JPS6092631A - 誘電体分離形半導体集積回路 - Google Patents

誘電体分離形半導体集積回路

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JPS6092631A
JPS6092631A JP58201379A JP20137983A JPS6092631A JP S6092631 A JPS6092631 A JP S6092631A JP 58201379 A JP58201379 A JP 58201379A JP 20137983 A JP20137983 A JP 20137983A JP S6092631 A JPS6092631 A JP S6092631A
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JP
Japan
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semiconductor substrate
polycrystalline semiconductor
conduction type
single crystal
integrated circuit
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Pending
Application number
JP58201379A
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English (en)
Inventor
Teruo Kusaka
日下 輝雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by NEC Corp, Nippon Electric Co Ltd filed Critical NEC Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W10/00—Isolation regions in semiconductor bodies between components of integrated devices
    • H10W10/01—Manufacture or treatment
    • H10W10/011—Manufacture or treatment of isolation regions comprising dielectric materials
    • H10W10/019—Manufacture or treatment of isolation regions comprising dielectric materials using epitaxial passivated integrated circuit [EPIC] processes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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    • H10W10/10—Isolation regions comprising dielectric materials

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  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

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】 本発明は誘電体分離形半導体集積回路の構造に関するも
ので、特に高集積密度かつ安定な高耐圧半導体集積回路
を実現せしめる構造を提供するiとにある。
半導体集積回路(以下、ICという)の素子間分離の構
造の1つとしての誘電体分離は、最も広く普及している
PN接合分離に比較して、+11素子間分離が双方向型
であること、 (Il+絶縁耐圧が高いこと、(冊基板
へのDC的寄生電流リークが発生しないこと%(IV5
アイランドの抵抗率選択の自由度が大きいこと、等、高
耐圧化の点で明確に優れておシ、従って、その大きな応
用分野の1つとして、高耐圧IC分野を指向している。
周知のように、高耐圧IC分野では、大振幅な電流もし
くは信号の処理を回路に要求されることが多い。例えば
家電製品に多数使用されている交流上−夕の制御用高耐
圧ICが前者の例であシ、ベル信号を処理する電話交換
機加入者回路用集積回路形アクセススイッチは後者の例
である。その種の用途においては、誘電体分離構造が使
用され、素子間分離が双方向型であることよシ、基板は
従来、フロートの状態にされるか、もしくはアース電位
に固定されるかであった。本発明は発明者らが誘電体分
離形高耐圧ICの実用化研究を行っているなかで見い出
した実験的知見に基づいて為されたものである。以下、
従来の構造で発生する問題の状況と、それを解決する本
発明の原理、実施例について、図面に基づき詳細を説明
する。
第1図は、同一ペレット上の各部の半導体スイッチ(P
NPNスイッチ)の高温電圧印加試験(以下BT試験と
呼ぶ)時の13Tバイアス方向とPNPNスイッチの劣
化が発生した方向を対応させた実験結果を示した一覧宍
である。第1図で順方向とは、PNPNスイッチおける
アノードからカソードへの方向であシ、逆方向とはその
逆のことである。またここで云う劣化の発生とは、電流
10μAで測定した耐圧が下落したとの意味で別の調査
(電流−電圧特性の測定)から、ここで劣化はブレーク
オーバー電圧の下落ではなく、リーク電流が増加したも
のであることが判明している。第1図の実験結果で注目
されるべきは劣化の発生がBTバイアスの方向によらず
、順方向側で発生していることである。
BT試験における劣化についての今一つの実験的知見は
、第2図に示すようにPNPNスイッチの順方向側耐圧
の温度特性がBT試験により大幅に劣化していることで
ある。耐圧の温度特性と、N+埋込層との密接な関係は
、例えば「高耐圧加入者回路LSIの信頼性」(森正道
他電子通信学会技術研究報告R83−19)の第44頁
〜第45頁に記載されている通シであり、発明者らが行
った上記実験の温度特性の劣化の態様も極めて、上記文
献の記載の現象と類似してお5.N 埋込層と関連して
いるものと考えられる。
第3図は、BT試験時の順方向バイアスおよび逆方向バ
イアスされたスイッチの状態を示したものである。IC
の構造は、多結晶半導体l中に5ins膜2で隔離され
た素子領域を多数有しておシ、各素子領域にはそれぞれ
PNPNスイッチ50゜60としてのサイリスクが形成
されている。まず順方向バイアスのスイッチ50におい
ては、BT試験時、7ノードAに最高電位が、カソード
Kには、最低電位もしくは、アース電位が印加され。
A−に間電圧はPゲー)−N−アイランド間の接合に図
中水したように空乏層3を発生し、そこにほとんど全て
が印加される。その状態ではN−アイランドの電位はt
lぼアノード電位(ペレット内は、分離5ins膜2中
の可動イオンはBT試験で図中の矢印の方向(Nアイラ
ンド側から多結晶半導体基板0111へ。但し、■イオ
ンのとき。Oイオンは逆方向)ヘトリフト(バイアスに
よシ移動すること)する。
また逆方向バイアスのスイッチ60においても、N−ア
イランドの電位は、はぼカソード電位(ペレット内の最
高電位)と同じであシ、多結晶半導体基板がフロート(
浮遊状態)もしくは、アース電位に固定されている従来
の構造では、分離5i01膜2中の可動イオンは、BT
試験で、図中の矢印の方向(N−アイランド側から基板
側へ0■イオンのとき。)へドリフトする。
上の説明から明らかな如く、分離8i0.膜2中の可動
イオンがドリフトする方向はBT試験時PNPNスイッ
チに印加するバイアスの方向の如何を問わず同一方向で
あシ、正電荷について云えばN−アイランド側から多結
晶半導体基板側ヘトリフトさせる方向である。そのドリ
フトによfiNアイランド(N+埋込層表面部)の結晶
表面に引き寄せられていた自由電子は、結晶内部へ追い
やられる。第4図は、その様態を示したものである。
すなわち、N+埋込層の実効的濃度プロファイルが分離
Sin、膜中の可能イオンのドリフトで影響される様子
を示したものである。
BT試験で変動する、分離8 i 02−8 i界面の
表面電荷量は発明者らの一1ull定によれば1010
〜tollq−cIrL−2程度であシ、N+埋込層表
面濃度10110l6” 程度に十分影響を与える爺で
ある。N 埋込層表面濃度がl Q” cIrL−” 
になっている理由は、N+埋込層にはアンチモン(sb
)、ヒ素(As )等拡散定数の小さな不純物が使用さ
れているがそれでも、分離Sin、膜の形成、多結晶半
導体の形成阻止PN接合の形成に加えられる熱処理で熱
拡散が生じ、N+埋込層がN−アイランド厚さを減少さ
せる量を抑えることと、N+埋込層表面部分と高耐圧阻
止PN接合からの引き出し配線との交叉点で電界集中が
発生し、ブレークオーバー電圧を低下させる現象を緩和
するために、ドーピング(添加)する不純物量に制限が
6D、そのために、上述したように比較的低い表面濃度
に抑えられている。
BT試験による劣化に対する技術的対策には二つの方法
がある。1つは、N 埋込層の表面濃度を表面電荷量の
変動が影響しないレベルまで高めることである。そのた
めには、Nバルク(単結晶)をよシ厚<シ、上述したN
 埋込層表面部と引き出し配線との交叉点で起こるロー
カルブレークダウンを技術的に克服することが必要であ
る。
今、一つの方法は、劣化の原因が分@ 8 i 0.膜
中の可動イオンのNバルク(N−アイランド十N+埋込
層)表面を空乏(デプレッ7目ン)化する方向へのドリ
フトに起因している点に対する技術的対策である。分離
Sin、膜中の可動イオン量をプロセス上、低減もしく
は不活性化することも勿論有効な技術的対策ではあるが
、多結晶半導体基板の動作時(BT試験時も含む)の電
位を最高電位付近に高め、ペレット内のいかなるNバル
クともNバルク表面がデプレック璽ン化する方向のバイ
アスを分離Sin、膜に印加せしめなくすることでも上
記のBT劣化を克服することができる。
本発明は、まさに徒者の点に着目して、BT劣化のない
誘電体分離形半導体集積回路を得たものである。
以下、実施例に基づき本発明の原理と構造について説明
する。
第5図は1本発明の実施例を示す断面図である。
すなわち、多結晶半導体基板11の主表面側に誘電体分
離膜i2(実施例の場合は、2〜3μmの8i0.膜)
で、電気的に絶縁分離されて形成さ・れた複数筒の第1
導電形(実施例の場合は、N形)単結晶半導体13(実
施例の場合は、抵抗率lO〜30Ω−儂、厚さ30〜6
0μmである)を形成する。
この単結晶半導体13の底面部および側面部には第1導
電形高濃度埋込層14が設けられている。
実施例においては、この第1導電形高濃度埋込層14の
形成には、アンチモン(sb)もしくはヒ素(As)等
N形で拡散定数の小さな不純物が使用された。ドーピン
グ(添加)濃度は、7X10”〜5X1016cIrL
−3 程度である。主表面には、表面絶縁膜15が被覆
され、この表面絶縁膜15をマスクにした選択拡散法に
よシ第2導電形拡散層168゜16b、および第1導電
形拡散層17が形成されている。実施例においては、拡
散層16aおよび16bの形成には、ボロンを゛不純物
として、深さ2〜10μmに拡散して偏成した。、また
、拡散層17の形成には、リンを不純物として、深さ0
.5〜3μmに拡散して形成した。金属配線18aおよ
び18bによシ所定の電気的接続を行ない完成している
。
本実施例の場合、金属配線18a、および18bには厚
さ1〜3μmのアルミニウム薄膜を加工したものを使用
している。また、金属配線18a、18b゛1 。TM
Kカ、工emい、511Cu−f!l。1.。、7〜2
5μmの5i02膜を使用している。金属配線18aお
よび18bは、それぞれ第5図に示したよりにダイオー
ドのアノードおよびカソードにオーミック接続されてい
る。また金属配線18aは回路動作時ペレットの中(回
路の中と云ってもよい)で最高電位なる機会のある配線
に接続されている。
さらに金属配線18bは、多結晶半導体基板11へ拡散
層16bを介してオーミック接続されている0 第5図に示したダイオードについてさらに説明するなら
ば、このダイオ−、ドは、他の高耐圧回路素子と同じく
、高耐圧設計でなければならない。
但し、流す電流は極めて小さいので最小サイズのもので
よい。
次に本発明の効果について説明すると、大伽幅信号を導
通せしめる配線(すなわち最高電位になる機会の配線)
の1部を高耐圧阻止能力を有するダイオードを介して、
多結晶半導体基板11へ接続せしめているために、多結
晶半導体基板11が回路動作中(BT試験時を含む)、
はぼ最高電位にされておシ、ベレット内のいかなる第1
導電形単結晶半導体130表面にもデプレツン百ン(空
乏)化を発生しない。そのために1回路動作を安定にす
ることができ、第1導電形高濃度埋込層の不純物濃度も
無理して高める必要もなくなシ高密度集積化がその分や
シ易くなシ、本発明の効果は明らかである。
最後に本発明の主旨からして、第1導電形単結晶半導体
13を実施例のようにN形に限る必要はなく、P形でも
実施可能である。その場合は、第5図のダイオードの電
流方向が逆になシ、金属配線isaは、回路動作中最低
電位になる機会のある配線と接続され、回路動作中、多
結晶半導体基板は最低電位に保持されることになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、同一ペレット上の各部のスイッチのBTバイ
アス方向と劣化発生の方向を対応させた実験結果を示す
一覧表である。第2図は、BT試験前後の耐圧の温度依
存性を示す実験データである。第3図は、BT試験時の
順方向および逆方向バイアス時の従来の半導体集積回路
の状態を示した断面図である。第4図は、N+埋埋込層
用Nプロファイル分離8i0.膜中の可動イオンのドリ
フトで影響される様子を示す説明図である。第5図は本
発明の一実施例を示す断面図である。 11・・・・・・多結晶半導体基板、12・・・・・・
誘電体分離薄膜、13・・・・・・第1導電形単結晶半
導体、14・・・・・・第1導電形高濃度埋込層、15
・・・・・・表面絶縁膜、16a、16b・・・・・・
第2導電形拡散層、17・・・・・・第1導電形拡散層
、18a、i8b・・・・・・金属配線。 率1 図 θ 、fQ 1(k) /67) 200羞准〔・C〕

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 多結晶半導体基板の主表面側に誘電体薄膜で電気的に絶
    縁分離されて形成された複数筒の第1導電形単結晶半導
    体領域を有し、各半導体領域に形成された各回路構成素
    子を金属配線で接続した誘電体分離形半導体集積回路に
    おいて、大振幅信号を導通せしめる配線をダイオードを
    介して前記多結晶半導体基板へ接続したことを特徴とす
    る誘電体分離形半導体集積回路。
JP58201379A 1983-10-27 1983-10-27 誘電体分離形半導体集積回路 Pending JPS6092631A (ja)

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JP58201379A JPS6092631A (ja) 1983-10-27 1983-10-27 誘電体分離形半導体集積回路

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JP (1) JPS6092631A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS632350A (ja) * 1986-06-20 1988-01-07 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
EP0596414A3 (en) * 1992-11-06 1997-10-15 Hitachi Ltd Semiconductor integrated circuit device comprising a dielectric isolation structure.

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS632350A (ja) * 1986-06-20 1988-01-07 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
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