JP2000164894A - 半導体構成素子並びに該半導体構成素子の製造方法 - Google Patents

半導体構成素子並びに該半導体構成素子の製造方法

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JP2000164894A JP11330033A JP33003399A JP2000164894A JP 2000164894 A JP2000164894 A JP 2000164894A JP 11330033 A JP11330033 A JP 11330033A JP 33003399 A JP33003399 A JP 33003399A JP 2000164894 A JP2000164894 A JP 2000164894A
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イーゲル ギュンター
Joachim Krumrey
クルムライ ヨアヒム
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 より向上された電気特性と、特に僅かな順電
圧と、必要に応じて低減された温度係数を有する、ツェ
ナーダイオードを有する半導体構成素子を提供するこ
と。 【解決手段】 第2のドーピングタイプの領域は、高濃
度ドーピング領域であり、該高濃度ドーピング領域は、
pnツェナー接合部の形成のために、基板とエピタキシ
ャル層の間の境界面近傍において基板まで延在してお
り、ショットキー金属層は拡散された領域を少なくとも
部分的に覆っているように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも1つの
高濃度ドーピングされたダイオード、例えばツェナーダ
イオードまたはトンネルダイオードを有し、さらに少な
くとも1つの並列に接続されたショットキーダイオード
を有している半導体構成素子であって、第1のドーピン
グタイプで高濃度ドーピングされた基板上に同じドーピ
ングタイプで低濃度ドーピングされたエピタキシャル層
を有しており、前記エピタキシャル層には第2のドーピ
ングタイプの領域が拡散されており、前記エピタキシャ
ル層の基板から離れた側には、当該エピタキシャル層と
ショットキー金属層との間にショットキー接合部が形成
されている半導体構成素子に関しており、さらに本発明
はそのような半導体構成素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】通常の構造形式のツェナーダイオード
は、通流方向での比較的高い電圧降下のために、出力損
失も相応に大きい。いわゆる逆並列pn接合部によって
実現されるダブルツェナーダイオードの場合には、1つ
のダイオードのツェナー電圧に対して他方のダイオード
の順方向電圧が加算される。この順方向電圧は、線路抵
抗に基づいて比較的高いプロセス変動の影響を受け、そ
れに応じた製品のばらつきも生じ得る。
【0003】特許出願文献 JP 8-107 222 A 明細書から
は、ツェナーダイオードを有する次のような半導体構成
素子が公知である。すなわち第1のドーピングタイプで
高濃度ドーピング(N+)された基板上に同じドーピン
グタイプで低濃度ドーピング(N−)されたエピタキシ
ャル層を有し、このエピタキシャル層内へ第2のドーピ
ングタイプ(P)の領域が拡散され、エピタキシャル層
における基板とは反対の側にショットキー接合部がエピ
タキシャル層とショットキー金属層の間に形成されてい
る半導体構成素子が公知である。
【0004】しかしながらこの半導体構成素子の層構造
は比較的複雑であり、それに応じて必要な拡散過程やリ
ソグラフィステップも多くなり、このことは構成素子の
製造コストを高める。
【0005】とりわけショットキー接合部とツェナー接
合部に対して2つの金属化が必要であり、その他にもこ
のショットキー接合部を囲繞する保護リングは別個のス
テップで形成されなければならない。
【0006】エピタキシャル層内部のツェナー接合部の
位置と基板に接触する外部端子の1つによって、ダイオ
ード電流は比較的低い導電性のエピタキシャル層を介し
て通流し、そのため差異のある、より高いツェナー抵抗
が存在する。
【0007】特許出願文献 JP 62-165 978 A 明細書か
らは、次のような半導体構成素子が公知である。すなわ
ち基板上に拡散された領域を有しその中にショットキー
接合部を有している半導体構成素子が公知である。相反
する導電タイプと2重の拡散領域は、ショットキー電極
の周囲にあり、オーム電極は外部領域に存在する。ツェ
ナーダイオードは、2重の拡散領域によって形成されて
いる。この構造を用いて一方ではショットキーダイオー
ドが形成され、これは非常に短いスイッチング時間を有
し、他方では並列に接続されたツェナーダイオードが形
成されている。このツェナー電圧は、阻止方向の過電圧
に対して敏感なショットキーダイオードが電圧ピーク前
に保護されるように選定されている。
【0008】二重拡散された領域によって形成されるツ
ェナー接合部は当該装置の上側に対してほぼ直角に延在
している。それにより2つの領域に対する拡散濃度は表
面から内部方向に向けて均等に低減している。この濃度
の低下によって、ツェナー接合部に対しては非常に狭幅
な表面近傍領域だけしか有効でなく、それによってツェ
ナーダイオードの電流負荷に対する耐性も極僅かなもの
になってしまう。
【0009】また非対称的な配置構成によって、2つの
フォトリソグラフィステップが必要となり、このためコ
ストも高くなる。その他にも2つの端子が相互に隣接し
て配置されるため、半導体配置構成における有効な面利
用率も低い。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、より
向上された電気特性と、特に僅かな順電圧と、必要に応
じて低減された温度係数を有する、ツェナーダイオード
を有する半導体構成素子を提供することである。またそ
の他に、このような半導体構成素子の低コストな製造方
法を実現することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記課題は本発明によ
り、第2のドーピングタイプの領域は、高濃度ドーピン
グ領域であり、該高濃度ドーピング領域は、pnツェナ
ー接合部の形成のために、基板とエピタキシャル層の間
の境界面近傍において基板まで延在しており、ショット
キー金属層は拡散された領域を少なくとも部分的に覆っ
ているように構成されて解決される。
【0012】
【発明の実施の形態】ショットキー接合部によってツェ
ナーダイオードにはショットキーダイオードが並列に接
続される。これはツェナーダイオードの順方向において
電流通流を果たし、そこにおいては比較的僅かな電圧降
下とそれに応じた僅かな損失電力しか生じない。この半
導体構成素子のもとでは、非常に簡単な構造にも係わら
ず特に良好な電気特性が得られる。これは、特に電流耐
性と直通抵抗に関する。なぜなら一方では所要の電流耐
性がツェナー接合部に問題なくマッチングしており、そ
の他にも電流経過において抵抗の高まった層が存在しな
いからである。このことは少ない損失出力に寄与する。
【0013】本発明によるそのような半導体構成素子の
製造方法においては、第1のドーピングタイプで高濃度
ドーピングされた基板上に同じドーピングタイプで低濃
度ドーピングされたエピタキシャル層を被着し、続いて
該エピタキシャル層内へ、第2のドーピングタイプの高
濃度ドーピング領域を拡散させ、該高濃度ドーピング領
域は基板とエピタキシャル層の間の境界面の近傍におい
て基板層まで延在しており、前記エピタキシャル層の基
板とは離れた側に、拡散された領域の範囲を少なくとも
部分的に覆うショットキー金属層を、エピタキシャル層
とショットキー金属層の間のショットキー接合部形成の
ために、被着される。
【0014】この方法は、僅かなリソグラフィステップ
と拡散過程のみで実施可能である。特に唯1つの金属化
だけしか必要がなく、エピタキシャル層への高濃度ドー
ピング領域の拡散の際には、pn接合部の形成のために
同時にショットキー接合部に対する保護リングが形成さ
れる。そのためそれに対して別個の方法ステップが必要
となることはない。総体的にこの本発明による方法での
製造コストは、このような半導体構成素子の従来方式で
の製造方法に比べて約半減できるものである。
【0015】請求項2に記載の別の実施形態によれば、
第1のドーピングタイプの高濃度ドーピングされた基板
内に、pnツェナー接合部の形成のために第2のドーピ
ングタイプで高濃度ドーピングされた層が領域状に設け
られており、基板内の前記高濃度ドーピングされた層か
らエピタキシャル層内へ第2のドーピングタイプで低濃
度ドーピングされた領域がエピタキシャル層の表面まで
延在しており、ショットキー金属層は、低濃度ドーピン
グされ拡散されている領域を、当該低濃度ドーピング領
域とショットキー金属層の間のさらなるショットキー接
合部の形成と、ショットキー金属層とエピタキシャル層
の間のショットキー接合部の形成のために、少なくとも
部分的に覆われる。
【0016】この実施形態では、逆に極性付けられたツ
ェナーダイオードとショットキーダイオードの直列接続
によって、ツェナーダイオードが正の温度係数を有して
いる場合、温度係数の低いツェナーダイオードが形成さ
れる。これは約5.6Vの場合のものである。その他に
ツェナーダイオードのの順方向において極性付けられ、
ツェナーダイオードと第1のショットキーダイオードか
らなる直列回路に対して並列に接続されたショットキー
ダイオードによって、低い順電圧が達成される。
【0017】本発明の別の構成例によれば、請求項1ま
たは2による層構造が共通の基板上に相互に隣接して配
置される。請求項1の特徴との組合わせにおいては、次
にような逆並列に接続された配置構成が得られる。この
場合2つの逆並列に接続された分岐は、それぞれ1つの
ツェナーダイオードと、並列に接続されたショットキー
ダイオードを有する。
【0018】請求項2に記載の特徴部分との組合わせに
おいては、それぞれ逆方向に直列回路内に配設されたツ
ェナーダイオードとショットキーダイオード、並びにこ
の直列回路に並列に接続されツェナーダイオードと同じ
極性付けをされたさらなるショットキーダイオードを有
する、逆並列に接続された装置が得られる。
【0019】逆並列に接続された複数のダイオードグル
ープを有する2つの配置構成においては、比較的低い温
度係数の他にも所定のツェナー電圧範囲において過電圧
の際の保護機能が得られる。この逆並列な配置構成によ
れば、過電圧の他にも種々の極性が導出される。
【0020】本発明による半導体構成素子の製造方法の
別の有利な実施例は、従属請求項5および6に記載され
る。
【0021】
【実施例】次に本発明を図面に基づき以下に詳細に説明
する。
【0022】図にはそれぞれ半導体構成素子1,1a〜
1dの外部端子に符号AとBが付されている。図1に示
されている半導体構成素子1は、図2に同じ回路に基づ
いて示されているように、ツェナーダイオード2とショ
ットキーダイオード3からなる並列回路を形成してい
る。図1に示されている構成素子は、第1のドーピング
タイプで高濃度ドーピングされた基板4を有している。
この基板には同じドーピングタイプで低濃度ドーピング
されたエピタキシャル層5が被着されている。このエピ
タキシャル層5内には第2のドーピングタイプで高濃度
ドーピングされた環状の領域6が拡散されている。この
場合この拡散領域6は、少なくとも基板4とエピタキシ
ャル層5の間の境界面7まで延在している。それによ
り、これらの異なるドーピングタイプで高濃度ドーピン
グされた2つの領域間ではツェナーpn接合部8とそれ
に伴う図2によるツェナーダイオード2が形成される。
エピタキシャル層5の上には開口部10を備えた絶縁層
9が存在する。この開口部10は、ショットキー金属層
11によって覆われ、この金属層側では少なくとも部分
的に前記拡散領域6とコンタクトしている。高濃度ドー
ピング領域6とショットキー金属層11の間には、オー
ム接合部12が形成される。
【0023】ショットキー金属層11は環状の領域6と
のコンタクトの他にもこの環状領域間にあるエピタキシ
ャル層5と面状にコンタクトしており、これらの2つの
層の間では面状のショットキー接合部13が形成され、
それに伴って図2に示されているショットキーダイオー
ド3が形成される。
【0024】このショットキーダイオード3とツェナー
ダイオード2との並列接続によって、実質的に、比較的
僅かな順電圧を備えたツェナーダイオードが形成され
る。それに応じて順方向では、簡素なツェナーダイオー
ドに対して実質的に半減された損失出力しか伴わない。
【0025】図4に示している回路では、図2による配
置構成に対して付加的に1つのショットキーダイオード
14が逆並列の形態でツェナーダイオード2に対して直
列に接続されている。
【0026】この回路装置を用いることにより、低減さ
れた順電圧の他にもさらに比較的低い温度係数が所定の
ツェナー電圧範囲において達成される。このことは特に
有利には、約5Vのツェナー電圧から顕著となる。
【0027】図3には、図4に示されているダイオード
回路装置に相応する半導体構成素子1aの構造が断面図
で示されている。そのような半導体構成素子1aの製造
に対しては、第1のドーピングタイプで高濃度ドーピン
グされた基板4の上に、特に第2のドーピングタイプで
高濃度ドーピングされた環状の層15がツェナーpn接
合部16形成のために領域状に設けられている。
【0028】第1のドーピングタイプで低濃度ドーピン
グされたエピタキシャル層5の被着に対して、第2のド
ーピングタイプでの高濃度ドーピング層15からは自動
ドーピングにより低濃度ドーピング領域17が形成され
る。これはエピタキシャル層5の表面まで延在する。
【0029】この実施例においても、エピタキシャル層
5が開口部10を備えた絶縁層9によって領域状に覆わ
れ、この開口部10はショットキー金属層11によって
覆われる。第2のドーピングタイプの低濃度ドーピング
領域17は、このショットキー金属層11とコンタクト
し、図4のショットキーダイオード14に相応するショ
ットキー接合部18を形成している。
【0030】逆並列に接続されたツェナーダイオード2
とショットキーダイオード14からなる直列回路に対し
て並列に、ツェナーpn接合部16とショットキー接合
部18に相応するショットキーダイオード3(図4)が
接続されている。図3ではショットキー金属層11と、
環状領域17間にあるエピタキシャル層5との間にショ
ットキー接合部13が存在している。
【0031】図1による装置も図3による装置も基板上
で多重に隣接して形成してもよい。図1による2つの装
置では、相互に隣接してそれぞれツェナーダイオード2
とショットキーダイオード3からなる並列回路をそれぞ
れ備えた2つのダイオードグループが生じる。この場合
これらの2つの装置は、相互に逆並列に接続されてもよ
い。その際には2つのグループ間の接合箇所が基板に4
に相応し得る。
【0032】図5には図3に示されている装置が相隣接
して2つ設けられている実施例を示したものである。そ
れに対応する回路は図6に示されている。図1もしくは
図3による装置の複数並んだものでは、個々のダイオー
ドグループ(ツェナーダイオード2およびショットキー
ダイオード3ないしツェナーダイオード2および2つの
ショットキーダイオード3,14)が別個の半導体シス
テムとして1つの回路の内部に設けられている。この場
合注意しなければならないことは、個々のシステム間の
電気的接続が共通の基板によって相応に存在しているこ
とである。これらのシステムの相互に隣接した直接的な
配置構成によりこれらのシステムが実際には製造偏差を
有さず、それによって十分に等しいパラメータないしは
良好な同じ電気特性を有する。
【0033】図6に示されているように2つのシステム
が使用されている場合(この場合外部端子AとBのみが
使用されている)には、次のようなツェナーダイオード
装置が形成される。すなわち、一方ではツェナーダイオ
ード2,2aに直列に接続されたショットキーダイオー
ド14,14aによって所定のツェナー電圧範囲におい
て比較的低い温度係数を有し、他方では当該装置のもと
でショットキーダイオード3,3aによって過電圧保護
機能が外部端子A,Bのもとに生じる電圧の極性に依存
せずに存在するようなツェナーダイオード装置が形成さ
れる。
【0034】図1による装置が2つ相互に隣接して設け
られる場合には、既に前述したように、個々のシステム
自体は1つの回路内に設けられ、別の側では、それぞれ
ツェナーダイオード2とショットキーダイオード3から
なる2つのグループの逆並列な回路と、ツェナーダイオ
ードシステムの保護機能が生じる。なぜなら種々異なる
極性の過電圧が導出されるからである。
【0035】図7および図8は図2およびず6による回
路のさらなる相応の半導体構成素子を示しており、この
場合は図1および図5からは異なっており、高濃度ドー
ピングされた基板層4に、エピタキシャル層5とは反対
の側にp形ドーピングされた半導体材料からなる支持層
19が設けられている。
【0036】基板4aは、この場合比較的薄く形成され
ている。なぜならこの配置構成のもとでは支持層19が
機械的な安定化を担っているからである。有利にはこの
配置構成は良好な積分手段のためにも集積回路内へ設け
られる。なぜならこの場合基本的にp形支持層のもとで
利用されるからである。外部端子A,Bは支持層19と
は反対の構成素子側1c、1dに配設される。高濃度ド
ーピング(n++)された基板層4aの電流通流に有効
な範囲は、比較的狭幅なので、これは相応に薄く形成さ
れてもよいし、例えば約1μmの厚さを有していてもよ
い。それに対して機械的な安定化に用いられる支持層1
9の層厚さは100μmかそれ以上であってもよい。
【0037】非常に薄い基板層4aによれば、ツェナー
ダイオードを形成するpn接合部(8,16)のもとで
トンネルダイオード効果を生じさせ、1つまたは複数の
トンネルダイオードが形成されるくらいに高くドーピン
グさせる手段も成り立つ。このトンネルダイオードを有
する半導体構成素子は、高周波技法で用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】1つのツェナーダイオードに並列に接続された
ショットキーダイオードを有するダイオード配置構成の
断面図である。
【図2】図1に類似したダイオード回路を示した図であ
る。
【図3】ツェナーダイオードに逆並列に接続されたショ
ットキーダイオード、並びにこの直列回路に並列に配置
されたショットキーダイオードを有するダイオード配置
構成の断面図である。
【図4】図3に類似したダイオード回路を示した図であ
る。
【図5】図3によるダイオード構成が隣接して2つ配置
されている実施例の断面図である。
【図6】図5による実施形態に類似した回路構成を示し
た図である。
【図7】図1に相応するダイオード配置構成の断面図で
ある。但しこの場合付加的な支持層と隣接的に配設され
た外部端子を有している。
【図8】図5にほぼ相応するダイオード構成の断面図で
ある。但しここでは付加的な支持層を有している。
【符号の説明】
1 半導体構成素子 2 ツェナーダイオード 3 ショットキーダイオード 4 基板 5 エピタキシャル層 6 拡散領域 7 境界面 8 ツェナーpn接合部 9 絶縁層 10 開口部 11 ショットキー金属層 14 逆並列ショットキーダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨアヒム クルムライ ドイツ連邦共和国 ミュンヘン アム リ リエンベルク 4

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つの高濃度ドーピングされ
    たダイオード、例えばツェナーダイオードまたはトンネ
    ルダイオードを有し、さらに少なくとも1つの並列に接
    続されたショットキーダイオードを有している半導体構
    成素子であって、 第1のドーピングタイプで高濃度ドーピングされた基板
    (4)上に同じドーピングタイプで低濃度ドーピングさ
    れたエピタキシャル層(5)を有しており、 前記エピタキシャル層には第2のドーピングタイプの領
    域(6)が拡散されており、 前記エピタキシャル層(5)の基板から離れた側には、
    当該エピタキシャル層(5)とショットキー金属層との
    間にショットキー接合部(13)が形成されている形式
    のものにおいて、 前記第2のドーピングタイプの領域(6)は、高濃度ド
    ーピング領域であり、該高濃度ドーピング領域は、pn
    ツェナー接合部(8)の形成のために、基板(4)とエ
    ピタキシャル層(5)の間の境界面近傍において基板
    (4)まで延在しており、ショットキー金属層は拡散さ
    れた領域を少なくとも部分的に覆っていることを特徴と
    する半導体構成素子。
  2. 【請求項2】 少なくとも1つのツェナーダイオード
    と、それに対して並列に接続された少なくとも1つのシ
    ョットキーダイオードを有している半導体構成素子であ
    って、 第1のドーピングタイプで高濃度ドーピングされた基板
    (4)上に同じドーピングタイプで低濃度ドーピングさ
    れたエピタキシャル層(5)を有しており、 前記エピタキシャル層内には第2のドーピングタイプの
    領域(6)が拡散されており、 前記エピタキシャル層(5)の基板から離れた側には、
    当該エピタキシャル層(5)とショットキー金属層との
    間にショットキー接合部(13)が形成されている形式
    のものにおいて、 第1のドーピングタイプの高濃度ドーピングされた基板
    (4)内に、pnツェナー接合部(16)の形成のため
    に第2のドーピングタイプで高濃度ドーピングされた層
    (15)が領域状に設けられており、 基板(4)内の前記高濃度ドーピングされた層(15)
    からエピタキシャル層(5)内へ第2のドーピングタイ
    プで低濃度ドーピングされた領域(17)がエピタキシ
    ャル層(5)の表面まで延在しており、 ショットキー金属層は、低濃度ドーピングされ拡散され
    ている領域(17)を、当該低濃度ドーピング領域(1
    7)とショットキー金属層(11)の間のさらなるショ
    ットキー接合部(18)の形成と、ショットキー金属層
    とエピタキシャル層(5)の間のショットキー接合部
    (18)の形成のために、少なくとも部分的に覆ってい
    ることを特徴とする半導体構成素子。
  3. 【請求項3】 前記請求項1または2による層構造が共
    通の基板(4)上に相互に隣接して配設されている、請
    求項1または2記載の半導体構成素子。
  4. 【請求項4】 前記エピタキシャル層(5)から離れた
    側の高濃度ドーピングされた基板(4a)に、p形ドー
    ピングされた半導体材料からなる支持層(19)が設け
    られており、さらに外部端子(A,B)が当該構成素子
    の前記支持層(19)から離れた側に配設されている、
    請求項1〜3いずれか1項記載の半導体構成素子。
  5. 【請求項5】 前記高濃度ドーピングされた基板層(4
    a)は、約1μmの範囲の厚さを有し、前記支持層(1
    9)は、約100μmもしくはそれ以上の範囲の厚さを
    有している、請求項4記載の半導体構成素子。
  6. 【請求項6】 前記薄い基板層(4a)のドーピング
    は、当該基板層(4a)と別のドーピングタイプの当接
    する高濃度ドーピング層との間のトンネルダイオード効
    果に対して選定されている、請求項4または5記載の半
    導体構成素子。
  7. 【請求項7】 第1のドーピングタイプで高濃度ドーピ
    ングされた基板(4)上に同じドーピングタイプで低濃
    度ドーピングされたエピタキシャル層(5)を被着し、 続いて前記エピタキシャル層(5)内へ、第2のドーピ
    ングタイプの高濃度ドーピング領域(6)を拡散させ、
    該高濃度ドーピング領域(6)は、基板(4)とエピタ
    キシャル層(5)の間の境界面(7)近傍にてpnツェ
    ナー接合部(8)形成のために基板層まで延在してお
    り、 前記エピタキシャル層(5)の基板から離れた側に、拡
    散された領域範囲を少なくとも部分的に覆うショットキ
    ー金属層(11)を被着させ、エピタキシャル層(5)
    とショットキー金属層の間にショットキー接合部(1
    3)を形成することを特徴とする請求項1に記載の半導
    体構成素子の製造方法。
  8. 【請求項8】 第1のドーピングタイプで高濃度ドーピ
    ングされた基板(4)内に、第2のドーピングタイプで
    高濃度ドーピングされた層(15)を領域状に設けてp
    nツェナー接合部(16)を形成し、 引続き第1のドーピングタイプで低濃度ドーピングされ
    たエピタキシャル層(5)の基板(4)への被着のもと
    で、基板内に設けられた第2のドーピングタイプで高濃
    度ドーピングされた層(15)からエピタキシャル層
    (5)内部への自動ドーピングによって、第2のドーピ
    ングタイプで低濃度ドーピングされた領域(17)を形
    成し、該低濃度ドーピング領域(17)はエピタキシャ
    ル層の表面まで延在しており、エピタキシャル層(5)
    の基板から離れた側に、低濃度ドーピングされた拡散領
    域(17)を少なくとも部分的に覆うショットキー金属
    層(11)を被着し、前記低濃度ドーピング領域(1
    7)とショットキー金属層(11)の間にショットキー
    接合部(18)を形成し、ショットキー金属層とエピタ
    キシャル層(5)の間にさらなるショットキー接合部
    (13)を形成することを特徴とする、請求項2に記載
    の半導体構成素子の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記請求項7または8による層構造を共
    通の基板(4)上に相互に隣接するように形成する、請
    求項7または8記載の方法。
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