JPH03195054A - 定電圧ダイオード半導体装置 - 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、複数のダイオードが直列に積層形成された積
層構造をもつ定電圧ダイオード半導体装置に関し、特に
、順方向１−Ｖ特性を利用して定電圧ダイオードとして
用いる場合に、順方向Ｉ−■特性の急峻な立ち上がり領
域の電圧（順方向電圧降下）を微細な電圧間隔で設定で
きるダイオード半導体装置に関するものである。

〔従来の技術〕

定電圧ダイオードとしては、逆方向の降伏現象を利用し
たツェナーダイオードが知られているが、急峻な順方向
立ち上がり特性を利用した低電圧頭載用の定電圧ダイオ
ードがあり、この順方向特性を利用した定電圧ダイオー
ドのツェナー電圧を変更するために複数のダイオードを
直列に積層した積層構造の半導体装置がある。

この種の積層構造型のｐｎ接合型定電圧ダイオード半導
体装置は、第３図に示すように、ｐｎ接合を備えたＰＮ
ダイオード構造部２ａ、２ｂ・・・をはんだ付けにより
同方向に直列接続したものである。ここに、それぞれの
ＰＮダイオード構造部２ａ、２ｂ・・・の順方向電圧降
下ｖＦは０゜７５（Ｖ）であって、定電圧ダイオード半
導体装置全体としては、ツェナー電圧ｖ２が０．７５Ｘ
ｎ（Ｖ）（ｎは積層されたダイオードの数）となる。従
って、第２図（ａ）に示された定電圧ダイオード半導体
装置では、ツェナー電圧■２が０゜７５Ｘ４＝３　（Ｖ
）となっている。なお、２１ａはｎ°型の半導体基板、
２２３はｎ型のエピタキシャル層、２３ａはＰ型の拡散
層、４は！よんだ層、１０は保護膜、４Ｉと４２は電極
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来、積層構造の定電圧ダイオード半導体装置のツェナ
ー電圧■２は、積層構造の各構成要素たるＰＮダイオー
ド構造部２ａ、２ｂ・・・の順方向電圧降下ｖ、を最小
単位として、その整数倍の値を採ることができるが、例
えば、シリコンｐｎ接合ダイオードでは、Ｔ−Ｖ特性の
順方向の急峻な立ち上がり領域は一定電圧以上に限定さ
れているため、順方向電圧降下Ｖ、を０．７５　（Ｖ）
よりも大きく下げることはできない。従って、以下の第
１表に示すように、積層構造型ダイオード半導体装置の
ツェナー電圧■２の値は、下限を有する順方向電圧降下
Ｖ、の間隔をもって離散的な数値でのみ設定できるに止
まり、これ以下の間隔でツェナー電圧を設定することは
不可能であった。

第　　　　１　　　　表 ここで、個々のＰＮダイオード構造部２ａ。

２ｂ・・・のチップ寸法の変更、金の拡散、電子線照射
、半導体基板の比抵抗の変更、或いは高抵抗層の形成や
厚さの変更等により、順方向電圧降下ｖ、を多少修正す
ることができるが、いずれも、制御性、再現性、均一性
、生産コスト等の面において問題がある。

そこで、本発明の課題は、積層構造を有するダイオード
半導体装置に対し、個々のｐｎ接合を備えたダイオード
構造部の構造寸法や材料の物性を変更制御するのではな
く、その積層構造の積層単位として新たな構造部を付加
することにより、その構造部の特性を活用して、半導体
装置全体として所望のツェナー電圧ｖ２を制御性、再現
性、経済性良く設定形成できる定電圧ダイオード半導体
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、複数のダイオード構造部が
直列かつ同一方向に連結導電層を介して接続された積層
構造を有する定電圧ダイオード半導体装置において、本
発明が講じた手段は、該積層構造を、ｐｎ接合を備えた
少な（とも１０ＰＮダイオ一ド構造部と、バリア金属層
が形成され、ショットキー接合を備えた少なくとも１の
ショットキーバリアダイオード構造部とを含むように形
成するものである。

また、上記の手段において、ショットキーバリアダイオ
ード構造部に形成されたバリア金属層は、Ｃｒ、Ａｊ！
、Ｔｉ又はＭｏのうち何れかの材料により形成するもの
である。

〔作用〕

このような手段によれば、ＰＮダイオード構造部の他に
少なくとも１つのショットキーバリアダイオード構造部
が積層形成されているので、ＰＮダイオード構造部の順
方向電圧降下ｖ、とショットキーバリアダイオード構造
部の順方向電圧降下Ｖ、′　（通常、ｖ　、　ｌはＶ、
よりも小さ（することができる。）との組合せにより、
従来よりも半導体装置全体のツェナー電圧■２を細かく
設定することができる。　また、ショットキーバリアダ
イオード構造部は、例えば第４図に示すショットキー・
バリア・ダイオードのように、ショットキー接合を形成
するためにバリア金属層を備えるようにしているが、そ
のダイオード構造部のＩ−Ｖ特性は、このバリア金属層
の仕事関数Φにとこれに接合する半導体の電子親和力χ
との差、即ちショットキー接合の障壁の高さにより変化
する。従って、バリア金属層の材料を替えることにより
シコツトキー接合を備えたダイオード構造部の順方向電
圧降下ｖ　、　Ｉを変化させることができる。それ故、
半導体装置全体のツェナー電圧ｖ２の値を更に細かく設
定することが可能となる。

加えて、この半導体装置は、ショットキー接合を備えた
ダイオード構造部を付加し、そのバリア金属材料の選択
するだけでツェナー電圧■２を多くの値に設定できるの
で、チップ寸法の変更、金の拡散、電子線照射、半導体
基板の比抵抗の変更、或いは高抵抗層の形成や厚さの変
更等の手段とは異なり、従来の製造工程の殆どを変更す
ることなく形成できるから、製造コストを低く維持する
ことができる。また、不安定かつ複雑な半導体物性の制
御をする必要がないので、制御性や再現性も良い。

〔実施例〕

第１図を参照して、本発明に係る積層構造の定電圧ダイ
オード半導体装置の実施例を説明する。

第１図（ａ）は、ｐｎ接合型ダイオード構造部２とショ
ットキー接合型ダイオード構造部３とからなる半導体装
置を示している。ＰＮダイオード構造部２は、ｎ゛型の
シリコン半導体基板２１上にエピタキシャル成長により
ｎ型のエピタキシャル層２２を堆積し、その表面側に拡
散法によってｐ０型の拡散層２３を形成することによっ
てｐｎ接合を構成したものである。一方、ショットキー
バリアダイオード構造部３は、ｎ＋型のシリコン半導体
基板３１上にｎ型のエピタキシャル層３２を積層し、こ
の表面にＭｏを蒸着することによりバリア金属層３３を
形成する。なお、バリア金属層３３周縁部にはｎ型のガ
ードリング３４が形成され、また、バリア金属層３３の
周囲の表面は酸化膜３５で被覆されている。ＰＮダイオ
ード構造部２の拡散層２３表面と、ショットキーバリア
ダイオード構造部３の半導体基板３１裏面とは、連結導
電層としてのはんだ層４にて接着され、半導体基板２１
裏面上に電極４１が、バリア金属層３３表面上には電極
４２が形成されている。

このＰＮダイオード構造部２の順方向電圧降下Ｖ「は０
．　７５　（Ｖ）、ショットキーバリアダイオード構造
部３の順方向電圧降下ｖ　、　ｌは０．　３５〔■〕で
あって、ダイオード半導体装置のツェナー電圧Ｖ２は、
１．ＩＶとなる。

次に、第１図（ｂ）には、３つのＰＮダイオード構造部
２ａ、２ｂ、２ｃと、１つのショットキーバリアダイオ
ード構造部３とからなる半導体装置を示す。各ＰＮダイ
オード構造部２ａ、２ｂ。

２Ｃは上記ＰＮダイオード構造部２と同一構造であり、
ショットキーバリアダイオード構造部３も上記のものと
同一である。これらは、はんだ層４ａ、４ｂ、４ｃを介
して、ショットキーバリアダイオード構造部３が最上層
に配されるようにして構成されている。この半導体装置
では、ツェナー電圧■２は０．７５ｘ３＋０．３５＝２
．６　（Ｖ〕となる。

第２図（ａ）〜（Ｃ）には、第１図（ｂ）に示す半導体
装置を半導体ウェハ単位で形成した場合の切出し方法を
示す。第２図（ａ）に示すように、ショットキーバリア
ダイオード構造部３とＰＮダイオード構造部２ａ、２ｂ
、２ｃを半導体ウェハ単位で形成して接着し、各チップ
に切り出すことにより（第２図（ｂ）Ｌ所定の面積の半
導体装置を形成することができる（第２図（Ｃ））。

上記定電圧ダイオード半導体装置においては、順方向電
圧降下ＶＦ　　＝０．　３０　（Ｖ）のショットキーバ
リアダイオード構造部３をＰＮダイオード構造部の積層
構造に直列接続した構造となっているため、ＰＮダイオ
ード構造部の順方向電圧降下Ｖｒ　＝０．７５　（Ｖ）
よりも小さい０．３５（Ｖ）間隔でツェナー電圧ｖ２を
設定することができる。また、上記実施例では、ショッ
トキーバリアダイオード構造部３のバリア金属層３３の
材料としてＭｏを用いていたが、これ以外の材料を用い
ることにより、その順方向電圧降下ｖＦ′を変更するこ
とができる。即ち、バリア金属層に用いる金属をＣｒ、
Ｔｉ又はＭｏの何れかにすると、順方向電圧降下ｖ　、
　／は、Ｃｒ＜Ｔｉ＜Ｍｏの順で大きくなる。従って、
バリア金属層の材料を選択使用することにより、ツェナ
ー電圧■２を更に細かく設定して形成することができる
。

上記実施例の構造はショットキーバリアダイオード構造
部３を最上部に配置するものであるが、このショットキ
ーバリアダイオード構造部３は中段や最下部に配置する
ことも可能であり、そのショットキーバリアダイオード
構造部３の数は１つでなく複数配置しても勿論よい。ま
た、一般に、ショットキー接合は逆耐圧特性が悪く、逆
バイアス印加時の漏れ電流が大きいという欠点があるが
、逆耐圧特性に優れるシリコンのｐｎ接合を備えたＰＮ
ダイオード構造部と直列接続されているので、半導体装
置全体としては逆耐圧に関して全く問題を生じない。

このような構造は、半導体材料自体の寸法変更や物性制
御による従来の方法よりも簡単かつ確実に形成できるの
で、制御性、再現性、経済性等に関して優れている。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は、ＰＮダイオード構造部
に加えてショットキーバリアダイオード構造部を備える
ことに特徴を有し、これらが複数直列に接続された積層
構造の定電圧ダイオード半導体装置としたので、以下の
効果を奏する。

■　ショットキーバリアダイオード構造部を積層構造に
加えたので、その順方向電圧降下ｖ　、　ｌがＰＮダイ
オード構造部の順方向電圧降下ｖ７よりも低いこと、及
びそのバリア金属の選択により順方向電圧降下ｖ　、　
／を変更できることから、これらのＶｙとｖＦ′とを組
み合わせることによって、従来よりも格段に細かい間隔
でツェナー電圧■２を設定できる。

■　本発明の半導体装置の構造は、従来の積ｒｉｉｌｌ
造自体を変更するものではなく、また、構造の寸法や半
導体の物性制御を行なう必要がないので、制御性、再現
性及び経済性に優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はＰＮダイオード構造部とショットキーバ
リアダイオード構造部とを１つずつ備えた本発明の実施
例に係る積層構造の定電圧ダイオード半導体装置の構造
を示す断面図で、第１図（ｂ）は３つのＰＮダイオード
構造部と１つのショットキーバリアダイオード構造部と
を備えた別の実施例に係る積層構造の定電圧ダイオード
半導体装置の構造を示す断面図である。 第２図（ａ）〜（ｃ）は第１図（ｂ）に示す積層構造の
定電圧ダイオード半導体装置を半導体ウェハ単位で形成
する場合に、その切出し方法を示す工程図である。 第３図は従来のＰＮダイオード構造部を積層した定電圧
ダイオード半導体装置の構造を示す断面図である。 第４図は従来のショットキー・バリア・ダイオードの構
造を示す断面図である。 〔主要符号の説明〕 ２．２ａ、２ｂ、２　ｃ−Ｐ　Ｎダイオード構造部３・
・・ショットキーバリアダイオード構造部４・・・はん
だ層 ’４ ヤ （ｂ） 第１図 第 ２ 図 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のダイオード構造部が直列かつ同一方向に連
   結導電層を介して接続された積層構造を有する定電圧ダ
   イオード半導体装置において、該積層構造は、ｐｎ接合
   を備えた少なくとも１のＰＮダイオード構造部と、バリ
   ア金属層が形成され、ショットキー接合を備えた少なく
   とも１のショットキーバリアダイオード構造部とを含む
   ことを特徴とする定電圧ダイオード半導体装置。
2. （２）前記バリア金属層は、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ又はＭｏ
   のうち何れかの材料により形成されていることを特徴と
   する請求項第１項に記載の定電圧ダイオード半導体装置
   。