JPS5913378A - ツエナ−ダイオ−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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、バイポーラＩＣなどで使用され、特に超低
電流領域でノイズを低減させるようにしたツェナーダイ
オードに関する。

〔発明の技術的背景〕

一般にツェナーダイオードにおけるブレークダウン現象
には、アバランシェブレークダウンによるものと、ツェ
ナーブレークダウンによるものとがある。５ｖ以下のブ
レークダウン電圧を有するツェナーダイオードでは、ツ
ェナー現象が支配的となｊｌ）、５Ｖ以上のブレークダ
ウン電圧を有するものでは、アバランシェ現象がより支
配的となる。バイポーラＩＣにおいて一般的によく使用
されるツェナーダイオードは、そのブレークダウン電圧
が５〜ＩＯＶ程度であシ、アバランシェ現象が支配的で
ある。

このアバランシェ現象は、ツェナーダイオードにおける
ＰＮ接合に印加する逆バイアス電圧を徐々に増加させて
いくと、ある時点で逆方向電流が急激に増大する現象と
して観測される。

そのアバランシェ現象における電圧電流特性は、通常な
だれ効果と呼ばれるように、ブレークダウンの発生し始
めた段階において負性抵抗領域を有し、このとき、ツェ
ナーダイオードは負性抵抗性のノイズを発生する。

このノイズの特性は、例えば第１図に曲線Ａで示すよう
なもので、ツェナー電流密度に対し、いくつかのピーク
を有する。これらのピークの発生は、ＰＮ接合のＰ領域
およびＮ領域のいずれか低濃度側の領域における高濃度
部分の結晶構造に依存するといわれる。すなわち、ブレ
ークダウンの発生初期（超低電流領域）におけるノイズ
の発生状態は、低濃度側の領域の不純物濃度分布および
結晶構造の乱れさらに結晶欠陥に対し、非常に敏感であ
る・ また、ＰＮ接合のＰ領域とＮ領域のいずれか低濃度側の
領域においてブレークダウン電圧力決定され、ブレーク
ダウンが発生し始めるもので、ブレークダウンによる電
流が増加するにつれブレークダウンを起こしている領域
（ブレークダウン領域）が徐々に低濃度部位に向けて成
長するようになる。

第２図〜第４図は、それぞれバイポーラＩＣなどにおけ
る従来のツェナーダイオードの代表的な構造を示すもの
である。第２図は一般に７〜ＩＯＶのブレークダウン電
圧を得るだめのもので、Ｐ形の半導体基板１ノに形成さ
れたＮ−エヒＩ　＝￥−シャル層１２に対し、アイソレ
イションＰ＋領域Ｊ３を形成し、このアイソレイション
Ｐ＋領域１３に四重れた島状のＮ−エピタキシャル層１
２ヘペースＰ拡散領域１４を形成する。そして、Ｎ−エ
ピタキシャル層１２に上記ペースＰ拡散領域１４と重な
る部分が形成されるようにエミッタＮ境散領域１５を拡
散する。ここで、ペースＰ拡散領域１４がツェナーダイ
オードのアノード側となシ、エミッタＮ−騒散領域１５
がカソード＠ｌｌとなるもので、図中、１６．１７はそ
れぞれ、アノード電極、カソード電極の接続されるコン
タクトホールである。

第３図に示したものは、６〜７ｖ程度のブレークダウン
電圧を得るためのもので、第２図のツェナーダイオード
と同様にＮ−エピタキシャル層１２に形成されたペース
Ｐ拡散領域１４にさらに高濃度のＰ“領域１８を形成し
、とのＰ１拡散領域１８とこの後拡散形成するエミッタ
Ｎ拡散領域１５とのＰＮ接合部をツェナーダイオードと
するものである。

第４図に示すものは、約５〜６Ｖのブレークダウン電圧
を得るため゛のもので、Ｐ形の半導体基板１１にＮ゛一
連層１９を設け、Ｎ−一地層１９ヲ含ｂ　Ｎ−エピタキ
シャル層１２の表面よりＮ増地層１９に達するディープ
Ｐ１拡散領域２０を拡散形成し、さらにその上よシペー
スＰ拡散を施してペースＰ拡散領域１４を形成する。そ
して、ディープｐ＋Ｊ広散領域２０とＰＮ接合部が形成
されるようにエミッタＮ境散領域１５を拡散形成したも
のである。

上記のような構造の従来のツェナーダイオードにおける
エミ、りＮ１拡散領域１５は、１０２１個／６ｎ３オー
ダーの不純物濃度を有し、これはＰ領領域すなわち第２
図の場合にはペースＰ拡散領域１４、第３図の場合には
ｐ＋ｇ散領域１８、第４図の場合にはディープｐ＋ｇ散
領域２０よシも高い濃度である。従ってツェナーダイオ
ードのブレークダウン電圧はこれらＰ領領域の不純物濃
度で決定される。

さらに、このＰ領領域の不純物濃度分布であるが、これ
らのＰ領領域はいずれもＮ−エピタキシャル層１２表面
上シネ純物を拡散して形成されたものであるため、その
表面において最も不純物濃度が高く、深さ方向に進む釦
つれ濃度は低くなっている。

また、いずれのエミッタＮ”ＩＡ散領領域１５上記のＰ
領領域よシ浅く拡散されておシ、エミッタ拡散領域１５
はあたかもこれらのＰ領領域に浮かぶ船と同様の構造上
の関係がある。従って、ブレークダウンの成長過程を考
えると、ブレークダウンが発生し始めた超低電流領域の
時点では、エミッタＮ拡散領域１５の船の喫水線付近の
みのＰＮ接合面でブレークダウンが発生しておシ、ブレ
ークダウン電流が増加するにつれ、水面下を船の側面に
沿い船底部に向って広がっていくようにブレークダウン
領域が拡大する。

々お、第２′図〜第４図には初期のプレークダウンの発
生する領域２１を斜線で示しである。

〔背景技術の問題点〕

このように、従来のツェナーダイオードは、ブレークダ
ウンがＮ−エピタキシャル層表面のＰＮ接合部のＰ側領
域から発生する構造となっており、またとのＮ−エピタ
キシャル層表面付近には一般的に結晶構造の乱れ、結晶
欠陥などが高い密度で存在する。このため、特にブレー
クダウンが発生し始めるときに、第１図の曲線Ａのピー
クで示すようなノイズを発生するものであった。

〔発明の目的〕

この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、特に
超低電流領域でのノイズの低減されたツェナーダイオー
ドを提供しようとするものである。

〔発明の概要〕

すなわち、この発明に係るツェナーダイオードはＮ−エ
ピタキシャル層下にＮ１埋込層を形成し、とのＮ−エピ
タキシャル層内にＮ惜地層と連結し第１のＮ１領域の真
上にあたるＮ−エピタキシャル層の表面よＪＰ形不純物
を拡散して、Ｎ−エピタキシャル層に埋め込まれる状態
で、ツェナーダイオードのＰＮ接合部を形成し、さらに
上記のＮ−エピタキシャル層表面よ＃）Ｎ１埋込層に達
する導出端子部となる第２ＯＮ１領域を形成するように
したものである。

〔発明の実施例〕

以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。第
５図は形成過程と共にその構造を示す図で、まず、（ａ
）図に示すように、Ｐ形不純物をドープした半導体基板
１１に対し、Ｎ＋ｇ散を施してＮ−１込層２２を形成す
る。次に、（ｂ）図に示すように、低濃度のＮ形不純物
を含むＮ−エピタキシャル層１２を気相成長させ、この
Ｎ−エピタキシャル層１２に対し、アイソレイシ璽ノＰ
拡散を行なって、アイソレイションＰ−１散領域１３を
形成し、このアイソレイシロンＰ゛騒散領域１３で囲ま
れる島状のＮ′″エピタキシャル層１２を設定する。

次に、（Ｃ）図で示すようにこのＮ−エピタキシャル層
１２に対し、２ケ所の拡散窓よりディージＮ１拡散を施
し、Ｎ１埋込層２２に連結する第１および第２のＮ１領
域２３＆、２３ｂをそれぞれ形成する。

さらに、（ｄ）図で示すように、第１ＯＮ１領域２３＆
の上表部を囲むように、高濃度のＰ”Ｋ散を行にい、Ｐ
１拡散領域２４を形成する。そして、アノード用のコン
タクトホール１６、カソード９用のコンタクトホール１
７をＰ”！散領域２４および第２ＯＮ”ＩＪ域２３ｂに
それぞれ設け、アノード電極およびカソード９用をノＱ
ターニンクシて、ツェナーダイオードを構成する。

上記のようにして形成されたツェナーダイオードにおい
ては、一連の第１のＮ”ｌＪ域２３ａ・Ｎ１埋込層２２
および第２ＯＮ１領域２３ｂ力（ツェナーダイオードの
カソード部となシ、一方　ｐ＋拡散領域２４がアノード
部となる。そして、このツェナーダイオードのＰＮ接合
部２５は、（ａ）図の斜線で示すＰ１拡散領域２４の底
部に形成さ°れる。そして−この底部の中央部がよシネ
細物濃度が高いため、この中央部よυブレークダウンが
発生し、徐々に周囲に広がってゆくようになる。

す々わち、Ｎ−エピタキシャル層１２の表面部には、初
期ブレークダウンの生じるＰＮ接合部が形成されず、従
ってＮ−エピタキシャル層１２表面付近の結晶構造の乱
れ、結晶欠陥などが原因とされるツェナーダイオードの
超低電流領域におけるノイズの発生を低減することがで
きる。

なお、上記例の典型的なブレークダウン電圧は、５〜７
■である。

第６図（、）〜（ｄ）は他の実施例を製造過程と共に説
明するものである。この場合は、およそ７〜２０Ｖのブ
レークダウン電圧を得られるもので、まず、（、）図に
示すようにＰ形不純物のドープされた半導体基板１１に
Ｎ噴散を施し、Ｎ増地層２２を形成する。そして、この
Ｎ＋Ｊｌｌ込層２２地層部分にさらにＮ形不純物の拡散
を行ない、Ｎ４−＋埋込部２６を形成する。このＮ＋＋
埋込部２６に拡散させるＮ形不純物はＮ＋Ｈ込層２クに
拡散する不純物よりも拡散係数の大きいものを選定して
おく。

次に、（ｂ）図に示すようにＮ形不純物を含むＮ−エピ
タキシャル層１２を気相成長させる。そして、このＮ−
エピタキシャル層１２に対し、アイソレイションＰ惜敗
を行ないアイソレイションＰ１領域１３で四重れた島状
のＮ−エピタキシャル層１２を形成する。このアイソレ
イションＰ１拡散工程は、一般に高温長時間に渡り行な
われるもので、そのため、先に埋め込み形成されたＮ＋
＋埋込埋込部内６内散速度の速いＮ形不純物がＮ−エピ
タキシャル層１２へしみ出し、第１ＯＮ１領域２７を形
成する。

次に、（Ｃ）図に示すようにＮ−エピタキシャル層１２
表面に、上記第１のＮ１領域２７の真上を避けて拡散窓
を設け、ディープＮ−１散を施し、第２ＯＮ１領域２８
を拡散形成する。これは、上記Ｎ１埋込層２２に達する
ように形成するもので、このディープＮ拡散工程中にも
第１のＮ増域２７は広がる。

このようにして、第１のＮｊ頁域２７、Ｎ１埋込層２２
および第２のＮ１領域２８とによる一連の連結した高濃
度Ｎ影領域を形成した後、（ｄ）図に示すように、第１
のＮ１領域２７の真上よりＰ形不純物を拡散してｐ＋ｚ
散領域２９を形成する。

この領域２９は、ツェナーダイオードのアノード領域と
なるところで、アノード電極用のコンタクトホール１６
にアノード電極を、第２のＮ＋領域２７のカソード用の
コンタクトホール１７にカソード電極をそれぞれ設ける
。

このようにしても、ツェナーダイオードのＰＮ接合部３
０は、Ｎ−エピタキシャル層１２表面には形成されずに
、（ｄ）図の斜線部で示す部分、すなわちｐ＋ｇ散領域
２９の底部にあたる部分に形成される。そして、前実施
例と同様に、ＰＮ接合部３０の不純物濃度の高い中央部
よりブレークダウンが発生し、上記Ｐ惜敗領域２９の底
部を沿うようにブレークダウンが広がる。

従って、前記したように、Ｎ−エピタキシャル層１２表
面の結晶格子欠陥や乱れの影響を低減することができ、
初期ブレークダウン時のノイズの発生を抑えられる。

なお、第１図に、この発明によるツェナーダイオードの
ノイズ特性Ｂを、従来の代表的なツェナーダイオードの
ノイズの曲線Ａと対比して示した。この図で一見してわ
かるように、従来のツェナーダイオードに比らべ、はる
かにノイズ特性が改善される。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、Ｐ形の半導体基板にＮ
＋埋込層を形成し、上記半導体基板上に形成されたＮ−
エピタキシャル層にＮ１埋込層と連結した第１および第
２のＮ１領域を形成し、アノード電極が接続され第１の
Ｎ１領域とＰＮ接合部を有するようなＰ１領域を、例え
ば第１のＮ１領域の真上にあたるＮ−エピタキシャル層
表面よシ拡散形成し、一方第２ＯＮ＋ＩＪ域を、カソー
ド用電極が接続されるようにして、ＰＮ接合部をＮ−エ
ビタキシャル層内に形成することにより、Ｎ−エピタキ
シャル層表面の結晶欠陥や結晶格子の乱れの悪影響を防
ぐことができ、ブレークダウン発生初期の超低電流領域
におけるノイズの低減されたツェナーダイオードを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はツェナーダイオードの超低電流領域におけるノ
イズ特性を示す図、第２図、第３図および第４図はそれ
ぞれ従来のツェナーダイオードの構造を示す模式図、第
５図（、）〜（ｄ）はこの発明の一実施例に係るツェナ
ーダイオードの構造をその製造過程と共に説明する図、
第６図（、）〜（ｄ）はこの発明の他の実施例を製造過
程と共に説明する図である。 １１・・・半導体基板、１２・・・Ｎ−エピタキシャル
層、７　ｙ　、　ｚ　ｚ−ｐｑ１埋込層、２３ｇ、２７
・・・第１ＯＮ“領域、２３ｂ、２Ｂ・・・第２のＮ１
領域、２４．２９・・・Ｐ１拡散領域、２５．３０・・
・ＰＮ接合部、２６・・・Ｎ　埋込部。 第１図 第５図 ９り

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｐ形不純物のドープされた半導体基板と、この半導体基
   板に形成され九Ｎ１埋込層と、上記Ｐ形の半導体基板全
   面に成長形成され九Ｎ−エピタキシャル層と、上記Ｎ−
   −地層に連結し上記Ｎ−エピタキシャル層内に形成され
   た第１ＯＮ１領域と、上記Ｎ−工ぎタキシャル層内で上
   記第１のＮ１領域とＰＮ接合部を形成するＰ１領域と、
   このＮ−エピタキシャル層表面よシ上記Ｎ１埋込層に達
   するよう形成された導出端子部となる第２ＯＮ１領域と
   を具備したことを特徴とするツェナーダイオード。