JPS6097671A - 複合半導体装置 - 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 本発明は複合半導体装置の構造に関するもので、特にト
ランジスタとツェナーダイオードの両方を具備したパワ
ー用半導体装置を提供することにある０ 従来例の構成とその問題点 パワートランジスタの許容電力損失は、通常、大きなも
のであるにもかかわらず、サージやスイッチング時の異
常電圧によってしばしば破壊することが知られている。

この破壊からパワートランジスタを保護するためにパワ
ートランジスタのコレクターベース間にツェナーダイオ
ードを挿入し。

異常電圧をクリップしたり、またその時のエネルギーを
ツェナーダイオードで吸収させる対策が講じられている
。

ツェナーダイオードを具備したパワートランジスタの構
造としては従来、第１図及び第２図に示す様な構造のも
のが知られている。第１図で示す構造の特徴はツェナー
ダイオードをパワートランジスタのベース領域内に独立
して形成したところにある。この場合ベース領域は低濃
度で拡散する事が必要で、第１図において、１はコレク
タ領域となる１型シリコン基板、２はＮ型シリコン基板
内へＮ型不純物を高濃度に拡散して形成した高濃度（Ｎ
、）コレクタ領域、３はＰ型のベース領域、４はＮＷの
エミッタ領域、５はＰ型不純物を高濃度に拡散して形成
したベースコンタクト用高濃度（Ｐ＋＋）領域、６はツ
ェナーダイオードのカソード領域となる高濃度（Ｎ　）
領域、７はＳ　ｉ　Ｏ２膜そして８，９，１０および１
１は電極、１２はリング状のチャネルしゃ新領域である
。

かかる構造を有する従来のパワートランジスタにおいて
は、ベース領域３を形成するにあたり、その不純物濃度
を低下させてツェナーダイオードの耐圧〜を必要値以上
としなければならない。因に。

ベース領域の不純物濃度を１×１ｏ　ｃＷＬ　以下にし
なくてはツェナーダイオードに必要な耐圧の絶対値（２
０ｖ以上）が得られない。

ところで、ベース領域を低濃度（１ｘ１ｏ　”ｃｍ　以
下）で形成するための不純物拡散のコントロールは、高
濃度（ＩＸｌｏ　ｃｍ　以上　）の不純物拡散のコント
ロールに比べ困難であるばかりｆ’ｉ：＜、ベース濃度
によってトランジスタの電流増巾率とツェナーダイオー
ドの耐圧の双方が決定されるため、性能面のコントロー
ルも困難である。また、ベース領域を低濃度で形成する
と、ベース電極形成に際して、このままでは接触抵抗を
下げることができず、このため追加の拡散を施すことに
よってベース電極を形成する直下のベース濃度を高濃度
（１×１ｏ１８Ｃｒｎ−３以上）にする必要がある。さ
らに、ツェナーダイオードがベース領域内へ作り込まれ
ているため、ツェナーダイオードの１端は必然的にベー
ス領”域と接続されるものの、他端をコレクタ領域へ接
続するための電極配線１１の形成が不可欠となり、製造
プロセスが複雑になり、これが歩留、能率の低下要因に
なるという不都合がある。

また、第２図で示す構造の特徴は、コレクタ領域１の１
部をベース領域内へ突出させるとともにこの突出部６ｏ
をツェナーダイオード形成用の領域として利用したとこ
ろにある。この構造では、ツェナーダイオードをトラン
ジスタのコレクタベース間に接続するため電極配線が全
く不要になるＯしかしながら、ベース電極形成時の接触
抵抗を低下させるための追加拡散が依然とし必要である
こと、さらに、トランジスタの電流増幅率とツェナーダ
イオードの耐圧の双方がベース濃度によって決定される
ため、性能面のコントロールが困難であることの問題も
依然として残る。また、この構造では、コレクタ領域部
分６ｏを形成するために製造プロセスが複雑にもなる。

発明の目的 本発明は、以上説明したツェナーダイオードを内蔵する
従来のパワートランジスタの問題点全排除することの出
来る複合半導体装置を提供せんとするものである〇 発明の構成 本発明の構造の特徴は縦型トランジスタとそれらのベー
ス領域に隣接しているコレクター領域の濃度を基板表面
側で高くし、かつ、この高濃度領域をトランジスタのエ
ミッタ領域より深くすることによって、ベース領域に隣
接するコレクター表面部に横型ツェナーダイオードを形
成したところにある。このような構造とすることによっ
てトランジスタとツェナーダイオードは分離した構造に
なり、各々の形成に際して相互に影響を及ぼすことのな
い製造処理を駆使することが可能となり、パワートラン
ジスタに要求される特性のコントロールが容易になる。

又製造プロセスの簡素化が可能になる。

実施例の説明 次に、本発明を実施例により詳細に説明する。

まず燐を添加したＮ型１ｏΩｃｍのシリコン基板（厚み
２００μｍ）１の片面から燐を拡散し、表面濃度１×１
ｏ　ｃｒｒＬ　、拡散深さ１５０μｍの高濃度（Ｎ　）
のコレクタ領域２を形成する（第３図ａ）。なお７はＳ
　ｉ０２膜である０次いでコレクター領域２の形成面と
は逆の面から、再び燐を拡散導入し、表面濃度２．５Ｘ
１０　ｃｍ　＋拡散深さ０．２μｍのＮ　層６を形成す
る（第３図ｂ）ｏその後ホトエツチングによってＮ　層
６の上の５ｉＯｚ膜７にベース拡散用の窓明けを行ない
、この窓を通してＰ型不純物であるボロンを選択的に拡
散することによって、表面濃度５Ｘ１０　ｃｆｆＬ　、
拡散深さ１０μｍのベース領域３を形成する。（第３図
ｃ）−その後、再び、ホトエツチングによってベース領
域上の５ｉ０２膜にエミッタ領域およびすング状のチャ
ネルしゃ新領域形成用の窓明を行な・い、これらの各窓
を通して燐を選択的に拡散することによって、表面濃度
２Ｘ１０　ｃｍ　＋拡散性さ８μｍのＮ＋　＋型エミッ
タ領域４およびチャネルしゃ新領域１２を形成する。な
お、ベース領域３はこのエミッタ領域４形成の熱処理段
階で、さらに深くなり、約１５μｍになる。トランジス
ターの形成に必要な以上の拡散工程が完了することで、
ベース領域に隣接した表面濃度２．５　×１０　ｃｍ拡
拡散さ１０μｍの鰐層６がツェナーダイオードのカソー
ド領域として形成される。

しかるのち、コレクター、エミッタならびにベースの各
領域に電極８．９．１０を形成することによってトラン
ジスターとツェナダイオードを有する本発明のパワート
ランジスターが形成される。

（第３図ｄ）かかる構造によるとパワートランジスター
は半導体基板面に対して垂直方向の構造（縦型）である
のに対して、ツェナダイオードは水平方向の構造（横型
）となる。しかも、表面の高濃度Ｎ　層６を深く拡散す
ることにより、ツェナーダイオードの動作時に電流分布
が拡がり、この結果、パワートランジスタの耐圧特性は
ｉ著に安定化すると共に、製造面でも歩留りが太幅に向
上し、た。ただし、高濃度１層６の深さが、ベース領域
３の深さをこえると、製造上ならびに特性上、適性が得
られないので、その深さはベース領域３の深さを超えな
いのが望ましい。

第４図は以上説明してきた本発明実施例のパワートラン
ジスターと従来のパワートランジスターのコレクター耐
圧（ツェナー耐圧）のバラツキを比較検討した結果を示
す図であり、図示するように本発明のパワートランジス
ターのバラツキは従来のものにくらべて著るしく小さい
結果が得られた。

またツェナーダイオードを付加することによる効果確認
のため第６図で示すようなリアクタンスＬ９等価抵抗Ｈ
の誘導性負荷回路を準備し、チップサイズが２．５闘角
、耐圧が６０ｖ級のパワートランジスターの各種につい
てエネルギー耐量を比較検討した０ 第６図はこの比較検討結果を示し、人はツェナーダイオ
ードの付加されていない通常のパワートランジスター、
Ｂはツェナーダイオードを内蔵する第１図示の従来のノ
くワードランシスター、Ｃは本発明のパワートランジス
ターで、ツェナーダイオード領域６の深さ１０μｍ、エ
ミッタ領域８μｍ。

ペース領域約１５μｍのものでアリ、さらに、Ｄはツェ
ナーダイオード（６０ｖ用）とパワートランジスター′
を個別素子として準備し、これらを組み合わせたものの
耐エネルギー量を示す０図示するところから明らかなよ
うに、本発明実施例のパワートランジスターＣの耐エネ
ルギー量は、ツェナーダイオードを挿入しないパワート
ランジスターＡに比べて約４．５倍−同一の半導体基板
内にツェナーダイオードを挿入した従来構造のものＢに
比べて約２．０倍の耐エネルギー量レベルが得られた。

この値は、６０ｖの耐圧のツェナダイオードを外付けし
たものｐと同等であった０発明の効果 本発明の半導体装置によれば、安全動作領域が広くなり
、品質を大巾に向上することを可能にした。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はツェナーダイオードを内蔵スる従
来のパワートランジスターの構造断面図−第３図ａ　−
ｄは本発明の実施例に係るノくワードランシスターの構
造断面図、第４図は本発明の実施例に係るパワートラン
ジスターと従来のノ（ワードランシスターのコレクター
耐圧の比較検討結果を示す特性図、第６図は耐エネルギ
ー量測定用のＬ負荷回路固、第６図は各種パワートラン
ジスターの耐エネルギー量の測定結果を示す特性（比較
）図である０ １・・・・・・シリコン基板（コレクター領域）、２・
・・・・・高濃度コレクター領域、３・・・・・・ベー
ス領域、４・・・・・・エミッタ領域、５・・・・・・
ベースコンタクト用高濃度領域、６・・・・・・ツェナ
ダイオード用領域、７・・パ・・５ｉＯｚ膜、８〜１１
・・・・・・電極、１２・・・・・・チャンネルしゃ新
領域０ 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ８ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コレクタ領域内へベース領域が選択的に作り込まれ、さ
   らに同ベース領域内へエミッタ領域が選択的に作り込ま
   れた縦型トランジスタの前記ベース領域に隣接するコレ
   クタ領域の表面層部分に高不純物濃度コレクタ層を前記
   エミ・り領域よ枦賢く形成し、同高不純物濃度コレクタ
   層と前記ベース領域間のＰＭ接合で横型ツェナーダイオ
   ードを形成した。ことを特徴とする複合半導体装置。