JPH05136437A - 半導体接合容量素子 - Google Patents

半導体接合容量素子

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JPH05136437A
JPH05136437A JP3325227A JP32522791A JPH05136437A JP H05136437 A JPH05136437 A JP H05136437A JP 3325227 A JP3325227 A JP 3325227A JP 32522791 A JP32522791 A JP 32522791A JP H05136437 A JPH05136437 A JP H05136437A
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junction
semiconductor
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capacitance element
lateral
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健 笠原
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10D1/00Resistors, capacitors or inductors
    • H10D1/60Capacitors
    • H10D1/62Capacitors having potential barriers
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 静電破壊防止機能を備える半導体接合容量素
子を提供するにある。 【構成】 可変容量素子となる主要なPN接合が第1導
電型のエピタキシャル層3に形成され、該エピタキシャ
ル層に該PN接合から延在し該エピタキシャル層の主表
面に露呈する横方向のPN接合から離間した位置に第1
導電型の拡散層10が形成され、該拡散層によって主要
なPN接合の逆耐圧電圧に対し、横方向のPN接合の逆
耐圧電圧をより低く設定したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、静電破壊に強い可変容
量ダイオード等の半導体接合容量素子に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】一般的に、半導体装置の静電破壊を防止
する方法として、コンデンサと抵抗との時定数によっ
て、静電気によるサージ電圧の波形を滑らかにして内部
回路に異常に高い電圧が印加されないようにする方法
と、保護用ダイオードを使用する方法、或いは放電管に
よる方法とがある。通常、静電破壊防止には、プリント
基板や半導体装置に容易に組み込むことができることか
らダイオードが広く用いられている。図3は、従来の静
電破壊防止用のダイオードによる半導体装置の一例を示
す断面図である。図に於いて、1は、N++(より低比抵
抗)導電型の半導体基板2にN- (高比抵抗)導電型の
エピタキシャル層3が形成された半導体基体である。エ
ピタキシャル層3には、N+ (低比抵抗)導電型の拡散
層5,7が形成され、更に、N+ 導電型の拡散層5,7
を覆ってP導電型の拡散層6,8が形成されることによ
って、夫々可変容量ダイオードと静電破壊防止用のダイ
オードとなるPN接合J1, J2 が形成される。拡散層
6,8の主表面には、導電膜9が被着される。4は二酸
化シリコン膜である。N+ 導電型の拡散層7とP導電型
の拡散層8によるPN接合 J2 は、PN接合J1 の逆耐
電圧より、小さな値に設定される。この導電膜9にサー
ジ電圧等が印加された場合、静電破壊防止用の保護用ダ
イオード J2 を介して放電させる為にPN接合J1 が静
電破壊から保護される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体接合容量
素子においては、静電破壊防止の為にコンデンサや保護
用のダイオードを半導体接合容量素子に並列に形成した
場合に、その保護用ダイオードの接合容量が主な半導体
接合容量素子の容量に加算され、接合容量が変化する為
に、静電破壊防止を目的としてコンデンサやダイオード
を使用することができない欠点がある。因みに、UHF
用の可変容量ダイオードでは、その容量が数pFであ
り、このダイオードに保護用ダイオードを並列に接続し
た場合、保護用ダイオードの接合容量を無視することが
できない為に、静電破壊防止用としてダイオードは使用
することができない。このような用途では、静電破壊防
止の為の他の方法として、プリント基板に放電管を取り
付けることによって、内部回路をサージ電圧から保護す
る方法が取られる。しかし、放電管は、高価であると共
に形状が大きくなる欠点があり、又、その寿命等を考え
併せると携帯用の通信機等には好ましくない。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体接合容量
素子は、可変容量素子となる主要な接合が第1導電型の
エピタキシャル層に形成され、該接合の横方向の接合の
ブレークダウン電圧を設定すべく、該横方向の接合から
離間した位置に第1導電型の拡散層が形成されることに
よって、該横方向の接合の逆耐圧電圧を、前記主要な接
合の逆耐圧電圧より低く設定したものである。
【0005】
【作用】本発明の半導体接合容量素子は、そのPN接合
の垂直方向の逆耐圧電圧に対して横方向のPN接合の逆
耐圧電圧を小さくすることにより、主要なPN接合が静
電気によるサージ電圧によって破壊されるのを防止する
ものである。
【0006】
【実施例】図1は、本発明の半導体接合容量素子の一実
施例を示す断面図である。図1に於いて、1は、N++
電型の半導体基板2にN- 導電型のエピタキシャル層3
が形成された半導体基体である。エピタキシャル層3に
は、N+ 導電型の拡散層5とポット状のN++導電型の拡
散層10が形成される。更に、N+ 導電型の拡散層5を
覆うようにP導電型の拡散層6が形成され、主要なPN
接合J1 が形成される。拡散層6とエピタキシャル層3
とによって横方向に接合J0 が形成され、その接合J0
がエピタキシャル層3の主表面に露呈するPN接合 J0
を覆って二酸化シリコン膜12が被着され、拡散層6の
主表面には、導電膜9が被着される。PN接合 J0 から
所定の間隔W0 で拡散層10が形成される。このポット
状の拡散層10は、その拡散層が形成される位置、及び
その拡散層の不純物濃度がイオン注入法によって精度良
く形成される。
【0007】次に、この半導体接合容量素子にサージ電
圧が印加された場合について説明する。PN接合のJ0,
1 に異常電圧が印加されると、横方向のPN接合 J0
から延びる空乏層は、主要なPN接合J1 の空乏層が半
導体基板2に到達する以前に、拡散層10に接触してブ
レークダウンを生じる。PN接合 J0 のブレークダウン
電圧は、PN接合J1 のブレークダウン電圧より、小さ
い値に設定されている為に、導電膜9に静電気によるサ
ージ電圧等が印加されたとしても、比較的低い電圧でP
N接合 J0 がブレークダウンを生じる為に、主要なPN
接合J1 が静電破壊から保護される。
【0008】更に、静電破壊防止用の半導体接合容量素
子について説明する。半導体素子の静電破壊に影響を与
える一因としては、そのPN接合のブレークダウン電圧
の大小と関係している。ブレークダウン電圧とは、電界
強度の値がある臨界値ECに達すると電子なだれ効果に
よって降伏現象が発生し、急激にPN接合に流れる電流
が増加する電圧である。PN接合のブレークダウン電圧
と臨界値ECは、室温に於いて次式のような関係にある
ことが知られている。 EC = VBR / W0 ≒ 30(V/μm)…………………(1) (但し、VBRは、ブレークダウン電圧、W0 は空乏層の
幅である。)尚、(1) 式は、理論的に求められた値であ
るので、実際の半導体素子では、臨界値ECに、定数K
を乗じた値となる。通常、定数Kは、半導体基板の材質
やマスク形状にもよるが0.15程度の値となる。又、
ブレークダウン電圧VBRと静電破壊強度ES は、反比例
の関係にあり、PN接合のブレークダウン電圧VBRが大
きいほど、静電破壊強度ES は弱まることになる。
【0009】半導体接合容量素子では、要求される特性
を得ようとすると、静電破壊強度ES が極端に小さくな
るものがあり、このような場合、主なPN接合の周囲
に、図1に示すようにエピタキシャル層3に拡散層10
を所定の距離W0 を隔てた位置にポット状に形成するこ
とによって、PN接合J0 から横方向に延びる空乏層の
広がりを抑制してブレークダウンさせることによって、
静電破壊に強い半導体接合容量素子としている。UHF
用の可変容量ダイオードでは、接合容量が数pFとな
り、そのブレークダウン電圧は約110ボルトにも達
し、静電破壊強度ES が低下する。この半導体接合容量
素子の拡散層10の横方向のPN接合J0 からの距離W
0 を15μmに設定したとすると、PN接合J0 のブレ
ークダウン電圧は、この値を(1) 式に代入すると、次の
ように求めることができる。 VBR=W0 ×30×K=15×30×0.15=68(V)…………(2)
【0010】従って、主要なPN接合J1 のブレークダ
ウン電圧V1 が約110ボルトであったとしても、横方
向のPN接合J0 のブレークダウン電圧V0 は、68ボ
ルトとなる。この素子にサージ電圧等の異常電圧が印加
されたとしても、横方向のPN接合J0 が先にブレーク
ダウンをして、主要なPN接合J1 に異常電圧が印加さ
れることがなく、従って、PN接合J1 は静電破壊から
保護される。無論、ブレークダウン電圧V1,0 の関係
は、V1 >V0 の関係であれば、主要なPN接合J1
静電破壊から保護することができる。従って、主なPN
接合J1 のブレークダウン電圧V1 が約110ボルトで
あるとするならば、横方向のPN接合J0 のブレークダ
ウン電圧V0 は、約80ボルトに設定したとしても充分
に静電破壊防止機能を果たし得ることになる。
【0011】図2は、本発明の半導体接合容量素子に関
する他の実施例である。図2の実施例は、図1の実施例
と、拡散層10’が半導体基板2に達している点におい
て異なるが、他の形状は同一であるので、その構成の説
明は省略する。この実施例に於いても、横方向のPN接
合J0 の逆耐圧が主要なPN接合J1 の逆耐圧電圧より
低く設定されており、横方向のPN接合J0 がPN接合
1 より、先にブレークダウンが生じる為に、静電気に
よるサージ電圧に対して極めて強い半導体接合容量素子
を形成できる。
【0012】
【発明の効果】本発明の半導体接合容量素子は、エピタ
キシャル層にその導電型と同じ導電型であって、比較的
高濃度に拡散された拡散層を形成することによって、主
要部のPN接合のブレークダウン電圧より横方向のPN
接合のブレークダウン電圧を低く設定して、主要なPN
接合に異常に高い電圧が印加されないようになされたも
のであり、静電破壊防止用のダイオードを用いることな
く、極めて簡単な構造によって静電破壊保護用の半導体
接合容量素子が形成できる。又、本発明の半導体接合容
量素子は、静電破壊に強い素子であると共に、小型に形
成することが可能であり、携帯用通信機等の可変同調容
量素子として極めて有効である。更に、本発明の半導体
接合容量素子は、通常の拡散工程で形成することができ
るので、半導体装置に容易に組み込むことができる。従
って、安価な静電破壊防止用の半導体接合容量素子が提
供できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体接合容量素子の一実施例を示す
断面図である。
【図2】本発明の半導体接合容量素子の他の実施例を示
す断面図である。
【図3】従来の半導体接合容量素子の一例を示す断面図
である。
【符号の説明】
1 半導体基体 2 半導体基板 3 エピタキシャル層 4 二酸化シリコン膜 5 N+ 導電形の拡散層 6 P導電形の拡散層 10,10' ++導電形の拡散層 11 導電膜 12 二酸化シリコン膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可変容量素子となる主要な接合が第1導
    電型のエピタキシャル層に形成され、該接合から延在し
    該エピタキシャル層の主表面に露呈する横方向の接合か
    ら離間して第1導電型の拡散層が形成され、該拡散層に
    よって前記主要な接合の逆耐圧電圧に対し、前記横方向
    の接合の逆耐圧電圧を低く設定することを特徴とする半
    導体接合容量素子。
  2. 【請求項2】 前記横方向の接合から離間した位置に形
    成された第1導電型の拡散層がエピタキシャル層を通過
    して半導体基板に到達することを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の半導体接合容量素子。
  3. 【請求項3】 前記半導体接合容量素子に於いて、前記
    横方向の接合から該拡散層までの距離を15μm以下に
    設定したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    可変容量ダイオード。
  4. 【請求項4】 前記半導体接合容量素子に於いて、前記
    横方向の接合の逆耐圧電圧を80ボルト以下に設定した
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体接
    合容量素子。
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