JPH0346507Y2 - - Google Patents

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JPH0346507Y2
JPH0346507Y2 JP1984037225U JP3722584U JPH0346507Y2 JP H0346507 Y2 JPH0346507 Y2 JP H0346507Y2 JP 1984037225 U JP1984037225 U JP 1984037225U JP 3722584 U JP3722584 U JP 3722584U JP H0346507 Y2 JPH0346507 Y2 JP H0346507Y2
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zener diode
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Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の利用分野〕 本考案は、半導体集積回路(以下、IC)に定
電圧基準電圧回路を組み込む場合等に好適な埋込
み型ツエナーダイオードの構造に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a structure of an embedded Zener diode suitable for incorporating a constant voltage reference voltage circuit into a semiconductor integrated circuit (hereinafter referred to as an IC).

〔考案の背景〕[Background of the idea]

ICに定電圧回路を組み込んで基準電圧を得る
方法として、トランジスタのエミツターベース間
接合を用いる方法がある。この方法を採用した場
合、なだれ降伏がシリコン表面に生じるために雑
音が大きく、長期的安定性に欠けるという欠点を
有する。
One way to obtain a reference voltage by incorporating a constant voltage circuit into an IC is to use an emitter-base junction of a transistor. When this method is adopted, it has the drawbacks that avalanche breakdown occurs on the silicon surface, resulting in large noise and lack of long-term stability.

そこで、このような欠点を解消するツエナーダ
イオードとして埋込み型ツエナーダイオードが知
られている(「National Semiconductor Appli
−cation Note 161」Robert Dobkin,June
1977、第173頁、「トランジスタ技術」1977年10月
号(第183〜184頁),11月号(第174〜178頁))。
埋込み型ツエナーダイオードは、なだれ降伏を半
導体の表面ではなく、その表面下(Sub
surface)すなわち半導体基板の内部にて生じさ
せるようにしたものである。
Therefore, a buried type Zener diode is known as a Zener diode that eliminates these drawbacks (``National Semiconductor Appli
−cation Note 161” Robert Dobkin, June
1977, p. 173, "Transistor Technology" October 1977 issue (pp. 183-184), November issue (pp. 174-178)).
A buried Zener diode allows avalanche breakdown not on the surface of the semiconductor, but on its subsurface (Subsurface).
In other words, it is generated inside the semiconductor substrate.

第1図に埋込み型ツエナーダイオードの断面構
造を示す。なお、このツエナーダイオードは前記
NSC社の製品LM199に対応する。第1図におい
て、半導体基板(N-)1の表面側に低濃度不純
物の第1導電型半導体(P-)からなるベース拡
散領域(以下、ベース領域という。)2が拡散形
成されており、このベース領域2を貫通して半導
体基体の内部にまで拡散された高濃度不純物の第
1導電型半導体(P+)からなる深い領域3が形
成され、さらに、この深い領域3の上部を完全に
覆つてベース領域2内に高濃度不純物の第2導電
型半導体(N+)からなるエミツタ拡散領域(以
下、エミツタ領域という。)4が形成されている。
FIG. 1 shows the cross-sectional structure of a buried Zener diode. Note that this Zener diode is
Compatible with NSC product LM199. In FIG. 1, a base diffusion region (hereinafter referred to as base region) 2 made of a first conductivity type semiconductor (P - ) with a low concentration of impurities is diffused and formed on the surface side of a semiconductor substrate (N - ) 1. A deep region 3 made of a first conductivity type semiconductor (P + ) with a high concentration of impurities is formed by penetrating this base region 2 and diffusing into the interior of the semiconductor substrate, and furthermore, the upper part of this deep region 3 is completely covered. An emitter diffusion region (hereinafter referred to as an emitter region) 4 made of a second conductivity type semiconductor (N + ) with high impurity concentration is formed in the base region 2 covering the base region 2 .

このように埋込み型ツエナーダイオードはカソ
ード電極Kが設けられる深い領域(P+)3がア
ノードAが設けられるエミツタ領域(N+)4に
よつて完全に覆われて内部に埋込まれているた
め、なだれ降伏が不純物濃度が最大であるN+
域4とP+領域3と間で、しかも半導体基体1の
内部にて起こることになる。そのため、なだれ降
伏時に生じる雑音が減少し、かつツエナー電圧の
経時変化が抑制されることとなる。また、プレー
ナ構造を採ることにより生産性、信頼性の向上が
図られる。なお5は埋込み層(N+)、6は分離層
を示している。
In this way, in the buried Zener diode, the deep region (P + ) 3 where the cathode electrode K is provided is completely covered by the emitter region (N + ) 4 where the anode A is provided and is buried inside. , avalanche breakdown occurs between the N + region 4 and the P + region 3, where the impurity concentration is maximum, and also inside the semiconductor substrate 1. Therefore, noise generated during avalanche breakdown is reduced, and changes in Zener voltage over time are suppressed. Furthermore, by adopting a planar structure, productivity and reliability can be improved. Note that 5 indicates a buried layer (N + ), and 6 indicates a separation layer.

さて、以上の埋込み型ツエナーダイオードを用
いて基準電圧源を構成する場合には、温度補償を
してやる必要があり、その温度補償のための回路
を組込んだ基準電圧発生回路の例を第2図に示
す。第2図において、何らかの原因によりカソー
ドKの電圧が上昇しようとすると、その動きは埋
込み型ツエナーダイオードDを通して温度補償用
トランジスタQ1のベースに伝達されてそのベー
ス電流を増加させようとし、このことはトランジ
スタQ1のコレクタ電流を増加することとなつて
以下同様にトランジスタQ2のコレクタ電流を増
加させようとする。このようにしてカソードKの
電位の上昇を電流の増加の形で抑制するようにな
つており、この逆の場合も上記と逆の動作により
定電圧を発生するようになつている(トランジス
タ技術1977 11月号 第177〜178頁)。
Now, when configuring a reference voltage source using the above-mentioned embedded Zener diode, it is necessary to perform temperature compensation. Figure 2 shows an example of a reference voltage generation circuit incorporating a circuit for temperature compensation. Shown below. In FIG. 2, when the voltage at the cathode K tries to rise for some reason, this movement is transmitted to the base of the temperature compensation transistor Q1 through the embedded Zener diode D and tries to increase its base current. increases the collector current of transistor Q1 , and attempts to similarly increase the collector current of transistor Q2 . In this way, the rise in the potential of the cathode K is suppressed in the form of an increase in current, and in the reverse case, a constant voltage is generated by the operation opposite to the above (Transistor Technology 1977 November issue, pages 177-178).

ところで、上述のように、半導体内部において
ツエナー降伏をさせて降伏電圧を得ようとした場
合には、エミツタ拡散領域4下のピンチ抵抗(寄
生抵抗)Rpがベース拡散領域3からカソードK
への電流路Izに直列に介在することとなり、した
がつて得られる基準電圧VREFにピンチ抵抗Rpと
電流Izの積(Rp・Iz)で示される電圧が含まれ
ることとなる。
By the way, as mentioned above, when trying to obtain a breakdown voltage by causing Zener breakdown inside the semiconductor, the pinch resistance (parasitic resistance) Rp under the emitter diffusion region 4 is caused to rise from the base diffusion region 3 to the cathode K.
Therefore, the obtained reference voltage V REF includes a voltage represented by the product (Rp·Iz) of the pinch resistance Rp and the current Iz.

ここで、説明を簡単にするため、第2図の基準
電圧発生回路を簡略化した回路を第3図に示す。
この回路によつて得られる基準電圧VREFは、 VREF=VBE+Iz・Rp+Vz で表わされる。ここに、VBEはトランジスタQ1
エミツタベース電圧である。
Here, in order to simplify the explanation, FIG. 3 shows a simplified circuit of the reference voltage generation circuit of FIG. 2.
The reference voltage V REF obtained by this circuit is expressed as V REF = V BE + Iz·Rp + Vz. Here, V BE is the emitter-base voltage of transistor Q1 .

このように、基準電圧VREFにはIz・Rpの項が
含まれることとなる。そのため、このツエナーダ
イオードを熱的に安定させるための温度補償は上
記ピンチ抵抗Rpによる電圧を含めて行なわなけ
ればならず、温度補償回路が複雑化し、量産する
場合に各素子間のバラツキを相当小さく抑えなけ
ればならないという不具合がある。
In this way, the reference voltage V REF includes the term Iz·Rp. Therefore, temperature compensation to thermally stabilize this Zener diode must be performed including the voltage due to the pinch resistor Rp, which complicates the temperature compensation circuit and makes it difficult to considerably reduce the variation between each element when mass-producing it. There is a problem that needs to be suppressed.

〔考案の目的〕[Purpose of invention]

本考案の目的は、ピンチ抵抗による電圧が出力
定電圧特性に含まれないようにすることにある。
The purpose of the present invention is to prevent the voltage caused by the pinch resistor from being included in the output constant voltage characteristics.

〔考案の概要〕[Summary of the idea]

上記目的を達成するために、本考案によるツエ
ナーダイオードは、上述した埋込み型ツエナーダ
イオードにおいて、ベース拡散領域に二つのアノ
ード電極を設け、一方のアノード電極を電流端子
とし、他方のアノード電極を電圧端子とした点に
特徴を有する。
In order to achieve the above object, the Zener diode according to the present invention has two anode electrodes in the base diffusion region in the above-mentioned buried Zener diode, one anode electrode is used as a current terminal, and the other anode electrode is used as a voltage terminal. It is characterized by the following points.

〔考案の実施例〕[Example of idea]

次に、本考案による埋込み型ツエナーダイオー
ドの実施例を図面に基づいて説明する。
Next, an embodiment of the embedded Zener diode according to the present invention will be described based on the drawings.

第4図〜第6図に本考案による埋込み型ツエナ
ーダイオードの実施例を示す。なお、第4図〜第
6図において第1図〜第3図と重複する部分には
同一の符号を附し、その詳細な説明は省略する。
4 to 6 show embodiments of the embedded Zener diode according to the present invention. In addition, in FIGS. 4 to 6, parts that overlap with those in FIGS. 1 to 3 are given the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.

第4図(断面図)において、ベース領域の表面
上には互に電気的にほぼ絶縁状態の二つのアノー
ド電極(以下、第1電極A1,第2電極A2とい
う。)が設けられている。その接触はオーミツク
コンタクトであり、第1,第2の電極A1,A2
してはAl電極等を用いる。また、その形状につ
いては特にこだわらないが、例えば、第5図(平
面図)に示すようにエミツタ領域4の形状に沿つ
て円弧状に分離して設ければよい。
In FIG. 4 (cross-sectional view), two anode electrodes (hereinafter referred to as a first electrode A 1 and a second electrode A 2 ) that are substantially electrically insulated from each other are provided on the surface of the base region. There is. The contact is an ohmic contact, and Al electrodes or the like are used as the first and second electrodes A 1 and A 2 . Further, although there is no particular restriction on the shape thereof, for example, as shown in FIG. 5 (plan view), it may be provided separately in an arc shape along the shape of the emitter region 4.

以上のように構成された埋込み型ツエナーダイ
オードの等価回路を第6図に示してある。この埋
込み型ツエナーダイオードにより定電圧を得る場
合の回路を第3図と同様に構成した例を第7図に
示す。
FIG. 6 shows an equivalent circuit of the embedded Zener diode constructed as described above. FIG. 7 shows an example of a circuit configured similarly to FIG. 3 for obtaining a constant voltage using this embedded Zener diode.

第7図において、得られる基準電圧VREFは、 VREF≒VBE+Vz,Iz1Rp0 となり、ピンチ抵抗Rpに関する項がなくなる。
これは、ツエナーダイオードを介して第1電極
A1(電圧端子)側に流れる電流Iz1と第2電極A2
(電流端子)側に流れる電流Iz2とを比較した場合
に、 Iz1<<Iz2 となり、実質的にIz1≒0とみることができるか
らである。すなわち、実質的にIz1≒0とみるこ
とができる理由は、 Iz1=Ic2/hFE2 Ic2:Q2のコレクタ電流 hFE2:Q2の直流電流増幅率 でhFE2>200を選びIc2Iz2 とすればIz1=Iz2/hFE2=0.05・Iz2 図3に比較すればRpがhFE分の1になつた事にな
る。
In FIG. 7, the obtained reference voltage V REF becomes V REF ≈V BE +Vz, Iz 1 Rp0, and there is no term related to the pinch resistance Rp.
This connects the first electrode via a Zener diode.
Current Iz 1 flowing to A 1 (voltage terminal) side and second electrode A 2
This is because when compared with the current Iz 2 flowing to the (current terminal) side, Iz 1 << Iz 2 and it can be seen that Iz 1 is substantially 0. In other words, the reason why Iz 1 can be considered to be substantially 0 is that Iz 1 = Ic 2 /h FE2 Ic 2 : Collector current of Q 2 h FE2 : DC current amplification factor of Q 2 and h FE2 > 200 is selected. If Ic 2 Iz 2 , then Iz 1 = Iz 2 /h FE2 = 0.05・Iz 2Comparing to Figure 3, Rp has become 1/h FE .

以上の埋込み型ツエナーダイオードを製造する
に際しては、ツエナー電圧Vzを製造上の第一の
調整項目とし、あとはベース・エミツタ電圧VBE
を発生するコレクタ電流を変化させ、 ∂VBE/∂T+∂Vz/∂T=0 とすることによつて所定温度下において電源投入
後の経時変化に対して極めて安定な基準電圧源と
することがきる。
When manufacturing the above-mentioned embedded Zener diode, the Zener voltage Vz is the first adjustment item during manufacturing, and the rest is based on the base-emitter voltage V BE
By changing the collector current that generates ∂V BE / ∂T + ∂Vz / ∂T = 0, the reference voltage source can be made extremely stable against changes over time after the power is turned on at a specified temperature. I'm struggling.

〔考案の効果〕[Effect of idea]

以上述べた如く、ベース領域に二つの電極を設
けたことにより、回路的にピンチ抵抗を0〔Ω〕
とすることができるため、温度補償にピンチ抵抗
により電圧降下を無視することができ、安定な定
量圧源を作ることが可能となる。
As mentioned above, by providing two electrodes in the base region, the pinch resistance can be reduced to 0 [Ω] in terms of the circuit.
Therefore, the voltage drop can be ignored by using a pinch resistor for temperature compensation, and a stable constant pressure source can be created.

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

第1図は従来の埋込み型ダイオードの断面斜視
図、第2図は従来の温度補償型定電圧回路の例を
示す回路図、第3図は省略して示した定量圧回路
の回路図、第4図は本発明による埋込み型ツエナ
ーダイオードの断面斜視図、第5図はその本発明
による埋込み型ツエナーダイオードの平面図、第
6図は本発明による埋込み型ツエナーダイオード
の等価回路を示す回路図、第7図は定電圧回路を
示す回路図である。 1……半導体基体(N-)、2……ベース領域
(P-)、3……深い層(P+)、4……エミツタ領域
(N+)、5……埋込み層(N+)、6……分離層、
A1……第1電極、A2……第2電極、K……カソ
ード。
Fig. 1 is a cross-sectional perspective view of a conventional embedded diode, Fig. 2 is a circuit diagram showing an example of a conventional temperature compensated constant voltage circuit, Fig. 3 is a circuit diagram of a constant voltage circuit (omitted), and Fig. 2 is a circuit diagram showing an example of a conventional temperature compensated constant voltage circuit. 4 is a cross-sectional perspective view of an embedded Zener diode according to the present invention, FIG. 5 is a plan view of the embedded Zener diode according to the present invention, and FIG. 6 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the embedded Zener diode according to the present invention. FIG. 7 is a circuit diagram showing a constant voltage circuit. 1...Semiconductor substrate (N-), 2...Base region (P-), 3...Deep layer (P+ ) , 4...Emitter region (N + ), 5...Buried layer (N + ), 6...Separation layer,
A1 ...first electrode, A2 ...second electrode, K...cathode.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 半導体基体の一表面側に低濃度不純物の第1導
電型のベース拡散領域が形成され、このベース拡
散領域を貫通して前記半導体基体の内部に高濃度
不純物の第1導電型の深い拡散領域が形成され、
この深い拡散領域の上部を覆つて前記ベース拡散
領域内に高濃度不純物の第2導電型のエミツタ拡
散領域が形成されてなる埋込み型ツエナーダイオ
ードにおいて、前記ベース拡散領域に二つのアノ
ード電極を設け、一方のアノード電極を電流端子
とし、他方のアノード電極を電圧端子としてなる
ことを特徴とする埋込み型ツエナーダイオード。
A base diffusion region of a first conductivity type containing a low concentration impurity is formed on one surface side of the semiconductor substrate, and a deep diffusion region of a first conductivity type containing a high concentration impurity is formed inside the semiconductor substrate passing through the base diffusion region. formed,
In a buried Zener diode in which a second conductivity type emitter diffusion region of high concentration impurity is formed in the base diffusion region so as to cover the upper part of the deep diffusion region, two anode electrodes are provided in the base diffusion region; A buried Zener diode characterized in that one anode electrode serves as a current terminal and the other anode electrode serves as a voltage terminal.
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