JPH02133969A - ツェナダイオード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は種々の電子回路に用いられる・ンエナダイオー
ド、とくに集積回路装置内に組み込むに適するツェナダ
イオードに関する。

〔従来の技術〕

周知のようにツェナダイオードは、電子回路内にその動
作点を決める基準電圧の設定１回路部分に対する過電圧
保護等の目的で組み込まれる回路要素であって、個別素
子あるいは集積回路装置内に組み込まれた形で広く利用
されるが、よく知られているようにその構成は非常に簡
単なもので、本質的には互いに逆の導電形の２個の半導
体層間に不純物濃度が急変するｐｎ接合である゛ツェナ
接合を形成し、２個の半導体層の不純物濃度差で決まる
このツェナ接合のアバランシェブレークダウン電圧をツ
ェナ電圧とするものである。第５図にこのツェナダイオ
ードの一般的な構造を示す。

第５図において、基板やエピタキシャル層である半導体
領域１３はこの例ではｎ形であって、その表面から一方
のダイオード層としてｐ形層１４がかなり高い不純物濃
度例えば１０Ｉ＃原子／　ｃｄ程度の濃度で拡散され、
このｐ形層１４内に他方のダイオード層としてｎ形層１
５がより高い不純物濃度例えば１Ｑｆｆｌ原子／　ｃｊ
程度の濃度でかつ図示のようにより浅く拡散される。こ
のＰ形層１４とｎ形１１１５との間のρｎ接合がツェナ
接合であって、従来のツェナダイオード構造ではこのツ
ェナ接合を形成するために、一方のダイオード層内に他
方のダイオード層をいわば入れ子構造で拡散するので、
後から拡散する他方のダイオード層の方の不純物濃度値
が一方のダイオード層の不純物濃度値よりも常に２〜３
桁程度以上高く選定される。

第４図はこのツェナ接合のもつツェナ電圧Ｖｚを後から
拡散する他方のダイオード層この例ではｎ形層１５の不
純物濃度Ｃの関数として示すもので、図かられかるよう
にこのｎ形層１５の不純物濃度つまり両ダイオード層１
４および１５の不純物濃度差を制御することによって所
望値のツェナ電圧Ｖｚを得ることができる。なおこの際
、ツェナ接合の両側の半導体層間の不純物濃度差が大き
ければ大きい程、この接合のツェナ電圧Ｖｘは図示のよ
うに低下する（噴量がある。

このように構成されたツェナダイオードでは、半導体領
域１３０表面を覆う酸化ｌｌｌＩ２０に明けた窓を介し
てアルミ等の電極Ｍ１６をｐ形層１４およびｎ形層１５
にそれぞれ導電接触させることにより、それ用の１対の
接続端子が導出される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが上述の従来のツェナダイオードでは、外気の影
響を受けてツェナ電圧が経時的に変化したり、非導通動
作時に僅かではあるが漏洩電流が流れたりする間ｎがあ
り、この原因は以下に説明するようにいずれもツェナ接
合の半導体表面部の状態にあると考えられる。

第５図において、ツェナ接合を形成するＰ形層１４およ
びｎ形層１５のいずれも不純物濃度はもちろん半導体表
面部において最も高くなり、従って接合の両側の不純物
濃度差はこの表面部において最も大きくなる。さて前述
のようにこの不純物濃度差が大きい程ツェナ電圧は低下
するから、この従来構造のツェナダイオードでは、ツェ
ナ接合のもつツェナ電圧はその半導体表面部において最
も低く、従ってそのツェナ電圧Ｖｚは半導体表面部のツ
ェナ接合によって決定されていると考えられる。

ところが、よく知られているようにこの半導体表面部は
最も外気の影響を受けやすい所で、酸化膜２０等を介し
て外気中の水分等が半導体表面のツェナ接合部に侵入す
ると、ツェナ電圧がその影響を受けて変化しやすくなる
のである。

また、この半導体表面部のツェナ接合では、その両側の
Ｐ形層１４およびｎ形層１５の不純物準位がそれらに接
する酸化膜の影響を受けて変化しやすいので元々漏洩電
流がこの部分に発生しやすく、さらに外気の影響がそれ
に加わると漏洩電流が無視できない程度に大きくなって
しまうことが生じうるのである。

本発明はかかる問題点を解決して、ツェナ電圧や非導通
時の漏洩電流の経時変化が少ないツェナダイオードを提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的は本発明によれば、ツェナダイオードを一方の
導電形の半導体領域と、この半導体領域の表面からそれ
より高い不純物濃度で拡散された一方の導電形の一方の
ダイオード層と、この一方のダイオード層の表面部を取
り込んでそれより浅く半導体領域の表面から拡散された
他方の導電形の他方のダイオード層とで構成し、両ダイ
オード眉間のｐｎ接合をツェナ接合とし、半導体領域お
よび他方のダイオード層からツェナダイオード用の接続
端子をそれぞれ導出することによって達成される。

〔作用〕

上記構成中の一方および他方のダイオード層はいずれも
半導体領域の表面から拡散されるが、本発明では他方の
ダイオード層を一方のダイオード層よりも不純物濃度を
高くかつ浅く拡散して、方のダイオード層の半導体表面
部をその中に取り込ませてしまうことにより、ツェナ接
合を他方のダイオード層の底面と一方のダイオード層と
の間にだけ形成し、このツェナ接合が半導体表面部には
形成されないようにする。ｖＡ言すれば、本発明による
ツェナダイオードではツェナ接合が専ら半導体内部に形
成されるので、外気の影響や半導体表面上の酸化膜の影
響を受けることがなくなり、ツェナ電圧の経時的変化や
ツェナ接合の漏洩電流を実質上なくすことができる。

なお、本発明においても一方および他方のダイオード層
はもちろん互いに逆導電形とされるが、本発明ではこの
内の一方のダイオード層の導電形は半導体領域と同じ一
方の導電形とされ、ツェナダイオード用の接続端子はこ
の一方の導電形の半導体領域と他方の導電形の他方のダ
イオード層からそれぞれ導出される。さらに本発明では
上記の構成にいうように、一方のダイオード層の不純物
濃度を同じ一方の導電形の半導体領域の不純物濃度より
も高くすることにより、不純物濃度の低い方の半導体領
域と他方のダイオード層との間のｐｎ接合のアバランシ
ェブレークダウン電圧を不純物濃度の高い一方のダイオ
ード層と他方のダイオード層との間のｐｎ接合のアバラ
ンシェブレークダウン電圧より高めて、ツェナ電圧がつ
ねに後者の電圧によって決まるようにする。

〔実施例〕

以下、図を参照しながら本発明の詳細な説明する。第１
図は本発明によるツェナダイオードＺＤを完成時の状態
で例示するもので、それを構成する各半導体層の不純物
濃度Ｃの深さχに関する拡散プロフィルの例が第２図に
示されている。

第１図において、半導体基板ないしはエピタキシャル層
である半導体領域５は、例えばボロンを不純物とするこ
の例ではｎ形であって、その不純物濃度は第２図のよう
に例えば１０１４原子／Ｃ−程度とされる。この半導体
領域１の表面から、一方のダイオード層７およびコンタ
クト層８が、いずれも半導体領域１と同じボロンを不純
物とするｎ形で、ただしそれよりは高い例えば第２図の
ように１ＯＩａ〜１０１９原子／Ｃ−程度の表面不純物
濃度で同時拡散され、その深さは例えば図のように２．
５〜３−とされる、他方のダイオード層１０はもちろん
これとは逆のｎ形とされ、例えば砒素ないしはアンチモ
ンを不純物として、一方のダイオード層７より大きなパ
ターンで、かつこの例ではそれよりさらに高い第２図の
ように１０！Ｉ原子／ｃ−ｄ程度の表面不純物濃度で拡
散され、その拡散深さは一方のダイオード層７よりは浅
く、例えば第２図のように１．５〜２−とされる。

なお、上述の一方および他方のダイオード層７およびｌ
Ｏは、いずれも通例のように気相拡散法やイオン注入法
を利用して拡散することができ、その実際上の工程順序
はいずれを先にしてもよい。

また、前述のように一方のダイオード層７用のＰ形不純
物にボロンを、他方のダイオード層ｌＯ用のｎ形不純物
に砒素を用いる場合には、通例のようにそれらの拡散係
数の差を利用して両層の熱拡散工程を共通化しながら、
それらの拡散深さを上述のように互いに異ならせること
ができる。

さて、上述のように他方のダイオード層１０の方の不純
物濃度が一方のダイオード層７よりも高いので、ｎ形の
一方のダイオード層７の図の上部である半導体表面部は
ｎ形の他方のダイオード層１０内に取り込まれてしまい
、両者間に形成されるｐｎ接合の両側では両層７および
１０とも第２図かられかるようにこの例ではｌＱｌ＃、
ＩＱＩ！原子／ｃｊ程度の不純物濃度を有する。一方、
ｎ形の半導体領域５とｎ形の他方のダイオード層ｌＯと
の間にももう一つのｐｎ接合が形成されるが、この接合
の両側では両層とも第２図かられかるように上の場合よ
りも低いこの例では１０′６原子／Ｃ−程度の不純物濃
度を有する。従って、前者のｐｎ接合の方のアバランシ
ェブレークダウン電圧の方が後者のｐｎ接合よりも低く
、従ってこの一方および他方のダイオード層７および１
０間のｐｎ接合がツェナ接合となり、この実施例ではそ
のツェナ電圧は前の第４図を参照すればわかるように６
〜９ｖとなる。

以上のように構成された第１図のツェナダイオードＺＤ
の１対の接続端子ＰおよびＮは、半導体表面上の酸化膜
２０に明けた窓を介して半導体領域５と同じｎ形のコン
タクト層８およびｎ形の他方のダイオード層１０にそれ
ぞれ図示のように導電接触する電極膜１６から導出され
る。

第３図は、本発明によるツェナダイオードＺＤをｎチャ
ネルおよびｐチャネル電界効果トランジスタ↑ｎおよび
ｔｐとともに作り込んだ集積回路装置を例示するもので
ある。この例における基板１はＰ形で、その表面にｎ形
の埋込層２を拡散して置いた上で、エピタキシャル層３
をｎ形で成長させ、その表面から通例のようにｎ形の分
離層４を基板１に達する、ように深く拡散させてエピタ
キシャル層３を複数個の領域に接合分離し、図示のよう
にツェナダイオードＺＤをこの接合分離領域の一つに作
り込み、電界効果トランジスタＴｎおよびｉｐを他の接
合骨ｇｌｌ　ｆｉｌ域に作り込む、この内のｎチャネル
電界効果トランジスタＴｎ用には、通例のようにこのｎ
形の接合骨ｊ！Ｉ　ｆｉｎ域内にｐ形のウェル５をあら
かじめ拡散して置く要があるので、この工程を利用して
ツェナダイオードｚＯ用の接合分離領域内にもウェル５
を同時拡散し、このｐ形のウェル５を本発明によるツェ
ナダイオードＺＤを作り込むための半導体領域とする。

ついで、電界効果トランジスタＴｎおよびｔｐを作り込
むべき表面範囲上に通例のようにゲート酸化膜を介して
ゲート６を設け、これをマスクとするイオン注入法によ
りまず例えばｐチャネル電界効果トランジスタｔｐ用に
ソース・ドレイン層９をｐ形で拡散するが、この例では
この際同時にツェナダイオードＺＤ用に一方のダイオー
ド層７およびコンタクト層８を拡散する。この際の不純
物濃度は第１図の場合と同程度とし、その拡散深さは例
えば０．５ｔｍ程度とする。

同様に、ｎチャネル電界効果トランジスタＴｎ用にゲー
ト６をマスクとしてｎ形のソース・ドレイン層１２をイ
オン注入法で拡散すると同時に・ツェナダイオードｚＯ
用にも他方のダイオード層１０をｎ形で拡散し、さらに
この例ではツェナダイオード用の接合骨ｉｆ　領域であ
るｎ形のエピタキシャル層３の表面にもコンタクト層１
１をｎ形で拡散する。

この不純物濃度は第１図と同程度とされが、その拡散深
さは前より浅（例えば０．２−とされる。これで半導体
層の拡散が終わって図示のように端子がそれぞれ導出さ
れるが、図では煩雑を避けるため酸化膜や電極膜が省略
されていることを了承されたい。

この集積回路装置は、基板１および分離層４を端子Ｅを
介して通常のように接地した状態で使用される。電界効
果トランジスタＴｎおよびＴｐは、もちろんそれらのソ
ース端子Ｓ、ドレイン端子りおよびゲートＧに所望の接
続を行なった上で使用されるが、この例でのツェナダイ
オードＺＤは、それ用の接合分離領域から導出した端子
Ｖに正の電源電圧を掛けた状態で使用する。これによっ
てツェナダイオードＺＤは接地電位から完全に電位的に
浮いた状態になるので、電子回路の任意の個所にこのツ
ェナダイオードＺＤを挿入ないしは接続して使用するこ
とができる。もちろんこの際には、ツェナダイオードＺ
Ｄはその端子Ｎの方を正側にした状態で使用される。

この例からもわかるように、本発明によるツェナダイオ
ードは上述の実施例のばか種々の態様で実施しないしは
使用することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明においては、一方の導電形の半
導体領域と、この半導体領域の表面からそれより高い不
純物濃度で拡散された一方の導電形の一方のダイオード
層と、この一方のダイオード層より浅く半導体領域の表
面から拡散された他方の導電形の他方のダイオード層と
でツェナダイオードを構成して、両ダイオード層間のｐ
ｎ接合をツェナ接合とし、半導体領域および他方のダイ
オード層からそれぞれ接続端子を導出するようにしたの
で、他方のダイオード層内に一方のダイオード層の半導
体表面部を取り込ませて、ツェナ接合を他方のダイオー
ド層の底面と一方のダイオード層との間の半導体内部に
形成することにより、このツェナ接合を外気の影響や半
導体表面上の酸化膜の影響から有効に保護することがで
き、従ってツェナ電圧に経年変化がなくかつ漏洩電流が
非常に少ない高信頼性で高性能のツェナダイオードを本
発明により提供することができる。

本発明はＢ　ｉ　ＣＭＯ３形等の集積回路装置内への組
み込み用ツェナダイオードにとくに通し、実施例からも
わかるように集積回路装置の製造プロセスをなんら変更
することなく本発明によるツェナダイオードをそれに組
み込んで上述の効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図までが本発明に関し、第１図は本発明
によるツェナダイオードの一実施例の断面図、第２図は
それを構成する各半導゛体層の不純物拡散プロフィルを
例示する線図、第３図は本発明によるツェナダイオード
を集積回路装置に組み込んだ例の断面図、第４図はダイ
オード層の不純物濃度とツェナ電圧との相関線図である
。第５図は従来技術によるツェナダイオードの断面図で
ある。図において、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一方の導電形の半導体領域と、この半導体領域の表面か
   らそれより高い不純物濃度で拡散された一方の導電形の
   一方のダイオード層と、この一方のダイオード層の表面
   部を取り込んでそれより浅く半導体領域の表面から拡散
   された他方の導電形の他方のダイオード層とを備えてな
   り、両ダイオード層間のｐｎ接合をツェナ接合とし、半
   導体領域および他方のダイオード層からそれぞれ接続端
   子を導出してなるツェナダイオード。