DE3103785C2

DE3103785C2 -

Info

Publication number: DE3103785C2
Application number: DE3103785A
Authority: DE
Inventors: Ichiro Tokio/Tokyo Jp Imaizumi; Masatoshi Hachioji Tokio/Tokyo Jp Kimura; Shikayuki Akishima Tokio/Tokyo Jp Ochi; Masayoshi Tokio/Tokyo Jp Yoshimura; Takashi Tachikawa Tokio/Tokyo Jp Yamaguchi; Toyomasa Kokubunji Tokio/Tokyo Jp Koda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-02-04
Filing date: 1981-02-04
Publication date: 1988-06-23
Also published as: US4443812A; IT1135292B; IT8119502A0; JPS5852347B2; JPS56110251A; DE3103785A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4 ange gebenen Gattung.

Eine derartige Halbleiteranordnung ist aus der DE-OS 24 06 807 und ähnlich aus IEEE Transac tions on Electron Devices, Band ED-14, No. 3 (März 1967) 157- 162 bekannt.

Ein wichtiger Faktor, der die Durchbruch spannung einer monolithischen integrierten Schaltung oder eines monolithischen IC beeinträchtigt, ist die Verringerung der Durchbruchspannung, die einer Verbindungsschicht inner halb eines Chips zuzuschreiben ist.

Umter Bezugnahme auf Fig. 1A und 1B wird die Verrin gerung des Durchbruch-Spannungswertes eines PN-Überganges zwischen einer Verunreinigungszone 2 (im folgenden Dotierungsbereich 2 genannt) und einem Halbleiter körper 1 näher erläutert, wobei diese Verringerung mit einer Verbindungsschicht 5 (Leiterschicht) zusammenhängt. Fig. 1A ist eine Draufsicht, während Fig. 1B einen Schnitt darstellt. Hierbei wird angenommen, daß der Halbleiterkörper eine Leitfähigkeit vom N-Typ hat. Der Be reich 2 ist eine P-leitende Diffusionsschicht, die als Basis bereich eines NPN-Transistors, als Emitter oder Kollektor bereich eines PNP-Transistors oder als Widerstandskörper in einem normalen IC verwendet wird.

Wenn beabsichtigt ist, die Durchbruchspannung hoch zu machen, wird der Durchbruchspannungswert der Diffusions schicht selbst hauptsächlich durch die Krümmung des PN-Über ganges bestimmt, die sie mit dem Halbleiterkörper 1 bildet. In dem Falle, wo der Halbleiterkörper 1 einen spezifischen Widerstand von 20 Ω · cm und die Diffusionsschicht 2 eine Diffusionstiefe von 2,5 µm und einen Flächenwiderstand von 200 Ω/ besitzt, beträgt der Wert der Durchbruchspannung der Diffusionsschicht ungefähr 140 V. Um den Wert der Durch bruchspannung der Diffusionsschicht selbst zu steigern, hat man solche Maßnahmen ergriffen, wie die Erhöhung der Diffu sionstiefe und die Ausbildung von Bereichen 3 von demselben Leitungstyp und mit geringerer Verunreinigungskonzentration als die Diffusionsschicht 2 um diese Schicht, wie es in den Fig. 2A und 2B dargestellt ist, wobei Fig. 2A eine Drauf sicht und Fig. 2B einen Schnitt zeigen. Wenn beispielsweise die Diffusionstiefe auf einen Wert von 5 µm gebracht wird, kann man den Durchbruch-Spannungswert auf etwa 250 V brin gen. Im Falle von niedrig dotierten Bereichen 3 werden die Bereiche 3, die einen Flächenwiderstand in der Größenordnung von 10 kΩ/ um den Bereich 2 mit einer Breite von 10 µm oder mehr ausgebildet, so daß die Durchbruchspannung zwischen dem Bereich 2 und dem Halbleiterkörper 1 auf etwa 200 V angehoben werden kann.

Falls jedoch eine Metallverbindungsschicht 5 sich über einer Isolierschicht 4, z. B. aus SiO₂, in der in Fig. 1B und 2B dargestellten Weise auf der Diffusionsschicht 2 erstreckt, wird es unmöglich, den obenerwähnten Durch bruchs-Spannungswert zu halten. Genauer gesagt, wenn die Dicke der Isolierschicht 4 1 µm beträgt und das elektrische Poten tial der Verbindungsschicht 5 gleich dem des Halbleiterkör pers 1 ist, beträgt der Durchbruch-Spannungswert des Berei ches 2 etwa 90 V, und geht auf etwa 140 V, wenn man die Maß nahme ergreift, niedrig dotierte Bereiche 3 hinzuzufügen, wie es in den Fig. 2A und 2B dargestellt ist. Der Grund hier für ist folgender: Da die Verbindungsschicht 5 wegen ihres Potentials verhindert, daß sich eine Verarmungsschicht vom Verunreinigungsbereich 2 auf die Seite des Halbleiterkörpers 1 ausbreitet, wird die Feldstärke des Oberflächenteiles des Halbleiterkörpers so hoch, daß der Wert der Durchbruch spannung niedriger wird als der ursprüngliche Wert. Im Falle der Fig. 2A und 2B kann der Wert der Durchbruchspannung im Vergleich zu dem Wert bei der Anordnung nach Fig. 1A und 1B in Abhängigkeit von der Verunreinigungskonzentration der Verunreinigungsbereiche 3 erhöht werden. Jedoch wird das elektrische Feld des Oberflächenteiles an der Grenze zwi schen den Verunreinigungsbereichen 2 und 3 in gleicher Weise intensiv, mit dem Ergebnis, daß der Wert der Durchbruch spannung absinkt.

Als Verfahren, um die Verschlechterung der Durchbruch spannung zu vermeiden, hat man die Maßnahme ergriffen, die Dicke der Isolierschicht 4 zu erhöhen. Beim Herstellungsver fahren ist es jedoch schwierig, bei der derzeitigen Situation die Schichtdicke größer als 1 µm zu machen.

Fig. 3A zeigt ein Widerstandselement, das bei einer integrierten Schaltung mit hoher Durchbruchspannung verwen det wird. Die Bezugszeichen 2 und 21 bezeichnen P-leitende Diffusionsschichten, die als Widerstandskörper dienen und die in einem N-leitenden Halbleiterkörper ausgebildet sind, der in den Fig. 3B und 3C mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist. Die Bezugszeichen 51 und 52 bezeichnen Leitungselektro den für den Widerstandskörper 2, wobei die Elektrode 51 eine Elektrode hohen Potentials und die Elektrode 52 eine Elektro de niedrigen Potentials sind. Ein Merkmal dieses Halbleiter körpers besteht darin, daß ein Ansatz 51′ der Elektrode 51 in Form einer Metallplatte mit hohem Potential sich über den Widerstandskör per 2 erstreckt. Der Ansatz 51′ dient dazu, einen parasitären MOS-Transistor zu verhindern, der zwischen dem Widerstandskörper 2 und dem anderen Wider standskörper 21 in dessen Nähe auftritt. Fig. 3B zeigt einen Schnitt längs der Linie A-A′ in Fig. 3A. Die Wir kung des Ansatzes 51′ wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3B näher erläutert. In Abwesenheit des Ansatzes 51′ hat der Aufbau im Schnitt längs der Linie A-A′ eine Struktur, wie sie in Fig. 3C dargestellt ist. Falls eine Potentialdifferenz zwischen den Widerstandskörpern 2 und 21 vorhanden ist und Ladungen 6 mit einem höheren Potential als die Schwellwertspannung V _TH des mit den Wider standskörpern 2 und 21 gebildeten parasitären MOS-Transistors auf einen Isolierfilm 4 gelangen, fällt dieser parasitäre MOS-Tran sistor in den leitenden Zustand, und es fließt ein Strom zwischen den Widerstandskörpern 2 und 21.

Ein Mittel, um das Auftreten eines parasitären MOS-Tran sistors aufgrund von beweglichen Ladungen auf der Oberfläche zu verhindern, stellt der als Metallplatte ausgebildete Ansatz 51′ in Fig. 3B dar. Wie in Fig. 3B dargestellt, die einen Schnitt längs der Linie A-A′ in Fig. 3A zeigt, tritt auch in Anwesenheit von beweglichen Ladungen 6 der parasitäre MOS-Transistor zwischen den Widerstandskörpern 2 und 21 nicht auf, wenn das Potential des Ansatzes 51′ auf das höchste Potential des Widerstandskörpers 2 gebracht wird und außerdem höher ist als das Potential des Widerstandskörpers 21 vorher. Umgekehrt kann, falls das Potential des Widerstandskörpers 21 höher ist als das des Widerstandskörpers 2, der Wider standskörper 21 mit einer Metallplatte des höchsten Potentials des Widerstandskörpers 21 überzogen werden. Dementsprechend besteht das zuverlässigste Mittel, um parasitäre MOS-Transi storen zu verhindern, darin, den Widerstandskörper mit einer Metallplatte zu überziehen, welche das höchste Potential innerhalb des IC besitzt. Ein Problem besteht in diesem Falle darin, daß der Wert der Durchbruchspannung zwischen dem Wider standskörper und dem Halbleiterkörper in der oben angegebenen Weise absinkt. Außerdem ist auch in dem Falle, daß der Ansatz 51′ gemäß Fig. 3A verwendet wird, festzuhalten, daß eine Verringerung der Durchbruchspannung zwischen dem Wider standskörper und dem Halbleiterkörper auftritt, wenn das Po tential an beiden Enden des Widerstands hoch ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halblei teranordnung der eingangs bezeichneten Gattung anzugeben, die eine hohe Durchbruchsspannung zwischen Halbleiterkörper und Dotierungsbereich aufweist.

Lösungen dieser Aufgabe sind in den Kennzeichnungsteilen der Ansprüche 1 und 4, vorteilhafte Ausgestaltungen in den Ansprü chen 2 und 3 angegeben. Dabei wird durch das Vorhandensein der Leiterschicht und deren Beaufschlagung mit einem entsprechen den Potential das Auftreten parasitärer MOS-Transistoren wie beim Stand der Technik verhindert. Dadurch jedoch, daß diese Leiterschicht bzw. ein Ansatz der Leiterschicht den Dotie rungsbereich nicht überdeckt, sondern auf einem diesen umge benden niedriger dotierten Bereich angeordnet ist, wird gleichzeitig die mit dem Vorhandensein der Leiterschicht sonst einhergehende erhebliche Verringerung der Durchbruchsspannung vermieden.

Aus US-A-35 34 231 ist zwar eine Halbleiteranordnung bekannt, bei der ein höher dotierter Bereich von einem gering dotierten Bereich umgeben ist; dort ist aber der höher dotier te Bereich nicht mit einer eine Leiterschicht tragenden Iso lierschicht bedeckt, so daß parasitäre MOS-Transistoreffekte nicht auftreten können und die der Erfindung zugrunde liegende Problematik dort nicht angesprochen ist. In den Zeichnungen zeigen die

Fig. 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B und 3C, auf die oben schon Bezug genommen wurde, Darstellungen zur Erläuterung der beim Stand der Technik auftretenden Probleme,

Fig. 4a, 4B, 5A und 5B Darstellungen zur Erläuterung der Zusammenhänge zwischen Dotierungsbereichen und Leiterschichten bei Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Halbleiteran ordnung,

Fig. 6A, 6B und 7 Widerstandselemente gemäß Ausführungs beispielen der Erfindung, und

Fig. 8A, 8B und 8C einen PNP-Transistor gemäß einem wei teren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Fig. 4A und 4B sowie 5A und 5B zeigen den grund sätzlichen Aufbau der Anordnung zwischen einer Verunreini gungsschicht und einer Leiterschicht in einer Halbleiteran ordnung. Fig. 4A und 4B zeigen einen ersten grundsätzlichen Aufbau, wobei Fig. 4A eine Draufsicht und Fig. 4B einen Schnitt darstellen. In Fig. 4A und 4B ist eine Leiter schicht 5 nur über einem niedrig dotierten Bereich 3 um einen Verunreinigungsbereich 2 angeordnet und endet dort. Die Fig. 5A und 5B zeigen einen zweiten grundsätzlichen Aufbau, wobei Fig. 5A eine Draufsicht und Fig. 5B einen Schnitt darstellen. In Fig. 5A und 5B erstreckt sich eine Leiterschicht 5 über einen niedrig dotierten Be reich 3, der um die Verunreinigungsbereiche 2 angeordnet ist, und durch den Zwischenraum zwischen den Verunreinigungsbe reichen 2. In den Fig. 4B und 5B bezeichnet das Bezugszei chen 1 einen Halbleiterkörper vom entgegengesetzten Leitungs typ wie der Verunreinigungsbereich 2 und der niedrig dotier te Bereich 3.

Die Fig. 6A und 6B zeigen die Ausführungsform eines Widerstandselementes, das den Aufbau einer erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung mit hoher Durchbruchspannung aufweist. Fig. 6A zeigt eine Draufsicht und Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie A-A′ der Fig. 6A. Das Widerstandselement bei dieser Ausführungsform hat einen Aufbau, der das Auf treten eines parasitären MOS-Transistors der oben angegebenen Art verhindert und die Durchbruchspannung nicht verringert. Das Widerstandselement verwendet einen Aufbau für eine hohe Durchbruchspannung, wie in Fig. 4A und 4B darge stellt ist.

In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen N-leitenden (oder P-leitenden) Si-Körper mit einer Verun reinigungskonzentration von 5 · 10¹⁴ cm^-3, die Bezugszeichen 2 und 21 bezeichnen P-leitende (oder N-leitende) Verunreini gungsbereiche mit einer Verunreinigungskonzentration von 1 · 10¹⁹ cm^-3 und einer Tiefe von 3 µm, welche als Wider standskörper dienen; die Bezugszeichen 3 und 31 bezeichnen P-leitende (oder N-leitende) Bereiche geringer Verunreini gungskonzentration (niedrig dotierte Bereiche) mit einer Verunreinigungskonzentration von 1 · 10¹⁶ cm^-3 und einer Tiefe von 1 µm, das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Isolier film aus SiO₂ oder dergleichen, und die Bezugszeichen 51 und 52 bezeichnen Elektroden aus Al oder dergleichen.

Außerdem ist beim Widerstandselement nach Fig. 6A und 6B die Elektrode 51 die Elektrode hohen Potentials des Verun reinigungsbereiches 2, der als Widerstandskörper dient und eine Leitfähigkeit vom entgegengesetzten Typ wie der Halblei terkörper 1 besitzt. Das Widerstandselement ist das gleiche wie bei den Fig. 3A und 3B im Hinblick darauf, daß der parasitäre MOS-Transistor durch das elektrische Potential des Ausdehnungsbereiches 51′ der Elektrode 51 verhindert wird. Das Charakteristische besteht darin, daß der Ansatz 51′ an einer Stelle, die eine große Po tentialdifferenz gegenüber dem darunter liegenden Widerstands körper 2 besitzt, nur über dem niedrig dotierten Bereich 3 liegt, so daß die Verringerung der Durchbruch spannung des Verunreinigungsbereiches 2 verhindert wird.

Fig. 7 zeigt einen Fall, bei dem Leiterschichten 53 und 54 aus Al oder dergleichen verwendet werden, die ein höheres Potential haben als die Elektrode 51 für das hohe Potential. Die Leiterschichten 53 und 54 brauchen nicht immer dasselbe Potential zu haben.

Mit einem Aufbau der oben beschriebenen Art können die Erhöhung des Durchbruch-Spannungswertes und das Verhindern eines parasitären MOS-Transistors bei einem Widerstandsele ment in einer integrierten Schaltung erreicht werden, ohne irgendwelche komplizierten Schritte zu unternehmen.

Nachstehend wird eine Ausführungsform eines PNP-Tran sistors beschrieben. Fig. 8A zeigt eine Draufsicht und Fig. 8B einen Schnitt längs der Linie A-A′ in Fig. 8A, während Fig. 8C einen Schnitt längs der Linie B-B′ in Fig. 8A zeigt. Der PNP- Transistor gemäß dieser Ausführungsform verwendet einen Aufbau für die hohe Durchbruchspannung gemäß Fig. 5A und 5B.

In Fig. 8A, 8B und 8C bezeichnen die Bezugszeichen 22 und 23 P-leitende Verunreinigungsebereiche mit einer Ver unreinigungskonzentration von etwa 5 · 10¹⁸ cm^-3, welche einen Emitterbereich bzw. einen Kollektorbereich eines Lateral-PNP-Transistors bilden. Ein N-leitender Halbleiter körper 1, z. B. ein Si-Körper, dient als Basisbereich mit einer Verunreinigungskonzentration von etwa 10¹⁴ cm^-3. Mit dem Bezugszeichen 7 ist ein N-leitender Bereich hoher Verun reinigungskonzentration (hochdotierter Bereich) mit einer Ver unreinigungskonzentration von etwa 10²⁰ cm^-3 für eine Basis elektrode bezeichnet.

Eine mit einer strichpunktierten Linie angedeutete Elek trode 50, die mit dem Emitterbereich verbunden ist und die aus Al oder dergleichen besteht, erstreckt sich hinüber über einen P-leitenden Bereich 32 geringer Verunreinigungskonzen tration (niedrig dotierter Bereich) mit einer Verunreinigungs konzentration von etwa 10¹² cm^-3, der sich vom Kollektorbe reich 23 aus erstreckt. Außerdem ist eine mit einer strich punktierten Linie angedeutete Leiterschicht 50′ vorge sehen, die sich nicht über den Kollektorbereich 23 erstreckt, wie es beim Schnitt längs der Linie B-B′ in Fig. 8C dar gestellt ist. Aufgrund dieses Aufbaus kann die Kollektor- Emitter-Durchbruchspannung gesteigert werden. Da außerdem ein Basisbreitenbereich zwischen den Bereichen 22 und 32 beim Schnitt längs der Linie A-A′ in Fig. 8B vollständig von der Leiterschicht 50 auf Emitterpotential überzogen ist, wird der PNP-Transistor nicht durch bewegliche Ladun gen oder Ionen beeinflußt und erzielt damit eine gestei gerte Zuverlässigkeit.

In den Fig. 8A, 8B und 8C bezeichnen die Bezugszei chen 55 und 56 eine Kollektorelektrode bzw. eine Basiselek trode aus Al oder dergleichen, während das Bezugszeichen 4 einen Isolierfilm aus SiO₂ oder dergleichen bezeichnet.

Claims

1. Halbleiteranordnung mit

(a) einem Halbleiterkörper (1) eines ersten Leitungstyps,
(b) einem in einem Oberflächenbereich des Halbleiterkör pers (1) angeordneten Dotierungsbereich (2) eines zum ersten Leitungstyp entgegengesetzten zweiten Leitungstyps,
(c) einer auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers (1) angeordneten Isolierschicht (4), und
(d) einer auf der Isolierschicht (4) angeordneten Leiter schicht (5), die mit einem das Auftreten parasitärer MOS-Tran sistoren verhindernden Potential beaufschlagt ist,

dadurch gekennzeichnet,

(e) daß der Dotierungsbereich (2) von einem im Vergleich zu diesem niedriger dotierten Bereich (3) des zweiten Lei tungstyps umgeben ist, und
(f) daß die Leiterschicht (5) über dem niedriger dotier ten Bereich (3), nicht aber über dem Dotierungsbereich (2) liegt.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Dotierungsbereich (23) der Kollektorbereich eines Lateral-PNP-Transistors ist und daß die Leiterschicht (50, 50′) ein verlängerter Teil der Emitterelektrode (22) des Tran sistors ist (Fig. 8).

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Dotierungsbereich (2) den Widerstandskörper eines Widerstandselements bildet und daß das Potential der Leiter schicht (53, 54) höher ist als das jeder der beiden Elektroden (51, 52) des Widerstandselements (Fig. 7).

4. Halbleiteranordnung mit

(a) einem Halbleiterkörper (1) eines ersten Leitungstyps,
(b) einem in einem Oberflächenbereich des Halbleiterkör pers (1) angeordneten Dotierungsbereich (2) eines zum ersten Leitungstyp entgegengesetzten zweiten Leitungstyps,
(c) einer auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers (1) angeordneten Isolierschicht (4), und
(d) einer auf der Isolierschicht (4) angeordneten Lei terschicht (51, 51′), die mit einem das Auftreten parasitärer MOS-Transistoren verhindernden Potential beaufschlagt ist und als Elektrode den Dotierungsbereich (2) kontaktiert,

dadurch gekennzeichnet,

(e) daß der Dotierungsbereich (2) den Widerstandskörper eines Widerstandselements bildet und von einem im Vergleich zu diesem niedriger dotierten Bereich (3) des zweiten Leitungs typs umgeben ist, und
(f) daß die Leiterschicht einen Ansatz (51′) aufweist, der an derjenigen Stelle, an der er eine große Potentialdif ferenz gegenüber dem Widerstandskörper (2) aufweist, nur über dem niedriger dotierten Bereich (3) liegt (Fig. 6).