JPH07193257A - 双方向ショックレイダイオード型保護コンポーネント - Google Patents
双方向ショックレイダイオード型保護コンポーネントInfo
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- JPH07193257A JPH07193257A JP6209789A JP20978994A JPH07193257A JP H07193257 A JPH07193257 A JP H07193257A JP 6209789 A JP6209789 A JP 6209789A JP 20978994 A JP20978994 A JP 20978994A JP H07193257 A JPH07193257 A JP H07193257A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/87—Thyristor diodes, e.g. Shockley diodes, break-over diodes
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 双方向ショックレイダイオードが定められた
表面について耐えることのできる最大電流を増大させ
る。 【構成】 双方向ショックレイダイオードは、2つのP
型層(P1,P2)の間に挟まれたN型層(N1)を含
む。P型領域内の第1のN型領域(N3)は上部表面の
実質的に半分にわたって延びる。第2のN型領域(N
4)はP型層内で、下部表面における表面の実質的な相
補的半分にわたって延びる。第1および第2の領域は各
々、比率r/eが0.5よりも小さくなるように、コン
ポーネントの中央面から長さrだけ突出する。ここでe
はコンポーネントの厚みである。
表面について耐えることのできる最大電流を増大させ
る。 【構成】 双方向ショックレイダイオードは、2つのP
型層(P1,P2)の間に挟まれたN型層(N1)を含
む。P型領域内の第1のN型領域(N3)は上部表面の
実質的に半分にわたって延びる。第2のN型領域(N
4)はP型層内で、下部表面における表面の実質的な相
補的半分にわたって延びる。第1および第2の領域は各
々、比率r/eが0.5よりも小さくなるように、コン
ポーネントの中央面から長さrだけ突出する。ここでe
はコンポーネントの厚みである。
Description
【0001】
【発明の分野】この発明は保護コンポーネントに関し、
より特定的には双方向保護コンポーネント、すなわち双
方向ショックレイダイオードまたはゲートレストライア
ックなどの、正の過充電だけでなく負の過充電をも吸収
することができるコンポーネントに関する。
より特定的には双方向保護コンポーネント、すなわち双
方向ショックレイダイオードまたはゲートレストライア
ックなどの、正の過充電だけでなく負の過充電をも吸収
することができるコンポーネントに関する。
【0002】
【関連技術に関する論議】そのようなコンポーネントに
は、各極性において同一のブレークオーバ電圧VBOが
見られ、かつそれらのコンポーネントの端子間の電圧が
このブレークオーバ電圧を超えた場合、コンポーネント
は導通し、それらの端子においては非常に低い電圧の降
下が見られる。その後、それらのコンポーネントはそれ
らを通って流れる電流が保持電流値IHよりも高く保た
れている限り、導通したままに留まる。
は、各極性において同一のブレークオーバ電圧VBOが
見られ、かつそれらのコンポーネントの端子間の電圧が
このブレークオーバ電圧を超えた場合、コンポーネント
は導通し、それらの端子においては非常に低い電圧の降
下が見られる。その後、それらのコンポーネントはそれ
らを通って流れる電流が保持電流値IHよりも高く保た
れている限り、導通したままに留まる。
【0003】これらのコンポーネントのもう1つの主な
特性は、過充電の間にそれらのコンポーネントが耐える
ことのできる電力または最大の電流である。この電流は
コンポーネントの表面に依存するということが知られて
いる。
特性は、過充電の間にそれらのコンポーネントが耐える
ことのできる電力または最大の電流である。この電流は
コンポーネントの表面に依存するということが知られて
いる。
【0004】
【発明の概要】この発明の目的は、双方向ショックレイ
ダイオードがこのショックレイダイオードの定められた
表面について耐えることのできる最大の電流IPPの増
大を可能にすることである。
ダイオードがこのショックレイダイオードの定められた
表面について耐えることのできる最大の電流IPPの増
大を可能にすることである。
【0005】この目的を達成するため、この発明は、第
2導電型の2つの層の間に挟まれた第1導電型の層と、
基板の上部表面から第2導電型の層内に形成されこの上
部表面の実質的に半分にわたって延びる第1導電型の第
1の領域と、基板の下部表面から第2導電型の層内に形
成されこの下部表面における表面の実質的な相補的半分
にわたって延びる第1導電型の第2の領域とを含む、双
方向ショックレイダイオード型の保護コンポーネントを
提供する。第1および第2の領域は各々r/eが0.5
よりも小さくなるように、長さr分だけコンポーネント
の中央面から突出する。ここで、eはそのコンポーネン
トの厚さである。
2導電型の2つの層の間に挟まれた第1導電型の層と、
基板の上部表面から第2導電型の層内に形成されこの上
部表面の実質的に半分にわたって延びる第1導電型の第
1の領域と、基板の下部表面から第2導電型の層内に形
成されこの下部表面における表面の実質的な相補的半分
にわたって延びる第1導電型の第2の領域とを含む、双
方向ショックレイダイオード型の保護コンポーネントを
提供する。第1および第2の領域は各々r/eが0.5
よりも小さくなるように、長さr分だけコンポーネント
の中央面から突出する。ここで、eはそのコンポーネン
トの厚さである。
【0006】この発明の実施例に従い、r/eは0.1
と0.3との間に含まれる。この発明に実施例に従い、
r/eは0.2に近似する。
と0.3との間に含まれる。この発明に実施例に従い、
r/eは0.2に近似する。
【0007】この発明の実施例に従い、第1導電型はN
型である。この発明の実施例に従い、コンポーネントは
メサ型のものである。
型である。この発明の実施例に従い、コンポーネントは
メサ型のものである。
【0008】この発明の実施例に従い、コンポーネント
はプレーナ型のものである。この発明は有利には、コン
ポーネントの製造特性を変えることなく、エミッタ拡散
マスクのパターンのみを変更することによって、定めら
れた大きさを有する双方向ショックレイダイオード型の
保護デバイスが耐えることのできる最大電流を増大させ
る。
はプレーナ型のものである。この発明は有利には、コン
ポーネントの製造特性を変えることなく、エミッタ拡散
マスクのパターンのみを変更することによって、定めら
れた大きさを有する双方向ショックレイダイオード型の
保護デバイスが耐えることのできる最大電流を増大させ
る。
【0009】この発明の前述および他の目的、特徴、局
面および利点は以下に述べるこの発明の詳しい説明を添
付の図面との関連で見ることによって明らかとなるであ
ろう。
面および利点は以下に述べるこの発明の詳しい説明を添
付の図面との関連で見ることによって明らかとなるであ
ろう。
【0010】
【詳しい説明】従来の集積回路の表しかたと同様に、コ
ンポーネントの断面および上面を表わすさまざまな図面
は(図6を除いて)概略的なものであり、一定の尺度に
よるものではないということに注意されたい。より特定
的には、拡散領域の端はそれらが拡散ステップの後巻き
上げられているということを考慮せずに概略的に表され
ている。
ンポーネントの断面および上面を表わすさまざまな図面
は(図6を除いて)概略的なものであり、一定の尺度に
よるものではないということに注意されたい。より特定
的には、拡散領域の端はそれらが拡散ステップの後巻き
上げられているということを考慮せずに概略的に表され
ている。
【0011】図1は、従来の双方向ショックレイダイオ
ードの概略的断面図である。ショックレイダイオード
は、N型基板N1を含み、その上部表面および下部表面
にはそれぞれP型拡散層P1およびP2が形成される。
層P1とP2との各々の内には、それぞれコンポーネン
トの上部表面および下部表面から通常エミッタ領域と呼
ばれるN型領域N3およびN4がそれぞれ形成される。
図1で表されるように従来は、各領域N3およびN4は
コンポーネント表面の実質的に半分を占め、各領域は他
方の領域の上に突出することはない。すなわち、それら
は中央面Aに関して対称的に配設される。コンポーネン
トの上部表面および下部表面はそれぞれメタライゼーシ
ョンM1およびM2で被覆される。図1に表した構造で
は、コンポーネントはメサ型である、すなわちその周辺
は溝を付けられており、かつ通常はガラス被膜であるパ
ッシベーション層10で被覆される。一般に層10はコ
ンポーネントの上部表面上で部分的に延び、領域N3お
よびN4の周辺部に至る。したがって、メタライゼーシ
ョンM1とM2とは領域N3およびN4の周辺部におい
て延びる領域P1およびP2の表面とは接触しない。
ードの概略的断面図である。ショックレイダイオード
は、N型基板N1を含み、その上部表面および下部表面
にはそれぞれP型拡散層P1およびP2が形成される。
層P1とP2との各々の内には、それぞれコンポーネン
トの上部表面および下部表面から通常エミッタ領域と呼
ばれるN型領域N3およびN4がそれぞれ形成される。
図1で表されるように従来は、各領域N3およびN4は
コンポーネント表面の実質的に半分を占め、各領域は他
方の領域の上に突出することはない。すなわち、それら
は中央面Aに関して対称的に配設される。コンポーネン
トの上部表面および下部表面はそれぞれメタライゼーシ
ョンM1およびM2で被覆される。図1に表した構造で
は、コンポーネントはメサ型である、すなわちその周辺
は溝を付けられており、かつ通常はガラス被膜であるパ
ッシベーション層10で被覆される。一般に層10はコ
ンポーネントの上部表面上で部分的に延び、領域N3お
よびN4の周辺部に至る。したがって、メタライゼーシ
ョンM1とM2とは領域N3およびN4の周辺部におい
て延びる領域P1およびP2の表面とは接触しない。
【0012】ゆえに、中央面Aの両側に、領域N3、P
1、N1、およびP2で構成される第1の単方向ショッ
クレイダイオード、ならびに領域P1、N1、P2、お
よびN4で構成された第2の単方向ショックレイダイオ
ードが提供される。これらのショックレイダイオードは
厳密に同じものであり、メタライゼーションM1とM2
との間で、それぞれ負の過充電と正の過充電とを吸収す
るのに用いられる。
1、N1、およびP2で構成される第1の単方向ショッ
クレイダイオード、ならびに領域P1、N1、P2、お
よびN4で構成された第2の単方向ショックレイダイオ
ードが提供される。これらのショックレイダイオードは
厳密に同じものであり、メタライゼーションM1とM2
との間で、それぞれ負の過充電と正の過充電とを吸収す
るのに用いられる。
【0013】上で示したように、保護コンポーネントの
主な特徴の1つはそのコンポーネントが耐えることので
きる最大電流IPPである。
主な特徴の1つはそのコンポーネントが耐えることので
きる最大電流IPPである。
【0014】この電流を増大させるため、この発明は図
1の構造を図2で示される態様に変形する。
1の構造を図2で示される態様に変形する。
【0015】図2は、領域N3とN4とに定められた重
複領域が見られるということを除いて図1の構造に厳密
に一致する構造を示す。領域N3およびN4の各々は中
央面Aを距離rだけ超えて、すなわち突出して延び、領
域N3およびN4が重複している長さは2rである。ド
ーピングレベルや他の動作特性は変わらないままなの
で、基本的な降伏電圧のパラメータは変更されない。し
かしながら、出願人はこの層N3およびN4を部分的に
重なるようにするということで、コンポーネントが耐え
ることのできるピーク電流値IPPの上昇がもたらされ
るということに気づいた。
複領域が見られるということを除いて図1の構造に厳密
に一致する構造を示す。領域N3およびN4の各々は中
央面Aを距離rだけ超えて、すなわち突出して延び、領
域N3およびN4が重複している長さは2rである。ド
ーピングレベルや他の動作特性は変わらないままなの
で、基本的な降伏電圧のパラメータは変更されない。し
かしながら、出願人はこの層N3およびN4を部分的に
重なるようにするということで、コンポーネントが耐え
ることのできるピーク電流値IPPの上昇がもたらされ
るということに気づいた。
【0016】この特性は図3に示される。この図におけ
る横軸は比率r/eに対応し、eはコンポーネントの厚
み(厳密にいえばこのコンポーネントの層N3またはN
4の厚みの分だけ低減された厚み)である。縦軸は、領
域N3とN4との重なり合いがもたらされていない図1
のもののような従来のシステムにおける電流IPP0に
関しての、電流IPPの変動を百分率で示す。まず、比
率r/eが上昇すると、電流IPPも上昇し、0.2に
実質的に等しい比率r/eに対して10%を上回る上昇
が得られる、ということが注目される。その後電流IP
Pは低減されるが、実質的に0.5に等しい比率r/e
の値まではIPP0 よりも高いままである。重なる部分
がさらに多くなると、電流IPPは電流IPP0 よりも
低くなる、つまり重複部分が増大することは弊害となっ
てしまう。
る横軸は比率r/eに対応し、eはコンポーネントの厚
み(厳密にいえばこのコンポーネントの層N3またはN
4の厚みの分だけ低減された厚み)である。縦軸は、領
域N3とN4との重なり合いがもたらされていない図1
のもののような従来のシステムにおける電流IPP0に
関しての、電流IPPの変動を百分率で示す。まず、比
率r/eが上昇すると、電流IPPも上昇し、0.2に
実質的に等しい比率r/eに対して10%を上回る上昇
が得られる、ということが注目される。その後電流IP
Pは低減されるが、実質的に0.5に等しい比率r/e
の値まではIPP0 よりも高いままである。重なる部分
がさらに多くなると、電流IPPは電流IPP0 よりも
低くなる、つまり重複部分が増大することは弊害となっ
てしまう。
【0017】実用にあたっては、ショックレイダイオー
ドの厚みは0.2から0.35mm(200〜350μ
m)の範囲である。すなわち、0.2に等しい比率r/
eについては、距離rは40〜70μmに等しい。半導
体コンポーネントを製造するのによく用いられる技術に
おいては、さまざまなマスキングの動作が一般におよそ
1〜3μmの精度で実現されるので、これらの値は決し
て無視できるようなものではない。
ドの厚みは0.2から0.35mm(200〜350μ
m)の範囲である。すなわち、0.2に等しい比率r/
eについては、距離rは40〜70μmに等しい。半導
体コンポーネントを製造するのによく用いられる技術に
おいては、さまざまなマスキングの動作が一般におよそ
1〜3μmの精度で実現されるので、これらの値は決し
て無視できるようなものではない。
【0018】図4はこの発明の第1の代替的実施例を表
わす。図4では、領域N3およびN4は上述のものと同
じくメサ型コンポーネントであるこのコンポーネントの
周辺部まで延びる。図4はまたメタライゼーションM1
とM2とがコンポーネントの周辺部まで延びる場合をも
示している。この場合は、この発明の実現は上述のもの
と同様な利点を提供することとなる。
わす。図4では、領域N3およびN4は上述のものと同
じくメサ型コンポーネントであるこのコンポーネントの
周辺部まで延びる。図4はまたメタライゼーションM1
とM2とがコンポーネントの周辺部まで延びる場合をも
示している。この場合は、この発明の実現は上述のもの
と同様な利点を提供することとなる。
【0019】図5(A)は、この発明に従うプレーナ型
のダブルショックレイダイオードの代替的実施例であ
る。この場合、領域P1およびP2はコンポーネントの
上部表面および下部表面全面にわたって延びる層ではな
く、側面から輪郭付けされたウェルであり、領域N1は
コンポーネントの上部表面および下部表面まで、周辺に
沿って延びる。領域N3およびN4は各領域P1および
P2において上述のように形成される。この代替的実施
例では、機能の表に出ている表面は通常シリコン酸化物
であるパッシベーション層11で被覆される。この場合
も、この発明の実現により上で説明したものと同じ利点
が提供される。
のダブルショックレイダイオードの代替的実施例であ
る。この場合、領域P1およびP2はコンポーネントの
上部表面および下部表面全面にわたって延びる層ではな
く、側面から輪郭付けされたウェルであり、領域N1は
コンポーネントの上部表面および下部表面まで、周辺に
沿って延びる。領域N3およびN4は各領域P1および
P2において上述のように形成される。この代替的実施
例では、機能の表に出ている表面は通常シリコン酸化物
であるパッシベーション層11で被覆される。この場合
も、この発明の実現により上で説明したものと同じ利点
が提供される。
【0020】図5(B)は図5(A)の断面図に対応す
る平面図である。図5(B)はその周辺部において、ウ
ェルP1が形成された領域N1を示す。実線は領域N3
の境界を表わし、1点鎖線は領域N4の境界を表わす。
したがって、これらの層の間の重複している2rは明確
に示されている。
る平面図である。図5(B)はその周辺部において、ウ
ェルP1が形成された領域N1を示す。実線は領域N3
の境界を表わし、1点鎖線は領域N4の境界を表わす。
したがって、これらの層の間の重複している2rは明確
に示されている。
【0021】この発明の実用テストは、図2に表された
もののような構造を用いて実施された。その平面図は図
6に表されている。図6では、参照番号10は(およそ
100μmの幅を有する)溝の縁を示し、参照符号M1
はおよそ50μmだけ中央面Aに関して重複している上
部メタライゼーションの境界を示し、参照符号N3はエ
ミッタ領域の輪郭を示す。領域N3は、従来エミッタ短
絡を構成するエリアCC(この場合直径90μmの18
個の穴)において中断されているということが注目され
るであろう。
もののような構造を用いて実施された。その平面図は図
6に表されている。図6では、参照番号10は(およそ
100μmの幅を有する)溝の縁を示し、参照符号M1
はおよそ50μmだけ中央面Aに関して重複している上
部メタライゼーションの境界を示し、参照符号N3はエ
ミッタ領域の輪郭を示す。領域N3は、従来エミッタ短
絡を構成するエリアCC(この場合直径90μmの18
個の穴)において中断されているということが注目され
るであろう。
【0022】コンポーネントは、以下に示す範囲内で選
択される特性を有するものであった。
択される特性を有するものであった。
【0023】厚み:270μm サイズ:1.6×1.6mm2 層N1のドーピングレベル:1.5×1015〜1017a
t/cm3 P1およびP2のドーピングレベル:Cs ≒5×1017
〜5×1018at/cm3 接合深さ:xP ≒25〜45μm N3およびN4のドーピングレベル:Cs ≒1019at
/cm3 接合深さ:xP ≒15〜25μm 降伏電圧:60〜320V (Cs は表面のドーピングレベルである) 図2および6のコンポーネントと同じであるがr=0で
ある、従来のコンポーネントでは、値IPP0 =67
Aが得られ、また比率r/eが実質的に0.2に等しい
図6のタイプのコンポーネントについては、値IPP=
75 Aが得られる。
t/cm3 P1およびP2のドーピングレベル:Cs ≒5×1017
〜5×1018at/cm3 接合深さ:xP ≒25〜45μm N3およびN4のドーピングレベル:Cs ≒1019at
/cm3 接合深さ:xP ≒15〜25μm 降伏電圧:60〜320V (Cs は表面のドーピングレベルである) 図2および6のコンポーネントと同じであるがr=0で
ある、従来のコンポーネントでは、値IPP0 =67
Aが得られ、また比率r/eが実質的に0.2に等しい
図6のタイプのコンポーネントについては、値IPP=
75 Aが得られる。
【0024】この例では、中央面に関しての重複長さr
(50μm)が、中央面に至る領域N3の幅の少なくと
も10%(0.65mm)に対応するということに注意
されたい。
(50μm)が、中央面に至る領域N3の幅の少なくと
も10%(0.65mm)に対応するということに注意
されたい。
【0025】さらにこの発明は、すべての導電型が逆に
される構造、すなわちその構造がP型基板から実現され
るであろう構造にも、適用される。
される構造、すなわちその構造がP型基板から実現され
るであろう構造にも、適用される。
【0026】以上のようにこの発明の特定的な一実施例
を説明してきたが、当業者にはさまざまな変更、変形お
よび改良が容易に思い浮かぶであろう。そのような変
更、変形および改良はこの開示の一部として意図されて
おり、かつこの発明の精神および範囲内にあるものとし
て意図される。したがって、前に述べた説明は例として
のみのものであって、限定的なものとしては意図されて
いない。この発明は前掲の特許請求の範囲およびそれに
等価なものにおいて規定されるものとしてのみ制限され
る。
を説明してきたが、当業者にはさまざまな変更、変形お
よび改良が容易に思い浮かぶであろう。そのような変
更、変形および改良はこの開示の一部として意図されて
おり、かつこの発明の精神および範囲内にあるものとし
て意図される。したがって、前に述べた説明は例として
のみのものであって、限定的なものとしては意図されて
いない。この発明は前掲の特許請求の範囲およびそれに
等価なものにおいて規定されるものとしてのみ制限され
る。
【図1】先行技術に従う、メサ型の双方向ショックレイ
ダイオードの断面図である。
ダイオードの断面図である。
【図2】この発明に従う、メサ型の双方向ショックレイ
ダイオードの断面図である。
ダイオードの断面図である。
【図3】この発明で得られる利点を表わす曲線の図であ
る。
る。
【図4】この発明に従う、メサ型の代替的な双方向ショ
ックレイダイオードの断面図である。
ックレイダイオードの断面図である。
【図5】この発明に従う、この図のプレーナ型の代替的
な双方向ショックレイダイオードを、表わす図であっ
て、(A)は断面図であり、(B)は概略的平面図であ
る。
な双方向ショックレイダイオードを、表わす図であっ
て、(A)は断面図であり、(B)は概略的平面図であ
る。
【図6】この発明に従う、この図の線II−IIに沿っ
た断面図である図2の実施例のダイオードを、一定の尺
度で表した平面図である。
た断面図である図2の実施例のダイオードを、一定の尺
度で表した平面図である。
N1 N型基板 N3 N型領域 N4 N型領域 P1 P型拡散層 P2 P型拡散層
Claims (6)
- 【請求項1】 第2導電型の2つの層(P1,P2)の
間に挟まれた第1導電型の層(N1)と、 基板の上部表面から第2導電型の層(P1)内に形成さ
れ、かつ前記上部表面の実質的に半分にわたって延び
る、第1導電型の第1の領域(N3)と、 基板の下部表面から第2導電型の層(P2)内に形成さ
れ、かつ前記下部表面における表面の実質的な相補的半
分にわたって延びる、第1導電型の第2の領域(N4)
とを含み、 第1および第2の領域は各々、r/eが0.5よりも小
さくなるようにコンポーネントの中央面に関して長さr
だけ突出し、ここでeはコンポーネントの厚みである、
双方向ショックレイダイオード型保護コンポーネント。 - 【請求項2】 比率r/eは0.1と0.3との間に含
まれる、請求項1に記載の保護コンポーネント。 - 【請求項3】 比率r/eは0.2に近似である、請求
項1に記載の保護コンポーネント。 - 【請求項4】 第1導電型はN型である、請求項1に記
載の保護コンポーネント。 - 【請求項5】 コンポーネントはメサ型である、請求項
1に記載の保護コンポーネント。 - 【請求項6】 コンポーネントはプレーナ型である、請
求項1に記載の保護コンポーネント。
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