(57)【要約】【課題】ＳＯＩ構造を有する半導体装置において、大電流を流すことのできるＰＮ接合ダイオードを提供し、さらに入出力端子に設けた保護回路にサージ電圧が印加された際に、ダイオードが順方向動作のみを行い、素子の劣化を防ぐことが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】表面シリコン層と埋込酸化膜を除去し開口部を設けることで、支持基板を露出させ、開口部内の支持基板に支持基板と逆導電型と同導電型の低濃度拡散層を設け、低濃度拡散層内にＰＮ接合ダイオードを形成することを特徴とする半導体装置を使用する。【選択図】      図１
2004221316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と埋込酸化膜と表面シリコン層とからなり、該埋込酸化膜と該表面シリコン層を上下方向に貫通して該支持基板の表面を露出させる複数の開口部を有する半導体装置において、
第１のダイオードと第２のダイオードとを有し、
前記第１のダイオードは、第１の開口部と、該第１の開口部の前記支持基板に設けた第１の低濃度拡散層と、該第１の低濃度拡散層に設ける該第１の低濃度拡散層と反対導電型の第１の高濃度拡散層と、前記第１の低濃度拡散層に該第１の高濃度拡散層と離間して設けた前記第１の低濃度拡散層と同一導電型の第２の高濃度拡散層とを備え、
前記第２のダイオードは、第２の開口部と、該第２の開口部の前記支持基板に設ける第２の低濃度拡散層と、該第２の低濃度拡散層に設ける該第２の低濃度拡散層と反対導電型の第３の高濃度拡散層と、前記第２の低濃度拡散層に該第３の高濃度拡散層と離間して設ける前記第２の低濃度拡散層と同一導電型の第４の高濃度拡散層とを備え、
前記第１のダイオードと前記第２のダイオードとは互いに離間していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１のダイオードは、前記第１の高濃度拡散層と前記第２の高濃度拡散層との間の前記支持基板の表面上に設ける第１の絶縁膜と、該絶縁膜の上部に設ける第１の電極層とを有し、
前記第２のダイオードは、前記第３の高濃度拡散層と前記第４の高濃度拡散層との間の前記支持基板の表面上に設ける第２の絶縁膜と、該絶縁膜の上部に設ける第２の電極層とを有し、
前記第１の電極層と前記第２の高濃度拡散層とを電気的に接続し、前記第２の電極層と前記第４の高濃度拡散層とを電気的に接続したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１のダイオードは、前記第１の高濃度拡散層と前記第２の高濃度拡散層との間の前記支持基板の表面に設ける第５の高濃度拡散層を有し、
前記第２のダイオードは、前記第３の高濃度拡散層と前記第４の高濃度拡散層との間の前記支持基板の表面に設ける第６の高濃度拡散層を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第５の高濃度拡散層は、前記第１の低濃度拡散層より不純物濃度が高く、前記第１の高濃度拡散層より不純物濃度が低く、前記第２の高濃度拡散層より不純物濃度が低く、
前記第６の高濃度拡散層は、前記第２の低濃度拡散層より不純物濃度が高く、前記第３の高濃度拡散層より不純物濃度が低く、前記第４の高濃度拡散層より不純物濃度が低いことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面シリコン層と埋込酸化膜と支持基板とが積層されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造を有する半導体装置において、ＰＮ接合ダイオードの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＯＩ構造を有する半導体装置においては、表面シリコン層に形成されたＭＯＳトランジスタの寄生容量を低減できる等の理由から、高速、低消費電力動作等のいろいろな性能向上が可能となる。
【０００３】
ここで、寄生容量が低減される理由は、例えば、表面シリコン層に形成されたＭＯＳトランジスタのドレイン・ソースとなるＰＮ接合の底面部分が埋込酸化膜と接することで、底面部分の寄生容量を無視できるためである。
【０００４】
ところが、寄生容量を低減できるということは、ＰＮ接合の面積が縮小されるということでもあるため、ＰＮ接合に大電流を流すことを目的とする素子を形成するには不利であった。そのような素子として、例えば、保護回路に用いるダイオードがある。このダイオードは、静電気の放電等により生じる高電圧（以下、サージ電圧という）が半導体装置に印加され、半導体装置が破壊されるのを防ぐために、用いるものであって、サージ電圧を半導体装置が故障しない程度の低い電圧にクランプする役割を有する。
【０００５】
従来技術のダイオードは、ＰＮ接合の底面部分を支持基板に形成し大電流を流すことができる構造が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−４３５８８号公報  （第３頁、第１図）
【０００７】
特許文献１の第１図を発明の意図を損なわずに書き換えたものを図５に示す。図５に示した従来技術のダイオード１３は、表面シリコン層３と埋込酸化膜１９とを上下方向に貫通して、支持基板１７の表面を露出させた開口部１を形成し、その開口部１に、支持基板１７と逆導電型の高濃度拡散層３７と同導電型の高濃度拡散層３９とを設けている。
【０００８】
図５に示したダイオード１３においては、ＰＮ接合の底面部分が支持基板１７内に形成されるため、表面シリコン層３のみにＰＮ接合を形成する場合に比べ、広い面積のＰＮ接合が形成可能である。さらに、表面シリコン層３の側壁に、支持基板１７と逆導電型の高濃度拡散層４１と同導電型の高濃度拡散層４３を設けている。そして、支持基板１７と逆導電型の高濃度拡散層３７と高濃度拡散層４１とを金属電極２５ａで接続し、支持基板１７と同導電型の高濃度拡散層３９と高濃度拡散層４３とを金属電極２５ｂで接続している。このような構成とすることで、ＰＮ接合面積を広くすることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の半導体装置は微細化が進んでいる。半導体装置の微細化はコストダウンに大きく影響するために様々な手法が提案されているが、基本的な考えは半導体装置を構成する個々の素子の平面の面積を小さくすることである。
前述のごとく、高いサージ電圧から半導体装置を保護するためにはダイオードのＰＮ接合の面積を増加すればよい。しかしながら、ダイオードも半導体装置を構成する素子であるから、ＰＮ接合の面積の増加は素子の平面の面積の増加を意味し、半導体装置の微細化を妨げ、微細化を行いコストダウンするという思想に逆行する。
【００１０】
このような考えにおいて、従来技術のダイオード１３は、ＰＮ接合の面積を増加しようとする場合、高濃度拡散層３７や高濃度拡散層３９を大きくするのではなく、開口部１の側壁に設けた高濃度拡散層４１や高濃度拡散層４３の面積を大きくすることで、ＰＮ接合の面積をかせぐ方法が考えられる。
しかしながら、この方法には問題がある。従来技術のダイオード１３は、ＰＮ接合の面積を増加しようとすると金属電極材料を均一に形成することが困難になるという問題である。
【００１１】
すなわち、高濃度拡散層４１や高濃度拡散層４３の面積増加は、表面シリコン層３と埋込酸化膜１９のどちらか一方、または両方の厚みが増すことでなされる。したがって、高濃度拡散層４１や高濃度拡散層４３の面積を増加しようとすると、開口部１の深さが増すことになる。
半導体装置の金属電極材料は、一般的には蒸着ないしはスパッタリングという手法を用いて形成する。特に現在広く用いられているスパッタリングは、成膜対象が開口部１のような穴状である場合、その穴が深ければ深いほど穴の底まで金属原子が到達しにくいという性質があって、結果的に均一な成膜がなされないという性質がある。
したがって、開口部１の深さが増すと開口部１に金属電極材料を均一に形成することが困難になってしまい、金属電極が断線するなどの大きな問題がある。
【００１２】
また、従来技術のダイオード１３がサージ電圧で劣化してしまうという問題もある。この問題は図を用いて次に説明する。
【００１３】
従来技術のダイオードを用いた保護回路例を図６に示す。図６に示すように、入出力端子Ｔ１と第１の電源４５との間に、従来技術のダイオードＤ１を接続している。図６においては、図５における支持基板１７をＰ型基板としており、支持基板１７は、支持基板１７と同導電型の高濃度拡散層３９を介して金属電極２５ｂにより第１の電源４５と電気的に接続されている。また、支持基板１７と逆導電型の高濃度拡散層３７は、金属電極２５ａにより入出力端子Ｔ１と電気的に接続されている。ＩＣの内部回路４９には第１の電源４５と第２の電源４７と入出力端子Ｔ１とが接続されている。なお、内部回路４９は例としてＣＭＯＳインバータを示した。次に、図６に示した保護回路の動作を説明する。
【００１４】
まず、入出力端子Ｔ１に負のサージ電圧が印加されると、ダイオードＤ１は順方向動作を行い、第１の電源４５から入出力端子Ｔ１に電流を流し、負のサージ電圧を低い電圧にクランプする。
また、入出力端子Ｔ１に正のサージ電圧が印加されると、ダイオードＤ１は逆方向動作をする。正のサージ電圧が高い場合、ダイオードＤ１はすぐさまブレークダウンし、入出力端子Ｔ１から第１の電源４５に電流を流し、正のサージ電圧を低い電圧にクランプする。
【００１５】
一般に、ダイオードがブレークダウンをすると、電界集中によりＰＮ接合の熱破壊が起き、素子が劣化する。素子が劣化すると、外部からの高い電圧に対する保護能力と、保護回路自身の耐圧が不足し、また、入出力信号が正しく伝達できず回路動作に異常をきたすという問題がある。
【００１６】
図６に示した従来技術のダイオードを用いた保護回路は、ダイオードＤ１の一方の端子は支持基板１７に接続されているために、ダイオードは第１の電源４５と入出力端子Ｔ１の間にしか接続されていない。特に問題となるのが入出力端子Ｔ１に正のサージ電圧が印加した場合である。すなわち、ダイオードＤ１はブレークダウンを起こすために、先の説明のとおり、電界集中によりＰＮ接合の熱破壊を起こし、素子を劣化させてしまう。
【００１７】
以上の問題は、支持基板１７の導電型がＰ型の場合だけでなく、Ｎ型の場合にも起こり得る。図７に支持基板１７の導電型がＮ型の場合の保護回路例を示す。
図５における支持基板１７をＮ型基板としており、支持基板１７は、支持基板１７と同導電型の高濃度拡散層３９を介して金属電極２５ｂにより第２の電源４７と電気的に接続されている。また、支持基板１７と逆導電型の高濃度拡散層３７は、金属電極２５ａにより入出力端子Ｔ２と電気的に接続されている。ＩＣの内部回路４９には第１の電源４５と第２の電源４７と入出力端子Ｔ２とが接続されている。なお、内部回路４９は例としてＣＭＯＳインバータを示した。次に、図７の保護回路の動作を説明する。
【００１８】
まず、入出力端子Ｔ２に正のサージ電圧が印加されると、ダイオードＤ２は順方向動作を行い、入出力端子Ｔ２から第２の電源４７に電流を流し、正のサージ電圧を低い電圧にクランプする。
また、入出力端子Ｔ２に負のサージ電圧が印加されると、ダイオードＤ２は逆方向動作をする。負のサージ電圧が高い場合、ダイオードＤ２はすぐさまブレークダウンし、第２の電源４７から入出力端子Ｔ２に電流を流し、負のサージ電圧を低い電圧にクランプする。
このように、ダイオードＤ２がブレークダウンを行う場合があり、素子の劣化が起こり得る。
【００１９】
したがって、従来技術のダイオードは、ダイオードがサージ電圧をクランプする場合、必ず順方向動作と逆方向動作（ブレークダウン）の両方の動作を行う必要がある。支持基板の導電型に関わらず、サージ電圧の極性によってダイオードが劣化してしまうという問題があった。ダイオードが劣化すると、保護回路の保護能力と、保護回路自身の耐圧が不足するばかりか、入出力信号が内部回路に正しく伝達できず回路動作に異常をきたす。
【００２０】
〔発明の目的〕
この発明は、ＳＯＩ構造を有する半導体装置を使用する際に起きる上記の問題を解決するためになされたもので、支持基板の導電型に関わらず、ダイオードの劣化を防止して、保護回路の保護能力低下や、保護回路自身の耐圧不足を防止することを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は下記記載の構造を採用する。
【００２２】
本発明の半導体装置は、支持基板と埋込酸化膜と表面シリコン層とからなり、該埋込酸化膜と該表面シリコン層を上下方向に貫通して該支持基板の表面を露出させる複数の開口部を有する半導体装置において、
第１のダイオードと第２のダイオードとを有し、
前記第１のダイオードは、第１の開口部と、該第１の開口部の前記支持基板に設けた第１の低濃度拡散層と、該第１の低濃度拡散層に設けた該第１の低濃度拡散層と反対導電型の第１の高濃度拡散層と、前記第１の低濃度拡散層に該第１の高濃度拡散層と離間して設けた前記第１の低濃度拡散層と同一導電型の第２の高濃度拡散層とを備え、
前記第２のダイオードは、第２の開口部と、該第２の開口部の前記支持基板に設けた第２の低濃度拡散層と、該第２の低濃度拡散層に設けた該第２の低濃度拡散層と反対導電型の第３の高濃度拡散層と、前記第２の低濃度拡散層に該第３の高濃度拡散層と離間して設けた前記第２の低濃度拡散層と同一導電型の第４の高濃度拡散層とを備え、
前記第１のダイオードと前記第２のダイオードとは互いに離間していることを特徴とする。
【００２３】
本発明の半導体装置において、前記第１のダイオードは、前記第１の高濃度拡散層と前記第２の高濃度拡散層との間の前記支持基板の表面上に設けた第１の絶縁膜と、該絶縁膜の上部に設けた第１の電極層とを有し、
前記第２のダイオードは、前記第３の高濃度拡散層と前記第４の高濃度拡散層との間の前記支持基板の表面上に設けた第２の絶縁膜と、該絶縁膜の上部に設けた第２の電極層とを有し、
前記第１の電極層と前記第２の高濃度拡散層とを電気的に接続し、前記第２の電極層と前記第４の高濃度拡散層とを電気的に接続したことを特徴とする。
【００２４】
本発明の半導体装置において、前記第１のダイオードは、前記第１の高濃度拡散層と前記第２の高濃度拡散層との間の前記支持基板の表面に設けた第５の高濃度拡散層を有し、
前記第２のダイオードは、前記第３の高濃度拡散層と前記第４の高濃度拡散層との間の前記支持基板の表面に設けた第６の高濃度拡散層を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明の半導体装置において、前記第５の高濃度拡散層は、前記第１の低濃度拡散層より不純物濃度が高く、前記第１の高濃度拡散層より不純物濃度が低く、前記第２の高濃度拡散層より不純物濃度が低く、
前記第６の高濃度拡散層は、前記第２の低濃度拡散層より不純物濃度が高く、前記第３の高濃度拡散層より不純物濃度が低く、前記第４の高濃度拡散層より不純物濃度が低いことを特徴とする。
【００２６】
〔作用〕
本発明の半導体装置においては、開口部に形成した支持基板と逆導電型の低濃度拡散層に、支持基板と異なる電位の電源を接続することができるため、ダイオードは、少なくとも電位の異なる２種類の電源に接続が可能となる。このため、本発明のダイオードを保護回路に使用する場合に、入出力端子と、入出力端子の電位に対し正の電源および負の電源との間に、それぞれダイオードを接続することが可能となる。
よって、印加するサージ電圧の極性に関わらず、ダイオードは順方向動作のみを行い逆方向動作は行わない。すなわち、ダイオードはブレークダウンを行わない。このため、素子の劣化がなく、充分な保護能力と耐圧が得られ、また、入出力信号が正しく伝達され、回路動作を正常に保つことができる。
【００２７】
また、一般に、ブレークダウン耐圧等のＰＮ接合の諸特性は、低濃度側の不純物濃度に強く依存することが知られている。従来技術においては、支持基板が低濃度側となるが、支持基板の不純物濃度を調整するには、基板の比抵抗を変更する必要があり、半導体装置の製造プロセス上困難であった。
本発明においては、低濃度拡散層を設けたことにより、不純物濃度の調整は、この低濃度拡散層を形成するプロセスの一部を変更するだけで容易に調整できる。すなわち、低濃度拡散層の不純物濃度を調整することで、ダイオードの順方向動作時の電流量やブレークダウン電圧を容易に制御でき、保護回路の保護能力を高めることも容易になる。
【００２８】
また、支持基板と逆導電型の高濃度拡散層と同導電型の高濃度拡散層の間の表面に絶縁膜と、絶縁膜の上部に電極層を設け、低濃度拡散層と電極層を電気的に接続することで、電極層の下部の低濃度拡散層の反転層形成を抑制し、高濃度拡散層に流れこむリーク電流をなくすことができる。低濃度拡散層の不純物濃度を低くするに従って、反転層が形成されやすくなるため、低濃度拡散層の不純物濃度を低くし、ブレークダウン耐圧を高くする場合等に、この効果は顕著になる。
【００２９】
さらにまた、支持基板と逆導電型の高濃度拡散層と同導電型の高濃度拡散層の間の表面に、低濃度拡散層と同導電型で不純物濃度の高い拡散層を設けることで、低濃度拡散層が形成されている領域の反転層形成を抑制し、高濃度拡散層に流れこむリーク電流をなくすことができる。低濃度拡散層の不純物濃度を低くするに従って、反転層が形成されやすくなるため、低濃度拡散層の不純物濃度を低くし、ブレークダウン耐圧を高くする場合等に、この効果は顕著になる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最適な実施の形態を説明する。
【００３１】
図１は、本発明の第１の実施の形態における半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。図１に示す半導体装置は、シリコンの支持基板１７上に埋込酸化膜１９を設け、その上部に表面シリコン層３を設けたＳＯＩ構造を有している。以下、説明を簡単にするために、支持基板１７の導電型はＰ型とする。
【００３２】
埋込酸化膜１９は、膜厚が０．１〜５μｍ程度であり、好ましくは０．２μｍ程度である。表面シリコン層３は、膜厚が０．０５〜２μｍ程度、好ましくは０．１μｍ程度である。図１に示すように、表面シリコン層３及び埋込酸化膜１９を上下方向に貫通し、支持基板１７の表面を露出させた開口部１を設けている。さらに、開口部１には、それぞれ、第１のダイオード９と第２のダイオード１１とを設けている。
【００３３】
第１のダイオード９は、開口部１内のＰ型の支持基板１７の表面にＮ型の低濃度拡散層２７を形成する。Ｎ型の低濃度拡散層２７には、Ｐ型の高濃度拡散層７ａとＮ型の高濃度拡散層５ａとを離間して設ける。Ｎ型の低濃度拡散層２７の不純物にはリン原子を用い、表面不純物濃度は１×１０１  ６  ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度で、拡散深さは３μｍ程度である。Ｐ型の高濃度拡散層７ａの不純物にはボロン原子を用い、表面不純物濃度は１×１０２  ０  ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度で、拡散深さは０．１μｍ程度である。また、Ｎ型の高濃度拡散層５ａの不純物には砒素原子を用い、表面不純物濃度は１×１０２  ０  ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度で、拡散深さは０．１μｍ程度である。
【００３４】
第２のダイオード１１は、開口部１内のＰ型の支持基板１７の表面にＰ型の低濃度拡散層２９を形成する。Ｐ型の低濃度拡散層２９には、Ｐ型の高濃度拡散層７ｂとＮ型の高濃度拡散層５ｂとを離間して設ける。Ｐ型の低濃度拡散層２９の不純物にはボロン原子を用い、表面不純物濃度は１×１０１  ６  ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度で、拡散深さは３μｍ程度である。Ｐ型の高濃度拡散層７ｂの不純物にはボロン原子を用い、表面不純物濃度は１×１０２  ０  ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度で、拡散深さは０．１μｍ程度である。また、Ｎ型の高濃度拡散層５ｂの不純物には砒素原子を用い、表面不純物濃度は１×１０２  ０  ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度で、拡散深さは０．１μｍ程度である。
【００３５】
第１のダイオード９と第２のダイオード１１と表面シリコン層３との上部には層間絶縁膜２３を設けている。層間絶縁膜２３は、ボロン原子とリン原子を含むシリコン酸化膜からなり、膜厚は０．５μｍ程度である。層間絶縁膜２３には、コンタクトホール３１を設ける。
第１のダイオード９を構成するＮ型の高濃度拡散層５ａは、コンタクトホール３１を介して金属電極２６ａに接続し、Ｐ型の高濃度拡散層７ａは、コンタクトホール３１を介して金属電極２５ａに接続する。第２のダイオードを構成するＮ型の高濃度拡散層５ｂは、コンタクトホール３１を介して金属電極２５ｂに接続し、Ｐ型の高濃度拡散層７ｂは、コンタクトホール３１を介して金属電極２６ｂに接続する。金属電極２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂにはアルミニウムを用い、膜厚は１μｍ程度である。
【００３６】
図１には、ダイオードのみを示しているが、実際のＩＣチップは、表面シリコン層に形成された多数のＭＯＳトランジスタや他のＦＥＴ、バイポーラトランジスタや抵抗あるいはコンデンサなどを設けている。
【００３７】
この半導体装置において、図５に示した従来技術の半導体装置と相違する主要な点は次のとおりである。
すなわち、Ｐ型の支持基板１７にＮ型の低濃度拡散層２７とＰ型の低濃度拡散層２９とを設ける点である。本発明の半導体装置においては、複数の開口部１内のＰ型の支持基板１７に、支持基板１７と同導電型のＰ型の低濃度拡散層２９と、逆導電型のＮ型の低濃度拡散層２７とを形成し、この低濃度拡散層内に高濃度拡散層を形成し、ダイオードを形成する。支持基板１７と逆導電型の低濃度拡散層には、支持基板と異なる電位の電源を接続することができるため、ダイオードは、少なくとも電位の異なる２種類の電源に接続が可能となる。
【００３８】
次に、本発明のダイオードを使った保護回路例を図２に示す。ダイオードＤ３は第１の電源４５と入出力端子Ｔ３との間に接続しており、ダイオードＤ４は第２の電源４７と入出力端子Ｔ３との間に接続している。ＩＣの内部回路４９には第１の電源４５と第２の電源４７と入出力端子Ｔ３とが接続している。なお、内部回路４９は例としてＣＭＯＳインバータを示した。続いて、図２の保護回路の動作を説明する。
【００３９】
入出力端子Ｔ３に正のサージ電圧が印加されると、ダイオードＤ４は順方向動作を行い、入出力端子Ｔ３から第２の電源４７に電流を流し、正のサージ電圧を低い電圧にクランプする。入出力端子Ｔ３に負のサージ電圧が印加されると、ダイオードＤ３は順方向動作を行い、第１の電源４５から入出力端子Ｔ３に電流を流し、負のサージ電圧を低い電圧にクランプする。
このように、ダイオードＤ３、Ｄ４は、それぞれ順方向動作のみを行い、逆方向動作をすることなくサージ電圧を低い電圧にクランプする。ダイオードは、ブレークダウンをしないために、素子の劣化がなく、充分な保護能力と、耐圧が得られる。
【００４０】
また、一般に、ＰＮ接合の耐圧等の諸特性は、低濃度側の不純物濃度に強く依存することが知られている。本発明においては、低濃度拡散層を設けたことにより、不純物濃度の調整は、この低濃度拡散層を形成する半導体装置の製造プロセスの一部を変更するだけで容易に調整できる。
【００４１】
また、図３に示す本発明の第２の実施の形態の半導体装置においても、従来技術にはない優れた効果を有する。以下図３を用いて説明する。図３に示す本発明の第２の実施の形態の半導体装置において、図１と同様の構成については同一の記号を付与し、詳細な説明を省略する。
図３に示す半導体装置において、図１に示した第１の実施の形態の半導体装置と相違するのは次の点である。
【００４２】
すなわち、Ｎ型の低濃度拡散層２７及びＰ型の低濃度拡散層２９内に設けるＮ型の高濃度拡散層５ａ、５ｂとＰ型の高濃度拡散層７ａ、７ｂとの間に絶縁膜１５ａ、１５ｂを設ける。絶縁膜１５ａ、１５ｂの上部に電極層２１ａ、２１ｂを設けている点である。
絶縁膜１５ａ、１５ｂはシリコン酸化膜からなり、膜厚は１０ｎｍ程度である。電極層２１ａ、２１ｂは多結晶シリコンからなり、膜厚は３００ｎｍ程度である。
第１のダイオード９内の電極層２１ａは、コンタクトホール３１を介して金属電極２６ａと接続する。Ｎ型の高濃度拡散層５ａとＮ型の低濃度拡散層２７とは同導電型であるから電気的に接続されている。Ｎ型の高濃度拡散層５ａはコンタクトホール３１を介して金属電極２６ａに接続しているから、したがって、電極層２１ａは、Ｎ型の低濃度拡散層２７とも電気的に接続されることになる。
第２のダイオード１１内の電極層２１ｂは、コンタクトホール３１を介して金属電極２６ｂと接続する。Ｐ型の高濃度拡散層７ｂとＰ型の低濃度拡散層２９とは同導電型であるから電気的に接続されている。Ｐ型の高濃度拡散層７ｂはコンタクトホール３１を介して金属電極２６ｂに接続しているから、したがって、電極層２１ｂは、Ｐ型の低濃度拡散層２９とも電気的に接続されることになる。
【００４３】
ところで、第１のダイオード９を形成するＮ型の高濃度拡散層５ａとＰ型の高濃度拡散層７ａとの間には、配線や電極からの電界やサージ電圧をクランプする際に加わる電界等によって、反転層が形成される場合がある。同様に第２のダイオード１１を形成するＮ型の高濃度拡散層５ｂとＰ型の高濃度拡散層７ｂとの間にも反転層が形成される場合がある。この反転層は低濃度拡散層２７や低濃度拡散層２９が反転してできる層である。
反転層が形成されると、高濃度拡散層どうしが反転層を介して電気的に接続してしまうために、リーク電流が発生する。このリーク電流はダイオードの特性を劣化させ、ひいては半導体装置全体の電気特性や信頼性を低下させる。
【００４４】
図３における絶縁膜１５ａおよび電極層２１ａは、絶縁膜１５ａ下部のＮ型の低濃度拡散層２７の表面にこの低濃度拡散層２７と同一の電位を印加することができる。このため、Ｎ型の高濃度拡散層５ａとＰ型の高濃度拡散層７ａとの間に形成する反転層の発生を制限することができる。
同様に絶縁膜１５ｂおよび電極層２１ｂは、絶縁膜１５ｂ下部のＰ型の低濃度拡散層２９の表面にこの低濃度拡散層２９と同一の電位を印加することができる。このため、Ｎ型の高濃度拡散層５ｂとＰ型の高濃度拡散層７ｂとの間に形成する反転層の発生を制限することができる。
したがって、高濃度拡散層間に流れるリーク電流を減少させることができるという優れた効果を有する。一般に、反転層は不純物濃度が低くなると形成されやすくなるため、低濃度拡散層の不純物濃度を低くし、ブレークダウン電圧を高くする場合などに、この効果は顕著になる。
【００４５】
図３に示す半導体装置において、第１のダイオードを構成する絶縁膜１５ａおよび電極層２１ａの形状は、絶縁膜１５ａおよび電極層２１ａの端部が、Ｎ型の高濃度拡散層５ａとＰ型の高濃度拡散層７ａとの端部と一致するように記載しているが、この形状に限定する必要がないのは言うまでもない。
絶縁膜１５ｂおよび電極層２１ｂの端部が、Ｎ型の高濃度拡散層５ａとＰ型の高濃度拡散層７ａとの端部にオーバーラップして設けても、Ｎ型の高濃度拡散層５ａとＰ型の高濃度拡散層７ａとの間の長さより小さく設けてもよい。すなわち、半導体装置の素子の構成や動作電圧により、電界が加わる位置や強さが一定ではないから、適時変更が可能である。これは第２のダイオードを構成する絶縁膜１５ｂおよび電極層２１ｂの形状も同様である。
【００４６】
また、図４に示す本発明の第３の実施の形態の半導体装置においても、このリーク電流を減少させる構成がなされている。以下図４を用いて説明する。図４に示す本発明の第３の実施の形態の半導体装置において、図１と同様の構成については同一の記号を付与し、詳細な説明を省略する。
図４に示す半導体装置において、図１に示した第１の実施の形態の半導体装置と相違するのは次の点である。
【００４７】
すなわち、第１のダイオード９において、Ｎ型の高濃度拡散層５ａとＰ型の高濃度拡散層７ａと並んで、Ｎ型の低濃度拡散層２７の表面にＮ型のフィールドドープ層３３を設ける。さらに、第２のダイオード１１において、Ｎ型の高濃度拡散層５ｂとＰ型の高濃度拡散層７ｂと並んで、Ｐ型の低濃度拡散層２９の表面にＰ型のフィールドドープ層３５を設けている点である。
Ｎ型のフィールドドープ層３３の不純物にはリン原子を用い、表面不純物濃度は３×１０１  ６  ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度で、拡散深さは０．５μｍ程度である。Ｐ型のフィールドドープ層３５の不純物にはボロン原子を用い、表面不純物濃度は３×１０１  ６  ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度で、拡散深さは０．５μｍ程度である。
【００４８】
一般に、反転層は不純物濃度が高いほど形成され難くなるので、低濃度拡散層より不純物濃度の高いフィールドドープ層を設けることで、低濃度拡散層の表面に反転層を形成され難くでき、高濃度拡散層に流れるリーク電流を減少させることができる。
【００４９】
図４に示す半導体装置において、Ｎ型のフィールドドープ層３３は、Ｎ型の高濃度拡散層５ａとＰ型の高濃度拡散層７ａとの間に設けているが、この部分に限定して設ける必要がないのは言うまでもない。
Ｎ型の低濃度拡散層２７の表面部分の他の部分に設けてもかまわない。さらに、Ｎ型のフィールドドープ層３３の端部は、Ｎ型の高濃度拡散層５ａとＰ型の高濃度拡散層７ａとの端部に接触して設けるように記載しているが、離間して設けてもよい。すなわち、半導体装置の素子の構成により、電界が加わる位置や方向が一定ではないから、リーク電流が発生する部分を鑑みて設ければよい。これはＰ型のフィールドドープ層３５も同様であり、Ｐ型の低濃度拡散層２９の表面部分の他の部分に設けても、Ｎ型の高濃度拡散層５ｂとＰ型の高濃度拡散層７ｂとの端部と離間して設けてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明はＳＯＩ構造を有する半導体装置において、支持基板に低濃度拡散層を設けることにより、この低濃度拡散層に任意の電位の電源を接続することができる。すなわち、支持基板と低濃度拡散層とがそれぞれ異なる電位の電源に接続できるという効果を有する。
この低濃度拡散層にダイオードを形成し、クランプ素子として用いることにより、サージ電圧の正負の極性に関わらず、ダイオードは順方向動作のみを行う保護回路を構成することができる。
ダイオードが順方向動作のみ行うということは、ブレークダウンによる素子の劣化がないということであって、保護回路の動作による素子の劣化がない優れた保護回路を構成することができるという効果を有する。
【００５１】
また、低濃度拡散層の表面に、絶縁膜を設け、その絶縁膜の上部に電極層を設け、さらに、その電極層を低濃度拡散層と電気的に接続することにより、低濃度拡散層の表面の反転層が形成され難くなり、高濃度拡散層に流れるリーク電流を減少させることができる。
さらにまた、低濃度拡散層の表面部分に、低濃度拡散層と同導電型で不純物濃度の高い拡散層を設けることにより、低濃度拡散層の表面に反転層が形成され難くなり、高濃度拡散層に流れるリーク電流を減少させることができる。
これらの構成によって、優れた保護回路の効果に加え、リーク電流を減少させるという従来技術にはない効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明における半導体装置の保護回路の等価回路図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態における半導体装置の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態における半導体装置の構造を示す断面図である。
【図５】従来技術における半導体装置の構造を示す断面図である。
【図６】従来技術における半導体装置の保護回路の等価回路図である。
【図７】従来技術における半導体装置の保護回路の等価回路図である。
【符号の説明】
１  開口部
３  表面シリコン層
５ａ  Ｎ型の高濃度拡散層
５ｂ  Ｎ型の高濃度拡散層
７ａ  Ｐ型の高濃度拡散層
７ｂ  Ｐ型の高濃度拡散層
９  第１のダイオード
１１  第２のダイオード
１５ａ  絶縁膜
１５ｂ  絶縁膜
１７  支持基板
１９  埋込酸化膜
２１ａ  電極層
２１ｂ  電極層
２３  層間絶縁膜
２５ａ  金属電極
２５ｂ  金属電極
２６ａ  金属電極
２６ｂ  金属電極
２７  Ｎ型の低濃度拡散層
２９  Ｐ型の低濃度拡散層
３１  コンタクトホール
３３  Ｎ型のフィールドドープ層
３５  Ｐ型のフィールドドープ層
３７，３９、４１、４３  高濃度拡散層
４５  第１の電源
４７  第２の電源
４９  内部回路
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３  入出力端子
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
Ｄ３，Ｄ４  ダイオード
【図１】
2004221316.tif 000003
【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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