JPH0349257A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0349257A
JPH0349257A JP1185136A JP18513689A JPH0349257A JP H0349257 A JPH0349257 A JP H0349257A JP 1185136 A JP1185136 A JP 1185136A JP 18513689 A JP18513689 A JP 18513689A JP H0349257 A JPH0349257 A JP H0349257A
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JP
Japan
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region
substrate
semiconductor layer
voltage
semiconductor device
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JP1185136A
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English (en)
Inventor
Toshiaki Shinohara
俊朗 篠原
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

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) この発明は、電源ツェナーダイオードを備えたLSI等
の半導体装置に関する。
(従来の技術) 従来、LSI等の半導体装置としては、第6図に示すよ
うなものがある。この図は、■エレクトロニクスダイジ
ェスト社発行rMO3/LS I設計と応用J  (1
976,11,20第1刷発行)P86の図3.18を
引用したものであり、図aの断面図に示すように、N形
基板l中にP°型型数散層2N゛゛拡散N3を順次形成
して人力保護ダイオード4を形成している。この人力保
護ダイオード4のツェナ電圧は、P゛型型数散層2N゛
型型数散層3おける不純物の濃度プロファイルによって
決められるため、このプロファイルを調整して所望のツ
ェナ電圧を得ることができる。
この構成を電源ツェナに適用したものが第7図である0
図では、基板上に形成されたCMO3回路6の電源電圧
Vl+6+ vss間に電源ツェナダイオード5が形成
されている。このツェナダイオード5のツェナ電圧は、
電源電圧V@I+ vssにサージノイズ等の異常変動
が発生した場合にCMO3回路6を保護できる値に設定
されている。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、半導体装置上にこのような構成で電源ツ
ェナーダイオードを形成したため、大きな電源サージに
耐えようとすると、ダイオードを形成するチップ面積を
増大させなければならず、コストアンプを招いてしまう
問題があった。
また、チップ面積を小さくおさえるために電源ツェナを
外付けにすることもあるが、その場合も部品点数が増加
し同様にコストアップになる問題があった。
(発明の目的) この発明は、このような従来の問題点を解消するために
なされたもので、その目的とするところは、チップ面積
を増大させることのない電源ツェナーダイオードを備え
た半導体装置を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するために、この発明は、一方の主面に
第1または第2導電性の半導体層が形成された第1導電
性の半導体基板を、ガードリング、MOS F ET等
を形成するため複数の領域に区分し、それぞれの領域ご
とに、または少なくともガードリング領域に、上記第1
または第24電性の半導体層が形成された半導体層に、
この半導体層と異なる導電性の不純物拡散領域を形成し
た半導体装置において、 それぞれの領域、またはガードリング領域に形成された
上記不純物拡散領域または上記半導体層の底面に、上記
半導体装置の常用動作電圧より高く、かつ上記半導体装
置を構成する各素子の耐圧よりも低く逆方向降伏電圧が
設定されたPN接合ダイオードを形成したことを特徴と
する。
(作 用) この発明の半導体装置は、ガードリング、MOSFET
等を形成するため複数の領域に区分された半導体基板の
、それぞれの領域または少なくともガードリング領域に
形成された不純物拡散領域または半導体層の底面に、P
N接合ダイオードを形成し、このダイオードを電源ツェ
ナーダイオードとして用いることにより、基板平面上に
電源ツェナーダイオードを形成するための別エリアが不
用になる。
(実施例) 第1図は、この発明にかかる半導体装置の第1実施例を
示し、第1図aはその平面図である。この実施例は図a
に示されるように、半導体チップ10の外周位置にI1
0領域11、ガードリング領域12等が配置されている
第1図すは、図aのB−B線上の断面を示し、N′基板
13の上面に高濃度にリン、砒素、またはアンチモン等
のN型不純物がドープされてNエピタキシャル層14が
形成されている。
さらにこのNエピタキシャル層14が形成されたN°°
板13に、例えばポロン等のイオン注入および熱拡散等
の方法により、Pウェル領域15が形成され、さらにこ
のPウェル領域15上には、P″領域16とN′領域1
7が形成されている。
次いで、これらの上面に、ポリシリコン薄膜等によりゲ
ート電極18が形成されている。このようにして、MO
3FET領域19、およびガードリング領域12が形成
される。なお、ここでは簡華に説明するためPウェル領
域内のひとつのMOSFETで行う。
また、ここでPウェル領域15の不純物プロファイルと
、N′基板13からの不純物の上方拡散プロファイルと
が、Nエピタキシャル層14の不鈍物プロファイルが隠
れる程度以上に接触し、その結果、形成されるPN接合
ダイオードの逆方向降伏電圧が常用動作電圧より大きく
、かつ半導体素子の耐圧より小さく設定されている。こ
こで設定されている電圧としては、例えば自動車用バッ
テリー電圧駆動の場合、■6〜18ボルト程度となる。
第1図Cは、図すのc−cyIA上の濃度のプロファイ
ルを示したものであり、Pウェル領域の濃度プロファイ
ルと、N°基板から上方拡散プロファイルが接触してい
る点が特徴である。
このように構成した第1の実施例は、電源ツェナーダイ
オードをPウェル領域I5の下面に形成したため、半導
体チップlOの平面上において、電源ツェナーダイオー
ド用に占有されるエリアがなくなり、チップ面積を小型
にすることができる。
また、この実施例の場合は、製造の際、比較的簡単な工
程により低コストに製造することができる利点がある。
次に、第2図により第2の実施例を説明する。
この実施例は、図aに示すように、N″基板I3と、P
ウェル領域】5の間に埋込P*領領域5を形成し、Pウ
ェル領域15の濃度プロファイルを、内蔵電源ツェナの
逆方向降伏電圧の制御21と独立して設定できるように
したものである。
それにより、内a電源ツェナの能力を確保したまま図す
に示すようにPウェル領域15の不純物濃度を低めに設
定でき、Pウェル領域15内に形成されるNMO3FE
Tにおける闇値電圧制御の自由度が上がり、また闇値電
圧のばらつきが小さくなってLSIの性能が向上する。
次に、第3図により第3の実施例を説明する。
この実施例は、図aに示すようにガードリング領域12
の底面にのみ埋込P*領領域5を形成しタモノテ、MO
3FETSJI域] 9f7)B−8断面とカードリン
グ領域12のC−C線断面の不純物濃度プロファイルは
、それぞれ第3図す、cに示すようになっている。
すなわち、MOS F ET領域19では、図すに示す
ように、PウェルjffMt15のプロファイルとN′
基板13からの上方拡散プロファイルは接触しておらず
、中間にNエピタキシャル層14が残っているのに対し
、ガードリング領域12では、埋込P11fII域25
がPウェル領域15下部に形成されているため、図Cに
示すように、Nエピタキシャル層14は隠れ、N°基板
13の上方拡散プロファイルと埋込P*領領域5とで、
PNダイオードを形成している。
なお、この実施例では、ガードリング領域12における
Pウェル領域15の下部に埋込P中領域25を形成して
いるが、ガードリング領域12のPウェル領域15と、
MOS F ET領域19のPウェル領域15を別個に
形成して、ガードリング領域12のみを第1図Cに示す
プロファイルにすることもできる。
この実施例は、ガードリング領域12のみに電源ツェナ
ーダイオードが形成されており、MO3FET領域19
のPウェル領域15にはサージ電流が流れず、MO3F
ET領域19のPウェルコンタクトの為のP″領域16
が小さくなり、MO3F E T領域19の面積を小さ
くした分、コストダウンが可能になる。同時にラッチア
ップの危険性が小さくなり信転性を向上することができ
る。
次に、第4図により第4の実施例を説明する。
この実施例は、図aに示すようにP形基板33の上に高
濃度の埋込N中領域45、Nエピタキシャル層34を形
成し、Nエピタキシャル層34の中にP形拡散JiJ3
5を、例えばボロンのイオン注入、熱拡散によって形成
した後、Nエピタキシャル層34の中に23M域36、
N′領域37、さらにゲート電極38を形成したもので
ある。これらP′領域36、N0領域37、ゲート電極
38とによりPMO3FET領域39が形成され、また
埋込N中領域45、P形波散層35により、PN接合ダ
イオードが形成される。
この実施例は、Nエピタキシャル層34の中にPMO8
FET9W域39を形成したが、バイポーラ形のトラン
ジスタを形成することもできる。
図aにおけるPN接合ダイオード部のB−8線上の断面
を示したのが図すである。
図に示すように、P形拡散層35と埋込N*領域45の
濃度プロファイルを制御nすることにより、PN接合ダ
イオード部の逆方向降伏電圧が所定の値に設定すること
ができる。
なお、ここで形成するPN接合ダイオードを、埋込N*
領域45とP形基板33の1度プロファイルを制御して
、両者間に形成することも可能である。
この実施例は、半導体素子、例えばPMO3FET領域
39が接地されたP形拡散層35に島状に分離されてい
ることにより、同一チップ上にバイポーラ形素子、MO
3素子の何れでも容易に形成することができる利点があ
る。
次に、第3の実施例についての製造方法を第5図により
説明する。
図aでは、最初に高濃度のN′基板13にボロン拡散等
により埋込P**領域5を形成する。
次いで、図すでは、エピタキシャル成長により、例えば
10Ω・国程度のNエピタキシャル層14を形成する。
なお、埋込P$*領域5の形成方法として、N。
基+&13上に、Nエピタキシャル層14を形成した後
、ボロンの高エネルギーイオン注入、およびアニールに
より、深部に拡散領域を形成させることもできる。
さらに、図Cでは、ボロンのイオン注入、熱拡散等の方
法を用いてPウェル頭載15を形成する。
このときのPウェル領域15の深さは、埋込P中領域2
5と接触する程度とする。
ここで図dに示すように、通常のIC製造工程により、
P′頭域16、N′頭域17、ゲート電極18が形成さ
れて、第3の実施例に示したIcチップが形成される。
(発明の効果) この発明は上記のように、LSIチップ等の半導体装置
にモノリシックに形成する電源ツェナーダイオードを、
高濃度導体基板における不純物上方拡散と、ウェル領域
底部の高濃度領域とのプロファイルコントロールにより
、逆方向降伏電圧を制御する構成としたため、チップ面
積を増大させずに、大容量の電源ツェナーダイオードを
1、SIチップに内蔵可能となり、LSIチップ等の半
導体装置のコストダウンと信顛性の向上が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明にかかる半導体装置の第1実施例を示
し、図aはその平面図、図すは断面図、図Cは4度プロ
ファイルを示す図、第2図は同じく第2実施例を示し、
図aはその断面図、図すは4度プロファイルを示す図、
第3図は第3実施例を示し、図aはその断面図、図b、
図Cは濃度プロファイルを示す図、第4図は第4実施例
を示し、図aはその断面図、図すは濃度プロファイルを
示す図、第5図は第3実施例の製造過程を示す断面図、
第6図は従来例を示す断面図、第7図は従来例を示す回
路図である。 lO・・・・・・半導体チップ +1・・・・・・110領域 12・・・・・・ガードリング領域 I3・・・・・・N°暴仮 14・・・・・・Nエピタキシャル層 5・・・・・・Pウェル領域 6・・・・・・P′領領 域・・・・・・N″領 域・・・・・・ゲート電極 9・・・・・・MO3FET領域 5・・・・・・埋込P中領域 3・・・・・・P形基板 4・・・・・・Nエピタキシャル層 5・・−・・・P膨拡散層 6・・・・・・P”SII域 7・・・・・・N′領領 域・・・・・・ゲート電極 9・・・・・・PMO5FET領域 5・・・・・・埋込N中領域

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、一方の主面に第1または第2導電性の半導体層が形
    成された第1導電性の半導体基板を、ガードリング、M
    OSFET等を形成するため複数の領域に区分し、それ
    ぞれの領域ごとに、上記第1または第2導電性の半導体
    層が形成された半導体層に、この半導体層と異なる導電
    性の不純物拡散領域を形成した半導体装置において、 それぞれの領域に形成された上記不純物拡散領域または
    上記半導体層の底面に、上記半導体装置の常用動作電圧
    より高く、かつ上記半導体装置を構成する各素子の耐圧
    よりも低く逆方向降伏電圧が設定されたPN接合ダイオ
    ードを形成したことを特徴とする半導体装置。 2、一方の主面に第1または第2導電性の半導体層が形
    成された第1導電性の半導体基板を、ガードリング、M
    OSFET等を形成するため複数の領域に区分し、上記
    第1または第2導電性の半導体層が形成された半導体層
    の少なくともガードリング領域に、この半導体層と異な
    る導電性の不純物拡散領域を形成した半導体装置におい
    て、 ガードリング領域に形成された上記不純物拡散領域また
    は上記半導体層の底面に、上記半導体装置の常用動作電
    圧より高く、かつ上記半導体装置を構成する各素子の耐
    圧よりも低く逆方向降伏電圧が設定されたPN接合ダイ
    オードを形成したことを特徴とする半導体装置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6191455B1 (en) 1997-03-12 2001-02-20 Nec Corporation Semi-conductor device protected by electrostatic protection device from electrostatic discharge damage
US6791161B2 (en) 2002-04-08 2004-09-14 Fabtech, Inc. Precision Zener diodes
US7405913B2 (en) 2003-04-11 2008-07-29 Fuji Electric Device Technology Co. Semiconductor device having transistor with high electro-static discharge capability and high noise capability
JP2014132676A (ja) * 2014-02-24 2014-07-17 Renesas Electronics Corp 半導体装置
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