JP3181178B2 - Optical PNPN switch - Google Patents
Optical PNPN switchInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は光PNPNスイッチに
関する。より詳しくは、交流回路のスイッチとして動作
をする際の転流特性を改善した光PNPNスイッチに関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical PNPN switch. More specifically, the present invention relates to an optical PNPN switch having improved commutation characteristics when operating as a switch of an AC circuit.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の光PNPNスイッチとしては、図
5および図6に示すようなチップ構造を持つものがあ
る。図5はチップの概略パターンレイアウト、図6は図
5におけるC−C線矢視断面をそれぞれ示している。図
5に示すように、この光PNPNスイッチは、N型シリ
コン基板101の表面側に、アノード拡散領域(P型)
102と、このアノード拡散領域102に対向するPゲ
ート拡散領域(P型)103とを、それぞれ図において
上側、下側に左右反対の状態で備えている。各Pゲート
拡散領域103内にはカソード拡散領域(N型)107
が設けられている。これにより、アノード拡散領域10
2からカソード拡散領域107に向かってPNPN部が
構成されている。便宜上、図5において右上側のアノー
ド102から左上側のカソード107へ電流が流れる経
路をch(チャネル)1、左下側のアノード102から
右下側のカソード107へ電流が流れる経路をch(チ
ャネル)2と呼ぶ。ch1のPゲート拡散領域103と
ch2のアノード拡散領域102との間にch1側のゲ
ート抵抗(P型)106、ch2のPゲート拡散領域1
03とch1のアノード拡散領域102との間にch2
側のゲート抵抗(P型)106がそれぞれ形成されてい
る。ch1のカソード拡散領域107とch2のアノー
ド拡散領域102、ch2のカソード拡散領域107と
ch1のアノード拡散領域102とがそれぞれ図示しな
いAlパターン配線で接続されている。上記各Alパタ
ーン配線の一部にボンディングパッド(破線で示す)1
10,111が設けられ、これらのボンディングパッド
110,111がAuワイヤ112,113によってリ
ードフレームT1,T2に接続されている。109はチッ
プ周辺に設けられたチャネルストッパとしてのN型拡散
領域である。2. Description of the Related Art Some conventional optical PNPN switches have a chip structure as shown in FIGS. 5 shows a schematic pattern layout of the chip, and FIG. 6 shows a cross section taken along line CC of FIG. As shown in FIG. 5, this optical PNPN switch has an anode diffusion region (P type) on the surface side of an N type silicon substrate 101.
102, and a P gate diffusion region (P type) 103 facing the anode diffusion region 102 are provided on the upper side and the lower side in the figure, respectively, in left and right opposite states. In each P gate diffusion region 103, a cathode diffusion region (N type) 107 is provided.
Is provided. Thereby, the anode diffusion region 10
A PNPN portion is formed from 2 to the cathode diffusion region 107. For convenience, a path through which current flows from the upper right anode 102 to the upper left cathode 107 in FIG. 5 is ch (channel) 1, and a path through which current flows from the lower left anode 102 to the lower right cathode 107 is ch (channel). Call it 2. Between the P-gate diffusion region 103 of ch1 and the anode diffusion region 102 of ch2, the gate resistance (P-type) 106 on the ch1 side, and the P-gate diffusion region 1 of ch2
03 and the anode diffusion region 102 of ch1
Side gate resistance (P-type) 106 is formed. The cathode diffusion region 107 of ch1 and the anode diffusion region 102 of ch2, and the cathode diffusion region 107 of ch2 and the anode diffusion region 102 of ch1 are connected by Al pattern wiring (not shown). A bonding pad (shown by a broken line) 1
10 and 111 are provided, and these bonding pads 110 and 111 are connected to the lead frames T 1 and T 2 by Au wires 112 and 113. Reference numeral 109 denotes an N-type diffusion region provided around the chip as a channel stopper.
【0003】なお、この例では、チップの左側周辺、右
側周辺に沿ってそれぞれch1、ch2の光感度を向上
させるためのフォトトランジスタQ3,Q3が設けられて
いる。各フォトトランジスタQ3は、ベース拡散領域
(P型)104と、このベース拡散領域104内に形成
されたエミッタ拡散領域(N型)108と、コレクタと
して働くN型シリコン基板101とで構成されている。
各フォトトランジスタQ3のベース拡散領域104とエ
ミッタ拡散領域108との間には、図6中に示すよう
に、ベース抵抗105が存在する。In this example, phototransistors Q 3 and Q 3 for improving the photosensitivity of ch1 and ch2 are provided along the periphery of the left side and the periphery of the right side of the chip, respectively. Each phototransistor Q 3 includes a base diffusion region (P type) 104, an emitter diffusion region (N type) 108 formed in the base diffusion region 104, and an N type silicon substrate 101 functioning as a collector. I have.
Between the base diffusion region 104 and the emitter diffusion region 108 of the photo-transistor Q 3, as shown in FIG. 6, the base resistor 105 is present.
【0004】チップ全体としての等価回路は、ch1,
ch2のPNPN部をそれぞれ2つのトランジスタ
Q1,Q2で表した場合、例えば図7のように表される。
交流回路のスイッチとして動作するときには、端子
T1,T2に交流電圧が印加される。例えばT1側がT2側
よりも正電位(約1.5V以上)とする。この状態で、
チップ表面に光(通常はGaAs系発光ダイオードが発す
る赤外光)が入射されると、まずベース領域104が発
生する光電流の寄与によってch1側のフォトトランジ
スタQ3がオン状態となる。すると、ch1側のPNP
トランジスタQ1のベース電流を引き出すことになり、
このPNPトランジスタQ1がオンする。続いて、この
PNPトランジスタQ1のコレクタ電流によってch1
側のNPNトランジスタQ2のベース電流が供給され、
このNPNトランジスタQ2がオンする。すると、PN
PトランジスタQ1のベース電流が供給され、正帰還に
よりch1側のPNPN部がオンして、端子T1から端
子T2へ交流回路の負荷に応じたオン電流が流れる。こ
のときch2側では、バイアス印加の向きが逆であるか
らPNPN部の正帰還が起こらず、1次光電流のみが流
れる。一方、T2側がT1側よりも正電位にある場合は、
ch2側のPNPN部が全く同様に正帰還動作してオン
し、ch1側では1次光電流のみが流れる。The equivalent circuit of the whole chip is ch1, ch1.
When the PNPN section of ch2 is represented by two transistors Q 1 and Q 2 , for example, it is represented as shown in FIG.
When operating as a switch of an AC circuit, an AC voltage is applied to terminals T 1 and T 2 . For example than T 1 side is T 2 side and a positive potential (approximately 1.5V or higher). In this state,
When light in the chip surface (infrared light usually has a GaAs-based light-emitting diode emits) is incident, first phototransistor Q 3 of ch1 side by contribution of photocurrent base region 104 occurs is turned on. Then, the PNP on the ch1 side
It will be to draw the base current of the transistor Q 1,
The PNP transistor Q 1 is turned on. Then, by the collector current of the PNP transistor Q 1 ch1
The base current of the side of the NPN transistor Q 2 is supplied,
The NPN transistor Q 2 is turned on. Then PN
P is supplied base current of the transistor Q 1, PNPN portion of ch1 side by the positive feedback is turned on, the on current corresponding to the load of the AC circuit from the terminal T 1 to the terminal T 2. At this time, on the ch2 side, since the direction of the bias application is opposite, positive feedback of the PNPN section does not occur, and only the primary photocurrent flows. On the other hand, if than T 2 side is T 1 side in the positive potential,
Similarly, the PNPN section on the ch2 side performs positive feedback operation and turns on, and only the primary photocurrent flows on the ch1 side.
【0005】なお、N型シリコン基板の不純物濃度は通
常1013〜1015cm-3、各P型拡散領域の不純物濃度
(ボロン等)は1015〜1019cm-3、各N型拡散領域
の不純物濃度(リン等)は1020cm-3以上に設定され
ている。The impurity concentration of the N-type silicon substrate is usually 10 13 to 10 15 cm −3 , the impurity concentration of each P-type diffusion region (boron or the like) is 10 15 to 10 19 cm −3 , and the N-type diffusion region is Is set to 10 20 cm −3 or more.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上に述べた
ような、1チップ内に双方向のチャネルch1,ch2
を持ち、交流回路のスイッチとして用いられる素子は、
転流特性が重要な評価基準となっている。つまり、正常
動作では、ch1がオンしている交流の半サイクル期間
中に光入射が無くなったとき、この半サイクル期間中は
PNPN部の電流保持特性によりオン状態が続くが、次
の半サイクルに入ると、光入射が無い限りch2はオン
しない。しかし、スイッチングする交流回路にL負荷が
存在する場合、交流電圧の位相よりもオン電流の位相が
遅れることから、ch1がオフした時点でch2側に急
峻な立ち上がりを示す電圧が印加される。このため、N
型シリコン基板101中に残存している正孔がch2側
のPゲート拡散領域103やベース拡散領域104(図
5参照)へ移動してch2側の正帰還作用を促し、ch
2がオンするという誤動作(転流失敗)を起こすことが
ある。By the way, as described above, bidirectional channels ch1 and ch2 are provided in one chip.
The element used as a switch of the AC circuit has
Commutation characteristics are an important evaluation criterion. In other words, in the normal operation, when the light is not incident during the half cycle of the alternating current in which ch1 is on, the on state continues due to the current holding characteristic of the PNPN section during this half cycle, but in the next half cycle, When entering, ch2 does not turn on unless there is light incidence. However, when an L load is present in the switching AC circuit, the phase of the ON current lags behind the phase of the AC voltage, so that a voltage showing a steep rise is applied to the ch2 side when the ch1 is turned off. Therefore, N
The holes remaining in the silicon substrate 101 move to the P gate diffusion region 103 and the base diffusion region 104 (see FIG. 5) on the ch2 side to promote the positive feedback action on the ch2 side,
2 may turn on (commutation failure).
【0007】この問題を解決するために、ch1とch
2とを別チップとし、2チップで双方向の光PNPNス
イッチを構成したものが知られている。しかし、2チッ
プ構成とした場合、様々な問題が生ずる。すなわち、同
一フレーム上に2チップを並べてダイボンドする工程
で、双方のチップが接触してチップの欠け、割れ等の不
具合が生ずる。また、双方のチップ間の距離が必要以上
に広がると、双方のチップと入力側の発光ダイオードチ
ップとの距離が広がるとともに、距離のばらつきが生じ
る。このため、最小トリガ電流が増大したり、ばらつき
が生じるという不具合が生じる。また、2チップ構成と
した場合、各チップの周辺面積を確保する必要から、ト
ータルのチップサイズが1チップ構成に比して大きくな
る。しかも、アセンブリの手間も余計にかかる。このた
め、コストが高くつくという問題がある。In order to solve this problem, ch1 and ch
There has been known a device in which a two-chip is configured as a separate chip and a two-chip optical bi-directional PNPN switch is configured. However, in the case of a two-chip configuration, various problems occur. That is, in the step of arranging two chips on the same frame and die-bonding, both chips come into contact with each other, causing defects such as chipping and cracking. Further, if the distance between both chips is unnecessarily widened, the distance between both chips and the light emitting diode chip on the input side is widened, and the distance is varied. For this reason, there arises a problem that the minimum trigger current increases or variation occurs. In the case of a two-chip configuration, the peripheral area of each chip needs to be secured, so that the total chip size is larger than that of a one-chip configuration. In addition, the time and labor required for assembly are also increased. Therefore, there is a problem that the cost is high.
【0008】例えば、チップの分離に関連して、「沖電
気研究開発」第131号,Vol.53,No.3(昭和6
1年7月)の第25頁には、予め素子を形成したSi基
板と、保持板とを樹脂により加熱圧着し、その後ダイシ
ングソーを用いてSi基板表面側から樹脂部分まで切り
込み溝を形成して素子分離を行う方法(カナル分離法)
が開示されている。しかし、この方法は、上に述べたよ
うに、Si基板と保持板との加熱圧着という余計な手間
がかかり、コスト高となる欠点がある。また、上記切り
込み溝は、ch1,ch2を含む双方向の素子と、同様
の構成のch1,ch2を含む双方向の素子との間を分
離するものであって、ch1とch2との間を分離する
ものではない。つまり、交流のスイッチングを行う素子
の転流特性を改善しようとするものではない。For example, regarding the separation of chips, “Oki Electric R & D” No. 131, Vol. 53, No. 3 (Showa 6)
On page 25 (July 1 July), a Si substrate on which elements have been formed in advance and a holding plate are heat-pressed with a resin, and then a cutting groove is formed from the Si substrate surface side to the resin portion using a dicing saw. Method to separate elements by using a canal separation method
Is disclosed. However, this method has the disadvantage that, as described above, extra work such as heating and press bonding between the Si substrate and the holding plate is required, and the cost is increased. Further, the cut groove separates a bidirectional element including ch1 and ch2 from a bidirectional element including ch1 and ch2 having the same configuration, and separates ch1 and ch2. It does not do. That is, it is not intended to improve the commutation characteristics of an element that performs AC switching.
【0009】そこで、この発明の目的は、1チップで交
流のスイッチングを行うことができ、しかも転流特性を
改善できる光PNPNスイッチを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical PNPN switch capable of performing AC switching with one chip and improving commutation characteristics.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の光PNPNスイッチは、N型また
はP型のうち一方の導電型を持つシリコン基板の表面側
に、N型またはP型のうち他方の導電型を持つアノード
拡散領域と、このアノード拡散領域に対向する上記他方
の導電型を持つゲート拡散領域と、このゲート拡散領域
内に形成され上記一方の導電型を持つカソード拡散領域
とを有するPNPN部を一対備えた光PNPNスイッチ
において、上記一対のPNPN部は、上記基板表面の一
方向両側に、互いに離間して設けられ、上記一対のPN
PN部の間に、上記基板表面から基板内に止まる深さを
持つ切り込み溝が形成され、この切り込み溝の深さは3
μm乃至200μmの範囲内に設定されていることを特
徴としている。In order to achieve the above object, an optical PNPN switch according to the first aspect of the present invention includes an N-type or P-type silicon substrate having a conductivity type of one of N-type and P-type. An anode diffusion region having the other conductivity type of the P type, a gate diffusion region having the other conductivity type opposed to the anode diffusion region, and a cathode formed in the gate diffusion region and having the one conductivity type In an optical PNPN switch including a pair of PNPN sections each having a diffusion region, the pair of PNPN sections are provided on both sides in one direction of the substrate surface and are separated from each other, and the pair of PNPN sections are provided.
Between the PN portions, cut grooves having a depth that stops from the substrate surface into the substrate are formed, and the cut grooves have a depth of 3.
It is characterized in that it is set within the range of μm to 200 μm.
【0011】また、請求項2に記載の光PNPNスイッ
チは、請求項1に記載の光PNPNスイッチにおいて、
上記切り込み溝の両側の基板表面側に、上記各PNPN
部の光感度を増大するためのフォトトランジスタがそれ
ぞれ設けられていることを特徴としている。The optical PNPN switch according to the second aspect is the optical PNPN switch according to the first aspect,
Each of the above PNPNs is provided on the surface of the substrate on both sides of the cut groove.
A phototransistor for increasing the photosensitivity of the unit is provided.
【0012】[0012]
【0013】[0013]
【作用】請求項1の光PNPNスイッチでは、シリコン
基板の表面側にPNPN部を一対備えているので、ワイ
ヤ等によってこの一対のPNPN部を逆並列に接続する
ことによって、1チップで交流のスイッチングを行うこ
とが可能となる。しかも、上記一対のPNPN部は互い
に離間し、その間に、上記基板表面から基板内に止まる
深さを持つ切り込み溝が形成されているので、この切り
込み溝によってシリコン基板内の少数キャリアの移動が
制限される。また、切り込み溝の側面は少数キャリアを
トラップして消滅させる効果も奏する。したがって、例
えばch1がオフした時、ch1側のシリコン基板中に
残存している少数キャリアがch2側へ移動しにくくな
る。したがって、ch2側の正帰還作用によってch2
がオンするという誤動作(転流失敗)が抑制され、転流
特性が改善される。In the optical PNPN switch according to the first aspect, since a pair of PNPN portions is provided on the front surface side of the silicon substrate, the pair of PNPN portions are connected in anti-parallel by wires or the like, so that one-chip AC switching is performed. Can be performed. In addition, the pair of PNPN portions are separated from each other, and a cut groove having a depth that stops from the surface of the substrate into the substrate is formed therebetween, so that the movement of the minority carrier in the silicon substrate is restricted by the cut groove. Is done. In addition, the side surface of the cut groove also has an effect of trapping and eliminating minority carriers. Therefore, for example, when ch1 is turned off, the minority carriers remaining in the silicon substrate on the ch1 side are less likely to move to the ch2 side. Accordingly, the positive feedback action on the ch2 side
Is turned on (commutation failure), and the commutation characteristics are improved.
【0014】この光PNPNスイッチでは、上記切り込
み溝の深さは3μm乃至200μmの範囲内に設定され
ている。In this optical PNPN switch, the depth of the cut groove is set in a range of 3 μm to 200 μm.
【0015】上記切り込み溝の深さを3μm以上とした
理由は次の通りである。すなわち、シリコン基板の表面
反転による耐圧低下防止のために、上記切り込み溝の両
側に沿ってチャネルストッパが設けられる。ここで、上
記切り込み溝の深さがこのチャネルストッパの深さ(通
常3μm以上に設定される)に達しない場合、シリコン
基板内の少数キャリアの移動を制限する効果が発揮され
ない。そこで、切り込み溝の深さは、チャネルストッパ
の深さを越えるように3μm以上に設定するのが好まし
い。The reason why the depth of the cut groove is set to 3 μm or more is as follows. That is, channel stoppers are provided along both sides of the cut grooves in order to prevent a reduction in breakdown voltage due to surface inversion of the silicon substrate. Here, if the depth of the cut groove does not reach the depth of the channel stopper (usually set to 3 μm or more), the effect of restricting the movement of minority carriers in the silicon substrate is not exhibited. Therefore, the depth of the cut groove is preferably set to 3 μm or more so as to exceed the depth of the channel stopper.
【0016】また、上記切り込み溝の深さを200μm
以下とした理由は次の通りである。すなわち、転流特性
を改善する観点からは、切り込み溝の深さはシリコン基
板内の少数キャリアの拡散距離を考慮する必要がある。
少数キャリアの拡散距離は、シリコン基板の不純物濃度
と結晶性に依存して定まる。この種の光PNPNスイッ
チでは、シリコン基板とアノード拡散領域、ゲート拡散
領域との接合耐圧を確保するために、シリコン基板の不
純物濃度が1013〜1015cm-3の範囲内、典型的には
1014cm-3程度に設定される。シリコン基板の結晶性
は、作製工程の熱処理に依存する。結果として、少数キ
ャリアの拡散距離は200μm程度となる。一方、チッ
プ表面に切り込み溝が存在すると、アセンブリ工程でチ
ップに外力が加わったとき、この切り込み溝に沿ってチ
ップが割れるおそれがある。したがって、アセンブリの
観点からは、切り込み溝の深さは浅い方が好ましい。そ
こで、切り込み溝の深さは200μm以下に設定するの
が好ましい。The depth of the cut groove is set to 200 μm.
The reason for the following is as follows. That is, from the viewpoint of improving the commutation characteristics, it is necessary to consider the diffusion distance of minority carriers in the silicon substrate for the depth of the cut groove.
The diffusion distance of the minority carrier is determined depending on the impurity concentration and the crystallinity of the silicon substrate. In this type of optical PNPN switch, the impurity concentration of the silicon substrate is in the range of 10 13 to 10 15 cm −3 , typically, in order to secure the junction breakdown voltage between the silicon substrate and the anode diffusion region and the gate diffusion region. It is set to about 10 14 cm -3 . The crystallinity of a silicon substrate depends on heat treatment in a manufacturing process. As a result, the diffusion distance of minority carriers is about 200 μm. On the other hand, if a notch groove is present on the chip surface, when an external force is applied to the chip in the assembly process, the chip may be broken along the notch groove. Therefore, from the viewpoint of assembly, it is preferable that the depth of the cut groove is small. Therefore, the depth of the cut groove is preferably set to 200 μm or less.
【0017】請求項2の光PNPNスイッチでは、上記
切り込み溝の両側の基板表面に、上記各PNPN部の光
感度を増大するためのフォトトランジスタがそれぞれ設
けられているので、光感度が増大して、発光ダイオード
と組み合わせたときの最小トリガ電流を低くすることが
可能となる。In the optical PNPN switch according to the second aspect, the phototransistors for increasing the light sensitivity of each of the PNPN portions are provided on the substrate surfaces on both sides of the cut groove, so that the light sensitivity is increased. The minimum trigger current when combined with a light emitting diode can be reduced.
【0018】[0018]
【0019】[0019]
【実施例】以下、この発明の光PNPNスイッチを実施
例により詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The optical PNPN switch according to the present invention will be described below in detail with reference to embodiments.
【0020】図1は一実施例の光PNPNスイッチの概
略パターンレイアウトを示し、図2は図1におけるA−
A線矢視断面、図3は図1におけるB−B線矢視断面を
それぞれ示している。FIG. 1 shows a schematic pattern layout of an optical PNPN switch of one embodiment, and FIG.
FIG. 3 shows a cross section taken along line A-A of FIG. 1, and FIG. 3 shows a cross section taken along line BB of FIG.
【0021】図1に示すように、この光PNPNスイッ
チは、N型シリコン基板1の表面側に、アノード拡散領
域(P型)2と、このアノード拡散領域2に対向するP
ゲート拡散領域(P型)3とを、それぞれ図において上
側1a、下側1bに左右反対の状態で備えている。各P
ゲート拡散領域3内にはカソード拡散領域(N型)7が
設けられている。これにより、チップの上側部分1a、
下側部分1bで、それぞれアノード拡散領域2からカソ
ード拡散領域7に向かってPNPN部が構成されてい
る。As shown in FIG. 1, this optical PNPN switch includes an anode diffusion region (P-type) 2 on a surface side of an N-type silicon substrate 1 and a P-type region opposing the anode diffusion region 2.
A gate diffusion region (P-type) 3 is provided on the upper side 1a and the lower side 1b in the figure in left and right opposite states, respectively. Each P
In the gate diffusion region 3, a cathode diffusion region (N type) 7 is provided. Thereby, the upper part 1a of the chip,
In the lower part 1b, PNPN portions are formed from the anode diffusion region 2 to the cathode diffusion region 7, respectively.
【0022】チップの上側部分1aと下側部分1bとは
基板表面から基板内に止まる深さDを持つ切り込み溝1
5(図3参照)によって仕切られている。便宜上、図1
において上側部分1aで右側のアノード2からカソード
7へ電流が流れる経路をch(チャネル)1、下側部分
1bで左側のアノード2からカソード7へ電流が流れる
経路をch(チャネル)2と呼ぶ。The upper portion 1a and the lower portion 1b of the chip are formed with a notch groove 1 having a depth D which stops in the substrate from the substrate surface.
5 (see FIG. 3). For convenience, FIG.
In the upper part 1a, a path through which current flows from the right anode 2 to the cathode 7 in the upper part 1a is referred to as ch (channel) 1, and a path through which current flows from the left anode 2 to the cathode 7 in the lower part 1b is referred to as ch (channel) 2.
【0023】この例では、チップの上側部分1a、下側
部分1bにそれぞれch1、ch2の光感度を向上させ
るためのフォトトランジスタQ3,Q3が設けられてい
る。各フォトトランジスタQ3は、Pゲート拡散距離3
のアノード拡散領域2と反対の側に設けられたベース拡
散領域(P型)4と、このベース拡散領域4内に形成さ
れたエミッタ拡散領域(N型)8と、コレクタとして働
くN型シリコン基板1とで構成されている。各フォトト
ランジスタQ3のベース拡散領域4とエミッタ拡散領域
8との間には、図2中に示すように、ベース抵抗105
が存在する。In this example, phototransistors Q 3 and Q 3 for improving the light sensitivity of ch1 and ch2 are provided in the upper part 1a and the lower part 1b of the chip, respectively. Each phototransistor Q 3 has a P gate diffusion distance of 3
A base diffusion region (P-type) 4 provided on the side opposite to the anode diffusion region 2, an emitter diffusion region (N-type) 8 formed in the base diffusion region 4, and an N-type silicon substrate serving as a collector. 1 and 1. Between the base diffusion region 4 and the emitter diffusion region 8 of each phototransistor Q 3, as shown in FIG. 2, the base resistor 105
Exists.
【0024】また、図1中に示すように、チップの上側
部分1a、下側部分1bでは、それぞれPNPN部のP
ゲート拡散領域3と、フォトトランジスタQ3のベース
拡散領域4との間にゲート抵抗(P型)6が形成されて
いる。As shown in FIG. 1, the upper part 1a and the lower part 1b of the chip each have a P
A gate diffusion region 3, a gate resistor (P-type) 6 is formed between the base diffusion region 4 of the phototransistor Q 3.
【0025】チップの上側部分1a、下側部分1bにお
いて、図2に示すように、それぞれカソード拡散領域7
とエミッタ拡散領域8とはAlパターン配線で接続され
ている。上記各Alパターン配線の一部にボンディング
パッド(図1中に破線で示す)11a,11bが設けら
れている。また、各アノード拡散領域2にそれぞれAl
パターン配線が設けられ、その一部にボンディングパッ
ド10a,10bが設けられている。これらのボンディ
ングパッド10a,11bがAuワイヤ12a,12b
によってリードフレームT1に接続される一方、ボンデ
ィングパッド11a,10bがAuワイヤ13a,13
bによってリードフレームT2に接続されている。In the upper part 1a and the lower part 1b of the chip, as shown in FIG.
And the emitter diffusion region 8 are connected by an Al pattern wiring. Bonding pads (shown by broken lines in FIG. 1) 11a and 11b are provided on a part of the Al pattern wirings. In addition, each anode diffusion region 2 has Al
Pattern wiring is provided, and bonding pads 10a and 10b are provided in a part thereof. These bonding pads 10a and 11b are connected to Au wires 12a and 12b.
While connected to the lead frame T 1 by the bonding pads 11a, 10b is Au wires 13a, 13
It is connected to the lead frame T 2 by b.
【0026】また、この例では、チップの上側部分1
a、下側部分1bのそれぞれの周辺に沿ってチャネルス
トッパとしてのN型拡散領域9a,9bが設けられてい
る。N型拡散領域9aは、切り込み溝15の上側に沿っ
た部分9aiと、チップ周辺に沿った部分9aoとを含
み、N型拡散領域9bは、切り込み溝15の下側に沿っ
た部分9biと、チップ周辺に沿った部分9boとを含
んでいる。In this example, the upper part 1 of the chip
a, N-type diffusion regions 9a and 9b are provided along the periphery of the lower portion 1b as channel stoppers. The N-type diffusion region 9a includes a portion 9ai along the upper side of the cut groove 15 and a portion 9ao along the periphery of the chip, and the N-type diffusion region 9b includes a portion 9bi along the lower side of the cut groove 15, And a portion 9bo along the periphery of the chip.
【0027】この光PNPNスイッチは公知の手法によ
り次のようにして作製する。This optical PNPN switch is manufactured by a known method as follows.
【0028】まず、図1に示すように、N型シリコン
基板1の表面にP型不純物としてボロンを拡散して、各
アノード拡散領域2と、各Pゲート拡散領域3とを同時
に形成する。シリコン基板1の不純物濃度は1014cm
-3程度である。First, as shown in FIG. 1, boron is diffused as a P-type impurity in the surface of an N-type silicon substrate 1 to form each anode diffusion region 2 and each P gate diffusion region 3 at the same time. The impurity concentration of the silicon substrate 1 is 10 14 cm
It is about -3 .
【0029】次に、N型シリコン基板1の表面に再び
P型不純物としてボロンを拡散して、各ベース拡散領域
4と、各ゲート抵抗6とを同時に形成する。Next, boron is diffused again as a P-type impurity in the surface of the N-type silicon substrate 1 to form each base diffusion region 4 and each gate resistor 6 at the same time.
【0030】次に、各Pゲート拡散領域3の表面、各
ベース拡散領域4の表面にそれぞれN型不純物としてリ
ンを拡散して、各Pゲート拡散領域3、各ベース拡散領
域4内にカソード拡散領域7、エミッタ拡散領域8を形
成する。同時に、チップ周辺と中央とに、すなわち略
「日」の字状のパターンで、チャネルストッパとしての
N型拡散領域を形成する。なお、この段階では、チップ
の中央ではN型拡散領域9ai,9biは上下に分離さ
れておらず、連続している。このN型拡散領域9a,9
bの深さは通常通り3μmとする。Next, phosphorus is diffused as an N-type impurity into the surface of each P gate diffusion region 3 and the surface of each base diffusion region 4, and the cathode is diffused into each P gate diffusion region 3 and each base diffusion region 4. A region 7 and an emitter diffusion region 8 are formed. At the same time, an N-type diffusion region as a channel stopper is formed at the periphery and the center of the chip, that is, in a pattern of a substantially “sun” shape. At this stage, at the center of the chip, the N-type diffusion regions 9ai and 9bi are not vertically separated but continuous. The N-type diffusion regions 9a, 9
The depth of b is 3 μm as usual.
【0031】熱処理(温度800℃、30分間)を行
った後、図示しないAlパターン配線を形成する。さら
に、チップ表面に図示しない保護膜を設け、この保護膜
のうちボンディングパッド11a,11b,12a,1
2bに相当する部分と、チャネルストッパとしてのN型
拡散領域上の部分を除去する。After heat treatment (at 800 ° C. for 30 minutes), an Al pattern wiring (not shown) is formed. Further, a protection film (not shown) is provided on the chip surface, and bonding pads 11a, 11b, 12a, 1
The portion corresponding to 2b and the portion on the N-type diffusion region as a channel stopper are removed.
【0032】ウエハテストを行った後、チップの上側
部分1aと下側部分1bとの境界に存するN型拡散領域
の中央をハーフダイシングして、基板表面から基板内に
止まる深さを持つ切り込み溝15を形成する。この切り
込み溝15により、N型拡散領域9ai,9biを上下
に分離する。After performing the wafer test, the center of the N-type diffusion region located at the boundary between the upper part 1a and the lower part 1b of the chip is half-diced, and the cut groove having a depth stopping in the substrate from the surface of the substrate. 15 are formed. The N-type diffusion regions 9ai and 9bi are vertically separated by the cut grooves 15.
【0033】続いて、チップ周辺をフルダイシングし
て、チップ間を分離する。Subsequently, full dicing is performed around the chips to separate the chips.
【0034】ダイボンドを行った後、ボンディングパ
ッド10a,11bとリードフレームT1とをAuワイ
ヤ12a,12bによって接続する一方、ボンディング
パッド11a,10bとリードフレームT2とをAuワ
イヤ13a,13bによって接続する。[0034] After the die bonding, while connecting the bonding pads 10a, 11b and the lead frame T 1 Au wires 12a, by 12b, connecting the bonding pads 11a, 10b and the lead frame T 2 Au wires 13a, by 13b I do.
【0035】このようにチップの上側部分1a、下側部
分1bにそれぞれ設けたPNPN部を逆並列に接続する
ことによって、1チップで交流のスイッチングを行うこ
とができる。As described above, by connecting the PNPN sections provided on the upper portion 1a and the lower portion 1b of the chip in anti-parallel, AC switching can be performed by one chip.
【0036】しかも、上側部分1aのPNPN部と下側
部分1bのPNPN部との間に切り込み溝15を形成し
ているので、この切り込み溝15によってN型シリコン
基板1内の少数キャリアである正孔の移動が制限され
る。また、切り込み溝15の側面は正孔をトラップして
消滅させる効果も奏する。したがって、例えばch1が
オフした時、ch1側のシリコン基板1中に残存してい
る正孔がch2側へ移動しにくくなる。したがって、c
h2側の正帰還作用によってch2がオンするという誤
動作(転流失敗)を抑制でき、転流特性を改善できる。Further, since the cut groove 15 is formed between the PNPN portion of the upper portion 1a and the PNPN portion of the lower portion 1b, the cut groove 15 allows the positive carrier, which is a minority carrier in the N-type silicon substrate 1, to be formed. Hole movement is restricted. In addition, the side surface of the cut groove 15 also has an effect of trapping and eliminating holes. Therefore, for example, when ch1 is turned off, the holes remaining in the silicon substrate 1 on the ch1 side are less likely to move to the ch2 side. Therefore, c
A malfunction (commutation failure) in which ch2 is turned on by the positive feedback action on the h2 side can be suppressed, and the commutation characteristics can be improved.
【0037】図4は、実際に切り込み溝15の深さDを
変化させた場合の転流特性との相関データを示してい
る。この図から分かるように、図1に示したパターンレ
イアウトのもの(図中「〇」印で示す)において、切り
込み溝15の深さDを0μm(切り込み溝なし)、50
μm、100μmと増加させると、L負荷時に転流失敗
する電流値(この電流値以下であれば光PNPNスイッ
チが正常動作する)を増大させることができた。なお、
参考のために切り込み溝を深くして2チップに分離した
もの(図中「◎」印で示す)は、当然ながら転流失敗は
起こらなかった。また、図1に示したパターンレイアウ
トのものは、図5に示したパターンレイアウトのもの
(図中「●」印で示す)に比して、切り込み溝15が無
くとも転流特性が改善されている。これは、図1のもの
は、図5のものに比してch1のPNPN部とch2と
のPNPN部との距離が遠くなったからだと考えられ
る。FIG. 4 shows correlation data with commutation characteristics when the depth D of the cut groove 15 is actually changed. As can be seen from this figure, in the pattern layout shown in FIG. 1 (indicated by “〇” in the figure), the depth D of the cut groove 15 is 0 μm (no cut groove), 50
When the current was increased to μm or 100 μm, the current value at which commutation failed when the load was L (the optical PNPN switch normally operates if the current value is less than this value) could be increased. In addition,
As a matter of course, in the case where the cut grooves were deepened and separated into two chips (indicated by the mark “◎” in the figure), commutation failure did not occur. In addition, the pattern layout shown in FIG. 1 has improved commutation characteristics even without the cut groove 15 as compared with the pattern layout shown in FIG. 5 (indicated by a “●” mark in the figure). I have. This is presumably because the distance between the PNPN section of ch1 and the PNPN section of ch2 in FIG. 1 is longer than that in FIG.
【0038】上記切り込み溝15の深さDは、シリコン
基板1内の正孔の移動を制限する効果を発揮できるよう
に、少なくともチャネルストッパ9ai,9biの深さ
を越える3μm以上に設定するのが好ましい。The depth D of the cut groove 15 is preferably set to 3 μm or more which exceeds at least the depth of the channel stoppers 9ai and 9bi so as to exert the effect of restricting the movement of holes in the silicon substrate 1. preferable.
【0039】一方、チップ表面に切り込み溝15が存在
すると、アセンブリ工程でチップに外力が加わったと
き、この切り込み溝15に沿ってチップが割れるおそれ
がある。したがって、アセンブリの観点からは、切り込
み溝の深さは浅い方が好ましい。ここで、主にシリコン
基板1の不純物濃度1014cm-3程度と、上記熱処理
(温度800℃、30分間)の結果として、正孔の拡散
距離が200μm程度となる。そこで、シリコン基板1
中の正孔の拡散距離を考慮して、切り込み溝の深さは2
00μm以下に設定するのが好ましい。On the other hand, if the cut groove 15 exists on the chip surface, the chip may be broken along the cut groove 15 when an external force is applied to the chip in the assembly process. Therefore, from the viewpoint of assembly, it is preferable that the depth of the cut groove is small. Here, mainly as a result of the impurity concentration of the silicon substrate 1 of about 10 14 cm −3 and the heat treatment (at a temperature of 800 ° C. for 30 minutes), the hole diffusion distance becomes about 200 μm. Therefore, the silicon substrate 1
In consideration of the diffusion distance of the holes inside, the depth of the cut groove is 2
It is preferable to set the thickness to 00 μm or less.
【0040】なお、この実施例では、シリコン基板1の
導電型をN型としたが、当然ながらこれに限られるもの
ではない。シリコン基板1の導電型をP型とし、これに
応じて他の拡散領域の導電型を上記実施例のものと反対
にしても良い。In this embodiment, the conductivity type of the silicon substrate 1 is N-type, but is not limited to this. The conductivity type of the silicon substrate 1 may be P-type, and accordingly, the conductivity types of the other diffusion regions may be opposite to those of the above embodiment.
【0041】[0041]
【発明の効果】以上より明らかなように、請求項1の光
PNPNスイッチは、シリコン基板の表面側にPNPN
部を一対備えているので、ワイヤ等によってこの一対の
PNPN部を逆並列に接続することによって、1チップ
で交流のスイッチングを行うことができる。しかも、上
記一対のPNPN部は互いに離間し、その間に、上記基
板表面から基板内に止まる深さを持つ切り込み溝が形成
されているので、この切り込み溝によってシリコン基板
内の少数キャリアの移動が制限される。また、切り込み
溝の側面は少数キャリアをトラップして消滅させる効果
も奏する。したがって、例えばch1がオフした時、c
h1側のシリコン基板中に残存している少数キャリアが
ch2側へ移動しにくくなる。したがって、ch2側の
正帰還作用によってch2がオンするという誤動作(転
流失敗)を抑制でき、転流特性を改善できる。As is apparent from the above description, the optical PNPN switch according to the first aspect is characterized in that the PNPN switch is provided on the surface side of the silicon substrate.
Since a pair of units is provided, by connecting the pair of PNPN units in anti-parallel with a wire or the like, AC switching can be performed with one chip. In addition, the pair of PNPN portions are separated from each other, and a cut groove having a depth that stops from the surface of the substrate into the substrate is formed therebetween, so that the movement of the minority carrier in the silicon substrate is restricted by the cut groove. Is done. In addition, the side surface of the cut groove also has an effect of trapping and eliminating minority carriers. Therefore, for example, when ch1 is turned off, c
Minority carriers remaining in the silicon substrate on the h1 side are less likely to move to the ch2 side. Therefore, a malfunction (commutation failure) in which ch2 is turned on by the positive feedback action on the ch2 side can be suppressed, and the commutation characteristics can be improved.
【0042】また、この光PNPNスイッチでは、上記
切り込み溝の深さは3μm乃至200μmの範囲内に設
定されているので、転流特性を有効に改善できる上、ア
センブリ工程でチップに外力が加わったとき、チップの
割れ欠けを無視できるレベルに抑えることができる。In this optical PNPN switch, since the depth of the cut groove is set in the range of 3 μm to 200 μm, the commutation characteristics can be effectively improved, and an external force is applied to the chip in the assembly process. At this time, chipping or chipping can be suppressed to a negligible level.
【0043】請求項2の光PNPNスイッチでは、上記
切り込み溝の両側の基板表面側に、上記各PNPN部の
光感度を増大するためのフォトトランジスタがそれぞれ
設けられているので、光感度を増大させて、発光ダイオ
ードと組み合わせたときの最小トリガ電流を低くするこ
とができる。In the optical PNPN switch according to the second aspect, the phototransistors for increasing the light sensitivity of each of the PNPN portions are provided on the substrate surface side on both sides of the notch groove. Thus, the minimum trigger current when combined with a light emitting diode can be reduced.
【0044】[0044]
【図1】 この発明の一実施例の光PNPNスイッチを
示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing an optical PNPN switch according to an embodiment of the present invention.
【図2】 図1におけるA−A線矢視断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG.
【図3】 図2におけるB−B線矢視断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line BB in FIG. 2;
【図4】 上記光PNPNスイッチの切り込み溝の深さ
と転流特性との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a depth of a cut groove of the optical PNPN switch and a commutation characteristic.
【図5】 従来の光PNPNスイッチを示す平面図であ
る。FIG. 5 is a plan view showing a conventional optical PNPN switch.
【図6】 図5におけるC−C線矢視断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line CC in FIG. 5;
【図7】 図5に示した光PNPNスイッチの等価回路
を示す図である。7 is a diagram showing an equivalent circuit of the optical PNPN switch shown in FIG.
1 N型シリコン基板 2 アノード
拡散領域 3 Pゲート拡散領域 4 ベース拡
散領域 7 カソード拡散領域 8 エミッタ
拡散領域 15 切り込み溝 9a,9b
チャネルストッパDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 N-type silicon substrate 2 Anode diffusion region 3 P gate diffusion region 4 Base diffusion region 7 Cathode diffusion region 8 Emitter diffusion region 15 Cut groove 9a, 9b
Channel stopper
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−125666(JP,A) 特開 昭51−7866(JP,A) 特開 昭58−31571(JP,A) 特開 平5−315603(JP,A) 特開 昭63−202969(JP,A) 特開 昭56−83083(JP,A) 特開 昭55−154765(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/74 H01L 29/747 H01L 31/111 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-2-125666 (JP, A) JP-A-51-7866 (JP, A) JP-A-58-31571 (JP, A) JP-A-5-131571 315603 (JP, A) JP-A-63-202969 (JP, A) JP-A-56-83083 (JP, A) JP-A-55-154765 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. 7 , DB name) H01L 29/74 H01L 29/747 H01L 31/111
Claims (2)
つシリコン基板の表面側に、N型またはP型のうち他方
の導電型を持つアノード拡散領域と、このアノード拡散
領域に対向する上記他方の導電型を持つゲート拡散領域
と、このゲート拡散領域内に形成され上記一方の導電型
を持つカソード拡散領域とを有するPNPN部を一対備
えた光PNPNスイッチにおいて、 上記一対のPNPN部は、上記基板表面の一方向両側
に、互いに離間して設けられ、 上記一対のPNPN部の間に、上記基板表面から基板内
に止まる深さを持つ切り込み溝が形成され、この切り込
み溝の深さは3μm乃至200μmの範囲内に設定され
ていることを特徴とする光PNPNスイッチ。1. An anode diffusion region having the other conductivity type of N-type or P-type on a surface side of a silicon substrate having one conductivity type of N-type or P-type, and facing the anode diffusion region. An optical PNPN switch including a pair of PNPN portions each having a gate diffusion region having the other conductivity type and a cathode diffusion region formed in the gate diffusion region and having the one conductivity type. A notch groove having a depth stopping in the substrate from the substrate surface is formed between the pair of PNPN portions, and a depth of the notch groove is formed between the pair of PNPN portions. The optical PNPN switch is set within a range of 3 μm to 200 μm.
おいて、 上記切り込み溝の両側の基板表面側に、上記各PNPN
部の光感度を増大するためのフォトトランジスタがそれ
ぞれ設けられていることを特徴とする光PNPNスイッ
チ。2. The optical PNPN switch according to claim 1, wherein each of the PNPNs is provided on the substrate surface on both sides of the cut groove.
An optical PNPN switch, characterized in that a phototransistor for increasing the light sensitivity of the unit is provided.
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