JPS62154776A - Surge absorbing element - Google Patents

Surge absorbing element

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JPS62154776A
JPS62154776A JP29296985A JP29296985A JPS62154776A JP S62154776 A JPS62154776 A JP S62154776A JP 29296985 A JP29296985 A JP 29296985A JP 29296985 A JP29296985 A JP 29296985A JP S62154776 A JPS62154776 A JP S62154776A
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豊 林
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正明 佐藤
Yuji Muramatsu
村松 雄二
Hiroaki Yoshihara
吉原 弘章
Teiji Hasegawa
長谷川 貞次
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MITAKA DENSHI KAGAKU KENKYUSHO KK
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Sankosha Co Ltd
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MITAKA DENSHI KAGAKU KENKYUSHO KK
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Sankosha Co Ltd
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    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection

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Abstract

PURPOSE:To obtain an element, by which an arbitrary breakdown voltage is obtained with good design property and a large current can be absorbed with a dynamic current phenomenon being suppressed, by absorbing a surge current by punch through between specified semiconductor regions, and controlling a holding current in a recombination region. CONSTITUTION:On the main surface side of a first semiconductor region (first conductivity type) 1, a second semiconductor region (reverse conductivity type), which forms a p-n junction diode, is provided. A third region 3 is contacted with the region 2 at its side opposite to the side of the region 1. Thus the region 3 specifies the effective thickness of the region 2. A fourth semiconductor region (reverse conductivity type) 4 is separated from the region 2 in the lateral direction and forms an implanted junction together with the region 1. A carrier recombination region 1R is provided at either or both of the following parts: a part between the regions 2 and 4 on said one surface side of the region 1; and at least parts beneath the region 2 and the region 4 at the back surface of the region 1. A surge current is generated by punch through between the region 1 and the region 3 when a depletion layer yielded by a reverse bias to said p-n junction diode reaches the region 3. With the surge current being absorbed, a holding current is controlled with the recombination region 1R.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、雷やスイッチング・サージ等、各種サージ要
因に基く異常電圧から電気回路系を保護するためのサー
ジ吸収素子に関し、特にパンチスルー現象を利用したサ
ージ吸収素子に関する。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to a surge absorption element for protecting an electric circuit system from abnormal voltages caused by various surge factors such as lightning and switching surges, and in particular, the present invention relates to a surge absorption element for protecting an electric circuit system from abnormal voltages caused by various surge factors such as lightning and switching surges. This invention relates to a surge absorbing element using.

〈従来の技術〉 サージ吸収素子とは、゛降伏電圧”と呼ばれる規定電圧
値以上の高電圧が印加されたとき、以降の過程において
自身の内に等価的な低インピーダンス電流線路を形成す
ることにより、その高電圧に伴う大電流を吸収し、素子
両端電圧を一定電圧値以下にクランプして、保護すべき
電気回路系にそうした異常電圧の影響が及ばないようす
るものを言うが、従来において市場に供されているもの
のほとんどは、その動作メカニズムが雪崩(なだれ)降
伏原理によるものであった。
<Prior art> A surge absorbing element is a surge absorbing element that, when a high voltage higher than a specified voltage value called ``breakdown voltage'' is applied, it forms an equivalent low-impedance current line within itself in the subsequent process. , which absorbs the large current associated with the high voltage and clamps the voltage across the element below a certain voltage value to prevent the abnormal voltage from affecting the electrical circuit system to be protected. The operating mechanism of most of the devices used for this purpose was based on the avalanche yield principle.

すなわち、pn接合によるダイオード構造またはトラン
ジスタのダイオード接続構造に逆バイアスを印加したと
きの雪崩降伏電圧をしてサージ吸収素子としての降伏電
圧を規定していた。
That is, the avalanche breakdown voltage when a reverse bias is applied to a pn junction diode structure or a transistor diode connection structure is used to define the breakdown voltage as a surge absorbing element.

〈発明が解決しようとする問題点〉 従来の雪崩降伏原理によるサージ吸収素子においては、
上記のように、その雪崩降伏電圧そのものが、サージ吸
収素子としての特性を云々する場合に使われる゛降伏電
圧”を直接に規定するものとなる。
<Problems to be solved by the invention> In the conventional surge absorption element based on the avalanche yield principle,
As mentioned above, the avalanche breakdown voltage itself directly defines the "breakdown voltage" used when discussing the characteristics of a surge absorbing element.

しかし一方、こうした従来素子における雪崩降伏電圧は
、pn接合を形成する両領域の中、高比抵抗側を形成す
る一方の半導体領域、したがって一般に半導体基板の不
純物濃度の如何により、略C−義的に定まってしまう。
However, on the other hand, the avalanche breakdown voltage in such conventional elements depends on the impurity concentration of one of the semiconductor regions forming the high resistivity side of the two regions forming the pn junction, and thus generally of the semiconductor substrate. It is decided that

そのため、こうした従来の雪崩降伏型サージ吸収素子で
は、同一の不純物濃度の半導体基板を用いる限り、その
降伏電圧を任意に変えることはできないか、極めて難し
く、異なる降伏電圧の製品を得ようとするなら、それに
応じて不純物濃度の異なった半導体基板を用いねばなら
ない。
Therefore, in such conventional avalanche breakdown type surge absorbing elements, as long as semiconductor substrates with the same impurity concentration are used, it is impossible or extremely difficult to change the breakdown voltage arbitrarily, and it is difficult to obtain products with different breakdown voltages. Therefore, semiconductor substrates with different impurity concentrations must be used accordingly.

こうしたことは、それ自体、8iめて不合理であるばか
りでなく、降伏電圧を変えると接合容量や直列抵抗等、
降伏電圧以外のその他の電気的特性も変わってしまうこ
とになる。換言すれば、接合容量やiμ直列抵抗を降伏
電圧と独立には設計できないのである。
Not only is this in itself unreasonable, but changing the breakdown voltage causes changes in junction capacitance, series resistance, etc.
Other electrical characteristics besides breakdown voltage will also change. In other words, the junction capacitance and iμ series resistance cannot be designed independently of the breakdown voltage.

また逆に考えれば、こうした従来素子では、意図的な場
合に限らず1例え各ロフト毎には許容公差の範囲内にあ
るとは言え、異なるロフト間では始めから不純物濃度に
バラ付きのある半導体基板が供給されてきたような場合
には、しかもそれが予め分かっていたにしても、簡単に
はこれを修正する術がなく、したがってその結果は、製
品として完成された後のサージ吸収素子の降伏電圧に関
するロフト間変動ないしバラ付きとして、そのまま正直
に反映されてしまう。
Conversely, in such conventional devices, even if each loft is within the allowable tolerance range, the impurity concentration varies from the beginning between different lofts. In the case where the board has been supplied, and even if this was known in advance, there is no easy way to correct this, and the result is that the surge absorbing element after it is completed as a product. It is honestly reflected as loft-to-loft variations or variations in breakdown voltage.

さらにはまた、この種従来の雪崩降伏型サージ吸収素子
では、実際の物理的な構造上においても制約を生むこと
が多い。
Furthermore, in this type of conventional avalanche breakdown type surge absorbing element, there are often limitations in the actual physical structure.

というのも、この種のサージ吸収素子において第一半導
体領域内への不純物拡散等により第二半導体領域を埋設
的に形成した場合、雪崩降伏は一般にその接合両端の電
界集中部分から起き易く、仮にそのようになると、降伏
後の入力電圧クランプ時において接合の全面積部分に亘
り均一に電流を流すことが極めて難しくなるからである
This is because, in this type of surge absorbing element, when the second semiconductor region is buried by diffusion of impurities into the first semiconductor region, avalanche breakdown is generally likely to occur from the electric field concentration areas at both ends of the junction. This is because it becomes extremely difficult to uniformly flow current over the entire area of the junction when clamping the input voltage after breakdown.

これら欠点に加うるに、上記従来素子では、降伏後の入
力電圧クランプ時において、素子両端電圧(クランプ電
圧)がそれほどに低くはならないという欠点もある。雪
崩降伏型の場合、むしろ、クランプ電圧の方が雪崩降伏
を生起し始めた降伏電圧よりも高くなる。
In addition to these drawbacks, the conventional device described above also has the drawback that the voltage across the device (clamp voltage) does not become very low when the input voltage is clamped after breakdown. In the case of avalanche breakdown, the clamp voltage is rather higher than the breakdown voltage at which avalanche breakdown begins.

は、絶対値において相当に高いこのクランプ電圧と吸収
電流との積になり、結果として素子に多大な発熱をもた
らす、これは言い換えれば、熱容量の観点からして、素
子に許容できる吸収電流にかなりなル1限を生むことを
意味する。
is the product of this clamp voltage and the absorption current, which is quite high in absolute value, resulting in a large amount of heat generation in the device. It means to produce one limit.

この最後の欠点は、サージ吸収時のクランプ電圧を降伏
電圧に比し、十分に低電圧化することで解決できるが、
この種のサージ吸収素子は保護すべき回路系の電源部と
tuftとの間にあって負荷に対して並列に挿入される
ため、用いた素子のクランプ電圧が十分に低く、当該電
源部の電源電圧よりも低いとなると、サージにより一度
ターン・オンした以上、例えその後にサージ要因がなく
なってもこの素子はターン・オン状態を維持してしまい
、電源エネルギを無駄に消費し続けることになる。こう
した現象は特に゛続流効果”と呼ばれている。
This last drawback can be solved by reducing the clamp voltage during surge absorption to a sufficiently low voltage compared to the breakdown voltage.
This type of surge absorption element is inserted between the power supply part of the circuit system to be protected and the tuft in parallel to the load, so the clamp voltage of the element used is sufficiently low and lower than the power supply voltage of the power supply part. If the voltage is low, once the element is turned on due to a surge, it will remain turned on even if the surge factor disappears, and power supply energy will continue to be wasted. This phenomenon is especially called the "follow-on effect."

したがってこの種のサージ吸収素子がターン・オン状態
を維持するための保持電流(後述するIh)を、電源等
の装置から供給される電流値以上に設定することができ
れば、サージ要因が消失した後は当該素子は続流現象を
起こすことなく自動リセットする。
Therefore, if it is possible to set the holding current (Ih, described later) for maintaining this type of surge absorbing element in the turned-on state to a value higher than the current value supplied from a device such as a power supply, it is possible to , the device will automatically reset without causing a follow-on phenomenon.

本発明は以上のような従来の諸事情及び各種の欠点に鑑
みて成されたもので、用いる半導体基板の不純物濃度な
いし抵抗率や厚味のいかんにかかわらず、相当程度以上
の幅で設計性良く任意の降伏電圧が得られ、したがって
また降伏電圧のいかんによらず、接合容量や直列抵抗等
、その他の電気的特性を独立に設計することもでき、さ
らには保持電流を制御可能な構成を開示することにより
、要すれば電源等から供給される正規の電流値以上に保
持電流値を設定して効果的に続流現象を抑止しながら大
電流を吸収することのできるサージ吸収素子を提供せん
とするものである。
The present invention has been made in view of the conventional circumstances and various shortcomings as described above, and it is possible to improve designability to a considerable extent regardless of the impurity concentration, resistivity, or thickness of the semiconductor substrate used. It is possible to obtain an arbitrary breakdown voltage, and therefore, other electrical characteristics such as junction capacitance and series resistance can be designed independently regardless of the breakdown voltage, and furthermore, it is possible to create a configuration in which the holding current can be controlled. By disclosing the present invention, it is possible to provide a surge absorption element that can absorb large currents while effectively suppressing follow-on current phenomena by setting a holding current value higher than the normal current value supplied from a power source, etc. This is what I am trying to do.

〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、本発明においては。〈Means for solving problems〉 In order to achieve the above object, in the present invention.

従来の雪崩降伏型に代え、新たな動作原理としてパンチ
スルー現象を導入し、下記構成によるパンチスルー型の
サージ吸収素子を提供する。
In place of the conventional avalanche breakdown type, a punch-through phenomenon is introduced as a new operating principle, and a punch-through type surge absorption element having the following configuration is provided.

l)半導体基板自体として形成されるか、または該半導
体基板に対して分離的に形成された第一導電型の第一半
導体領域と; 該第一半導体領域の一表面側に形成され、上記第一導電
型とは逆導電型であって上記第一半導体領域との間でp
n接合ダイオードを形成する第二の半導体領域と; 上記第一半導体領域とは反対側から上記、第二半導体領
域に接触することにより、該第一半導体領域との間の離
間距離をして上記第二半導体領域の実効厚味を規定する
第三領域と;上記第一半導体領域の上記一表面側におい
て上記第二の半導体領域に対し横方向に離間して形成さ
れ、上記第一半導体領域と注入接合を形成する第四領域
と; 上記第一半導体領域の上記一表面側にあって上記第二半
導体領域と第四領域との上記一表面側にあつて上記第二
半導体領域の上記一表面とは対向する裏面側にあって上
記第二半導体領域下から第四領域下にかけての少なくと
も一部分のいづれか一方または双方に設けられたキャリ
ア再結合領域と; から成り、上記pnm合ダイオードへの逆バイアスで生
ずる空乏層が上記第三領域に到達したときに生ずる上記
第一半導体領域と上記第三領域との間のバンチスルーに
よりサージ電流を吸収しながら上記再結合領域で保持電
流を制御すること: を特徴とするサージ吸収素子。
l) a first semiconductor region of a first conductivity type formed as the semiconductor substrate itself or separately formed with respect to the semiconductor substrate; and a first semiconductor region formed on one surface side of the first semiconductor region; The one conductivity type is the opposite conductivity type, and the p
A second semiconductor region forming an n-junction diode; By contacting the second semiconductor region from the opposite side to the first semiconductor region, the separation distance between the second semiconductor region and the first semiconductor region can be reduced. a third region that defines the effective thickness of the second semiconductor region; a third region that is formed on the one surface side of the first semiconductor region and spaced apart from the second semiconductor region in the lateral direction; a fourth region forming an injection junction; a fourth region on the one surface side of the first semiconductor region and on the one surface side of the second semiconductor region and the fourth region, the one surface of the second semiconductor region; and a carrier recombination region provided on one or both of at least a portion of at least a portion from below the second semiconductor region to below the fourth region on the back surface side opposite to the pnm combination diode; Controlling a holding current in the recombination region while absorbing a surge current due to bunch through between the first semiconductor region and the third region, which is produced when the depletion layer produced in the third region reaches the third region: A surge absorption element featuring:

2) 半導体基板自体として形成されるか、または該半
導体基板に対して分離的に形成された第一導電型の第一
半導体領域と7 該第一半導体領域の一表面側に形成され、上記第一導電
型とは逆導電型であって上記第一半導体領域との間で第
一のpn接合ダイオードを形成する第二の半導体領域と
; 上記第一半導体領域とは反対側から上記第二半導体領域
に接触することにより、該第一半導体領域との間の離間
距離をして上記第二半導体領域の実効厚味を規定する第
三領域と;上記第一半導体領域の上記一表面側において
上記第二の半導体領域に対し横方向に離間して形成され
、上記第一導電型とは逆導電型であって上記第一半導体
領域との間で上記第一のpn接合ダイオードとは逆方向
になる第二のpn接合ダイオードを形成する第四の半導
体領域と;上記第一半導体領域とは反対側から上記第四
半導体領域に接触することにより、該第一半導体領域と
の間の離間距離をして上記第四半導体領域の実効厚味を
規定する第三領域と;上記第一半導体領域の上記一表面
側にあって上記第二半導体領域と第四半導体領域との上
記一表面側にあつて上記第二半導体領域の上記一表面と
は対向する裏面側にあって上記第二半導体領域下から第
四半導体領域下にかけての少なくとも一部分のいづれか
一方または双方に設けられたキャリア再結合領域と; から成り、上記第一、第二の二つのpn接合ダイオード
のいづれか一方への逆バイアスで生ずる空乏層が対応す
る上記第三領域または第五領域のいづれか一方に到達し
たときに生ずる上記第一半導体領域と上記第三領域また
は上記第一半導体領域と上記第三領域との間のバンチス
ルーによりサージ電流を吸収しながら上記再結合領域で
保持電流を制御すること: を特徴とするサージ吸収素子。
2) a first semiconductor region of a first conductivity type formed as the semiconductor substrate itself or separately formed with respect to the semiconductor substrate; a second semiconductor region having a conductivity type opposite to the one conductivity type and forming a first pn junction diode with the first semiconductor region; a third region that defines an effective thickness of the second semiconductor region by contacting the first semiconductor region; a third region that defines the effective thickness of the second semiconductor region by contacting the first semiconductor region; A pn junction diode is formed horizontally apart from the second semiconductor region, is of a conductivity type opposite to the first conductivity type, and is disposed between the first semiconductor region and the first pn junction diode in a direction opposite to the first pn junction diode. a fourth semiconductor region forming a second pn junction diode; contacting the fourth semiconductor region from the opposite side to the first semiconductor region, thereby reducing the separation distance between the fourth semiconductor region and the first semiconductor region; a third region that defines the effective thickness of the fourth semiconductor region; a third region that is located on the one surface side of the first semiconductor region and on the one surface side of the second semiconductor region and the fourth semiconductor region; a carrier recombination region provided in one or both of at least a portion from below the second semiconductor region to below the fourth semiconductor region on the back surface side opposite to the one surface of the second semiconductor region; the first semiconductor formed when a depletion layer generated by reverse biasing one of the first and second two pn junction diodes reaches either the corresponding third region or fifth region; A surge absorption element characterized by: controlling a holding current in the recombination region while absorbing a surge current by bunch-through between the region and the third region or the first semiconductor region and the third region.

(作 用〉 上記第一発明のサージ吸収素子においては、第一の半導
体領域と第二の半導体領域とにより構成されるpn接合
ダイオードに逆バイアスが印加されると、当該接合に生
成される空乏層は、第一半導体領域に向けて伸びると同
時に、第三の領域に向けても伸びていく。
(Function) In the surge absorbing element of the first invention, when a reverse bias is applied to the pn junction diode constituted by the first semiconductor region and the second semiconductor region, a depletion is generated in the junction. As the layer extends toward the first semiconductor region, it also extends toward the third region.

そしてこの空乏層が印加電圧の大きさに応じて伸び続け
、やがて第三領域にまで達すると、第一半導体領域と当
該第三領域との間でバンチスルーが起こり、この電流経
路を介してサージ電流が吸収され始める。このバンチス
ルー動作開始電圧が、第2図中において降伏電圧として
示されたものである。
When this depletion layer continues to grow according to the magnitude of the applied voltage and eventually reaches the third region, bunch-through occurs between the first semiconductor region and the third region, and a surge occurs through this current path. Current begins to be absorbed. This bunch-through operation starting voltage is shown as the breakdown voltage in FIG.

しかるに、この吸収電流は、第四領域から第一半導体領
域に至る経路で流れるため、要旨構成中に記したように
、当該第四領域が第一半導体領域に対して少数キャリア
を注入し得る注入接合を形成する材料(例えば第一半導
体領域とは逆導電型の半導体とかシリサイド、さらには
また第一半導体領域がp型である場合には電子注入の可
能な金属等)から構成されている限り、当該第四領域か
ら第一半導体領域内へ少数キャリアの注入が起こり、し
たがって例え、外部端子を介し第二半導体領域と第三領
域とが電気的に短絡されていても、当該少数キャリアが
第二半導体領域に流れ込んだ結果として第二半導体領域
には電圧降下が生じ、第三領域から第二半導体領域に対
してキャリアの注入が起こる。
However, since this absorbed current flows along a path from the fourth region to the first semiconductor region, as mentioned in the abstract, the fourth region can inject minority carriers into the first semiconductor region. As long as it is made of a material that forms a junction (for example, a semiconductor or silicide of a conductivity type opposite to that of the first semiconductor region, or even a metal capable of injecting electrons if the first semiconductor region is p-type). , minority carriers are injected from the fourth region into the first semiconductor region, and therefore even if the second semiconductor region and the third region are electrically short-circuited via the external terminal, the minority carriers are injected into the first semiconductor region. As a result of flowing into the two semiconductor regions, a voltage drop occurs in the second semiconductor region, and carrier injection occurs from the third region into the second semiconductor region.

こうしたキャリア注入過程が緑返されていきながら、や
がてのことに第2図中にブレーク・オーバ電流として示
された値以上の大きさの電流が魔れると、正帰還現象を
介し、素子の両端電圧、すなわちクランプ電圧は極端に
低電圧となる。そのため、本発明のサージ吸収素子では
、素子の発熱を抑えながらの大電流の吸収が可能となる
While this carrier injection process is being reversed, eventually a current exceeding the value shown as the breakover current in Figure 2 will be generated, and through a positive feedback phenomenon, the current will flow across the device. The voltage, ie, the clamp voltage, becomes extremely low. Therefore, the surge absorbing element of the present invention can absorb large currents while suppressing heat generation of the element.

なお、ブレーク・オーバ電流を呈する電圧をブレーク・
オーバ電圧と呼ぶことができ、一般にこのブレーク・オ
ーバ電圧は、第2図に示されるように降伏電圧よりは高
くなる。
Note that the voltage that exhibits a breakover current is
This breakover voltage, which can be referred to as an overvoltage, is generally higher than the breakdown voltage, as shown in FIG.

したがって1本発明素子の初期動作から電圧クランプま
での素子両端の電圧履歴を追うと、サージ印加に伴い、
それが降伏電圧以上であればパンチスルー動作を開始し
、吸収電流がブレーク・オーバ電流に至るまでは素子両
端電圧はいく分か上昇するが、一旦でもブレーク・オー
バ電流を越えると、当該ブレーク・オーバ電圧から極端
に値の低いクランプ電圧に移る。
Therefore, if we follow the voltage history across the device from its initial operation to voltage clamping, we can see that with surge application,
If it is above the breakdown voltage, punch-through operation will begin, and the voltage across the device will rise somewhat until the absorbed current reaches the breakover current, but once the breakover current is exceeded, the breakover current will rise. Move from overvoltage to extremely low clamp voltage.

上記ブレーク・オーバ電流の値は、第二半導体領域の抵
抗や第三領域と第一半導体領域に対する形状の如何によ
り決められ、また第四領域の第一半導体領域に対する形
状、さらには後述するように第一半導体領域が直接に外
部端子に接続されている場合には当該第一半導体領域の
抵抗と第四領域近傍の形状の如何によっても決めること
ができる。
The value of the breakover current is determined by the resistance of the second semiconductor region, the shape of the third region with respect to the first semiconductor region, the shape of the fourth region with respect to the first semiconductor region, and further, as described below. When the first semiconductor region is directly connected to an external terminal, it can be determined depending on the resistance of the first semiconductor region and the shape of the vicinity of the fourth region.

一方、パンチスルー動作を開始せしめる降伏電圧につい
て考えると2本発明サージ吸収素子では、第一半導体領
域に対し、その反対側で第二半導体領域に接する第三半
導体領域の高さ位置をどの程度に設定するか、換言すれ
ば中間の第二半導体領域の実効厚味をどの程度に設定す
るかにより、第一、第三領域間のバンチスルー電圧、つ
まりは当該降伏電圧を任意に変更、制御できるものとな
る。
On the other hand, considering the breakdown voltage that starts the punch-through operation, in the surge absorbing element of the present invention, to what extent is the height position of the third semiconductor region that is in contact with the second semiconductor region on the opposite side with respect to the first semiconductor region? In other words, depending on how much the effective thickness of the intermediate second semiconductor region is set, the bunch-through voltage between the first and third regions, that is, the breakdown voltage can be arbitrarily changed and controlled. Become something.

例えば中間の第二半導体領域の実効厚味を厚く設定した
場合には、他の条件が同一であれば生成した空乏層が第
三領域にまで伸びるにはより大きな逆方向バイアスが必
要となり、これは結局、素子が降伏する降伏電圧を高め
たことになるし、逆に中間の第二半導体領域の実効厚味
を薄く設定すれば、生成した空乏層は比較的低い印加電
圧でも容易に第三領域に到達することになるから、降伏
電圧を低目に設定したことになる。
For example, if the effective thickness of the intermediate second semiconductor region is set thick, a larger reverse bias will be required for the generated depletion layer to extend to the third region, assuming other conditions are the same. This ultimately increases the breakdown voltage at which the device breaks down, and conversely, if the effective thickness of the intermediate second semiconductor region is set thin, the generated depletion layer can easily become the third semiconductor region even at a relatively low applied voltage. This means that the breakdown voltage has been set low.

もちろん、こうした降伏電圧は、中間の第二半導体領域
の不純物濃度によっても制御し得るが。
Of course, such breakdown voltage can also be controlled by the impurity concentration of the intermediate second semiconductor region.

いづれにしても上記のことからすれば、本発明によった
場合、第一半導体領域として適当な市販の半導体基板ウ
ェハをそのまま用いても、そしてまた同一種類の半導体
基板を出発部材としても、任意所望の降伏電圧のサージ
吸収素子を得られることが分かる。
In any case, in view of the above, in the case of the present invention, it is possible to use an appropriate commercially available semiconductor substrate wafer as the first semiconductor region as it is, and also to use the same type of semiconductor substrate as the starting material. It can be seen that a surge absorbing element with a desired breakdown voltage can be obtained.

また、第二半導体領域の実効厚味の制御とその不純物濃
度の制御とを適当に操作すれば、降伏電圧の如何に対し
て接合容量や直列抵抗を独立にも設計できるようになる
Furthermore, by appropriately controlling the effective thickness of the second semiconductor region and its impurity concentration, it becomes possible to design the junction capacitance and series resistance independently for any breakdown voltage.

さらに、半導体基板そのもの、ないし半導体基板に分離
的に形成された第一半導体領域に対し、順次に第二半導
体領域、第三田域を形成していく手法自体は、既存のエ
ピタキシャル成長技術によっても良いし、イオン打込み
1選択拡散等々によっても良いが、いづれによるにして
も、第二半導体領域の実効厚味とか不純物濃度の制御は
、現在の技術でも極めて高いものが得られるから、結局
は本発明により作成されるサージ吸収素子は。
Furthermore, the method of sequentially forming the second semiconductor region and the third region on the semiconductor substrate itself or on the first semiconductor region formed separately on the semiconductor substrate may be performed using existing epitaxial growth technology. However, it is also possible to use ion implantation, selective diffusion, etc., but in any case, the effective thickness and impurity concentration of the second semiconductor region can be extremely well controlled even with the current technology, so in the end, the present invention The surge absorption element made by .

要すればその精度を極めて高いものとすることができる
If necessary, the accuracy can be made extremely high.

一方、構造的な観点からしても、第二半導体領域の実効
厚味は第一領域の厚味とは無関係に薄く設定できるから
、第一半導体領域としては市販の半導体基板ウェハに何
等特殊な前加工を施さず、厚いままにそのまま用いるこ
ともでき(その方が一般的でもある)、シたがって工程
の増加を招かず、物理的な強度低下も招かないで済むし
、一つの半導体基板内に本発明素子を複数個、形成する
こともでき、集積化が容易な効果もある。
On the other hand, from a structural point of view, the effective thickness of the second semiconductor region can be set thin regardless of the thickness of the first region. It can also be used as is without pre-processing (which is also more common), so it does not require an increase in the number of steps or decrease in physical strength, and can be used as a single semiconductor substrate. It is also possible to form a plurality of elements of the present invention within the device, which has the effect of facilitating integration.

これらに加えて、本発明の構造においては、第一半導体
領域の一表面側にあって第二半導体領域と第四領域との
間の一部分、及び第一半導体領域の上記一表面とは対向
する裏面側にあって第二半導体領域下から第四領域下に
かけての少なくとも一部分(要すれば全部分)のいづれ
か一方または双方に、キャリア再結合領域が設けられて
いるため、第2図中に符号1hで示した保持電流の値を
も制御することができる。
In addition to these, in the structure of the present invention, there is a part on one surface side of the first semiconductor region between the second semiconductor region and the fourth region, and a part opposite to the one surface of the first semiconductor region. Since a carrier recombination region is provided in one or both of at least a portion (the entire portion if necessary) from below the second semiconductor region to below the fourth region on the back side, the reference numeral in FIG. The value of the holding current shown in 1h can also be controlled.

すなわち、第四領域から注入される電流が小さい内は、
これらキャリア再結合領域が設けられている部分ないし
その近傍を通過しようとする少数キャリアは当該キャリ
ア再結合領域にて多数キャリアと再結合するが、電流が
多くなってくるとこの再結合速度が少数キャリアの供給
速度に追い付かなくなり、゛チ該再結合領域ないしその
近傍をそのまま通過する少数キャリアが生じ始め、その
結果、やがて素子がターン・オン状態になるという機構
が生起するため、キャリア再結合領域がない場合に比し
、ある場合にはより多くの電流が流れなければならない
状態となり、保持電流を制御できるのである。
That is, while the current injected from the fourth region is small,
Minority carriers that try to pass through or near areas where these carrier recombination regions are provided recombine with majority carriers in the carrier recombination regions, but as the current increases, the recombination speed decreases. A mechanism occurs in which minority carriers cannot keep up with the carrier supply speed and begin to pass directly through the recombination region or its vicinity, resulting in a mechanism in which the device eventually turns on. In this case, more current must flow than in the case without, and the holding current can be controlled.

こうしたキャリア再結合領域は、実際上、アブレード等
による結晶欠陥の多い領域として形成するとか、シM−
)トキ接合によって形成したり、あるいはまた鉄や金等
の重金属の熱拡散等によっても形成することができるが
、これによって制御される保持電流の値は、形成するキ
ャリア再結合領域の面積、深さ、そして結晶欠陥や重金
属を利用して当該再結合領域を形成する場合には再結合
中心の濃度等々の要因により、設計的に相当程度の自由
度で所望の値に定めることができる。
In practice, such carrier recombination regions are formed as regions with many crystal defects due to abrading, etc., or are formed as regions with many crystal defects due to abrading, etc.
) It can also be formed by a double-barrel junction or by thermal diffusion of heavy metals such as iron or gold, but the value of the holding current controlled by this method depends on the area and depth of the carrier recombination region to be formed. Furthermore, when the recombination region is formed using crystal defects or heavy metals, it can be set to a desired value with a considerable degree of freedom in design, depending on factors such as the concentration of recombination centers.

このように、保持電流rhを制御可能であるということ
は、サージ要因がなく、正規な稼動状態下で電源その他
の装置から供給される最少の電流値に対し、当該保持電
流値をそれより大きく設定し得ることを意味し、したが
って既述の続流現象を有効に防止でき、サージ要因が消
失した後、素子を自動リセットすることもできるように
なる。
In this way, the ability to control the holding current rh means that there is no surge factor and the holding current value can be increased to a value greater than the minimum current value supplied from the power supply or other equipment under normal operating conditions. This means that the following current phenomenon described above can be effectively prevented, and the device can also be automatically reset after the surge factor disappears.

また、上記原理から顕かなように、第二半導体領域と第
五領域とは外部端子において同一の電位に置いて良く、
したがって外部への引き出しも同一の引き出し端子から
行なって差支えない、しかし逆に、各専用の端子から独
立に引き出せるようにし、これら両端子間に適当なバイ
アスを掛けるようにしても良く、このようにすれば、素
子完成後ないし素子実効下にあっても、このバイアス電
圧の変更調整により、パンチスルー電圧、すなわちサー
ジ吸収素子としての降伏電圧を可変にすることができる
Further, as is clear from the above principle, the second semiconductor region and the fifth region may be placed at the same potential at the external terminal,
Therefore, it is possible to draw out to the outside from the same drawing terminal, but conversely, it is also possible to draw out from each dedicated terminal independently and apply an appropriate bias between these two terminals. Then, even after the device is completed or even when the device is in operation, the punch-through voltage, that is, the breakdown voltage as a surge absorbing device, can be made variable by changing and adjusting the bias voltage.

なお、上記した所から顕かなように、降伏電圧の変更に
ともなってブレーク・オーバ電圧も当然に変化する。
Note that, as is clear from the above, the breakover voltage naturally changes as the breakdown voltage changes.

上記第一発明に対して、第二発明は1両極性のサージ電
流をも吸収可能としたものである。
In contrast to the first invention, the second invention is capable of absorbing surge currents of one polarity.

すなわち、第四領域を半導体に限定したものとしてこれ
を第一発明における第二半導体領域相当の領域と考え、
同様に第五領域を第一発明中の第三領域相当の領域と考
えれば、既述のように第一半導体領域と第二半導体領域
とにより構成された第一発明中におけるpn接合ダイオ
ードに相当する第二発明中の第一のpn接合ダイオード
において生じ得るパンチスルー現象は、逆極性のサージ
電流に関して第一半導体領域と第四半導体領域とで構成
される第二のpn接合ダイオードの逆バイアスの結果と
しても同様に生ずることになる。
That is, the fourth region is limited to semiconductors and is considered to be a region equivalent to the second semiconductor region in the first invention,
Similarly, if the fifth region is considered to be a region equivalent to the third region in the first invention, it corresponds to the pn junction diode in the first invention constituted by the first semiconductor region and the second semiconductor region as described above. The punch-through phenomenon that can occur in the first pn junction diode in the second invention is due to the reverse bias of the second pn junction diode constituted by the first semiconductor region and the fourth semiconductor region with respect to a surge current of opposite polarity. The same result will occur.

換言すれば、第一半導体領域と第四半導体領域との間の
第二のpn接合ダイオードにてパンチスルーが生起して
いるときには、第二半導体領域が先の第一発明の説明中
において半導体で構成した場合の第四領域がなす機能、
を営むことになる。
In other words, when punch-through occurs in the second pn junction diode between the first semiconductor region and the fourth semiconductor region, the second semiconductor region is not a semiconductor in the description of the first invention. The function of the fourth area when configured,
will be running a business.

こうしたことから、第四半導体領域については第二半導
体領域に関しての、そして第五領域については第三領域
に関しての各説明がそのまま単なる読み代えで適用でき
るし、その他の配慮事項についてもまた黙りとなる。
For this reason, the explanations regarding the second semiconductor region can be applied to the fourth semiconductor region, and the explanations regarding the third region can be applied as is to the fifth region, and other considerations are also ignored. .

したがって、クランプ電圧が十分に低いとか、降伏電圧
、保持電流の任意設計性が良い等々、第一発明のサージ
吸収素子が有していた利点は、全く同様に、この第二発
明のサージ吸収素子においても発揮することができる。
Therefore, the advantages that the surge absorbing element of the first invention had, such as a sufficiently low clamping voltage and good flexibility in arbitrarily designing breakdown voltage and holding current, are exactly the same as those of the surge absorbing element of the second invention. It can also be demonstrated in

なお、この第二発明においては、保持電流値を設定、制
御するキャリア再結合領域が第二半導体領域に近いか第
四半導体領域に近いかという物理的ないし幾何的な配置
関係のいかんによって、各極性での保持電流値を意図的
に異ならせることもできる。
In addition, in this second invention, each carrier recombination region for setting and controlling the holding current value is determined depending on the physical or geometrical arrangement relationship, such as whether the carrier recombination region is close to the second semiconductor region or the fourth semiconductor region. It is also possible to intentionally vary the holding current value depending on the polarity.

〈実 施 例〉 以下、図示する本発明実施例のいくつかにつき詳記する
。もちろん、第一発明と第二発明の個々に対してそれぞ
れの実施例があるが、すでに述べてきたように、両者は
極めて密接な関連にあるので、互いに参考にすることが
できる。
<Examples> Some of the illustrated embodiments of the present invention will be described in detail below. Of course, there are individual embodiments for the first invention and the second invention, but as already mentioned, the two are extremely closely related and can be referred to from each other.

第1図に示すサージ吸収素子10は、第一発明による基
本的な実施例の一つであって、半導体基板を第一導電型
の第一半導体領域1としてそのまま用い、その上下両表
面の中、一方の表面に順次、第二半導体領域2.第三領
域3を二重拡散技術で形成する一方で、第二半導体領域
2に対し横方向に離間させて第四領域4を形成したもの
である。
The surge absorbing element 10 shown in FIG. 1 is one of the basic embodiments according to the first invention, and uses the semiconductor substrate as it is as the first semiconductor region 1 of the first conductivity type, and uses the semiconductor substrate as it is as the first semiconductor region 1 of the first conductivity type. , a second semiconductor region 2 . While the third region 3 is formed using a double diffusion technique, the fourth region 4 is formed laterally apart from the second semiconductor region 2.

以下、便宜的に、これらの領域2,3.4がある方を半
導体基板lの表面、その対向面を裏面と呼ぶ。
Hereinafter, for convenience, the side where these regions 2, 3.4 are located will be referred to as the front surface of the semiconductor substrate l, and the surface opposite thereto will be referred to as the back surface.

上記のような各領域関係において、この実施例では第一
半導体領域lがn型半導体であるため、ホウ素等の適当
な不純物の拡散技術により、第二半導体領域2をp型と
すると共に、第四領域4もp型半導体領域としている。
In the above-mentioned relationship between the regions, in this embodiment, the first semiconductor region 1 is an n-type semiconductor, so by diffusion technology of an appropriate impurity such as boron, the second semiconductor region 2 is made p-type, and the second semiconductor region 1 is made p-type. The fourth region 4 is also a p-type semiconductor region.

これに対し、第三領域3はパンチスルーを起こした際の
主電流線路の一端部を形成するので、望ましくは高導電
率であることが良く、この実施例では高不純物濃度n型
、すなわちn中型領域として第二半導体領域2内への不
純物の二重拡散により形成されている。実際にはこれは
高濃度燐拡散等により得ることができる。
On the other hand, since the third region 3 forms one end of the main current line when punch-through occurs, it is preferable that the third region 3 has high conductivity. The medium-sized region is formed by double diffusion of impurities into the second semiconductor region 2. In practice, this can be obtained by high concentration phosphorous diffusion or the like.

さらにキャリア再結合領域IRは、図中、実線で示すよ
うに、半導体基板lの裏面側にあっては第二半導体領域
2の下から第四半導体領域4の下にかけての少なくとも
一部分(図示の場合は両望域2.4の下のそれぞれ一部
に共にまたがっている部分)に形成されているか、図中
、仮想線で示すように、半導体基板1の表面側にあって
は第二半導体領域2と第四半導体領域4の間に設けられ
ている。
Furthermore, as shown by the solid line in the figure, the carrier recombination region IR is located at least in a portion from below the second semiconductor region 2 to below the fourth semiconductor region 4 (in the case shown) on the back side of the semiconductor substrate l. are formed in the portions that straddle parts of both the viewing areas 2 and 4), or are formed in the second semiconductor region on the surface side of the semiconductor substrate 1, as shown by the imaginary lines in the figure. 2 and the fourth semiconductor region 4.

もっとも、場合によってはこのキャリア再結合領域IR
は基板表裏面の双方に設けられていても良く、特に基板
裏面に設ける場合には製作の便宜のため、基板全面に設
けられていても良い。
However, in some cases, this carrier recombination region IR
may be provided on both the front and back surfaces of the substrate, and particularly when provided on the back surface of the substrate, may be provided on the entire surface of the substrate for convenience of manufacturing.

また、このキャリア再結合領域IRは、アブレード等に
よって結晶欠陥を意図的に増加させた領域としてとか、
ショットキ接合を形成する領域として得ることができ、
さらには鉄または金等の重金属を第一半導体領域1中に
選択的に拡散した領域として得ることができる。
In addition, this carrier recombination region IR may be a region where crystal defects are intentionally increased by abrading or the like.
can be obtained as a region forming a Schottky junction,
Furthermore, a region in which heavy metals such as iron or gold are selectively diffused into the first semiconductor region 1 can be obtained.

こうした構成において、最終的には第二、第三、第四領
域2,3.4にそれぞれオーミックな引き出し端子を付
して素子として完成させるが、第二半導体領域2の引き
出し端子2tと第三領域3の引き出し端子3tとは、図
中、仮想線の線路Lsで示すように、製作の段階で短絡
して置いても良いし、別途に引き出して置いて使用者側
で短絡したり、あるいは後述のように適当なバイアス源
を介挿させても良い。
In such a configuration, the device is finally completed by attaching ohmic lead terminals to the second, third, and fourth regions 2, 3.4, respectively. The extraction terminal 3t in area 3 may be short-circuited at the manufacturing stage, as shown by the virtual line Ls in the figure, or it may be pulled out separately and short-circuited by the user. An appropriate bias source may be inserted as described below.

短絡させる場合、実際には線路Lsは、第二半導体領域
2の露出表面と第三領域3の露出表面との上に一連に1
に着される等してオーミックに接触した金属層等で形成
することができる。
In the case of short-circuiting, the line Ls is actually connected in series on the exposed surface of the second semiconductor region 2 and the exposed surface of the third region 3.
It can be formed of a metal layer or the like that is in ohmic contact, such as by being attached to a metal layer.

ここではまず、両端子2t 、 3tがこのように線路
Lsで短絡されており、それらと第四半導体領域4の引
き出し端子4tとの間にサージ電圧が印加されるものと
して説明する。
First, the description will be made assuming that both the terminals 2t and 3t are thus short-circuited by the line Ls, and a surge voltage is applied between them and the lead terminal 4t of the fourth semiconductor region 4.

このようなサージ吸収素子10においては、すでに作用
の項で説明したように、第一半導体領域1と第二半導体
領域2との間のpn接合に逆バイアスが印加されると、
それにより生ずる空乏層はm 一半導体領域1の側への
みならず、第三領域3の側に向けても伸びて行く。
In such a surge absorbing element 10, as already explained in the operation section, when a reverse bias is applied to the pn junction between the first semiconductor region 1 and the second semiconductor region 2,
The resulting depletion layer extends not only toward the m-semiconductor region 1 side but also toward the third region 3 side.

したがって、端子2t、3tと端子4を間にサージ電圧
が印加され、それが上記pn接合に逆バイアスを印加す
る位相で相当程度に大きいものであると、当該空乏層の
上方端部が第三領域3に達することが起こり得る。
Therefore, if a surge voltage is applied between the terminals 2t, 3t and the terminal 4, and it is considerably large in the phase of applying a reverse bias to the pn junction, the upper end of the depletion layer will be It is possible that region 3 is reached.

この状態が、第一半導体領域1と第三領域3との間での
パンチスルー状態の開始であり、大電流を流し得る低イ
ンピーダンス状態、ないし本サージ吸収素子としての降
伏状態の始まりとなる。この開始点は第2図中にあって
電圧軸上に降伏電圧として示しである。
This state is the start of a punch-through state between the first semiconductor region 1 and the third region 3, and is the start of a low impedance state in which a large current can flow or a breakdown state as the present surge absorbing element. This starting point is shown in FIG. 2 as the breakdown voltage on the voltage axis.

こうした降伏開始状態が具現すると、端子2t。When such a breakdown start state is realized, the terminal 2t.

3tと端子4を間にサージ電流が流れ出し、第四半導体
領域4から正孔が第一半導体領域1に注入され、それが
第二半導体領域2で収集されて外部端子2tを介し、外
部電流(素子電流)となる。
A surge current flows between the terminal 3t and the terminal 4, and holes are injected from the fourth semiconductor region 4 into the first semiconductor region 1, collected in the second semiconductor region 2, and passed through the external terminal 2t to form an external current ( element current).

したがって、第三領域3と第一半導体領域1とに挟まれ
た第一半導体領域2の抵抗と、上記電流の積が、領域2
,3で構成されるpn接合ダイオードの順方向電圧に等
しくなったときに、今度は第三領域3から電子が第二半
導体領域2に注入され、これが電流の増大を招き、再び
また第四半導体領域4から正孔の注入が行なわれるとい
う正帰還現象が生ずる。
Therefore, the product of the resistance of the first semiconductor region 2 sandwiched between the third region 3 and the first semiconductor region 1 and the above-mentioned current is
, 3, electrons are injected from the third region 3 into the second semiconductor region 2, which causes an increase in current, and once again the fourth semiconductor A positive feedback phenomenon occurs in which holes are injected from region 4.

このような正帰還現象が起こり始める電流値がこれまで
述べてきたブレーク・オーバ電流であり、このときの素
子両端電圧(外部端子4t 、 3を間電圧)がブレー
ク・オーバ電圧となる。
The current value at which such a positive feedback phenomenon begins to occur is the breakover current described above, and the voltage across the element at this time (the voltage between the external terminals 4t and 3) becomes the breakover voltage.

すでに記したように、このブレーク・オーバ電圧は降伏
電圧よりはいく分か大きな値となるが、−El、正帰還
が起こり始めると、素子両端電圧は著しく低い値に遷移
する。この値は第2図中にあってクランプ電圧として示
されているが、具体的には吸収電流と各部の直列抵抗と
の積に、pn接合の順方向電圧一つ分を加えた値に略C
等しい。
As already mentioned, this breakover voltage is somewhat larger than the breakdown voltage, but when -El, positive feedback begins to occur, the voltage across the device transitions to a significantly lower value. This value is shown as the clamp voltage in Figure 2, but it is approximately equal to the product of the absorbed current and the series resistance of each part plus one forward voltage of the pn junction. C
equal.

このようなメカニズムから理解されるように、本発明の
サージ吸収素子10は、サージが印加されていないとき
には高い降伏電圧を維持して素子内に流れる電流を最少
限度に抑え、本素子により無駄に電力が消費されるの奢
妨げる一方で、一旦、降伏電圧以上にサージが印加され
ると、間もなく極めて低いクランプ電圧を呈し、もって
大電流を吸収して後続の回路系を確実に保護するように
なる。
As can be understood from this mechanism, the surge absorbing element 10 of the present invention maintains a high breakdown voltage when no surge is applied, minimizes the current flowing within the element, and reduces waste by this element. Although it consumes a lot of power, once a surge is applied above the breakdown voltage, it will soon exhibit an extremely low clamping voltage, absorbing a large current and reliably protecting the subsequent circuit system. Become.

そして木サージ吸収素子lOにおける降伏電圧は、第一
半導体領域lの抵抗率乃至不純物濃度のみならず、第一
半導体領域lと第三領域3との間の離間距離で規定され
る第二半導体領域2の実効厚味atの如何、及びあるい
は不純物濃度の如何によってバンチスルー電圧が制御で
きることにより、かなりに広い設計幅内で任意に設定す
ることができる。実際にも水出願人の実験によれば、こ
の設計幅は、数ボルトから数百ポルトまでの極めて広範
な範囲に及ぶものであることが確かめられている。
The breakdown voltage in the wood surge absorbing element lO is determined not only by the resistivity or impurity concentration of the first semiconductor region l, but also by the distance between the first semiconductor region l and the third region 3 of the second semiconductor region. Since the bunch through voltage can be controlled depending on the effective thickness at of 2 and/or the impurity concentration, it can be arbitrarily set within a fairly wide design range. In fact, according to experiments conducted by Mizu Applicant, it has been confirmed that this design width ranges over an extremely wide range from several volts to several hundred ports.

第1図示の実施例の場合は、既述のように、半導体基板
lに対して第二半導体領域2.及び第三領域3を二重拡
散技術で作成する場合を示しているが、このような場合
には、当該第二半導体領域2の実効厚味Dtは、第一半
導体領域2の形成後、その表面からの第三領域形成用不
純物の拡散深さOdを制御することにより、直接に制御
されるものとなる。すなわち、二重拡散技術による場合
には、第一半導体領域に対する第三領域3の高さ位置の
変動乃至変更設定は、直接に第一半導体領域2の実効厚
味Dtを変更するものとなる。
In the case of the embodiment shown in the first figure, as described above, the second semiconductor region 2. In this case, the effective thickness Dt of the second semiconductor region 2 is changed after the first semiconductor region 2 is formed. This can be directly controlled by controlling the diffusion depth Od of the impurity for forming the third region from the surface. That is, when using the double diffusion technique, changing or changing the height position of the third region 3 with respect to the first semiconductor region directly changes the effective thickness Dt of the first semiconductor region 2.

一方、第二半導体領域2、及び第三領域3をエピタキシ
ャル成長技術により形成した場合には、当該第二半導体
領域2の実効厚味Dtは当該エピタキシィにおける諸条
件に基いて決定される成長膜厚自体により規定されるの
が一般的であるが、その場合にも実際上、第三領域3の
存在がバンチスルーに関する実効厚味atを規定してい
ることに変わりはない。
On the other hand, when the second semiconductor region 2 and the third region 3 are formed by epitaxial growth technology, the effective thickness Dt of the second semiconductor region 2 is the growth film thickness itself determined based on the conditions in the epitaxy. Generally, it is defined by , but even in that case, the existence of the third region 3 does not change the fact that the effective thickness at regarding bunch-through is actually defined.

拡散技術による場合もエピタキシィによる場合も、第二
半導体領域2の実効厚味Dtの制御は、既存の技術をし
ても極めて高い精度で制御できるから、結局、本発明に
よるサージ吸収素子は、その降伏電圧を極めて高い精度
で設定できるものとなる。
Whether by diffusion technology or epitaxy, the effective thickness Dt of the second semiconductor region 2 can be controlled with extremely high precision even with existing technology. The breakdown voltage can be set with extremely high accuracy.

また同様に、バンチスルー電圧、ひいては本素子の降伏
電圧を規定する他の一要因となる第二半導体領域2の不
純物濃度も、既存の技術をして極めて高い精度で調整、
制御することができる。
Similarly, the impurity concentration of the second semiconductor region 2, which is another factor that determines the bunch-through voltage and, ultimately, the breakdown voltage of this device, can be adjusted with extremely high precision using existing technology.
can be controlled.

こうしたことを換言すれば、本発明の素子の場合、降伏
電圧を設計するのに、第二半導体領域2の実効厚味at
と不純物濃度という、それぞれ設計性の良い、しかも互
いには独立の二つの変数を有していることを意味してい
る。
In other words, in the case of the device of the present invention, when designing the breakdown voltage, the effective thickness at
This means that it has two variables, ie, and impurity concentration, which are both well designed and independent of each other.

したがって、これら変数を一方のみ使ったり、双方使っ
てそれぞれ適当に按配することにより。
Therefore, by using only one of these variables or using both and arranging them appropriately.

単に極めて広範な範囲に亘って降伏電圧を設定できるだ
けでなく、接合容量や直列抵抗等、その他の電気的特性
を降伏電圧と独立に設計することもできることが分かる
It can be seen that not only can the breakdown voltage be set over a very wide range, but also that other electrical properties such as junction capacitance and series resistance can be designed independently of the breakdown voltage.

もちろん、第四半導体領域4についても、不純物拡散、
エピタキシィ等の従来技術を援用して制御性良く形成す
ることができるし、またそもそも、既述したように、こ
の第一発明に限っては、当該第四領域4が第一半導体領
域1に対して少数キャリアを注入し得る注入接合を形成
する材料で形成されていれば足り、図示実施例における
ように第一半導体領域1と逆導電型の半導体であること
に限らず、シリサイド酸にするとか、第一半導体領域1
がp型である場合にはそれに対して電子注入の可能な金
属製とする等も考えられる。
Of course, regarding the fourth semiconductor region 4, impurity diffusion,
It can be formed with good controllability by using conventional techniques such as epitaxy, and as already mentioned, in the first invention, the fourth region 4 is formed with respect to the first semiconductor region 1. It is sufficient that the material is made of a material that forms an injection junction into which minority carriers can be injected. , first semiconductor region 1
If it is p-type, it is conceivable to use metal that can inject electrons into it.

これらに加えて1本発明において設けられているキャリ
ア再結合領域IRは、次のような理由により第2図に示
されている保持電流1hを制御することができる。
In addition to these, the carrier recombination region IR provided in the present invention can control the holding current 1h shown in FIG. 2 for the following reason.

第1図中に併示されているように、既述した動作に従っ
て第四半導体領域4から注入された少数キャリアは、矢
印fl 、 f2a、f2bにてそれぞれ示されるよう
に、半導体基板内にて種々の経路を取ることが考えられ
るが、その中、矢印flに沿って動いた少数キャリアこ
そ、そのまま第二半導体領域2に到達するが、矢印f2
aに沿って動いた少数キャリアは、半導体基板1の表面
側に既述のキャリア再結合領域!Rが設けられている場
合にはそこで多数キャリアに捕えられて消滅してしまう
As also shown in FIG. 1, the minority carriers injected from the fourth semiconductor region 4 according to the above-described operation move into the semiconductor substrate as indicated by arrows fl, f2a, and f2b, respectively. Various routes can be considered, but among them, the minority carriers that move along the arrow fl reach the second semiconductor region 2 as they are, but the minority carriers move along the arrow f2.
The minority carriers that moved along the direction a form the above-mentioned carrier recombination region on the surface side of the semiconductor substrate 1! If R is provided, it will be captured by majority carriers and disappear.

同様に矢印f2bに沿って動いた少数キャリアも、半導
体基板lの裏面側にキャリア再結合領域IRが設けられ
ている場合、そこで多数キャリアに捕えられで消滅して
しまう。
Similarly, if a carrier recombination region IR is provided on the back side of the semiconductor substrate l, the minority carriers that have moved along the arrow f2b are captured by the majority carriers there and disappear.

しかし、これらキャリア再結合領域に供給される少数キ
ャリアの量が多くなると、再結合速度よりも当該供給速
度の方が高くなり、キャリア再結合領域内、及びその近
傍をそのまま通過して第二半導体領域2に至るキャリア
が生じ始め、このようにしてやがてのことに素子はター
ン・オン状態となる。
However, when the amount of minority carriers supplied to these carrier recombination regions increases, the supply speed becomes higher than the recombination speed, and the minority carriers pass through the carrier recombination region and the vicinity thereof and are transferred to the second semiconductor. Carriers begin to form that reach region 2, and thus the device eventually turns on.

したがって換言すれば、保持電流値1hは、キャリア再
結合領域IRのない場合に比し、この実施例のようにあ
る場合の方が高い値を示すようになる。
Therefore, in other words, the holding current value 1h shows a higher value when there is a carrier recombination region IR as in this embodiment than when there is no carrier recombination region IR.

そしてこの保持電流値1hの値は、キャリア再結合領域
IRの面積、深さ等により制御することができ、特に当
該キャリア再結合領域IRが結晶欠陥や重金属の熱拡散
により形成されているときには、再結合中心の1度によ
っても制御することができる。
The value of this holding current value 1h can be controlled by the area, depth, etc. of the carrier recombination region IR, and especially when the carrier recombination region IR is formed by crystal defects or thermal diffusion of heavy metals, It can also be controlled by the degree of recombination center.

ところで、上記の第一実施例を通じて説明したことから
顕かなように、本発明のサージ吸収素子においては、そ
の原理上、第一、第三領域間でパンチスルーが起きた後
のサージ電流の電流分布は比較的均一なものとなる。し
かし、なお一層の均一性を確保しようとするなら、第3
図に示すような構成を採ることもできる。
By the way, as is clear from the explanation through the first embodiment above, in the surge absorbing element of the present invention, in principle, the current of the surge current after punch-through occurs between the first and third regions. The distribution will be relatively uniform. However, if you want to ensure even more uniformity, the third
A configuration as shown in the figure can also be adopted.

すなわち、この第3図示の第二実施例では、半、片ルI
I−丘か1\「憤一本Mjk蛸褪1小組組一群陰七れた
逆導電型の第二半導体領域2に対して形成される第三領
域3を、複数に分割された第三領域要素31 、32 
、33 、 、、、、、、 、3n (図示の場合21
!15)の集合から構成しており、各領域要素31〜3
nは、共通の引き出し端子3tから外部に導通を採られ
るようにしている。
That is, in the second embodiment shown in the third figure, half, one side I
The third region 3 formed for the second semiconductor region 2 of the opposite conductivity type is divided into a plurality of third regions. Elements 31 and 32
, 33 , , , , , , 3n (21 in the case shown)
! 15), each area element 31 to 3
n is designed to be electrically conductive to the outside from a common lead-out terminal 3t.

こうした構造では、従来の雪崩降伏型素子に見られたよ
うな電界の集中効果はこれを避けることができ、均一な
電流分布を得ることができる。そのためまた、電流容量
も略S″素子面積に比例して増大させることができる。
With such a structure, the electric field concentration effect seen in conventional avalanche breakdown devices can be avoided, and a uniform current distribution can be obtained. Therefore, the current capacity can also be increased approximately in proportion to the area of the S'' element.

この第3図示の実施例でも、第一実施例について述べた
他の配慮は同様に採用することができる。キャリア再結
合領域IRも基板の表面、裏面の双方または片方に当然
、設けられており、先に説明したと全く同様の作用を呈
する。これらの点については以下の第二発明に関する他
の実施例においても同様とする。なお、二つの端子2t
 、 3tは、既述したように動作原理上、短絡できる
だけでなく、t5線1−で用いると過潴刃螢を辞は得為
抽央もある。
The other considerations described in the first embodiment can be similarly adopted in the third embodiment. The carrier recombination region IR is naturally provided on both or one of the front and back surfaces of the substrate, and exhibits exactly the same effect as described above. Regarding these points, the same applies to other embodiments related to the second invention below. In addition, two terminals 2t
, 3t can not only be short-circuited due to the principle of operation as described above, but also can be used with the t5 line 1- to cause a short circuit.

本発明のような構成のサージ吸収素子では、本来、パン
チスルー現象によって規定されるべき降伏電圧が、第一
半導体領域1と第二半導体領域2の雪崩降伏電圧に近く
なってくると、制御性が悪くなることも考えられる。
In the surge absorbing element configured as in the present invention, when the breakdown voltage, which should originally be defined by the punch-through phenomenon, becomes close to the avalanche breakdown voltage of the first semiconductor region 1 and the second semiconductor region 2, the controllability becomes poor. It is also possible that it gets worse.

そのような危惧のある時には、第二半導体領域2の端部
の接合で生じ始める雪崩降伏を初期の段階で防ぐか抑え
るため、後述する第二発明の実施例としての第4図に示
されるように、第二半導体領域2の周囲を囲むように第
二半導体領域と同一の導電型のガード・リング領域2G
を形成するか、同様に第二発明の第二実施例としての第
5図に示されるように、第二半導体領域2と第三半導体
領域3との表面に一連に形成されたオーミック電極6の
端縁部6aを、絶縁膜8を介して第二半導体領域の端部
における第一半導体領域との接合を越えるようにさらに
張り出させると良い。
When there is such a risk, in order to prevent or suppress the avalanche breakdown that begins to occur at the junction of the end portions of the second semiconductor region 2 at an early stage, as shown in FIG. 4 as an embodiment of the second invention to be described later. A guard ring region 2G of the same conductivity type as the second semiconductor region surrounds the second semiconductor region 2.
Similarly, as shown in FIG. 5 as a second embodiment of the second invention, ohmic electrodes 6 are formed in series on the surfaces of the second semiconductor region 2 and the third semiconductor region 3. It is preferable that the edge portion 6a further extends through the insulating film 8 so as to extend beyond the junction with the first semiconductor region at the end of the second semiconductor region.

このようにすれば、第二半導体領域端部における電界の
集中を緩和し、実効的に雪崩降伏電圧をンチスルーによ
ってのみの降伏電圧の設計性を拡大、改善することがで
きる。
In this way, concentration of the electric field at the end of the second semiconductor region can be alleviated, and designability of the breakdown voltage can be expanded and improved by effectively reducing the avalanche breakdown voltage by punching through the avalanche breakdown voltage.

次いで、当該第4.5図に示される第二発明の実施例に
つき説明する。
Next, the embodiment of the second invention shown in FIG. 4.5 will be described.

この第4,5図に示される実施例においても、第一半導
体領域l、第二半導体領域2、第三領域3、第三領域要
素3i 、 32 、33 、、、、、−1,3nにつ
いては:51図及び第3図に示された第一発明に即する
実施例におけると同様の構成、形状、配置関係が適用で
きる。というよりも、この第二発明の実施例においては
、第3図に示されたサージ吸収素子の構成に加えて、第
四半導体領域4内に、第三領域要素31 、32 、3
3 、 、、、、、、 、3nと実質的に同様な第五領
域要素5t 、 52 、53 、 、、、、、、 、
5nが追加されていると考えて良い。
Also in the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, regarding the first semiconductor region l, the second semiconductor region 2, the third region 3, and the third region elements 3i, 32, 33, , -1, 3n. The same configuration, shape, and arrangement relationship as in the embodiment according to the first invention shown in FIG. 51 and FIG. 3 can be applied. Rather, in this embodiment of the second invention, in addition to the configuration of the surge absorbing element shown in FIG.
3, , , , , , , 5th region element 5t , 52 , 53 , , , substantially similar to 3n
It can be considered that 5n is added.

したがって、この第4.5図示のサージ吸収素子におい
ては、端子3tと5tとの間に印加されるサージ電圧の
極性に応じて、パンチスルーを起こすダイオードが第一
半導体領域lと第二半導体領域2により構成される第一
のダイオードであったり、第一半導体領域1と第四半導
体領域4とで構成される第二のダイオードであったりす
るが、そのいづれのダイオ−1にてパンチスルー現象が
生起するにしろ、その動作メカニズムは、すでに第一発
明の第一半導体領域1と第二半導体領域2とにより構成
されるダイオードに関して説明したのと全く同じことに
なる。
Therefore, in the surge absorbing element shown in Figure 4.5, the diode that causes punch-through is connected to the first semiconductor region l and the second semiconductor region depending on the polarity of the surge voltage applied between the terminals 3t and 5t. 2, or a second diode consisting of the first semiconductor region 1 and the fourth semiconductor region 4, the punch-through phenomenon occurs in either diode 1. However, the operating mechanism is exactly the same as that already explained regarding the diode constituted by the first semiconductor region 1 and the second semiconductor region 2 of the first invention.

換言すれば、この第二発明に即する実施例としてのサー
ジ吸収素子は1両極性のサージ電圧ないしサージ電流に
対し、吸収機能を呈することができる。もちろん、サー
ジ電圧に対して設計性良く降伏電圧や保持を流値Toを
定め得ること等々は。
In other words, the surge absorbing element as an embodiment according to the second invention can exhibit an absorbing function for surge voltage or surge current of one polarity. Of course, it is possible to determine the breakdown voltage, holding current value To, etc. with good design efficiency for surge voltage.

第一発明に関して説明されたサージ吸収素子におけると
全く同様である。
This is exactly the same as in the surge absorbing element described in connection with the first invention.

したがってまた、キャリア再結合領域IRは1両極性の
サージに対して先の第一実施例と同様の機能を示すが、
その配設位置が第二半導体領域2に近いか第四半導体領
域4に近いかによって、各極性での保持電流値1hを意
図的に異ならせることもOf能である。
Therefore, although the carrier recombination region IR exhibits the same function as in the first embodiment with respect to a bipolar surge,
It is also possible to intentionally vary the holding current value 1h for each polarity depending on whether the arrangement position is close to the second semiconductor region 2 or the fourth semiconductor region 4.

第4図に示される実施例と第5図に示される実施例との
相違は、あれば望ましい配慮として、第二半導体領域及
び第四半導体領域の端部の接合で生じ始める雪崩降伏を
初期の段階で防ぐか抑えるための手段が異なるだけであ
る。
The difference between the embodiment shown in FIG. 4 and the embodiment shown in FIG. The only difference is in the means used to prevent or suppress it at different stages.

つまり、第4図示の実施例にあっては、先にも少し述べ
たが、第二半導体領域2と第四半導体領域4の周囲を囲
むように第二、第四半導体領域と同一の導電型のガード
・リング領域2G 、 4Gが形成されており、第5図
示の実施例では、第二半導体領域2と第三半導体領域3
との表面、及び第四半導体領域4と第五領域5との表面
に各一連に形成されたオーミック電極6,7のそれぞれ
の端縁部8a、?aを、絶縁膜8を介して第一半導体領
域lとの接合端部を越えるようにさらに張り出させてい
る。
In other words, in the embodiment shown in FIG. 4, as mentioned above, the second semiconductor region 2 and the fourth semiconductor region 4 are surrounded by a second semiconductor region having the same conductivity type as the second and fourth semiconductor regions. Guard ring regions 2G and 4G are formed, and in the embodiment shown in FIG.
and the respective end edges 8a, ? of the ohmic electrodes 6, 7 formed in series on the surfaces of the fourth semiconductor region 4 and the fifth region 5, respectively. a further extends beyond the junction end with the first semiconductor region l via the insulating film 8.

なおもちろん、第4.5図示の実施例においては、第三
、第五領域3,5はそれぞれ複数の当該領域用の領域要
素群31〜3n、51〜5nの集合から構成されている
が、第一発明の第1図に示されている第三領域3に代表
されるように、最も基本的にはこれら第三領域3.第五
領域5は、それぞれ単一の非分割領域として形成されて
いても良い。
Of course, in the embodiment shown in Figure 4.5, the third and fifth regions 3 and 5 are each composed of a plurality of region element groups 31 to 3n and 51 to 5n for the region, but As represented by the third area 3 shown in FIG. 1 of the first invention, these third areas 3. Each of the fifth regions 5 may be formed as a single undivided region.

これまで述べたきた各実施例に示されるような本発明の
サージ吸収素子の場合、素子完成後、従来の雪崩降伏型
において必要とされていた端面研磨等の付帯処理は原則
としては必要ない、したがって、これら既述の各実施例
構成は、一つの半導体基板1内に複数個、同時に作るこ
とができる。
In the case of the surge absorbing element of the present invention as shown in each of the embodiments described so far, in principle, additional treatments such as end face polishing, which are required in conventional avalanche yield type, are not required after the element is completed. Therefore, a plurality of structures of each of the above-mentioned embodiments can be simultaneously manufactured in one semiconductor substrate 1.

もっとも、逆に多数個を集積する必要のないときには、
先に述べた雪崩降伏電圧を増加させるための他の手段と
して、第6図に示すように、第一、第二半導体領域1.
2間の接合端部に相当する部分を1表面に垂直または角
度を持った斜面でエツチングまたはカッティング処理し
ても良い。
However, when there is no need to accumulate a large number of
As another means for increasing the avalanche breakdown voltage mentioned above, as shown in FIG. 6, the first and second semiconductor regions 1.
A portion corresponding to the joint end between the two may be etched or cut with a slope perpendicular or at an angle to one surface.

第四領域4の側面までもが同様の処理をされているのは
、単に上記処理の結果とも見れるが、逆に、同一のp型
層を利用して上記エツチング処理により、自動的に第二
、第四領域を分離的に形成できることをも示している。
The fact that even the side surfaces of the fourth region 4 are similarly treated can be seen as simply a result of the above-mentioned processing, but on the contrary, the same p-type layer is automatically etched into the second region by the above-mentioned etching process. , also shows that the fourth region can be formed separately.

また、第6図に示される場合は、本発明の第一発明に相
当するサージ吸収素子に関してであるが、第二発明のも
のについても同様の考えを適用することはできる。ただ
し、このような簡便な手法によった場合には、切り落と
し面に適当な保護11!J (図示せず)を要するのが
普通である。
Further, although the case shown in FIG. 6 concerns the surge absorbing element corresponding to the first invention of the present invention, the same idea can be applied to the surge absorbing element corresponding to the second invention. However, if such a simple method is used, appropriate protection 11! J (not shown).

次いでまた、第一発明の第1図示実施例にて代表して1
本発明サージ吸収素子のやや特殊な使い方につき説明す
ると、第二半導体領域2と第三領域3とを異なる端子2
t 、 3tから個別に引き出すようにした場合、第7
図(A)に示されるように、これら端子2t 、 3を
間に適当なバイアス源vbを挿入することにより、パン
チスルー電圧を外部から制御することも可能となる。
Next, as a representative example in the first illustrated embodiment of the first invention,
To explain a somewhat special usage of the surge absorbing element of the present invention, the second semiconductor region 2 and the third region 3 are connected to different terminals 2.
If you draw separately from t and 3t, the 7th
As shown in Figure (A), by inserting a suitable bias source vb between these terminals 2t and 3, it is also possible to control the punch-through voltage from the outside.

サージ電圧のモデルとして、第三領域用端子3tと第四
半導体領域4の端子4tとの間に接続された高電圧源V
rを考えると、第7図(B)に示されるように、本サー
ジ吸収素子のエネルギ・バンド構造は、サージ電圧が印
加されていないときの実線で示される状態から、サージ
電圧に相当する高電圧Vrが印加されたときには図中、
仮想線で示される状態に変化する。ただし図示の場合は
、以下述べるようにバイアス効果を見るため、サージ電
圧に相当する高電圧源電位が、未だパンチスルーを起こ
す程には至っていない状態で示されている。
As a model of the surge voltage, a high voltage source V connected between the third region terminal 3t and the terminal 4t of the fourth semiconductor region 4 is used.
Considering r, the energy band structure of this surge absorbing element changes from the state shown by the solid line when no surge voltage is applied, to the high voltage corresponding to the surge voltage, as shown in Figure 7 (B). When voltage Vr is applied, in the figure,
The state changes to the state shown by the virtual line. However, in the illustrated case, in order to observe the bias effect as described below, the high voltage source potential corresponding to the surge voltage is shown in a state that has not yet reached the level of causing punch-through.

この状態においては、バイアス源vbから供給されるバ
イアス電位の極性及び大きさによって、第二領域2と第
三領域3に関し逆バイアスの場合には矢印“市°°で示
されるように、順方向バイアスの場合には矢印°“I″
で示されるように、各々バンド構造が変化する。したが
って、当該バイアス電位及びその極性により、サージ吸
収素子としてのパンチスルー電圧は外部から制御できる
ことが分かる。
In this state, depending on the polarity and magnitude of the bias potential supplied from the bias source vb, when the second region 2 and the third region 3 are reversely biased, the forward direction is changed as shown by the arrow “°°”. In case of bias, arrow ° “I”
As shown, the band structure changes for each. Therefore, it can be seen that the punch-through voltage of the surge absorbing element can be controlled externally by the bias potential and its polarity.

こうしたバイアス構成は、第4図や第5図に示される本
発明第二発明のサージ吸収素子において、第一半導体領
域1、第四半導体領域側の両ダ7士−y’ t= lL
’+ +−で北涌σ諷スい!÷仙寺じ矯すごシももちる
んできる。
Such a bias configuration is applicable to the surge absorbing element of the second invention shown in FIGS.
'+ +- is Hokuchuku σmade! ÷Senjiji correction is also very good.

最後に、−例として、本発明の効果を実際の素子におけ
る比較で確認する。
Finally, as an example, the effects of the present invention will be confirmed by comparing actual devices.

まず、以下に述べる工程により、第二発明の構成に即し
たサージ吸収素子を作成した。
First, a surge absorbing element conforming to the configuration of the second invention was created through the steps described below.

抵抗率5Ω−Cl導電型n型、(111)面、300j
1m厚のシリコン・ウェハを第一半導体領域1の出発部
材とし、まずその表面に8000人の5iOz膜を形成
した。
Resistivity 5Ω-Cl conductivity type n-type, (111) plane, 300j
A 1 m thick silicon wafer was used as the starting material for the first semiconductor region 1, and 8000 5iOz films were first formed on its surface.

次いで第二半導体領域2及び第四半導体領域4の平面形
状を規定するため、表面のシリコン酸化膜に対し所定の
パターンにしたがってフォト・エツチング工程を適用し
、不純物拡散窓を開け、この各拡散窓を介してホウ素を
拡散し、その深さが2.5角に亘るp型領域2,4を形
成した。
Next, in order to define the planar shapes of the second semiconductor region 2 and the fourth semiconductor region 4, a photo-etching process is applied to the silicon oxide film on the surface according to a predetermined pattern to open impurity diffusion windows, and each diffusion window is Boron was diffused through the p-type regions 2 and 4 having a depth of 2.5 squares.

このときの上記パターンは、それぞれ200+m幅の第
二、第四領域2,4が交互に7hm間隔で縁返されるも
のである。
In this pattern, the second and fourth regions 2 and 4, each having a width of 200+m, are alternately turned at intervals of 7 hm.

新たにウェハ表面にシリコン酸化膜を形成した後、複数
個の第三領域要素31〜3n及び第五領域要素51〜5
nの各平面形状を規定するため、当該シリコン酸化膜に
対して所定のパターンに即したフォト・エツチングを施
し、複数個の第三領域要素及び第五領域要素用の不純物
拡散窓を形成した。
After newly forming a silicon oxide film on the wafer surface, a plurality of third region elements 31 to 3n and fifth region elements 51 to 5 are formed.
In order to define each planar shape of n, the silicon oxide film was photo-etched in accordance with a predetermined pattern to form impurity diffusion windows for a plurality of third region elements and fifth region elements.

この拡散窓から高濃度に燐を拡散し、その深さが1.2
閾に亘るn中型第三領域要素31〜3nの集合から成る
第三領域3と同様に第五領域要素51〜5nの集合から
成る第五領域5を形成した。したがって、これと同時に
最終的に完成した第二半導体領域2と第四半導体領域4
が形成、規定され、その実効厚味Dtは1.3閾とされ
た。
Phosphorus is diffused in high concentration through this diffusion window, and its depth is 1.2
Similarly to the third region 3 made up of a set of n medium-sized third region elements 31 to 3n extending over the threshold, a fifth region 5 made of a set of fifth region elements 51 to 5n was formed. Therefore, at the same time, the second semiconductor region 2 and the fourth semiconductor region 4 were finally completed.
was formed and defined, and its effective thickness Dt was set to 1.3 threshold.

コウシた後、ウェハ裏面にアルミナ粉末を吹き付け、ア
ブレードしてキャリア再結合領域を形成した本発明素子
Aと、アブレードせず、したがってキャリア再結合領域
のない比較素子Bを作成した。
After abrading, alumina powder was sprayed onto the back surface of the wafer, and a device A of the present invention was abraded to form a carrier recombination region, and a comparative device B was prepared without ablation and therefore without a carrier recombination region.

その後、本発明素子Aにも比較素子Bにも、第二、第三
領域に共通のオーミック・コンタクトと第四、第五領域
に共通のオーミック・コンタクトとを採るため、フォト
・エツチング、金属薄膜蒸着、そのエツチング工程を経
て電極6,7ないし端子2t、3t;4t、5tを形成
した。半導体基板側の電極ないし端子Itも、上記金属
薄膜蒸着工程において同時に形成した。
Thereafter, in order to provide common ohmic contacts for the second and third regions and common ohmic contacts for the fourth and fifth regions in both the device A of the present invention and the comparative device B, photo-etching and metal thin film etching were performed. Electrodes 6, 7 or terminals 2t, 3t; 4t, 5t were formed through vapor deposition and etching steps. Electrodes or terminals It on the semiconductor substrate side were also formed at the same time in the metal thin film deposition process.

このような構成下にあって、さらに別な意味での第三の
比較用サージ吸収素子Cとして、基板表面側の端子2t
 、 3t (あるいは4t、5t)と基板裏面端子I
tとの間でサージを吸収するモデルを組んだ所、その降
伏電圧は120Vを示し、サージ吸収電流は最大300
A/c廖2まで取れた。
Under such a configuration, as a third comparison surge absorbing element C in a different sense, the terminal 2t on the front surface side of the substrate
, 3t (or 4t, 5t) and the terminal I on the back of the board
When a model was constructed to absorb surges between
I was able to get up to 2 A/C units.

一方1本発明の思想に即するサージ吸収素子Aとして、
上記構成により端子2t 、 3tと4t、5tとの間
で両極性のサージを吸収するようにしたものでは、降伏
電圧は121Vと略C同じであったが、ブレーク・オー
バ電流密度が4A/cm2で、サージ吸収電流密度は何
と最大5000A/c■2も取ることができた。
On the other hand, as a surge absorbing element A according to the idea of the present invention,
In the structure described above, which absorbs bipolar surges between terminals 2t, 3t and 4t, 5t, the breakdown voltage was 121V, which was approximately the same as C, but the breakover current density was 4A/cm2. The surge absorption current density was able to reach a maximum of 5000 A/c2.

この特性例を見ても、本発明により設けられた第二、第
三領域の組に対する第四半導体領域の働き、そして第四
、第五領域の組に対する第二半導体領域の働きは極めて
大きいものであることが分かる。
Looking at this characteristic example, the effect of the fourth semiconductor region on the set of second and third regions provided by the present invention and the effect of the second semiconductor region on the set of fourth and fifth regions are extremely large. It turns out that it is.

そしてまた、他は上記と同一条件として、実質的に第二
、第四半導体領域2,4の実効厚味を規定することにな
るn十型第三、第五領域3,5を形成する際の拡散時間
を変化させた所、降伏電圧は30Vから170Vの間で
変化させることができた。
Also, under the same conditions as above, when forming the n0-type third and fifth regions 3 and 5, which will substantially define the effective thickness of the second and fourth semiconductor regions 2 and 4. By changing the diffusion time, the breakdown voltage could be varied from 30V to 170V.

もちろん、この変化幅も最大変化幅ではなく、他の条件
も勘案すれば数ボルトから数百ボルトに亘る極めて広範
な変化範囲を得ることができることも確認されている。
Of course, this variation range is not the maximum variation range, and it has been confirmed that if other conditions are also taken into account, an extremely wide variation range from several volts to several hundred volts can be obtained.

さらに、本発明によるキャリア再結合領域を有する素子
Aと有しない素子Bとを保持電流1hに関して比較した
所、本発明素子Aにおいては0.3Aも取れていたのに
対し、比較素子Bでは40■Aしか取れていなかった。
Furthermore, when we compared device A with the carrier recombination region according to the present invention and device B without it with respect to the holding current of 1 h, the device A of the present invention had a holding current of 0.3 A, while the comparative device B had a holding current of 40 A. ■I only got an A.

これは本発明により組込まれたキャリア再結合領域が保
持電流を大きく制御していることを端的に示している。
This clearly shows that the carrier recombination region incorporated according to the present invention greatly controls the holding current.

なお、本素子における降伏メカニズムは、トンルー現象
にのみよって制御可能となっていることも検証された。
It was also verified that the breakdown mechanism in this device can be controlled solely by the Tongru phenomenon.

もちろん、上記第二発明に対して取られた特性例からす
れば、第四半導体領域の中に第四半導体領域のない第一
発明に即するサージ吸収素子においても、サージ吸収極
性が一極性になるだけで、保持電流等に関し、同等の特
性傾向となることはほとんど自明の理である。
Of course, from the characteristic example taken for the second invention, even in the surge absorbing element according to the first invention in which there is no fourth semiconductor region in the fourth semiconductor region, the surge absorption polarity is unipolar. It is almost self-evident that the characteristics tend to be the same in terms of holding current and the like.

また、ブレーク・オーバ′尼流をさらに大きくして、小
さなサージには応答させないようにするには、第二半導
体領域及びあるいは第四半導体領域が金属薄膜に接触す
る面積を大きくするか、特に第一発明に即する素子の場
合には、第8図に示されるように、第四半導体領域4を
複数の領域要素41 、42 、 、、、、 、4n(
1)集合から構成し、それら隣接する第四半導体領域要
素間に横方向に挟まれる第一半導体領域部分11 、1
2 、 、、、、 、1n−1が形成されるようにして
、当該第一半導体領域部分11 、12 。
In addition, in order to further increase the breakover current so that it does not respond to small surges, the area in which the second semiconductor region and/or the fourth semiconductor region is in contact with the metal thin film must be increased, or especially the In the case of a device according to one aspect of the invention, as shown in FIG.
1) a first semiconductor region portion 11, 1 consisting of a set and sandwiched laterally between adjacent fourth semiconductor region elements;
2, , , , 1n-1 are formed in the first semiconductor region portions 11, 12.

、、、、 、 In−+に対し共通にオーミック接触す
る電極8−設けて端子1tと17、同様に填四単道葎偵
鋳弾表群41 、42 、 、、、、 、4nにも共通
の線路を形成して端子4tを引き出し、使用すると良い
, , , , electrodes 8 - which make common ohmic contact with In-+ are provided, and terminals 1t and 17 are also provided, and similarly common to the four-way single-track reconnaissance bullet table group 41 , 42 , , , , , , 4n It is better to form a line, pull out the terminal 4t, and use it.

いづれにしても、ブレーク・オーバ電流もかなりな範囲
で任意に設計することができる。
In any case, the breakover current can also be arbitrarily designed within a considerable range.

〈発明の効果〉 本発明によれば以下列記するように、既存の雪崩降伏型
素子に比し、各種優れた効果を得ることができる。
<Effects of the Invention> According to the present invention, various superior effects can be obtained as compared to existing avalanche breakdown type elements, as listed below.

■半導体基板ないし半導体ウェハはこの種素子の各部の
部品価額としては最も高価で、且つ最も融通の効かない
部材であるが、本発明によれば同一の材料定数の出発ウ
ェハからも異なる降伏電圧のサージ吸収素子を得ること
ができる。
■Semiconductor substrates or semiconductor wafers are the most expensive and most inflexible components of this type of device, but according to the present invention, even starting wafers with the same material constant can have different breakdown voltages. A surge absorbing element can be obtained.

■第二半導体領域及び第三領域の組、また第四半導体領
域と第五領域の組を第一半導体領域に対して共に同一の
面側からのみ形成することができるため、降伏電圧の変
更及び定められた降伏電圧にするための制御が極めて簡
単で、且つ高精度で行なえる。
■Since the set of the second semiconductor region and the third region and the set of the fourth semiconductor region and the fifth region can be formed only from the same side with respect to the first semiconductor region, the breakdown voltage can be changed and Control to achieve a predetermined breakdown voltage is extremely simple and can be performed with high precision.

■降伏電圧に対して他の電気的特性、例えば接合rB量
とか直列抵抗等は独立に設計することができ、したがっ
て例えば、異なる降伏電圧でも他の電気的特性は略C同
様とすることもできる。
■ Other electrical characteristics such as the amount of junction rB and series resistance can be designed independently of the breakdown voltage, and therefore, for example, other electrical characteristics can be made to be approximately the same as C even if the breakdown voltage is different. .

[株]共通の半導体基板内に複数の素子を集積化するこ
とも容易である。
It is also easy to integrate multiple elements within a common semiconductor substrate.

■大、1流領域では降伏電圧よりもさらに端子電圧(ク
ランプ電圧)が大きく低減化する設計原理を有するので
、極めて大きなサージ電流をも吸収することができ1回
路系の保護に関して極めて高い能力を有する。
■It has a design principle that reduces the terminal voltage (clamp voltage) even more than the breakdown voltage in the large, single-current region, so it can absorb extremely large surge currents and has an extremely high ability to protect single circuit systems. have

(Φ上記■のようにクランプ電圧を大きく低減化できる
にもかかわらず、キャリア再結合領域の存在により、保
持電流は大きな値に設定できるので、サージが消失した
後は素子を自動リセットし、続流効果を避けることがで
きる。
(ΦEven though the clamp voltage can be greatly reduced as described in ■ above, the holding current can be set to a large value due to the presence of the carrier recombination region, so after the surge disappears, the element is automatically reset and the The flow effect can be avoided.

■第二発明によった場合には上記効果に加え、両極性の
サージ電流を吸収することができる。
(2) In the case of the second invention, in addition to the above effects, bipolar surge currents can be absorbed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の第一発明に従う第一実施例の概略構成
図、第2図は第1図示実施例の動作特性図、第3図は第
一発明に従う第二実施例の概略構成図、第4図及び第5
図は本発明の第二発明に従う各実施例の概略構成図、第
6図は本発明サージ吸収素子における雪崩降伏電圧の影
響をなくすための一例の説明図、第7図は本発明サージ
吸収素子の特殊な使い方の一例の説明図、第8図は第一
発明に従うサージ吸収素子の更に他の改変例の概略構成
図、である。 図中、1は第一半導体領域ないし半導体基板、IRはキ
ャリア再結合領域、2は第二半導体領域、3は第三領域
、31〜3nは第三領域要素、4は第四半導体領域、4
1〜4nは第四半導体領域要素、5は第五領域、51〜
5nは第五領域要素、20.4Gはガード・リング、1
0は全体としての本発明サージ吸収゛素子、である。 代理人         福 m腎: 第1図 耐 官庁手続 手続補正書(自発) 昭和61年3月18日
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment according to the first invention of the present invention, FIG. 2 is an operational characteristic diagram of the first illustrated embodiment, and FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a second embodiment according to the first invention. , Figures 4 and 5
The figure is a schematic configuration diagram of each embodiment according to the second invention of the present invention, Figure 6 is an explanatory diagram of an example for eliminating the influence of avalanche breakdown voltage in the surge absorbing element of the present invention, and Figure 7 is the surge absorbing element of the present invention. FIG. 8 is a schematic configuration diagram of yet another modified example of the surge absorbing element according to the first invention. In the figure, 1 is a first semiconductor region or a semiconductor substrate, IR is a carrier recombination region, 2 is a second semiconductor region, 3 is a third region, 31 to 3n are third region elements, 4 is a fourth semiconductor region, 4
1 to 4n are fourth semiconductor region elements, 5 is a fifth region, and 51 to 4n are fourth semiconductor region elements;
5n is the fifth area element, 20.4G is the guard ring, 1
0 is the surge absorbing element of the present invention as a whole. Agent: Fuku Maki: Figure 1: Amendment to government agency procedures (voluntary) March 18, 1985

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)半導体基板自体として形成されるか、または該半導
体基板に対して分離的に形成された第一導電型の第一半
導体領域と; 該第一半導体領域の一表面側に形成され、上記第一導電
型とは逆導電型であって上記第一半導体領域との間でp
n接合ダイオードを形成する第二の半導体領域と; 上記第一半導体領域とは反対側から上記第二半導体領域
に接触することにより、該第一半導体領域との間の離間
距離をして上記第二半導体領域の実効厚味を規定する第
三領域と; 上記第一半導体領域の上記一表面側において上記第二の
半導体領域に対し横方向に離間して形成され、上記第一
半導体領域と注入接合を形成する第四領域と; 上記第一半導体領域の上記一表面側にあって上記第二半
導体領域と第四領域との間の一部分、及び上記第一半導
体領域の上記一表面とは対向する裏面側にあって上記第
二半導体領域下から第四領域下にかけての少なくとも一
部分のいづれか一方または双方に設けられたキャリア再
結合領域と; から成り、上記pn接合ダイオードへの逆バイアスで生
ずる空乏層が上記第三領域に到達したときに生ずる上記
第一半導体領域と上記第三領域との間のパンチスルーに
よりサージ電流を吸収しながら上記再結合領域で保持電
流を制御すること; を特徴とするサージ吸収素子。 2)半導体基板自体として形成されるか、または該半導
体基板に対して分離的に形成された第一導電型の第一半
導体領域と; 該第一半導体領域の一表面側に形成され、上記第一導電
型とは逆導電型であって上記第一半導体領域との間で第
一のpn接合ダイオードを形成する第二の半導体領域と
; 上記第一半導体領域とは反対側から上記第二半導体領域
に接触することにより、該第一半導体領域との間の離間
距離をして上記第二半導体領域の実効厚味を規定する第
三領域と; 上記第一半導体領域の上記一表面側において上記第二の
半導体領域に対し横方向に離間して形成され、上記第一
導電型とは逆導電型であって上記第一半導体領域との間
で上記第一のpn接合ダイオードとは逆方向になる第二
のpn接合ダイオードを形成する第四の半導体領域と; 上記第一半導体領域とは反対側から上記第四半導体領域
に接触することにより、該第一半導体領域との間の離間
距離をして上記第四半導体領域の実効厚味を規定する第
五領域と; 上記第一半導体領域の上記一表面側にあって上記第二半
導体領域と第四半導体領域との間の一部分、及び上記第
一半導体領域の上記一表面とは対向する裏面側にあって
上記第二半導体領域下から第四半導体領域下にかけての
少なくとも一部分のいづれか一方または双方に設けられ
たキャリア再結合領域と; から成り、上記第一、第二の二つのpn接合ダイオード
のいづれか一方への逆バイアスで生ずる空乏層が対応す
る上記第三領域または第五領域のいづれか一方に到達し
たときに生ずる上記第一半導体領域と上記第三領域また
は上記第一半導体領域と上記第五領域との間のパンチス
ルーによりサージ電流を吸収しながら上記再結合領域で
保持電流を制御すること; を特徴とするサージ吸収素子。
[Claims] 1) a first semiconductor region of a first conductivity type formed as the semiconductor substrate itself or separately formed with respect to the semiconductor substrate; one surface side of the first semiconductor region; is formed in a conductivity type opposite to the first conductivity type, and has a p-type conductivity between it and the first semiconductor region.
a second semiconductor region that forms an n-junction diode; and a second semiconductor region that contacts the second semiconductor region from the opposite side to the first semiconductor region, thereby reducing the distance between the second semiconductor region and the first semiconductor region; a third region defining the effective thickness of the two semiconductor regions; a third region formed on the one surface side of the first semiconductor region and spaced apart from the second semiconductor region in the lateral direction, and implanted with the first semiconductor region; a fourth region forming a junction; a portion located on the one surface side of the first semiconductor region between the second semiconductor region and the fourth region, and opposite to the one surface of the first semiconductor region; a carrier recombination region provided in one or both of at least a portion from below the second semiconductor region to below the fourth region on the back side of the pn junction diode; Controlling a holding current in the recombination region while absorbing surge current by punch-through between the first semiconductor region and the third region that occurs when the layer reaches the third region; surge absorption element. 2) a first semiconductor region of a first conductivity type formed as the semiconductor substrate itself or separately formed with respect to the semiconductor substrate; and a first semiconductor region formed on one surface side of the first semiconductor region; a second semiconductor region having a conductivity type opposite to the one conductivity type and forming a first pn junction diode with the first semiconductor region; a third region that defines the effective thickness of the second semiconductor region by contacting the first semiconductor region; A pn junction diode is formed laterally apart from the second semiconductor region, is of a conductivity type opposite to the first conductivity type, and is connected to the first semiconductor region in a direction opposite to the first pn junction diode. a fourth semiconductor region that forms a second pn junction diode; and a fourth semiconductor region that contacts the fourth semiconductor region from the opposite side to the first semiconductor region to reduce the distance between the fourth semiconductor region and the first semiconductor region; a fifth region that defines the effective thickness of the fourth semiconductor region; a portion of the first semiconductor region on the one surface side between the second semiconductor region and the fourth semiconductor region; a carrier recombination region provided on one or both of at least a portion of the region from below the second semiconductor region to below the fourth semiconductor region on the back surface side opposite to the one surface of the first semiconductor region; , the first semiconductor region that is formed when the depletion layer that is generated by reverse biasing one of the first and second two pn junction diodes reaches either the corresponding third region or the fifth region; A surge absorption element characterized by: controlling a holding current in the recombination region while absorbing surge current by punch-through between the third region or the first semiconductor region and the fifth region.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01183849A (en) * 1988-01-19 1989-07-21 Fuji Electric Co Ltd Bidirectional switching element
JPH0282648A (en) * 1988-09-20 1990-03-23 Sony Corp Solid-state image sensing device
JPH04320067A (en) * 1991-04-18 1992-11-10 Agency Of Ind Science & Technol Surge protective device

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