JP5271694B2 - diode - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diode for stabilizing withstand voltage and maintaining a clamping voltage at low. <P>SOLUTION: This diode includes: a semiconductor substrate having a first conductivity type; a first semiconductor layer provided on one surface of the semiconductor substrate to form bonding between itself and the semiconductor substrate, having the same conductivity type as the first conductivity type and having impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate; a second semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type and formed on the surface on a center region of the first semiconductor layer; and a second conductivity-type third semiconductor layer formed on the outer periphery of the second semiconductor layer on the surface of the first semiconductor layer. The thickness of the third semiconductor layer is thicker than the thickness of the second semiconductor layer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、アバランシェ降伏型の高耐圧の定電圧ダイオードに関する。   The present invention relates to an avalanche breakdown type high voltage constant voltage diode.

アバランシェブレークダウン現象を利用した定電圧ダイオードは、基準電圧回路や保護回路等の種々の電子回路に広く使用されている(例えば、特許文献1参照)。
従来の定電圧ダイオードにおいては、図4に示すように、エピ層102と半導体層103との界面においてより空乏層を伸ばし、エピ層102に伸びる空乏層が半導体基板101に達し、リーチスルー降伏を起こすことにより耐圧を得ている。
特開2006−41385号公報
A constant voltage diode using an avalanche breakdown phenomenon is widely used in various electronic circuits such as a reference voltage circuit and a protection circuit (see, for example, Patent Document 1).
In the conventional constant voltage diode, as shown in FIG. 4, the depletion layer is further extended at the interface between the epi layer 102 and the semiconductor layer 103, the depletion layer extending to the epi layer 102 reaches the semiconductor substrate 101, and reach-through breakdown is caused. The breakdown voltage is obtained by waking up.
JP 2006-41385 A

上述した従来の定電圧ダイオードにおいては、主接合部分がリーチスルー降伏するが、エピ層102の厚さのバラツキにより主接合部分の耐圧が大きくばらついてしまう。
また、メサ溝部分Mのベベル角θmが負(θm>90°)であるため、メサ溝部分Gの耐圧VRBGがエピ層102及び半導体層103の界面Aの耐圧VRBAより低い。
また、上述した従来の定電圧ダイオードにおいては、エピ層102の厚さによる主接合部分の耐圧のバラツキと、メサ溝部分Gの耐圧VRBGのバラツキとにより、設計上の耐圧が安定して得られない問題がある。
また、メサ溝部分Gにおいて先にブレークダウンを起こした場合、メサ溝部分Gの領域のみに降伏による電流が流れるため、電流量を多く取ることができずに、クランピング電圧が低くならず、回路を十分に保護することができない場合がある。
In the above-described conventional constant voltage diode, the main junction portion reaches reach-through breakdown, but the breakdown voltage of the main junction portion varies greatly due to the variation in the thickness of the epi layer 102.
Further, since the bevel angle θm of the mesa groove portion M is negative (θm> 90 °), the withstand voltage VRBG of the mesa groove portion G is lower than the withstand voltage VRBA of the interface A between the epi layer 102 and the semiconductor layer 103.
Further, in the above-described conventional constant voltage diode, the design withstand voltage can be stably obtained by the variation in the breakdown voltage of the main junction portion due to the thickness of the epi layer 102 and the variation in the breakdown voltage VRBG of the mesa groove portion G. There is no problem.
Further, when breakdown occurs first in the mesa groove portion G, a current due to breakdown flows only in the region of the mesa groove portion G, so that a large amount of current cannot be taken and the clamping voltage is not lowered. The circuit may not be adequately protected.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、耐圧を安定化させ、かつクランピング電圧を低く維持することが可能なダイオードを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a diode capable of stabilizing a breakdown voltage and maintaining a clamping voltage low.

本発明のダイオードは、メサ型のダイオードであり、第1の導電型をもつ半導体基板と、前記半導体基板の一方の面に設けられて前記半導体基板との間に接合を形成する第1の導電型と同じ導電型第1の半導体層と、前記第1の半導体層の中央領域における表面に形成され、第1の導電型と反対の第2の導電型の第2の半導体層と、前記第1の半導体層の表面において、前記第2の半導体層の外周部を囲むように形成された、前記第2の導電型であり、前記第2の半導体層より不純物濃度が低い第3の半導体層とを有し、前記第3の半導体層の厚さが、前記第2の半導体層より厚く形成され、前記第1の半導体層及び前記第3の半導体層側面に形成されたダイオードを分離するメサ溝と、前記第1の半導体層及び前記第3の半導体層の界面とのなす第1のベベル角が、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層の界面と、前記第1の半導体層及び前記第3の半導体層の界面とのなす第2のベベル角より大きいことを特徴とする。 The diode of the present invention is a mesa-type diode, and is provided with a first conductive type that is provided on one surface of the semiconductor substrate and forms a junction with the semiconductor substrate. A first semiconductor layer of the same conductivity type as the mold, a second semiconductor layer of a second conductivity type formed on a surface in a central region of the first semiconductor layer, opposite to the first conductivity type, and first Oite the surface of the semiconductor layer, the second is formed to surround the outer peripheral portion of the semiconductor layer, a second conductivity type, the second third impurity concentration lower than the semiconductor layer A diode formed on a side surface of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer, wherein the third semiconductor layer is thicker than the second semiconductor layer. Mesa groove to be separated, and interface between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer Is a second bevel angle formed between the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer and the interface between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. and wherein the Okiiko.

本発明のダイオードは、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層の界面下の第1の半導体層の厚さが、ダイオードのアバランシェ降伏する際の空乏層の厚さより厚いことを特徴とする。   The diode of the present invention is characterized in that the thickness of the first semiconductor layer below the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is thicker than the thickness of the depletion layer when the diode avalanche breakdown occurs. To do.

本発明のダイオードは、前記第1の半導体層の不純物濃度が、前記半導体基板の不純物濃度より低いことを特徴とする。   The diode of the present invention is characterized in that the impurity concentration of the first semiconductor layer is lower than the impurity concentration of the semiconductor substrate.

以上説明したように、本発明によれば、第1の半導体層と第2の半導体層との界面にてブレークダウンを起こすため、従来のように不安定な定電圧ダイオードの側部(メサ溝部分)にてブレークダウンを発生することなく、耐圧を安定化させ、かつ平面視にて見た定電圧ダイオードの中央部分に平均的に降伏による電流が流れるため、電流量を多く取ることができ、クランピング電圧を低することが可能であり、回路を十分に保護することができる。 As described above, according to the present invention, breakdown occurs at the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. things Ku generating a breakdown in part), the breakdown voltage is stabilized, and since the current flows by an average surrendered to the central portion of the constant voltage diode viewed in plan view, take much amount of current can, it is possible to a clamping voltage low Ku, it is possible to sufficiently protect the circuit.

以下、本発明の一実施形態による定電圧ダイオード(ツェナーダイオード)を図面を参照して説明する。図1は、本実施形態における定電圧ダイオードの断面構造を示す概念図である。
この図において、n型の半導体基板1(カソード側)の上(上面)に、半導体基板1と同一の導電型であり、半導体基板1より不純物濃度が低い第1の半導体層2がエピタキシャル層にて形成されている。
第1の半導体層2の上に、上記半導体基板1及び第1の半導体層2(カソード側)と異なる導電型、すなわちP型の第2の半導体層3(アノード側)が形成されている。
Hereinafter, a constant voltage diode (zener diode) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a cross-sectional structure of a constant voltage diode in the present embodiment.
In this figure, a first semiconductor layer 2 having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate 1 and having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate 1 is formed as an epitaxial layer above (upper surface) of the n-type semiconductor substrate 1 (cathode side). Is formed.
On the first semiconductor layer 2, a P-type second semiconductor layer 3 (anode side) different in conductivity type from the semiconductor substrate 1 and the first semiconductor layer 2 (cathode side) is formed.

さらに、第1の半導体層2の上に、第2の半導体層3の外周部を囲むように、第2の半導体層3と同一の導電型であり、第2の半導体層3よりも不純物濃度の低い第4の半導体層4が形成されている。
ここで、第2の半導体層3に比較して第3の半導体層4は厚く形成されている。すなわち、第3の半導体層4と平面視にて重なる直下の第1の半導体層2の厚さは、第2の半導体層3と平面視で重なる直下の第1の半導体層2の厚さに比較して薄く形成されている。
Further, the first semiconductor layer 2 has the same conductivity type as the second semiconductor layer 3 so as to surround the outer periphery of the second semiconductor layer 3, and has an impurity concentration higher than that of the second semiconductor layer 3. A fourth semiconductor layer 4 having a low height is formed.
Here, the third semiconductor layer 4 is formed thicker than the second semiconductor layer 3. That is, the thickness of the first semiconductor layer 2 directly below the third semiconductor layer 4 in plan view is equal to the thickness of the first semiconductor layer 2 directly below the second semiconductor layer 3 in plan view. In comparison, it is formed thinner.

半導体基板1と第1の半導体層2とにおける不純物(n型)濃度の関係は、第1の半導体層2の不純物濃度<半導体基板1の不純物濃度の関係となっている。
また、第2の半導体層3と第3の半導体層4とにおける不純物(p型)濃度の関係は、第3の半導体層4の不純物濃度<第2の半導体層3の不純物濃度の関係となっている。
定電圧ダイオードの図1における横方向の端部(側部)において、第1の半導体層2と第3の半導体層4との接続部(界面)は、メサ溝50の側壁100における位置Qで終端されている。
このメサ溝50の側壁100上には、酸化膜などの絶縁性の保護膜(ガラス、酸化膜、窒化膜など)200が形成されている。
また図示しないが、半導体基板1の下面と、第2の半導体層3の上面とには、それぞれ電極が構成されている。
The relationship between the impurity ( n-type ) concentration in the semiconductor substrate 1 and the first semiconductor layer 2 is such that the impurity concentration in the first semiconductor layer 2 <the impurity concentration in the semiconductor substrate 1.
The relationship between the impurity ( p-type ) concentration in the second semiconductor layer 3 and the third semiconductor layer 4 is the relationship of impurity concentration in the third semiconductor layer 4 <impurity concentration in the second semiconductor layer 3. ing.
At the lateral end (side portion) of the constant voltage diode in FIG. 1, the connection portion (interface) between the first semiconductor layer 2 and the third semiconductor layer 4 is at a position Q on the side wall 100 of the mesa groove 50. It is terminated.
An insulating protective film (glass, oxide film, nitride film, etc.) 200 such as an oxide film is formed on the side wall 100 of the mesa groove 50.
Although not shown, electrodes are respectively formed on the lower surface of the semiconductor substrate 1 and the upper surface of the second semiconductor layer 3.

上記第1の半導体層2と第2の半導体層3との接合部を第1の主接合部5とし、第1の半導体層2と第3の半導体層4との接合部を接合部6とすると、平面視において第1の主接合部5は接合部6に囲まれた状態となっている。
また、第1のベベル角θmは、従来例において説明したように、上記接合部6と第1の半導体層2の側部とのなす角度、すなわち接合部6と第1の半導体層2におけるメサ溝50の側壁100とが、第1の半導体層2内においてなす角度とする。
また、第2のベベル角θiは、第1の主接合部5と、第1の半導体層2及び第3の半導体層4の接合部とが、第1の半導体層2内においてなす角度とする。
The junction between the first semiconductor layer 2 and the second semiconductor layer 3 is a first main junction 5, and the junction between the first semiconductor layer 2 and the third semiconductor layer 4 is a junction 6. Then, the first main joint portion 5 is surrounded by the joint portion 6 in plan view.
Further, as described in the prior art, the first bevel angle θm is an angle between the junction 6 and the side of the first semiconductor layer 2, that is, the mesa in the junction 6 and the first semiconductor layer 2. The angle between the side wall 100 of the groove 50 and the first semiconductor layer 2 is defined.
The second bevel angle θi is an angle formed by the first main junction 5 and the junction of the first semiconductor layer 2 and the third semiconductor layer 4 in the first semiconductor layer 2. .

ここで、空乏層の境界面は、半導体層表面あるいは、異なる半導体層の接合部に対して垂直に形成される。
このため、図2に示すように、メサ溝50の側壁100にて終端する接合部6の位置Qと、メサ溝50の側壁100の表面において終端する空乏層の境界面における位置Pとの距離、すなわちメサ溝50の側壁100に沿った空乏層の厚さが、接合部6に垂直な方向における空乏層の境界面までの厚さに比較して短くなる。すなわち、定電圧半導体の側部における厚さが薄くなることにより、メサ溝部分Gにおける第1の半導体層2内の領域に電界が集中して、降伏が起こるため、接合部6における耐圧が低下してしまう。
上述した理由により、第1のベベル角θmが負(θm>90°)である場合、第1のベベル角θmが正(θm<90)の場合に比較して、定電圧ダイオードの逆方向バイアスに対する耐圧が低下する。
Here, the boundary surface of the depletion layer is formed perpendicular to the surface of the semiconductor layer or a junction of different semiconductor layers.
For this reason, as shown in FIG. 2, the distance between the position Q of the junction 6 that terminates at the side wall 100 of the mesa groove 50 and the position P at the boundary surface of the depletion layer that terminates at the surface of the side wall 100 of the mesa groove 50. That is, the thickness of the depletion layer along the side wall 100 of the mesa groove 50 is shorter than the thickness up to the boundary surface of the depletion layer in the direction perpendicular to the junction 6. That is, as the thickness at the side portion of the constant voltage semiconductor is reduced, the electric field concentrates in the region in the first semiconductor layer 2 in the mesa groove portion G, and breakdown occurs, so that the breakdown voltage at the junction 6 is reduced. Resulting in.
For the above-described reason, when the first bevel angle θm is negative (θm> 90 °), the reverse bias of the constant voltage diode is compared with the case where the first bevel angle θm is positive (θm <90). The pressure resistance against is reduced.

このため、第1のベベル角θmを正となるように定電圧ダイオードを形成することが考えられる。
しかしながら、定電圧ダイオードの製造方法は、図3に示すように、ウェハ上に複数の定電圧ダイオード領域Dを形成し、各定電圧ダイオード領域Dを分離するように、定電圧ダイオード領域Dの外周部にメサ溝50を形成し、第1の半導体層2及び第3の半導体層4の接合部を保護するため、メサ溝の側壁100上に酸化膜などの絶縁性の保護膜200を形成する。
そして、矢印Cにてウェハを切断し、各定電圧ダイオード領域Dを分離することにより、定電圧ダイオードを作成する。上述した簡易な製造方法により、定電圧ダイオードの製造原価を低下させている。この製造方法によるため、ベベル角θmは負として形成されることになる。
したがって、第1のベベル角θmを正とするためには、さらなる工程を必要とすることになるので、製造原価が上昇してしまう。
For this reason, it is conceivable to form the constant voltage diode so that the first bevel angle θm is positive.
However, as shown in FIG. 3, the method of manufacturing the constant voltage diode is such that a plurality of constant voltage diode regions D are formed on the wafer and the constant voltage diode regions D are separated so that the constant voltage diode regions D are separated. An insulating protective film 200 such as an oxide film is formed on the side wall 100 of the mesa groove in order to form a mesa groove 50 in the portion and protect the junction between the first semiconductor layer 2 and the third semiconductor layer 4. .
Then, the wafer is cut by an arrow C, and each constant voltage diode region D is separated to form a constant voltage diode. The manufacturing cost of the constant voltage diode is reduced by the simple manufacturing method described above. Because of this manufacturing method, the bevel angle θm is formed as negative.
Accordingly, in order to make the first bevel angle θm positive, an additional process is required, and the manufacturing cost increases.

したがって、本実施形態においては、上述したように、ガードリングとして第3の半導体層4を第2の半導体層3の外周部に設けることにより、接合部6の他に第1の主接合部5を形成している。この第1の主接合部5の面と、第1の半導体層2及び第3の半導体層4の接合部の面とのなす第2のベベル角θiを形成している。
そして、このベベル角θiが上記ベベル角θmの角度より小さくなるように形成することにより、以下に示す理由により、定電圧ダイオードの逆バイアスに対する耐圧を安定化させることができる。
Therefore, in the present embodiment, as described above, the third main semiconductor layer 4 is provided in the outer peripheral portion of the second semiconductor layer 3 as the guard ring, so that the first main junction 5 in addition to the junction 6 is provided. Is forming. A second bevel angle θi formed by the surface of the first main junction 5 and the surfaces of the junctions of the first semiconductor layer 2 and the third semiconductor layer 4 is formed.
By forming the bevel angle θi to be smaller than the bevel angle θm, the withstand voltage against the reverse bias of the constant voltage diode can be stabilized for the following reason.

耐圧が不安定となる原因として、メサ溝50の製造におけるメサ溝50の側壁100の角度がばらつくことにより、側壁100に沿って形成される空乏層の厚さがばらつき、結果的に、メサ溝部分Gにおける高耐圧降伏の電圧がデバイス個々で変動することになる。
このため、第3の半導体層4に比較して不純物濃度の高い第2の半導体層3と、第1の半導体層2との界面である第1の主接合部5において電界集中を起こさせ、電界集中を分散させることにより、メサ溝部分Gにおける電界集中の一極集中が起こらないようにし、メサ溝部分Gにおける電界集中を緩和させる。
The reason why the breakdown voltage becomes unstable is that the angle of the side wall 100 of the mesa groove 50 in the manufacture of the mesa groove 50 varies, so that the thickness of the depletion layer formed along the side wall 100 varies, and as a result, the mesa groove The high breakdown voltage in the portion G varies from device to device.
For this reason, electric field concentration is caused in the first main junction 5 which is an interface between the second semiconductor layer 3 having a higher impurity concentration than the third semiconductor layer 4 and the first semiconductor layer 2. By dispersing the electric field concentration, the unipolar concentration of the electric field concentration in the mesa groove portion G is prevented and the electric field concentration in the mesa groove portion G is relaxed.

さらに、第2のベベル角θiの領域Fを形成するため、接合部6における第1の半導体層2の厚さが薄くなっているが、第3の半導体層4の不純物濃度を、第2の半導体層3の不純物濃度より低くすることにより、第3の半導体層4内にも空乏層が伸びるため、空乏層内の電界が低減されて領域Gの耐圧は向上することになる。また、第3の半導体層4の不純物濃度を低下させることにより、接合部6における第1の半導体層2内で伸びる空乏層の厚さを相対的に減少させ、定電圧ダイオード側部での降伏の前に、第1の主接合部5における高耐圧降伏を起こすようになっているため、空乏層が半導体基板1に対して接するリーチスルーによる降伏を起こさせないので、定電圧ダイオードの側部のみに降伏電流が流れて、クランピング電圧を上昇させることがない。   Furthermore, the thickness of the first semiconductor layer 2 at the junction 6 is reduced in order to form the region F having the second bevel angle θi, but the impurity concentration of the third semiconductor layer 4 is reduced to the second level. By making it lower than the impurity concentration of the semiconductor layer 3, the depletion layer also extends in the third semiconductor layer 4, so that the electric field in the depletion layer is reduced and the breakdown voltage of the region G is improved. Further, by reducing the impurity concentration of the third semiconductor layer 4, the thickness of the depletion layer extending in the first semiconductor layer 2 at the junction 6 is relatively reduced, and breakdown at the side of the constant voltage diode is achieved. Since the high breakdown voltage breakdown is caused in the first main junction 5 before the breakdown, the depletion layer does not cause the breakdown due to the reach-through contacting the semiconductor substrate 1, so that only the side of the constant voltage diode Therefore, the breakdown current does not flow and the clamping voltage is not increased.

すなわち、本実施形態においては、第1の主接合部5の高耐圧降伏を、接合部6における降伏より低い電圧で発生させるように、第1の主接合部5における第1の半導体層2と第2の半導体層3の不純物濃度を決定する。
そして、第1の半導体層2の不純物濃度は上記工程にて設定されるため、第3の半導体層4の不純物濃度と厚さとは、第1の主接合部5にて高耐圧降伏が先に起こるように設定されている必要がある。
ここで、第1の主接合部5において高耐圧降伏が起こる電圧において、第3の半導体層4の不純物濃度及び接合部6における第1の半導体層2の厚さは、接合部6において、第1の半導体層2内の空乏層が半導体基板1に達しない数値に設定されている必要があることを意味する。
That is, in the present embodiment, the first semiconductor layer 2 in the first main junction 5 and the first semiconductor layer 2 are generated so that the high breakdown voltage of the first main junction 5 is generated at a lower voltage than the breakdown in the junction 6. The impurity concentration of the second semiconductor layer 3 is determined.
Then, since the impurity concentration of the first semiconductor layer 2 is set in the above process, the impurity concentration and thickness of the third semiconductor layer 4 are determined according to the high breakdown voltage first in the first main junction 5. Must be set to happen.
Here, at a voltage at which a high breakdown voltage occurs at the first main junction 5, the impurity concentration of the third semiconductor layer 4 and the thickness of the first semiconductor layer 2 at the junction 6 are as follows. This means that the depletion layer in one semiconductor layer 2 needs to be set to a numerical value that does not reach the semiconductor substrate 1.

したがって、接合部6における第1の半導体層2の厚さ、及び第3の半導体層4の不純物濃度は以下の式を満足させる必要がある。
d>(Na/Nb){2ε・(Na+Nb)・(Vd+V)/(e・(Na・Nb))}
左辺のdが接合部6における第1の半導体層2の厚さであり、右辺が第1の半導体層2にて伸びる空乏層の距離を示しており、ここで、Naが第3の半導体層4の不純物濃度であり、Nbが第1の半導体層2の不純物濃度であり、εが半導体の誘電率、eが電荷量、Vが逆方向電圧、Vdが拡散電位である。
Therefore, the thickness of the first semiconductor layer 2 and the impurity concentration of the third semiconductor layer 4 in the junction 6 need to satisfy the following expressions.
d> (Na / Nb) {2ε · (Na + Nb) · (Vd + V) / (e · (Na · Nb))}
The left side d is the thickness of the first semiconductor layer 2 in the junction 6, and the right side shows the distance of the depletion layer extending in the first semiconductor layer 2, where Na is the third semiconductor layer. 4, Nb is the impurity concentration of the first semiconductor layer 2, ε is the dielectric constant of the semiconductor, e is the charge amount, V is the reverse voltage, and Vd is the diffusion potential.

また、第1の主接合部5にて高耐圧降伏を起こさせて、ツェナー定電圧ダイオードとしての高耐圧降伏の電圧を安定させるため、領域Fにおける第2のベベル角θiが第1のベベル角θmより小さくなるように形成し、領域Fにおける電界を緩和させている。ここで、領域Fは、第2のベベル角θiが形成されている第3の半導体層4の内部の領域である。
この構造により、領域Gのみにおいて電界集中が起こらず、第1の半導体層2と第2の半導体層3とが接合している第1の主接合面5にも電界集中が分担され、かつ第1の主接合部5において高耐圧降伏を起こすようにしているため、第1の半導体層2と第2の半導体層3との不純物濃度により、高耐圧降伏の電圧を制御することができ、安定した高耐圧降伏の電圧を得ることができる。
Further, in order to stabilize the high breakdown voltage voltage as the Zener constant voltage diode by causing a high breakdown voltage breakdown in the first main junction 5, the second bevel angle θi in the region F is the first bevel angle. It is formed so as to be smaller than θm, and the electric field in the region F is relaxed. Here, the region F is a region inside the third semiconductor layer 4 where the second bevel angle θi is formed.
With this structure, electric field concentration does not occur only in the region G, and electric field concentration is shared by the first main junction surface 5 where the first semiconductor layer 2 and the second semiconductor layer 3 are joined, and Since the high breakdown voltage breakdown is caused in the main junction 5 of one, the high breakdown voltage can be controlled by the impurity concentration of the first semiconductor layer 2 and the second semiconductor layer 3 and stable. High breakdown voltage can be obtained.

すなわち、上述した構成において、第1の半導体層2及び第3の半導体層4の不純物濃度の調整とともに、接合部6における第1の半導体層2及び第3の半導体層4の厚さが、第1の主接合部5にて高耐圧降伏が起こる電圧にて、空乏層が十分に伸びる厚さに調整されている必要がある。ここで、第1の主接合部1においては、第1の半導体層2の不純物濃度が接合部6にての設定で決定されるため、第2の半導体層3の不純物濃度の量により高耐圧降伏の電圧を任意に設定することになる。
この任意に設定された上記電圧により、接合部6における第3の半導体層4の不純物濃度及び厚さ、第1の半導体層2の厚さを設定することになる。
上述した構成によれば、第1の主接合部5における耐圧のバラツキを抑制することが可能となる。
That is, in the above-described configuration, the thicknesses of the first semiconductor layer 2 and the third semiconductor layer 4 in the junction 6 are adjusted together with the adjustment of the impurity concentration of the first semiconductor layer 2 and the third semiconductor layer 4. It is necessary to adjust the thickness so that the depletion layer is sufficiently extended at a voltage at which a high breakdown voltage breakdown occurs at the main junction portion 1. Here, in the first main junction 1, since the impurity concentration of the first semiconductor layer 2 is determined by the setting in the junction 6, a high breakdown voltage is obtained depending on the amount of impurity concentration in the second semiconductor layer 3. The breakdown voltage is set arbitrarily.
With this arbitrarily set voltage, the impurity concentration and thickness of the third semiconductor layer 4 and the thickness of the first semiconductor layer 2 at the junction 6 are set.
According to the above-described configuration, it is possible to suppress variations in breakdown voltage at the first main joint portion 5.

すでに述べたように、図2に示すように、第3の半導体層4の不純物濃度を、第2の半導体層3の不純物濃度に比較して低くし、第3の半導体層4に第1の半導体層2と同様に空乏層が伸びるようにしている。
このため、接合部6における第1の半導体層2内での空乏層の伸びが減少、すなわち半導体基板1方向(下部方向)に伸びる長さが、第1の主接合部5における第1の半導体層2内における長さに比較して減少し、空乏層が半導体基板1に対して接するまえに、第1の主接合部5において高耐圧降伏することになる。
As described above, as shown in FIG. 2, the impurity concentration of the third semiconductor layer 4 is set lower than the impurity concentration of the second semiconductor layer 3, and the first semiconductor layer 4 has a first impurity concentration. Similar to the semiconductor layer 2, the depletion layer extends.
For this reason, the extension of the depletion layer in the first semiconductor layer 2 in the junction 6 is reduced, that is, the length extending in the direction of the semiconductor substrate 1 (lower direction) is the first semiconductor in the first main junction 5. The length of the first main junction 5 is reduced before the depletion layer comes into contact with the semiconductor substrate 1.

したがって、接合部6において、第1の半導体層2の空乏層が半導体基板1に接することによるリーチスルーによる降伏を起こすことが無くなり、落雷などによる電圧が急激に変化して、高い電圧がノイズとして入力されても、第1の主接合部5において高耐圧降伏するため、定電圧ダイオードの端部でしか降伏電流が流れない従来例に比較し、電流が広い面積部分を流れるため、電流密度が低減し、クランピング電圧を低下させ、保護対象の回路を予め設定した電圧にて保護することができる。   Accordingly, breakdown due to reach-through due to the contact of the depletion layer of the first semiconductor layer 2 with the semiconductor substrate 1 does not occur at the junction 6, and the voltage due to lightning strikes abruptly changes, causing the high voltage to become noise. Even if it is input, since the high breakdown voltage breakdown occurs at the first main junction 5, the current flows through a wide area compared to the conventional example in which the breakdown current flows only at the end of the constant voltage diode, so the current density is The clamping voltage can be reduced, and the circuit to be protected can be protected with a preset voltage.

本発明の一実施形態による定電圧ダイオードの断面構造を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the cross-section of the constant voltage diode by one Embodiment of this invention. 図1における定電圧ダイオードにおける逆バイアス時における空乏層の形成状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the formation state of the depletion layer at the time of reverse bias in the constant voltage diode in FIG. 図1の定電圧ダイオードの製造方法を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the manufacturing method of the constant voltage diode of FIG. 従来の定電圧ダイオードの断面構造を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the cross-section of the conventional constant voltage diode.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体基板
2…第1の半導体層
3…第2の半導体層
4…第3の半導体層
5…第1の主接合部
6…接合部
50…メサ溝
100…側壁
200…保護膜
θm…第1のベベル角
θi…第2のベベル角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate 2 ... 1st semiconductor layer 3 ... 2nd semiconductor layer 4 ... 3rd semiconductor layer 5 ... 1st main junction part 6 ... Junction part 50 ... Mesa groove 100 ... Side wall 200 ... Protection film (theta) m ... First bevel angle θi ... Second bevel angle

Claims (3)

メサ型のダイオードであり、
第1の導電型をもつ半導体基板と、
前記半導体基板の一方の面に設けられて前記半導体基板との間に接合を形成する第1の導電型と同じ導電型第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の中央領域における表面に形成され、第1の導電型と反対の第2の導電型の第2の半導体層と、
前記第1の半導体層の表面において、前記第2の半導体層の外周部を囲むように形成された、前記第2の導電型であり、前記第2の半導体層より不純物濃度が低い第3の半導体層と
を有し、
前記第3の半導体層の厚さが、前記第2の半導体層より厚く形成され、前記第1の半導体層及び前記第3の半導体層側面に形成されたダイオードを分離するメサ溝と、前記第1の半導体層及び前記第3の半導体層の界面とのなす第1のベベル角が、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層の界面と、前記第1の半導体層及び前記第3の半導体層の界面とのなす第2のベベル角より大きいことを特徴とするダイオード。
A mesa diode,
A semiconductor substrate having a first conductivity type;
A first semiconductor layer of the same conductivity type as the first conductivity type provided on one surface of the semiconductor substrate and forming a junction with the semiconductor substrate;
A second semiconductor layer of a second conductivity type formed on a surface in a central region of the first semiconductor layer and opposite to the first conductivity type;
Oite the surface of the first semiconductor layer, the second is formed to surround the outer peripheral portion of the semiconductor layer, wherein a second conductivity type, the impurity concentration lower than said second semiconductor layer 3 semiconductor layers,
A mesa groove for separating the diode formed on a side surface of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer, wherein the third semiconductor layer is formed thicker than the second semiconductor layer; A first bevel angle formed between an interface between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer is defined as an interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, the first semiconductor layer, and the third semiconductor layer; diode, wherein the Okiiko than bevel angle second formed by the interface of the semiconductor layer.
前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層の界面下の第1の半導体層の厚さが、ダイオードのアバランシェ降伏する際の空乏層の厚さより厚いことを特徴とする請求項1に記載のダイオード。 According to claim 1, the thickness of the first semiconductor layer under the interface of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and wherein the greater than the thickness of a depletion layer at the time of avalanche breakdown of the diode Diodes. 前記第1の半導体層の不純物濃度が、前記半導体基板の不純物濃度より低いことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のダイオード。 The impurity concentration of the first semiconductor layer, according to claim 1 or diode of claim 2, wherein the lower than the impurity concentration of the semiconductor substrate.
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