JPS611050A - 半導体集積回路用高電圧相互接続装置 - 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　　背　　景 本発明は、半導体集積回路内に利用され、集積回路内の
相異なる素子を電気的に相互接続する高電圧相互接続体
（すなわち、電極）に関する。更に詳しくは、本発明は
、高電圧相互接続体が高濃度にドープされた電圧基準化
領域または横方向電界支持領域に非常に近接して配設さ
れている高電圧相互接続装置に関する。

半導体集積回路はしばしば高濃度にドープされた電圧基
準化（ｖｏ　ｌ　ｔａｇｅ−ｒｅｆ’ｅｒｅｎｃｅｄ　
）領域、すなわち電位が基準化されていない（すなわち
自由に浮動している）ものとは異なり集積回路内の既知
の電位に基準化されでいる高濃度にドープされた半導体
領域を有している。ここにおいて、「高濃度にドープさ
れた」とは、ドーパント原子が少なくとも１０”　／ａ
ｍ”　、好ましくは１０２０／１３以上でドープされて
いることを意味する。電圧基準化領域の上方に高電圧相
互接続体を設けることが望ましい揚台に従来技術では問
題がある。ここにおいて使用されている「高電圧」とは
約５０ボルト以上の電圧を指す。上記の問題とは、電圧
基準化領域と高電圧相互接続体との間に適切な誘電体分
離が設けられていない場合、電圧基準化領域に非常に高
い電界勾配が形成されて、なだれ降伏により素子を破損
させることがあるということである。従来、適当な誘電
体分離を確実に行うために使用されていた方法は、比較
的厚い、典型的には１０ミクロンの二酸化シリコンまた
は窒化シリコンからなる絶縁層により相互接続体を電圧
基準化領域から隔てることである。しかしながら、この
ような絶縁層は、集積回路素子上に典型的に設けられて
いる伯の絶縁層よりも約１０倍も厚い。

一部が半導体表面に接続される相互接続体は厚い絶縁層
の高さに応じた段部すなわち垂直部を有していなければ
ならない。この厚い絶縁層の側面に沿った相互接続部の
垂直部分を何ら損わないように確実に形成することは困
難である。このため、動作可能な素子の歩留りが低下し
、素子の製造価格は増大する。

また、集積回路はしばしば横方向電界支持領域を含んで
いる。これらの領域は、例えば集積回路内に設けられた
高電圧で作動される半導体素子と、この半導体素子を取
り囲んでいて、この半導体素子を集積回路内に設けられ
ている他の素子から隔離するための接地されたアイソレ
ーション領域との間に用いられる。高電圧相互接続体か
ら発生して横方向電界支持領域に当る高電界の影響によ
り、この領域によって支持することのできる電圧が低減
することがある。高電界が電界支持領域に当るのを防止
する従来の方法は、二酸化シリコンまたは窒化シリコン
の１０ミクロンの層のような厚い絶縁層にＪ：って、そ
の上側に重なる相互接続体を横方向電界支持領域から誘
電体分離することである。この場合も、厚い絶縁層の側
面に沿った相互接続体の垂直部分を何ら損わずに確実に
形成することが困難であるという問題により、素子の歩
留りが低減し、素子の製造価格が増大する。

高電圧相互接続体から発生して横方向電界支持領域に作
用する高電界による有害な干渉は、電圧支持領域が表面
電界低減（ＲＥＳＵＲＦ）技術として知られている技術
に従って設計されている場合特に強烈である。これは、
このようなＲＥＳＵＲＦ技術で設計された横方向電界支
持領域の格造およびドーピング濃度が、横方向電界支持
領域によって占有される半導体チップの面積を最小にし
ながら、素子の最大降伏電圧定格を達成するために非常
に正確に制御されているためである。特に、横方向電界
支持領域のドーピング１ＩＪｆＷと厚さとの積は典型的
には０．２Ｘ１０１２原子／ＣＴｎ２乃至１゜４×１０
１２原子／１２の範囲である。ＲＥＳＵＲＦ技術に関す
る詳細は、例えば［プロシーディンゲス・オブ・ジ・１
９７９ＩＥＦＥインターナシヨナル・エレクトロン・デ
バイス・ミーティング（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ　
ｔｈｅ　１９７９　１ＥＥＥ　　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏ
ｎａｌ　　Ｅ　１ｅｃｔｒｏｎ　［）ｅｖｉｃｅ　Ｍｅ
ｅｔｉｎｇ）　Ｊの２３８乃至２４１頁に所載のアラペ
ル等ににる論文［高電圧薄層素子（ＲＥＳＵＲＦ）素子
」に記載されている。

上述のことから、比較的厚い絶縁層を設けることなく、
高電圧相互接続体をその下の電圧基準化領域または横方
向電界支持領域から誘電体弁ｉ？Ｊｔ　？ｉるのが望ま
しいことが理解されよう。

発　　明　　の　　概　　要 従って、本発明の目的は、相互接続体が最小の高さの段
部または垂直部を有する集積回路用の高電圧相互接続装
置を提供することにある。

本発明の他の目的は、既存の高電圧集積回路製造方法で
容易に作ることかできる集積回路用の高電圧相互接続装
置を提供することにある。

本発明の更に特定の目的は、高電圧相互接続体が該相互
接続体の下に設けられている電圧基準化領域または横方
向電界支持領域に有害な影響を与えることなく６００ボ
ルト以上の電圧で作動し得るような集積回路用の高電圧
相互接続装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、集積回路用の高電圧相互接続
装置は上部に電界遮蔽層を備えた半導体ウェーハを含む
。各電界ｍ散層は・クエーハの選択領域上に設けられた
酸素をドープした多結晶シリコン層と、該酸素をドープ
した多結晶シリコン層上に設けられた二酸化シリコンの
ような絶縁層どで構成される。相互接続電極が絶縁層の
上に配設されて、半導体・り■−ハの選択領域の電位に
対して約５ｏポル１〜の電位差で作動するようになって
いる。

本発明の一実施例においては、相互接続体がその上方に
設けられる半導体ウェーハの選択領域は、約１０”／ｃ
ｍ３以上のビーパン１〜原子の濃度にドープされた電圧
基準化領域を有する。本発明の他の実施例においては、
半導体ウェーハの選択領域は横方向電界支持領域を有す
る。

電圧基準化領域の上方に設けられて、この領域の電位よ
り高い６００ボルトで作動される相互接続体において、
酸素をドープした多結晶シリコン層とこの多結晶シリコ
ン層の上に設けられた絶縁層との合計厚さが約１．３ミ
クロン以下であり、電圧基準化領域を高電界から良好に
遮蔽することができる。

本発明の新規な特徴は特許請求の範囲に規定されている
。しかしながら、本発明自身は、本発明の他の目的およ
び利点とともに、構成および動作方法の両者に関して添
付の図面を参照しｌ〔以下の説明から最も良く理解され
よう。

好適実施例の説明 図面を参照すると、第１図は全般的に符号１０で示す本
発明の特徴を有する集積回路（ＩＣ＞が示されている。

ＩＣ１０は半導体ウェーハ２０を有し、この半導体ウェ
ーハはＮＰＮバイポーラ・１−ランジスタ１２を含んで
おり、この１〜ランジスタ１２内においては電流の流れ
は垂直方向である。

ベース領域３８、エミッタ領域４０、ならびにコレクタ
領域３６および４２からなるトランジスタ１２は高電圧
ベース相互接続体１３および高電圧゛コレクタ相互接続
体１５を備える。トランジスタ１２は更にエミッタ電極
１７を備える。

ＩＣｌ０は更にＰ−（すなわち、高い抵抗率のＰ導電型
）基板１８を有する。この基板１８はトランジスタ１２
のような［Ｃ１０内のりべての集積素子に対する共通な
基板を構成している。電極１９がＰ−基板１８に隣接し
て設けられており、この電極は典型的にはアースまたは
基準電位にバイアスされる。

高電圧ベース相互接続体１３は電界辿ｆｉ１層（２２，
２４）によって半導体ウェーハ２０から隔てられている
。層２２は好ましくは２乃至４５の原子百分率の平均値
まで酸素をドープした多結晶シリコン層で形成される。

この月利は本技術分野において半絶縁性多結晶酸素ドー
プ・シリコン（ＳＩＰＯ８）として知られている。簡略
していうと、ポリシリコンの酸素ドープは低い圧力の化
学蒸着技術を使用して達成され、約６２０℃でシランお
よび亜酸化窒素を反応させて多結晶シリコン層２２を形
成する。適切な多結晶酸素ドープ・シリコンの形成につ
いての詳細は、例えばｒＩＥＦＥトランザクションズ・
オン・エレク１〜ロン・デバイシズ（Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　
　Ｔ　ｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　　Ｅ　１ｅｃｔ
ｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ）　Ｊ　２３巻、８号（１９７６
年８月）、８２６乃至８３０頁に所載の論文ｒｓ　Ｉ　
ＰＯＳ法による高信頼性の高電圧トランジスタ」に記載
されている。層２４は第１の層２２の上に設置され、二
酸化シリコンのような絶縁材料で形成される。

同様にして、高電圧〕レクタ相互接続体１５は電界遮蔽
層（２６，２８）によって半導体ウェーハ２０から隔て
られてる。この電界遮′＃＆層を構成する層２６および
２８はそれぞれ相互接続体１３の下に設けられている層
２２および２４と本質的に同じである。エミッタ相互接
続体１７はトランジスタのベース領域３８の一部から例
えば二酸化シリコンの絶縁層３０ａおよび３０ｂにより
隔てられている。絶縁層３０ａおＪ：び３０ｂはまたこ
れらの層によって覆われているウェーハ２０の部分を不
動態化（ｐａｓｓｉＶａｔｅ　）する。エミッタ相互接
続体１７はまた高電圧コレクタ領［３６および４２から
電界遮蔽層（３２，３４）によって隔てられており、こ
れらの層はトランジスタのベース領域３８の少なくとも
小さな一部分の上にも重なって、コレクタ領域３６およ
び４２を都合よく確実に覆うようにするのが好ましい。

この電界遮蔽層を構成する層３２おＪ：び３４は相互接
続体１３の下にそれぞれ設けられている層２２および２
４と本質的に同じである。

ＩＣ１０はＮ４高電圧タブ３６を含む。このタブ３６は
Ｎ−領域４２の周りに閉じた塞領域を形成し、上から見
た場合、−例として円形または矩形であってよい３．Ｎ
１タブ３６の内側にはＮＰＮバイポーラ・１〜ランジス
タ１２の半導体領域、すなわちＰ＋ベース領域３８、Ｎ
　＋　Ｔミッタ領域４０およびＮ−コレクタ領域４２が
含まれる（こ）で１＋」および「−」はそれぞれ低い抵
抗率および高い抵抗率の領域を意味する）。Ｎ１高電圧
タブ３６はＮ−コレクタ領域４２と高電圧コレクタ相互
接続体１５どの間に低抵抗の相互接続部を形成するよう
に高ｒ０　ｆＵにドープされている。１−ランジスタ１
２についての詳細は、例えば特、願昭５９−２５４２６
８号に記載されている。

１Ｃ１０は電圧基準化領域４４および４６を含んでいる
。領域４４はＰ−基板１８に接続したＰ導電型の高濃度
にドープされた領域であり、典型的にアースまたは基準
レベルにある基板１８の電位に対して基準化される。領
域４４　Ｇ、ｉ上から見た場合、バイポーラ・１−ラン
ジスタ１２の周りに連続的な連結部を形成し、該連結部
の外側のＩＣ１０の伯の素子からトランジスタ１２を電
気的に隔離する。これに関、して、電圧基準化領域／１
７Ｉの一部が第１図ではＩｃｌ０の右側および左側に現
れている。別の電圧基準化領域４６が高濃度にドープさ
れ１．：Ｎ＋高電圧タブ３Ｇの上側部分で構成されてい
る。ＩＣ１０における直接関心のある別の領域はＮ−横
方向電界支持領域４８であり、この領域はＮ＋高電圧タ
ブ３６とＰ＋電圧基準領ｉ＠４４との間の横方向の電圧
降下を支持ザる。

本発明の種々の電界遮蔽層、すなわち層２２ａ５よび２
４、層２６および２８、層３２および３４は、これらの
層がそれぞれ重なっているウェーハの部分を、高電圧相
互接続体１３．１５および１７から発生ずる高電界から
それぞれ遮蔽する。ベース相互接続体１３について説明
すると、この相互接続体は、電圧基準化領域４４および
４６のそれぞれの左側部分４４’Ｊ３よび４６′に悪影
響を与えることなく、これらの部分４４′および４６′
に対して高電圧で作動することができる。

更に詳しく説明すると、ベース相互接続体１３は、合計
の厚ざが僅か約１．３ミクロンの厚さである多結晶シリ
コン溜２２および絶縁層２４により６００ポル１〜のよ
うなかなり高い電圧でＩＣ１０に対して危険を与えるこ
となく作仙することができる。特に、これは厚さが約０
．５ミクロンで、２８パーセントの酸素でドープさ机だ
多結晶シリコン層２２ど、８０００オンゲス１〜ローム
の厚さの二酸化シリコンからなる絶縁層２４とにより達
成される。

電界遮蔽層（２２，２４）は更にＮ−横方向電界支持領
域４８の左側部分を高電圧ベース相互接続体１３の高電
界から保護する。特に、高電圧ベース相互接続体１３は
、Ｎ＋高電圧タブ３６とＰ＋電圧基準化領域４４の左側
部分との間に高い横方向の電圧を支持しながら、Ｎ−横
方向電界支持領域４８中に生じるく高い降伏電圧定格の
要因である）空乏現象に害を与えることなく、例えば６
００ボルトで作動することができる。これは前述のよう
に構成された多結晶シリコン層２２および絶縁層２４に
よって達成される。

高電圧］レクタ相互接続体１５について説明すると、こ
の相互接続体は電圧基べ（化部分４４の右側部分４４″
に悪影響を与えることなく、この部分４４″に対して例
えば６００ボルトで作動し得る。これは、約０．５ミク
ロンの厚さの多結晶シリコンからなり、２８パーセント
の酸素のドーピング・レベルを右する層２６と、８００
０オングストロームの厚さの二酸化シリコンからなる層
２８とを有する電界遮蔽層ににり達成される。

このように構成された電界遮蔽層（２６，２８）はまた
高電界からＮ−横方向電界支持領域４８の右側部分を保
護する。上記のように構成された電界遮蔽層（２６，２
８）においては、高電圧コレクタ相互接続体１５はＩＣ
１０に損傷を与えることなくＮ−領域４８に対して例え
ば６００ポル［−で作動し得る。

高電圧エミッタ電極１７について説明力ると、この電極
は、ｒｃｌｏに損傷を与えることなく、１〜ランジスタ
１２のコレクタ領域を（１４成しているＮ＋高電圧タブ
３６の右側部分の電圧基準化部分４６″に対して、Ｊ：
たはＮ−コレクタ領域４２に対して例えば６００ボルト
で作動することができる。

第２図は第１図の絶縁層２４の好適変形例を拡大して示
しているものである。図示のように、変形された絶縁層
２４は２つの層２４ａおよび２４ｂで構成され、層２４
ａは二酸化シリコンで形成され、層２４１）は窒化シリ
コンで形成される。本技術分野で周知で・あるように窒
化物の層２４ｂはナトリウムおよび湿気に対する障壁と
して有益である。絶縁層２４のその他の変更は本技術分
野に専門知識を有する名にとって容易であろう。図示さ
れてないけれども、また第１図の絶縁層２８および３４
の各々は、二酸化シリコンおよび窒化シリコンの２つの
下位層で構成されるように変形するのが好ましい。

本発明の目的を達成するために、多結晶シリコン層およ
びその上に重なる絶縁層を選択する際、直流（ＤＣ）素
子動作および交流（ＡＣ）素子動作との間に次の差異が
判明した。すなわちＤＣ素子動作においては、本発明の
高電圧相互接続体は、その下側に設けられている半導体
材料の電圧より、絶縁層のみの絶縁耐力によって決定さ
れる分だけ高い電圧で作動することができる。この場合
、多結晶シリコン層の絶縁耐力は無視される。これは次
のように説明することができる。

酸素をドープした多結晶シリコン層は、ぞの下側に設（
）られているウェーハから移動キャリアを取り入れるこ
とができる「トラップ」または場所がその中に明らかに
散在している。ＤＣ素子動作においては、半導体ウェー
ハからの移動キトリアが多結晶シリコン層の最上部に移
動することができ、そこにキャパシタンス（図示せず）
の電極を模擬する。このキャパシタンスの誘電体Ｉｓ質
はそれぞれ上側に設けられた絶縁層で構成され、高電圧
相互接続体がキャパシタンスの他方の電（４！を構成す
る。

ＡＣ素子動作においては、半導体ウェーハからの移動キ
ャリアは多結晶シリコン層の中を上方へ部分的にのみ移
動し、キャリアが到ｊヱＪ”るレベル（高さ）の所に電
極を模擬する。高電圧相互接続体がキャパシタンスの他
方の電極を横′成し、キャパシタンスの誘電体媒質は上
記の模擬された電極より上の多結晶シリコン層の部分と
その上側に設けられた絶縁層とで構成される。この結果
、ＡＣ動作の場合に形成されるキャパシタンスはＤＣ動
作の場合におけるよりも小さくなってＪ５す、これは誘
電体媒質の厚さがより厚いからである。この現象が第３
図のグラフで示されており、ここにおいてＣｒはＤＣ！
ＦＩＩ作の賜金のキャパシタンスの値を表し、上述した
：ｔ−１ｚパシタンスの値が約１０２Ｈ７以上の周波数
では低下していぎ′、例えば１０’Ｈ２においては約０
．８４０＋に達し、１０６Ｈｚにおいては約０．４１Ｃ
＋に）ヱする。

上述の記載からＡＣ素子動作に対しては、本発明によれ
ば、多結晶シリコン層の上に設りられている絶縁層の厚
ざはＤＣ素子動作に対して必要どされる厚さよりも低減
できることが理解されるであろう。

上述したことから、本発明は、相互接続体が最小の高さ
の段部または垂直部を右するので、相互接続体を信頼性
よく形成り−ることのでさる高電圧（例えば、６００ボ
ルト）相互接続装置を１１を供したことが理解されよう
５１本発明の相互接続装置は容易に既存の集積回路製造
法に取り入れられ、種々の半導体素子の集積化および相
互接続を達成することかできる。

本発明の特定の好適な特徴のみを例示し図示したが、本
技術分野に専門知識を有する者にとっては多くの変更や
変形が考えられるであろう。従って、特許請求の範囲は
本発明の真の精神Ｊ５よび範囲に入るこのようなすべて
の変更や変形を含むものであることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の特徴を取り入れた集積回路の断面図で
あり、 第２図は第１図の素子の絶縁層の好適な変形例を示す拡
大図であり、 第３図は本発明の周波数依存性を示すグラフである。 １０・・・集積回路、１２・・・ＮＰＮバイポーラトラ
ンジスタ、１３・・・高電圧ベース相互接続体、１５・
・・高電圧コレクタ相互接続体、１７・・・高電圧エミ
ッタ相互接続体、２０・・・半導体ウェーハ、２２．２
６．３２・・・Ｍｍをドープした多結晶シリコン層、２
４．２８．３４・・・二酸化シリコンの絶縁層、３０ａ
　、３０ｂ・・・絶縁層、３６・・・高電圧コレクタ領
域（Ｎ＋タブ）、３８・・・Ｐ″゛゛ヘース領域０・・
・エミッタ領域、４２・・・Ｎ−高電圧コレクタ領域、
４４．４６・・・電圧基準化領域、４８・・・横方向電
界支持領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、集積回路用高電圧相互接続装置であつて、 （ａ）基板層、および該基板層の上に重なり、ドーパン
   ト原子を少なくとも約１０＾１＾７／ｃｍ＾３の濃度に
   ドープした電圧基準化領域を含む半導体ウェーハと、 （ｂ）前記電圧基準化領域の上に重なる、酸化をドープ
   した多結晶シリコン層と、 （ｃ）前記多結晶シリコン層の上に重なる絶縁層と、 （ｄ）前記絶縁層の上に設置されて、前記電圧基準化領
   域の上方に位置する高電圧相互接続電極と、を有する高
   電圧相互接続装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の高電圧相互接続装置に
   おいて、前記電圧基準化領域が前記半導体ウェーハの基
   板に隣接したアイソレーシヨン領域を構成する高電圧相
   互接続装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の高電圧相互接続装置に
   おいて、前記電圧基準化領域がドーパント原子を約１０
   ＾２＾０／ｃｍ＾３以上の高濃度にドープしたものであ
   る高電圧相互接続装置。 ４、集積回路用高電圧相互接続装置であって、 （ａ）横方向電界支持領域を含む半導体ウェーハと、 （ｂ）前記横方向電界支持領域の上に重なる、酸素をド
   ープした多結晶シリコン層と、 （ｃ）前記多結晶シリコン層の上に重なる絶縁層と、 （ｄ）前記絶縁層の上に設置された高電圧相互接続電極
   と、を有する高電圧相互接続装置。 ５、特許請求の範囲第４項記載の高電圧相互接続装置に
   おいて、前記横方向電界支持領域のドーパント原子の濃
   度が約１０＾１＾５／ｃｍ＾３である高電圧相互接続装
   置。 ６、特許請求の範囲第４項記載の高電圧相互接続装置に
   おいて、前記横方向電界支持領域のドーピング濃度と厚
   さとの積が約０．２×１０＾１＾２原子／ｃｍ＾２乃至
   １．４×１０＾１＾２原子／ｃｍ＾２の範囲である高電
   圧相互接続装置。