DE69331793T2 - Integriertes Leistungshalbleiterschaltkreisbauelement mit gleichförmiger elektrischer Feldverteilung - Google Patents

Integriertes Leistungshalbleiterschaltkreisbauelement mit gleichförmiger elektrischer Feldverteilung Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes Halbleiterschaltungsbauteil, und insbesondere ein integriertes Leistungshalbleiterschaltungsbauteil.
  • Die US-A-4 157 563 beschreibt ein ebenes Halbleiterbauteil, welches einen ebenen p-n-Übergang aufweist, der zur Erhöhung der Durchbruchsspannung durch eine Widerstandsschicht mit sehr hohem Widerstand, die auf einer Isolierschicht vorgesehen ist, kurzgeschlossen ist. Eine Widerstandsschicht wird in Form eines länglichen Streifens eingesetzt. Der Streifen weist vorzugsweise die Form einer Spule auf, oder es werden mehrere konzentrische Kontaktschichten eingesetzt, die auf der Isolierschicht vorgesehen sind, die Widerstandsschicht kreuzen, und das Potential der Widerstandsschicht in dem Bereich der Überkreuzung annehmen.
  • Im einzelnen beschreibt dieses Dokument eine p-n-Transistoranordnung, deren Basis-Kollektorübergang durch eine Widerstandsstand aus Polysilizium in Form eines spulenförmigen Streifens kurzgeschlossen ist, der auf einem Isolierfilm vorgesehen ist, der einen Basiskontakt und einen Kollektorkontakt verbindet. Mit einer derartigen Anordnung soll erreicht werden, eine Verarmungsschicht durch die Widerstandsschicht oder den spulenförmigen Streifen zu erweitern, um die Durchbruchsspannung des Basis-Kollektorübergangs zu erhöhen.
  • Die WO-A-85/03167 beschreibt eine Halbleiteranordnung, bei eine p-i-n-Diode, die eine Widerstandsschicht aufweist, beispielsweise eine SIPOS-Schicht, die über einer dielektrischen Schicht vorgesehen ist, und mit Elektroden verbunden ist, die in Kontakt mit lokalisierten Halbleiterbereichen stehen. Mit dieser Halbleiteranordnung soll erreicht werden, eine Ladung auf oder in einer dielektrischen Schicht in der Hinsicht einzuschränken, dass sie die Durchbruchsspannung in dem Silizium darunter beeinflußt, mit Hilfe der Widerstandsschicht (SIPOS).
  • Wie in diesem Dokument zum Stand der Technik beschrieben wird, kann die Durchbruchsspannung diskreter Hochspannungs-Bauteile und integrierter Schaltungen durch das Vorhandensein einer Ladung (normalerweise ionisch) auf Isolierschichten an der oberen Oberfläche oder innerhalb der Isolierschichten verringert werden. Eine derartige Ladung kann sich von dem Ausgangspunkt aus ausbreiten. Wenn das Potential, das durch eine derartige Kriechladung erzeugt wird, von jenem des Siliziums darunter verschieden ist, dann tritt eine Feldstärkenerhöhung auf, und können Durchbruchsspannungen verringert werden. Eine Vorgehensweise nach dem Stand der Technik zur Begrenzung dieses Effekts bestand darin, die Siliziumoberfläche des Bauteils gegenüber den Auswirkungen der Ladung auf der Isolierschicht oder den Isolierschichten dadurch abzuschirmen, dass eine Widerstands-Feldabschirmung verwendet wurde, welche die Oberfläche des Bauteils kontaktiert, oder in einer gewissen Entfernung oberhalb der Oberfläche vorgesehen ist, und einen elektrischen Kontakt zu Leitern auf der Oberfläche herstellt. Eine SIPOS-Schicht (halbisolierendes Polysilizium) kann als derartige Abschirmung verwendet werden, jedoch kann die Verwendung einer derartigen SIPOS-Abschirmschicht ein Problem hervorrufen, nämlich eine Kriechstrom, der größer sein kann, als dies bei einigen Anwendungen akzeptierbar ist. Um Durchbruchsspannungen von Hochspannungsbauteilen aufrecht zu erhalten, und gleichzeitig jeden zusätzlich erzeugten Kriechstrom auf einem relativ niedrigen Niveau zu halten, schlägt dieses Dokument vor, eine Widerstandsschicht vorzusehen, die einen relativ hohen spezifischen Widerstand aufweist, und mit einem derartigen Muster versehen ist, dass in ihr Öffnungen und/oder Fenster vorgesehen sind, wobei die Abmessungen und die Geometrie der Öffnungen und/oder Fenster so gewählt sind, dass der Widerstand der Widerstandsschicht zwischen an sie angeschlossenen Elektroden relativ hoch ist, verglichen mit dem Widerstand einer Widerstandsschicht mit denselben Gesamtabmessungen, jedoch ohne die Öffnungen und/oder Fenster, während die Oberfläche eines Halbleiterkörpers unter den Widerstandsschichten in der Auswirkung gegen elektrische Felder infolge von Ladungen in Abschnitten der Anordnung oberhalb der Widerstandsschicht abgeschirmt wird.
  • Die EP-A-0 190 423 beschreibt ein ebenes Halbleiterbauteil, welches eine Feldplattenelektrode aufweist, die mehrere in Gegenrichtung vorgespannte und in Vorwärtsrichtung vorgespannte PN-Übergänge aufweist, die zwischen P- und N-Abschnitten vorgesehen sind. Diese Feldplattenelektrode arbeitet auf dieselbe Art und Weise wie die Widerstandsschicht gemäß der US-A-4 157 563.
  • Die US-A-5 086 332 beschreibt ein ebenes Halbleiterbauteil, das eine hohe Durchbruchsspannung und einen niedrigen Einschaltwiderstand aufweist. Das ebene Halbleiterbauteil weist eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen ersten Halbleiterbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf, der selektiv zusammen mit der Halbleiterschicht in der Oberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet wird, so dass ein pn-Übergang ausgebildet wird. Der erste Halbleiterbereich ist so ausgebildet, dass seine Verunreinigungskonzentration höher ist als jene der Halbleiterschicht, und daher sein spezifischer Widerstand höher ist als jener der Halbleiterschicht. Ein zweiter Halbleiterbereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, der eine niedrigere Verunreinigungskonzentration aufweist als der erste Halbleiterbereich, ist um den ersten Halbleiterbereich herum und in Kontakt mit diesem ausgebildet, und bildet zusammen mit der Halbleiterschicht einen pn-Übergang. Ein Film mit hohem Widerstand ist zumindest über dem ersten Halbleiterbereich und dem zweiten Halbleiterbereich vorgesehen. Eine Spannung wird über den Film mit hohem Widerstand angelegt, um ein gleichmäßiges elektrisches Feld in dem Film mit hohem Widerstand zu erzeugen.
  • Durch den zweiten Halbleiterbereich mit niedriger Verunreinigungskonzentration und die Schicht mit hohem Widerstand kann die Konzentration des elektrischen Feldes in der Halbleiterschicht verhindert werden. Daher kann die Durchbruchsspannung des pn-Übergangs zwischen dem ersten Halbleiterbereich und der Halbleiterschicht auf mehr als 85 der theoretischen Durchbruchsspannung eines idealen, ebenen Übergangs erhöht werden, der im Volumen vorgesehen ist. Wenn im Gegensatz nur der zweite Halbleiterbereich mit niedriger Verunreinigungskonzentration vorgesehen wird, kann höchstens 75% der theoretischen Durchbruchsspannung erreicht werden, und wenn nur die Schicht mit hohem Widerstand eingesetzt wird, kann höchstens 70% der theoretischen Durchbruchsspannung erzielt werden.
  • Die EP-A-0 077 072 beschreibt einen Hochspannungswiderstand, der ein zickzackartiges Muster aufweist, das für integrierte Schaltungen geeignet ist.
  • Zur Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung wird deren technischer Hintergrund nachstehend kurz erläutert.
  • Laterale Halbleiterbauteile, bei FRDs (Dioden mit schneller Erholung), Bipolar-Leistungstransistoren, Leistungs-MOS-Transistoren und IGBTs, an welche eine hohe Spannung angelegt wird, wurden in integrierten Leistungshalbleiterschaltungsbauteilen eingesetzt, einschließlich einer Vollbrückenschaltung für drei Phasen, einer Gleichrichterschaltung, eines Schaltreglers, einer hochspannungsseitigen Schaltschaltung, und einer niederspannungsseitigen Schaltschaltung. Bei derartigen integrierten Leistungshalbleiterschaltungsbauteilen wird die Potentialdifferenz zwischen zwei diffundierten Schichten durch Anlegen der Hochspannung gleich einigen hundert Volt oder mehr.
  • 8 zeigt ein Beispiel, in welchem eine Spannung über die beiden diffundierten Schichten angelegt wird. Eine diffundierte Schicht 102 des N+-Typs, und eine diffundierte Schicht 103 des P+-Typs werden in einem Halbleitersubstrat 101 des N–-Typs ausgebildet, um eine laterale Diode zur Verfügung zu stellen. Ein Isolierfilm 104 wird auf der Substratoberfläche ausgebildet, und eine erste bzw. zweite Verdrahtungsschicht 105 bzw. 106 ist auf der diffundierten Schicht 102 bzw. 103 vorgesehen. Wenn in diesem Fall eine Spannung angelegt wird, so dass die erste diffundierte Schicht 102 einer hohen Spannung in Bezug auf die zweite diffundierte Schicht 103 ausgesetzt wird, wird ein elektrisches Feld des Substrats 101 zwischen den diffundierten Schichten 102 und 103 gleichmäßig verteilt, wodurch Äquipotentiallinien 107 (gestrichelte Linie) zur Verfügung gestellt werden, die gleiche Abstände aufweisen. In diesem Fall wird die Durchbruchsspannung durch einen Punkt festgelegt, der die kritische Potentialdichte (Lawinendurchbruch) von Silizium überschreitet.
  • Da eine große Anzahl an Verdrahtungsschichten für das integrierte Leistungshalbleiterschaltungsbauteil benötigt wird, muß ein Teil von ihnen durch Halbleiterbereiche hindurchgehen, die unterschiedliche Potentiale aufweisen. 9A zeigt einen Fall, in welchem die erste Verdrahtungsschicht 105, die von der ersten diffundierten Schicht 102 ausgeht, über der zweiten diffundierten Schicht 103 durchgeht, die eine Potentialdifferenz von etwa einigen hundert Volt oder mehr aufweist. Wenn eine Vorspannung in Gegenrichtung zwischen der ersten und zweiten diffundierten Schicht 102 und 103 angelegt wird, konzentriert sich das elektrische Feld an einem Abschnitt, der von einem Kreis umgeben wird (Konzentrationsabschnitt 108 für das elektrische Feld), an welchem die zweite diffundierte Schicht 103 von der ersten Verdrahtungsschicht 105 überquert wird, wie durch die Äquipotentiallinien 107 angedeutet ist. Wie in 9B gezeigt ist, ändert sich das Potential des Halbleitersubstrats 101 abrupt in der Nähe der zweiten diffundierten Schicht 103, also an einem Abschnitt, an welchem sich das elektrische Feld konzentriert. Wenn die Konzentrationsdichte des elektrischen Feldes einen kritischen Punkt in Bezug auf die Durchbruchsspannung des Halbleitersubstrats 101 überschreitet, tritt ein Durchbruch infolge der Konzentration des elektrischen Feldes auf. Daher kann eine gewünschte Durchbruchsspannung nicht erzielt werden.
  • Unter Bezugnahme auf 10 wird ein Halbleiterbauteil beschrieben, welches eine diffundierte Schicht 122 des P+-Typs und eine diffundierte Schicht 123 des N+-Typs aufweist, die in einem Halbleitersubstrat 121 des N–-Typs vorgesehen sind, einen auf der Substratoberfläche vorgesehenen Isolierfilm 124, sowie eine Verdrahtungsschicht 125, die von der ersten diffundierten Schicht 122 ausgeht, und über der zweiten diffundierten Schicht 123 hindurchgeht.
  • Eine Spannung wird an das Halbleiterbauteil angelegt, so dass die Potentialdifferenz zwischen der ersten und zweiten diffundierten Schicht 122 bzw. 123 einige hundert Volt oder mehr beträgt, und die erste diffundierte Schicht 122 auf eine niedrige Spannung in Bezug auf die zweite diffundierte Schicht 123 eingestellt wird. In diesem Fall konzentrieren sich die Äquipotentiallinien 107 an der N–-N+-Grenzfläche (an einem durch einen Kreis 108 angedeuteten Abschnitt), und dies ruft den Durchbruch hervor.
  • Auf jeden Fall konzentriert sich, wie dies in den 9A und 1 gezeigt ist, wenn eine Verdrahtungsschicht sich über einer diffundierten Schicht erstreckt, die ein unterschiedliches Potential aufweist, das elektrische Feld in diesem Abschnitt, was die Durchbruchsspannung verringert. Aus diesem Grund wurden die folgenden Vorgehensweisen zur Erhöhung der Durchbruchsspannung vorgeschlagen.
  • Eine der Vorgehensweisen besteht darin, die Dicke des Isolierfilms 104 unter der Verdrahtungsschicht 105 zu erhöhen, wie dies in 11 gezeigt ist. Das elektrische Feld in dem Isolierfilm 104 wird dann einfach verringert, so dass sich die Konzentration des elektrischen Feldes in dem Halbleitersubstrat 101 verringert. Diese Vorgehensweise kann bei den Prozessschritten zur Herstellung des Halbleiterbauteils ohne Verwendung neuer Materialien eingesetzt werden. Allerdings werden die lateralen Bauteile mit hoher Durchbruchsspannung im allgemeinen bei integrierten Schaltungen eingesetzt, und sind häufig auf demselben Halbleitersubstrat zusammen mit Signalverarbeitungsschaltungen vorgesehen, die eine niedrige Durchbruchsspannung und kleine Abmessungen aufweisen. Wie aus 11 hervorgeht muß, wenn die Isolierschicht dick ist, ein Kontaktloch, das in der Isolierschicht vorgesehen ist, verjüngt ausgebildet werden. Daher ist eine Toleranz für die verjüngende Bearbeitung proportional zur Dicke der Isolierschicht erforderlich. Die Erhöhung der Dicke der Isolierschicht erhöht daher beispielsweise die Abmessungen der Signalverarbeitungsschaltungen, wodurch die Integrationsdichte des gesamten integrierten Schaltungsbauteils verringert wird.
  • Eine weitere Vorgehensweise wird nachstehend unter Bezugnahme auf 12 erläutert. Ein Widerstand, der aus halbisolierendem Polysilizium (nachstehend als SIPOS bezeichnet) 109 besteht, und einen hohen Widerstand aufweist, wird in dem Isolierfilm 104 unter der Verdrahtungsschicht 105 ausgebildet. Beide Enden des SIPOS 109 sind an die erste bzw. zweite diffundierte Schicht 102 bzw. 103 angeschlossen, und werden auf deren elektrischem Potential gehalten. Das SIPOS 109 ist ein Widerstand mit einem hohen Widerstandswert, und das elektrische Potential wird gleichmäßig durch die Potentialdifferenz zwischen den beiden Enden des SIPOS 109 verteilt. Wie aus den Äquipotentiallinien 107 hervorgeht, verteilt sich das elektrische Feld beinahe gleichförmig in dem Halbleitersubstrat 101 unter dem SIPOS 109. Daher kann die Durchbruchsspannung auf annähernd die ideale Durchbruchsspannung des Substrats erhöht werden. Da das halbisolierende Polysilizium normalerweise nicht für derartige Halbleiterbauteile eingesetzt wird, wird die Anzahl an Prozessschritten erhöht, was zu einer Erhöhung der Kosten führt.
  • Eine weitere Vorgehensweise wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 13A und 13B beschrieben. Wie aus 13A hervorgeht, sind auf unbestimmtem Potential befindliche Polysiliziumschichten 110 fragmentarisch in dem Isolierfilm 104 unter der Verdrahtungsschicht 105 angeordnet. Wie in 13B gezeigt ist, sind die Polysiliziumschichten 110 auf unbestimmtem Potential parallel in Form von Streifen unter der Verdrahtungsschicht 105 angeordnet. Jede der Polysiliziumschichten 110 auf unbestimmtem Potential dient als eine Feldplatte, und das Potential jeder der Polysiliziumschichten 110 auf unbestimmtem Potential wird dadurch auf ein vorbestimmtes Potential festgesetzt, dass ein Einfluß eines elektrischen Kriechfeldes von einem Halbleitersubstrat 101 auftritt. Daher konzentriert sich das elektrische Feld nicht, und wird gleichförmig unter den Polysiliziumschichten 110 mit unbestimmtem Potential ausgebildet, wodurch man eine elektrische Feldverteilung erhält, die durch Äquipotentiallinien 107 in 13A angedeutet ist.
  • Bei dieser Vorgehensweise werden die Kosten nicht erhöht, da die Integrationsdichte nicht verringert wird, und keine neuen Materialien eingesetzt werden. Allerdings wird das Potential jeder der Feldplatten durch die Anordnung und die Form der Feldplatten beeinflußt, durch die Verunreinigungskonzentration des Halbleitersubstrats, die angelegte Spannung, und dergleichen. Aus diesem Grund müssen die Feldplatten durch vorherigen Einsatz eines Computers optimal konstruiert werden. Eine ausreichende Auswirkung kann nicht ohne eine optimale Konstruktion erreicht werden. Selbst wenn die Feldplatten optimal für ein bestimmtes Potential konstruiert werden, macht es die Potentialänderung sehr schwierig, die optimale Konstruktion unter allen Bedingungen zu erreichen. Daher treten Schwierigkeiten in Bezug auf die Konstruktion der Feldplatten auf, und führen zu Problemen.
  • Wie voranstehend geschildert konzentriert sich, wenn eine Hochspannungs-Verdrahtungsschicht über einer diffundierten Schicht verläuft, die einen Potentialunterschied von einigen hundert Volt oder mehr aufweist, ein elektrisches Feld, wodurch ein Durchbruch hervorgerufen wird. Daher kann eine vorbestimmte Durchbruchsspannung nicht erreicht werden.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines integrierten Leistungshalbleiterschaltungsbauteils, welches die Beeinträchtigung der Durchbruchsspannung eines Übergangs verhindert.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein integriertes Leistungshalbleiterschaltungsbauteil gemäß Patentanspruch 1 zur Verfügung gestellt. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Die neuen und unterscheidungskräftigen Merkmale der Erfindung sind in dem unabhängigen Patentanspruch der vorliegenden Anmeldung angegeben. Allerdings läßt sich die Erfindung selbst, zusammen mit ihren weiteren Zielen und Vorteilen, am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen verstehen, in welchen:
  • 1–3A, 5–7B nicht Ausführungsformen der Erfindung betreffen, jedoch zum Verständnis der Erfindung nützlich sind;
  • 1A eine Aufsicht auf eine laterale Diode ist, welche eine Hochspannungs-Verdrahtungsschicht und einen Widerstand zum Schutz eines Übergangs aufweist;
  • 1B eine Schnittansicht der lateralen Diode entlang einer Linie IB-IB in 1A ist;
  • 1C eine Schnittansicht der lateralen Diode entlang einer Linie IC-IC in 1A ist;
  • 1D ein Diagramm ist, welches die elektrische Potentialverteilung des Widerstands in 1B zeigt;
  • 2A eine Aufsicht auf eine laterale Diode ist, die eine Hochspannungs-Verdrahtungsschicht und einen Widerstand zum Schutz eines Übergangs aufweist:
  • 2B eine Schnittansicht der lateralen Diode entlang einer Linie IIB-IIB in 2A ist;
  • 3A eine Aufsicht auf eine laterale Diode ist, welche eine Hochspannungs-Verdrahtungsschicht und einen Widerstand aufweist, der durch mehrere Dioden gebildet wird, zum Schutz eines Übergangs;
  • 3B eine schematische Darstellung des mit mehreren Dioden versehenen Widerstands in 3A ist;
  • 4A eine Schnittansicht ist, die einen lateralen Doppeldiffusions-MOSFET (DMOS-FET) zeigt, der eine Hochspannungs-Verdrahtungsschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
  • 4B eine schematische Schnittansicht ist, welche den lateralen Doppeldiffusions-MOSFET (DMOS-FET) mit Ausnahme der Hochspannungs-Verdrahtungsschicht in 4A zeigt;
  • 5 eine schematische Schnittansicht eines lateralen NPN-Bipolartransistors mit Ausnahme der Hochspannungs-Verdrahtungsschicht ist;
  • 6 eine schematische Schnittansicht eines lateralen IGBT mit Ausnahme der Hochspannungs-Verdrahtungsschicht ist;
  • 7A eine Schnittansicht einer lateralen Diode ist, die eine Hochspannungs-Verdrahtungsschicht und einen Widerstand zum Schutz eines Übergangs aufweist;
  • 7B ein Diagramm ist, welches die elektrische Potentialverteilung des Widerstands in 7A zeigt;
  • 8 eine Schnittansicht einer herkömmlichen lateralen Diode ist, wenn eine Spannung zwischen zwei diffundierte Schichten angelegt wird;
  • 9A eine Schnittansicht der elektrischen Feldverteilung ist, wenn eine Verdrahtungsschicht, die auf einer der diffundierten Schichten vorgesehen ist, durch die andere der diffundierten Schichten in 8 hindurchgeht;
  • 9B ein Diagramm ist, welches die elektrische Potentialverteilung des Halbleitersubstrats von 9A zeigt;
  • 10 eine Schnittansicht der elektrischen Feldverteilung ist, wenn eine Spannung zwischen zwei diffundierten Schichten in entgegengesetzter Richtung im Vergleich zu 9A angelegt wird;
  • 11 eine Schnittansicht der elektrischen Feldverteilung ist, wenn die Dicke einer Isolierschicht unter einer Verdrahtungsschicht erhöht wird;
  • 12 eine Schnittansicht einer herkömmlichen Anordnung zum Schutz gegen Durchbruch ist, und die elektrische Feldverteilung darstellt, wenn eine Feldplatte aus halbisolierendem Polysilizium verwendet wird;
  • 13A eine Schnittansicht einer weiteren herkömmlichen Anordnung zum Schutz gegen Durchbruch ist, und die elektrische Feldverteilung zeigt, wenn Feldplatten aus halbisolierendem Polysilizium mit unbestimmtem Potential verwendet werden; und
  • 13B eine Aufsicht auf die Feldplatten aus halbisolierendem Polysilizium mit unbestimmtem Potential in 13A ist.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile in den Zeichnungen.
  • Wie aus 1B hervorgeht, ist ein Halbleiterbauteil eine laterale Diode, die einen pn-Übergang aufweist, und eine diffundierte Schicht 12 des N+-Typs sowie eine diffundierte Schicht 13 des P+-Typs aufweist, die in einem Halbleitersubstrat 11 des N–-Typs vorgesehen sind, einen über der Substratoberfläche vorgesehenen Isolierfilm 14, eine erste Verdrahtungsschicht 15, die mit der ersten diffundierten Schicht 12 verbunden ist, und sich über der zweiten diffundierten Schicht 13 erstreckt, eine zweite Verdrahtungsschicht 16, die mit der zweiten diffundierten Schicht 13 verbunden ist, und einen Widerstand 17 aus Polysilizium, der in dem Isolierfilm 14 angeordnet ist, von der ersten Verdrahtungsschicht 15 gekreuzt wird, und zwischen die erste und zweite diffundierte Schicht 12 bzw. 13 geschaltet ist.
  • Wie aus 1A hervorgeht, ist der Widerstand 17 kontinuierlich so ausgebildet, dass er durch die erste Verdrahtungsschicht 15 zumindest einmal gekreuzt wird, beispielsweise 8 mal. Wie aus 1B (dem Schnitt entlang einer Linie IB-IB) hervorgeht, ist der Widerstand 17 so ausgebildet, dass er eine Zickzackstruktur oder wellige Struktur unmittelbar unter der ersten Verdrahtungsschicht 15 aufweist. Gemäß 1C (dem schnitt entlang einer Linie IC-IC) ist ein Ende des Widerstands 17 an die erste Verdrahtungsschicht 15 an einem ersten Kontaktabschnitt 18 angeschlossen, wogegen das andere Ende des Widerstands 17 an die zweite Verdrahtungsschicht 16 an einem zweiten Kontaktabschnitt 19 angeschlossen ist. Die beiden Enden des Widerstands 17 sind zwischen die erste und zweite diffundierte Schicht 12 bzw. 13 geschaltet.
  • Wenn eine Spannung in Gegenrichtung zwischen der ersten und zweiten diffundierten Schicht 12 bzw. 13 angelegt wird, weist der Widerstand 17 einen Potentialgradienten auf, wie er in 1D dargestellt ist. Die Abschnitte des Widerstands 17 unter der ersten Verdrahtungsschicht 15 weisen jeweils vorbestimmte Potentiale auf, und das Potential des Widerstands 17 nimmt allmählich von der ersten diffundierten Schicht 12, die auf hohem Potential gehalten wird, bis zur zweiten diffundierten Schicht 13 ab, die auf niedrigem Potential gehalten wird. Da die beiden Enden des Widerstands 17 auf das Potential der ersten bzw. zweiten diffundierten Schicht 12 bzw. 13 eingestellt werden, wird daher jeder Abschnitt des Widerstands 17 auf ein vorbestimmtes Potential festgelegt, entsprechend der Entfernung von der diffundierten Schicht 12 oder 13. Daher kann die Konzentration des elektrischen Feldes vermieden werden, die dann auftritt, wenn die erste Verdrahtungsschicht 15 durch die zweite diffundierte Schicht 13 hindurchgeht.
  • In diesem Fall kann ein kleiner Kriechstrom durch den Widerstand 17 fließen, da der Widerstand 17 zwischen die erste und zweite diffundierte Schicht 12 bzw. 13 geschaltet ist. Da der Widerstand 17 jedoch so ausgebildet ist, dass er sich bei der Ausführungsform häufig krümmt, damit eine ausreichende Länge erzielt wird, kann der Kriechstrom auf einen kleinen Wert heruntergedrückt werden.
  • Wie in 2A gezeigt ist, ist die erste diffundierte Schicht 12 innerhalb des Widerstands 17 angeordnet, wogegen die zweite diffundierte Schicht 13 außerhalb des Widerstands 17 angeordnet ist, und ist der Widerstand 17 so ausgebildet, dass er die erste diffundierte Schicht 12 umgibt, und eine wirbelförmige Form aufweist. Die beiden Enden des Widerstands 17 sind auf das Potential der ersten bzw. zweiten diffundierten Schicht 12 bzw. 13 am ersten bzw. zweiten Kontaktabschnitt 18 bzw. 19 festgelegt. In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 21 eine Kontaktschicht zum Verbinden der ersten diffundierten Schicht 12 mit dem Widerstand 17. Wie aus 2B hervorgeht, sind die Abschnitte des Widerstands 17 unter der ersten Verdrahtungsschicht 15 voneinander beabstandet.
  • Da der Widerstand 17 die wirbelförmige Form aufweist, kann seine Gesamtlänge erhöht werden, was den Kriechstrom verringert. Selbst wenn sich die erste Verdrahtungsschicht 15 in einer beliebigen Richtung erstreckt, können darüber hinaus dieselben Vorteile wie voranstehend beschrieben erhalten werden, da der Widerstand 17 so angeordnet ist, dass er die erste diffundierte Schicht 12 umgibt.
  • Sowohl beim ersten als auch zweiten Beispiel kann die Breite des Widerstands nicht auf einen Grenzwert oder weniger verringert werden, unter Berücksichtigung der Konstruktion und des Prozesses. Daher ist es erforderlich, die Länge des Widerstands so weit wie möglich zu erhöhen, um den Widerstandswert zu erhöhen.
  • Das dritte Beispiel zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 3A und 3B erläutert. Bei dem Beispiel wird, wie in 3A gezeigt, ein Widerstand 17a, der aus Polysilizium besteht, und bei dem Dioden in Reihe geschaltet sind, als Widerstand verwendet. Gemäß 3B werden Dioden 30, die in dem Widerstand 17a vorgesehen sind, dadurch erhalten, dass abwechselnd Bereiche 31 des P-Typs und Bereiche 32 des N-Typs in Reihe geschaltet werden, und die Dioden (30a, 30b, 30a, ...) abwechselnd in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung geschaltet sind.
  • Mit dem voranstehend geschilderten Aufbau fließt nur ein kleiner Kriechstrom durch in Gegenrichtung vorgespannte Dioden. Dieser Kriechstrom wird um einige Größenordnungen kleiner ausgebildet, im Vergleich zu dem Strom, der durch einen Widerstand fließt, der durch dieselbe Verunreinigungskonzentration gebildet wird, wenn dieselbe Spannung angelegt wird. Daher kann der Kriechstrom wesentlich verringert werden, verglichen mit einem Widerstand, der nur aus Polysilizium besteht. Wenn jedoch die Spannung, die an jede der in Gegenrichtung vorgespannten Dioden angelegt wird, die Durchbruchsspannung der entsprechenden Diode überschreitet, kann ein übermäßig hoher Strom durch die Diode fließen. Aus diesem Grund muß eine geeignete Anzahl an Dioden in Reihe geschaltet werden, um die Spannung zu teilen. Wenn beispielsweise ein Widerstand mit einer Durchbruchsspannung von 500 Volt verwendet wird, können 100 oder mehr Dioden, die gegensinnig in Reihe geschaltet sind, erforderlich sein, wenn die Durchbruchsspannung einer Diode 5 Volt beträgt.
  • Die Länge des Widerstands bei dem Beispiel kann kürzer sein als jene eines Widerstands, der keine Dioden enthält, wegen des hohen Widerstandswertes. Daher ist der Widerstand bei diesem Beispiel wirksam, wenn ausreichend Raum zum Vorsehen des Widerstands infolge kleiner Chipabmessungen nicht zur Verfügung steht.
  • Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen lateralen MOSFET (lateralen DMOS-FET) betrifft, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 4A und 4B beschrieben. Wie aus 4A hervorgeht, ist eine dritte diffundierte Schicht 41 des N+-Typs, die als Sourcebereich dient, in der zweiten diffundierten Schicht 13 vorgesehen, und wird ein äußerer Abschnitt 17' des Widerstands 17 als Gateelektrode verwendet. Die Dicke des Isolierfilms 14 unter dem Widerstandsabschnitt 17' ist geringer als jene des Isolierfilms 14 unter anderen Widerstandsabschnitten. Ein Potential von einigen Volt wird an die Gateelektrode in Bezug auf das Potential der Sourceelektrode und die zweite diffundierte Schicht angelegt. Bei der Ausführungsform ist ein Ende des Widerstands 17 auf das Potential der ersten diffundierten Schicht 12 gesetzt, und ist das andere Ende auf das Potential (beispielsweise das Gatepotential) gesetzt, das nahe am Potential der zweiten diffundierten Schicht 13 oder der dritten diffundierten Schicht 41 liegt. Der Widerstandsabschnitt 17', der als die Gateelektrode dient, weist eine Potentialdifferenz von etwa einigen Volt in Bezug auf die zweite diffundierte Schicht 13 auf, die auf niedrigem Potential gehalten wird, sowie eine Potentialdifferenz von einigen hundert Volt oder mehr in Bezug auf die erste diffundierte Schicht 12. Daher dient der Widerstand 17 als die Gateelektrode, und mildert die Konzentration des elektrischen Feldes in dem Halbleitersubstrat gleichzeitig ab.
  • Wie aus 4B hervorgeht, sind die erste diffundierte Schicht 12, der Widerstand 17' und die dritte diffundierte Schicht 41 an die Drainelektrode (D), die Gateelektrode (G) bzw. die Sourceelektrode (S) angeschlossen. 4B zeigt schematisch das Halbleiterbauteil in 4A, wobei der Isolierfilm 14, der Widerstand 17 und die erste Verdrahtungsschicht 15 weggelassen sind.
  • Ein weiteres Beispiel, das bei einem NPN-Bipolartransistor eingesetzt wird, wird nachstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Da der grundlegende Aufbau gleich jenem der Ausführungsform ist, ist 5 schematisch wie in 4B dargestellt, und sind die Hochspannungs-Verdrahtungsschicht 15 und der Widerstand 17 weggelassen. Die erste diffundierte Schicht 12, die zweite diffundierte Schicht 13 und die dritte diffundierte Schicht 41 sind an die Kollektorelektrode (C), die Basiselektrode (B) bzw. Die Emitterelektrode (E) angeschlossen. In diesem Fall ist ein Ende des Widerstands (nicht dargestellt) an die Kollektorelektrode (C) angeschlossen, und ist das andere Ende an den Basis- oder Emitterbereich angeschlossen. Der äußerste Abschnitt (entsprechend dem Widerstandsabschnitt 17' in 4) des Widerstands kann wie bei der ersten bis dritten Ausführungsform ausgebildet sein, oder es kann der Isolierfilm unter dem äußersten Abschnitt so ausgebildet sein, dass er eine geringe Dicke aufweist.
  • Ein sechstes Beispiel zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung, dass eine IGBT betrifft, wird nachstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist schematisch wie in 5 gezeigt dargestellt. Eine diffundierte Schicht 61 des P+-Typs, der Widerstandsabschnitt 17' und die dritte diffundierte Schicht 41 sind an die Kollektorelektrode (C), die Gateelektrode (G) bzw. die Emitterelektrode (E) angeschlossen. Hierbei ist ein Ende eines Widerstands 17 (nicht gezeigt) mit der Kollektorelektrode (C) verbunden, und ist das andere Ende mit der Gateelektrode (G) oder der Emitterelektrode (E) verbunden.
  • Ein siebtes Beispiel zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben. Wie in 7A gezeigt ist, weist ein Halbleiterbauteil eine erste diffundierte Schicht 72 des P+-Typs und eine zweite diffundierte Schicht 73 des N+-Typs auf, die in einem Halbleitersubstrat 71 des N–-Typs vorgesehen sind, um eine laterale Diode auszubilden, einen Isolierfilm 74, der auf der Substratoberfläche vorgesehen ist, eine erste Verdrahtungsschicht 75, die an die erste diffundierte Schicht 72 angeschlossen ist, und durch die zweite diffundierte Schicht 73 hindurchgeht, sowie einen Widerstand 77 aus Polysilizium, der in dem Isolierfilm 74 vorgesehen ist, und von der ersten Verdrahtungsschicht 75 gekreuzt wird. In diesem Fall ist, wie bei der ersten Ausführungsform, der Widerstand 77 kontinuierlich ausgebildet, so dass er von der ersten Verdrahtungsschicht 75 zumindest einmal gekreuzt wird, beispielsweise 8 mal, und werden die beiden Enden des Widerstands 77 auf das Potential der ersten bzw. zweiten diffundierten Schicht 72 bzw. 73 eingestellt. Wenn eine Spannung angelegt wird, so dass die erste diffundierte Schicht 72 bzw. die zweite diffundierte Schicht 73 auf eine niedrige bzw. hohe Spannung eingestellt werden, nimmt das Potential des Widerstands 77 allmählich von der ersten diffundierten Schicht 72 mit niedrigem Potential zur zweiten diffundierten Schicht 73 auf hohem Potential zu, wie dies in 7B gezeigt ist. Daher wird das Halbleitersubstrat 71 gegenüber der ersten Verdrahtungsschicht 75 durch den Widerstand 77 abgeschirmt. Die Konzentration des elektrischen Feldes, die an der Grenzfläche zwischen dem Halbleitersubstrat 71 und der zweiten diffundierten Schicht 73 auftritt, wenn die erste Verdrahtungsschicht 75 durch die zweite diffundierte Schicht 73 mit unterschiedlichem Potential im Vergleich zu jenem der ersten Verdrahtungsschicht 75 auftritt, kann daher vermieden werden.
  • Eine Abänderung des ersten Beispiels wurde voranstehend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Jedoch wird deutlich, dass das technische Konzept der siebten Ausführungsform bei anderen Ausführungsformen einsetzbar ist. Der Widerstand gemäß der vorliegenden Erfindung kann daher bei allen Anordnungen eingesetzt werden, bei welchen sich eine Verdrahtungsschicht über einer diffundierten Schicht erstreckt, die ein Potential aufweist, das von jener der Verdrahtungsschicht verschieden ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der PN-Übergang oder die Grenzfläche, der bzw. die in dem Halbleitersubstrat ausgebildet wird, in vorteilhafter Weise gegenüber der Verdrahtungsschicht mit hoher Spannung abgeschirmt werden. Da das elektrische Feld gleichmäßig in dem Halbleitersubstrat unter dem Widerstand verteilt wird, kann daher die Durchbruchsspannung des Halbleiterelements erhöht werden, ohne das elektrische Feld zu konzentrieren, selbst wenn die Verdrahtungsschicht auf hoher Spannung sich über der diffundierten Schicht erstreckt. Weiterhin wird der Widerstand nicht durch Verunreinigungsionen in dem Isolierfilm beeinflußt, da die Potentiale des Widerstands nicht durch das elektrische Kriechfeld von dem Halbleitersubstrat festgelegt werden, sondern durch die diffundierten Schichten festgelegt werden. Ein kompliziertes, optimiertes Design ist zur Ausbildung des Widerstands nicht erforderlich. Wenn der Widerstand nicht nur durch Polysilizium, sondern auch durch mehrere Dioden gebildet wird, kann der Widerstandswert des Widerstands stark erhöht werden.

Claims (10)

  1. Laterale integrierte Leistungshalbleiterschaltungseinrichtung, die als ein DMOSFET ausgebildet ist, und aufweist: a) ein Halbleitersubstrat (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps (N), b) einen ersten Halbleiterbereich (12) des ersten Leitfähigkeitstyps, der in dem Halbleitersubstrat (11) vorgesehen ist, c) einen zweiten Halbleiterbereich (13) eines zweiten Leitfähigkeitstyps (P), der in dem Halbleitersubstrat (11) beabstandet von dem ersten Halbleiterbereich (12) vorgesehen ist, d) einen dritten Halbleiterbereich (41) des ersten Leitfähigkeitstyps (N), der in dem zweiten Halbleiterbereich (13) vorgesehen ist, e) einen Isolierfilm (13), der auf dem Halbleitersubstrat (11) vorgesehen ist, und zumindest teilweise den ersten und zweiten Halbleiterbereich (12, 13) abdeckt, f) eine Verdrahtungsschicht (15), die auf dem Isolierfilm (14) vorgesehen ist, mit dem ersten Halbleiterbereich (12) verbunden ist, und sich oberhalb des zweiten Halbleiterbereichs (13) erstreckt, und g) einen Filmwiderstand (17) der in dem Isolierfilm (14) vorgesehen ist, wobei der Filmwiderstand (17) ein erstes Ende aufweist, das mit dem ersten Halbleiterbereich (12) verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, welches den zweiten Halbleiterbereich (13) überlagert, und als die Gateelektrode (17') des DMOSFET dient, h) wobei der Filmwiderstand (17) oberhalb des Halbleitersubstrats (11) angeordnet ist, und von der Verdrahtungsschicht (15) zumindest einmal überquert wird.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filmwiderstand (17) eine zur Erhöhung des Widerstands des Filmwiderstands ausreichende Länge aufweist, so dass der durch ihn hindurchfließende Kriechstrom klein ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Filmwiderstand (17) ein mäanderförmiger Streifen ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Filmwiderstand (17) eine wellenförmige Struktur aufweist.
  5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filmwiderstand (17) oberhalb des Halbleitersubstrats (11) so angeordnet ist, dass er sich mit dem ersten und zweiten Halbleiterbereich (12, 13) überlappt.
  6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Filmwiderstand (17) zickzackförmig von der Verdrahtungsschicht (15) gekreuzt wird.
  7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Filmwiderstand (17) eine wirbelförmige Struktur aufweist.
  8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filmwiderstand (17a) mehrere Dioden (30a, 30b) aus Polysilizium aufweist.
  9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dioden (30a, 30b) Bereiche (31) des P-Typs und Bereiche (32) des N-Typs aufweisen, die abwechselnd in Reihe geschaltet sind, so dass die Dioden abwechselnd in Vorwärtsrichtung und Rückwärtsrichtung angeschlossen sind.
  10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Halbleiterbereich (41) der Bereich der Source (S) des DMOSFET ist.
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