JPS58111378A - ツエナ−・ダイオ−ド - Google Patents

ツエナ−・ダイオ−ド

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JPS58111378A
JPS58111378A JP57155301A JP15530182A JPS58111378A JP S58111378 A JPS58111378 A JP S58111378A JP 57155301 A JP57155301 A JP 57155301A JP 15530182 A JP15530182 A JP 15530182A JP S58111378 A JPS58111378 A JP S58111378A
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JP
Japan
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zener diode
diffusion region
conductivity type
region
semiconductor
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JP57155301A
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レイモンド・アレン・マグリ
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International Business Machines Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86Types 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
    • H01L29/861Diodes
    • H01L29/866Zener diodes

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

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】 〔本発明の分野〕 不発明に、ツェナー・ダイオード、半導体装置に関する
ものでるり、特に、0MO8(Complimenta
ry  Metal  OxideSemicondu
ctor  )IC(ImtegratedCircu
it)ウエノ・等に設けられた電子回路に組込むための
このような装置の構造に関するものである。
〔背景技術〕
ツェナー・ダイオードという用語は、約5vよシも上の
電位における誘電体中のタウンゼント放電効果に対応す
るアバランシェ効果である、約5Vよシも下の電位にお
ける固体誘電体中のブレークダウン現象で動作する2電
極半導体装置に対して、長い間用いられてきた。ツェナ
ー・ダイオード装置は、電位若しくは”電圧”調整装置
、特に基準電位発生回路として広く用いられている。通
常のIC装置は、非常にしばしば多数のツェナー・ダイ
オード装置及びトランジスタ装置、並びに単一の半導体
ウエノ・若しくはチップ上の補助回路成分及び接続手段
を含んでいる。
電子技術が進歩するに連れて、増々良いツェナー・ダイ
オード装置及び回路装置が開発されてきた。このような
改良されたツェナー・ダイオード回路の例が、技術文献
に見出される。しが1.なから、先行技術の装置には問
題が存在していた。例えば、特に、時間乃至は温度変化
の関数としてのブレークダウン電圧の変動に関するもの
でるる。
不安定性の原因は、通常のツェナー・ダイオード装置に
おいてアバランシェ・ブレークダウンが起きるところの
シリコンの主表面に漬液して位置する二酸化シリコンの
界面安定化絶縁層の存在に関係していることが示唆でれ
た。先行技術には、表面下(aubsurface  
)のアバランシェ・ブレークダウン領域を有するツェナ
ー・ダイオード装置を製造することを提案してきた文献
及び特許が含まれる。そして、それらが可能な範囲では
、これらの先行技術の装置は、成功したものでめった。
しかしながら、現在の技術レベルの欠点としては、表面
〒のツェナー・ダイオードでは、p子ベース中へのn十
拡散が、結果として大きなダイナミンク・インピーダン
スに至るpピンチ抵抗を生じることである。他の欠点と
しては、エミッタのn+高濃度をp+嵩高濃度中拡散す
ることにより、かなシの変形即ちひずみ損傷(defo
rmation・damage  )を生じることでる
り、この結果として、信頼性及び歩留り減少の問題を生
じている。
〔先行技術〕
先行技術のツェナー・ダイオード構造体の例が以下の米
国特許並びに日本の特許出願に述べられている。即ち、 米国特許第3881179号 米国特許第4079402号 米国特許第4136349号 特願昭54−6480号 これらの米国特許及び8不特許出願は、ツェナー・ダイ
オードに関するものでめり、各々は、幾ツカノ点でアバ
ランシェ・ブレークダウンが半導体装置の表面下で起こ
るような構造体を教示している。
米国特許第3881179号は、次のような構造を示し
ている。即ち、ブレークダウンH1n+拡散領域の下の
エンハンスされた( enhanced  )p拡散領
域による表面下で生じるが、しかし表面の汚染物をイオ
ン化することになるe電界が上に存存在するようなその
表面で、pn接合がまだ存在している。
米国特許第4079402号は、同じような構造を示し
ているがしかし、イオン注入された層が、表面の下にア
バランシェ・ブレークダウンを確立するように配置でれ
、そして、主表面ではpn−0接合の一部分がまた存在
する。ピンチ抵抗成分もまた、存在し、結果として、大
@なダイナミック・インピーダンスを結果として生じる
米国特許第4136349号は、より小さいダイナミッ
ク・インピーダンスを提供する構造体を示している。こ
の構造体は、実際、表面でアバランシェ・ブレークダウ
ン接合の一部分を有しているが、これは、願わくば、接
合の横方向に伸びている浅いドーピングによシ事実上無
効にされ、少なくとも先行技術の問題に打ち勝っている
特願昭54−6480号は、次のような構造を示してい
る。く即1ち、主表面(facing  5urfac
e)の全く真下にp−nブレークダウン接合を有してい
るツェナー・ダイオードが、2つのエピタキシャル層成
長ステップでサブコレクタ層を最初ニ埋め、そして、構
造体の主表面の真下にp−nブレークダウン接合を創る
ために、2つの同じ物質の拡散領域のうちの大きい方の
上に、反対導電型の物質が拡散された後に、サブコレク
タに接触するために、主表面から同じ導電型の半導体物
質を拡散することにより、形成される。陽極及び陰極の
接続は、構造上の違いのため、本発明によるダイオード
におけるのと同じ方法では形成されない。
〔本発明の目的並びに要旨〕
不発明の目的は、全半導体チップ若しくはウェハの主表
面の全く真下にp−nアバランシェ・ブレークダウン接
合が形成でれた表面下プレークダラン型のツェナー・ダ
イオードを形成するために、通常のマルチリシンク(m
ultilithic ) ・コンパチブルMO8装置
の製造プロセスにより製造場れるようなツェナー・ダイ
オード装置を提供することである。
1導電型の半導体基板は、一般的には細長くでれた即ち
矩形の面領域でるる反対導電型の半導体物質の付着物を
有する。そして、この付着物は、所定の第1の深さまで
基板に侵入する。この付着物の中央は、反対導電型の半
導体物質の付着物であるが、しかし、エンノ1ンス(e
nhance)でれていて、中央の付着物は、前記所定
の第1の深さの3分の2程度の所定のff12の深さま
で侵入する。
非常にドープされた1導電型の半導体物質か、基板の主
表面から前記所定の第2の深さ程度の深場まで、1対の
領域で拡散される。これらの領域は、一般的に細長くさ
れ、平行に配置され、そして最初の付着物から離されて
いる。好ましくは、これらの領域は、最初の付着物より
も長さが短いと良い。それから、同じ半導体物質の同じ
ドーピングの量が、前記1対の領域の間で、且つ中央に
付着された物質の土の゛領域中に付着される。この付着
は、最初に中央に位置していた付着物の一部分を、実質
的にこの付着rよる深さまで、反対導電型へ変換するた
めに、行なわれる。これによシ、半導体ウェハ若しくは
チップの主表面の全く真下にアバランシェ・ブレークダ
ウンp−n接合が形成される。電気接点が形成されるべ
きでるる、このように形成されたツェナー・ダイオード
の動作出力の領域は、配線電極が付着される領域でるる
、変換する領域の外側の最初の付着領域とそれを画成す
る2つの領域のうちの1つとを含む。
本発明によるツェナー・ダイオードの形成において、拡
散及びイオン注入のプロセスは、変換可能でるる。同様
に、本発明によるツェナー・ダイオードでは、導電型を
逆にすることもできる。周知のようにn〜チャンネルC
MO8FETの優越性により、基板は、しばしば、1導
電型としてn型でるり、・そして、もちろん、反対導電
型は、p型でめる。
本発明によるツェナー・ダイオード構造体の重要な利点
は、0MO8製造技術との互換性並びにフリンカー・ノ
イズの減少及び年月とともに安定性がよりゆっくりと減
少することでるる。後者の・2つの減少は、移動性の表
面電荷の減少によるものでめる。また、本発明によるツ
ェナー・ダイオードの構造体は、何かなる緩衝回路の必
要もないくらいに十分に低いダイナミック・インピーダ
ンスの特性を有している。
アバランシェ・ブレークダウン接合は、n+p+接合の
領域に近接する完全に含まれた表面下の部分である。こ
れにより、電流密度は、安全な値よりもざらに良い値に
容易に維持される。
〔本発明の実施例〕
本発明により製造されるツェナー・ダイオードの実施例
が第1図乃至第3図に示されている。簡明のために、こ
の説明は、理想化された構造についてなされている。第
1図は、平面図でるり、通常のCMO8製造プロセスで
用いられるような、マスクの輪郭を重ね合わせている。
第2図及び第6図は、第1図のライン2−2及び3−3
における断面図でるる。当業者は、この特定の実施例の
利点を認識し、直ちに、実際に実現されるような構造に
関係づけて考えるでろろう。不発明によるツェナー・ダ
イオード及びその他の半導体電子成分並びにそれらとと
もに用いられる回路が、半導体物質の基体即ち基板10
にアセンブルされる。
示されているように、基板10は、ここではnと示され
た所定濃度の負のドーパンMeドープでれた、実質的に
純粋なシリコンのウェハでるる。通常の半導体電子回路
のウェハ又はチップの製造において、本発明によるツェ
ナー・ダイオード構造体は、次のような一連のステップ
に組込まれる。
即ち、このステップは、当業者が容易に決定するような
、不発明による半導体回路成分及びその他のトランジス
タ装置についての一連のステップと同じものでるる。通
常のように、ここでばpと示きれた反対導電型の半導体
物質が、基板10の土に付着され、基板10の主表面か
ら所定の深ざまで、通常の゛p−井戸”12を形成する
ために、拡散される。このp−井戸12は、一般に、長
い矩形形状であり、N−チャンネルFETについてのス
テップと同じステップで拡散でれる。ツェナー・タイオ
ード構造体についてのこの一連のステップにおける次の
ステップは、第1の領域12から離された2つの細長い
領域14及び16におけるように、ここではn十タイプ
に示された最初の半導体導電型のエンハンスされた半導
体物質を同時拡散し、そして、前記井戸の所定の深さの
3分の2程度の所定の深さまで侵入させることでるる。
p+動物質るる中央に位置した拡散領域18が、前記の
2つの領域14及び16の所定の深さと同じ程度の深さ
まで、p−井戸12中に拡散される。
n+動物質層が、井戸の深場の4分の1s度の深σまで
、中央の拡散領域18及びp−井戸12の一部分の上に
、2つの領域14及び16の間で、好ましくハ、イオン
注入により形成でれる。中央に位置した拡散領域から結
果として生じる領域18の上の部分は、拡散されたp十
物質から反対導電型の半導体物質の拡散きれたN+領領
域変換嘔れる。そして、ツェナー・ダイオードのpn接
合+ が、p’  領域18とn++域20との間の隣接する
面領域に位置する。この面領域は、大きいので、電流密
度は、比較的小でい。p+n+接合全体は・主表面11
の全く真下にるる。なお、22及び240部分は電極で
める。
当業者は、熟知している寸法で、本発明によるツェナー
・ダイオード構造体を製造することになるでろろうが、
幾つかの典型的な寸法が、以下の表1に示されている。
衣 1 基板10(深さ−1,5mm)    1150ミクロ
ン陰極領域20(ツェナー接合    0.5ミクロン
における深さ) 陽極領域12(表面下の深さ)1.5ミクロン井戸12
(表面において)    36X10ミクロン陰極領域
20(表面において)   26X26ミクロン陽極領
域18(ツェナー接合   20X20ミクロンにおい
て) 上に示しタツエナー・ダイオードが、以下の表Hに与え
られ元濃度で形成でれた。
表 ■ 基板10 ヒ素ドープされたシリコン    10/c
rn陽極領域18 ホウ素ドーパント       1
0/cf−陰極領域20 ヒ素ドーパント      
 10/cIn当業者は、p物質をn物質に交換するこ
とにより反対の導電性で、そして拡散よりもむしろイオ
ン注入による転換で、本発明によるツェナー・ダイオー
ドを製造できることは理解σれるべきでめる。
第4図は、不発明によるCMO8IC装置の主表面下の
深さに関係付けられた、ドーピングUtを衣わすグラフ
でるる。直線50は、基板濃度の基準レベルを衣わす。
曲線52Fi、p−井戸の中央から下のプロフィールを
表わす。曲線54n、+ p プロフィールを表わし、一方、曲線56は、+ n プロフィールヲ表わす。アバランシェ・ブレークダ
ウンは、交差地点58によ・カ表わ嘔れた濃度で起きる
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明によるツェナー・ダイオードの実施例
の平面図でメジ、第2図及び第4図は、この実施例の断
面図でるる。第4図は、不発明による装置についての主
表面下のドーピング濃度プロフィールを表わすグラフで
るる。 10・・・・半導体基板、12・・・・p−井戸、14
、十 16・・・・n 拡散領域、18・・・・p+中中央拡
散領 域、20・・・・n 拡散領域。 出願 人 インクi六ショカル・ビジネス・マシーンズ
・コ−=gレージ田ン−m−w       ? Φ 手  続  補  正  書 (方式)%式% 1、事件の表示 昭和57年 特許願 第155301、発明の名称 ツェナー・ダイオード 五補正をする者 事件との関係  特許出願人 住 所 アメリカ合衆国10504、ニューヨーク州ア
ーモンク(番地なし) 4、代理人 住 所 郵便番号 106 東京都港区六本木−丁目4番34号 第21森ビル 日本アイ・ビー・エム株式会社内 6、補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 Z 補正の内容 明細書第14頁第10行「4」を「3」と補正する。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型の半導体基体と、前記基体の表面から
    所定の深さに形成された第2導電型の第1拡散領域と、
    前記第1拡散領域の中央に前記表面から前記所定の深さ
    よシも浅い深さに形成された前記第1拡散領域よシも高
    不純物濃度でるる第2導電型の第2拡散領域と、前記第
    2拡散領域の上に前記表面から形成でれた第1導電型の
    第3拡散領域と、を含むツェナー・ダイオード。
  2. (2)前記第3拡散領域が、前記第1拡散領域に近接し
    て前記表面から形成された第1導電型の接点用拡散領域
    を有している、特許請求の範囲第(1)項記載のツェナ
    ー・ダイオード。
JP57155301A 1981-12-22 1982-09-08 ツエナ−・ダイオ−ド Pending JPS58111378A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US333547 1981-12-22
US06/333,547 US4441114A (en) 1981-12-22 1981-12-22 CMOS Subsurface breakdown zener diode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS58111378A true JPS58111378A (ja) 1983-07-02

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ID=23303261

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57155301A Pending JPS58111378A (ja) 1981-12-22 1982-09-08 ツエナ−・ダイオ−ド

Country Status (4)

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US (1) US4441114A (ja)
EP (1) EP0082331B1 (ja)
JP (1) JPS58111378A (ja)
DE (1) DE3278657D1 (ja)

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