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JP3388999B2 - Setting method of breakover current or holding current in surge protection device - Google Patents

Setting method of breakover current or holding current in surge protection device

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Publication number
JP3388999B2
JP3388999B2 JP14118496A JP14118496A JP3388999B2 JP 3388999 B2 JP3388999 B2 JP 3388999B2 JP 14118496 A JP14118496 A JP 14118496A JP 14118496 A JP14118496 A JP 14118496A JP 3388999 B2 JP3388999 B2 JP 3388999B2
Authority
JP
Japan
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region
semiconductor region
current
regions
surge
Prior art date
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Application number
JP14118496A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH09307098A (en
Inventor
正明 佐藤
弘章 吉原
Original Assignee
株式会社サンコーシヤ
株式会社オプトテクノ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社サンコーシヤ, 株式会社オプトテクノ filed Critical 株式会社サンコーシヤ
Priority to JP14118496A priority Critical patent/JP3388999B2/en
Publication of JPH09307098A publication Critical patent/JPH09307098A/en
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】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づく異常高電圧ないし異常
大電流から電気回路系を保護するサージ防護デバイスに
関し、特にそのブレークオーバ電流ないし保持電流を設
計仕様値に極力近く設定するための方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surge protection device for protecting an electric circuit system from an abnormally high voltage or an abnormally large current due to various surge factors such as lightning and switching surge, and more particularly, to design a breakover current or a holding current thereof. It relates to a method for setting the specification value as close as possible.

【0002】[0002]

【従来の技術】単位の素子としてのサージ防護素子に関
しては二端子型に限定してもこれまで種々考案されてき
ており、その中、基本的ないし古典的なものとしては、
サージの印加によって降伏したとき、素子両端電圧をあ
る一定の降伏電圧にクランプする定電圧ダイオード型
(ブレークダウン型)のサージ防護素子がある。これに
対し、単なるブレークダウンメカニズムに従うだけでは
なく、サージの印加に伴い素子が降伏して素子電流が流
れ始めた後、それが絶対値においてブレークオーバ電流
値以上にまで増加すると負性特性を呈してブレークオー
バし、素子両端電圧が降伏電圧よりも低いクランプ電圧
に遷移することで大電流のサージを吸収可能としたブレ
ークオーバ型のサージ防護素子もある。
2. Description of the Related Art A surge protection element as a unit element has been variously devised up to now, even if it is limited to a two-terminal type.
There is a constant voltage diode type (breakdown type) surge protection element that clamps the voltage across the element to a certain breakdown voltage when it breaks down due to the application of a surge. On the other hand, in addition to simply following the breakdown mechanism, when the element breaks down due to the application of surge and the element current begins to flow, and when it increases above the breakover current value in absolute value, it exhibits a negative characteristic. There is also a breakover type surge protection device that can absorb a large current surge by breaking over and the voltage across the device transitions to a clamp voltage lower than the breakdown voltage.

【0003】後者の素子の方が消費電力(発熱)の少な
いこと、大きなサージが吸収できること等々で優れてい
る面が多いが、これにはまた、最初の降伏開始メカニズ
ムに雪崩降伏ないしツェナ降伏を利用するものと、そう
ではなくパンチスルー現象を利用するものとがある。本
発明は後述の通り、ブレークオーバ型であればその初期
降伏メカニズムがいずれの原理に従う素子であっても適
用し得るが、一般的な比較で言う限り、相当程度の幅で
設計性良く任意の降伏電圧が得られる点、接合容量や抵
抗等、種々の電気的特性を独立に設計可能な点において
パンチスルー現象を利用するブレークオーバ型のサージ
防護素子が有利である。こうしたことから、本出願人に
おいてもこれまで、出願順に列記すると、 公知文献 1:特公平 7− 77268号公報, 公知文献 2:特公平 1− 33951号公報, 公知文献 3:特公平 2− 52862号公報, 公知文献 4:特公平 4− 78186号公報, 公知文献 5:特公平 6− 38507号公報, 公知文献 6:特公平 6− 38508号公報, 公知文献 7:特公平 6− 56885号公報, 公知文献 8:特公平 7− 7837号公報, 公知文献 9:特公平 7− 70740号公報, 公知文献10:特開平 4−320067号公報, 公知文献11:特公平 7− 93423号公報, 公知文献12:特公平 7− 93424号公報, 等を通じ、初期降伏にパンチスルーを利用したブレーク
オーバ型のサージ防護素子に適用すると有効な種々の改
良提案をなして来た(ただし、上記公知文献 7〜11にて
開示の改良点は初期降伏現象に雪崩降伏やツェナ降伏を
利用するブレークオーバ型サージ防護素子にも有利に適
用し得る)。
The latter element has many advantages in that it consumes less electric power (heat generation) and can absorb a large surge. However, this also includes avalanche breakdown or zener breakdown as the first breakdown initiation mechanism. There are those that use the punch-through phenomenon and those that do not. As will be described later, the present invention can be applied to any device whose initial breakdown mechanism conforms to any principle as long as it is a breakover type. A breakover type surge protection element utilizing the punch-through phenomenon is advantageous in that a breakdown voltage can be obtained and various electric characteristics such as junction capacitance and resistance can be independently designed. For this reason, the applicant of the present invention has, to date, listed in the order of application, publicly known document 1: Japanese Patent Publication No. 7-77268, publicly known document 2: Japanese Patent Publication No. 1-33951, publicly known document 3: Japanese Patent Publication No. 2-52862. Publication, publicly known document 4: Japanese Patent Publication No. 4-78186, publicly known document 5: Japanese Patent Publication 6-38507, publicly known document 6: Japanese Patent Publication 6-38508, publicly known document 7: Japanese Patent Publication 6-56885 , Public Reference 8: Japanese Patent Publication No. 7-7837, Public Reference 9: Japanese Publication No. 7-70740, Public Publication 10: Japanese Patent Laid-Open No. 4-320067, Public Publication 11: Japanese Publication No. 7-93423, Public Publication Through reference 12: Japanese Patent Publication No. 7-93424, etc., various proposals have been made that are effective when applied to a breakover type surge protection device using punch-through for initial breakdown (however, the above-mentioned known reference 7 Improvements disclosed in ~ 11 include the use of avalanche and Zena yields in the initial yielding phenomenon. It can also be advantageously applied to the breakover type surge protection device used.

【0004】そこでまず、図6(A),(B) に即し、当該パ
ンチスルー型サージ防護素子のそもそもの基本的な構造
例と動作につき説明すると、同図(A) の断面構造図に示
すように、一般に半導体ウエハないし半導体基板として
提供される第一の半導体領域11があり、その導電型は
p,nのいずれかに選択される。しかし、パンチスルー型
とする場合、他の各領域の種々の製造条件等にも鑑みる
と、図示のように n型の方が良い。第一半導体領域11の
一方の主面側には第二半導体領域12、第三領域13が一般
に不純物の二重拡散技術やイオン打ち込み技術等、適当
なる不純物導入技術を利用して順次形成される。第二半
導体領域12は第一半導体領域11と整流性接合(pn接合)
を形成する必要があるので図示の場合は p型に選ばれる
が、特にデバイスをパンチスルー型とするときには少し
低濃度の p型、つまりp-型とするのが望ましい。対して
第三領域13は、第二半導体領域12に対し第二半導体領域
12にとっての少数キャリアを注入できる物性の領域、す
なわち第二半導体領域12と相まって少数キャリア注入接
合を形成し得る領域であれば良く、例えば第二半導体領
域12が図示のように n型の場合にはホール注入可能なシ
リサイド、そうではなく p型の場合には電子注入可能な
金属等で作製することもできる。しかし、一般的なの
は、やはりこの第三領域13も半導体領域とすることで、
図示の場合にもそのような例が示されており、当該第三
領域13は第二半導体領域12とは逆導電型で第二半導体領
域12との間で整流性接合(pn接合)を形成する n型の半
導体領域となっている。ただ、後述の動作例からも分か
るように、この第三半導体領域13はブレークオーバ後の
素子内の主電流線路の一端部をも形成するので、望まし
くは高導電率の半導体領域、すなわち高濃度 n型(n+)半
導体領域とするのが良い。このような点は、後述する本
発明の適用を受ける素子においても言える。
First, a basic structural example and operation of the punch-through type surge protection device will be described with reference to FIGS. 6 (A) and 6 (B). As shown, there is a first semiconductor region 11, generally provided as a semiconductor wafer or substrate, the conductivity type of which is
Selected as either p or n. However, in the case of the punch-through type, the n-type is preferable as shown in view of various manufacturing conditions of other regions. A second semiconductor region 12 and a third region 13 are sequentially formed on one main surface side of the first semiconductor region 11 by generally using an appropriate impurity introduction technique such as an impurity double diffusion technique or an ion implantation technique. . The second semiconductor region 12 is a rectifying junction (pn junction) with the first semiconductor region 11.
In the case shown in the figure, the p-type is selected because it is necessary to form a p-type. However, when the device is a punch-through type, it is preferable to use the p - type with a slightly lower concentration, that is, the p - type. On the other hand, the third region 13 is a second semiconductor region with respect to the second semiconductor region 12.
It is sufficient for the region 12 to have minority carrier injection properties, that is, a region capable of forming a minority carrier injection junction together with the second semiconductor region 12, for example, when the second semiconductor region 12 is n-type as shown in the figure. Can be made of silicide that can inject holes, or a metal that can inject electrons when p-type is used. However, in general, the third region 13 is also a semiconductor region.
Such an example is also shown in the illustrated case, in which the third region 13 has a conductivity type opposite to that of the second semiconductor region 12 and forms a rectifying junction (pn junction) with the second semiconductor region 12. N-type semiconductor region. However, as can be seen from an operation example described later, since the third semiconductor region 13 also forms one end of the main current line in the element after the breakover, it is desirable that the semiconductor region has a high conductivity, that is, a high concentration. It is preferably an n-type (n + ) semiconductor region. Such a point can be applied to an element to which the present invention is applied, which will be described later.

【0005】第一半導体領域11の他方の主面側(図中、
下側ないし裏面側)には、第二半導体領域12と対向し、
第一半導体領域11に対して少数キャリアを注入可能な物
性の第四領域14が設けられる。従って、既述の第三領域
13におけると同様、第一半導体領域11が図示のように p
型半導体の場合には金属、n型半導体の場合にはシリサイ
ド等でこの第四領域14を作製することも可能であり、本
発明の適用を受ける素子においても原理的にはそのよう
になっていて差し支えないが、これも一般的にはやはり
半導体領域とし、第一半導体領域11との間で整流性の接
合(pn接合)を形成させるのが普通である。そこで図示
の場合も、第一半導体領域11との間で少数キャリア注入
接合を形成すべきこの第四領域14は p型の半導体領域1
4、それも上述した第三半導体領域13に関するのと同じ
理由で、望ましくは高濃度 p型(p+型)の半導体領域と
なっている。この点もまた、後述する本発明の適用を受
ける素子において同様とすることができる。これらの点
を踏まえた上で、本書では以下、半導体領域に限らない
領域13,14も、半導体領域として構成されるべき領域1
1,12も、それらを一括して単に「領域」と呼ぶ。
The other main surface side of the first semiconductor region 11 (in the figure,
The lower side or the back side), facing the second semiconductor region 12,
A fourth region 14 having physical properties capable of injecting minority carriers is provided in the first semiconductor region 11. Therefore, the aforementioned third area
As in 13, the first semiconductor region 11 is
It is also possible to fabricate the fourth region 14 with a metal in the case of a n-type semiconductor and with a silicide or the like in the case of an n-type semiconductor, which is also the principle in the element to which the present invention is applied. However, this is also generally a semiconductor region, and a rectifying junction (pn junction) is usually formed with the first semiconductor region 11. Therefore, also in the case shown in the figure, this fourth region 14 where a minority carrier injection junction should be formed with the first semiconductor region 11 is a p-type semiconductor region 1
4. For the same reason as for the third semiconductor region 13 described above, it is preferably a high-concentration p-type (p + -type) semiconductor region. This also applies to the element to which the present invention is applied, which will be described later. Based on these points, in this document, the regions 13 and 14, which are not limited to the semiconductor regions, will be referred to as the regions 1 to be configured as the semiconductor regions.
1 and 12 are collectively referred to simply as “area”.

【0006】図6(A) に即し、さらに構造的に見てみる
と、第二領域12の表面と第三領域13の表面とに対しては
絶縁膜16に開けた開口を介し、共通にオーミック接触す
る第一の電極E1が設けられ、第四領域14に対しては絶縁
膜17に開けた開口を介しオーミック接触する第二の電極
E2が設けられている。第二電極E2にはまた、第一領域11
に接触する電極部分も電気的に接続しており、これと第
一半導体領域とによりオーミック接触領域18が形成され
る。特に望ましくは、この部分のオーミック接触を良好
にするために、当該オーミック接触領域18は第一半導体
領域11と同一導電型で高不純物濃度の領域(従って図示
の場合はn+型の領域)19を有している。このような断面
構造のサージ防護素子は、全ての領域11,12,13,14,
18(19)が第一領域11の厚味方向に沿って上下の積層関係
となっており、また、以下に述べる動作からも明らかな
ように、サージを吸収した結果としての素子電流も第
三、第四領域13,14間の第一領域11中を当該第一領域11
の厚味方向に流れるため、一般にヴァーティカル型ない
し縦型と呼ばれる。これに対し、第四領域14が第二領域
12と並設の関係で第一領域11の同じ主面側に設けられた
ラテラル型ないし横型もある。このようなサージ防護素
子も、動作原理上においては大きな相違はないが、本発
明ではこのようなラテラル型のサージ防護素子は適用の
対象としないので、これに関する説明は省略する。
In view of the structure of FIG. 6 (A), the surface of the second region 12 and the surface of the third region 13 are common through the opening formed in the insulating film 16. Is provided with a first electrode E1 which makes ohmic contact, and a second electrode which makes ohmic contact with the fourth region 14 through an opening formed in the insulating film 17.
E2 is provided. The second electrode E2 also has a first area 11
The electrode portion in contact with is also electrically connected, and an ohmic contact region 18 is formed by this and the first semiconductor region. Particularly preferably, in order to improve the ohmic contact in this portion, the ohmic contact region 18 has the same conductivity type as the first semiconductor region 11 and has a high impurity concentration (thus, an n + type region in the case shown) 19 have. The surge protection device having such a cross-sectional structure is applicable to all areas 11, 12, 13, 14,
18 (19) has a vertical stacking relationship along the thickness direction of the first region 11, and, as is clear from the operation described below, the device current as a result of absorbing the surge is also the third , The first area 11 between the fourth areas 13 and 14 is
Because it flows in the thick direction of, it is generally called vertical type or vertical type. In contrast, the fourth area 14 is the second area
There is also a lateral type or a lateral type provided on the same main surface side of the first region 11 in a side-by-side relationship with 12. Such surge protection elements are not so different in operation principle, but the present invention does not apply such a lateral type surge protection element, and a description thereof will be omitted.

【0007】次に、図6(A) に示されているサージ防護
素子のサージ吸収動作につき説明するに、まずは便宜
上、当該図6(A) 中に示されているオーミック接触領域
18はないものとする(つまり、第二電極E2は第四領域14
の表面にのみ接触しているものとする)。しかるに、第
一、第二電極E1,E2間にサージ電圧が印加され、それが
第一領域11と第二領域12との間のpn接合(整流性接合)
に逆バイアスを印加する位相(各領域が図示の導電型関
係である場合には第一電極E1の側が負となる位相)で、
かつ、所定の大きさ以上のものであるならば、当該第
一、第二領域11,12間のpn接合における空乏層の上方端
部が第三領域13に達してパンチスルーする状態が生起す
る。第二領域12を低濃度p-型の領域とするのが望ましい
のは、このときの空乏層の伸びを主として第三領域13に
向けるためである。
Next, the surge absorbing operation of the surge protection element shown in FIG. 6A will be described. First, for convenience, the ohmic contact region shown in FIG.
18 is absent (that is, the second electrode E2 is in the fourth region 14).
Contact only the surface of). However, a surge voltage is applied between the first and second electrodes E1 and E2, which causes a pn junction (rectifying junction) between the first region 11 and the second region 12.
At the phase of applying a reverse bias to (the phase where the side of the first electrode E1 becomes negative when each region has the conductivity type shown in the figure),
If the size is equal to or larger than a predetermined size, the upper end of the depletion layer in the pn junction between the first and second regions 11 and 12 reaches the third region 13 and punch-through occurs. . It is desirable that the second region 12 is a low concentration p type region because the extension of the depletion layer at this time is mainly directed to the third region 13.

【0008】このようなパンチスルーメカニズムが生ず
ると、このときに順バイアスとなっている第四、第一領
域14,11間の少数キャリア注入接合(この場合はpn接
合)を介して第四領域14から第一領域11中に注入された
当該第一領域11にとっての少数キャリアは、第三領域13
から第二領域12をパンチスルーして第一領域11に流れ込
んできた異極性キャリアと一部は結合して消滅するが、
多くは空間電荷層となっている第二領域12にも到達し、
さらに、サージ印加による電界の存在の下で第二領域12
の表面に接触している第一電極E1との間で電流経路が確
立している結果、第三領域13の下面をなめるようにしな
がら横方向に移動し、第二領域12の表面に接触している
第一電極E1に至ることになり、これによって素子電流、
つまりサージを吸収した結果の電流が第一、第二電極E
1,E2にて流れ始める。こうした動作の開始電圧が、図
示のサージ防護素子の電圧対電流(V−I)特性例を示す図
6(B)において電圧軸上で「降伏電圧VBR」と示された点
に相当する。降伏電圧VBR は一般に「動作電圧」と呼ば
れることが多い。
When such a punch-through mechanism occurs, the fourth region is transferred through the minority carrier injection junction (pn junction in this case) between the fourth and first regions 14 and 11 which is forward biased at this time. Minority carriers for the first region 11 injected into the first region 11 from 14 are the third region 13
From the second region 12 is punched through to the first region 11 and a part of the different polarity carrier that has flowed into the first region 11 and then disappears.
Many reach the second region 12, which is the space charge layer,
In addition, the second region 12
As a result of the current path being established between the first electrode E1 and the first electrode E1 that is in contact with the surface of the second region 12, the third region 13 moves laterally while licking the lower surface and contacts the surface of the second region 12. It reaches the first electrode E1 which is
That is, the current resulting from absorbing the surge is the first and second electrodes E
Start flowing at 1, E2. The starting voltage of such an operation corresponds to the point shown as "breakdown voltage V BR " on the voltage axis in FIG. 6B showing an example of the voltage-current (V-I) characteristic of the illustrated surge protection element. Breakdown voltage V BR is often commonly referred to as the “operating voltage”.

【0009】このようにして第四領域14からの少数キャ
リア流が発生した後に、例え第二領域12と第三領域13と
が第一電極E1により、それらの表面では互いに電気的に
短絡されていても、図6(B) 中、電流軸の正方向に急に
立ち上がる特性曲線部分に示されるように、第二領域12
を介して流れ始めて以降、増加して行く素子電流の電流
値と当該素子電流の第二領域12内における電流経路に沿
った抵抗値との積である電圧値(第二領域内の電圧降
下)が、当該第二領域12と第三領域13により構成される
少数キャリア注入接合(図示の場合はpn接合)の順方向
電圧に等しくなった部位からこの接合がターンオンして
行き、第三領域13から第二領域12に対し、第二領域12に
とっての少数キャリア注入が起こる。そして、この第二
領域12への少数キャリアの注入は、結果として第一、第
二電極E1,E2間に流れる素子電流のさらなる増大を招く
ため、これがまた第四領域14から第一領域11への少数キ
ャリア注入を促進し、第二、第三領域12,13間の少数キ
ャリア注入接合のターンオンする部位を広げて行くとい
う正帰還現象を招き、やがてこの少数キャリア注入接合
が実質的に少なくともそのほぼ全面のターンオンに至る
と、素子内部の主電流通路が確立し、第三、第四領域1
3,14間にて大電流を吸収し得るようになる。
After the minority carrier flow from the fourth region 14 is generated in this way, the second region 12 and the third region 13 are electrically short-circuited to each other on their surfaces by the first electrode E1. However, in FIG. 6 (B), as shown in the characteristic curve portion that suddenly rises in the positive direction of the current axis, the second region 12
A voltage value (voltage drop in the second region) that is the product of the current value of the element current that increases and the resistance value along the current path in the second region 12 after the current starts flowing through However, the junction turns on from the portion where the forward voltage of the minority carrier injection junction (pn junction in the figure) formed by the second region 12 and the third region 13 becomes equal, and the third region 13 Therefore, minority carrier injection for the second region 12 occurs in the second region 12. Then, the injection of minority carriers into the second region 12 results in a further increase in the device current flowing between the first and second electrodes E1 and E2, and this also causes a change from the fourth region 14 to the first region 11. Of the minority carrier injection junction is promoted, and the positive feedback phenomenon of widening the turn-on portion of the minority carrier injection junction between the second and third regions 12 and 13 is caused. When the turn-on of almost the entire surface is reached, the main current path inside the device is established, and the third and fourth regions 1
A large current can be absorbed between 3 and 14.

【0010】従って、図6(B) に示されている特性図で
見ると、第一、第二電極E1,E2間に「ブレークオーバ電
流IBO」として示されたある特定の値以上の素子電流が流
れた場合、正帰還現象が素子内部で生じたことの表れと
して負性抵抗特性が生じ、第一、第二電極E1,E2間に表
れる素子両端電圧はブレークオーバを開始した時の電圧
値である「ブレークオーバ電圧VBO」よりも低く、さらに
は最初に降伏を開始した時の降伏電圧VBR よりも低い
「クランプ電圧(単にオン電圧とも言う)VP」に移行する
ことができ、これにより、素子の発熱を抑えながら大き
なサージ電流の吸収が可能となる。
Therefore, in the characteristic diagram shown in FIG. 6 (B), an element having a certain value or more, which is shown as "breakover current I BO ", between the first and second electrodes E1 and E2. When a current flows, a negative resistance characteristic occurs as a sign that a positive feedback phenomenon occurs inside the element, and the voltage across the element that appears between the first and second electrodes E1 and E2 is the voltage at the time when the breakover starts. It is possible to shift to a “clamp voltage (also simply referred to as ON voltage) V P ”, which is lower than the value “breakover voltage V BO ”, and lower than the breakdown voltage V BR when the breakdown first starts. As a result, a large surge current can be absorbed while suppressing heat generation of the element.

【0011】そして、こうしたサージ防護素子により、
第一、第二電極E1,E2を介して吸収可能な最大電流値が
一般に「サージ耐量IPP」と呼ばれ、また、ターンオンし
た素子がそのオン状態を維持するに必要な最小の素子電
流値が一般に「保持電流IH」と呼ばれる。換言すれば、
サージが消失し、保持電流IH以上の電流が素子内に流れ
なくなると素子は自己復帰(ターンオフ)し、本説明以
前の初期状態に戻る。そのため、保持電流IHはまた、「タ
ーンオフ電流IH」とも呼ばれる。
With such a surge protection element,
The maximum current value that can be absorbed through the first and second electrodes E1 and E2 is generally called "surge withstand voltage I PP ", and the minimum device current value required for the turned-on device to maintain its on-state. Is generally called “holding current I H ”. In other words,
When the surge disappears and the current more than the holding current I H stops flowing in the element, the element self-recovers (turns off) and returns to the initial state before this description. Therefore, the holding current I H is also called “turn-off current I H ”.

【0012】なお、第二領域12と第三領域13とを第一電
極E1にてそれらの表面で短絡するのではなく、それらか
らそれぞれ独立に端子を取出し、素子の外部にて短絡し
た場合にも上記の動作は基本的には生起するが、そうす
ると当該短絡線路ないし短絡手段に見込まれる抵抗値や
インダクタンス値の如何に応じ、印加されるサージの立
ち上がり時の電圧の時間微分値(dV/dt)の大きさによ
って降伏電圧VBR(ひいてはブレークオーバ電圧VBO)がか
なり変動する可能性が高い。換言すると、図示のように
第二領域12と第三領域13とが第一電極E1によってそれら
の表面において短絡されていれば、そのような恐れは低
減され、降伏電圧VBR(ブレークオーバ電圧VBO)の安定化
を図ることができる。
When the second region 12 and the third region 13 are not short-circuited on their surface at the first electrode E1, terminals are independently taken out from them and short-circuited outside the element. Although the above-mentioned operation basically occurs, then the time differential value (dV / dt) of the voltage at the rise of the applied surge depends on the resistance value or the inductance value expected in the short-circuit line or short-circuit means. It is highly possible that the breakdown voltage V BR (and thus the breakover voltage V BO ) fluctuates considerably depending on the magnitude of). In other words, if the second region 12 and the third region 13 are short-circuited on their surfaces by the first electrode E1 as shown in the figure, such a fear is reduced, and the breakdown voltage V BR (breakover voltage V BO ) can be stabilized.

【0013】しかるに、上述の説明からして、図示され
ているサージ防護素子においては、吸収の対象となるサ
ージの極性が特定されていることが分かる。つまり、各
領域11〜14に関する図示の導電型関係では第二電極E2の
側が正となる極性のサージでなければブレークオーバ特
性をもって吸収することができず、さらには以下に述べ
る通り、第二電極E2がオーミック接触領域18を介し第一
領域11に直接に接触していることもあって、逆極性の電
圧印加に対しては有意の逆耐圧を示さない。単に第一、
第二半導体領域11,12から成る順方向ダイオードが第
一、第二電極E1,E2間に挿入されているのと等価な結果
になる。その意味で図示の素子は、吸収し得るサージの
極性に関して限定のある、片極性ないし「ユニポーラ」
なサージ防護素子である。これに対し、サージの極性の
如何にかかわらず、すなわち第一、第二電極E1,E2のい
ずれが正となる極性のサージでも共に吸収可能な「バイ
ポーラ」サージ防護素子も、既掲の本出願人の手になる
公報群中にあって片極性素子共々、既に開示されている
(公知文献3,6,10を除く)。しかし、本願発明ではこうし
た両極性サージ防護素子、さらに言うなら逆耐圧を有す
るサージ防護素子は適用の対象としないので、その説明
は省略する。
However, from the above description, it is understood that the surge protection element shown in the figure specifies the polarity of the surge to be absorbed. That is, in the illustrated conductivity type relationship for each of the regions 11 to 14, unless the second electrode E2 has a positive polarity surge, it cannot be absorbed with breakover characteristics, and as described below, the second electrode Since E2 is in direct contact with the first region 11 via the ohmic contact region 18, it does not exhibit a significant reverse breakdown voltage against the application of a reverse polarity voltage. Simply first,
The result is equivalent to that the forward diode composed of the second semiconductor regions 11 and 12 is inserted between the first and second electrodes E1 and E2. In that sense, the illustrated device is unipolar or "unipolar", with a limited polarity of the surge that can be absorbed.
It is a surge protection element. On the other hand, a "bipolar" surge protection element capable of absorbing both surges of positive polarity regardless of the polarity of the surge, that is, either of the first and second electrodes E1 and E2 is also disclosed in the present application. Both unipolar elements in the group of publications available to humans have already been disclosed (except known documents 3, 6 and 10). However, in the present invention, such a bipolar surge protection element, more specifically, a surge protection element having a reverse breakdown voltage, is not applied, and therefore its description is omitted.

【0014】以上、図6(A),(B) に示したサージ防護素
子に関し、サージ吸収に関する原理的な動作説明を終え
た所で、同じく図6(A) に併示されているように、第二
電極E2が単に第四領域14に対してのみ電気的に接触して
いるのではなく、この第四領域14の横に「オーミック接
触領域18」と示しているように、第一領域11にもオーミ
ック接触している理由を説明する。
As to the surge protection element shown in FIGS. 6A and 6B, the explanation of the principle operation regarding the surge absorption is completed, and as shown in FIG. , The second electrode E2 is not only in electrical contact with only the fourth region 14, but the first region as shown by "Ohmic contact region 18" next to the fourth region 14. Explain the reason why you are in ohmic contact with 11.

【0015】この種の縦型サージ防護素子では、それが
正しい動作をしているときには、既述したブレークオー
バ電圧VBO 以下の絶対値電圧を持つサージには応答しな
い筈である。ところが、第四領域14の側で第一領域11に
オーミック接触する第二電極E2を持たない素子構造で
は、第一、第二電極E1,E2間に印加されたサージの電圧
がブレークオーバ電圧VBO よりも絶対値で小さい範囲内
にあるにもかかわらず、時としてブレークオーバしてし
まう誤動作を起こすことがあった。これは次のように説
明できる。
This type of vertical surge protection element should not respond to a surge having an absolute value voltage equal to or lower than the breakover voltage V BO described above when it is operating properly. However, in the device structure that does not have the second electrode E2 in ohmic contact with the first region 11 on the side of the fourth region 14, the voltage of the surge applied between the first and second electrodes E1 and E2 is the breakover voltage V. Even though it was within the absolute range smaller than BO , sometimes it caused a malfunction that caused a breakover. This can be explained as follows.

【0016】まず、第一領域11と第二領域12とにより形
成され、サージが印加された時に逆バイアスされるpn接
合には、通常、接合容量Cjが見込まれるので、第一、第
二電極E1,E2間に電圧立ち上がりの時間微分値がdV/dt
のサージが印加されると、この接合容量Cjを充電する過
渡的な電流として、 iT=(dV/dt)Cj なる変位電流iTが流れる。
First, since a junction capacitance Cj is usually expected in a pn junction formed by the first region 11 and the second region 12 and reverse biased when a surge is applied, the first and second electrodes Time differential of voltage rise between E1 and E2 is dV / dt
Is applied, a displacement current iT of iT = (dV / dt) Cj flows as a transient current that charges the junction capacitance Cj.

【0017】しかるに、上式における接合容量Cjは、サ
ージ耐量を十分大きく取るために各領域を面積的に大き
くすると、それに連れてかなり大きくなる場合が多く、
例えば 100pF程度からそれ以上の値も普通に考えられ
る。一方、種々のサージの性質や振舞いについては既に
従来からも詳しい考察、研究が多岐に亙って為されてお
り、その結果からすれば、例えば電話通信線路への雷サ
ージの印加時等にあっては回路系への誘導ノイズ電圧値
の波高値こそ、よしんば低くても、サージの鋭さ(dV/
dt)としては100V/μS 程度位までの値が十分に考えら
れる。そのため、これらの値を上式に代入すると明らか
な通り、接合容量を充電する過渡的な電流の値iTは10mA
程度になり得る。dV/dt値が大きくなればもっと大きく
なり、いずれにしろ結構大きな値の変位電流iTが瞬時で
はあるが流れ得るのである。
However, the junction capacitance Cj in the above equation often becomes considerably large when the area of each region is enlarged in order to obtain a sufficiently large surge withstand capability.
For example, a value of about 100 pF or more is usually considered. On the other hand, the nature and behavior of various surges have already been extensively studied and studied in various ways, and the results show that, for example, when a lightning surge is applied to a telephone communication line, etc. As for the peak value of the voltage value of the induced noise voltage to the circuit system, the sharpness of the surge (dV /
As for dt), a value up to about 100 V / μS is sufficiently conceivable. Therefore, as is clear by substituting these values into the above equation, the transient current value iT that charges the junction capacitance is 10 mA.
It can be a degree. The larger the dV / dt value, the larger it becomes, and in any case, the displacement current iT having a fairly large value can flow though it is instantaneous.

【0018】さらにまた、図6(A) の断面構造に従って
実際に作製されるサージ防護素子では、高速動作が要求
されることもあって、第四領域14と第二領域12との間の
距離がかなり短く設計されることがあり、そうした素子
ではブレークオーバ電流IBOの値を余り大きく採れなく
なる傾向にあるし、また、絶対的な意味では製造パラメ
ータによるばらつきも十分満足な程に小さいとは言えな
いこと等から、場合にもよるが、ブレークオーバ電流I
BO の値が、上記のようにして求められるサージ印加時
のそのときどきの変位電流値iTと対して変わらない程度
に、ないしはそれ以下にさえなることがあった。
Further, in the surge protection element actually manufactured according to the sectional structure of FIG. 6 (A), high speed operation may be required, so that the distance between the fourth region 14 and the second region 12 may be increased. May be designed to be quite short, and such an element tends to have a too large breakover current I BO , and in an absolute sense, the variation due to the manufacturing parameters is not sufficiently small. Depending on the case, the breakover current I
In some cases, the value of BO did not change, or even fell below the displacement current value iT at the time of surge application, which was obtained as described above.

【0019】こうしたことが複合的な要因となって、サ
ージの尖頭電圧値こそ、設計上のブレークオーバ電圧V
BO には至らない、したがって特に吸収する必要もない
「小さなサージ」であるにもかかわらず、その立ち上が
りが極めて急峻で、電圧の時間微分値dV/dtがかなり高
いサージであると、素子をブレークオーバさせる現象を
生じることがあったのである。図6(B) の特性図上で言
えば、そのような誤動作が起きているときの実効的なブ
レークオーバ電圧VBO は、当該特性図上に示されている
値よりかなり小さい方(左側)に移行したに等価とな
る。
As a result of these factors, the peak voltage value of the surge is the design breakover voltage V.
Even if it is a "small surge" that does not reach BO and therefore does not need to be absorbed in particular, the element breaks if the rise is extremely steep and the voltage time derivative dV / dt is considerably high. In some cases, the phenomenon of causing overshooting occurred. Speaking on the characteristic diagram of FIG. 6 (B), the effective breakover voltage V BO when such a malfunction occurs is much smaller than the value shown on the characteristic diagram (left side). It is equivalent to moving to.

【0020】これに対し、図6(A) に示されているよう
に、第四領域14に電気的に接続している第二電極E2が、
同時にまた、第四領域14の近傍において第一領域11の主
面にも電気的に接触することでオーミック接触領域18が
設けられていると、第一領域11と第二領域12とを逆バイ
アスする極性のサージが印加され、従って第一領域11と
第四領域14との少数キャリア注入接合が順バイアスされ
る関係となる時にも、当該接合に順方向電圧が印加され
てこれがターンオンする前に、第二電極E2からオーミッ
ク接触領域18を介し第一領域11中に当該第一領域11にと
っての多数キャリアを流し込むことができるので、第一
領域11と第二領域12とで構成されるpn接合の接合容量Cj
を速やかに充電し、もってdV/dt耐性を高め得るように
なる。
On the other hand, as shown in FIG. 6A, the second electrode E2 electrically connected to the fourth region 14 is
At the same time, when the ohmic contact region 18 is provided by electrically contacting the main surface of the first region 11 in the vicinity of the fourth region 14, the first region 11 and the second region 12 are reverse biased. Even when a surge having the polarity to be applied is applied and therefore the minority carrier injection junction between the first region 11 and the fourth region 14 is in a forward biased relationship, a forward voltage is applied to the junction before it turns on. Since a majority carrier for the first region 11 can be poured into the first region 11 from the second electrode E2 via the ohmic contact region 18, a pn junction composed of the first region 11 and the second region 12 is formed. Junction capacity of Cj
Can be quickly charged, and thus the dV / dt resistance can be enhanced.

【0021】この時の状況、つまり第一領域11と第四領
域14とで構成される少数キャリア注入接合が未だオンと
なる前にあって第三領域13とオーミック接触領域18との
間で第一領域11にとっての多数キャリア流(図示導電型
関係の場合には第三領域13から第二領域12を介しオーミ
ック接触領域18に流れ込む電子流)が流れている時の状
況は図5に示されているが、これに関しては後に改めて
触れる。
At this time, that is, before the minority carrier injection junction composed of the first region 11 and the fourth region 14 is still turned on, the third region 13 and the ohmic contact region 18 are connected to each other. The situation when a majority carrier flow (electron flow flowing from the third region 13 into the ohmic contact region 18 through the second region 12 in the case of the conductivity type shown in the figure) to one region 11 is flowing is shown in FIG. However, I will come back to this later.

【0022】しかるに、このようなオーミック接触領域
18を設けることにより、一応は「小さなサージ」に応答
しないサージ防護素子を得るのに成功したし、その一方
で、こうした接合容量充電のための当初の第一領域11へ
の多数キャリアの注入という現象も、すでに説明した降
伏現象の発生後ではその基本的な動作自体に悪影響を及
ぼさないで済んだ。第一領域11と第三領域13とが既述の
ようにパンチスルーした後に上記した多数キャリアによ
る電流が増し、第四領域14の主として厚味方向(深さ方
向)の電圧降下が当該第四領域14と第一領域11との間の
少数キャリア注入接合の順方向電圧に等しくなるとこの
接合がオンとなり、そのときからは第一領域11にとって
の少数キャリアが第四領域14から注入され始めるため、
以降、すでに述べたメカニズムにより、素子の降伏から
ブレークオーバに至ることができるからである。また、
ブレークオーバした後は第一、第二電極E1,E2間の素子
電流の主電流通路は、第二電極E2と第一領域11とのオー
ミック接触領域18を介する経路ではなくて、第三領域13
と第四領域14を介する経路として確立し、これは当該オ
ーミック接触領域18を有さない素子における状態とほぼ
等価となる。
However, such an ohmic contact region
The provision of 18 makes it possible to obtain a surge protection device that does not respond to "small surges", while at the same time, injecting majority carriers into the initial first region 11 for such junction capacitance charging. The phenomenon did not have a bad influence on the basic operation itself after the occurrence of the above-mentioned breakdown phenomenon. After the punching through of the first region 11 and the third region 13 as described above, the current due to the majority carriers increases, and the voltage drop in the fourth region 14 mainly in the thickness direction (depth direction) causes the fourth region 14 to fall. When the forward voltage of the minority carrier injection junction between the region 14 and the first region 11 becomes equal to this junction, the junction turns on, and from then on, minority carriers for the first region 11 begin to be injected from the fourth region 14. ,
This is because the breakdown from the device to the breakover can be performed by the mechanism already described. Also,
After the breakover, the main current path of the device current between the first and second electrodes E1 and E2 is not the path through the ohmic contact region 18 between the second electrode E2 and the first region 11, but the third region 13
And a path through the fourth region 14, which is almost equivalent to the state in the device that does not have the ohmic contact region 18.

【0023】なお、これまではパンチスルー型の従来素
子について述べてきたが、模式的に示される断面構造上
は図6(A) に示されている構造とほとんど変わらなくて
も、本出願人の知見によれば、第二領域12や第三領域13
の厚さを厚くする等の外、各領域の幾何的パラメータや
不純物濃度パラメータ等を適当に選択すると、降伏開始
の当初のメカニズムには第一、第二領域11,12間の雪崩
降伏やツェナ降伏を利用し、ブレークオーバに関しては
上記したパンチスルー型と同様の正帰還メカニズムとな
るサージ防護素子も作製できることが分かった。そし
て、そうしたサージ防護素子や、あるいはまた、さらに
他の公知のサージ防護素子でも、それが少数キャリアの
注入に伴う正帰還現象を介してブレークオーバするタイ
プのものである場合には、上記した「小さなサージ」に
対する応答の問題が同様に起こることがあり、従って、
それに対する上記の対策は、やはりそれらにも適用でき
ることも分かった。もっとも、雪崩降伏やツェナ降伏
は、一般に「ポイントフェノメノン(局所現象)」と呼
ばれている通り、降伏をし始める個所、ないしは降伏後
も電界の集中する個所が局所的になり易いがため、サー
ジ耐量IPP を大きく取るのが難しく、上記したパンチス
ルー型素子に比べると不利である外、設計自由度も小さ
く、製造パラメータに対する許容度も乏しい等、やや劣
った側面を見せることが多い。しかし、そうした優劣の
比較をせず、ここで問題にしたdV/dt耐性についてだけ
考えるならば、そのような雪崩降伏型やツェナ降伏型の
サージ防護素子においても、上記してきた議論はほぼそ
のまま適用することができ、実際、以下に述べる本発明
も、そうした片極性サージ防護素子に対し、同様に適用
することができる。
Up to now, the punch-through type conventional element has been described. However, even if the structure shown in FIG. 6A is almost the same as the structure shown in FIG. According to the knowledge of the second area 12 and the third area 13
If the geometrical parameters and impurity concentration parameters of each region are appropriately selected in addition to increasing the thickness of the avalanche, the initial mechanism of the yield initiation is the avalanche breakdown and zener between the first and second regions 11 and 12. It has been found that a surge protection element having a positive feedback mechanism similar to that of the punch-through type described above can be manufactured by utilizing the breakdown and the breakover. Then, if such a surge protection element or, in addition, another known surge protection element is of a type that breaks over through the positive feedback phenomenon accompanying the injection of minority carriers, the above-mentioned " Problems with response to "small surges" may occur as well, so
It has also been found that the above measures against it can also be applied to them. However, as avalanche breakdown and zena breakdown are generally called "point phenomenon" (local phenomenon), the point where breakdown begins or the point where the electric field concentrates after breakdown tends to be local, so surge It is difficult to obtain a large withstand voltage I PP , which is disadvantageous as compared with the punch-through type element described above, and also has a small degree of freedom in design and poor tolerance to manufacturing parameters. However, if we do not compare such advantages and disadvantages but only consider the dV / dt resistance, which is the problem here, the above discussion is almost applicable to such avalanche breakdown type and zener breakdown type surge protection devices. In fact, the invention described below is likewise applicable to such unipolar surge protection devices.

【0024】ただ、初期降伏メカニズムに第一、第二領
域11,12間の雪崩降伏やツェナ降伏を利用するサージ防
護素子においては、既掲の公知文献 8中、第6図とその
説明中に開示されているように、第一、第二領域11,12
の接触面積領域中に点々と第一領域11と同じ導電型でよ
り高濃度な不純物領域を複数個形成しておくと、局所現
象を利用しているにもかかわらず、雪崩降伏ないしツェ
ナ降伏をそれら複数個の高濃度不純物領域にて一斉に起
こすことができ、総体的に見ると素子内部の電流分布の
均一化が図れるので望ましい。もちろん、そうなってい
る素子にも本発明は同様に適用することができる。
However, in the surge protection device utilizing the avalanche breakdown or the zener breakdown between the first and second regions 11 and 12 in the initial breakdown mechanism, the above-mentioned known reference 8 has been described in FIG. 6 and its description. As disclosed, the first and second areas 11, 12
If a plurality of impurity regions having the same conductivity type as that of the first region 11 and a higher concentration are formed in the contact area region of, the avalanche breakdown or the zener breakdown is caused despite the use of the local phenomenon. This is desirable because it can occur simultaneously in the plurality of high-concentration impurity regions, and the current distribution inside the device can be made uniform as a whole. Of course, the invention is likewise applicable to such devices.

【0025】さらに、初期降伏メカニズムの如何にかか
わらず、実用的な構造では、やはり素子内部の電流分布
の均一化を図り、結果として例えばサージ耐量IPP を増
す等の目的で、第二領域12内に設けられる第三領域13
や、第一領域11と少数キャリア注入接合を形成する第四
領域14も複数個を並設して構成することがある。このよ
うな工夫を採用した片極性サージ防護素子もまた、後述
の本発明の望ましい実施形態にも認められるように、同
様に本発明の適用対象となる。
Further, regardless of the initial breakdown mechanism, in the practical structure, the second region 12 is also used for the purpose of making the current distribution inside the element uniform and, as a result, increasing the surge withstand value I PP , for example. Third area 13 provided inside
Alternatively, the fourth region 14 forming the minority carrier injection junction with the first region 11 may be arranged in parallel. A unipolar surge protection element that employs such a device is also a target to which the present invention is applied, as can be seen in a preferred embodiment of the present invention described later.

【0026】ところで、上述してきた類のサージ防護素
子において、市場に供給する際に必要となる特性仕様値
の種類は多岐に亙るが、中でも重要なものに、ブレーク
オーバ電流IBO と保持電流IHがある。ところが、これら
の値は各領域の厚味や面積寸法、不純物濃度ないし抵抗
率等、種々のパラメータが互いに複雑に絡み合って変動
するため、設計仕様値通りの値を得るには製造現場での
カットアンドトライに依らざるを得ないことが多かっ
た。そこで本出願人は、既掲の公知文献10:特開平4-32
0067号公報において、図6(A) に示した構造で言えばオ
ーミック接触領域18の横方向断面寸法と同図中に併示す
る第四領域14の厚味hcとの相関関係に着目し、目標とす
る設計仕様値であるブレークオーバ電流IBO ないし保持
電流IHに変動を及ぼさないオーミック接触領域18の寸法
範囲等につき開示した。簡単に言えば、オーミック接触
領域18の断面寸法を第四領域14の厚味hcとの関係で特定
される所定の寸法以上に広くしておけば、実際にこのオ
ーミック接触領域18を作製する時に多少の寸法変動等が
生じても、作製された素子においてブレークオーバ電流
IBO や保持電流IHには余り大きな変動を生まないで済む
ということである。
By the way, in the surge protection device of the kind described above, there are various kinds of characteristic specification values required for supplying to the market, but the most important ones are the breakover current I BO and the holding current I. There is H. However, since these parameters fluctuate because various parameters such as thickness, area size, impurity concentration, and resistivity of each region are intricately intertwined with each other, it is necessary to cut at the manufacturing site in order to obtain the values according to the design specifications. In many cases, I had to rely on And Try. Therefore, the present applicant has found that the above-mentioned known document 10: JP-A-4-32
In the publication, paying attention to the correlation between the lateral cross-sectional dimension of the ohmic contact region 18 and the thickness hc of the fourth region 14 shown in the figure in the structure shown in FIG. The dimension range of the ohmic contact region 18 that does not change the target design specification value of the breakover current I BO or the holding current I H has been disclosed. Simply put, if the cross-sectional dimension of the ohmic contact region 18 is made wider than a predetermined dimension specified by the relationship with the thickness hc of the fourth region 14, when the ohmic contact region 18 is actually manufactured. Even if some dimensional fluctuations occur, the breakover current in the manufactured device
This means that I BO and holding current I H do not have to undergo too large fluctuations.

【0027】さらにこの公知文献10では、オーミック接
触領域18の断面幅寸法とは独立の問題として、第四領域
14の断面幅寸法それ自体に関しても、これが大きくなる
程にブレークオーバ電流IBO ないし保持電流IHは低下傾
向になるとの開示もなした。第四領域14の断面幅が広く
なれば当該第四領域14と第一領域11とで構成される少数
キャリア注入接合を順方向バイアスする多数キャリア流
の経路は長くなり、より早くこの接合の順方向オン電圧
に至るからとの理由である。
Further, in this known document 10, as a problem independent of the cross-sectional width dimension of the ohmic contact region 18, the fourth region
Regarding the cross-sectional width dimension 14 of itself, it was also disclosed that the larger the break width I BO or the holding current I H, the lower the tendency. If the cross-sectional width of the fourth region 14 becomes wider, the path of the majority carrier flow that forward-biases the minority carrier injection junction constituted by the fourth region 14 and the first region 11 becomes longer, and the order of this junction becomes faster. This is because the direction ON voltage is reached.

【0028】[0028]

【発明が解決しようとする課題】確かに公知文献10によ
る開示は、それ以前の設計事情に鑑みれば、有用な設計
基準を与えたことで意味がある。しかし、以後の研究に
より、当該公知文献10にての開示が必ずしも当て嵌まら
ない場合が生ずることが分かった。と言うのも、まず公
知文献10においては、上述のように、第四領域14の厚味
hcが無視できないものとして解析していた。そのため、
図6(A) 中に併示のように、オーミック接触領域18が高
濃度不純物領域19を有するような場合、第四領域14の厚
味hcをほぼ零と看做すか、あるいはマイナスの符号を持
つ寸法値として計算せねばならない事情が生じ、適用が
不能な事態が生じた。つまり、第四領域14の実効的な厚
味hcは、高濃度不純物領域19がある場合、この領域19と
第一領域11との界面から第一領域11の内部の側に突出し
た部分の寸法として計算せねばならず、従って高濃度不
純物領域19の厚味が第四領域14の厚味hcとほぼ変わらな
い程度であると、当該第四領域14の厚味hcはほぼ零とせ
ねばならなくなるし、逆に高濃度不純物領域19の厚味の
方が厚い場合には、第四領域14の実効厚味はマイナスの
符号を持つ値となってしまう。これでは当該公知文献10
に規定されている式、例えばオーミック接触領域18の断
面幅寸法xsに関する最も基本的な式:xs>αhc(0.5≦α
≦1)もまた、採用できなくなってしまう(なお、後述す
る本発明においてはオーミック接触領域の断面幅寸法に
関し、記号Lsを用いている)。
Certainly, the disclosure according to the known document 10 is significant in that it gives a useful design standard in view of the design circumstances before that. However, it has been found from the subsequent research that the disclosure in the known document 10 does not always apply. That is, first, in the known document 10, as described above, the thickness of the fourth region 14
It was analyzed as hc cannot be ignored. for that reason,
As shown in FIG. 6A, when the ohmic contact region 18 has the high-concentration impurity region 19, the thickness hc of the fourth region 14 is considered to be almost zero, or a negative sign is given. There was a situation in which it had to be calculated as the dimension value that it had, and there was a situation in which it could not be applied. That is, the effective thickness hc of the fourth region 14 is the dimension of the portion protruding from the interface between the region 19 and the first region 11 to the inside of the first region 11 when the high-concentration impurity region 19 is present. Therefore, if the thickness of the high-concentration impurity region 19 is about the same as the thickness hc of the fourth region 14, the thickness hc of the fourth region 14 must be almost zero. On the contrary, when the thickness of the high concentration impurity region 19 is thicker, the effective thickness of the fourth region 14 becomes a value having a negative sign. In this, the known document 10
, For example, the most basic expression regarding the cross-sectional width dimension xs of the ohmic contact region 18: xs> αhc (0.5 ≦ α
Also, ≦ 1) cannot be adopted (the symbol Ls is used for the cross-sectional width dimension of the ohmic contact region in the present invention described later).

【0029】さらに、第四領域14の厚味hcが有意の正の
値をとったにしても、第四領域14の幅寸法が大きくなる
と、実質的にこの厚味hcは無視できる程になることが多
い。このような場合にも、やはり、公知文献10中に開示
されている上式は採用できない。
Further, even if the thickness hc of the fourth region 14 takes a significant positive value, when the width dimension of the fourth region 14 becomes large, the thickness hc becomes substantially negligible. Often. Even in such a case, the above equation disclosed in the known document 10 cannot be adopted.

【0030】これは結局、当該公知文献10では、第四領
域14の厚味hcが無視できず、換言すれば厚味に比して第
四領域14の幅がそれほどに大きくない時には、当該第四
領域14と第一領域11とで構成される少数キャリア注入接
合を順バイアスする第一領域内の多数キャリア流は第四
領域14の厚味部分から第一領域11との界面部分をなめる
ようにして流れるとの仮定に立ってなされ、当該厚味部
分hcにおける電圧降下分も無視できないと考えられてい
たことによる。
In the end, in the known document 10, the thickness hc of the fourth region 14 cannot be ignored, in other words, when the width of the fourth region 14 is not so large as compared with the thickness, the thickness hc of the fourth region 14 is not so large. The majority carrier flow in the first region that forward biases the minority carrier injection junction composed of the four regions 14 and the first region 11 is such that the interface between the thick region of the fourth region 14 and the first region 11 is licked. This is because it was thought that the voltage drop in the thick portion hc cannot be ignored.

【0031】そして確かに、既述のように、この議論が
成立する状況も現に存在し、その範囲内で当該公知文献
10に開示の手法は有意である。しかし、先にも少し触れ
たように、図5において要部を拡大し、模式的に示すよ
うに、サージの印加に伴い第一、第二領域11,12間が雪
崩降伏ないしツェナ降伏するか、または既述した望まし
い素子動作におけるように第一、第三領域11,13間がパ
ンチスルーして降伏が開始しても、第一領域11と第四領
域14とで構成される少数キャリア注入接合が未だオンと
なる前にあっては、第三領域13とオーミック接触領域18
との間で流れる第一領域11にとっての多数キャリア流
(図示導電型関係の場合には第三領域13から第二領域1
2、第一領域11を介しオーミック接触領域18に流れ込む
電子流)は、第二領域12と第一領域11の界面近傍ではほ
ぼ均一と看做せるにしても、第四領域14を避けるように
してオーミック接触領域18に向けて流れざるを得ない結
果、第四領域14の上方部分には模式的に示すように頂角
2θの断面三角形状の「空白」部分が生じ、一方ではオ
ーミック接触領域18に対し、図示のように多数キャリア
流の集中部分が生ずる。つまり、電流密度Jで言えば、
第二領域12と第一領域11との界面近傍におけるよりも、
このオーミック接触領域18に流れ込む部分の電流密度は
高くなる。
Certainly, as already mentioned, there are actually situations where this argument holds, and within the scope of the known document
The method disclosed in 10 is significant. However, as I touched on a little bit earlier, the main part is enlarged in FIG. 5, and as shown schematically, whether avalanche breakdown or zener breakdown occurs between the first and second regions 11 and 12 due to the application of surge. Or, even if the first and third regions 11 and 13 are punched through between the first and third regions 11 and 13 to start breakdown as in the above-described desirable device operation, minority carrier injection composed of the first region 11 and the fourth region 14 is performed. Before the junction is still turned on, the third region 13 and the ohmic contact region 18
The majority carrier flow for the first region 11 flowing between the first region 11 and the second region 1
2, the electron flow flowing into the ohmic contact region 18 via the first region 11) is considered to be almost uniform in the vicinity of the interface between the second region 12 and the first region 11, but the fourth region 14 should be avoided. As a result, there is no choice but to flow toward the ohmic contact region 18, and as a result, the upper portion of the fourth region 14 has an apex angle as shown schematically.
A "blank" portion having a triangular shape with a cross section of 2θ is generated, while a concentrated portion of the majority carrier flow is generated in the ohmic contact region 18 as shown. In other words, in terms of current density J,
Than in the vicinity of the interface between the second region 12 and the first region 11,
The current density of the portion flowing into the ohmic contact region 18 becomes high.

【0032】従って、この多数キャリア集中部分の幅よ
りも短い範囲内にオーミック接触領域18の幅寸法を設定
してしまうと、僅かな製造誤差による当該幅寸法の変化
が大きなブレークオーバ電流IBO の誤差となって表れ、
対応して保持電流IHも大きく変動してしまう。逆に、こ
の多数キャリア集中部分の幅よりも広い範囲内であれ
ば、任意の設計寸法に対し、実際に作製されるオーミッ
ク接触領域18の寸法が多少変動しても、特性には殆ど影
響を与えないで済むようになる。公知文献10における考
え方は、まさしくこのようなものである。
Therefore, if the width dimension of the ohmic contact region 18 is set within the range shorter than the width of the majority carrier concentrated portion, the change in the width dimension due to a slight manufacturing error causes a large breakover current I BO . It appears as an error,
Correspondingly, the holding current I H also fluctuates greatly. On the contrary, within a range wider than the width of the majority carrier concentrated portion, even if the size of the ohmic contact region 18 actually manufactured is slightly changed with respect to an arbitrary design size, the characteristics are hardly affected. You don't have to give it. The idea in the known document 10 is just like this.

【0033】ところが、第四領域14の厚味が無視できる
程度であるか、あるいはマイナスを持つ値として考えな
ければならないような状況下、さらにはある程度以上の
厚味の第一領域11を用いる場合、この空白領域はかなり
大きくなり、第一領域11内の多数キャリア流は第四領域
14と第一領域11の界面をなめるというよりも、かなり離
れて流れるような傾向になる。第四領域14の厚味に沿う
電圧降下分も大したことにはならないことも生ずる。こ
のような場合の解析については残念ながら公知文献10の
開示の時点では未だなされておらず、その結果、上述の
ように第四領域14の厚味hcに無関係なブレークオーバ電
流IBO または保持電流IHの設計基準というものは導出し
得なかったのである。
However, when the thickness of the fourth region 14 is negligible or must be considered as a value having a negative value, and when the first region 11 having a certain thickness or more is used. , This blank area becomes quite large, and the majority carrier flow in the first area 11 becomes the fourth area.
Rather than licking the interface between 14 and the first region 11, they tend to flow rather apart. The voltage drop along the thickness of the fourth region 14 may not be great. Unfortunately, the analysis in such a case has not yet been made at the time of the disclosure of the known document 10, and as a result, as described above, the breakover current I BO or the holding current irrelevant to the thickness hc of the fourth region 14 is obtained. The design criteria for I H could not be derived.

【0034】本発明はこのような実情の下になされたも
ので、まずは基本的な目的として、第四領域14の厚味hc
の数値情報を用いずとも、作製するサージ防護素子のブ
レークオーバ電流IBO または保持電流IHの設定が可能
な、これら特性値のより一般的な設定手法を開示せんと
するものである。
The present invention has been made under such circumstances. First, as a basic purpose, the thick hc of the fourth region 14
It is intended to disclose a more general setting method of these characteristic values that can set the breakover current I BO or the holding current I H of the surge protection element to be manufactured without using the numerical information of.

【0035】さらに加えて、例えば作製する素子の動作
電圧(降伏電圧)の如何に応じ、第一領域11の抵抗率ρ
を変えねばならないような場合にも、この抵抗率パラメ
ータの影響をも考慮してブレークオーバ電流IBO ないし
保持電流IHの設定が可能な手法を提供することもまた別
な目的としている。
In addition, the resistivity ρ of the first region 11 depends on, for example, the operating voltage (breakdown voltage) of the device to be manufactured.
It is another object to provide a method capable of setting the breakover current I BO or the holding current I H in consideration of the influence of this resistivity parameter even when it is necessary to change.

【0036】なお、ブレークオーバ電流IBO の変化に対
し保持電流IHの値の変化はほぼ比例する。従ってブレー
クオーバ電流IBO をある値に設定操作するということ
は、実質的に保持電流IHをある値に設定操作しているこ
とにもなり、逆もまた然りである。換言すれば、本書に
て言うように、ブレークオーバ電流IBO 「または」保持
電流IHをある特定の設計仕様値に設定するということ
は、結局はブレークオーバ電流IBO 「及び」保持電流IH
を共にある設計仕様値に設定していることと実質的に同
義である。
The change in the value of the holding current I H is almost proportional to the change in the breakover current I BO . Therefore, setting the breakover current I BO to a certain value means substantially setting the holding current I H to a certain value, and vice versa. In other words, setting the breakover current I BO “or” holding current I H to a certain design specification value, as referred to in this document, ultimately means that the breakover current I BO “and” holding current I H H
Is substantially synonymous with setting both to a certain design specification value.

【0037】[0037]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、図6に即して説明したような基本構造を持つ
サージ防護素子(ただし、これも既述のように、第三領
域13、第四領域14の中の一方または双方は、基板主面に
関する面内一方向に沿う一断面において互いに離間しな
がら並設された複数個から構成されている場合も含む)
において、まずは第四領域の平面形状が短辺と長辺を有
する矩形であり、オーミック接触領域が当該一つの第四
領域または複数の第四領域の各々の短辺方向の片側また
は両側においてそれらの長辺方向に沿ってそれぞれ設け
られている場合には、 (a) 一つの第四領域または複数の第四領域の各々の短辺
の寸法をLc、長辺の寸法を当該Lc以上の寸法とし; (b) 各第四領域の短辺方向の両側におけるオーミック接
触領域の短辺方向に沿う寸法に関しては、第四領域の両
側の一方の側における寸法をkLs(0≦k≦1)、他方の側
における寸法を(1−k)Ls(従ってそれらの和がLsとな
る)として; (c) (Lc+Ls)/Lc2 を変えることにより、これに比例さ
せてブレークオーバ電流ないし保持電流を設定するこ
と; を特徴とするサージ防護デバイスにおけるブレークオー
バ電流または保持電流の設定方法を提案する。
In order to achieve the above object, the present invention has a surge protection element having a basic structure as described with reference to FIG. 6 (however, as described above, this is also the third region. 13, one or both of the fourth region 14 also includes a case where a plurality of one or both of the fourth region 14 are arranged in parallel while being separated from each other in one cross section along one in-plane direction with respect to the main surface of the substrate)
In the first, the plane shape of the fourth region is a rectangle having a short side and a long side, and the ohmic contact region has one of the fourth region or one of the plurality of fourth regions on one side or both sides in the short side direction thereof. When provided along the long side direction, (a) Lc is the dimension of the short side of each of the one fourth region or multiple fourth regions, and the dimension of the long side is Lc or more. (B) Regarding the dimension along the short side direction of the ohmic contact region on both sides in the short side direction of each fourth region, the dimension on one side on both sides of the fourth region is kLs (0 ≦ k ≦ 1), and the other side. The dimension on the side of is (1−k) Ls (the sum of them is Ls); (c) By changing (Lc + Ls) / Lc 2 , the breakover current or holding current is set in proportion to this. Break-down in surge protection devices characterized by: We propose a method of setting bus current or the holding current.

【0038】さらに、本発明のまた別な態様では、例え
ば動作電圧(降伏電圧)の異なる素子を作製する時にも
同一の設計基準となり得るように、第一半導体領域と第
四領域とで構成される少数キャリア注入接合をオンとす
るために第三領域とオーミック接触領域間に流れる第一
半導体領域にとっての多数キャリア流の経路に沿った第
一半導体領域における抵抗率をρとして、上記構成要件
(c) の代わりに、(c)' {(Lc+Ls)/Lc2}(1/ρ) を変え
ることにより、これに比例させてブレークオーバ電流な
いし保持電流を設定すること;を特徴とする手法も提案
する。
Further, according to still another aspect of the present invention, the first semiconductor region and the fourth region are formed so that the same design reference can be obtained even when devices having different operating voltages (breakdown voltages) are produced. The resistivity in the first semiconductor region along the path of the majority carrier flow for the first semiconductor region flowing between the third region and the ohmic contact region to turn on the minority carrier injection junction
Instead of (c), by changing (c) '{(Lc + Ls) / Lc 2 } (1 / ρ), the breakover current or holding current is set in proportion to this; Also suggest.

【0039】なお、以上の構成において、素子内の電流
分布の均一化を図るには上記kの値は0.5 とするのが望
ましい。これは、それぞれ短辺方向に等しい幅(Ls/2)の
オーミック接触領域が第四領域(複数個ある場合はその
各々)の両側縁に沿って長辺方向に伸びることを意味す
るからで、幾何的対称性を満たす上で有効である。
In the above structure, it is desirable that the value of k is 0.5 in order to make the current distribution in the device uniform. This means that the ohmic contact regions each having the same width (Ls / 2) in the short side direction extend in the long side direction along both side edges of the fourth region (if there are a plurality, respectively). It is effective in satisfying geometric symmetry.

【0040】以上の構成要件群に代え、本発明では第四
領域が矩形以外の形状でその周りをオーミック接触領域
が取り囲んでいるような場合、つまり、一つまたは複数
の第四領域の各平面形状が正方形ないしほぼ正方形、ま
たは円形ないしほぼ円形、あるいは外形輪郭の包絡線形
状が円形ないしほぼ円形となる多角形であり、その周り
をオーミック接触領域が取り囲むように設けられている
場合には、 (d) 一つの第四領域または複数の第四領域の各々の面積
をScとし; (e) 各第四領域の周辺を取り囲んで設けられたオーミッ
ク接触領域の面積をSsとして; (f) (Sc+Ss)/Sc3/2 を変えることにより、これに比例
させてブレークオーバ電流ないし保持電流を設定するこ
と; を特徴とするサージ防護デバイスにおけるブレークオー
バ電流または保持電流の設定方法を提案する。
In the present invention, instead of the above group of constituent elements, in the case where the fourth region has a shape other than a rectangle and is surrounded by an ohmic contact region, that is, each plane of one or a plurality of fourth regions In the case where the shape is a square or a substantially square, or a circle or a substantially circle, or an outer contour envelope shape is a circle or a substantially circle, and the ohmic contact region is provided to surround the polygon, (d) The area of each of the fourth regions or the plurality of fourth regions is Sc; (e) the area of the ohmic contact region surrounding the periphery of each fourth region is Ss; (f) ( Sc + Ss) / Sc by 3/2 varying the, this proportion is not in the breakover current or to set the holding current; break in the surge protection device, wherein the over current or the holding current To propose how to set up.

【0041】そして、この場合にも、例えば動作電圧
(降伏電圧)の異なる素子を作製する時にも同一の設計
基準となり得るように、第一半導体領域と第四領域とで
構成される少数キャリア注入接合をオンとするために第
三領域とオーミック接触領域間に流れる第一半導体領域
にとっての多数キャリア流の経路に沿った第一半導体領
域における抵抗率をρとして、上記構成要件(f) の代わ
りに、(f)' {(Sc+Ss)/Sc3/2}(1/ρ) を変えることに
より、これに比例させてブレークオーバ電流ないし保持
電流を設定すること;を特徴とする手法も提案する。
In this case as well, minority carrier injection constituted by the first semiconductor region and the fourth region is performed so that the same design reference can be obtained even when devices having different operating voltages (breakdown voltages) are produced. The resistivity in the first semiconductor region along the path of the majority carrier flow for the first semiconductor region flowing between the third region and the ohmic contact region for turning on the junction is defined as ρ, and instead of the above configuration requirement (f). In addition, by changing (f) '{(Sc + Ss) / Sc 3/2 } (1 / ρ), the breakover current or holding current is set in proportion to this, and a method characterized by .

【0042】なお、本発明のいずれの構成による場合に
も、オーミック接触領域は第一半導体領域と接触する部
分において第一半導体領域と同一導電型であるが第一半
導体領域よりも不純物濃度の濃い高濃度不純物領域を有
していて良く、その方が良好なオーミック接触をとる上
で望ましい。このとき、当該高濃度不純物領域の厚味が
第四領域のそれとほぼ同じ程度であるか、逆に厚くなる
と、第四領域の厚味は実質的に零から負の値となること
もあるが、そのような場合でも、既に述べた公知文献10
による従来法とは異なり、本発明では当該第四領域の厚
味のパラメータは関与していないので、何等問題がな
く、より一般的な設計基準を与えることができる。
In any of the configurations of the present invention, the ohmic contact region has the same conductivity type as the first semiconductor region in the portion in contact with the first semiconductor region, but has a higher impurity concentration than the first semiconductor region. It may have a high-concentration impurity region, which is desirable for obtaining good ohmic contact. At this time, when the thickness of the high-concentration impurity region is about the same as that of the fourth region, or conversely, when the thickness of the fourth region becomes thicker, the thickness of the fourth region may be substantially zero to a negative value. , Even in such a case, the above-mentioned known document 10
Unlike the conventional method according to the present invention, since the thickness parameter of the fourth region is not involved in the present invention, there is no problem and a more general design standard can be given.

【0043】[0043]

【発明の実施の形態】図1には本発明の適用を受け得る
二端子ブレークオーバ型で縦型のサージ防護素子の一例
の要部断面構成が示されている。この素子の基本構造は
既に図6(A)に即して説明した素子と同じであり、その
電流対電圧特性も図6(B) に示された通りである。従っ
て、当該図6に即して既に説明した内容は以下の説明で
もほぼそのままに適用でき、同一の符号は同一ないし同
様で良い構成要素を示し、改めての説明を省略するもの
もある。また、初期降伏現象にも限定はなく、既述の理
由により、望ましくは第一、第三領域11,13間のパンチ
スルー現象を利用したものの方が良く、ここでもそのよ
うな素子であるとして説明するが、第一、第二領域11,
12により形成されるpn接合の雪崩降伏、ツェナ降伏を利
用するタイプの素子であっても構わない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a main part of an example of a two-terminal breakover type vertical surge protection device to which the present invention can be applied. The basic structure of this element is the same as that of the element already described with reference to FIG. 6 (A), and its current-voltage characteristic is also as shown in FIG. 6 (B). Therefore, the contents already described with reference to FIG. 6 can be applied to the following description almost as they are, and the same reference numerals denote the same or similar components, and some may not be described again. Further, the initial breakdown phenomenon is not limited, and for the reasons described above, it is preferable to use the punch-through phenomenon between the first and third regions 11 and 13, and it is assumed that such a device is used here as well. As explained, the first and second areas 11,
An element of the type that utilizes avalanche breakdown and zener breakdown of the pn junction formed by 12.

【0044】ただ、図面上の比較においては、図6(A)
に示した基本構成に対し、図1に示されている素子断面
構造では、これも既に述べてはいるが、素子内部におけ
る電流分布(キャリア流分布)の均一化のため、第四領
域14は互いに並設された複数個から構成されており、そ
れらの間にオーミック接触領域18が形成されている。ま
た、ここでは各第四領域14の平面形状は短辺と長辺を有
するものとし、図示の断面では短辺方向に沿う断面が見
えており、これと直交する長辺方向は図面紙面を表裏に
抜ける方向となる。オーミック接触領域18は両側に位置
する第四領域または片側に位置する第四領域の長辺方向
に沿って伸び、実際にはこれら第四領域14やオーミック
接触領域18は短辺寸法に対し長辺方向の寸法がかなり大
きく、矩形というよりストライプ状にパターニングされ
ることが多い。これは特に、既掲の公知文献 8の教示に
従ってdV/dt耐性を高めるために第三領域13に関し望ま
しい寸法関係を満たすと、これに呼応して第四領域14や
オーミック接触領域18の平面形状がそうなる場合が多
い。しかし、この点については本発明が直接に関与する
ものではないので、これ以上の詳しい説明は省略する。
However, in the comparison on the drawing, FIG. 6 (A)
In the element cross-sectional structure shown in FIG. 1, in contrast to the basic structure shown in FIG. 1, the fourth region 14 is formed in order to make the current distribution (carrier flow distribution) inside the element uniform, as already described. It is composed of a plurality of elements arranged in parallel with each other, and an ohmic contact region 18 is formed between them. Further, here, the plane shape of each fourth region 14 has a short side and a long side, and a cross section along the short side direction is visible in the illustrated cross section, and the long side direction orthogonal to this is the front and back of the drawing paper. It will be the direction to exit. The ohmic contact region 18 extends along the long side direction of the fourth region located on both sides or the fourth region located on one side. Actually, the fourth region 14 and the ohmic contact region 18 are long sides with respect to the short side dimension. The dimension in the direction is quite large, and it is often patterned in stripes rather than rectangles. This is especially true when the desired dimensional relationship for the third region 13 is met in order to increase the dV / dt resistance in accordance with the teaching of the cited document 8 and in response thereto the planar shape of the fourth region 14 and ohmic contact region 18 Is often the case. However, since the present invention is not directly related to this point, further detailed description will be omitted.

【0045】さらに、各オーミック接触領域18は、第四
領域14の表面に接触する第二電極E2に連続する電極部分
(ここでは第二電極E2が第一領域11の裏面に対し「ベ
タ」に蒸着される等して形成されている結果、第二電極
そのものとも見れる電極部分)に対し、第一領域11を良
好にオーミック接触させるため、第一領域11と同じ導電
型の高濃度不純物領域19を有している。そのため、実質
的にオーミック接触領域18の界面は、高濃度不純物領域
19と第一領域11との境界と考えて良い。
Furthermore, each ohmic contact region 18 has an electrode portion continuous with the second electrode E2 in contact with the surface of the fourth region 14 (here, the second electrode E2 is “solid” with respect to the back surface of the first region 11). As a result of being formed by vapor deposition or the like, a high-concentration impurity region 19 of the same conductivity type as that of the first region 11 is formed in order to bring the first region 11 into good ohmic contact with the electrode portion that can be seen as the second electrode itself). have. Therefore, the interface of the ohmic contact region 18 is substantially the high-concentration impurity region.
It can be considered as the boundary between 19 and the first area 11.

【0046】ここで、このような第四領域14とオーミッ
ク接触領域18に関し、寸法関係を定義しておくと、ま
ず、図1の左手に示されているように、複数個ある各々
の第四領域14の各々の図示断面における寸法、すなわち
短辺寸法をLcとし、各オーミック接触領域18の図示断面
における寸法(同じく短辺寸法)をLsとして、それらの
和を便宜上、単位長Luとする。しかし、隣り合う一対の
第四領域14,14の間に挟まれた各オーミック接触領域18
について考えてみると、後述する第一領域内多数キャリ
ア流の説明からも明らかなように、当該オーミック接触
領域18の右半分が右側に位置する第四領域14に関連する
オーミック接触領域となり、左半分が左側に位置する第
四領域14に関連する領域となる。
Here, the dimensional relationship of the fourth region 14 and the ohmic contact region 18 is defined. First, as shown on the left side of FIG. Let Lc be the dimension of each of the regions 14 in the illustrated cross section, that is, the short side dimension, and Ls be the dimension of each ohmic contact region 18 in the illustrated cross section (also the short side dimension), and let the sum thereof be the unit length Lu for convenience. However, each ohmic contact region 18 sandwiched between the pair of adjacent fourth regions 14, 14.
As will be apparent from the explanation of the majority carrier flow in the first region described later, the right half of the ohmic contact region 18 becomes the ohmic contact region associated with the fourth region 14 located on the right side, and the left side. Half of the area is related to the fourth area 14 located on the left side.

【0047】そこで今、幾何的対称性を保ち、素子内部
の電流分布ないしキャリア流分布の均一性を保つ上で実
際の素子においても最も普通に考えられるように、各第
四領域14の短辺寸法Lcが全て共に同じ寸法であり、か
つ、それらの間に挟まれるオーミック接触領域18の短辺
寸法Lsも全て同じであるとすると、各第四領域14を中心
に考えた場合、当該各第四領域14の両側に位置するオー
ミック接触領域にあってその各短辺寸法Lsの半分の部分
Ls/2がそれら各第四領域14の各々に関連するオーミック
接触領域18となる。従って、上述の単位長Luは、図1中
の中央部分に示すように、 Lu=(Ls/2+Lc/2)×2 なる寸法部分により構成されていると見ることができ
る。以下ではまず、この寸法条件に従って本発明を適用
する場合につき説明する。
Therefore, in order to maintain the geometrical symmetry and the uniformity of the current distribution or the carrier flow distribution inside the element, as is most commonly considered in the actual element, the short side of each fourth region 14 is considered. When the dimensions Lc are all the same, and the short-side dimension Ls of the ohmic contact region 18 sandwiched between them is also the same, when considering each fourth region 14 as the center, In the ohmic contact regions located on both sides of the four regions 14, half of each short side dimension Ls
Ls / 2 becomes the ohmic contact region 18 associated with each of these respective fourth regions 14. Therefore, it can be considered that the unit length Lu described above is constituted by a dimension portion of Lu = (Ls / 2 + Lc / 2) × 2, as shown in the central portion of FIG. In the following, first, a case where the present invention is applied according to this dimensional condition will be described.

【0048】しかるに、第一、第二電極E1,E2間に特定
の極性のサージ、すなわち各領域が図示導電型関係の場
合には第二電極E2の側が正となる極性で既述の降伏電圧
VBR以上のサージが印加されると、これも図6に即して
既述のように第二領域12を介し第一、第三領域11,13間
がパンチスルーし、第三領域11から第二領域12を介し第
一領域11に注入された第一領域11にとっての多数キャリ
ア流(この場合は電子流)は、図1中に模式的に示す通
り第四領域14を避けるようにしてオーミック接触領域18
に流れ込む。
However, with the surge having a specific polarity between the first and second electrodes E1 and E2, that is, when the respective regions have the illustrated conductivity type, the second electrode E2 has a positive polarity, the above-mentioned breakdown voltage.
When a surge of V BR or more is applied, this also punches through between the first and third regions 11 and 13 via the second region 12 as described above with reference to FIG. The majority carrier flow (electron flow in this case) for the first region 11 injected into the first region 11 through the second region 12 should avoid the fourth region 14 as schematically shown in FIG. Ohmic contact area 18
Flow into.

【0049】この時の状況に関し、先に少し触れた図5
(図1中の中央付近の要部拡大図に相当するが高濃度不
純物領域19は図示を省略してある:実際にも当該高濃度
不純物領域19はあった方が良いが、なくても良い)を再
び見てみると、まず、第四領域14の短辺寸法ないし短辺
幅Lcが変わることでブレークオーバ電流IBO や保持電流
IHが変化することが分かる。つまり、第四領域14の幅Lc
が大きくなると既述の「空白」領域の頂点が第四領域14
から遠ざかって頂角 2θは狭まる傾向になり、これに呼
応して逆に多数キャリア流の経路Leは長くなる傾向とな
る。そのため、第一領域11中のこの経路Leに沿う抵抗率
ρは一定であっても、当該経路自体の抵抗値は高くなる
ので、第四領域14と第一領域11とで構成される少数キャ
リア注入接合は順バイアスされ易くなる。従ってこれを
換言すれば、第四領域14の幅寸法Lcが大きくなる程、ブ
レークオーバ電流IBO や保持電流IHは低下傾向となる。
この接合がオンとなれば、既述したメカニズムにより、
一気に正帰還現象が生成するからである。なお、全くの
模式図ではあるが、図5中にはオーミック接触領域18の
表面における表面電位0.0Vの点a から第一領域11の内部
に向かい、第四領域14から離れる程に多数キャリア流の
経路Leに沿う各諸点b 〜e で漸次電位差が大きくなる模
様が模式的に示されており、そして例えば、第四領域11
が図示するように p型半導体領域で少数キャリア注入接
合がpn接合の場合には、このpn接合の順方向オン電圧で
ある一般に0.5V以上となる点は点f として示されてい
る。
Regarding the situation at this time, FIG.
(This corresponds to an enlarged view of the main part in the vicinity of the center in FIG. 1, but the high-concentration impurity region 19 is not shown in the figure: it is better if the high-concentration impurity region 19 is actually present or not. ) Again, first, the breakover current I BO and the holding current are changed by changing the short side dimension or the short side width Lc of the fourth region 14.
It can be seen that I H changes. That is, the width Lc of the fourth region 14
Becomes larger, the vertices of the "blank" area described above become the fourth area 14
The apex angle 2θ tends to become narrower away from, and conversely, the path Le of the majority carrier flow tends to become longer. Therefore, even if the resistivity ρ along the route Le in the first region 11 is constant, the resistance value of the route itself becomes high, so that the minority carrier composed of the fourth region 14 and the first region 11 The injection junction is more likely to be forward biased. Therefore, in other words, as the width dimension Lc of the fourth region 14 increases, the breakover current I BO and the holding current I H tend to decrease.
If this junction is turned on, by the mechanism already described,
This is because the positive feedback phenomenon is generated all at once. Although it is a completely schematic diagram, in FIG. 5, the majority carrier flow goes from the point a at the surface potential of 0.0 V on the surface of the ohmic contact region 18 toward the inside of the first region 11 and away from the fourth region 14. It is schematically shown that the potential difference gradually increases at various points b to e along the path Le of, and, for example, the fourth region 11
As shown in the figure, when the minority carrier injection junction is a pn junction in the p-type semiconductor region, the point at which the forward on-state voltage of this pn junction is generally 0.5 V or higher is shown as point f.

【0050】これをもう少し詳しく解析するために、た
だし簡単のため、第四領域14の上方の左半分で考えてみ
ると、ここでは電子流である多数キャリア流密度(電流
密度と実質的に同じになるので符号Jを用いる)は、第
二領域12と第一領域11との界面近傍では図示断面に沿う
寸法範囲内でほぼ均一と看做せる。つまり、図1中のLs
/2+Lc/2なる寸法範囲内において第二領域12を出る第一
領域11にとっての多数キャリア流の密度分布は均一と看
做して良い。しかし、第四領域14の真上に位置する部分
に注入された多数キャリア、つまりLs/2+Lc/2なる寸法
範囲に注入された全体の多数キャリア流の密度Jの中、
J・{Lc/(Lc+Ls)}の分は第四領域14を避けるようにして
流れ、そしてその経路Leは、図5における幾何的関係か
ら、 Le=(Lc/2)/sinθ と近似できる。
In order to analyze this in a little more detail, but for simplification, consider the upper left half of the fourth region 14 where the majority carrier flow density (substantially the same as the current density), which is the electron flow. Therefore, the reference numeral J is used), and it can be considered that it is substantially uniform in the dimensional range along the cross section in the drawing in the vicinity of the interface between the second region 12 and the first region 11. That is, Ls in FIG.
Within the size range of / 2 + Lc / 2, the density distribution of the majority carrier flow for the first region 11 exiting the second region 12 can be regarded as uniform. However, in the density J of the majority carriers injected into the portion located immediately above the fourth region 14, that is, the total majority carrier flow J injected in the size range of Ls / 2 + Lc / 2,
The portion of J · {Lc / (Lc + Ls)} flows so as to avoid the fourth region 14, and its route Le can be approximated as Le = (Lc / 2) / sin θ from the geometrical relationship in FIG.

【0051】従って、この長くなった経路Leに沿う多数
キャリア分J・{Lc/(Lc+Ls)}が最初に第一、第四領域間
少数キャリア注入接合を順バイアスする順バイアス電圧
Vfを生ずるので、結局、当該経路Leにおける第一領域11
の抵抗率をρとすると、 Vf =J・{Lc/(Lc+Ls)}・{(Lc/2)/sinθ}・ρ ・・・・ となる。
Therefore, the majority carrier component J · {Lc / (Lc + Ls)} along the lengthened route Le first forward biases the first and fourth inter-region minority carrier injection junctions.
As a result, Vf is generated, so that the first region 11 in the route Le is eventually
Let ρ be the resistivity of, then Vf = J · {Lc / (Lc + Ls)} · {(Lc / 2) / sin θ} · ρ ....

【0052】一方、多数キャリア流密度Jは実際にはサ
ージの印加に伴い最初零の状態から増大して行くので、
上記式からすると、Lc2/(Lc+Ls) が大きい程、早めに
順方向電圧Vfに到達する。これは換言すれば、ブレーク
オーバ電流IBO ないしそれに比例する保持電流IHが小さ
くなったことになる。そこで逆に、ブレークオーバ電流
IBO ないし保持電流IHとの関係で見るならば、次式が
成立する。 IBO,IH ∝ Vf・{(Lc+Ls)/Lc2}(1/ρ) ・・・・
On the other hand, since the majority carrier flow density J actually increases from the zero state at the beginning with the application of surge,
From the above equation, the larger the Lc 2 / (Lc + Ls), the earlier the forward voltage Vf is reached. In other words, the breakover current I BO or the holding current I H proportional thereto is reduced. Therefore, conversely, the breakover current
From the viewpoint of I BO or holding current I H , the following equation holds. I BO , I H ∝ Vf ・ {(Lc + Ls) / Lc 2 } (1 / ρ) ・ ・ ・ ・

【0053】従って、この式から明らかなように、先
の公知文献10における説明とは異なり、第四領域14の厚
味hc(図6)を考慮に入れる必要のない、一般化された
事実として、ブレークオーバ電流IBO ないし保持電流IH
はまず、第四領域14の短辺幅Lcに単純に反比例するので
はなく、 (Lc+Ls)/Lc2 ・・・・ に比例することが分かる。
Therefore, as is clear from this equation, unlike the description in the above-mentioned known document 10, it is a generalized fact that it is not necessary to take the thickness hc (FIG. 6) of the fourth region 14 into consideration. , Breakover current I BO or holding current I H
First, it can be seen that it is not simply inversely proportional to the short side width Lc of the fourth region 14, but is proportional to (Lc + Ls) / Lc 2 ...

【0054】このような知見の正当性を確かめるため、
本出願人において多くの素子サンプルを作製し、実験を
行なった所、良く整合の取れた結果が得られた。図2は
その中の二例程の結果を示しているが、白抜きの丸印で
示すサンプル群1でも黒塗りの丸印で示すサンプル群2
でも、(Lc+Ls)/Lc2 を線形に変化させると作製された素
子の保持電流IHもこれに比例させて変化させることがで
きた。しかもこれは、第四領域14の寸法Lcの絶対値の如
何によらない結果であった。従って、要すれば当該第四
領域14の面積寸法を独立に設計することで当該面積に一
般に比例して増加する所望のサージ耐量IPP を得られる
ようにしながらなお、本発明を有効に適用することで保
持電流IHないしブレークオーバ電流IBO を所望の値に設
定することができる。もちろん、既述のように、保持電
流IHとブレークオーバ電流IBO は一般に一次比例するの
で、図2は目盛数値にこだわらなければブレークオーバ
電流IBO に対する (Lc+Ls)/Lc2 の比例関係と見ること
ができる。
To confirm the validity of such knowledge,
The applicant of the present invention produced many device samples and conducted experiments, and obtained good matching results. FIG. 2 shows the results of about two of them, but the sample group 1 shown by a white circle also has a sample group 2 shown by a black circle.
However, when (Lc + Ls) / Lc 2 was changed linearly, the holding current I H of the fabricated device could also be changed in proportion to this. Moreover, this result was independent of the absolute value of the dimension Lc of the fourth region 14. Therefore, if necessary, by independently designing the area size of the fourth region 14, it is possible to obtain the desired surge withstand amount I PP that generally increases in proportion to the area, while still effectively applying the present invention. Thus, the holding current I H or the breakover current I BO can be set to a desired value. Of course, as described above, the holding current I H and the breakover current I BO are generally linearly proportional, so that FIG. 2 shows a proportional relationship of (Lc + Ls) / Lc 2 with respect to the breakover current I BO if the scale values are not used. You can see.

【0055】さらに、図2中に併示のように、また上記
式から理解されるように、第一領域11の経路Leに沿う
抵抗率ρに反比例し、保持電流IHも変化した。すなわ
ち、 {(Lc+Ls)/Lc2}(1/ρ) ・・・・ に比例させてブレークオーバ電流IBO または保持電流IH
を設定できる。また、他のパラメータは同一であって
も、第一領域11の厚味tが厚くなる程、経路Leは長くな
り、経路Leに沿った抵抗値は高くなるので、保持電流IH
は第一領域11の厚味tにも反比例する。このこともま
た、本出願人の実験にて良く整合する結果が得られた。
Further, as also shown in FIG. 2 and as understood from the above formula, the holding current I H also changes in inverse proportion to the resistivity ρ along the path Le of the first region 11. That is, in proportion to {(Lc + Ls) / Lc 2 } (1 / ρ) ..., Breakover current I BO or holding current I H
Can be set. Further, even if the other parameters are the same, as the thickness t of the first region 11 becomes thicker, the path Le becomes longer and the resistance value along the path Le becomes higher, so that the holding current I H
Is also inversely proportional to the thickness t of the first region 11. This is also the result of the applicant's experiment, which is in good agreement.

【0056】ところで、上記の,,式は、一つの
第四領域14の短辺方向両側に位置するオーミック接触領
域18において当該第四領域14に関与する各寸法Ls/2の和
Lsの関数となっている。と言うことは、第四領域14の両
側において互いに等しい幅のオーミック接触領域18,18
があるのではなく、一般に片側にkLs(0≦k≦1)、そし
て他方の側に(1−k)Ls の短辺方向寸法を有するオーミ
ック接触領域18,18が存在していてもこれらの式,
,は成立する。それらの寸法比に応じ、上述した順
方向バイアスに関与する多数キャリア流の密度Jも比例
的に変化するからである。従って、kが零、つまり着目
する第四領域14が例えば並設された複数個の中の最も外
側に位置するものであって、さらにその外側にはオーミ
ック接触領域18が存在しないような構成に素子を作製し
た場合には、当該外側のオーミック接触領域18に関する
寸法をkLsと考えて零と看做し、他方の(内側の)短辺
方向寸法を(1−k)Ls=Lsと看做せば良い。kが 1の場合
にも結局は同様である。そしてこのような場合にも、図
2に示した実験結果に良く整合する結果が得られる。従
ってまた、上述のように、一つの第四領域14の両側にそ
れぞれ寸法Ls/2のオーミック接触領域18,18が存在する
と考えるのは、確かに実際の素子としては望ましい対称
構成であるが、またある意味ではk=0.5の特殊な場合で
あり、一般的にはkは 0から 1までの任意の値をとるこ
とができる。
By the way, the above equation is the sum of the respective dimensions Ls / 2 involved in the fourth region 14 in the ohmic contact regions 18 located on both sides in the short side direction of one fourth region 14.
It is a function of Ls. This means that ohmic contact regions 18, 18 of equal width on both sides of the fourth region 14 are provided.
But there are generally ohmic contact regions 18,18 having kLs (0 ≦ k ≦ 1) on one side and (1−k) Ls short-side dimensions on the other side. formula,
, Holds. This is because the density J of the majority carrier flow involved in the above-mentioned forward bias also changes proportionally according to their size ratio. Therefore, k is zero, that is, the fourth region 14 of interest is located, for example, at the outermost side of the plurality of juxtaposed regions, and the ohmic contact region 18 does not exist outside thereof. When a device is produced, the dimension related to the outer ohmic contact region 18 is considered to be kLs and regarded as zero, and the other (inner) short side direction dimension is regarded as (1−k) Ls = Ls. You can do it. The same is true when k is 1. Even in such a case, a result that is in good agreement with the experimental result shown in FIG. 2 is obtained. Therefore, as described above, it is considered that the ohmic contact regions 18 and 18 each having the dimension Ls / 2 exist on both sides of one fourth region 14, respectively, although it is a desirable symmetrical structure as an actual device, In a sense, it is a special case of k = 0.5, and generally k can take any value from 0 to 1.

【0057】当然のことながら、第四領域14が複数個の
並設構成でなく、単一領域として構成され、その片側に
寸法kLs、他方の側に寸法(1−k)Ls のオーミック接触
領域が設けられている場合、従って望ましくは両側に共
に等しい寸法Ls/2のオーミック接触領域が設けられてい
る場合はもとより、片側にしかオーミック接触領域がな
い場合にも上記〜式は当然に成立する。
As a matter of course, the fourth region 14 is not a plurality of juxtaposed structures but is configured as a single region, and has an ohmic contact region with a dimension kLs on one side and a dimension (1-k) Ls on the other side. Not only when there is an ohmic contact region of equal size Ls / 2 on both sides, but also when there is an ohmic contact region on only one side. .

【0058】ただし、オーミック接触領域18の短辺寸法
Lsに関しては、先掲の公知文献10にても教示されている
ように、一般にはその上限というものも考えられるが、
概ね第一領域11中をその厚味方向に流れる動作電流を考
えた場合、その横方向への拡散の程度を一般的に見積る
と、オーミック接触領域18の寸法kLs及び(1−k)Lsの
上限値(結局はどちらか長い方の上限値)は、第一領域
11の厚味方向に沿う第四領域14と第二領域12との離間距
離以下とするか、あるいは、少なくとも第一領域11の厚
味以下とするのが良く、こうすれば、第一領域11内にお
ける多数キャリアと少数キャリアの混在環境を均質化で
き、結局は安定なデバイス動作を期待することができる
し、サージ耐量IPP も低減させないで済む。
However, the short side dimension of the ohmic contact region 18
Regarding Ls, as is taught in the above-mentioned publicly known document 10, the upper limit is generally considered, but
Considering the operating current that generally flows in the first region 11 in the thickness direction, the extent of the lateral diffusion is generally estimated, and the dimensions kLs and (1−k) Ls of the ohmic contact region 18 are The upper limit (after all, the longer upper limit) is the first area
The distance between the fourth region 14 and the second region 12 along the thickness direction of 11 or less, or at least less than or equal to the thickness of the first region 11, it is preferable that the first region 11 The mixed environment of majority carriers and minority carriers inside can be homogenized, and stable device operation can be expected in the end, and surge withstand I PP does not have to be reduced.

【0059】図3(A),(B) には、上記と同様、本発明に
関連して説明すると望ましい断面構造例が示されてい
る。図1の構成においては、第四領域14とオーミック接
触領域18とは、それらの側縁において互いに直接に接触
していた。しかし、必ずしもそうなっていなくても良
く、図3(A) に示すようになっていても良い。すなわ
ち、第四領域14と第一領域11との横方向境界部分の所の
第一領域11の裏面にそれら両領域14,11の並設方向に沿
って少しの寸法を有する絶縁膜17’が残存するように電
極形成用のコンタクト開口が開けられ、その結果、第四
領域14にオーミック接触する電極部分E2と、第一領域11
にオーミック接触する電極部分とは、この絶縁膜17’の
上を渡し越すようにして互いに電気的に接続している。
もちろん、図1の構造の方が製作が簡単であって一般的
ではある。それでもあえて図3(A) の断面構造による場
合には、第一領域11に対してのオーミック接触領域18と
第四領域14との面内方向の距離Ddが、第四領域14と第一
領域11との接合により形成される空乏層の横方向伸展距
離よりも短ければ、図1におけると同様、実質的に第四
領域14とオーミック接触領域18とが横方向に直接に接触
している構造と変わりなくなる。それ以上離れていて
も、本発明の原理はこれを全うできることが多いが、余
りに離れ過ぎると第四領域14の脇を流れる第一領域11に
とっての多数キャリア流の集中効果を得る上で問題が生
ずることもあるし、デバイス自体の占有面積を大きくす
る点でも望ましくない。
Similar to the above, FIGS. 3 (A) and 3 (B) show examples of desirable sectional structures to be described in connection with the present invention. In the configuration of FIG. 1, the fourth region 14 and the ohmic contact region 18 were in direct contact with each other at their side edges. However, it does not have to be the case, and may be as shown in FIG. 3 (A). That is, an insulating film 17 ′ having a small dimension is arranged on the back surface of the first region 11 at the lateral boundary portion between the fourth region 14 and the first region 11 along the direction in which the two regions 14, 11 are arranged in parallel. A contact opening for electrode formation is opened so as to remain, and as a result, the electrode portion E2 that makes ohmic contact with the fourth region 14 and the first region 11 are formed.
The electrode portion which makes ohmic contact with is electrically connected to each other so as to extend over the insulating film 17 '.
Of course, the structure of FIG. 1 is easier to manufacture and is generally used. However, in the case of the cross-sectional structure of FIG. 3A, the distance Dd in the in-plane direction between the ohmic contact region 18 and the fourth region 14 with respect to the first region 11 is the fourth region 14 and the first region. If it is shorter than the lateral extension distance of the depletion layer formed by the junction with 11, the fourth region 14 and the ohmic contact region 18 are substantially in direct lateral contact, as in FIG. Will not change. Even if it is further apart, the principle of the present invention can often fulfill this, but if it is too far apart, there is a problem in obtaining the concentration effect of the majority carrier flow for the first region 11 flowing beside the fourth region 14. It may occur, and it is not desirable in terms of increasing the area occupied by the device itself.

【0060】むしろ、実際に素子を作製する時には、図
3(B) に示すように、オーミック接触領域18に高濃度不
純物領域19を設け、かつ、この高濃度不純物領域19が若
干、第四領域14の側に横方向に食い込んだような断面形
状になることが多い。断面的に見ると、高濃度不純物領
域19と第四領域14とがそれらの側縁領域において互いに
重なり合う部分を有するようになるのである。こうした
場合、既述の寸法Lc及びkLsまたは(1−k)Ls を計測す
る基準となるそれぞれの実効的な側縁部は、図3(B) 中
に併示のように、第二領域の側から平面投影的に見たと
きの高濃度不純物領域19と第四領域14との横方向接触境
界とすれば良く、これで上掲の〜式はほぼそのまま
適用できる。なお、厚味については、既述のように高濃
度不純物領域18の厚味が第四領域14とほぼ同じ程度、な
いしは第四領域14より厚くなることもあるし、両者の断
面寸法Ls,Lcについても、オーミック接触領域18のそれ
Lsの方が長くなることも多い。
Rather, when actually manufacturing the device, as shown in FIG. 3B, the high-concentration impurity region 19 is provided in the ohmic contact region 18, and the high-concentration impurity region 19 is slightly formed in the fourth region. It often has a cross-sectional shape that laterally cuts into the 14 side. When viewed in cross section, the high-concentration impurity region 19 and the fourth region 14 have portions overlapping each other in their side edge regions. In such a case, the respective effective side edges serving as a reference for measuring the above-described dimensions Lc and kLs or (1-k) Ls are, as shown in FIG. The lateral contact boundary between the high-concentration impurity region 19 and the fourth region 14 when seen in a plane projection from the side may be used, and the above-mentioned expressions (1) to (8) can be applied almost as they are. Regarding the thickness, as described above, the thickness of the high-concentration impurity region 18 may be about the same as the fourth region 14, or may be thicker than the fourth region 14, and the cross-sectional dimensions Ls, Lc Also for that of the ohmic contact area 18
Ls is often longer.

【0061】さらに、図1に示すように第四領域14を短
辺方向に互いに並設された複数個から形成する場合に
も、それは図示断面におけるように、少なくとも第一領
域11の面内一方向に沿う断面においてそうなっていれば
良く、例えば図示断面と直交する長辺方向の端部相互は
互いに接続されていても良い。
Further, when the fourth region 14 is formed from a plurality of the fourth regions 14 arranged in parallel in the short side direction as shown in FIG. 1, it is at least in the plane of the first region 11 as shown in the sectional view. It suffices if this is the case in the cross section along the direction, and for example, the ends in the long side direction orthogonal to the illustrated cross section may be connected to each other.

【0062】本発明は、第四領域14が既述のように短辺
と長辺を有する矩形であって、オーミック接触領域18が
その長辺に沿ってのみ設けられている場合だけではな
く、第四領域14の平面形状が正方形ないしほぼ正方形、
または円形ないしほぼ円形、あるいは外形輪郭の包絡線
形状が円形ないしほぼ円形となる多角形であって、第一
領域11の面内一方向に沿う一断面においては一つ、また
は互いに離間しながら並設の関係にある複数個から構成
されており、オーミック接触領域18はそうした第四領域
の周囲を取り囲むように設けられている場合にも、作製
するサージ防護素子のブレークオーバ電流IBO ないし保
持電流IHを設定するために有用な上記,式に相当す
る式を提示する。
The present invention is not limited to the case where the fourth region 14 is a rectangle having a short side and a long side as described above, and the ohmic contact region 18 is provided only along the long side. The planar shape of the fourth region 14 is square or almost square,
Or, it is a circular shape or a substantially circular shape, or a polygonal shape in which the envelope shape of the outer contour is a circular shape or a substantially circular shape, and is one in one cross section along one in-plane direction of the first region 11, or they are parallel to each other while being separated from each other. Even if the ohmic contact region 18 is provided so as to surround the fourth region, the breakover current I BO or the holding current of the surge protection device to be fabricated is We present a formula equivalent to the above formula that is useful for setting I H.

【0063】第四領域11の平面形状が上記のような形状
であっても、第一領域11の面内一方向に沿う断面を採っ
た時の当該第四領域の断面寸法は面積Scの平方Sc1/2
比例する。従って矩形第四領域14の短辺寸法Lcにつき議
論したと同様、第四領域14の断面寸法が大きくなると、
つまりは数値Sc1/2 が増す程、多数キャリア流の経路Le
は長くなり、第一領域11中のこの経路Leに沿う抵抗率ρ
は一定であっても当該経路自体の抵抗値は高くなるの
で、第四領域14と第一領域11とで構成される少数キャリ
ア注入接合は順バイアスされ易くなる。このことからま
ず、ブレークオーバ電流IBO や保持電流IHは1/Sc1/2
比例する。
Even if the plane shape of the fourth region 11 is as described above, the cross-sectional dimension of the fourth region when the cross-section along one in-plane direction of the first region 11 is taken is the square of the area Sc. Proportional to Sc 1/2 . Therefore, similar to the discussion about the short side dimension Lc of the rectangular fourth region 14, when the cross-sectional dimension of the fourth region 14 increases,
In other words, as the number Sc 1/2 increases, the path Le of the majority carrier flow
Becomes longer and the resistivity ρ along this path Le in the first region 11 is
Since the resistance value of the path itself becomes high even if is constant, the minority carrier injection junction formed by the fourth region 14 and the first region 11 is likely to be forward biased. From this, first, the breakover current I BO and the holding current I H are proportional to 1 / Sc 1/2 .

【0064】一方、第四領域14の面積を上述のようにSc
とした上で、当該第四領域14の周囲を取り囲むオーミッ
ク接触領域18の面積をSsとすると、図5に即し説明した
所で電流分布(多数キャリア流分布)Jの割り振りは面
積比で利いてき、第四、第一領域14,11による少数キャ
リア注入接合を順バイアスするに寄与する電流成分はSc
/(Sc+Ss) の比率となるので、ブレークオーバ電流IBO
ないし保持電流IHはその逆数(Sc+Ss)/Scに比例する。
その結果、上記と相まって、 (Sc+Ss)/Sc3/2 ・・・・ を変えることにより、これに比例させてブレークオーバ
電流IBO ないし保持電流IHを設定するこができる。
On the other hand, the area of the fourth region 14 is set to Sc as described above.
Further, assuming that the area of the ohmic contact region 18 surrounding the fourth region 14 is Ss, the allocation of the current distribution (majority carrier flow distribution) J is advantageous in terms of area ratio as described with reference to FIG. The current component contributing to forward biasing the minority carrier injection junction by the fourth and first regions 14 and 11 is Sc.
Since the ratio is / (Sc + Ss), the breakover current I BO
The holding current I H is proportional to its reciprocal (Sc + Ss) / Sc.
As a result, in combination with the above, by changing (Sc + Ss) / Sc 3/2 ..., It is possible to set the breakover current I BO or the holding current I H in proportion to this.

【0065】全く同様に、第一領域11における経路Leに
沿う抵抗率をρとすれば、これも既述のように当該抵抗
率ρに反比例してブレークオーバ電流IBO ないし保持電
流IHを設定できるので、上記式と併せ、 {(Sc+Ss)/Sc3/2}(1/ρ) ・・・・ なる式も本発明の一態様として掲げることができる。
Similarly, if the resistivity along the path Le in the first region 11 is ρ, the breakover current I BO or the holding current I H is inversely proportional to the resistivity ρ as described above. Since it can be set, an expression such as {(Sc + Ss) / Sc 3/2 } (1 / ρ) ... Can also be listed as one embodiment of the present invention in addition to the above expression.

【0066】このように、第四領域の周囲を取り囲むよ
うにオーミック接触領域18が設けられる場合にも、断面
寸法kLs及び(1−k)Ls に関し既述したと同じ理由によ
り、第一領域11の面内一方向に沿う一断面において第四
領域14の両側に位置するオーミック接触領域18の片側ご
との断面寸法の上限値を、当該第四領域14と第二領域12
との離間距離とするか、あるいは少なくとも第一領域11
の厚味以下とするのが良い。
In this way, even when the ohmic contact region 18 is provided so as to surround the periphery of the fourth region, the first region 11 is provided for the same reason as described above regarding the cross-sectional dimensions kLs and (1−k) Ls. The upper limit of the cross-sectional dimension for each one side of the ohmic contact region 18 located on both sides of the fourth region 14 in one cross section along one in-plane direction, the fourth region 14 and the second region 12
Or at least the first area 11
It is better to be less than the thickness.

【0067】もちろん、オーミック接触領域18が第四領
域14の周囲を取り囲む場合にも、当該オーミック接触領
域18は第一領域11と接触する部分において第一領域11と
同一導電型であるが第一領域11よりも不純物濃度の濃い
高濃度不純物領域19を有することが望ましいし、図3
(B) に関し説明したと同様に、高濃度不純物領域19とこ
れが取り囲む第四領域14とがそれらの周縁領域において
互いに重なり合う部分を有する場合には、上記の各面積
Sc,Ssの算定基準となるそれぞれの実効的な周縁部は、
第二領域の側から平面投影的に見たときの高濃度不純物
領域19と第四領域14との横方向接触境界とすれば良い。
逆に高濃度不純物領域19ないしオーミック接触領域18と
第四領域14の間に横方向間隙Ddが生ずる場合には、それ
らの離間距離Ddは第四領域14と第一領域11との接合によ
り形成される空乏層の横方向伸展距離よりも短くするの
が良い。
Of course, even when the ohmic contact region 18 surrounds the periphery of the fourth region 14, the ohmic contact region 18 has the same conductivity type as the first region 11 in the portion in contact with the first region 11, but It is desirable to have a high-concentration impurity region 19 having a higher impurity concentration than the region 11, and FIG.
As described in (B), when the high-concentration impurity region 19 and the fourth region 14 which surrounds the high-concentration impurity region 19 have portions overlapping each other in their peripheral regions, each of the above areas
Each effective peripheral part that is the calculation standard of Sc, Ss is
It may be set as a lateral contact boundary between the high-concentration impurity region 19 and the fourth region 14 when viewed in plan view from the second region side.
Conversely, when a lateral gap Dd is formed between the high-concentration impurity region 19 or the ohmic contact region 18 and the fourth region 14, the separation distance Dd between them is formed by the junction between the fourth region 14 and the first region 11. It is better to make it shorter than the lateral extension distance of the depletion layer.

【0068】図4は、本発明の適用を受けると望ましい
サージ防護素子の他の構造例が示されている。これまで
の説明において用いたと同一の符号はこれまで説明して
きた当該各構成要素に対応するので、個々に関する説明
は省略する。また、図面を簡明にするため、素子の平面
図において第一電極E1は図示を省略している。この構造
では、矩形の第四領域14のみならず、矩形の第三領域13
も互いに離間した複数個から構成されており、さらにそ
れだけではなく、既掲の公知文献11の教示に従い、それ
ら複数個の第三、第四領域13,14の並設方向が平面投影
的に見て互いに交差、特に図示の場合は直交するように
構成されている。このようにすると、素子内部のキャリ
ア流はあたかも「シャワー」ないし「スプリンクラ」の
ようになり、その分布がより均一化して望ましい。ちな
みに図1,5は、この図4に示された素子において複数
個設けられている第三領域13の中の一つの長辺方向に沿
った断面構造とも見ることができる。ただし、原則とし
ては、それら複数の第三、第四領域13,14が互いに平行
な並設関係にあっても良い。
FIG. 4 shows another example of the structure of the surge protection element which is preferably applied to the present invention. The same reference numerals as those used in the above description correspond to the respective constituent elements described so far, and thus the description of each element will be omitted. Further, in order to simplify the drawing, the first electrode E1 is not shown in the plan view of the device. In this structure, not only the rectangular fourth area 14 but also the rectangular third area 13
Also, according to the teaching of the above-mentioned known document 11, the plurality of third and fourth regions 13 and 14 are arranged side by side in a plan projection manner. Are intersected with each other, and in the illustrated case, they are orthogonal to each other. In this case, the carrier flow inside the device is as if it were "shower" or "sprinkler", and the distribution is more uniform, which is desirable. Incidentally, FIGS. 1 and 5 can also be regarded as a cross-sectional structure along one long side direction in the third region 13 provided in plural in the element shown in FIG. However, as a general rule, the plurality of third and fourth regions 13 and 14 may be arranged in parallel with each other.

【0069】以上、本発明に関し詳述したが、本発明を
適用する素子の全ての領域の導電型が図示の導電型とは
逆の場合には、第一領域11にとっての多数キャリア流の
流れの方向は図1,5に示された矢印の方向とは逆にな
る。換言すれば、本発明はこのように、全ての領域の導
電型が逆導電型の場合、さらにはまた、第三、第四領域
13,14が既に述べたように、それぞれ第二領域12、第一
領域11と少数キャリア注入接合を形成できる物性の領域
である限り、半導体でない場合であっても適用できる。
Although the present invention has been described in detail above, when the conductivity type of all regions of the element to which the present invention is applied is opposite to the conductivity type shown in the figure, the flow of the majority carrier flow for the first region 11 will be described. The direction of is opposite to the direction of the arrow shown in FIGS. In other words, according to the present invention, when the conductivity types of all the regions are the opposite conductivity types, the third and fourth regions are also provided.
As described above, as long as 13 and 14 are regions having physical properties capable of forming a minority carrier injection junction with the second region 12 and the first region 11, respectively, they can be applied even if they are not semiconductors.

【0070】[0070]

【発明の効果】本発明によると、二端子ブレークオーバ
型で縦型のサージ防護素子、それも特にdV/dt耐性を高
めるために、第一領域の裏面側にあって第一領域と少数
キャリア注入接合を形成する領域(第四領域)に対して
のみならず、当該第一領域に直接にオーミック接触する
部分を有する電極構造を持つサージ防護素子において、
当該第四領域の厚味の如何にかかわらず、より一般的な
形でブレークオーバ電流IBO または(及び)保持電流IH
の設定が可能な手法を提供することができる。
According to the present invention, a two-terminal breakover type vertical surge protection device is provided on the back surface side of the first region and the minority carrier in order to enhance the dV / dt resistance. In a surge protection element having an electrode structure having not only a region for forming an injection junction (fourth region) but also a portion in direct ohmic contact with the first region,
Regardless of the thickness of the fourth region, the breakover current I BO or (and) the holding current I H is more commonly formed.
It is possible to provide a method capable of setting.

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

【図1】本発明の適用を受け得る二端子ブレークオーバ
型で縦型のサージ防護素子の基本構造例と、各領域の寸
法に関する定義、第一領域内多数キャリア流に関する説
明図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a basic structure of a two-terminal breakover type vertical surge protection device to which the present invention can be applied, a definition regarding dimensions of each region, and a majority carrier flow in a first region.

【図2】本発明の適用を受けることで生ずる保持電流の
変化例を示す特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a variation example of a holding current caused by applying the present invention.

【図3】オーミック接触領域と第四領域との相互の配置
関係や形状関係に関する説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram regarding a mutual positional relationship and a shape relationship between an ohmic contact region and a fourth region.

【図4】本発明の適用を受け得るサージ防護素子として
好ましい他の構成例の概略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of another configuration example preferable as a surge protection element to which the present invention can be applied.

【図5】第一領域と第四領域を順バイアスする第一領域
内の多数キャリア流に関する模式的な説明図である。
FIG. 5 is a schematic explanatory diagram regarding a majority carrier flow in the first region in which the first region and the fourth region are forward biased.

【図6】本発明の適用を受け得るサージ防護素子の基本
的な一例における断面構成と動作に関する説明図であ
る。
FIG. 6 is an explanatory diagram regarding a cross-sectional configuration and operation in a basic example of a surge protection element to which the present invention can be applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 第一半導体領域, 12 第二半導体領域, 13 第三領域, 14 第四領域, 18 オーミック接触領域, 19 高濃度不純物領域, E1 第一電極, E2 第二電極. 11 First semiconductor region, 12 Second semiconductor region, 13 Third domain, 14 Fourth Area, 18 Ohmic contact area, 19 High concentration impurity region, E1 first electrode, E2 Second electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−320067(JP,A) 特開 平5−55554(JP,A) 特開 平6−77505(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/74 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-4-320067 (JP, A) JP-A-5-55554 (JP, A) JP-A-6-77505 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/74

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第一半導体領域の表裏両主面の中、一方
の主面側に設けられ、該第一半導体領域の導電型とは逆
導電型で該第一半導体領域との間でpn接合を形成する第
二の半導体領域と,該第一半導体領域とは対向する側か
ら上記第二半導体領域に接触して少数キャリア注入接合
を形成し、該第二半導体領域に対し該第二半導体領域に
とっての少数キャリアを注入し得ると共に、上記主面に
関する面内一方向に沿う一断面において一つの、または
互いに離間して並設の関係にある複数の第三領域と,上
記第一半導体領域の上記一方の主面に対向する他方の主
面側に設けられ、該第一半導体領域に接触して少数キャ
リア注入接合を形成し、該第一半導体領域に対し該第一
半導体領域にとっての少数キャリアを注入し得ると共
に、平面形状が短辺と長辺を有する矩形であり、上記他
方の主面に関する面内一方向に沿う一断面において一つ
の、または上記短辺方向に互いに離間しながら並設の関
係にある複数の第四領域と,上記第二半導体領域の表面
と上記第三領域の表面とに共通に電気的に接触する第一
電極と,該一つの第四領域または複数の第四領域の各々
の表面に電気的に接触する第二電極と,上記一つの第四
領域または複数の第四領域の各々の短辺方向の片側また
は両側において該一つの第四領域または複数の第四領域
の各々の上記長辺方向に沿ってそれぞれ設けられ、上記
第二電極に対し電気的に接続する電極部分と上記第一半
導体領域とを互いにオーミック接触させるオーミック接
触領域とを有し,上記第一、第二電極間に上記pn接合を
逆バイアスする極性で降伏電圧以上の電圧のサージが印
加されると降伏し、該第一、第二電極間にてサージ電流
を吸収し始めると共に,該降伏の開始後、上記第三領域
と上記オーミック接触領域との間で上記第二半導体領域
及び上記第一半導体領域を介し上記第四領域を避けるよ
うに流れる該第一半導体領域にとっての多数キャリア流
の増大により該第一半導体領域と該第四領域とで構成さ
れる上記少数キャリア注入接合に順方向電圧が印加され
て該少数キャリア注入接合がオンとなった後の該第四領
域から該第一半導体領域への上記少数キャリアの注入
と、上記第三領域から上記第二半導体領域への上記少数
キャリアの注入との相乗効果により、上記吸収し始めた
サージ電流の大きさがブレークオーバ電流以上になると
正帰還現象を介してブレークオーバし、上記第一、第二
電極間電圧を絶対値において相対的に低電圧のクランプ
電圧に移行させながらサージ電流を吸収し続け,該サー
ジの立ち下がりに伴って該サージ電流の大きさが保持電
流を下回ると初期状態に戻る二端子ブレークオーバ型で
縦型のサージ防護デバイスにおいて,該サージ防護デバ
イスの上記ブレークオーバ電流または上記保持電流を設
定するための方法であって;上記一つの第四領域または
複数の第四領域の各々の上記短辺の寸法をLc、上記長辺
の寸法を該Lc以上の寸法とし;上記一つの第四領域の上
記短辺方向の両側または複数の第四領域の各々の該短辺
方向の両側における上記オーミック接触領域の該短辺方
向に沿う寸法に関しては、該第四領域の該両側の一方の
側における寸法をkLs(0≦k≦1)、他方の側における寸
法を(1−k)Ls として; (Lc+Ls)/Lc2 を変えることにより、これに比例させて上記ブレークオ
ーバ電流ないし保持電流を設定すること;を特徴とする
サージ防護デバイスにおけるブレークオーバ電流または
保持電流の設定方法。
1. A first semiconductor region having a conductivity type opposite to that of the first semiconductor region, which is provided on one of the front and back main faces of the first semiconductor region, and has a conductivity type opposite to that of the first semiconductor region. The second semiconductor region forming the junction and the first semiconductor region are in contact with the second semiconductor region from the side opposite to each other to form a minority carrier injection junction, and the second semiconductor region is connected to the second semiconductor region. The minority carriers for the region can be injected, and one third region in a cross section along one in-plane direction with respect to the main surface, or a plurality of third regions in a juxtaposed relation spaced apart from each other, and the first semiconductor region. Is provided on the other main surface side opposite to the one main surface of, and forms a minority carrier injection junction in contact with the first semiconductor region, and a minority of the first semiconductor region to the first semiconductor region is formed. Carriers can be injected, and the plane shape has short sides. A rectangle having sides, one cross section along one in-plane direction with respect to the other main surface, or a plurality of fourth regions in a juxtaposed relationship while being separated from each other in the short side direction; (Ii) a first electrode electrically contacting the surface of the semiconductor region and the surface of the third region in common, and a second electrode electrically contacting each surface of the one fourth region or a plurality of fourth regions An electrode and one side or both sides in the short side direction of each of the one fourth region or the plurality of fourth regions along the long side direction of each of the one fourth region or the plurality of fourth regions. A reverse bias of the pn junction between the first and second electrodes, the electrode portion electrically connected to the second electrode and an ohmic contact region for ohmic-contacting the first semiconductor region with each other. Voltage above breakdown voltage depending on polarity When the second surge is applied, the second breakdown occurs and the surge current begins to be absorbed between the first and second electrodes, and after the breakdown starts, the second region is formed between the third region and the ohmic contact region. The minority carriers composed of the first semiconductor region and the fourth region due to an increase in majority carrier flow for the first semiconductor region that flows through the semiconductor region and the first semiconductor region so as to avoid the fourth region. Injection of the minority carriers from the fourth region to the first semiconductor region after a forward voltage is applied to the injection junction to turn on the minority carrier injection junction, and the second semiconductor from the third region. Due to the synergistic effect with the injection of the minority carriers into the region, when the magnitude of the surge current that has started to be absorbed becomes equal to or greater than the breakover current, a breakover occurs via the positive feedback phenomenon, and between the first and second electrodes. Two terminals that continue to absorb surge current while shifting the pressure to a clamp voltage that is relatively low in absolute value and return to the initial state when the magnitude of the surge current falls below the holding current as the surge falls. A method for setting the breakover current or the holding current of the surge protection device in a breakover type vertical surge protection device, comprising: a fourth region or a plurality of fourth regions. The dimension of the short side is Lc, and the dimension of the long side is Lc or more; both sides of the one fourth region in the short side direction or both sides of each of the plurality of fourth regions in the short side direction. Regarding the dimension of the ohmic contact region along the short side direction, the dimension on one side of the both sides of the fourth region is kLs (0 ≦ k ≦ 1), and the dimension on the other side is (1−k) Ls. As; (Lc + L s) / Lc 2 is changed to set the breakover current or the holding current in proportion to this, and the setting method of the breakover current or the holding current in the surge protection device.
【請求項2】 第一半導体領域の表裏両主面の中、一方
の主面側に設けられ、該第一半導体領域の導電型とは逆
導電型で該第一半導体領域との間でpn接合を形成する第
二の半導体領域と,該第一半導体領域とは対向する側か
ら上記第二半導体領域に接触して少数キャリア注入接合
を形成し、該第二半導体領域に対し該第二半導体領域に
とっての少数キャリアを注入し得ると共に、上記主面に
関する面内一方向に沿う一断面において一つの、または
互いに離間して並設の関係にある複数の第三領域と,上
記第一半導体領域の上記一方の主面に対向する他方の主
面側に設けられ、該第一半導体領域に接触して少数キャ
リア注入接合を形成し、該第一半導体領域に対し該第一
半導体領域にとっての少数キャリアを注入し得ると共
に、平面形状が短辺と長辺を有する矩形であり、上記他
方の主面に関する面内一方向に沿う一断面において一つ
の、または上記短辺方向に互いに離間しながら並設の関
係にある複数の第四領域と,上記第二半導体領域の表面
と上記第三領域の表面とに共通に電気的に接触する第一
電極と,該一つの第四領域または複数の第四領域の各々
の表面に電気的に接触する第二電極と,上記一つの第四
領域または複数の第四領域の各々の短辺方向の片側また
は両側において該一つの第四領域または複数の第四領域
の各々の上記長辺方向に沿ってそれぞれ設けられ、上記
第二電極に対し電気的に接続する電極部分と上記第一半
導体領域とを互いにオーミック接触させるオーミック接
触領域とを有し,上記第一、第二電極間に上記pn接合を
逆バイアスする極性で降伏電圧以上の電圧のサージが印
加されると降伏し、該第一、第二電極間にてサージ電流
を吸収し始めると共に,該降伏の開始後、上記第三領域
と上記オーミック接触領域との間で上記第二半導体領域
及び上記第一半導体領域を介し上記第四領域を避けるよ
うに流れる該第一半導体領域にとっての多数キャリア流
の増大により該第一半導体領域と該第四領域とで構成さ
れる上記少数キャリア注入接合に順方向電圧が印加され
て該少数キャリア注入接合がオンとなった後の該第四領
域から該第一半導体領域への上記少数キャリアの注入
と、上記第三領域から上記第二半導体領域への上記少数
キャリアの注入との相乗効果により、上記吸収し始めた
サージ電流の大きさがブレークオーバ電流以上になると
正帰還現象を介してブレークオーバし、上記第一、第二
電極間電圧を絶対値において相対的に低電圧のクランプ
電圧に移行させながらサージ電流を吸収し続け,該サー
ジの立ち下がりに伴って該サージ電流の大きさが保持電
流を下回ると初期状態に戻る二端子ブレークオーバ型で
縦型のサージ防護デバイスにおいて,該サージ防護デバ
イスの上記ブレークオーバ電流または上記保持電流を設
定するための方法であって;上記一つの第四領域または
複数の第四領域の各々の上記短辺の寸法をLc、上記長辺
の寸法を該Lc以上の寸法とし;上記一つの第四領域の上
記短辺方向の両側または複数の第四領域の各々の該短辺
方向の両側における上記オーミック接触領域の該短辺方
向に沿う寸法に関しては、該第四領域の該両側の一方の
側における寸法をkLs(0≦k≦1)、他方の側における寸
法を(1−k)Ls とし;さらに、上記第一半導体領域と上
記第四領域とで構成される上記少数キャリア注入接合を
上記オンとするために上記第三領域と上記オーミック接
触領域間に流れる該第一半導体領域にとっての上記多数
キャリア流の経路に沿った該第一半導体領域における抵
抗率をρとして; {(Lc+Ls)/Lc2}(1/ρ) を変えることにより、これに比例させて上記ブレークオ
ーバ電流ないし保持電流を設定すること;を特徴とする
サージ防護デバイスにおけるブレークオーバ電流または
保持電流の設定方法。
2. The first semiconductor region is provided on one main surface side of both front and back main surfaces and has a conductivity type opposite to that of the first semiconductor region and a pn between the first semiconductor region and the first semiconductor region. The second semiconductor region forming the junction and the first semiconductor region are in contact with the second semiconductor region from the side opposite to each other to form a minority carrier injection junction, and the second semiconductor region is connected to the second semiconductor region. The minority carriers for the region can be injected, and one third region in a cross section along one in-plane direction with respect to the main surface, or a plurality of third regions in a juxtaposed relation spaced apart from each other, and the first semiconductor region. Is provided on the other main surface side opposite to the one main surface of, and forms a minority carrier injection junction in contact with the first semiconductor region, and the minority of the first semiconductor region to the first semiconductor region with respect to the first semiconductor region. Carriers can be injected, and the plane shape has short sides. A rectangle having sides, one cross section along one in-plane direction with respect to the other main surface, or a plurality of fourth regions in a juxtaposed relationship while being separated from each other in the short side direction; (Ii) a first electrode electrically contacting the surface of the semiconductor region and the surface of the third region in common, and a second electrode electrically contacting each surface of the one fourth region or a plurality of fourth regions An electrode and one side or both sides in the short side direction of each of the one fourth region or the plurality of fourth regions along the long side direction of each of the one fourth region or the plurality of fourth regions. A reverse bias of the pn junction between the first and second electrodes, the electrode portion electrically connected to the second electrode and an ohmic contact region for ohmic-contacting the first semiconductor region with each other. Voltage above breakdown voltage depending on polarity When the second surge is applied, the second breakdown occurs and the surge current begins to be absorbed between the first and second electrodes, and after the breakdown starts, the second region is formed between the third region and the ohmic contact region. The minority carriers composed of the first semiconductor region and the fourth region due to an increase in majority carrier flow for the first semiconductor region that flows through the semiconductor region and the first semiconductor region so as to avoid the fourth region. Injection of the minority carriers from the fourth region to the first semiconductor region after a forward voltage is applied to the injection junction to turn on the minority carrier injection junction, and the second semiconductor from the third region. Due to the synergistic effect with the injection of the minority carriers into the region, when the magnitude of the surge current that has started to be absorbed becomes equal to or greater than the breakover current, a breakover occurs via the positive feedback phenomenon, and between the first and second electrodes. Two terminals that continue to absorb surge current while shifting the pressure to a clamp voltage that is relatively low in absolute value and return to the initial state when the magnitude of the surge current falls below the holding current as the surge falls. A method for setting the breakover current or the holding current of the surge protection device in a breakover type vertical surge protection device, comprising: a fourth region or a plurality of fourth regions. The dimension of the short side is Lc and the dimension of the long side is Lc or more; both sides of the one fourth region in the short side direction or both sides of each of the plurality of fourth regions in the short side direction. Regarding the dimension of the ohmic contact region along the short side direction, the dimension on one side of the both sides of the fourth region is kLs (0 ≦ k ≦ 1), and the dimension on the other side is (1−k) Ls. And; The majority carrier flow for the first semiconductor region flowing between the third region and the ohmic contact region to turn on the minority carrier injection junction formed of the first semiconductor region and the fourth region. The resistivity in the first semiconductor region along the path of is defined as ρ; By changing {(Lc + Ls) / Lc 2 } (1 / ρ), the breakover current or holding current is set in proportion to this. A method of setting a breakover current or a holding current in a surge protection device.
【請求項3】 請求項1または2記載の方法であって;
上記オーミック接触領域の上記寸法kLs及び(1−k)Ls
の上限値を、上記第四領域と上記第二半導体領域との離
間距離とすること;を特徴とする方法。
3. A method according to claim 1 or 2;
The dimensions kLs and (1−k) Ls of the ohmic contact region
The upper limit of is the distance between the fourth region and the second semiconductor region.
【請求項4】 請求項1または2記載の方法であって;
上記オーミック接触領域の上記寸法kLs及び(1−k)Ls
の上限値を、上記第一半導体領域の厚味とすること;を
特徴とする方法。
4. The method according to claim 1 or 2, wherein
The dimensions kLs and (1−k) Ls of the ohmic contact region
The upper limit of is the thickness of the first semiconductor region.
【請求項5】 請求項1,2,3または4記載の方法で
あって;上記kは0.5 であること;を特徴とする方法。
5. The method according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein k is 0.5.
【請求項6】 請求項1,2,3,4または5記載の方
法であって;上記オーミック接触領域は、上記第一半導
体領域と接触する部分において該第一半導体領域と同一
導電型であるが該第一半導体領域よりも不純物濃度の濃
い高濃度不純物領域を有すること;を特徴とする方法。
6. The method according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the ohmic contact region is of the same conductivity type as the first semiconductor region at a portion in contact with the first semiconductor region. Has a high-concentration impurity region having a higher impurity concentration than the first semiconductor region.
【請求項7】 第一半導体領域の表裏両主面の中、一方
の主面側に設けられ、該第一半導体領域の導電型とは逆
導電型で該第一半導体領域との間でpn接合を形成する第
二の半導体領域と,該第一半導体領域とは対向する側か
ら上記第二半導体領域に接触して少数キャリア注入接合
を形成し、該第二半導体領域に対し該第二半導体領域に
とっての少数キャリアを注入し得ると共に、上記主面に
関する面内一方向に沿う一断面において一つの、または
互いに離間して並設の関係にある複数の第三領域と,上
記第一半導体領域の上記一方の主面に対向する他方の主
面側に設けられ、該第一半導体領域に接触して少数キャ
リア注入接合を形成し、該第一半導体領域に対し該第一
半導体領域にとっての少数キャリアを注入し得ると共
に、平面形状が正方形ないしほぼ正方形、または円形な
いしほぼ円形、あるいは外形輪郭の包絡線形状が円形な
いしほぼ円形となる多角形であり、上記他方の主面に関
する面内一方向に沿う一断面においては一つの、または
互いに離間しながら並設の関係にある複数の第四領域
と,上記第二半導体領域の表面と上記第三領域の表面と
に共通に電気的に接触する第一電極と,該一つの第四領
域または複数の第四領域の各々の表面に電気的に接触す
る第二電極と,上記一つの第四領域または複数の第四領
域の周辺を取り囲み、上記第二電極に対し電気的に接続
する電極部分と上記第一半導体領域とを互いにオーミッ
ク接触させるオーミック接触領域とを有し,上記第一、
第二電極間に上記pn接合を逆バイアスする極性で降伏電
圧以上の電圧のサージが印加されると降伏し、該第一、
第二電極間にてサージ電流を吸収し始めると共に,該降
伏の開始後、上記第三領域と上記オーミック接触領域と
の間で上記第二半導体領域及び上記第一半導体領域を介
し上記第四領域を避けるように流れる該第一半導体領域
にとっての多数キャリア流の増大により該第一半導体領
域と該第四領域とで構成される上記少数キャリア注入接
合に順方向電圧が印加されて該少数キャリア注入接合が
オンとなった後の該第四領域から該第一半導体領域への
上記少数キャリアの注入と、上記第三領域から上記第二
半導体領域への上記少数キャリアの注入との相乗効果に
より、上記吸収し始めたサージ電流の大きさがブレーク
オーバ電流以上になると正帰還現象を介してブレークオ
ーバし、上記第一、第二電極間電圧を絶対値において相
対的に低電圧のクランプ電圧に移行させながらサージ電
流を吸収し続け,該サージの立ち下がりに伴って該サー
ジ電流の大きさが保持電流を下回ると初期状態に戻る二
端子ブレークオーバ型で縦型のサージ防護デバイスにお
いて,該サージ防護デバイスの上記ブレークオーバ電流
または上記保持電流を設定するための方法であって;上
記一つの第四領域または複数の第四領域の各々の面積を
Scとし;該一つの第四領域または複数の第四領域の各々
の周辺を取り囲んで設けられた上記オーミック接触領域
の面積をSsとして; (Sc+Ss)/Sc3/2 を変えることにより、これに比例させて上記ブレークオ
ーバ電流ないし保持電流を設定すること;を特徴とする
サージ防護デバイスにおけるブレークオーバ電流または
保持電流の設定方法。
7. The first semiconductor region is provided on one main surface side of both front and back main surfaces and has a conductivity type opposite to that of the first semiconductor region and a pn between the first semiconductor region and the first semiconductor region. The second semiconductor region forming the junction and the first semiconductor region are in contact with the second semiconductor region from the side opposite to each other to form a minority carrier injection junction, and the second semiconductor region is connected to the second semiconductor region. The minority carriers for the region can be injected, and one third region in a cross section along one in-plane direction with respect to the main surface, or a plurality of third regions in a juxtaposed relation spaced apart from each other, and the first semiconductor region. Is provided on the other main surface side opposite to the one main surface of, and forms a minority carrier injection junction in contact with the first semiconductor region, and the minority of the first semiconductor region to the first semiconductor region with respect to the first semiconductor region. Carrier can be injected, and the planar shape is square Is a square, or a circle or a circle, or a polygon in which the envelope shape of the outer contour is a circle or a circle, and in one cross section along one in-plane direction with respect to the other main surface, one or each other A plurality of fourth regions that are in a juxtaposed relationship while being spaced apart from each other, a first electrode that makes common electrical contact with the surface of the second semiconductor region and the surface of the third region, and the one fourth region Alternatively, a second electrode electrically contacting each surface of the plurality of fourth regions and an electrode surrounding the periphery of the one fourth region or the plurality of fourth regions and electrically connected to the second electrode. An ohmic contact region for ohmic contact between the portion and the first semiconductor region, and the first,
When a surge having a voltage equal to or higher than the breakdown voltage is applied between the second electrodes with a polarity that reversely biases the pn junction, the first and
After starting to absorb the surge current between the second electrodes, and after starting the breakdown, the fourth region is interposed between the third region and the ohmic contact region via the second semiconductor region and the first semiconductor region. The minority carrier injection is performed by applying a forward voltage to the minority carrier injection junction formed by the first semiconductor region and the fourth region due to an increase in majority carrier flow for the first semiconductor region that flows so as to avoid By the synergistic effect of the injection of the minority carriers from the fourth region to the first semiconductor region after the junction is turned on and the injection of the minority carriers from the third region to the second semiconductor region, When the magnitude of the surge current that has started to be absorbed becomes equal to or greater than the breakover current, the surge current breaks through the positive feedback phenomenon and the voltage between the first and second electrodes is relatively low in absolute value. A two-terminal breakover type vertical surge protection device that continues absorbing surge current while shifting to the pump voltage and returns to the initial state when the magnitude of the surge current falls below the holding current as the surge falls. , A method for setting the breakover current or the holding current of the surge protection device; the area of each of the one fourth region or a plurality of fourth regions
Sc; the area of the ohmic contact region provided around the periphery of each of the one fourth region or the plurality of fourth regions as Ss; by changing (Sc + Ss) / Sc 3/2 , Setting the breakover current or the holding current in proportion to each other; A method of setting the breakover current or the holding current in the surge protection device, which is characterized in that:
【請求項8】 第一半導体領域の表裏両主面の中、一方
の主面側に設けられ、該第一半導体領域の導電型とは逆
導電型で該第一半導体領域との間でpn接合を形成する第
二の半導体領域と,該第一半導体領域とは対向する側か
ら上記第二半導体領域に接触して少数キャリア注入接合
を形成し、該第二半導体領域に対し該第二半導体領域に
とっての少数キャリアを注入し得ると共に、上記主面に
関する面内一方向に沿う一断面において一つの、または
互いに離間して並設の関係にある複数の第三領域と,上
記第一半導体領域の上記一方の主面に対向する他方の主
面側に設けられ、該第一半導体領域に接触して少数キャ
リア注入接合を形成し、該第一半導体領域に対し該第一
半導体領域にとっての少数キャリアを注入し得ると共
に、平面形状が正方形ないしほぼ正方形、または円形な
いしほぼ円形、あるいは外形輪郭の包絡線形状が円形な
いしほぼ円形となる多角形であり、上記他方の主面に関
する面内一方向に沿う一断面においては一つの、または
上記互いに離間しながら並設の関係にある複数の第四領
域と,上記第二半導体領域の表面と上記第三領域の表面
とに共通に電気的に接触する第一電極と,該一つの第四
領域または複数の第四領域の各々の表面に電気的に接触
する第二電極と,上記一つの第四領域または複数の第四
領域の周辺を取り囲み、上記第二電極に対し電気的に接
続する電極部分と上記第一半導体領域とを互いにオーミ
ック接触させるオーミック接触領域とを有し,上記第
一、第二電極間に上記pn接合を逆バイアスする極性で降
伏電圧以上の電圧のサージが印加されると降伏し、該第
一、第二電極間にてサージ電流を吸収し始めると共に,
該降伏の開始後、上記第三領域と上記オーミック接触領
域との間で上記第二半導体領域及び上記第一半導体領域
を介し上記第四領域を避けるように流れる該第一半導体
領域にとっての多数キャリア流の増大により該第一半導
体領域と該第四領域とで構成される上記少数キャリア注
入接合に順方向電圧が印加されて該少数キャリア注入接
合がオンとなった後の該第四領域から該第一半導体領域
への上記少数キャリアの注入と、上記第三領域から上記
第二半導体領域への上記少数キャリアの注入との相乗効
果により、上記吸収し始めたサージ電流の大きさがブレ
ークオーバ電流以上になると正帰還現象を介してブレー
クオーバし、上記第一、第二電極間電圧を絶対値におい
て相対的に低電圧のクランプ電圧に移行させながらサー
ジ電流を吸収し続け,該サージの立ち下がりに伴って該
サージ電流の大きさが保持電流を下回ると初期状態に戻
る二端子ブレークオーバ型で縦型のサージ防護デバイス
において,該サージ防護デバイスの上記ブレークオーバ
電流または上記保持電流を設定するための方法であっ
て;上記一つの第四領域または複数の第四領域の各々の
面積をScとし;該一つの第四領域または複数の第四領域
の各々の周辺を取り囲んで設けられた上記オーミック接
触領域の面積をSsとし;さらに、上記第一半導体領域と
上記第四領域とで構成される上記少数キャリア注入接合
を上記オンとするために上記第三領域と上記オーミック
接触領域間に流れる該第一半導体領域にとっての上記多
数キャリア流の経路に沿った該第一半導体領域における
抵抗率をρとして; {(Sc+Ss)/Sc3/2}(1/ρ) を変えることにより、これに比例させて上記ブレークオ
ーバ電流ないし保持電流を設定すること;を特徴とする
サージ防護デバイスにおけるブレークオーバ電流または
保持電流の設定方法。
8. The first semiconductor region is provided on one main surface side of the front and back main surfaces and has a conductivity type opposite to that of the first semiconductor region and a pn between the first semiconductor region and the first semiconductor region. The second semiconductor region forming the junction and the first semiconductor region are in contact with the second semiconductor region from the side opposite to each other to form a minority carrier injection junction, and the second semiconductor region is connected to the second semiconductor region. The minority carriers for the region can be injected, and one third region in a cross section along one in-plane direction with respect to the main surface, or a plurality of third regions in a juxtaposed relation spaced apart from each other, and the first semiconductor region. Is provided on the other main surface side opposite to the one main surface of, and forms a minority carrier injection junction in contact with the first semiconductor region, and the minority of the first semiconductor region to the first semiconductor region with respect to the first semiconductor region. Carrier can be injected, and the planar shape is square It is a substantially square, or a circle or a circle, or a polygon whose outer contour has an envelope shape of a circle or a circle, and in one cross section along one in-plane direction with respect to the other main surface, one or A plurality of fourth regions that are in a juxtaposed relationship while being spaced apart from each other; a first electrode that makes common electrical contact with the surface of the second semiconductor region and the surface of the third region; A second electrode electrically contacting each surface of the region or the plurality of fourth regions and surrounding the periphery of the one fourth region or the plurality of fourth regions and electrically connected to the second electrode An ohmic contact region that makes ohmic contact between the electrode portion and the first semiconductor region is provided, and a surge having a voltage equal to or higher than the breakdown voltage is applied between the first and second electrodes with a polarity that reverse-biases the pn junction. Descend Lie down, start absorbing the surge current between the first and second electrodes,
After initiation of the breakdown, majority carriers for the first semiconductor region flow between the third region and the ohmic contact region so as to avoid the fourth region through the second semiconductor region and the first semiconductor region. A forward voltage is applied to the minority carrier injection junction composed of the first semiconductor region and the fourth region due to the increase in the flow, and the minority carrier injection junction is turned on to turn on the minority carrier injection junction. Due to the synergistic effect of the injection of the minority carriers into the first semiconductor region and the injection of the minority carriers from the third region into the second semiconductor region, the magnitude of the surge current that begins to be absorbed is the breakover current. When it becomes the above, it breaks over through the positive feedback phenomenon and absorbs the surge current while shifting the voltage between the first and second electrodes to a clamp voltage of a relatively low voltage in absolute value. In a two-terminal breakover type vertical surge protection device that returns to the initial state when the magnitude of the surge current falls below the holding current due to the fall of the surge, the above breakover current of the surge protection device or the above A method for setting a holding current, wherein the area of each of the one fourth region or the plurality of fourth regions is Sc; and surrounds each of the one fourth region or each of the plurality of fourth regions. The area of the ohmic contact region provided by Ss is Ss; and the minority carrier injection junction constituted by the first semiconductor region and the fourth region is turned on and the third region and the ohmic contact are turned on. Let ρ be the resistivity of the first semiconductor region along the path of the majority carrier flow for the first semiconductor region flowing between the contact regions; {(Sc + Ss) / Sc 3/2 } (1 / ρ) And setting the breakover current or the holding current in proportion to this by setting the breakover current or the holding current in the surge protection device.
【請求項9】 請求項7または8記載の方法であって;
上記第一半導体領域の上記他方の主面に関する面内一方
向に沿う一断面において上記第四領域の両側に位置する
上記オーミック接触領域の片側ごとの断面寸法の上限値
を、上記第四領域と上記第二半導体領域との離間距離と
すること;を特徴とする方法。
9. A method according to claim 7 or 8;
The upper limit of the cross-sectional dimension for each side of the ohmic contact region located on both sides of the fourth region in one cross section along one in-plane direction with respect to the other main surface of the first semiconductor region, the fourth region and A distance from the second semiconductor region.
【請求項10】 請求項7または8記載の方法であっ
て;上記第一半導体領域の上記他方の主面に関する面内
一方向に沿う一断面において上記第四領域の両側に位置
する上記オーミック接触領域の片側ごとの断面寸法の上
限値を、上記第一半導体領域の厚味とすること;を特徴
とする方法。
10. The method according to claim 7, wherein the ohmic contact is located on both sides of the fourth region in a cross section along one in-plane direction with respect to the other main surface of the first semiconductor region. The upper limit of the cross-sectional dimension on each side of the region is set as the thickness of the first semiconductor region.
【請求項11】 請求項7,8,9または10記載の方法
であって;上記オーミック接触領域は、上記第一半導体
領域と接触する部分において該第一半導体領域と同一導
電型であるが該第一半導体領域よりも不純物濃度の濃い
高濃度不純物領域を有すること;を特徴とする方法。
11. The method according to claim 7, 8, 9 or 10, wherein said ohmic contact region is of the same conductivity type as said first semiconductor region in a portion in contact with said first semiconductor region. A high concentration impurity region having an impurity concentration higher than that of the first semiconductor region;
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