JPH05308127A - パワートランジスタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パワートランジスタ装置に作り込まれたツェ
ナーダイオードのツェナー電圧を温度変化にかかわらず
一定に維持する。 【構成】 コレクタ、ベース、エミッタのトランジスタ
構造を備えており、コレクタＣとベースＢとの間にツェ
ナーダイオードＺが形成されているパワートランジスタ
装置において、シリコンサブストレート１０の第１主面
に形成された酸化膜１３上にポリシリコン膜２０が形成
され、このポリシリコン膜にｐｎ接合２２が複数個直列
に並設されており、このｐｎ接合２２群によって前記ツ
ェナーダイオードＺが形成されている。 【効果】 ツェナーダイオードＺがポリシリコン膜にｐ
ｎ接合を複数個並設して形成されているため、温度特性
係数がきわめて小さいｐｎ接合の耐圧特性をツェナー電
圧として活用することができる。このため、ツェナー電
圧を温度変化にかかわらず一定に維持することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パワートランジスタ装
置、特に、ダーリントントランジスタ接続されたものに
関し、例えば、内燃機関の点火装置における所謂ＩＣイ
グナイタに利用して有効なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車に搭載される多気筒内燃機
関の点火装置（ＩＣイグナイタ）に使用されるパワート
ランジスタ装置においては、各気筒に印加される１次側
コイルの起電圧を安定化させるために、コレクタとベー
スとの間にツェナーダイオードが介設されている。すな
わち、このツェナーダイオードのツェナー電圧によって
起電圧の異常上昇が抑止されるようになっている。

【０００３】一方、このようなパワートランジスタ装置
としては、ダーリントントランジスタ回路が使用されて
いる。そして、この種のダーリントントランジスタ回路
として、例えば、特公平２−５１２５６号公報に記載さ
れているものがある。

【０００４】すなわち、このダーリントントランジスタ
回路は、単一のサブストレートにパワートランジスタお
よびドライバトランジスタが作り込まれているととも
に、前記したツェナーダイオードが作り込まれている。
そして、このツェナーダイオードはシリコンサブストレ
ートのバルク中に拡散方式で形成するのが、一般的であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなパワートラ
ンジスタ装置においては、コレクタ−ベース間のツェナ
ーダイオードのツェナー電圧がシリコンバルク中のｐｎ
接合の濃度および深さによって決定され、ツェナーダイ
オードにおけるツェナー電圧の温度特性が、正の温度特
性係数（通常、１０００〜２０００ｐｐｍ／℃程度）を
持つため、パワートランジスタ装置の雰囲気温度が上が
ると、ツェナー電圧も上昇してしまうという問題点があ
ることが、本発明者によって明らかにされた。

【０００６】例えば、ツェナーダイオードのツェナー電
圧が大きくなると、１次側コイルの起電圧が大きくなる
ため、各気筒に印加される２次側コイルの発生電圧が大
きくなる。通常、２次側コイルの発生電圧は２次側ケー
ブルの絶縁耐圧を決定するため、ツェナーダイオードの
ツェナー電圧が上昇すると、２次側ケーブルの絶縁耐圧
を余計に大きく設定することが余儀なくされてしまう。

【０００７】本発明の目的は、ツェナーダイオードのツ
ェナー電圧における温度特性を改良することができるパ
ワートランジスタ装置を提供することにある。

【０００８】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。

【００１０】すなわち、コレクタ、ベース、エミッタの
トランジスタ構造を備えており、コレクタとベースとの
間にツェナーダイオードが介設されているパワートラン
ジスタ装置において、前記ツェナーダイオードが温度依
存性が非常に小さいポリシリコンのｐｎ接合構造によっ
て形成されていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】前記した手段によれば、耐圧についての温度特
性係数が非常に小さい（≒０ｐｐｍ／℃）ポリシリコン
のｐｎ接合構造によってツェナーダイオードが構成され
ているため、ツェナー電圧の温度特性係数が非常に小さ
いツェナーダイオードが形成されることになる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例であるパワートラン
ジスタ装置を示す正面断面図、図２はその平面図、図３
はその等価回路図、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）はツェナーダイオードの製造工程を示す工程図で
ある

【００１３】本実施例において、本発明に係るパワート
ランジスタ装置は、所謂ＩＣイグナイタに使用されるも
のとして構成されており、単一のペレットに組み込まれ
ている。すなわち、このパワートランジスタ装置１はそ
のコレクタ接続端子Ｃが１次側コイル２に、そのベース
接続端子Ｂがピックアップ装置３に、エミッタ接続端子
Ｅがアースにそれぞれ接続されている。１次側コイル２
にはバッテリー４が接続されているとともに、点火プラ
グ６に接続された２次側コイル５が対向されている。

【００１４】このパワートランジスタ装置１は、パワー
トランジスタＴ₁ とドライバトランジスタＴ₂ とを備え
ており、パワートランジスタＴ₁ とドライバトランジス
タＴ₂ とはダーリントン接続されている。そして、パワ
ートランジスタＴ₁ のコレクタＣとドライバトランジス
タＴ₂ のベースＢとの間にはポリシリコンに形成された
ｐｎ接合構造によるツェナーダイオードＺが形成されて
いる。

【００１５】すなわち、このパワートランジスタ装置１
は、ｎ導電形半導体としてのシリコンサブストレート
（以下、サブストレートという。）１０を備えており、
このサブストレート１０において、第１主面から２つの
トランジスタＴ₁ 、Ｔ₂ における２つのｐ導電形ベース
領域１１ａおよび１１ｂがそれぞれ拡散されている。こ
れら第１ベース領域１１ａおよび第２ベース領域１１ｂ
は、サブストレート１０とともに、第１ｐｎ接合１２ａ
および第２ｐｎ接合１２ｂをそれぞれ形成している。

【００１６】これら第１ベース領域１１ａおよび第２ベ
ース領域１１ｂ内において、同一の第１主面から２つの
トランジスタＴ₁ およびＴ₂ におけるｎ導電形エミッタ
領域９ａおよび９ｂがそれぞれ拡散されている。サブス
トレート１０の第１主面には不活性層としての酸化膜１
３が、第１主面における各ｐｎ接合が表面に露出する領
域を被覆するように選択的に形成されている。

【００１７】パワートランジスタＴ₁ のエミッタ領域９
ａ上にはエミッタ電極９が、アルミニウム等の導電性を
有する金属材料が被着されることにより形成されてお
り、このエミッタ電極９にはパワートランジスタ装置１
におけるエミッタ接続端子Ｅが接続されている。

【００１８】また、ドライバトランジスタＴ₂ のベース
領域１１ｂ上にはベース電極８が、アルミニウム等の導
電性を有する金属材料が被着されることにより形成され
ており、このベース電極９にはこのパワートランジスタ
装置１におけるベース接続端子Ｂが接続されている。

【００１９】さらに、サブストレート１０の第２主面に
はコレクタ電極７が、アルミニウム等の導電性を有する
金属材料が被着されることにより形成されており、この
コレクタ電極７にはこのパワートランジスタ１における
コレクタ接続端子Ｃが接続されている。

【００２０】ドライバトランジスタＴ₂ のベース領域１
１ｂ上に形成された酸化膜１３の領域上には、ツェナー
ダイオードＺがポリシリコンのｐｎ接合構造によって形
成されている。このポリシリコンのｐｎ接合構造は図４
に示されている製造工程によって形成されている。

【００２１】以下、このポリシリコンに形成されたｐｎ
接合構造によるツェナーダイオードＺの製造方法につい
て、簡単に説明する。

【００２２】まず、図４（ａ）に示されているように、
ドライバトランジスタＴ₂ のベース領域１１ｂに形成さ
れた酸化膜１３上に、ポリシリコン膜２０がＣＶＤ法等
によって選択的に被着される。

【００２３】続いて、図４（ｂ）に示されているよう
に、このポリシリコン膜２０にｐ導電形不純物としてボ
ロン（Ｂ）がイオン打ち込み法等の適当な手段によって
打ち込まれ、ポリシリコン膜２０にｐ導電形領域が形成
される。

【００２４】次に、ｐ導電形領域になったポリシリコン
膜２０上に、レジストによるマスク２１がリソグラフィ
ー処理によって形成される。そして、ポリシリコン膜２
０にはｎ導電形不純物として燐（Ｐ）がマスク２１を介
して選択的に打ち込まれる。これにより、ポリシリコン
膜２０にはｐｎ接合２２が複数個、互いに直列に形成さ
れる。便宜上、ｐ導電形領域、ｎ導電形領域が合計４個
だけ図示されているが、ｐｎ接合２２の耐圧によって後
述するツェナー電圧Ｖｚが決定されるため、ｐｎ接合２
２の個数は所望のツェナー電圧Ｖｚの値に対応して多数
個、並設されることになる。

【００２５】図４（ｄ）に示されているように、ｐｎ接
合２２が複数個並設されたポリシリコン膜２０の上に
は、保護酸化膜１４が形成される。

【００２６】以上のようにして製造されたポリシリコン
膜２０に並設された複数個のｐｎ接合２２によるツェナ
ーダイオードＺは、ｐｎ接合２２群の最初のｐ導電形領
域においてベース電極８に電気的に接続されており、ｐ
ｎ接合２２群の最後のｎ導電形領域においてサブストレ
ート１０の第１主面、すなわち、コレクタ電極７に電気
的に接続されている。

【００２７】なお、両トランジスタＴ₁ 、Ｔ₂ にそれぞ
れ接続された第１抵抗Ｒ₁ および第２抵抗Ｒ₂ はサブス
トレート１０に形成されるが、図示は省略されている。

【００２８】次に作用を説明する。例えば、前記構成に
係るパワートランジスタ装置１が所謂ＩＣイグナイタと
して使用された場合、パワートランジスタＴ₁ がオンす
ると、パワートランジスタＴ₁ のコレクタ接続端子Ｃに
接続された１次側コイル２に電流ｉが供給される。この
とき、前記パワートランジスタ装置１においては、電流
ｉがコレクタ電極７からエミッタ電極９へ流れることに
なる。

【００２９】次に、パワートランジスタＴ₁ がオフする
と、１次側コイル２には蓄積エネルギが発生し、起電圧
Ｖｓが発生する。この起電圧Ｖｓによって２次側コイル
５には２次側電圧Ｖｐが発生される。この２次側電圧Ｖ
ｐはきわめて高電圧であるため、２次側コイル５に接続
された点火プラグ６がスパークし、もって、エンジン
（図示せず）内で点火プラグ６による点火が発生する。

【００３０】そして、パワートランジスタＴ₁ のオン・
オフはドライバトランジスタＴ₂ におけるベース接続端
子Ｂの電流によって制御される。このベース接続端子Ｂ
の電流はデイストリビュータ内のピックアップ装置３に
よって検出される点火信号に基づいて、コンピュータ等
によって制御される。

【００３１】ところで、パワートランジスタＴ₁ がオフ
した時に、前記起電圧Ｖｓがツェナー電圧Ｖｚ以上に上
昇しようとした場合には、ツェナーダイオードＺにこれ
に対して逆方向の電流ｉが流れることになるため、前記
１次側コイル２の起電圧Ｖｓがツェナー電圧Ｖｚ以上に
上昇する事態が発生するのは未然に防止されることにな
る。本実施例において、このツェナー電圧Ｖｚの値は、
直列に並設されたｐｎ接合２２の個数によって所望の値
に設定されている。

【００３２】このツェナーダイオードＺによる１次側コ
イル２における起電圧Ｖｓの異常上昇防止作用によっ
て、２次側コイル５における２次側電圧Ｖｐも安定化さ
れるため、前述した点火作用は安定して実行されること
になる。

【００３３】本実施例において、ツェナーダイオードＺ
の逆電流ｉは、コレクタ電極７からベース電極８に流れ
ることになる。そして、このツェナーダイオードＺはポ
リシリコン膜２０に複数個並設されたｐｎ接合２２によ
って形成されているため、パワートランジスタ装置１が
晒されている雰囲気において激しい温度変化が起こって
も、予め設定されたツェナー電圧Ｖｚにて前述した起電
圧Ｖｓについての異常上昇防止作用を常に実現すること
になる。

【００３４】すなわち、このポリシリコン膜２０に複数
個並設されたｐｎ接合２２群は、ツェナー電圧Ｖｚを決
定する耐圧の温度特性係数（ｐｐｍ／℃）が略零になる
程、きわめて小さいため、パワートランジスタ装置１の
温度上昇にかかわらず、前記したツェナー電圧Ｖｚを一
定に維持することができる。

【００３５】したがって、このポリシリコン膜２０に複
数個並設されたｐｎ接合２２群によるツェナーダイオー
ドＺが一体的に作り込まれたパワートランジスタ装置１
がＩＣイグナイタに使用された場合において、ＩＣイグ
ナイタがエンジンルームで低温度から高温度まで変化し
ても、前記ツェナー電圧Ｖｚは温度変化にかかわらず、
一定に維持されるため、前述した１次側コイル２の起電
圧Ｖｓは所定値以下に維持されることになる。その結
果、２次側コイル５の高電圧Ｖｐが安定に実行されるた
め、点火プラグ６の点火作用も安定に実行されることに
なる。

【００３６】前記実施例によれば次の効果が得られる。 パワートランジスタ装置において、ポリシリコン膜
にｐｎ接合を複数個並設してツェナーダイオードを形成
することにより、温度特性係数がきわめて小さいｐｎ接
合の耐圧特性をツェナー電圧として活用することができ
るため、ツェナー電圧を温度変化にかかわらず、常に一
定に維持することができる。

【００３７】 前記のツェナーダイオードを備えた
パワートランジスタ装置をＩＣイグナイタに使用するこ
とにより、低温度から高温度まで変化するエンジンルー
ムにおいても一次側電圧を所定電圧値以下に常に維持す
ることができるため、２次側電圧を安定に作動させるこ
とができ、エンジンの点火作動を安定に維持することが
できる。その結果、２次側コイルのケーブルにおける絶
縁耐圧を余計に大きく設定しなくて済む。

【００３８】 ポリシリコン膜をサブストレートの第
１主面上に形成して、ｐｎ接合群を形成することによ
り、構造およびその製造工程が簡単になるため、その生
産性を高めることができる。

【００３９】 また、ツェナーダイオードのツェナー
電圧はポリシリコンに形成されるｐｎ接合の個数によっ
て設定することができるため、ツェナー電圧を所望の値
に簡単に設定することができる。

【００４０】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４１】例えば、ポリシリコンのｐｎ接合群による
ツェナーダイオードは、ベース電極の真下領域に形成す
るに限らず、ベースとコレクタの接合を渡るように形成
してもよい。

【００４２】前記実施例においては、パワートランジス
タ装置がダーリントントランジスタ回路に構成されてい
る場合につき説明したが、本発明はこれに限らず、他の
トランジスタ回路に構成してもよい。

【００４３】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるＩＣイ
グナイタに適用した場合について説明したが、それに限
定されるものではなく、他の高電圧電源回路等のパワー
トランジスタ装置全般に適用する。

【００４４】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。

【００４５】パワートランジスタ装置において、ポリシ
リコン膜にｐｎ接合を複数個並設してツェナーダイオー
ドを形成することにより、温度特性係数がきわめて小さ
いｐｎ接合の耐圧特性をツェナー電圧として活用するこ
とができるため、ツェナー電圧を温度変化にかかわらず
一定に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるパワートランジスタ装
置を示す正面断面図である。

【図２】その平面図である。

【図３】その等価回路図である。

【図４】ツェナーダイオードの製造工程を示す工程図で
ある

【符号の説明】

１…パワートランジスタ装置、２…１次側コイル、３…
ピックアップ装置、４…バッテリー、５…２次側コイ
ル、６…点火プラグ、７…コレクタ電極、８…ベース電
極、９…エミッタ電極、９ａ、９ｂ…ｎ導電形領域、１
０…サブストレート、１１ａ…第１ベース領域、１１ｂ
…第２ベース領域、１２ａ…第１ｐｎ接合、１２ｂ…第
２ｐｎ接合、１３…酸化膜、１４…保護酸化膜、２０…
ポリシリコン膜、２１…マスク、２２…ｐｎ接合、Ｔ₁
…パワートランジスタ、Ｔ₂ …ドライバトランジスタ、
Ｚ…ツェナーダイオード、ｉ…電流、Ｖｓ…起電圧、Ｖ
ｐ…２次側電圧、Ｖｚ…ツェナー電圧。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コレクタ、ベース、エミッタのトランジ
   スタ構造を備えており、コレクタとベースとの間にツェ
   ナーダイオードが介設されているパワートランジスタ装
   置において、 前記ツェナーダイオードが温度依存性が非常に小さいポ
   リシリコンのｐｎ接合構造によって形成されていること
   を特徴とするパワートランジスタ装置。
2. 【請求項２】 前記ポリシリコンに形成されたｐｎ接合
   構造がシリコンサブストレートの第１主面における絶縁
   層上に配設されていることを特徴とする請求項１に記載
   のパワートランジスタ装置。
3. 【請求項３】 前記パワートランジスタにドライバトラ
   ンジスタがダーリントン接続されており、前記ｐｎ接合
   構造が形成されたポリシリコンがシリコンサブストレー
   トの第１主面におけるベース電極の真下に配設されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載のパワートランジス
   タ装置。