JP2619343B2 - 半導体基板上に集積化された抵抗 - Google Patents

半導体基板上に集積化された抵抗

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の属する技術分野 本発明は、半導体基板上に集積化された抵抗、更に詳
細には、高電圧が印加される半導体基板の一点に一方の
端部が接続された抵抗に関する。
従来の技術 パワートランジスタ並びにその制御及び/又は保護倫
理回路を備える半導体構造は、「インテリジェントなパ
ワースイッチ」と呼ばれることもあり、多数の用途があ
る。このような半導体構造を採用する場合、抵抗をパワ
ートランジスタのドレイン又はコレクタに接続するのが
望ましい。パワートランジスタが、VD MOS(縦型拡散チ
ャネルMOS)タイプ又は縦型の導電性を有するバイポー
ラタイプである場合、このパワートランジスタのドレイ
ン又はコレクタコンタクトを支持する基板の下面は、当
然、ドレイン又はコレクタの電位と等しくなる。モノリ
シック形式の構造がとられた自動車用電子式点火回路に
は、過電圧となったときにパワートランジスタを再導通
させるために、約400〔V〕の電圧に耐えることのでき
るブリッジ式抵抗分圧器が必要とされることがある。し
かし、このような抵抗の構造では絶縁に関する深刻な問
題が生起するが、それは、製造プロセスにおいて、物理
的遮蔽体を用いて絶縁を施するために計画される或る特
別なステップを回避することが望まれる場合である。
発明が解決しようとする問題点 一般に、所定の極性(導電形)を有する半導体基板上
に抵抗を集積化させるのに、種々の方法が知られてい
る。エピタキシャル層からなる抵抗をそのまま用いるこ
とができるが、この方法では、抵抗値を調整することが
難しいうえに、ブリッジ式分圧器を形成することができ
ない。また、基板に対してこの基板とは反対の導電形の
拡散ウエルによって、抵抗を形成することもできる。こ
の解決法を用いると、抵抗値を精確に制御できるけれど
も、この抵抗を物理的に確実に絶縁するためには、特別
なステップが必要になるが、このような特別なステップ
は望ましいものではない。このような抵抗は、物理的に
絶縁されていないと、高電圧(例えば400〔V〕)で動
作する装置に用いられる場合、基板とウエルとの間に存
在する接合部のブレイクダウンを引起こすことがある
が、このブレイクダウンは、等電位曲線(精確には、曲
面)の曲率が大きくなり過ぎることに起因する。実際、
このようにして形成された抵抗は、上記のような高電圧
の電位状態にもたらされた基板の下面に接続されると、
等電位曲線が基板の上面にまで到達し、しかも、曲率半
径が非常に小さく(従って曲率は非常に大きく)なる。
本発明は、このよううな従来の集積化抵抗の欠点を解
決することを目的として、基板の極性とは反対の極性を
有するウエルからなる集積化された抵抗を提供せんとす
るものである。
問題点を解決するための手段 本発明によって提供される集積化抵抗は、基板の極性
とは反対の極性を有するウエルからなり、導電性の極部
(pole)が設けられた一方の端部の周りに巻回されたリ
ボン乃至渦巻の形状を呈している。この導電性の極部は
基板を通して基板の下面と電気的に接続される。そし
て、このリボン乃至渦巻形状のウエルは、抵抗としての
機能と、電界分布用リングとしての機能を併せもってお
り、このリング機能によって、等電位曲線の過度の曲率
を防止する。
本発明は、より詳細には、第1面(上面)及び第2面
(下面)を有する第1導電形の半導体基板上に集積化さ
れた抵抗であって、半導体基板の第2面上に形成され
て、半導体基板の第2面上にて利用可能な電圧に接続す
るようになっており、しかも、基板の導電形とは反対の
第2の導電形のウエルによって形成された抵抗におい
て、 抵抗を形成するウエルは、導電性の極部の周りに巻回
された渦巻の形状を呈しており、この極部は、高濃度に
ドープされた第1の導電形の領域の形をとり、一方の端
部が電気的に接続されており、 基板の第2面(下面)との接続が、導電性の極部を介
し厚さ方向の基板を通して行われる 抵抗を提供するものである。
渦巻形状のウエルは、有利な方法として、同一形ウエ
ルにより形成される延長部により他方の端部から延長さ
れ渦巻が取囲まれるようにすることによって、この渦巻
形状のウエルがこの他方の端部に接続される端子の電位
を都合好く分布するようにする。
添付の図面を参照にした以下の説明により本発明がよ
りよく理解できるようになるとともに、本発明の利点が
明らかになろう。
発明の実施の形態 抵抗を集積化するのに適した装置の一例として自動車
用電子式点火回路がある。この回路は、パワートランジ
スタに直列に接続した点火コイルを備える。この回路
は、さらに、過電圧分をカットする装置を備える必要が
ある。ツェナーダイオードで過電圧分をカットすること
が考えられるが、ツェナーダイオードは集積化すること
が難しい。別の解決法として、比較器を備えるブリッジ
式抵抗分圧器を使用する方法がある。これが、まさしく
第1図に示されるものである。点火コイルL及びトラン
ジスタTが直列に接続されて、バッテリ1の両端に接続
されている。トランジスタTのエミッタとコレクタとの
間には2つの抵抗2,3が直列に接続されている。これら
2つの抵抗間の共通接続点は、比較器4の一方の入力端
子に接続されている。この比較器4の他方の入力端子に
は基準電圧VREFが入力されている。比較器4の出力によ
りトランジスタTのベースを駆動する。抵抗2,3及び比
較器4からなる装置を用いると、トランジスタTを再導
通させて過電圧分をカットすることができる。バッテリ
ー電圧は比較的低いとはいえ、点火コイルLがあるため
に、ブリッジ式抵抗分圧器は高電圧(約400〔V〕に耐
えることができなくてはならない。ブリッジ式抵抗分圧
器を構成する抵抗は、従って、高耐電圧の抵抗である必
要がある。比較器は集積化するうえで問題はないが、ブ
リッジ式抵抗分圧器に関しては上記の理由で集積化が難
しい。
本発明の抵抗は、この基板と反対の導電形をもつウエ
ルの拡散或いは注入により得られる。このウエルの主要
部分は、長さに比べて幅が狭いリボンの形状に形成さ
れ、これにより、所望の抵抗値を得ることができるよう
にする。リボンは、巻回数の多い渦巻の形状であること
が望ましい。等電位曲線の分布状態は、巻回数、及び、
隣接する巻回部間の距離の両者に依存する。ブリッジ式
抵抗分圧器の場合には、中間接続端子を設けることが可
能である。
以下の説明ではN形のシリコン基板の高耐圧の抵抗を
集積化する場合を扱うが、本発明は、別の形の基板にも
同様に適用可能である。
第2図及び第3図は、それぞれ、本発明の抵抗を備え
る半導体基板の正面図及び断面図である。まず、シリコ
ン基板10、例えば、N形のエピタキシャル層を有するN+
形の基板が用意される。この基板上には、本発明の抵抗
を形成するために、適当な形式のマスクを用いることに
よりP+形ウエルが拡散される。第2図では、図面を見や
すくするため、巻回部は巻回数を少ないものとして示さ
れているが、この抵抗は、もっと多くの巻回数を備える
ことができる。P+形ウエルは渦巻部分12を備えており、
この渦巻部分12は、この渦巻部分の周りに静電界の連続
性を与える延長部分13が延長され、この延長部分13によ
って取囲まれるようにするのが好ましい。次に、導電性
の極部を形成するために、渦巻の中心部にN+形ウエル14
が拡散される。集積化される抵抗が渦巻形状を呈するた
め、等電位曲線が対称に分布するように、N+形ウエル14
は円盤状にするのが好ましい。このN+形ウエル14によっ
て、あまり大きな抵抗を伴うことなく基板10の下面と電
器的接続を行うことができ、この下面には高電圧が適用
可能になるのである。
第3図は、第2図に示された基板を軸線A,Aに従って
切断した断面図である。第3図では、円形の導電性スタ
ッド15が、渦巻の中心部にN+形ウエル14から端部がはみ
出るように被着されている。この導電性スタッド15を用
いて、N+形ウエル14及びP+形渦巻部分12を電気的に接続
する。第3図には、また、基板の下面に400〔V〕を印
加しP+形ウエルから成る延長部分13に0〔V〕を印加し
た場合について、等電位曲線が点線で示されている。渦
巻部分は、抵抗としての機能、及び、電界を都合好く分
布させるリングとしての機能を併せもっている。実際、
電位は渦巻の外側から内側に向けて直線的に変化する。
第3図の左側部分には、0〜400〔V〕の間にわたる一
方の等電位曲線が50〔V〕きざみで示されている。他方
の等電位曲線はこの図の右側部分に示されているが、対
応する電圧値の表示が省略されている。隣接する2つの
巻回部の間の電位差は、印加される高電圧に比べればほ
んの僅かに過ぎず、しかも、等電位曲線が曲率半径に沿
って緩やかに上昇するので、ブレイクダウンを防止する
ことができるのである。
渦巻を設計する際の重要なポイントは、各巻回部の
間、或いは、最も外側の巻回部と延長部分13との間の距
離dにある。この距離dは、適当なパラメータを考慮に
入れて当業者に公知の法則に従い計算することができる
限界値を越えてはならないものであり、このようなパラ
メータには、許容最大電圧、表面の絶縁特性及び絶縁品
質、意図するP+形ウエルの寸法、等々がある。距離dが
限界値を越える場合には、等電位曲線の曲率が大きくな
りすぎて、許容最大電圧よりも小さな電圧に対して表面
或いは内部でブレイクダウンが起こることになる。
P+形ウエルから成る延長部分13は、抵抗の他方の端部
を構成し、従って、所望の点に接続される。第1図に概
略的に示された応用例では、このP+形ウエルは、絶縁用
誘電体の上に被着された金属線を介してパワートランジ
スタのエミッタに接続される。ブリッジ式抵抗分圧器を
形成するために、渦巻部分の任意の位置に接続を行うこ
とができる。このことを示すのが第4図であり、この図
は第3図の一部分を拡大したものである。本発明の抵抗
が拡散された基板10の上面に、二酸化ケイ素SiO2のよう
なパッシベーション絶縁層16が被着されている。渦巻部
分12の一点に接続することができるように、絶縁層16に
はコンタクトホールがエッチングされている。そして、
導体材料層17が渦巻部分12との中間コンタクトとして設
けられている。
上記のような抵抗は、本発明の範囲及び精神から逸脱
しない範囲で、注入又は拡散作業により形成することが
できる。注目すべきことは、本発明の抵抗の作成には、
同一基板上に、バイポーラタイプ又はVD MOSタイプのト
ランジスタや他の論理回路素子を形成するのに必要とさ
れる作業から得られる技術をうまく利用することができ
ることである。
最後に、渦巻形状の抵抗について説明してきたが、巻
回部の形状を、例えば組格子パターンの形状のような他
の形状にするのが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の電子式点火回路の回路図であり、 第2図及び第3図は、それぞれ、本発明による抵抗の正
面図及び断面図であり、 第4図は、中間コンタクトを備える本発明の抵抗の詳細
図である。 (参照符号の説明) 1…バッテリ、2,3…抵抗、4…基準電圧VREFが与えら
れる比較器、T…パワートランジスタ、L…点火コイ
ル、d…巻回部間の距離、10…第2面(下面)に400
〔V〕印加が可能なN形シリコン基板、11…P+形ウエ
ル、12…P+形ウエルから成り渦巻部分、13…P+形ウエル
から成り、抵抗の他方の端部(端子)が設けられ、例え
ば、0〔V〕が印加される延長部分、A…断面図指示用
の軸線、14…抵抗の一方の端部に接続されて導電性の極
部をなす円盤状のN+形ウエル、15…円形の導電性スタッ
ド、16…パッシベーション絶縁層、17…導体材料層。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1面及び第2面を有すると共にこの第1
    面上の端子と第2面との間に接続される第1導電形の半
    導体基板(10)上に、集積化された抵抗において、 前記第1面から前記半導体基板中に形成され、少なくと
    も渦巻形状部を備えた第2導電形の第1領域(12)、 前記渦巻形状部の中心に形成され、前記半導体基板に接
    触する第1導電形の第2領域(14)、及び、 前記第1面上に形成され、前記第2領域を前記第1領域
    の渦巻形状部の内側部に接続する導電性スタッド(15) を具備し、前記端子は、前記第1領域の渦巻形状部の外
    側部で構成されることを特徴とする抵抗。
  2. 【請求項2】前記第1領域は、前記渦巻形状部の外側部
    から前記渦巻形状部を取囲むように拡がる延長部を備え
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の抵
    抗。
  3. 【請求項3】前記半導体基板は、同一の第1導電形のエ
    ピタキシャル層で覆われた高濃度ドープ化ウエハから成
    り、前記第1領域及び第2領域が形成されることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項に記載の抵抗。
  4. 【請求項4】前記第1領域の渦巻形状部の中間部に接触
    する少なくとも1つのタップを具備するを特徴とする特
    許請求の範囲第1項に記載の抵抗。
JP62082798A 1986-04-04 1987-04-03 半導体基板上に集積化された抵抗 Expired - Lifetime JP2619343B2 (ja)

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