JPS60173869A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 不発明は高耐圧素子を形成する半導体島と、低耐圧素子
全形成する半導体島とが同一支持基板に搭載されてなる
半導体集積回路装置に関するものである。

ｌ−従来技術〕 第１図に従来のこの種の半導体集積回路装置の構成例金
示す。これは、低耐圧トランジスタＡ、高１１打圧トラ
ンジスタＢおよびＰＮＰＮ累子Ｃ’を多結晶シリコンＣ
３ｉ）からなる支持基板１中に搭載した例でめるが、例
えば５ｌｏ２からなるＰ３Ｒ膜もしくり、酸素を含む多
結晶Ｓｔ　等からなる半絶縁膜普たほこれら全組合せた
複合膜を素子間の分離膜２として、複数の半導体素子形
成領域、いわゆる牛導体島３が主面上に設けられる。な
お、この基板の形成法としては、公知の（例えば特公昭
４１−１６０７０７号公報）技術を利用できる。島３は
、低不純物濃度の第１の半導体領域、いわゆるコレクタ
ポケット４に’ＭＬ、その内部に、イオン注入法、熱拡
散法などで不純物ケ添加することによって、高誼コレク
タポケット４とは反対導電形の高不純物濃度の揖２の半
導体領域５が形成され、さらにその内部に反対導電形（
コレクタポケット４と同−導電形）の高不純物濃度の第
３の半導体領域６が形成さｔして、それぞれＰＮ接合全
形成している。甘た、コレクタポケット４の側面および
底面部には高不純物濃度層４ａが形成され、同−導電形
ではめるが不純物濃度の高い領域と低い領域とが接する
ＨＬ接合７全形成している。

各接合が島の表面に露出する部分は、安デ性の確保を目
的として絶縁性の表面保設膜８で俊われ、その一部は選
択的に除去されてコンタクト窓９として機能し、電気的
な信号の経路である電極１０が接続さノしている。電極
１０のうぢ、市電圧が印加さ才りるＰＮ接合と接続され
るか、ま／（このＰＮ接合と近い値の電位分もつ接合に
接続はｔするものけ、当該ＰＮ接合上主面に保膣膜８不
：介して尚該ＰＮ接合を投影した領域より広い領域を榎
うように配置される。これを通常フィールドプレートｉ
［ｆｆ＜１０ａ　と称し、その目的は凸該ＰＮ接合で生
じた空乏層の表面近傍の曲がジを補正して電界の県中を
防ぐことにろる。

フィールドプレート電極１０ａ　にし、接合の高耐圧化
を目的として配置されるものでめる力）ら、その下に存
在しかつ一方をコレクタポケット４とするＰＮ接合は曲
率半径の小さな部分が存在してはならず、当該ＰＮ接合
を主面上に投影した図形は、図十破線で示し／ζように
曲率半径ｒＨの円弧および仁れと滑らかに接続された直
線で構成さｔした形状となる。これは、高電圧が印加さ
れるＰＮ接合は曲率半径の小さなＨＢ分が存在するとそ
の近傍で電界の集中が起こることが知られているためで
るるか、同様の理由力１ら、いわゆる拡散のコーナ部１
１についても、その曲率半径を大きくする必要がある１
、高耐圧素子の接合の深さｘｊ、□は耐圧に依存し、一
般に５〜１５μｎｌの値が採用されている。

もちろん、高耐圧化の不要な低耐圧素子のＰＮ接合につ
いてはフィールドプレート電極は不要であり、Ｉ）Ｎ接
合ケ生面に投影した図形も円弧を含む必要はなく、拡散
のコーナ部も特に曲率半径を大きくする必ｇはない。し
力・るに、工程の簡略化のみ全目的として、すなわち１
回の不純物拡散工程で高耐圧素子および低耐圧素子のＰ
Ｎ接合を同時に形成するために上述したような深い接合
を低耐圧素子にも採用すると、拡散の横方開広が９によ
る集積度の低下や内部ベース領域の不純物濃度減少に起
因する出力インピーダンスの低下が生ずるため、一般に
は低耐圧素子用に深さＸｊＬの浅い接合を形成する工程
が別途追加されている。したかって、ＰＮ接合は、一方
をコレクタポケット４とする第１のＰＮ接合のうち高耐
圧素子側の深い接合１２と低耐圧素子側の浅い接合１３
、およびそｎぞれぞの内部に形成された第２のＰＮ接合
１４．１５に区別されるが、このように高耐圧素子と低
耐圧素子とで接合の形成工程ケ別にすることは、とりも
なおさずプロセスの俵雑１にと歩留りの低Ｆ盆もたら丁
ものでうった０ し発明の目的および構成〕 本発明はこのような事情に鮨みてなされたもので、その
目的は、高耐圧素子と低耐圧素子とを同一基板上に容易
に、し刀）も高密度で形成できる牛導体集積回路装置ケ
提供することにゎる。

このような目的全達成するために、本発明な、高耐圧素
子のフィールドグレード開極下の絶縁膜を、第１（７）
ＰＮ接合近傍で薄く、周辺部で厚く形成するとともに、
第２のＰＮ接合’ｆ　ＩＴ１分割してＳ　Ｒ／　ｍ≦Ｓ
ｔ　（ＳＨ：　高ｉＭ　ＩＥ累子の第２のＦＩＮ接合の
接合面積、ＳＬ：低耐圧素子の第２０ＰＮ接合の接合面
積、ｍ：自然数）とし、高劇圧素子と低耐圧素子のＰＮ
接合深さをほぼ等しくしたものでるる。以下、実施例を
用いて本発明の詳細な説明する。

〔天施例〕

第２図（・よ、本発明の一実施例の構成を・示す図でろ
る。なお、本５（施例では低耐圧トランジスタＡと高耐
圧ＰＮＰＮ累子Ｃとをそれぞル１個ずつ図示したが、こ
れらの素子を、腹数含むもの、あるいは他の素子、例え
ば高耐圧トランジスタ（これは１）ＮＰ　Ｎ素子のカソ
ード、Ｐ−ゲート、Ｎ−ゲート全それぞれエミッタ、ベ
ース、コレクタとみなして構成できる）や抵抗等を含む
ものについても同様に実現可能であることＬｔいうまで
もない。

第２図において、多結晶Ｓｉ　等からなる支持基板１中
に、分離膜２によって分離された半導体島３が、主面−
ヒに複数個設けられ、島３には、コレクタポケット４、
ＰＮ接合およびＨＬ接合Ｉがイオン注入法、熱拡散法な
ど分用いて形成されている。さらに、各接合が島３の表
面に露出する部分は保護膜で覆われ、その一部は除去さ
れてコンタクト孔９として機能し電極１０が接続されて
いる。

なお、）−（Ｌ接合７を形成する窩不純物濃度層４ａは
、低抵抗層としてコレクタポケット４とｉｎ：　ｉ？　
１０とのコンタクト（ｔＣ重要な働き全するほか、基板
１、分離膜２およびコレクタポケット４で形成さむる寄
生ＭＯ８効果を仰に、る働きをする。

電極１υのうち、高電圧力・印加されるＰＮ接合、例え
はＰＮＰＮ索子Ｃ索子−ケートｉ合、アノード接合（高
耐圧トランジスタで？＞ｆＬばベース・コレクタ接合、
ＭＯＳ　トランジスタであれはドレイン接合等）と接続
式ｎるか、またはこのＰＮＮ会合近い値の電位をもつ雀
合Ｖこ接続されるものは、フィールドグレートｔｆｔ、
極Ｉ　Ｄａ　として、ＰＮ　＆台上主面に保睦膜全介し
て当該ＰＮ接合を投影した領域より広い領域ヲ榎うよう
に配置される。その際、異なる接合と接続する電極り相
互に分離される必要があるため、間隙１６が設けられる
が、この間隙は両俳１のフィールドプレ〜）ｔｇｉｌｏ
ａ　の市、位の影響を受けてる′ｆｒ、塾もその部分に
もフィールドプレート（極１０ａが配置さ才１．ている
かのようにふる址うため特性に力える影響は小さい。

以上の基本編゛成は、第１図に示した従来例と全く同様
であるが、本発明の半導体集積回路装誼では、高耐ｎ−
特性を必倭とする素子にりいて、フィールドプレート電
極１０ａ　の下の絶縁性の保護膜８′が、ＰＮ接合の近
傍では薄く、辷該ン４−ルドプレート電極１０の周辺部
では厚くなるように局所的な段差′：ｆ：収けることに
よって、高耐圧素子＄１１のＰＮ接自１２′の接合深さ
Ｘｊ□を低耐圧素子側のＰＮ接合１３′の接合深さＸ　
ｊ　ｔとタツ了同−にした構造が特徴でるる。これ（・
ま、従兄なだれ降伏の原因と８れていた曲率半径の小さ
な領域、すなわち拡散のコ−す部１１′の形状はそれ国
体としては電界の集中とは直接の関係がなく、この近傍
における等電位面の曲率半径が、なだ扛降伏を決める本
質的な要因でりるとの発児に基くもので、等′電位面の
形状は、低不純物濃朋の半導体領域が空乏化するような
電位をフィールドプレート電極ＩＵａ竹によって与える
ことにまり間耐圧化に適した形となるため、特に電位面
の変化が大きい拡散のコーナ部１１′　近傍でフィール
ドプレート駐ｌｌし１０ａ下の保護膜８′を薄くしてこ
の目的全達成するようにしたものでるる。したがってコ
ーラ一部７１′の曲率半径は特に大きくする必要はない
。

一方、フィールドプレート電極１０ａ　（７Ｊ）周辺部
近傍で厚ぐするのは、この部分で停亀位面舎急激をて変
化さぜ力いためてるる。

一般に保護１反８′、例えば酸化膜の厚さｔｏｘは、こ
こで、εｓ１はＳｌの比訪′也率、 εｓ　ｉ、ｏ２（’ｊ　Ｓ　１０２の比藷電率。

の関係で実際の接合深さＸｊ　を失効的に深くする効果
をもつ。例えはＸｊが２μｒｎ、ｔｏ）（が２μｍであ
るならば、災効深さＸ、ｊｅｆｆは約５μｍとなジ、高
耐圧特性の実現に有利となる。実際、フィールドプレー
１・電極下で接合近傍の酸化膜厚ｔｏｘｋ１μｍ１コレ
クタポケットの不純物濃度１３ｘ１０”ｃＴｎ’　とし
た素子で３５０■の耐圧が確認できた。

もちろん、高耐圧特性が要求されるＰＮ接合は、これ全
主面上に投影した図形が曲率半径ｒＨの円弧およびこれ
と清ら力・に接触された＠線で構成された形状とし、ｌ
’Ｈを少なくともＸ・　よす犬ｅｆｆ きくすべきこと附、従来と同様でるる。

このような本発明の構造を採用することに、ｒ、！ｌ１
１高耐圧素子と制御用の低耐圧素子とな同一基板上に含
む半尋体集積回路装置の製作プロセスがきわめて簡単に
なることは明ら刀１でろる。すムわち、従来のように深
い接合と浅い接合の２釉類を形成する必要ｉｌ′ｉなく
、低耐圧素子の形成ＶＣ用いていた数μｍ以下の浅い接
合の形成１桟のみで済むため拡散工程数およびこれに先
立つホトリングラフィ工程数の生滅が可能でりる。のみ
ならず、従来深い拡散を・行なうために生じていた接合
の横方開広が９による集積度の低下もほとんど無視でき
、高集櫃度化が可能となる。もつとも、実際に同一のプ
ロセスで浅い場合全形成しても、後述するような拡散の
面積依存性がご）るために、すべでが全く同一の接合深
さとはならず、中心値に対して０．８〜１．２のばらつ
きをもつ。その意味で、高耐圧素子と低耐圧素子のＩ）
Ｎ接合深さに１１はぼ−１宿しく形成される。

ところで、高耐Ｌ７：素子のｌ）Ｎ　ｉｇ合の接合面積
Ｓ。

と低耐圧素子のＰＮ接合の接合面積ＳＬ　とは、高耐圧
素子側でｒＨ条・犬きくとる必要力・ら一般にＳ■、（
Ｓｌ（ とならざる全得ない。ところが、周知のように、不純物
の添加工程において同一の昇電形、同一の＠要を設定し
ても、面積の犬さい領域はど形成され、るｌ）Ｎ接合の
深さが犬となジ、しがもこの傾向は不純物濃度が大きく
なるほど顕著となることが判明している。したがって、
接合面Ａ’ノ’ｔが犬永い高耐圧素子側のＰＮ接合の方
か低面１圧素子側に比べて深くなり、その傾向は特に１
譬ｊ不純物濃度領域同志が接する第２０ＰＮ接合１４’
、１５’について顕著となる。このことは、高耐Ｊ１−
素子と低耐圧素子とで第１および第２のＰＮ接合間の距
ｉａ、すなわちトランジスタであれはベース幅が異なり
、しかも低耐圧トランジスタ側のベース幅〜畳に比べて
高耐圧トランジスタ側のベース幅ＷＨが小さくなること
を意味し、実際、実験によれば、例えばＷ□けＷＬの約
０．８倍であり、直流電流増幅率ｈＦＥは高耐圧トラン
ジスタ側が約１５０、低耐圧トランジスタ側が約１００
　という結果か得られた。

しかるに、トランジスタのエミッタ・コレクタ間耐圧Ｂ
ＶＣＥＯに」ベース・コレクタ間耐圧ＢＶＣＢＯに対し
て １３ＶＣＥＯ−ＢＶＣＢＯ／Ｖ盾１■ ここで、ｎは定数。

という関係が存在するため、め咬ジ１１．わが高くなる
と、重要なりＶＣＥＯが低くなってし祉う。したがって
、篩耐圧トランジスタのｈＦＥが１００　程度になるよ
うに設計することとなるか、この場合、低耐圧トランジ
スタのｈＦＥは約６０まで低下することが予想される。

このような問題全解決するには、ベース・コレクタ接合
を例えばｍ分割（ｍは自然数）し、ＳＨ／ｒｎ　≦Ｓｔ
、＜＜ＳＲ の関係を満足させればよい。実験によれば、例えば約］
０．０００μｍ”のＳＨ’Ｊ８分割してはＷＳＬと等し
くし、高耐圧トランジスタで】５０、低耐圧トランジス
タで１６０　のｈｐＥｋ天現することができ／こ。これ
は、図７ドの　ＰＮＰＮ累子ＣにおいてはＰ−ゲート接
合でわる第２のＰＮ接合１４′に相当し、これを図中破
線で示したように分割して、すなわちカッ−ドとしての
第３の千傅体領域＆　？（’分割して設けて、低耐圧ト
ランジスタ側の第２のＰＮ接合１５′に対してＳ、、／
ｍ≦ＳＬの関係をか１足するように構成することにより
、良好な特性４得ることかでさた。

し発明の効果］」 以上説明し１ζように、本発明ｐｃ　、ｌ：　、ｌ’Ｌ
ば、高耐圧素子のフィールドグレード小１極下の絶縁膜
を、第１のＰＮ接合近傍で薄く、周辺部で厚く形成する
とともに、第２のＰＮ接合をｍ分割してＳ　Ｈ／　ｍ≦
ＳＬとし、肯耐圧素子と低耐圧素子のＰＮ接合深さケは
ぼ等しくしたことにより、画素子のＰＮ接合を同一のプ
ロセスで形成することかできるため、製作プロセスがき
わめて簡単ＶＣなる。址た、当該ＰＮｍ合は浅いもので
、１：込ため、横力開拡がりが抑えられ、集積度を同上
させることができる利点かめる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の牛導体集積回路袈匝の４′１４成例を示
す図、第２図は本発明の一笑施例の祠成を示す図でるる
。 １・・・・支持基板、２・・・・分離ｊ夙、３・・・・
半専体島、４・・・・コレクタポケット（第１の半導体
領域）、５・・・・第２の半導体領域、６・・・・泥３
の半導体領域、８．８′　・・・・表向保護膜（絶縁膜
）、１０・・・・電極、１０ａ　・・・・フィールドプ
レート電極、１１゜１１′・・・・拡散のコーナ部、１
２．１２’　・・・・高耐圧素子の第１のＰＮ接合、１
３　、１３’　・・・・低耐圧素子の第１のＰＮ接合、
１４　、１４’・・・・高耐圧素子の第２のＰＮ接合、
１５゜１５′　・・・・低耐圧素子の第２のＰＮ接合。 特許出願人　日本電信毎１話公社 代理人　山川政樹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. それぞれ、第１導電形低不純物濃度の第１の半導体領域
   とこの第１の半導体領域内に形成された第２導電形高不
   純物磯度の第２の半導体領域とによって構成される第１
   のＰＮ接合および第２の半導体領域とこの第２の半導体
   領域内に形成された第１導電形高不純物碕度の第３の半
   導体領域とによって構成だれる第２０ＰＮ接合を有する
   半導体素子〃１形成芒れた複数の半導体島が、相互に分
   離きれた状態で同一支持基板に搭載されて；する牛導体
   集Ａ）−回路装置において、上記生得体系子は、絶縁膜
   を弁して第１のＰＮ接合上に配置され力・つ第２の半導
   体領域内たは当該半導体領域に近い電位を有する他の半
   導体領域に電気的に接続さ験たフィールドプレート置極
   を有する高耐圧素子と、このようなフィールドプレート
   電極をもｋない低耐Ｊｉ−：累子とη１らなジ、高耐圧
   素子の上記フィールドプレート電極下の絶縁膜が、第１
   ０ＰＮ接合近傍で薄く当該フィールドプレート電極周辺
   部で厚く形成されるとともに、当該高耐圧素子の第２の
   ｌ’Ｎ接合は、Ｓ　ｘｔ／’ｍ≦５ｔ（ＳＢ：　高耐圧
   素子の第２のＰＮ接合の接合面積、ＳＬ：低耐しモ素子
   の第２のＰＮ接合の接合面積）を満足するｍ　（自然数
   ）個に分割され、かつ高耐圧素子と低耐圧素子のＰＮ接
   合深さがほぼ等しいこと全特徴とする半導体集積回路装
   置。