the rear stage (output). D is a diode for the purpose of dissipating the energy applied to the transistor Q2 when it is reversely connected, and R1 and R2 are resistors connected for the purpose of stably flowing leakage current between the emitter and the base. D A is a built-in avalanche diode for the clip to increase secondary breakdown resistance (E s/b ). This avalanche diode DA is designed to break down at a value lower than the collector-emitter sustaining voltage V CE (SUS) of the transistor itself.
Note that symbols 4 to 7 will be explained later.
次に、アバランシエダイオードDAの作用につ
いて説明する。 Next, the action of the avalanche diode DA will be explained.
フルトランジスタイグナイタ回路において、パ
ワートランジスタは印加電圧VCCで、しや断した
状態から、ベースに入力信号が入るとオン状態と
なり、コレクタ電流は増加する。次いで、ベース
電流を切ると、イグニツシヨンコイルの一次側に
蓄積したエネルギーにより高いキツクバツク電圧
がトランジスタQ1，Q2に印加される。この時の
動作点は、アバランシエダイオードDAなしの場
合、トランジスタのコレクタ・エミツタサステイ
ニング電圧VCE(SUS)値をとり安全動作領域をはみ
出しやすい。アバランシエダイオードDAを有す
る場合、キツクバツク電圧はアバランシエダイオ
ードDAのブレークダウン電圧VAによりクリツプ
されるため動作点は相対的に低くなり、アバラン
シエダイオードDAのない場合に比較し、二次破
壊耐量（Es/b）を増加させることができる。 In a full-transistor igniter circuit, the power transistor goes from a disconnected state at an applied voltage V CC to an on state when an input signal is applied to the base, and the collector current increases. Next, when the base current is cut off, a high kickback voltage is applied to transistors Q 1 and Q 2 due to the energy stored on the primary side of the ignition coil. In the case of no avalanche diode DA , the operating point at this time takes the collector-emitter sustaining voltage V CE (SUS) of the transistor, which tends to go outside the safe operating area. When the avalanche diode D A is included, the operating point is relatively low because the kickback voltage is clipped by the breakdown voltage V A of the avalanche diode D A , and the operating point is relatively low compared to the case without the avalanche diode D A. The secondary breakdown resistance (E s/b ) can be increased.
以上のような効果を有するアバランシエダイオ
ードDAをモノリシツクに内蔵させたダーリント
ンパワートランジスタの従来のダイスの構造を第
２図に示す。 FIG. 2 shows a conventional die structure of a Darlington power transistor monolithically incorporating an avalanche diode DA having the above-mentioned effects.
この図において、１はN+コレクタ領域、２は
N-コレクタ領域、３は前記アバランシエダイオ
ードDAを形成するためにトランジスタQ1のベー
ス直下に形成されたＮ領域、４は前記トランジス
タQ1，Q2に共通のＰベース領域、５は前記トラ
ンジスタQ1のN+エミツタ領域、６は前記トラン
ジスタQ2のN+エミツタ領域、７は前記トランジ
スタQ1のベース電極、８は前記トランジスタQ1
のN+エミツタ領域５とトランジスタQ2のベース
領域とをつなぐ内部配線、９はエミツタ電極、１
０はコレクタ電極である。また、１１は各接合の
表面を保護するパツシベーシヨン膜である。 In this figure, 1 is the N + collector region, 2 is
3 is an N region formed directly under the base of transistor Q 1 to form the avalanche diode DA ; 4 is a P base region common to transistors Q 1 and Q 2 ; 5 is the 6 is the N + emitter region of the transistor Q 1 ; 6 is the N + emitter region of the transistor Q 2 ; 7 is the base electrode of the transistor Q 1 ; 8 is the transistor Q 1.
internal wiring connecting the N + emitter region 5 and the base region of the transistor Q2 , 9 is the emitter electrode, 1
0 is the collector electrode. Further, 11 is a passivation film that protects the surface of each bond.
上記各々の領域において、その実例を示すと、
Ｐベース領域４の表面濃度NS＝２×1018atoms／
cm2、深さxj＝20μｍ、Ｎ領域３はＰベース領域４
の形成前に拡散により形成され、Ｐベース領域４
直下の濃度が１×1015atoms／cm3、N-コレクタ領
域２の濃度1.2×1014atoms／cm3と等価になるまで
の距離は10μｍである。Ｐベース領域４の直下か
らN+コレクタ領域１までの距離は60μｍである。
このような実例においては、アバランシエダイオ
ードDAのブレークダウン電圧VAは、Ｐベース領
域４直下のＮ領域３の濃度により定まる。 In each of the above areas, examples are shown below.
Surface concentration N S of P base region 4 = 2×10 18 atoms/
cm 2 , depth x j = 20 μm, N region 3 is P base region 4
The P base region 4 is formed by diffusion before the formation of the P base region 4.
The distance until the concentration directly below becomes equivalent to 1×10 15 atoms/cm 3 and the concentration of 1.2×10 14 atoms/cm 3 in the N - collector region 2 is 10 μm. The distance from directly below the P base region 4 to the N + collector region 1 is 60 μm.
In such an example, the breakdown voltage V A of the avalanche diode D A is determined by the concentration of the N region 3 directly below the P base region 4 .
上記従来の構成においては、下記に示す欠点が
ある。第３図の曲線は第２図に示すアバランシ
エダイオードDAを内蔵したトランジスタのVA（ク
リツプ電圧）−Ta（周囲温度）特性を示す。第３
図に示すとおりクリツプ電圧VAは正の温度依存
性が極めて大きい。クリツプ電圧VAの許容でき
る範囲は、下限はイグニツシヨンコイルの二次側
出力電圧との関係、上限は二次破壊耐量（Es/b）
との関係により決定される。また、この関係はイ
グナイタに課せられる全温度範囲（−30℃〜130
℃）において保証する必要があるため、常温にお
けるクリツプ電圧VAの範囲を極めて狭く絞る必
要がある。また、実際的に運用する場合、低温特
性、高温特性と、常温特性との相関にてアバラン
シエダイオード電圧VAを選別することになるた
め、そのばらつきにより実使用上問題になる場合
が起り得る。 The conventional configuration described above has the following drawbacks. The curve in FIG. 3 shows the V A (clip voltage) - T a (ambient temperature) characteristic of the transistor incorporating the avalanche diode D A shown in FIG. Third
As shown in the figure, the clip voltage V A has an extremely large positive temperature dependence. The allowable range of clip voltage V A is determined by the relationship between the lower limit and the secondary output voltage of the ignition coil, and the upper limit based on the secondary breakdown resistance (E s/b ).
determined by the relationship with This relationship also applies to the entire temperature range imposed on the igniter (-30°C to 130°C).
℃), it is necessary to narrow down the range of the clip voltage V A at room temperature extremely narrowly. In addition, in practical operation, the avalanche diode voltage V A is selected based on the correlation between low temperature characteristics, high temperature characteristics, and room temperature characteristics, so variations in these values may cause problems in actual use. .
〔発明の概要）
この発明は、上記の点にかんがみなされたもの
で、アバランシエダイオード内蔵形トランジスタ
の上記欠点（クリツプ電圧VAの温度依存性）を
除去するためになされたものである。以下、この
発明について説明する。[Summary of the Invention] The present invention has been made in view of the above points, and has been made in order to eliminate the above-mentioned drawback (temperature dependence of clip voltage V A ) of transistors with built-in avalanche diodes. This invention will be explained below.
第４図はこの発明の一実施例を示す図である。
この図で、第２図と同一記号は同一部分を示す
が、ベース電極７は直下のN+領域１２およびＰ
ベース領域４の表面の一部１３で、オーミツク接
続を有している、第４図の等価回路を第５図に示
す。
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
In this figure, the same symbols as in FIG. 2 indicate the same parts, but the base electrode 7 is directly below the N + region 12 and
The equivalent circuit of FIG. 4 is shown in FIG. 5, with an ohmic connection on a portion 13 of the surface of the base region 4.
第５図に示す通り第１図で示されるアバランシ
エダイオードDAは、トランジスタQ3におけるＣ
−Ｅ間特性に置き替えられている。ここで抵抗体
R3の設定はＣ−Ｅ間のブレークダウン特性に大
きく影響を与える。抵抗体R3の温度特性に正の
温度係数をもたせることにより、温度上昇にとも
ないＣ−Ｅ間のブレークダウン値を低下せしめる
ことができる。一方、トランジスタQ3のＣ−Ｂ
接合間の耐圧は第３図の曲線のように周囲温度
Taとともに増加するため、抵抗体R3の抵抗値の
選択を最適にすることにより温度変化の極めて小
さいクリツプ電圧をするモノリシツクのパワート
ランジスタを得ることができる。 As shown in FIG. 5, the avalanche diode D A shown in FIG .
-E characteristic. here the resistor
The setting of R3 greatly affects the breakdown characteristics between C and E. By giving a positive temperature coefficient to the temperature characteristics of the resistor R3 , the breakdown value between C and E can be reduced as the temperature rises. On the other hand, C-B of transistor Q3
The withstand voltage between the junctions varies with the ambient temperature as shown in the curve in Figure 3.
Since T a increases with T a , by optimizing the selection of the resistance value of the resistor R 3 , it is possible to obtain a monolithic power transistor with a clip voltage that exhibits extremely small temperature changes.
一般にベース・エミツタ間にRBなる抵抗が入
つた場合のコレクタ・エミツタ間アバランシエ電
圧は
VB：アバランシエ電圧（ベース・コレクタ間）
αNO：低電圧における電流増幅率
αI：逆電流増幅率
a1：Ｋ（Ｔ／ｑ）IEO（IEO：エミツタしや断電流）
K2：定数2.5×10-6
ｎ：４
第６図に第(1)式の正規化曲線を示す。 In general, when a resistance R B is inserted between the base and emitter, the avalanche voltage between the collector and emitter is V B : Avalanche voltage (between base and collector) α NO : Current amplification factor at low voltage α I : Reverse current amplification factor a 1 : K (T/q) I EO (I EO : Emitter cutoff current) K 2 : constant 2.5×10 -6 n: 4 Figure 6 shows the normalized curve of equation (1).
一方、アバランシエ電圧VBの温度変化は、一
実施例においては0.5V／℃程度であるので、抵
抗RBを下記の通り設定することにより温度変化
を少なくすることが可能である。 On the other hand, since the temperature change in the avalanche voltage V B is about 0.5 V/° C. in one embodiment, it is possible to reduce the temperature change by setting the resistance R B as shown below.
例 VBの標準値430V（25℃）
25℃ VM（RB＝1KΩ）＝430V×0.78＝335V
125℃ VM（RB＝2KΩ）＝480V×0.71＝341V
−25℃ VM（RB＝0.5KΩ）＝405V×0.82＝332V
上記実施例により0.5V／℃の温度は、ほぼ
0.06V／℃へ改良することができる。また、１
％／℃の温度係数をもつRB（Ｅ−Ｂ間抵抗）はSi
の体抵抗を使用することにより容易に実現可能で
ある。Example Standard value of V B 430V (25℃) 25℃ V M (R B = 1KΩ) = 430V x 0.78 = 335V 125℃ V M (R B = 2KΩ) = 480V x 0.71 = 341V −25℃ V M (R B = 0.5KΩ) = 405V x 0.82 = 332V According to the above example, the temperature of 0.5V/℃ is approximately
It can be improved to 0.06V/℃. Also, 1
R B (resistance between E and B) with a temperature coefficient of %/°C is Si
This can be easily realized by using the body resistance of
第３図の曲線はこの発明により改良されたク
リツプ電圧VAの温度特性である。 The curve in FIG. 3 is the temperature characteristic of the clip voltage V A improved by the present invention.
以上詳細に説明したように、この発明はベース
電極直下のベース領域にエミツタ領域と同一導電
形の領域を形成し、ベース電極の一端を電気的に
接続せしめベース電極直下の領域とベース領域と
で形成される接合に並列に抵抗体を内蔵させる構
成としたので、クリツプ電圧の温度変化を極めて
小さくすることができる利点がある。
As explained in detail above, the present invention forms a region of the same conductivity type as the emitter region in the base region directly below the base electrode, electrically connects one end of the base electrode, and connects the region directly below the base electrode and the base region. Since the resistor is built in in parallel with the junction to be formed, there is an advantage that the temperature change in the clip voltage can be made extremely small.
第１図はクリツプダイオード内蔵形ダーリント
ンパワートランジスタの等価回路図、第２図は従
来の半導体装置の構造を示す断面図、第３図はク
リツプ電圧の温度依存性を示す図、第４図はこの
発明の一実施例の構造を示す断面図、第５図はこ
の発明の装置の等価回路図、第６図はこの発明の
効果を示すためのエミツタ・ベース間抵抗値に対
するアバランシエ電圧とクリツプ電圧の比の相関
図である。
図中、１はN+コレクタ領域、２はN-コレクタ
領域、３はＮ領域、４はＰベース領域、５はトラ
ンジスタQ1のN+エミツタ領域、６はトランジス
タQ2のN+エミツタ領域、７はベース電極、８は
内部配線、９はエミツタ電極、１０はコレクタ電
極、１１はパツシベーシヨン膜、１２はベース電
極直下のN+領域である。なお、図中の同一符号
は同一または相当部分を示す。
Fig. 1 is an equivalent circuit diagram of a Darlington power transistor with a built-in clip diode, Fig. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional semiconductor device, Fig. 3 is a diagram showing the temperature dependence of the clip voltage, and Fig. 4 is a diagram showing the structure of a conventional semiconductor device. FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the device according to the invention, and FIG. 6 is a diagram showing the avalanche voltage and clip voltage with respect to the emitter-base resistance value to show the effects of the invention. It is a correlation diagram of ratios. In the figure, 1 is an N + collector region, 2 is an N - collector region, 3 is an N region, 4 is a P base region, 5 is an N + emitter region of transistor Q 1 , 6 is an N + emitter region of transistor Q 2 , 7 is a base electrode, 8 is an internal wiring, 9 is an emitter electrode, 10 is a collector electrode, 11 is a passivation film, and 12 is an N + region directly under the base electrode. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
クタ領域中に形成された反対導電形を有するベー
ス領域と、このベース領域中に形成された前記コ
レクタ領域と同一の導電形のエミツタ領域を有
し、前記エミツタ領域の周囲のベース領域の直下
のコレクタ領域中に、このコレクタ領域と同一の
導電形を有し、かつ前記エミツタ領域、ベース領
域、コレクタ領域とからなるトランジスタのコレ
クタ・エミツタサステイニング電圧より低い電圧
にてブレークダウンさせる濃度で形成された領域
からなるクリツプ用ダイオード内蔵形のトランジ
スタにおいて、前記ベース電極直下のベース領域
に、前記エミツタ領域と同一導電形の領域を形成
し、前記ベース電極の一端を電気的に接続せし
め、前記ベース電極直下の領域と、前記ベース領
域とで形成される接合に並列にクリツプ電圧の温
度変化を制御する抵抗体を内蔵させたことを特徴
とする半導体装置。1 having a collector region having one conductivity type, a base region having an opposite conductivity type formed in this collector region, and an emitter region having the same conductivity type as the collector region formed in this base region, A collector-emitter sustaining voltage of a transistor having the same conductivity type as the collector region and consisting of the emitter region, base region, and collector region in the collector region immediately below the base region surrounding the emitter region. In a transistor with a built-in clip diode, which is formed of a region formed with a concentration that causes breakdown at a lower voltage, a region having the same conductivity type as the emitter region is formed in the base region directly under the base electrode, and the base electrode A semiconductor device having one end electrically connected to the base electrode and having a built-in resistor in parallel to a junction formed between a region immediately below the base electrode and the base region for controlling a temperature change in a clip voltage. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59077027A JPS60219768A (en) | 1984-04-16 | 1984-04-16 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59077027A JPS60219768A (en) | 1984-04-16 | 1984-04-16 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60219768A JPS60219768A (en) | 1985-11-02 |
| JPH0562461B2 true JPH0562461B2 (en) | 1993-09-08 |
Family
ID=13622261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59077027A Granted JPS60219768A (en) | 1984-04-16 | 1984-04-16 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60219768A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1229318B (en) * | 1989-05-02 | 1991-08-08 | Sgs Thomson Microelectronics | PROTECTIVE DEVICE AGAINST BREAKDOWN OF BIPOLAR TRANSISTORS IN AN INTEGRATED PILOT CIRCUIT FOR POWER DEVICE WITH RESONANT LOAD ON THE MANIFOLD. |
| JP2611625B2 (en) * | 1993-07-23 | 1997-05-21 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device for automobile ignition system |
-
1984
- 1984-04-16 JP JP59077027A patent/JPS60219768A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60219768A (en) | 1985-11-02 |
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