KR100244620B1 - 고전압 소자 - Google Patents
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Abstract
정상상태의 고전압분포를 갖는 내연기관의 점화전압 분배기의 기능을 대신하는 고전압 스위치가 제안되어 있다. 이 고전압 스위치는 반도체 엘레멘트들의 종속을 구비하고, 인접된 반도체 엘레멘트들(12)을 갖는 단일칩으로서 단일의 단결정 실리콘 웨이퍼(1)를 구성함에 의해서 상기 종속이 제공되므로 pn 접합부가 조사될때 상기 고전압 스위치의 상기 브레이크다운 전압이 감소될 수 있다.
Description
[발명의 명칭]
고전압 소자
[종래기술]
본 발명은 특허청구의 범위 제 1항의 상위개념에 의한 고전압스위치에 관한 것이다. 유럽 특허원 제 EP-A 0, 377, 619호에는 정상상태 고전압 분배의 경우에 있어서 점화전압분배 장치로서의 기능을 하는 고전압 스위치를 이미 공개한 바 있다. 이 고전압 스위치는 반도체 엘레멘트들로 구성되어 있고 이 반도체 엘레멘트들은 감광대를 갖는 종속형태로 배열되어 고전압 트랜지스터 또는 시이리스터로서 배치되어 있다. 감광대는 발광 소자에 의해서 구동될 수 있으므로 예컨대 점화순서에 따라서 전술한 순간에 발광 소자가 스위치함으로써 점화코일에 의해 양도된 점화펄스를 하향 스파킹 플러그로 공급한다. 이들 종속회로에서는, 3 내지 50개의 광트랜지스터 또는 광사이리스터가 직렬로 연결된다.
고전압 스위치는 또한 독일 특허원 제 DE-OS 37 31 393호로부터로 공개되어 있다. 여기에서는 브레이크 오버 다이오드(break-over diode)가 고전압소자로서 사용되고, 개개의 브레이크-오버 다이오드의 절연내력 (dielectic serength)에 따라 그리고 원하는 브레이크-오버 전압에 따라 10 내지 50개의 다이오드가 서로 적층 (stack)되어 있다. 이러한 공지된 고전압 스위치의 경우 직렬 회로의 형태의 종속회로 또는 적층식 회로는 상대적으로 큰 공간을 필요로 한다.
[발명의 장점]
특허청구범위 제 1항의 특징있는 특성을 갖는 본 발명에 따른 장치는, 결국 인접된 반도체 엘레멘트들로 구성되어 있는 단 하나의 실리콘칩이 사용되는 장점이 있다. 이로써 적층기술과 비교하면 전체 칩 표면은 약 50%까지 축소된다. 특허청구의 범위 제 1항에 명시된 고전압 스위치의 이로운 향상 및 개선은 여러 종속항에서 공개된 측정들로써 가능하다. 실리콘웨이퍼를 절연기판에 제공함으로써 적어도 세개의 자유단만이, 보다 유리하게는 두개의 측면과 하나의 상면이 부분적으로 투명한 절연물로 둘러쌓여야 하는 것이 특별히 우수하다.
다른 장점으로는 웨이퍼에 있는 측면제차 전류분포 (lateral homogeneous current distribution)이다. 전체 웨이퍼는 구조내에 포함되어 있고, 빛은 약 900㎚의 파장에서 웨이퍼의 전체 깊이에 대략 상응하는 약 100㎛를 침투할수 있기 때문에, 웨이퍼의 전체 깊이에서 전하케리어가 발생될 수 있다.
[도면]
다음의 설명에는 본 발명의 예시적인 실시예들이 도면과 함께 보다 상세히 설명되어 있다. 제1도는 단일칩으로서의 브레이크-오버 다이오드 종속의 구조의 원리를 도시하고, 제2도는 그 단일칩의 평면도이며, 제3도는 한 단일칩상에서 대칭특성 (5층 다이오드)을 갖는 브레이크-오버 다이오드들의 종속을 도시한다.
[예시적인 실시예의 설명]
제1도는 플래너 기술에서의 단일칩에서의 브레이크-오버 다이오드 종속의 구조원리를 단면도로 도시한다. 플래너 브레이크-오버 다이오드 종속은 단결정 반도체 케리어 (monocrystalline semiconductor carrier), 특히 실리콘웨이퍼(1)로 이루어져 있고, 약 50 내지 200㎛의 두께를 갖는 실리콘웨이퍼는 n 도핑되어 있고 그 밑면이 절연기판(2), 예컨대 유리, 세라믹, 사파이어 등으로 제공된다. 이 실리콘 웨이퍼에는, 절연기판(2)에 제공된 밑면까지 n 실리콘으로 이루어진 다수의 n 도핑영역(3)이 위치해 있으므로 pn 접합(4)이 일어난다. p 도핑 영역은 스트립 모양으로, 예컨대 단일칩의 전체폭에 걸쳐 단자(5)에서 단자(6)까지의 구획에 대해 직각으로 490㎛의 길이만큼 떨어져 분포되어 있고, 또한 폭이 예컨대 110㎛이다. P확산에 의한 실리콘 웨이퍼 구조에서는 절연층(2)에 의한 웨이퍼밑면에 절연을 보장하기 위하여 연속 옴경로 (continous ohmicpath)가 전혀 발생되지 않게 주의하여야 한다. 즉, 웨이퍼의 밑면까지 실제로 p 확산이 이루어지도록 주의하여야 한다. 그이유는 웨이퍼는 약 100㎛의 얇은 두께로 사용하는 것이 유리하기 때문이다. 스트립형의 n+ 영역(7)은 실리콘 웨이퍼(1)의 p 영역으로 확산되고, 스트립(7)들은 차단 (interrupt)될수도 있다. 이들 스트립의 폭은 예컨대 50㎛이고, 그 길이는, 예컨대 2㎜인 상기 단일칩의 폭에 상응한다. 각 브레이크-오버 다이오드(12)는 4층으로 구성되어 있기 때문에 단자(6)에서는 n+ 가 P영역(3)으로 확산될 필요가 없다. 이 4층은 n+, p, n-, p 로 구성되어 있다. 실리콘 웨이퍼(1)의 종단 (terminating edge)에서 종속이 끝나므로 다음의 각 브레이크-오버 다이오드의 경우에는 새로운 n+가 필요없다. 이렇게 형성된 상기 브레이크-오버 다이오드의 종단영역 (edge region)에는 p 영역(3)들이 절연층(13)으로 코팅되어 있고 이 절연층(13)은 실리콘 웨이퍼(1)의 윗면으로부터 종단영역상에서 절연기판(2)까지 이어진다. pn접합부(4)는 감광윈도우(8)들이 생겨나는 식으로 실리콘 웨이퍼의 윗면에 구성되어 있다. 즉, 산화 또는 유리활성화층(9)에 의해서 외측면으로의 pn접합부의 절연이 실현된다. 또한, 특히 측면상에 빛의 입사량을 증가하기 위해서, pn접합에 트렌치 에칭 (trench etching)을 제공하고 이어서 적당히 투명한 절연체(13)로써 절연을 하게 한다. 그로써 절연층의 두께는 고정될 수 있으므로 그 절연층의 두께는 입사광의 특정파장의 감광성과 일치된다. 마지막으로, 단일칩의 상호 반대되는 단영역들상에는 상응하는 단자들 (5 및 6)을 제공하기 위하여 윗면에 스트립 형태 또는 점형태로 금속코팅부(11)가 제공된다. 이 플래너 브레이크-오버 다이오드 종속의 경우에는 측면전류 흐름이 발생되고, 기호로 표시된 각 브레이크-오버 다이오드들(12)의 역전압에 의해서, 그리고 그 브레이크-오버 다이오드의 수에 의해서 종속의 역전압이 고정 (fix)된다. 실리콘 웨이퍼의 전체 깊이에는 pn접합부의 조사(irradiation)의해 전하 케리어가 발생되며 제차 전류 흐름 (homogeneous currentflow)이 발생되어 브레이크다운 전압이 감소된다.
제2도는 제1도와 유사한 방법으로 단일칩의 평면도를 도시한다. 스트립식 도핑부를 보다 좋게 도시하기 위하여, 평면도 형식으로 유리 비활성화층이 도시되었다. n 도핑된 실리콘 단결정층(1)에는 전체 단일칩에 걸쳐서 스트립 형태로 p 영역(3)이 구성되어 있고, 그 전체 단일칩에 걸쳐서 스트립 형태로 n+ 영역(7) 또한 분포되어 있으며, 이 n+ 영역은 상대적으로 얕은 침투 깊이를 갖고 있음을 분명히 알수 있다. n+ 확산의 영역에는, 구성된 실리콘 웨이퍼에 단자 (5 및 6)와의 연결을 위해 기초를 형성하는 금속 코팅부가 제공된다.
이 경우에는, 금속 코팅부(11)가 n+ 영역(7)밑에 위치된 p 영역(3)과 n+ 영역(7)을 단락시킨다. 그러므로 발생된 핀치저항 (n+ 영역(7)하단)은 브레이크-오버 다이오드 소자의 브레이크-오버 조건을 결정한다.
제 3도는 제2도의 상세도이며, 단일칩의 측면상에 pn 접합부의 형성이 묘사되어 있다. pn 접합부는 트렌치 에칭에 의해서 영향을 받으므로 작은 돌출부 (small through 10)들이 생기게 된다. 이들 돌출부는 이어서 투명한 절연체(13)로 채워지므로 광조사에 의해서 전하 케리어 발생의 효과를 증폭시키기 위해 측면이 사용될 수 있다.
제 4도는 단결정 n 도핑된 실리콘 단결점의 구성도로써, 예컨대 대칭 특성의, 소위 양극성 브레이크-오버 다이오드를 갖는 브레이크-오버 다이오드와 같은 기타 소자의 종속을 형성할 수 있게 한 것을 도시한다. 덧붙여, 이 도면에서는 회로기호로서 종속이 묘사되고 있다. p 도핑된 단결정 실리콘 칩을 사용함으로써 pn 접합부를 형성할 수도 있다. 이 부분에 있어서, p 도핑된 단결정 실리콘칩은 그안에 삽입된 n 도핑 및 p 도핑이 스트립 형태로 제공된다. 이러한 구성에서 중요한 모든것은 스트립 형태로 제공된다. 이러한 구성에서 중요한 모든것은 상반되는 특성이 전도성 유형을 사용하는 것이다.
Claims (7)
- 절연기판에 제공되는 실리콘 웨이퍼의 구성에 의해서 형성되고, 제 1전도유형을 구비하며, 다수의 영역을 구비할 뿐만 아니라 제 2의 상반된 전도 유형의 상기 영역과 직각으로 스트립 형태로 상기 단자들 사이에서 전개하는 반대측면상에 제공된 적어도 두 개의 단자를 구비하고, 이들 영역들은 상기 실리콘 웨이퍼의 전체 넓이에 걸쳐서 다른 영역으로부터 거리를 두고 전개하여 상기 실리콘 웨이퍼의 상기 전체 두께를 침투하는 반도체 소자의 직렬 회로에 있어서,상기 상반된 전도유형(7)의 도핑 영역이 차례로 스트립 형태 또는 점형태로 상기 제 2전도유형(3)의 상기 영역들로 병합되어, 4층 또는 5층 소자, 보다 좋게는 다이오드, 사이리스터 또는 트라이액을 만들어내며, 하나의 전도유형으로부터 반대의 전도유형으로 상기 접합부가 조사될 때 상기 직렬 회로의 스위칭 전압이 감소될 수 있는 것을 특징으로하는 직렬 회로.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1전도유형(1)은 n 도핑된 영역이고 상기 제 2의 상반된 전도유형(3)은 p 도핑된 영역인 것을 특징으로하는 직렬 회로.
- 제 2항에 있어서,n+도핑 영역(7)은 스트립 형태 또는 점 형태로 상기 p 영역(3)안에 병합되어 있는 것을 특징으로하는 직렬 회로.
- 제 3항에 있어서,상기 p- 영역 및 n+ 영역(3 및 7)을 부분적으로 덮어서 상기 단자들(5, 6)을 위해 사용될 수 있는 상기 금속 코팅부(11)가 스트립 형태로 상기 실리콘 웨이퍼에 제공되는 것을 특징으로하는 직렬 회로.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 실리콘 웨이퍼(1)의 두께가 50 내지 200um인 것을 특징으로 하는 직렬회로.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,하나의 전도유형에서 다른 전도유형으로의 상기 pn 접합부(4)가 상기 실리콘 웨이퍼의 상기 두 측면상에 최소한의 트렌치 에칭에 의해 노출되어 절연체(13)에 의해 덮여 있는 것을 특징으로하는 직렬회로.
- (정정) 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,하나의 전도유형으로부터 다른 전도유형으로의 상기 pn 접합부(4)가 절연을 목적으로 광전 유리 또는 산화 비활성층(9) 또는 절연체(13)로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 직렬회로.
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