(57)【要約】【課題】ＩＧＢＴを流れる電流波形の振動を抑える。半導体装置全体の小型化を図り、コストを低減させる。【解決手段】一次側コイルに流れる低圧電流を断続するＩＧＢＴ３と、外部ゲート端子１と外部コレクタ端子２との間に定電圧回路７と、保護用のツェナーダイオード４〜６とを備えている。定電圧回路７は、ＩＧＢＴ３の飽和電流値が所定の制限電流値となるような一定のゲート電圧を、ＩＧＢＴ３に供給している。ＩＧＢＴ３は、半導体装置の制限電流値の範囲に飽和電流値がある。定電圧回路７では、並列に接続された複数のディプレッション型ＭＯＳＦＥＴとダイオードとが直列に接続されている。それぞれのディプレッション型ＭＯＳＦＥＴには選択スイッチが接続されており、全ての選択スイッチはセレクタ回路に接続されている。そして、工場出荷時に、セレクタ回路によって選択スイッチの開閉を行うことで、半導体装置製造上の電気的特性によって生じる電圧変動を調整している。【選択図】図１
2010045141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＧＢＴと、
前記ＩＧＢＴの飽和電流値を制限電流値以下とする一定電圧を前記ＩＧＢＴのゲートに印加する定電圧回路と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ＩＧＢＴのエミッタに抵抗が接続されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ＩＧＢＴは、トレンチゲート構造またはプレーナゲート構造で形成することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
少なくとも前記ＩＧＢＴと前記定電圧回路とを同一の半導体基板に形成して一体化することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項５】
少なくとも前記ＩＧＢＴと前記定電圧回路とをそれぞれ異なる半導体基板に形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記抵抗は、前記ＩＧＢＴのエミッタ側の表面層に形成されることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記抵抗は、前記ＩＧＢＴのソース領域中の拡散領域に形成されることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記抵抗は、アルミニウムを主成分とする配線に形成されることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記抵抗は、前記定電圧回路が形成された半導体基板に形成されることを特徴とする請求項２〜５および８のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１０】
点火コイルの一次側コイルに直列に接続され、一次側コイルに流れる電流を断続するＩＧＢＴと、点火コイルの二次側コイルに直列に接続され、前記ＩＧＢＴの断続により二次側コイルに発生する高電圧を放電させる点火プラグを備えてなる内燃機関用点火装置において、
前記ＩＧＢＴの飽和電流値を制限電流値以下とする一定電圧を前記ＩＧＢＴのゲートに印加する定電圧回路と、
を備えることを特徴とする内燃機関用点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置に関する。特にＬ負荷に接続され、電流値が制限される半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流値が制限される半導体装置には、例えば、内燃機関用点火装置（イグナイタ）がある。内燃機関用点火装置は、クルマなどに用いられるガソリンエンジンの制御装置として設けられており、燃焼室内に導入された燃料である例えばガソリンと空気との混合気に点火プラグで着火を行って燃焼を開始させる装置である。図１８は、内燃機関用点火装置の一例を示す概念図である。内燃機関用点火装置は、図１８に示すように、点火コイルとして一次側コイル２０１および二次側コイル２０２と、一次側コイル２０１を流れる低圧電流を断続するスイッチング手段２０３と、点火コイルに電力を供給するバッテリー２０４と、一次側コイル２０１を流れる低圧電流を断続することで二次側コイル２０２に発生する高圧電流を放電させて混合気に着火を行う点火プラグ２０５とで構成されている。スイッチング手段２０３は、微弱な電気信号を大きくする増幅機能とスイッチング機能とを備えている。この増幅機能およびスイッチング機能を実現するためにバイポーラトランジスタが用いられているが、近年では、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）に置き換えられつつある。
【０００３】
ＩＧＢＴを用いた内燃機関用点火装置として、次のような装置が提案されている。イグニッションコイルの一次巻線に直流電源とスイッチング手段を接続し、イグニッションコイルの二次巻線の一方端に点火プラグを接続し、該スイッチング手段の開閉によるイグニッションコイルの一次電流の変化により二次巻線に生ずる高電圧を点火プラグに供給するものであって、スイッチング手段がＭＯＳゲート構造トランジスタであり、一次巻線のコイル電流をある一定値に制限するために、少なくともコイル電流検出部と、ＭＯＳゲート構造トランジスタのゲート電圧を降下させる回路とを備え、ＭＯＳゲート構造トランジスタの電圧値の高い側の主端子の電圧が、ゲート端子電圧よりも高い場合に、主端子からゲート端子に流入する電流で生じた電圧をゲート端子に加える電流供給回路を備えた内燃機関点火用半導体装置において、前記の電流供給回路が、少なくとも複数個の定電流素子を直列接続して構成する。このとき、前記定電流素子が、ディプレッション型ＩＧＢＴもしくはディプレッション型ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳゲート型電界効果トランジスタ）である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、別の内燃機関用点火装置として、次のような装置が提案されている。点火コイルと直列に接続されて前記点火コイルに流れる電流をオン・オフ制御するスイッチングデバイスと、前記点火コイルに流れる電流を制限するよう前記スイッチングデバイスを制御する電流制限回路と、前記点火コイルから放出される電圧をクランプする電圧制限回路とを搭載した点火用半導体装置において、前記スイッチングデバイスの駆動端子に印加された入力信号に応答して動作を開始し、前記入力信号の印加から一定時間経過後に出力信号を出力するタイマ回路と、前記タイマ回路の出力信号に応答して、前記入力信号の継続印加に拘らず、前記スイッチングデバイスに流れている電流を低減させる主電流漸減回路と、を備えている。この点火用半導体装置は、出力段素子であるスイッチングデバイスとしてＩＧＢＴを使用している（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
一般的に、スイッチング用途の例えばインバータなどに用いられるＩＧＢＴには、低オン電圧特性と低スイッチング損失特性が求められる。内燃機関用点火装置に用いられるＩＧＢＴにおいても低スイッチング損失特性が求められるが、インバータと比べると重要度は低い。その理由は、内燃機関用点火装置では、例えばスイッチング時間１０μｓ前後、スイッチング周波数１ｋＨｚなど、スイッチング動作時間がインバータなどと比べて遅く、スイッチングによる損失を考慮する必要性が低いからである。そのため、トレードオフの関係にある低オン電圧特性と低スイッチング損失特性において、内燃機関用点火装置ではオン電圧を低減することに重点をおくことができ、低オン電圧を実現することで定常損失が小さくできる。
【０００６】
また、ＩＧＢＴのオン抵抗と点火コイルの抵抗分とを直列に併せた抵抗値によって一次側を流れる電流が制限を受けるが、ＩＧＢＴのオン抵抗を下げることができれば、点火コイルの抵抗分に余裕ができるため、インダクタンスの値の調整の自由度が増す。このインダクタンスの値の調整の自由度が増すことにより、点火コイルの設計が行い易くなる。
【０００７】
オン電圧を低減させた内燃機関用点火装置として、次のような装置が提案されている。ゲート端子と第１端子及び第２端子を有し、ゲート端子への電圧印加により前記第１、第２端子間に主電流を流す半導体スイッチング素子と、前記主電流が所定時間以上の間所定電流値を超えるような過電流となる場合に、まず、該主電流を第１の傾斜で低下させ、その後、該主電流を前記第１の傾斜よりも急な第２の傾斜で低下させる過電流保護回路と、前記主電流が前記所定時間よりも短時間で前記過電流よりもさらに大きな過電流となる場合に、前記ゲート端子の電圧を瞬時に低減させる過電流制限回路と、を備えている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００８】
しかしながら、内燃機関用点火装置では、点火プラグ２０５（図１８参照）での放電に失敗した場合に、二次側コイル２０２から一次側コイル２０１へ戻ってきた高圧電流により破壊されない耐量を確保する必要がある。半導体装置の耐量を確保するためには、半導体装置に一定の体積が必要であり、半導体素子の大きさをある一定以上小さくすることができない。そのため、低オン抵抗の実現が半導体装置の小型化によるコストの低減につながらない。
【０００９】
内燃機関用点火装置では、破壊を防止するための機能の一つとして電流制限機能がある。電流制限機能を設けることにより、コイルが過電流によって焼き切れることや、半導体素子が温度上昇によって破壊されることを防止している。図１９は、電流制限機能を設けた内燃機関用点火装置の一例を示す回路図である。図１９に示すように、内燃機関用点火装置は、一次側コイル（図１８参照）に低圧電流を流すメインＩＧＢＴ１０３と、メインＩＧＢＴ１０３に流れる電流を制御する電流制限回路１０７とを備えている。そして、保護用のツェナーダイオード１０４〜１０６が接続されている。
【００１０】
電流制限回路１０７は、外部コレクタ端子１０２側に、メインＩＧＢＴ１０３に流れる電流を監視するセンスＩＧＢＴ１１１がある。そして、センスＩＧＢＴ１１１のエミッタとグランドの間に接続され、センスＩＧＢＴ１１１のエミッタ近傍のノード１１３におけるセンス電圧を監視するセンス抵抗１１２とを備えている。また、ノード１１３におけるセンス電圧が、予め設定した電圧値に達したことを検知するコンパレータ１１４と、コンパレータ１１４の検知結果に応じてメインＩＧＢＴ１０３のゲートの開閉状態を制御するＭＯＳＦＥＴ１１６を備えている。コンパレータ１１４には、センス電圧値の基準となる電圧値を予め設定するＶｒｅｆ回路１１５が接続されている。コンパレータ１１４において、ノード１１３におけるセンス電圧がＶｒｅｆ回路１１５に設定された電圧値に達したことを検知する。そして、ＭＯＳＦＥＴ１１６により外部ゲート端子１０１のゲート信号をオフ状態にすることで、主回路内の電流値を所望の範囲内に制限している。
【００１１】
さらに、実際の製造工程においては、半導体素子の電気的特性のばらつきにより制限電流値がばらつくため、例えばトリミング回路などを備えている。トリミング回路により、半導体素子を流れる電流値が所望の制限電流値の範囲内に入るように調節している。例えば、センス抵抗１１２の抵抗値や、Ｖｒｅｆ回路１１５の参照電圧をトリミングすることで調整する方法がとられている。
【００１２】
電流制限機能を有する内燃機関用点火装置として、次のような装置が提案されている。一次コイルと二次コイルを有する点火コイル、および点火信号電圧に基づき前記点火コイルの一次コイルの電流を遮断し前記点火コイルの二次コイルに点火用高電圧を発生させるスイッチング回路を備えた内燃機関点火装置であって、前記点火信号電圧は、立ち上がり部分と立下がり部分を含んだパルス状電圧であり、前記スイッチング回路は、電源端子を持たず、前記点火コイルの一次コイルに接続される出力端子と、前記点火信号電圧を受ける入力端子と、基準電位端子とを持って構成されており、前記スイッチング回路は、前記出力端子と基準電位端子との間に接続されオン状態で前記点火コイルの一次コイルに電流を流し、オフ状態になったときに前記一次コイルの電流を遮断するスイッチング素子と、このスイッチング素子に対する駆動抵抗と、前記入力端子と基準電位端子との間に接続され前記駆動抵抗に駆動電流を供給する電流供給回路とを有し、前記電流供給回路は、前記点火信号電圧に基づき、前記立ち上がり部分において、前記駆動電流の供給を開始し、前記スイッチング素子をオン状態とし、前記立下がり部分において、前記駆動電流を遮断して、前記スイッチング素子をオフ状態とするように構成され、さらにこの電流供給回路は定電流回路を含み、この定電流回路は、前記駆動電流を定電流化し、この定電流化された駆動電流を前記駆動抵抗に供給する（例えば、特許文献４参照。）。
【００１３】
また、別の電流制限機能を有する内燃機関用点火装置として、次のような装置が提案されている。一次巻線および二次巻線を有し、前記一次巻線に流れる一次電流を遮断することで前記二次巻線に点火用高電圧を発生する点火コイルと、該点火コイルの前記一次巻線に流れる前記一次電流の通電・遮断を行う点火用スイッチング手段と、前記二次巻線に接続されて、前記点火用高電圧の印加により火花放電を発生する点火プラグと、を備えた内燃機関用点火装置であって、前記一次巻線への通電に伴って前記二次巻線に発生する前記点火用高電圧とは逆極性の誘導電圧により、前記点火プラグが点火時期とは異なる時期に火花放電を発生して内燃機関に誤点火が生じないように、前記一次巻線への通電開始時から所定期間にわたり前記一次電流の増加率を制限する一次電流制限手段を備える（例えば、特許文献５参照。）。
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−３１０１７３号公報
【特許文献２】特開２００２−００４９９１号公報
【特許文献３】特開２００１−３４５６８８号公報
【特許文献４】特許第３８４２２５９号公報
【特許文献５】特開２００３−２１４３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上述したような電流制限回路１０７（図１９参照）では、メインＩＧＢＴ１０３を流れる電流が上昇して所望の電流値に達した後に、電流値が一定の値を保つようにゲート信号を制御するフィードバックループが存在する。図２０は、電流制限動作のゲート信号およびコレクタ電流の波形を示す特性図である。図２０に示すように、第１の時間ｔ1において、ゲート信号がオン状態となると、誘導負荷（Ｌ負荷）によってコレクタ電流Ｉcが増加し始める。第２の時間ｔ2において、コレクタ電流Ｉcが所望の電流値Ｉcontrolに達することで、電流制限回路１０７が動作し始める。このとき、ゲート信号の制御が働き始めるまでにタイムラグΔｔが発生し、その間はコレクタ電流Ｉcが増加し
続ける。そのため、ゲート信号の制御が働く第３の時間ｔ3の時点では、コレクタ電流Ｉcは、所望の電流値Ｉcontrolを超えてしまう（以下、電流オーバーシュートとする）。そして、ゲート信号が制御されることで、コレクタ電流Ｉcは、電流オーバーシュートにより増加した最大電流値Ｉpeakから所望の電流値Ｉcontrolへと急激に低下する。その後も続けて行われる電流値を所望の電流値Ｉcontrolに保つためのフィードバックループにより、電流波形に振動（図２０の２点鎖線の電流波形）が生じやすくなる。
【００１６】
このような現象は、センスＩＧＢＴ１１１のエミッタ側にセンス抵抗１１２が接続されていることで、メインＩＧＢＴ１０３とセンスＩＧＢＴ１１１とに生じるバイアス条件の違いによる制限電流値のズレからも発生し、制御回路のバランスを取ることが非常に難しい。また、電流制御回路が複雑な構成となっており、かつセンスＩＧＢＴが必要であることから、制御回路が大きくなってしまう。そのため、半導体装置全体が大きくなりコストが増大してしまうという問題が生じる。特に、内燃機関用点火装置においては、メインＩＧＢＴ自体の面積は数ｍｍ2程度であり、半導体装置全体に占める制御回路の比率が大きくなってしまう。
【００１７】
また、内燃機関用点火装置では、メインＩＧＢＴ１０３と、電流制限回路１０７などの制御回路とを１つの半導体基板上に集積して一体化することができる。このとき、横型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴや、ゲート電圧を印加していないときにオン状態となり、動作時にオフ状態となるディプレッション型（ノーマリオン型）ＭＯＳＦＥＴを用いて、ゲート信号を生成する。これらのＭＯＳＦＥＴの電源電圧は、外部から別電源として供給される場合と、外部からのゲート信号を用いて供給される場合とがある。別電源として供給される場合は、電源電圧の電圧値の変動は少ない。しかしながら、外部からのゲート信号として供給される場合、回路にかかる負荷の状態などによって、ゲート信号の電圧値は大きく変動してしまう。
【００１８】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、メインＩＧＢＴに流れる電流波形の振動を抑え、ゲート電圧を一定に保つことができる半導体装置を提供することを目的とする。また、小型で簡易な制御回路を提案し、半導体装置全体の小型化を図ることでコストを低減させることができる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる半導体装置は、ＩＧＢＴと、前記ＩＧＢＴの飽和電流値を制限電流値以下とする一定電圧を前記ＩＧＢＴのゲートに印加する定電圧回路と、を備えている。
【００２０】
また、請求項２の発明にかかる半導体装置は、請求項１に記載の発明において、前記ＩＧＢＴのエミッタに抵抗が接続されることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項３の発明にかかる半導体装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記ＩＧＢＴは、トレンチゲート構造またはプレーナゲート構造で形成することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項４の発明にかかる半導体装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、少なくとも前記ＩＧＢＴと前記定電圧回路とを同一の半導体基板に形成して一体化することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項５の発明にかかる半導体装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、少なくとも前記ＩＧＢＴと前記定電圧回路とをそれぞれ異なる半導体基板に形成することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項６の発明にかかる半導体装置は、請求項２〜５のいずれか一つに記載の発明において、前記抵抗は、前記ＩＧＢＴのエミッタ側の表面層に形成されることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項７の発明にかかる半導体装置は、請求項２〜６のいずれか一つに記載の発明において、前記抵抗は、前記ＩＧＢＴのソース領域中の拡散領域に形成されることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項８の発明にかかる半導体装置は、請求項２〜５のいずれか一つに記載の発明において、前記抵抗は、アルミニウムを主成分とする配線に形成されることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項９の発明にかかる半導体装置は、請求項２〜５および８のいずれか一つに記載の発明において、前記抵抗は、前記定電圧回路が形成された半導体基板に形成されることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１０の発明にかかる内燃機関用点火装置は、点火コイルの一次側コイルに直列に接続され、一次側コイルに流れる電流を断続するＩＧＢＴと、点火コイルの二次側コイルに直列に接続され、前記ＩＧＢＴの断続により二次側コイルに発生する高電圧を放電させる点火プラグを備えてなる内燃機関用点火装置において、前記ＩＧＢＴの飽和電流値を制限電流値以下とする一定電圧を前記ＩＧＢＴのゲートに印加する定電圧回路と、を備えることを特徴とする。
【００２９】
上述した各請求項の発明によれば、センスＩＧＢＴを用いる電流制限回路に替えて、半導体装置の制限電流値の範囲に飽和電流値があるＩＧＢＴを用いることで、フィードバックループをなくすことができる。また、ＩＧＢＴの飽和特性を用いることで、ＩＧＢＴを流れる電流がＩＧＢＴの飽和電流値よりも上昇せずに、自然と電流制限状態になる。そのため、電流オーバーシュートは発生しないので、ＩＧＢＴに流れる電流波形の振動を抑えることができる。これにより、ゲート電圧を一定に保つことができる。また、複雑な構成を要する電流制限回路を用いないことで、制御回路を、小型で簡易なものにすることができる。これにより、半導体装置全体の小型化を図ることができ、コストを低減させることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明にかかる半導体装置によれば、ＩＧＢＴに流れる電流波形の振動を抑え、ゲート電圧を一定に保つことができるという効果を奏する。また、半導体装置全体の小型化を図ることができ、コストを低減させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明およびすべての添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本明細書において、ｎまたはｐを冠した半導体は、それぞれ電子、正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎ+やｎ-などのように、ｎやｐに付す「+」または「-」は、それぞれそれらが付されていない半導体の不純物濃度よりも比較的高濃度または比較的低濃度であることを表す。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる定電圧回路を有する半導体スイッチを示す回路図である。また、図２は、実施の形態１にかかる定電圧回路の一例を示す回路図である。図１に示すように、定電圧回路を有する半導体装置は、一次側コイル（図１８参照）に流れる低圧電流を断続するＩＧＢＴ３と、外部ゲート端子１と外部コレクタ端子２との間に接続され、ＩＧＢＴ３へ供給されるゲート電圧が一定となるように制御する定電圧回路７とを備えている。そして、ＩＧＢＴ３のゲートとグランドの間に、ＩＧＢＴ３のゲートを保護するためのツェナーダイオード４が接続されている。定電圧回路７と外部コレクタ端子２の間に、ＩＧＢＴ３を保護するためのツェナーダイオード５が接続されている。外部ゲート端子１とグランドの間に、回路を保護するためのツェナーダイオード６が接続されている。ＩＧＢＴ３のエミッタはグランドレベルに保たれている。
【００３３】
定電圧回路７では、図２に示すように、並列に接続された複数のディプレッション型ＭＯＳＦＥＴ１２と、ダイオード１３とを直列に接続している。ディプレッション型ＭＯＳＦＥＴ１２は、ゲート端子１６から入力されたゲート電圧の変動に応じて異なる電圧を供給するためのものであり、ディプレッション型ＭＯＳＦＥＴ１２にはそれぞれ選択スイッチ１１が接続されている。全ての選択スイッチ１１は、所望の電圧を選択するためのセレクタ回路１５と接続されている。そして、工場出荷時に、セレクタ回路１５によって、それぞれの選択スイッチ１１の開閉の設定を予め行い、半導体装置製造上の電気的特性によって生じる電圧変動を調整する。このとき、ダイオード１３のカソードはグランドレベルに保たれている。定電圧回路７は、ゲート端子１６から入力されたゲート電圧を一定の電圧値に変換し、その電圧をコレクタ端子１４からＩＧＢＴ３（図１参照）へ供給する機能を有している。
【００３４】
また、ＩＧＢＴ３のエミッタとグランドとの間に、エミッタ抵抗を備えても良い。図３は、実施の形態１にかかる定電圧回路を有する半導体スイッチの別の一例を示す回路図である。エミッタ抵抗８を備えることで、ＩＧＢＴ３に飽和電流が流れたときは、エミッタ抵抗８の電圧降下によりＩＧＢＴ３の実効的なゲート電圧が低下し、ＩＧＢＴ３の飽和電流が小さくなる。また、通常動作する範囲の電流が流れたときは、エミッタ抵抗８の電圧降下が小さいため、エミッタ抵抗８のオン電圧への影響は少なくなる。その理由は、後述する。
【００３５】
なお、飽和領域においては、ＩＧＢＴ３の温度上昇に伴ってＩＧＢＴ３を流れる電流は減少するため、定電圧回路７に、ＩＧＢＴ３の温度上昇とともにゲート電圧を上げる機能を備えても良い。この機能を備える方法として、定電圧回路７に、例えば正の温度特性を持つ抵抗をダイオード１３と直列に接続するなどの方法がある。
【００３６】
以上、説明したように、実施の形態１によれば、センスＩＧＢＴを用いる電流制限回路に替えて、半導体装置の制限電流値の範囲に飽和電流値があるＩＧＢＴ３を用いることで、ゲート電圧を所定の値に保つだけでフィードバックループをなくすことができる。また、ＩＧＢＴ３の飽和特性を用いることで、ＩＧＢＴ３を流れる電流がＩＧＢＴ３の飽和電流値よりも上昇せずに、自然と電流制限状態になる。そのため、電流オーバーシュートは発生しないので、ＩＧＢＴ３に流れる電流波形の振動を抑えることができる。また、複雑な構成を要する電流制限回路を用いないことで、定電圧回路７を含む制御回路を、小型で簡易なものにすることができる。これにより、半導体装置全体の小型化を図ることができ、コストを低減させることができる。
【００３７】
（実施の形態２）
ＩＧＢＴとＩＧＢＴを制御する回路とを一体化させた半導体スイッチについて説明をする。図４は、ＩＧＢＴと制御回路とを内蔵したモノリシック半導体スイッチを示す概念図である。ゲートパッド２１、制御回路２２、ＩＧＢＴ２３、エミッタパッド２４、エミッタ抵抗２５および定電圧回路２６は、例えばアルミニウムを主成分とする電極などで配線されている。ＩＧＢＴ２３のエミッタ電極は、エミッタ抵抗２５を介してエミッタパッド（Ｅパッド）２４に接続されている。エミッタパッド２４は、外部にボンディングワイヤによって接続される。ゲートパッド（Ｇパッド）２１は、外部電源とボンディングワイヤによって接続される。制御回路２２は、ゲートパッド２１に接続されている。そして、ゲートパッド２１から供給された電圧を、制御回路２２内に設けられている定電圧回路２６で所望の電圧値に調節し、ゲート電圧としてＩＧＢＴ２３に供給している。実施の形態２において、ＩＧＢＴ２３、定電圧回路２６およびエミッタ抵抗２５は、それぞれ、実施の形態１におけるＩＧＢＴ３、定電圧回路７およびエミッタ抵抗８（図１および図３参照）に相当する。
【００３８】
以上、説明したように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、１つの半導体基板上にＩＧＢＴと制御回路を作製することで、半導体スイッチ全体を小さくすることができる。さらに、ボンディングワイヤなどによる電極接続部分を最小にすることができる。そのため、信頼性に優れた半導体スイッチを作製することができる。
【００３９】
（実施の形態３）
ＩＧＢＴとＩＧＢＴを制御する回路とを、一つの半導体基板上に形成し一体化させた半導体スイッチについて説明をする。ＩＧＢＴとして、プレーナゲート構造のＩＧＢＴを作製している。図５は、プレーナゲート構造のＩＧＢＴおよび制御回路を内蔵したモノリシック半導体スイッチを示す断面図である。図５に示すように、ｐ+コレクタ層１２１となる高不純物濃度のｐ型シリコン基板上に、ｎバッファ層１２２およびｎ-ドリフト層１２３が形成された半導体基板において、ＩＧＢＴ１４１、ＭＯＳＦＥＴ１４２およびディプレッション型ＭＯＳＦＥＴ１４３が設けられている。ＩＧＢＴ１４１において、ｎ-ドリフト層１２３の表面層の一部に、ｐベース領域１２４が設けられている。また、ｐベース領域１２４の表面層の一部には、２つのｎ+エミッタ領域１２５がお互いに離れて設けられている。ｐベース領域１２４がストライプ状の場合、ｎ+エミッタ領域１２５は分離した２本のストライプ状の場合と終端が連結されたリング状の場合がある。また、ｐベース領域１２４が多角形の島状の場合、ｎ+エミッタ領域１２５は多角形のリング状となる。ｐベース領域１２４の表面から、二つのｎ+エミッタ領域１２５の表面の一部にまでつながって、エミッタ電極１２８（以下、第１のエミッタ電極とする）が設けられている。半導体チップの表面のエミッタ電極１２８が接する以外の表面には、ゲート絶縁膜１２６を介してゲート電極１２７が設けられている。ｐ+コレクタ層１２１の裏面にはコレクタ電極１３４が設けられている。そして、半導体チップのエミッタ側およびコレクタ側には、それぞれゲート端子１３１およびコレクタ端子１３５が設けられている。
【００４０】
ＭＯＳＦＥＴ１４２においては、ＩＧＢＴ１４１と同様に、ｐベース領域１２４、ｎ+エミッタ領域１２５が形成されている。さらに、ｐベース領域１２４の表面層には、一つのｎ+エミッタ領域１２５に隣接して、ｐ+高濃度領域１２９が形成されている。そして、このｎ+エミッタ領域１２５の表面の一部からｐ+高濃度領域１２９の表面の一部にかけて、エミッタ電極１２８が設けられている（以下、第２のエミッタ電極とする）。また、もう一つのｎ+エミッタ領域１２５の表面の一部には、エミッタ電極１２８（以下、第３のエミッタ電極とする）が設けられている。また、半導体チップの表面のエミッタ電極１２８が接する以外の表面には、ゲート絶縁膜１２６を介してゲート電極１２７が設けられている。第２のエミッタ電極は、ゲート端子１３１と接続されている。第３のエミッタ電極は、ＩＧＢＴ１４１のゲート電極１２７と接続されている。ゲート電極１２７には、例えば電源電圧などの内部信号を受け取る配線１３２が設けられている。
【００４１】
ディプレッション型ＭＯＳＦＥＴ１４３においては、ＭＯＳＦＥＴ１４２と同様に、ｐベース領域１２４、ｎ+エミッタ領域１２５、ゲート絶縁膜１２６、ゲート電極１２７およびエミッタ電極１２８が形成されている。また、２つのｎ+エミッタ領域１２５に接するようにｎ高濃度領域１３０が設けられている。一つのエミッタ電極１２８（以下、第４のエミッタ電極とする）およびゲート電極１２７はＭＯＳＦＥＴ１４２の第３のエミッタ電極と接続されている。もう一つのエミッタ電極１２８（以下、第５のエミッタ電極とする）には、定電圧回路（図１の定電圧回路７）を接続するための外部端子１３３が設けられている。
【００４２】
次に、一つの半導体基板上に一体化させて作製された内燃機関用点火装置の別の一例について説明する。ＩＧＢＴとして、トレンチゲート構造のＩＧＢＴを形成している。図６は、トレンチゲート構造のＩＧＢＴおよび制御回路を内蔵したモノリシック半導体スイッチを示す断面図である。図５に示すプレーナゲート構造のＩＧＢＴを用いた半導体スイッチと同様に、１つの半導体基板に、ＩＧＢＴ１７１、ＭＯＳＦＥＴ１７２およびディプレッション型ＭＯＳＦＥＴ１７３が設けられている。図６に示すように、ｐ+コレクタ層１５１となる高不純物濃度のｐ型シリコン基板上に、ｎバッファ層１５２およびｎ-ドリフト層１５３が形成された半導体基板において、ｎ-ドリフト層１５３の表面層に、ｐベース領域１５４が設けられている。また、ｐベース領域１５４の表面層の一部に、ｎ+エミッタ領域１５５が設けられている。そして、ｎ+エミッタ領域１５５を貫通し、ｎ-ドリフト層１５３に達するトレンチ１５６が設けられている。トレンチ１５６の内部には、ゲート酸化膜１５７を介してゲート電極１５８が設けられている。また、ゲート酸化膜１５７およびゲート電極１５８の上には図示省略した絶縁膜を介してエミッタ電極１５９（第１のエミッタ電極）が設けられている。エミッタ電極１５９は、ｐベース領域１５４と、ｎ+エミッタ領域１５５の一部とに接するように設けられている。ｐ+コレクタ層１５１の裏面にはコレクタ電極１６５が設けられている。そして、半導体チップのエミッタ側およびコレクタ側には、それぞれゲート端子１６２およびコレクタ端子１６６が設けられている。
【００４３】
ＭＯＳＦＥＴ１７２およびディプレッション型ＭＯＳＦＥＴ１７３については、図５に示す半導体スイッチのＭＯＳＦＥＴ１４２およびディプレッション型ＭＯＳＦＥＴ１４３と同様に、ｐ+高濃度領域１６０およびｎ高濃度領域１６１が形成されている。また、内部信号を受け取る配線１６３および定電圧回路を接続するための外部端子１６４が設けられている。第１のエミッタ電極〜第５のエミッタ電極、およびその他の電極は、図５に示す半導体スイッチと同様に接続されている。
【００４４】
ＩＧＢＴ１７１としてトレンチゲート構造のＩＧＢＴを用いることで、プレーナゲート構造のＩＧＢＴ（図５参照）を用いるよりも容易にＩＧＢＴ１７１の飽和電流値を制御することができる。その理由は、後述する。特に、半導体装置の電流制限値を定格電流の２〜４倍にするために用いるときに、その効果を大きく発揮することができる。また、ＭＯＳＦＥＴ１７２およびディプレッション型ＭＯＳＦＥＴ１７３の効果は、図５に示す半導体基板のＭＯＳＦＥＴ１４２およびディプレッション型ＭＯＳＦＥＴ１４３と同様である。
【００４５】
以上、説明したように、実施の形態３によれば、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。また、ＩＧＢＴとして、プレーナゲート構造のＩＧＢＴまたはトレンチゲート構造のＩＧＢＴを用いることができる。トレンチゲート構造のＩＧＢＴを用いることで、プレーナゲート構造のＩＧＢＴを用いる場合に比べて、容易にＩＧＢＴの飽和電流値を制御することができる。
【００４６】
（実施の形態４）
ＩＧＢＴと、ＩＧＢＴを制御する回路とを、それぞれ別の半導体基板上に作製した半導体スイッチについて説明をする。図７は、ＩＧＢＴと制御回路とを別の半導体基板に形成した半導体スイッチを示す概念図である。ＩＧＢＴ３３のエミッタパッド（Ｅパッド）は、図４に示す半導体スイッチと同様に、例えばアルミニウムを主成分としたボンディングワイヤで接続され、制御回路３２のエミッタパッドと接続されている。ＩＧＢＴ３３のエミッタパッドと外部エミッタ端子３４との間には、制御回路３２のグランドパッド（ＧＮＤパッド）を介して、エミッタ抵抗３５が接続されている。ＩＧＢＴ３３のゲートパッド（Ｇパッド）も同様に、例えばアルミニウムを主成分としたボンディングワイヤで接続され、制御回路３２のゲートパッドを介して外部ゲート端子３１と接続されている。そして、ＩＧＢＴ３３には、外部ゲート端子３１から供給され、制御回路３２で調整されたゲート電圧が供給される。実施の形態４において、ＩＧＢＴ３３、制御回路３２およびエミッタ抵抗３５は、それぞれ、実施の形態２におけるＩＧＢＴ２３、制御回路２２およびエミッタ抵抗２５（図４参照）に相当する。
【００４７】
エミッタ抵抗３５は、アルミニウムを主成分とした電極を用いるのが好ましい。その理由は、ＩＧＢＴ３３に過電流が流れた場合に、ＩＧＢＴ３３が発熱することや破壊されることを避けるために、低抵抗のエミッタ抵抗３５が必要であるからである。また、制御回路３２には、温度検知などを行う回路を設けても良い。
【００４８】
以上、説明したように、実施の形態４によれば、ＩＧＢＴ３３と制御回路３２とをそれぞれ別の半導体基板に分けることで、ＩＧＢＴ３３および制御回路３２のそれぞれに最適な製造工程で作製することができる。そのため、ＩＧＢＴ３３および制御回路３２に適合した高度な制御を行うことができる。
【００４９】
（実施の形態５）
図８は、ＩＧＢＴ内に抵抗を内蔵した半導体装置を示す断面図である。実施の形態５では、プレーナゲート型ＩＧＢＴ内にエミッタ抵抗を形成している。図８に示すように、実施の形態３のプレーナゲート型ＩＧＢＴ（図５参照）と同様に、ｐ+コレクタ層４１の表面にｎ+バッファ層４２およびｎドリフト層４３が形成され、ｎドリフト層４３の表面層の一部に、２つのｐベース領域４４が互いに離れて設けられている。また、ｎドリフト層４３の表面層の一部には、２つのｐベース領域４４と接するように、ｐ+コンタクト領域４５が設けられている。また、ｐベース領域４４の表面層の一部には、ｐ+コンタクト領域４５に張り出すようにｎ+抵抗領域４６が設けられている。そして、ｐ+コンタクト領域４５の表面には、ｎ+抵抗領域４６に隣接して、２つのｎ++コンタクト領域４７が互いに離れて設けられている。このｎ+抵抗領域４６およびｎ++コンタクト領域４７が、エミッタ領域である。ｐベース領域４４の上には、ゲート絶縁膜４８を介してゲート電極４９が設けられている。ゲート絶縁膜４８は、ｎ+抵抗領域４６の上にまで伸びている。エミッタ電極５１は、層間絶縁膜５０によりゲート電極４９から絶縁されており、ｐ+コンタクト領域４５とｎ++コンタクト領域４７とに接している。ｎ++コンタクト領域４７は、エミッタ電極５１とのオーミック接合を形成している。ｐ+コレクタ層４１の裏面にはコレクタ電極５３が設けられている。そして、半導体チップのエミッタ側およびコレクタ側には、それぞれエミッタ端子５２およびコレクタ端子５４が設けられている。
【００５０】
ｐベース領域４４の電位をほぼグランドレベルに保つことで、ｎ+抵抗領域４６を、実施の形態１におけるエミッタ抵抗（図３のエミッタ抵抗８）として機能させている。つまり、ＩＧＢＴのｎ+エミッタ領域内にエミッタ抵抗を内蔵することになる。そのため、例えばアルミニウム電極を用いてエミッタ抵抗を形成している場合に必要になる１ｍｍ2程度の設置面積が不要となり、半導体装置全体の大きさを小さくすることができる。
【００５１】
エミッタ抵抗を形成するｎ+抵抗領域４６の不純物濃度は、例えば５×１０17ｃｍ-3程度と高い不純物濃度であるのが好ましい。その理由は、ｎ+抵抗領域４６の不純物濃度を低くした場合、ｐベース領域４４などのｐ型領域の影響により、エミッタ抵抗の値にばらつきが生じるからである。また、ｎ++コンタクト領域４７の不純物濃度は、例えば１×１０19ｃｍ-3以上の不純物濃度であるのが好ましい。その理由は、ｐベース領域４４などのｐ型領域の影響を受けにくく、半導体装置の設計を容易に行うことができるからである。また、ｐ+コンタクト領域４５は、ＩＧＢＴのサイリスタ部分が動作すること（ラッチアップ）を防止する効果や、エミッタ電極５１とのオーミック接合を形成する効果を有する。
【００５２】
以上、説明したように、実施の形態５によれば、ＩＧＢＴ内にエミッタ抵抗を形成することができるため、実施の形態１〜実施の形態４に示す半導体スイッチに比べて、さらに半導体装置全体の大きさを小さくすることができる。また、ｐベース領域４４の電位がグランドレベルに保たれていることにより、ｎ+抵抗領域４６の電位のみが上昇する。そのため、定電圧回路内のディプレッション型ＭＯＳＦＥＴ（図２参照）の閾値が、半導体基板のバイアス効果によって上昇する。これにより、さらにＩＧＢＴの飽和特性を効果的に得ることができる。
【００５３】
（実施の形態６）
図９は、実施の形態５にかかる半導体装置の別の一例を示す断面図である。実施の形態６では、トレンチゲート型ＩＧＢＴ内にエミッタ抵抗を形成する。図９に示すように、実施の形態５と同様に、ｐ+コレクタ層６１の表面に、ｎ+バッファ層６２およびｎドリフト層６３が形成され、ｎドリフト層６３の表面にｐベース領域６４が設けられている。また、ｐベース領域６４の表面層の一部に、ｎ+抵抗領域６８が設けられている。ｎ+抵抗領域６８の表面層にはｎ++コンタクト領域６９が設けられている。このｎ+抵抗領域６８およびｎ++コンタクト領域６９が、エミッタ領域である。そして、ｎ++コンタクト領域６９、ｎ+抵抗領域６８およびｐベース領域６４を貫通し、ｎドリフト層６３に達するトレンチ７５が設けられている。また、ｐベース領域６４の表面層には、トレンチ７５と離れて、ｎ+抵抗領域６８、ｎ++コンタクト領域６９およびｐベース領域６４と接するようにｐ+コンタクト領域６５が設けられている。トレンチ７５の内部には、ゲート酸化膜６６を介してゲート電極６７が設けられている。また、ゲート酸化膜６６およびゲート電極６７の上には絶縁膜７４が設けられており、絶縁膜７４によってゲート電極６７とエミッタ電極７０とが離れている。エミッタ電極７０は、ｐ+コンタクト領域６５と、ｎ++コンタクト領域６９と、に接するように設けられている。ｐ+コレクタ層６１の裏面にはコレクタ電極７２が設けられている。そして、半導体チップのエミッタ側およびコレクタ側には、それぞれエミッタ端子７１およびコレクタ端子７３が設けられている。
【００５４】
実施の形態６では、実施の形態５と同様に、ｐベース領域６４の電位をほぼグランドレベルに保つことにより、ｎ+抵抗領域６８をエミッタ抵抗として機能させている。ｎ+抵抗領域６８の不純物濃度は、高い不純物濃度であるのが好ましい。その理由は、実施の形態５と同様である。ｐ+コンタクト領域６５の効果は、実施の形態５と同様である。その他の効果は、実施の形態５と同様である。
【００５５】
以上、説明したように、実施の形態６によれば、実施の形態５と同様の効果を得ることができる。また、ＩＧＢＴをトレンチゲート構造で形成することにより、低いオン電圧をさらに実現することができ、実施の形態５に比べてさらに電流制限機能の効果を向上させることができる。
【００５６】
（実施の形態７）
図１０は、実施の形態５にかかる半導体装置の変形例の設計例を示す平面図である。図１１は、図１０の切断線Ａ−Ａ'の断面構造について示す断面図である。図１２は、図１０の切断線Ｂ−Ｂ'の断面構造について示す断面図である。なお、図１０に示す平面図は、ｐベース領域４４、ｐ+コンタクト領域４５、ｎ+抵抗領域４６、ｎ++コンタクト領域４７およびｎ++高濃度領域５５の設計例である。その他の図１１および図１２に図示されている部分は、図１０では図示省略している。実施の形態７では、実施の形態５と同様にプレーナゲート構造のＩＧＢＴ内にエミッタ抵抗を形成している。図１０に示すように、半導体チップの奥行き方向において、ｎ+抵抗領域４６およびｎ++コンタクト領域４７を設けている領域と、ｎ+抵抗領域４６およびｎ++コンタクト領域４７を設けていない領域を形成している。ｎ+抵抗領域４６およびｎ++コンタクト領域４７を設ける領域では、図１１に示すように、ｎ++コンタクト領域４７は、ｐ+コンタクト領域４５の表面層全体に設けられている。エミッタ電極５１は、ｎ++コンタクト領域４７にのみ接し、ｐ+コンタクト領域４５とは接していない。また、ｎ+抵抗領域４６のゲート電極４９側に、ｎ++高濃度領域５５を設けている。また、ｎ+抵抗領域４６およびｎ++コンタクト領域４７を設けていない領域では、図１２に示すように、ｎ++高濃度領域５５のみが設けられている。その他の構成は、実施の形態５と同様である。
【００５７】
以上、説明したように、実施の形態７によれば、実施の形態５と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態５および実施の形態６に比べて、エミッタ抵抗の抵抗値をさらに高くすることができる。
【００５８】
次に、本発明にかかるＩＧＢＴの飽和電流値を決定するための基準について説明する。図１３は、プレーナゲート構造のＩＧＢＴにおけるオン電圧および飽和電流の関係について示す特性図である。プレーナゲート構造のＩＧＢＴでは、図１３に示すように、ゲート長Ｌgおよびソース長Ｌsに応じてオン電圧値Ｖceが変化する。また、ＩＧＢＴの飽和電流値Ｉsatも、ゲート長Ｌgおよびソース長Ｌsに応じて変化する。オン電圧値が最小となる設計点Ｖtypと、ＩＧＢＴの飽和電流値の最小となる点とでは、ゲート長Ｌg＋ソース長Ｌsの値が異なっている。つまり、オン電圧値が最小から増加に転じても飽和電流値Ｉsatは減少し続けている。ＩＧＢＴの所望の飽和電流値は、ＩＧＢＴの制限電流値Ｉtyp以下の範囲内に入るような、ＩＧＢＴの飽和電流値をいう。なお、制限電流値Ｉtypは、実際に使用する電流域では電流を流す必要があるため、少なくとも定格電流以上又は点火コイルで点火動作に必要とする最大電流以上あることが必要である。
【００５９】
このように、図１３の結果から、ＩＧＢＴの飽和電流値の最小となる点は、オン電圧値Ｖceの値が最小となる設計点Ｖtypとは異なることがわかる。つまり、ゲート長Ｌg＋ソース長Ｌsを設定することで、オン電圧値Ｖceの値が最小となる設計点Ｖtypとは異なる制限電流値Ｉtyp以下の範囲内に入るような飽和電流値Ｉsatで、プレーナゲート構造のＩＧＢＴを作製できる。ここで、ゲート長Ｌgおよびソース長Ｌsについて、図５を参照して説明する。ゲート長Ｌgは、隣接するｐベース領域１２４上にまたがって形成されているゲート電極１２７の、奥行き方向と直行する方向の幅である。また、ソース長Ｌsは、同一のｐベース領域１２４上の、隣接するゲート電極１２７間の、奥行き方向と直行する方向の距離である。
【００６０】
ＩＧＢＴの所望の飽和電流値Ｉsatは、（ゲート長Ｌg＋ソース長Ｌs）の値に応じて調整する方法のほかに、ＩＧＢＴのパターンによっても調整することができる。図１４は、プレーナゲート構造のＩＧＢＴにおける設計例を示す平面図である。図１５は、図１４の切断線Ａ−Ａ'の断面構造について示す断面図である。図１６は、図１４の切断線Ｂ−Ｂ'の断面構造について示す断面図である。図１４に示すように、ｐベース領域８３の表面層に、ｎ+ソース領域８２を梯子状に形成している。つまり、切断線Ａ−Ａ'の断面において、図１５に示すように、ｎ-ドリフト層８５の表面層の一部に、２つのｐベース領域８３が互いに離れて設けられ、ｐベース領域８３の一部およびｎ-ドリフト層８５の表面には、ゲート絶縁膜を介してゲート電極８１および絶縁酸化膜８４が設けられている。そして、切断線Ｂ−Ｂ'の断面において、図１６に示すように、ｐベース領域８３の表面層の一部にｎ+ソース領域８２が設けられている。
【００６１】
このようなＩＧＢＴのパターンを形成し、ｎ+ソース領域８２のソース幅Ｌnおよび各ｎ+ソース領域８２間のソース間距離Ｌpの比率を変え、ｎ+ソース領域８２のソース幅Ｌnを小さくしていくことで、ＩＧＢＴの飽和電流値Ｉsatを下げることができる。ここで、ソース幅Ｌnは、ｎ+ソース領域８２の奥行き方向の幅である。また、ソース間距離Ｌpは、隣接するｎ+ソース領域８２間の、奥行き方向の距離である。
【００６２】
次に、プレーナゲート構造のＩＧＢＴまたはトレンチゲート構造のＩＧＢＴのゲート電圧を変化させて、飽和電流値を下げた際のオン電圧の変化について説明する。図１７は、ＩＧＢＴのオン電圧および飽和電流の関係について示す特性図である。図１７に示す結果より、プレーナゲート構造のＩＧＢＴよりもトレンチゲート構造のＩＧＢＴのほうが、オン電圧および飽和電流値ともに低くなり、オン電圧と飽和電流値のトレードオフ特性が改善することがわかった。従って、トレンチゲート構造のＩＧＢＴのほうが、プレーナゲート構造のＩＧＢＴよりも同一のオン電圧では飽和電流値を低くすることができるので、制限電流値の低い装置に対しては適用しやすくなる。
【００６３】
内燃機関用点火装置で使用されるコレクタ・エミッタ間の電圧値が４００Ｖ〜６００Ｖ程度のＩＧＢＴでは、通常電流の電流密度は例えば７０〜１５０Ａ／ｃｍ2程度であり、このとき、このＩＧＢＴの飽和電流値は通常電流の約２倍程度に制限する必要がある。ゲート電圧を一定に保つ場合、上述したように飽和電流値を制限するための低いゲート電圧値では、オン電圧が著しく上昇してしまうという問題があった。しかし、トレンチゲート構造のＩＧＢＴは、オン電圧と飽和電流値のトレードオフ特性が優れていることから、本発明にかかる内燃機関用点火装置の半導体スイッチとして効果的に使用することができることがわかる。
【００６４】
また、図１７は、プレーナゲート構造のＩＧＢＴおよびトレンチゲート構造のＩＧＢＴにおいて、エミッタ抵抗の有無によるオン電圧および飽和電流の関係についても示している。図１７に示す結果より、エミッタ抵抗を備えた場合に、さらにオン電圧と飽和電流値のトレードオフ特性が改善することがわかった。また、プレーナゲート構造のＩＧＢＴでは、実施の形態５にかかる半導体装置のように、ＩＧＢＴのソース領域にエミッタ抵抗を形成する（図１７に示すプレーナ・エミッタ抵抗ソース領域）ことで、さらにオン電圧と飽和電流値のトレードオフ特性が改善することがわかった。
【００６５】
ＩＧＢＴに印加される実効的なゲート電圧は、ＩＧＢＴのゲート電圧とエミッタ電圧との電圧差である。そのため、エミッタ抵抗を備えた場合、ＩＧＢＴに流れる電流が増加するに従い、エミッタ抵抗の電圧降下が大きくなることで、ＩＧＢＴのゲート電圧とエミッタ電圧との電圧差は小さくなる。これにより、ＩＧＢＴに印加される実効的なゲート電圧が低下することによって、ＩＧＢＴの飽和電流が小さくなる。また、通常動作する範囲の電流では、エミッタ抵抗の電圧降下が小さいため、ＩＧＢＴのエミッタ電圧は、ほぼグランドレベルを保つことができる。そのため、実効的なゲート電圧は、エミッタ抵抗の影響を受けず、オン電圧の上昇が小さく抑えられる。また、ＩＧＢＴのｎ+エミッタ領域の抵抗値を利用してエミッタ−グランド間の抵抗を作り込むと更に効果が大きくなる。その理由は、ＩＧＢＴのｐベース領域はグランド電位に保たれたまま、ｎ+エミッタ領域の電位が上昇するため、ＭＯＳＦＥＴの基板バイアス効果により、しきい値電圧Ｖthが上昇し、飽和電流が更に絞られ易くなるためである。
【００６６】
以上において本発明は、上述した内燃機関用点火装置に限らず、電流値が制限される半導体装置に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上のように、本発明にかかる半導体装置は、例えば、内燃機関用点火装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施の形態１にかかる定電圧回路を有する半導体スイッチを示す回路図である。
【図２】実施の形態１にかかる定電圧回路の一例を示す回路図である。
【図３】実施の形態１にかかる定電圧回路を有する半導体スイッチの別の一例を示す回路図である。
【図４】実施の形態２にかかるＩＧＢＴと制御回路とを内蔵したモノリシック半導体スイッチを示す概念図である。
【図５】実施の形態３にかかるプレーナゲート構造のＩＧＢＴおよび制御回路を内蔵したモノリシック半導体スイッチを示す断面図である。
【図６】実施の形態３にかかるトレンチゲート構造のＩＧＢＴおよび制御回路を内蔵したモノリシック半導体スイッチを示す断面図である。
【図７】実施の形態４にかかるＩＧＢＴと制御回路とを別の半導体基板に形成した半導体スイッチを示す概念図である。
【図８】実施の形態５にかかるＩＧＢＴ内に抵抗を内蔵した半導体装置を示す断面図である。
【図９】実施の形態５にかかる半導体装置の別の一例を示す断面図である。
【図１０】実施の形態５にかかる半導体装置の変形例の設計例を示す平面図である。
【図１１】図１０の切断線Ａ−Ａ'の断面構造について示す断面図である。
【図１２】図１０の切断線Ｂ−Ｂ'の断面構造について示す断面図である。
【図１３】プレーナゲート構造のＩＧＢＴにおけるオン電圧および飽和電流の関係について示す特性図である。
【図１４】プレーナゲート構造のＩＧＢＴにおける設計例を示す平面図である。
【図１５】図１４の切断線Ａ−Ａ'の断面構造について示す断面図である。
【図１６】図１４の切断線Ｂ−Ｂ'の断面構造について示す断面図である。
【図１７】ＩＧＢＴのオン電圧および飽和電流の関係について示す特性図である。
【図１８】内燃機関用点火装置の一例を示す概念図である。
【図１９】電流制限機能を設けた内燃機関用点火装置の一例を示す回路図である。
【図２０】電流制限動作のゲート信号およびコレクタ電流の波形を示す特性図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  ゲート端子
２  コレクタ端子
３  ＩＧＢＴ
４  ＩＧＢＴのゲート保護用ツェナーダイオード
５  ＩＧＢＴ保護用ツェナーダイオード
６  回路保護用ツェナーダイオード
７  定電圧回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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