(57)【要約】【課題】  半導体基板表面の絶縁膜等が有するイオンの影響を受けることなく安定した動作が得られる高耐圧な定電圧ダイオードを提供する。【解決手段】  第１導電型の半導体基板と、半導体基板の主面に形成され、当該半導体基板よりも不純物濃度が低い第１導電型のエピタキシャル層と、エピタキシャル層の内部に形成された第２導電型の第１半導体領域と、第１半導体領域を囲むようにエピタキシャル層の内部に形成された第２導電型の第２半導体領域と、エピタキシャル層の主面に形成された絶縁膜と、エピタキシャル層の主面に形成された第１電極と、半導体基板の主面と反対側の面に形成された第２電極とを備え、第１半導体領域と第２半導体領域とは互いに離間した位置にあり、第２半導体領域の底部と、第１半導体領域の底部とは、エピタキシャル層の主面から略同じ深さにあり、絶縁膜上に非電極の導電体が環状に設けるものである。【選択図】  図１
2006303369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーチスルー型の定電圧ダイオードであって、
第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の主面に形成され、当該半導体基板よりも不純物濃度が低い第１導電型のエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層の内部に形成された第２導電型の第１半導体領域と、
前記第１半導体領域を囲むように前記エピタキシャル層の内部に形成された第２導電型の第２半導体領域と、
前記エピタキシャル層の主面に形成された絶縁膜と、
前記エピタキシャル層の主面に形成された第１電極と、
前記半導体基板の主面と反対側の面に形成された第２電極とを備え、
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とは互いに離間した位置にあり、
前記第２半導体領域の底部と、前記第１半導体領域の底部とは、前記エピタキシャル層の主面から略同じ深さにあることを特徴とする、定電圧ダイオード。
【請求項２】
前記絶縁膜上に非電極の導電体が環状に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の定電圧ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電圧ダイオードに関し、より特定的には、リーチスルー型の定電圧ダイオードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
なだれ降伏現象を利用した定電圧ダイオードは、基準電圧回路や保護回路等の種々の電子回路に広く使用されている。このような定電圧ダイオードの中でも、比較的、低耐圧な定電圧ダイオードは、安定した降伏電圧を得ることができるため、従来より、各種の提案がなされている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
図２（ａ）は、特許文献１に記載された定電圧ダイオードの構成を示す断面図である。図２（ａ）において、定電圧ダイオード４００は、Ｎ型半導体基板１０１、Ｐ型半導体領域１０３、Ｐ型半導体環状領域１０５、Ｎ+ 型チャンネルストッパ１０６、絶縁膜１０７、アノード電極１０８、およびカソード電極１０９を備える。なお、Ｎ+ 型とは、Ｎ型よりも高い不純物濃度を有するものである。
【０００４】
Ｎ型半導体基板１０１は、定電圧ダイオード４００のベースとなる基板である。Ｐ型半導体領域１０３は、Ｎ型半導体基板１０１の主面に形成された半導体層である。Ｐ型半導体環状領域１０５は、Ｐ型半導体領域１０３の外周部を囲むように形成された環状の半導体層であり、Ｐ型半導体環状領域１０５とＰ型半導体領域１０３とは、互いに接するとともにその一部は重なり合っている。また、Ｐ型半導体環状領域１０５の底部は、Ｐ型半導体領域１０３の底部よりもＮ型半導体基板１０１の主面から深い位置にある。Ｎ+ 型チャンネルストッパ１０６は、チップの最外周に環状に形成された半導体層である。絶縁膜１０７は、Ｎ型半導体基板１０１の主面を覆うように形成されており、Ｐ型半導体領域１０３の上部にある絶縁膜１０７には、開口部が形成されている。アノード電極１０８は、Ｎ型半導体基板１０１の主面に形成されており、絶縁膜１０７に形成された開口部を介してＰ型半導体領域１０３と接続されている。カソード電極１０９は、Ｎ型半導体基板１０１の主面と反対側の面に形成されている。
【０００５】
上記のように構成された定電圧ダイオード４００は、アノード電極１０８とカソード電極１０９との間に逆バイアス電圧が印加されると、Ｐ型半導体領域１０３とＮ型半導体基板１０１との接合面およびＰ型半導体環状領域１０５とＮ型半導体領域１０１との連続した接合面に空乏層が形成される。図２（ｂ）は、定電圧ダイオード４００に空乏層１２０が形成された状態を示す断面図である。定電圧ダイオード４００は、主接合を構成するＰ型半導体領域１０３とＮ型半導体基板１０１との接合面がデバイス表面には現れない構造となっている。そのため、図２（ｂ）に示す空乏層１２０は、絶縁膜１０７やこの上に被覆された保護膜（図示せず）に含まれるイオンの影響を受けることがなくなり、定電圧ダイオード４００は、安定した降伏電圧を得ることができる。この理由について、以下に、具体的に説明する。
【０００６】
図２（ｂ）において、空乏層１２０は、Ｎ型半導体基板１０１の内部へ広がるが、Ｐ型半導体環状領域１０５は、Ｐ型半導体領域１０３のガードリングとして作用するため、Ｐ型半導体領域１０３とＮ型半導体基板１０１との接合面において安定した降伏電圧を得ることができる。なお、降伏電圧は、Ｐ型半導体領域１０３とＮ型半導体基板１０１との濃度勾配で決定することができる。
【特許文献１】特開２００３−２４９６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のように構成された定電圧ダイオード４００では、低耐圧に設計されたものであれば安定した動作が得られるが、高耐圧に設計すると、安定した動作が得られず、結果として設計値通りの耐圧が得られないという問題がある。これは以下の理由による。
【０００８】
定電圧ダイオード４００を高耐圧に設計するためには、Ｐ型半導体環状領域１０５とＮ型半導体基板１０１との接合面から広がる空乏層１２０、特にＮ型半導体基板１０１の表面近傍に広がる空乏層１２０が十分に伸びる構造にする必要がある。例えば、３００Ｖの高耐圧設計にした場合には、Ｐ型半導体領域１０３とＮ型半導体基板１０１との濃度勾配より、Ｎ型半導体基板１０１の比抵抗は５〜６Ωｃｍとなる。
【０００９】
しかし、比抵抗が５〜６ΩｃｍのＮ型半導体基板１０１を用いると、Ｐ型半導体領域１０３とＮ型半導体基板１０１との主接合面の設計耐圧は３００Ｖとすることができるが、ガードリングとして作用するＰ型半導体環状領域１０５とＮ型半導体基板１０１との接合面の耐圧は、Ｎ型半導体基板１０１の主面に形成される絶縁膜１０７や保護膜に含まれるイオンの影響を受けて、空乏層１２０の伸びが不十分となり、３００Ｖを下回ることがある。その結果、設計値通りの耐圧が得られなくなる。
【００１０】
それ故に、本発明は、半導体基板表面の絶縁膜等が有するイオンの影響を受けることなく安定した動作が得られる高耐圧な定電圧ダイオードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するため、本発明の定電圧ダイオードは、第１導電型の半導体基板と、半導体基板の主面に形成され、当該半導体基板よりも不純物濃度が低い第１導電型のエピタキシャル層と、エピタキシャル層の内部に形成された第２導電型の第１半導体領域と、第１半導体領域を囲むようにエピタキシャル層の内部に形成された第２導電型の第２半導体領域と、エピタキシャル層の主面に形成された絶縁膜と、エピタキシャル層の主面に形成された第１電極と、半導体基板の主面と反対側の面に形成された第２電極とを備え、第１半導体領域と第２半導体領域とは互いに離間した位置にあり、第２半導体領域の底部と、第１半導体領域の底部とは、エピタキシャル層の主面から略同じ深さにあり、絶縁膜上に非電極の導電体が環状に設けられているものである。
【００１２】
本構成によって、第１電極と第２電極間に逆バイアス電圧を印加した時のブレークダウンの発生箇所が、半導体基板表面近傍から離れた第２導電型第１半導体領域の底部と第１導電型エピタキシャル層との接合面となるため、ブレークダウン電圧が変動することなく、温度特性と耐圧特性の優れた高耐圧定電圧ダイオードとすることが出来る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の高耐圧定電圧ダイオードによれば、半導体基板表面の絶縁膜や保護膜が有するイオンの影響を受けることなく安定した動作と高耐圧を可能とする定電圧ダイオードとすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態に係る定電圧ダイオードについて説明する。本実施形態に係る定電圧ダイオードは、リーチスルー型の定電圧ダイオードである。リーチスルー型のダイオードでは、逆バイアス電圧印加時の空乏層の厚みは、低濃度側の半導体層の厚みにほぼ等しくなっているため、逆バイアス電圧が変化してもほとんど変化しない。
【００１５】
図１（ａ）は、本実施形態に係るリーチスルー型の定電圧ダイオードの構成を示す断面図である。図１（ａ）において、定電圧ダイオード１０は、Ｎ型半導体基板１、Ｎ- 型エピタキシャル層２、Ｐ型第１半導体領域３、Ｐ型第２半導体領域４、Ｎ+ 型第３半導体領域５、絶縁膜６、第１電極としてのアノード電極７、および第２電極としてのカソード電極８を備える。
【００１６】
Ｎ型半導体基板１は、定電圧ダイオード１０のベースとなる基板である。Ｎ- 型エピタキシャル層２は、Ｎ型半導体基板１よりも不純物濃度の低い低濃度層であり、Ｎ型半導体基板１の上に形成されている。Ｐ型第１半導体領域３は、Ｎ- 型エピタキシャル層２の主面に形成されている。Ｐ型第２半導体領域４は、Ｐ型第１半導体領域３の外周部を囲むとともに、Ｐ型第１半導体領域３と離間した位置に環状に形成されている。Ｎ+ 型第３半導体領域５は、チャンネルストッパとしての役割を果たすものであり、チップの最外周に環状に形成されている。絶縁膜６は、Ｎ- 型エピタキシャル層２の主面を覆うように形成されており、Ｐ型第１半導体領域３の上部にある絶縁膜６には、開口部が形成されている。アノード電極７は、Ｎ型半導体基板１の主面に形成されており、絶縁膜６に形成された開口部を介してＰ型第１半導体領域３と接続されている。カソード電極８は、Ｎ型半導体基板１の主面と反対側の面に形成されている。非電極導電体９は、絶縁膜６を介してＰ型第２半導体領域４上に環状に形成されている。
【００１７】
かかる構成によれば、Ｎ型エピタキシャル層２の厚さは、本発明の定電圧ダイオードに逆バイアス電圧を印加した際、リーチスルーで耐圧が決定されるよう設定されている。例えば、ブレークダウン電圧を３００Ｖとする時は、前記Ｎ型エピタキシャル層２の不純物濃度を１×１０15ｃｍ-3以下で、Ｎ型エピタキシャル層２内に形成されたＰ型第１半導体領域３とＮ型半導体基板１とに挟まれた前記Ｎ型エピタキシャル層２の残り厚みは１０〜１２μｍであることが望ましい。従って、Ｎ型エピタキシャル層２の厚みを２５μｍとした時、Ｐ型第１半導体領域３の拡散深さはおおよそ１３〜１５μｍであることが望ましい。
【００１８】
本発明の実施の形態によると、Ｎ型エピタキシャル層２上にまで絶縁膜６を介して第１電極７が延在し、Ｐ型第２半導体領域４上には前記Ｎ型エピタキシャル層２上にまで絶縁膜６を介して環状導電体９が延在している。前記第１電極７と環状導電体９は離間した位置関係にあり、前記第１電極７と前記Ｐ型第２半導体領域４も離間した位置関係にある。
【００１９】
第１電極と第２電極間に逆バイアスを印加した時、Ｐ型第１半導体領域３とＰ型第２半導体領域４は電位差をもち、前記Ｐ型第２半導体領域４上には絶縁膜６を介して環状導電体９が形成されているため、前記Ｐ型第１半導体領域３および前記Ｐ型第２半導体領域４とＮ型エピタキシャル層２との接合面で形成される空乏層の曲率により決定される耐圧は絶縁膜６に含まれるイオンの影響を受けず、安定した耐圧を設計できる。
【００２０】
また、Ｐ型第１半導体領域３およびＰ型第２半導体領域４とＮ型エピタキシャル層２との接合面で形成される空乏層の曲率により決定される耐圧を、Ｐ型第１半導体領域３の底部と前記Ｎ型エピタキシャル層２で決定されるリーチスルー耐圧よりも高く設計できるため、半導体基板表面の絶縁膜や保護膜が有するイオンの影響を受けることなく安定したブレークダウン耐圧と温度特性の良い高耐圧定電圧ダイオードを得ることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
定電圧ダイオードの高耐圧化に関する技術等として有用であり、特にリーチスルー型の高耐圧定電圧ダイオードとその製造方法等に適している。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る定電圧ダイオードの構成および空乏層の状態を示す断面図
【図２】従来の定電圧ダイオードの構成および空乏層の状態を示す断面図
【符号の説明】
【００２３】
１  Ｎ型半導体基板
２  Ｎ- 型エピタキシャル層
３  Ｐ型第１半導体領域
４  Ｐ型第２半導体領域
５  Ｎ+ 型第３半導体領域
６  絶縁膜
７  アノード電極
８  カソード電極
９  非電極導電体
１０  定電圧ダイオード
【図１】
2006303369.tif 000003
【図２】
2006303369.tif 000004