JPH035071B2 - - Google Patents

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JPH035071B2
JPH035071B2 JP21835686A JP21835686A JPH035071B2 JP H035071 B2 JPH035071 B2 JP H035071B2 JP 21835686 A JP21835686 A JP 21835686A JP 21835686 A JP21835686 A JP 21835686A JP H035071 B2 JPH035071 B2 JP H035071B2
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JP
Japan
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impurity concentration
capacitance
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surge
concentration region
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JP21835686A
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JPS6373673A (ja
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Yasuo Hasegawa
Kuniji Mizuno
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Origin Electric Co Ltd
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Origin Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、PN接合の逆方向非線形特性を主に
利用するサージ吸収用半導体装置に関する。
〔従来の技術〕
一般に通信線及び各種電気機器の制御線などに
おいては、自然雷の直撃や誘導、或いは負荷の開
閉などによつてサージ電圧が生じ、特に通信装
置、他の電子機器などの高密度モジユール化の進
展に伴い、サージ電圧や過電圧に極めて弱いIC,
LSI素子などが多用されているため、電子機器に
サージが進入する前にサージアブソーバでもつて
サージを吸収する必要が多くなつている。
斯かるサージアブソーバは大別して放電型のも
のと、金属酸化物バリスタ或いはシリコン半導体
バリスタの様な固体素子とに分けられ、本発明の
属する固体素子はサージ電圧を高速で吸収する機
能を有するが、サージ耐量が比較的小さく、サー
ジ耐量を大きくとれば静電容量が大きくなるとい
う相反した関係にある。そして静電容量が大きく
なると、電力損失が増え、特にこの傾向は高周波
伝送路、高速のデジタル信号伝送路などにおいて
著しくなるので、サージ吸収能力又はクランプ電
圧に影響を与えることなく半導体装置の静電容量
を低減させることが重要になつている。
このような静電容量を低減したものとして特開
昭60−140878号公報に開示された半導体装置があ
る。これは半導体装置の等価的な静電容量を小さ
くすることを主目的として、1つ以上の主PN接
合の逆方向非線形特性を利用する半導体装置内に
その主PN結合とは逆方向となる小さな容量低減
用PN接合を形成してその順方向特性を利用する
ことにより、主PN接合による静電容量に対し容
量低減用PN接合による小さな容量低減用の静電
容量を直列に与え、これによつて半導体素子全体
の静電容量を充分に小さくし得る半導体装置を提
供したものである。
第6図A,Bにより単一の半導体基板に双方向
のサージ吸収用素子と容量低減用素子とを形成し
た従来例について述べる。
従来のサージ吸収素子について、先ずn-低不
純物濃度の半導体基板1の両側からp型不純物を
拡散してp不純物濃度を半導体層6a,6bを形
成することにより、主PN接合J1,J1′を形成す
る。半導体層6aにn+高不純物濃度の小領域7
aとn不純物濃度の小領域7bとを形成し、半導
体層6bにn+高不純物濃度の小領域7′aとn不
純物濃度の小領域7′bとを形成する。更に、小
領域7b,7′bにはp+高不純物濃度の小領域
9,9′が夫々形成され、小領域9に形成された
電極8と小領域7aに形成された電極10とが電
気的に結合され、小領域9′に形成された電極
8′と小領域7′aに形成された電極10′とが電
気的に結合される。また導電性薄膜11,11′
でもつて、半導体層6aと小領域7b、半導体層
6bと小領域7′bは夫々電気的に短絡される。
この様な構成によれば、単一の半導体基板でもつ
て、同図Bに示す様な双方向性サージ吸収用半導
体装置を得ることが出来る。
同図AとBを対比させると、主PN接合J1
J1′は夫々サージ吸収用素子D1,D1′のPN接合を
与え、PN接合J2,J2′は夫々容量低減用素子D3
D3′のPN接合を与える。また容量低減用素子D3
D3′の構成とは異なるが、PN接合J3,J3′は容量
低減用素子D2,D2′のPN接合を夫々与える。
従つて、この様な双方向性サージ吸収用半導体
装置によれば、逆向きに直列接続されたサージ吸
収用素子D1,D1′に対して、逆向きでかつ並列接
続された一対の容量低減用素子D2とD3、D2′と
D3′を夫々直列に接続した構成となるので、半導
体装置全体を静電容量を小さくできると共に、サ
ージ電流吸収時のはね上り電圧を最小限に抑制で
きる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしこの様な従来のサージ吸収用半導体装置
は半導体基板1の両主面から不純物をドープせね
ばならないので、製造工程が複雑になり、コスト
が高くならざるを得ないという欠点があるのは勿
論のこと、端子12と12′間に存在するPN接
合の数が多いので電圧降下が大きいという欠点が
ある。また、静電容量を小さくするためには不純
物濃度の小さい半導体基板1を用いるのが良い
が、この半導体基板1は機械的な強度等の関係か
らその厚みを300〜400μmよりも更に薄くするこ
とは難しく、このような半導体基板1の両側の所
定領域に不純物濃度の領域7a,7′a,7b,
7′bを浅く形成する(静電容量を小さくするた
め)構造なので、これら領域7aと7′a、7b
と7′b間の電圧降下は更に大きくならざるを得
ないという欠点があつた。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明では上述したような従来のサージ吸収用
半導体装置の欠点を除去するために、第1の導電
型の低不純物濃度領域に埋め込まれた第1の導電
型の高不純物濃度領域と、該第1の導電型の高不
純物濃度領域とPN接合を形成するよう前記第1
の導電型の低不純物濃度領域に形成された第2の
導電型の第1の領域と、前記第1の導電型の高不
純物濃度領域との間に前記第1の導電型の低不純
物濃度領域の一部分が存在するように該第1の導
電型の低不純物濃度領域内に形成された第2の導
電型の第2の領域を備えている。
〔作用〕
本発明はこのような特徴を有するので、低不純
物濃度の半導体基板を用いているにも拘らず、サ
ージ吸収用素子を導電型の異なる高不純物濃度領
域の組合せで形成でき、しかも容量低減用素子の
一部を形成する低不純物濃度層の厚みを非常に薄
く、好ましくはキヤリア自由行程距離以内にでき
るので、サージ吸収用素子自身の電圧降下を小さ
くできると同時に、大電流領域においても容量低
減素子の電圧降下を増大させることなく、十分に
静電容量を小さくできる。
〔実施例〕
第1図、第1図のX−X′,Y−Y′での断面を
示す第2図A,B及び第1図の半導体装置の構造
を回路構成で示した第3図によつて、本発明に係
るサージ吸収用半導体装置の一実施例について説
明すると、1は単結晶半導体基板(図示せず)上
に形成された非常に不純物濃度の低いN-型のエ
ピタキシヤル層或いはN-型の半導体基板(以下
低不純物濃度領域という)、2,2′はイオン打込
み技術によつてドナ不純物を注入することによつ
て、或いは拡散法によつて形成された十分に不純
物濃度の高いN+型の埋込み領域、3は第3図に
示す一方のサージ吸収用素子SA1のアノード領域
と容量低減用素子D1のアノード領域を共通に形
成するP+型の領域、3′は第3図に示す他方のサ
ージ吸収用素子SA2と容量低減用素子D2の共通の
アノード領域を与えるP+型の領域である。領域
3の大部分は第2図Bからも分るように埋込み領
域2と主PN接合J1を形成し、その一部分は他方
の埋込み領域2′との間の非常に薄い低不純物濃
度領域1aとPN接合を形成する。この低不純物
濃度領域1aの厚みはキヤリアの自由行程距離以
下にすることが好ましく、このようにすることに
よつて、この比抵抗ρが十分大きくなつても(例
えばρ=250Ω-cm)大電流領域における電圧降下
が増大することはない。ここで念のために説明す
ると、P+N-N+のダイオードにおいてN-型の領
域の比抵抗を大きくするほどその静電容量が小さ
くなることが知られている。また同様に、領域
3′もその大部分が埋込み領域2’と主PN接合
J1′を形成し、その一部分は他方の埋込み領域2
との間の非常にい薄い低不純物濃度領域1′aと
PN接合を形成している。ここで主PN接合J1
J1′は第3図に示すサージ吸収用素子SA1,SA2
夫々のPN接合を形成し、また夫々のPN接合J2
J2′は容量低減用素子D1,D2のPN接合を形成して
いる。
なお、4,4′は夫々P+型の領域3,3′とオ
ーミツクコンタクトを形成する電極であり、第3
図において、素子SA1とD1のアノード同士を接続
する導体l1、素子SA2とD2のアノード同士を接続
する導体l2を夫々与える。また5は絶縁膜であ
る。
このような構造の双方向性のサージ吸収用半導
体装置によれば、サージ吸収用素子における低不
純物濃度領域を従来装置に比べて十分に薄くでき
るので、その静電容量を十分に小さくできると同
時に順方向電圧降下をも小さくでき、またPN接
合の必要個数を1/2にできるためにこのことが
更に順方向電圧降下を低減している。
次に第4図A,Bにより本発明の他の一実施例
を説明する。同図Bは上面図を示す同図AのX−
X′での断面を示す。同図において第1図及び第
2図A,Bで示した記号と同一の記号は同一性に
ある部材を示すものとする。P+型の第1、第2
の領域3,3′はL字形をしており、互いに逆に
向い合うよう配置されているので、小型化が可能
である。領域3,3′の大部分は対応うるN+型の
埋込み領域2,2′との間で主PN接合J1,J1′を
形成し、領域3,3′の僅かな部分が夫々埋込み
領域2′,2の上方まで延在し、薄い低不純物濃
度領域を介してこれら埋込み領域2′,2と対面
するよう配置される。
次に第5図により本発明の他の一実施例を説明
すると、そのAは平面図、B及びCは夫々AのX
−X′,Y−Yにおける断面を示す図である。
また同図において、第1図及び第2図A,Bで
示した記号と同一と記号は同一性ある部材を示す
ものとする。
この実施例では、P+型の高不純物濃度領域3,
3′とは別にP+型の領域3X,3′Xが低不純物
濃度領域1内に実施例に比べて浅く形成されてい
る。これに伴い埋込み領域2,2′の領域3X,
3′Xに対応する部分2X,2′Xは夫々領域3
X,3′X方向に向けて突出しており、領域3X,
3′Xと夫々対応す領域2′X,2X間には非常に
薄い低不純物濃度領域1の一部分が存在する。そ
してP+型の領域3と3X,3′と3′Xは夫々電
極4,4′で接続されている。この実施例によれ
ば、夫々の容量低減用素子のアノード領域を形成
するP+型の領域3X,3′Xが浅いことも併せて
接合面積を前記実施例より更に小さくでるので、
より一層静電容量を小さくできる。
前記実施例において、サージ吸収用素子SA1
はSA2の静電容量C1、容量低減用素子D2又はD1
の静電容量をC2とし、素子SA1とD2、又はSA2
D1の静電容量をCとすると、静電容量C1とC2
直列であるので、 C=C1・C2/(C1+C2) となる。ここでC1≧C2とすれば、C≒C2となり、
従つてサージ吸収用半導体装置全体の静電容量
は、容量低減用素子の静電容量がサージ吸収用素
子の静電容量に比べて十分に小さければ、ほぼ容
量低減用素子を静電容量に等しくなることが分
る。このことから本発明に係るサージ吸収用半導
体装置によれば、特にサージ吸収用素子自身の静
電容量を小さくするための設計を行う必要がない
ので、容易に所望のサージ吸収特性が得られ易
く、サージ吸収用素子の順方向電圧降下の小さい
構造とすることもできる。なおここで、サージ吸
収用素子がサージ吸収作用を行うときは、容量低
減用素子は必ず順方向に導通するので、サージ吸
収用素子に比べ電流の通流する有効面積をはるか
に小さくすることが出来る。このことがサージ吸
収用素子に比べ容量低減用素子の静電容量を十分
に小さくできる1つの大きな理由である。
また、容量低減用素子はサージ吸収用素子のア
バランシエ降伏電圧より大きな逆耐電圧をもたね
ばならないが、容量低減用素子のP+型の領域3
X又は3′XとN+型の埋込み領域2又は2′間の
低不純物濃度領域の厚みをキヤリアの自由行程距
離以下にしたとしても、通常要求される電圧より
も高い電圧、例えば200〜250V程度の逆耐電圧を
容易に得ることが出来る。
特にこのサージ吸収用半導体装置の構造によれ
ば、LSIの半導体チツプに一緒に組み込むことが
容易であるので、機能回路を組み込んだ各種半導
体チツプのサージ保護に有用である。また更に、
必要に応じて単一の半導体チツプに前記実施例に
係るサージ吸収構造を任意数形成しても勿論よ
い。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、同一の半導
体基板内においてサージ吸収用素子に悪影響を与
えることなく非常に静電容量の小さい容量低減用
素子をサージ吸収用素子に直列に与えることが出
来るので、極めて静電容量の小さいサージ吸収用
半導体装置を提供することが出来ると共に、その
電圧降下を小さくできるので電力損失を低減でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るサージ吸収用半導体装置
の一実施例を示す斜視図、第2図A,Bは夫々第
1図におけるX−X′,Y−Y′での断面を示す図、
第3図はこのサージ吸収用半導体装置を回路機構
的に示す図、第4図A,B夫々はこの発明の他の
一実施例の平面、断面を示す図、第5図は本発明
の他の一実施例を示す図であり、そのAは平面を
示す図、B,CはAにおけるX−X′,Y−Y′で
の断面を示す図、第6図A,Bは従来例を示す図
である。 1……低不純物濃度領域、2,2′……埋込み
領域、3,3′……第1、第2の領域、4,4′…
…電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 第1の導電型の低不純物濃度領域に夫々離れ
    て埋め込まれた第1の導電型の第1、第2の高不
    純物濃度領域と、該第1の高不純物濃度領域の一
    部分とはPN接合を形成するが、前記第2の高不
    純物濃度領域の一部分とは前記低不純物濃度領域
    にある一部分を介して対面するよう前記低不純物
    濃度領域に形成される第2の導電型の第1の領域
    と、前記第2の高不純物濃度領域の一部分とは
    PN接合を形成するが、前記第1の高不純物濃度
    領域の一部分とは前記低不純物濃度領域の他の一
    部分を介して対面するよう前記低不純物濃度領域
    に形成される第2の導電型の第2の領域とを備え
    たことを特徴とするサージ吸収用半導体装置。
JP21835686A 1986-09-17 1986-09-17 サ−ジ吸収用半導体装置 Granted JPS6373673A (ja)

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JPS6373673A JPS6373673A (ja) 1988-04-04
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