JP2004179572A - 双方向ツェナーダイオード - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の一方向ツェナーダイオードと同様に、基板の両面に2つの電極が形成されながら、2つのダイオードを基板の表面側に形成し、ダイボンディングとワイヤボンディングとによりリードフレーム上にマウントし得る双方向のツェナーダイオードを提供する。
【解決手段】p形半導体基板1の表面にn形半導体層2が、たとえばエピタキシャル成長により設けられ、そのn形半導体層2表面に所定間隔でp形の第1拡散領域3および第2拡散領域4が設けられている。そして、第1拡散領域3および第2拡散領域4の外周部にn形半導体層2の表面からp形半導体基板に達するp形のアイソレーション拡散領域5が形成され、第1拡散領域3とアイソレーション拡散領域5とが接続電極6により電気的に接続されている。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路に並列に接続され、回路の動作には異常がなく、いずれかの端子側からサージなどが入った場合には、そのサージを放電させることができる双方向ツェナーダイオードに関する。さらに詳しくは、片方向のツェナーダイオードと同じプロセスで同様に製造することができる双方向ツェナーダイオードに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の双方向ツェナーダイオードは、たとえば図3(a)に示されるような構造になっている。すなわち、たとえばn形半導体基板21の両面からp形の拡散領域22、23が形成され、その拡散領域22、23のそれぞれに銀バンプ電極24、25が形成されることにより構成されている。なお26は、絶縁膜である。
【0003】
このような半導体基板21の表裏両面に拡散領域を形成するタイプでは、半導体基板21の両面にパターニングをし、拡散処理をする必要があるため、作業工程が増大してコスト高になると共に、ウェハプロセス終了後に半導体基板の裏面を研磨して薄くし小形化を図るということができず、小形で薄型のパッケージに対応できないという問題がある。さらに、電極24、25についても、ダイオードチップの表裏両面に電極が形成されるため、Alメタル電極ではなく、銀バンプを使用して、図3(b)に示されるように、両方向から挟み込むガラスタイプしか実現できない。なお、図3(b)において、27は外部リード、28はガラス管である。
【0004】
一方、図4に断面説明図が示されるように、n形の半導体基板21の一面側に2つのp形拡散領域22、23を形成し、その2つの拡散領域をリードフレームの2つのリード29、30に直接ハンダ付けすることにより2つのダイオードを逆方向に接続する構造の半導体装置が開示されている(たとえば特許文献1参照)。このような構造であれば、半導体基板21の一表面側のみに2つの拡散領域を形成して双方向ツェナーダイオードを構成することができるため、ウェハ工程での製造工程が簡単であると共に、半導体基板裏面を研磨して薄型化を図ることもできる。なお、図4で31はリードと拡散領域とを電気的に接続すると共に半導体チップを固着するハンダ層、32は樹脂モールド部である。
【0005】
【特許文献1】
特開平7−254620号公報(図1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、通常の一方向のツェナーダイオードは、半導体基板の表面側と裏面側とに両電極が形成され、リードフレームの一つの第1リード上にダイボンディングすることにより一方の電極が第1リードと電気的に接続され、他方の電極はリードフレームの第2リードとワイヤボンディングする構造になっているため、その組立プロセスが異なり、組立作業が煩雑になるという問題がある。さらに、小形で狭い間隔で形成された拡散領域にそれぞれ接続される2つの電極をリードフレーム上にフェースダウンでハンダ付けなどにより接続するため、両者の接触の危険性があり信頼性が低下するという問題がある。
【0007】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、従来の一方向ツェナーダイオードと同様に、基板の両面に2つの電極が形成されながら、2つのダイオードを基板の表面側に形成し、ダイボンディングとワイヤボンディングとによりリードフレーム上にマウントし得る双方向のツェナーダイオードを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明による双方向のツェナーダイオードは、第1導電形半導体基板と、該第1導電形半導体基板表面に設けられる第2導電形半導体層と、該第2導電形半導体層表面に所定間隔で設けられる第1導電形の第1拡散領域および第2拡散領域と、該第1拡散領域および第2拡散領域の外周部に前記第2導電形半導体層の表面から前記第1導電形半導体基板に達する第1導電形のアイソレーション拡散領域と、前記第1拡散領域と前記アイソレーション拡散領域とを電気的に接続する接続電極とからなっている。
【0009】
この構造にすることにより、半導体基板表面に、たとえばpnp接合の双方向ツェナーダイオードが形成されながら、その一方のp形領域は直接その表面にワイヤボンディングでき、他方のp形領域はアイソレーション拡散領域を介して半導体基板裏面に電気的に接続され、従来の一方向のツェナーダイオードと同様に、半導体チップの上下両面に電極を形成することができる。その結果、従来の一方向ツェナーダイオードと同じリードフレームを用いて、同じパッケージでダイボンディングとワイヤボンディングとにより組み立てることができ、製造工程および部品管理システムを非常に簡略化することができる。
【0010】
具体的には、前記半導体基板裏面がリードフレームの第1リード上に電気的に接続してダイボンディングされ、前記第2拡散領域がワイヤボンディングにより前記リードフレームの第2リードと電気的に接続され、その周囲を樹脂によりモールドして、リードをフォーミングすることにより表面実装型の双方向ツェナーダイオードが得られる。
【0011】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の双方向ツェナーダイオードについて、図面を参照しながら説明をする。本発明による双方向ツェナーダイオードは、その一実施形態の断面説明図が図1に示されるように、第1導電形(たとえばp形)半導体基板1の表面に第2導電形(たとえばn形)半導体層2が、たとえばエピタキシャル成長により設けられ、そのn形半導体層2表面に所定間隔でp形の第1拡散領域3および第2拡散領域4が設けられている。そして、第1拡散領域3および第2拡散領域4の外周部にn形半導体層2の表面からp形半導体基板1に達する第1導電形(p形)のアイソレーション拡散領域5が形成され、第1拡散領域3とアイソレーション拡散領域5とが接続電極6により電気的に接続されている。
【0012】
半導体基板1は、通常のシリコンなどからなる半導体基板が用いられ、たとえばp形の高不純物濃度の基板が用いられ、その表面に所望のツェナー電圧が得られる不純物濃度のn形半導体層2が20〜25μm程度の厚さにエピタキシャル成長されている。すなわち、この半導体層2の不純物濃度は、第1拡散領域3および第2拡散領域4の不純物濃度との差によりツェナー電圧(ツェナー降伏電圧)が定まり、所望のツェナー電圧が得られるように、この両者の不純物濃度の差が調整される。しかし、第1拡散領域3および第2拡散領域4の不純物濃度は、電極用の金属膜とオーミックコンタクトを得る必要があり、自由にはその不純物濃度を設定することはできず、この半導体層2は、通常3×1018〜5×1018cm−3程度の低不純物濃度に形成される。
【0013】
チップの外周部に相当する部分には、n形半導体層2の表面から半導体基板1に達するアイソレーション拡散領域5が、たとえばボロンの拡散などにより不純物濃度が1×1018〜1×1019cm−3程度に形成されている。そして、n形半導体層2の表面には、pnp接合を形成するためのp形の第1および第2拡散領域3、4が形成されている。この第1および第2拡散領域3、4は、半導体層2の表面に図示しないSiO膜などの所定の領域を開口したマスクを設け、ボロンなどを拡散することにより、不純物濃度が1×1019〜1×1020cm−3程度で、0.5〜1μm程度の深さに形成される。
【0014】
第1および第2拡散領域3、4が形成されたn形半導体層2の表面には、SiOなどからなる絶縁膜9が設けられ、その絶縁膜9をパターニングすることにより、第1拡散領域3、第2拡散領域4およびアイソレーション拡散領域5のコンタクト部を露出させ、その表面にAlなどからなる金属膜が真空蒸着などにより設けられ、パターニングすることにより、第1拡散領域3とアイソレーション拡散領域5と接続する接続電極6および第2拡散領域4上に第2電極8が形成されている。また、半導体基板1の裏面が研磨され、半導体基板1の厚さが100〜200μm程度の厚さにした後に、半導体基板1の裏面にも真空蒸着などにより、Auなどからなる金属膜を形成して、第1電極7が形成されている。すなわち、第1拡散領域3が、接続電極6、アイソレーション拡散領域5、半導体基板1を介して、半導体基板1の裏面に形成される第1電極7と電気的に接続されている。その後、アイソレーション拡散領域5の部分でダイシングをしてチップ化することにより、図1に示される双方向ツェナーダイオードのチップ10が形成される。
【0015】
このチップ10は、図2に示されるように、リードフレームの第1リード11上にダイボンディングされることによりチップ10の第1電極7と第1リード11とが電気的にも接続され、また、チップ10の第2電極8は、金線などのワイヤ13によりリードフレームの第2リード12と電気的に接続されている。そしてその周囲がモールドされて樹脂パッケージ14が形成され、各リードがリードフレームから切り離され、所望の形状にリードフォーミングがなされることにより、従来の片方向ツェナーダイオードと同じリードフレームを用いながら、また、同じ製造工程で双方向ツェナーダイオードを製造することができる。
【0016】
本発明のツェナーダイオードによれば、たとえば第2リード12側からサージなどの過大な電圧が入力されると、図1に白抜き矢印で示されるように、ワイヤ13から、pnp接合部を経て、接続電極6、アイソレーション拡散領域5および半導体基板1を経て第1リード11側に流れ、この双方向ツェナーダイオードが並列に接続される回路をサージなどから保護することができる。また、第1リード11側からサージなどが入力される場合でも、全く逆方向にサージなどを放出し、回路を保護することができる。一方、このツェナーダイオードが接続される回路は、このツェナーダイオードのツェナー電圧より低い電圧で動作するようにツェナー電圧が設定されているため、動作電圧がショートされることはなく、ツェナーダイオードがない場合と同様に動作する。すなわち、この双方向ツェナーダイオードは、いずれの方向に対しても、逆方向のダイオードが接続されていることになり、サージなどの過大な入力がどちらからなされる場合でも、回路を保護することができる。
【0017】
本発明の双方向ツェナーダイオードによれば、半導体層の一面側に2つの異なる導電形の拡散領域が形成されることにより、双方向ツェナーダイオードが形成されているため、製造工程が両面フローではなく、片面フローでよく、非常に製造工程が簡単である。その結果、ツェナー電圧を制御しやすく、所望のツェナー電圧で、かつ、ツェナー電圧の等しい双方向のダイオードを得ることができると共に、薄型化が可能となり超小型化が可能となる。しかも、接続電極およびアイソレーション拡散領域を介して、第1拡散領域が半導体基板と接続され、第1電極が半導体基板裏面に形成されているため、従来の片方向ツェナーダイオードと同様にダイボンディングとワイヤボンディングによりリードフレームにマウントすることができ、プロセスの共通化を図りながら製造することができる。
【0018】
【発明の効果】
本発明によれば、双方向ツェナーダイオードを一表面側のみのウェハプロセスにより製造することができると共に、ダイボンディングとワイヤボンディングとにより製造することができる。その結果、超小型で、従来の片方向ツェナーダイオードと同じパッケージで双方向ツェナーダイオードを得ることができ、非常に安価で信頼性の高い双方向ツェナーダイオードが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による双方向ツェナーダイオードのチップの断面説明図である。
【図2】図1のチップをパッケージ化した構造の断面説明図である。
【図3】従来の双方向ツェナーダイオードの断面説明図である。
【図4】図3のチップをパッケージ化したときの断面説明図である。
【符号の説明】
1 半導体基板
2 半導体層
3 第1拡散領域
4 第2拡散領域
5 アイソレーション拡散領域
6 接続電極
7 第1電極
8 第2電極
10 チップ
11 第1リード
12 第2リード

Claims (2)

  1. 第1導電形半導体基板と、該第1導電形半導体基板表面に設けられる第2導電形半導体層と、該第2導電形半導体層表面に所定間隔で設けられる第1導電形の第1拡散領域および第2拡散領域と、該第1拡散領域および第2拡散領域の外周部に前記第2導電形半導体層の表面から前記第1導電形半導体基板に達する第1導電形のアイソレーション拡散領域と、前記第1拡散領域と前記アイソレーション拡散領域とを電気的に接続する接続電極とからなる双方向ツェナーダイオード。
  2. 前記半導体基板裏面がリードフレームの第1リード上に電気的に接続してダイボンディングされ、前記第2拡散領域がワイヤボンディングにより前記リードフレームの第2リードと電気的に接続されてなる請求項1記載の双方向ツェナーダイオード。
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