JP2004031576A - 半導体集積回路装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の半導体集積回路装置では、第2のエピタキシャル層23表面にP+型の第1および第2の拡散領域34、32を一部重畳するように形成する。そして、P+型の第2の拡散領域32の直上部でアノード電極39と接続させ、寄生抵抗R1を寄生抵抗R2より大きくすることに特徴を有する。そのことで、基板21への漏れ電流の原因である寄生PNPトランジスタTR2の動作を抑制させ、漏れ電流を大幅に低減することができる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力トランジスタ保護に適したスパークキラーダイオードを内蔵した半導体集積回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、3相モータドライバは、図14のように直流電源VCC、GND間に直列接続されたトランジスタ(Tr1―Tr2、Tr3―Tr4、Tr5―Tr6)が並列接続される。そして、Tr1―Tr2、Tr3―Tr4およびTr5―Tr6の間から取り出された出力端子をモータMに接続した回路構成を採用する。
【0003】
このように負荷が誘導性負荷の場合、モータの回転/停止に伴う正/逆方向の起電力が発生する。従来は、IC化された直列接続トランジスタのコレクタ・エミッタ間に保護ダイオードを接続する。そして、前記逆方向起電力によって出力端子がGND電位より低く又はVCC電位より高くなった際にダイオード4がONする。そのことで、前記起電力を固定電位へ逃がし、直列接続されたトランジスタを含むICの内部を保護していた。特にダイオード4に数Aもの大電流を流す場合は、ダイオード4として個別部品を用いて構成していた。
【0004】
ここで、ユーザ側からすれば、機器の部品点数を減らす為にダイオード4もIC化したいとの要望もある。しかし、数Aもの大電流を流すダイオードを集積化すると、集積回路内で不可避的に発生する寄生トランジスタ効果によって寄生電流が流れてしまう恐れがある。そして、寄生電流は無効電流として流れるほか最悪の場合はラッチアップに至るという危険性をはらんでいる。
【0005】
そこで、寄生電流を防止する構造として例えば特開平6―100459号公報に記載された構造が提案された。
【0006】
図15に示す如く、P型半導体基板1とN型半導体基板2との間にN+型の埋め込み層3が設けられている。この埋め込み層3を囲むようにP+型の分離領域4が半導体層2表面から半導体基板1まで拡散され、1つのアイランド5を形成している。そして、前記埋め込み層3の上には一部重なるようにP+型の埋め込み層6が形成されている。このP+型の埋め込み層6を囲み、半導体層2表面からN+型の埋め込み層3に到達するN+型の導出領域7が設けられる。この囲まれた領域にはN+型の拡散領域8が形成されている。更に、導出領域7で囲まれた領域において、前記拡散領域8を囲み、半導体層2からP+型の埋め込み層6に到達するP+型の導出領域9が設けられている。更に、前記拡散領域8にはカソード電極10が、P+型の導出領域9にはアノード電極11が設けられ、この電極はN+型の導出領域7と電気的に接続されている。
【0007】
つまり、P+型の導出領域9とP+型の埋め込み層6がアノード領域、N+型の拡散領域8と導出領域9で囲まれたN型の半導体領域がカソード領域となり、ダイオードが構成されている。
【0008】
斯かるダイオード素子においては、N+型の埋め込み層3をベース、P+型の埋め込み層6をエミッタ、P型の半導体基板1やP+型の分離領域4をコレクタとするPNP型の寄生トランジスタTr2が生じる。しかし、アノード電極の接続によりこの寄生トランジスタTr2のベース−エミッタ間が同電位となるので、寄生PNPトランジスタTr2がON動作することを防止できる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の半導体集積回路装置では、図14に示したように、負荷が誘導性負荷の場合、モータの回転/停止に伴う正/逆方向の起電力が発生する。そのため、IC化された直列接続トランジスタのコレクタ−エミッタ間に保護ダイオードを接続する。そして、前記逆方向起電力によって出力端子がGND電位より低く又はVCC電位より高くなった際にダイオード4がONする事で前記起電力を固定電位へ逃がす。そして、直列接続されたトランジスタを含むICの内部を保護していた。特にダイオード4に数Aもの大電流を流す場合は、ダイオード4として個別部品を用いて構成していた。
【0010】
そして、機器の部品点数を減らす為にダイオード4もIC化したいとの要望等により、数Aもの大電流を流すダイオードを集積化した。しかし、集積回路内で不可避的に発生する寄生トランジスタ効果によって寄生電流が流れ、無効電流が流れる等の問題より、図15に示す如く、ダイオードをICの内部に取り入れた構造とした。
【0011】
しかしながら、上述の如く、ダイオード4をICの内部に取り入れることはできたが、図15に示す如く、ダイオード4がOFFの場合、すなわちカソード電極10がアノード電極11より高電圧となった場合がある。このとき、寄生トランジスタTR1のPN接合面におけるブレークダウン電流による半導体素子の破壊に対応するための耐圧が必要となる。つまり、従来の構造では、寄生トランジスタTR1のベース領域としてのP+型埋め込み層6の幅が狭く、電流増幅率hfeが抑制することが困難であり寄生トランジスタTR1の耐圧が確保することができないという問題があった。
【0012】
更に、図15に示す如く、従来の構造では、寄生トランジスタTR2がON動作を抑制するために、ベース−エミッタ間が同電位となるような構造としたが、基板を介してリーク電流が流れてしまう。そのため、寄生トランジスタTR2によるリーク電流により、所望の順方向電流が得られないという問題があった。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した従来の課題に鑑みてなされたもので、本発明である半導体集積回路装置では、一導電型の半導体基板と、該基板表面に少なくとも1層は積層される逆導電型のエピタキシャル層と、前記基板と第1層目のエピタキシャル層との間に形成される第1の逆導電型の埋め込み層と、前記基板と前記第1層目のエピタキシャル層との間に形成され、且つ前記第1の逆導電型の埋め込み層と重畳して形成されている第1の一導電型の埋め込み層と、前記第1の一導電型の埋め込み層と連結し、且つ最上層のエピタキシャル層に形成される第1の一導電型の拡散領域とも連結する一導電型の埋め込み領域と、前記第1の逆導電型の埋め込み層と連結し、且つ前記最上層のエピタキシャル層に形成される第1の逆導電型の拡散領域とも連結する逆導電型の埋め込み領域と、前記第1の一導電型の拡散領域に囲まれた前記最上層のエピタキシャル層に形成される第2の逆導電型の拡散領域とを有し、前記最上層のエピタキシャル層に形成される第2の一導電型の拡散領域は前記第1の一導電型の拡散領域と少なくともその一部を重畳させ、且つアノード電極は前記第1の逆導電型の拡散領域と前記第2の一導電型の拡散領域とを接続することを特徴とする。
【0014】
本発明の半導体集積回路装置は、好適には、前記第2の逆導電型の拡散領域には前記最上層のエピタキシャル層表面から逆導電型のウェル領域が重畳して形成されることを特徴とする。
【0015】
また、本発明の半導体集積回路装置は、好適には、少なくとも前記第1の一導電型の埋め込み層上面は前記第1の逆導電型の埋め込み層上面より前記第2の逆導電型の拡散領域側に位置し、且つ前記第1の一導電型の埋め込み層と前記第2の逆導電型の拡散領域とが深さ方向に隔てて形成されることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の半導体集積回路装置について、図1から図5を参照にして詳細に説明する。尚、図1では本実施の第1の実施形態を図示しており、図4では本実施の第2の実施形態を図示している。
【0017】
第1の実施の形態
図1(A)は本発明の半導体集積回路装置の構造を示す断面図であり、図1(B)は本発明の半導体集積回路装置の回路図である。尚、本実施の形態では、半導体集積回路装置のダイオード素子が形成される領域のみを図示し説明するが、その他の領域には、縦型PNPトランジスタ素子、NPNトランジスタ素子等が形成されている。
【0018】
図1(A)に示す如く、P−型の単結晶シリコン基板21上には、厚さ2〜10μmの第1のエピタキシャル層22が形成され、第1のエピタキシャル層22上には厚さ8〜10μmの第2のエピタキシャル層23が形成されている。第1および第2のエピタキシャル層22、23は、それぞれ2層の合計膜厚が8〜16μm程度になるように形成されている。そして、基板21と第1および第2のエピタキシャル層22、23は、それらを貫通するP+型の分離領域24によってダイオード素子を形成する島領域が形成される。尚、上述の如く、本実施の形態ではダイオード素子のみを図示しているが、その他、P+型の分離領域24により縦型PNPトランジスタ素子、NPNトランジスタ素子等を形成する島領域が形成されている。
【0019】
この分離領域24は、基板21表面から上下方向に拡散した第1の分離領域25と、第1および第2エピタキシャル層22、23の境界から上下方向に拡散した第2の分離領域26と、第2エピタキシャル層23表面から形成した第3の分離領域27から成る。そして、3者が連結することで第1および第2のエピタキシャル層22、23を島状に分離する。
【0020】
以下に、本発明であるダイオード素子について説明する。図示の如く、基板21と第1エピタキシャル層22との間にN+型の第1の埋め込み層28とP+型の第1の埋め込み層29とが重畳して形成されている。そして、第1および第2のエピタキシャル層22、23の境界部分にP+型の第2の埋め込み層31およびN+型の第2の埋め込み層30が形成されている。このN+型の第2の埋め込み層30およびP+型の第2の埋め込み層31は、それぞれN+型の第1の埋め込み層28およびP+型の第1の埋め込み層29とその一部で重畳している。また、第2のエピタキシャル層23表面からP+型の第2の埋め込み層31に達するP+型の第1の拡散領域34が形成されている。そして、これらP+型領域31、34に挟まれたN−型の第1および第2のエピタキシャル層22、23がカソード領域として形成されることでPN接合ダイオードが構成されている。この時、第2のエピタキシャル層23表面からN+型の第2の埋め込み層30に達するN+型の第1の拡散領域38が形成されている。
【0021】
そして、本発明では、第2のエピタキシャル層23表面からP+型の第2の拡散領域32を形成し、P+型の第2の拡散領域32の一部をP+型の第1の拡散領域34と重畳させる。そして、第2のエピタキシャル層23表面に形成した絶縁層36にアノード電極39と接続するためのコンタクトホール38が形成される。このとき、コンタクトホール38はP+型の第2の拡散領域32とアノード電極39とを接続させるために、P+型の第2の拡散領域32の直上部に形成される。そして、N+型の第1の拡散領域33とP+型の第2の拡散領域32とをアノード電極39を介して短絡している。そのことで、詳細は後述するが、詳細は後述するが、寄生NPNトランジスタTR1のベース−コレクタ間、寄生PNPトランジスタTR2のベース−エミッタ間を短絡していることになる。尚、詳細は後述するが、P+型の第2の拡散領域32は寄生PNPトランジスタTR2のエミッタ側の抵抗値をベース側の抵抗値より高くすることを目的に形成されている。そのため、コンタクトホール38の位置は所望の抵抗値により任意の変更は可能である。
【0022】
本実施の形態では、基板21と第1エピタキシャル層22との間にN+型の第1の埋め込み層28とP+型の第1の埋め込み層29とが重畳して形成している。そして、例えば、N+型の第1の埋め込み層28はアンチモン(Sb)を使用し、また、P+型の第1の埋め込み層29はホウ素(B)を使用し形成されている。そのため、不純物の拡散速度及び不純物の使用濃度の違いにより、図1に示すように、N+型の第1の埋め込み層28の上下にP+型の第1の埋め込み層29が形成されている構造を有する。そして、上述の如く、P+型の第1および第2の埋め込み層29、31、P+型の第1および第2の拡散領域34、32をアノード領域とし第1および第2のエピタキシャル層22、23をカソード領域としたPN接合ダイオードが形成されている。また、カソード領域として形成されている第2のエピタキシャル層23にはN+型の第2の拡散領域35がカソード導出領域として形成されている。そして、N+型の拡散領域35とP+型の第1の埋め込み層29とが深さ方向に隔てて形成されている構造となる。
【0023】
上述した本発明の構造により、ダイオード素子がOFFの状態にある場合、つまり、P+型の第1の埋め込み層29とN−型の第1のエピタキシャル層22とで形成されているPN接合面に逆バイアスが印加された場合がある。この場合、第1および第2のエピタキシャル層22、23からなるN型領域に空乏層形成領域を大幅に得ることができる。そして、N型領域に形成された空乏層で耐圧を確保することでブレークダウン電流による内部素子破壊を抑制することができる。
【0024】
尚、第2のエピタキシャル層23の表面は絶縁層36によって被覆され、絶縁層36に形成されたコンタクトホール37、38、40を介して各種のアルミ電極が設けられている。そして、図示はしていないが、基板21には接合分離のための接地されている。
【0025】
図1(A)および(B)に示す如く、本実施の形態の構造ではダイオード素子がONすることで、主に、寄生NPNトランジスタTR1、寄生PNPトランジスタTR2、寄生抵抗R1、R2が形成される。以下、ダイオード素子がON状態における基板24への漏れ電流を左右する寄生トランジスタの動作について説明する。
【0026】
先ず、寄生NPNトランジスタTR1は、N+型の第1の埋め込み層28をコレクタ、P+型の第1の埋め込み層29をベースおよび第1および第2のエピタキシャル層22、23をエミッタとして構成されている。そして、寄生NPNトランジスタTR1のベースには、P+型の第1および第2の埋め込み層29、31、P+型の第1および第2の拡散領域34、32から成る寄生抵抗R1が構成されている。一方、寄生NPNトランジスタTR1のコレクタには、N+型の第1および第2の埋め込み層28、30およびN型の第1の拡散領域33から成る寄生抵抗R2が構成されている。図示の如く、本発明では、第2のエピタキシャル層23にP+型の第1および第2の拡散領域34、32を形成することに特徴を有する。そして、両者を一部重畳するように形成し、P+型の第2の拡散領域32上でアノード電極39と接続している。
【0027】
そのことで、寄生抵抗R1はP+型の第2拡散領域32の領域分だけ抵抗値を大きくすることができる。寄生抵抗R1の抵抗値は使用用途等により任意に設計変更は可能であり、P+型の第2拡散領域32の形成領域またはコンタクトホール38の形成位置により調整することができる。本実施の形態では、P+型の第2拡散領域32を形成することで寄生抵抗R1の抵抗値は1〜3Ω程度大きくなるような構造としている。つまり、寄生抵抗R1の抵抗値は寄生抵抗R2の抵抗値より大きくなる構造である。その結果、寄生NPNトランジスタTR1では同一のアノード電極39に接続しベース−コレクタ間を短絡しているが、コレクタ電位をベース電位より高い電位に維持することができる。そして、寄生NPNトランジスタTR1ではダイオード素子の順方向電流(If)と同じ方向に電流を流すので、ダイオード素子の順方向電流(If)の特性を向上させることができる。
【0028】
一方、寄生PNPトランジスタTR2は、P−型の基板21をコレクタ、N+型の第1の埋め込み層28をベース、P+型の第1の埋め込み層29をエミッタとして構成されている。そして、寄生PNPトランジスタTR2のエミッタには、P+型の第1および第2の埋め込み層29、31、P+型の第1および第2の拡散領域34、32から成る寄生抵抗R1が構成されている。一方、寄生PNPトランジスタTR2のベースには、N+型の第1および第2の埋め込み層28、30およびN型の第1の拡散領域33から成る寄生抵抗R2が構成されている。そして、上述したように、本発明では、P+型の第2の拡散領域32を形成することに特徴を有し、寄生抵抗R1の抵抗値は寄生抵抗R2の抵抗値より大きくなる構造である。
【0029】
そのことで、寄生PNPトランジスタTR2では同一のアノード電極39に接続しベース−エミッタ間を短絡しているが、ベース電位をエミッタ電位より高い電位に維持することができる。その結果、寄生PNPトランジスタTR2では、P+型の第2の拡散領域32により確実にベース電位をエミッタ電位より高い電位に維持することができる。そして、寄生PNPトランジスタTR2のON動作を阻止することができ、寄生PNPトランジスタTR2を介して基板21への漏れ電流を極力抑制することが可能となる。
【0030】
図2はP+型の第2の拡散領域32を形成する場合と形成しない場合のダイオード素子の順方向電流(If)と基板21への漏れ電流(Isub)との関係図である。具体的には、一点鎖線で示したラインがP+型の第2の拡散領域32を形成せず、P+型の第1の拡散領域34とN+型の第1の拡散領域33とを同一のアノード電極39で接続した場合である。一方、実線で示したラインがP+型の第2の拡散領域32を形成し、P+型の第2の拡散領域32とN+型の第1の拡散領域33とを同一のアノード電極39で接続した場合である。図示の如く、ダイオード素子の順方向電流(If)を、例えば、2.5(A)を得る場合、P+型の第2の拡散領域32を形成しないと基板21への漏れ電流(Isub)は300×10−3(A)程度発生する。一方、P+型の第2の拡散領域32を形成すると基板21への漏れ電流(Isub)は50×10−3(A)程度発生する。そして、ダイオード素子の順方向電流(If)を大きくするにつれて、基板21への漏れ電流(Isub)の差が大きくなることが実験より立証されている。つまり、P+型の第2の拡散領域32を形成し、寄生抵抗R1の抵抗値を寄生抵抗R2の抵抗値より大きくすることで、基板21への漏れ電流(Isub)を低減し、ダイオード素子の順方向電流(If)を大きくすることができる。
【0031】
ここで、図3に示す構造について説明する。図3は本発明であるP+型の第2の拡散領域32を形成せず、P+型の第1の拡散領域34が形成される第2のエピタキシャル層22表面にポリシリコン42を形成した場合の断面図である。図示の如く、第2のエピタキシャル層22表面にポリシリコン42を形成し、ポリシリコン42を抵抗として用いることで、上述した図1(A)の構造と同様な効果を得ることができる。この場合、ポリシリコン42に導入された不純物量によりポリシリコン42の抵抗値は自由に変更することができ、P+型の第2の拡散領域32と同様に扱うことができる。その他の構造および効果は上述した図1(A)の構造と同様であるので、上述した説明を参照としここでは説明を割愛する。
【0032】
また、図5(A)に示す如く、図1(A)に示したダイオード素子のN+型の第2の拡散領域35を重畳して囲むようにN+型のウェル領域43を形成する構造とすることもできる。そして、この構造によりダイオード素子がON時において、N+型ウェル領域40が第2のエピタキシャル層23での寄生抵抗を低減する。つまり、本発明でのダイオード素子のPN接合において、第1および第2のエピタキシャル層22、23から成るN型領域の抵抗値を下げることができる。そのことで、ダイオード素子の順方向電圧(VBEF)が低減され、ダイオード素子の順方向電流(If)を向上させることができる。しかしながら、N+型のウェル領域43を形成することで、PN接合面から広がる空乏層形成領域が低減しOFF時でのダイオード素子の耐圧が低下する。そのため、耐圧特性を重視するか、または順方向電流(If)特性を重視するかという使用用途に応じて、N+型のウェル領域43を形成する否かが決められる。
【0033】
尚、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【0034】
第2の実施の形態
図4(A)は本発明の半導体集積回路装置の構造を示す断面図であり、図4(B)は本発明の半導体集積回路装置の回路図である。尚、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に半導体集積回路装置のダイオード素子が形成される領域のみを図示し説明するが、その他の領域には、縦型PNPトランジスタ素子、NPNトランジスタ素子等が形成されている。
【0035】
図4(A)に示す如く、P−型の単結晶シリコン基板51上には、厚さ2〜10μmの第1のエピタキシャル層52が形成され、第1のエピタキシャル層52上には厚さ8〜10μmの第2のエピタキシャル層53が形成されている。第1および第2のエピタキシャル層52、53は、それぞれ2層の合計膜厚が8〜16μm程度になるように形成されている。そして、基板51と第1および第2のエピタキシャル層52、53は、それらを貫通するP+型の分離領域54によってダイオード素子を形成する島領域が形成される。尚、上述の如く、本実施の形態ではダイオード素子のみを図示しているが、その他、P+型の分離領域54により縦型PNPトランジスタ素子、NPNトランジスタ素子等を形成する島領域が形成されている。
【0036】
この分離領域54は、第1および第2エピタキシャル層22、23の境界から上下方向に拡散し、下方向は基板51まで達する第1の分離領域55と、第2エピタキシャル層53表面から形成した第2の分離領域56から成る。そして、両者が連結することで第1および第2のエピタキシャル層52、53を島状に分離する。尚、この構造により、第2の実施の形態では第1の実施の形態と比較してマスク枚数を1枚減らすことが出来る。
【0037】
以下に、本発明であるダイオード素子について説明する。図示の如く、基板51と第1エピタキシャル層52との間にN+型の第1の埋め込み層57が形成されている。N+型の第1の埋め込み層57には、第1および第2のエピタキシャル層52、53の境界部分から形成されたP+型の埋め込み層58がその一部が重畳して形成されている。そして、第1および第2のエピタキシャル層52、53の境界部分にN+型の第2の埋め込み層59が形成されている。このN+型の第2の埋め込み層59はN+型の第1の埋め込み層59とその一部で重畳している。また、第2のエピタキシャル層53表面からP+型の埋め込み層58に達するP+型の第1の拡散領域60が形成されている。そして、これらP+型領域58、60に挟まれたN−型の第2のエピタキシャル層53がカソード領域として形成されることでPN接合ダイオードが構成されている。この時、第2のエピタキシャル層53表面からN+型の第2の埋め込み層59に達するN+型の第1の拡散領域61が形成されている。
【0038】
そして、本発明では、第2のエピタキシャル層53表面からP+型の第2の拡散領域62を形成し、P+型の第2の拡散領域62の一部をP+型の第1の拡散領域60と重畳させる。そして、第2のエピタキシャル層23表面に形成した絶縁層64にアノード電極68と接続するためのコンタクトホール66が形成される。このとき、コンタクトホール66はP+型の第2の拡散領域62とアノード電極68とを接続させるために、P+型の第2の拡散領域62の直上部に形成される。そして、N+型の第1の拡散領域61とP+型の第2の拡散領域62とをアノード電極68を介して短絡している。そのことで、詳細は後述するが、寄生NPNトランジスタTR1のベース−コレクタ間、寄生PNPトランジスタTR2のベース−エミッタ間を短絡していることになる。尚、詳細は後述するが、P+型の第2の拡散領域62は寄生PNPトランジスタTR2のエミッタ側の抵抗値をベース側の抵抗値より高くすることを目的に形成されている。そのため、コンタクトホール66の位置は所望の抵抗値により任意の変更は可能である。
【0039】
そして、上述の如く、P+型の埋め込み層58、P+型の第1および第2の拡散領域60、62をアノード領域とし、第2のエピタキシャル層53をカソード領域としたPN接合ダイオードが形成されている。また、カソード領域として形成されている第2のエピタキシャル層53にはN+型の第2の拡散領域63がカソード導出領域として形成されている。N+型の第2の拡散領域63とP+型の埋め込み層58とが深さ方向に隔てて形成されている構造となる。
【0040】
上述した本発明の構造により、ダイオード素子がOFFの状態にある場合、つまり、P+型の埋め込み層58とN−型の第2のエピタキシャル層53とで形成されているPN接合面に逆方向バイアスが印加された場合がある。この場合、第2のエピタキシャル層23からなるN型領域およびP+型の埋め込み層58から成るP型領域に空乏層形成領域を得ることができる。そして、N型領域およびP型領域に形成された空乏層で耐圧を確保することでブレークダウン電流による内部素子破壊を抑制することができる。
【0041】
尚、第2のエピタキシャル層53の表面は絶縁層64によって被覆され、絶縁層64に形成されたコンタクトホール65、66、67を介して各種のAl電極が設けられている。そして、図示していないが、基板51には接合分離のための接地されている。
【0042】
そして、本実施の形態では、寄生NPNトランジスタTR3は第1のエピタキシャル層53をエミッタ、P+型の埋め込み層58をベース、N+型の第1の埋め込み層57をコレクタとして構成されている。寄生PNPトランジスタTR4はP+型の埋め込み層58をエミッタ、N+型の第1の埋め込み層57をベース、P−型の基板51をコレクタとして構成されている。寄生抵抗R3はP+型の第1および第2の拡散領域60、62およびP+型の埋め込み層58により構成されている。そして、寄生抵抗R4はN型の第1および第2の埋め込み層57、59およびN型の第1の拡散領域61により構成されている。上述した4者の関係は図4(B)の回路図に示す如くであり、これは図1(B)に示した第1の実施の形態での回路と同じである。そして、第1の実施の形態と同様に、第2の実施の形態においてもP+型の第2の拡散領域62を形成し、寄生抵抗R1の抵抗値を寄生抵抗R2の抵抗値より大きくすることに特徴がある。そのため、第1の実施の形態で説明した効果は第2の実施の形態でも同様に得ることができるので、第1の実施の形態での説明を参照とし、ここでは説明を割愛する。
【0043】
また、本実施の形態においても、第1の実施の形態での図3に示す如く、P+型の第2の拡散領域62をポリシリコン42より成る抵抗へ変更することもできる。この場合も同様な効果を得ることができる。そして、図5(B)に示す如く、本実施の形態においても、耐圧特性を重視するか、または順方向電流(If)特性を重視するかという使用用途に応じて、N+型のウェル領域70を形成する否かが決められる。
【0044】
尚、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【0045】
次に、図1に示した本発明の半導体集積回路装置の製造方法について図6〜図13を参照にして説明する。
【0046】
先ず、図6に示す如く、P−型の単結晶シリコン基板21を準備し、この基板21の表面を熱酸化して全面にシリコン酸化膜を、例えば、0.03〜0.05μm程度形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術によりN+型の第1の埋め込み層28を形成する部分に開口部が設けられたフォトレジストを選択マスクとして形成する。その後、N型不純物、例えば、アンチモン(Sb)を加速電圧20〜65keV、導入量1.0×1013〜1.0×1015/cm2でイオン注入し、拡散する。
【0047】
次に、図7に示す如く、図6において形成したシリコン酸化膜上に、公知のフォトリソグラフィ技術により分離領域24の第1の分離領域25およびP+型の第1の埋め込み層29を形成する部分に開口部が設けられたフォトレジストを選択マスクとして形成する。そして、P型不純物、例えば、ホウ素(B)を加速電圧60〜100keV、導入量1.0×1013〜1.0×1015/cm2でイオン注入し、拡散する。その後、フォトレジストを除去する。このとき、N+型の第1の埋め込み層28が、同時に、拡散される。
【0048】
次に、図8に示す如く、図6において形成したシリコン酸化膜を全て除去し、基板21をエピタキシャル成長装置のサセプタ上に配置する。そして、ランプ加熱によって基板21に、例えば、1000℃程度の高温を与えると共に反応管内にSiH2Cl2ガスとH2ガスを導入する。そのことにより、基板21上に、例えば、比抵抗1.25Ω・cm、厚さ2.0〜10.0μmの第1のエピタキシャル層22を成長させる。その後、第1のエピタキシャル層22の表面を熱酸化してシリコン酸化膜を、例えば、0.03〜0.05μm程度形成する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術によりN+型の第2の埋め込み層30を形成する部分に開口部が設けられたフォトレジストを選択マスクとして形成する。そして、N型不純物、例えば、リン(P)を加速電圧20〜65keV、導入量1.0×1013〜1.0×1015/cm2でイオン注入し、拡散する。その後、フォトレジストを除去する。このとき、N+型の第1の埋め込み層28、P+型の第1の分離領域25およびP+型の第1の埋め込み層29が、同時に、拡散される。
【0049】
次に、図9に示す如く、図8において形成したシリコン酸化膜上に、公知のフォトリソグラフィ技術により分離領域24の第2の分離領域26およびP+型の第2の埋め込み層31を形成する部分に開口部が設けられたフォトレジストを選択マスクとして形成する。そして、P型不純物、例えば、ホウ素(B)を加速電圧60〜100keV、導入量1.0×1013〜1.0×1015/cm2でイオン注入し、拡散する。その後、フォトレジストを除去する。このとき、N+型の第2の埋め込み層30が、同時に、拡散される。
【0050】
次に、図10に示す如く、図8において形成したシリコン酸化膜を全て除去し、基板21をエピタキシャル成長装置のサセプタ上に配置する。そして、ランプ加熱によって基板21に、例えば、1000℃程度の高温を与えると共に反応管内にSiH2Cl2ガスとH2ガスを導入する。そのことにより、基板21上に、例えば、比抵抗1.25Ω・cm、厚さ8.0〜10.0μmの第2のエピタキシャル層22を成長させる。その後、第2のエピタキシャル層22の表面を熱酸化してシリコン酸化膜を、例えば、0.03〜0.05μm程度形成する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術によりN+型の第1の拡散領域33を形成する部分に開口部が設けられたフォトレジストを選択マスクとして形成する。そして、N型不純物、例えば、リン(P)を加速電圧20〜65keV、導入量1.0×1013〜1.0×1015/cm2でイオン注入し、拡散する。その後、フォトレジストを除去する。このとき、N+型の第2の埋め込み層30、P+型の第2の分離領域26およびP+型の第2の埋め込み層31が、同時に、拡散される。
【0051】
次に、図11に示す如く、図10において形成したシリコン酸化膜上に、公知のフォトリソグラフィ技術により分離領域24の第3の分離領域26およびP+型の第1の拡散領域34を形成する部分に開口部が設けられたフォトレジストを選択マスクとして形成する。そして、P型不純物、例えば、ホウ素(B)を加速電圧60〜100keV、導入量1.0×1013〜1.0×1015/cm2でイオン注入し、拡散する。その後、フォトレジストを除去する。このとき、N+型の第1の拡散領域33が、同時に、拡散される。
【0052】
次に、図12に示す如く、図10において形成したシリコン酸化膜上に、公知のフォトリソグラフィ技術によりP+型の第2の拡散領域32を形成する部分に開口部が設けられたフォトレジストを選択マスクとして形成する。そして、P型不純物、例えば、ホウ素(B)を加速電圧60〜100keV、導入量1.0×1013〜1.0×1015/cm2でイオン注入し、拡散する。その後、フォトレジストを除去する。このとき、第3の分離領域26およびP+型の第1の拡散領域34が、同時に、拡散される。
【0053】
次に、図13に示す如く、図10において形成したシリコン酸化膜上に、公知のフォトリソグラフィ技術によりN+型の第2の拡散領域35を形成する部分に開口部が設けられたフォトレジストを選択マスクとして形成する。そして、N型不純物、例えば、リン(P)を加速電圧20〜65keV、導入量1.0×1013〜1.0×1015/cm2でイオン注入し、拡散する。その後、フォトレジストを除去する。このとき、P+型の第2の拡散領域32が、同時に、拡散される。
【0054】
最後に、絶縁層36に形成したコンタクトホール37、38、40を介して、例えば、Alから成るアノード電極39およびカソード電極41を形成する。このとき、本実施の形態では、上述したようにコンタクトホール37、38を介してN+型の第1の拡散領域33と第2の拡散領域32とは共通のアノード電極39が接続する。そして、図1(A)に示したダイオード素子が完成する。
【0055】
尚、本実施の形態では、ダイオード素子のみの製造方法について説明したが、その他の島領域に、縦型PNPトランジスタ素子、NPNトランジスタ素子等が形成される。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【0056】
【発明の効果】
第1に、本発明の半導体集積回路装置のダイオード素子において、第2のエピタキシャル層表面からP型の第1および第2の拡散領域を形成し、両者をお互いにその一部が重畳するように形成する。そして、P型の第2の拡散領域の直上部でアノード電極と接続することに特徴を有する。そのことで、P型の第2の拡散領域を含む寄生抵抗を大きくすることができる。そして、寄生PNPトランジスタのベース電位をエミッタ電位よりも確実に高電位にすることができる。その結果、ダイオード素子がON時における寄生PNPトランジスタの動作を確実に抑制し、基板への漏れ電流を大幅に抑制することができる。
【0057】
第2に、本発明の半導体集積回路装置のダイオード素子において、第1の効果と同様にP型の第2の拡散領域を含む寄生抵抗を大きくすることができることに特徴を有する。そのことで、寄生NPNトランジスタのコレクタ電位をベース電位よりも確実に高電位にすることができる。その結果、寄生NPNトランジスタの動作によりダイオード素子の順方向電流を大幅に増大させることができる。
【0058】
第3に、本発明の半導体集積回路装置のダイオード素子において、P型の第2の拡散領域に替えて、不純物が導入されたポリシリコンを第2のエピタキシャル層表面に形成することで同様な効果を得ることができる。つまり、P型の第2の拡散領域の場合と同様にポリシリコンにより寄生抵抗を大きくすることで、上述した第1および第2の効果を得ることができる。
【0059】
第4に、本発明の半導体集積回路装置のダイオード素子において、使用用途等に応じてカソード取り出し領域を囲むようにN型のウェル領域を第2のエピタキシャル層に形成することに特徴を有する。そのことで、N型のウェル領域により、PN接合のN型領域の抵抗値が下がることにより順方向電圧(VBEF)が低減する。その結果、ダイオード素子の順方向電流(If)特性を大幅に向上させることができる。そして、耐圧特性と順方向電流(If)特性とを比較考慮して任意の選択でN型のウェル領域を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体集積回路装置のダイオード素子を説明するための(A)断面図(B)等価回路図である。
【図2】本発明の半導体集積回路装置の順方向電流と基板への漏れ電流との関係を示す特性図である。
【図3】本発明の半導体集積回路装置を説明する断図面である。
【図4】本発明の半導体集積回路装置を説明する(A)断図面(B)等価回路図である。
【図5】本発明の半導体集積回路装置を説明する(A)断図面(B)断面図である。
【図6】本発明の半導体集積回路装置の製造方法を説明する断図面である。
【図7】本発明の半導体集積回路装置の製造方法を説明する断図面である。
【図8】本発明の半導体集積回路装置の製造方法を説明する断図面である。
【図9】本発明の半導体集積回路装置の製造方法を説明する断図面である。
【図10】本発明の半導体集積回路装置の製造方法を説明する断図面である。
【図11】本発明の半導体集積回路装置の製造方法を説明する断図面である。
【図12】本発明の半導体集積回路装置の製造方法を説明する断図面である。
【図13】本発明の半導体集積回路装置の製造方法を説明する断図面である。
【図14】従来の半導体集積回路装置を説明する等価回路図である。
【図15】従来の半導体集積回路装置のダイオード素子を説明するための断面図である。
Claims (12)
- 一導電型の半導体基板と、
該基板表面に少なくとも1層は積層される逆導電型のエピタキシャル層と、
前記基板と第1層目のエピタキシャル層との間に形成される第1の逆導電型の埋め込み層と、
前記基板と前記第1層目のエピタキシャル層との間に形成され、且つ前記第1の逆導電型の埋め込み層と重畳して形成されている第1の一導電型の埋め込み層と、
前記第1の一導電型の埋め込み層と連結し、且つ最上層のエピタキシャル層に形成される第1の一導電型の拡散領域とも連結する一導電型の埋め込み領域と、前記第1の逆導電型の埋め込み層と連結し、且つ前記最上層のエピタキシャル層に形成される第1の逆導電型の拡散領域とも連結する逆導電型の埋め込み領域と、
前記第1の一導電型の拡散領域に囲まれた前記最上層のエピタキシャル層に形成される第2の逆導電型の拡散領域とを有し、
前記最上層のエピタキシャル層に形成される第2の一導電型の拡散領域は前記第1の一導電型の拡散領域と少なくともその一部を重畳させ、且つアノード電極は前記第1の逆導電型の拡散領域と前記第2の一導電型の拡散領域とを接続することを特徴とする半導体集積回路装置。 - 前記第2の逆導電型の拡散領域には前記最上層のエピタキシャル層表面から逆導電型のウェル領域が重畳して形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置。
- 少なくとも前記第1の一導電型の埋め込み層上面は前記第1の逆導電型の埋め込み層上面より前記第2の逆導電型の拡散領域側に位置し、且つ前記第1の一導電型の埋め込み層と前記第2の逆導電型の拡散領域とが深さ方向に隔てて形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置。
- 前記一導電型の埋め込み領域は複数の前記エピタキシャル層間に形成された一導電型の埋め込み層が連結して形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置。
- 前記逆導電型の埋め込み領域は複数の前記エピタキシャル層間に形成された逆導電型の埋め込み層が連結して形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置。
- 一導電型の半導体基板と、
該基板表面に積層されている逆導電型の第1のエピタキシャル層と、
前記基板と前記第1のエピタキシャル層との間に形成されている第1の逆導電型の埋め込み層と重畳して形成されている第1の一導電型の埋め込み層と、
前記第1のエピタキシャル層表面に積層されている逆導電型の第2のエピタキシャル層と、
前記第1のエピタキシャル層と前記第2のエピタキシャル層との間に形成されている第2の一導電型の埋め込み層および第2の逆導電型の埋め込み層と、
前記第2のエピタキシャル層表面から前記第2の一導電型の埋め込み層まで拡散して形成されている第1の一導電型の拡散領域と、
前記第2のエピタキシャル層表面から前記第2の逆導電型の埋め込み層まで拡散して形成されている第1の逆導電型の拡散領域と、
前記第1の一導電型の拡散領域に囲まれた前記第2のエピタキシャル層に形成される第2の逆導電型の拡散領域とを有し、
前記第2のエピタキシャル層に形成される第2の一導電型の拡散領域は前記第1の一導電型の拡散領域と少なくともその一部を重畳させ、且つアノード電極は前記第1の逆導電型の拡散領域と前記第2の一導電型の拡散領域とを接続することを特徴とする半導体集積回路装置。 - 前記第2の逆導電型の拡散領域には前記第2のエピタキシャル層表面から逆導電型のウェル領域が重畳して形成されることを特徴とする請求項6記載の半導体集積回路装置。
- 一導電型の半導体基板と、
該基板表面に積層されている逆導電型の第1のエピタキシャル層と、
該第1のエピタキシャル層表面に積層されている逆導電型の第2のエピタキシャル層と、
前記基板と前記第1のエピタキシャルとの間に形成されている第1の逆導電型の埋め込み層と、
前記第1のエピタキシャル層と前記第2のエピタキシャル層との間に形成され、前記第1の逆導電型の埋め込み層と少なくともその一部を重畳して形成される一導電型の埋め込み層と、
前記第1のエピタキシャル層と前記第2のエピタキシャル層との間に形成され、その一部を前記第1の逆導電型の埋め込み層と重畳させる第2の逆導電型の埋め込み層と、
前記第2のエピタキシャル層表面から前記一導電型の埋め込み層まで拡散して形成されている第1の一導電型の拡散領域と、
前記第2のエピタキシャル層表面から前記第2の逆導電型の埋め込み層まで拡散して形成されている第1の逆導電型の拡散領域と、
前記第1の一導電型の拡散領域に囲まれた前記第2のエピタキシャル層表面に形成される第2の逆導電型の拡散領域とを有し、
前記第2のエピタキシャル層表面に形成される第2の一導電型の拡散領域は前記第1の一導電型の拡散領域と少なくともその一部を重畳させ、且つアノード電極は前記第1の逆導電型の拡散領域と前記第2の一導電型の拡散領域とを接続することを特徴とする半導体集積回路装置。 - 前記第2の逆導電型の拡散領域には前記第2のエピタキシャル層表面から逆導電型のウェル領域が重畳して形成されることを特徴とする請求項8記載の半導体集積回路装置。
- 一導電型の半導体基板と、
該基板表面に少なくとも1層は積層される逆導電型のエピタキシャル層と、
前記基板と第1層目のエピタキシャル層との間に形成される第1の逆導電型の埋め込み層と、
前記基板と前記第1層目のエピタキシャル層との間に形成され、且つ前記第1の逆導電型の埋め込み層と重畳して形成されている第1の一導電型の埋め込み層と、
前記第1の一導電型の埋め込み層と連結し、且つ最上層のエピタキシャル層に形成される一導電型の拡散領域とも連結する一導電型の埋め込み領域と、
前記第1の逆導電型の埋め込み層と連結し、且つ前記最上層のエピタキシャル層に形成される第1の逆導電型の拡散領域とも連結する逆導電型の埋め込み領域と、
前記一導電型の拡散領域に囲まれた前記最上層のエピタキシャル層に形成される第2の逆導電型の拡散領域とを有し、
前記最上層のエピタキシャル層表面に形成される多結晶シリコン抵抗体は前記一導電型の拡散領域と少なくともその一部を接続させ、且つアノード電極は前記第1の逆導電型の拡散領域と前記多結晶シリコン抵抗体とを接続することを特徴とする半導体集積回路装置。 - 前記アノード電極は前記一導電型の拡散領域と接続していない領域の前記多結晶シリコン抵抗体と接続することを特徴とする請求項10記載の半導体集積回路装置。
- 前記第2の逆導電型の拡散領域には前記最上層のエピタキシャル層表面から逆導電型のウェル領域が重畳して形成されることを特徴とする請求項10記載の半導体集積回路装置。
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