JPH0233976A - ツェナーダイオード - Google Patents

ツェナーダイオード

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JPH0233976A
JPH0233976A JP18402088A JP18402088A JPH0233976A JP H0233976 A JPH0233976 A JP H0233976A JP 18402088 A JP18402088 A JP 18402088A JP 18402088 A JP18402088 A JP 18402088A JP H0233976 A JPH0233976 A JP H0233976A
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JP
Japan
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layer
type
semiconductor layer
region
zener
Prior art date
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Pending
Application number
JP18402088A
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English (en)
Inventor
Takashi Nakajima
貴志 中島
Tetsuo Higuchi
哲夫 樋口
Atsushi Tominaga
淳 富永
Masaaki Ikegami
雅明 池上
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は主に定電圧源として用いられるツェナーダイ
オードに関するものである。
〔従来の技術〕
第3図は、バイポーラIC内において、縦型npr+ト
ランジスタのエミッタとベースとを利用して形成された
従来のツェナーダイオード(エミッタ・ベースツェナー
)を示す断面図である。
同図において、p型シリコン基板1上にエピタキシャル
成長によりn型エピタキシャル層〈以下、「n型エビ層
」という。)2を形成しており、このn型エビ層2に選
択的にボロンB等を熱拡散・することでp型分子llt
層3を形成している。このp型分離層3はn型エビ層2
中に形成される半導体素子の素子分離を行う。
また、p型分!tMt層3間のn型エビ層2の−に図部
中央に広くボロンイオンB+等を選択的に注入し拡散す
ることでp型代−ス層4を形成している。
さらに、このρ型ベース層4の一部分にボロンB等を選
択的に熱拡散することでp+型型数散層5形成してる。
このp+型型数散層5p型代−ス層4と後述する金属配
線8とのコンタク1〜抵抗値を低下させるために形成さ
れている。p型代−ス層4の上層部にヒ素イオンへS+
等を選択的に注入し、拡散することでn型エミツタ層6
を形成してる。このn型エミツタ層6はその底面及び側
面において、p型代−ス層4とpn接合部を形成してい
る。
また、8はn型エミツタ層6及びp+型型数散層5電気
的接続される金属配線、9はn型エビ層2の上面のうち
金属配線8が設けられていない部分に形成されている酸
化膜、10は250〜400℃下のプラズマCVI)法
により金属配線8と酸化膜9との上に形成される耐湿性
の高いプラズマ窒化膜ひある。このような構成において
、ρ型入−ス層4とn型エミツタ層6のpn接合により
ツェナダイオードが形成される。
第4図はツェナーダイオードの電流ニー電圧V特性を示
すグラフである。以下、同図を参照しつつ、ツェナー降
伏(ブレークダウン)に説明をする。、p型代−ス層4
とn型エミツタ層6との間に逆方向電圧が印加されるよ
うに両層4,6の電位設定を行うと同図に示すように負
゛電圧V。(ツェナー電圧)で降伏現象を起こし、逆方
向に大電流が流れる。これがツェナー降伏である。
このようなツェナー降伏のうち、逆方向電圧が比較的高
い領域(シリコンでは約8v以上)での降伏は、2次イ
オン化、即ち電子のなだれ降伏(アバランシコブレーク
ダウン)により起こり、逆方向電圧が比較的低い領域(
シリコンでは約4V以下)での降伏は、l〜ンネル降伏
(ツェナーブレークダウン)により起こり、これらの中
間領域ではなだれ降伏、トンネル降伏の両者が混合して
起こると考えられている。このような性質をイイするツ
ェナーダイオードは定電圧回路やサージ保護回路等に利
用される。
一般にpn接合間の空乏層幅W及びpn接合にかかる電
界εは、pn接合が階段接合の場合には、・・・(1) ■ ε  工  −・・・(2) この電界εが所定レベル(106V/Cm程度)を越え
るとツェナー降伏が起こる。なお、NAはアクセプタ濃
度、N、はドナー濃度、ε8はシリコンの誘電率、vb
lはpn接合の拡散電圧(ビルトイン電圧)、VRは逆
方向電圧である。H)、 <2)式より明らかなように
、不純物濃度N  、N  がD 高いほど、空乏層幅Wが狭くなり、同一レベルの逆方向
電圧vRに対してpn接合にかかる電界εが高くなる。
従って、不純物濃度N  、N  の高D いpn接合はどツェナー降伏が生じやすくなっている。
第5図はp型代−ス層4とn型エミツタ層6の深さ方向
における不純物プロファイルを示すグラフである。同図
において、NDがn型エミツタ層6にJ3けるドナー濃
度、NAがp型代−ス層4におけるアクセプタ濃度であ
り、深さは酸化膜8直下をOとしている。
同図に示すように、両不純物濃度N。、NAがビークl
1fi(最大値)となっている領域は、通常、比較的浅
いpW(ベース層4及びnvエミッタ層6を形成する関
係上深さOの領域となる。このため、(1)式より深さ
O近傍におけるp型代−ス層4とn型エミツタ層6間の
側面のpntI合間の空乏層の幅が最も薄くなる。
従って、深さO付近のpn接合部の空乏層に約106v
/cll+以上の逆方向電界が印加されるようにp型ベ
ース層4側、n型エミツタ層6側の電位設定を行うと、
該pn接合においてツェナー降伏を起こす。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のツェナーダイオードは以上のように構成されてお
り、ツェナー降伏は、深さ0の酸化膜9直下のpn接合
間で生じている。このため、このツェナーダイオードを
長時間使用して行くと、後述する理由によって、pn接
合面が酸化膜9と接する界面部分11がダメージを受け
る。したがって、第6図に示すようにツェナーダイオー
ドを使用するにつれ、降伏電圧が上昇し、定電圧を得る
ことができないという問題点があった。
上記した問題点が生じる原因は以下のように考えられて
いる。酸化!IIJ9直下のp型代−ス層4゜n型エミ
ツタ層6の側面のpn接合間の高電界により、電子およ
び正孔(以下、総称して「ホットキャリア」という、)
が移動する。そして、この高エネルギーを有するホット
キャリアは酸化膜9に注入される。
一方、酸化膜9上に形成されるプラズマ窒化膜10はパ
ッシベーション効果が優れているため、ICの最終保護
膜として不可欠な絶縁膜であるが、このプラズマ窒化膜
10は比較的低温で製造されるため、膜中に多量の水素
を含んでいる。この水素はプラズマ窒化膜10形成後の
他の工程における熱処理により容易に酸化膜9へ拡散し
ていく。
その結果、酸化膜9に拡散してきた水素と、酸化膜9に
注入されたホットキャリアが次の反応を起こす。
e” +h++H2→ 2(] このように電子e−と正孔h+のホットキャリアfE1
士の結合エネルギーが水素分子1−12の原子間の結合
(結合エネルギー約4.5ev)を切る動きをする。切
り離された水素原子ト1が酸化膜9直下で次の反応を起
こす。
Si H+l−1−シ  S l   + 1−12そ
の結果、界面準位となるsi”、c3価のシリコン)を
発生する。なお、この反応におけるシリ」ンは基板(p
型代−ス層4.n型エミツタ層6)側のシリコンである
。このようにホラ]・キャリア注入によってアクセプタ
型の界面準位が発生すると、酸化膜9直下のp型ベース
4.n型エミツタ層6間の空乏層の幅Wが広がり亡すく
なる。、その結果、(2)式に示すように空乏層間にか
かる電界εの大きさが緩和し、第5図に示すように降伏
電圧は上昇でる。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、pn接合上に形成される他の層の特性の影響
を受けることなく、かつ安定イ、ffi定電圧を得るこ
とができるツェナーダイオードを提供することを目的と
する。
〔課題を解決するための手段〕
この発明にかかるツェナーダイオードは、第1の導電型
の第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上層部に形
成された第2の導電型の第2の半導体層と、前記第1の
半導体層内の前記第2の半導体層側面」二部に形成され
、前記第2の半導体層の不純物濃度より十分低濃度な前
記第2の導電型の第3の半導体層とを備えて構成されて
いる。
〔作用) この発明における第2の導電型箱3の半導体層は、第1
の半導体層内の第2の半導体層側面上部に形成され、そ
の不純物濃度は前記第2の半導体層の不純物濃度より十
分低濃度に設定されているため、第3の半導体層と第1
の半導体層間のpn接合間における空乏層の幅はあまり
薄くならない。
〔実施例〕 第1図はこの発明の一実施例あるツェナーダイオードを
示す断面図である。同図において1〜6゜8〜10は従
来と同じであるので説明は省略するが、従来と異なりp
型ベース層4内のn型エミツタ層6の側面上部にドナー
濃度N。がn型エミツタ層6より十分に低いn−型拡散
層7を形成している。
第2図はp型代−ス層4.n型エミツタ層6およびn 
型拡散層7の深ざ方向にJ3ける不純物プロファイルを
小すグラフである。同図においで、NDlがn型エミツ
タ層6におけるドナー111度、NAがp型代−ス層4
におけるアクセプタ濃度、”D2がn 型拡散層7のド
ナー濃度であり、深さは酸化膜8直下をOとしている。
同図に示すように、n−型拡散層7のドナー濃度ND2
をn型エミツタ層6のド犬−濃度N。1より十分に低濃
度に設定したため、このツェナーダイオード内のpn接
合面の中で最もドブー濃1印が高い領域【ま、n−型拡
散層7の底面がn型しミッタ層6と接づる位置(酸化膜
9直下からの深さdl)の直下に相当する接合領域12
どなる1、ぞ゛の結果、空乏層の幅が最も薄くなる領域
は、(1)式」:り上記接合領域12どなり、最初にツ
ェナー降伏が生じるのは、この接合領域12(つまりバ
ルク内の領域)となる。
このため、プラズマ窒化膜10中の水素が酸化膜9に注
入されても、酸化膜9中の水素が深さd1近傍の領域1
2に到達する確率はほとんどないため、上記水素がツェ
ナー電圧に与える影響は実質的にぜ口となる。つまり、
空乏層の幅は上記領域近傍の不純物濃度N   N(第
2図)のみAd′Dd で決定され、プラズマ窒化膜10中の水素濃度ににっで
は全く変化しない。
その結果、最終保護膜として水素を条間に含むプラズマ
窒化膜10を用いてもツェナーダイオードが定電圧源と
して確実に動作できる。
なお、この実施例で1よ、ペースエミッタツェナーダイ
オードを構成するベース層をp型、エミツタ層をn型と
したが、ベース層、エミツタ層の導電型式のp、nは逆
でもよく、ざらにツェナーダイオードはエミッタベース
ツェナーダイオードに限定されない。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明によれば、第2の導電型
の第3の半導体層は、第1の半導体層内の第2の半導体
層側面上部に形成され、その不純物濃度は前記第2の半
導体層の不純物濃度より十分低濃度に設定されているた
め、第1.第2の半導体層上に形成される他の層の特性
の影響を受けることなく、安定なツェナー電圧を得るこ
とができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例であるツェナーダイオード
を示す断面図、第2図は第1図で示したp型ベース層、
n型エミツタ層及びn−型数r11層の深さ方向におけ
る不純物プロファイルを示すグラフ、第3図は従来のツ
ェナーダイオードを示す断面図、第4図はツェナーダイ
オードの電流−電圧特性を示すグラフ、第5図は第3図
で示したρ型ベース層とn型エミツタ層の深さ方向にお
ける不純物プロファイルを示づ一グラフ、第6図は従来
のツェナーダイオードの問題点を指摘したグラフである
。 図において、4はp型ベース層(第1の半導体層)、6
はn型エミツタ層(第2の半導体FA)、7はn−型拡
散層(第3の半導体層)である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分をホす。 第1WA

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1の導電型の第1の半導体層と、 前記第1の半導体層の上層部に形成された第2の導電型
    の第2の半導体層と、 前記第1の半導体層内の前記第2の半導体層側面上部に
    形成され、前記第2の半導体層の不純物濃度より十分低
    濃度な前記第2の導電型の不純物を含んだ第3の半導体
    層とを備えたツェナーダイオード。
JP18402088A 1988-07-22 1988-07-22 ツェナーダイオード Pending JPH0233976A (ja)

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JP18402088A JPH0233976A (ja) 1988-07-22 1988-07-22 ツェナーダイオード

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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