JPH03220727A - semiconductor equipment - Google Patents
semiconductor equipmentInfo
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- JPH03220727A JPH03220727A JP2014875A JP1487590A JPH03220727A JP H03220727 A JPH03220727 A JP H03220727A JP 2014875 A JP2014875 A JP 2014875A JP 1487590 A JP1487590 A JP 1487590A JP H03220727 A JPH03220727 A JP H03220727A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、半導体装置、特に、トランジスタとアバラ
ンシェダイオードの組み合わせから成る半導体装置に関
するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to a semiconductor device comprising a combination of a transistor and an avalanche diode.
第2図は従来の半導体装置を示す等価回路図であり、図
において(T)はトランジスタ、(1)。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing a conventional semiconductor device, in which (T) is a transistor (1).
(2)、(3)はこのトランジスタ(T)のそれぞれコ
レクタ、ベース、エミッタである。(^D)はアバラン
シェダイオードであって、そのカソード、アノードがト
ランジスタ(T)のそれぞれコレクタ(1〉、ベース(
2)に接続されている。(2) and (3) are the collector, base, and emitter of this transistor (T), respectively. (^D) is an avalanche diode whose cathode and anode are the collector (1) and base (1) of the transistor (T), respectively.
2).
第3図は従来の半導体装置を示す断面図であり、図にお
いて(5)はコレクタ(1)の導体とオーミック接続を
する第1導電型の高不純物濃度の第1の半導体層例えば
N4層、(6)はこのN4層(5)上に形成されかつN
4層(5)と共にコレクタ領域を形成する第1導電型の
低不純物濃度の第2の半導体層例えばN−層、(7)は
このN−層と(6〉の−部に形成されかつベース領域を
形成する第2導電型の第3の半導体層例えばP層、(8
)はこのP層(7〉の一部に形成されがつエミッタ領域
を形成する第1導電型の高不純物濃度の第4の半導体層
例えばN゛層、(9)はP層(7〉間でN−層(6)上
に形成されかつアバランシェダイオード(八D)のカソ
ード領域を形成する第1導電型の半導体層例えば第5の
N層、そして(10)はP層(7)間てN層(9)上に
形成されかつアバランシェダイオード(八〇)のアノー
ド領域を形成する第2導電型の高不純物濃度の第6の半
導体層例えばP“層である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor device, in which (5) is a first semiconductor layer of a first conductivity type with a high impurity concentration, such as an N4 layer, which makes an ohmic connection with the conductor of the collector (1). (6) is formed on this N4 layer (5) and N
A second semiconductor layer of the first conductivity type and having a low impurity concentration, for example, an N- layer, which forms a collector region together with the fourth layer (5), (7) is formed in the - part of this N- layer and (6>), and is a base layer. A third semiconductor layer of the second conductivity type forming a region, for example a P layer, (8
) is a fourth semiconductor layer of high impurity concentration of the first conductivity type forming an emitter region formed in a part of this P layer (7>, for example, an N layer, and (9) is a part of the P layer (7). A semiconductor layer of the first conductivity type formed on the N-layer (6) and forming the cathode region of the avalanche diode (8D), for example the fifth N-layer, and (10) between the P-layers (7). A sixth semiconductor layer of high impurity concentration of the second conductivity type, for example, a P'' layer, is formed on the N layer (9) and forms an anode region of the avalanche diode (80).
従来の半導体装置は上述のように構成され、コレクタ〈
1〉にコイルやモータ等の誘導性負荷(図示せず)を接
続し、トランジスタ(T)をスイッチングさせると、電
流しゃ断時に誘導起電力によリコレクタ(1〉 とエミ
ッタ(3)に高い電圧が発生する。この場合1〜ランジ
スタ(T)はベース(2)からベース電流が引き抜かれ
るバイアス状態(ここでは逆バイアスという)で働いて
いる為、コレクタ(1)とエミッタ(3)に発生する高
電圧がI−ランジスタ(T)のコレクターエミッタ間降
伏電圧以上となってコレクターエミッタ間でブレークダ
ウンが生ずると、トランジスタ(T)は瞬時にして破壊
に至ることがある。これは上述の様な逆バイアス状態の
場合、トランジスタ(T)のベース領域が不活性の為、
コレクタ(1)からエミッタ〈3)へ流れるブレークダ
ウン電流がトランジスタチップの非常に狭い部分にのみ
集中して流れることによる。従って、上述の様に誘導性
負荷をスイッチングするトランジスタ(T)では、アバ
ランシェダイオード(AD〉のカソードをコレクタ(1
)に接続し、アノードをベース(2)に接続しかつアバ
ランシェダイオード(八D)の降伏電圧をトランジスタ
(T>のコレクターベース間降伏電圧より低くすること
により、コレクタ(1)とエミッタ(3)に高電圧が発
生した場合、トランジスタ(T)がブレークダウンする
前に、アバランシェダイオード(八D)がブレークダウ
ンし、トランジスタ(T)のベース(2)に電流を流し
込む様にしている。この様にすると見かけ」ニアバラン
シエダイオード(八〇)の降伏電圧でトランジスタ(T
)がブレークダウンする様に見えるが、トランジスタ(
T)自体はアバランシェダイオード(AD)を介してベ
ース(2)にベース電流が供給されており、ベース(2
)は活性になっている為、コレクタ(1)とエミッタ(
3)に流れる電流はトランジスタチップ全体に分散して
流れる。従って、誘導性負荷に対する破壊耐量が飛躍的
に向上する。A conventional semiconductor device is configured as described above, with a collector
When an inductive load (not shown) such as a coil or motor is connected to 1〉 and the transistor (T) is switched, a high voltage is generated at the collector (1〉) and emitter (3) due to the induced electromotive force when the current is cut off. In this case, transistors 1 to (T) are working in a biased state (referred to as reverse bias here) where the base current is drawn from the base (2), so the high voltage generated at the collector (1) and emitter (3) If the voltage exceeds the collector-emitter breakdown voltage of the I-transistor (T) and a breakdown occurs between the collector and emitter, the transistor (T) may be destroyed instantly. In the bias state, the base region of the transistor (T) is inactive, so
This is because the breakdown current flowing from the collector (1) to the emitter (3) is concentrated only in a very narrow portion of the transistor chip. Therefore, in the transistor (T) that switches the inductive load as described above, the cathode of the avalanche diode (AD) is connected to the collector (1
), and by connecting the anode to the base (2) and making the breakdown voltage of the avalanche diode (8D) lower than the collector-base breakdown voltage of the transistor (T>), the collector (1) and emitter (3) When a high voltage is generated in the transistor (T), the avalanche diode (8D) breaks down before the transistor (T) breaks down, allowing current to flow into the base (2) of the transistor (T). When the breakdown voltage of the near balancer diode (80) appears, the transistor (T
) appears to break down, but the transistor (
T) itself has a base current supplied to the base (2) via an avalanche diode (AD), and the base (2)
) is active, so collector (1) and emitter (
The current flowing in 3) is distributed throughout the transistor chip. Therefore, the breakdown resistance against inductive loads is dramatically improved.
上述の様なアバランシェダイオード(AD)は−般にト
ランジスタチップ内に内蔵されることが多い。この場合
アバランシェダイオ−F(AD)のアバランシェ電圧は
主としてN層(9〉の濃度で決まる。これはコレクタ領
域を形成するN−(6)よりアバランシェダイオード(
八D>のカソード領域を形成するN層(9)の不純物濃
度が高いため、N層(9)とP層層(10)のアバラン
シェ電圧の方がN層(6)とP層(7)のアバランシェ
電圧よりも低いためである。この様にしてアバランシェ
ダイオード(八D)はN層(9)とP+層(10)の接
合部に形成されることになる。The avalanche diode (AD) as described above is generally built into a transistor chip. In this case, the avalanche voltage of the avalanche diode (AD) is mainly determined by the concentration of the N layer (9).
Since the impurity concentration of the N layer (9) forming the cathode region of 8D> is high, the avalanche voltage of the N layer (9) and the P layer (10) is higher than that of the N layer (6) and the P layer (7). This is because it is lower than the avalanche voltage of In this way, an avalanche diode (8D) is formed at the junction between the N layer (9) and the P+ layer (10).
上述のような半導体装置ては、アバランシェダイオード
(AD)のアバランシェ電圧がN層(9)の濃度で決定
されていた為アバランシェ電圧の温度係数が大きく、又
、アバランシェダイオード(八D)の接合部のコレクタ
(1)までの距離が長いため動抵抗が大きいという問題
点があった。In the semiconductor device described above, the avalanche voltage of the avalanche diode (AD) is determined by the concentration of the N layer (9), so the temperature coefficient of the avalanche voltage is large, and the temperature coefficient of the avalanche diode (AD) is large. Since the distance to the collector (1) is long, there is a problem in that the dynamic resistance is large.
この発明は、上述の様な問題点を解決する為になされた
もので、アバランシェダイオードのアバランシェ電圧の
温度係数を小さくし、動抵抗を下げかつ製造が簡便に行
える半導体装置を得ることを目的としている。This invention was made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to reduce the temperature coefficient of the avalanche voltage of an avalanche diode, reduce dynamic resistance, and obtain a semiconductor device that can be easily manufactured. There is.
この発明に係る半導体装置は、第3の半導体層を貫通し
て第2の半導体層に至る溝部を設け、この溝部の周囲に
第2導電型の高不純物濃度の半導体層を形成し、この半
導体層と第2の半導体層の接合部から第1の半導体層ま
での距離によってアバランシェ電圧が決まる様にしたも
のである。In the semiconductor device according to the present invention, a groove is provided that penetrates the third semiconductor layer and reaches the second semiconductor layer, a semiconductor layer of a second conductivity type with a high impurity concentration is formed around the groove, and the semiconductor The avalanche voltage is determined by the distance from the junction between the second semiconductor layer and the first semiconductor layer.
この発明においては、アバランシェダイオードの接合は
溝部の周囲に形成された半導体層を第2の半導体層の接
合部に形成され、電圧が印加されると第2の半導体層の
空乏層は第1の半導体層に向かって延びていく。第2の
半導体層の空乏層が第1の半導体層に達するとブレーク
ダウンを生じ、このときの電圧がアバランシェ電圧とな
る。In this invention, the junction of the avalanche diode is formed by connecting the semiconductor layer formed around the groove to the junction of the second semiconductor layer, and when a voltage is applied, the depletion layer of the second semiconductor layer is connected to the first semiconductor layer. It extends toward the semiconductor layer. When the depletion layer of the second semiconductor layer reaches the first semiconductor layer, breakdown occurs, and the voltage at this time becomes an avalanche voltage.
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図はこの発明の一実施例を示す断面図であり、(1)〜
(3) 、 (5)〜(8)は上述の従来装置と全く同
一のものである。第1図において(11)はベース領域
を形成するP層(7)を貫通してコレクタ領域を形成す
るN−層(6)に至るように形成された溝部、(12)
は溝部(11)の周囲に形成される第2導電型の高不純
物濃度の半導体層例えば21層である。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1st
The figure is a sectional view showing one embodiment of the present invention, and (1) to
(3) and (5) to (8) are exactly the same as the conventional device described above. In FIG. 1, (11) is a groove portion formed to penetrate the P layer (7) forming the base region and reach the N- layer (6) forming the collector region;
is a semiconductor layer of a second conductivity type with a high impurity concentration, for example, a layer 21, which is formed around the groove portion (11).
上記のように槽底された半導体装置においては溝部(1
1)の周囲にP+層(12)を形成することによりアバ
ランシェダイオード(AD)のカソード領域はN−層(
6)、アノード領域は21層(12)に相当する。即ち
アバランシェダイオード(八D)の接合は19層(12
)とN−層(6)との間に形成されることになる。この
場合一般にPN接合のアバランシェ電圧は、濃度の低い
N−層(6)の不純物濃度で決まるので、N−層(6)
の厚みが十分に厚ければ7
トランジスタ(T)のコレクターベース間降伏電圧も、
アバランシェダイオード(AD)のアバランシェ電圧も
共にN−層(6〉の不純物濃度で決まり、アバランシェ
ダイオード(AD)を挿入した意味がなくなることにな
る。ところが溝部(11)によりP+層(12)はN゛
層(5)の近くに形成されることになり、N−層〈6)
に広がる空乏層が制限される。In the semiconductor device bottomed out as described above, the groove (1
By forming a P+ layer (12) around the avalanche diode (AD), the cathode region of the avalanche diode (AD) is formed by forming a P+ layer (12) around the N- layer (1).
6), the anode region corresponds to 21 layers (12). In other words, the junction of the avalanche diode (8D) has 19 layers (12
) and the N-layer (6). In this case, the avalanche voltage of the PN junction is generally determined by the impurity concentration of the N-layer (6), which has a low concentration.
If the thickness of 7 is sufficiently thick, the collector-base breakdown voltage of the transistor (T) is also
The avalanche voltage of the avalanche diode (AD) is also determined by the impurity concentration of the N- layer (6>), so there is no point in inserting the avalanche diode (AD).However, due to the groove (11), the P+ layer (12) is It will be formed near the layer (5), and the N-layer (6) will be formed near the layer (5).
The depletion layer that spreads is limited.
即ちアバランシェダイオード(AD)に電圧が印加され
ると21層(12)とN−層(6)に空乏層が広がるが
、N−層(6〉の方が不純物濃度が低いため、21層(
■2)に比べてより大きくN−層(6)の方に空乏層が
広がる。ところが溝部(11)の深さによりN−層(6
)の空乏層が広がる領域が制限されており、N−層(6
)の空乏層がN゛層(5〉に到達するとN−層(6)の
空乏層が極度に広がりにくくなって、電界強度が上昇し
、21層(12)とN−層(5)の接合部でブレークダ
ウンを生ずる。That is, when a voltage is applied to the avalanche diode (AD), a depletion layer spreads between the 21st layer (12) and the N-layer (6), but since the N-layer (6) has a lower impurity concentration, the 21st layer (
(2) The depletion layer spreads more toward the N- layer (6) than in 2). However, due to the depth of the groove (11), the N- layer (6
), the region where the depletion layer spreads is restricted, and the N− layer (6
) reaches the N゛ layer (5〉), the depletion layer of the N-layer (6) becomes extremely difficult to expand, the electric field strength increases, and the depletion layer of the 21st layer (12) and the N-layer (5) increases. Breakdown occurs at the joint.
この様にして溝部(11〉の深さとP′″層(6〉の深
さによってアバランシェダイオード(AD)のアバラン
シェ電圧を決めることができる。こうして形成したアバ
ランシェダイオード(AD)では、アバランシェ電圧が
P層層(12)とN゛層(5〉との間のN−層(6)の
厚みで決まる為温度係数が小さく、又、アバランシェダ
イオード(AD)の接合部とコレクタ(1)の距離が短
いため動抵抗が小さい。In this way, the avalanche voltage of the avalanche diode (AD) can be determined by the depth of the groove (11) and the depth of the P'' layer (6).In the avalanche diode (AD) formed in this way, the avalanche voltage is P The temperature coefficient is small because it is determined by the thickness of the N- layer (6) between the layer (12) and the N-layer (5), and the distance between the junction of the avalanche diode (AD) and the collector (1) is Because it is short, dynamic resistance is small.
前記実施例ではトランジスタとしてNPNトランジスタ
を示したが、PNP)ランジスタでも同様であり、又ダ
ーリントン接続構成のトランジスタであっても同様の効
果が得られることは言うまでもない。In the above embodiment, an NPN transistor is used as the transistor, but it goes without saying that a PNP transistor can also be used, and a similar effect can be obtained even if a transistor has a Darlington connection configuration.
以上、詳述したように、この発明は、第3の半導体層を
貫通して第2の半導体層に至る溝部を設け、この溝部の
周囲に第2導電型の高不純物濃度の半導体層を形成し、
この半導体層と第2の半導体層によりアバランシェダイ
オードを形成する様にしたので、アバランシェ電圧の温
度係数が小さく、かつ動抵抗の小さく、しかも製造が簡
便に行える半導体装置が得られる効果を奏する。As described in detail above, the present invention provides a groove that penetrates the third semiconductor layer and reaches the second semiconductor layer, and forms a semiconductor layer of a second conductivity type with a high impurity concentration around the groove. death,
Since this semiconductor layer and the second semiconductor layer form an avalanche diode, it is possible to obtain a semiconductor device that has a small temperature coefficient of avalanche voltage, low dynamic resistance, and can be easily manufactured.
第1図はこの発明に係る半導体装置の一実施例を示す断
面図、第2図は従来の半導体装置の等価回路図、第3図
は従来の半導体装置を示す断面図である。
(5)は第1の半導体層としてのN“層、(6)は第2
の半導体層としてのN−層、(7)は第3の半導体層と
してのP層、(8)は第4の半導体層としてのN+層、
(11)は溝部、(12)は半導体層としての14層で
ある。
なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention, FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a conventional semiconductor device, and FIG. 3 is a sectional view showing a conventional semiconductor device. (5) is the N'' layer as the first semiconductor layer, (6) is the second
(7) is a P layer as a third semiconductor layer, (8) is an N+ layer as a fourth semiconductor layer,
(11) is a groove portion, and (12) is a 14-layer semiconductor layer. In each figure, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.
Claims (1)
1の半導体層上に形成された第1導電型の低不純物濃度
の第2の半導体層と、この第2の半導体層の一部に形成
された第2導電型の第3の半導体層と、この第3の半導
体層の一部に形成された第1導電型の高不純物濃度の第
4の半導体層と、上記第3の半導体層を貫通して上記第
2の半導体層に至る溝部と、この溝部の周囲に形成され
た第2導電型の高不純物濃度の半導体層とを備えたこと
を特徴とする半導体装置。a first semiconductor layer of a first conductivity type with a high impurity concentration; a second semiconductor layer of a first conductivity type with a low impurity concentration formed on the first semiconductor layer; a third semiconductor layer of a second conductivity type formed in a part of the third semiconductor layer; a fourth semiconductor layer of a high impurity concentration of a first conductivity type formed in a part of the third semiconductor layer; A semiconductor device comprising: a groove extending through the semiconductor layer to the second semiconductor layer; and a semiconductor layer of a second conductivity type with high impurity concentration formed around the groove.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014875A JPH03220727A (en) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | semiconductor equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014875A JPH03220727A (en) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | semiconductor equipment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03220727A true JPH03220727A (en) | 1991-09-27 |
Family
ID=11873190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014875A Pending JPH03220727A (en) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | semiconductor equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03220727A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005088728A1 (en) * | 2004-03-11 | 2005-09-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Pn diode based on silicon carbide and method for the production thereof |
| JP2015062227A (en) * | 2013-09-23 | 2015-04-02 | フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド | Laminated protective device and manufacturing method thereof |
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| JPS5580352A (en) * | 1978-12-12 | 1980-06-17 | Fuji Electric Co Ltd | Transistor with high breakdown voltage |
| JPS6038889A (en) * | 1983-08-12 | 1985-02-28 | Hitachi Ltd | Semiconductor device and manufacture thereof |
-
1990
- 1990-01-26 JP JP2014875A patent/JPH03220727A/en active Pending
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