JPS6057668A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS6057668A JPS6057668A JP59155706A JP15570684A JPS6057668A JP S6057668 A JPS6057668 A JP S6057668A JP 59155706 A JP59155706 A JP 59155706A JP 15570684 A JP15570684 A JP 15570684A JP S6057668 A JPS6057668 A JP S6057668A
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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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/36—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the concentration or distribution of impurities in the bulk material
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- 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
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体装置、特に過電圧抑制装置として作用
する３接合構造の２端子型半導体装置に関するものであ
る。
する３接合構造の２端子型半導体装置に関するものであ
る。
過電圧抑制装置は、回路が一時的又は永久に高電圧にさ
らされて損傷するのを防止する必要がある場合に特に用
いられる回路部品である。この回路部品は、理想的には
常規作動状態のもとでは開放回路として作動すると共に
その端子に印加される電圧が予定値（作動電圧）以上に
なると短絡回路として作動する。
らされて損傷するのを防止する必要がある場合に特に用
いられる回路部品である。この回路部品は、理想的には
常規作動状態のもとでは開放回路として作動すると共に
その端子に印加される電圧が予定値（作動電圧）以上に
なると短絡回路として作動する。
既知の３接・金型半導体装置を第１図に断面で示す。こ
の半導体装置は、ｐ導電型の単結晶珪素基板１上にｎ導
電型特性を呈する不純物をドープした珪素のエピタキシ
ャル層２を成長させ、このエピタキシャル層２内に通常
のプレーナ処理を用いる拡散処理によってｐ導電型の円
形領域３を形成することにより構成する。
の半導体装置は、ｐ導電型の単結晶珪素基板１上にｎ導
電型特性を呈する不純物をドープした珪素のエピタキシ
ャル層２を成長させ、このエピタキシャル層２内に通常
のプレーナ処理を用いる拡散処理によってｐ導電型の円
形領域３を形成することにより構成する。
次いで第１図の構体の領域３内にｎ導電型特性を呈する
不純物を拡散して円形領域４を形成と、これによりｐｎ
ｐｎ構体を得るようにする。領域３及び４の表面部分に
金属層５をオーｌ、接触させこれにより半導体装置のエ
ミッタＭｉｒｒｉ了−を構成すると共に基板ｌに金属層
６をオーム接触させ、これにより半導体装置のコレクク
α；ル：子を構成する。゛１′導体装置のこれら金属接
点区１成り外の表面を二酸化１１素層７により被覆する
。
不純物を拡散して円形領域４を形成と、これによりｐｎ
ｐｎ構体を得るようにする。領域３及び４の表面部分に
金属層５をオーｌ、接触させこれにより半導体装置のエ
ミッタＭｉｒｒｉ了−を構成すると共に基板ｌに金属層
６をオーム接触させ、これにより半導体装置のコレクク
α；ル：子を構成する。゛１′導体装置のこれら金属接
点区１成り外の表面を二酸化１１素層７により被覆する
。
第１図に示す半導体装置の構体の作動は、第３図に示す
等価回路から明らかである。第３図において、叶ｎ ト
ランジスタ１１（２のエミ・ツタ１０は構体の領域４に
相当し、トランジスタ′ｌ’ １１２ のベース１１お
よびｐｎρ トランジスタ’ｌ’ Ｒｌ のコレクタ１
５は構体の領域３に相当し、トランジスタ’ｌ’ ｌ（
２の−く−ス１１及びエミッタ１０間の抵抗Ｒは領域３
及び４の接合とエミッタ接点５との間の分梢１抵抗を示
し、トランジスタ゛１゛Ｒ２のコレクタ１２およびトラ
ンジスタ′１１（１のベース１４は構体の領域２に相当
し、トランジスタ］用（１のエミッタ１３は横４本の領
Ｉ或１に相当する。
等価回路から明らかである。第３図において、叶ｎ ト
ランジスタ１１（２のエミ・ツタ１０は構体の領域４に
相当し、トランジスタ′ｌ’ １１２ のベース１１お
よびｐｎρ トランジスタ’ｌ’ Ｒｌ のコレクタ１
５は構体の領域３に相当し、トランジスタ’ｌ’ ｌ（
２の−く−ス１１及びエミッタ１０間の抵抗Ｒは領域３
及び４の接合とエミッタ接点５との間の分梢１抵抗を示
し、トランジスタ゛１゛Ｒ２のコレクタ１２およびトラ
ンジスタ′１１（１のベース１４は構体の領域２に相当
し、トランジスタ］用（１のエミッタ１３は横４本の領
Ｉ或１に相当する。
上述した半導体構体の電極５及び６間に正電圧−１−Ｖ
を印加すると領域２及び３の＋８−合８に電界Ｅを発生
し、この電界によって接合８に隣接する領域の多数キャ
リアを空乏状態（空乏層）とし、その結果接合自体の近
くに空間電荷を発生ずる。この正の電圧十■を成る値に
して電界Ｅが、接合を形成する領域の物理的及び幾何学
的特性により決まる臨界値以上となるようにすると、こ
の空乏区域になだれ降服と称される連鎖反応が起り、こ
れにより接合自体を電流が急激に通過するようになる。
を印加すると領域２及び３の＋８−合８に電界Ｅを発生
し、この電界によって接合８に隣接する領域の多数キャ
リアを空乏状態（空乏層）とし、その結果接合自体の近
くに空間電荷を発生ずる。この正の電圧十■を成る値に
して電界Ｅが、接合を形成する領域の物理的及び幾何学
的特性により決まる臨界値以上となるようにすると、こ
の空乏区域になだれ降服と称される連鎖反応が起り、こ
れにより接合自体を電流が急激に通過するようになる。
この効果を作動の観点から説明するために第３図の等価
回路に、半導体構体の領域３であるトランジスタＴ Ｒ
２のベース１１と、構体の領域２であるトランジスタＴ
Ｒ２のコレクタ１２との間にンエナータイオードＤｚを
設ける。
回路に、半導体構体の領域３であるトランジスタＴ Ｒ
２のベース１１と、構体の領域２であるトランジスタＴ
Ｒ２のコレクタ１２との間にンエナータイオードＤｚを
設ける。
かがる状態のもとでは半導体装置の２個の電極５及び６
間に電流が流れるようになる。その理由は両トランジス
タＴＲＩ 及びＴＲ２が導通状態にあるからである。
間に電流が流れるようになる。その理由は両トランジス
タＴＲＩ 及びＴＲ２が導通状態にあるからである。
プレーナ接合を半導体表面で第１図の層７のように二酸
化珪素の絶縁層により保護する場合には、絶縁層に干渉
電荷が存在するため上記表面になだれ降服が発生ずるこ
とは既知である。これらの結果により珪素基板の表面近
くに空乏層を制限し、従って接合の降服電圧を減少する
必要がある。Ｙこの減少の繰返しによって逆バイアスさ
れた１ａ合の特・性に悪影響を与えると共にその降服電
圧を変更するようになることも既知である。
化珪素の絶縁層により保護する場合には、絶縁層に干渉
電荷が存在するため上記表面になだれ降服が発生ずるこ
とは既知である。これらの結果により珪素基板の表面近
くに空乏層を制限し、従って接合の降服電圧を減少する
必要がある。Ｙこの減少の繰返しによって逆バイアスさ
れた１ａ合の特・性に悪影響を与えると共にその降服電
圧を変更するようになることも既知である。
上述した減少を軽減するためには４（ｉ域３及び４の表
面部分とオーム接触する第１１ス１の構体の金属層５を
絶縁層７上全体に亘り延在させて領域２０）部分を金属
層５により被覆しく！ｊるようにする。、電極５及び６
間に印加する電圧が第３図に示ず′□、ｔｉ価回路に示
される極性を有する場合に通常フィールドプレートと称
される上記の延在金属層は１．１れを適宜設計して実際
王二酸化珪素層７の表面から蓄積電荷を除去すると共に
一゛酸化」１素ｈ′・・１のイ（曲及びその下側の珪素
表面を同電位とし、その結果上記表面には降服が起こら
ないで接合８の内側１１１４分に高電圧で降服が生じる
ようにする。乃（ここの降服は、他の現象を含まない場
合、接合の最大面・オ′の表面に装置の寿命を安定に保
持する電圧で発生する。しかし、この電圧は製造パラメ
ータの変化のため、設計段階で正確に規定することはで
きない。
面部分とオーム接触する第１１ス１の構体の金属層５を
絶縁層７上全体に亘り延在させて領域２０）部分を金属
層５により被覆しく！ｊるようにする。、電極５及び６
間に印加する電圧が第３図に示ず′□、ｔｉ価回路に示
される極性を有する場合に通常フィールドプレートと称
される上記の延在金属層は１．１れを適宜設計して実際
王二酸化珪素層７の表面から蓄積電荷を除去すると共に
一゛酸化」１素ｈ′・・１のイ（曲及びその下側の珪素
表面を同電位とし、その結果上記表面には降服が起こら
ないで接合８の内側１１１４分に高電圧で降服が生じる
ようにする。乃（ここの降服は、他の現象を含まない場
合、接合の最大面・オ′の表面に装置の寿命を安定に保
持する電圧で発生する。しかし、この電圧は製造パラメ
ータの変化のため、設計段階で正確に規定することはで
きない。
更に半導体装置の２個の電極５及び６を導通させるため
に必要なよろに、第１図に示す構体の領域１及び３間を
導通させるために、製造パラメータ、ｆｊｒにエピタキ
ンヤル層２の固有抵抗及び厚さを適宜選定してなだれ降
服による接合８の導通が生じ得ないようにすることがで
きることも既知である。その理由はこれが半導体構体の
動作条件を変更する他の現象によっても起り得るからで
ある。
に必要なよろに、第１図に示す構体の領域１及び３間を
導通させるために、製造パラメータ、ｆｊｒにエピタキ
ンヤル層２の固有抵抗及び厚さを適宜選定してなだれ降
服による接合８の導通が生じ得ないようにすることがで
きることも既知である。その理由はこれが半導体構体の
動作条件を変更する他の現象によっても起り得るからで
ある。
突抜け（パンチスルー）効果として既知のこの現象は、
領域１及び２間に形成される接合の空乏区域が領域３に
より囲まれた全エビクキシャル層上に領域１及び３間を
短絡せ、しめる程度まで延在する場合に発生ずる。しか
しこの場合にも製造パラメータの変化により動作電圧を
設計段階で正しく規定することはできない。
領域１及び２間に形成される接合の空乏区域が領域３に
より囲まれた全エビクキシャル層上に領域１及び３間を
短絡せ、しめる程度まで延在する場合に発生ずる。しか
しこの場合にも製造パラメータの変化により動作電圧を
設計段階で正しく規定することはできない。
本発明の目的は過電圧抑圧装置として作動するように設
計され、動作電圧を設計の段階で正しく規定しく司る２
端子型半導体装置を提供せんとするにある。
計され、動作電圧を設計の段階で正しく規定しく司る２
端子型半導体装置を提供せんとするにある。
本発明は半導体材料のチップに形成される３１８合構体
の２）端子型半導体装置であって、このチップの第１主
面により囲まれた第１導電型（１））のノ１（板と、こ
の基板上に位置し前記チップの第２主面により囲まれた
第２導電型（］ｌ）の層と、［）ＩＪ記第２主面上に延
在する絶縁＋」料の層と、第？主曲から前記第２導電型
の層内に延在する第１導電型（ＩＯの第１領域と、前記
第２主面から第１領域内に延在する第２導電型（ｎ）
の第？領域と、前記；：ｆ！ ｌ −を面で前記基板と
オーム接触する第１金“属層と、前記絶縁層にあけた開
口を経て前記第２主面の１部分上に延在して前記第１４
１ｊ域及びブ）２領域と詞−ム接触すると共に前記絶縁
層１１に延在して前記７１領域の輪郭に沿い前記第２導
電型の層の１部分を被覆する第２金属層とを具えるもの
におい−Ｃ１前記第２導電型（ｎ） の層は、前記第１
領域にＩＩＪＩ ｌａし、層の残部よりも高い不純物濃
度の７！；なくとも１個の区域を具え、この区域を、第
２領域と対向していない第１領域との境界の部分に位置
させるようにしたことを特徴とする。
の２）端子型半導体装置であって、このチップの第１主
面により囲まれた第１導電型（１））のノ１（板と、こ
の基板上に位置し前記チップの第２主面により囲まれた
第２導電型（］ｌ）の層と、［）ＩＪ記第２主面上に延
在する絶縁＋」料の層と、第？主曲から前記第２導電型
の層内に延在する第１導電型（ＩＯの第１領域と、前記
第２主面から第１領域内に延在する第２導電型（ｎ）
の第？領域と、前記；：ｆ！ ｌ −を面で前記基板と
オーム接触する第１金“属層と、前記絶縁層にあけた開
口を経て前記第２主面の１部分上に延在して前記第１４
１ｊ域及びブ）２領域と詞−ム接触すると共に前記絶縁
層１１に延在して前記７１領域の輪郭に沿い前記第２導
電型の層の１部分を被覆する第２金属層とを具えるもの
におい−Ｃ１前記第２導電型（ｎ） の層は、前記第１
領域にＩＩＪＩ ｌａし、層の残部よりも高い不純物濃
度の７！；なくとも１個の区域を具え、この区域を、第
２領域と対向していない第１領域との境界の部分に位置
させるようにしたことを特徴とする。
図面につき本発明を説明する。
本発明半導体装置の１例を第２図に示す。図中第１図に
示す構成素子と同−ｒ：：＋＜分には同一符号を附して
示す。本発明では領域２の１部分上までエミック電極５
′を延在させて上述したフィールドプレート（第１図に
は示されていない）を得るようにする。また、ｐ導電型
の領域３を拡散する前にｎ導電型ｑ＋４４性を呈する不
純物、例えば燐をリング形状にイオン注入して領域２内
に局部的にｎ型の高濃度領域を形成する。次に形成する
領域３のｐ型不純物濃度がきわめて高いため拡散領域３
内に位置するイオン注入区域の導電型が反転する。
示す構成素子と同−ｒ：：＋＜分には同一符号を附して
示す。本発明では領域２の１部分上までエミック電極５
′を延在させて上述したフィールドプレート（第１図に
は示されていない）を得るようにする。また、ｐ導電型
の領域３を拡散する前にｎ導電型ｑ＋４４性を呈する不
純物、例えば燐をリング形状にイオン注入して領域２内
に局部的にｎ型の高濃度領域を形成する。次に形成する
領域３のｐ型不純物濃度がきわめて高いため拡散領域３
内に位置するイオン注入区域の導電型が反転する。
設３１パラメータを適宜選定して第２図に示すように領
域２の導電型よりも充分高い導電型を有し、領域２内に
わずかではあるが突出するＮ型区域９が形成されるよう
にする。特にイオン注入量およびエネルギーを適宜計算
して接合の最大曲率表面から降服が生ずる場合に存在し
且つ設計段階て正しく規定し得る電圧よりも低い電圧で
区域９に接合８の降服が発生し得るようにする。
域２の導電型よりも充分高い導電型を有し、領域２内に
わずかではあるが突出するＮ型区域９が形成されるよう
にする。特にイオン注入量およびエネルギーを適宜計算
して接合の最大曲率表面から降服が生ずる場合に存在し
且つ設計段階て正しく規定し得る電圧よりも低い電圧で
区域９に接合８の降服が発生し得るようにする。
この高濃度区域は、エミッタ領域４に対し側部に、即ち
半導体装置の主電流通路の外側に位置する接合８の部分
に没ける必°）ヨがある。
半導体装置の主電流通路の外側に位置する接合８の部分
に没ける必°）ヨがある。
上述した本発明による半導体装置の作動は第３図に示す
等価回路から明らかである。第３図においてツェナーダ
イオ−）［）Ｚの陽極１６は領域３に相当し、陰極１７
は高濃度区域９に相当する。
等価回路から明らかである。第３図においてツェナーダ
イオ−）［）Ｚの陽極１６は領域３に相当し、陰極１７
は高濃度区域９に相当する。
本発明は上述した例にのみ限定されるものではなく幾多
の変更を加えることができる。例えば高濃度区域９は第
２図に示すものとは異なる形状及び寸法とすることがで
き、且つ複数の個別の区域により構成することができる
。
の変更を加えることができる。例えば高濃度区域９は第
２図に示すものとは異なる形状及び寸法とすることがで
き、且つ複数の個別の区域により構成することができる
。
第１図は従来の３接合構造の２端子型半導体装置の構成
を示す拡大断面図、 第２図は本発明による３接合構造の２ 、）ｉ４ｉ子型
半導体装置の構成を示す拡大断面図、 第３図は従来及び本発明による半導体装置のＩＩ５定の
バイアス状態における等価回路図である。 １ ・１１（板 ２・・・第２導電型（［１）層３・第
１領域 ４・・・第２領域 ５．５′・・・ ブ！２金属層 ６・第１金属層７・・
・絶縁層 ８４．接合 ９・・・高濃度区域 １０・エミッタ（’ｌ’１１２）
［１・・・ベース（Ｔｌ１２） １２・コレクタ（ＴＲ
２）１３・・エミッタ（’ｌ’Ｒ１） １４・・ベース
（Ｔｌシ１）１ら・ コレクタ（ＴＲＩ） １６・・陽
極（［］Ｚ）１７・陰極（Ｄｚ） ＴＲ１，ＴＲＩ−）
テ７ジスタｌ］ｚ・・ツェナークイオード。
を示す拡大断面図、 第２図は本発明による３接合構造の２ 、）ｉ４ｉ子型
半導体装置の構成を示す拡大断面図、 第３図は従来及び本発明による半導体装置のＩＩ５定の
バイアス状態における等価回路図である。 １ ・１１（板 ２・・・第２導電型（［１）層３・第
１領域 ４・・・第２領域 ５．５′・・・ ブ！２金属層 ６・第１金属層７・・
・絶縁層 ８４．接合 ９・・・高濃度区域 １０・エミッタ（’ｌ’１１２）
［１・・・ベース（Ｔｌ１２） １２・コレクタ（ＴＲ
２）１３・・エミッタ（’ｌ’Ｒ１） １４・・ベース
（Ｔｌシ１）１ら・ コレクタ（ＴＲＩ） １６・・陽
極（［］Ｚ）１７・陰極（Ｄｚ） ＴＲ１，ＴＲＩ−）
テ７ジスタｌ］ｚ・・ツェナークイオード。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 半導体材料のチップに形成される３接合構体の２
端子型半導体装置であって、このチップの第１主面によ
り囲まれた第１導電型（ｐ）基板（１）と、この基板（
１）上に位置し前記チップの第２主面により囲まれた第
２導電型（ｎの層（２）と、前記第２主面上に延在する
絶縁材料の層（７）と、第２主面から前記第２導電型の
層（２）内に延在する第１導電型（ｐ） の第１領域（
３）と、前記第２主面から第１領域（３内に延在する第
２導電型（ロ）の第２領域（４）と、前記第１主面で前
記基板（１）とオーム接触する第１金属層り６）と、前
記絶縁層（７）にあけた開口を経て前記第２主面のＩＲ
骨分上延在して前記第１領域（３）及び第２領域（４と
オーム接触すると共に前記絶縁層（７）上に延在して前
記第１領域（３）の輪郭に沿い前記第２導電型の層（２
）の１部分を被覆する第２金属層（５，５′）とを具え
るものにおい−１前記第２導電型（ロ）の層（２）は、
前記第１領域（３）に隣接し、層（２）の残部よりも高
い不純物濃度の少なくとも１個の区域（９）を具え、こ
の区域（９）を、第２領域（４）と対向していない第１
領域（３）との境界のｇＩＳ分に位置さ−Ｕ−るように
したことを特徴とする半導体装置。 ）２． 第２導電型（ｎ） の層（２）を基板（１）
上にエビクキシャル成長により形成し、第１領域（：）
）及び第２領域（４）を拡散により形成して特許請求の
範囲１記載の半導体装置を製造するに） 肖り、第１領
域（３）の拡散前第２主面の１１′１１６分にイオン注
入法により第２導電型（ｎ） を！ｌ先する不純物を導
入し、この第２主面を経て第２領域（４）でなく第１領
域（３）の次の拡散を行い、この場合のパラメータを適
宜選定して） イオン注入領域が第１拡散領域（３）よ
りも深く且つこの第１領域（３）の外側に第２導電型（
ｎ） の領域を残存するようにしたことを１１１′徴と
する半導体装置の製造方法。
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