(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型の半導体基板を共通基板として、その両面にそれぞれ第二導電型のベース領域と第一導電型のエミッタ領域を設け、該ベース領域と該エミッタ領域の露出面をそれぞれ金属電極により短絡した２端子サージ防護素子において、
前記ベース領域及び前記エミッタ領域の露出した片面又は両面の前記金属電極を、該ベース領域上と該エミッタ領域上とでシリコンとの電位障壁が異なる種類の金属で別個に形成することにより、前記電位障壁による金属接触抵抗の差を利用して、サージ防護素子の点弧特性を変更して所要の保持電流特性値を得るようにしたことを特徴とする２端子サージ防護素子。
【請求項２】
第一導電型の半導体基板を共通基板として、その一面に第二導電型のベース領域と第一導電型のエミッタ領域を設け、該ベース領域と該エミッタ領域の露出面を金属電極で短絡すると共に、前記共通基板の他面にベース領域と金属電極を設けた２端子サージ防護素子において、
前記共通基板の一面に設けられた前記ベース領域と前記エミッタ領域の露出面の前記金属電極を、該ベース領域上と該エミッタ領域上とでシリコンとの電位障壁が異なる種類の金属で別個に形成することにより、前記電位障壁による金属接触抵抗の差を利用して、サージ防護素子の点弧特性を変更して所要の保持電流特性値を得るようにしたことを特徴とする２端子サージ防護素子。
【請求項３】
第一導電型の半導体基板を共通基板として、その一面に第二導電型のベース領域と第一導電型のエミッタ領域を設け、該ベース領域と該エミッタ領域の露出面を金属電極で短絡すると共に、前記共通基板の他面にベース領域を設け、該ベース領域の露出面と前記共通基板の他面の露出面とを金属電極により短絡した２端子サージ防護素子において、
前記共通基板の一面に設けられた前記ベース領域と前記エミッタ領域の露出面の前記金属電極を、該ベース領域上と該エミッタ領域上とでシリコンとの電位障壁が異なる種類の金属で別個に形成することにより、前記電位障壁による金属接触抵抗の差を利用して、サージ防護素子の点弧特性を変更して所要の保持電流特性値を得るようにしたことを特徴とする２端子サージ防護素子。
【請求項４】
前記ベース領域と前記エミッタ領域の各露出面に異なる種類の金属で別個に形成したそれぞれの前記金属電極を、絶縁膜で分離するようにした請求項１，２又は３に記載の２端子サージ防護素子。
【請求項５】
前記第一導電型がＰ型導電型、前記第二導電型がＮ型導電型により構成された請求項１，２又は３に記載の２端子サージ防護素子。
【請求項６】
前記第一導電型がＮ型導電型、前記第二導電型がＰ型導電型により構成された請求項１，２又は３に記載の２端子サージ防護素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は雷サージ及びスイッチングサージ等の過電圧及び過電流から、通信機器回路系を保護するための２端子サージ防護素子における改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、２端子サージ防護素子は、通信回線その他における雷サージ防護用などとして用途も多岐に亘り広く使用され、保持電流値の規格等の要求仕様も多岐に亘る傾向にある。
図８は従来の２端子サージ防護素子の構造例を示すもので、図８（ａ）は平面図，図８（ｂ）は断面図を示している。図８において、１は半導体チップ、２はＮ型又はＰ型導電型の半導体基板、３及び４は半導体基板２の両面に設けられたＰ型又はＮ型導電型のベース拡散部（ベース領域）、５及び６はベース拡散部３，４にそれぞれ設けられたＮ型又はＰ型導電型のエミッタ拡散部（エミッタ領域）、７及び８は二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）膜又はガラス膜により形成された絶縁膜、９及び１０はベースオーミック開口部及びエミッタ開口部に設けられた金属電極で、その材質Ｍ１はニッケル（Ｎｉ）又はアルミニウム（Ａｌ）などの金属である。
【０００３】
一方、サージ防護回路では、サージ通過後に自動復帰（続流防止）することが要求されるが、それを制御する電気特性パラメータは保持電流である。従来の２端子サージ防護素子の構造においては、この保持電流は、エミッタ拡散部５，６の下部のベース拡散部３，４の幅（ＷB ）及びベース拡散部３，４の不純物濃度と、エミッタの短絡構造パターンの設定により決定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、従来の構造の２端子サージ防護素子は、その基本特性である保持電流値の決定要因が、前述のようにウエハの不純物拡散処理工程（エミッタ領域下部のベース領域幅（ＷB ）及び不純物濃度設計と、ベース・エミッタ短絡構造パタン設計）までで決定されていた。従って、同一不純物拡散ウエハから複数種の保持電流規格品を製造することができず、また従来では保持電流規格外のロットは使用不能となるなど、生産性の向上を阻害する要因となっていた。
本発明は、この点に鑑み、ベース拡散及びエミッタ拡散の不純物拡散処理後のウエハであっても、保持電流値の設定変更を可能とする構造の２端子サージ防護素子を提供するもので、同一不純物拡散ウエハから、複数種類の保持電流規格品を製造することが可能となり、また従来では保持電流規格外でロットアウトされていた不純物拡散済ウエハのロットも再生可能としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明による２端子サージ防護素子は、第一導電型の半導体基板を共通基板として、その両面にそれぞれ第二導電型のベース領域と第一導電型のエミッタ領域を設け、該ベース領域と該エミッタ領域の露出面をそれぞれ金属電極により短絡した２端子サージ防護素子において、前記ベース領域及び前記エミッタ領域の露出した片面又は両面の前記金属電極を、該ベース領域上と該エミッタ領域上とでシリコンとの電位障壁が異なる種類の金属で別個に形成することにより、前記電位障壁による金属接触抵抗の差を利用して、サージ防護素子の点弧特性を変更して所要の保持電流特性値を得るようにしたものである。
【０００６】
本願の第２の発明による２端子サージ防護素子は、第一導電型の半導体基板を共通基板として、その一面に第二導電型のベース領域と第一導電型のエミッタ領域を設け、該ベース領域と該エミッタ領域の露出面を金属電極で短絡すると共に、前記共通基板の他面にベース領域と金属電極を設けた２端子サージ防護素子において、前記共通基板の一面に設けられた前記ベース領域と前記エミッタ領域の露出面の前記金属電極を、該ベース領域上と該エミッタ領域上とでシリコンとの電位障壁が異なる種類の金属で別個に形成することにより、前記電位障壁による金属接触抵抗の差を利用して、サージ防護素子の点弧特性を変更して所要の保持電流特性値を得るようにしたものである。
【０００７】
本願の第３の発明による２端子サージ防護素子は、第一導電型の半導体基板を共通基板として、その一面に第二導電型のベース領域と第一導電型のエミッタ領域を設け、該ベース領域と該エミッタ領域の露出面を金属電極で短絡すると共に、前記共通基板の他面にベース領域を設け、該ベース領域の露出面と前記共通基板の他面の露出面とを金属電極により短絡した２端子サージ防護素子において、前記共通基板の一面に設けられた前記ベース領域と前記エミッタ領域の露出面の前記金属電極を、該ベース領域上と該エミッタ領域上とでシリコンとの電位障壁が異なる種類の金属で別個に形成することにより、前記電位障壁による金属接触抵抗の差を利用して、サージ防護素子の点弧特性を変更して所要の保持電流特性値を得るようにしたものである。
【０００８】
【実施例】
図１は本発明による２端子サージ防護素子の一実施例を示すもので、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図をである。図１において、２１は半導体チップ、２はＮ型又はＰ型導電型の半導体基板、３及び４は半導体基板２の両面に設けられたＰ型又はＮ型導電型のベース拡散部（ベース領域）、５及び６はベース拡散部３，４にそれぞれ設けられたＮ型又はＰ型導電型のエミッタ拡散部（エミッタ領域）、７及び８は二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）膜又はガラス膜により形成された絶縁膜、１１及び１２はエミッタ拡散部５又は６の露出面上に設けられた材質Ｍ２の金属電極、１３及び１４はベース拡散部（ベースオーミック領域部）の露出面上に設けられた材質Ｍ３の金属電極である。
【０００９】
このエミッタ拡散部５又は６の露出面上に設けられた金属電極１１，１２の材質Ｍ２と、ベース拡散部３及び４の露出面上にそれぞれ設けられた金属電極１３，１４の材質Ｍ３とはシリコン（Ｎ型又はＰ型）に対する電位障壁（ショットキー障壁）の高さ（φB ）が異なるものを用いる。即ち、図２に示すように各金属の中から、後述する作用に基づき適宜選択するものである。また、図３（ａ）（ｂ）にＮ型及びＰ型の各ショットキー障壁と接触抵抗の関係を示してあるが、シリコンの不純物濃度が変化すると当該シリコンと各金属との接触抵抗の変化は、不純物濃度の変化に対応してほぼ規則的に変化する傾向を有している。
【００１０】
次に、図１（ｂ）に本発明による２端子サージ防護素子の第１の実施例の構造断面図を示してあるが、この構造断面図の上側の部分に係る等価回路図を図４に示してある。即ち、ベース拡散部３（ベースオーミック領域部）の露出面と材質Ｍ３の金属電極１３との接触抵抗値はＲ７であり、エミッタ拡散部５の露出面と材質Ｍ２の金属電極１１との接触抵抗値はＲ１０である。そこで、ベース拡散部３の露出面と材質Ｍ３の金属電極１３との接触抵抗値Ｒ７を、エミッタ拡散部５の露出面と材質Ｍ２の金属電極１１との接触抵抗値Ｒ１０に比較して低下（又はＲ１０をＲ７に比較して増大）させる方向に金属電極の種類を選択すると、点弧感度は低下し保持電流値は増大する方向となる。
【００１１】
また、逆に接触抵抗値Ｒ７を接触抵抗値Ｒ１０に比較して増大（又はＲ１０をＲ７に比較して低下）させる方向に金属電極の種類を選択すると、点弧感度は増大し保持電流値は減少する方向となる。
なお、図４に示した等価回路図は、半導体チップ２１の上側のみをエミッタ拡散部５とベース拡散部３を露出するようにし、この各露出面を異なる材質Ｍ２，Ｍ３の金属電極１１，１３で構成している例を示しているが、半導体チップ２１の下側も同様に構成した場合も、保持電流値を変化させることができる。
【００１２】
このように、図１に示す実施例における金属電極１１，１２の材質Ｍ２と金属電極１３，１４の材質Ｍ３を、必要とする保持電流値が得られる接触抵抗値となるシリコンに対する電位障壁（ショットキー障壁）の高さを選択すること、即ち電位障壁による金属接触抵抗の差を利用してサージ防護素子の点弧特性を変更することにより、目的とする保持電流値を有する半導体チップ２１を得ることができるものである。従って、同一不純物拡散ウエハから、複数種類の保持電流値を有する半導体チップの製造が可能となると共に、保持電流値が規格外であるためロットアウトとなった不純物拡散ウエハの再生も可能とすることができる。
【００１３】
図５（ａ）（ｂ）は、本発明の第２の実施例の半導体チップ３１を示す平面図及び断面図である。なお、この実施例の各部の構成のうち図１に示した半導体チップ２１と同様な部分は同一記号で示してある。この図５の実施例は、エミッタ拡散部５，６の露出面に設けられた材質Ｍ２の金属電極１１，１２と、ベース拡散部（ベースオーミック領域部）３，４の露出面に設けられた材質Ｍ３の金属電極１３，１４とを絶縁膜７，８で分離し、材質Ｍ２の金属電極１１と材質Ｍ３の金属電極１３及び、材質Ｍ２の金属電極１２と材質Ｍ３の金属電極１４を、接続用金属電極１５，１６でそれぞれ短絡している構成である。
この実施例も材質Ｍ２の金属電極１１，１２と材質Ｍ３の金属電極１３，１４を、電位障壁（ショットキー障壁）に差異のある２種類の金属で分離形成し、そのベース拡散部３とエミッタ拡散部５の表面接触抵抗のバランスを変更することで保持電流値を設定するよう構成したものである。
【００１４】
図６（ａ）（ｂ）は、本発明の第３の実施例の半導体チップ４１を示す平面図及び断面図である。なお、この実施例の各部の構成のうち図１に示した半導体チップ２１と同様な部分は同一記号で示してある。この図６に示した半導体チップ４１は、半導体基板２の上側は図１の半導体チップ２１の構成と同じであるが、下側はベース拡散部４と例えば材質Ｍ１の金属電極１７が設けてあるだけで、エミッタ拡散部が設けられていない逆阻止タイプのサージ防護素子と言われているものである。この実施例の場合も前述したと同様に、ベース拡散部３（ベースオーミック領域部）の露出面に設けられた金属電極１３と、エミッタ拡散部５の露出面に設けられた金属電極１１とを、電位障壁（ショットキー障壁）に差異のある２種類の金属で分離形成し、そのベース拡散部３とエミッタ拡散部５の表面接触抵抗のバランスを変更することで保持電流値を設定するよう構成したものである。
【００１５】
図７（ａ）（ｂ）は、本発明の第４の実施例の半導体チップ５１を示す平面図及び断面図である。なお、この実施例の各部の構成のうち図１に示した半導体チップ２１と同様な部分は同一記号で示してある。この図７に示した半導体チップ５１は、半導体基板２の上側は図１の半導体チップ２１の構成と同じであるが、下側は半導体基板２の一部にベース拡散部４を設け、半導体基板２の露出面とベース拡散部４の露出部とを、例えば材質Ｍ１の金属電極１８で短絡したもので、逆通電型のサージ防護素子と言われているものある。
この実施例の場合も前述したと同様に、ベース拡散部３（ベースオーミック領域部）の露出面に設けられた金属電極１３と、エミッタ拡散部５の露出面に設けられた金属電極１１とを、電位障壁（ショットキー障壁）に差異のある２種類の金属で分離形成し、そのベース拡散部３とエミッタ拡散部５の表面接触抵抗のバランスを変更することで保持電流値を設定するよう構成したものである。
【００１６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、ベース及びエミッタの不純物拡散処理後のウエハであっても、保持電流値の設定変更が可能となり、同一不純物拡散済ウエハから、複数種類の保持電流値の規格品を製造することが可能となる。また、従来では保持電流値が規格値外でロットアウトされていた不純物拡散済ウエハのロットも再生して使用可能とすることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の２端子サージ防護素子の第１の実施例の構造を示す平面図及び断面図である。
【図２】各金属のシリコン（Ｎ型及びＰ型）に対する障壁の高さ（φB ）の例を示す図である。
【図３】Ｎ型及びＰ型シリコンでの各不純物濃度におけるショットキー障壁と接触抵抗の関係を示す図である。
【図４】本発明の２端子サージ防護素子の作用を説明するための等価回路図である。
【図５】本発明の２端子サージ防護素子の第２の実施例の構造を示す平面図及び断面図である。
【図６】本発明の２端子サージ防護素子の第３の実施例の構造を示す平面図及び断面図である。
【図７】本発明の２端子サージ防護素子の第４の実施例の構造を示す平面図及び断面図である。
【図８】従来の２端子サージ防護素子の構造の一例を示す平面図及び断面図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１，５１  半導体チップ
２  半導体基板
３，４  ベース拡散部
５，６  エミッタ拡散部
７，８  絶縁膜
９，１０，１７，１８  金属電極（Ｍ１）
１１，１２  金属電極（Ｍ２）
１３，１４  金属電極（Ｍ３）
１５，１６  接続用金属電極（Ｍ１）
【図１】
0003795232.tif 000002
【図２】
0003795232.tif 000003
【図３】
0003795232.tif 000004
【図４】
0003795232.tif 000005
【図５】
0003795232.tif 000006
【図６】
0003795232.tif 000007
【図７】
0003795232.tif 000008
【図８】
0003795232.tif 000009