半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有溫度傳感器二極管的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在IGBT (絕緣柵極型雙極晶體管)和MOSFET (M0S柵極型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)等半導(dǎo)體裝置中，有在半導(dǎo)體芯片上形成溫度檢測(cè)用的二極管(以下稱(chēng)作溫度傳感器二極管)的
τ?: 口廣PR ο
[0003]圖18是表示現(xiàn)有的溫度傳感器二極管500的概略結(jié)構(gòu)的圖((a)是主要部分平面圖，(b)是表示沿著(a)的II1-1II線的截面構(gòu)造的截面圖)。在圖18(a)中也示出了電流路徑。
[0004]現(xiàn)有的溫度傳感器二極管500在形成有MOSFET等半導(dǎo)體元件的硅基板51上形成氧化硅膜57，在沉積于該氧化硅膜57上的多晶硅(多晶硅)層58上，通過(guò)雜質(zhì)摻雜而形成η型區(qū)域(陰極區(qū)域)64和ρ型區(qū)域(陽(yáng)極區(qū)域)65。該溫度傳感器二極管500利用正向壓降Vf的溫度特性檢測(cè)半導(dǎo)體芯片的溫度。pn結(jié)的界面73配置在形成于層間絕緣膜66的第一接觸孔68的第一接觸孔端68a與第二接觸孔69的第二接觸孔端69a之間的中央。SP，pn結(jié)的界面73位于被第一接觸孔68與第二接觸孔69夾著的層間絕緣膜66a的中央。
[0005]當(dāng)一定的電流I (mA以下的電流)流過(guò)溫度傳感器二極管500時(shí)，在溫度傳感器二極管500的陽(yáng)極-陰極之間產(chǎn)生正向壓降Vf。該正向壓降Vf具有溫度上升就下降的特性。溫度傳感器二極管500是利用該特性進(jìn)行溫度檢測(cè)的元件。
[0006]圖19是表示現(xiàn)有的溫度傳感器二極管500的正向壓降Vf與溫度T的關(guān)系的圖。如果將溫度T從25°C上升至150°C，則Vf降低20%?30%左右。另外，如果Vf存在偏差，則相對(duì)于檢測(cè)設(shè)定的正向壓降Vfo，檢測(cè)溫度Ts產(chǎn)生偏差。
[0007]溫度傳感器二極管500的Vf是流過(guò)電流I時(shí)在pn結(jié)的界面73產(chǎn)生的電壓Vpn和由將pn各區(qū)域64、65的寄生電阻Rp、Rn相加而得到的寄生電阻Rpn產(chǎn)生的電壓(IXRpn)之和。Vpn依賴于pn結(jié)的界面73的內(nèi)置電位。如果用公式表示Vf，則Vf = Vpn+I XRpn。
[0008]一般來(lái)講，用于形成溫度傳感器二極管500的η型區(qū)域64、ρ型區(qū)域65的離子注入與形成半導(dǎo)體元件的離子注入工藝并用。因此，離子注入量和注入能量、活性化熱處理等受到形成半導(dǎo)體元件的工藝條件的限制，因此難以單獨(dú)地進(jìn)行溫度傳感器二極管500的雜質(zhì)分布的控制。另外，在向多晶硅層58的離子注入中，因溝流現(xiàn)象(因向單結(jié)晶的離子注入，射程變長(zhǎng)的現(xiàn)象)，所注入的雜質(zhì)離子穿過(guò)多晶硅層58，滯留在多晶硅層58的雜質(zhì)離子的量產(chǎn)生偏差。如果將滯留在多晶硅層58的雜質(zhì)離子的量作為劑量，則存在所注入的雜質(zhì)離子的劑量產(chǎn)生偏差，上述的寄生電阻Rpn的偏差增大的傾向。
[0009]而且，在注入劑量比用于預(yù)先形成ρ型區(qū)域65的ρ型雜質(zhì)離子的劑量高的η型雜質(zhì)離子而形成η型區(qū)域64的情況下，η型雜質(zhì)離子補(bǔ)償ρ型雜質(zhì)離子，進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成η型而形成η型區(qū)域64。因此，η型區(qū)域64的形成依賴于ρ型雜質(zhì)離子的劑量和η型雜質(zhì)離子的劑量這兩者，所以與Ρ型區(qū)域65的方塊電阻Rsp相比，η型區(qū)域64的方塊電阻Rsn的偏差增大。另外，像這樣通過(guò)雜質(zhì)離子的相互補(bǔ)償而形成的η型區(qū)域64的載流子散射增大，與ρ型區(qū)域的方塊電阻Rsp相比增大。該Rsn、Rsp構(gòu)成上述的寄生電阻Rpn，用下式表示。
[0010]Rpn = RsnX (Ln/ff) +Rsp X (Lp/ff)
[0011]其中，Ln是n型區(qū)域64的電流路徑的長(zhǎng)度，Lp是ρ型區(qū)域65的電流路徑的長(zhǎng)度，W是η型區(qū)域64、ρ型區(qū)域65的寬度，Ln = Lp, Ln+Lp = Lo。
[0012]另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中記載有以下內(nèi)容:在由多晶硅形成的溫度傳感器二極管中，使隔著構(gòu)成溫度傳感器二極管的P型區(qū)域和η型區(qū)域的正下方的絕緣層與基板之間形成的各個(gè)電容(capacitance)實(shí)際上為相同大小，由此相對(duì)于外界噪音能夠抑制誤動(dòng)作。
[0013]另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載有以下內(nèi)容:溫度傳感器二極管由在平面方向上排列P+層/P層/η +層而成的3層構(gòu)造形成。
[0014]另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中記載有:溫度傳感器二極管的ρ型擴(kuò)散層和η型擴(kuò)散層垂直地穿過(guò)多晶硅而形成的構(gòu)造(擴(kuò)散層到達(dá)多晶硅背面的構(gòu)造)。
[0015]另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)4中記載有以下內(nèi)容:在利用雪崩電壓的溫度變化的溫度傳感器二極管中，為了獲得表示急劇上升的雪崩電壓，溫度傳感器二極管的Ρ型區(qū)域和η型區(qū)域中的至少一個(gè)區(qū)域通過(guò)導(dǎo)入5X1014/cm2以下劑量的雜質(zhì)離子而形成。
[0016]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0017]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利第4620889號(hào)公報(bào)
[0018]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2002-190575號(hào)公報(bào)
[0019]專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)平7-153920號(hào)公報(bào)
[0020]專(zhuān)利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)平6-117942號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0022]圖18所示的溫度傳感器二極管500的寄生電阻Rpn能夠表示為以下電阻:通過(guò)陽(yáng)極電極72、陰極電極71與多晶硅層58的接觸而產(chǎn)生的接觸電阻Rcp、Rcn與形成于多晶硅層的P型區(qū)域65、η型區(qū)域64的各個(gè)電阻Rp、Rn的串聯(lián)電阻。
[0023]用公式來(lái)表示，則Rpn = Rcp+Rp+Rcn+Rn。
[0024]通過(guò)增大電極與多晶硅層的接觸面積(接觸孔面積)，Rcp、Ren接近0。此處，以接觸面積大的溫度傳感器二極管為對(duì)象，因此使得Rcp、Rcn = 0來(lái)進(jìn)行處理。因此，Rpn =Rp+Rn0
[0025]另外，設(shè)η型區(qū)域64、p型區(qū)域65的方塊電阻分別為Rsn、Rsp，流過(guò)電流時(shí)的η型區(qū)域64、ρ型區(qū)域65中的電流路徑的長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)n、Lp，電流路徑的寬度均為W。另外，在現(xiàn)有構(gòu)造中，按照Ln = Lp進(jìn)行設(shè)計(jì)，Ln、Lp的制造誤差是±5%左右。下面，對(duì)Rpn進(jìn)行說(shuō)明。
[0026]Rpn = Rsp (Lp/ff) +Rsn (Ln/ff) = (Rsp+Rsn) XLn/W。
[0027]但是，Lp+Ln是根據(jù)芯片設(shè)計(jì)上的設(shè)計(jì)規(guī)則而最優(yōu)化后的固定的長(zhǎng)度(=Lo)。此處，Lo是第一接觸孔端68a與第二接觸孔端69a之間的距離(=層間絕緣膜66a端的距離)，電流路徑Ln、Lp分別是從第一接觸孔端68a、第二接觸孔端69a至pn結(jié)的界面73的距離。實(shí)際上，距第一接觸孔端68a、第二接觸孔端69a幾μ m左右，電流流入陰極電極21一側(cè)、陽(yáng)極電極22 —側(cè)，但是其比例較小，因此此處所有的電流I經(jīng)由第一接觸孔端18a、第二接觸孔端19a流動(dòng)。
[0028]根據(jù)工藝條件，例如在Rsn的值及偏差比Rsp的值及偏差大的情況下，Rpn的值及偏差由Rsn的值及偏差影響，成為較大的值。S卩，根據(jù)工藝條件，如果Rpn的值及其偏差增大，則Vf的溫度檢測(cè)受Rpn的影響，產(chǎn)生其精度下降的情況。
[0029]另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1?4中并沒(méi)有闡述在利用Vf的溫度依存性的溫度傳感器二極管中構(gòu)成溫度傳感器二極管的P型區(qū)域及η型區(qū)域的長(zhǎng)度與方塊電阻的關(guān)系，沒(méi)有記載提高溫度檢測(cè)精度的內(nèi)容。
[0030]本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題，提供一種能夠提高利用Vf的溫度依存性的溫度傳感器二極管的溫度檢測(cè)精度的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
[0031]用于解決問(wèn)題的方法
[0032]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)方式涉及的半導(dǎo)體器件，其包括:設(shè)置于絕緣膜上的、由第一導(dǎo)電型的薄膜半導(dǎo)體層構(gòu)成的陰極區(qū)域；在絕緣膜上以與陰極區(qū)域構(gòu)成pn結(jié)的方式設(shè)置的、由第二導(dǎo)電型的薄膜半導(dǎo)體層構(gòu)成的陽(yáng)極區(qū)域；覆蓋陰極區(qū)域和陽(yáng)極區(qū)域的層間絕緣膜；設(shè)置于層間絕緣膜上的、經(jīng)由貫穿層間絕緣膜的第一接觸孔與陰極區(qū)域連接的陰極電極；和設(shè)置于層間絕緣膜上的、經(jīng)由貫穿層間絕緣膜的第二接觸孔與陽(yáng)極區(qū)域連接的陽(yáng)極電極，從靠近pn結(jié)的界面一側(cè)的第一接觸孔的端部至界面的電流路徑的長(zhǎng)度和從靠近界面一側(cè)的第二接觸孔的端部至界面的電流路徑的長(zhǎng)度中的、陰極區(qū)域和陽(yáng)極區(qū)域中方塊電阻較大的區(qū)域的電流路徑的長(zhǎng)度較短。
[0033]另外，本發(fā)明的一個(gè)方式涉及的半導(dǎo)體器件的制造方法，其包括:向設(shè)置于絕緣膜上的薄膜半導(dǎo)體層注入第一雜質(zhì)離子的步驟；向注入了第一雜質(zhì)離子的薄膜半導(dǎo)體層的一部分注入第二雜質(zhì)離子的步驟；激活第一雜質(zhì)離子和第二雜質(zhì)離子，在注入了第一雜質(zhì)離子的區(qū)域形成陽(yáng)極區(qū)域，在注入了第二雜質(zhì)離子的區(qū)域形成與陽(yáng)極區(qū)域構(gòu)成pn結(jié)的陰極區(qū)域的步驟；形成覆蓋薄膜半導(dǎo)體層的層間絕緣膜的步驟；和形成貫穿層間絕緣膜而使陰極區(qū)域的一部分露出的第一接觸孔和貫穿層間絕緣膜而使陽(yáng)極區(qū)域的一部分露出的步驟，設(shè)從靠近pn結(jié)的界面一側(cè)的第一接觸孔的端部至界面的電流路徑的長(zhǎng)度為L(zhǎng)nx、從靠近界面一側(cè)的端部至界面的電流路徑的長(zhǎng)度為L(zhǎng)px時(shí)，0.1 < (Lnx/Lpx) < 0.9。
[0034]發(fā)明效果
[0035]根據(jù)本發(fā)明，能夠提高溫度傳感器二極管的溫度檢測(cè)精度。
【附圖說(shuō)明】
[0036]圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖((a)是主要部分