JPH07201879A - トランジスタの降伏電圧制御用半導体回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空間電荷領域において悪影響を及ぼすような
降伏電圧が生ぜしめられないように改善を行うこと。 【構成】 カバー電極を相互に分離された２つの電極プ
レートで形成し、第１の電極プレートは、高濃度ドープ
されたｎ⁺−コレクタ領域と低濃度ドープされたｎ~−コ
レクタ領域との間の接合部と低濃度ドープされたｎ~−
コレクタ領域を覆い、さらに低濃度ドープされたｎ~−
コレクタ領域とｐ形ベース領域との間の接合部を覆って
おり、第２の電極プレートの一部は酸化膜の上方で、そ
して一部は高濃度ドープされたｎ⁺−コレクタ領域に接
触接続されるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空間電荷領域上に配設
された、酸化膜によって該空間電荷領域から分離された
カバー電極を有し、該カバー電極は分圧器によって定ま
るベース−コレクタ間の電位におかれている、トランジ
スタの降伏電圧制御用半導体回路装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の電圧制御のための半導体装置は
例えばドイツ連邦共和国特許公開第３２２７５３６号公
報から公知である。この公報ではトランジスタの空間電
荷領域の上方に酸化膜によって分離された金属性のカバ
ー電極が設けられている。このカバー電極は分圧器によ
って規定されるベース−コレクタ間の電位におかれる。
ｎ⁺−ドープ領域（これは部分的にカバー電極を下面に
亘って覆う）を取り入れることにより、ベース−コレク
タ間に逆方向（遮断）電圧Ｕが印加される場合に、低濃
度ドープされたｎ~−領域内に広がる空間電荷領域がカ
バー電極下方の領域に制限される。この場合降伏電圧は
実質的にこの電位と酸化膜の厚さによって決まる。分圧
器は、モノリシックにも集積可能な２つの抵抗Ｒ１，Ｒ
２によって形成される。Ｒ１，Ｒ２が０である場合にベ
ース−コレクタ間で達し得る降伏電圧は符号Ｕ２ないし
てＵ１で示されている。この場合符号Ｕ２はキャリヤ充
満状態時降伏電圧を表わし、符号Ｕ１は空乏化状態時降
伏電圧を表わす。抵抗Ｒ１，Ｒ２からなる分圧器がモノ
リシックに集積されている場合には分圧器抵抗は低濃度
ドープされたｎ~−コレクタ領域内に存在する。降伏電
圧は電流密度への依存性は有していないので、ここでは
低濃度ドープされたｎ~−コレクタ領域（この領域は埋
め込まれたｎ⁺−高濃度ドープ領域とベースとの間に存
在する）上の酸化膜の厚さが残りの領域においてよりも
薄く選択される。これにより空乏化状態時降伏電圧が分
圧器抵抗に隣接する領域内に生じないことが達成され
る。達し得る最大の降伏電圧Ｕは、Ｒ１とＲ２の比がＵ
１とＵ２の比に等しい場合にＵ１＋Ｕ２となる。プレー
ナ技術において通常用いられる熱酸化物は任意に厚くさ
せることができないので、そのような装置で達し得る最
大の降伏電圧は制限される。

【０００３】ドイツ連邦共和国特許公開第４０３９６６
２号公報からは、カバー電極を２つの金属領域に分割さ
せることにより降伏電圧Ｕの引き上げを達成させる手法
が公知である。この場合高抵抗の低濃度ドープされたｎ
~−コレクタ領域を完全に覆うカバー電極が金属膜に置
き換えられ、これがコレクタ領域をもはや不完全にしか
覆わなくなる。この金属膜は低濃度ドープされたｎ~−
コレクタ領域と高濃度ドープされたｎ⁺−コレクタ領域
の間の接合部だけを覆い、既に前述したベース−コレク
タ間の分圧器に接続される。高抵抗の低濃度ドープされ
たｎ~−コレクタ領域とベース領域との間のｐｎ−接合
部は第２の金属プレートによって覆われる。この第２の
金属プレートはベース電位ないしはエミッタ電位におか
れる。これによりキャリヤ充満状態時降伏電圧が生じな
くなることが達成される。ベース−コレクタ間で遮断電
圧を印加する際にＲ２が０の場合にはベース−コレクタ
間で達成可能な遮断電圧はＵ１である。この電圧Ｕ１
は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３２２７５３６号
公報から公知のカバー電極の空乏化状態時降伏電圧と同
じである。この場合ベース−コレクタ間の降伏電圧は抵
抗Ｒ１，Ｒ２によって形成される分圧器によって高圧に
変圧された空乏化状態時降伏電圧Ｕ１である。これによ
り以下の関係式が得られる。

【０００４】Ｕ＝Ｕ×（１＋Ｒ２／Ｒ１） ベース−コレクタ間の達し得る最大降伏電圧Ｕはもはや
キャリヤ充満状態時降伏電圧Ｕ２によって影響されな
い。降伏電圧の上限はベースと低濃度ドープされたｎ~
−コレクタ領域との間のｐｎ−接合部の阻止能力によっ
てのみ制限される。

【０００５】しかしながら全ての公知のカバー電極装置
の場合には、のこ歯状埋没部領域における高濃度ドープ
されたｎ⁺−コレクタ領域（この領域は酸化膜によって
覆われていない）と隣接するカバー電極との間における
電位差が約１５０〜２５０Ｖになってしまう欠点があ
る。縁部領域におけるこの種の半導体装置が例えば製作
の際ないしは作動の際に損傷するかまたはイオンと混成
した場合には、短絡又は漏れ電流がのこ歯状溝領域にお
けるカバー電極とｎ⁺−領域との間に発生し得る。この
ことは半導体素子の機能障害につながる。その他にも非
不働態化された素子の場合にはのこ歯状溝領域における
カバー電極とｎ⁺−領域との間で火花連絡が生ぜしめら
れる。これは酸化膜の脆弱化を招き、それによる障害を
引き起こす。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前記
したような従来装置における欠点に鑑みこれを解消すべ
く改善を行うことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記課題
は、カバー電極は相互に分離された２つの電極プレート
から形成され、第１の電極プレートは、高濃度ドープさ
れたｎ⁺−コレクタ領域と低濃度ドープされたｎ~−コレ
クタ領域との間の接合部と低濃度ドープされたｎ~−コ
レクタ領域を覆い、さらに低濃度ドープされたｎ~−コ
レクタ領域とｐ形ベース領域との間の接合部を覆ってお
り、第２の電極プレートの一部は酸化膜の上方で、そし
て一部は高濃度ドープされたｎ⁺−コレクタ領域に接触
接続されるように構成されて解決される。

【０００８】請求項１の特徴部分に記載された本発明に
よる半導体装置によって得られる利点は、半導体装置の
縁部領域とカバー電極との間の電位差が低減され、チッ
プ降伏や表面汚染に対してロバスト性の高められた半導
体装置が得られることである。その上さらに阻止能力の
高い分圧器抵抗の省スペース的な集積化が可能である。
カバー電極が相互に分離された２つの電極プレートから
形成され、第１の電極プレートが、高濃度ドープされた
ｎ⁺−コレクタ領域と低濃度ドープされたｎ~−コレクタ
領域との間の接合部と低濃度ドープされたｎ~−コレク
タ領域を覆い、さらに低濃度ドープされたｎ~−コレク
タ領域とｐ形ベース領域との間の接合部を覆う構成によ
って、非常に有利には次のようなことが得られる。すな
わちベース−エミッタ間に遮断電圧が印加された場合に
降伏電圧が複数の抵抗によって形成された分圧器によっ
て逓昇に変圧される空乏化（状態時）電圧に相応し、同
時に第２の電極プレートと高濃度ドープされたｎ⁺−コ
レクタ領域（のこ歯状溝領域）の間で電位差が生じなく
なる。それにより電極と前記領域との間の短絡の発生又
は漏れ電流の発生は回避され得る。

【０００９】本発明による別の有利な実施例は従属請求
項に記載される。

【００１０】

【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。

【００１１】図１にはプレーナ技術によって製作された
半導体装置１０が示されている。この半導体装置１０は
シリコンチップ１２からなっている。このシリコンチッ
プ１２は低濃度ドープされたｎ~−領域１４と高濃度ド
ープされたｎ⁺−領域１６を有している。この高濃度ド
ープされたｎ⁺−領域１６は金属膜１８と接触接続して
いる。この金属膜１８はコレクタ端子Ｋを備えている。
ｎ~−領域１４には公知手法でｐ形領域２０と高濃度ド
ープされたｎ⁺−領域２２が拡散されている。ｐ形領域
２０は電極２４と接触接続されている。この電極２４は
ベース接続端子Ａを有している。わかりやすくするため
にバイポーラトランジスタの場合にベース領域に埋込ま
れる高濃度ドープされたｎ⁺−エミッタ領域はここでは
示されていない。ｎ⁺−領域２２は、このエミッタドー
ピングと同時に拡散注入される。シリコンチップ１２上
には酸化膜２６が被着されている。この酸化膜２６はｐ
形領域２０と、シリコンチップ１２の表面まで貫通して
達しているｎ~−領域１４と、ｎ⁺−領域２２を覆ってい
る。酸化膜２６の上には第１の電極２８が配設されてい
る。この第１の電極２８はｎ⁺−領域２２とｎ~−領域１
４の間の接合部３０と、チップ１２表面まで達している
ｎ~−領域１４と、ｎ~−領域１４とｐ形領域２０との間
の接合部３２を覆っている。第２の電極３４は酸化膜２
６上方の一部に配設され、ｎ⁺−領域２２と部分的に接
触接続している。電極プレート２８と３４は相互に間隔
ｄだけ空けて配設されている。電極プレート２８は酸化
膜２６によって前記電極プレート下方にあるシリコンチ
ップ１２領域２０，１４，２２から導電的に分離されて
いる。ベース接続端子Ａとコレクタ接続端子Ｋの間では
抵抗Ｒ１，Ｒ２を備えた分圧器３６が接続されている。
前記分圧器の分圧端子３８は電極プレート２８と接続さ
れている。電圧源４０を介して遮断電圧Ｕが印加可能で
ある。

【００１２】図１に示された半導体装置１０は以下のよ
うに機能する。

【００１３】電圧源４０からベース接続端子Ａとコレク
タ接続端子Ｋとの間に遮断電圧Ｕが印加されたならば、
高濃度ドープされたｎ⁺−領域２２はｎ~−領域１４内に
拡がる空間電荷領域を電極プレート２８下方の領域に制
限する。ベース接続端子Ａとコレクタ接続端子Ｋとの間
で達し得る降伏電圧は、Ｒ１ないしＲ２が０の場合降伏
電圧Ｕ２ないしＵ１となる。この場合降伏電圧Ｕ２は半
導体装置１０のキャリヤ充満状態時降伏電圧であり、電
圧Ｕ１は半導体装置１０の空乏化状態時降伏電圧であ
る。この場合ベース接続端子Ａとコレクタ接続端子Ｋと
の間の降伏電圧は抵抗Ｒ１とＲ２によって形成される分
圧器３６によって逓昇変圧された空乏化状態時降伏電圧
Ｕ１である。これにより、降伏電圧Ｕに対して以下の関
係式が成り立つ。

【００１４】Ｕ＝Ｕ１×（１＋Ｒ２／Ｒ１） このことは電極プレート２８と３４を相互に分離して配
設し、ｎ⁺−領域２２に電極プレート３４と同じ電位を
もたせることによって達成される。それによりシリコン
チップ１２周辺部と電極プレート３４との間に電位差は
生じなくなる（この電位差は、電極プレート２８と３４
からなる電極装置とｎ⁺−領域２２との間で短絡または
漏れ電流を惹起し得る）。それにより図示の半導体装置
１０の確実な機能性は大幅に高まる。この場合電極プレ
ート２８と３４の間の間隔ｄは、次のように選定されな
ければならない。すなわちこれらの間で電気的な火花連
絡が生ぜしめられないように選定されなければならな
い。付加的な手法として半導体装置１０の表面全部をこ
こでは図示されていない不働態層で覆ってもよい。

【００１５】図２には別の半導体装置４０が示されてい
る。この半導体装置４０は、モノリシックに集積された
分圧器を有している。この図でも図１と同じ個所には同
じ符号が付され、再度の説明は省く。

【００１６】図２では分圧抵抗４２が低濃度ドープされ
たｐ~−領域として酸化膜２６の下方に設けられてい
る。分圧抵抗４２はこの場合ｎ~−領域１４内に埋め込
まれ、ｎ⁺−領域４４とｎ⁺−領域４６の間に存在してい
る。降伏電圧Ｕに電流密度への依存性をもたせなくする
ためには、ｐ形領域２０とｎ⁺−領域４４との間の領域
におけるｎ~−領域１４上の酸化膜２６の厚さをその他
の領域においてよりも薄くする必要がある。これにより
空乏化状態時降伏電圧が分圧器抵抗４２に隣接するｎ~
−領域１４内には生じないことが達成される。ここでは
明瞭化のために前記領域内で薄くされる酸化膜２６の厚
さの変化は図２には示されない。電極プレート２８はこ
こでは接合部３２、ｎ⁺−領域４４、分圧器抵抗４２、
並びにｎ~−領域１４のそれらの間にある介在領域を覆
っている。この電極プレート２８は一方の側ではｐ形領
域上方で終端し、また他方の側では分圧抵抗４２とｎ⁺
−領域４６の間のｎ~−領域１４上方で終端している。
この場合電極プレート２８は分圧器抵抗４２から幅ｄ１
だけ突出している。分圧器抵抗４２とｎ⁺−領域４６は
相互に幅ｗだけ離れている。電極プレート３４は酸化膜
２６の一部と、ｎ⁺−領域４６の一部に接触接続してい
る。電極プレート３４はここでもｎ⁺−領域４６と同じ
電位を有している。シリコンチップ１２の縁部と電極３
４との間には前述したような欠点である電位差は生じな
い。この場合前記幅ｄ１とｗは次のように選択されなけ
ればならない。すなわちｎ~−領域１４と分圧器抵抗４
２とｎ⁺−領域４６の所定のドーピング経過と、酸化膜
２６の所定の厚さのもとで、カソード接続端子Ｋに対す
る分圧器抵抗４２の遮断電圧が降伏電圧Ｕよりも大きく
なるように選定されなければならない。電極プレート２
８と３４の間の間隔ｄも火花連絡が生じないように選定
されている。

【００１７】図３には図２に示された半導体装置４０の
平面図が示されている。この半導体装置４０はプレーナ
−ＮＰＮ−ダーリントントランジスタにおいて集積され
た分圧器を備えた内部電圧制限部を有している。ここで
も図２と同じ部分には同じ符号が付されており、ここで
の再度の説明は省く。

【００１８】分圧器抵抗４２は主表面から拡散された縦
長のｐ形導電領域を形成している。このｐ形−抵抗の表
面密度は１．５×１０¹⁷ｃｍ~³である。この抵抗の浸入
深度は高抵抗において６０ｏｈｍ／ｃｍ、ｎ~−領域１
４は約３１μｍ（これは特性長さσ（σ＝２√Ｄｔ）＝
１１μｍ）である。これは幅ｗによってちょうど１２５
μｍだけｎ⁺−領域４６から離されている。ｎ⁺−領域４
６に対しては特性長さσ＝３．６μｍの際に１０²⁰ｃｍ
~³の表面密度が選定される。酸化膜２６の厚さは２μｍ
である。製作過程の終了時においては図２にプロットさ
れた幅ｄ及びｄ１はそれぞれ５０μｍ，４０μｍにな
る。分圧器抵抗４２と出力段のベース領域４８の間には
高濃度ドーピングされたｎ⁺−領域４６が存在する。そ
の上には酸化膜２６によって導電的に分離された電極プ
レート２８が存在している。この電極プレート２８は接
触接続孔部５０上方で分圧器抵抗４２に接続されてい
る。分圧器抵抗のコレクタ側端部には分圧器抵抗４２が
外部電極プレート３４を介してｎ⁺−領域４４と接続さ
れている。ここでは駆動ベースは符号５２で示されてい
る。符号５４と５６で示された領域は駆動段ないし出力
段のエミッタ領域を表している。接触接続窓５８及び６
０の上方ではベース領域がベース金属化部６２と６４に
接続されている。符号６６及び６８でエミッタ接触接続
窓が示されている。これに対して出力段のエミッタ金属
化部は符号７０で表されている。わかりやすくするため
にブリーダ抵抗、種々異なる酸化厚膜部、反転ダイオー
ド、温度補償手段、横方向トランジスタ等は図３には示
されていない。

【００１９】図２及び図３に示された装置では分圧器抵
抗４２の遮断性は前記関係式に従って設定された降伏電
圧Ｕよりも格段に高い。以下に示すテーブルは、異なる
表面電荷密度に対する二次元のデバイスシミュレーショ
ンの結果を表したものである。このテーブルは達成可能
な結果を明らかにしている。

【００２０】 表面密度 空乏化状態時降伏電圧 分圧器の降伏電圧 （ｃｍ~²） （Ｖｏｌｔ） （Ｖｏｌｔ） ０ １８７ ８８４ ＋２×１０¹¹ ２０５ ８６９¹ −２×１０¹¹ １６８ ９４５² 金属領域のベース領域２０方向での１０μｍだけの第１
の付加的エラー調整。

【００２１】金属領域ののこ歯状溝領域部方向での１０
μｍだけの第２の付加的エラー調整。

【００２２】本発明は図１〜図３に示された実施例に限
定されるものではなく、例えば逆のドープ領域も可能で
ある。この場合は例えばｎ~−領域１４がｐ形ドープさ
れており、ｐ形領域２０はｎ形ドープ領域である。図示
の降伏電圧制御用半導体装置はトランジスタの他にも、
例えばダーリントントランジスタやダイオードに対して
も適している。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、半導体装置の縁部領域
とカバー電極との間の電位差が低減され、チップ破壊や
表面汚染に対して十分な耐久力をもった丈夫な半導体装
置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内部電圧制限のための半導体装置の部分図であ
る。

【図２】集積された分圧器を有する内部電圧制限のため
の半導体装置の部分図である。

【図３】集積された分圧器を有する半導体装置の平面図
である。

【符号の説明】

１０ 半導体装置 １２ シリコンチップ １４ 低濃度ドープｎ~−領域 １６ 高濃度ドープｎ⁺−領域 １８ 金属膜 ２０ ｐ形領域 ２２ 高濃度ドープｎ⁺−コレクタ領域 ２４ 電極 ２６ 酸化膜 ２８ 第１の電極プレート ３０ 接合部 ３２ 接合部 ３４ 第２の電極 ３６ 分圧器 ３８ 分圧端子 ４０ 電圧源 ４２ 分圧抵抗 ４４ ｎ⁺−コレクタ領域 ４６ ｎ⁺−コレクタ領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハルトムート ミヒェル ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン ヘル ダーシュトラーセ 74 (72)発明者 アントン ミンドル ドイツ連邦共和国 チュービンゲン ベッ クマンヴェーク 19−１

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空間電荷領域上に配設され、酸化膜によ
   って該空間電荷領域から分離されたカバー電極を有し、
   該カバー電極は分圧器によって定まるベース−コレクタ
   間の電位におかれている、トランジスタの降伏電圧制御
   用半導体回路装置において、 前記カバー電極は相互に分離された２つの電極プレート
   から形成され、第１の電極プレート（２８）は、高濃度
   ドープされたｎ⁺−コレクタ領域（２２）と低濃度ドー
   プされたｎ~−コレクタ領域（１４）との間の接合部
   （３０）と、低濃度ドープされたｎ~−コレクタ領域
   （１４）を覆い、さらに低濃度ドープされたｎ~−コレ
   クタ領域（１４）とｐ形ベース領域（２０）との間の接
   合部（３２）を覆っており、第２の電極プレート（３
   ４）の一部は酸化膜（２６）の上方で、そして一部は高
   濃度ドープされたｎ⁺−コレクタ領域（２２）に接触接
   続されていることを特徴とする、トランジスタの降伏電
   圧制御用半導体回路装置。
2. 【請求項２】 前記電極プレート（２８；３４）は環状
   に取囲む電極プレートとして形成されている、請求項１
   記載のトランジスタの降伏電圧制御用半導体回路装置。
3. 【請求項３】 前記電極プレート（３４）は前記ｎ⁺−
   コレクタ領域（２２）内部に完全に存在する、請求項１
   又は２記載のトランジスタの降伏電圧制御用半導体回路
   装置。
4. 【請求項４】 モノリシックに集積された分圧器（３
   ６）において分圧抵抗（４２）が酸化膜（２６）下方で
   ２つのｎ⁺−コレクタ領域（４４；４６）の間に埋込ま
   れており、前記分圧抵抗は電極プレート（３４）と接触
   接続されたｎ⁺−コレクタ領域（４６）から間隔（Ｗ）
   を空けて設けられている、請求項１〜３いずれか１項に
   記載のトランジスタの降伏電圧制御用半導体回路装置。
5. 【請求項５】 前記第１の電極プレート（２８）は、前
   記分圧抵抗（４２）から幅（ｄ１）だけ突出しており、
   前記分圧器抵抗（４２）とｎ⁺−コレクタ領域（４６）
   の間のｎ~−コレクタ領域（１４）上方で終端してい
   る、請求項１〜４いずれか１項に記載のトランジスタの
   降伏電圧制御用半導体回路装置。
6. 【請求項６】 前記幅（ｄ１）と間隔（Ｗ）は、選択可
   能な比の関係を有しており、それによりｎ~−コレクタ
   領域（１４）、ｎ⁺−コレクタ領域（４６）及び分圧器
   抵抗（４２）の所定のドープ特性経過のもとで分圧器抵
   抗（４２）の遮断電圧が降伏電圧（Ｕ）よりも大きい、
   請求項１〜５いずれか１項に記載のトランジスタの降伏
   電圧制御用半導体回路装置。
7. 【請求項７】 前記電極プレート（２８）は、酸化膜
   （２６）を貫通して導かれている接続孔部（５０）を介
   して分圧器抵抗（４２）に接続されている、請求項１〜
   ６いずれか１項に記載のトランジスタの降伏電圧制御用
   半導体回路装置。
8. 【請求項８】 前記電極プレート（２８；３４）と該電
   極プレート（２８；３４）の間の領域に、絶縁された不
   働態化（パッシベーション）層が設けられている、請求
   項１〜６いずれか１項に記載のトランジスタの降伏電圧
   制御用半導体回路装置。