(57)【要約】【課題】小型の半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１において、単結晶シリコンからなる基板２を設け、基板２の表面の素子領域Ａに素子３を形成する。素子３は、半導体装置１の本来の機能を果たす機能素子である。また、基板２上に層間絶縁膜４を形成し、層間絶縁膜４上における保護領域Ｂに多結晶シリコン層５を形成し、多結晶シリコン層５内に素子６を形成する。素子６は素子３を静電気から保護する静電耐圧用保護素子である。更に、層間絶縁膜４上に層間絶縁膜７を形成し、層間絶縁膜７上におけるパッド領域Ｃにパッド８を設ける。そして、保護領域Ｂは素子領域Ａの直上域近傍に設け、パッド領域Ｃは素子領域Ａ及び保護領域Ｂの直上域近傍に設ける。【選択図】図１
2008218818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコンからなる基板と、
前記基板の表面の第１領域に形成された第１の素子と、
前記基板上に形成された第１の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜上における第２領域に形成された多結晶シリコン層と、
前記多結晶シリコン層内に形成された第２の素子と、
前記第１の層間絶縁膜上に前記多結晶シリコン層を覆うように形成された第２の層間絶縁膜と、
前記第２の層間絶縁膜上における第３領域に形成されたパッドと、
を備え、
前記第２領域は、前記第１領域の直上域の少なくとも一部を含む領域であり、前記第３領域は、前記第１領域の直上域であって前記第２領域の直上域である領域の少なくとも一部を含む領域であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の素子は、半導体回路を構成する機能素子であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２の素子は、前記第１の素子を保護する静電耐圧用保護素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２の素子が、ダイオード、トランジスタ又は抵抗であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記多結晶シリコン層が化学気相成長法によって成膜されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に、単結晶シリコン基板を備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体装置においては、その半導体装置の本来の機能を果たす機能素子の他に、この機能素子を静電気から保護する静電耐圧用保護素子が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。そして、この静電耐圧用保護素子の存在が、半導体装置の小型化を阻害している。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２９９４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、小型の半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、単結晶シリコンからなる基板と、前記基板の表面の第１領域に形成された第１の素子と、前記基板上に形成された第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁膜上における第２領域に形成された多結晶シリコン層と、前記多結晶シリコン層内に形成された第２の素子と、前記第１の層間絶縁膜上に前記多結晶シリコン層を覆うように形成された第２の層間絶縁膜と、前記第２の層間絶縁膜上における第３領域に形成されたパッドと、を備え、前記第２領域は、前記第１領域の直上域の少なくとも一部を含む領域であり、前記第３領域は、前記第１領域の直上域であって前記第２領域の直上域である領域の少なくとも一部を含む領域であることを特徴とする半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、小型の半導体装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。  
図１は、本実施形態に係る半導体装置を模式的に例示する断面図である。  
図１に示すように、本実施形態に係る半導体装置１においては、単結晶シリコンからなる基板２が設けられており、基板２の表面の素子領域Ａには、複数の素子３が形成されている。素子３は、例えば、半導体装置１の本来の機能を実現する素子であり、半導体回路を構成する素子である。素子３は、例えば、トランジスタ若しくはダイオードなどの能動素子、又は抵抗若しくは容量などの能動素子である。また、基板２上には、素子３を覆うように、層間絶縁膜４が形成されている。なお、本明細書においては、基板２における素子３が形成されている表面側を「上」とし、この表面に垂直な方向に沿って基板２から遠ざかる方向を「直上」とする。
【０００８】
そして、層間絶縁膜４上における保護領域Ｂには、複数の多結晶シリコン層５が形成されている。保護領域Ｂは、素子領域Ａの直上域の少なくとも一部を含む領域である。すなわち、基板２の表面に垂直な方向から見て（以下、「平面視で」という）、素子領域Ａの少なくとも一部と、保護領域Ｂの少なくとも一部とは、重なり合っている。多結晶シリコン層５は、例えば、プラズマＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition法：化学気相成長法）によって堆積され、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械研磨）によって上面が平坦化され、フォトリソグラフィ法によってパターニングされたものである。また、各多結晶シリコン層５内には、例えば１個の素子６が形成されている。素子６は、例えば、素子３を保護する保護素子であり、例えば、静電気などに起因するサージ電圧から素子３を保護する静電耐圧用保護素子であり、例えば、ダイオード、トランジスタ又はサイリスタである。更に、層間絶縁膜４上には、多結晶シリコン層５を覆うように、層間絶縁膜７が設けられている。
【０００９】
また、層間絶縁膜７上におけるパッド領域Ｃに、パッド８が設けられている。パッド領域Ｃは、素子領域Ａの直上域であって保護領域Ｂの直上域である領域の少なくとも一部を含む領域である。すなわち、平面視で、素子領域Ａ、保護領域Ｂ及びパッド領域Ｃは、少なくとも部分的に重なり合っている。パッド８は、例えば、金ワイヤーなどが超音波ボンディングされることにより、又はパッド８上に金バンプ若しくは銅バンプなどのバンプが形成されることにより、素子３などからなる半導体装置１の内部回路や素子６などからなる保護回路を、半導体装置１の外部に接続するものである。
【００１０】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。  
本実施形態においては、素子領域Ａの直上域の少なくとも一部を含む領域（以下、「直上域近傍」という）に保護領域Ｂを設け、この保護領域Ｂ内に多結晶シリコン層５を形成し、この多結晶シリコン層５内に素子６を形成している。これにより、半導体装置１において、素子６を配置するための専用スペースを設ける必要がなく、半導体装置１の小型化を図ることができる。これにより、ダイサイズが小さく高密度な半導体パッケージ、例えば、ＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージ、ＣＳＰ（Chip Size Package）及びフリップチップパッケージなどを実現することができる。
【００１１】
また、素子６は基板２に対して、層間絶縁膜４を介して離隔しているため、素子６と基板２との間には寄生容量が実質的に発生しない。この結果、寄生容量に起因する電力の消費を抑えることができる。これに対して、従来の半導体装置のように、イオン注入などの方法により、基板２の表面に素子６を作り込んだ場合は、基板２における素子６を形成している部分とそれ以外の部分とが、薄い空乏層を介して対向することになる。このため、大きな寄生容量が発生する。
【００１２】
更に、多結晶シリコン層５内に形成した素子６は、単結晶シリコン基板２の表面に形成した素子３と比較すれば、制御性が劣る可能性はあるが、素子６を静電耐圧用保護素子とすれば、それほど高い制御性は必要とされないため、実用上問題は生じない。なお、素子６の制御性を十分に高くすることができれば、素子６を通常の機能素子として形成することも可能である。例えば、ＮＰＮ型トランジスタ及びＰＮＰ型トランジスタなどの能動素子、並びに抵抗などの受動素子として形成することも可能である。
【００１３】
一方、素子３は単結晶シリコンからなる基板２の表面に形成しているため、高い特性を得ることができる。かつ、素子３の設計及び製造プロセスに関しては、従来の技術をそのまま活かすことができる。また、素子６は、多結晶シリコン層を堆積させ、上面を平坦化し、パターニングし、これにイオンを打ち込むという通常の方法で形成することができるため、作製が容易である。かつ、素子６の形成にあたり、素子３の設計及び製造プロセスに影響を及ぼすことがないので、素子３は、従来の技術をそのまま活かすことができる。
【００１４】
更にまた、一般に、半導体装置においては、半導体装置の内部を外部に接続するためのパッドが設けられている。そして、パッケージ組立の制約上、パッドにはある程度の面積が必要とされる。このため、従来の半導体装置においては、パッドの面積が半導体装置全体の面積において大きな割合を占めることがあり、これが静電耐圧用保護素子の存在と共に半導体装置の小型化を阻害していた。すなわち、最終的なチップサイズが、その半導体装置の本質的な機能を実現する素子領域ではなく、静電耐圧要保護素子及びパッドなどの本質的でない要因によって支配されるような製品も存在していた。
【００１５】
これに対して、本実施形態に係る半導体装置１においては、素子領域Ａ及び保護領域Ｂの直上域近傍にパッド領域Ｃを設けることにより、パッド８を設けるための専用スペースを設ける必要がない。これにより、パッド領域Ｃによって半導体装置１の小型化が阻害されることがなくなり、半導体装置１を更に小型化することができる。また、半導体装置全体のサイズが増大することを憂慮することなく、十分な面積を持つパッドを十分な数だけ形成することができため、パッケージの組立の制約を大幅に緩和することができる。
【００１６】
また、パッド８と素子３との間には多結晶シリコン層５及び層間絶縁膜７が介在するため、パッド８に金ワイヤーなどを超音波ボンディングしたり、パッド８上に金バンプ又は銅バンプなどのバンプを形成する際に、多結晶シリコン層５及び層間絶縁膜７が緩衝材として機能する。これにより、金ワイヤー又はバンプなどをパッド８にボンディングする際の発生する機械的なストレスが素子３に伝達することを抑制できる。この結果、半導体装置１のボンディングダメージを軽減することができる。
【００１７】
以下、本実施形態の効果を比較例と比較して定量的に説明する。  
図２は、比較例に係る半導体装置を模式的に示す断面図であり、  
図３（ａ）及び（ｂ）並びに図４（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の効果を模式的に示す平面図であり、各図の（ａ）は比較例に係る半導体装置を示し、（ｂ）は本実施形態に係る半導体装置を示す。
【００１８】
図２に示すように、比較例に係る半導体装置１０１においては、単結晶シリコン基板２の表面に、素子領域Ａ及び保護領域Ｂが別々に設定され、素子領域Ａに機能素子３が形成され、保護領域Ｂに保護素子６が形成されている。すなわち、機能素子３及び保護素子６は同一面上に形成されている。また、基板２上には、機能素子３及び保護素子６を覆うように層間絶縁膜７が設けられており、層間絶縁膜７上におけるパッド領域Ｃには、パッド８が設けられている。パッド領域Ｃは、素子領域Ａの直上域及び保護領域Ｂの直上域から外れている。すなわち、平面視で、素子領域Ａ、保護領域Ｂ及びパッド領域Ｃは、重なり合っていない。
【００１９】
以下、数値の一例を挙げて説明する。  
図３（ａ）に示すように、比較例に係る半導体装置１０１において保護素子がダイオードである場合には、例えば、機能素子３が形成されている素子領域Ａは、平面視で、半導体装置１０１全体の７０％の面積を占め、保護素子６（ダイオード）が形成されている保護領域Ｂは１０％の面積を占め、パッド８が形成されているパッド領域Ｃは２０％の面積を占める。
【００２０】
この場合において、本実施形態によれば、図３（ｂ）に示すように、上述の如く、半導体装置の構造を立体構造とすることにより、全体の１０％の面積を占める保護領域Ｂを７０％の面積を占める素子領域Ａの直上域内に配置することができる。また、全体の２０％の面積を占めるパッド領域Ｃも、素子領域Ａの直上域内であって保護領域Ｂの直上域を含む領域に配置することができる。このため、平面視で、半導体装置１に必要とされる面積は、素子領域Ａの面積のみとなる。従って、本実施形態に係る半導体装置１の面積は、比較例に係る半導体装置１０１の面積の７０％で足り、半導体装置の小型化を図ることができる。
【００２１】
また、図４（ａ）に示すように、比較例に係る半導体装置１０１の保護素子６がサイリスタである場合においては、例えば、機能素子３が形成されている素子領域Ａは、平面視で、半導体装置１０１全体の４０％の面積を占め、保護素子６（サイリスタ）が形成されている保護領域Ｂは５０％の面積を占め、パッド８が形成されているパッド領域Ｃは１０％の面積を占める。
【００２２】
この場合において、本実施形態によれば、図４（ｂ）に示すように、全体の５０％の面積を占める保護領域Ｂを４０％の面積を占める素子領域Ａの直上域を含む領域に配置し、全体の１０％を占めるパッド領域Ｃを素子領域Ａ及び保護領域Ｂの直上域内に配置することができる。この結果、平面視で、半導体装置１に必要とされる面積は、保護領域Ｂの面積のみとなる。従って、本実施形態に係る半導体装置１の面積は、比較例に係る半導体装置１０１の面積の５０％で足りる。このように、本例においては、半導体装置を、より一層小型化することができる。
【００２３】
なお、本実施形態においては、素子３及び６を基板２の表面及び多結晶シリコン層５の２層に分けて設ける例を示したが、本発明はこれに限定されず、素子を３層以上の層に分けて設けてもよい。
【００２４】
以下、本実施形態を具現化するための具体例について説明する。  
先ず、第１の具体例について説明する。  
図５は、本具体例に係る半導体装置を例示する断面図であり、  
図６は、この半導体装置を例示する回路図である。
【００２５】
図５に示すように、本具体例に係る半導体装置１１においては、例えばＰ型の単結晶シリコンからなる基板１２が設けられている。基板１２の表面における素子領域には、内部回路２５（図６参照）が形成されており、内部回路２５には複数の素子１３が設けられている。素子１３は、半導体装置１１の本来の機能を実現する機能素子であり、例えば、基板１２の表面に形成されたＮＭＯＳＦＥＴ（N type Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：Ｎ型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）である。なお、図５においては、内部回路２５の構成要素として１個の素子１３のみを図示しているが、実際には、内部回路２５は、多数且つ多種類の能動素子及び受動素子により構成されている。
【００２６】
素子１３においては、基板１２の表層部に、１対のＮ＋領域が形成されており、ソース・ドレイン領域１３ａとなっている。また、Ｎ＋領域１３ａ間の領域はチャネル領域１３ｂとなっている。更に、ソース・ドレイン領域１３ａ及びチャネル領域１３ｂ上には、ゲート絶縁膜１３ｃが形成されており、その上には、例えば多結晶シリコンからなるゲート電極１３ｄが設けられている。また、基板１２の表面における素子１３間の領域には、素子分離膜１４が形成されており、基板１２の内部における素子分離膜１４の直下域には、Ｐ型の反転防止層１５が形成されている。ソース・ドレイン領域１３ａ及び反転防止層１５は、局所的なイオン注入によって形成されている。
【００２７】
更に、基板１２上には、層間絶縁膜１６が設けられており、素子１３及び素子分離膜１４を覆っている。層間絶縁膜１６上には金属配線（図示せず）が設けられている。更にまた、層間絶縁膜１６上には、層間絶縁膜１７が設けられており、金属配線を覆っている。
【００２８】
そして、層間絶縁膜１７上における素子領域の直上域の少なくとも一部を含む領域（直上域近傍）には、保護領域が設定されている。そして、層間絶縁膜１７上における保護領域には、多結晶シリコン（ポリシリコン）からなる多結晶シリコン層１８ａ及び１８ｂ（以下、総称して「多結晶シリコン層１８」ともいう）が設けられている。多結晶シリコン層１８は、例えば、シリコンが減圧（ＬＰ：Low pressure）ＣＶＤによって多結晶成長するように堆積された後、ＣＭＰによって上面を平坦化され、フォトリソグラフィ法によって選択的にエッチングされてパターニングされたものである。
【００２９】
多結晶シリコン層１８ａにおける一部には、Ｐ型不純物が注入されており、Ｐ型部分１８ｐとなっている。また、各多結晶シリコン層１８における残部には、Ｎ型不純物が注入されており、Ｎ型部分１８ｎとなっている。Ｐ型部分１８ｐ及びＮ型部分１８ｎは、共に多結晶シリコン層１８の厚さ方向全体にわたって形成されており、多結晶シリコン層１８の上面及び下面の双方において露出している。また、Ｐ型部分１８ｐとＮ型部分１８ｎとは相互に接しており、ＰＮ接合界面を形成している。これにより、多結晶シリコン層１８ａにおいては、Ｐ型部分１８ｐ及びＮ型部分１８ｎからなるダイオード１９ａが形成されている。同様に、多結晶シリコン層１８ｂにおいては、ダイオード１９ｂが形成されている。ダイオード１９ａ及び１９ｂ（以下、総称して「ダイオード１９」ともいう）は、素子１３を静電気放電から保護する保護素子である。
【００３０】
層間絶縁膜１７上の全面には、多結晶シリコン層１８ａ及び１８ｂを覆うように、層間絶縁膜２０が形成されている。そして、層間絶縁膜２０上における素子領域及び保護領域の双方の直上域の少なくとも一部を含む領域（直上域近傍）には、パッド領域が設定されている。層間絶縁膜２０上におけるパッド領域には、パッド２１（図６参照）が形成されている。
【００３１】
また、層間絶縁膜２０上の全面には、トップパッシベーション膜２２が形成されている。トップパッシベーション膜２２におけるパッド２１の直上域は開口されており、パッド２１が露出している。パッド２１は、金ワイヤーなどがボンディングされることにより、又は、その上に金バンプ若しくは銅バンプなどのバンプが形成されることにより、外部と接続される。更に、トップパッシベーション膜２２上には、金属配線２３ａ、２３ｂ、２３ｃが形成されている。更にまた、層間絶縁膜２０及びトップパッシベーション膜２２を貫通するように、ビア２４ａ乃至２４ｄが設けられている。更にまた、ゲート絶縁膜１３ｃ、層間絶縁膜１６乃至２０及びトップパッシベーション膜２２を貫通するように、ビア２４ｅが設けられている。
【００３２】
多結晶シリコン層１８ａ（ダイオード１９ａ）のＰ型部分１８ｐは、ビア２４ａを介して、金属配線２３ａに接続されている。金属配線２３ａには接地電位（ＧＮＤ）が印加されている。また、多結晶シリコン層１８ａのＮ型部分１８ｎは、ビア２４ｂを介して、金属配線２３ｂに接続されている。更に、多結晶シリコン層１８ｂ（ダイオード１９ｂ）のＰ型部分１８ｐは、ビア２４ｃを介して、金属配線２３ｂに接続されている。更にまた、多結晶シリコン層１８ｂのＮ型部分１８ｎは、ビア２４ｄを介して、金属配線２３ｃに接続されている。金属配線２３ｃには電源電位（Ｖｃｃ）が印加されている。そして、金属配線２３ｂは、ビア２４ｅを介して、素子１３のソース・ドレイン領域１３ａのうちの一方に接続されている。これにより、金属配線２３は内部回路２５（図６参照）に接続されている。また、金属配線２３は、パッド２１（図６参照）にも接続されている。なお、全ての多結晶シリコン層１８において、取出し部、すなわち、多結晶シリコン層１８とビア２４との接合部には、この取出し部が内包されている部分と同じ導電型であって、オーミック接続がとれる程度に濃度が高い高濃度層（図示せず）が形成されている。
【００３３】
これにより、図６に示すように、半導体装置１１においては、パッド２１を内部回路２５に接続する配線（金属配線２３ｂ）に、アノードが接地電位配線（金属配線２３ａ）に接続されたダイオード１９ａのカソードと、カソードが電源電位配線（金属配線２３ｃ）に接続されたダイオード１９ｂのアノードとが接続されている。この結果、ダイオード１９ａ及び１９ｂが、内部回路２５の静電耐圧用保護素子として機能する。
【００３４】
次に、本具体例の作用効果について説明する。  
図５及び図６に示すように、半導体装置１１においては、基板１２の表面の素子領域に、素子１３を含む内部回路２５が形成されており、層間絶縁膜１７上における素子領域の直上域近傍に、保護領域が設定されている。そして、この保護領域には多結晶シリコン層１８が形成されており、多結晶シリコン層１８内には保護素子としてのダイオード１９が作り込まれている。これにより、半導体装置１１においては、保護素子を配置するための専用のスペースを設ける必要がなく、小型化を図ることができる。
【００３５】
また、層間絶縁膜２２上における素子領域及び保護領域の直上域近傍にはパッド領域が設定されており、このパッド領域にはパッド２１が形成されている。これにより、半導体装置１１においては、パッドを配置するための専用のスペースを設ける必要がなく、より一層の小型化を図ることができる。
【００３６】
更に、一般に、パッド２１に金ワイヤーなどをボンディングしたり、パッド２１上に金バンプ又は銅バンプなどのバンプを形成する際には、パッド２１に機械的なストレスが不可避的に印加され、このストレスが内部回路２５に伝達されると、内部回路２５に損傷（ボンディングダメージ）を与える可能性がある。しかしながら、本具体例においては、パッド２１と内部回路２５との間に多結晶シリコン層１８及び層間絶縁膜２０が配置されているため、パッド２１に加えられたストレスが内部回路２５に伝達されることを抑制できる。これにより、内部回路２５が損傷を受けることを防止することができる。
【００３７】
次に、本発明の第２の具体例について説明する。  
本具体例に係る半導体装置は、前述の第１の具体例に係る半導体装置１１（図５参照）と比較して、ダイオード１９の構成が異なっている。すなわち、ダイオード１９においては、多結晶シリコン層１８の略全体がＰ型部分１８ｐとなっており、Ｐ型部分１８ｐの内部にＮ型部分１８ｎが形成されている。Ｎ型部分１８ｎは多結晶シリコン層１８の上面に露出しており、下面には露出していない。また、前述の第１の具体例と同様に、全ての多結晶シリコン層１８において、取出し部には、この取出し部が内包されている部分と同じ導電型であって、オーミック接続がとれる程度に濃度が高い高濃度層（図示せず）が形成されている。本具体例によれば、前述の第１の具体例と比較して、ダイオードにおけるＰＮ接合界面の面積を増大させることができる。本具体例における上記以外の構成及び作用効果は、前述の第１の具体例と同様である。
【００３８】
次に、本発明の第３の具体例について説明する。  
本具体例に係る半導体装置においては、前述の第２の具体例とは逆に、多結晶シリコン層１８の略全体がＮ型部分１８ｎとなっており、Ｎ型部分１８ｎの内部にＰ型部分１８ｐが形成されている。Ｐ型部分１８ｐは多結晶シリコン層１８の上面に露出しており、下面には露出していない。また、多結晶シリコン層１８の取出し部には、高濃度層が形成されている。そして、このような多結晶シリコン層１８により、保護素子としてのダイオードが構成されている。本具体例における上記以外の構成及び作用効果は、前述の第２の具体例と同様である。
【００３９】
次に、本発明の第４の具体例について説明する。  
図７は、本具体例に係る半導体装置を例示する回路図であり、  
図８は、この半導体装置を模式的に例示する斜視図であり、  
図９（ａ）は、図８に示すＰＮＰ型トランジスタを例示する斜視図であり、（ｂ）は、図８に示すＮＰＮ型トランジスタを例示する斜視図である。
【００４０】
図７に示すように、本具体例に係る半導体装置５１においては、内部回路５２が設けられており、この内部回路５２には、Ｉ／Ｏ（Input/Output）パッド５３ａ及びＧＮＤパッド５３ｂが接続されている。Ｉ／Ｏパッド５３ａは、内部回路５２に対して外部から信号を入出力するためのパッドであり、ＧＮＤパッド５３ｂは、内部回路５２に対して接地電位を供給するためのパッドである。
【００４１】
そして、内部回路５２をＩ／Ｏパッド５３ａに接続する配線５４ａと、内部回路５２をＧＮＤパッド５３ｂに接続する配線５４ｂとの間に、保護回路５５ａ及び５５ｂが並列に接続されている。保護回路５５ａは、＋サージに対するサイリスタ型の保護回路であり、保護回路５５ｂは、−サージに対するサイリスタ型の保護回路である。
【００４２】
保護回路５５ａ（＋サージ回路）においては、配線５４ａと配線５４ｂとの間に、負荷５６、ＰＮＰ型トランジスタ５７及び抵抗５８がこの順に直列に接続されている。また、保護回路５５ａにはＮＰＮ型トランジスタ５９及び負荷６０が設けられている。ＮＰＮ型トランジスタ５９のコレクタはＰＮＰ型トランジスタ５７のベースに接続され、エミッタは配線５４ｂに接続され、ベースはＰＮＰ型トランジスタ５７のコレクタと抵抗５８との間のノードＮ１に接続されている。また、負荷６０は、ＰＮＰ型トランジスタ５７のベースとＮＰＮ型トランジスタ５９のコレクタとの間のノードＮ２と、配線５４ｂとの間に接続されている。
【００４３】
保護回路５５ｂ（−サージ回路）においては、配線５４ａと配線５４ｂとの間に、抵抗６１及びＰＮＰ型トランジスタ６２がこの順に直列に接続されている。また、保護回路５５ｂにはＮＰＮ型トランジスタ６３及び負荷６４が設けられている。ＮＰＮ型トランジスタ６３のコレクタはＰＮＰ型トランジスタ６２のベースに接続されており、エミッタは配線５４ａに接続されており、ベースは抵抗６１とＰＮＰ型トランジスタ６２との間のノードＮ３に接続されている。また、負荷６４は、ＰＮＰ型トランジスタ６２のベースとＮＰＮ型トランジスタ６３のコレクタとの間のノードＮ４と、配線５４ａとの間に接続されている。なお、上述の負荷５６、６０及び６４は、例えばダイオードである。
【００４４】
図８に示すように、半導体装置５１においては、例えばＰ型の単結晶シリコンからなる基板７１が設けられており、この基板７１上に多層配線層７２が設けられている。そして、内部回路５２は基板７１の表面に形成されており、保護回路５５ａ及び５５ｂは多層配線層７２内における内部回路５２の直上域に形成されており、Ｉ／Ｏパッド５３ａ及びＧＮＤパッド５３ｂなどのパッド５３は、多層配線層７２上における内部回路５２の直上域であって保護回路５５ａ又は５５ｂの直上域に形成されている。なお、図８においては、保護回路５５ａ（＋サージ回路）及び層間絶縁膜は図示を省略されている。
【００４５】
また、多層配線層７２内には、パターニングされた多結晶シリコン層が複数設けられており、この多結晶シリコン層により、抵抗５８及び６１、ＰＮＰ型トランジスタ５７及び６２、ＮＰＮ型トランジスタ５９及び６３、並びに、ダイオードからなる負荷５６、６０及び６４が形成されている。更に、多層配線層７２内には、配線５４ａ及び５４ｂ並びに保護回路５５ａ内及び保護回路５５ｂ内の各素子の相互間を接続する配線及びビアも形成されている。
【００４６】
例えば、図９（ａ）に示すように、ＰＮＰ型トランジスタ６２においては、直方体形状にパターニングされた多結晶シリコン層の両端部にＰ型不純物が注入されてＰ型部分６２ａ及び６２ｃとなっており、中央部にＮ型不純物が注入されてＮ型部分６２ｂとなっている。すなわち、Ｐ型部分６２ａとＰ型部分６２ｃとにより、Ｎ型部分６２ｂが挟まれている。一方、図９（ｂ）に示すように、ＮＰＮ型トランジスタ６３においては、直方体形状にパターニングされた多結晶シリコン層の両端部にＮ型不純物が注入されてＮ型部分６３ａ及び６３ｃとなっており、中央部にＰ型不純物が注入されてＰ型部分６３ｂとなっている。すなわち、Ｎ型部分６３ａとＮ型部分６３ｃとにより、Ｐ型部分６３ｂが挟まれている。
【００４７】
そして、ＰＮＰ型トランジスタ６２のＰ型部分６２ａはビアを介して配線５４ｂに接続されており、Ｎ型部分６２ｂはビア及び配線を介して負荷６４及びＮＰＮ型トランジスタ６３のＮ型部分６３ａに接続されており、Ｐ型部分６２ｃはビア及び配線を介して抵抗６１及びＮＰＮ型トランジスタ６３のＰ型部分６３ｂに接続されており、ＮＰＮ型トランジスタ６３のＮ型部分６３ｃは配線５４ａに接続されている。また、各トランジスタの取出し部には、高濃度層が形成されている。すなわち、ＰＮＰ型トランジスタ６２のＰ型部分６２ａ及び６２ｃの上面におけるビアと接続する部分には、それぞれ、オーミック接続が可能となる程度にＰ型不純物が導入された高濃度Ｐ型層（図示せず）が形成されており、Ｎ型部分６２ｂの上面におけるビアと接続する部分には、オーミック接続が可能となる程度にＮ型不純物が導入された高濃度Ｎ型層（図示せず）が形成されている。同様に、ＮＰＮ型トランジスタ６３のＮ型部分６３ａ及び６３ｃにおけるビアとの接続部分には高濃度Ｎ型層（図示せず）が形成されており、Ｐ型部分６３ｂにおけるビアとの接続部分には高濃度Ｐ型層（図示せず）が形成されている。
【００４８】
本具体例においても、内部回路５２の直上域に保護回路５５ａ及び５５ｂが設けられており、その直上域にパッド５３が設けられているため、前述の第１の具体例と同様な効果を得ることができる。
【００４９】
次に、本発明の第５の具体例について説明する。  
本具体例に係る半導体装置においては、前述の第４の具体例と比較して、保護回路を構成するトランジスタの構成が異なっている。すなわち、本具体例に係る半導体装置においては、ＰＮＰ型トランジスタ６２において、Ｐ型部分６２ａ内にＮ型部分６２ｂが形成されており、Ｎ型部分６２ｂ内にＰ型部分６２ｃが形成されている。そして、Ｎ型部分６２ｂ及びＰ型部分６２ｃは、ＰＮＰ型トランジスタ６２を構成する多結晶シリコン層の上面に露出し、下面には露出していない。
【００５０】
同様に、ＮＰＮ型トランジスタ６３においては、Ｎ型部分６３ａ内にＰ型部分６３ｂが形成されており、Ｐ型部分６３ｂ内にＮ型部分６３ｃが形成されている。そして、Ｐ型部分６３ｂ及びＮ型部分６３ｃは、ＮＰＮ型トランジスタ６３を構成する多結晶シリコン層の上面に露出し、下面には露出していない。そして、前述の第４の具体例と同様に、ＰＮＰ型トランジスタ６２及びＮＰＮ型トランジスタ６３の取出し部には、それぞれ高濃度層が形成されている。本具体例における上記以外の構成及び作用効果は、前述の第４の具体例と同様である。
【００５１】
以上、実施形態及び具体例を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態及び具体例に限定されるものではない。例えば、前述のいずれかの実施形態又は具体例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置を模式的に例示する断面図である。
【図２】比較例に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の効果を模式的に示す平面図であり、（ａ）は比較例に係る半導体装置を示し、（ｂ）は本実施形態に係る半導体装置を示す。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の効果を模式的に示す平面図であり、（ａ）は比較例に係る半導体装置を示し、（ｂ）は本実施形態に係る半導体装置を示す。
【図５】本発明の第１の具体例に係る半導体装置を例示する断面図である。
【図６】この半導体装置を例示する回路図である。
【図７】本発明の第４の具体例に係る半導体装置を例示する回路図である。
【図８】図７に示す半導体装置を模式的に例示する斜視図である。
【図９】（ａ）は、図８に示すＰＮＰ型トランジスタを例示する斜視図であり、（ｂ）は、図８に示すＮＰＮ型トランジスタを例示する斜視図である。
【符号の説明】
【００５３】
１、１１、５１、１０１  半導体装置、２、１２、７１  基板、３、６、１３  素子、４、７、１６、１７、２０  層間絶縁膜、５、１８、１８ａ、１８ｂ  多結晶シリコン層、８  パッド、１３ａ  ソース・ドレイン領域、１３ｂ  チャネル領域、１３ｃ  ゲート絶縁膜、１３ｄ  ゲート電極、１４  素子分離膜、１５  反転防止層、１８ｐ、６２ａ、６２ｃ、６３ｂ  Ｐ型部分、１８ｎ、６２ｂ、６３ａ、６３ｃ  Ｎ型部分、１９ａ、１９ｂ  ダイオード、２１  パッド、２２  トップパッシベーション膜、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ  金属配線、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ  ビア、２５、５２  内部回路、５３  パッド、５３ａ  Ｉ／Ｏパッド、５３ｂ  ＧＮＤパッド、５４ａ、５４ｂ  配線、５５ａ、５５ｂ  保護回路、５６、６０、６４  負荷、５７、６２  ＰＮＰ型トランジスタ、５８、６１  抵抗、５９、６３  ＮＰＮ型トランジスタ、７２  多層配線層、Ａ  素子領域、Ｂ  保護領域、Ｃ  パッド領域、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４  ノード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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