(57)【要約】【課題】電源保護素子を備え、改善されたサージ耐量を有する車両用点火装置の駆動装置を提供する。【解決手段】スイッチング素子と該スイッチング素子を駆動する半導体集積回路とを備え、前記半導体集積回路は、駆動回路と該駆動回路をサージから保護する電源保護素子とを備え、前記電源保護素子は、互いに対向する第１及び第２の主面を含む半導体基板に設けられた第１導電型のアノード領域と、第２導電型のカソード領域と、前記第１の主面に露出するように設けられた前記第１導電型のアノードコンタクト領域と、前記第１の主面に露出するように設けられた前記第２導電型のカソードコンタクト領域と、を備え、前記アノード領域の不純物濃度は、前記カソード領域の不純物濃度と等しく、前記アノードコンタクト領域の不純物濃度は、前記アノード領域の不純物濃度の１００倍以上であることを特徴とする車両用点火装置の駆動装置。【選択図】図１
2015207726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子と該スイッチング素子を駆動する半導体集積回路とを備え、
前記半導体集積回路は、駆動回路と該駆動回路をサージから保護する電源保護素子とを備え、
前記電源保護素子は、互いに対向する第１及び第２の主面を含む半導体基板に設けられた第１導電型のアノード領域と、
前記アノード領域と接するように設けられた第２導電型のカソード領域と、
前記アノード領域と電気的に接続されるとともに前記第１の主面に露出するように設けられた前記第１導電型のアノードコンタクト領域と、
前記カソード領域と電気的に接続されるとともに前記第１の主面に露出するように設けられた前記第２導電型のカソードコンタクト領域と、を備え、
前記アノード領域の不純物濃度は、前記カソード領域の不純物濃度と等しく、
前記アノードコンタクト領域の不純物濃度は、前記アノード領域の不純物濃度の１００倍以上であることを特徴とする車両用点火装置の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改善されたサージ耐量を有する車両用点火装置の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、制御回路とスイッチング素子と電源保護素子とで構成される従来の車両用点火装置の駆動装置を開示する。制御回路は、内燃機関の運転状況に応じて、外部に設けた電子制御装置から発信された点火信号にしたがって、スイッチング素子を開閉駆動制御する。電源保護素子は、高圧側配線と接地側配線との間に設けられ、少なくとも、ツェナーダイオードやアバランシェダイオード等の電圧制限機能を有する半導体素子を含む。また、電源保護素子は、駆動装置の外部の電源から印加されるバッテリ電圧を制御回路に入力する際に、入力電圧を制限したり、スイッチング素子の開閉時に発生するサージ電圧を除去したりして、制御回路を保護する。
【０００３】
また、駆動装置の小型化を図るべく、制御回路、スイッチング素子及び電源保護素子を単一の半導体集積回路として形成しても良いことが、特許文献１に記載される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１５４２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１は、制御回路、スイッチング素子及び電源保護素子を半導体集積回路内に形成する具体的な手法を開示しない。本発明は、電源保護素子を備え、改善されたサージ耐量を有する車両用点火装置の駆動装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、車両用点火装置の駆動装置は、スイッチング素子と該スイッチング素子を駆動する半導体集積回路とを備え、前記半導体集積回路は、制御回路と該制御回路をサージから保護する電源保護素子とを備え、前記電源保護素子は、互いに対向する第１及び第２の主面を含む半導体基板に設けられた第１導電型のアノード領域と、前記アノード領域と接するように設けられた第２導電型のカソード領域と、前記アノード領域と電気的に接続されるとともに前記第１の主面に露出するように設けられた前記第１導電型のアノードコンタクト領域と、前記カソード領域と電気的に接続されるとともに前記第１の主面に露出するように設けられた前記第２導電型のカソードコンタクト領域と、を備え、前記アノード領域の不純物濃度は、前記カソード領域の不純物濃度と等しく、前記アノードコンタクト領域の不純物濃度は、前記アノード領域の不純物濃度の１００倍以上であることを特徴とする。
【０００７】
なお、本発明において、アノード領域の不純物濃度は、カソード領域の不純物濃度の０．５倍から２．０倍までの範囲であれば、カソード領域の不純物濃度と等しいと定義される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電源保護素子を備え、改善されたサージ耐量を有する車両用点火装置の駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る車両用点火装置の駆動装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体集積回路の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体集積回路の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体集積回路の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る車両用点火装置の駆動装置の構成を示す回路図である。本実施形態に係る車両用点火装置１００は、直流電源ＶＢとトランスＴＲと駆動装置１０と制御部ＭＣＵとを備える。本実施形態に係る駆動装置１０は、スイッチング素子ＳＷと半導体集積回路ＩＣとを備える。直流電源ＶＢとトランスＴＲの一次巻線とスイッチング素子ＳＷとは直列接続される。半導体集積回路ＩＣは、直流電源ＶＢと制御部ＭＣＵとスイッチング素子ＳＷとに接続され、直流電源ＶＢから駆動電力を得るとともに、制御部ＭＣＵからの制御信号に基づきスイッチング素子ＳＷを駆動する。
【００１２】
半導体集積回路ＩＣは、単一の半導体基板上に駆動回路ＤＲＶと電源保護素子ＺＤ１と入力保護素子ＺＤ２とを備える。駆動回路ＤＲＶは、直流電源ＶＢと制御部ＭＣＵとスイッチング素子ＳＷとに接続される。電源保護素子ＺＤ１は、ツェナーダイオードからなり、直流電源ＶＢと駆動回路ＤＲＶとに接続され、駆動回路ＤＲＶをサージから保護する。入力保護素子ＺＤ２は、ツェナーダイオードからなり、制御部ＭＣＵと駆動回路ＤＲＶとに接続され、駆動回路ＤＲＶをサージから保護する。
【００１３】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体集積回路の構成を示す断面図である。電源保護素子ＺＤ１は、互いに対向する第１及び第２の主面Ｓ１，Ｓ２を含む半導体基板ＳＵＢに設けられた、アノード領域１７とカソード領域１３とアノードコンタクト領域１８とカソードコンタクト領域２０とを備える。アノード領域１７の不純物濃度は、カソード領域１３の不純物濃度と等しく、アノードコンタクト領域１８の不純物濃度は、アノード領域の不純物濃度の１００倍以上である。
【００１４】
第１の半導体層１１は、Ｐ型の導電型を有し、半導体基板ＳＵＢの第２の主面Ｓ２に露出し、接地される。第２の半導体層１２は、Ｎ型の導電型を有し、第１の半導体層１１に接し、半導体基板ＳＵＢの第１の主面Ｓ１に露出する。第１の半導体領域（カソード領域）１３は、Ｎ型の導電型を有し、第１の半導体層１１と第２の半導体層１２とに接する。第２の半導体領域１４は、Ｎ型の導電型を有し、第１の半導体領域１３の内部に形成される。第３の半導体領域１５は、Ｐ型の導電型を有し、第１の半導体層１１と第２の半導体層１２とに接する。第４の半導体領域１６は、Ｐ型の導電型を有し、第１の半導体層１１と第２の半導体層１２とに接する。第５の半導体領域（アノード領域）１７は、Ｐ型の導電型を有し、第１の半導体領域１３に接し、半導体基板ＳＵＢの第１の主面Ｓ１に露出する。第６の半導体領域（アノードコンタクト領域）１８は、Ｐ型の導電型を有し、第５の半導体領域１７と電気的に接続され、半導体基板ＳＵＢの第１の主面Ｓ１に露出する。第７の半導体領域１９は、Ｎ型の導電型を有し、第２の半導体領域１４に接し、半導体基板ＳＵＢの第１の主面Ｓ１に露出する。第８の半導体領域（カソードコンタクト領域）２０は、第２及び第７の半導体領域１４，１９を介して第１の半導体領域１３と電気的に接続され、半導体基板ＳＵＢの第１の主面Ｓ１に露出する。第９の半導体領域２１は、Ｐ型の導電型を有し、第３の半導体領域１５に接し、半導体基板ＳＵＢの第１の主面Ｓ１に露出する。第１０の半導体領域２２は、Ｐ型の導電型を有し、第９の半導体領域２１を介して第３の半導体領域１５と電気的に接続され、半導体基板ＳＵＢの第１の主面Ｓ１に露出する。第１１の半導体領域２３は、Ｐ型の導電型を有し、第４の半導体領域１６に接し、半導体基板ＳＵＢの第１の主面Ｓ１に露出する。第１２の半導体領域２４は、Ｐ型の導電型を有し、第１１の半導体領域２３を介して第４の半導体領域１６と電気的に接続され、半導体基板ＳＵＢの第１の主面Ｓ１に露出する。第１３の半導体領域２５は、Ｎ型の導電型を有し、第２の半導体層１２と接し、半導体基板ＳＵＢの第１の主面Ｓ１に露出する。第１乃至１２の半導体領域は、半導体基板ＳＵＢにＰ型又はＮ型の不純物が導入されて形成される不純物拡散領域である。絶縁膜２６は、半導体基板ＳＵＢの第１の主面Ｓ１を部分的に覆う。
【００１５】
第１の半導体領域１３の不純物濃度は、１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３である。第５の半導体領域１７の不純物濃度は、１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３であり、第１の半導体領域１３の不純物濃度の０．５倍から２．０倍に設定される。第２の半導体領域１４の不純物濃度は、１〜５×１０１９ｃｍ−３である。第３及び第４の半導体領域１５，１６の不純物濃度は、５×１０１７ｃｍ−３〜５×１０１８ｃｍ−３である。第６の半導体領域１８の不純物濃度は、５×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３である。第６の半導体領域１８の不純物濃度は、第５の半導体領域１７の不純物濃度の１００倍以上に設定される。第７の半導体領域１９の不純物濃度は、１〜５×１０１９ｃｍ−３である。第８の不純物領域２０の不純物濃度は、２〜８×１０２０ｃｍ−３である。第９及び第１１の半導体領域２１，２３の不純物濃度は、１×１０１８〜１×１０１９ｃｍ−３である。第１０及び第１２の半導体領域２２，２４の不純物濃度は、５×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３であり、第６の半導体領域１８の不純物濃度と等しい。第１３の半導体領域２５の不純物濃度は、２〜８×１０２０ｃｍ−３であり、第８の不純物領域２０の不純物濃度と等しい。
【００１６】
第１の半導体領域１３と第５の半導体領域１７とを含む半導体領域は、半導体基板ＳＵＢの主面に平行な主電流経路を有する横型の電源保護素子ＺＤ１を構成する。また、第９及び第１０の半導体領域２１，２２は、電源保護素子ＺＤ１の外周端を規定する領域であり、その他の回路素子との間を電気的に分離する素子分離領域を構成する。また、半導体集積回路ＩＣは、電源保護素子ＺＤ１が形成される領域において、破線で示されるような寄生素子を備える。寄生素子は、ＰＮＰトランジスタＴＲ１とＮＰＮトランジスタＴＲ２と第１及び第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２とからなり、全体としてサイリスタを構成する。電源保護素子ＺＤ１は、車両用点火装置の駆動装置１０として、種々のサージ電圧を吸収することが求められる。そのため、電源保護素子ＺＤ１を半導体集積回路ＩＣに設けるために、当該サイリスタのラッチアップを抑制しなければならない。本実施形態に係る半導体集積回路ＩＣは、第９の半導体領域２１と第１２の半導体領域２４との距離ＤをＰＮＰトランジスタＴＲ１のｈｆｅ（電流増幅率）とＮＰＮトランジスタＴＲ２のｈｆｅとの積が１以下となる距離以上とした。そのため、サージ電圧に起因する寄生サイリスタの動作が抑制され、電源保護素子ＺＤ１の破壊は防止される。従って、本実施形態に係る半導体集積回路ＩＣによって、電源保護素子を備え、改善されたサージ耐量を有する車両用点火装置の駆動装置が提供される。
【００１７】
なお、種々のサージ電圧とは、気中ＥＳＤ、接触ＥＳＤ、フィールドディケイやロードダンプ等の高周波又は低周波のサージ電圧である。また、電源保護素子ＺＤ１と同様の構成を有する保護素子を逆直列に接続することで、正方向及び負方向のサージ電圧耐量を改善することができる。
【００１８】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る半導体集積回路の構成を示す断面図である。入力保護素子ＺＤ２は、電源保護素子ＺＤ１と同様に、半導体基板ＳＵＢに設けられる。入力保護素子ＺＤ２は、アノード領域２８とカソード領域２７とアノードコンタクト領域３０とカソードコンタクト領域３２とを備える。
【００１９】
第１４の半導体領域（カソード領域）２７は、Ｎ型の導電型を有し、第１の半導体層１１と第２の半導体層１２とに接する。第１５の半導体領域（アノード領域）２８は、Ｐ型の導電型を有し、第１４の半導体領域２７に接する。第１６の半導体領域２９は、Ｐ型の導電型を有し、第１５の半導体領域２８に接し、半導体基板ＳＵＢの第１の主面Ｓ１に露出する。第１７の半導体領域３０（アノードコンタクト領域）は、Ｐ型の導電型を有し、第１６の半導体領域２９に接し、半導体基板ＳＵＢの第１の主面Ｓ１に露出する。第１８の半導体領域３１は、Ｎ型の導電型を有し、第１４の半導体領域２７に接し、半導体基板ＳＵＢの第１の主面Ｓ１に露出する。第１９の半導体領域３２（カソードコンタクト領域）は、Ｎ型の導電型を有し、第１８の半導体領域３１に接し、半導体基板ＳＵＢの第１の主面Ｓ１に露出する。
【００２０】
第１４の半導体領域２７の不純物濃度は、第２の半導体領域１４のそれと等しく、１〜５×１０１９ｃｍ−３である。第１５の半導体領域２８の不純物濃度は、第３及び第４の半導体領域１５，１６のそれ以下であり、１×１０１７ｃｍ−３〜５×１０１８ｃｍ−３である。第１６の半導体領域２９の不純物濃度は、１×１０１８〜５×１０１９ｃｍ−３である。第１７の半導体領域３０の不純物濃度は、第６の半導体領域１８のそれと等しく、５×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３である。第１８の半導体領域３１の不純物濃度は、第７の半導体領域１９のそれと等しく、１〜５×１０１９ｃｍ−３である。第１９の半導体領域３２の不純物濃度は、第８の不純物領域２０のそれと等しく、２〜８×１０２０ｃｍ−３である。
【００２１】
本実施形態に係る半導体集積回路ＩＣは、電源保護素子ＺＤ１に加え、上記のように構成される入力保護素子ＺＤ２を備えるため、改善されたサージ耐量を有する車両用点火装置の駆動装置が提供される。
【００２２】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る半導体集積回路の構成を示す断面図である。本実施形態に係る半導体集積回路は、第２０の半導体領域（アノード中間領域）３３を備える点において第１の実施形態に係る半導体集積回路と異なる。第２０の半導体領域３３は、Ｐ型の導電型を有し、第５の半導体領域１７と第６の半導体領域１８とに介在し、半導体基板ＳＵＢの第１の主面Ｓ１に露出する。第２０の半導体領域３３の不純物濃度は、１×１０１６〜１×１０１７ｃｍ−３であり、第５の半導体領域１７の不純物濃度の０．１倍程度に設定される。第２０の半導体領域３３が設けられることで、電源保護素子ＺＤ１のインピーダンスは低くなる。そのため、本実施形態に係る半導体集積回路ＩＣは、さらに改善されたサージ耐量を有する車両用点火装置の駆動装置が提供される。
【００２３】
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。例えば、半導体集積回路ＩＣは、スイッチング素子ＳＷを含んでも良い。また、駆動装置１０は、制御部ＭＣＵを含んでも良い。
【符号の説明】
【００２４】
１０      駆動装置
１００    車両用点火装置
ＳＷ      スイッチング素子
ＭＣＵ    制御部
ＩＣ      半導体集積回路
ＤＲＶ    駆動回路
ＺＤ１    電源保護素子
ＺＤ２    入力保護素子
１３      第１の半導体領域（カソード領域）
１７      第５の半導体領域（アノード領域）
１８      第６の半導体領域（アノードコンタクト領域）
２０      第８の半導体領域（カソードコンタクト領域）
３３      第２０の半導体領域（アノード中間領域）
【図１】
2015207726.tif 000003
【図２】
2015207726.tif 000004
【図３】
2015207726.tif 000005
【図４】
2015207726.tif 000006