(57)【要約】      （修正有）【課題】ＥＳＤ保護ダイオードの低容量化を可能にする半導体装置を提供する。【解決手段】第１導電形の第１半導体領域20と、第１半導体領域の上に設けられ、第１半導体領域に接合された第２導電形の第２半導体領域38と、第２半導体領域の第１部分30を囲む第１絶縁層50と、第２半導体領域の第２部分31を囲む第２絶縁層51と、第２半導体領域の第２部分の上に設けられ、第２部分に接合され、第２絶縁層によって囲まれた第１導電形の第３半導体領域32と、第２半導体領域の上および第３半導体領域の上に設けられ、第２半導体領域および第３半導体領域に電気的に接続された配線層10と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電形の第１半導体領域と、
前記第１半導体領域の上に設けられ、前記第１半導体領域に接合された第２導電形の第２半導体領域と、
前記第２半導体領域の第１部分を囲む第１絶縁層と、
前記第２半導体領域の第２部分を囲む第２絶縁層と、
前記第２半導体領域の前記第２部分の上に設けられ、前記第２部分に接合され、前記第２絶縁層によって囲まれた第１導電形の第３半導体領域と、
前記第２半導体領域の上および前記第３半導体領域の上に設けられ、前記第２半導体領域および前記第３半導体領域に電気的に接続された配線層と、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域の前記第２部分との間に第２導電形の第４半導体領域をさらに備え、
前記第４半導体領域の不純物濃度は、前記第２半導体領域の不純物濃度よりも高い請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第４半導体領域は、前記第２絶縁層によって囲まれている請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１絶縁層の少なくとも一部と前記第２絶縁層の少なくとも一部とが共有化されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１絶縁層と第１半導体領域との間に、第１導電形の第５半導体領域をさらに備えた請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２半導体領域の前記第１部分と前記配線層との間に、第２導電形の第６半導体領域をさらに備え、
前記第６半導体領域の不純物濃度は、前記第２半導体領域の不純物濃度よりも高い請求項１〜５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】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器、電子システム等に用いられる半導体装置は、外部からの信号端子に印加される静電気に対して内部回路を保護するＥＳＤ（Electro Static Discharge）保護ダイオードを有している。伝送ラインに流れる信号の高周波化が進むにつれ、ＥＳＤ保護ダイオードの低容量化が求められている。
【０００３】
また、ＥＳＤ保護ダイオードに含まれるダイオードを素子分離する方法として、不純物拡散層によってダイオードを素子分離する方法がある。しかし、不純物拡散層の形成には、長時間の熱処理が必要になる。このため、半導体基板から不純物元素がエピタキシャル層に拡散してエピタキシャル層の実効的な厚さが薄くなる。つまり、寄生容量の電極間距離が実質的に短くなって低容量化を困難にしている。
【０００４】
また、不純物拡散層は、不純物元素の拡散によって形成されるため、その拡散に応じて、各々のダイオード間の距離が長くなる。これにより、ダイオード間の配線距離が長くなり、配線容量の低容量化に限界が生じている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５１６２１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、ＥＳＤ保護ダイオードの低容量化を可能にする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】
【０００７】
実施形態の半導体装置は、第１導電形の第１半導体領域と、前記第１半導体領域の上に設けられ、前記第１半導体領域に接合された第２導電形の第２半導体領域と、前記第２半導体領域の第１部分を囲む第１絶縁層と、前記第２半導体領域の第２部分を囲む第２絶縁層と、前記第２半導体領域の前記第２部分の上に設けられ、前記第２部分に接合され、前記第２絶縁層によって囲まれた第１導電形の第３半導体領域と、前記第２半導体領域の上および前記第３半導体領域の上に設けられ、前記第２半導体領域および前記第３半導体領域に電気的に接続された配線層と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１（ａ）は、第１実施形態に係る半導体装置を表す模式的平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に表す第１実施形態に係る半導体装置のＡ−Ａ’線における模式的断面図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は、参考例に係る半導体装置の一部を表す模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）は、第２実施形態に係る半導体装置を表す模式的平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に表す第２実施形態に係る半導体装置のＡ−Ａ’線における模式的断面図である。
【図４】図４は、第３実施形態に係る半導体装置の一部を表す模式的断面図である。
【図５】図５は、第４実施形態に係る半導体装置の一部を表す模式的断面図である。
【図６】図６は、第５実施形態に係る半導体装置の一部を表す模式的断面図である。
【図７】図７は、第６実施形態に係る半導体装置の一部を表す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。
【００１０】
（第１実施形態）  
図１（ａ）は、第１実施形態に係る半導体装置を表す模式的平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に表す第１実施形態に係る半導体装置のＡ−Ａ’線における模式的断面図である。
【００１１】
図１（ａ）には、図１（ｂ）のＢ−Ｂ’線断面の上面が表されている。
【００１２】
第１実施形態に係る半導体装置１は、ＥＳＤ保護ダイオードを有している。
【００１３】
半導体装置１は、半導体基板であるｐ＋形の第１半導体領域２０（以下、例えば、半導体領域２０）を備える。半導体領域２０は接地されている。半導体領域２０の上には、半導体領域２０に接合されたｎ形の第２半導体領域３８（以下、例えば、半導体領域３８）が設けられている。半導体領域３８は、第１絶縁層５０（以下、例えば、絶縁層５０）によって囲まれた第１部分３０と、第２絶縁層（以下、例えば、絶縁層５１）によって囲まれた第２部分３１と、これら以外の第３部分３５と、を有する。ここで、第１部分３０は、半導体装置１の第１領域１ａに位置し、第２部分３１は、第１領域１ａとは離れた半導体装置１の第２領域１ｂに位置している。半導体装置１では、ｐ＋形の半導体領域２０とｎ形の第１部分３０によってｐｎダイオード４０が構成されている。絶縁層５０は、ｐｎダイオード４０の素子分離領域である。
【００１４】
また、半導体領域３８の第２部分３１の上には、この第２部分３１に接合されたｐ形の第３半導体領域３２（以下、例えば、半導体領域３２）が設けられている。半導体装置１では、ｐ形の半導体領域３２とｎ形の第２部分３１とによってｐｎダイオード４１が構成されている。ｐｎダイオード４１のｐ側からｎ側の向きは、ｐｎダイオード４０のｐ側からｎ側の向きとは逆になっている。半導体領域３８の第２部分３１および半導体領域３２は、第２絶縁層５１（以下、例えば、絶縁層５１）によって囲まれている。
【００１５】
半導体領域３８の上および半導体領域３２の上には、配線層１０が設けられている。配線層１０は、半導体装置１の端子１０ｔに接続されている。配線層１０は、半導体領域３８の第１部分３０および半導体領域３２に電気的に接続されている。
【００１６】
半導体領域２０と半導体領域３８の第２部分３１との間には、ｎ＋形の第４半導体領域３３（以下、例えば、半導体領域３３）が設けられている。半導体領域３３は、ｎ形の不純物元素を半導体領域２０と半導体領域３８の間に注入してから、その不純物元素を熱拡散させた領域である。半導体領域３３は、半導体領域３８の第２部分３１と、半導体領域２０と、に接合されている。半導体領域３３の不純物濃度は、半導体領域３８の不純物濃度よりも高い。半導体領域３３は、絶縁層５１によって囲まれている。半導体装置１では、ｐ＋形の半導体領域２０とｎ＋形の半導体領域３３とによって、ツェナーダイオード４２が構成されている。絶縁層５１は、ｐｎダイオード４１とツェナーダイオード４２との素子分離領域である。
【００１７】
半導体領域３８の第１部分３０と配線層１０との間には、ｎ＋形の第６半導体領域３４（以下、例えば、半導体領域３４）が設けられている。半導体領域３４は、配線層１０にオーミック接触している。半導体領域３４の不純物濃度は、半導体領域３８の不純物濃度よりも高い。半導体領域３８の第１部分３０の外側および第２部分３１の外側には、半導体領域３８の第３部分３５が設けられている。半導体領域３８は、半導体領域２０の上に設けられたｎ形のエピタキシャル成長層である。
【００１８】
半導体領域３８の上には、層間絶縁膜７０が設けられている。層間絶縁膜７０は、開口７０ｈａ、７０ｈｂを有する。配線層１０は、開口７０ｈａを通じて半導体領域３４に接続され、開口７０ｈｂを通じて半導体領域３２に接続されている。
【００１９】
半導体領域のそれぞれの主成分は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）である。また、半導体領域のそれぞれの主成分は、シリコン炭化物（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等でもよい。また、実施形態では、特に断らない限り、ｎ＋形、ｎ形の順でｎ形（第２導電形）の不純物濃度が低くなることを表す。また、ｐ＋形、ｐ形の順でｐ形（第１導電形）の不純物濃度が低くなることを表す。
【００２０】
ｎ＋形、ｎ形等の導電形の不純物元素としては、例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等が適用される。ｐ＋形、ｐ形等の導電形の不純物元素としては、例えば、ホウ素（Ｂ）等が適用される。また、半導体装置１において、ｐ形とｎ形の導電形を入れ替えても同様な効果が得られる。
【００２１】
配線層１０の材料は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）等の群から選ばれる少なくとも１つを含む金属である。また、絶縁層、層間絶縁膜の材料は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物等を含む。
【００２２】
半導体装置１では、一例として、クローバ型の回路が構成されている。例えば、ｐｎダイオード４０と、一対のｐｎダイオード４１およびツェナーダイオード４２と、は並列に接続されている。
【００２３】
端子１０ｔに正の過渡電圧が印加された場合、ｐｎダイオード４１は順方向に、ツェナーダイオード４２は逆方向に、ｐｎダイオード４０は逆方向に、それぞれバイアスされる。
【００２４】
ツェナーダイオード４２のブレークダウン電圧は任意に設定可能である。従って、ｐｎダイオード４０のブレークダウン電圧をツェナーダイオード４２のブレークダウン電圧よりも低く設定することにより、ｐｎダイオード４０には逆方向に電流が流れず、ツェナーダイオード４２には逆方向に電流が流れる。
【００２５】
これにより、正の過渡電圧が端子１０ｔに印加された場合の過渡電流は、端子１０ｔからｐｎダイオード４１、ツェナーダイオード４２を通じて半導体領域２０へと流れる。
【００２６】
一方、端子１０ｔに負の過渡電圧が印加された場合、ｐｎダイオード４１は逆方向に、ツェナーダイオード４２は順方向に、ｐｎダイオード４０は順方向にそれぞれバイアスされる。ｐｎダイオード４１のブレークダウン電圧よりもｐｎダイオード４０の順方向電圧の方が低いため、過渡電流は半導体領域２０からｐｎダイオード４０を通じて端子１０ｔに流れる。
【００２７】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、参考例に係る半導体装置の一部を表す模式的断面図である。
【００２８】
ここで、図２（ｂ）には、図２（ａ）に比べて熱拡散が進行した後の状態が表されている。
【００２９】
参考例に係る半導体装置１００においては、半導体領域３８の第１部分３０がｐ＋形の半導体領域１０１およびｐ＋形の半導体領域１０２によって囲まれている。半導体領域１０１、１０２は、ｐ形の不純物元素を半導体領域３８の第１部分３０の周りに注入してから、その不純物元素を熱拡散させた領域である。参考例では、半導体領域１０１および半導体領域１０２が素子分離領域１０３になっている。
【００３０】
また、参考例に係る半導体装置１００においては、半導体領域３１〜３３がｎ＋形の半導体領域１０４およびｎ＋形の半導体領域１０５によって囲まれている。半導体領域１０４、１０５は、ｎ形の不純物元素を半導体領域３１〜３３の周りに注入してから、その不純物元素を熱拡散させた領域である。参考例では、半導体領域１０４および半導体領域１０５が素子分離領域１０６になっている。半導体領域３８は、半導体領域２０の上に設けられたエピタキシャル成長層である。
【００３１】
しかし、半導体装置１００の製造過程では、素子分離領域を形成するための熱処理工程が必要になる。このため、ｐ＋形の半導体領域２０からｎ形のエピタキシャル成長層の側にｐ形の不純物元素（例えば、ボロン）が拡散する。この拡散した領域を、図２（ｂ）では、ｐ形領域２０ｐとして図示している。これにより、ｎ形のエピタキシャル成長層の実効的な厚さが薄くなっている。
【００３２】
これにより、ｎ形のエピタキシャル成長層における空乏層の延びは、第１実施形態に比べて短くなり、ｐｎダイオード４０の容量が第１実施形態に比べて大きくなる。また、熱処理の履歴によって、素子分離領域１０３、１０６に含まれる不純物元素はその都度熱拡散する。このため、素子分離領域１０３、１０６の幅は必然的に所定の長さを有する。
【００３３】
これにより、参考例では、ｐｎダイオード４０とｐｎダイオード４１とを接続する配線間距離Ｌを短くすることが困難になり、配線容量の低容量化に限界が生じている。
【００３４】
これに対して、第１実施形態に係る半導体装置１においては、不純物拡散によって素子分離領域を形成するのではなく、絶縁層５０、５１を素子分離領域としている。従って、熱処理の履歴が参考例に比べて少なくなり、ｐ＋形の半導体領域２０からｎ形のエピタキシャル成長層の側にｐ形の不純物元素（例えば、ボロン）が拡散し難くなる。これにより、ｎ形のエピタキシャル成長層の実効的な厚さは略変わらず、ｎ形のエピタキシャル成長層における空乏層の延びが参考例に比べて長くなる。すなわち、ｐｎダイオード４０の容量は参考例に比べて小さくなる。
【００３５】
また、絶縁層５０、５１の幅は、素子分離領域１０３、１０６の幅に比べて狭い。これにより、ｐｎダイオード４０とｐｎダイオード４１とを接続する配線間距離Ｌを短く設計することができる。
【００３６】
（第２実施形態）  
図３（ａ）は、第２実施形態に係る半導体装置を表す模式的平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に表す第２実施形態に係る半導体装置のＡ−Ａ’線における模式的断面図である。
【００３７】
図３（ａ）には、図３（ｂ）のＢ−Ｂ’線断面の上面が表されている。
【００３８】
第２実施形態に係る半導体装置２は、絶縁層５０の少なくとも一部と絶縁層５１の少なくとも一部とが共有化されている。この共有化された領域を領域５２としている。領域５２は、絶縁層５０にも属し、絶縁層５１にも属す。
【００３９】
第１実施形態においては、絶縁層５０と絶縁層５１との間の半導体領域３８の第３部分３５が未使用領域となっている。第２実施形態に係る半導体装置２においては、絶縁層５０の少なくとも一部と絶縁層５１の少なくとも一部とを共有化し、未使用領域を減少させ、配線間距離Ｌをさらに短くしている。これにより、半導体装置２では、半導体装置１に比べて配線容量がさらに小さくなる。
【００４０】
（第３実施形態）  
図４は、第３実施形態に係る半導体装置の一部を表す模式的断面図である。
【００４１】
第３実施形態に係る半導体装置３においては、絶縁層５０と半導体領域２０との間に、ｐ＋形の第５半導体領域３６（以下、例えば、半導体領域３６）が設けられている。半導体領域３６は、ｐ形の不純物元素を絶縁層５０と半導体領域２０との間に注入してから、その不純物元素を熱拡散させた領域である。半導体装置３では、絶縁層５０および半導体領域３６がｐｎダイオード４０の素子分離領域になっている。
【００４２】
半導体装置３においては、絶縁層５０と半導体領域２０との間に半導体領域３６を設ける。このため、半導体領域３６を形成するために注入される不純物元素は、参考例に係る半導体領域１０１を形成するために注入される不純物元素よりも少なくなる。
【００４３】
従って、不純物拡散領域が素子分離領域の一部になっても、熱処理の履歴は参考例に比べて少なくなる。これにより、半導体装置３においては、ｐ＋形の半導体領域２０からｎ形のエピタキシャル成長層の側にｐ形の不純物元素（例えば、ボロン）が拡散し難くなる。つまり、半導体装置３においても半導体装置１と同様の効果を奏する。
【００４４】
また、半導体装置３においては、ｐｎダイオード４０のｐｎ接合部分がｐ＋形の半導体領域２０とｎ形の半導体領域３８の第１部分３０との接合部分（図中のＡ）と、ｐ＋形の半導体領域３６とｎ形の半導体領域３８の第１部分３０との接合部分（図中のＢ）と、を有している。従って、半導体装置３においては、半導体装置１に比べてｐｎダイオード４０のｐｎ接合面積が増加する。これにより、ｐｎダイオード４０の電流容量が増加する。
【００４５】
ＥＳＤ耐量は、ｐｎダイオード４０、ｐｎダイオード４１、およびツェナーダイオード４２の中、電流容量の比較的低いダイオードの耐性で決定される。ｐｎダイオード４０、ｐｎダイオード４１、およびツェナーダイオード４２の中、電流容量の比較的低いｐｎダイオード４０の耐性を増加させることにより、半導体装置３のＥＳＤ耐量がさらに増加する。
【００４６】
（第４実施形態）  
図５は、第４実施形態に係る半導体装置の一部を表す模式的断面図である。
【００４７】
第４実施形態に係る半導体装置４においては、ｎ＋形の半導体領域３３が絶縁層５１の下端５１ｄに接している。つまり、ｐ＋形の半導体領域２０とｎ＋形の半導体領域３３との接合面積がさらに増加している。
【００４８】
これにより、ツェナーダイオード４２のｐｎ接合面積がさらに増加する。半導体装置４においては、ツェナーダイオード４２に逆方向バイアスが印加された場合のブレークダウン耐量がさらに増加している。
【００４９】
（第５実施形態）  
図６は、第５実施形態に係る半導体装置の一部を表す模式的断面図である。
【００５０】
第５実施形態に係る半導体装置５においては、半導体領域３８の第２部分３１と半導体領域２０との間、および絶縁層５１と半導体領域２０との間に、ｎ＋形の半導体領域３３が設けられている。
【００５１】
半導体領域３３は、ｎ形の不純物元素を絶縁層５１と半導体領域２０との間に注入してから、その不純物元素を熱拡散させた領域である。半導体装置５では、半導体領域２０と半導体領域３３とによってツェナーダイオード４２が構成され、絶縁層５１および半導体領域３３がｐｎダイオード４１およびツェナーダイオード４２の素子分離領域になっている。
【００５２】
このような構造であれば、ツェナーダイオード４２のｐｎ接合面積がさらに増加する。つまり、半導体装置５においては、ツェナーダイオード４２に逆方向バイアスが印加された場合のブレークダウン耐量がさらに増加している。
【００５３】
（第６実施形態）  
図７は、第６実施形態に係る半導体装置の一部を表す模式的断面図である。
【００５４】
第６実施形態に係る半導体装置６は、絶縁層５０の少なくとも一部と絶縁層５１の少なくとも一部とが共有化されている。この共有化された領域を領域５２としている。
【００５５】
半導体装置６においては、絶縁層５０と半導体領域２０との間にｐ＋形の半導体領域３６が設けられている。また、半導体装置６においては、半導体領域３８の第２部分３１と半導体領域２０との間、絶縁層５１と半導体領域２０との間、および領域５２と半導体領域２０との間に、ｎ＋形の半導体領域３３が設けられている。このような半導体装置６も実施形態に含まれる。
【００５６】
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、実施形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、実施形態の特徴を備えている限り、実施形態の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００５７】
また、前述した各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも実施形態の特徴を含む限り実施形態の範囲に包含される。その他、実施形態の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても実施形態の範囲に属するものと了解される。
【００５８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
１、２、３、４、５、６、１００  半導体装置、  １ａ  第１領域、  １ｂ  第２領域、  １０  配線層、  １０ｔ  端子、  ２０  第１半導体領域、  ２０ｐ  ｐ形領域、  ３０  第１部分、  ３１  第２部分、  ３２  第３半導体領域、  ３３  第４半導体領域、  ３４  第６半導体領域、  ３５  第３部分、  ３６  第５半導体領域、  ３８  第２半導体領域、  ４０、４１  ｐｎダイオード、  ４２  ツェナーダイオード、  ５０  第１絶縁層、  ５１  第２絶縁層、  ５１ｄ  下端、  ５２  領域、  ７０  層間絶縁膜、  ７０ｈａ  開口、  ７０ｈｂ  開口、  １０１、１０２、１０４、１０５  半導体領域、  １０３、１０６  素子分離領域
【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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