JPS63301542A - 半導体装置の分離領域用遮蔽構造 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集積回路等の半導体装置の分離領域用遮蔽構造
、より正確には半導体基板を回路要素を作り込むべき部
分領域に分割し、かつ半導体接合により該部分領域間を
電位的に相互に分離する分離領域上を導電性の配線層が
渡る部分における分Ｈ６ｉ域を配線層から静電的に遮蔽
する構造に関する。

〔従来の技術〕

上述の集積回路等の同一半導体基板内に複数個の回路要
素を作り込む複合半導体装置においては、回路要素間の
１＆仮を介する相互干渉をなくすために半導体基板を電
位的に相互に分離された複数個の部分領域に分割して、
該各部分ｉｌ域にそれぞれ回路要素なり回路要素を作り
込むことが行なわれる０部分領域間を相互に分離するた
めの手段としては誘電体分離も知られているが、部分領
域とは逆導電形の分ｊｉｆｆ　ｅＭ域を部分領域間に介
在させ、回路要素の動作中に部分領域に掛かる電圧によ
り部分領域と分離領域との間の半導体接合に逆方向電圧
を掛けて、部分領域相互間を電位的に分離するいわゆる
接合分離が採用される場合が多い。

かかる接合分離された各部分領域にはそれぞれトランジ
スタ、ダイオード、抵抗等の回路要素が作り込まれるの
であるが、複合半導体装置である以上回路要素間を接続
してやる要があり、このため基板上に被着ないしは成長
された酸化膜等の絶縁膜上にアルミ等の配線層が設けら
れる。この配線層は各部分領域に作り込まれた回路要素
間を接続するものであるから、部分領域間に介在する分
Ｘ１ｌｆ　Ｈ埴土を渡る部分が必然的に発生する。とこ
ろが、配線層を基板から絶縁する絶縁膜は通常１μ前後
の薄い膜であるから、配線層に高電圧が掛かると絶縁膜
を介してその下に存在する基板の表面に静を誘導による
電荷が発生して、分ｇ１領域のもつ分離機能がこれによ
ってその絶縁膜下の極く薄い表面において失われてしま
うことが起こり得る。

この様子を第３図に示す。

第３図において半導体基板１０の基体１１は例えばｐ形
のシリコンであって、その表面に強いｎ形の埋込拡散層
１２と強いｐ形の埋込分離層１３を拡散させた上でｎ形
の高抵抗のエピタキシャル層を成長させ、その表面から
強いｐ形で分離領域１５を深く拡散させて埋込分離１１
３と連絡させることによりエピタキシャル層を部分Ｓｌ
域１４に分割する。このｎ形の部分領域１４はその中に
トランジスタを作り込む際にふつうコレクタ接続域とな
り、それに強いｎ形で拡散されたコレクタ接続１’Ｗ１
８と導電接触する配線層４０から正の電圧が与えられる
。一方、回路要素の動作時には基体１１は接地して用い
られるので、ｎ形の部分領域１４とｐ形の分１１ｔｌｔ
　ｅＪＩ域１５との間の半導体接合には逆方向電圧がか
かることになり、これによっていずれもｎ形の部分領域
１４と埋込拡散層１２は、基体１１．埋込分Ｈ層１３お
よび分離領域１５からなるｐ形の海に電位的に浮いた島
状領域とされる。

配線層４０は基板１０から薄い絶縁膜２０によって絶縁
されるが、それが分離領域１５上を渡る部分ではその正
の電圧によって絶縁膜下の分離碩域１５の極く薄い表面
１５ａにｎ形の電荷が静Ｎ、誘導される。

分離領域１５は強いｐ形で多少のｎ形の！荷によっては
その導電形が反転することは元来少ないのであるが、絶
縁膜近くのその表面にドーピングされた不純物が絶縁膜
によって吸収されやすく、その不純物濃度がバルク部よ
り落ちていることが多いので、その極く薄い表面１５ａ
では配線層４０に高圧が掛かるとその静電誘導によって
導電形が反転することがある。このように配線層下にか
かる反転チャネルが発生すると、折角接合分離されてい
た部分領域間に電気的な接続が生じ、回路要素間に干渉
が発生することになる。これを避けるためには絶縁膜の
膜厚を大きくしてやればよいが、配線層に掛かる電圧が
数百■になるとそれだけでは分離　ｉＪｌ域表面表面転
を防止することが困難なので、配線層と分離領域との間
に遮蔽膜を設けることが従来から行なわれている。

第４図はこの従来例を示すもので、絶縁膜を第１の絶縁
膜２１と第２の絶縁膜２２とからなる２層構成として、
両者の中間に例えばポリシリコン等の導電性をもつ遮蔽
膜５０を設けて分離領域１５の表面に導電接触させる。

この場合にも配線層４０に高電圧に掛かった時に静電誘
導が生じるが、それによる１を荷は遮蔽膜５０の上面５
０ａに生じるだけで分離領域１５の表面には生じないか
ら、その表面層の導電形の反転は起こらず、従って分離
領域のもつ分離機能が静電誘導により損なわれることが
ない。

なお、この遮蔽Ｗ！１４５０を分ｊｔｌ　ＴＪＪｌ５と
導電接続しない場合は、遮蔽膜は分離領域と同電位にな
らないでそれと配線層との中間電位をもつことになり、
この中間電位による静電誘導で分離　”ａ球表面に電荷
が遮蔽膜がない場合と同じだけ発生してしまうから、遮
蔽効果を得るためには遮蔽膜を分離領域と同電位になる
ように必ずそれと導電接続してやる要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上述のような遮蔽膜を設けた場合、配線層と
分離領域との間の絶縁信転性が遮蔽膜を設けない場合に
比べて落ちやすい問題がある。前述のように遮蔽膜を設
ける際の絶縁膜は、第１の絶縁膜２１と第２の絶縁膜２
２の２層構成とされるが、この内の第１の絶縁膜２１は
遮蔽膜５０が分離領域１５と同電位であるため電圧を分
担する役には全く立っておらず、従って第２の絶縁膜２
２の方が専ら電圧を負担することになる。しかしこの第
２の絶縁膜２２は、第１の絶縁１１１２１のように単結
晶である基板１０の平坦な面上に設けられたものと比べ
て品質の良好なものが得られにくく、また遮蔽膜５０の
角部による電界集中等の不平等電界の影響を受けるので
、絶縁の信転性が落ちやすいのである。もちろん、絶縁
耐圧値そのものは遜色はなく、使用電圧に対して充分な
余裕も持たせるのであるが、配線層に異常高圧が掛かっ
たときに絶縁破壊が生じる確率を小にすることが困難で
ある。絶縁膜が万一破壊すると半導体装置自身が損傷を
受けることはもちろん回路の誤動作が発生しやすくなる
ので、最悪の場合外部の回路や装置にまで損傷を与える
ことになり兼ねない。

本発明は分離　８１域のもつ機能を保ちながら、絶縁膜
に万一破壊が発生しても半導体装置やその外部回路に損
傷を与えるおそれのない半導体装置の分Ｒ６Ｍ域用遮繭
構造を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は分離領域の遮蔽構造として配ｖＡ層と分離領域
との間に分離領域側の第１の絶縁膜と配線層側の第２の
絶縁膜と両絶縁膜間の抵抗性の遮蔽膜とを設け、かつ遮
蔽膜を配線層との重なり合い部から離れた部位において
分離領域と導電的に接続することによって上述の目的を
達成するものである。

上記の構成中の抵抗性の遮蔽膜としては０．５μ麟程度
の比較的膜厚の小なポリシリコン膜が良く、必要に応じ
てこれを軽く例えばｐ形にドーピングしたものを用いる
。この遮蔽膜の配線層との重なり合い部から分Ｈ６！域
との接続部までの距離は、遮蔽膜の持つ固有抵抗値によ
っても異なるが、使用電圧が１００ｖ程度の場合、その
間の遮蔽膜のもつ抵抗値が最低１０にΩになるようにす
る。

〔作用〕

上述の構成かられかるように、本発明においても配線層
とその下の分離領域との間に第１の絶縁膜と第２の絶縁
膜とその中間の遮蔽膜を設けることは従来技術と同じで
あるが、本発明ではａ両膜に抵抗性のものを用いかつ遮
蔽膜の分離ｈＭ域との接続部を配線層との重なり合い部
から離してその間の遮蔽膜に所定の抵抗値を持たせる。

遮蔽膜は分離領域とこの接続部において接続されるので
あるから、絶縁膜に破壊が生じない正常な状態では配線
層下の遮蔽膜は分離領域と同電位であり、従って第１の
絶縁膜には電界が掛からず第２の絶縁膜が専ら配線層と
の間の電圧を負担する。もちろん、この正常な状態では
遮蔽膜に配線層の電圧の静電誘導により電荷が発生する
が、分１！ｉ’ｄ領域の表面に電荷が発生することはな
いから分離領域の機能がＩハなわれることはない。

何らかの原因で配線層に異常電圧が掛かると、それと遮
蔽膜との間の第２の絶縁膜に絶縁破壊が発生することが
あり得るが、本発明ではその時の電流値は遮ｔｌ膜がも
つ抵抗値によって制限され大きな値に成長することがな
い、この電流値を半導体装置にｔ員傷を与えない程度に
制限するに必要な抵抗値は前述の１０にΩ程度以上であ
ればよいが、さらに抵抗値をこれより１桁以上大きく選
定すれば第２の絶Ｘｉ膜自身の損傷をも少なくすること
が可能になる。絶縁破壊の誘因となる異常電圧は多く５
ま鴇く短時間のスパイク電圧で、その短時間内に流れる
電流を小さな値に制限することにより第２の絶縁膜に回
復不能な損傷が発生することを防止できるからである。

異常電圧がスパイク電圧である場合、大電流に発展する
のをこのように防止すれば、絶縁破壊は一時的な絶縁の
降伏ですみ、異常電圧の消失後に絶縁膜はふつう元の耐
圧性能を回復する。

しかし、第２の絶縁膜に上のように短時間内でも絶縁破
壊が起こると、その間遮蔽膜の配線層下部分は配線層と
ほぼ同電位になって、遮蔽膜と分離領域との間の第１の
絶縁膜に電圧が掛かり、分ｊｉｌ！領域の表面に電荷が
誘起されることになる。もちろん、このように電荷が誘
起されても、分離領域の表面の導電性が反転する確率は
多くなく、また反転が発生してもそれによって分離領域
の機能が失われるまでに電荷移動のための時間を要する
から、異常電圧が短時間のスパイク電圧である場合は分
離機能が失われてしまうことはまず起こらない。ただし
、この間に第１の絶縁膜までが絶縁破壊を起こしてしま
うと今度はその電流を制限する手直てがないから、半導
体装置に損傷が生じうろことになる。従って、本発明で
は第１の絶縁膜の膜厚を第２の絶縁膜よりも大きい目に
選定して、第２の絶縁膜が絶縁破壊ないしは降伏しても
第１の絶縁膜までが絶縁破壊する確率を小にしておくこ
とが望ましい。

以上の説明かられかるように、本発明の場合に本発明装
置に損傷が発生する確率は第１の絶縁膜と第２の絶縁膜
とがそれぞれ絶縁破壊する確率の積であって、非常に小
な値になる。また、分離領域の分離機能が一時的にでも
失われる確率は、第２の絶縁膜の絶縁破壊の確率と分離
領域表面が反転する確率と異常電圧がスパイク電圧のよ
うな短時間でない確率との積であって、これも充分小な
値になる。

〔実施例〕

以下、第１図と第２図を参照しながら本発明の詳細な説
明する。これらの図の前の第３図および第４図と共通の
部分には同じ符号が付されており、その部分の説明は省
略する。

第１図ｆ８）のｎ形の部分領域１４には高耐圧のｎｐｎ
トランジスタが組み込まれており、図にはそのｐ形のベ
ース層１６．強いｎ形のエミツタ層１７および強いｎ形
のコレクタ接続層１８が示されている。このトランジス
タを高耐圧化するためにそのコレクタ層である部分領域
１４の深さは２５ＩＩＩＡ程度と大きい目にされており
、部分領域１４を電位的に分離するための分離領域１５
の幅も４０ｎ程度に広い目にされている。この分ｇＩｆ
ｉＪｉ域１５は、同図（ｂｌに部分ハンチングを施して
示したように、各部分領域１４をまわりから取り囲んで
いる。またこの平面図にはトランジスタの各Ｊ１１６〜
１８の輪郭が示されており、これらとコレクタ配線層４
１．エミッタ配線層４３およびベース配線層４４が接続
されている様子が示されている。これらの配線層はすべ
て分離領域１５を渡って他の部分領域と接続されるが、
この内置も高電圧が掛かるコレクタ配帽１１が分離領域
１５を渡る場所に本発明による遮蔽１１９３０が設けら
れる。

この実施例における遮蔽１ＩＩ３０は、基板１０上のふ
つうは熱酸化膜である１−程度の膜厚の第１の絶縁膜２
１の上に通常の減圧ＣＶＤ法等で０．５−程度の膜厚で
成長されたポリシリコン膜であって、正方形当たり　５
００　ｋΩ〜ＩＭΩの高いシート抵抗を有するアンドー
プ層である。第１図（ａｌに見られるように、この遮蔽
膜３０は分ｉ！ｆＩ　ｅＪｌ域１５の幅よりはやや狭口
だがほぼ分離領域を覆う幅を持っており、同図■）に示
すようにその一端３０ａはコレクタ配線層４１よりも２
〜３−程度突出されて、分離領域１５の表面を配線層の
電圧の影響から完全遮蔽している。遮蔽膜３０の他端３
０ｂは分離領域１５に沿って図の下方に延在されており
、図のＡ−Ａ断面である同図ｆｃｌに示すように第１の
絶縁膜２１に明けられた窓２１ａを介して分離領域１５
の表面と導電接触されている。この実施例における遮蔽
膜３０はそのコレクタ配ｍ層４１との重なり合い部から
上の分離領域１５との導電接続部までＩＭΩ程度の高抵
抗を有する。このように第１の絶縁Ｗａ２１上に遮蔽膜
３０を設けた後、基板１０の全面に第２の絶縁膜２２が
０．５〜０、７　ｕｓの膜厚に被着される。この第２の
絶縁膜２２は通常の酸化硅素膜であってよく、この第２
の絶縁膜２２と前の第１の絶縁膜２１に明けられた窓を
介して部分領域１４内の各半導体層に導電接続するよう
にアルミの配線層４０が被着され、通常のホトプロセス
を経て図示のような形状にパターニングされる。

この実施例における第１の絶縁膜２１は上記の膜厚から
れかるように第２の絶縁膜２２よりかなり高い耐圧値を
もち、半導体装置は第２の絶縁ＩＩ！２２が絶縁破壊し
たときにも…傷から安全に保護される。

一方、遮蔽膜３０のもつ抵抗値がかなり高いので、第２
の絶縁膜２２が短時間の異常電圧により絶縁破壊しても
、破壊路を介してほとんど電流が流れずに実際には絶縁
降伏の程度で留まり、従って第２の絶縁膜２２は完全破
壊されることが少ない。

第２図は本発明の異なる実施例を示すもので、この実施
例では同図ｆａｔかられかるように分離　ｅＭ域１５を
渡る２本のコレクタ配線層４１．４２に対して共通に遮
蔽膜３０が設けられている。この実施例においても、第
１の絶縁１１１２１は第２の絶縁膜２２よりも膜厚を大
に従って高い耐圧値を有するが、遮蔽膜３０としてのポ
リシリコン膜は例えばイオン注入方により１０１３原子
／ｃＩ１１程度のドーズ量で軽くｐ形にドーピングされ
、正方形当たり２０〜３０にΩ程度のシート抵抗を有す
る。同図ｉａｌのＢ−Ｂ断面である同図Ｑ）ｌかられか
るように、この遮蔽膜３０は前の実施例と同様に分離領
域の全幅をほぼ覆う幅をもち、その左端３０ａ　も左側
の配線層４１よりやや突出されるが、その右端３０ｂは
アルミの配線層３１を介して分Ｈ６１域１５と導電接続
される。この配線層３１はその一端が第２の絶縁１１！
２２の窓２２ａを介して遮蔽膜３０と導電接触し、他端
が第１の絶縁Ｉｌｌ！！２１の窓２１ａを介して強いｐ
形の分離領域１５と導電接触する。

容易にわかるようにこの配′１ＬｉＡ１１３１は他の配
線層４１゜４２等と・同時に作り込むことができる。

この実施例の場合、遮蔽膜３０はその右側の配線ｊｉ４
２との重なり合い部とその右端３０ｂの接続部との間に
５０にΩ程度の抵抗値をもち、配線層４２の下の第２の
絶縁膜２２が絶縁破壊したときこの５０にΩの抵抗値が
直列に入るが、左側の配線Ｎ４１の下の第２の絶縁膜２
２が絶縁破壊したときはその約２倍の１００　ｋΩ程度
の抵抗値が直列に入る。遮蔽膜３０のもつ直列抵抗が量
配線層４１．４２についてこの程度変わっても、その遮
蔽効果にとくに支障が生しることはない。

以上の実施例からもわかるように、遮蔽膜のもつ抵抗値
や遮蔽対象を含めて、本発明は種々の態様で実施をする
ことができる。また、以上の実施例ではすべて回路要素
が作り込まれる部分領域をｎ形とし、分離　６１域ない
しは基体をｐ形としたが、導電形が逆になっても、本発
明の実施上は何らの支障も４いのはもちろんである。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり本発明においては、半導体基板を回
路要素を作り込むべき部分′ｇｉ域に分割し、かつ半導
体接合により該部分領域間を電位的に相互に分離する分
離領域上を導電性の配線層が渡る部分における分離領域
を配線層から静電的にａ蔽する構造として、配線層と分
離領域との間に分離領域側の第１の絶縁膜と配線層側の
第２の絶縁膜と隔絶縁膜間の抵抗性のａ両膜とを設け、
遮蔽膜を配ｖＡ層との重なり合い部から離れた部位にお
いて分Ｘ１ｌｌ　ＴｉＪＩ域と導電的に接続するするよ
うにしたので、常時はＪ！！蔽膜両膜離領域と同電位に
置かれ、配線層下の分離領域の表面の導電形が静電誘導
電荷により反転して分離効果が失われることがなく、配
線層直下の第２の絶縁膜に絶縁破壊が生じたとき破壊路
に直列に遮蔽膜の抵抗が挿入されるので従来のように破
壊電流が大きな値に成長することがなく、本発明装置が
ｔｌ傷を受けたり影響が外部の回路や装置に波及するお
それがない。半導体装置への給電電圧が１００Ｖ程度の
場合、遮蔽膜のもつ抵抗値を１０ｋΩ以上にすれば半導
体装置を損傷から守ることができるが、さらに抵抗値を
１桁程度上げることにより、絶縁破壊を絶縁降伏に留め
て絶縁膜の方も永久的な損傷から守ることもできる。ま
た、異常電圧が掛かって絶縁膜に絶縁破壊や降伏が発生
したとき、今までの通念では分離領域の分離性能までを
保障する要はないのであるが、第１の絶縁膜の膜厚を第
２の絶縁膜よりも大に選定すれば分ＫＭ　ｍ能が失われ
る確率を充分低くすることができ、同時に半導体装置に
対する保護をより完全にすることができる。

以上のように本発明による半導体装置の分離　６Ｎ域用
遮蔽構造は、極めて異常な電圧が半導体装置に掛かった
ときは別として、通常の短時間の異常電圧に対しては分
離領域の分離性能の保証と半導体装置に対する保護との
双方の役割りをほぼ完全に果たすことができ、半導体装
置の動作信軌性の向上に貢献することが期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図が本発明に関し、内第１図は本発明
による半導体装置の分離ｉｌ域用遮蔽構造の一実施例を
示す半導体装置の一部を拡大した縦断面図、平面図およ
び要部の断面図、第２図は本発明の異なる実施例を示す
半導体装置の一部を拡大した平面図および要部の断面図
である。第３図以降は従来技術に関し、第３図は遮蔽構
造を有しない半導体装置の一部拡大縦断面図、第４図は
従来の遮蔽構造を有する半導体装置の一部拡大縦断面図
である０図において、 】０：半４体基板、１に基板用基体、１２：埋込拡散層
、１３：埋込分離層、１４：部分領域ないしはエピタキ
シャル層、１５：分離　ＢＭ域、１５ａ：分Ｉ　ｉＪｌ
域の表面、１６：トランジスタのベース層、１７；トラ
ンジスタのエミツタ層、１日：トランジスタのコレクタ
接Ｎ層、２０：絶縁膜、２１：第１の絶縁膜、２２：第
２の絶！！ｊ１々、２１ａ、２２ａ：窓、３０：遮蔽膜
、３０ａ。 ３０ｂ＝遮蔽膜の端部、４０：配線層、４１．４２：コ
レクタ配線層、４３：エミノタ配線層、４４：ベース配
線層、５０：従来の遮蔽膜、５０ａ；該遮′ｔｉ膜の電
荷誘導部、である。 ゛−−−パ′ 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体基板を回路要素を作り込むべき部分領域に分
   割し、かつ半導体接合により該部分領域間を電位的に相
   互に分離する分離領域上を導電性の配線層が渡る部分に
   おける分離領域を配線層から静電的に遮蔽する構造であ
   って、配線層と分離領域との間に分離領域側の第１の絶
   縁膜と配線層側の第２の絶縁膜と両絶縁膜間の抵抗性の
   遮蔽膜とを設け、該遮蔽膜を配線層との重なり合い部か
   ら離れた部位において分離領域と導電的に接続するよう
   にしたことを特徴とする半導体装置の分離領域用遮蔽構
   造。 ２）特許請求の範囲第１項記載の遮蔽構造において、第
   １の絶縁膜の厚みが第２の絶縁膜の厚みよりも大にされ
   たことを特徴とする半導体装置の分離領域用遮蔽構造。 ３）特許請求の範囲第１項記載の遮蔽構造において、遮
   蔽膜の分離領域との重なり合い部から分離領域との導電
   接続部までの抵抗値が１０ｋΩ以上にされたことを特徴
   とする半導体装置の分離領域用遮蔽構造。 ４）特許請求の範囲第１項記載の遮蔽構造において、遮
   蔽膜がポリシリコン膜であることを特徴とする半導体装
   置の分離領域用遮蔽構造。 ５）特許請求の範囲第４項記載の遮蔽構造において、ポ
   リシリコン膜が０．５μｍ程度の膜厚にされることを特
   徴とする半導体装置の分離領域用遮蔽構造。 ６）特許請求の範囲第４項記載の遮蔽構造において、ポ
   リシリコン膜が弱くドーピングされることを特徴とする
   半導体装置の分離領域用遮蔽構造。 ７）特許請求の範囲第６項記載の遮蔽構造において、ポ
   リシリコン膜がイオン注入法により１０＾１＾３原子／
   ｃｍ程度のドーズ量でｐ形にドーピングされることを特
   徴とする半導体装置の分離領域用遮蔽構造。 ８）特許請求の範囲第１項記載の遮蔽構造において、遮
   蔽膜が配線層と分離領域との重なり合い部において分離
   領域の幅をほぼ覆うように設けられたことを特徴とする
   半導体装置の分離領域用遮蔽構造。 ９）特許請求の範囲第１項記載の遮蔽構造において、遮
   蔽膜が配線層との重なり合い部から分離領域が伸びる方
   向に沿って延在され、該延在部において分離領域と導電
   的に接続されることを特徴とする半導体装置の分離領域
   用遮蔽構造。 １０）特許請求の範囲第９項記載の遮蔽構造において、
   遮蔽膜の配線層との重なり合い部から分離領域との接続
   部までの距離が遮蔽膜の幅の２倍以上にされたことを特
   徴とする半導体装置の分離領域用遮蔽構造。