JPH0395975A - 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） 本発明はブレーナ型ダイオードの構造に関するもので、
ダイオードの逆方向特性の劣化により生じる短絡モード
故障を低減し、信頼性を高めると同時に高耐圧の素子構
造を提供するものである。

（従来の技術） 現在、ＰＮ接合の整流作用を利用して実用化されている
半導体のダイオードは、その構造から大別してプレーナ
型とメサ型に分類される。

第６図はプレーナ型ダイオードの一例の略断面図であっ
て、例えば、ｎ型のシリコン基板１の表面の一部に選択
的にｐ型領域２が形戒された構造であり、以下のように
して製造される。ｎ型のシリコン基板１の表面に熱酸化
膜５を形成し、その厚さは、後の工程Ｋ′！？いてマス
キング効果を十分発揮する厚さとする。次に、この熱酸
化膜５を選択的に除去して窓を開け、この窓から不純物
を拡散してｐ型領域２を型成する。不純物は縦方向へも
横方向へも拡散するため、ＰＮ接合３は熱酸化膜５の開
口部より内側にも形成され、ＰＮ接合外周部３−２は熱
酸化膜５によって保護される。電極６は、熱酸化膜５の
開口部の内方のｐ型領域２に接続するように、熱酸化！
！Ｘ５の表面に形或する。

裏面にも他方の電極を設ける。

第７図ぱメサ型ダイオードの一例の略断面図である。例
えばｎ型のシリコン基板１の表面にｐ型領域２を形或Ｌ
７、それらの界面に平面状にＰＮ接合３を形成した構造
であり、以下のようにして製造される。ｎ型のシリコン
基板１の表面に、不純物拡散により全面に一様にｐ型領
域２を形成し、周辺部を選択的にエッチングした後、側
面に表面保護ガラス層８を設け、ＰＮ接合３０周辺部を
保護する。筐た、ｐ型領域２０表面には正の電極６を設
け、シリコン基板１の裏面には、必要に応じてｎ＋層４
を介して負の電極７を設ける。

（発明が解決しようとする課題冫 前述のような従来のダイオードには、以下の問題点があ
った。

第６図に示されるようなプレーナ型ダイオードにかいて
は、シリコン基板ｌの表面のＰＮ接合外周部８−２が熱
酸化膜５に接した構造であり、熱酸化膜５とシリコン基
板１との界面に釦ける準位により、逆方向もれ電流が増
加する。特に、熱酸化膜５に含１れる各種不純物の影響
は顕著であり、ナトリウムイオンＨａ＋等による汚染は
、製造工程にかいては勿論、実使用時にかいても極力避
けねばならない。また、一般にブレーナ型ダイオードで
は、逆方向耐圧は、ＰＮ接合８の最小曲率点８−１での
電界集中、あるいはＰＮ接合外周部８−２での電界集中
に対して、いずれか耐圧の低い方により決定される。Ｐ
Ｎ接合外周部８−２に関しては、熟酸化膜５とシリコン
基板１との界面を、できるだけ安定化することが必要で
ある。ＰＮ接合最小曲率点８−１に関しては、接合深さ
ｘｉを深〈することにより耐圧を改善できるが限度があ
る。第８図は接合深さｘｊと逆方向耐圧との関係の実験
結果を示すグラフである。１た、ｎ型のシリコン基板１
の不純物濃度を下げることにより耐圧を改善できるが、
プレーナ型ダイオードは、本質的に、メサ型ダイオード
のような平面型接合よりも、耐圧は低い。第９図は不純
物濃度と逆方向耐圧との関係を示すグラフである。不綿
物濃度が低いと逆方向耐圧が高いことが示されている。

一方、第７図に示されるようなメサ型ダイオードは、Ｐ
Ｎ接合８の周辺部を選択的に均一にエッチングする作業
が困難であること、及び周辺部を保護する表面保護ガラ
ス層８の形或が困難であることから、量産が困難である
。

（課題を解決するための手段） 本発明にかいては、単一のチップ内にプレーナプロセス
により形成された複数個のＰＮ接合を直列に接続してダ
イオード素子を構或した。

（作　用） 複数個のＰＮ接合が直列に接続されているから、全体と
してダイオード作用を有し、一部のＰＮ接合で逆方向も
れ電流の増加が発生しても、全体としての逆方向もれ電
流の増大にはならない。ダイオード全体としての逆方向
耐圧は、従来のＰＮ接合が単一のプレーナ型ダイオード
よりも高くなる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の略断面図である。

ｎ型のシリコン基板１０表面には２個のｐ型領域２．２
−１が形成され、一方のｐ型領域２−１の一部にはｎ型
領域１−１が形或されている。ｎ型領域１−１の表面に
は一方の電極７が設けられ、他方のν型領域２の表面に
は他方の電極６が設けられている。シリコン基板１と一
方のｐ型領域２−１の界面の表面の一部には、短絡用の
電極９が設けられている。電極６，７．９の必要部分以
外の表面ば熱酸化膜５によって覆われている。この構造
では、ｐｍ領域２とシリコン基板１との界面のＰＮ接合
３と、ｐ型領域２−１とシリコン基板１との界面のＰＮ
接合３−３と、ｐ型領域２−１とｎ型領域１−１との界
面のＰＮ接合３−４との８個のＰＮ接合が存在するが、
ＰＮ接合８−８は電極９によって短絡されている。

この等価回路は第２図に示されるようになる。

ｐ　Ｎ接合８．８−８．３−４はそれぞれが個々のダイ
オードとなる。ＰＮ接合３．８−４が直列に接続された
ことになる。

このような複数のＰＮ接合によるダイオードは、何れか
のＰＮ接合が短絡モードの不良となっても、素子全体と
しては完全に短絡モードとはならず、筐た、単一のＰＮ
接合からなるダイオード素子よりも逆方向耐圧が高いこ
とは明らかである。今ｐ型領域２の接合深さｘｊが１０
μｍとし、第８図のグラフと対照すると、第１図の右側
のＰＮ接合８の逆方向耐圧は約２５０ｖを超える。一方
、第１図の左側のＰＮ接合８−４の逆方向耐圧は、以下
のように推定される。ｐ型領域２−１の任意の深さｘＫ
＆ける不純物濃度Ｃ（Ｘ）は、不純物濃度分布がガウス
分布に従うと仮定すると、 Ｃ（ｘノ　＝＝　　（　　，　　ｃ−ｘ２／　４Ｄ　ｔ
　　　　　　　　　　　　　−　・−（１）で表わされ
る。ここで０９は表面濃度、Ｄｔは定数である。

シリコン基板１の不純物濃度ＣＢ　＝　Ｉ　Ｘｉ　Ｏ”
　（ｃＩＮ−８１表面濃度Ｃ，　＝２Ｘ１　０１８（５
＋１−８）、接合深さｘｊ＝１０（μｍ）とする。この
ｐ型領域２　−　１　１ｃ　ｎ型領域１−１を接合深さ
９μｍとなるように形成したとすると、ｘ＝９（μｍ）
でのｐ型不純物濃度は式（１）より約４．２Ｘ１０１”
（α−８）となる。ｎ型のシリコン基板１０表面にｐ型
領域２−１を形或し、さらにその一部にｎ型領域１−１
を形成したときのＰＮ接合８−４の逆方向耐圧を求める
には、第１０図に示される基板濃度ＣＢ及び表面濃度Ｃ
Ｉと逆方向耐圧との関係を用いる。この図は「ＳＩＬＩ
ＣＯＮ　　ＳＥＭＩ−ＣＯＮＤＵＣＴＯＲ　　ＤＡＴＡ
Ｊ（Ｈ．Ｆ．ＷＯＬＦ著１９６９Ｐｅｒｇａｍｏｎ　Ｐ
ｒｅｓｓ　Ｉｎｃ．発行）のＰ４６４に示されているも
ので、基板の不純物が完全にイオン化しているとみなし
た計算値によるものである。従ってＰＮ接合８−４の逆
方向耐圧を求めるには、接合付近でのｐ型領域２−１で
不純物濃度をＣ９？みなせばよい。しかし、この接合付
近でのｐ型不純物が完全にイオン化されているとしても
、シリコン基板１の不純物イオンにより電気的に中和さ
れる成分があるので、これを差引いた等価的ｐ型イオン
濃度をｃＢとする必要がある。前述のようにｘ＝９（μ
ｍ）でのｐ型不純物濃度は４．．２Ｘ１０１５（■■■
″″８）であり、一方シリコン基板１のｎ型不純物濃度
はＩＸＩ　Ｏ　ｉ５（ｍ−８）であるから、等価的イオ
ン濃度は ４．２Ｘ１０１５−ＩＸＩＯｌ５＝　３．２Ｘ１０”（
ｃ！ｎ−８）となる。そこでＣｎ＝ａ２Ｘ１　０　１５
とすると、ｎ型領域１−１の表面濃度Ｃ３を１０　１８
（６Ｒ−８）とすればＣ１１／ＣＢ　＝　ａｘｔｏ！と
なる。第１０図の曲！Ｉｓ群にはＣｓ／ＣＢ＝８Ｘ１　
０２，ｘｊ＝９　μｍ　Ｋ相当する曲線が含！れていな
いが、Ｃｓ／ＣＢ＝１　０８，ｘｊ＝１　０　μｍの曲
線を用いて、Ｃ）３　＝８．２Ｘ１　０１５にかける逆
方向耐圧を求めると約５０Ｖとなる。

従って、第１図に示される複数のＰＮ接合よりなるダイ
オード素子の逆方向耐圧は、約ａｏｏｖ以上となり、単
一のＰＮ接合からなるダイオード素子よりも大きい。

このようなダイオード素子は、以下のようにして製造さ
れる。ｎ型のシリコン基板を使用した例について説明す
るが、ｐ型のシリコン基板を使用する場合にも応用され
る。ｐとｎとが反転するのみである。

！ず、第８図（．）に示されるように、ｎ型のシリコン
基板１の表面に熱酸化膜５を形成し、ｐ型領域の予定領
域の表面の熱酸化膜５を選択的に除去し窓１０．１０を
開ける。熱酸化膜５の厚さは、マスキング効果を十分有
する厚さとされる。

次に第８図（ｂ）に示されるように、この窓１０．１０
からｐ型の不純物の拡散を行って、ｐ型領域２．２−１
を形成する。デポジションとドライブインからなる拡散
工程により、窓１０．１０の部分には再び熱酸化膜５が
形成される。

次に第８図（Ｃ）に示されるように、一方のｐ型領域２
−１の上部の熱酸化膜５の一部を選択的に除去し、不純
物拡散によりｎ型領域１−１を形或する。この表面には
再び熱酸化膜５が形成される。

次に第８図（ｄ）に示されるように、ｎ型領域１−１の
表面の一部、ｐ型領域２−ｉとシリコン基板１との接合
面の表面及びｐ型領域２の表面の一部の上部の熱酸化膜
５に選択的に窓を開け、それぞれに電極７，９．６を設
けると、第１図に示されるような構造の素子が得られる
。

第４図は他の実施例であって、計４個のＰＮ接合が直列
に接続されたダイオード素子である。この場合は、ｎ型
のシリコン基板ｌの表面の４個所ＶｃＰ型領域２，２，
２．２を形成し、さらにそれぞれの一部ＶＣｎ型領域１
−１　．　１−１　．　１−１　．　１−１を形成し、
左端のｎ型領域Ｉ−１と右端のｐ型領域２に電極７，６
を設け、それらの中間のｐ型領域２とｎ型領域１−１と
は配線９によって接続されている。接続に関係のない表
面は、熱酸化膜５で覆われる。その等価回路は第５図に
示される。第８図（ａ）〜（ｄ）の製造工程に卦いて、
熱酸化膜５を選択的に除去する際のパターン形状を変更
するだけで実現可能である。但し、この実施例では、Ｄ
型のシリコン基板１、とｐ型領域２によるＰＮ接合が、
シリコン基板１を共用する形で形成されるため、短絡モ
ード故障に対する信頼性は、単一のＰＮ接合によるダイ
オードよりも高いが、ＰＮ接合の数に比例して信頼性が
向上するわけではない。

なか、上記の実施例は、ＰＮ接合が２個又は４個直列に
接続された場合について行ったが、これらに限定される
ものではない。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、複数個のＰＮ接合が直列
に接続されたダイオードにより、一部の接合で逆方向も
れ電流の増大が発生しても、ダイオード全体での逆方向
耐圧は、従来の単一の接合からなるブレーナ型ダイオー
ドよりも高い。製造も簡単である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の略断面図、第２図はその等
価回路、第３図（！）〜（ｄ）は第１図の実施例の製造
の各工程を説明するための略断面図、１４図は本発明の
他の実施例の略断面図、第５図はその等価回路、第６図
は従来のプレーナ型ダイオードの略断面図、第７図は従
来のメサ型ダイオードの略断面図、第８図は接合深さと
逆方向耐圧との関係を示すグラフ、第９図は基板不純物
濃度と逆方向耐圧との関係を示すグラフ、第１０図は基
板濃度及び表面濃度と逆方向耐圧との関係を示すグラフ
である。 ｌ・・・シリコン基板、１−１・・・ｎ型領域、２・・
・ｐ型領域、８．３−３．３−４・・・ＰＮ接合、５・
・・熱酸化膜、６，７．９・・・電極 茅ｌ図 番　２凶 （（１） 第　３論 纂 ４ 図 第 ６ 図 第 ｔＯ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ある導電型の一枚の基板の表面に形成された複数の
   ＰＮ接合を順方向に直列に接続したダイオード。