JPH06503444A - 半導体集積回路 - 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】 半　導　体　集　積　回　路 背景技術 本発明は請求項１に記載したような形式の半導体集積回路に関する。

トランジスタ特にダーリントン型トランジスタの降服電圧を制限するために、空 間電荷領域の上方に酸化膜によって分離された金属の覆い電極を有し、この覆い 電極が分圧器によってベースとコレクタとの間の特定のポテンシャルにされるよ うにした集積回路は公知である。降服電圧は大体において覆い電極の電圧ポテン シャルと酸化膜の厚さとによって決定される。

米国特許第４６１８８７５号によって公知になっているダーリントン型トランジ スタ回路においては、覆い電極が基板の表面に形成されていて、互いに逆の型に ドーピングされ互いに間隔をおいて配置されている２つの領域にわたって延びて いる。達成可能な最大の降服電圧は、濃厚化降服電圧と空乏化降服電圧との和か ら生ずる電圧値に相当する。しかしながらこの場合。

ブレーナプロセスで普通使用される熱酸化膜は任意に厚くすることができず、そ のためこのような集積回路で達成可能な最大電圧は制限されていることを考慮し なければならない。

発明の効果 これに対し、請求項１の特徴を具備した半導体集積回路は、降服電圧が単に空乏 化降服電圧と、タップを覆い電極に接続されていて覆い電極の電圧ポテンシャル を定める分圧器の分圧比とに関連しているという利点を有している。ｎｐｎ型ト ランジスタの場合には覆い電極はもはやコレクタ領域を完全には覆わず、ｎ型に 薄（ドーピングされたコレクタ領域とこれに接するｎ型に濃くドーピングされた 領域の縁範囲との接合範囲を覆うにすぎない。覆い電極はｎｐｎ型トランジスタ の場合にはｐ型にドーピングされたベース領域には達していない。これに対しｐ ｎｐ型トランジスタの場合には、まさにベース領域の接合部範囲が覆い電極によ って覆われ、覆い電極はこの場合間隔をおいたｐ型にドーピングされた領域には 達していない。

本発明の１実施態様では、トランジスタとして構成されている集積回路における 高オームのコレクタ領域とｐ型にドーピングされたベース領域との間のｐｎ接合 部を第２の覆い電極によって不働態化しておくこともできる。第２の覆い電極は トランジスタのベース金属層と同一である。しかし、この第２の覆い電極をエミ ッタポテンシャルにすることも可能である。いずれの場合でも９両方の覆い電極 が電気的に分離されていて、濃厚化降服が生じないことが保証されるようにしな ければならない。この実施態様においても達成可能な最大の降服電圧は単に空乏 化降服電圧と分圧器の分圧比とに関連しており９分圧器のタップにはベース領域 から離れた第１の覆い電極が接続されている。

覆い電極のための電圧ポテンシャルは、集積構成された分圧器によって生せしめ るのが有利である。このような分圧器の構成はヨーロッパ特許第１７９０９９号 並びに米国特許第４６９５８６７号によって公知である。

降服電圧の温度補償を達成するために１分圧器を形成する抵抗は互いに異なる濃 さにドーピングされたシリコンから形成することができる。

分圧器抵抗は条片状の領域として集積構成し、接続点を除いて不働態化層で覆っ ておくと極めて簡単である。接続点においては金属層を取り付けることによって 例えば分圧器のタップへの接続を行うことができる。

本発明の有利な実施例は請求項２以下に記載したとおりである。

図面 以下においては従来の半導体集積回路及び本発明の実施例に基づいて本発明の詳 細な説明する。

第１図は従来の半導体集積回路を示す。

第２図はｎｎ接合部部を覆う覆い電極を有する本発明の第１実施例を示す。

第３図はｎｐｎ型トランジスタの場合の付加的なベース覆い電極を有する本発明 の実施例を示す。

第４図は本発明による実施例の降服電圧と分圧器の分圧比との関係を示す。

第５図はｐｎｐ型トランジスタとして構成されている本発明による半導体集積回 路を示す。

第６図は覆い電極と集積構成された分圧器とを有し。

分圧器のベース側部分が覆い電極金属層の下側に位置していない本発明による半 導体集積回路の平面図を示す。

第７図は降服電圧の電流関連性が一層わずかである本発明による半導体集積回路 の平面図を示す。

第８図は付加的なベース覆い電極を有し１分圧器のベース側部分が金属層の下側 に位置していない本発明による半導体集積回路の平面図を示す。

第１図は、ドイツ連邦共和国特許第３２２７５３６号に記載されているようなプ レーナ技術で構成された半導体集積回路を示す。製作のための出発材料はシリコ ンであり、これは上方範囲１において薄＜（ｎ−）。

かつ下面２を濃＜（ｎ”）　ドーピングされている。下面は金属層３と接触せし められており、符号にで示されている。主表面６のｐ領域４及びｎ″″領域５は 周知の形式で、ホト技術・イオン注入及び拡散によって生ぜしめられる。ｐ領域 ４はトランジスタベースとして役立ち、符号Ａで示されている。図面を見易くす るために、バイポーラトランジスタの場合にベース領域４内にｎ“型にドーピン グされているエミッタ領域は示されていない。凹入部５Ａをなすｎ″′領域５は エミッタのイオン注入と同時に拡散させることができる。このｎ＋領領域、Ａと Ｋとの間に阻止電圧Ｕが印加される場合に、ｎ−領域内で広がる空間電荷領域を 金属層７によって形成されている覆い電極りの下側の区域に制限する。覆い電極 りは酸化膜８によって領域１・４及び５に対して電気的に分離されている。ベー ス領域４は金属層９に接続されている。覆い電極りは、ＡとＫとの間の、抵抗Ｒ １及びＲ２によって形成されやはり集積構成可能な分圧器に接続される。Ｒ１若 しくはＲ２＝０の場合にＡとＫとの間に達成可能な降服電圧はＵ２若しくはＵｌ であり、この場合Ｕ２は、覆い電極りとその下側の酸化膜８とシリコンとによっ て形成されているＭＯ３構造の濃厚化降服電圧であり、Ｕｌは空乏化降服電圧で ある。

達成可能な最大の降服電圧は、Ｒ１：　Ｒ２＝Ｕ１　：Ｕ２が満たされている場 合、Ｕ１＋Ｕ２である。プレーナプロセスで普通使用される熱酸化膜は任意に厚 （することができないので、このような集積回路で達成可能な最大の電圧は制限 されている。

第２図には覆い電極Ｄ１を有する本発明による集積回路が示されており、この覆 い電極は、高オームの薄くドーピングされた（ｎ−）コレクタ領域１を、単に濃 くドーピングされた（Ｒ４）領域５の範囲においてのみ覆っている。したがって 覆い電極Ｄ１はｎ”ｎ−接合部範囲を覆っており、ｎｐｎトランジスタのベース 領域として役立つｐ領域４から明確に間隔をおいている。図面を見易くするため に、ベース領域４の範囲内におけるエミッタのイオン注入は示されていない。

エミッタのイオン注入部の構成については、既に指摘した米国特許第４６１８８ ７５号から知ることができる。

覆い電極Ｄ１はタップ１２によって、抵抗Ｒ１及びＲ２によって構成されている 分圧器に接続されている。

分圧器はその分圧比に応じて接続点ＡとＫとの間の供給電圧Ｕを分割する。

ＡとＫとの間に阻止電圧がかけられている場合、Ｒ２＝０のときに、ＡとＫとの 間で達成可能な降服電圧はＵｌであり、Ｕｌは、第１図に示した覆い電極りを使 用する場合の空乏化降服電圧と同一である。ＡとＫとの間の降服電圧Ｕは、抵抗 Ｒ１及びＲ２によって構成されている分圧器で昇圧された空乏化降服電圧である ： Ｕ＝Ｕ１＊　（１＋Ｒ２／Ｒ１）　（１）ＡとＫとの間の達成可能な最大の降服 電圧Ｕは濃厚化降服電圧Ｕ２によって一層影響される。降服電圧Ｕの上限はｐｎ 接合部１・４の阻止能カ若しくはｎｐｒｌ型トランジスタのベースが開かれてい る場合のコレクタ：エミッタ降服電圧Ｕ　Ｃｏｏによって制限されるにすぎない 。

第３図には、高オームのコレクタ領域１とｐ型にドーピングされたベース領域４ との間のｐｎ−接合部が第２の金属の覆い電極Ｄ２によって不働態化されている 実施例が示されている。両方の覆い電極Ｄ１及びＲ２は互いに接触しておらず、 したがって分割された覆い電極と見なすことができる。この場合、覆い電極Ｄ２ を形成している金属層１０はトランジスタのベース金属層と同一である。しかし ながら、金属層１０をエミッタポテンシャルにすることも可能である。この場合 には、金属層７及び１０が互いに電気的に分離されていることが保証されねばな らない。この実施例においても、濃厚化降服電圧が生ずることはなり、シたがっ て達成可能な最大の降服電圧は前記式（１）のように単に空乏化降服電圧Ｕ１と 分圧器の分圧比とによって定められている。

両方の覆い電極ＤＩ及びＲ２が互いに電気的に接続されて１分圧器Ｒ１・Ｒ２に 接続されている場合には。

従来の覆い電極Ｄ（第１図）と全く同一の降服現象が得られ、特に、その場合達 成可能な最大の降服電圧は再び濃厚化降服電圧と空乏化降服電圧との和（Ｕ１＋ Ｕ２）になる。

第４図においては１分割されている覆い電極（Ｄｉ及びＲ２）を有する集積回路 の降服電圧と分圧器の分圧比との関係がしめされている。この場合空乏降服電圧 Ｕ１は１８０ｖであり、濃厚化降服電圧Ｕ２は２１４ｖである。抵抗Ｒ１は１０ ０にΩである。点ＡとＫとの間の降服電圧Ｕは分圧器抵抗Ｒ２の関数として記入 されている。降服電圧Ｕは式（１）に示した経過をたどっている。Ｒ２＞１２５ にΩの場合の降服電圧は。

濃厚化降服電圧と空乏化降服電圧との和よりも大きい。

図示の例は第２図の集積回路についてのもので、この場合抵抗Ｒ１・Ｒ２は外部 に接続されている。

本発明はｎｐｎ型トランジスタに限定されるものではなく、第５図に示すように 、ｐｎｐ型トランジスタにおいても適用することができる。この場合高オームの コレクタ領域１はｐ型に薄くドーピングされており。

逆の導電型の領域４はｎ型にドーピングされていて。

やはりトランジスタのベース領域を形成している。この第１の領域４から間隔を おいて、主表面６に第２の。

コレクタ領域１を形成している基板と同じ導電型の。

濃くドーピングされた凹入部５Ａをなす領域５がある。

しかしながらｐ型にドーピングされた領域５は、基板の下面２と同じように、濃 くドーピングされている。

第５図の場合においても２図面を見易（するために。

エミッタ領域はやはり示されていない。

覆い電極Ｄ１はこの実施例ではコレクタとベースとの接合部１・４の上方にある 。阻止電圧Ｕの極性は既に説明した実施例と逆である。

第３図と同じように、第５図の実施例においても。

コレクタ領域１から濃くドーピングされた領域５への接合部を、コレクタポテン シャルの金属層で覆っておくことができる。ＡとＫとの間に阻止電圧をかけると 。

ｐｎｐ型トランジスタの場合に安定した濃厚化降服電圧Ｕ２は分圧器によって昇 圧せしめられる。ＡとＫとの間の降服電圧Ｕはｐｎｐ　）ランジスタの場合次式 ：％式％（２） によって得られる。

調整可能に構成しておくこともできる分圧器を集積構成する場合には、濃厚化降 服が生じるような範囲があってはならない。

第６図〜第８図は、ブレーナ技術で構成されたｎｐｎ型ダーリントントランジス タに分圧器が集積構成されている場合に、どのようにして内部の電圧制限を実現 するかを示す。この場合すべての金属層の縁は破線で示されている。

第６図は第２図と同じように覆い電極Ｄ２のない実施例を平面図で示す。終段ト ランジスタのベース金属層は、ｐ型にドーピングされたベース領域４の完全に内 部にある。分圧器１１は、主表面から拡散せしめられた細長いｐ型領域を形成し ている。分圧器１１のコレクタ側の部分Ｒ１は、不働態化層（第２図の８）及び それを越えて延びている覆い電極Ｄ１によって覆われている。覆い電極Ｄ１の下 側の不働態化層８は特定の箇所１２において除去されている。このようにして形 成された接触穴】２は覆い電極Ｄ１を分圧器１１の１つの箇所に接続している。

分圧器のコレクタ側端部においても、やはり接触穴１３が開かれている。更にス トップ層として役立つ濃くドーピングされたコレクタ領域５が箇所１４に接続可 能である。金属層ブリッジ１５はコレクタ層と分圧器端部とを電気的に接続する 。

分圧器のベース側端部はダーリントン型トランジスタ終段のｐ型にドーピングさ れたベース領域４に直接に接続している。分圧器のベース側部分Ｒ２は、濃厚化 降服を避けるために、覆い電極金属層の下側には置かれていない。更に終段ベー スの接触面１６・ドライバベースの接触面１７・終段エミッタの接触面１８・ド ライバエミッタの接触面１９が見える。終段エミッタ自体は符号２０で、ドライ バエミッタは符号２１で示されている。図面を見易くするために、終段トランジ スタの導出抵抗・逆方向ダイオードのようなダーリントン型トランジスタのすべ ての細部は示されていない。第６図の実施例では降服電圧になったときに分圧器 のベース側端部（Ｒ２）もその阻止能力を失うので。

降服特性曲線は電流に関連するようになる。このことを阻止するために、高オー ムのコレクタ領域１の上方の酸化膜は抵抗Ｒ２の周囲で厚く構成される。これに よって空乏化降服電圧はこの範囲において高められ。

したがって分圧器抵抗Ｒ２はその阻止能力を維持する。

分圧器抵抗は１回又は２回の別個のｐ型イオン注入によって形成することもでき る。これによって大きな抵抗若しくは種々の温度係数を達成することができる。

更に分圧器抵抗は調整可能に構成しておくこともできる。

酸化膜の厚さを減少させることなしに、電流に無関係な降服特性曲線を得る別の 簡単な手段は、第７図に示されている。この場合Ｄ１の金属層は分圧器抵抗Ｒ２ の範囲において除去される。これによって、この範囲においては空乏化降服は生 ぜず、抵抗Ｒ２はその阻止能力を失う。

第８図は付加的な覆い電極Ｄ２（分割された覆い電極）を有する例を示す。この 場合ベースとコレクタとの接合部（４・１）はほとんど完全に、酸化膜から分離 された金属によって覆われている。

ロ　ロ　ロ　ロ ロ　ロ　＆　−Ｊ　ロ　ロ ＋ｒ　＋Ｊ　ｎ　〜　−ロ　ロ ＦＩＧ、　８ 国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　ゲルラッハ、　アルフレートドイツ連邦共和国　Ｄ−７４１０ ロイトリンゲン　レムプラントシュトラーセ　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特定の導電型を有する基板とこの基板の主表面内に拡散せしめられた逆の導 電型の第１の領域とによって形成されている少なくとも１つのｐｎ接合部と，こ の第１の領域から間隔をおいて主表面内に拡散せしめられている基板と同じ導電 型の濃くドーピングされた第２の領域と，主表面を部分的に覆う少なくとも１つ の不働態化層とを有し，この不働態化層上には少なくとも１つの金属の覆い電極 が取り付けられており，この覆い電極は，第１の領域のポテンシャル値と基板の 下面に構成された金属層のポテンシャル値との間の電圧ポテンシャルに接続され ている形式の半導体集積回路において，基板がｎ型にドーピングされている集積 回路の場合，覆い電極（Ｄ１）が第１のｐ型にドーピングされている領域（４） から間隔をおいて配置されていて，ｎ型にドーピングされている第２の領域（５ ）と第２の領域（５）に接している基板表面部分とを覆っているのに対し，基板 がｐ型にドーピングされている集積回路の場合には，覆い電極（Ｄ１）がｐ型に ドーピングされている第２の領域（５）から間隔をおいて配置されていて，ｎ型 にドーピングされている第１の領域（４）と第１の領域（４）に接している基板 表面部分とを覆っていることを特徴とする半導体集積回路。 ２．ｎｐｎ型トランジスタとして構成されている集積回路のベース金属層（９） が第２の覆い電極（Ｄ２）を形成しており，この第２の覆い電極はベース領域（ ４）とこれに接している基板との間の縁範囲を覆っていることを特徴とする請求 項１記載の集積回路。 ３．覆い電極（Ｄ１）が集積構成された分圧器（１１）のタップ（１２）に接続 されていることを特徴とする請求項１記載の集積回路。 ４．分圧器を形成している抵抗（Ｒ１・Ｒ２）が降服電圧の温度補償のために互 いに異なってドーピングされたシリコンから形成されていることを特徴とする請 求項３記載の集積回路。 ５．抵抗（Ｒ１・Ｒ２）が条片状の領域（１１）によって形成されており，この 領域は，基板（１）内に拡散せしめられていて，その端部で一面では第１の領域 （４）にかつ他面では第２の領域（５）に接触しており，かつ分圧器タップ（１ ２）を除いて不働態化層（８）によって覆われていることを特徴とする請求項３ 又は４記載の集積回路。 ６．ｎｐｎ型トランジスタとしての集積回路の場合，一端部が基板（１）の下面 の金属層（３）のポテンシャルにある分圧器抵抗（Ｒ１）が覆い電極（Ｄ１）の 金属層（７）によって覆われているのに対し，他方の分圧器抵抗（Ｒ２）はこの 金属層（７）によって覆われていないか，あるいはせいぜい部分的に覆われてい ることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の集積回路 。 ７．覆い電極（Ｄ１）を形成している金属層（７）が，集積回路がｎｐｎ型トラ ンジスタとして構成されている場合，主表面（６）に形成されている第２の領域 （５）と基板（１）との間の接合部範囲を完全に覆っていることを特徴とする請 求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の集積回路。 ８．集積回路がｎｐｎ型トランジスタとして構成されている場合，主表面（６） にある第２の領域（５）と基板（１）との間の接合部範囲が，ベースに接続され ている分圧器抵抗（Ｒ２）と向き合っている筒所を除いて，覆い電極（Ｄ１）を 形成している金属層（７）によって覆われていることを特徴とする請求項１から 請求項６までのいずれか１項に記載の集積回路。 ９．第１の領域（４）と抵抗条片（１１）との間で，条片状の凹入部（５Ａ）を なす第２の領域（５）が基板（１）内に拡散せしめられており，この第２の領域 は第１の領域（４）と接触しておらず，抵抗条片（１１）とはせいぜい第２の領 域（５）内への抵抗条片の接属筒所の近くにおいて接触していることを特徴とす る請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の集積回路。 １０．基板１の上方に位置する不働態化層（８）が，第１の領域（４）と第２の 領域（５・５Ａ）との間の範囲内で，抵抗条片（１１）と第２の領域（５・５Ａ ）との間の範囲におけるよりも薄いことを特徴とする請求項１から請求項９まで のいずれか１項に記載の集積回路。