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JPH0779168B2 - Constant voltage diode - Google Patents

Constant voltage diode

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Publication number
JPH0779168B2
JPH0779168B2 JP25670887A JP25670887A JPH0779168B2 JP H0779168 B2 JPH0779168 B2 JP H0779168B2 JP 25670887 A JP25670887 A JP 25670887A JP 25670887 A JP25670887 A JP 25670887A JP H0779168 B2 JPH0779168 B2 JP H0779168B2
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JP
Japan
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layer
guard ring
base layer
base
diffusion depth
Prior art date
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Application number
JP25670887A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0198265A (en
Inventor
幹男 畠山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH0198265A publication Critical patent/JPH0198265A/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置分野に利用される。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention is used in the field of semiconductor devices.

本発明は、定電圧ダイオードに関し、特にN+PN-構造を
もつパンチスルー型低耐圧の定電圧ダイオードの構造に
関する。
The present invention relates to a constant voltage diode, and more particularly to a structure of a punch-through type low withstand voltage constant voltage diode having an N + PN structure.

〔概要〕〔Overview〕

本発明は、N+PN-トランジスタのPベース層とN-コレク
タ層とを短絡した構造で、前記Pベース層のパンチスル
ーを利用した定電圧ダイオードにおいて、 前記Pベース層の外周部に形成されたP+ガードリング層
の不純物濃度と拡散深さを従来よりも大きくするととも
に、N+エミッタ層の外周部に十分な拡散深さを有するN+
ガードリング層を形成することにより、 ダイオードの表面ブレークダウンを防止し特性を改善し
たものである。
The present invention has a structure in which a P base layer and an N - collector layer of an N + PN - transistor are short-circuited, and a constant voltage diode using punch-through of the P base layer is formed on an outer peripheral portion of the P base layer. and P + impurity concentration and diffusion depth of guard ring layer so as to be larger than conventional, N having a sufficient diffusion depth in the outer peripheral portion of the N + emitter layer +
By forming the guard ring layer, the surface breakdown of the diode is prevented and the characteristics are improved.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、パンチスルー型の定電圧ダイオードは、第3図に
その一例を示すように、N型高不純物濃度(N+)のN+
導体基板1上にエピタキシャル成長により形成されるN
型低不純物濃度(N-)のN-コレクタ層2と、イオン注入
法により形成されるP型中不純物品濃度(P)のPベー
ス層3と、ベース層3中にイオン注入により形成される
N+エミッタ層5があり、Pベース層3とN-コレクタ層と
が表面の短絡電極8によって短絡されている。N-PN+
ランジスタのVEB耐圧特性を利用し、Pベース層3の幅
を約1μmに設定することにより、低いVEB電圧を印加
したときに、Pベース層3の空乏層がN-コレクタ層2に
パンチスルーし、N-PN+トランジスタがブレークダウン
し、このブレークダウン特性をツェナーダイオード特性
に利用したものである。
Conventionally, a punch-through type constant voltage diode is formed by epitaxial growth on an N + semiconductor substrate 1 having an N type high impurity concentration (N + ) as shown in FIG.
N of - type low impurity concentration (N) - a collector layer 2, the P base layer 3 of P-type impurities in products concentration formed by ion implantation (P), is formed by ion implantation in the base layer 3
There is an N + emitter layer 5, and the P base layer 3 and the N collector layer are short-circuited by a short-circuit electrode 8 on the surface. By using the V EB breakdown voltage characteristic of the N PN + transistor and setting the width of the P base layer 3 to about 1 μm, the depletion layer of the P base layer 3 becomes an N collector when a low V EB voltage is applied. Punch-through is performed on the layer 2 and the N PN + transistor breaks down, and this breakdown characteristic is used for the Zener diode characteristic.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

前述した従来のパンチスルー型の定電圧ダイオードは、
各層の不純物濃度は、Pベース層3が約1×1016cm-3
N+エミッタ層5が約1×1018cm-3、N-コレクタ層2はお
よそ(5〜10)×1014cm-3であり、ブレークダウン電圧
Vz=3〜4Vである。
The conventional punch-through type constant voltage diode described above is
The impurity concentration of each layer is about 1 × 10 16 cm -3 in the P base layer 3 ,
The N + emitter layer 5 has a breakdown voltage of about 1 × 10 18 cm −3 , and the N collector layer 2 has a breakdown voltage of about (5 to 10) × 10 14 cm −3.
V z = 3-4V.

この場合Pベース層3の不純物濃度が比較的低い値であ
り、シリコン表面にチャンネルリークが生じやすいの
で、Pベース外周部にP型高不純物濃度(P+)のP+ガー
ドリング層4aを形成し、チャンネルリークの影響を少な
くするようにしている。しかし、本構造では、しばしば
表面におけるブレークダウンが発生するために、第4図
に示すように、表面ブレークダウン電圧Vsが発生し、2
段ブレークダウン波形が見られ、特性が悪くなる欠点が
あった。これはパッシベーション膜の汚染等によって、
Pベース層3の界面が蓄積状態になってP+になり、この
部分がN+P+接合となり、この部分がブレークダウンする
ことにより起こる。
In this case, since the impurity concentration of the P base layer 3 is relatively low and channel leak is likely to occur on the silicon surface, the P + guard ring layer 4a of P type high impurity concentration (P + ) is formed on the outer periphery of the P base. However, the influence of channel leak is reduced. However, in this structure, a breakdown often occurs on the surface, so that the surface breakdown voltage V s is generated as shown in FIG.
There was a drawback that a step breakdown waveform was seen and the characteristics deteriorated. This is due to contamination of the passivation film,
This occurs when the interface of the P base layer 3 becomes an accumulation state and becomes P + , this portion becomes an N + P + junction, and this portion breaks down.

本発明の目的は、前記の欠点を除去することにより、表
面ブレークダウンを防止し特性を向上させたパンチスル
ー型の定電圧ダイオードを提供をすることにある。
It is an object of the present invention to provide a punch-through type constant voltage diode in which surface breakdown is prevented and characteristics are improved by eliminating the above-mentioned drawbacks.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、N+シリコン半導体基板上の領域内に形成され
たN-コレクタ層と、このN-コレクタ層の領域内に形成さ
れたPベース層と、このPベース層の領域内に形成され
たN+エミッタ層と、前記N-コレクタ層と前記Pベース層
とを接続する短絡電極と、前記Pベース層の外周部に形
成されたP+ガードリング層とを備えたパンチスルー型の
定電圧ダイオードにおいて、前記P+ガードリング層は、
前記N+エミッタ層の外周部に接合して形成されるととも
にその不純物の表面濃度が1×1017cm-3から1×1018cm
-3で、その拡散深さが前記Pベース層の拡散深さの2倍
以上であり、前記N+エミッタ層の外周部とP+ガードリン
グ層との接合部分に拡散深さが前記N+エミッタ層の拡散
深さの2倍以上であるN+ガードリング層を形成したこと
を特徴とする。
The present invention relates to an N collector layer formed in a region on an N + silicon semiconductor substrate, a P base layer formed in the region of the N collector layer, and a P base layer formed in the region of the P base layer. A punch-through type constant layer having an N + emitter layer, a short-circuit electrode connecting the N collector layer and the P base layer, and a P + guard ring layer formed on the outer peripheral portion of the P base layer. In the voltage diode, the P + guard ring layer is
It is formed by being bonded to the outer peripheral portion of the N + emitter layer and has a surface concentration of impurities of 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 18 cm 3.
-3, its has a diffusion depth is the P base layer 2 times or more the diffusion depth, the outer peripheral portion and the P + diffusion depth junction between the guard ring layer of the N + emitter layer is the N + It is characterized in that an N + guard ring layer having a diffusion depth of at least twice the emitter layer is formed.

〔作用〕[Action]

N+エミッタ層の外周部すなわちエミッタベース接合部の
外周部に形成されたN+ガードリング層は、その拡散深さ
がN+層の2倍以上であるので、表面においてエミッタか
らベースに注入される電子を阻止する。
Since the diffusion depth of the N + guard ring layer formed on the outer peripheral portion of the N + emitter layer, that is, the outer peripheral portion of the emitter base junction is twice or more that of the N + layer, it is injected from the emitter to the base at the surface. Block the electrons that are generated.

さらに、P+ガードリング層はその不純物の表面濃度はお
およそ1×1017cm-3〜1×1018cm-3で、Pベース層(1
×1016cm-3)より大であり、その拡散深さはPベース層
のそれの2倍以上にとってあるので、正孔の界面へのも
れが阻止され、Pベース層の界面が蓄積状態になること
はない。さらに外周部のVEB耐圧はパンチスルー電圧よ
り十分に高くなる。
Further, the surface concentration of impurities in the P + guard ring layer is approximately 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 18 cm −3 , and the P base layer (1
X 10 16 cm -3 ), and its diffusion depth is more than twice that of the P base layer, so that holes are prevented from leaking to the interface and the interface of the P base layer is accumulated. Never be. Furthermore, the V EB breakdown voltage at the outer periphery is sufficiently higher than the punch through voltage.

従って、表面リークによる表面ブレークダウンを阻止す
ることができるとともにVEB耐圧は必ずN+PN-トランジス
タのパンチスルー電圧により決定されることになり、ブ
レーク断特性を改善することが可能となる。
Therefore, the surface breakdown due to the surface leakage can be prevented, and the V EB breakdown voltage is always determined by the punch-through voltage of the N + PN transistor, so that the break break characteristic can be improved.

なお、前述のように、N+ガードリング層およびP+ガード
リング層は、そのガード効果を十分ならしめるために
は、その不純物の表面濃度および拡散深さは、N+ガード
リング層では、約1×1018cm-3(N+エミッタ層と同じ)
で、N+エミッタ層の2倍以上あればよく、P+ガードリン
グ層では、約(1×1017〜1×1018)cm-3で、拡散深さ
はPベース層の2倍以上あればよい。
Note that, as described above, the N + guard ring layer and the P + guard ring layer have a surface concentration of impurities and a diffusion depth of about N in order for the N + guard ring layer to have a sufficient guard effect. 1 × 10 18 cm -3 (same as N + emitter layer)
Therefore , the diffusion depth should be at least twice that of the N + emitter layer, approximately (1 × 10 17 to 1 × 10 18 ) cm -3 in the P + guard ring layer, and the diffusion depth should be at least twice that of the P base layer. Good.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の第一実施例を示す模式的断面図で、縦
型構造を示す。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of the present invention, showing a vertical structure.

本第一実施例は、N+半導体基板1上の所定の位置に順次
積み重ねて形成されたエピタキシャル層からなるN-コレ
クタ層2、Pベース層3およびN+エミッタ層5と、N-
レクタ層2とPベース層3とを接続する短絡電極8と、
Pベース層3の外周部に形成され、その不純物の表面濃
度が約(1×1017〜1×1018)cm-3でその拡散深さがP
ベース層3の拡散深さの2倍以上であるP+ガードリング
層4と、N+エミッタ層5の外周部に形成された拡散深さ
がN+エミッタ層5の拡散深さの2倍以上であるN+ガード
リング層6と、N+半導体基板1の下面に形成されたアノ
ード電極12と、N+エミッタ層5上に形成されたカソード
電極11とを備えている。
In the first embodiment, an N - collector layer 2, a P base layer 3 and an N + emitter layer 5, each of which is formed of an epitaxial layer sequentially stacked at a predetermined position on the N + semiconductor substrate 1, and an N - collector layer. 2 and the P base layer 3 for connecting the short-circuit electrode 8;
It is formed on the outer peripheral portion of the P base layer 3 and has a surface concentration of impurities of about (1 × 10 17 to 1 × 10 18 ) cm −3 and a diffusion depth of P.
A P + guard ring layer 4 is more than twice the diffusion depth of the base layer 3, N + outer peripheral portion formed diffusion depth of the emitter layer 5 is at least twice the diffusion depth of the N + emitter layer 5 and N + guard ring layer 6 is, N + and an anode electrode 12 formed on the lower surface of the semiconductor substrate 1, and a cathode electrode 11 formed on the N + emitter layer 5.

なお、第1図において、7はN-コレクタ層と短絡電極8
とを接続するためのN+層、9は酸化膜および10はCVD酸
化膜である。
In FIG. 1, 7 is the N collector layer and the short-circuit electrode 8
N is an N + layer for connecting with, 9 is an oxide film, and 10 is a CVD oxide film.

本発明の特徴は、第1図においてN+ガードリング層6を
形成し、P+ガードリング層7の不純物の表面濃度を(1
×1017〜1×1018)cm-3とし、その拡散深さをPベース
層3の2倍以上としたものである。
The feature of the present invention is that the N + guard ring layer 6 is formed in FIG. 1 and the surface concentration of impurities in the P + guard ring layer 7 is set to (1
× 10 17 to 1 × 10 18 ) cm −3 , and the diffusion depth thereof is twice or more that of the P base layer 3.

次に本第一実施例の製造方法について述べる。まずN+
導体(シリコン)基板1上に、低濃度のN-コレクタ層2
をエピタキシャル法により形成する。次にマスキングに
より、P+ガードリング層4をボロン拡散によりN-コレク
タ層2上に選択的に形成する。
Next, the manufacturing method of the first embodiment will be described. First, a low concentration N - collector layer 2 is formed on an N + semiconductor (silicon) substrate 1.
Are formed by an epitaxial method. Next, by masking, the P + guard ring layer 4 is selectively formed on the N collector layer 2 by boron diffusion.

次にイオン注入法により、Pベース層3を前拡散し、マ
スキング後リン拡散を行い、N+ガードリング層6とその
外側にN+層7とを同時に選択形成する。
Next, by ion implantation, the P base layer 3 is pre-diffused, and phosphorus is diffused after masking to selectively form the N + guard ring layer 6 and the N + layer 7 on the outer side thereof.

さらにマスキングを行い、イオン注入法により、N+エミ
ッタ層5を選択形成し、その後カソード電極11およびア
ノード電極12の形成を行う。
Further, masking is performed, the N + emitter layer 5 is selectively formed by the ion implantation method, and then the cathode electrode 11 and the anode electrode 12 are formed.

P+ガードリング層4の表面濃度は約(1×1017〜1×10
18)cm-3、N+ガードリング層6の表面濃度は約1×1018
cm-3とし、接合深さは、P+ガードリング層4が約4μ
m、Pベース層3が約2μm、N+ガードリング層6が約
2μmおよびN+エミッタ層5が約1μmである。
The surface concentration of the P + guard ring layer 4 is approximately (1 × 10 17 to 1 × 10
18 ) cm -3 , surface concentration of N + guard ring layer 6 is about 1 × 10 18
cm -3 , and the junction depth is about 4μ for the P + guard ring layer 4.
m, P base layer 3 is about 2 μm, N + guard ring layer 6 is about 2 μm, and N + emitter layer 5 is about 1 μm.

本第一実施例についてブレークダウン特性を測定した結
果は、第4図に示す従来例のように、表面ブレークダウ
ン電圧Vsは観測されず、急峻なブレークダウン電圧Vz
観測できた。
As a result of measuring the breakdown characteristics of the first embodiment, unlike the conventional example shown in FIG. 4, the surface breakdown voltage V s was not observed, but the steep breakdown voltage V z was observed.

第2図は本発明の第二実施例を示す模式的断面図で、模
型構造を示す。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the present invention, showing a model structure.

本第二実施例は、アノード電極32が、カソード電極31と
同じく基板表面に形成されることを除いては、前述の第
一実施例と同様で、効果も同様であり、特に集積回路と
してその効果を発揮する。
The second embodiment is similar to the first embodiment described above except that the anode electrode 32 is formed on the surface of the substrate in the same manner as the cathode electrode 31, and the effects are also the same. Be effective.

なお、第2図において、21はN+半導体基板、22はN-コレ
クタ層、23はPベース層、24はP+ガードリング層、25は
N+エミッタ層、26はN+ガードリング層、27はN+層および
28は短絡電極である。
In FIG. 2, 21 is an N + semiconductor substrate, 22 is an N collector layer, 23 is a P base layer, 24 is a P + guard ring layer, and 25 is
N + emitter layer, 26 N + guard ring layer, 27 N + layer and
28 is a short circuit electrode.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明は、Pベース層の表面に高
濃度のガードリングが形成されているために、表面の汚
染等の影響が少なく、かつ、外周部のVEB耐圧はパンチ
スルー電圧より十分高いので、VEB耐圧は、必らずN+PN-
トランジスタのパンチスルー電圧によって決定される。
As described above, according to the present invention, since the high-concentration guard ring is formed on the surface of the P base layer, the influence of surface contamination or the like is small, and the V EB breakdown voltage of the outer peripheral portion is the punch through voltage. because the more high enough, V EB breakdown voltage,必Razz N + PN -
Determined by the punch through voltage of the transistor.

従ってパッシベーションの汚染等の影響を受けず、2段
ブレークダウン波形が起こらない良好なブレークダウン
特性が得られる効果がある。
Therefore, there is an effect that good breakdown characteristics in which a two-stage breakdown waveform does not occur are not affected by the contamination of passivation and the like.

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

第1図は本発明の第一実施例を示す模式的断面図。 第2図は本発明の第二実施例を示す模式的断面図。 第3図は従来例を示す模式的断面図。 第4図はそのブレークダウン特性図。 1、21……N+半導体基板、2、22……N-コレクタ層、
3、23……Pベース層、4、4a、24……P+ガードリング
層、5、25……N+エミッタ層、6、26……N+ガードリン
グ層、7、27……N+層、8、28……短絡電極、9……酸
化膜、10……CVD酸化膜、11、31……カソード電極、1
2、32……アノード電極。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic sectional view showing a conventional example. Figure 4 shows the breakdown characteristics. 1, 21 …… N + semiconductor substrate, 2, 22 …… N - collector layer,
3, 23 ...... P base layer, 4, 4a, 24 ...... P + guard ring layer, 5, 25 …… N + emitter layer, 6, 26 …… N + guard ring layer, 7, 27 …… N + Layer, 8, 28 ... Short-circuit electrode, 9 ... Oxide film, 10 ... CVD oxide film, 11, 31 ... Cathode electrode, 1
2, 32 ... Anode electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】N+シリコン半導体基板(1、21)上の領域
内に形成されたN-コレクタ層(2、22)と、このN-コレ
クタ層の領域内に形成されたPベース層(3、23)と、
このPベース領域内に形成されたN+エミッタ層(5、2
5)と、前記N-コレクタ層と前記Pベース層とを接続す
る短絡電極(8、28)と、前記Pベース層の外周部に形
成されたP+ガードリング層と を備えたパンチスルー型の定電圧ダイオードにおいて、 前記P+ガードリング層(4、24)は、前記N+エミッタ層
の外周部に接合して形成されるとともにその不純物の表
面濃度が1×1017cm-3から1×1018cm-3で、その拡散深
さが前記Pベース層の拡散深さの2倍以上であり、 前記N+エミッタ層の外周部とP+ガードリング層との接合
部分に拡散深さが前記N+エミッタ層の拡散深さの2倍以
上であるN+ガードリング層(6、26)を形成した ことを特徴とする定電圧ダイオード。
1. An N collector layer (2, 22) formed in a region on an N + silicon semiconductor substrate (1, 21) and a P base layer (2) formed in the region of this N collector layer. 3, 23),
The N + emitter layer (5, 2) formed in this P base region
5), a short-through electrode (8, 28) connecting the N - collector layer and the P base layer, and a P + guard ring layer formed on the outer peripheral portion of the P base layer. In the constant voltage diode, the P + guard ring layer (4, 24) is formed by being joined to the outer peripheral portion of the N + emitter layer, and the surface concentration of the impurities is 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 18 cm -3 , the diffusion depth is more than twice the diffusion depth of the P base layer, and the diffusion depth at the junction between the outer peripheral portion of the N + emitter layer and the P + guard ring layer. Forming a N + guard ring layer (6, 26) having a diffusion depth of at least twice the N + emitter layer.
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