JPH0638419B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPH0638419B2 JPH0638419B2 JP59013721A JP1372184A JPH0638419B2 JP H0638419 B2 JPH0638419 B2 JP H0638419B2 JP 59013721 A JP59013721 A JP 59013721A JP 1372184 A JP1372184 A JP 1372184A JP H0638419 B2 JPH0638419 B2 JP H0638419B2
- Authority
- JP
- Japan
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- region
- collector
- voltage
- transistor
- base
- 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.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/30—Devices controlled by electric currents or voltages
- H10D48/32—Devices controlled 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
- H10D48/34—Bipolar devices
- H10D48/345—Bipolar transistors having ohmic electrodes on emitter-like, base-like, and collector-like regions
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、自動車や二輪車等の電子式点火装置（イグ
ナイタ）に使用される半導体装置に関するものである。
ナイタ）に使用される半導体装置に関するものである。
一般に、パワートランジスタの二次破壊耐量（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、コレクタとベース間にクリ
ツプダイオードを接続する方法がよく知られている。
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、コレクタとベース間にクリ
ツプダイオードを接続する方法がよく知られている。
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、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が
す目的のダイオードであり、Ｒ1，Ｒ2はエミッタ・ベー
ス間にリーク電流を安定化させる目的にて接続されてい
る抵抗器である。ＤAは二次破壊耐量（ＥS／ｂ）を増加
させる目的にて内蔵されたクリツプ用のアバランシエダ
イオードである。このアバランシエダイオード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。さらに、このアバランシエダイオ
ードＤAの作用について説明する。
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、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が
す目的のダイオードであり、Ｒ1，Ｒ2はエミッタ・ベー
ス間にリーク電流を安定化させる目的にて接続されてい
る抵抗器である。ＤAは二次破壊耐量（ＥS／ｂ）を増加
させる目的にて内蔵されたクリツプ用のアバランシエダ
イオードである。このアバランシエダイオード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。さらに、このアバランシエダイオ
ードＤAの作用について説明する。
フルトランジスタイグナイタ回路において、トランジス
タＱ2は印加電圧ＶCCで遮断した状態からベース入力信
号が入力され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（図示せず）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発生し、これがトランジスタＱ
2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)の値をとり、安全動
作領域をはみ出し易い。
タＱ2は印加電圧ＶCCで遮断した状態からベース入力信
号が入力され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（図示せず）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発生し、これがトランジスタＱ
2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)の値をとり、安全動
作領域をはみ出し易い。
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
（クリツプ）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
い場合に比較して二次破壊耐量（ＥS／ｂ）を増加させ
ることができる。
ク電圧はアバランシエダイオードＤAのブレークダウン
（クリツプ）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
い場合に比較して二次破壊耐量（ＥS／ｂ）を増加させ
ることができる。
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。
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。
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およびＱ2に共通したＰ
型のベース領域、５は第１のエミッタ領域すなわち前記
トランジスタＱ1のＮ+エミッタ領域、６は第２のエミッ
タ領域すなわち前記トランジスタＱ2のＮ+エミッタ領
域、７は前記トランジスタＱ2のベース電極、８は前記
トランジスタＱ1のＮ+エミッタ領域５とトランジスタＱ
2のベース電極７とをつなぐ内部配線、９は前記トラン
ジスタＱ2のエミツタ電極、１０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
ヨン膜であり、１２はＮ+型のチヤネルストツパ、１３
は高耐圧を確保するためのカードリングである。
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およびＱ2に共通したＰ
型のベース領域、５は第１のエミッタ領域すなわち前記
トランジスタＱ1のＮ+エミッタ領域、６は第２のエミッ
タ領域すなわち前記トランジスタＱ2のＮ+エミッタ領
域、７は前記トランジスタＱ2のベース電極、８は前記
トランジスタＱ1のＮ+エミッタ領域５とトランジスタＱ
2のベース電極７とをつなぐ内部配線、９は前記トラン
ジスタＱ2のエミツタ電極、１０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
ヨン膜であり、１２はＮ+型のチヤネルストツパ、１３
は高耐圧を確保するためのカードリングである。
第３図は第２図に示した従来の構造のＡ−Ａ′線に沿つ
た断面の不純物濃度分布図で、横軸はベース電極７とＳ
ｉとの界面からの距離を示し、縦軸は濃度を示す。従来
のアバランシエダイオードＤA内蔵部分の不純物濃度分
布は、ベース領域４の表面濃度ＮSを２×１０１８atoms
/cm2，深さxjを20μｍとし、Ｎ領域３はベース領域４の
形成前に拡散により形成され、ベース領域４直下の濃度
が、１×１０１５atoms/cm3がＮ-コレクタ領域２の濃度
1.2×１０１４atoms/cm3に等しくなるまでの距離は１０
μｍである。また、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。
た断面の不純物濃度分布図で、横軸はベース電極７とＳ
ｉとの界面からの距離を示し、縦軸は濃度を示す。従来
のアバランシエダイオードＤA内蔵部分の不純物濃度分
布は、ベース領域４の表面濃度ＮSを２×１０１８atoms
/cm2，深さxjを20μｍとし、Ｎ領域３はベース領域４の
形成前に拡散により形成され、ベース領域４直下の濃度
が、１×１０１５atoms/cm3がＮ-コレクタ領域２の濃度
1.2×１０１４atoms/cm3に等しくなるまでの距離は１０
μｍである。また、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。
このような不純物濃度において、アバランシエダイオー
ドＤAのクリツプ電圧ＶAは、ベース領域４直下のＮ領域
３の最も高濃度な部分の比抵抗により定まる。
ドＤAのクリツプ電圧ＶAは、ベース領域４直下のＮ領域
３の最も高濃度な部分の比抵抗により定まる。
しかしながら、上記従来の構成においては下記に示す欠
点がある。
点がある。
第４図の曲線Ｉは、第２図のアバランシエダイオードＤ
Aを内蔵したトランジスタのクリツプ電圧ＶAと周囲温度
Ｔaとの関係を示す。第４図に示すとおり、従来のアバ
ランシエダイオードＤAは、正の温度依存性が極めて大
きい。クリツプ電圧ＶAの許容できる範囲の下限は、イ
グニツシヨンコイルの二次側出力電圧との関係により決
定され、上限は二次破壊耐量（ＥS／ｂ）との関係によ
り決定される。
Aを内蔵したトランジスタのクリツプ電圧ＶAと周囲温度
Ｔaとの関係を示す。第４図に示すとおり、従来のアバ
ランシエダイオードＤAは、正の温度依存性が極めて大
きい。クリツプ電圧ＶAの許容できる範囲の下限は、イ
グニツシヨンコイルの二次側出力電圧との関係により決
定され、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照らしてアバランシ
エダイオードＤAを選別する必要があり、素子のばらつ
きにより実使用上問題となる点が多かつた。
（−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照らしてアバランシ
エダイオードＤAを選別する必要があり、素子のばらつ
きにより実使用上問題となる点が多かつた。
この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、ダーリントンパワートランジスタからなる半導体
装置のコレクタ領域の一部表面に電気的に接続されかつ
絶縁膜を介してコレクタ領域表面に延長した電極金属片
を設け、この電極金属片の延長した終端をコレクタ表面
上に透過させた状態でこの電極金属片の終端とベース領
域端との間に間隙を設け、この間隙の幅を、第２のエミ
ッタ領域とベース領域およびコレクタ領域からなる後段
のトランジスタのコレクタ・ベース接合から伸びる空乏
層の幅よりも短かく設定することにより、クリツプ電圧
ＶAが温度に依存しにくい半導体装置を提供するもので
ある。
ので、ダーリントンパワートランジスタからなる半導体
装置のコレクタ領域の一部表面に電気的に接続されかつ
絶縁膜を介してコレクタ領域表面に延長した電極金属片
を設け、この電極金属片の延長した終端をコレクタ表面
上に透過させた状態でこの電極金属片の終端とベース領
域端との間に間隙を設け、この間隙の幅を、第２のエミ
ッタ領域とベース領域およびコレクタ領域からなる後段
のトランジスタのコレクタ・ベース接合から伸びる空乏
層の幅よりも短かく設定することにより、クリツプ電圧
ＶAが温度に依存しにくい半導体装置を提供するもので
ある。
以下、この発明を図面について説明する。
第５図はこの発明の一実施例を示す構造図である。この
図において、１，２，４〜１３は第２図と同一のものを
示し、１４は電圧制御用電極である。
図において、１，２，４〜１３は第２図と同一のものを
示し、１４は電圧制御用電極である。
次に動作について説明する。
第２図に示す従来構造と基本的に異なる点は、ベース領
域４を形成しているＰ領域直下はすべて元のＮ-コレク
タ領域２であり、クリツプ電圧ＶAはベース領域４の端
と、Ｎ+チヤネルストツパ１２に電気的に接続して、か
つ、パツシベーシヨン膜１１を介して内方向に延長され
ている電圧制御用電極１４の端までの横方向への実質的
な距離（ガードリング１３の領域を除く距離）ιと、Ｎ
-コレクタ領域２の比抵抗によつて決定される。
域４を形成しているＰ領域直下はすべて元のＮ-コレク
タ領域２であり、クリツプ電圧ＶAはベース領域４の端
と、Ｎ+チヤネルストツパ１２に電気的に接続して、か
つ、パツシベーシヨン膜１１を介して内方向に延長され
ている電圧制御用電極１４の端までの横方向への実質的
な距離（ガードリング１３の領域を除く距離）ιと、Ｎ
-コレクタ領域２の比抵抗によつて決定される。
電圧制御用電極１４は、高圧印加時、正の電圧となり絶
縁膜であるパツシベーシヨン膜を介してＮ-コレクタ領
域２の表面に負の電荷を誘起し、空乏層の伸びを制御す
ることができる。このことから、電圧制御用電極１４の
位置を変化することにより、耐圧を変化させることが可
能となる。つまり、トランジスタの持つコレクタ・エミ
ツタサステイニング電圧ＶCE（ＳＵＳ）よりも低い（ク
リツプできる）電圧に、主接合の耐圧を抑えることが可
能である。
縁膜であるパツシベーシヨン膜を介してＮ-コレクタ領
域２の表面に負の電荷を誘起し、空乏層の伸びを制御す
ることができる。このことから、電圧制御用電極１４の
位置を変化することにより、耐圧を変化させることが可
能となる。つまり、トランジスタの持つコレクタ・エミ
ツタサステイニング電圧ＶCE（ＳＵＳ）よりも低い（ク
リツプできる）電圧に、主接合の耐圧を抑えることが可
能である。
この発明の半導体装置の動作は、半導体基体の比抵抗の
温度変化および比抵抗との耐圧との関係、さらに、比抵
抗と印加電圧による空乏層の幅の関係により説明でき
る。すなわち、常温時に比抵抗ρが５Ωcmのものが低温
時（−３０℃）には３Ωcmとなり、また、高温時（＋１
５０℃）には１０Ωcmにそれぞれ変化する。したがつ
て、耐圧は２７０〜５００Ｖまで変化する。
温度変化および比抵抗との耐圧との関係、さらに、比抵
抗と印加電圧による空乏層の幅の関係により説明でき
る。すなわち、常温時に比抵抗ρが５Ωcmのものが低温
時（−３０℃）には３Ωcmとなり、また、高温時（＋１
５０℃）には１０Ωcmにそれぞれ変化する。したがつ
て、耐圧は２７０〜５００Ｖまで変化する。
この発明は、従来問題となつていたクリツプ電圧ＶAの
温度依存性を、耐圧値と空乏層の伸びにより制限する方
法により解決することにあり、この時の耐圧値Ｖは、 ここで、ＸmB：理論的なブレークダウン時の空乏層の幅 ＶB：理論的なブレークダウン値 ＷC：実際的な高抵抗層の幅 となり、これで耐圧が決まる。
温度依存性を、耐圧値と空乏層の伸びにより制限する方
法により解決することにあり、この時の耐圧値Ｖは、 ここで、ＸmB：理論的なブレークダウン時の空乏層の幅 ＶB：理論的なブレークダウン値 ＷC：実際的な高抵抗層の幅 となり、これで耐圧が決まる。
この場合、抵抗に温度依存性があつて、ブレークダウン
値ＶBが変化した場合、抵抗の増大と空乏層ＸmBの増大
が比例するための耐圧値Ｖの温度変化は制限される。
値ＶBが変化した場合、抵抗の増大と空乏層ＸmBの増大
が比例するための耐圧値Ｖの温度変化は制限される。
具体的に数値の一例を示すと、Ｃ−Ｂ接合から電圧制御
用電極１４の端までの距離が、ι＝１５μｍ（ただし、
ガードリング１３の領域は除く）、Ｎ-コレクタ領域２
の比抵抗ρを６０Ωcmとしたとき、周囲温度Ｔaが−３
０℃〜＋１５０℃に変化すると、比抵抗ρは４０〜１０
０Ωcmまで変化し、空乏層ＸmBは１００〜１５０μｍま
で変化する。この時耐圧値Ｖは、最大変化で３００〜３
８０Ｖまであり、従来品に比較して温度依存性が大幅に
制限される。これを第４図の曲線IIに示す。
用電極１４の端までの距離が、ι＝１５μｍ（ただし、
ガードリング１３の領域は除く）、Ｎ-コレクタ領域２
の比抵抗ρを６０Ωcmとしたとき、周囲温度Ｔaが−３
０℃〜＋１５０℃に変化すると、比抵抗ρは４０〜１０
０Ωcmまで変化し、空乏層ＸmBは１００〜１５０μｍま
で変化する。この時耐圧値Ｖは、最大変化で３００〜３
８０Ｖまであり、従来品に比較して温度依存性が大幅に
制限される。これを第４図の曲線IIに示す。
以上説明したように、この発明は、ダーリントンパワー
トランジスタからなる半導体装置のコレクタ領域の一部
表面に電気的に接続されかつ絶縁膜を介してコレクタ領
域表面に延長した電極金属片を設け、この電極金属片の
延長した終端をコレクタ表面上に透過させた状態でこの
電極金属片の終端とベース領域端との間に間隙を設け、
この間隙の幅を、第２のエミッタ領域とベース領域およ
びコレクタ領域からなる後段のトランジスタのコレクタ
・ベース接合から伸びる空乏層の幅よりも短かく設定し
たので、周囲温度の変化に依存しないクリツプ電圧が得
られ、サージ電圧からトランジスタを安定に保護できる
利点を有する。
トランジスタからなる半導体装置のコレクタ領域の一部
表面に電気的に接続されかつ絶縁膜を介してコレクタ領
域表面に延長した電極金属片を設け、この電極金属片の
延長した終端をコレクタ表面上に透過させた状態でこの
電極金属片の終端とベース領域端との間に間隙を設け、
この間隙の幅を、第２のエミッタ領域とベース領域およ
びコレクタ領域からなる後段のトランジスタのコレクタ
・ベース接合から伸びる空乏層の幅よりも短かく設定し
たので、周囲温度の変化に依存しないクリツプ電圧が得
られ、サージ電圧からトランジスタを安定に保護できる
利点を有する。
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図は第２図のＡ−Ａ′線に沿
つた断面の不純物濃度分布図、第４図はクリツプ電圧の
温度依存性を示す波形図、第５図はこの発明の一実施例
を示す断面図である。 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型のベース領域、５，６は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Ｎ+チヤネルストツパ、１３はガードリン
グ、１４は電圧制御用電極である。 なお、図中の同一符号は同一または相当部分を示す。
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図は第２図のＡ−Ａ′線に沿
つた断面の不純物濃度分布図、第４図はクリツプ電圧の
温度依存性を示す波形図、第５図はこの発明の一実施例
を示す断面図である。 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型のベース領域、５，６は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Ｎ+チヤネルストツパ、１３はガードリン
グ、１４は電圧制御用電極である。 なお、図中の同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】一導電形を有するコレクタ領域と、このコ
レ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
と同一の導電形の第１のエミッタ領域および第２のエミ
ッタ領域と、前記コレクタ領域の一部表面に電気的に接
続されかつ絶縁膜を介して前記コレクタ領域表面に延長
した電極金属片とを有するダーリントンパワートランジ
スタからなる半導体装置において、前記電極金属片の延
長した終端をコレクタ表面上に透過させた状態でこの電
極金属片の終端と前記ベース領域端との間に間隙を設
け、この間隙の幅を、前記第２のエミッタ領域と前記ベ
ース領域および前記コレクタ領域からなる後段のトラン
ジスタのコレクタ・エミッタサステイニング電圧より低
い電圧においてコレクタ・ベース接合から伸びる空乏層
の幅よりも短かい幅に設定したことを特徴とする半導体
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59013721A JPH0638419B2 (ja) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59013721A JPH0638419B2 (ja) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60157253A JPS60157253A (ja) | 1985-08-17 |
| JPH0638419B2 true JPH0638419B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=11841105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59013721A Expired - Lifetime JPH0638419B2 (ja) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0638419B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0442919Y2 (ja) * | 1986-07-11 | 1992-10-12 | ||
| JPH01198071A (ja) * | 1988-02-03 | 1989-08-09 | Mitsubishi Electric Corp | クリップダイオード内蔵形トランジスタ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59181679A (ja) * | 1983-03-31 | 1984-10-16 | Nippon Denso Co Ltd | 半導体装置 |
-
1984
- 1984-01-25 JP JP59013721A patent/JPH0638419B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60157253A (ja) | 1985-08-17 |
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