JPH0193170A - Light-triggered semiconductor device - Google Patents

Light-triggered semiconductor device

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Publication number
JPH0193170A
JPH0193170A JP62250884A JP25088487A JPH0193170A JP H0193170 A JPH0193170 A JP H0193170A JP 62250884 A JP62250884 A JP 62250884A JP 25088487 A JP25088487 A JP 25088487A JP H0193170 A JPH0193170 A JP H0193170A
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JP
Japan
Prior art keywords
region
diffusion
type
section
optical thyristor
Prior art date
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Pending
Application number
JP62250884A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinjiro Yano
矢野 慎次郎
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve a semiconductor device in photosensitivity and breakdown strength by a method wherein a base region is formed shallow by diffusion in its photo-thyristor section. CONSTITUTION:A P-type anode region 3 of a photo-thyristor section 2 is formed by diffusion in the rear side of an N-type semiconductor substrate 1. On the front surface, a P-type isolating region 4 is formed by diffusion, to be in contact with the anode region 3. A base region 5, formed on the front surface of the substrate 1, of the photo-thyristor section 2 is formed by diffusion to be not more than a periphery 6 in diffusion depth. A P well region 8 and a P-type guard ring region 9 are formed by diffusion for a MOS transistor section 7 constituting a controlling circuit. An N-type cathode region 10 is formed in the base region 5 for the photo-thyristor section 2, and an N-type source region 11 and drain region 12 are formed in the well region 8 for the MOS transistor section 7. This design enhances photosensitivity.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的コ (産業上の利用分野) この発明は同−基体内に制御回路を形成した光トリガ型
半導体装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention (Field of Industrial Application) This invention relates to a light-triggered semiconductor device in which a control circuit is formed within the same substrate.

(従来の技術) 光サイリスタ等の光トリガ型半導体装置では、光トリガ
型半導体装置本体の動作を制御する目的でMOSトラン
ジスタ等からなる制御回路を内蔵することがある。第2
図(a)はこのような制御回路を内蔵した光サイリスタ
の従来の構成を示す平面図である。また、第2図(b)
は同図(a>のA−A’線に沿った断面図である。N型
半導体基体1の裏面には光サイリスタ部2のP型のアノ
ード領域3が拡散によって形成されており、基体1の表
面側にはこのアノード領域3と接するようにP型の分離
領域4が拡散によって形成されている。また、基体1の
表面には光サイリスタ部2のベース領域14、制御回路
を構成するMOSトランジスタ部7のPウェル領域8及
びP型のガードリング領域9がそれぞれ拡散によって形
成されている。上記ベース領域14内には光サイリスタ
部のN型のカソード領域15が島状に複数形成されてい
る。
(Prior Art) A photo-triggered semiconductor device such as an optical thyristor may include a control circuit made of a MOS transistor or the like for the purpose of controlling the operation of the photo-triggered semiconductor device itself. Second
Figure (a) is a plan view showing the conventional configuration of an optical thyristor incorporating such a control circuit. Also, Fig. 2(b)
is a cross-sectional view taken along the line AA' in the same figure (a). On the back surface of the N-type semiconductor substrate 1, a P-type anode region 3 of the optical thyristor section 2 is formed by diffusion, and the substrate 1 A P-type isolation region 4 is formed by diffusion on the surface side of the base body 1 so as to be in contact with the anode region 3.Furthermore, on the surface side of the base body 1, a base region 14 of the optical thyristor section 2 and a MOS constituting a control circuit are formed. A P-well region 8 and a P-type guard ring region 9 of the transistor section 7 are each formed by diffusion.In the base region 14, a plurality of N-type cathode regions 15 of the optical thyristor section are formed in the form of islands. There is.

他方Pウェル領!4!8内にはMOSトランジスタ部の
N型のソース領域11及びドレイン領域12が形成され
ており、両領域11.12間をまたぐようにゲート電極
13が形成されている。
On the other hand, P-well territory! An N-type source region 11 and a drain region 12 of the MOS transistor section are formed in 4!8, and a gate electrode 13 is formed so as to straddle both regions 11.12.

第2図では図示していないが上記MOSトランジスタ部
7のソース・ドレインは配線によって光サイリスタ部2
のカソード、ベースにそれぞれ接続されており、さらに
MOSトランジス9部7のゲートと、光サイリスタ部2
のアノードとの間には電圧検出用のダイオードが接続さ
れている。
Although not shown in FIG. 2, the source and drain of the MOS transistor section 7 are connected to the optical thyristor section 2 by wiring.
are connected to the cathode and base of the MOS transistor 9 and the gate of the MOS transistor 9 and the optical thyristor 2
A voltage detection diode is connected between the anode and the anode.

このように構成された光サイリスタの等価回路を第3図
に示す。いま、光サイリスタ部2のアノードA1カソー
ドに間に交流電圧を印加し、この交流電圧がほぼO近辺
の値になっている時、第2図中のベース領域14の表面
に光が照射されると光サイリスタ部2がトリガされ、ア
ノードA1カソードKが導通する。他方、交流電圧の値
が大きくなっている時には電圧検出用のダイオードDに
ある電圧が発生し、MOSトランジス9部7がこの電圧
によって導通ずるので光サイリスタ部2に光が照射され
てもアノードA1カソードに間は導通しない。すなわち
、上記MOSトランジスタ部7はゼロクロス用の制御回
路として作用する。
FIG. 3 shows an equivalent circuit of the optical thyristor constructed in this manner. Now, when an AC voltage is applied between the anode A1 and the cathode of the optical thyristor unit 2, and this AC voltage is approximately at a value near O, light is irradiated onto the surface of the base region 14 in FIG. The optical thyristor unit 2 is triggered, and the anode A1 and the cathode K become conductive. On the other hand, when the value of the AC voltage is large, a certain voltage is generated in the voltage detection diode D, and the MOS transistor 9 section 7 is made conductive by this voltage, so even if the optical thyristor section 2 is irradiated with light, the anode A1 There is no conduction between the cathode and the cathode. That is, the MOS transistor section 7 functions as a zero-crossing control circuit.

ところで、上記構成でなる光サイリスタにおいてMOS
トランジス9部7の誤動作を防止するためにはPウェル
領域8は比較的深く拡散することが望ましい。しかも、
光サイリスタ部2のP型ベース領域14も周縁部の曲率
を緩やかにし、耐圧を向上させるためには比較的深く拡
散することが望ましい。このため、従来では光サイリス
タ部2のベース領域14、MOSトランジス9部7のP
ウェル領域8、及びP型のガードリング領域9を同時に
拡散し、それぞれ例えば25m程度の拡散深さに設定し
ている。
By the way, in the optical thyristor having the above configuration, the MOS
In order to prevent malfunction of the transistor 9 section 7, it is desirable that the P well region 8 be diffused relatively deeply. Moreover,
It is desirable that the P-type base region 14 of the optical thyristor section 2 also have a gentler curvature at the peripheral edge and be relatively deeply diffused in order to improve breakdown voltage. For this reason, conventionally, the base region 14 of the optical thyristor section 2 and the P of the MOS transistor 9 section 7
The well region 8 and the P-type guard ring region 9 are simultaneously diffused, and each is set to a diffusion depth of about 25 m, for example.

ところが、光サイリスタ部2は通常、波長が9000人
程度0赤外光によってトリガされるが、この波長の光が
入射した場合、深さ25岬のベース領域14とN型基体
1との接合面には入射光の約22%しか到達しないため
、光感度は低いものとなっている。
However, the optical thyristor section 2 is normally triggered by infrared light having a wavelength of about 9,000 nm, but when light of this wavelength is incident, the junction surface between the base region 14 and the N-type substrate 1 at a depth of 25 Since only about 22% of the incident light reaches , the light sensitivity is low.

光感度を向上させるには光サイリスタ部2のP型ベース
領域14の拡散深さを浅くすればよいが、これに伴って
ベース領域の周縁部の曲率がきつくなり、光サイリスタ
部2の耐圧低下という問題が発生する。
In order to improve the photosensitivity, the diffusion depth of the P-type base region 14 of the optical thyristor section 2 can be made shallow, but as a result, the curvature of the periphery of the base region becomes tighter and the withstand voltage of the optical thyristor section 2 decreases. This problem arises.

(発明が解決しようとする問題点) このように従来では、光感度を向上させるには光サイリ
スタ部のP型ベース領域の拡散深さを浅くすればよいが
、これに伴ってベース領域の周縁部の曲率がきつくなり
、光サイリスタ部の耐圧が低下するという問題が生じる
。この発明の目的は上記事情を解決すべくなされたもの
で他の特性に影響を与えることなく光感度が向上する光
トリガ型の半導体装置を提供することにある。
(Problems to be Solved by the Invention) Conventionally, in order to improve the photosensitivity, it is sufficient to reduce the diffusion depth of the P-type base region of the optical thyristor portion. A problem arises in that the curvature of the optical thyristor section becomes steeper and the withstand voltage of the optical thyristor section decreases. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a photo-trigger type semiconductor device that improves photosensitivity without affecting other characteristics.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) この発明の光動トリガ型半導体装置は第1導電型の半導
体基体と、この基体の一方の主面に形成された第2導電
型の第1拡散領域と、上記基体の他方の主面に選択的に
形成された第2導電型の第2拡散領域と、第2拡散領域
周縁部に接して形成されこの第2拡散領域よりも深い拡
散深さを持つ第2導電型の第3拡散領域と、上記第2拡
散領域に選択的に形成された第1導電型の第4拡散領域
とから構成される。
[Structure of the Invention] (Means for Solving Problems) A photodynamic trigger type semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate of a first conductivity type and a semiconductor substrate of a second conductivity type formed on one main surface of the substrate. a first diffusion region; a second diffusion region of a second conductivity type selectively formed on the other main surface of the base; and a second diffusion region formed in contact with the peripheral edge of the second diffusion region and deeper than the second diffusion region. It is composed of a third diffusion region of the second conductivity type having a diffusion depth, and a fourth diffusion region of the first conductivity type selectively formed in the second diffusion region.

(作用) 光サイリスタ部のベース領域を浅く拡散して形成するこ
とにより、光感度の向上を図る。また、このベース領域
の周縁部は深く、曲率を緩やかにしているので高耐圧化
も図られている。
(Function) By forming the base region of the optical thyristor portion to be shallow and diffused, the optical sensitivity is improved. Furthermore, the peripheral edge of this base region is deep and has a gentle curvature, so that high voltage resistance can be achieved.

(実施例) 以下、図面を参照してこの発明の一実施例について説明
する。   − 第1図(a)はこの発明に係る制御回路を内蔵した光サ
イリスタの構成を示す平面図である。また、第1図(b
)は同図(a)のA−A’線に沿った断面図である。N
型半導体基体1の裏面には光サイリスタ部2のP型のア
ノード領域3が拡散によって形成されており、基体1の
表面側にはこのアノード領域3と接するようにP型の分
離領域4が拡散によって形成されている。基体1の表面
に形成された光サイリスタ部2のベース領域5は、その
周縁部6の拡散深さに比べて浅い拡散によって形成され
ている。また、制御回路を構成するMOSトランジスタ
部7のPウェル領域8及びP型のガードリング領域9が
それぞれ拡散によって形成されている。上記ベース領域
5内には光サイリスタ部のN型のカソード領域10が島
状に複数形成されている。他方Pウェル領域8内にはM
OSトランジスタ部のN型のソース領域11及びドレイ
ン領域12が形成されており、両頭域11.12間をま
たぐようにゲート電極13が形成されている。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. - FIG. 1(a) is a plan view showing the configuration of an optical thyristor incorporating a control circuit according to the present invention. In addition, Fig. 1 (b
) is a sectional view taken along line AA' in FIG. N
A P-type anode region 3 of the optical thyristor section 2 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1 by diffusion, and a P-type separation region 4 is formed on the front surface of the substrate 1 so as to be in contact with this anode region 3. is formed by. The base region 5 of the optical thyristor portion 2 formed on the surface of the base body 1 is formed by shallow diffusion compared to the diffusion depth of the peripheral edge portion 6 thereof. Further, a P well region 8 and a P type guard ring region 9 of the MOS transistor section 7 constituting the control circuit are each formed by diffusion. In the base region 5, a plurality of N-type cathode regions 10 of the optical thyristor portion are formed in the form of islands. On the other hand, in the P well region 8, M
An N-type source region 11 and drain region 12 of the OS transistor section are formed, and a gate electrode 13 is formed so as to straddle the two-head regions 11 and 12.

このような構成により、光サイリスタ部2のベース領域
5の周縁部6は緩やかな曲率をもって耐圧の向上が考慮
され、MOS トランジスタ部7のPウェル領域8及び
P型のガードリング領域8と同様な拡散深さ(約25−
)になる゛。また、光サイリスタ部2の光が照射される
ベース領域5は、浅い拡散によって例えば10譚程度に
形成される。
With such a configuration, the peripheral edge 6 of the base region 5 of the optical thyristor section 2 has a gentle curvature to improve breakdown voltage, and is similar to the P-well region 8 and the P-type guard ring region 8 of the MOS transistor section 7. Diffusion depth (approximately 25-
). Further, the base region 5 to which the light from the optical thyristor section 2 is irradiated is formed into, for example, about 10 lines by shallow diffusion.

この結果、光サイリスタ部2のベース領域5に波長90
00人程度0光が入射した場合、深さ10−のベース領
域5とN型基体1との接合面には入射光の約55%の光
を到達させることができる。
As a result, the base region 5 of the optical thyristor section 2 has a wavelength of 90
When approximately 0000 people's light is incident, about 55% of the incident light can reach the bonding surface between the base region 5 and the N-type substrate 1 at a depth of 10-.

従って、光感度の向上と耐圧の向上を同時に満足するこ
とができる。
Therefore, it is possible to simultaneously improve photosensitivity and withstand voltage.

上記構成でなる光トリガ型半導体装置の製造工程を説明
する。比抵抗40Ω・α程度のN型半導体基体1にP型
のアノード領域3、分離領域4を形成する。写真蝕刻に
よりイオン注入用マスクに対しベース領域5の周縁部6
、Pウェル領域8、ガードリング領域9を開孔した後、
薄い1000人程0の酸化膜を形成する。これはゲート
酸化膜またはバッファ酸化膜となる。次にポリシリコン
によりMOSトランジスタのゲート電極13を形成した
後、ボロンをイオン注入し、ドライブイン拡散により周
縁部6とPウェル領域8及びガードリング領域9を深さ
22s程度に形成する。次にcvogiを表面で保護し
た後、イオン注入用マスクに対しベース領域5を写真蝕
刻により開孔し、再びバッファ酸化膜である薄い100
0人程0の酸化膜を形成する。そして、ボロンのイオン
注入及びドライブイン拡散を経て深さ1o−程度のベー
ス領域5を形成する。このようにしてベース領域5の周
縁部6、Pウェル領域8、ガードリング領域9は最終的
に深さ25−程度に、ベース領域5は深さ10−程度に
形成される。次に、光サイリスタ部のN型のカソード領
域10とMOSトランジスタ部のN型のソース領域11
及びドレイン領域12を同時に深さ54程度に形成する
。そして、酸化膜の一部を開孔してアルミニウム電極を
形成する。
The manufacturing process of the photo-triggered semiconductor device having the above configuration will be explained. A P-type anode region 3 and a separation region 4 are formed on an N-type semiconductor substrate 1 having a specific resistance of about 40Ω·α. The periphery 6 of the base region 5 is exposed to the ion implantation mask by photolithography.
, after opening the P well region 8 and the guard ring region 9,
A thin oxide film of about 1,000 layers is formed. This becomes a gate oxide film or a buffer oxide film. Next, after forming the gate electrode 13 of the MOS transistor from polysilicon, boron ions are implanted, and the peripheral portion 6, P well region 8, and guard ring region 9 are formed to a depth of about 22 seconds by drive-in diffusion. Next, after protecting the cvogi on the surface, a hole is formed in the base region 5 by photolithography against the ion implantation mask, and again a thin 100% buffer oxide film is formed.
An oxide film of about 0 is formed. Then, a base region 5 having a depth of about 1o- is formed through boron ion implantation and drive-in diffusion. In this way, the peripheral edge 6, P-well region 8, and guard ring region 9 of the base region 5 are finally formed to a depth of about 25 -, and the base region 5 is finally formed to a depth of about 10 -. Next, the N-type cathode region 10 of the optical thyristor section and the N-type source region 11 of the MOS transistor section
and the drain region 12 are simultaneously formed to a depth of about 54. Then, a hole is formed in a part of the oxide film to form an aluminum electrode.

このように光サイリスタ部2のベース領域5は浅く形成
されるので、後の工程でこの部分に形成するエミッタ領
域も必然的に浅く形成できる。このため、エミッタ部分
をより微細に形成することができ、特性の向上につなが
るという利点がある。
Since the base region 5 of the optical thyristor section 2 is thus formed shallowly, the emitter region to be formed in this portion in a later step can also be formed shallowly. Therefore, there is an advantage that the emitter portion can be formed more finely, leading to improved characteristics.

[発明の効果] 以上詳述したようにこの発明の光トリガ型半導体装置に
よれば、他の特性に影響を与えることなく光感度を向上
させることができる。
[Effects of the Invention] As detailed above, according to the photo-triggered semiconductor device of the present invention, the photosensitivity can be improved without affecting other characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)、(b)はそれぞれこの発明の一実施例の
構成を示す平面図及びA−A’断面図、第2図(a)、
(b)はそれぞれ従来の光サイリスタの集積回路の構成
を示す平面図及びA−A’断面図、第3図は光サイリス
タの集積回路の動作を示す等価回路である。 1・・・半導体基体、2・・・光サイリスタ部、3・・
・光サイリスタ部のアノード領域、4・・・分離領域、
5・・・光サイリスタ部のベース領域、6・・・ベース
領域の周縁部、7・・・MOSトランジスタ部、8・・
・Pウェル領域、9・・・ガードリング領域、10・・
・光サイリ゛スタ部のカソード領域、11・・・MOS
トランジスタ部のソース領域、12・・・MOSトラン
ジスタ部のドレイン領域、13・・・ゲート電極。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
FIGS. 1(a) and 1(b) are a plan view and an AA' cross-sectional view showing the configuration of an embodiment of the present invention, and FIG. 2(a),
(b) is a plan view and a cross-sectional view taken along the line AA' showing the configuration of a conventional optical thyristor integrated circuit, respectively, and FIG. 3 is an equivalent circuit showing the operation of the optical thyristor integrated circuit. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Semiconductor base, 2... Optical thyristor part, 3...
・Anode region of optical thyristor part, 4... separation region,
5... Base region of optical thyristor section, 6... Periphery of base region, 7... MOS transistor section, 8...
・P well area, 9... Guard ring area, 10...
・Cathode region of optical thyristor part, 11...MOS
Source region of transistor section, 12... Drain region of MOS transistor section, 13... Gate electrode. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue

Claims (1)

【特許請求の範囲】  第1導電型の半導体基体と、 上記基体の一方の主面に形成された第2導電型の第1拡
散領域と、 上記基体の他方の主面に選択的に形成された第2導電型
の第2拡散領域と、 上記第2拡散領域周縁部に接して形成されこの第2拡散
領域よりも深い拡散深さを持つ第2導電型の第3拡散領
域と、 上記第2拡散領域に選択的に形成された第1導電型の第
4拡散領域と を具備したことを特徴とする光トリガ型半導体装置
[Claims] A semiconductor substrate of a first conductivity type, a first diffusion region of a second conductivity type formed on one main surface of the substrate, and a first diffusion region selectively formed on the other main surface of the substrate. a second diffusion region of a second conductivity type; a third diffusion region of a second conductivity type formed in contact with a peripheral edge of the second diffusion region and having a deeper diffusion depth than the second diffusion region; A light-triggered semiconductor device comprising a fourth diffusion region of a first conductivity type selectively formed in the second diffusion region.
JP62250884A 1987-10-05 1987-10-05 Light-triggered semiconductor device Pending JPH0193170A (en)

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