半导体装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有温度传感器二极管的半导体装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002]在IGBT (绝缘栅极型双极晶体管)和MOSFET (M0S栅极型场效应晶体管)等半导体装置中，有在半导体芯片上形成温度检测用的二极管(以下称作温度传感器二极管)的
τ?: 口广PR ο
[0003]图18是表示现有的温度传感器二极管500的概略结构的图((a)是主要部分平面图，(b)是表示沿着(a)的II1-1II线的截面构造的截面图)。在图18(a)中也示出了电流路径。
[0004]现有的温度传感器二极管500在形成有MOSFET等半导体元件的硅基板51上形成氧化硅膜57，在沉积于该氧化硅膜57上的多晶硅(多晶硅)层58上，通过杂质掺杂而形成η型区域(阴极区域)64和ρ型区域(阳极区域)65。该温度传感器二极管500利用正向压降Vf的温度特性检测半导体芯片的温度。pn结的界面73配置在形成于层间绝缘膜66的第一接触孔68的第一接触孔端68a与第二接触孔69的第二接触孔端69a之间的中央。SP，pn结的界面73位于被第一接触孔68与第二接触孔69夹着的层间绝缘膜66a的中央。
[0005]当一定的电流I (mA以下的电流)流过温度传感器二极管500时，在温度传感器二极管500的阳极-阴极之间产生正向压降Vf。该正向压降Vf具有温度上升就下降的特性。温度传感器二极管500是利用该特性进行温度检测的元件。
[0006]图19是表示现有的温度传感器二极管500的正向压降Vf与温度T的关系的图。如果将温度T从25°C上升至150°C，则Vf降低20%?30%左右。另外，如果Vf存在偏差，则相对于检测设定的正向压降Vfo，检测温度Ts产生偏差。
[0007]温度传感器二极管500的Vf是流过电流I时在pn结的界面73产生的电压Vpn和由将pn各区域64、65的寄生电阻Rp、Rn相加而得到的寄生电阻Rpn产生的电压(IXRpn)之和。Vpn依赖于pn结的界面73的内置电位。如果用公式表示Vf，则Vf = Vpn+I XRpn。
[0008]一般来讲，用于形成温度传感器二极管500的η型区域64、ρ型区域65的离子注入与形成半导体元件的离子注入工艺并用。因此，离子注入量和注入能量、活性化热处理等受到形成半导体元件的工艺条件的限制，因此难以单独地进行温度传感器二极管500的杂质分布的控制。另外，在向多晶硅层58的离子注入中，因沟流现象(因向单结晶的离子注入，射程变长的现象)，所注入的杂质离子穿过多晶硅层58，滞留在多晶硅层58的杂质离子的量产生偏差。如果将滞留在多晶硅层58的杂质离子的量作为剂量，则存在所注入的杂质离子的剂量产生偏差，上述的寄生电阻Rpn的偏差增大的倾向。
[0009]而且，在注入剂量比用于预先形成ρ型区域65的ρ型杂质离子的剂量高的η型杂质离子而形成η型区域64的情况下，η型杂质离子补偿ρ型杂质离子，进一步转换成η型而形成η型区域64。因此，η型区域64的形成依赖于ρ型杂质离子的剂量和η型杂质离子的剂量这两者，所以与Ρ型区域65的方块电阻Rsp相比，η型区域64的方块电阻Rsn的偏差增大。另外，像这样通过杂质离子的相互补偿而形成的η型区域64的载流子散射增大，与ρ型区域的方块电阻Rsp相比增大。该Rsn、Rsp构成上述的寄生电阻Rpn，用下式表示。
[0010]Rpn = RsnX (Ln/ff) +Rsp X (Lp/ff)
[0011]其中，Ln是n型区域64的电流路径的长度，Lp是ρ型区域65的电流路径的长度，W是η型区域64、ρ型区域65的宽度，Ln = Lp, Ln+Lp = Lo。
[0012]另外，在专利文献1中记载有以下内容:在由多晶硅形成的温度传感器二极管中，使隔着构成温度传感器二极管的P型区域和η型区域的正下方的绝缘层与基板之间形成的各个电容(capacitance)实际上为相同大小，由此相对于外界噪音能够抑制误动作。
[0013]另外，在专利文献2中记载有以下内容:温度传感器二极管由在平面方向上排列P+层/P层/η +层而成的3层构造形成。
[0014]另外，在专利文献3中记载有:温度传感器二极管的ρ型扩散层和η型扩散层垂直地穿过多晶硅而形成的构造(扩散层到达多晶硅背面的构造)。
[0015]另外，在专利文献4中记载有以下内容:在利用雪崩电压的温度变化的温度传感器二极管中，为了获得表示急剧上升的雪崩电压，温度传感器二极管的Ρ型区域和η型区域中的至少一个区域通过导入5X1014/cm2以下剂量的杂质离子而形成。
[0016]专利文献
[0017]专利文献1:日本专利第4620889号公报
[0018]专利文献2:日本特开2002-190575号公报
[0019]专利文献3:日本特开平7-153920号公报
[0020]专利文献4:日本特开平6-117942号公报
【发明内容】
[0021]发明要解决的问题
[0022]图18所示的温度传感器二极管500的寄生电阻Rpn能够表示为以下电阻:通过阳极电极72、阴极电极71与多晶硅层58的接触而产生的接触电阻Rcp、Rcn与形成于多晶硅层的P型区域65、η型区域64的各个电阻Rp、Rn的串联电阻。
[0023]用公式来表示，则Rpn = Rcp+Rp+Rcn+Rn。
[0024]通过增大电极与多晶硅层的接触面积(接触孔面积)，Rcp、Ren接近0。此处，以接触面积大的温度传感器二极管为对象，因此使得Rcp、Rcn = 0来进行处理。因此，Rpn =Rp+Rn0
[0025]另外，设η型区域64、p型区域65的方块电阻分别为Rsn、Rsp，流过电流时的η型区域64、ρ型区域65中的电流路径的长度分别为Ln、Lp，电流路径的宽度均为W。另外，在现有构造中，按照Ln = Lp进行设计，Ln、Lp的制造误差是±5%左右。下面，对Rpn进行说明。
[0026]Rpn = Rsp (Lp/ff) +Rsn (Ln/ff) = (Rsp+Rsn) XLn/W。
[0027]但是，Lp+Ln是根据芯片设计上的设计规则而最优化后的固定的长度(=Lo)。此处，Lo是第一接触孔端68a与第二接触孔端69a之间的距离(=层间绝缘膜66a端的距离)，电流路径Ln、Lp分别是从第一接触孔端68a、第二接触孔端69a至pn结的界面73的距离。实际上，距第一接触孔端68a、第二接触孔端69a几μ m左右，电流流入阴极电极21一侧、阳极电极22 —侧，但是其比例较小，因此此处所有的电流I经由第一接触孔端18a、第二接触孔端19a流动。
[0028]根据工艺条件，例如在Rsn的值及偏差比Rsp的值及偏差大的情况下，Rpn的值及偏差由Rsn的值及偏差影响，成为较大的值。S卩，根据工艺条件，如果Rpn的值及其偏差增大，则Vf的温度检测受Rpn的影响，产生其精度下降的情况。
[0029]另外，在专利文献1?4中并没有阐述在利用Vf的温度依存性的温度传感器二极管中构成温度传感器二极管的P型区域及η型区域的长度与方块电阻的关系，没有记载提高温度检测精度的内容。
[0030]本发明的目的在于解决上述问题，提供一种能够提高利用Vf的温度依存性的温度传感器二极管的温度检测精度的半导体装置及其制造方法。
[0031]用于解决问题的方法
[0032]为了实现上述目的，本发明的一个方式涉及的半导体器件，其包括:设置于绝缘膜上的、由第一导电型的薄膜半导体层构成的阴极区域；在绝缘膜上以与阴极区域构成pn结的方式设置的、由第二导电型的薄膜半导体层构成的阳极区域；覆盖阴极区域和阳极区域的层间绝缘膜；设置于层间绝缘膜上的、经由贯穿层间绝缘膜的第一接触孔与阴极区域连接的阴极电极；和设置于层间绝缘膜上的、经由贯穿层间绝缘膜的第二接触孔与阳极区域连接的阳极电极，从靠近pn结的界面一侧的第一接触孔的端部至界面的电流路径的长度和从靠近界面一侧的第二接触孔的端部至界面的电流路径的长度中的、阴极区域和阳极区域中方块电阻较大的区域的电流路径的长度较短。
[0033]另外，本发明的一个方式涉及的半导体器件的制造方法，其包括:向设置于绝缘膜上的薄膜半导体层注入第一杂质离子的步骤；向注入了第一杂质离子的薄膜半导体层的一部分注入第二杂质离子的步骤；激活第一杂质离子和第二杂质离子，在注入了第一杂质离子的区域形成阳极区域，在注入了第二杂质离子的区域形成与阳极区域构成pn结的阴极区域的步骤；形成覆盖薄膜半导体层的层间绝缘膜的步骤；和形成贯穿层间绝缘膜而使阴极区域的一部分露出的第一接触孔和贯穿层间绝缘膜而使阳极区域的一部分露出的步骤，设从靠近pn结的界面一侧的第一接触孔的端部至界面的电流路径的长度为Lnx、从靠近界面一侧的端部至界面的电流路径的长度为Lpx时，0.1 < (Lnx/Lpx) < 0.9。
[0034]发明效果
[0035]根据本发明，能够提高温度传感器二极管的温度检测精度。
【附图说明】
[0036]图1是表示本发明的第一实施方式涉及的半导体装置的概略结构的图((a)是主要部分