JPH09289284A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
において、抵抗値の経時的な変動を抑制する。 【解決手段】 一導電型の半導体基板11表面に設けら
れた活性領域14中に、逆導電型の不純物拡散層15を
形成した。不純物拡散層15を覆うように、不純物拡散
層15より不純物濃度の低い、逆導電型の不純物拡散層
12を形成した。不純物拡散層12上に、少なくともフ
ィールド酸化膜13を介して、活性領域14を囲うよう
に環状の電極19を形成した。この電極19を不純物拡
散層12中に多数キャリアを誘起させる電位に保つこと
によって、フィールド酸化膜中にトラップされたキャリ
アによる電気的影響が大幅に緩和され、抵抗値の経時的
な変動が大きく抑制できる。
Description
不純物拡散層を用いた半導体抵抗領域を備えた半導体装
置に関するものである。
め、マイクロコンピュータの出力回路に高耐圧半導体装
置が搭載されるようになってきた。半導体集積回路の高
性能化が進むなかで、出力回路に用いられる高耐圧半導
体装置において、抵抗領域を備えた半導体装置に対して
さらなる高精度化への要望が高まっている。
す平面図、同図(b)は(a)のA−B線に沿った断面
図である(例:特開平6−45601号公報)。
0)のN型半導体基板1の表面に設けられた不純物拡散
層2が、抵抗体の母体となるP型不純物拡散層である。
半導体基板1はシリコンからなる。半導体基板1表面で
の、半導体基板1と不純物拡散層2とのPN接合は、フ
ィールド酸化膜3の下に位置している。これにより、半
導体基板1と不純物拡散層2との間が−60V程度の電
圧に耐えることができ、高耐圧化が実現された。
ールド酸化膜3で覆われていない領域である。この領域
4には、不純物濃度が中程度のP型不純物拡散層5が設
けられている。不純物拡散層5は、その不純物濃度が不
純物拡散層2の表面不純物濃度より高く、拡散深さが不
純物拡散層2の拡散深さより浅くなるよう形成されてい
る。不純物拡散層2,5の不純物濃度は、所望の抵抗値
および耐圧を得るためにそれぞれ最適化されている。
にそれぞれ電気的なオーミックコンタクトをとるために
設けられている。アルミニウム電極9,10は、層間絶
縁膜8に設けられた孔を通して、不純物拡散不純物拡散
層6,7にそれぞれ接続されている。
半導体抵抗装置という)では、不純物拡散層2,5のそ
れぞれからなる二つの抵抗を並列に接続したものとみな
すことができ、それらによる抵抗値のばらつきは不純物
拡散層2あるいは同5を単独で形成したときの抵抗値の
ばらつきより小さくすることができる。つまり、不純物
拡散層2の抵抗値がばらついても、不純物拡散層5の濃
度を不純物拡散層2より高くしてその抵抗値のばらつき
をできる限り抑制することで、全体として抵抗値のばら
つきが小さい装置を実現することができる。
装置を用いた入出力回路について説明する。Pチャネル
トランジスタ100のソースがVdd電源(+5V)に接
続され、ドレインが出力端子102と半導体抵抗装置1
01の一端とに接続されている。半導体抵抗装置101
の他端はVpp電源(−30V)に接続されている。出力
端子102には蛍光表示管に接続されている。蛍光表示
管は等価的に容量104とみなすことができる。
のときには、出力端子102の電位はほぼ電源電圧Vdd
にまで上昇し、それが非導通のときには、電源電圧Vpp
にまで降下する。
ける従来の半導体装置に対応する。図6に示した不純物
拡散層6が出力端子102に接続され、不純物拡散層7
がVpp電源(−30V)に接続され、N型シリコン基板
1がVdd電源(+5V)に接続されて、半導体抵抗装置
101が高電圧を出力するインバータの高抵抗として動
作する。
来の半導体装置には、電圧印加時に生ずる、不純物拡散
層2中の多数キャリアに対するフィールド酸化膜3のト
ラップによる電気的影響を抑制することがきわめてむず
かしいため、長時間にわたる使用、特に高温度下での使
用によって、抵抗値が大きく変動してしまうことがあ
る。
大幅に抑制できる半導体装置を提供しようとするもので
ある。
に、本発明の半導体装置は、一導電型の半導体基板また
はウェル表面の活性領域内に形成された逆導電型の第1
の不純物拡散層と、第1の不純物拡散層を覆うように形
成された逆導電型の第2の不純物拡散層と、第2の不純
物拡散層上に、少なくともフィールド酸化膜を介して、
活性領域を環状に囲うようまたはその少なくとも二方を
囲うように形成された電極膜を備え、電極膜を第2の不
純物拡散層中に多数キャリアを誘起させる電位に保つ構
成としたものである。
設けられた電極膜を、抵抗体となる不純物拡散層中に多
数キャリアを誘起させる電位に保つことによって、フィ
ールド酸化膜中にトラップされたキャリアによる電気的
影響を大幅に緩和することが可能となり、抵抗値の経時
的な変動が効果的に抑制される。
導体基板またはウェル表面に形成された活性領域と、前
記活性領域に形成された逆導電型の第1の不純物拡散層
と、前記第1の不純物拡散層を覆うように形成された逆
導電型の第2の不純物拡散層と、前記第2の不純物拡散
層上に少なくともフィールド酸化膜を介して、前記活性
領域を環状に囲うように形成された電極膜を備え、前記
電極膜を前記第2の不純物拡散層中に多数キャリアを誘
起させる電位に保つ構成としたものであり、フィールド
酸化膜中にトラップされたキャリアによる電気的影響を
大幅に緩和できることから、抵抗値の経時的な変動を大
きく抑制するという作用を有する。
またはウェル表面に形成された活性領域と、前記活性領
域に形成された逆導電型の第1の不純物拡散層と、前記
第1の不純物拡散層を覆うように形成された逆導電型の
第2の不純物拡散層と、前記第2の不純物拡散層上に少
なくともフィールド酸化膜を介して、前記活性領域の三
方を囲うように形成された電極膜を備え、前記電極膜を
前記第2の不純物拡散層中に多数キャリアを誘起させる
電位に保つ構成としたものであり、フィールド酸化膜中
にトラップされたキャリアによる電気的影響を大幅に緩
和できることから、抵抗値の経時的な変動を大きく抑制
するという作用を有する。さらに、前記第1の不純物拡
散層と接続したアルミニウム電極と、前記電極膜との間
に高電圧が印加される使用条件下においても、前記電極
膜と前記アルミニウム電極との間の層間絶縁膜の絶縁耐
性を向上するという作用を有する。
またはウェル表面に形成された活性領域と、前記活性領
域に形成された逆導電型の第1の不純物拡散層と、前記
第1の不純物拡散層を覆うように形成された逆導電型の
第2の不純物拡散層と、前記第2の不純物拡散層上に少
なくともフィールド酸化膜を介して、前記活性領域の二
方を囲うように形成された二つの電極膜を備え、前記電
極膜を前記第2の不純物拡散層中に多数キャリアを誘起
させる電位に保つ構成としたものであり、フィールド酸
化膜中にトラップされたキャリアによる電気的影響を大
幅に緩和できることから、抵抗値の経時的な変動を大き
く抑制するという作用を有する。さらに、前記第1の不
純物拡散層と接続したアルミニウム電極と、前記電極膜
との間に高電圧が印加される使用条件下においても、前
記電極膜と前記アルミニウム電極との間の層間絶縁膜の
絶縁耐性を向上するという作用を有する。また、前記電
極膜は互いに平行して形成されるため、前記活性領域に
対して前記電極膜が前記電極膜の長辺方向に位置ずれし
ても、特性の劣化が少ないという作用を有する。
を参照しながら説明する。 (第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形
態の半導体装置の平面図である。図2(a)は図1のA
−B線に沿った断面図、図2(b)は図1のC−D線に
沿った断面図である。
11は半導体基板、12は不純物拡散層、13はフィー
ルド酸化膜、14は活性領域、15は不純物拡散層、1
6は不純物拡散層、17は不純物拡散層、18は層間絶
縁膜、19は電極膜、20は電極膜19上に設けられた
コンタクトホール、21〜23はアルミニウム電極であ
る。
N型シリコンからなる半導体基板11(比抵抗10Ω・
cm程度)の表面に設けられた、半導体抵抗装置の母体
となるP型不純物拡散層である。不純物拡散層12の不
純物濃度は1×1015〜1×1017cm-3程度、その拡
散深さは3〜5μm程度である。半導体基板11の表面
に現れた半導体基板11と不純物拡散層12との間のP
N接合は、フィールド酸化膜13の下に位置している。
続される。活性領域14は不純物拡散層12上に設けら
れており、フィールド酸化膜13で覆われていない領域
である。活性領域14内にP型の不純物拡散層15が設
けれれている。不純物拡散層15は、その不純物濃度が
1×1017〜1×1018cm-3程度で、不純物拡散層1
2の表面不純物濃度より高く、その拡散深さは0.5μ
m程度である。不純物拡散層12および不純物拡散層1
5の不純物濃度や拡散深さをこのような範囲で用いるこ
とにより、所望の抵抗値(70kΩ程度)、耐圧(−6
0V程度)が実現できる。
くともフィールド酸化膜13を介して活性領域14を環
状に囲うように設けられており、多数キャリアを誘起さ
せるためVpp電源(−30V)に保たれている。電極膜
19を不純物拡散層12のみならず、半導体基板11上
にまで拡げて形成しても同様の効果が得られることはい
うまでもない。電極膜19にポリシリコンなどを用いる
ことで、トランジスタのゲート電極と同時に形成でき
る。電極膜19上にはコンタクトホール20が設けられ
ており、電極膜19は層間絶縁膜18を介してアルミニ
ウム電極21と接続している。
をもつ不純物拡散層16,17を設ける。不純物拡散層
16,17は不純物拡散層12と不純物拡散層15とに
電気的なオーミックコンタクトをとるために設置されて
いる。不純物拡散層16,17の不純物濃度は1×10
21cm-3程度である。不純物拡散層16,17は層間絶
縁膜18を介して、それぞれアルミニウム電極22,2
3と接続している。
については、図7に示した従来の半導体装置と同等であ
るが、図1における電極膜19がVpp(−30V)に接
続されているので、抵抗体となる不純物拡散層12中に
多数キャリアを誘起させる電位に保たれている。
変動は、高電圧印加時のリーク電流による、フィールド
酸化膜13中へのキャリアのトラップが原因で生じると
考えられる。不純物拡散層12は比較的低濃度に形成さ
れているため、キャリアのトラップによって不純物拡散
層12中に空乏層が広がりやすく、抵抗体としての実効
的な断面積が縮小するために抵抗値の変動が生じる。
9が不純物拡散層12中に多数キャリアを誘起させる電
位に保つ構成であるため、フィールド酸化膜13と不純
物拡散層12の界面付近に多数キャリアが蓄積された状
態となり、不純物拡散層12中には空乏層が広がりにく
く、抵抗値の変動が抑制される。
いて、不純物拡散層12の幅が12μm、活性領域14
が幅を3μm、不純物拡散層16,17間の距離が10
0μm、電極膜19の幅が6μmのとき、所望(70k
Ω程度)の抵抗値が得られる半導体抵抗装置を実現でき
るが、このとき、150℃の温度のもとで、アルミニウ
ム電極21〜23に−35V、半導体基板11に+7V
の電圧を1000時間印加した前後での抵抗値の変動は
15%以下であった。抵抗値の変動は、電極膜19を設
置しないときと比べて、半分程度に改善された。この結
果を図5に示す。図5中の○印は電極膜19を設置した
場合、×印は電極膜19を設置しない場合である。
明の第2の実施の形態の半導体装置の平面図である。図
3(b)は図3(a)におけるA−B線に沿った断面図
である。図3(a),(b)において、図1および図2
(a),(b)における実施の形態と対応する構成要素
には同じ符号を付した。
形態ともっとも異なるところは、第1の実施の形態では
電極膜19の形状を環状としていたが、この例において
は図3(a)に示すように、電極膜19は活性領域14
の三方を囲う形状としたことにある。
の形態における作用に加えて、不純物拡散層16と接続
したアルミニウム電極22と、電極膜19との間に高電
圧が印加される使用条件下においても、電極膜19とア
ルミニウム電極22との間の層間絶縁膜18の絶縁耐性
を高めることができる。
明の第3の実施の形態の半導体装置の平面図である。図
4(b)は図4(a)におけるA−B線に沿った断面図
である。図4(a),(b)において、図1および図2
(a),(b)における実施の形態と対応する構成要素
には同じ符号を付した。
形態ともっとも異なるところは、第1の実施の形態では
電極膜19の形状を環状としていたが、この例において
は図3(a)に示すように、電極膜19は活性領域14
の二方を囲う形状としたことにある。
の形態における作用に加えて、不純物拡散層16,17
と接続したアルミニウム電極22,23と、電極膜19
との間に高電圧が印加される使用条件下においても、電
極膜19とアルミニウム電極22,23との間の層間絶
縁膜18の絶縁耐性を向上することができる。さらに、
電極膜19は互いに平行して形成されるため、活性領域
14に対して電極膜19が、電極膜19の長辺方向に位
置ずれしても、半導体抵抗装置の電気特性の劣化が少な
いという作用を有する。
半導体基板11上に半導体装置を形成したが、ウェル上
に形成しても同様の効果が得られることはいうまでもな
い。また、半導体装置をP型の不純物拡散層で形成した
が、N型の不純物拡散層で形成してもよく、このとき半
導体基板またはウェルはP型となり電源の極性は逆にな
る。また、電極膜19上に設けられたコンタクトホール
20は、電極膜19の右端に1個だけ形成されている
が、電極膜19上の任意の場所に、任意の個数だけ形成
してもよい。
酸化膜上に設けられた電極膜を備え、前記電極膜を抵抗
体となる不純物拡散層中に多数キャリアを誘起させる電
位に保つことによって、フィールド酸化膜中にトラップ
されたキャリアによる電気的影響を大幅に緩和できるこ
とから、抵抗値の経時的な変動を大きく抑制することが
できる。
図
態の平面図 (b)は(a)のA−B線に沿った断面図
態の平面図 (b)は(a)のA−B線に沿った断面図
動率との関係を示す図
示す図
Claims (3)
- 【請求項1】 一導電型の半導体基板またはウェル表面
に形成された活性領域と、前記活性領域に形成された前
記半導体基板と逆導電型の第1の不純物拡散層と、前記
第1の不純物拡散層を覆うように形成された前記半導体
基板と逆導電型の第2の不純物拡散層と、前記第2の不
純物拡散層上に、少なくともフィールド酸化膜を介し
て、前記活性領域を環状に囲うように形成された電極膜
を備え、前記電極膜を前記第2の不純物拡散層中に多数
キャリアを誘起させる電位に保つ構成としたことを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項2】 一導電型の半導体基板またはウェル表面
に形成された活性領域と、前記活性領域に形成された前
記半導体基板と逆導電型の第1の不純物拡散層と、前記
第1の不純物拡散層を覆うように形成された前記半導体
基板と逆導電型の第2の不純物拡散層と、前記第2の不
純物拡散層上に、少なくともフィールド酸化膜を介し
て、前記活性領域の三方を囲うように形成された電極膜
を備え、前記電極膜を前記第2の不純物拡散層中に多数
キャリアを誘起させる電位に保つ構成としたことを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項3】 一導電型の半導体基板またはウェル表面
に形成された活性領域と、前記活性領域に形成された前
記半導体基板と逆導電型の第1の不純物拡散層と、前記
第1の不純物拡散層を覆うように形成された前記半導体
基板と逆導電型の第2の不純物拡散層と、前記第2の不
純物拡散層上に、少なくともフィールド酸化膜を介し
て、前記活性領域の二方を囲うように形成された電極膜
を備え、前記電極膜を前記第2の不純物拡散層中に多数
キャリアを誘起させる電位に保つ構成としたことを特徴
とする半導体装置。
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