JPH03108765A - フォトトライアック - Google Patents

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） 本発明は、水平方向の接合を利用したラテラルトライア
ック、フォトトライアック、フォトサイリスタ等の転流
素子の動作を確実にさせるためのものである。

（従来の技術） 以下は転流素子の一例として、フォトトライアックにつ
いて説明する。

第２図は従来のフォトトライアックの略断面図である。

例えばシリコンのＮ型基板ｌの表面には、Ｎ型のカソー
ド拡散領域Ｋｌと、これを包囲するＰ型のＰゲート拡散
領域ＰＩと、これらから離れて位置するＰ型のアノード
拡散領域ＡＩ、及びこれらと対称にＮ型のカソード拡散
領域に２と、これを包囲するＰ型のＰゲート拡散領域Ｐ
２とアノード拡散領域Ａ２が配設されている。端子ＴＩ
がアノード拡散領域ＡＩとカソード拡散領域に２に接続
され、端子Ｔ２がアノード拡散領域Ａ２とカソード拡散
領域に１に接続されている。また、Ｎ型基板１の裏面に
は、カソード拡散領域に１及びに２と同時に形成される
同じ濃度のＮ型拡散領域８が、全面にわたり形成されて
いる。カソード拡散領域Ｋｌ、に２及びＮ型拡散領域８
の表面濃度は５　Ｘ　Ｉ　０２０ｃ＋ｎ−８以上、また
、Ｎ型基板１の濃度は、一般にｌ０１８〜１０１５ｃｒ
ｎ−８である。

Ｎ型基板Ｉの裏面にＮ型拡散領域３を形成する目的は、
アノード拡散領域ＡＩ、Ａ２、Ｎ型基板１、Ｐゲート拡
散領域ＰＩ、Ｐ２からなるラテラルＰＮＰ）ランジスタ
のｈＦＥを大きくシ、かつフォトダイオードとしての光
感度ＩＰＤを向上させ、双方によりフォトトライアック
の点弧のための光感度を向上させることである。さらに
、ｈＦＥを大きくできるため、フォトトライアックの応
答を遅くシ（応答速度はｈＦＥに比例する〕、急峻なパ
ルスに対する誤動作を防止する（高ｄＶ／ｄｔ耐量）利
点もある。

この理由は、Ｎ型基板夏の裏面に高濃度のＮ型拡散領域
３すなわちＮ　層を形成すると、Ｎ型基板１の少数キャ
リアのライフタイムが大きくなるためである。つまり、
とのＮ＋層がないと、少数キャリアはＮ型基板Ｉの裏面
で再結合し易いが、Ｎ＋層があると反射するため、等測
的ライフタイムが大きくなる。従って光感度ＩＰＤも大
きくなる。

一般にＢＳＦ効果といわれている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前述の従来の構造では、正孔のライフタ
イムが長いため、転流特性が悪いという欠点がある。す
なわち、Ｎ４−層とカソード拡散領域の不純物の濃度が
等しいため、ｈＦＥとｄ　Ｖ／ｄ　ｔに関しては満足で
きるが、転流特性は不充分であった。

例えば、アノード拡散領域Ａ１、Ｎ型基板１、Ｐゲート
拡散領域Ｐ１、カソード拡散領域に１からなる第一のチ
ャネルＣｂ　Ｉが導通していた交流の半サイクル後、ア
ノード拡散領域Ａ２、Ｎ型基板１、Ｐゲート拡散領域Ｐ
２、カソード拡散領域に２からなる第二のチャネルＣｈ
２に印加される電圧の立ち上りが急な場合、光の入射が
ない場合でも、余剰の正孔によって第二のチャネルＣｈ
２が導通してしまう。

なお、Ｎ型基板Ｉの裏面のＮ型拡散領域３がない場合は
、前述のＢＳＦ効果がないので、転流特性は向上するが
、フォトダイオードの光感度が低下し、さらにｄｖ／ｄ
ｔ耐量が低下する。この双方の特性を向上することが必
要とされる。ｄＶ／ｄｔは一般にｌ　００　Ｖ　／　ｐ
　ｓ以上（Ｔａ＝１００Ｃ）が要求される。

第８図は前述のＮ型拡散領域８として燐を不純物とした
場合の、Ｎ型基板（チップ）１の裏面の表面濃度とｈＦ
Ｅとの関係を示すグラフであって不純物濃度が高くなる
に伴なってｈＦＥが上昇することが判る。

第４図はチップ裏面の燐の表面濃度とｄＶ／ｄｔとの関
係を示すグラフであって、濃度が１０１”ｔｒｉ８を超
えると測定限界以上どなり、ｄＶ／ｄｔは極めて高くな
ることが示される。

第５図はチップ裏面の燐の表面濃度と転流特性との関係
を示すグラフであって、表面濃度が高くなるに従って低
い負荷電流で転流が失敗する。

（課題を解決するための手段） 本発明はチップの表面に形成されたアノード。

カソード、Ｐゲート等と裏面に形成されたＢＳＦ効果を
与える層とよりなり、ＢＳＦ効果を与える層の不純物濃
度をカソードの不純物濃度よりは低くチップの不純物濃
度よりは高くした。

（作　用） チップ裏面のＮ十層の不純物濃度を調節するととにより
、ＢＳＦ効果が制御され、ｈＦＥが最適化され、光感度
、ｄＶ／ｄｔ耐量が向上される。

（実施例〕 （ＫＶ　１図は本発明の一実施例の略断面図であって、
第２図と同一の部分は同一の符号で表わされる。

Ｎ型基板１は例えばＮ型のシリコン単結晶で、不純物濃
度１０１８〜１０１５α−８のものを使用する。

Ｎ型基板ｌの表面のアノード拡散領域Ａｌ、Ａ２と、Ｐ
ゲート拡散領域ＰＩ、Ｐ２とは硼素を不純物として同時
に形成する。また、Ｐゲート拡散領域ＰＩ、Ｐ２の表面
の一部にカソード拡散領域Ｋｌ　、に２を燐を不純物と
して形成する。これらのパターンは種々の形状が考えら
れる。Ｎ型基板１の裏面には、カソード拡散よりは低い
濃度の燐を注入し、全面にわたりＮ型領域２を形成する
。

このＮ型領域２の燐濃度は必要とされる半導体素子に最
適のｈ　ＦＥ　、　ｄＶ／ｄ　ｔ　、転流特性を、優先
順位に従って得るように適宜の値が選択される。例えば
、Ｉ　Ｏ１５〜Ｉ　Ｏ”０ｃｍ−８とされる。［極配線
は、Ｎ型基板Ｉの表面に蒸着され九Ａｔ膜を選択エッチ
ップして形成する。ｈＦＥの値はＮ型基板■の比抵抗、
厚さ、パターンの形状により変化する。

Ｎ型領域２の形成は、Ｎ型基板Ｉの裏面にイオン注入法
により、所望の濃度の不純物を注入し、全面にわたり形
成する。イオン注入性以外にドープＣＶＤ拡散を行った
り、又はウェーハ段階で片面にＮ＋を拡散したウェー八
を使用することもできる。

第６図は本発明をラテラルフォトサイリスタに応用した
場合の一実施例であって、第１図のフォトトライブック
を半分に分割したものに相当する。

第１図の場合と同様に、Ｎ型領域２の不純物濃度は、カ
ソード拡散領域Ｋｌの濃度より低くされる。

前述の説明は、不純物として燐を使用した場合について
述べているが、Ａｓ、ＬＩＩＢＩ、Ｓｂ等のドナー不純
物を使用することができる。

（発明の効果） 本発明によれば、ＢＳＦ効果を与える層の不純物濃度を
調節して、ｂＦＥを最適化することにより、第８図及び
第４図に示されるように、必要な太き（７） さのｈＦＥとｄＶ／ｄｔが得られ、＠５図に示されるよ
うに、必要な転流特性が得られる。また、素子の耐圧あ
るいは動作電圧等により、各種の制約を受けるチップ表
面のパターンのレイアウトとは関係なく、独立してｈＦ
Ｅを設計できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の略断面図、第２図は従来の
７オトトライアツクの一例の略断面図、第８図はチップ
裏面の燐表面濃度とｈＦＥの関係の一例を示すグラフ、
第４図はチップ裏面の燐表面濃度とｄＶ／ｄｔとの関係
の一例を示すグラフ、第５図はチップ裏面の燐表面濃度
と転流特性との関係の一例を示すグラフ、第６図はラテ
ラルフォトサイリスタに応用した場合の略断面図である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、半導体基板の一方の面に形成されたアノード拡散領
   域と、Ｐゲート拡散領域と、Ｐゲート拡散領域に設けら
   れたカソード拡散領域と、半導体基板の他方の面に形成
   されたＢＳＦ効果を与える層とよりなり、ＢＳＦ効果を
   与える層の不純物濃度はカソード拡散領域の不純物濃度
   よりは低く半導体基板の不純物濃度よりは高いことを特
   徴とする転流素子。