JP3175758B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、100Vを超える
様な高圧系回路と10V以下の信号処理用の低圧系回路
が混在する技術分野において利用され得る半導体装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】200V程度以上の高電圧を抵抗素子で
分圧させ、基準電圧として取り出す場合、その抵抗素子
は、集積回路を形成させている半導体基板上には形成で
きず、個別の抵抗素子部品によってなされていた。以
下、図4を参照して、従来の構成について説明する。破
線61は単一の半導体基板で形成されている半導体集積
回路である。半導体集積回路61には、5V系のCMO
Sインバータ回路、すなわち、VDD=5Vの高電位側電
源線2とVSS=0Vの高電位側電源線4の間にNチャネ
ル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以下NMOSと
称す)12とPチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタ(以下PMOSと称す)11が図4に示すように、
それぞれのドレイン電極、ゲート電極、ソース電極が接
続されている。また、インバータの入力部には、ダイオ
ード9,10が接続されている。
【0003】一方、半導体集積回路1の外部にはVHL
−200Vの負極高圧電源線66とVHH=0〜400V
の高圧信号線65とがあり、高圧信号線65と負極高圧
電源線66との間には、300kΩの第1の外部抵抗素
子67と、200kΩの第2の外部抵抗素子68が直列
に接続され、その接続点73は、前述のインバータ回路
(PMOS11とNMOS12で構成)へ半導体集積回
路61の入力端子74を介して入力される。信号線65
の電圧VHHは0Vから400Vまで変化するが、VHH
0〜300Vにおいては、入力端子74の電圧が0Vと
なり、インバータの出力3は5V、即ち、“H”の論理
状態となる。また、VHH=313〜400Vにおいて
は、入力端子74の電圧が5Vとなり、インバータの出
力73は0V、即ち、“L”の論理状態となる。このよ
うに、信号線65の電圧を設定値との大小関係を比較
し、論理信号として出力している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術の構成では、抵抗素子に100V以上の大き
な電圧が印加される環境下、すなわち、100Vを超え
る様な高圧系回路と10V以下の信号処理用の低圧系回
路が混在する技術分野において利用され得る環境下にお
いては、半導体基板表面の絶縁耐量や電界に起因する信
頼性上の理由により、低電圧仕様の抵抗素子で通常行わ
れているような半導体基板表面の絶縁膜上に抵抗性の膜
を形成させるような構造が採用できない。
【0005】そのため、抵抗素子は集積回路を形成させ
ている半導体基板上には形成せず、個別の抵抗素子部品
によってなされ、部品数の増大及びそれに伴う信頼性の
低下を招くという問題点が生ずる。
【0006】本発明の目的は、高圧仕様の抵抗素子を、
表面の絶縁膜等の構造が低圧仕様となっている半導体集
積回路の半導体基板上に形成できる半導体装置を提供す
ることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
基板の表面に絶縁膜が形成され、該絶縁膜上の第1の領
域には第1の抵抗素子、該絶縁膜上の第2の領域には第
2の抵抗素子が形成され、前記第1の抵抗素子と前記第
2の抵抗素子は配線により直列に接続された直列抵抗を
構成し、前記第1の抵抗素子の下部領域であって前記第
1の領域における半導体基板の表面には第1の拡散層が
形成され、前記第2の抵抗素子の下部領域であって該第
2の領域における半導体基板の表面には第2の拡散層が
形成され、前記第1の抵抗素子と前記第2の抵抗素子の
抵抗値の比、及び、前記第1の抵抗素子の直下に位置す
る前記第1の拡散層の電位を、前記絶縁膜中の電界強度
が、第1の領域及び第2の領域ともに前記絶縁膜の電界
破壊耐量に対し、1.5倍以上の余裕をもって低減させる
ように設定し、直列抵抗としての高耐圧化をはかること
を特徴とする半導体装置が得られる。
【0008】又、本発明によれば、半導体基板の表面に
絶縁膜が形成され該絶縁膜上の第1の領域には第1の抵
抗素子、該絶縁膜上の第2の領域には第2の抵抗素子が
形成され、前記第1の抵抗素子と前記第2の抵抗素子は
配線により直列に接続された直列抵抗を構成し、前記第
1の抵抗素子の下部領域には拡散層が形成されず、前記
第2の抵抗素子の下部領域であって該第2の領域におけ
る半導体基板の表面に拡散層が形成され、前記第1の抵
抗素子と前記第2の抵抗素子の抵抗値の比、及び、前記
第2の抵抗素子の直下に位置する拡散層の電位を、前記
絶縁膜中の電界強度が、第1の領域及び第2の領域とも
に前記絶縁膜の電界破壊耐量に対し、1.5倍以上の余
裕をもって低減させるように設定し、直列抵抗としての
高耐圧化をはかることを特徴とする半導体装置が得られ
る。
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【作用】絶縁膜中には抵抗素子と半導体基板の電位差を
絶縁膜の厚さで割った値の電界が生じる。したがって、
前記抵抗素子と前記半導体基板の電位差が大きいほど、
また、絶縁膜が薄いほど絶縁膜中の電界は大きくなる。
抵抗素子に高電圧が印加されても絶縁膜中の電界の上昇
が、ある余裕をみて安全な値内に収まるよう、抵抗素子
の直下の半導体基板の拡散層の電位も最適に設定させる
ことで、絶縁層内が安全なレベルを超えて高電界になる
ことを回避できる。
【0014】この点に注目して、本発明は高電位となる
抵抗素子の直下の半導体基板の拡散層も同じ極性方向で
電圧を印加させることで、絶縁膜中の電界を低く抑える
ことを可能とした。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図1
を用いて説明する。図1は本発明に係る半導体装置の回
路構成図である。破線21は単一の半導体基板で形成さ
れている半導体集積回路である。半導体集積回路21は
上記した従来技術(図4参照)と同様に、5V系のCM
OSインバータ回路、すなわち、VDD=5Vの高電位側
電源線2とVSS=0Vの高電位側電源線4の間にNMO
S12とPMOS11が図1に示すように、それぞれの
ドレイン電極、ゲート電極、ソース電極が接続されてい
る。また、インバータの入力部には、ダイオード9,1
0が接続されている。ここまでは図4に示す従来技術と
同じであるが、本実施の形態においては、前述の従来技
術において、半導体装置の外部に構成されていた第1の
外部抵抗素子67と第2の外部抵抗素子68が、同一半
導体基板上に形成され、一つの半導体集積回路21とな
っている点が異なる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例について図2を
参照して説明する。図2は本発明に係る半導体装置に適
用される半導体基板の一実施例を示した断面図である。
抵抗率30ΩcmのP型半導体基板31上に抵抗率10
ΩcmのN型エピタキシャル層33を35μm成長さ
せ、P型分離層32によりN型エピタキシャル層33は
島状に分離される。CMOSインバータを構成するPM
OS11は5Vに電位が固定された低圧素子用の第1の
分離拡散層領域(N型エピタキシャル層の分離領域)4
1に形成される。CMOSインバータを構成するNMO
S12は、PMOS11と同じ5Vに電位が固定された
第1の分離拡散層領域41内に形成され、0Vに電位が
固定されたPウェル拡散層40内に形成される。34は
N型高濃度拡散層であり、N型拡散層とオーミック接合
をとったり、NMOS12のソース拡散層及びドレイン
拡散層として機能する。35はP型高濃度拡散層であ
り、P型拡散層とオーミック接合をとったり、PMOS
11のソース拡散層及びドレイン拡散層として機能す
る。
【0017】半導体基板の表面には、選択的に厚さ0.
5μmのフィールド酸化膜36が形成され、さらにその
表面には、選択的にポリシリコン層(ボロンリンガラス
層等)37が形成され、CMOSインバータのゲート電
極39や第1の内部抵抗素子22や第2の内部抵抗素子
23も形成される。尚、第1の内部抵抗素子22は、そ
の電位が第2の内部抵抗素子23の両端子のうち電位の
低い方の端子と同電位になるように配線接続することに
より給電された第1の内部抵抗素子22用の第2の分離
拡散層領域(N型エピタキシャル層の分離領域)42の
上部に位置するよう構成されている。
【0018】又、第2の内部抵抗素子23は電位が5V
の第1の分離拡散層領域41の上部に位置するよう構成
されている。尚、P型半導体基板31及び、P型絶縁層
32は0Vに固定されている。
【0019】次に、本発明の第2の実施例について図3
を参照して説明する。図3は本発明に係る半導体装置に
適用される半導体基板の他の実施例を示した断面図であ
る。抵抗率30ΩcmのP型半導体基板31の表面の一
領域にNウェル52が形成され、Nウェル52の表面に
は、CMOSインバータを構成するPMOS53が構成
される。P型半導体基板31の表面のNウェル52形成
領域を除く他の領域にはCMOSインバータを構成する
NMOS54が構成される。P型半導体基板31の表面
のさらに他の領域には高耐圧仕様Nウェル51が形成さ
れる。34はN型高濃度拡散層であり、N型拡散層とオ
ーミック接合をとったり、NMOS12のソース拡散層
及びドレイン拡散層として機能する。35はP型高濃度
拡散層であり、P型拡散層とオーミック接合をとった
り、PMOS11のソース拡散層及びドレイン拡散層と
して機能する。
【0020】半導体基板31の表面には選択的に厚さ
0.5μmのフィールド酸化膜36が形成される。フィ
ールド酸化膜36の表面には選択的にポリシリコン層
(ボロンリンガラス層等)37が形成されると共に、第
1の内部抵抗素子22や第2の内部抵抗素子23が形成
され、フィールド酸化膜36によってCMOSインバー
タのゲート電極39が覆われている。尚、第1の内部抵
抗素子22は、電位が第1の内部抵抗素子22の両端子
のいずれか一方の端子と同電位になるように配線接続す
ることにより給電された高耐圧仕様Nウェル51の上部
に位置し、第2の内部抵抗素子23は電位が0VのP型
半導体基板31上で、何も拡散層が形成されていない領
域の上部に位置するよう構成されている。
【0021】
【発明の効果】通常、フィールド酸化膜上に製膜される
ポリシリコン等の抵抗性膜で抵抗素子を実現する場合、
フィールド酸化膜の許容される実用最高電界が数MV/
cm程度である。換言すれば、一般的なフィールド酸化
膜厚0.5μmにおいては、抵抗素子と、その下の半導
体基板との電位差が200V程度を超えられないことに
なる。このため、従来はこの電圧範囲を超えるような仕
様の抵抗素子は、半導体基板上には形成できず、外部に
個別抵抗素子を設けていた。
【0022】本発明によれば、例えば電位0Vの半導体
基板の一部分に電位200Vの拡散層領域を設けている
ので、半導体基板上の電位0Vの上には、従来と同様に
電位が、−200V〜200Vの抵抗素子が実現され
る。
【0023】さらに半導体基板上の電位200Vの拡散
層領域の上には電位が0V〜400Vの抵抗素子が実現
でき、全体として、従来、−200V〜200Vの範囲
での抵抗素子しか半導体基板上に実現できなかったこと
に対し、その範囲を−200V〜400Vと広範囲にす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体装置の構成を示した図であ
る。
【図2】本発明を適用した接合分離方式による半導体基
板の断面図である。
【図3】本発明を適用した自己分離方式による半導体基
板の断面図である。
【図4】従来の半導体装置の構成を示した図である。
【符号の説明】
2 高電位側電源線 3 任意インバータの出力 4 高電位側電源線 9,10 ダイオード 11 PMOS 12 NMOS 21 半導体集積回路 22 第1の内部抵抗素子 23 第2の内部抵抗素子 24 第1の内部抵抗素子と第2の内部抵抗素子の接
続点 25 高電圧信号入力端子 26 負極高圧電源入力端子 31 P型半導体基板 32 P型分離層 33 N型エピタキシャル層 34 N型高濃度拡散層 35 P型高濃度拡散層 36 フィールド酸化膜 37 ボロンリンガラス層膜 38 アルミ配線層 39 ゲート電極 40 Pウェル拡散層 41 第1の分離拡散層領域 42 第2の分離拡散層領域 51 高耐圧仕様Nウェル 52 Nウェル 53 PMOS 54 NMOS

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面に絶縁膜が形成され、 該絶縁膜上の第1の領域には第1の抵抗素子、該絶縁膜
    上の第2の領域には第2の抵抗素子が形成され、 前記第1の抵抗素子と前記第2の抵抗素子は配線により
    直列に接続された直列抵抗を構成し、 前記第1の抵抗素子の下部領域であって前記第1の領域
    における半導体基板の表面には第1の拡散層が形成さ
    れ、 前記第2の抵抗素子の下部領域であって該第2の領域に
    おける半導体基板の表面には第2の拡散層が形成され、 前記第1の抵抗素子と前記第2の抵抗素子の抵抗値の
    比、及び、前記第1の抵抗素子の直下に位置する前記第
    1の拡散層の電位を、前記絶縁膜中の電界強度が、第1
    の領域及び第2の領域ともに前記絶縁膜の電界破壊耐量
    に対し、1.5倍以上の余裕をもって低減させるように設
    定し、直列抵抗としての高耐圧化をはかることを特徴と
    する半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板の表面に絶縁膜が形成され該
    絶縁膜上の第1の領域には第1の抵抗素子、該絶縁膜上
    の第2の領域には第2の抵抗素子が形成され、 前記第1の抵抗素子と前記第2の抵抗素子は配線により
    直列に接続された直列抵抗を構成し、 前記第1の抵抗素子の下部領域には拡散層が形成され
    ず、 前記第2の抵抗素子の下部領域であって該第2の領域に
    おける半導体基板の表面に拡散層が形成され、 前記第1の抵抗素子と前記第2の抵抗素子の抵抗値の
    比、及び、前記第2の抵抗素子の直下に位置する拡散層
    の電位を、前記絶縁膜中の電界強度が、第1の領域及び
    第2の領域ともに前記絶縁膜の電界破壊耐量に対し、1.
    5倍以上の余裕をもって低減させるように設定し、直列
    抵抗としての高耐圧化をはかることを特徴とする半導体
    装置。
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