JP3234677B2 - ラテラル型フォトトライアック - Google Patents

ラテラル型フォトトライアック

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    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/74Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、転流特性の向上、高耐
圧化および高品質化を達成したラテラル型フォトトライ
アックに関するものである。
【0002】
【従来の技術】斯かるこの種のラテラル型フォトトライ
アックは、一部を除去した平面構造を示す図5および図
5のB−B線で切断した断面構造を示す図6のような構
成になっている。即ち、シリコンのN型基板(1)の表
面の一方側に、N型のカソード拡散領域(K1)とこれ
を包囲するP型のPゲート拡散領域(P1)及びこれら
から離間した位置にP型のアノード拡散領域(A1)が
形成されている。一方、シリコンのN型基板(1)の表
面の他方側に、N型のカソード拡散領域(K2)とこれ
を包囲するP型のPゲート拡散領域(P2)及びこれら
から離間した位置にP型のアノード拡散領域(A1)
が、一方側とは対称位置に配して形成されている。
【0003】そして、端子(T1)がAl電極兼Al配
線(7)を通じアノード拡散領域(A1)とカソード拡
散領域(K2)に接続され、端子(T2)がAl電極兼
Al配線(7)を通じアノード拡散領域(A2)とカソ
ード拡散領域(K1)に接続されている。各アノード拡
散領域(A1),(A2)にはゲート抵抗(R1),
(R2)が延設され、N型基板(1)の表面周端にチャ
ンネルストッパー(3)形成されている。また、N型基
板(1)の裏面には、、カソード拡散領域(K1),
(K2)と同時に形成される同じ濃度のN型拡散領域
(2)が、全面にわたり形成されている。カソード拡散
領域(K1),(K2)及びN型拡散領域(2)の表面
濃度は5×1020cm-3以上で、N型基板(1)の濃度
は、一般に10 13〜1015cm-3である。このN型基板
(1)の裏面にN型拡散領域(2)を形成する目的は、
フォトダイオードとしての光感度IPDを向上させ、フォ
トトライアックの点弧のための光感度を向上させるため
である。
【0004】この理由は、N型基板(1)の裏面に高濃
度のN型拡散領域(2)即ちN+ 層を形成すると、N型
基板(1)の少数キャリアのライフタイムが大きくなる
ためである。つまり、このN+ 層が無いと、少数キャリ
アがN型基板(1)の裏面で再結合し易いが、N+ 層が
あると反射するため、等価的ライフタイムが大きくな
る。従って光感度IPDも大きくなる。これは一般にBS
F効果と呼称されている。また、パシベーション膜とし
てシリコン酸化膜(4)を使用し、且つAlオーバレイ
構造により約600Vの耐圧を得ている。尚、各図の破
線矢印は第1及び第2のチャンネルch1,ch2の電
流の流れを示している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、従来のラテ
ラル型フォトトライアックには以下のような主として二
つの問題がある。先ず、第1の問題として、従来構造に
は正孔のライフタイムが長いことに起因して転流特性が
悪いという欠点がある。例えば、アノード拡散領域(A
1)、N型基板(1)、Pゲート拡散領域(P1)、カ
ソード拡散領域(K1)からなる第1のチャンネルch
1が導通していた交流の半サイクル後、アノード拡散領
域(K2)、N型基板(1)、Pゲート拡散領域(P
2)およびカソード拡散領域(K2)からなる第2のチ
ャンネルch2に印加される電圧の立ち上がりが急な場
合、光の入射がない場合でも、余剰の正孔によって第2
のチャンネルch2が導通してしまう。
【0006】尚、仮にN型基板(1)の裏面のN型拡散
領域(2)を除外すると、前述のBSF効果が無いこと
から転流特性が向上する反面、フォトダイオードの光感
度が低下する欠点が生じ、この双方の特性を共に向上さ
せることができない。
【0007】次に、第2の問題として、従来では、高耐
圧化を得ることを目的としてパシベーション膜としてシ
リコン酸化膜(4)を使用し、且つAlオーバレイ構造
にする手段を採用しているが、当該トライアックをアッ
センブリした製品を長期間使用している際に、パッケー
ジのモールド樹脂等がエージング等により正に帯電する
と、耐圧が上昇し、この耐圧が上昇すること自体は特に
問題はないが、参考のために示した図4のように、破線
で図示する空乏層が延びる先にピンホール等による異常
拡散(AK)が存在すると、前述の外部電荷の影響でパ
ンチスルーして耐圧劣化を起こし、信頼性上の不良が発
生する。
【0008】そこで本発明は、転流特性の向上、高耐圧
化および高品質化を達成したラテラル型フォトトライア
ックを提供することを技術的課題とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記した各課
題を達成するための技術的手段として、ラテラル型フォ
トトライアックを次のように構成した。即ち、プレーナ
型の半導体チップであるラテラル型フォトトライアック
において、各Pゲート拡散領域とこれらに対しそれぞれ
他方側の各アノード拡散領域とを各々組み合わせた各箇
所の周囲に、リング状のP型拡散領域がそれぞれ形成さ
れ、各Pゲート拡散領域と基板との接合部である主接合
部から前記P型拡散領域の内側までのチップ表面に、
1のシリコン酸化膜と酸素ドープ多結晶シリコン膜から
なるパシベーション膜が連続的に配設されているととも
に、前記P型拡散領域の外側のチップ表面に、前記酸素
ドープ多結晶シリコン膜と第2のシリコン酸化膜からな
るパシベーション膜が連続的に配設されていることを特
徴として構成されている。
【0010】
【作用】チャンネル間のチップ表面が、酸素ドープ多結
晶シリコン酸化膜とシリコン酸化膜からなるパシベーシ
ョン膜で形成されているため、この領域におけるキャリ
アライフタイムが著しく低下することにより転流特性が
格段に向上する。また、パシベーション膜として使用し
ている酸素ドープ多結晶シリコン膜にリーク電流が流れ
ることにより電荷が蓄積されないため、パッケージのモ
ールド樹脂等の帯電による外部電荷の影響を受けず、長
期間の使用に際しても耐圧が安定して高品質化を図れ
る。
【0011】
【実施例】以下、本発明の好適な一実施例について図面
を参照しながら詳述する。図1は本発明の一実施例の一
部を除去した平面構造、図2は図1のA−A線で切断し
た断面構造をそれぞれ示し、これらの図において図5お
よび図6と同一若しくは同等のものには同一の符号を付
してその説明を省略する。そして、特徴とする点は、各
Pゲート拡散領域(P1 ),(P2)とこれらに対しそ
れぞれ他方側の各アノード拡散領域(A2),(A1)
とを各々組み合わせた各箇所の周囲に、リング状のP型
拡散領域(P3),(P4)がそれぞれ形成され、各P
ゲート拡散領域(P1 ),(P2)とN型基板1との接
合部である主接合部(8)から各P型拡散領域(P
3),(P4)の内側までのチップ表面に、第1のシリ
コン酸化膜(4)と酸素ドープ多結晶シリコン膜
(5)からなるパシベーション膜が連続的に配設されて
いるとともに、各P型拡散領域(P3),(P4)の外
側のチップ表面に、前記酸素ドープ多結晶シリコン膜
(5)と第2のシリコン酸化膜(4)からなるパシベ
ーション膜が連続的に配設された構成である。
【0012】次に、この実施例の構成をその製造手順に
基づいて説明する。N型基板(1)の表面に、アノード
拡散領域(A1),(A2)と、Pゲート拡散領域(P
1),(P2)と、リング状のP型拡散領域(P3),
(P4)とを、ボロンを不純物として同時に形成する。
【0013】続いて、ゲート抵抗(R1),(R2)
を、ボロンを不純物として形成した後に、Pゲート拡散
領域(P1),(P2)の各々の表面の一部、チップ周
囲およびN型基板(1)の裏面にそれぞれ、カソード拡
散領域(K1),(K2)、チャンネルストッパー
(3)およびN型拡散領域(2)を同時に形成する。次
に、上述の各部分の上に第1のシリコン酸化膜(4
を形成した後に、この第1のシリコン酸化膜(4)に
おけるチャンネル間およびフィールド部分をエッチング
し、そのエッチング部分に、酸素ドープ多結晶シリコン
膜(5)と、シリコンナイトライド膜(6)と、ノンド
ープC.V.D法による第2のシリコン酸化膜(4
とを順次形成する。尚、シリコンナイトライド膜(6)
は耐湿性の向上を目的として形成されている。Al電極
兼Al配線(7)は、N型基板(1)の表面に蒸着され
たAl膜を選択エッチングして形成する。
【0014】上述のN型基板(1)の不純物濃度は、1
13〜1015cm3 のものを使用する。酸素ドープ多結
晶シリコン膜(5)は、酸素濃度が10〜40%で、厚
さを1000〜10000Åとし、また、シリコンナイ
トライド膜(6)は厚さを1000〜5000Åとし、
何れも気相成長法により形成する。
【0015】この実施例のフォトトライアックは、チャ
ンネル間のチップ表面が、酸素ドープ多結晶シリコン酸
化膜(5)と第2のシリコン酸化膜(4)からなるパ
シベーション膜で形成されているため、この領域におけ
るキャリアライフタイムが、ラテラルhFEの値で約1桁
程度と著しく低下し、従って転流特性が格段に向上す
る。尚、この実施例において、主接合部(8)からリン
グ状のP型拡散領域(P3),(P4)までのチップ表
面を第1のシリコン酸化膜(4)と酸素ドープ多結晶
シリコン膜(5)で形成している理由は、アノードとカ
ソード間に順バイアスが印加されたオフ状態時に、Pゲ
ート拡散領域(P1),(P2)とN型基板(1)から
なるPN接合部には、表面の酸素ドープ多結晶シリコン
膜(5)を通過するオーミック電流と表面準位による生
成電流が無視できない程度に発生し、このリーク電流
(10μA程度)が100℃前後の高温環境下でPNP
N構造の正帰還作用による自己暴走に至って誤動作する
のを防止する目的で、前述のパシベーション膜構造とし
て生成電流を低減させるためである。尚、オーミック電
流の発生は問題とならない程度のオーダである。
【0016】また、パシベーション膜として使用してい
る酸素ドープ多結晶シリコン膜(5)にリーク電流が流
れることにより電荷が蓄積されないため、パッケージの
モールド樹脂の帯電等による外部電荷の影響を受けず、
製品組み込み後の長期間使用の際のエージングで耐圧が
変化しない。そのため、耐圧テストで良品と判定された
ものは、参考のために示した図3に示すように、仮にピ
ンホール等による異常拡散(AK)がフィールド部に存
在しても耐圧変動しないため、空乏層が安定して長期間
の使用で耐圧劣化する信頼性上の不良は発生しない。即
ち、耐圧が安定化して高品質化を図れる。更に、このよ
うなパシベーション膜の構造により、800V以上の高
耐圧化も可能となる。
【0017】
【発明の効果】以上のように本発明のラテラル型フォト
トライアックによると、各Pゲート拡散領域とこれらに
対しそれぞれ他方側の各アノード拡散領域とを各々組み
合わせた各箇所の周囲に、リング状のP型拡散領域がそ
れぞれ形成され、各Pゲート拡散領域と基板との接合部
である主接合部から前記P型拡散領域の内側までのチッ
プ表面に、第1のシリコン酸化膜と酸素ドープ多結晶シ
リコン膜からなるパシベーション膜が連続的に配設され
ているとともに、前記P型拡散領域の外側のチップ表面
に、前記酸素ドープ多結晶シリコン膜と第2のシリコン
酸化膜からなるパシベーション膜が連続的に配設された
構成としたので、チャンネル間のチップ表面が、酸素ド
ープ多結晶シリコン酸化膜とシリコン酸化膜からなるパ
シベーション膜で形成されているため、この領域におけ
るキャリアライフタイムが著しく低下して転流特性が格
段に向上する。
【0018】また、パシベーション膜として使用してい
る酸素ドープ多結晶シリコン膜にリーク電流が流れるこ
とにより電荷が蓄積されないため、パッケージのモール
ド樹脂の帯電等による外部電荷の影響を受けず、耐圧が
安定化して高品質化を図れるとともに高耐圧化を達成で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の一部除去した概略平面図で
ある。
【図2】図1のA−A線切断概略断面図である。
【図3】同上、耐圧安定化を説明するための参考図であ
る。
【図4】従来のフォトトライアックの耐圧不安定を説明
するための参考図である。
【図5】従来のフォトトライアックの一部除去した概略
平面図である。
【図6】図6のB−B線切断概略断面図である。
【符号の説明】
P1,P2 Pゲート拡散領域 A1,A2 アノード拡散領域 P3,P4 リング状のP型拡散領域4a 第1のシリコン酸化膜 4b 第2のシリコン酸化膜 5 酸素ドープ多結晶シリコン膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−304675(JP,A) 特開 昭64−72564(JP,A) 特開 平4−22173(JP,A) 特開 平4−162570(JP,A) 特開 平4−249370(JP,A) 特開 平5−291563(JP,A) 特開 昭61−222172(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/747 H01L 29/74

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プレーナ型の半導体チップであるラテラ
    ル型フォトトライアックにおいて、各Pゲート拡散領域
    とこれらに対しそれぞれ他方側の各アノード拡散領域と
    を各々組み合わせた各箇所の周囲に、リング状のP型拡
    散領域がそれぞれ形成され、各Pゲート拡散領域と基板
    との接合部である主接合部から前記P型拡散領域の内側
    までのチップ表面に、第1のシリコン酸化膜と酸素ドー
    プ多結晶シリコン膜からなるパシベーション膜が連続的
    に配設されているとともに、前記P型拡散領域の外側の
    チップ表面に、前記酸素ドープ多結晶シリコン膜と第2
    シリコン酸化膜からなるパシベーション膜が連続的に
    配設されていることを特徴とするラテラル型フォトトラ
    イアック。
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