JPH05291507A

JPH05291507A - 拡散抵抗

Info

Publication number: JPH05291507A
Application number: JP8516392A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Funaki; 哲司船木; Kazunori Nishizono; 和則西薗; Masatoshi Kokubu; 政利国分; Takahiro Watai; 高広渡井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-04-07
Filing date: 1992-04-07
Publication date: 1993-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】拡散抵抗とその拡散抵抗を用いたパイポーラ
集積回路装置等の半導体装置に関し、高電圧信号が加わ
っても、抵抗領域−島領域−半導体基板によって構成さ
れる寄生トランジスタが動作しない拡散抵抗と半導体装
置を提供する。【構成】半導体基板１と、この半導体基板１とｐｎ接
合分離された島領域４と、この島領域４に形成された島
領域４とは逆導電型の抵抗領域５を有し、この島領域４
と抵抗領域５の間に、この寄生トランジスタの動作電圧
より低い順方向電圧を有するショットキーダイオード等
のダイオード１４，１５を接続して、寄生トランジスタ
のベースとなる島領域４に寄生トランジスタの動作可能
な電圧がかからないようにした（図１（Ａ））。また、
この島領域４を容量１６を介して電源もしくはグランド
に接続して、寄生トランジスタのベースとなる島領域４
に寄生トランジスタの動作電圧がかからないようにした
（図１（Ｂ））。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、拡散抵抗およびそれを
用いたバイポーラ集積回路装置等の半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、集積化された半導体装置において
は、ｐｎ接合によって回路素子を形成する島領域を形成
し、その島領域に抵抗，容量等の受動回路素子、トラン
ジスタ等の能動回路素子を形成することが多用されてい
る。図５（Ａ），（Ｂ）は、従来の拡散抵抗の一例の構
成説明図である。この図において、６１はｐ型半導体基
板、６２はｎ型エピタキシャル成長層、６３はｐ型素子
分離領域、６４はｎ型島領域、６５はｐ型抵抗領域、６
６は絶縁膜、６７，６８はコンタクトホール、６９，７
０は配線層である。

【０００３】この図は、従来の集積化半導体装置の拡散
抵抗が形成されている部分を示し、図５（Ａ）は断面
図、図５（Ｂ）はその等価回路を示している。

【０００４】まず、従来の拡散抵抗の構成を説明する
と、図５（Ａ）に示されるように、ｐ型半導体基板６１
の上にｎ型エピタキシャル成長層６２を形成し、このｎ
型エピタキシャル成長層６２の表面から選択的にｐ型不
純物を拡散してｐ型素子分離領域６３を形成して素子を
形成するｎ型島領域６４を画定し、このｎ型島領域６４
にｐ型不純物を導入することによってｐ型抵抗領域６５
を形成し、その上に絶縁膜６６を形成し、この絶縁膜６
６のｐ型抵抗領域６５の両端に相当する部分にコンタク
トホール６７，６８を形成し、このコンタクトホール６
７，６８を介して配線層６９，７０を形成している。

【０００５】上記のｎ型島領域と同様の他のｎ型島領域
に、トランジスタ等の能動回路素子や容量等の受動回路
素子が形成されて集積回路装置が構成される。そして、
各ｎ型島領域に形成された回路素子は、素子間分離領域
に集積回路内の最も低い電圧（ＭｏｓｔＮｅｇａｔｉ
ｖｅＶｏｌｔａｇｅ）が与えられて互いに電気的に分
離される。なおｎ型半導体基板を用い、ｐ型島領域が形
成される場合は、印加する電圧の関係を逆にすることに
よってこれと同様の効果を生じる。

【０００６】図５（Ａ）示された拡散抵抗において問題
になるのは、図５（Ｂ）に示されるように、ｐ型半導体
基板６１−ｎ型島領域６４−ｐ型抵抗領域６５によって
寄生ｐｎｐトランジスタが形成されることである。

【０００７】この寄生ｐｎｐトランジスタが何らかの電
圧の変動によって動作して、ｐ型抵抗領域６５とｐ型半
導体基板６１の間を導通すると、ｐ型抵抗領域６５の抵
抗値が設計値から外れるばかりでなく、このｐ型抵抗領
域６５を含む集積回路が誤動作する恐れがある。

【０００８】通常は、この寄生ｐｎｐトランジスタを動
作させないように、ｐ型抵抗領域６５を形成しているｎ
型島領域６４に集積回路の最も高い電圧（Ｍｏｓｔｐ
ｏｓｉｔｉｖｅＶｏｌｔａｇｅ）を与えるか、ｎ型島
領域６４をｐ型抵抗領域６５の電位の高い側と短絡され
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに寄生ｐｎｐトランジスタを動作させないように、ｐ
型抵抗領域６５が形成されているｎ型島領域６４に集積
回路の最も高い電圧を与えていても、センサーに接続さ
れる集積回路等においては、この最も高い電圧よりも高
いピーク電圧値をもつ大振幅の交流信号が入力されるこ
とがあり、そのような場合は、寄生ｐｎｐトランジスタ
が動作し、集積回路を誤動作させるおそれがある。

【００１０】図６は、電話交換機におけるリングトリッ
プ回路説明図である。この回路は、電話交換機におけ
る、Ｔｒ₁,Ｔｒ_2,Ｔｒ₃からなるカレントミラー構成を
採用したリングトリップ回路の一例であるが、回路自体
が最高電圧１０〜２０Ｖ程度で設計されているのに対し
て、入力端に加わるベル信号のピーク電圧は１００Ｖ〜
１２０Ｖに達するため、このベル信号によって、入力端
に接続される拡散抵抗Ｒと、この拡散抵抗を形成してい
るエピタキシャル層と半導体基板とによって構成される
寄生トランジスタが動作し、拡散抵抗Ｒと半導体基板を
導通させるため、この抵抗を含む集積回路を誤動作させ
ることになる。

【００１１】このような場合には、抵抗として個別抵抗
素子を用いるほかはないが、そのようにすると高集積化
する上で障害になる。また誘電体分離技術を用いて抵抗
領域を分離することも考えられるが、この方法はコスト
高を招くため現実的でない。

【００１２】本発明は、高電圧信号が加わっても、抵抗
領域−島領域−半導体基板によって構成される寄生トラ
ンジスタが動作しない拡散抵抗あるいはそれを用いた半
導体装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる拡散抵抗
においては、半導体基板と、該半導体基板とｐｎ接合分
離された島領域と、該島領域に形成された島領域とは逆
導電型の抵抗領域を有し、該島領域と該抵抗領域の高電
圧端、または、該島領域と該抵抗領域の両端の間に、該
半導体基板と島領域と抵抗領域とで形成される寄生トラ
ンジスタの動作電圧より低い順方向電圧を有する、ショ
ットキーダイオードのようなダイオードを順方向に接続
された構成を採用した。

【００１４】本発明にかかる他の拡散抵抗においては、
半導体基板と、該半導体基板とｐｎ接合分離された島領
域と、該島領域に形成された島領域とは逆導電型の抵抗
領域を有し、該島領域を容量を介して電源もしくはグラ
ンドに接続された構成を採用した。

【００１５】

【作用】本発明の拡散抵抗においては、半導体基板と、
該半導体基板とｐｎ接合分離された島領域と、該島領域
に形成された島領域とは逆導電型の抵抗領域を有し、該
島領域と該抵抗領域の高電圧端、または、該島領域と該
抵抗領域の両端の間に、半導体基板と島領域と抵抗領域
とで形成される寄生トランジスタの動作電圧より低い順
方向電圧を有する、ショットキーダイオードのようなダ
イオードを順方向に接続することによって、寄生トラン
ジスタのエミッタ電極になる拡散抵抗とベース電極にな
る島領域の間の電位差が、そのダイオードの順方向電圧
である０．３〜０．４Ｖ程度に固定されるため、通常
０．６〜０．８Ｖである寄生トランジスタの動作電圧に
達することがなく、この寄生トランジスタが動作するこ
とによる集積回路の誤動作を防ぐことができる。

【００１６】また、本発明の他の拡散抵抗においては、
半導体基板と、該半導体基板とｐｎ接合分離された島領
域と、該島領域に形成された島領域とは逆導電型の抵抗
領域を有し、該島領域を容量を介して電源もしくはグラ
ンドに接続することによって、島領域の電位が交流信号
の最高電位からＶ_BEだけ低い電位にピークホールドされ
るために、この寄生トランジスタが動作せず、この抵抗
を含む半導体回路の誤動作を防ぐことができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例の拡散抵抗とこの拡散
抵抗を用いた半導体装置について説明する。図１
（Ａ），（Ｂ）は、第１実施例および第２実施例の拡散
抵抗の構成説明図である。この図において、１はｐ型半
導体基板、２はｎ型エピタキシャル成長層、３はｐ型素
子分離領域、４はｎ型島領域、５はｐ型抵抗領域、６は
ｎ⁺コンタクト領域、７は絶縁膜、８，９，１０はコン
タクトホール、１１，１２，１３は電極、１４，１５は
ショットキーダイオード、１６は容量である。

【００１８】（第１実施例）図１（Ａ）は、第１実施例
の拡散抵抗の構成説明図である。この実施例の拡散抵抗
においては、ｐ型半導体基板１の上にｎ型エピタキシャ
ル成長層２を形成し、このｎ型エピタキシャル成長層２
の表面から選択的にｐ型不純物を拡散してｐ型素子分離
領域３を形成して拡散抵抗を形成するためのｎ型島領域
４を画定し、このｎ型島領域４にｐ型不純物を導入する
ことによってｐ型抵抗領域５を形成し、ｎ型島領域４の
一部にｎ型不純物を型濃度に導入することによってｎ⁺
コンタクト領域６を形成し、その上に絶縁膜７を形成し
た後、この絶縁膜７のｐ型抵抗領域５の両端に相当する
部分およびｎ型島領域４のｎ⁺コンタクト領域６に相当
する部分にコンタクトホール８，９，１０を形成し、こ
れらのコンタクトホールを介して電極１１，１２，１３
を形成し、ｎ型島領域４のｎ ⁺コンタクト領域６に形成
された電極１３とｐ型抵抗領域５の両端に形成された電
極１１，１２の間に、ショットキーダイオード１４，１
５を順方向に接続している。

【００１９】このように構成すると、ｐ型抵抗領域５の
どの端部の電極１１，１２に大振幅の信号が印加されて
も、それぞれの電極１１，１２からｎ型島領域４に形成
された電極１３に０．３〜０．４Ｖ程度の順方向電圧を
有するショットキーダイオード１４，１５が接続されて
いるから、ｎ型島領域４からｐ型抵抗領域５をみた電圧
差が０．３〜０．４Ｖ程度に維持され、ｐ型抵抗領域５
−ｎ型島領域４−ｐ型半導体基板１によって構成される
寄生トランジスタを動作させることがなく、この拡散抵
抗を構成回路素子の一部として用いた半導体装置を誤動
作させることがない。

【００２０】なお、上記の実施例とは逆に、ｎ型半導体
基板の上にｐ型島領域を形成し、その上にｎ型抵抗領域
を形成した場合は、ショットキーダイオードの極性を逆
にすることによって前記と同様の効果を得ることができ
る。

【００２１】図２（Ａ），（Ｂ）は、第１実施例の動作
原理説明図である。この図において使用した符号は図１
において同符号を付して説明したものと同じである。

【００２２】この実施例の拡散抵抗は、図１（Ａ）によ
って説明したように、ｐ型半導体基板１の上に形成され
たｎ型エピタキシャル成長層２にｐ型素子分離領域３を
形成してｎ型島領域４を形成し、このｎ型島領域４にｐ
型不純物を導入してｐ型抵抗領域５を形成している。

【００２３】そして、図１（Ａ）のように、ｐ型抵抗領
域５とｎ型島領域４の間にショットキーダイオード１４
を順方向に接続すると、等価的には、図２（Ａ）のよう
に、ｐ型抵抗領域５をエミッタＥとし、ｎ型島領域４を
ベースＢとし、ｐ型半導体基板１をコレクタＣとする寄
生トランジスタが形成され、この寄生トランジスタのエ
ミッタＥとベースＢの間にショットキーダイオード１４
が順方向に接続されることになる。

【００２４】したがって、図２（Ｂ）に示されるよう
に、ｐ型抵抗領域５である寄生トランジスタのエミッタ
Ｅに正の高電圧の入力信号が加わった場合には、ショッ
トキーダイオード１４に順方向電流が流れて、寄生トラ
ンジスタのエミッタＥとベースＢの間の電圧をショット
キーダイオード１４の順方向電圧（Ｖ_F）である０．３
〜０．４Ｖ程度に維持し、この寄生トランジスタのエミ
ッタとコレクタの間が導通するのを防ぐことができる。

【００２５】図３（Ａ）〜（Ｅ）は、第１実施例におけ
るショットキーダイオードの構成説明図である。

【００２６】この実施例においては、図１（Ａ）に記号
で示したとおりショットキーダイオード単体を外付け部
品として接続してもよいが、ショットキーダイオードを
種々な形態で構成することができる。以下、ショットキ
ーダイオードの構成例を説明する。

【００２７】第１構成例（図３（Ａ）参照）この構成例においては、ショットキーダイオードを抵抗
領域を形成する島領域の外に形成している。この図にお
いて、２１，２３は島領域、２２は抵抗領域、２４，２
５，２６は配線層、２７，２８，２９，３０はコンタク
トホールである。

【００２８】この拡散抵抗は、島領域２１に形成された
抵抗領域２２の両端に配線層２４と２５がコンタクトホ
ール２７，２８によって接続されて抵抗素子を構成し、
配線層２５が島領域２１の外に延びて、他の島領域２３
に形成されたショットキーダイオードとコンタクトホー
ル２９によって接続されている。他の島領域にコンタク
トホール３０によって接続されている配線層２６は島領
域２１に接続されている。

【００２９】第２構成例（図３（Ｂ），（Ｃ）参照）図３（Ｂ）は平面図、図３（Ｃ）はその断面図である。
この図において、３１は半導体基板、３２はエピタキシ
ャル成長層、３３は素子間分離領域、３４は島領域、３
５は抵抗領域、３６はショットキーダイオード、３７は
絶縁膜、３８，３９，４０はコンタクトホール、４１，
４２は配線層である。

【００３０】この構成例においては、半導体基板３１の
上にエピタキシャル成長層３２が形成され、素子間分離
領域３３によって島領域３４が画定され、この島領域３
４に抵抗領域３５が形成されている。

【００３１】そして、その上に絶縁膜３７が形成され、
そのコンタクトホール３８と３９を通して配線層４１と
４２が接続されている。また、配線層４２の一部が絶縁
膜３７のコンタクトホール４０を通して島領域３４の表
面と接触してその間にショットキーダイオード３６が形
成されている。この構成例によると、レイアウト的に小
面積でショットキーダイオード３６を実現することが可
能である。

【００３２】第３構成例（図３（Ｄ），（Ｅ）参照）先の第２構成例のような構造のショットキーダイオード
においては、逆バイアスされたときにそのエッジ部分で
リーク電流を生じやすい。そこで、ショットキーダイオ
ードをガードリングによって包囲してリーク電流を低減
することが考えられる。この構成例においては、配線層
を利用してショットキーダイオードにガードリングを形
成している。

【００３３】図３（Ｄ）は一部の平面図、図３（Ｅ）は
その断面図である。この図において、４３は半導体基
板、４４はエピタキシャル成長層、４５は素子間分離領
域、４６は島領域、４７は抵抗領域、４８はショットキ
ーダイオード、４９はガードリング、５０は絶縁膜、５
１，５２はコンタクトホール、５３は配線層である。

【００３４】この構成例においては、半導体基板４３の
上にエピタキシャル成長層４４が形成され、素子間分離
領域４５によって島領域４６が画定され、この島領域４
６に抵抗領域４７が形成されている。

【００３５】そして、その上に絶縁膜５０が形成され、
そのコンタクトホール５１を通して配線層５３が接続さ
れている。また、この配線層５３は絶縁膜５０のコンタ
クトホール５２を通して島領域４６の上面と接触してシ
ョットキーダイオード４８が形成されているが、このシ
ョットキーダイオード４８の周囲にはｐ型のガードリン
グ４９が形成されており、ショットキーダイオード４８
に逆バイアスがかかった時に生じるリーク電流を低減す
る。

【００３６】なお、前記の図１（Ａ）においては、抵抗
領域の両端にショットキーダイオードを接続して、この
抵抗領域のいずれの端部に高電圧が入力しても、寄生ト
ランジスタが動作状態になるのを防いでいるが、入力信
号がかかる場所が回路構成から予測できる場合は、その
場所と島領域との間に１個のショットキーダイオードを
接続することによって所期の目的を達成することができ
る。

【００３７】（第２実施例）図１（Ｂ）は、第２実施例
の拡散抵抗の構成説明図である。この実施例の拡散抵抗
においては、ｐ型半導体基板１の上にｎ型エピタキシャ
ル成長層２を形成し、表面から選択的にｐ型不純物を拡
散してｐ型素子分離領域３を形成して抵抗素子等の受動
素子，トランジスタ等の能動素子等を形成するためのｎ
型島領域４を画定し、このｎ型島領域４にｐ型不純物を
導入することによってｐ型抵抗領域５を形成し、ｎ型島
領域４の一部にｎ型不純物を導入することによってｎ⁺
コンタクト領域６を形成し、その上に絶縁膜７を形成し
た後、この絶縁膜７のｐ型抵抗領域５の両端に相当する
部分およびｎ型島領域４に相当する部分にコンタクトホ
ール８，９，１０を形成し、これらのコンタクトホール
を介して電極１１，１２，１３を形成し、ｎ型島領域４
に形成された電極１１，１３の間で抵抗素子を形成し、
コンタクトホール１０に形成した電極１３を容量１６を
介してＧＮＤに接続している。

【００３８】このようにすると、ｐ型拡散抵抗に大振幅
の信号が印加されても、ｎ型島領域４の電圧が、入力信
号の最高電位から寄生トランジスタのベースエミッタ間
電圧Ｖ_BEだけ低い値にピークホールドされるため、寄生
トランジスタを動作させることがなく、この抵抗を含む
半導体回路の誤動作を防ぐことができる。

【００３９】図４（Ａ），（Ｂ）は、第２実施例の動作
原理説明図である。この図において使用した符号は図１
において同符号を付して説明したものと同じである。

【００４０】この実施例の拡散抵抗は、図１（Ｂ）によ
って説明したように、ｐ型半導体基板１の上に形成され
たｎ型エピタキシャル成長層２にｐ型素子分離領域３を
形成してｎ型島領域４を形成し、このｎ型島領域４にｐ
型不純物を導入してｐ型抵抗領域５を形成している。

【００４１】そして、図１（Ｂ）のように，ｎ型島領域
４を容量１６によってＧＮＤに接続すると、等価的に
は、図４（Ａ）に示すように、ｐ型抵抗領域５をエミッ
タＥとし、ｎ型島領域４をベースＢとし、ｐ型半導体基
板１をコレクタＣとする寄生トランジスタのベースＢと
コレクタＣの間に容量Ｃａが接続されることになる。

【００４２】したがって、図４（Ｂ）に示されるよう
に、ｐ型抵抗領域５である寄生トランジスタのエミッタ
Ｅに正の高電圧の入力信号が加わっても、ｎ型島領域４
とｐ型半導体基板１の間の電圧が、寄生トランジスタの
最高電位からＶ_BEだけ下がった所にピークホールドされ
るため、寄生ｐｎｐトランジスタは動作せず、拡散抵抗
を設計通りの抵抗値に維持することができる。

【００４３】この容量については入力信号の振幅、周波
数とＩＣの耐圧、誘電体の物質，厚さ等の容量を形成す
る上での要因を加味して、集積回路装置内部に形成する
か、外付けで対処するかを決定する。この検討の結果、
島領域に端子を設けて容量を外付けすることが必要な場
合も生じるが、集積回路内部に誘電体膜を形成し、これ
を挟んで導電体層を形成して容量を構成することもあ
り、接合容量で対処できることもある。

【００４４】ｎ型半導体基板を用いｐ型島領域を形成す
る場合は、ｐ型島領域を容量を介して負電源に接続する
ことによって、上記と同様の効果を得ることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると抵
抗領域に集積回路内部の電源電圧よりも大きな信号が入
力した場合でも、寄生トランジスタ効果が発生すること
がなく、設計通りの抵抗値を維持することができ、集積
回路全体として確実な動作を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施例および第２実施
例の拡散抵抗の構成説明図である。

【図２】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施例の動作原理説明
図である。

【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は、第１実施例におけるショッ
トキーダイオードの構成説明図である。

【図４】（Ａ），（Ｂ）は、第２実施例の動作原理説明
図である。

【図５】（Ａ），（Ｂ）は、従来の拡散抵抗の一例の構
成説明図である。

【図６】電話交換機におけるリングトリップ回路説明図
である。

【符号の説明】

１ｐ型半導体基板２ｎ型エピタキシャル成長層３ｐ型素子分離領域４ｎ型島領域５ｐ型抵抗領域６ｎ⁺コンタクト領域７絶縁膜８，９，１０コンタクトホール１１，１２，１３電極１４，１５ショットキーダイオード１６容量

フロントページの続き (72)発明者渡井高広神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板と、該半導体基板とｐｎ接合
分離された島領域と、該島領域に形成された島領域とは
逆導電型の抵抗領域を有し、該島領域と該抵抗領域の高
電圧端の間に、該半導体基板と島領域と抵抗領域とで形
成される寄生トランジスタの動作電圧より低い順方向電
圧を有するダイオードを順方向に接続されてなることを
特徴とする拡散抵抗。
【請求項２】半導体基板と、該半導体基板とｐｎ接合
分離された島領域と、該島領域に形成された島領域とは
逆導電型の抵抗領域を有し、該島領域と該抵抗領域の両
端との間に、該半導体基板と島領域と抵抗領域とで形成
される寄生トランジスタの動作電圧より低い順方向電圧
を有するダイオードをそれぞれ順方向に接続されてなる
ことを特徴とする拡散抵抗。
【請求項３】半導体基板と島領域と抵抗領域とで形成
される寄生トランジスタの動作電圧より低い順方向電圧
を有するダイオードが、抵抗領域が形成されている島領
域内に形成されてなることを特徴とする請求項１または
請求項２に記載の拡散抵抗。
【請求項４】半導体基板と島領域と抵抗領域とで形成
される寄生トランジスタの動作電圧より低い順方向電圧
を有するダイオードが、ガードリングを有することを特
徴とする請求項３に記載の拡散抵抗。
【請求項５】半導体基板と、該半導体基板とｐｎ接合
分離された島領域と、該島領域に形成された島領域とは
逆導電型の抵抗領域を有し、該島領域を容量を介して電
源もしくはグランドに接続されてなることを特徴とする
拡散抵抗。
【請求項６】島領域を電源もしくはグランドに接続す
る容量が集積回路内部に形成されていることを特徴とす
る請求項５に記載の拡散抵抗。
【請求項７】島領域を電源もしくはグランドに接続す
る容量が外付け部品によって形成されていることを特徴
とする請求項５に記載の拡散抵抗。