JP2018067663A - Diode element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diode element capable of reducing a resistance value.SOLUTION: A diode element includes a semiconductor layer 11 having a first principal surface 31 and a second principal surface 32. A first impurity region 51 is formed in a surface layer part on the first principal surface 31 side of the semiconductor layer 11. A second impurity region 52 is formed in a surface layer part of the first impurity region 51 so as to be electrically connected to the first impurity region 51. A third impurity region 53 is formed on the second principal surface 32 side of the semiconductor layer 11 with respect to the first impurity region 51 so as to be electrically connected to the first impurity region 51. The diode element also includes an electrode structure 61 including an embedded conductor layer 62 penetrating the first impurity region 51 from the first principal surface 31 of the semiconductor layer 11 so as to be electrically connected to the third impurity region 53 and having a smaller resistivity than a resistivity of the semiconductor layer 11.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、ダイオード素子に関する。   The present invention relates to a diode element.

特許文献1には、ダイオード素子の一例としての半導体装置が開示されている。この半導体装置は、n++型の第1半導体領域を含む。第1半導体領域上には、p型の第2半導体領域が形成されている。第1半導体領域と第2半導体領域との間には、底部が第1半導体領域に接し、かつ上部が第2半導体領域に接するp型の第3半導体領域が形成されている。第2半導体領域の表層部には、n型の第4半導体領域が形成されている。 Patent Document 1 discloses a semiconductor device as an example of a diode element. The semiconductor device includes an n ++ type first semiconductor region. A p -type second semiconductor region is formed on the first semiconductor region. Between the first semiconductor region and the second semiconductor region, there is formed a p + -type third semiconductor region whose bottom is in contact with the first semiconductor region and whose top is in contact with the second semiconductor region. An n + -type fourth semiconductor region is formed in the surface layer portion of the second semiconductor region.

特開2016−72259号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-72259

特許文献1に係るダイオード素子の構造では、第1半導体領域および第4不純物領域の間に閾値電圧以上の電圧が印加されることにより、第1半導体領域、第2半導体領域、第3半導体領域および第4不純物領域を結ぶ電流経路が形成される。係る構造では、半導体領域が主たる電流経路となるため、抵抗値が比較的高くなるという問題がある。第1半導体領域の不純物濃度を高めることにより、抵抗値の低減を図ることができるとも考えられる。しかし、この場合には、他の領域に形成されるダイオードの特性の変動をきたすため、当該第1半導体領域の不純物濃度の増加による抵抗値の低減には限界がある。   In the structure of the diode element according to Patent Document 1, when a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied between the first semiconductor region and the fourth impurity region, the first semiconductor region, the second semiconductor region, the third semiconductor region, and A current path connecting the fourth impurity regions is formed. In such a structure, since the semiconductor region is a main current path, there is a problem that the resistance value is relatively high. It is considered that the resistance value can be reduced by increasing the impurity concentration of the first semiconductor region. However, in this case, since the characteristics of the diode formed in another region are changed, there is a limit to the reduction of the resistance value due to the increase in the impurity concentration of the first semiconductor region.

そこで、本発明は、抵抗値の低減を図ることのできるダイオード素子を提供することを一つの目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a diode element capable of reducing the resistance value.

本発明の一局面に係るダイオード素子は、第1主面および第2主面を有する半導体層と、前記半導体層の前記第1主面側の表層部に形成された第1導電型の第1不純物領域と、前記第1不純物領域の表層部に形成され、前記第1不純物領域と電気的に接続された第2導電型の第2不純物領域と、前記第1不純物領域に対して前記半導体層の前記第2主面側に形成され、前記第1不純物領域と電気的に接続された第2導電型の第3不純物領域と、前記第3不純物領域と電気的に接続されるように前記半導体層の前記第1主面から前記第1不純物領域を貫通して半導体層に埋め込まれ、かつ、前記半導体層の抵抗率よりも小さい抵抗率を有する埋め込み導電体層を含む電極構造とを含む。   A diode element according to one aspect of the present invention includes a semiconductor layer having a first main surface and a second main surface, and a first conductivity type first formed in a surface layer portion of the semiconductor layer on the first main surface side. An impurity region; a second impurity region of a second conductivity type formed in a surface layer portion of the first impurity region and electrically connected to the first impurity region; and the semiconductor layer with respect to the first impurity region A third impurity region of a second conductivity type formed on the second main surface side and electrically connected to the first impurity region, and the semiconductor electrically connected to the third impurity region An electrode structure including a buried conductor layer embedded in the semiconductor layer from the first main surface of the layer through the first impurity region and having a resistivity smaller than the resistivity of the semiconductor layer.

本発明の他の局面に係るダイオード素子は、第1主面および第2主面を有し、第1素子形成領域および第2素子形成領域が形成された半導体層を含むダイオード素子であって、前記第1素子形成領域および前記第2素子形成領域は、前記半導体層の前記第1主面側の表層部に形成された第1導電型の第1不純物領域と、前記第1不純物領域の表層部に形成され、前記第1不純物領域と電気的に接続された第2導電型の第2不純物領域と、前記第1不純物領域に対して前記半導体層の前記第2主面側に形成され、前記第1不純物領域と電気的に接続された第2導電型の第3不純物領域と、前記第3不純物領域と電気的に接続されるように前記半導体層の前記第1主面から前記第1不純物領域を貫通して半導体層に埋め込まれ、かつ、前記半導体層の抵抗率よりも小さい抵抗率を有する埋め込み導電体層を含む電極構造と、をそれぞれ含む。   A diode element according to another aspect of the present invention is a diode element including a semiconductor layer having a first main surface and a second main surface, and having a first element formation region and a second element formation region formed thereon, The first element formation region and the second element formation region are a first conductivity type first impurity region formed in a surface layer portion of the semiconductor layer on the first main surface side, and a surface layer of the first impurity region. A second conductivity type second impurity region electrically connected to the first impurity region, and formed on the second main surface side of the semiconductor layer with respect to the first impurity region, A third impurity region of a second conductivity type electrically connected to the first impurity region, and the first main surface of the semiconductor layer to be electrically connected to the third impurity region from the first main surface. Embedded in the semiconductor layer through the impurity region, and the semiconductor Comprising the electrode structure including a buried conductive layer having a smaller resistivity than, respectively.

本発明の一局面に係るダイオード素子は、第3不純物領域と電気的に接続されるように半導体層の第1主面から第1不純物領域を貫通して半導体層に埋め込まれ、かつ、半導体層の抵抗率よりも小さい抵抗率を有する埋め込み導電体層を含む電極構造を含む。これにより、電極構造、第1不純物領域、第2不純物領域および第3不純物領域を結ぶ電流経路の抵抗値の低減を図ることができる。   The diode element according to one aspect of the present invention is embedded in the semiconductor layer through the first impurity region from the first main surface of the semiconductor layer so as to be electrically connected to the third impurity region, and the semiconductor layer And an electrode structure including a buried conductor layer having a resistivity lower than that of the electrode. As a result, the resistance value of the current path connecting the electrode structure, the first impurity region, the second impurity region, and the third impurity region can be reduced.

本発明の他局面に係るダイオード素子では、第1素子形成領域および第2素子形成領域が、第3不純物領域と電気的に接続されるように半導体層の第1主面から第1不純物領域を貫通して半導体層に埋め込まれ、かつ、半導体層の抵抗率よりも小さい抵抗率を有する埋め込み導電体層を含む電極構造を含む。これにより、第1素子形成領域および第2素子形成領域において、電極構造、第1不純物領域、第2不純物領域および第3不純物領域を結ぶ電流経路の抵抗値の低減を図ることができる。   In the diode element according to another aspect of the present invention, the first impurity region is formed from the first main surface of the semiconductor layer so that the first element formation region and the second element formation region are electrically connected to the third impurity region. It includes an electrode structure including an embedded conductor layer that penetrates and is embedded in the semiconductor layer and that has a resistivity smaller than the resistivity of the semiconductor layer. Thereby, in the first element formation region and the second element formation region, the resistance value of the current path connecting the electrode structure, the first impurity region, the second impurity region, and the third impurity region can be reduced.

図1は、本発明の第1実施形態に係るチップダイオードの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a chip diode according to a first embodiment of the present invention. 図2は、図1のチップダイオードの上面図である。FIG. 2 is a top view of the chip diode of FIG. 図3は、図2の一点鎖線III-IIIに沿う縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view taken along one-dot chain line III-III in FIG. 図4は、図3の第1素子形成領域およびその周辺の構造を示す拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view showing the first element formation region of FIG. 3 and the surrounding structure. 図5は、図1のチップダイオードの半導体層上の構造を取り除いた図であって、当該半導体層の主面の構造を説明するための平面図である。FIG. 5 is a diagram in which the structure on the semiconductor layer of the chip diode of FIG. 1 is removed, and is a plan view for explaining the structure of the main surface of the semiconductor layer. 図6は、図1のチップダイオードの電気的構造を示す電気回路図である。6 is an electric circuit diagram showing an electrical structure of the chip diode of FIG. 図7は、図1のチップダイオードの電気的構造を容量成分で表した電気回路図である。FIG. 7 is an electric circuit diagram showing the electrical structure of the chip diode of FIG. 図8は、本発明の第2実施形態に係るチップダイオードの縦断面図である。FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a chip diode according to a second embodiment of the present invention. 図9は、図8のチップダイオードの電気的構造を示す電気回路図である。FIG. 9 is an electric circuit diagram showing an electrical structure of the chip diode of FIG. 図10は、図8のチップダイオードの電気的構造を容量成分で表した電気回路図である。FIG. 10 is an electric circuit diagram showing the electrical structure of the chip diode of FIG. 図11は、本発明の第3実施形態に係るチップダイオードの縦断面図である。FIG. 11 is a longitudinal sectional view of a chip diode according to a third embodiment of the present invention. 図12は、図11のチップダイオードの電気的構造を示す電気回路図である。12 is an electric circuit diagram showing an electrical structure of the chip diode of FIG. 図13は、図11のチップダイオードの電気的構造を容量成分で表した電気回路図である。FIG. 13 is an electric circuit diagram showing the electrical structure of the chip diode of FIG. 図14は、電極構造の変形例を示す模式的な拡大断面図である。FIG. 14 is a schematic enlarged sectional view showing a modification of the electrode structure.

以下では、本発明に係るダイオード素子をチップダイオードに適用した場合の複数の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係るチップダイオード1の斜視図である。図2は、図1のチップダイオード1の上面図である。図3は、図2の一点鎖線III-IIIに沿う縦断面図である。図4は、図3の第1素子形成領域41およびその周辺の構造を示す拡大図である。図5は、図1のチップダイオード1の半導体層11上の構造を取り除いた図であって、当該半導体層11の主面の構造を説明するための平面図である。
Hereinafter, a plurality of embodiments when a diode element according to the present invention is applied to a chip diode will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view of the chip diode 1 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a top view of the chip diode 1 of FIG. FIG. 3 is a longitudinal sectional view taken along one-dot chain line III-III in FIG. FIG. 4 is an enlarged view showing the structure of the first element formation region 41 in FIG. 3 and its surroundings. FIG. 5 is a diagram in which the structure on the semiconductor layer 11 of the chip diode 1 of FIG. 1 is removed, and is a plan view for explaining the structure of the main surface of the semiconductor layer 11.

チップダイオード1は、0603(0.6mm×0.3mm)チップ、0402(0.4mm×0.2mm)チップ、03015(0.3mm×0.15mm)チップ等と称されるチップ部品型の半導体装置である。
図1および図2を参照して、チップダイオード1は、直方体形状のチップ本体2を含む。チップ本体2は、第1主面3と、その反対の第2主面4と、第1主面3および第2主面4を接続する側面5A,5Bとを含む。チップ本体2の第1主面3および第2主面4は、第1主面3の法線方向から見た平面視(以下、単に「平面視」という。)において、長方形状に形成されている。チップ本体2の側面5A,5Bには、当該チップ本体2の長手方向に沿って延びる一対の長手側面5Aと、当該チップ本体2の短手方向に沿って延びる一対の短手側面5Bとが含まれる。前述の「0603」、「0402」、「03015」等は、長手側面5Aの長さおよび短手側面5Bの長さによって定義されている。チップ本体2の厚さは、たとえば50μm以上400μm以下(本実施形態では250μm程度)である。
The chip diode 1 is a chip component type semiconductor called 0603 (0.6 mm × 0.3 mm) chip, 0402 (0.4 mm × 0.2 mm) chip, 03015 (0.3 mm × 0.15 mm) chip or the like. Device.
With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the chip diode 1 includes a rectangular parallelepiped chip body 2. The chip body 2 includes a first main surface 3, an opposite second main surface 4, and side surfaces 5A and 5B connecting the first main surface 3 and the second main surface 4. The first main surface 3 and the second main surface 4 of the chip body 2 are formed in a rectangular shape in a plan view (hereinafter simply referred to as “plan view”) viewed from the normal direction of the first main surface 3. Yes. The side surfaces 5 </ b> A and 5 </ b> B of the chip body 2 include a pair of long side surfaces 5 </ b> A extending along the longitudinal direction of the chip body 2 and a pair of short side surfaces 5 </ b> B extending along the short direction of the chip body 2. It is. The aforementioned “0603”, “0402”, “03015” and the like are defined by the length of the long side surface 5A and the length of the short side surface 5B. The thickness of the chip body 2 is, for example, 50 μm or more and 400 μm or less (in this embodiment, about 250 μm).

チップ本体2の第1主面3上には、第1外部端子6および第2外部端子7が互いに間隔を空けて形成されている。第1外部端子6は、チップ本体2の長手方向一方側の端部(図1の左側の端部)において、当該チップ本体2の短手方向に沿う長方形状に形成されている。第2外部端子7は、チップ本体2の長手方向他方側の端部(図1の右側の端部)において、当該チップ本体2の短手方向に沿う長方形状に形成されている。   On the first main surface 3 of the chip body 2, a first external terminal 6 and a second external terminal 7 are formed with a space therebetween. The first external terminal 6 is formed in a rectangular shape along the short side direction of the chip body 2 at one end in the longitudinal direction of the chip body 2 (left end in FIG. 1). The second external terminal 7 is formed in a rectangular shape along the short direction of the chip body 2 at the other end in the longitudinal direction of the chip body 2 (the end on the right side in FIG. 1).

図3を参照して、チップ本体2は、支持基板10と、支持基板10上に形成された半導体層11と、半導体層11を被覆する表面絶縁層12と、表面絶縁層12を被覆する第1絶縁層13と、第1絶縁層13を被覆する第2絶縁層14とを含む。チップ本体2の第1主面3は、第2絶縁層14によって形成されている。チップ本体2の第2主面4は、支持基板10によって形成されている。チップ本体2の側面5A,5Bは、支持基板10、半導体層11、表面絶縁層12、第1絶縁層13および第2絶縁層14によって形成されている。前述の第1外部端子6および第2外部端子7は、第2絶縁層14上に互いに間隔を空けて形成されている。以下、これらの構造についてより具体的に説明する。   Referring to FIG. 3, chip body 2 includes support substrate 10, semiconductor layer 11 formed on support substrate 10, surface insulating layer 12 covering semiconductor layer 11, and first insulating layer 12 covering surface insulating layer 12. The first insulating layer 13 and the second insulating layer 14 covering the first insulating layer 13 are included. The first main surface 3 of the chip body 2 is formed by the second insulating layer 14. The second main surface 4 of the chip body 2 is formed by the support substrate 10. Side surfaces 5 </ b> A and 5 </ b> B of the chip body 2 are formed by the support substrate 10, the semiconductor layer 11, the surface insulating layer 12, the first insulating layer 13 and the second insulating layer 14. The first external terminal 6 and the second external terminal 7 described above are formed on the second insulating layer 14 with a space therebetween. Hereinafter, these structures will be described more specifically.

支持基板10は、本実施形態では、直方体形状に形成されており、第1主面21と、その反対の第2主面22と、第1主面21および第2主面22を接続する側面23A,23Bとを含む。支持基板10の第2主面22は、チップ本体2の第2主面4を形成している。支持基板10の側面23A,23Bは、チップ本体2の側面5A,5Bの一部をそれぞれ形成している。   In this embodiment, the support substrate 10 is formed in a rectangular parallelepiped shape, and the first main surface 21, the opposite second main surface 22, and the side surface connecting the first main surface 21 and the second main surface 22. 23A, 23B. The second main surface 22 of the support substrate 10 forms the second main surface 4 of the chip body 2. The side surfaces 23A and 23B of the support substrate 10 form part of the side surfaces 5A and 5B of the chip body 2, respectively.

支持基板10は、シリコン製の半導体基板24と、半導体基板24の主面の上に形成された埋め込み絶縁層25とを含む積層構造を有している。半導体基板24は、不純物無添加の高抵抗シリコン基板であってもよい。埋め込み絶縁層25は、半導体基板24の主面の全面を被覆し、かつ、半導体層11の第2主面32の全面を被覆しており、半導体層11と半導体基板24とを電気的に絶縁している。埋め込み絶縁層25は、本実施形態では酸化シリコンを含み、BOX(Buried Oxide)層として形成されている。   The support substrate 10 has a stacked structure including a silicon semiconductor substrate 24 and a buried insulating layer 25 formed on the main surface of the semiconductor substrate 24. The semiconductor substrate 24 may be a high-resistance silicon substrate with no impurities added. The buried insulating layer 25 covers the entire main surface of the semiconductor substrate 24 and covers the entire second main surface 32 of the semiconductor layer 11 to electrically insulate the semiconductor layer 11 from the semiconductor substrate 24. doing. In the present embodiment, the buried insulating layer 25 includes silicon oxide and is formed as a BOX (Buried Oxide) layer.

半導体層11は、本実施形態では、直方体形状に形成されており、第1主面31と、その反対の第2主面32と、第1主面31および第2主面32を接続する側面33A,33Bとを含む。半導体層11の第2主面32は、支持基板10の第1主面21(つまり、埋め込み絶縁層25)と接している。半導体層11の側面33A,33Bは、チップ本体2の側面5A,5Bの一部をそれぞれ形成している。   In this embodiment, the semiconductor layer 11 is formed in a rectangular parallelepiped shape, and the first main surface 31, the opposite second main surface 32, and the side surface connecting the first main surface 31 and the second main surface 32. 33A, 33B. The second major surface 32 of the semiconductor layer 11 is in contact with the first major surface 21 of the support substrate 10 (that is, the buried insulating layer 25). The side surfaces 33A and 33B of the semiconductor layer 11 form part of the side surfaces 5A and 5B of the chip body 2, respectively.

図3〜図5を参照して、半導体層11には、第1素子形成領域41および第2素子形成領域42が形成されている。第1素子形成領域41および第2素子形成領域42は、ダイオードが形成される領域である。第1素子形成領域41は、半導体層11において、当該半導体層11の長手方向一方側に形成されている。第2素子形成領域42は、半導体層11において、当該半導体層11の長手方向他方側に形成されている。第1素子形成領域41および第2素子形成領域42は、半導体層11の長手方向に互いに対向している。第1素子形成領域41および第2素子形成領域42は、本実施形態では、半導体層11の各辺に平行な平面視四角形状に形成されている。   Referring to FIGS. 3 to 5, a first element formation region 41 and a second element formation region 42 are formed in the semiconductor layer 11. The first element formation region 41 and the second element formation region 42 are regions where diodes are formed. The first element formation region 41 is formed in the semiconductor layer 11 on one side in the longitudinal direction of the semiconductor layer 11. The second element formation region 42 is formed in the semiconductor layer 11 on the other side in the longitudinal direction of the semiconductor layer 11. The first element formation region 41 and the second element formation region 42 face each other in the longitudinal direction of the semiconductor layer 11. In the present embodiment, the first element formation region 41 and the second element formation region 42 are formed in a square shape in plan view parallel to each side of the semiconductor layer 11.

図3〜図5を参照して、半導体層11には、第1素子形成領域41および第2素子形成領域42を互いに電気的に絶縁するための第1素子分離構造43が形成されている。図5では、明瞭化のため、第1素子分離構造43がクロスハッチングによって示されている。第1素子分離構造43は、第1素子形成領域41を取り囲む平面視無端状の第1部分44と、第2素子形成領域42を取り囲む平面視無端状の第2部分45とを含む。第1素子分離構造43の第1部分44および第2部分45は、本実施形態では、半導体層11の各辺に平行な平面視四角環状に形成されている。   3 to 5, a first element isolation structure 43 for electrically insulating the first element formation region 41 and the second element formation region 42 from each other is formed in the semiconductor layer 11. In FIG. 5, the first element isolation structure 43 is shown by cross hatching for the sake of clarity. The first element isolation structure 43 includes an endless first portion 44 that surrounds the first element forming region 41 and an endless second portion 45 that surrounds the second element forming region 42. In the present embodiment, the first portion 44 and the second portion 45 of the first element isolation structure 43 are formed in a square shape in plan view parallel to each side of the semiconductor layer 11.

第1素子分離構造43の第1部分44および第2部分45は、本実施形態では、第1素子形成領域41および第2素子形成領域42の間において一体的に形成されている。一体的に形成された第1部分44および第2部分45は、第1素子形成領域41および第2素子形成領域42を分離する分離部46として形成されている。第1部分44および第2部分45が互いに間隔を空けて形成された場合には、第1素子分離構造43の分離部46は、半導体層11の一部の領域を挟んで互いに対向する第1部分44および第2部分45を含んでいてもよい。   In the present embodiment, the first portion 44 and the second portion 45 of the first element isolation structure 43 are integrally formed between the first element formation region 41 and the second element formation region 42. The first portion 44 and the second portion 45 that are integrally formed are formed as a separation portion 46 that separates the first element formation region 41 and the second element formation region 42. In the case where the first portion 44 and the second portion 45 are formed with a space therebetween, the isolation portion 46 of the first element isolation structure 43 is a first portion that faces each other across a partial region of the semiconductor layer 11. A portion 44 and a second portion 45 may be included.

図3および図4を参照して、第1素子分離構造43は、DTI(Deep Trench Isolation)構造を有している。より具体的には、第1素子分離構造43は、半導体層11の第1主面31から第2主面32を貫通して埋め込み絶縁層25を露出させる貫通孔47の内壁に沿って形成された第1内壁絶縁膜48と、第1内壁絶縁膜48を介して貫通孔47に埋め込まれた第1材料層49とを含む。第1内壁絶縁膜48は、たとえば酸化シリコンを含む。第1材料層49は、たとえば不純物無添加のポリシリコンを含む。   Referring to FIGS. 3 and 4, first element isolation structure 43 has a DTI (Deep Trench Isolation) structure. More specifically, the first element isolation structure 43 is formed along the inner wall of the through hole 47 that exposes the buried insulating layer 25 from the first main surface 31 to the second main surface 32 of the semiconductor layer 11. The first inner wall insulating film 48 and the first material layer 49 embedded in the through hole 47 through the first inner wall insulating film 48 are included. The first inner wall insulating film 48 includes, for example, silicon oxide. The first material layer 49 includes, for example, polysilicon with no impurities added.

第1材料層49は、絶縁材料を含んでいてもよい。したがって、第1素子分離構造43は、貫通孔47に絶縁体(第1内壁絶縁膜48および絶縁材料からなる第1材料層49)が埋め込まれた構造を有していてもよい。
第1素子形成領域41とは、半導体層11において埋め込み絶縁層25と第1素子分離構造43の第1部分44とによって区画された領域である。第2素子形成領域42とは、半導体層11において埋め込み絶縁層25と第1素子分離構造43の第2部分45とによって区画された領域である。
The first material layer 49 may include an insulating material. Therefore, the first element isolation structure 43 may have a structure in which an insulator (the first inner wall insulating film 48 and the first material layer 49 made of an insulating material) is embedded in the through hole 47.
The first element formation region 41 is a region defined by the buried insulating layer 25 and the first portion 44 of the first element isolation structure 43 in the semiconductor layer 11. The second element formation region 42 is a region defined by the buried insulating layer 25 and the second portion 45 of the first element isolation structure 43 in the semiconductor layer 11.

図3および図4を参照して、第1素子形成領域41は、p型(第1導電型)の第1不純物領域51と、n型(第2導電型)の第2不純物領域52と、n型の第3不純物領域53と、n型の第4不純物領域54とを含む。
図3および図4を参照して、p型の第1不純物領域51は、半導体層11の第1主面31側に形成されている。第1不純物領域51は、p型低濃度領域55と、p型低濃度領域55のp型不純物濃度よりも高いp型不純物濃度を有するp型高濃度領域56とを含む。p型低濃度領域55は、半導体層11の第1主面31から露出するように、当該半導体層11の第1主面31側に形成されている。p型低濃度領域55は、平面視において第1素子形成領域41の全域に形成されている。
Referring to FIGS. 3 and 4, first element formation region 41 includes p-type (first conductivity type) first impurity region 51, n + -type (second conductivity type) second impurity region 52, and , An n-type third impurity region 53 and an n-type fourth impurity region 54.
With reference to FIGS. 3 and 4, p-type first impurity region 51 is formed on the first main surface 31 side of semiconductor layer 11. The first impurity region 51 includes a p type low concentration region 55 and a p type high concentration region 56 having a p type impurity concentration higher than the p type impurity concentration of the p type low concentration region 55. The p type low concentration region 55 is formed on the first main surface 31 side of the semiconductor layer 11 so as to be exposed from the first main surface 31 of the semiconductor layer 11. The p type low concentration region 55 is formed over the entire first element formation region 41 in plan view.

p型高濃度領域56は、p型低濃度領域55に対して半導体層11の第2主面32側に形成されている。図5を参照して、p型高濃度領域56は、本実施形態では、半導体層11の短手方向に沿って延びる帯状に形成されている。半導体層11の長手方向に関して、p型高濃度領域56は、第1素子分離構造43と接するように形成された一端部と、第1素子形成領域41の中央領域を横切り、かつ第1素子分離構造43の分離部46から前記長手方向一方側に間隔を空けて形成された他端部とを有している。 The p-type high concentration region 56 is formed on the second main surface 32 side of the semiconductor layer 11 with respect to the p type low concentration region 55. With reference to FIG. 5, the p-type high concentration region 56 is formed in a strip shape extending along the short direction of the semiconductor layer 11 in the present embodiment. With respect to the longitudinal direction of the semiconductor layer 11, the p-type high concentration region 56 traverses one end formed so as to be in contact with the first element isolation structure 43 and the central region of the first element formation region 41, and the first element isolation. And the other end portion formed at an interval from the separation portion 46 of the structure 43 to one side in the longitudinal direction.

第1不純物領域51は、p型低濃度領域55からp型高濃度領域56に向かってp型不純物濃度が連続的に増加する濃度プロファイルを有している。したがって、図3および図4では、p型低濃度領域55とp型高濃度領域56との間の境界領域が明確に示されているが、実際には、p型低濃度領域55とp型高濃度領域56との間の境界領域は、明確には把握され難いか、または、明確には把握できない。 The first impurity region 51 has a concentration profile in which the p-type impurity concentration continuously increases from the p -type low concentration region 55 toward the p-type high concentration region 56. Thus, in FIG. 3 and FIG. 4, p - the boundary region between the type low-concentration region 55 and the p-type high concentration region 56 is clearly shown, in fact, p - -type low concentration region 55 The boundary region between the p-type high concentration region 56 is not clearly grasped or cannot be clearly grasped.

図3および図4を参照して、n型の第2不純物領域52は、半導体層11の第1主面31から露出するように、第1不純物領域51の表層部に形成されている。図5を参照して、第1不純物領域51は、第1素子形成領域41の中央領域において、半導体層11の短手方向に沿って延びる平面視有端状(本実施形態では平面視長方形状)に形成されている。第1不純物領域51と第2不純物領域52との間には、pn接合部が形成されている。第1不純物領域51と第2不純物領域52との間のpn接合部によって、第1不純物領域51のp型低濃度領域55をアノードとし、かつ第2不純物領域52をカソードとする第1pn接合ダイオードD1が形成されている。 Referring to FIGS. 3 and 4, n + -type second impurity region 52 is formed in the surface layer portion of first impurity region 51 so as to be exposed from first main surface 31 of semiconductor layer 11. Referring to FIG. 5, the first impurity region 51 has an end shape in plan view extending along the short direction of the semiconductor layer 11 in the central region of the first element formation region 41 (in this embodiment, a rectangular shape in plan view). ). A pn junction is formed between the first impurity region 51 and the second impurity region 52. By a pn junction between the first impurity region 51 and the second impurity region 52, a first pn junction having the p type low concentration region 55 of the first impurity region 51 as an anode and the second impurity region 52 as a cathode. A diode D1 is formed.

図3および図4を参照して、n型の第3不純物領域53は、第1不純物領域51に対して半導体層11の第2主面32側に形成されている。第3不純物領域53は、n型高濃度領域57と、n型高濃度領域57のn型不純物濃度よりも低いn型不純物濃度を有するn型低濃度領域58とを含む。n型高濃度領域57およびn型低濃度領域58は、平面視において第1素子形成領域41の全域に形成されている。 Referring to FIGS. 3 and 4, n-type third impurity region 53 is formed on the second main surface 32 side of semiconductor layer 11 with respect to first impurity region 51. The third impurity region 53 includes an n-type high concentration region 57 and an n type low concentration region 58 having an n-type impurity concentration lower than the n-type impurity concentration of the n-type high concentration region 57. The n-type high concentration region 57 and the n type low concentration region 58 are formed over the entire first element formation region 41 in plan view.

n型高濃度領域57は、第1不純物領域51に対して半導体層11の第2主面32側に形成され、当該第1不純物領域51のp型高濃度領域56と電気的に接続されている。n型低濃度領域58は、n型高濃度領域57に対して半導体層11の第2主面32側に形成され、当該n型高濃度領域57と電気的に接続されている。また、n型低濃度領域58は、半導体層11の第2主面32を形成しており、支持基板10の第1主面21と接している。 The n-type high concentration region 57 is formed on the second main surface 32 side of the semiconductor layer 11 with respect to the first impurity region 51 and is electrically connected to the p-type high concentration region 56 of the first impurity region 51. Yes. The n type low concentration region 58 is formed on the second main surface 32 side of the semiconductor layer 11 with respect to the n type high concentration region 57, and is electrically connected to the n type high concentration region 57. The n type low concentration region 58 forms the second main surface 32 of the semiconductor layer 11 and is in contact with the first main surface 21 of the support substrate 10.

第3不純物領域53は、n型高濃度領域57からn型低濃度領域58に向かってn型不純物濃度が連続的に低下する濃度プロファイルを有している。したがって、図3および図4では、n型高濃度領域57およびn型低濃度領域58の間の境界領域が明確に示されているが、実際には、n型高濃度領域57およびn型低濃度領域58の間の境界領域は、明確に把握され難いか、または、明確には把握できない。 The third impurity region 53 has a concentration profile in which the n-type impurity concentration continuously decreases from the n-type high concentration region 57 toward the n -type low concentration region 58. Therefore, in FIG. 3 and FIG. 4, the boundary region between the n-type high concentration region 57 and the n type low concentration region 58 is clearly shown, but actually, the n type high concentration region 57 and n The boundary region between the mold low concentration regions 58 is not easily grasped or cannot be grasped clearly.

第1不純物領域51および第3不純物領域53の間、より具体的には、第1不純物領域51のp型高濃度領域56および第3不純物領域53のn型高濃度領域57の間には、pn接合部が形成されている。第1不純物領域51のp型高濃度領域56および第3不純物領域53のn型高濃度領域57の間のpn接合部によって、第1不純物領域51のp型高濃度領域56をアノードとし、かつ第3不純物領域53のn型高濃度領域57をカソードとするツェナーダイオードDZが形成されている。ツェナーダイオードDZは、第1不純物領域51を介して第1pn接合ダイオードD1に逆直列に接続されている。   Between the first impurity region 51 and the third impurity region 53, more specifically, between the p-type high concentration region 56 of the first impurity region 51 and the n-type high concentration region 57 of the third impurity region 53, A pn junction is formed. By the pn junction between the p-type high concentration region 56 of the first impurity region 51 and the n-type high concentration region 57 of the third impurity region 53, the p-type high concentration region 56 of the first impurity region 51 is used as an anode, and A Zener diode DZ having the n-type high concentration region 57 of the third impurity region 53 as a cathode is formed. The zener diode DZ is connected in anti-series with the first pn junction diode D1 through the first impurity region 51.

図3および図4を参照して、n型の第4不純物領域54は、第1不純物領域51のp型低濃度領域55および第3不純物領域53のn型高濃度領域57の間の領域に形成されている。第4不純物領域54は、第1不純物領域51のp型低濃度領域55および第3不純物領域53のn型高濃度領域57と電気的に接続されている。第4不純物領域54は、第1不純物領域51のp型高濃度領域56と同一層に形成されている。 3 and 4, n-type fourth impurity region 54 is a region between p -type low concentration region 55 of first impurity region 51 and n-type high concentration region 57 of third impurity region 53. Is formed. The fourth impurity region 54 is electrically connected to the p type low concentration region 55 of the first impurity region 51 and the n type high concentration region 57 of the third impurity region 53. The fourth impurity region 54 is formed in the same layer as the p-type high concentration region 56 of the first impurity region 51.

図5を参照して、第4不純物領域54は、本実施形態では、第1不純物領域51のp型高濃度領域56および第1素子分離構造43の分離部46の間の領域において半導体層11の短手方向に沿って延びる帯状に形成されている。半導体層11の長手方向に関して、第4不純物領域54は、第1不純物領域51のp型高濃度領域56の幅よりも小さい幅で形成されている。半導体層11の長手方向に関して、第4不純物領域54は、第1不純物領域51のp型高濃度領域56と接するように形成された一端部と、第1素子分離構造43の分離部46と接するように形成された他端部とを有している。   Referring to FIG. 5, in the present embodiment, the fourth impurity region 54 is a semiconductor layer 11 in a region between the p-type high concentration region 56 of the first impurity region 51 and the isolation portion 46 of the first element isolation structure 43. It is formed in a belt shape extending along the short direction. With respect to the longitudinal direction of the semiconductor layer 11, the fourth impurity region 54 is formed with a width smaller than the width of the p-type high concentration region 56 of the first impurity region 51. With respect to the longitudinal direction of the semiconductor layer 11, the fourth impurity region 54 is in contact with one end portion formed so as to be in contact with the p-type high concentration region 56 of the first impurity region 51 and the isolation portion 46 of the first element isolation structure 43. And the other end portion formed as described above.

第1不純物領域51のp型低濃度領域55と第4不純物領域54との間には、pn接合部が形成されている。第1不純物領域51のp型低濃度領域55と第4不純物領域54との間のpn接合部によって、第1不純物領域51のp型低濃度領域55をアノードとし、かつ第4不純物領域54をカソードとする第2pn接合ダイオードD2が形成されている。第2pn接合ダイオードD2は、第3不純物領域53を介してツェナーダイオードDZと電気的に接続されている。第2pn接合ダイオードD2は、第1pn接合ダイオードD1およびツェナーダイオードDZの逆直列回路に並列接続されている。 A pn junction is formed between the p type low concentration region 55 of the first impurity region 51 and the fourth impurity region 54. By the pn junction between the p type low concentration region 55 of the first impurity region 51 and the fourth impurity region 54, the p type low concentration region 55 of the first impurity region 51 is used as an anode, and the fourth impurity region A second pn junction diode D2 having a cathode 54 is formed. The second pn junction diode D2 is electrically connected to the Zener diode DZ through the third impurity region 53. The second pn junction diode D2 is connected in parallel to the anti-series circuit of the first pn junction diode D1 and the Zener diode DZ.

図3および図4を参照して、第1不純物領域51は、p型低濃度領域55の表層部に形成され、かつ、p型低濃度領域55のp型不純物濃度よりも高いp型不純物濃度を有するp型コンタクト領域59を含む。p型コンタクト領域59は、p型低濃度領域55の表層部において、第4不純物領域54と対向する領域に形成されている。図5を参照して、p型コンタクト領域59は、第2不純物領域52に対して半導体層11の長手方向他方側において、第2不純物領域52と第1素子分離構造43の分離部46との間の領域に、半導体層11の短手方向に沿って延びる帯状に形成されている。p型コンタクト領域59は、第1素子分離構造43から間隔を空けて形成されている。 With reference to FIGS. 3 and 4, the first impurity region 51, p - -type low concentration are formed in the surface layer of the region 55, and, p - -type low concentration region higher p-type than the p-type impurity concentration of 55 A p + type contact region 59 having an impurity concentration is included. The p + -type contact region 59 is formed in a region facing the fourth impurity region 54 in the surface layer portion of the p -type low concentration region 55. Referring to FIG. 5, p + -type contact region 59 includes second impurity region 52 and isolation portion 46 of first element isolation structure 43 on the other side in the longitudinal direction of semiconductor layer 11 with respect to second impurity region 52. Is formed in a band shape extending along the short direction of the semiconductor layer 11. The p + -type contact region 59 is formed at a distance from the first element isolation structure 43.

図3および図4を参照して、第1素子形成領域41は、電極構造61を含む。図5を参照して、電極構造61は、第2不純物領域52に対して半導体層11の長手方向一方側において、第1素子分離構造43と当該第2不純物領域52との間の領域に形成されている。電極構造61は、半導体層11の短手方向に沿って延びる帯状に形成されている。電極構造61は、第1素子分離構造43および第2不純物領域52から間隔を空けて形成されている。   Referring to FIGS. 3 and 4, first element formation region 41 includes an electrode structure 61. Referring to FIG. 5, the electrode structure 61 is formed in a region between the first element isolation structure 43 and the second impurity region 52 on one side in the longitudinal direction of the semiconductor layer 11 with respect to the second impurity region 52. Has been. The electrode structure 61 is formed in a strip shape extending along the short direction of the semiconductor layer 11. The electrode structure 61 is formed at a distance from the first element isolation structure 43 and the second impurity region 52.

図3および図4を参照して、電極構造61は、第3不純物領域53と電気的に接続されるように半導体層11の第1主面31から第1不純物領域51を貫通して半導体層11に埋め込まれた埋め込み導電体層62と、第1不純物領域51から埋め込み導電体層62を電気的に絶縁する絶縁膜63とを含む。埋め込み導電体層62は、半導体層11の抵抗率、より具体的には、第3不純物領域53のn型高濃度領域57の抵抗率よりも小さい抵抗率を有している。本実施形態では、金属製の埋め込み導電体層62が形成されている。   Referring to FIGS. 3 and 4, electrode structure 61 penetrates through first impurity region 51 from first main surface 31 of semiconductor layer 11 so as to be electrically connected to third impurity region 53. 11 and an insulating film 63 that electrically insulates the embedded conductor layer 62 from the first impurity region 51. The buried conductor layer 62 has a resistivity smaller than the resistivity of the semiconductor layer 11, more specifically, the resistivity of the n-type high concentration region 57 of the third impurity region 53. In this embodiment, a metal buried conductor layer 62 is formed.

電極構造61は、第3不純物領域53に至るように半導体層11の第1主面31から第1不純物領域51のp型低濃度領域55およびp型高濃度領域56を貫通して形成されたトレンチ64を含み、絶縁膜63を介して埋め込み導電体層62がトレンチ64に埋め込まれた構造を有している。トレンチ64は、側壁および底壁を含み、半導体層11の長手方向および短手方向に関して、底壁の幅が開口幅よりも幅狭に形成されたテーパ形状に形成されている。トレンチ64の側壁からは、第1不純物領域51および第3不純物領域53が露出している。トレンチ64の底壁からは、第3不純物領域53が露出している。 The electrode structure 61 is formed so as to penetrate the p type low concentration region 55 and the p type high concentration region 56 of the first impurity region 51 from the first main surface 31 of the semiconductor layer 11 so as to reach the third impurity region 53. The buried conductor layer 62 is buried in the trench 64 with the insulating film 63 interposed therebetween. The trench 64 includes a side wall and a bottom wall, and is formed in a tapered shape in which the width of the bottom wall is narrower than the opening width in the longitudinal direction and the short side direction of the semiconductor layer 11. The first impurity region 51 and the third impurity region 53 are exposed from the sidewall of the trench 64. A third impurity region 53 is exposed from the bottom wall of the trench 64.

絶縁膜63は、トレンチ64から第3不純物領域53を露出させるように、トレンチ64の側壁を被覆している。より具体的には、絶縁膜63は、トレンチ64の底壁から第3不純物領域53を露出させるように当該トレンチ64の側壁の全域を被覆している。絶縁膜63は、一方表面(半導体層11側の表面)およびその反対側の他方表面を含み、これら一方表面および他方表面がトレンチ64の側壁に沿って形成されている。   The insulating film 63 covers the sidewall of the trench 64 so that the third impurity region 53 is exposed from the trench 64. More specifically, the insulating film 63 covers the entire side wall of the trench 64 so that the third impurity region 53 is exposed from the bottom wall of the trench 64. The insulating film 63 includes one surface (the surface on the semiconductor layer 11 side) and the other surface on the opposite side, and the one surface and the other surface are formed along the side wall of the trench 64.

埋め込み導電体層62は、絶縁膜63およびトレンチ64の底壁により区画された凹状の空間を埋めている。埋め込み導電体層62の側面および第1不純物領域51のp型低濃度領域55の間、ならびに、埋め込み導電体層62の側面および第1不純物領域51のp型高濃度領域56の間には、絶縁膜63が介在しており、これにより、埋め込み導電体層62が第1不純物領域51から電気的に絶縁されている。埋め込み導電体層62は、トレンチ64の底壁から露出する第3不純物領域53と接合されることによって、当該第3不純物領域53と電気的に接続されている。 The buried conductor layer 62 fills the concave space defined by the insulating film 63 and the bottom wall of the trench 64. Between the side surface of the buried conductor layer 62 and the p type low concentration region 55 of the first impurity region 51 and between the side surface of the buried conductor layer 62 and the p type high concentration region 56 of the first impurity region 51. The insulating film 63 is interposed, so that the buried conductor layer 62 is electrically insulated from the first impurity region 51. The buried conductor layer 62 is electrically connected to the third impurity region 53 by being joined to the third impurity region 53 exposed from the bottom wall of the trench 64.

図3および図4を参照して、本実施形態では、第3不純物領域53は、n型高濃度領域57のn型不純物濃度よりも高いn型不純物濃度を有するn型コンタクト領域65を含む。n型コンタクト領域65は、n型高濃度領域57においてトレンチ64の底部と接する領域に形成されている。より具体的には、n型コンタクト領域65は、図5を参照して、トレンチ64の底壁に加えて、トレンチ64の底壁および側壁を接続する角部に沿って形成されている。埋め込み導電体層62は、このn型コンタクト領域65との間でオーミック接触を形成しており、当該n型コンタクト領域65を介して第3不純物領域53のn型高濃度領域57と電気的に接続されている。n型コンタクト領域65の一部は、第3不純物領域53のn型低濃度領域58内に形成されていてもよい。 Referring to FIGS. 3 and 4, in the present embodiment, third impurity region 53 includes an n + -type contact region 65 having an n-type impurity concentration higher than the n-type impurity concentration of n-type high concentration region 57. . The n + -type contact region 65 is formed in a region in contact with the bottom of the trench 64 in the n-type high concentration region 57. More specifically, referring to FIG. 5, n + -type contact region 65 is formed along the corner portion connecting the bottom wall and side wall of trench 64 in addition to the bottom wall of trench 64. Conductive layer 62 embedded forms an ohmic contact between the n + -type contact region 65, n-type high-concentration region 57 and the electric third impurity region 53 through the n + -type contact region 65 Connected. A part of the n + type contact region 65 may be formed in the n type low concentration region 58 of the third impurity region 53.

図4を参照して、埋め込み導電体層62は、本実施形態では、第1導電体層66と、第2導電体層67とを含む積層構造を有している。第1導電体層66は、一方表面(半導体層11側の表面)およびその反対側の他方表面を含み、これら一方表面および他方表面が絶縁膜63およびトレンチ64の底壁に沿って形成された構造を有している。第1導電体層66は、窒化チタン層またはチタン層からなる単層構造を有していてもよいし、窒化チタン層および当該窒化チタン層上に形成されたチタン層を含む積層構造を有していてもよい。第1導電体層66は、窒化チタン層および/またはチタン層を含むことにより、バリア電極層として機能する。一方、第2導電体層67は、第1導電体層66により区画された凹状の空間を埋めている。第2導電体層67は、たとえばタングステンまたは銅を含む。   Referring to FIG. 4, the buried conductor layer 62 has a stacked structure including a first conductor layer 66 and a second conductor layer 67 in the present embodiment. The first conductor layer 66 includes one surface (the surface on the semiconductor layer 11 side) and the other surface on the opposite side, and the one surface and the other surface are formed along the bottom walls of the insulating film 63 and the trench 64. It has a structure. The first conductor layer 66 may have a single layer structure composed of a titanium nitride layer or a titanium layer, or a laminated structure including a titanium nitride layer and a titanium layer formed on the titanium nitride layer. It may be. The first conductor layer 66 functions as a barrier electrode layer by including a titanium nitride layer and / or a titanium layer. On the other hand, the second conductor layer 67 fills the concave space defined by the first conductor layer 66. The second conductor layer 67 includes, for example, tungsten or copper.

電極構造61は、第3不純物領域53を介して前述のツェナーダイオードDZと電気的に接続されている。したがって、第1pn接合ダイオードD1およびツェナーダイオードDZの逆直列回路間に所定の閾値電圧以上の電圧が印加された場合には、比較的抵抗値の低い電極構造61と、比較的抵抗値の低い第3不純物領域53のn型高濃度領域57とを介して前記逆直列回路に至る電流経路を形成できる。よって、第1素子形成領域41に形成される電流経路おいて、抵抗値の低減を図ることができる。   The electrode structure 61 is electrically connected to the aforementioned Zener diode DZ through the third impurity region 53. Therefore, when a voltage equal to or higher than a predetermined threshold voltage is applied between the anti-series circuit of the first pn junction diode D1 and the Zener diode DZ, the electrode structure 61 having a relatively low resistance value and the first structure having a relatively low resistance value. A current path reaching the anti-series circuit through the n-type high concentration region 57 of the three impurity regions 53 can be formed. Therefore, the resistance value can be reduced in the current path formed in the first element formation region 41.

図3〜図5を参照して、第1素子形成領域41は、第1不純物領域51のp型高濃度領域56および第4不純物領域54を電気的に分離する第2素子分離構造71と、第1不純物領域51および第3不純物領域53の間のpn接合部の平面視面積(つまり、ツェナーダイオードDZの平面視面積)を調整するための第3素子分離構造72A,72Bとを含む。図5では、明瞭化のため、第2素子分離構造71および第3素子分離構造72A,72Bがクロスハッチングによって示されている。   3 to 5, the first element formation region 41 includes a second element isolation structure 71 that electrically isolates the p-type high concentration region 56 and the fourth impurity region 54 of the first impurity region 51, and And third element isolation structures 72A and 72B for adjusting a planar view area of the pn junction between the first impurity region 51 and the third impurity region 53 (that is, a planar view area of the Zener diode DZ). In FIG. 5, the second element isolation structure 71 and the third element isolation structures 72A and 72B are shown by cross-hatching for the sake of clarity.

図5を参照して、第2素子分離構造71は、第1不純物領域51のp型高濃度領域56および第4不純物領域54の間の境界領域Bに沿うように、半導体層11の短手方向に沿って延びる帯状に形成されている。第2素子分離構造71は、本実施形態では、平面視において境界領域Bと第1素子分離構造43の分離部46との間の領域に形成されている。半導体層11の短手方向に関して、第2素子分離構造71の一端部および他端部は、第1素子分離構造43と連なっている。   Referring to FIG. 5, the second element isolation structure 71 has a short side of the semiconductor layer 11 along the boundary region B between the p-type high concentration region 56 of the first impurity region 51 and the fourth impurity region 54. It is formed in a strip shape extending along the direction. In the present embodiment, the second element isolation structure 71 is formed in a region between the boundary region B and the isolation part 46 of the first element isolation structure 43 in plan view. With respect to the short direction of the semiconductor layer 11, one end and the other end of the second element isolation structure 71 are connected to the first element isolation structure 43.

図3および図4を参照して、第2素子分離構造71は、DTI(Deep Trench Isolation)構造を有している。より具体的には、第2素子分離構造71は、第3不純物領域53に至るように半導体層11の第1主面31からp型低濃度領域55および第4不純物領域54を貫通して形成されたトレンチ73の内壁に沿って形成された第2内壁絶縁膜74と、第2内壁絶縁膜74を介してトレンチ73に埋め込まれた第2材料層75とを含む。第2内壁絶縁膜74は、たとえば酸化シリコンを含む。第2材料層75は、たとえば不純物無添加のポリシリコンを含む。 Referring to FIGS. 3 and 4, second element isolation structure 71 has a DTI (Deep Trench Isolation) structure. More specifically, the second element isolation structure 71 penetrates the p type low concentration region 55 and the fourth impurity region 54 from the first main surface 31 of the semiconductor layer 11 so as to reach the third impurity region 53. A second inner wall insulating film 74 formed along the inner wall of the formed trench 73 and a second material layer 75 embedded in the trench 73 via the second inner wall insulating film 74 are included. Second inner wall insulating film 74 includes, for example, silicon oxide. Second material layer 75 includes, for example, impurity-free polysilicon.

第2材料層75は、絶縁材料を含んでいてもよい。したがって、第2素子分離構造71は、トレンチ73に絶縁体(第2内壁絶縁膜74および絶縁材料からなる第2材料層75)が埋め込まれた構造を有していてもよい。
図5を参照して、第3素子分離構造72A,72Bは、第2不純物領域52を半導体層11の長手方向両側から挟み込むように形成された第3素子分離構造72Aおよび第3素子分離構造72Bを含む。第3素子分離構造72Aは、第2不純物領域52に対して半導体層11の長手方向一方側において、半導体層11の短手方向に沿って延びる帯状に形成されている。第3素子分離構造72Aは、第2不純物領域52と電極構造61との間の領域に形成されている。半導体層11の短手方向に関して、第3素子分離構造72Aの一端部および他端部は、第1素子分離構造43と連なっている。
The second material layer 75 may include an insulating material. Therefore, the second element isolation structure 71 may have a structure in which an insulator (the second inner wall insulating film 74 and the second material layer 75 made of an insulating material) is embedded in the trench 73.
Referring to FIG. 5, third element isolation structures 72A and 72B include third element isolation structure 72A and third element isolation structure 72B formed so as to sandwich second impurity region 52 from both sides in the longitudinal direction of semiconductor layer 11. including. The third element isolation structure 72 </ b> A is formed in a strip shape extending along the short direction of the semiconductor layer 11 on one side in the longitudinal direction of the semiconductor layer 11 with respect to the second impurity region 52. The third element isolation structure 72 </ b> A is formed in a region between the second impurity region 52 and the electrode structure 61. With respect to the short side direction of the semiconductor layer 11, one end and the other end of the third element isolation structure 72 </ b> A are connected to the first element isolation structure 43.

第3素子分離構造72Bは、第2不純物領域52に対して半導体層11の長手方向他方側において、半導体層11の短手方向に沿って延びる帯状に形成されている。第3素子分離構造72Bは、本実施形態では、p型高濃度領域56および第4不純物領域54の間の境界領域Bと第2不純物領域52との間の領域に形成されている。半導体層11の短手方向に関して、第3素子分離構造72Bの一端部および他端部は、第1素子分離構造43と連なっている。   The third element isolation structure 72 </ b> B is formed in a strip shape extending along the short direction of the semiconductor layer 11 on the other side in the longitudinal direction of the semiconductor layer 11 with respect to the second impurity region 52. In the present embodiment, the third element isolation structure 72 </ b> B is formed in a region between the boundary region B between the p-type high concentration region 56 and the fourth impurity region 54 and the second impurity region 52. With respect to the short direction of the semiconductor layer 11, one end and the other end of the third element isolation structure 72 </ b> B are connected to the first element isolation structure 43.

図3および図4を参照して、第3素子分離構造72A,72Bは、DTI(Deep Trench Isolation)構造を有している。より具体的には、第3素子分離構造72A,72Bは、第3不純物領域53に至るように半導体層11の第1主面31から第1不純物領域51を貫通して形成されたトレンチ76の内壁に沿って形成された第3内壁絶縁膜77と、第3内壁絶縁膜77を介してトレンチ76に埋め込まれた第3材料層78とを含む。第3内壁絶縁膜77は、たとえば酸化シリコンを含む。第3材料層78は、たとえば不純物無添加のポリシリコンを含む。   Referring to FIGS. 3 and 4, third element isolation structures 72A and 72B have a DTI (Deep Trench Isolation) structure. More specifically, the third element isolation structures 72 </ b> A and 72 </ b> B have trenches 76 formed so as to penetrate the first impurity region 51 from the first main surface 31 of the semiconductor layer 11 so as to reach the third impurity region 53. A third inner wall insulating film 77 formed along the inner wall, and a third material layer 78 embedded in the trench 76 via the third inner wall insulating film 77 are included. Third inner wall insulating film 77 includes, for example, silicon oxide. Third material layer 78 includes, for example, polysilicon to which no impurities are added.

第3材料層78は、絶縁材料を含んでいてもよい。したがって、第3素子分離構造72A,72Bは、トレンチ76に絶縁体(第3内壁絶縁膜77および絶縁材料からなる第3材料層78)が埋め込まれた構造を有していてもよい。
図5を参照して、第1不純物領域51および第3不純物領域53の間のpn接合部の平面視面積(つまり、ツェナーダイオードDZの平面視面積)は、第1素子分離構造43、第3素子分離構造72Aおよび第3素子分離構造72Bによって取り囲まれた領域Dの平面視面積を変更することにより、調整可能である。これにより、ツェナーダイオードDZの電気的なパラメータを調整することができる。
The third material layer 78 may include an insulating material. Accordingly, the third element isolation structures 72A and 72B may have a structure in which an insulator (the third inner wall insulating film 77 and the third material layer 78 made of an insulating material) is embedded in the trench 76.
Referring to FIG. 5, the planar area of the pn junction between the first impurity region 51 and the third impurity region 53 (that is, the planar area of the Zener diode DZ) is the first element isolation structure 43, the third Adjustment is possible by changing the planar view area of the region D surrounded by the element isolation structure 72A and the third element isolation structure 72B. Thereby, the electrical parameters of the Zener diode DZ can be adjusted.

p型高濃度領域56および第4不純物領域54の間の境界領域Bと、第1素子分離構造43の分離部46との間の領域に形成された第2素子分離構造71により、p型高濃度領域56に対する第4不純物領域54の電気的絶縁性が高められている。また、前記境界領域Bと、第2不純物領域52との間の領域に形成された第3素子分離構造72Bにより、第4不純物領域54に対するp型高濃度領域56の電気的絶縁性が高められている。したがって、本実施形態では、前記境界領域Bを挟み込む第2素子分離構造71および第3素子分離構造72Bによって、p型高濃度領域56および第4不純物領域54の間の電気的絶縁性が高められている。   The second element isolation structure 71 formed in the area between the boundary region B between the p-type high concentration region 56 and the fourth impurity region 54 and the isolation portion 46 of the first element isolation structure 43 provides a p-type high The electrical insulation of the fourth impurity region 54 with respect to the concentration region 56 is enhanced. In addition, the third element isolation structure 72B formed in the region between the boundary region B and the second impurity region 52 enhances the electrical insulation of the p-type high concentration region 56 with respect to the fourth impurity region 54. ing. Therefore, in the present embodiment, the electrical isolation between the p-type high concentration region 56 and the fourth impurity region 54 is enhanced by the second element isolation structure 71 and the third element isolation structure 72B sandwiching the boundary region B. ing.

本実施形態では、第3素子分離構造72Bが、p型高濃度領域56および第4不純物領域54を電気的に分離する第2素子分離構造71を形成しているともみなすことができる。この場合、第2素子分離構造71は、前記境界領域Bよりも第4不純物領域54側に形成された第2素子分離構造71と、前記境界領域Bよりもp型高濃度領域56側に形成された第2素子分離構造71(第3素子分離構造72B)とを含む構造となる。   In the present embodiment, it can be considered that the third element isolation structure 72B forms the second element isolation structure 71 that electrically isolates the p-type high concentration region 56 and the fourth impurity region 54. In this case, the second element isolation structure 71 is formed on the fourth impurity region 54 side with respect to the boundary region B, and on the p-type high concentration region 56 side with respect to the boundary region B. And the second element isolation structure 71 (third element isolation structure 72B).

他の形態において、第2素子分離構造71および第3素子分離構造72Bが一体的に形成されていてもよい。つまり、半導体層11の第1主面31から前記境界領域Bを貫通して第3不純物領域53に至る第2素子分離構造71が形成されていてもよい。さらに他の形態では、前記境界領域Bを挟み込む複数の第2素子分離構造71が形成されている一方で、第2不純物領域52を挟み込む複数の第3素子分離構造72A,72Bが形成されていてもよい。   In another form, the second element isolation structure 71 and the third element isolation structure 72B may be integrally formed. That is, the second element isolation structure 71 may be formed that extends from the first major surface 31 of the semiconductor layer 11 through the boundary region B to the third impurity region 53. In yet another embodiment, a plurality of second element isolation structures 71 sandwiching the boundary region B are formed, while a plurality of third element isolation structures 72A and 72B sandwiching the second impurity region 52 are formed. Also good.

図3および図5を参照して、第2素子形成領域42は、第1素子形成領域41と同様に、第1不純物領域51、第2不純物領域52、第3不純物領域53、第4不純物領域54、電極構造61、第2素子分離構造71、第3素子分離構造72A,72B等を含む。第2素子形成領域42は、本実施形態では、第1素子分離構造43を挟んで第1素子形成領域41と略線対称となる構造を有している。第2素子形成領域42側の構造は、第1素子形成領域41側の構造とほぼ同様であるので、第2素子形成領域42側の構造については、第1素子形成領域41側の構造と同一の参照符号を付して説明を省略する。   Referring to FIGS. 3 and 5, the second element formation region 42 is similar to the first element formation region 41 in the first impurity region 51, the second impurity region 52, the third impurity region 53, and the fourth impurity region. 54, an electrode structure 61, a second element isolation structure 71, third element isolation structures 72A, 72B, and the like. In the present embodiment, the second element formation region 42 has a structure that is substantially line symmetric with the first element formation region 41 with the first element isolation structure 43 interposed therebetween. Since the structure on the second element formation region 42 side is substantially the same as the structure on the first element formation region 41 side, the structure on the second element formation region 42 side is the same as the structure on the first element formation region 41 side. The reference numerals are attached and the description is omitted.

半導体層11の構造について補足する。半導体層11は、支持基板10の第1主面21(埋め込み絶縁層25の主面)からシリコンをエピタキシャル成長させることによって形成されたエピタキシャル層81からなる。より具体的には、半導体層11は、支持基板10の第1主面21の上に形成されたn型エピタキシャル層82、n型エピタキシャル層82の上に形成されたn型エピタキシャル層83、n型エピタキシャル層83の上に形成されたp型エピタキシャル層84およびn型エピタキシャル層85、ならびに、p型エピタキシャル層84およびn型エピタキシャル層85の上に形成されたp型エピタキシャル層86を含む。 The structure of the semiconductor layer 11 will be supplemented. The semiconductor layer 11 includes an epitaxial layer 81 formed by epitaxially growing silicon from the first main surface 21 of the support substrate 10 (the main surface of the buried insulating layer 25). More specifically, the semiconductor layer 11 includes an n type epitaxial layer 82 formed on the first main surface 21 of the support substrate 10 and an n type epitaxial layer 83 formed on the n type epitaxial layer 82. P-type epitaxial layer 84 and n-type epitaxial layer 85 formed on n-type epitaxial layer 83, and p -type epitaxial layer 86 formed on p-type epitaxial layer 84 and n-type epitaxial layer 85. Including.

型エピタキシャル層86によって、半導体層11の第1主面31が形成されており、n型エピタキシャル層82によって、半導体層11の第2主面32が形成されている。また、n型エピタキシャル層82、n型エピタキシャル層83、p型エピタキシャル層84、n型エピタキシャル層85およびp型エピタキシャル層86によって半導体層11の側面33A,33Bが形成されている。 The p type epitaxial layer 86 forms the first main surface 31 of the semiconductor layer 11, and the n type epitaxial layer 82 forms the second main surface 32 of the semiconductor layer 11. Further, the side surfaces 33A and 33B of the semiconductor layer 11 are formed by the n type epitaxial layer 82, the n type epitaxial layer 83, the p type epitaxial layer 84, the n type epitaxial layer 85, and the p type epitaxial layer 86.

第1不純物領域51のp型低濃度領域55およびp型高濃度領域56は、第1素子分離構造43によって区画されたp型エピタキシャル層86の一部の領域およびp型エピタキシャル層84の一部の領域によってそれぞれ形成されている。第2不純物領域52は、p型エピタキシャル層86(つまり、第1不純物領域51のp型低濃度領域55)の表層部にn型不純物を導入することにより形成されている。 The p type low concentration region 55 and the p type high concentration region 56 of the first impurity region 51 are a partial region of the p type epitaxial layer 86 and the p type epitaxial layer 84 partitioned by the first element isolation structure 43. Each region is formed by a part of the region. The second impurity region 52 is formed by introducing an n-type impurity into the surface layer portion of the p type epitaxial layer 86 (that is, the p type low concentration region 55 of the first impurity region 51).

第3不純物領域53のn型高濃度領域57およびn型低濃度領域58は、第1素子分離構造43によって区画されたn型エピタキシャル層83の一部の領域およびn型エピタキシャル層82の一部の領域によってそれぞれ形成されている。第4不純物領域54は、第1素子分離構造43によって区画されたn型エピタキシャル層85の一部の領域によって形成されている。 The n-type high concentration region 57 and the n -type low concentration region 58 of the third impurity region 53 are a partial region of the n-type epitaxial layer 83 and the n -type epitaxial layer 82 defined by the first element isolation structure 43. Each region is formed by a part of the region. The fourth impurity region 54 is formed by a partial region of the n-type epitaxial layer 85 partitioned by the first element isolation structure 43.

型コンタクト領域59は、p型エピタキシャル層86(つまり、第1不純物領域51のp型低濃度領域55)の表層部にp型不純物を導入することにより形成されている。n型コンタクト領域65は、電極構造61のトレンチ64の底部から露出するn型高濃度領域57にn型不純物を導入することにより形成されている。
図3を再度参照して、表面絶縁層12は、半導体層11の第1主面31の全域を被覆するように当該半導体層11の第1主面31の上に形成されている。表面絶縁層12は、複数の絶縁膜が積層された積層構造を有していてもよいし、単一の絶縁膜からなる単層構造を有していてもよい。複数の絶縁膜または単一の絶縁膜は、酸化シリコンを含んでいてもよいし、窒化シリコンを含んでいてもよい。
The p + type contact region 59 is formed by introducing p type impurities into the surface layer portion of the p type epitaxial layer 86 (that is, the p type low concentration region 55 of the first impurity region 51). The n + -type contact region 65 is formed by introducing an n-type impurity into the n-type high concentration region 57 exposed from the bottom of the trench 64 of the electrode structure 61.
Referring again to FIG. 3, the surface insulating layer 12 is formed on the first main surface 31 of the semiconductor layer 11 so as to cover the entire area of the first main surface 31 of the semiconductor layer 11. The surface insulating layer 12 may have a laminated structure in which a plurality of insulating films are laminated, or may have a single layer structure made of a single insulating film. The plurality of insulating films or the single insulating film may contain silicon oxide or silicon nitride.

図3を参照して、第1素子形成領域41および第2素子形成領域42のそれぞれの領域において、表面絶縁層12には、電極構造61を露出させる第1コンタクト孔91と、第2不純物領域52を露出させる第2コンタクト孔92と、p型コンタクト領域59を露出させる第3コンタクト孔93とが形成されている。
第1素子形成領域41および第2素子形成領域42のそれぞれの領域において、表面絶縁層12の上には、第1コンタクト孔91を埋めて表面絶縁層12を被覆する第1コンタクト電極94と、第2コンタクト孔92を埋めて表面絶縁層12を被覆する第2コンタクト電極95と、第3コンタクト孔93を埋めて表面絶縁層12を被覆する第3コンタクト電極96とが形成されている。
Referring to FIG. 3, in each of first element formation region 41 and second element formation region 42, first contact hole 91 exposing electrode structure 61 and second impurity region are formed in surface insulating layer 12. A second contact hole 92 exposing 52 and a third contact hole 93 exposing the p + -type contact region 59 are formed.
In each of the first element formation region 41 and the second element formation region 42, a first contact electrode 94 that fills the first contact hole 91 and covers the surface insulation layer 12 on the surface insulation layer 12; A second contact electrode 95 filling the second contact hole 92 and covering the surface insulating layer 12, and a third contact electrode 96 filling the third contact hole 93 and covering the surface insulating layer 12 are formed.

第1コンタクト電極94は、第1コンタクト孔91内において電極構造61と電気的に接続されている。第2コンタクト電極95は、第2コンタクト孔92内において第2不純物領域52と電気的に接続されている。第3コンタクト電極96は、第3コンタクト孔93内においてp型コンタクト領域59と電気的に接続されている。第1コンタクト電極94、第2コンタクト電極95および第3コンタクト電極96は、たとえばアルミニウムを含む。 The first contact electrode 94 is electrically connected to the electrode structure 61 in the first contact hole 91. The second contact electrode 95 is electrically connected to the second impurity region 52 in the second contact hole 92. Third contact electrode 96 is electrically connected to p + -type contact region 59 in third contact hole 93. First contact electrode 94, second contact electrode 95, and third contact electrode 96 include, for example, aluminum.

図3を参照して、第1絶縁層13は、第1コンタクト電極94、第2コンタクト電極95および第3コンタクト電極96を被覆するように表面絶縁層12の上に形成されている。第1絶縁層13は、樹脂層97の単層構造からなる。樹脂層97は、たとえば感光性樹脂、より具体的にはエポキシ樹脂を含むネガティブタイプのフォトレジスト、またはポリイミド樹脂である。第1絶縁層13の厚さは、たとえば5μm以上100μm以下(本実施形態では50μm程度)である。第1絶縁層13には、第1コンタクト電極94を露出させる第1開口98、第2コンタクト電極95を露出させる第2開口99、および、第3コンタクト電極96を露出させる第3開口100が形成されている。第1絶縁層13の上には、第1接続配線101、第2接続配線102および第3接続配線103が形成されている。   Referring to FIG. 3, first insulating layer 13 is formed on surface insulating layer 12 so as to cover first contact electrode 94, second contact electrode 95, and third contact electrode 96. The first insulating layer 13 has a single layer structure of the resin layer 97. The resin layer 97 is, for example, a photosensitive resin, more specifically, a negative type photoresist containing an epoxy resin, or a polyimide resin. The thickness of the first insulating layer 13 is, for example, not less than 5 μm and not more than 100 μm (about 50 μm in this embodiment). The first insulating layer 13 includes a first opening 98 for exposing the first contact electrode 94, a second opening 99 for exposing the second contact electrode 95, and a third opening 100 for exposing the third contact electrode 96. Has been. On the first insulating layer 13, a first connection wiring 101, a second connection wiring 102, and a third connection wiring 103 are formed.

第1接続配線101は、第1外部端子6の直下において、たとえば半導体層11の短手方向に沿う平面視長方形状に形成されている。第1接続配線101は、第1絶縁層13の表面から第1素子形成領域41側の第1開口98内に入り込み、当該第1開口98内において第1素子形成領域41側の第1コンタクト電極94と電気的に接続されている。これにより、第1接続配線101は、第1素子形成領域41側の電極構造61に電気的に接続されている。   The first connection wiring 101 is formed, for example, in a rectangular shape in plan view along the short direction of the semiconductor layer 11 immediately below the first external terminal 6. The first connection wiring 101 enters the first opening 98 on the first element formation region 41 side from the surface of the first insulating layer 13, and the first contact electrode on the first element formation region 41 side in the first opening 98. 94 is electrically connected. Accordingly, the first connection wiring 101 is electrically connected to the electrode structure 61 on the first element formation region 41 side.

第2接続配線102は、第2外部端子7の直下において、たとえば半導体層11の短手方向に沿う平面視長方形状に形成されている。第2接続配線102は、第1絶縁層13の表面から第2素子形成領域42側の第1開口98内に入り込み、当該第1開口98内において第2素子形成領域42側の第1コンタクト電極94と電気的に接続されている。これにより、第2接続配線102は、第2素子形成領域42側の電極構造61と電気的に接続されている。   The second connection wiring 102 is formed, for example, in a rectangular shape in plan view along the short direction of the semiconductor layer 11 immediately below the second external terminal 7. The second connection wiring 102 enters the first opening 98 on the second element formation region 42 side from the surface of the first insulating layer 13, and the first contact electrode on the second element formation region 42 side in the first opening 98. 94 is electrically connected. Thereby, the second connection wiring 102 is electrically connected to the electrode structure 61 on the second element formation region 42 side.

第3接続配線103は、第1接続配線101および第2接続配線102の間の領域において、たとえば半導体層11の各辺に平行な平面視四角形状に形成されている。第3接続配線103は、第1絶縁層13の表面から第1素子形成領域41側の第2開口99内および第3開口100内に入り込んでいる。また、第3接続配線103は、第1絶縁層13の表面から第2素子形成領域42側の第2開口99内および第3開口100内に入り込んでいる。   The third connection wiring 103 is formed, for example, in a rectangular shape in plan view parallel to each side of the semiconductor layer 11 in the region between the first connection wiring 101 and the second connection wiring 102. The third connection wiring 103 enters the second opening 99 and the third opening 100 on the first element formation region 41 side from the surface of the first insulating layer 13. In addition, the third connection wiring 103 enters the second opening 99 and the third opening 100 on the second element formation region 42 side from the surface of the first insulating layer 13.

第3接続配線103は、第1素子形成領域41側の第2開口99内および第3開口100内において、第1素子形成領域41側の第2コンタクト電極95および第3コンタクト電極96と電気的に接続されている。また、第3接続配線103は、第2素子形成領域42側の第2開口99内および第3開口100内において、第2素子形成領域42側の第2コンタクト電極95および第3コンタクト電極96と電気的に接続されている。これにより、第3接続配線103は、第1素子形成領域41側の第2不純物領域52およびp型コンタクト領域59、ならびに、第2素子形成領域42側の第2不純物領域52およびp型コンタクト領域59と電気的に接続されている。 The third connection wiring 103 is electrically connected to the second contact electrode 95 and the third contact electrode 96 on the first element formation region 41 side in the second opening 99 and the third opening 100 on the first element formation region 41 side. It is connected to the. The third connection wiring 103 is connected to the second contact electrode 95 and the third contact electrode 96 on the second element formation region 42 side in the second opening 99 and the third opening 100 on the second element formation region 42 side. Electrically connected. Thus, the third connection wire 103, the first element forming region 41 side second impurity regions 52 and the p + -type contact region 59, and the second impurity regions 52 and the p + -type second element forming region 42 side The contact region 59 is electrically connected.

第1接続配線101、第2接続配線102および第3接続配線103は、第1導電体層104と、第2導電体層105とを含む積層構造をそれぞれ有している。第1導電体層104は、一方表面(第1絶縁層13側の表面)およびその反対側の他方表面を含み、これら一方表面および他方表面が、第1コンタクト孔91の内壁、第2コンタクト孔92の内壁および第3コンタクト孔93の内壁を含む第1絶縁層13の表面に沿って形成された構造を有している。   The first connection wiring 101, the second connection wiring 102, and the third connection wiring 103 each have a laminated structure including a first conductor layer 104 and a second conductor layer 105. The first conductor layer 104 includes one surface (the surface on the first insulating layer 13 side) and the other surface on the opposite side, and these one surface and the other surface are the inner wall of the first contact hole 91 and the second contact hole. It has a structure formed along the surface of the first insulating layer 13 including the inner wall of 92 and the inner wall of the third contact hole 93.

第1導電体層104は、窒化チタン層またはチタン層からなる単層構造を有していてもよいし、窒化チタン層および当該窒化チタン層上に形成されたチタン層を含む積層構造を有していてもよい。第1導電体層104は、窒化チタン層および/またはチタン層を含むことにより、バリア電極層として機能する。一方、第2導電体層105は、第1導電体層104により区画された凹状の空間を埋めている。第2導電体層105は、たとえば銅を含む。   The first conductor layer 104 may have a single layer structure composed of a titanium nitride layer or a titanium layer, or a laminated structure including a titanium nitride layer and a titanium layer formed on the titanium nitride layer. It may be. The first conductor layer 104 functions as a barrier electrode layer by including a titanium nitride layer and / or a titanium layer. On the other hand, the second conductor layer 105 fills the concave space defined by the first conductor layer 104. Second conductor layer 105 includes, for example, copper.

第2絶縁層14は、第1接続配線101、第2接続配線102および第3接続配線103を被覆するように第1絶縁層13の上に形成されている。第2絶縁層14は、樹脂層106の単層構造からなる。樹脂層106は、たとえばポリイミド樹脂を含む。第2絶縁層14には、第1接続配線101を露出させる第1パッド開口107と、第2接続配線102を露出させる第2パッド開口108とが形成されている。   The second insulating layer 14 is formed on the first insulating layer 13 so as to cover the first connection wiring 101, the second connection wiring 102, and the third connection wiring 103. The second insulating layer 14 has a single layer structure of the resin layer 106. Resin layer 106 includes, for example, a polyimide resin. In the second insulating layer 14, a first pad opening 107 that exposes the first connection wiring 101 and a second pad opening 108 that exposes the second connection wiring 102 are formed.

第1外部端子6は、第1パッド開口107内に形成されている。第1外部端子6は、第1パッド開口107内において第1接続配線101と電気的に接続されている。これにより、第1外部端子6は、第1接続配線101を介して第1素子形成領域41側の電極構造61と電気的に接続されている。第1外部端子6は、第2絶縁層14から突出するように形成されており、当該第2絶縁層14を被覆する被覆部を有している。第1外部端子6は、本実施形態では、錫(Sn)を含む。第1外部端子6は、複数の金属膜が積層された積層構造を有していてもよい。複数の金属膜は、第1接続配線101からこの順に積層されたNi膜、Pd膜およびAu膜を含んでいてもよい。   The first external terminal 6 is formed in the first pad opening 107. The first external terminal 6 is electrically connected to the first connection wiring 101 in the first pad opening 107. Thus, the first external terminal 6 is electrically connected to the electrode structure 61 on the first element formation region 41 side via the first connection wiring 101. The first external terminal 6 is formed so as to protrude from the second insulating layer 14, and has a covering portion that covers the second insulating layer 14. In the present embodiment, the first external terminal 6 includes tin (Sn). The first external terminal 6 may have a stacked structure in which a plurality of metal films are stacked. The plurality of metal films may include a Ni film, a Pd film, and an Au film stacked in this order from the first connection wiring 101.

第2外部端子7は、第2パッド開口108内に形成されている。第2外部端子7は、第2パッド開口108内において第2接続配線102と電気的に接続されている。これにより、第2外部端子7は、第2接続配線102を介して第2素子形成領域42側の電極構造61と電気的に接続されている。第2外部端子7は、第2絶縁層14から突出するように形成されており、当該第2絶縁層14を被覆する被覆部を有している。第2外部端子7は、本実施形態では、錫(Sn)を含む。第2外部端子7は、複数の金属膜が積層された積層構造を有していてもよい。複数の金属膜は、第2接続配線102からこの順に積層されたNi膜、Pd膜およびAu膜を含んでいてもよい。   The second external terminal 7 is formed in the second pad opening 108. The second external terminal 7 is electrically connected to the second connection wiring 102 in the second pad opening 108. Thereby, the second external terminal 7 is electrically connected to the electrode structure 61 on the second element formation region 42 side via the second connection wiring 102. The second external terminal 7 is formed so as to protrude from the second insulating layer 14, and has a covering portion that covers the second insulating layer 14. In the present embodiment, the second external terminal 7 includes tin (Sn). The second external terminal 7 may have a stacked structure in which a plurality of metal films are stacked. The plurality of metal films may include a Ni film, a Pd film, and an Au film stacked in this order from the second connection wiring 102.

次に、図6を参照して、チップダイオード1の電気的構造について説明する。図6は、図1のチップダイオード1の電気的構造を示す電気回路図である。
図6を参照して、チップダイオード1は、第1外部端子6および第2外部端子7の間に、これら第1外部端子6および第2外部端子7と電気的に接続された第1並列回路111および第2並列回路112の直列回路を含む。第1並列回路111は、第1素子形成領域41側の第1pn接合ダイオードD1、ツェナーダイオードDZおよび第2pn接合ダイオードD2によって形成されており、第2並列回路112は、第2素子形成領域42側の第1pn接合ダイオードD1、ツェナーダイオードDZおよび第2pn接合ダイオードD2によって形成されている。
Next, the electrical structure of the chip diode 1 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is an electric circuit diagram showing an electrical structure of the chip diode 1 of FIG.
Referring to FIG. 6, the chip diode 1 includes a first parallel circuit electrically connected to the first external terminal 6 and the second external terminal 7 between the first external terminal 6 and the second external terminal 7. 111 and a series circuit of the second parallel circuit 112 are included. The first parallel circuit 111 is formed by a first pn junction diode D1, a Zener diode DZ, and a second pn junction diode D2 on the first element formation region 41 side, and the second parallel circuit 112 is on the second element formation region 42 side. The first pn junction diode D1, the Zener diode DZ, and the second pn junction diode D2.

第1並列回路111および第2並列回路112は、第1pn接合ダイオードD1およびツェナーダイオードDZの逆直列回路113と、当該逆直列回路113に並列接続された第2pn接合ダイオードD2とをそれぞれ含む。第1並列回路111および第2並列回路112は、第1pn接合ダイオードD1のアノードおよびツェナーダイオードDZのアノードが電気的に接続されたアノード接続部114と、ツェナーダイオードDZのカソードおよび第2pn接合ダイオードD2のカソードが電気的に接続されたカソード接続部115と、第1pn接合ダイオードD1のカソードおよび第2pn接合ダイオードD2のアノードが電気的に接続されたアノード/カソード接続部116とをそれぞれ含む。   The first parallel circuit 111 and the second parallel circuit 112 include an anti-series circuit 113 of a first pn junction diode D1 and a Zener diode DZ, and a second pn junction diode D2 connected in parallel to the anti-series circuit 113, respectively. The first parallel circuit 111 and the second parallel circuit 112 include an anode connection portion 114 in which the anode of the first pn junction diode D1 and the anode of the Zener diode DZ are electrically connected, the cathode of the Zener diode DZ, and the second pn junction diode D2. A cathode connection portion 115 to which the cathodes of the first pn junction diode D1 and an anode of the second pn junction diode D2 are electrically connected.

第1並列回路111のカソード接続部115は、第1外部端子6と電気的に接続されている。第2並列回路112のカソード接続部115は、第2外部端子7と電気的に接続されている。第1並列回路111のアノード/カソード接続部116および第2並列回路112のアノード/カソード接続部116は、互いに電気的に接続されている。第1並列回路111および第2並列回路112のアノード接続部114は、前述の第1不純物領域51によって形成されている。第1並列回路111および第2並列回路112のカソード接続部115は、前述の第3不純物領域53によって形成されている。第1並列回路111および第2並列回路112のアノード/カソード接続部116は、前述の第3接続配線103によって形成されている。   The cathode connection portion 115 of the first parallel circuit 111 is electrically connected to the first external terminal 6. The cathode connection portion 115 of the second parallel circuit 112 is electrically connected to the second external terminal 7. The anode / cathode connection part 116 of the first parallel circuit 111 and the anode / cathode connection part 116 of the second parallel circuit 112 are electrically connected to each other. The anode connection portions 114 of the first parallel circuit 111 and the second parallel circuit 112 are formed by the first impurity region 51 described above. The cathode connection portions 115 of the first parallel circuit 111 and the second parallel circuit 112 are formed by the third impurity region 53 described above. The anode / cathode connection portions 116 of the first parallel circuit 111 and the second parallel circuit 112 are formed by the third connection wiring 103 described above.

第1外部端子6および第2外部端子7間に、第1外部端子6を基準電位(たとえばグランド電位)として、所定の閾値電圧以上の電圧が印加されると、第2並列回路112側の逆直列回路113と第1並列回路111側の第2pn接合ダイオードD2とを結ぶ直列回路を介して第2外部端子7から第1外部端子6に電流が流れる。
第1外部端子6および第2外部端子7間に、第2外部端子7を基準電位(たとえばグランド電位)として、所定の閾値電圧以上の電圧が印加されると、第1並列回路111側の逆直列回路113と第2並列回路112側の第2pn接合ダイオードD2とを結ぶ直列回路を介して第1外部端子6から第2外部端子7に電流が流れる。
When a voltage equal to or higher than a predetermined threshold voltage is applied between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 with the first external terminal 6 as a reference potential (for example, ground potential), the reverse of the second parallel circuit 112 side A current flows from the second external terminal 7 to the first external terminal 6 through a series circuit connecting the series circuit 113 and the second pn junction diode D2 on the first parallel circuit 111 side.
When a voltage equal to or higher than a predetermined threshold voltage is applied between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 with the second external terminal 7 as a reference potential (for example, ground potential), the reverse of the first parallel circuit 111 side A current flows from the first external terminal 6 to the second external terminal 7 through a series circuit connecting the series circuit 113 and the second pn junction diode D2 on the second parallel circuit 112 side.

第1外部端子6および第2外部端子7間の電圧(電位差)の絶対値が所定の閾値電圧未満の場合、第1並列回路111および第2並列回路112によって、第1外部端子6および第2外部端子7間に電流が流れるのが阻止される。
このような動作を実現するチップダイオード1によれば、たとえば電気回路の一部に組み込まれることによって、過電圧やESD(Electro Static Discharge:静電気放電)等から当該電気回路を保護する保護回路を提供できる。
When the absolute value of the voltage (potential difference) between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 is less than a predetermined threshold voltage, the first parallel terminal 111 and the second parallel circuit 112 cause the first external terminal 6 and the second external terminal 112 to Current is prevented from flowing between the external terminals 7.
According to the chip diode 1 that realizes such an operation, a protection circuit that protects the electric circuit from an overvoltage, ESD (Electro Static Discharge) or the like can be provided by being incorporated in a part of the electric circuit, for example. .

次に、図7を参照して、第1外部端子6および第2外部端子7間の静電容量について説明する。図7は、図1のチップダイオード1の電気的構造を容量成分で表した電気回路図である。
図7では、第1pn接合ダイオードD1の静電容量をC1で示している。また、第2pn接合ダイオードD2の静電容量をC2で示している。また、ツェナーダイオードDZの静電容量をCZで示している。第1並列回路111の合成容量CSと第2並列回路112の合成容量CSはほぼ等しい。したがって、第1外部端子6および第2外部端子7間の寄生静電容量をCPとすると、第1外部端子6および第2外部端子7間の合成容量CEは、以下の(1)式および(2)式によって与えられる。
Next, the capacitance between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is an electric circuit diagram showing the electrical structure of the chip diode 1 of FIG.
In FIG. 7, the capacitance of the first pn junction diode D1 is indicated by C1. Further, the capacitance of the second pn junction diode D2 is indicated by C2. Further, the capacitance of the Zener diode DZ is indicated by CZ. The combined capacity CS of the first parallel circuit 111 and the combined capacity CS of the second parallel circuit 112 are substantially equal. Therefore, if the parasitic capacitance between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 is CP, the combined capacitance CE between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 is expressed by the following equation (1) and ( 2) is given by:

Figure 2018067663
Figure 2018067663

Figure 2018067663
Figure 2018067663

本実施形態では、第1pn接合ダイオードD1の静電容量C1は、たとえば0.05pF以上0.5pF以下である。また、第2pn接合ダイオードD2の静電容量C2は、たとえば0.05pF以上0.5pF以下である。また、ツェナーダイオードDZの静電容量CZは、たとえば5pF以上1000pF以下である。
ツェナーダイオードDZの静電容量CZは、第1pn接合ダイオードD1の静電容量C1に対して極めて大きく形成されている(C1<<CZ)。したがって、上記の(1)式の合成容量CEは、下記の(3)式により近似される。
In the present embodiment, the capacitance C1 of the first pn junction diode D1 is, for example, not less than 0.05 pF and not more than 0.5 pF. Further, the capacitance C2 of the second pn junction diode D2 is, for example, not less than 0.05 pF and not more than 0.5 pF. Further, the capacitance CZ of the Zener diode DZ is, for example, not less than 5 pF and not more than 1000 pF.
The electrostatic capacitance CZ of the Zener diode DZ is extremely large compared to the electrostatic capacitance C1 of the first pn junction diode D1 (C1 << CZ). Therefore, the combined capacitance CE of the above equation (1) is approximated by the following equation (3).

Figure 2018067663
Figure 2018067663

上記の(3)式に示されるように、第1外部端子6および第2外部端子7間の合成容量CEは、比較的小さい値である第1pn接合ダイオードD1の静電容量C1および第2pn接合ダイオードD2の静電容量C2に基づいて定めることができる。したがって、ツェナーダイオードDZの平面視面積を大きくし、当該ツェナーダイオードDZの静電容量CZが増加したとしても、第1外部端子6および第2外部端子7間の合成容量CEの低化を図ることができる。ツェナーダイオードDZの平面視面積とは、より具体的には、第1素子分離構造43、第3素子分離構造72Aおよび第3素子分離構造72Bによって取り囲まれた領域D(図5参照)である。   As shown in the above equation (3), the combined capacitance CE between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 is a relatively small value of the capacitance C1 and the second pn junction of the first pn junction diode D1. It can be determined based on the capacitance C2 of the diode D2. Therefore, even if the planar view area of the Zener diode DZ is increased and the capacitance CZ of the Zener diode DZ is increased, the combined capacitance CE between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 is reduced. Can do. More specifically, the planar view area of the Zener diode DZ is a region D (see FIG. 5) surrounded by the first element isolation structure 43, the third element isolation structure 72A, and the third element isolation structure 72B.

以上、本実施形態に係るチップダイオード1では、第1素子形成領域41および第2素子形成領域42が、第3不純物領域53と電気的に接続されるように半導体層11の第1主面31から第1不純物領域51を貫通して半導体層11に埋め込まれ、かつ、半導体層11の抵抗率よりも小さい抵抗率を有する埋め込み導電体層62を含む電極構造61を含む。より具体的には、電極構造61は、第3不純物領域53の抵抗率よりも小さい抵抗率を有する金属製の埋め込み導電体層62を含む。これにより、第1素子形成領域41および第2素子形成領域42において、電極構造61、第3不純物領域53、第2不純物領域52および第1不純物領域51を結ぶ電流経路の抵抗値の低減を図ることができる。   As described above, in the chip diode 1 according to the present embodiment, the first main surface 31 of the semiconductor layer 11 so that the first element formation region 41 and the second element formation region 42 are electrically connected to the third impurity region 53. To the first impurity region 51 and embedded in the semiconductor layer 11 and includes an electrode structure 61 including a buried conductor layer 62 having a resistivity smaller than the resistivity of the semiconductor layer 11. More specifically, the electrode structure 61 includes a metal buried conductor layer 62 having a resistivity smaller than that of the third impurity region 53. Thereby, in the first element formation region 41 and the second element formation region 42, the resistance value of the current path connecting the electrode structure 61, the third impurity region 53, the second impurity region 52, and the first impurity region 51 is reduced. be able to.

また、本実施形態に係るチップダイオード1では、電極構造61は、第1不純物領域51から埋め込み導電体層62を電気的に分離する絶縁膜63を含む。この絶縁膜63は、埋め込み導電体層62の側面および第1不純物領域51のp型低濃度領域55の間、ならびに、埋め込み導電体層62の側面および第1不純物領域51のp型高濃度領域56の間に介在している。これにより、第1不純物領域51のp型低濃度領域55およびp型高濃度領域56のそれぞれから埋め込み導電体層62を電気的に絶縁することができるから、埋め込み導電体層62および第1不純物領域51の間の漏れ電流を抑制できる。 In the chip diode 1 according to the present embodiment, the electrode structure 61 includes an insulating film 63 that electrically isolates the embedded conductor layer 62 from the first impurity region 51. This insulating film 63 is formed between the side surface of the buried conductor layer 62 and the p type low concentration region 55 of the first impurity region 51, and between the side surface of the buried conductor layer 62 and the p type high concentration of the first impurity region 51. It is interposed between the regions 56. Thus, since the buried conductor layer 62 can be electrically insulated from each of the p type low concentration region 55 and the p type high concentration region 56 of the first impurity region 51, the buried conductor layer 62 and the first conductor region 62 Leakage current between the impurity regions 51 can be suppressed.

また、本実施形態に係るチップダイオード1では、たとえば半田や金属製のペースト等の導電性接合材を介して外部接続可能な第1外部端子6および第2外部端子7を含む。したがって、チップダイオード1を実装する際には、ボンディングワイヤによるダイボンディング工程を実行しなくて済む。これにより、ボンディングワイヤ接続に起因する接続不良が生じないので、歩留りを向上することができる。また、これにより、チップダイオード1が組み込まれた装置の信頼性も向上できる。   In addition, the chip diode 1 according to the present embodiment includes the first external terminal 6 and the second external terminal 7 that can be externally connected via a conductive bonding material such as solder or metal paste. Therefore, when the chip diode 1 is mounted, it is not necessary to perform a die bonding process using a bonding wire. Thereby, since the connection failure resulting from bonding wire connection does not arise, a yield can be improved. Thereby, the reliability of the device incorporating the chip diode 1 can also be improved.

また、本実施形態に係るチップダイオード1では、半導体層11の上に5μm以上100μmm以下の厚い第1絶縁層13が形成されている。これにより、半導体層11を保護することができるのに加えて、第1接続配線101と半導体層11との間の寄生容量、第2接続配線102と半導体層11との間の寄生容量、および、第3接続配線103と半導体層11との間の寄生容量の低下を図ることができる。また、これにより、第1外部端子6と半導体層11との間の寄生容量、および、第2外部端子7と半導体層11との間の寄生容量の低下を図ることができる。よって、前記(1)式および(3)式において示した第1外部端子6および第2外部端子7の間の寄生静電容量CPの低下を図ることができる。   In the chip diode 1 according to this embodiment, a thick first insulating layer 13 having a thickness of 5 μm or more and 100 μm or less is formed on the semiconductor layer 11. Thereby, in addition to protecting the semiconductor layer 11, a parasitic capacitance between the first connection wiring 101 and the semiconductor layer 11, a parasitic capacitance between the second connection wiring 102 and the semiconductor layer 11, and The parasitic capacitance between the third connection wiring 103 and the semiconductor layer 11 can be reduced. Thereby, the parasitic capacitance between the first external terminal 6 and the semiconductor layer 11 and the parasitic capacitance between the second external terminal 7 and the semiconductor layer 11 can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the parasitic capacitance CP between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 shown in the expressions (1) and (3).

また、本実施形態に係るチップダイオード1では、第1絶縁層13が、樹脂層97の単層構造からなる。この樹脂層97は、感光性樹脂、本実施形態ではエポキシ樹脂を含むネガティブタイプのフォトレジスト、またはポリイミド樹脂からなる。これにより、露光および現像によって第1開口98、第2開口99および第3開口100を形成できる。
したがって、これら第1開口98、第2開口99および第3開口100を形成する際に、当該第1絶縁層13に対してエッチング処理を行わなくて済む。その結果、第1絶縁層13の下層に形成された第1コンタクト電極94、第2コンタクト電極95および第3コンタクト電極96にエッチングによる不所望なダメージが発生するのを防止できる。これにより、ダメージに起因する第1コンタクト電極94、第2コンタクト電極95および第3コンタクト電極96の抵抗成分の変動や接触不良を抑制できる。
In the chip diode 1 according to the present embodiment, the first insulating layer 13 has a single layer structure of the resin layer 97. The resin layer 97 is made of a photosensitive resin, in this embodiment, a negative type photoresist containing an epoxy resin, or a polyimide resin. Thereby, the 1st opening 98, the 2nd opening 99, and the 3rd opening 100 can be formed by exposure and development.
Therefore, when the first opening 98, the second opening 99, and the third opening 100 are formed, the first insulating layer 13 need not be etched. As a result, it is possible to prevent undesired damage caused by etching on the first contact electrode 94, the second contact electrode 95, and the third contact electrode 96 formed below the first insulating layer 13. Thereby, the fluctuation | variation of the resistance component of the 1st contact electrode 94, the 2nd contact electrode 95, and the 3rd contact electrode 96 resulting from damage and contact failure can be suppressed.

また、本実施形態に係るチップダイオード1は、第1並列回路111と、第2並列回路112とを含み、これら第1並列回路111および第2並列回路112が互いに直列接続された構造の回路網を有している。第1並列回路111および第2並列回路112は、第1pn接合ダイオードD1およびツェナーダイオードDZの逆直列回路113と、当該逆直列回路113に並列接続された第2pn接合ダイオードD2とをそれぞれ含む。   Further, the chip diode 1 according to the present embodiment includes a first parallel circuit 111 and a second parallel circuit 112, and a circuit network having a structure in which the first parallel circuit 111 and the second parallel circuit 112 are connected in series. have. The first parallel circuit 111 and the second parallel circuit 112 include an anti-series circuit 113 of a first pn junction diode D1 and a Zener diode DZ, and a second pn junction diode D2 connected in parallel to the anti-series circuit 113, respectively.

このような回路網は、一つの半導体層11に形成された第1素子形成領域41および第2素子形成領域42に形成されている。したがって、第1並列回路111および第2並列回路112を形成するに当たり、複数個のチップダイオードを用いる必要がなく、かつ、複数個の半導体層11を用いる必要もない。よって、多機能かつ高機能でありながらも小型のチップダイオード1を提供することができる。
<第2実施形態>
図8は、本発明の第2実施形態に係るチップダイオード121の縦断面図である。
Such a circuit network is formed in the first element formation region 41 and the second element formation region 42 formed in one semiconductor layer 11. Therefore, in forming the first parallel circuit 111 and the second parallel circuit 112, it is not necessary to use a plurality of chip diodes, and it is not necessary to use a plurality of semiconductor layers 11. Therefore, it is possible to provide a small chip diode 1 that is multifunctional and highly functional.
Second Embodiment
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a chip diode 121 according to the second embodiment of the present invention.

本実施形態に係るチップダイオード121は、第2素子形成領域42、第1素子分離構造43の第2部分45、第4不純物領域54、p型コンタクト領域59、第2素子分離構造71、第3コンタクト孔93、第3コンタクト電極96、第3開口100、第3接続配線103等を含まない点で、前述の第1実施形態に係るチップダイオード1とは異なっている。図8において、前述の第1実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。 The chip diode 121 according to the present embodiment includes a second element formation region 42, a second portion 45 of the first element isolation structure 43, a fourth impurity region 54, a p + -type contact region 59, a second element isolation structure 71, The third contact hole 93, the third contact electrode 96, the third opening 100, the third connection wiring 103, and the like are not included, and are different from the chip diode 1 according to the first embodiment described above. In FIG. 8, the same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施形態に係るチップダイオード121では、第2外部端子7の直下に形成された第2接続配線102が、第1絶縁層13の表面から第2開口99に入り込み、当該第2開口99内において第2コンタクト電極95と電気的に接続されている。これにより、第2外部端子7が、第2コンタクト電極95を介して第2不純物領域52に電気的に接続されている。   In the chip diode 121 according to the present embodiment, the second connection wiring 102 formed immediately below the second external terminal 7 enters the second opening 99 from the surface of the first insulating layer 13, and in the second opening 99. The second contact electrode 95 is electrically connected. As a result, the second external terminal 7 is electrically connected to the second impurity region 52 via the second contact electrode 95.

次に、図9を参照して、チップダイオード121の電気的構造について説明する。図9は、図8のチップダイオード121の電気的構造を示す電気回路図である。
図9を参照して、チップダイオード121は、第1外部端子6および第2外部端子7の間に、これら第1外部端子6および第2外部端子7と電気的に接続された逆直列回路122を含む。逆直列回路122は、第1pn接合ダイオードD1およびツェナーダイオードDZが逆直列接続されることにより形成されている。
Next, the electrical structure of the chip diode 121 will be described with reference to FIG. FIG. 9 is an electric circuit diagram showing an electrical structure of the chip diode 121 of FIG.
Referring to FIG. 9, the chip diode 121 includes an anti-series circuit 122 that is electrically connected to the first external terminal 6 and the second external terminal 7 between the first external terminal 6 and the second external terminal 7. including. The reverse series circuit 122 is formed by connecting the first pn junction diode D1 and the Zener diode DZ in reverse series.

逆直列回路122は、ツェナーダイオードDZのアノードおよび第1pn接合ダイオードD1のアノードが電気的に接続されたアノード接続部123を含む。逆直列回路122のアノード接続部123は、前述の第1不純物領域51によって形成されている。逆直列回路122において、ツェナーダイオードDZのカソードは、第1外部端子6と電気的に接続されており、第1pn接合ダイオードD1のカソードは、第2外部端子7と電気的に接続されている。   The reverse series circuit 122 includes an anode connection portion 123 in which the anode of the Zener diode DZ and the anode of the first pn junction diode D1 are electrically connected. The anode connection portion 123 of the inverse series circuit 122 is formed by the first impurity region 51 described above. In the reverse series circuit 122, the cathode of the Zener diode DZ is electrically connected to the first external terminal 6, and the cathode of the first pn junction diode D1 is electrically connected to the second external terminal 7.

第1外部端子6および第2外部端子7間に、第2外部端子7を基準電位(たとえばグランド電位)とする所定の閾値電圧以上の電圧が印加されると、逆直列回路122を介して第1外部端子6から第2外部端子7に電流が流れる。
第1外部端子6および第2外部端子7間の電圧(電位差)の絶対値が所定の閾値電圧未満の場合、逆直列回路122によって、第1外部端子6および第2外部端子7間に電流が流れるのが阻止される。
When a voltage equal to or higher than a predetermined threshold voltage with the second external terminal 7 as a reference potential (for example, ground potential) is applied between the first external terminal 6 and the second external terminal 7, A current flows from the first external terminal 6 to the second external terminal 7.
When the absolute value of the voltage (potential difference) between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 is less than a predetermined threshold voltage, the anti-series circuit 122 causes a current to flow between the first external terminal 6 and the second external terminal 7. It is blocked from flowing.

このような動作を実現するチップダイオード121によれば、たとえば電気回路の一部に組み込まれることによって、過電圧やESD(Electro Static Discharge:静電気放電)等から当該電気回路を保護する保護回路を提供できる。
次に、図10を参照して、第1外部端子6および第2外部端子7間の静電容量について説明する。図10は、図8のチップダイオード121の電気的構造を容量成分で表した電気回路図である。
According to the chip diode 121 that realizes such an operation, a protection circuit that protects the electric circuit from an overvoltage, ESD (Electro Static Discharge) or the like can be provided by being incorporated in a part of the electric circuit, for example. .
Next, the capacitance between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 will be described with reference to FIG. FIG. 10 is an electric circuit diagram showing the electrical structure of the chip diode 121 of FIG.

図10では、第1pn接合ダイオードD1の静電容量をC1で示している。また、ツェナーダイオードDZの静電容量をCZで示している。第1外部端子6および第2外部端子7間の寄生静電容量をCPとすると、第1外部端子6および第2外部端子7間の合成容量CEは、以下の(4)式によって与えられる。   In FIG. 10, the capacitance of the first pn junction diode D1 is indicated by C1. Further, the capacitance of the Zener diode DZ is indicated by CZ. When the parasitic capacitance between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 is CP, the combined capacitance CE between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 is given by the following equation (4).

Figure 2018067663
Figure 2018067663

前述の第1実施形態と同様に、ツェナーダイオードDZの静電容量CZは、第1pn接合ダイオードD1の静電容量C1に対して極めて大きく形成されている(C1<<CZ)。したがって、上記の(4)式の合成容量CEは、下記の(5)式により近似される。   Similar to the first embodiment described above, the electrostatic capacitance CZ of the Zener diode DZ is formed to be extremely larger than the electrostatic capacitance C1 of the first pn junction diode D1 (C1 << CZ). Therefore, the combined capacitance CE of the above equation (4) is approximated by the following equation (5).

Figure 2018067663
Figure 2018067663

上記の(5)式に示されるように、第1外部端子6および第2外部端子7間の合成容量CEは、比較的小さい値である第1pn接合ダイオードD1の静電容量C1に基づいて定めることができる。したがって、ツェナーダイオードDZの平面視面積を大きくし、当該ツェナーダイオードDZの静電容量CZが増加したとしても、第1外部端子6および第2外部端子7間の合成容量CEの低化を図ることができる。   As shown in the above equation (5), the combined capacitance CE between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 is determined based on the capacitance C1 of the first pn junction diode D1 that is a relatively small value. be able to. Therefore, even if the planar view area of the Zener diode DZ is increased and the capacitance CZ of the Zener diode DZ is increased, the combined capacitance CE between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 is reduced. Can do.

以上のように、本実施形態に係るチップダイオード121によっても、前述の第1実施形態において述べた作用効果と同様の作用効果を奏することができる。本実施形態に係るチップダイオード121は、支持基板10および第1素子分離構造43を含む構造を有しているが、支持基板10および第1素子分離構造43は除かれてもよい。これにより、チップダイオード121の更なる小型化を図ることができる。
<第3実施形態>
図11は、本発明の第3実施形態に係るチップダイオード131の縦断面図である。
As described above, the chip diode 121 according to the present embodiment can also provide the same operational effects as those described in the first embodiment. The chip diode 121 according to the present embodiment has a structure including the support substrate 10 and the first element isolation structure 43, but the support substrate 10 and the first element isolation structure 43 may be omitted. Thereby, further miniaturization of the chip diode 121 can be achieved.
<Third Embodiment>
FIG. 11 is a longitudinal sectional view of a chip diode 131 according to a third embodiment of the present invention.

本実施形態に係るチップダイオード131は、第2素子形成領域42、第1素子分離構造43の第2部分45、第3接続配線103等を含まない点で、前述の第1実施形態に係るチップダイオード1とは異なっている。図11において、前述の第1実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係るチップダイオード131では、第2外部端子7の直下に形成された第2接続配線102が、第1絶縁層13の表面から第2開口99および第3開口100に入り込んでいる。第2接続配線102は、第2開口99内において第2コンタクト電極95と電気的に接続されており、かつ第3開口100内において第3コンタクト電極96と電気的に接続されている。これにより、第2外部端子7が、第2コンタクト電極95を介して第2不純物領域52に電気的に接続されており、かつ第3コンタクト電極96を介してp型コンタクト領域59と電気的に接続されている。
The chip diode 131 according to the present embodiment does not include the second element formation region 42, the second portion 45 of the first element isolation structure 43, the third connection wiring 103, and the like according to the above-described first embodiment. It is different from the diode 1. In FIG. 11, the same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
In the chip diode 131 according to the present embodiment, the second connection wiring 102 formed immediately below the second external terminal 7 enters the second opening 99 and the third opening 100 from the surface of the first insulating layer 13. The second connection wiring 102 is electrically connected to the second contact electrode 95 in the second opening 99, and is electrically connected to the third contact electrode 96 in the third opening 100. As a result, the second external terminal 7 is electrically connected to the second impurity region 52 via the second contact electrode 95 and electrically connected to the p + -type contact region 59 via the third contact electrode 96. It is connected to the.

次に、図12を参照して、チップダイオード131の電気的構造について説明する。図12は、図11のチップダイオード131の電気的構造を示す電気回路図である。
図12を参照して、チップダイオード131は、第1外部端子6および第2外部端子7の間に、これら第1外部端子6および第2外部端子7と電気的に接続された並列回路132を含む。並列回路132は、第1pn接合ダイオードD1およびツェナーダイオードDZの逆直列回路133と、当該逆直列回路133に並列接続された第2pn接合ダイオードD2とを含む。
Next, the electrical structure of the chip diode 131 will be described with reference to FIG. FIG. 12 is an electric circuit diagram showing an electrical structure of the chip diode 131 of FIG.
Referring to FIG. 12, the chip diode 131 includes a parallel circuit 132 electrically connected to the first external terminal 6 and the second external terminal 7 between the first external terminal 6 and the second external terminal 7. Including. The parallel circuit 132 includes an anti-series circuit 133 including a first pn junction diode D1 and a Zener diode DZ, and a second pn junction diode D2 connected in parallel to the anti-series circuit 133.

並列回路132は、第1pn接合ダイオードD1のアノードおよびツェナーダイオードDZのアノードが電気的に接続されたアノード接続部134と、ツェナーダイオードDZのカソードおよび第2pn接合ダイオードD2のカソードが電気的に接続されたカソード接続部135と、第1pn接合ダイオードD1のカソードおよび第2pn接合ダイオードD2のアノードが電気的に接続されたアノード/カソード接続部136とを含む。並列回路132のカソード接続部135は、第1外部端子6と電気的に接続されている。並列回路132のアノード/カソード接続部136は、第2外部端子7と電気的に接続されている。   The parallel circuit 132 has an anode connection part 134 in which the anode of the first pn junction diode D1 and the anode of the Zener diode DZ are electrically connected, and the cathode of the Zener diode DZ and the cathode of the second pn junction diode D2 are electrically connected. A cathode connection portion 135, and an anode / cathode connection portion 136 in which the cathode of the first pn junction diode D1 and the anode of the second pn junction diode D2 are electrically connected. The cathode connection part 135 of the parallel circuit 132 is electrically connected to the first external terminal 6. The anode / cathode connection portion 136 of the parallel circuit 132 is electrically connected to the second external terminal 7.

並列回路132のアノード接続部134は、前述の第1不純物領域51によって形成されている。並列回路132のカソード接続部135は、前述の第3不純物領域53によって形成されている。並列回路132のアノード/カソード接続部136は、前述の第2接続配線102によって形成されている。
第1外部端子6および第2外部端子7間に、第2外部端子7を基準電位(たとえばグランド電位)とする所定の閾値電圧以上の電圧が印加されると、逆直列回路133を介して第1外部端子6から第2外部端子7に電流が流れる。
The anode connection part 134 of the parallel circuit 132 is formed by the first impurity region 51 described above. The cathode connection portion 135 of the parallel circuit 132 is formed by the third impurity region 53 described above. The anode / cathode connection portion 136 of the parallel circuit 132 is formed by the second connection wiring 102 described above.
When a voltage equal to or higher than a predetermined threshold voltage with the second external terminal 7 as a reference potential (for example, ground potential) is applied between the first external terminal 6 and the second external terminal 7, A current flows from the first external terminal 6 to the second external terminal 7.

第1外部端子6および第2外部端子7間に、第1外部端子6を基準電位(たとえばグランド電位)とする所定の閾値電圧以上の電圧が印加されると、第2pn接合ダイオードD2を介して第2外部端子7から第1外部端子6に電流が流れる。
第1外部端子6および第2外部端子7間の電圧(電位差)の絶対値が所定の閾値電圧未満の場合、並列回路132によって、第1外部端子6および第2外部端子7間に電流が流れるのが阻止される。
When a voltage equal to or higher than a predetermined threshold voltage having the first external terminal 6 as a reference potential (for example, ground potential) is applied between the first external terminal 6 and the second external terminal 7, the second pn junction diode D2 is used. A current flows from the second external terminal 7 to the first external terminal 6.
When the absolute value of the voltage (potential difference) between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 is less than a predetermined threshold voltage, a current flows between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 by the parallel circuit 132. Is prevented.

このような動作を実現するチップダイオード131によれば、たとえば電気回路の一部に組み込まれることによって、過電圧やESD(Electro Static Discharge:静電気放電)等から当該電気回路を保護する保護回路を提供できる。
次に、図13を参照して、第1外部端子6および第2外部端子7間の静電容量について説明する。図13は、図11のチップダイオード131の電気的構造を容量成分で表した電気回路図である。
According to the chip diode 131 that realizes such an operation, for example, a protection circuit that protects the electric circuit from an overvoltage, ESD (Electro Static Discharge) or the like can be provided by being incorporated in a part of the electric circuit. .
Next, the capacitance between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 will be described with reference to FIG. FIG. 13 is an electric circuit diagram showing the electrical structure of the chip diode 131 of FIG.

図13では、第1pn接合ダイオードD1の静電容量をC1で示している。また、第2pn接合ダイオードD2の静電容量をC2で示している。また、ツェナーダイオードDZの静電容量をCZで示している。第1外部端子6および第2外部端子7間の寄生静電容量をCPとすると、第1外部端子6および第2外部端子7間の合成容量CEは、以下の(6)式によって与えられる。   In FIG. 13, the capacitance of the first pn junction diode D1 is indicated by C1. Further, the capacitance of the second pn junction diode D2 is indicated by C2. Further, the capacitance of the Zener diode DZ is indicated by CZ. If the parasitic capacitance between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 is CP, the combined capacitance CE between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 is given by the following equation (6).

Figure 2018067663
Figure 2018067663

前述の第1実施形態と同様に、ツェナーダイオードDZの静電容量CZは、第1pn接合ダイオードD1の静電容量C1に対して極めて大きく形成されている(C1<<CZ)。したがって、上記の(6)式の合成容量CEは、下記の(7)式により近似される。   Similar to the first embodiment described above, the electrostatic capacitance CZ of the Zener diode DZ is formed to be extremely larger than the electrostatic capacitance C1 of the first pn junction diode D1 (C1 << CZ). Therefore, the combined capacitance CE of the above equation (6) is approximated by the following equation (7).

Figure 2018067663
Figure 2018067663

上記の(7)式に示されるように、第1外部端子6および第2外部端子7間の合成容量CEは、比較的小さい値である第1pn接合ダイオードD1の静電容量C1、および、比較的小さい値である第2pn接合ダイオードD2の静電容量C2に基づいて定めることができる。したがって、ツェナーダイオードDZの平面視面積を大きくし、当該ツェナーダイオードDZの静電容量CZが増加したとしても、第1外部端子6および第2外部端子7間の合成容量CEの低化を図ることができる。   As shown in the above equation (7), the combined capacitance CE between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 is a relatively small value of the capacitance C1 of the first pn junction diode D1 and the comparison. It can be determined based on the capacitance C2 of the second pn junction diode D2, which is a relatively small value. Therefore, even if the planar view area of the Zener diode DZ is increased and the capacitance CZ of the Zener diode DZ is increased, the combined capacitance CE between the first external terminal 6 and the second external terminal 7 is reduced. Can do.

以上のように、本実施形態に係るチップダイオード131によっても、前述の第1実施形態において述べた作用効果と同様の作用効果を奏することができる。本実施形態に係るチップダイオード131は、支持基板10および第1素子分離構造43を含む構造を有しているが、支持基板10および第1素子分離構造43は除かれてもよい。これにより、チップダイオード131の更なる小型化を図ることができる。   As described above, even with the chip diode 131 according to the present embodiment, the same operational effects as those described in the first embodiment can be obtained. The chip diode 131 according to the present embodiment has a structure including the support substrate 10 and the first element isolation structure 43, but the support substrate 10 and the first element isolation structure 43 may be omitted. Thereby, the chip diode 131 can be further reduced in size.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の第1実施形態では、第1素子形成領域41内の構造と、第2素子形成領域42内の構造とがほぼ等しい構造を有するチップダイオード1について説明した。しかし、第1素子形成領域41内の構造と、第2素子形成領域42内の構造とが互いに異なる構造のチップダイオードが採用されてもよい。たとえば、第2素子形成領域42内に第2pn接合ダイオードD2だけが形成された構造のチップダイオードが採用されてもよい。また、たとえば、第2素子形成領域42内に第1pn接合ダイオードD1およびツェナーダイオードDZを含む逆直列回路113だけが形成された構造のチップダイオードが採用されてもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.
For example, in the first embodiment described above, the chip diode 1 having a structure in which the structure in the first element formation region 41 and the structure in the second element formation region 42 are substantially equal has been described. However, a chip diode having a structure in which the structure in the first element formation region 41 and the structure in the second element formation region 42 are different from each other may be employed. For example, a chip diode having a structure in which only the second pn junction diode D2 is formed in the second element formation region 42 may be employed. For example, a chip diode having a structure in which only the anti-series circuit 113 including the first pn junction diode D1 and the Zener diode DZ is formed in the second element formation region 42 may be employed.

また、前述の第1実施形態に係る電極構造61は、図14に示されるような形態に変更されてもよい。図14は、電極構造61の変形例を示す模式的な拡大断面図である。図14において、前述の第1実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図14を参照して、本変形例に係る電極構造61は、第3不純物領域53と電気的に接続されるように表面絶縁層12の表面から、当該表面絶縁層12および第1不純物領域51を貫通して、表面絶縁層12および半導体層11に埋め込まれた埋め込み導電体層62と、第1不純物領域51から埋め込み導電体層62を電気的に絶縁する絶縁膜63とを含む。より具体的には、本変形例に係る電極構造61は、前述のトレンチ64と、当該トレンチ64に連通するように表面絶縁層12に形成された貫通孔140とを有する深堀トレンチ141を含み、当該深堀トレンチ141に絶縁膜63を介して埋め込み導電体層62が埋め込まれた構造を有している。
Moreover, the electrode structure 61 according to the first embodiment described above may be changed to a form as shown in FIG. FIG. 14 is a schematic enlarged sectional view showing a modification of the electrode structure 61. In FIG. 14, the same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
Referring to FIG. 14, the electrode structure 61 according to the present modification example includes the surface insulating layer 12 and the first impurity region 51 from the surface of the surface insulating layer 12 so as to be electrically connected to the third impurity region 53. And embedded conductor layer 62 embedded in surface insulating layer 12 and semiconductor layer 11, and insulating film 63 that electrically insulates embedded conductor layer 62 from first impurity region 51. More specifically, the electrode structure 61 according to this modification includes a deep trench 141 having the above-described trench 64 and a through-hole 140 formed in the surface insulating layer 12 so as to communicate with the trench 64. The deep trench 141 has a structure in which a buried conductor layer 62 is buried through an insulating film 63.

深堀トレンチ141は、側壁および底壁を含む。深堀トレンチ141の側壁は、トレンチ64の側壁および貫通孔47の側壁によって形成されている。深堀トレンチ141の底壁は、トレンチ64の底壁によって形成されている。深堀トレンチ141は、半導体層11の長手方向および短手方向に関して、底壁の幅が開口幅よりも幅狭に形成されたテーパ形状に形成されている。深堀トレンチ141の側壁からは、第1不純物領域51および第3不純物領域53が露出している。深堀トレンチ141の底壁からは、第3不純物領域53が露出している。   The deep trench 141 includes a side wall and a bottom wall. The side wall of the deep trench 141 is formed by the side wall of the trench 64 and the side wall of the through hole 47. The bottom wall of the deep trench 141 is formed by the bottom wall of the trench 64. The deep trench 141 is formed in a tapered shape in which the width of the bottom wall is narrower than the opening width in the longitudinal direction and the short direction of the semiconductor layer 11. The first impurity region 51 and the third impurity region 53 are exposed from the side wall of the deep trench 141. The third impurity region 53 is exposed from the bottom wall of the deep trench 141.

絶縁膜63は、深堀トレンチ141から第3不純物領域53を露出させるように、深堀トレンチ141の側壁を被覆している。より具体的には、絶縁膜63は、深堀トレンチ141の底壁から第3不純物領域53を露出させるように当該深堀トレンチ141の側壁の全域を被覆している。絶縁膜63は、一方表面(半導体層11側の表面)およびその反対側の他方表面を含み、これら一方表面および他方表面が深堀トレンチ141の側壁に沿って形成されている。   The insulating film 63 covers the sidewall of the deep trench 141 so that the third impurity region 53 is exposed from the deep trench 141. More specifically, the insulating film 63 covers the entire side wall of the deep trench 141 so that the third impurity region 53 is exposed from the bottom wall of the deep trench 141. The insulating film 63 includes one surface (the surface on the semiconductor layer 11 side) and the other surface on the opposite side, and the one surface and the other surface are formed along the side wall of the deep trench 141.

埋め込み導電体層62は、絶縁膜63および深堀トレンチ141の底壁により区画された凹状の空間を埋めている。埋め込み導電体層62の側面および第1不純物領域51のp型低濃度領域55の間、ならびに、埋め込み導電体層62の側面および第1不純物領域51のp型高濃度領域56の間には、絶縁膜63が介在しており、これにより、埋め込み導電体層62が第1不純物領域51から電気的に絶縁されている。埋め込み導電体層62は、深堀トレンチ141の底壁から露出する第3不純物領域53と接合されることによって、当該第3不純物領域53と電気的に接続されている。 The buried conductor layer 62 fills the concave space defined by the insulating film 63 and the bottom wall of the deep trench 141. Between the side surface of the buried conductor layer 62 and the p type low concentration region 55 of the first impurity region 51 and between the side surface of the buried conductor layer 62 and the p type high concentration region 56 of the first impurity region 51. The insulating film 63 is interposed, so that the buried conductor layer 62 is electrically insulated from the first impurity region 51. The buried conductor layer 62 is electrically connected to the third impurity region 53 by being joined to the third impurity region 53 exposed from the bottom wall of the deep trench 141.

埋め込み導電体層62は、前述の第1導電体層66および第2導電体層67を含む積層構造を有している。埋め込み導電体層62の上面は、表面絶縁層12の表面から露出している。埋め込み導電体層62の上面は、表面絶縁層12の表面とほぼ面一に形成されている。
このような構造の電極構造61によれば、図14に示されるように、埋め込み導電体層62の上面および表面絶縁層12の表面に対して平坦な第1コンタクト電極94を形成することができる。これにより、電極構造61と第1コンタクト電極94とを良好に接続させることができる。むろん、本変形例に係る電極構造61は、前述の第2実施形態および第3実施形態にも適用することができる。
The buried conductor layer 62 has a laminated structure including the first conductor layer 66 and the second conductor layer 67 described above. The upper surface of the buried conductor layer 62 is exposed from the surface of the surface insulating layer 12. The upper surface of the buried conductor layer 62 is formed substantially flush with the surface of the surface insulating layer 12.
According to the electrode structure 61 having such a structure, as shown in FIG. 14, the first contact electrode 94 that is flat with respect to the upper surface of the buried conductor layer 62 and the surface of the surface insulating layer 12 can be formed. . Thereby, the electrode structure 61 and the 1st contact electrode 94 can be connected favorably. Of course, the electrode structure 61 according to the present modification can also be applied to the second and third embodiments described above.

また、前述の各実施形態において、各半導体部分の導電型が反転された構造が採用されてもよい。つまり、p型の部分がn型とされ、n型の部分がp型とされてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。たとえば、本発明に係るダイオード素子は、チップダイオードに限らず、半導体チップがリード端子と共にモールド樹脂によって封止(パッケージング)された構造の半導体装置において、当該半導体チップの一部の領域に、または、当該半導体チップとして適用され得る。また、本発明に係るダイオード素子は、LSI(Large Scale Integration)、SSI(Small Scale Integration)、MSI(Medium Scale Integration)、VLSI(Very Large Scale Integration)、ULSI(Ultra-Very Large Scale Integration)等の種々の集積回路が形成された半導体チップを備えた半導体装置において、当該半導体チップの一部の領域に適用され得る。
In each of the above-described embodiments, a structure in which the conductivity type of each semiconductor portion is reversed may be employed. That is, the p-type portion may be n-type and the n-type portion may be p-type.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims. For example, the diode element according to the present invention is not limited to a chip diode, and in a semiconductor device having a structure in which a semiconductor chip is sealed (packaged) with a lead terminal together with a lead terminal, in a partial region of the semiconductor chip, or The semiconductor chip can be applied. The diode element according to the present invention includes LSI (Large Scale Integration), SSI (Small Scale Integration), MSI (Medium Scale Integration), VLSI (Very Large Scale Integration), ULSI (Ultra-Very Large Scale Integration), etc. A semiconductor device including a semiconductor chip on which various integrated circuits are formed can be applied to a partial region of the semiconductor chip.

1 チップダイオード(ダイオード素子)
6 第1外部端子
7 第2外部端子
11 半導体層
25 埋め込み絶縁層(絶縁層)
31 半導体層の第1主面
32 半導体層の第2主面
41 第1素子形成領域
42 第2素子形成領域
43 第1素子分離構造
47 貫通孔
48 第1内壁絶縁膜
49 第1材料層
51 第1不純物領域
52 第2不純物領域
53 第3不純物領域
54 第4不純物領域
55 p型低濃度領域(低濃度領域)
56 p型高濃度領域(高濃度領域)
61 電極構造
62 埋め込み導電体層
63 絶縁膜
71 第2素子分離構造
73 トレンチ
74 第2内壁絶縁膜
75 第2材料層
111 第1並列回路
112 第2並列回路
113 逆直列回路
121 チップダイオード
122 逆直列回路
131 チップダイオード
132 並列回路
133 逆直列回路
D1 第1pn接合ダイオード
D2 第2pn接合ダイオード
DZ ツェナーダイオード
1 Chip diode (diode element)
6 first external terminal 7 second external terminal 11 semiconductor layer 25 buried insulating layer (insulating layer)
31 First main surface 32 of semiconductor layer 32 Second main surface 41 of semiconductor layer First element formation region 42 Second element formation region 43 First element isolation structure 47 Through hole 48 First inner wall insulating film 49 First material layer 51 First 1 impurity region 52 2nd impurity region 53 3rd impurity region 54 4th impurity region 55 p - type low concentration region (low concentration region)
56 p-type high concentration region (high concentration region)
61 Electrode structure 62 Embedded conductor layer 63 Insulating film 71 Second element isolation structure 73 Trench 74 Second inner wall insulating film 75 Second material layer 111 First parallel circuit 112 Second parallel circuit 113 Inverse series circuit 121 Chip diode 122 Inverse series Circuit 131 Chip diode 132 Parallel circuit 133 Inverse series circuit D1 First pn junction diode D2 Second pn junction diode DZ Zener diode

Claims (25)

第1主面および第2主面を有する半導体層と、
前記半導体層の前記第1主面側の表層部に形成された第1導電型の第1不純物領域と、
前記第1不純物領域の表層部に形成され、前記第1不純物領域と電気的に接続された第2導電型の第2不純物領域と、
前記第1不純物領域に対して前記半導体層の前記第2主面側に形成され、前記第1不純物領域と電気的に接続された第2導電型の第3不純物領域と、
前記第3不純物領域と電気的に接続されるように前記半導体層の前記第1主面から前記第1不純物領域を貫通して前記半導体層に埋め込まれ、かつ、前記半導体層の抵抗率よりも小さい抵抗率を有する埋め込み導電体層を含む電極構造とを含む、ダイオード素子。
A semiconductor layer having a first main surface and a second main surface;
A first impurity region of a first conductivity type formed in a surface layer portion on the first main surface side of the semiconductor layer;
A second impurity region of a second conductivity type formed in a surface layer portion of the first impurity region and electrically connected to the first impurity region;
A third impurity region of a second conductivity type formed on the second main surface side of the semiconductor layer with respect to the first impurity region and electrically connected to the first impurity region;
Embedded in the semiconductor layer through the first impurity region from the first main surface of the semiconductor layer so as to be electrically connected to the third impurity region, and more than the resistivity of the semiconductor layer And an electrode structure including a buried conductor layer having a low resistivity.
前記電極構造は、前記第1不純物領域から前記埋め込み導電体層を電気的に分離する絶縁膜を含む、請求項1に記載のダイオード素子。   The diode element according to claim 1, wherein the electrode structure includes an insulating film that electrically isolates the buried conductor layer from the first impurity region. 前記絶縁膜は、前記埋め込み導電体層と前記第1不純物領域との間において、前記埋め込み導電体層の側面を被覆している、請求項2に記載のダイオード素子。   3. The diode element according to claim 2, wherein the insulating film covers a side surface of the buried conductor layer between the buried conductor layer and the first impurity region. 前記第1不純物領域は、前記半導体層の前記第1主面側に形成された低濃度領域と、前記低濃度領域に対して前記半導体層の前記第2主面側に形成され、前記低濃度領域の第1導電型不純物濃度よりも高い第1導電型不純物濃度を有する高濃度領域とを含み、
前記第2不純物領域は、前記第1不純物領域の前記低濃度領域と電気的に接続されており、
前記第3不純物領域は、前記第1不純物領域の前記高濃度領域と電気的に接続されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載のダイオード素子。
The first impurity region is formed on the first main surface side of the semiconductor layer and on the second main surface side of the semiconductor layer with respect to the low concentration region. A high concentration region having a first conductivity type impurity concentration higher than the first conductivity type impurity concentration of the region,
The second impurity region is electrically connected to the low concentration region of the first impurity region;
4. The diode element according to claim 1, wherein the third impurity region is electrically connected to the high concentration region of the first impurity region. 5.
前記第2不純物領域は、前記第1不純物領域の前記低濃度領域との間でpn接合ダイオードを形成しており、
前記第3不純物領域は、前記第1不純物領域の前記高濃度領域との間でツェナーダイオードを形成している、請求項4に記載のダイオード素子。
The second impurity region forms a pn junction diode with the low concentration region of the first impurity region,
5. The diode element according to claim 4, wherein the third impurity region forms a Zener diode with the high concentration region of the first impurity region.
前記ツェナーダイオードは、前記pn接合ダイオードに逆直列に接続されている、請求項5に記載のダイオード素子。   6. The diode element according to claim 5, wherein the Zener diode is connected in anti-series with the pn junction diode. 前記第1不純物領域は、前記半導体層の前記第1主面側に形成された低濃度領域と、前記低濃度領域に対して前記半導体層の前記第2主面側に形成され、前記低濃度領域の第1導電型不純物濃度よりも高い第1導電型不純物濃度を有する高濃度領域とを含み、
前記第2不純物領域は、前記第1不純物領域の前記低濃度領域と電気的に接続されており、
前記第3不純物領域は、前記第1不純物領域の前記高濃度領域と電気的に接続されており、
前記第1不純物領域の前記低濃度領域に対して前記半導体層の前記第2主面側に形成され、前記第1不純物領域の前記低濃度領域と電気的に接続された第2導電型の第4不純物領域をさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のダイオード素子。
The first impurity region is formed on the first main surface side of the semiconductor layer and on the second main surface side of the semiconductor layer with respect to the low concentration region. A high concentration region having a first conductivity type impurity concentration higher than the first conductivity type impurity concentration of the region,
The second impurity region is electrically connected to the low concentration region of the first impurity region;
The third impurity region is electrically connected to the high concentration region of the first impurity region;
A second conductivity type second electrode formed on the second main surface side of the semiconductor layer with respect to the low concentration region of the first impurity region and electrically connected to the low concentration region of the first impurity region. The diode element according to any one of claims 1 to 3, further comprising four impurity regions.
前記第4不純物領域は、前記第1不純物領域の前記低濃度領域と前記第3不純物領域との間の領域に形成され、かつ、前記第1不純物領域の前記低濃度領域に加えて、前記第3不純物領域と電気的に接続されている、請求項7に記載のダイオード素子。   The fourth impurity region is formed in a region between the low-concentration region of the first impurity region and the third impurity region, and in addition to the low-concentration region of the first impurity region, The diode element according to claim 7, wherein the diode element is electrically connected to the three impurity regions. 前記第2不純物領域は、前記第1不純物領域の前記低濃度領域との間で第1pn接合ダイオードを形成しており、
前記第3不純物領域は、前記第1不純物領域の前記高濃度領域との間でツェナーダイオードを形成しており、
前記第4不純物領域は、前記第1不純物領域の前記低濃度領域との間で第2pn接合ダイオードを形成している、請求項7または8に記載のダイオード素子。
The second impurity region forms a first pn junction diode with the low concentration region of the first impurity region,
The third impurity region forms a Zener diode with the high concentration region of the first impurity region,
9. The diode element according to claim 7, wherein the fourth impurity region forms a second pn junction diode with the low-concentration region of the first impurity region.
前記ツェナーダイオードは、前記第1pn接合ダイオードに逆直列に接続されることによって、前記第1pn接合ダイオードとの間で逆直列回路を形成しており、
前記第2pn接合ダイオードは、前記逆直列回路に並列接続されている、請求項9に記載のダイオード素子。
The Zener diode is connected in anti-series with the first pn junction diode, thereby forming an anti-series circuit with the first pn junction diode,
The diode element according to claim 9, wherein the second pn junction diode is connected in parallel to the anti-series circuit.
前記第3不純物領域に至るように前記半導体層の前記第1主面から前記第1不純物領域を貫通して形成され、前記第1不純物領域の前記高濃度領域と前記第4不純物領域とを電気的に分離する素子分離構造をさらに含む、請求項7〜10のいずれか一項に記載のダイオード素子。   The first impurity region is formed so as to penetrate from the first main surface of the semiconductor layer so as to reach the third impurity region, and the high concentration region and the fourth impurity region of the first impurity region are electrically connected to each other. The diode element according to any one of claims 7 to 10, further comprising an element isolation structure for isolating. 前記素子分離構造は、前記第3不純物領域に至るように前記半導体層の前記第1主面から前記第1不純物領域を貫通して形成されたトレンチの内壁に沿って形成された内壁絶縁膜と、前記内壁絶縁膜を介して前記トレンチに埋め込まれた材料層とを含むDTI(Deep Trench Isolation)構造を有している、請求項11に記載のダイオード素子。   The element isolation structure includes an inner wall insulating film formed along an inner wall of a trench formed through the first impurity region from the first main surface of the semiconductor layer so as to reach the third impurity region. The diode element according to claim 11, having a DTI (Deep Trench Isolation) structure including a material layer embedded in the trench through the inner wall insulating film. 第1主面および第2主面を有し、第1素子形成領域および第2素子形成領域が形成された半導体層を含むダイオード素子であって、
前記第1素子形成領域および前記第2素子形成領域は、
前記半導体層の前記第1主面側の表層部に形成された第1導電型の第1不純物領域と、
前記第1不純物領域の表層部に形成され、前記第1不純物領域と電気的に接続された第2導電型の第2不純物領域と、
前記第1不純物領域に対して前記半導体層の前記第2主面側に形成され、前記第1不純物領域と電気的に接続された第2導電型の第3不純物領域と、
前記第3不純物領域と電気的に接続されるように前記半導体層の前記第1主面から前記第1不純物領域を貫通して前記半導体層に埋め込まれ、かつ、前記半導体層の抵抗率よりも小さい抵抗率を有する埋め込み導電体層を含む電極構造と、をそれぞれ含む、ダイオード素子。
A diode element including a semiconductor layer having a first main surface and a second main surface, wherein the first element formation region and the second element formation region are formed,
The first element formation region and the second element formation region are:
A first impurity region of a first conductivity type formed in a surface layer portion on the first main surface side of the semiconductor layer;
A second impurity region of a second conductivity type formed in a surface layer portion of the first impurity region and electrically connected to the first impurity region;
A third impurity region of a second conductivity type formed on the second main surface side of the semiconductor layer with respect to the first impurity region and electrically connected to the first impurity region;
Embedded in the semiconductor layer through the first impurity region from the first main surface of the semiconductor layer so as to be electrically connected to the third impurity region, and more than the resistivity of the semiconductor layer And an electrode structure including a buried conductor layer having a low resistivity.
前記電極構造は、前記第1不純物領域から前記埋め込み導電体層を電気的に分離する絶縁膜を含む、請求項13に記載のダイオード素子。   The diode element according to claim 13, wherein the electrode structure includes an insulating film that electrically isolates the buried conductor layer from the first impurity region. 前記絶縁膜は、前記電極構造と前記第1不純物領域との間において、前記埋め込み導電体層の側面を被覆している、請求項14に記載のダイオード素子。   The diode element according to claim 14, wherein the insulating film covers a side surface of the buried conductor layer between the electrode structure and the first impurity region. 前記第1不純物領域は、前記半導体層の前記第1主面側に形成された低濃度領域と、前記低濃度領域に対して前記半導体層の前記第2主面側に形成され、前記低濃度領域の第1導電型不純物濃度よりも高い第1導電型不純物濃度を有する高濃度領域とを含み、
前記第2不純物領域は、前記第1不純物領域の前記低濃度領域と電気的に接続されており、
前記第3不純物領域は、前記第1不純物領域の前記高濃度領域と電気的に接続されている、請求項13〜15のいずれか一項に記載のダイオード素子。
The first impurity region is formed on the first main surface side of the semiconductor layer and on the second main surface side of the semiconductor layer with respect to the low concentration region. A high concentration region having a first conductivity type impurity concentration higher than the first conductivity type impurity concentration of the region,
The second impurity region is electrically connected to the low concentration region of the first impurity region;
The diode element according to any one of claims 13 to 15, wherein the third impurity region is electrically connected to the high concentration region of the first impurity region.
前記第2不純物領域は、前記第1不純物領域の前記低濃度領域との間でpn接合ダイオードを形成しており、
前記第3不純物領域は、前記第1不純物領域の前記高濃度領域との間でツェナーダイオードを形成している、請求項16に記載のダイオード素子。
The second impurity region forms a pn junction diode with the low concentration region of the first impurity region,
The diode element according to claim 16, wherein the third impurity region forms a Zener diode with the high concentration region of the first impurity region.
前記ツェナーダイオードは、前記pn接合ダイオードに逆直列に接続されている、請求項17に記載のダイオード素子。   The diode element according to claim 17, wherein the Zener diode is connected in anti-series with the pn junction diode. 前記第1不純物領域は、前記半導体層の前記第1主面側に形成された低濃度領域と、前記低濃度領域に対して前記半導体層の前記第2主面側に形成され、前記低濃度領域の第1導電型不純物濃度よりも高い第1導電型不純物濃度を有する高濃度領域とを含み、
前記第2不純物領域は、前記第1不純物領域の前記低濃度領域と電気的に接続されており、
前記第3不純物領域は、前記第1不純物領域の前記高濃度領域と電気的に接続されており、
前記第1素子形成領域および前記第2素子形成領域は、
前記第1不純物領域の前記低濃度領域に対して前記半導体層の前記第2主面側に形成され、前記第1不純物領域の前記低濃度領域と電気的に接続された第2導電型の第4不純物領域をさらに含む、請求項13〜15のいずれか一項に記載のダイオード素子。
The first impurity region is formed on the first main surface side of the semiconductor layer and on the second main surface side of the semiconductor layer with respect to the low concentration region. A high concentration region having a first conductivity type impurity concentration higher than the first conductivity type impurity concentration of the region,
The second impurity region is electrically connected to the low concentration region of the first impurity region;
The third impurity region is electrically connected to the high concentration region of the first impurity region;
The first element formation region and the second element formation region are:
A second conductivity type second electrode formed on the second main surface side of the semiconductor layer with respect to the low concentration region of the first impurity region and electrically connected to the low concentration region of the first impurity region. The diode element according to claim 13, further comprising four impurity regions.
前記第4不純物領域は、前記第1不純物領域の前記低濃度領域と前記第3不純物領域との間の領域に形成され、前記第1不純物領域の前記低濃度領域に加えて、前記第3不純物領域と電気的に接続されている、請求項19に記載のダイオード素子。   The fourth impurity region is formed in a region between the low concentration region of the first impurity region and the third impurity region, and in addition to the low concentration region of the first impurity region, the third impurity region The diode element according to claim 19, which is electrically connected to the region. 前記第2不純物領域は、前記第1不純物領域の前記低濃度領域との間で第1pn接合ダイオードを形成しており、
前記第3不純物領域は、前記第1不純物領域の前記高濃度領域との間でツェナーダイオードを形成しており、
前記第4不純物領域は、前記第1不純物領域の前記低濃度領域との間で第2pn接合ダイオードを形成している、請求項19または20に記載のダイオード素子。
The second impurity region forms a first pn junction diode with the low concentration region of the first impurity region,
The third impurity region forms a Zener diode with the high concentration region of the first impurity region,
21. The diode element according to claim 19, wherein the fourth impurity region forms a second pn junction diode with the low-concentration region of the first impurity region.
前記第1素子形成領域に形成され、前記第1pn接合ダイオードおよび前記ツェナーダイオードの逆直列回路に対して前記第2pn接合ダイオードが並列接続された第1並列回路と、
前記第2素子形成領域に形成され、前記第1pn接合ダイオードおよび前記ツェナーダイオードの逆直列回路に対して前記第2pn接合ダイオードが並列接続された第2並列回路とを含み、
前記第1並列回路および前記第2並列回路が、直列接続されている、請求項21に記載のダイオード素子。
A first parallel circuit formed in the first element formation region, wherein the second pn junction diode is connected in parallel to an anti-series circuit of the first pn junction diode and the Zener diode;
A second parallel circuit formed in the second element formation region, wherein the second pn junction diode is connected in parallel to an anti-series circuit of the first pn junction diode and the Zener diode;
The diode element according to claim 21, wherein the first parallel circuit and the second parallel circuit are connected in series.
前記半導体層に形成され、前記第1素子形成領域および前記第2素子形成領域を電気的に分離する素子分離構造をさらに含む、請求項13〜22のいずれか一項に記載のダイオード素子。   The diode element according to any one of claims 13 to 22, further comprising an element isolation structure formed in the semiconductor layer and electrically isolating the first element formation region and the second element formation region. 前記半導体層の前記第2主面を覆う絶縁層をさらに含み、
前記素子分離構造は、前記半導体層の前記第1主面から前記第2主面を貫通して前記絶縁層を露出させる貫通孔の内壁に沿って形成された内壁絶縁膜と、前記内壁絶縁膜を介して前記貫通孔に埋め込まれた材料層とを含むDTI(Deep Trench Isolation)構造を有している、請求項23に記載のダイオード素子。
An insulating layer covering the second main surface of the semiconductor layer;
The element isolation structure includes an inner wall insulating film formed along an inner wall of a through hole that penetrates the second main surface from the first main surface of the semiconductor layer to expose the insulating layer, and the inner wall insulating film 24. The diode element according to claim 23, wherein the diode element has a DTI (Deep Trench Isolation) structure including a material layer embedded in the through hole.
前記第1素子形成領域の前記電極構造と電気的に接続された第1外部端子と、
前記第2素子形成領域の前記電極構造と電気的に接続された第2外部端子とを含む、請求項13〜24のいずれか一項に記載のダイオード素子。
A first external terminal electrically connected to the electrode structure in the first element formation region;
The diode element as described in any one of Claims 13-24 including the 2nd external terminal electrically connected with the said electrode structure of a said 2nd element formation area.
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