JPH11509369A - モノリシック集積プレーナ半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ゾーン（３）が半導体基板（１，２）の中に形成され、この基板と共働してｐｎ接合部を形成する半導体装置が提案される。形成される空間荷電ゾーンの領域内に被覆電極（６）と高濃度でドープされたゾーン（４）とが設けられている。被覆電極（６）は分圧器（Ｚ１，Ｒ１，Ｚ２，Ｒ２，ＴＲ）に接続され、これにより被覆電極（６）の電位が温度補償されて調整設定される。

Description

【発明の詳細な説明】 モノリシック集積プレーナ半導体装置 従来の技術 本発明は独立項の上位概念に記載の半導体装置から出発する。 ヨーロッパ特許第９９８９７号明細書から、第１の導電性タイプの低濃度でド ーピング部を有する基板の中に第２の導電性タイプのゾーンが形成され、第２の 導電性タイプのゾーンは基板とｐｎ接合部を形成する半導体装置が公知である。 形成されたゾーンと基板との間のブレークダウン電圧を制御するために表面に被 覆電極が取付けられ、被覆電極は基板から薄い酸化層により分離されている。分 圧器によりこの被覆電極の電位を調整することによりｐｎ接合部のブレークダウ ン電圧が調整設定される。 ヨーロッパ特許第１７９０９９号明細書からもこのような半導体装置が公知で あり、この半導体装置では分圧器は集積抵抗により形成され、これらの集積抵抗 は異なる濃度でドープされている。これによりブレークダウン電圧の温度依存性 のある程度の補償が得られる。異なる濃度でドープされた分圧器抵抗により付加 的なプロセスステップが必要となる。更にこのような抵抗は比較的広いチップ面 積を必要とする。 本発明の利点 これに対して独立項の特徴部分に記載の特徴を有する本発明の半導体装置は、 ブレークダウン電圧の温度依存性がとりわけ良好に補償される利点を有する。分 圧器を製造するための付加的なプロセスステップは不要であり、集積分圧器のた めの必要なチップ面積は小さい。 従属項の特徴部分に記載の手段により、独立項に記載の半導体装置の有利な実 施の形態が可能である。正の温度係数を有する構成素子はとりわけ簡単に、抵抗 、ツェナーダイオード又は双方の構成素子の組合せにより形成される。負の温度 係数を有する構成素子のためには簡単に、エミッタ・ベース電圧が負の温度特性 を有するトランジスタを利用できる。このトランジスタは好適には基板の中に集 積され、これは、形成されたゾーンが補助トランジスタのコレクタとしても利用 される場合にとりわけ小スペースで行われる。ブレークダウン電圧をとりわけ正 確に定めるためには、空間荷電ゾーンの領域内に、基板の導電性タイプの高濃度 でドープされたゾーンを設けると有利である。 図面 図１は従来の半導体装置の横断面図、図２は分圧器が回路記号により示されて いる本発明の半導体装置の横断面図、図３はトランジスタのための拡散ゾーンを 有する図２の半導体装置の横断面図、図４、５及び６ は本発明の１つの実施の形態の平面図である。 実施の形態の説明 図１にはヨーロッパ特許第９９８９７号明細書に記載の半導体装置が示されて いる。半導体装置は、低濃度でｎドープされた上部層１と、高濃度でｎドープさ れた下部層２とを有する。下部層２は裏面の金属層２ａにより接触接続されてい る。基板の上面においてｎ層１の中に低濃度のｐ拡散部３と高濃度のｎ拡散部４ とが拡散形成され、これらは以下においてπ拡散部３及びｎ⁺拡散部４と呼称さ れる。基板の上面には、被覆酸化部５が設けられ、その上に被覆電極６が被着さ れている。被覆電極６と被覆酸化部５とは、ｐ拡散部３とｎ⁺拡散部４との間の ｎ層１の中の領域を覆っている。更に、πゾーン３の接触接続のため端子金属化 部３ａが設けられている。オーミックコンタクトを保証するためにゾーン３ａの 下方に高濃度でｐドープされた層が更に設けられているが、しかしこの高濃度で ドープされた層は分かり易くするために図示されていない。金属化部３ａは動作 電圧Ｕの負極に接続され、金属化部２ａは正極に接続されている。被覆電極６は 分圧器Ｒ１，Ｒ２のタップに接続され、この分圧器は動作電圧の正極と負極との 間に挿入接続されている。被覆電極の電位はこの分圧器Ｒ１，Ｒ２により正の動 作電圧と負の動作電圧との間に設定されている。ｎ⁺ドーピング層４も裏面金属 化部２ａの電位を有する。 この装置の機能は既にヨーロッパ特許第９９８９７号明細書に詳細に説明され ている。図示の装置の目的は、πゾーン３と基板との間のブレークダウン電圧を 制御して調整設定することにある。なおブレークダウン電圧とは、ｐドープされ たゾーン３とｎドープされた基板との間に印加されることが可能である可及的最 大逆方向電圧のこととする。πドーピング部３とｎ⁺ドーピング部４との直接近 いところでこれらの２つのゾーンの間のブレークダウンが行われる。被覆電極６ における電位によりブレークダウン電圧を制御でき、なかんずく抵抗Ｒ１とＲ２ との抵抗値の比を正しく定めることによりブレークダウン電圧を最適化できる。 可及的最大のブレークダウン電圧の外にブレークダウン電圧の絶対値をできるだ け正確に制御できることが望ましい。なかんずくブレークダウン電圧の値が半導 体構成素子の動作電圧に依存していなければならない。 図２には本発明の半導体装置の第１の実施の形態が示されている。同一作用を する構成素子は図１におけるのと同一の参照番号により示されている。図１の従 来の技術と異なり図２の実施の形態は、改善された分圧器を有する。供給電圧の 負極ひいてはπドーピング部３の金属化部３ａはｐｎｐ形補助トランジスタＴＲ のコレクタに接続されている。補助トランジスタＴＲのエミッタは抵抗Ｒ２に接 続されている。補助トラン ジスタＴＲのエミッタ・ベース区間は抵抗ＲＴ１により橋絡され、補助トランジ スタＴＲのベース・コレクタ区間は抵抗ＲＴ２により橋絡されている。抵抗Ｒ２ はツェナーダイオードＺ２ａの陽極に接続されている。ツェナーダイオードＺ２ ａの陰極は被覆電極６のための電圧タップと抵抗Ｒ１の一方の端子とに接続され ている。抵抗Ｒ１の他方の端子はツェナーダイオードＺ１ｃの陽極に接続されて いる。ツェナーダイオードＺ１ｃの陰極は別のツェナーダイオードＺ１ｂの陽極 に接続されている。ツェナーダイオードＺ１ｂの陰極はツェナーダイオードＺ１ ａの陽極に接続されている。ツェナーダイオードＺ１ａの陰極は高濃度のｎ⁺ド ーピング部４、裏面金属化部２ａ及び正の動作電圧端子に接続されている。 ブレークダウン電圧Ｕは次式により、分圧器における個々の構成素子における 電圧降下に依存する。 U=U1×{UR1+UR2+UZ(n+m)+UCE}/{UR1+mUZ} ただしＵＲ１及びＵＲ２は抵抗Ｒ１，Ｒ２における電圧降下、ＵＺはそれぞれ のツェナーダイオードにおける電圧降下、ｍ^＋ｎはそれぞれのツェナーダイオー ドの数であり、なおこの場合ｎ＝１及びｍ＝３であり、Ｕ１は、陽極Ａと被覆電 極Ｄとの間の電圧降下が零である場合に得られるブレークダウン電圧である。補 助トランジスタＴＲの電圧降下ＵＣＥは次式によりトランジスタＴＲのベース・ エミッタ電圧ＵＢＥに依存する。 UCE=UBE×（1+RT2/RT1） ツェナーダイオードＺ１及びＺ２はアバランシェ効果に従って動作し、従って 正の温度係数を有する。更に抵抗Ｒ１，Ｒ２，ＲＴ１及びＲＴ２は正の温度係数 を有する、すなわちそれらの抵抗値は温度上昇と共に増加する。電圧Ｕ１も正の 温度係数を有する。補助トランジスタＴＲにおける電圧降下はベース・エミッタ 区間における電圧降下ＵＢＥにより定める。この電圧降下は負の温度係数を有す る。従って分圧器は、正の温度係数を有する構成素子及び負の温度係数を有する 構成素子を有するので、分圧器のタップにおける温度依存性は大幅に補償される ことが可能である。抵抗値を適切に選択することによりツェナーダイオード及び 補助トランジスタＴＲの電圧は、構成素子のブレークダウン電圧が大幅に温度に 依存しないように調整設定することが可能である。更にすべての使用構成素子は とりわけ小スペースで従来の技術で半導体基板の中に集積されることが可能であ る。従ってとりわけ簡単に、定められたブレークダウン電圧を有する半導体素子 が形成される。 図３には図２の半導体装置が、図２では回路記号としてしか示されていない補 助トランジスタが図２では相応の接触接続端子を有する拡散ゾーンとして示され ているとの意味においてより具体的に示されている。補助トランジスタＴＲのた めにπドーピングゾーン３の中に薄いｎドーピングゾーン７とｐ⁺ドーピングゾ ーン８とが形成されている。ｐ⁺ドーピングゾーンはエミッタを形成し、低濃度 のｎドーピングゾーン７は補助トランジスタＴＲのベースを形成し、πドーピン グゾーン３は補助トランジスタＴＲのコレクタを形成している。エミッタ金属化 部９は抵抗ＲＴ１とＲ２との間に接続され、補助トランジスタＴＲのベース金属 化部１０は抵抗ＲＴ１とＲＴ２との間に接続されている。 注意すべき点は、補助トランジスタＴＲのπドーピング部３の中への集積、分 圧器の印加電位のみに基づいて可能であることである。π金属化部と基板のｎド ーピング部１，２，４との間に逆方向電圧を印加することにより、πドーピング 部３又はｎドーピング部１の中に到達するディプレッションゾーンが形成される 。このディプレッションゾーンがｎドーピング部７に到達すると補助トランジス タＴＲの機能が障害を受ける（パンチスルー）。しかし分圧器ＲＴ１，ＲＴ２に より相応の電圧がｎゾーン７又はπゾーン３に印加されるので補助トランジスタ ＴＲの機能障害は回避され る。従って更なる保護手段無しに補助トランジスタＴＲをπゾーン３の中に集積 することが可能である。 図２及び３の中に示されている半導体素子は、πドーピング部３とｎドープさ れた基板との間でダイオードを形成する。しかしπゾーン３の中には、例えばト ランジスタを形成するために別のゾーンを形成することが可能である。次の図４ ，５及び６には平面図で集積されたダーリントントランジスタが示され、基板の 中には付加的に更に、図２及び３から既知の分圧器のすべての構成素子が集積さ れている。 図４には平面図で半導体基板の低濃度でｎドープされた上部層１が示されてい る。この低濃度でｎドープされた層１の中に低濃度でドープされたπ層が拡散さ れている。最大領域は、図２及び３から既知のようにπ層３により占められてい る。π層３はダーリントントランジスタのベースを形成している。π層３の中に 配置されている低濃度のπドーピングゾーン２０により、所属のダーリントンド ライバトランジスタのベースが形成されている。更にツェナーダイオードＺ１ａ 〜Ｚ１ｃのためのｐウエル２１が設けられている。別のウエル２２がツェナーダ イオードＺ２ａのために設けられている。細長に拡散されたｐウエブにより抵抗 Ｒ１及びＲ２が形成されている。これらの抵抗Ｒ１及びＲ２はそれぞれ端子領域 ２３の中に連通し、端子領域２３の中には金属化部のための端子が設けられてい る。 図５には平面図でいくつかの低濃度のｎドーピング部が示され、これらのｎド ーピング部はそれぞれ、図４に示されているｐゾーンの中に形成されている。低 濃度でドープされたゾーン３０及び３１はダーリントンドライバトランジスタ及 びダーリントントランジスタのエミッタを形成する。更なる低濃度でドープされ たゾーンが補助トランジスタの抵抗ＲＴ１及びＲＴ２のためと補助トランジスタ のベース７のためとに設けられている。低濃度のｎドーピングゾーン３２はツェ ナーダイオードＺ１及びＺ２の陰極を形成する。更に平面図で高濃度のｎドーピ ング部４が示されている。ほぼ枠状に形成されている高濃度のｎドーピング部４ は帯状の高濃度のｎドーピング部４ａに移行し、高濃度のｎドーピング部４ａに より、ダーリントントランジスタが配置されている基板領域は、ダイオード及び 抵抗が配置されている領域から分離されている。更に図５には高濃度のｐドーピ ングの領域が示され、これらの高濃度のｐドーピング領域は低濃度でｎドープさ れた領域の中に埋込まれている。領域３３はツェナーダイオードの陽極を形成し 、低濃度のｎドーピング陰極３２の中に埋込まれている。高濃度のｐドーピング 部８は補助トランジスタＴＲのエミッタを形成し、低濃度でドープされたベース ゾーン７の中に埋込まれている。 図６には平面図で半導体素子が示され、金属化部及びコンタクト部が示されて いる。コンタクト部はパッシベーション層の中の開口であり、これらのパッシベ ーション層は通常は集積半導体の表面を被覆し、これらの集積半導体の中で金属 層は直接的に、この金属層の下に位置するシリコン層に接続されている。金属層 が、低濃度でドープされた領域の上に当接している場合、金属・半導体接合によ りショットキーダイオードが形成される。このようなダイオードは、コンタクト の中にオーミックコンタクトのための高濃度のドーピング部が設けられることに より回避される。 図６と４との比較により、金属化部５０がダーリントンドライバトランジスタ のベース端子を形成していることが分かる。図６と５との比較により、金属化部 ５１によりダーリントントランジスタのエミッタ３１が接続されていることが分 かる。金属化部の下方に高濃度のｐ⁺ドーピング部が設けられ、これによりベー ス領域２０へのオーミックコンタクトが保証される。金属化部５１の下方には高 濃度のｎ⁺ドーピング部が設けられ、これによりエミッタ３１がオーミックコン タクトで接触接続される。当該のコンタクトは簡明に分かり易く図示するために 図４及び５には示されていない。金属化部３ａによりダーリントンドライバトラ ンジスタのエミッタ３０（図５参照）はベース３（図４参照）に接続されている 。当該のコンタクトの図示 は簡明に分かり易く図示するために省略されている。 図５の概略図により、金属化部５３及びコンタクト６０によりツェナーダイオ ードＺ１ａの陽極３２が高濃度のドーピング部４に接続されていることが分かる 。一方、ウエブ５４によりツェナーダイオードＺ１ａの陽極３３はツェナーダイ オードＺ１ｂの陰極に接続されている。金属ウエブ５６によりツェナーダイオー ドＺ１ｃの陽極は、図４のウエル２１に接続され、ひいては抵抗Ｒ１に接続され ている。コンタクト６１により抵抗Ｒ１は枠状被覆電極６に接続されている。従 ってコンタクト６１により分圧器のタップが形成されている。コンタクト６２及 び金属化部５７によりツェナーダイオードＺ２ａの陰極３２（図５参照）が金属 化部６に接続されているか、又は陽極３３（図５参照）がｐウエル２２（図４参 照）に接続され、ひいては抵抗Ｒ２に接続されている。抵抗Ｒ２の他端はコンタ クト６３により補助トランジスタＴＲの金属化部９に接続されている。金属化部 ９はコンタクト６４により抵抗ＲＴ１と補助トランジスタＴＲのエミッタゾーン ８とに接続されている（図５参照）。補助トランジスタのベース７は金属化部１ ０及び当該のコンタクトを介して抵抗ＲＲ１及び抵抗ＲＴ２に接続されている（ 図５参照）。抵抗ＲＴ２はコンタクト穴６５を介して金属部３ａに接続されてい る。この金属部３ａによりπドーピングゾーン３へのオーミックコンタクトも形 成されている。コンタクト穴６０〜６５が直接的に、低濃度でドープされたゾー ンに接触している場合、対応する高濃度のドーピング部がオーミックコンタクト 形成のために設けられている。これらの高濃度のドーピング部は簡明に分かり易 く図示するために示されていない。 分圧器に印加する電圧はツェナーダイオードＺ１，Ｚ２及びトランジスタＴＲ を介して降下するので、抵抗Ｒ１及びＲ２は比較的小さく定められることが可能 である。総括して、ツェナーダイオードの使用により分圧器の全需要が、ヨーロ ッパ特許第９９８９７号明細書に記載の分圧器に比して大幅に低減される。補助 トランジスタにより、分圧器の大幅な温度補償が達成される。補助トランジスタ ＴＲのためには、図示のダーリントントランジスタのためにいずれにせよ使用し なければならないドーピングゾーンのみが使用される。従って補助トランジスタ のための付加的な製造ステップが不要である。 図１〜６にはそれぞれｎ基板と、その中に形成されたπゾーン３とから出発し た。しかし当業者には、当該のドーピングゾーンをそれぞれ反対のドーピングに より置換することが可能であることは自明である。実施の形態としてダーリント ントランジスタが示されている。しかし本発明は、基板に対するｐｎ接合部のブ レークダウン電圧が形成されなければならない任意の 構成素子において使用可能である。更に本実施例ではｐｎｐ形補助トランジスタ を使用しているが、これをｎｐｎ形トランジスタにより置換することが可能であ る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 第１の導電性タイプを有する基板（１，２）と、第２の反対の導電性タ イプの、前記基板（１，２）の中に形成されたゾーン（３）とにより形成されて いる少なくとも１つのｐｎ接合部を有するモノリシック集積プレーナ半導体装置 であって、パッシベーション層（５）の上に配置されている被覆電極（６）を具 備し、前記被覆電極（６）は、前記ｐｎ接合部の逆方向動作で発生する空間荷電 ゾーンを覆い、更に分圧器を具備し、前記分圧器は前記ｐｎ接合部に並列に接続 され、前記分圧器のタップは前記被覆電極（６）に接続されているモノリシック 集積プレーナ半導体装置において、 前記分圧器を前記半導体装置の中に集積し、前記分圧器が、正の温度係数を有 する構成素子及び負の温度係数を有する素子を有することを特徴とするモノリシ ック集積プレーナ半導体装置。 ２． 正の温度係数を有する素子のためにツェナーダイオード（Ｚ１，Ｚ２） を設けることを特徴とする請求項１記載のモノリシック集積プレーナ半導体装置 。 ３． 正の温度係数を有する素子のために抵抗（Ｒ１，Ｒ２）を半導体装置の 中に集積することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のモノリシック集積プ レーナ半導体装置。 ４． 負の温度係数を有する素子のためにトランジスタ（ＴＲ）を半導体装置 の中に集積し、ベースとエミッタとの間及びベースとコレクタとの間にそれぞれ １つの抵抗（ＲＴ１，ＲＴ２）を配置することを特徴とする請求項１から３まで のいずれか１項記載のモノリシック集積プレーナ半導体装置。 ５． 補助トランジスタ（ＴＲ）を第２の導電性タイプの形成されたゾーンの 中に集積することを特徴とする請求項４記載のモノリシック集積プレーナ半導体 装置。 ６． 第１の導電性タイプの形成されたゾーン（３）が補助トランジスタ（Ｔ Ｒ）のコレクタを形成することを特徴とする請求項５記載のモノリシック集積プ レーナ半導体装置。 ７． 被覆電極（６）の下方において空間荷電ゾーンの領域内に第１の導電性 タイプの高濃度でドープされたゾーン（４）を配置することを特徴とする請求項 １から６までのいずれか１項記載のモノリシック集積プレーナ半導体装置。