JP2006210690A - Semiconductor device for surge protection - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サージ保護用半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device for surge protection.
サージ保護用半導体装置として、定電圧ダイオードのブレークダウン電圧に達するサージが加わった際に定電圧ダイオードがサージ電流をグランド方向へ流す事によってサージを抑制させることが広く知られている。 As a semiconductor device for surge protection, it is widely known that when a surge reaching the breakdown voltage of the constant voltage diode is applied, the constant voltage diode causes the surge current to flow in the ground direction to suppress the surge.
従来のサージ保護用半導体装置として、サージが加わった際に機器が破壊されることのない高いサージ抑制力(クランプ電圧が低い)と、機器の特性に影響を及ぼさない低端子間容量の構造としているものがあった(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional semiconductor device for surge protection, it has a high surge suppression (clamp voltage is low) that does not destroy the device when a surge is applied, and a low terminal capacitance that does not affect the characteristics of the device. (For example, refer to Patent Document 1).
図2は前記特許文献1に記載された従来のサージ保護用半導体装置を示すものである。図2において110は高濃度N型半導体基板、111は低濃度N型半導体層、112はP型半導体層、113は高濃度N型半導体層、114はカソード電極、115はアノード電極、116は絶縁皮膜、J11は低濃度N型半導体層111とP型半導体層112との界面、J12は高濃度N型半導体層113とP型半導体層112との界面である。
FIG. 2 shows a conventional surge protection semiconductor device described in
高濃度N型半導体基板110の上層に低濃度N型半導体層111を有し、低濃度N型半導体層111表面から層内へP型半導体層112の領域が選択的に形成されている。P型半導体層112の表面から層内へ高濃度N型半導体層113の領域が選択的に形成され、低濃度N型半導体層111の表面領域とP型半導体層112の表面領域と高濃度N型半導体層113の表面領域とから成る半導体基板の第一主面上に、高濃度N型半導体層113の表面領域中央部に窓明けされた絶縁皮膜116が形成され、絶縁露出した高濃度N型半導体層113の表面から絶縁皮膜116の表面の一部を覆うようにカソード電極114が形成され、高濃度N型半導体基板110の表面から成る半導体基板の第二主面上にアノード電極115が形成されていた。
しかしながら、前記従来の構成では、その寄生容量とサージ抑制力はP型半導体層112と低濃度N型半導体層111とで形成される半導体接合部(J11)と、高濃度N型半導体層113とP型半導体層112とで形成される半導体接合部(J12)の降伏電圧に依存する。寄生容量を低減させるためには、低濃度N型半導体層111の比抵抗を高くすることが有効であるが、低濃度N型半導体層111の比抵抗を高くすると半導体接合部J11,J12の降伏電圧が大きくなる。しかし、半導体接合部J11,J12の降伏電圧を大きくするとサージの抑制電圧(クランプ電圧)が上昇するため、サージ抑制力が低下する。上述の機構により、寄生容量とサージ抑制力はトレードオフとなり、両者の要求を満たすサージ保護用半導体装置は出来なかった。
However, in the above-described conventional configuration, the parasitic capacitance and surge suppression power are such that the semiconductor junction (J11) formed by the P-
本発明は前記従来の課題を解決するもので、低端子間容量でサージの抑制電圧(クランプ電圧)を低くした高いサージ抑制力を有するサージ保護用半導体装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a semiconductor device for surge protection having a high surge suppression power with a low inter-terminal capacitance and a reduced surge suppression voltage (clamp voltage).
前記従来の課題を解決するために、本発明のサージ保護用半導体装置は第1導電型半導体基板に低濃度第1導電型半導体層を形成し、低濃度第1導電型半導体層内の一部に、第1導電型半導体基板に接触しないように、第2導電型半導体層を、低濃度第1導電型半導体層を挟んで列状に複数個形成する。その後、低濃度第1導電型半導体層と、複数個ある第2導電型半導体層の表面上に、絶縁皮膜を形成し、複数個から成る第2導電型半導体層列の端部の第2導電型半導体層にアノードコンタクト窓を、列の他端部の第2導電型半導体層にカソードコンタクト窓をそれぞれ形成し、コンタクト窓を覆うように表面アノード電極と、表面カソード電極をそれぞれ形成された構成とする。 In order to solve the above-described conventional problems, a semiconductor device for surge protection according to the present invention forms a low-concentration first conductive semiconductor layer on a first conductive-type semiconductor substrate, and a part of the low-concentration first conductive-type semiconductor layer. In addition, a plurality of second conductivity type semiconductor layers are formed in a row with the low-concentration first conductivity type semiconductor layer interposed therebetween so as not to contact the first conductivity type semiconductor substrate. Thereafter, an insulating film is formed on the surfaces of the low-concentration first conductive type semiconductor layer and the plurality of second conductive type semiconductor layers, and the second conductive at the end of the plurality of second conductive type semiconductor layer sequences. The anode contact window is formed in the type semiconductor layer, the cathode contact window is formed in the second conductive type semiconductor layer at the other end of the column, and the surface anode electrode and the surface cathode electrode are formed so as to cover the contact window. And
前記低容量サージ保護用半導体装置は低濃度第1導電型半導体層と、複数個の第2導電型半導体層によって、半導体接合部をそれぞれ形成し、半導体接合部の側面部の降伏電圧がパンチスルー型で決定されるように、複数個の第2導電型半導体層で挟まれている低濃度第1導電型半導体層の幅を決める。また、半導体接合部それぞれの底部の降伏電圧はアバランシェ型で決定され、且つパンチスルー型で決定されている側面部の降伏電圧よりも高くなるように、低濃度第1導電型半導体層の濃度と層の厚みを決める。 In the semiconductor device for low-capacity surge protection, a semiconductor junction is formed by a low-concentration first conductive semiconductor layer and a plurality of second conductive semiconductor layers, and the breakdown voltage at the side portion of the semiconductor junction is punch-through. As determined by the type, the width of the low-concentration first conductive semiconductor layer sandwiched between the plurality of second conductive semiconductor layers is determined. The breakdown voltage at the bottom of each semiconductor junction is determined by the avalanche type, and the concentration of the low-concentration first conductivity type semiconductor layer is set so as to be higher than the breakdown voltage of the side surface determined by the punch-through type. Determine the thickness of the layer.
かかる構成では、隣り合う第2導電型半導体層に挟まれた低濃度第1導電型半導体層の幅を狭くし、空乏層の伸びを制限し、サージ保護用半導体装置の降伏電圧をパンチスルー型で決定することで、降伏電圧を増大させることなく、低濃度第1導電型半導体層の比抵抗を高くして、容量を低減できる。また、アノード電極とカソード電極の間で低濃度第1導電型半導体層と第2導電型半導体層との界面が複数存在し、等価回路的に複数個のダイオードが直列的に配線された形となるため、その寄生容量をCとすると、端子間容量Ctは(1)式で表現されるように
上述のように本発明のサージ保護用半導体装置では、装置の降伏電圧を大きくせずに端子間容量を低減できるため、低端子間容量でサージの抑制電圧(クランプ電圧)を低くしたサージ抑制力の高いサージ保護用半導体装置を提供できる。 As described above, in the semiconductor device for surge protection according to the present invention, the inter-terminal capacitance can be reduced without increasing the breakdown voltage of the device, so that the surge suppression power that lowers the surge suppression voltage (clamp voltage) with the low inter-terminal capacitance. High surge protection semiconductor device can be provided.
以下本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
図1(a)は本発明の実施の形態におけるサージ保護用半導体装置の正面図であり、図1(b)は図1(a)のA−B線に沿った断面図である。図1(a)、(b)において、第1導電型半導体基板であるN型半導体基板1の上層に、エピタキシャル成長により低濃度第1導電型半導体層である低濃度N型半導体層2が形成されている。そして、低濃度N型半導体層2表面から内部にかけて、PN接合を形成する第2導電型領域としてP型半導体層3、4、5がN型半導体基板1に接触しないように、各々一定間隔に正面視ストライプ状に形成されている。ここで低濃度N型半導体層2と第1のP型半導体層3との界面をJ1とし、低濃度N型半導体層2と第2のP型半導体層4との界面をJ2とし、低濃度N型半導体層2と第3のP型半導体層5との界面をJ3とする。
FIG. 1A is a front view of a semiconductor device for surge protection according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AB in FIG. 1A and 1B, a low-concentration N-
また低濃度N型半導体層2の表面には低濃度N型半導体層2の一部と、P型半導体層3、5を露出した状態となるように熱酸化膜による絶縁皮膜6が形成され、P型半導体層3にはアルミからなるアノード電極7が形成され、P型半導体層5にはアルミからなるカソード電極8が形成されている。
An
かかる構成によれば、半導体装置は低濃度N型半導体層2と、複数個のP型半導体層3、4、5によって、PN接合部をそれぞれ形成し、PN接合部の側面部の降伏電圧がパンチスルー型で決定されるように、複数個のP型半導体層3、4、5で挟まれている低濃度N型半導体層2の幅を決める。また、PN接合部それぞれの底部の降伏電圧はアバランシェ型で決定され、且つパンチスルー型で決定されている側面部の降伏電圧よりも高くなるように、低濃度N型半導体層2の濃度と層の厚みを決める。かかる構成では、隣り合うP型半導体層3、4、5に挟まれた低濃度N型半導体層2の幅を狭くし、空乏層の伸びを制限し、半導体装置の降伏電圧をパンチスルー型で決定することで、降伏電圧を増大させることなく、低濃度N型半導体層2の比抵抗を高くして、寄生容量を低減できる。
According to this configuration, the semiconductor device forms a PN junction by the low-concentration N-
例えばこのとき、N型半導体基板1の不純物濃度を1020[cm-3]、低濃度N型半導体層2の不純物濃度を1014[cm-3]、厚みを20[μm]、P型半導体層3、4、5の不純物濃度を1020[cm-3]、厚みを5[μm]、隣り合うP型半導体層に挟まれた低濃度N型半導体層2の幅を1[μm]とすると、低濃度N型半導体層2と第1のP型半導体層3との界面J1の底部の降伏電圧は200[V]程度であるが、側面部の降伏電圧は7[V]程度に出来る。これによれば、低濃度N型半導体層2と第1のP型半導体層3との界面J1のもつ寄生容量CはC=2×10-4[pF/μm2]となる。これは低濃度N型半導体層2と第2のP型半導体層4との界面J2、低濃度N型半導体層2と第3のP型半導体層5との界面J3についても同様である。
For example, at this time, the impurity concentration of the N-
従来構造で降伏電圧を7V、サージ耐量を10kVとした場合、必要なPN接合面積SはS=2000[μm2]となり、その寄生容量は6[pF]となるが、かかる構成では同じ面積でP型半導体層3の寄生容量C3を計算すると、以下の(2)式で表すように
低端子間容量でサージの抑制電圧(クランプ電圧)を低くした高いサージ抑制力の改善に有用であり、特にサージ保護用半導体装置に適用できる。 This is useful for improving high surge suppression power by reducing the surge suppression voltage (clamp voltage) with low terminal capacitance, and is particularly applicable to semiconductor devices for surge protection.
1 第1導電型半導体基板
2 低濃度第1導電型半導体層
3、4、5 P型半導体層
6、116 絶縁皮膜
7 アノード電極
8 カソード電極
114 カソード電極
115 アノード電極
110 高濃度N型半導体基板
111 低濃度N型半導体層
112 P型半導体層
113 高濃度N型半導体層
J1 低濃度N型半導体層2とP型半導体層3との界面
J2 低濃度N型半導体層2とP型半導体層4との界面
J3 低濃度N型半導体層2とP型半導体層5との界面
J11 P型半導体層112と低濃度N型半導体層111との界面
J12 高濃度N型半導体層113とP型半導体層112との界面
DESCRIPTION OF
Claims (1)
A low-concentration first conductive semiconductor layer is formed on the upper layer of the first conductive semiconductor substrate, and second conductive-type regions forming PN junctions from the surface of the low-concentration first conductive semiconductor layer to the inside thereof are arranged at regular intervals. The insulating film is formed on the surface of the low-concentration N-type semiconductor layer 2 so as to expose a part of the low-concentration first conductive semiconductor layer and the second conductive-type semiconductor region. A surge protection semiconductor device, wherein electrodes are formed in at least two places of the second conductivity type semiconductor region.
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