特許 7704206 過渡電圧吸収素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-06-30

(45)【発行日】2025-07-08

(54)【発明の名称】過渡電圧吸収素子

(51)【国際特許分類】

   H10D 89/60 20250101AFI20250701BHJP

   H10D 84/80 20250101ALI20250701BHJP

【ＦＩ】

H10D89/60

H10D84/80 102B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023552838

(86)(22)【出願日】2022-09-29

(86)【国際出願番号】 JP2022036478

(87)【国際公開番号】W WO2023058553

(87)【国際公開日】2023-04-13

【審査請求日】2024-04-01

(31)【優先権主張番号】P 2021163298

(32)【優先日】2021-10-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】弁理士法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大原 達也

【審査官】市川 武宜

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２２１５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２６１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１８２３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－２５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２８２７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１５０１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１４２３９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－５７４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１８１５６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００８４６０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２４４０９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平５－２９９５９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｄ ８４／８０

Ｈ１０Ｄ ８９／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成されたエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層に形成された、第１ｐ＋領域、第２ｐ＋領域、第１ｎ＋領域及び第２ｎ＋領域と、
前記半導体基板内に形成された第１埋込層及び第２埋込層と、
第１トレンチ及び第２トレンチと、
を備え、
前記第１トレンチにより囲まれた、前記エピタキシャル層の一部、前記第１ｐ＋領域及び前記第１ｎ＋領域を含んで第１ダイオードが構成され、
前記第２トレンチにより囲まれた、前記エピタキシャル層の一部、前記第２ｐ＋領域及び前記第２ｎ＋領域を含んで第２ダイオードが構成され、
前記第１トレンチは、前記エピタキシャル層の表面側から前記第１埋込層に達し、
前記第２トレンチは、前記エピタキシャル層の表面側から前記第２埋込層に達し、
前記第１埋込層及び前記第２埋込層は、前記半導体基板より不純物濃度が高く、隣接する前記第１ダイオードと前記第２ダイオードとの間で分離されている、
過渡電圧吸収素子。

【請求項2】

前記第１埋込層と前記第２埋込層との間隔は、前記第１埋込層及び前記第２埋込層と前記半導体基板との間に生じるグラデーション層同士が分離される間隔である、
請求項１に記載の過渡電圧吸収素子。

【請求項3】

前記第１埋込層は前記第１トレンチに囲まれた内側領域に形成され、表面側から視たときに前記第１トレンチの外側領域にも形成されている、
請求項１または請求項２に記載の過渡電圧吸収素子。

【請求項4】

前記第１埋込層は前記第１トレンチに囲まれた前記内側領域における前記第１トレンチに接する部分に形成され、前記内側領域には前記第１埋込層が形成されていない部分がある、
請求項３に記載の過渡電圧吸収素子。

【請求項5】

前記第２埋込層は前記第２トレンチに囲まれた内側領域に形成され、表面側から視たときに前記第２トレンチの外側領域にも形成されている、
請求項１に記載の過渡電圧吸収素子。

【請求項6】

前記第２埋込層は前記第２トレンチに囲まれた前記内側領域における前記第２トレンチに接する部分に形成され、前記内側領域には前記第２埋込層が形成されていない部分がある、
請求項５に記載の過渡電圧吸収素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＥＳＤ（静電気放電）等による過渡的な異常電圧や、雷サージ、開閉サージ等のサージを吸収する過渡電圧吸収素子に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、伝送線路とグランドとの間に過渡電圧吸収素子を挿入すると、本来伝送すべき高周波信号が過渡電圧吸収素子の浮遊容量によってグランドへ漏れる。すなわち、伝送線路の伝送特性が悪化する。

【0003】

特許文献１には、低容量ＰＮダイオードの面積を縮小化して素子容量を低減した場合であっても、表面電極による寄生容量の増大を抑制した、低容量半導体素子装置が開示されている。

【0004】

図１１は特許文献１に開示されている過渡電圧吸収素子の断面図である。図１１に表している過渡電圧吸収素子は、半導体基板４０１、埋込層４０２、エピタキシャル層４０３、トレンチ４０４、トレンチ４０７、酸化膜４１０、第１拡散層４０５、第２拡散層４０６及び表面電極４１４を備える。

【0005】

トレンチ４０４は埋込層４０２まで達する。第１拡散層４０５はエピタキシャル層４０３の、埋込層４０２が形成された面の反対面に形成されている。第２拡散層４０６はエピタキシャル層４０３の表面に形成されている。トレンチ４０７は第２拡散層４０６を取り囲むように形成されている。エピタキシャル層４０３の表面上には、第１拡散層４０５及び第２拡散層４０６に接続される表面電極４１４が形成されている。

【0006】

エピタキシャル層４０３と埋込層４０２とで低容量ＰＮダイオード４２１が構成されていて、埋込層４０２と半導体基板４０１とでツェナーダイオード４２０が構成されている。また、エピタキシャル層４０３と第２拡散層４０６とで低容量ＰＮダイオード４２２が構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１５－１２６１４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記構成によれば、酸化膜４１０を厚くすることで、表面電極４１４を一方の電極とする寄生容量が抑制できる。しかし、特許文献１に記載されている半導体基板４０１の不純物濃度は１×１０²⁰／ｃｍ³ オーダーであり、一般的には高濃度である。そのため、酸化膜４１０を厚くしても、半導体基板４０１と表面電極４１４等との間に生じる寄生容量はさほど小さくできない。

【0009】

上記寄生容量を低減するために基板の不純物濃度を低濃度にした場合、この低濃度基板にトレンチ部が隣接してしまうため、トレンチの下部がオートドープによって不純物の極性が反転化し、そのことによりリーク電流が増大する。

【0010】

上記リーク電流の増大を回避するためには、基板とエピタキシャル層との間に不純物濃度の高い埋込層を形成することが有効である。すなわち、このことによりオートドープが回避できる。しかし、上記不純物濃度が高い埋込層を形成すると、不純物濃度の高い基板を用いた場合と同様に寄生容量が増大化する。

【0011】

このように、寄生容量の低減のために基板の不純物濃度を低くすることと、リーク電流の抑制のために高濃度の埋込層を形成することとはトレードオフの関係にある。

【0012】

そこで、本発明の目的は、上記トレードオフ関係を回避して、リーク電流を抑制しかつ寄生容量を低減した過渡電圧吸収素子を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本開示の一例としての過渡電圧吸収素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成されたエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層に形成された、第１ｐ＋領域、第２ｐ＋領域、第１ｎ＋領域及び第２ｎ＋領域と、
前記半導体基板内に形成された第１埋込層及び第２埋込層と、
第１トレンチ及び第２トレンチと、
を備え、
前記第１トレンチにより囲まれた、前記エピタキシャル層の一部、前記第１ｐ＋領域及び前記第１ｎ＋領域を含んで第１ダイオードが構成され、
前記第２トレンチにより囲まれた、前記エピタキシャル層の一部、前記第２ｐ＋領域及び前記第２ｎ＋領域を含んで第２ダイオードが構成され、
前記第１トレンチは、前記エピタキシャル層の表面側から前記第１埋込層に達し、
前記第２トレンチは、前記エピタキシャル層の表面側から前記第２埋込層に達し、
前記第１埋込層及び前記第２埋込層は、前記半導体基板より不純物濃度が高く、隣接する前記第１ダイオードと前記第２ダイオードとの間で分離されている、
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、リーク電流が抑制され、かつ、寄生容量の小さな過渡電圧吸収素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は第１の実施形態に係る過渡電圧吸収素子１１の断面図である。

【図2】図２は埋込層ＢＬと半導体基板Ｓｕｂとの界面に形成されるグラデーション層について示す断面図である。

【図3】図３は過渡電圧吸収素子１１の回路図である。

【図4】図４は過渡電圧吸収素子１１の寄生容量の周波数特性を示す図である。

【図5】図５は過渡電圧吸収回路１０１の回路図である。

【図6】図６は、過渡電圧吸収素子１１の浮遊容量によるインピーダンスの周波数依存性を示す図である。

【図7】図７は過渡電圧吸収素子１１を伝送線路に設けたときの、伝送線路の挿入損失の周波数特性を示す図である。

【図8】図８は本実施形態に係る変形例の過渡電圧吸収素子１２の断面図である。

【図9】図９（Ａ）は、半導体基板Ｓｕｂにエピタキシャル層Ｅｐｉを形成し、トレンチ形成用の孔を設けた状態での断面図である。図９（Ｂ）はトレンチＴＲ、ｐ＋領域及びｎ＋領域の形成後の状態での断面図である。

【図10】図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、比較例としての過渡電圧吸収素子の断面図である。

【図11】図１１は、特許文献１に開示されている過渡電圧吸収素子の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は第１の実施形態に係る過渡電圧吸収素子１１の断面図である。過渡電圧吸収素子１１は、半導体基板部と再配線部とで構成されている。半導体基板部は、半導体基板Ｓｕｂ、埋込層ＢＬ、エピタキシャル層Ｅｐｉ、トレンチＴＲ、絶縁体Ｉｎｓ１及び導電体Ｃｏｎｄ１１，Ｃｏｎｄ１２，Ｃｏｎｄ１３を備える。半導体基板Ｓｕｂは、例えばＳｉ基板、ＧａＡｓ基板等である。絶縁体Ｉｎｓ１の材質には、ＳｉＯ_２膜が用いられてもよい。導電体Ｃｏｎｄ１１，Ｃｏｎｄ１２，Ｃｏｎｄ１３の材質には、例えばＡｌ又はＣｕが用いられてもよい。

【0017】

再配線部は、絶縁体Ｉｎｓ２，Ｉｎｓ３，Ｉｎｓ４，Ｉｎｓ５、導電体Ｃｏｎｄ２、パッドＰａｄを備える。

【0018】

絶縁体Ｉｎｓ２は例えばSiN、絶縁体Ｉｎｓ３，Ｉｎｓ４，Ｉｎｓ５は例えばエポキシ等の有機樹脂である。導電体Ｃｏｎｄ２の材質には、例えばＣｕが用いられてもよい。パッドＰａｄは例えば複数層の電極形成用導電体で構成されている。例えば、パッドＰａｄは、下地層および表面層を含むようにしてもよい。また、下地層と表面層との間に密着層をさらに含むようにしてもよい。下地層の材質にはＮｉが、密着層の材質にはＴｉが、表面層の材質にはＡｕが用いられてもよい。

【0019】

エピタキシャル層Ｅｐｉは半導体基板Ｓｕｂの表面に形成されている。エピタキシャル層Ｅｐｉの表層にはｐ＋領域及びｎ＋領域が形成されている。エピタキシャル層Ｅｐｉの表面には絶縁体Ｉｎｓ１が形成されている。エピタキシャル層Ｅｐｉの表面からｐ＋領域及びｎ＋領域にかけて導電体Ｃｏｎｄ１１，Ｃｏｎｄ１２，Ｃｏｎｄ１３が形成されている。また、絶縁体Ｉｎｓ１から埋込層ＢＬにかけてトレンチＴＲが形成されている。

【0020】

再配線部には上記導電体Ｃｏｎｄ１１，Ｃｏｎｄ１３に導通する導電体Ｃｏｎｄ２が形成されている。最上層の導電体Ｃｏｎｄ２にはパッドＰａｄが形成されている。

【0021】

エピタキシャル層Ｅｐｉ、ｐ＋領域及びｎ＋領域によってそれぞれダイオードを構成している。エピタキシャル層Ｅｐｉがｎ型エピタキシャル層である場合、エピタキシャル層Ｅｐｉとｐ＋領域との界面に空乏層が形成される。

【0022】

埋込層ＢＬは半導体基板Ｓｕｂに埋設されている。埋込層ＢＬの不純物濃度は半導体基板Ｓｕｂの不純物濃度より高い。例えば、半導体基板Ｓｕｂの不純物濃度は１×１０¹⁴／ｃｍ³ オーダーであり、埋込層ＢＬの不純物濃度は１×１０¹⁸／ｃｍ³ から１×１０²⁰／ｃｍ³ のオーダーである。

【0023】

トレンチＴＲは、表面側から視て内部領域を有する枠状である。トレンチＴＲはエピタキシャル層Ｅｐｉの表面側から埋込層ＢＬに達している。トレンチＴＲは、埋込層ＢＬを表面側から視た外端よりも内側に配置されている。すなわち、各トレンチＴＲに対する埋込層ＢＬは、トレンチＴＲで囲まれる内側領域と外側領域とを有する。

【0024】

そして、トレンチＴＲは、表面側から視て、ダイオードの形成領域を囲むように形成されている。トレンチＴＲは、ダイオード毎に複数形成されている。複数のトレンチＴＲは、表面側から視て、それぞれの内部領域にダイオードの形成領域を含む。これにより、複数のトレンチＴＲは複数のダイオード（第１ダイオードと第２ダイオード）間を分離する。

【0025】

図１中に代表的に領域Ａで示すように、トレンチＴＲは半導体基板Ｓｕｂに接することなく、埋込層ＢＬで覆われている。そのため、次に述べるようにオートドープによるリーク電流経路の形成が回避できる。

【0026】

ここで、図９（Ａ）、図９（Ｂ）を参照して、トレンチＴＲ形成時のオートドープによる電流リークについて説明する。図９（Ａ）は、半導体基板Ｓｕｂにエピタキシャル層Ｅｐｉを形成し、トレンチ形成用の孔を設けた状態での断面図である。図９（Ｂ）はトレンチＴＲ、ｐ＋領域及びｎ＋領域の形成後の状態での断面図である。

【0027】

図９（Ａ）に示すように、トレンチＴＲ形成のための孔をエッチングにより形成し、その孔内の側壁に酸化膜を形成させるために昇温すると、エピタキシャル層Ｅｐｉの側壁からのオートドープによって、ｐ型の半導体基板ＳｕｂのトレンチＴＲ形成用孔の壁面（側壁、底部）がｎ型に反転する。つまり、半導体基板ＳｕｂのトレンチＴＲ形成用孔の壁面（側壁、底部）にｎ型化部が形成される。

【0028】

したがって、図９（Ｂ）に示すように、ｎ＋領域→エピタキシャル層Ｅｐｉ→ｎ型化部→エピタキシャル層Ｅｐｉ→ｎ型化部→エピタキシャル層Ｅｐｉ→ｎ＋領域の経路がリーク電流経路として構成される。

【0029】

これに対して、本実施形態では、図１に示したように、トレンチＴＲが半導体基板Ｓｕｂに接することなく、埋込層ＢＬで覆われているため、上記オートドープによるリーク電流経路の形成が回避できる。

【0030】

また、本実施形態の過渡電圧吸収素子１１では、図１に示すように、導電体Ｃｏｎｄ１１，Ｃｏｎｄ１２，Ｃｏｎｄ１３と半導体基板Ｓｕｂとの間に寄生容量が形成され、導電体Ｃｏｎｄ２と半導体基板Ｓｕｂとの間に寄生容量が形成されるが、ダイオード形成領域以外の領域Ｂでは、埋込層ＢＬが無いので上記寄生容量は小さい。また、領域Ｃで埋込層ＢＬはダイオード毎に分離されている。そのため、後に示す比較例のように、埋込層ＢＬが、半導体基板Ｓｕｂの全面に埋設されていたり、隣接するダイオード形成部に連続して形成されていたりする場合に比べて、過渡電圧吸収素子１１の寄生容量の周波数特性が改善される。なお、領域Ｄに生じる寄生容量については後に説明する。

【0031】

図２は埋込層ＢＬと半導体基板Ｓｕｂとの界面に形成されるグラデーション層について示す断面図である。

【0032】

互いに隣接する埋込層ＢＬを確実に分断するには、埋込層ＢＬ間をある一定以上の距離で形成する必要がある。不純物濃度の低い半導体基板Ｓｕｂ内に、不純物濃度の高い埋込層ＢＬを形成するため、不純物濃度の差によって不純物濃度が徐々に変化する範囲（グラデーション層）が生じる。埋込層ＢＬの形成範囲はそのグラデーション層を含む範囲である。半導体基板Ｓｕｂの不純物濃度が１×１０¹⁴／ｃｍ³ であり、埋込層ＢＬの不純物濃度が１×１０¹⁸／ｃｍ³ であれば、上記グラデーション層の不純物濃度は１×１０¹⁸／ｃｍ³ から１×１０¹⁴／ｃｍ³ の範囲で連続的に変化している。

【0033】

ダイオード毎の埋込層ＢＬの間隔（図２中に示す間隔Ｇ）は、埋込層ＢＬのグラデーション層同士が分離される間隔である。この間隔Ｇを空けることにより、埋込層ＢＬ同士が実質的に連続しない。すなわち、埋込層ＢＬの先端の不純物濃度が半導体基板Ｓｕｂの不純物濃度と同じ１×１０¹⁴／ｃｍ³ となっていれば、隣接する埋込層ＢＬは互いに離れていると見なすことができる。

【0034】

図３は過渡電圧吸収素子１１の回路図である。図１に示す断面では２つのダイオードだけが表れているが、過渡電圧吸収素子１１はその他にもダイオードを備える。図３中の破線の矢印は過渡電圧吸収素子１１に流れる電流の経路及び方向を示している。つまり、図３中の導電体Ｃｏｎｄ１１に正電位が印加され、且つ各ダイオードに対してその順方向電圧を超える電圧が印加されたとき、［Ｃｏｎｄ１１］→ダイオードＤ１１→［Ｃｏｎｄ１２］→ダイオードＤ１２→［Ｃｏｎｄ１３］の経路で電流が流れる。また、図３中の導電体Ｃｏｎｄ１３に正電位が印加され、且つ各ダイオードに対してその順方向電圧を超える電圧が印加されたとき、［Ｃｏｎｄ１３］→ダイオードＤ２１→［Ｃｏｎｄ１２］→ダイオードＤ２２→［Ｃｏｎｄ１１］の経路で電流が流れる。

【0035】

図４は過渡電圧吸収素子１１の寄生容量の周波数特性を示す図である。この図４には比較例としての過渡電圧吸収素子の特性も併せて図示している。

【0036】

図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は上記比較例としての過渡電圧吸収素子の断面図である。図１０（Ａ）に示す過渡電圧吸収素子は、埋込層ＢＬが半導体基板Ｓｕｂの全面に形成されている。図１０（Ｂ）に示す過渡電圧吸収素子は、隣接するダイオード形成部に連続して埋込層ＢＬが形成されている。

【0037】

図１０（Ａ）に示した過渡電圧吸収素子では、不純物濃度の高い埋込層ＢＬが半導体基板Ｓｕｂの全面に形成されているので、導電体Ｃｏｎｄ１１，Ｃｏｎｄ１２，Ｃｏｎｄ１３と半導体基板Ｓｕｂとの間、導電体Ｃｏｎｄ２と半導体基板Ｓｕｂとの間にそれぞれ形成される寄生容量は大きい。図１０（Ｂ）に示した過渡電圧吸収素子においても、不純物濃度の高い埋込層ＢＬが半導体基板Ｓｕｂの上部の広面積に形成されているので、導電体Ｃｏｎｄ１１，Ｃｏｎｄ１２，Ｃｏｎｄ１３と半導体基板Ｓｕｂとの間、導電体Ｃｏｎｄ２と半導体基板Ｓｕｂとの間にそれぞれ形成される寄生容量は大きい。

【0038】

図４において、特性曲線Ｅは本実施形態の過渡電圧吸収素子１１の特性であり、特性曲線Ｃａは、図１０（Ａ）に示した比較例としての過渡電圧吸収素子の特性であり、特性曲線Ｃｂは、図１０（Ｂ）に示した比較例としての過渡電圧吸収素子の特性である。

【0039】

図４において１０ＧＨｚでの上記寄生容量は次のとおりである。

【0040】

Ｅ：０．１２６ｐＦ
Ｃａ：０．１７８ｐＦ
Ｃｂ：０．１３６ｐＦ
つまり、使用周波数帯である１０ＧＨｚにおいて、本実施形態の過渡電圧吸収素子１１の寄生容量は比較例としての過渡電圧吸収素子より小さい。

【0041】

このように、隣接するダイオード間を分離するトレンチＴＲは、エピタキシャル層Ｅｐｉの表面側から埋込層ＢＬに達するので、オートドープによるリーク電流が抑制される。また、不純物濃度の高い埋込層ＢＬを備えながらも、この埋込層ＢＬはダイオード毎に分離されているので、生じる寄生容量は小さい。つまり、寄生容量の低減のために半導体基板Ｓｕｂの不純物濃度を低くすることと、リーク電流の抑制のために高濃度の埋込層ＢＬを形成することとのトレードオフ関係は解消される。このことにより、リーク電流を抑制し、かつ、寄生容量を低減した過渡電圧吸収素子が得られる。

【0042】

次に、埋込層ＢＬをダイオード毎に分離することによる新たな作用効果について記述する。

【0043】

図５は過渡電圧吸収回路１０１の回路図である。この過渡電圧吸収回路１０１は、第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２、第３端子Ｔ３、及び第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間に存在する信号ラインＳＬを備える。第３端子Ｔ３はグランド等の基準電位に接続されている。また、信号ラインＳＬと第３端子Ｔ３（基準電位）との間に過渡電圧吸収素子１１がシャントに接続されている。

【0044】

過渡電圧吸収素子１１は２端子素子であり、その端子間に、主要部としてのダイオードＢＤを備える。この過渡電圧吸収素子１１は、信号ラインＳＬと第３端子Ｔ３（基準電位）との間にシャントに接続された、第１経路１及び第２経路２を備える。

【0045】

第１経路１は、主にサージ電流が流れる電流経路であり、第２経路２は、信号ラインＳＬを伝搬する主に使用周波数帯（信号周波数帯）での電流経路である。図１中に破線で示す電流経路は第１経路１に相当し、図１中に一点鎖線で示す電流経路は第２経路２に相当する。信号ラインＳＬを伝搬する信号が、低い周波数帯の信号である場合、その信号は第２経路２だけでなく第１経路１にも流れる。そして、信号周波数が高周波数になるにつれて、第２経路２に流れる信号電流の割合が増大する。すなわち、信号については、その周波数帯によって、第１経路１と第２経路２とを流れる電流の割合が変化する。

【0046】

第１経路１は、空乏層容量を含むダイオードＢＤ、第１インダクタＬ１及び第１抵抗成分Ｒ１による直列回路を含む。ダイオードＢＤは、順方向が互いに逆向きの複数のダイオードで構成されている。また、第２経路２は、容量Ｃ２、第２インダクタＬ２及び第２抵抗成分Ｒ２による直列回路を含む。

【0047】

容量Ｃ２はダイオードＢＤに導通する導電体Ｃｏｎｄ１１，Ｃｏｎｄ１２，Ｃｏｎｄ１３間に生じる容量（図１中の領域Ｄに生じる寄生容量）であり、第１抵抗成分Ｒ１は導電体Ｃｏｎｄ１１，Ｃｏｎｄ１２，Ｃｏｎｄ１３，Ｃｏｎｄ２による配線、エピタキシャル層（空乏層）及び埋込層ＢＬの抵抗成分であり、第２抵抗成分Ｒ２は高周波数帯の電流経路における配線の抵抗成分である。本実施形態では、図１に示したように埋込層ＢＬをダイオード毎に分離しているので、以下に述べるように第１抵抗成分Ｒ１の抵抗値を高くできる。

【0048】

図９（Ｂ）に示したように、埋込層ＢＬが分離されていないと、図９（Ｂ）中に破線で示す、埋込層ＢＬを流れる電流経路が形成される。この電流経路自体は長いとしても、埋込層ＢＬは低抵抗であるため、トータルの抵抗値は低い。つまり、この場合、電流はエピタキシャル層Ｅｐｉを厚み方向（図上で縦方向）に流れる領域があり、この領域では、埋込層ＢＬを広い断面で薄い領域を流れるので、トータルの抵抗値は低い。

【0049】

一方、本実施形態では、埋込層ＢＬが分離されていて、埋込層ＢＬを流れる電流経路が形成されないので、図１中に破線の電流経路で示すように、第１抵抗成分Ｒ１の抵抗値は、半導体基板Ｓｕｂの面方向に沿った方向（横方向）でのエピタキシャル層Ｅｐｉの抵抗値及び配線の抵抗値で決まる。このように、エピタキシャル層Ｅｐｉを横方向に電流が流れる場合、高抵抗領域をある程度の距離だけ流れることになるため、第１抵抗成分Ｒ１の抵抗値が高くなる。

【0050】

したがって、埋込層ＢＬを分離することで、第１抵抗成分Ｒ１を大きくできる。ここで、ダイオードＢＤの容量をC1、容量Ｃ２の容量をC2、第１抵抗成分Ｒ１の抵抗値をR1、第２抵抗成分Ｒ２の抵抗値をR2でそれぞれ表すと、C1 > C2、R1 > R2 の関係にある。また、第１経路１の共振周波数と第２経路２の共振周波数とは異なる。

【0051】

図６は、過渡電圧吸収素子１１の浮遊容量（ダイオードＢＤの空乏層容量Ｃ１及び容量Ｃ２の合成容量）によるインピーダンスの周波数依存性を示す図である。図６において、横軸は周波数、縦軸はインピーダンスである。図６中の特性曲線Ｚ１は図５における第１経路１のインピーダンスの周波数依存性を示し、特性曲線Ｚ２は図５における第２経路２のインピーダンスの周波数依存性を示す。特性曲線Ｚ１／／Ｚ２は、過渡電圧吸収素子１１のインピーダンスの周波数依存性を示す。また、特性曲線Ｚ０は、比較対象としての所定容量のインピーダンスの周波数特性を示す。

【0052】

図６の例では、範囲Ａは１ＧＨｚから５．４ＧＨｚの周波数領域を示し、範囲Ｂは５．４ＧＨｚから１８ＧＨｚの周波数領域を示し、範囲Ｃは１８ＧＨｚから５０ＧＨｚの周波数領域を示す。

【0053】

図６において、過渡電圧吸収素子１１のインピーダンス（Ｚ１／／Ｚ２）は、範囲Ａ（低い周波数帯域）では第１経路１のインピーダンスＺ１が支配的であり、範囲Ｃ（高い周波数帯域）では第２経路２のインピーダンスＺ２が支配的である。第１経路１のインピーダンスＺ１は高い周波数帯において第１抵抗成分Ｒ１の影響が顕著となって、周波数依存性が小さくなる。

【0054】

図６中の特性曲線（Ｚ１／／Ｚ２）と特性曲線Ｚ０とを比較すれば明らかなように、特性曲線（Ｚ１／／Ｚ２）は、高い周波帯でのインピーダンスの低下が抑制できている。すなわち、図６中の範囲Ａより高周波側であれば、過渡電圧吸収素子１１によるシャント経路のインピーダンスの低下が抑制されて、伝送線路の特性劣化が抑制される。

【0055】

本実施形態によれば、高周波数帯（図６中の範囲Ｃ）では、第２経路２のインピーダンスＺ２が支配的であるが、容量Ｃ２の容量値が小さくなって、過渡電圧吸収素子１１のインピーダンスの低下が抑制されるため、信号がシャントに漏れる量が抑制される。その結果、伝送線路を通過させたい高周波数帯の信号の挿入損失の劣化を抑制できる。

【0056】

図７は過渡電圧吸収素子１１を伝送線路に設けたときの、伝送線路の挿入損失の周波数特性を示す図である。図７には比較例としての過渡電圧吸収素子の特性も併せて図示している。図７において、特性曲線Ｅは本実施形態の過渡電圧吸収素子１１の特性であり、特性曲線Ｃａは、図９（Ａ）に示した比較例としての過渡電圧吸収素子の特性であり、特性曲線Ｃｂは、図９（Ｂ）に示した比較例としての過渡電圧吸収素子の特性である。

【0057】

図７において１０ＧＨｚでの挿入損失は次のとおりである。

【0058】

Ｅ：－０．６１２ｄＢ
Ｃａ：－０．６８３ｄＢ
Ｃｂ：－０．６２８ｄＢ
つまり、使用周波数帯である１０ＧＨｚにおいて、本実施形態の過渡電圧吸収素子１１を備える過渡電圧吸収回路１０１の挿入損失は比較例としての過渡電圧吸収素子より小さい。

【0059】

このように、埋込層ＢＬをダイオード毎に分離したことにより、その過渡電圧吸収素子を備える過渡電圧吸収回路の使用周波数帯における挿入損失を低減できる。

【0060】

変形例
図８は本実施形態に係る変形例の過渡電圧吸収素子１２の断面図である。図８に示す変形例の過渡電圧吸収素子１２は、上述の過渡電圧吸収素子１１に対して、埋込層ＢＬの形成パターンにおいて異なる。過渡電圧吸収素子１２の他の構成は、過渡電圧吸収素子１１と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

【0061】

過渡電圧吸収素子１２は、複数の埋込層ＢＬを備える。埋込層ＢＬは、トレンチＴＲと同様に枠状であり、トレンチＴＲの側面の全面および底面の全面を覆う形状である。すなわち、埋込層ＢＬは、トレンチＴＲが半導体基板Ｓｕｂに直接接触しないように、トレンチＴＲを覆う形状で形成されている。

【0062】

このような構造とすることで、トレンチＴＲを埋込層ＢＬで囲むため、シャント経路のインピーダンス低下が抑制される。これにより、埋込層ＢＬの面積が小さくできるため寄生容量も抑制できる。なお、この時の埋込層ＢＬの幅（トレンチＴＲの側面また底面から半導体基板Ｓｕｂまでの距離）は図８に示すものに限られることはなく、埋込層ＢＬは、過渡電圧吸収素子１２を平面視して（過渡電圧吸収素子１２を表面側から視て）、一部がｐ＋領域やｎ＋領域に重なってもよい。

【0063】

最後に、本発明は上述した各実施形態に限られるものではない。当業者によって適宜変形及び変更が可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変形及び変更が含まれる。

【0064】

例えば、エピタキシャル層Ｅｐｉに、このエピタキシャル層より不純物濃度が高いウェルを備え、そのウェル内にｐ＋領域及びｎ＋領域が形成されていてもよい。

【0065】

また、例えば、トレンチＴＲはエピタキシャル層Ｅｐｉの表面から半導体基板Ｓｕｂ方向に延びる形状に限らず、絶縁体Ｉｎｓ１（SiO₂ 膜）の途中から半導体基板Ｓｕｂ方向に延びていてもよい。

【0066】

本明細書には、以下の内容が開示されている。

【0067】

＜１＞
半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成されたエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層に形成された、第１ｐ＋領域、第２ｐ＋領域、第１ｎ＋領域及び第２ｎ＋領域と、
前記半導体基板内に形成された第１埋込層及び第２埋込層と、
第１トレンチ及び第２トレンチと、
を備え、
前記第１トレンチにより囲まれた、前記エピタキシャル層の一部、前記第１ｐ＋領域及び前記第１ｎ＋領域を含んで第１ダイオードが構成され、
前記第２トレンチにより囲まれた、前記エピタキシャル層の一部、前記第２ｐ＋領域及び前記第２ｎ＋領域を含んで第２ダイオードが構成され、
前記第１トレンチは、前記エピタキシャル層の表面側から前記第１埋込層に達し、
前記第２トレンチは、前記エピタキシャル層の表面側から前記第２埋込層に達し、
前記第１埋込層及び前記第２埋込層は、前記半導体基板より不純物濃度が高く、隣接する前記第１ダイオードと前記第２ダイオードとの間で分離されている、
過渡電圧吸収素子。

【0068】

＜２＞
前記第１埋込層と前記第２埋込層との間隔は、前記第１埋込層及び前記第２埋込層と前記半導体基板との間に生じるグラデーション層同士が分離される間隔である、
＜１＞に記載の過渡電圧吸収素子。

【0069】

＜３＞
前記第１埋込層は前記第１トレンチに囲まれた内側領域に形成され、表面側から視たときに前記第１トレンチの外側領域にも形成されている、
＜１＞または＜２＞に記載の過渡電圧吸収素子。

【0070】

＜４＞
前記第１埋込層は前記第１トレンチに囲まれた前記内側領域における前記第１トレンチに接する部分に形成され、前記内側領域には前記第１埋込層が形成されていない部分がある、
＜３＞に記載の過渡電圧吸収素子。

【0071】

＜５＞
前記第２埋込層は前記第２トレンチに囲まれた内側領域に形成され、表面側から視たときに前記第２トレンチの外側領域にも形成されている、
＜１＞乃至＜４＞のいずれかに記載の過渡電圧吸収素子。

【0072】

＜６＞
前記第２埋込層は前記第２トレンチに囲まれた前記内側領域における前記第２トレンチに接する部分に形成され、前記内側領域には前記第２埋込層が形成されていない部分がある、
＜５＞に記載の過渡電圧吸収素子。

【符号の説明】

【0073】

ＢＤ…ダイオード
ＢＬ…埋込層
Ｃｏｎｄ１１，Ｃｏｎｄ１２，Ｃｏｎｄ１３，Ｃｏｎｄ２…導電体
Ｃ２…容量
Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２…ダイオード
Ｅｐｉ…エピタキシャル層
Ｇ…間隔
Ｉｎｓ１，Ｉｎｓ２，Ｉｎｓ３，Ｉｎｓ４，Ｉｎｓ５…絶縁体
Ｌ１…第１インダクタ
Ｌ２…第２インダクタ
Ｐａｄ…パッド
Ｒ１…第１抵抗成分
Ｒ２…第２抵抗成分
Ｓｕｂ…半導体基板
ＳＬ…信号ライン
Ｔ１…第１端子
Ｔ２…第２端子
Ｔ３…第３端子
ＴＲ…トレンチ
１…第１経路
２…第２経路
１１…過渡電圧吸収素子
１０１…過渡電圧吸収回路
４０１…半導体基板
４０２…埋込層
４０３…エピタキシャル層
４０４…トレンチ
４０５…第１拡散層
４０６…第２拡散層
４０７…トレンチ
４１０…酸化膜
４１４…表面電極
４２０…ツェナーダイオード
４２１，４２２…ＰＮダイオード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】