JP2000114266A - 高耐圧ダイオードとその製造方法 - Google Patents
高耐圧ダイオードとその製造方法Info
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Abstract
ジスタより耐圧の低い高耐圧ダイオードを形成し、以
て、高圧トランジスタを確実に保護することを可能にし
た高耐圧ダイオードを提供する。 【解決手段】 一導電型の半導体基板1上に形成した他
導電型の第一領域2と、前記第一領域2の表面に形成し
た高濃度の他導電型の第二領域5と、前記第一領域2に
隣接して形成した一導電型の第三領域3と、前記第三領
域3の表面に形成した高濃度の一導電型の第四領域4
と、第一領域2と第三領域3とにまたがり、基板表面上
にゲート酸化膜を介して設けたゲート電極7と、このゲ
ート電極7が第四領域4と電気的に接続したことを特徴
とする。
Description
とその製造方法に係わり、特に、高圧トランジスタを保
護するのに好適な高耐圧ダイオード、即ち、プラズマデ
ィスプレイパネルのドライバーICの保護用に用いられ
る耐圧60V〜300Vの高耐圧ダイオード、電源用I
C用の保護用に用いられる耐圧200V〜1000Vの
保護用ダイオードとして用いられる高耐圧ダイオードと
その製造方法に関する。
体基板上に作成した150Vダイオードを例に説明す
る。この高耐圧ダイオードは、1×1014atoms/
cm3 のP型サブストレート基板31上にカソードとし
て作用する表面濃度が1×1016atoms/cm 3 で
拡散層深さが15μmほどのN型拡散層32を形成し、
その表面上にアノードとなる高濃度P型拡散層34、カ
ソードとなる高濃度N型拡散層35を15μm程度離し
て形成する。アノードの高濃度P型拡散層34の周りに
は電界を緩和するため、低濃度P型拡散層33を形成す
る構造となっていた。
したカソード電極、39は高濃度P型拡散層34上に形
成したアノード電極、36はフィールド絶縁膜である。
しかし、上記した高耐圧ダイオードは、高圧トランジス
タを保護するためのダイオードとして使用する際には、
ダイオードの耐圧をトランジスタの耐圧よりも低く設定
する必要があるため、耐圧が決定しているN型拡散層3
2の濃度を調整する必要がある。このため、高圧トラン
ジスタ保護用の前記高圧ダイオードを同一チップ上に形
成する場合、濃度の異なる高耐圧ダイオード用のN型拡
散層32とトランジスタ用のN型拡散層とを別々にしな
ければならないという問題があり、その結果工程数が増
加し、コストアップとなっていた。
ジスタのゲート電極47とソース電極49とをショート
して、高圧トランジスタを保護ダイオードとして使用す
る例である。同図において、42はP型サブストレート
基板41に形成されたN型拡散層、43はN型拡散層4
2に隣接して形成された低濃度P型拡散層、44は低濃
度P型拡散層43の表面に形成した高濃度P型拡散層、
50は低濃度P型拡散層43の表面に形成した高濃度N
型拡散層、45はN型拡散層42の表面に形成した高濃
度N型拡散層、47は低濃度P型拡散層43とN型拡散
層42にまたがり形成され、且つ、高濃度N型拡散層5
0に電気的に接続し、ゲート酸化膜を介して形成したゲ
ート電極、48は高濃度N型拡散層45上に形成したド
レイン電極、49は高濃度P型拡散層44と高濃度N型
拡散層50上に形成したソース電極、46はフィールド
酸化膜である。
ランジスタと保護するダイオードの耐圧が等しくなるた
め、サージ等の電流をダイオードを通して逃がすのでは
なく、保護するトランジスタと保護用ダイオードとにサ
ージ等の電流を並行して流すことで、トランジスタへ流
れるサージ電流を減らしてサージに対する破壊耐量を向
上させるものである。
要となり、チップコストが増大していた。また、図3
(b)のダイオードでは、アノード−カソード間にN型
拡散層42、P型拡散層43、N型拡散層50で構成さ
れる寄生NPNトランジスタが形成される。このため、
このダイオードのブレークダウン後の耐電流は、寄生す
るNPNトランジスタがオンすると電流が集中し破壊す
るため、P−N接合だけのダイオードより弱いという欠
点があった。
した従来技術の欠点を改良し、特に、工程を追加しない
で保護する高耐圧トランジスタより耐圧の低い高耐圧ダ
イオードを形成し、以て、高圧トランジスタを確実に保
護することを可能にした新規な高耐圧ダイオードとその
製造方法を提供するものである。
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。即ち、本発明に係わる高
耐圧ダイオードの第1態様は、一導電型の半導体基板上
に形成した他導電型の第一領域と、前記第一領域の表面
に形成した高濃度の他導電型の第二領域と、この第二領
域上に形成されるカソード電極と、前記第一領域に隣接
して形成した一導電型の第三領域と、前記第三領域の表
面に形成した高濃度の一導電型の第四領域と、この第四
領域上に形成されたアノード電極と、前記第一領域と第
三領域とにまたがり、前記基板表面上にゲート酸化膜を
介して設けたゲート電極と、このゲート電極が第四領域
と電気的に接続したことを特徴とするものであり、又、
第2態様は、一導電型の半導体基板上に形成した他導電
型の第一領域と、前記第一領域の表面に形成した高濃度
の他導電型の第二領域と、前記第二領域に形成したドレ
イン電極と、前記第一領域に隣接して形成した一導電型
の第三領域と、前記第三領域の表面に形成した高濃度の
一導電型の第四領域と、前記第三領域の表面に形成した
高濃度の他導電型の第五領域と、少なくとも前記第五領
域上に形成したソース電極と、前記第一領域と第三領域
とにまたがり、前記基板表面上にゲート酸化膜を介して
ゲート電極を設けると共に、上記ゲート電極が前記第五
領域と電気的に接続された高圧トランジスタを保護する
高耐圧ダイオードにおいて、前記半導体基板上に前記高
圧トランジスタの第一領域と同時に形成した高耐圧ダイ
オードの他導電型の第一領域と、前記高圧トランジスタ
の第三領域と同時に形成され、且つ、前記高耐圧ダイオ
ードの第一領域に隣接して形成される第三領域と、前記
高圧トランジスタの第二領域と同時に形成され、且つ、
前記高耐圧ダイオードの第一領域内に形成される高濃度
の他導電型の第二領域と、この第二領域上に形成される
カソード電極と、前記高圧トランジスタの第四領域と同
時に形成され、且つ、前記高耐圧ダイオードの第三領域
内に形成される高濃度の一導電型の第四領域と、この第
四領域上に形成されたアノード電極とで構成したことを
特徴とするものであり、又、第3態様は、前記高耐圧ダ
イオードの第一領域のエッジから第二領域迄の長さは、
前記高圧トランジスタの第一領域のエッジから第二領域
迄の長さよりも小であることを特徴とするものであり、
又、第4態様は、前記高耐圧ダイオードをSOI基板上
に形成したことを特徴とするものである。
造方法の第1態様は、一導電型の半導体基板上に形成し
た他導電型の第一領域と、前記第一領域の表面に形成し
た高濃度の他導電型の第二領域と、この第二領域上に形
成されるカソード電極と、前記第一領域に隣接して形成
した一導電型の第三領域と、前記第三領域の表面に形成
した高濃度の一導電型の第四領域と、この第四領域上に
形成されたアノード電極と、第一領域と第三領域とにま
たがり、前記基板表面上にゲート酸化膜を介して設けた
ゲート電極と、このゲート電極が第四領域と電気的に接
続された高耐圧ダイオードであって、前記第一領域のエ
ッジから第二領域迄の長さを所定の長さにすることで耐
圧を調整することを特徴とするものであり、又、第2態
様は、一導電型の半導体基板上に形成した他導電型の第
一領域と、前記第一領域の表面に形成した高濃度の他導
電型の第二領域と、前記第二領域上に形成したドレイン
電極と、前記第一領域に隣接して形成した一導電型の第
三領域と、前記第三領域の表面に形成した高濃度の一導
電型の第四領域と、前記第三領域の表面に形成した高濃
度の他導電型の第五領域と、少なくとも前記第五領域上
に形成したソース電極と、前記第一領域と第三領域とに
またがり、前記基板表面上にゲート酸化膜を介してゲー
ト電極を設けると共に、上記ゲート電極が前記第五領域
と電気的に接続された高耐圧ダイオードの製造方法にお
いて、前記高耐圧ダイオードは、前記一導電型の半導体
基板上に形成した他導電型の第一領域と、前記第一領域
の表面に形成した高濃度の他導電型の第二領域と、この
第二領域上に形成されるカソード電極と、前記第一領域
に隣接して形成した一導電型の第三領域と、前記第三領
域の表面に形成した高濃度の一導電型の第四領域と、こ
の第四領域上に形成されたアノード電極と、前記第一領
域と第三領域とにまたがり、前記基板表面上にゲート酸
化膜を介して設けたゲート電極とからなり、このゲート
電極が第四領域と電気的に接続されたものであり、且
つ、前記高圧トランジスタの第一領域と高耐圧ダイオー
ドの第一領域、前記高圧トランジスタの第三領域と高耐
圧ダイオードの第三領域、前記高圧トランジスタの第二
領域と高耐圧ダイオードの第二領域とは、夫々同時に形
成されることを特徴とするものであり、又、第3態様
は、前記高耐圧ダイオードをSOI基板上に形成したこ
とを特徴とするものである。
は、一導電型の半導体基板上に形成した他導電型の第一
領域と、前記第一領域の表面に形成した高濃度の他導電
型の第二領域と、この第二領域上に形成されるカソード
電極と、前記第一領域に隣接して形成した一導電型の第
三領域と、前記第三領域の表面に形成した高濃度の一導
電型の第四領域と、この第四領域上に形成されたアノー
ド電極と、前記第一領域と第三領域とにまたがり、前記
基板表面上にゲート酸化膜を介して設けたゲート電極
と、このゲート電極が第四領域と電気的に接続したこと
を特徴とするものである。
は、前記第一領域のエッジから第二領域迄の長さを所定
の長さにすることで耐圧を調整することが出来るから、
保護する高圧トランジスタの耐圧に較べ確実に耐圧を小
さくした高耐圧ダイオードを形成することが出来る。
その製造方法の具体例を図面を参照しながら詳細に説明
する。図1(a)は、本発明に係わる高耐圧ダイオード
の具体例の構造を示す断面図であって、これらの図に
は、一導電型の半導体基板1上に形成した他導電型の第
一領域2と、前記第一領域2の表面に形成した高濃度の
他導電型の第二領域5と、この第二領域5上に形成され
るカソード電極8と、前記第一領域2に隣接して形成し
た一導電型の第三領域3と、前記第三領域3の表面に形
成した高濃度の一導電型の第四領域4と、この第四領域
4上に形成されたアノード電極9と、第一領域2と第三
領域3とにまたがり、前記基板表面上にゲート酸化膜を
介して設けたゲート電極7と、このゲート電極7が第四
領域4と電気的に接続した高耐圧ダイオードが示されて
いる。
1(a)は本発明の高耐圧ダイオードの断面図、図1
(b)は保護する高圧トランジスタの断面図であり、こ
の高耐圧ダイオードと高圧トランジスタとは同一基板上
に同時に形成される。図1(a)において、本発明の高
耐圧ダイオードは、P型サブストレート1上に形成した
N型拡散層2と、前記N型拡散層2の表面に形成した高
濃度のN型拡散層5と、このN型拡散層5上に形成した
カソード電極8と、前記N型拡散層2に隣接して形成し
た低濃度のP型拡散層3と、前記P型拡散層3の表面に
形成した高濃度のP型拡散層4と、ゲートポリシリコン
(ゲート電極)7とからなり、このゲートポリシリコン
は、P型拡散層3とN型拡散層2とにまたがり前記基板
表面1上に設けられ、このポリシリコン7が第四領域4
と電気的に接続した高耐圧ダイオードである。
1(b)に示すように、P型サブストレート1上に形成
され、且つ、高耐圧ダイオードのN型拡散層2と同時に
形成されるN型拡散層12と、N型拡散層12に隣接し
て形成され、且つ、高耐圧ダイオードのP型拡散層3と
同時に形成される低濃度P型拡散層13と、低濃度P型
拡散層13の表面に形成され、且つ、高耐圧ダイオード
の高濃度のP型拡散層4と同時に形成される高濃度P型
拡散層14と、N型拡散層2の表面に形成され、且つ、
高耐圧ダイオードのN型拡散層5と同時に形成されるし
た高濃度N型拡散層15と、低濃度P型拡散層13の表
面に形成され、且つ、高濃度N型拡散層15と同時に形
成される高濃度N型拡散層20と、低濃度P型拡散層1
3とN型拡散層12にまたがり形成され、且つ、高濃度
N型拡散層20に電気的に接続し、高耐圧ダイオードの
ゲート電極7と同時にゲート酸化膜上に形成されるゲー
ト電極17と、高濃度N型拡散層15上に形成され、且
つ、高耐圧ダイオードのカソード電極8と同時に形成さ
れるドレイン電極18と、高濃度P型拡散層14と高濃
度N型拡散層20上に形成され、且つ、高耐圧ダイオー
ドのアノード電極9と同時に形成されるソース電極19
と、フィールド酸化膜6とで構成されている。
いて、カソードである高濃度N型拡散層5に電界が印加
されると、電界緩和層として働くN型拡散層2が所定の
耐圧を確保するのに十分な空乏層を伸ばすことができる
濃度であれば、この高耐圧ダイオードの耐圧は、N型拡
散層2のエッジから高濃度N型拡散層5までの距離Xで
決定される。
耐圧は、N型拡散層12のエッジから高濃度N型拡散層
15までの距離Yで決定される。従って、保護しようと
する高圧トランジスタの電界緩和層として働くN型拡散
層12のエッジから高濃度N型拡散層5までの距離Yよ
りも前記距離Xを小さくすれば、高圧トランジスタの耐
圧より本発明のダイオードの耐圧を確実に小さくするこ
とができる。
いで、ダイオードの耐圧を高圧トランジスタの耐圧より
低くすることができる。更に、アノードにはN型拡散層
が存在しないため、寄生NPNトランジスタも形成され
ない。この為、ブレークダウン後、電流集中も起こらな
いから、耐電流も大きいものとなる。図2は上記した高
耐圧ダイオードと高圧トランジスタとをSOI(Sil
ocon on Insulator)基板上に形成し
たものである。
てその説明を省略する。図において、51はSOI基
板、52はSOI基板51の貼り合わせ酸化膜、53は
各素子を分離しているトレンチ分離酸化膜である。図1
の高耐圧ダイオードの場合、アノード電極をGNDレベ
ルとして用いなければならなかったが、この構成の場
合、基板と素子部が電気的に分離しているから、高耐圧
ダイオードの各電極の電位を自由に設定出来る。
2、12内に形成される空乏層の制御性が向上するか
ら、バラツキの少ない高耐圧ダイオードと高圧トランジ
スタとを得ることが出来る。又、本発明の高耐圧ダイオ
ードで、高耐圧IGBTを保護するように構成してもよ
い。
製造方法は、上述のように構成したので、工程を追加す
ることなく、保護する高耐圧のトランジスタより耐圧の
低い高耐圧ダイオードを形成することが出来るから、安
価に製造でき、しかも高圧トランジスタを確実に保護す
ることが出来る。
高圧トランジスタを示す断面図である。
と保護される高圧トランジスタを示す断面図である。
トランジスタを示す断面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 一導電型の半導体基板上に形成した他導
電型の第一領域と、前記第一領域の表面に形成した高濃
度の他導電型の第二領域と、この第二領域上に形成され
るカソード電極と、前記第一領域に隣接して形成した一
導電型の第三領域と、前記第三領域の表面に形成した高
濃度の一導電型の第四領域と、この第四領域上に形成さ
れたアノード電極と、前記第一領域と第三領域とにまた
がり、前記基板表面上にゲート酸化膜を介して設けたゲ
ート電極と、このゲート電極が第四領域と電気的に接続
したことを特徴とする高耐圧ダイオード。 - 【請求項2】 一導電型の半導体基板上に形成した他導
電型の第一領域と、前記第一領域の表面に形成した高濃
度の他導電型の第二領域と、前記第二領域に形成したド
レイン電極と、前記第一領域に隣接して形成した一導電
型の第三領域と、前記第三領域の表面に形成した高濃度
の一導電型の第四領域と、前記第三領域の表面に形成し
た高濃度の他導電型の第五領域と、少なくとも前記第五
領域上に形成したソース電極と、前記第一領域と第三領
域とにまたがり、前記基板表面上にゲート酸化膜を介し
てゲート電極を設けると共に、上記ゲート電極が前記第
五領域と電気的に接続された高圧トランジスタを保護す
る高耐圧ダイオードにおいて、 前記半導体基板上に前記高圧トランジスタの第一領域と
同時に形成した高耐圧ダイオードの他導電型の第一領域
と、前記高圧トランジスタの第三領域と同時に形成さ
れ、且つ、前記高耐圧ダイオードの第一領域に隣接して
形成される第三領域と、前記高圧トランジスタの第二領
域と同時に形成され、且つ、前記高耐圧ダイオードの第
一領域内に形成される高濃度の他導電型の第二領域と、
この第二領域上に形成されるカソード電極と、前記高圧
トランジスタの第四領域と同時に形成され、且つ、前記
高耐圧ダイオードの第三領域内に形成される高濃度の一
導電型の第四領域と、この第四領域上に形成されたアノ
ード電極とで構成したことを特徴とする高耐圧ダイオー
ド。 - 【請求項3】 前記高耐圧ダイオードの第一領域のエッ
ジから第二領域迄の長さは、前記高圧トランジスタの第
一領域のエッジから第二領域迄の長さよりも小であるこ
とを特徴とする請求項2記載の高耐圧ダイオード。 - 【請求項4】 前記高耐圧ダイオードをSOI基板上に
形成したことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記
載の高耐圧ダイオード。 - 【請求項5】 一導電型の半導体基板上に形成した他導
電型の第一領域と、前記第一領域の表面に形成した高濃
度の他導電型の第二領域と、この第二領域上に形成され
るカソード電極と、前記第一領域に隣接して形成した一
導電型の第三領域と、前記第三領域の表面に形成した高
濃度の一導電型の第四領域と、この第四領域上に形成さ
れたアノード電極と、第一領域と第三領域とにまたが
り、前記基板表面上にゲート酸化膜を介して設けたゲー
ト電極と、このゲート電極が第四領域と電気的に接続さ
れた高耐圧ダイオードであって、前記第一領域のエッジ
から第二領域迄の長さを所定の長さにすることで耐圧を
調整することを特徴とする高耐圧ダイオードの製造方
法。 - 【請求項6】 一導電型の半導体基板上に形成した他導
電型の第一領域と、前記第一領域の表面に形成した高濃
度の他導電型の第二領域と、前記第二領域上に形成した
ドレイン電極と、前記第一領域に隣接して形成した一導
電型の第三領域と、前記第三領域の表面に形成した高濃
度の一導電型の第四領域と、前記第三領域の表面に形成
した高濃度の他導電型の第五領域と、少なくとも前記第
五領域上に形成したソース電極と、前記第一領域と第三
領域とにまたがり、前記基板表面上にゲート酸化膜を介
してゲート電極を設けると共に、上記ゲート電極が前記
第五領域と電気的に接続された高耐圧ダイオードの製造
方法において、 前記高耐圧ダイオードは、前記一導電型の半導体基板上
に形成した他導電型の第一領域と、前記第一領域の表面
に形成した高濃度の他導電型の第二領域と、この第二領
域上に形成されるカソード電極と、前記第一領域に隣接
して形成した一導電型の第三領域と、前記第三領域の表
面に形成した高濃度の一導電型の第四領域と、この第四
領域上に形成されたアノード電極と、前記第一領域と第
三領域とにまたがり、前記基板表面上にゲート酸化膜を
介して設けたゲート電極とからなり、このゲート電極が
第四領域と電気的に接続されたものであり、且つ、前記
高圧トランジスタの第一領域と高耐圧ダイオードの第一
領域、前記高圧トランジスタの第三領域と高耐圧ダイオ
ードの第三領域、前記高圧トランジスタの第二領域と高
耐圧ダイオードの第二領域とは、夫々同時に形成される
ことを特徴とする高耐圧ダイオードの製造方法。 - 【請求項7】 前記高耐圧ダイオードをSOI基板上に
形成したことを特徴とする請求項5又は6記載の高耐圧
ダイオードの製造方法。
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