半導体装置およびそのブレークダウン電圧の制御方法およびその製造方法
【構成】 第１導電型の半導体基板１１に形成した第１導電型の中濃度不純物層１と第２導電型の高濃度不純物層２２とからなるＰＮ接合を形成し、その隣接する領域にゲート酸化膜２を介してゲート電極４を設けたＭＯＳ型素子とから構成する半導体装置およびそのブレークダウン電圧の制御方法およびその製造方法。
【効果】 従来問題であった繰り返し使用に対するブレークダウン電圧の変動がなくなり、さらに半導体基板内部の高抵抗が原因となるブレークダウン時の電位の不安定性もなくなり、安定したブレークダウン電圧を維持するダイオードが得られる。
【効果】 従来問題であった繰り返し使用に対するブレークダウン電圧の変動がなくなり、さらに半導体基板内部の高抵抗が原因となるブレークダウン時の電位の不安定性もなくなり、安定したブレークダウン電圧を維持するダイオードが得られる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、定電圧回路などに用いられるツェナーダイオードに関するものであり、ブレークダウン電圧を可変することができることを特徴とする半導体装置の構造とブレークダウン電圧の制御方法と半導体装置の製造方法とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板を用いて形成したＰＮ接合からなるダイオードを定電圧回路などに用いる場合に、ダイオードとして要求される特性は、繰り返し使用に対して、安定したブレークダウン電圧を維持することである。
【０００３】しかしながら、一般的なＰＮ接合を半導体基板の表面に形成したダイオードでは、ブレークダウン時に発生するホットエレクトロンが酸化膜中に捕獲され、電荷が蓄積し、ブレークダウン電圧が変動する問題が発生する。
【０００４】同様に、ＰＮ接合が、フィールド分離領域を形成するバーズビーク領域に隣接する場合にも、バーズビーク領域の酸化膜に電荷が蓄積し、ブレークダウン電圧が変動する問題が発生する。
【０００５】このため、ＰＮ接合を半導体基板の内部に形成するダイオード構造が考えられる。この構造においては、酸化膜中に発生する電荷による繰り返し使用に対する劣化は、防ぐことができる。
【０００６】しかし、半導体基板内部の高抵抗領域を電流が流れるため、ＰＮ接合の電位が不安定となり、ブレークダウン電圧が変動する問題が発生する。
【０００７】これらの従来技術を、図８と図９とを用いて説明する。図８と図９とはいずれも従来例における半導体装置の構造を示す断面図である。
【０００８】まず、図８には、第１導電型の半導体基板１１の表面にＰＮ接合を有するダイオードの構造を示した。この半導体装置は、第１導電型の半導体基板１１に形成したフィールド酸化膜１４に囲まれた表面に、第２導電型の高濃度不純物層２２と、第１導電型の中濃度不純物層１と、第１導電型の高濃度不純物層２１とからなるＰＮ接合を形成する。
【０００９】さらに、半導体基板１１の表面上にはシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜２と、多層配線用絶縁膜２３と、多層配線用絶縁膜２３に設けるコンタクト窓２４とを設ける。
【００１０】そして、コンタクト窓２４を介して第１導電型の高濃度不純物層２１と、第２導電型の高濃度不純物層２２とに接続する配線金属２５とを有する。
【００１１】図９には従来例における第１導電型の半導体基板１１の内部にＰＮ接合を形成したダイオードの構造を示した。
【００１２】この図９に示すように半導体装置は、第１導電型の半導体基板１１に、第１導電型の中濃度不純物層１を形成し、第１導電型の半導体基板１１の表面に第２導電型の高濃度不純物層２２を形成し、ＰＮ接合を形成している。
【００１３】そして、ブレークダウンが、第１導電型の半導体基板１１内部で起こるようにした構造である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】図８に示すように、第１導電型の半導体基板１１の表面にＰＮ接合を有するダイオード構造では、ブレークダウンが第１導電型の半導体基板１１の表面で発生する。
【００１５】このため、第１導電型の半導体基板１１の表面のゲート酸化膜２の内部にホットエレクトロンが注入されることによる電荷が蓄積し、繰り返し使用によりブレークダウン電圧が変動するという問題をもたらす。
【００１６】そして、図９に示すように、第１導電型の半導体基板１１の内部にＰＮ接合を形成する構造では、ブレークダウンが第１導電型の半導体基板１１の内部で発生する。
【００１７】このため、電荷の蓄積を防ぐことが可能となり、繰り返し使用に対するブレークダウン電圧の変動は減少する。
【００１８】しかしながら、この図９に示す構造では、低濃度領域である第１導電型の半導体基板１１の内部は高抵抗であり、そして第１導電型の半導体基板１１の内部を電流が流れる。
【００１９】このため、ブレークダウン時に第１導電型の半導体基板１１の内部の電位が不安定となり、ブレークダウン電圧が不安定となる問題をもたらす。
【００２０】本発明の目的は、上記課題を解決して、半導体基板内部にＰＮ接合を形成するダイオードにおいて、ＰＮ接合の電位を安定させ、ブレークダウン電圧の変動を防ぐことができ、かつブレークダウン電圧を制御することができる半導体装置の構造と、この構造を得るための半導体装置の製造方法と、ブレークダウン電圧の制御方法とを提供することである。
【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の構造とその製造方法とは、下記記載の手段を採用する。
【００２２】本発明における半導体装置は、第１導電型の半導体基板のダイオード領域に設ける第１導電型の中濃度不純物層と、第１導電型の中濃度領域の第１導電型の半導体基板表面に設ける第２導電型の高濃度不純物層と、ゲート酸化膜を介して設けダイオード領域に隣接するゲート電極と、ＭＯＳ領域に設ける第１導電型の高濃度不純物層と、多層配線用絶縁膜に設けるコンタクト窓と、コンタクト窓を介して第１導電型の高濃度不純物層と第２導電型の高濃度不純物層とに接続する配線金属とを備えることを特徴とする。
【００２３】本発明における半導体装置は、第１導電型の半導体基板のダイオード領域に設ける第１導電型の中濃度不純物層と、第１導電型の中濃度領域の第１導電型の半導体基板表面に設ける第２導電型の高濃度不純物層と、ゲート酸化膜を介して設けダイオード領域を取り囲むようにするゲート電極と、ＭＯＳ領域に設ける第１導電型の高濃度不純物層と、多層配線用絶縁膜に設けるコンタクト窓と、コンタクト窓を介して第１導電型の高濃度不純物層と第２導電型の高濃度不純物層とに接続する配線金属とを備えることを特徴とする。
【００２４】本発明における半導体装置は、第１導電型の半導体基板のダイオード領域に設ける第１導電型の中濃度不純物層と、第１導電型の中濃度領域の第１導電型の半導体基板表面に設ける第２導電型の高濃度不純物層と、ゲート酸化膜を介して設けダイオード領域を円形に取り囲むようにするゲート電極と、ＭＯＳ領域に設ける第１導電型の高濃度不純物層と、多層配線用絶縁膜に設けるコンタクト窓と、コンタクト窓を介して第１導電型の高濃度不純物層と第２導電型の高濃度不純物層とに接続する配線金属とを備えることを特徴とする。
【００２５】本発明における半導体装置は、第１導電型の半導体基板のダイオード領域に設ける第１導電型の中濃度不純物層と、第１導電型の中濃度領域の第１導電型の半導体基板表面に設ける第２導電型の高濃度不純物層と、ゲート酸化膜を介して設けダイオード領域の片側に隣接するゲート電極と、ＭＯＳ領域に設ける第１導電型の高濃度不純物層と、多層配線用絶縁膜に設けるコンタクト窓と、コンタクト窓を介して第１導電型の高濃度不純物層と第２導電型の高濃度不純物層とに接続する配線金属とを備えることを特徴とする。
【００２６】本発明における半導体装置のブレークダウン電圧の制御方法は、ＰＮ接合に隣接したＭＯＳ型素子のゲート電極に印加する電圧を変えることにより、ＰＮ接合からなるダイオードのブレークダウン電圧を可変することを特徴とする。
【００２７】本発明における半導体装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板の素子領域の周囲のフィールド領域にフィールド酸化膜を形成し、ダイオードを形成するための第１導電型の不純物をイオン注入し、熱処理により不純物を拡散し、第１導電型の中濃度不純物層を形成する工程と、熱酸化によりゲート酸化膜を形成し、全面に多結晶シリコン膜を形成する工程と、多結晶シリコン膜上に感光性樹脂を形成し、感光性樹脂をエッチングマスクに用いてＭＯＳ型素子のゲート電極を形成する工程と、感光性樹脂をイオン注入マスクとしてダイオード形成領域に第２導電型の高濃度不純物層を形成する工程と、感光性樹脂を除去し、感光性樹脂をダイオード形成領域に形成し、感光性樹脂をイオン注入マスクとして、ＭＯＳ領域の第１導電型領域に第１導電型の高濃度不純物層を形成する工程と、熱処理によりイオン注入した不純物を活性化する工程と、二酸化シリコン膜を主体とする多層配線用絶縁膜を形成する工程と、フォトエッチング技術により多層配線用絶縁膜にコンタクト窓を形成する工程と、配線金属を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２８】
【作用】本発明の半導体装置においては、第１導電型の中濃度不純物層と第１導電型の高濃度不純物層の間には、ゲート酸化膜を介してゲート電極を設けている。
【００２９】このゲート電極に電圧を印加することにより、ゲート酸化膜下の第１導電型の半導体基板表面の抵抗値を変えることが可能となる。
【００３０】このためゲート電極に電圧を印加することにより第１導電型の半導体基板表面の抵抗値が変化する。
【００３１】そして、第２導電型の高濃度不純物層と第１導電型の中濃度不純物層とによって作られる、ダイオードでブレークダウンした電流が流れる第１導電型の中濃度不純物層と第１導電型の高濃度不純物層間の第１導電型の半導体基板の抵抗値が変化し、ブレークダウン電圧を可変することが可能となる。
【００３２】これにより第１導電型の半導体基板の内部が高抵抗であることによるブレークダウン時の第１導電型の半導体基板の内部電位が不安定とはならない。したがって、ブレークダウン電圧はゲート電極に電圧を印加することにより安定する半導体装置が得られる。
【００３３】
【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を説明する。まず、図４の断面図を用いて本発明の実施例における半導体装置の構造を説明する。
【００３４】本発明の半導体装置は、図４に示すように、第１導電型の半導体基板１１に設けるフィールド酸化膜１４に囲まれた表面に、第２導電型の高濃度不純物層２２と、第１導電型の中濃度不純物層１からなるＰＮ接合を形成する。
【００３５】さらに、そのＰＮ接合に隣接する領域に、ゲート酸化膜２を介してゲート電極４と、第１導電型の高濃度不純物層２１を形成する。
【００３６】そしてさらに、多層配線用絶縁膜２３と、この多層配線用絶縁膜２３に設けるコンタクト窓２４と、このコンタクト窓２４を介して第１導電型の高濃度不純物層２１と、第２導電型の高濃度不純物層２２とに接続する配線金属２５とを設ける。
【００３７】図４で示した本発明の半導体装置は、第１導電型の半導体基板１１と、ゲート酸化膜２と、ゲート電極４とからなるＭＯＳ型素子は、第２導電型の高濃度不純物層２２と、第１導電型の中濃度不純物層１とからなるＰＮ接合に隣接する。
【００３８】このことにより、第１導電型の中濃度不純物層１と第１導電型の高濃度不純物層２１との間に存在する第１導電型の半導体基板１１がＭＯＳ型素子のチャネル領域となる。
【００３９】このため、ＭＯＳ型素子のゲート電極に電圧を印加することによりチャネル領域の抵抗が変化する。すなわち本発明のブレークダウン電圧の制御方法は、ＰＮ接合に隣接するＭＯＳ型素子のゲート電極に印加する電圧を変えることにより行う。
【００４０】したがって、このチャネル領域の抵抗が下がる電圧をＭＯＳ型素子のゲート電極に印加することにより、ダイオードでブレークダウンした電流のパスとなりダイオードの電位が安定する。
【００４１】つぎに、この図４を用いて説明した本発明の半導体装置の構造を形成するための製造方法を説明する。図１〜図４は、本発明の半導体装置の構造を製造するための製造方法を工程順に示す断面図である。
【００４２】まず、図１に示すように、導電型がＮ型の半導体基板１１の素子領域１２の周囲のフィールド領域１３に、窒化シリコン膜などの耐酸化膜をマスクにして酸化する、いわゆる選択酸化処理により、フィールド酸化膜１４を５００ｎｍの厚さで形成する。
【００４３】つぎに、全面に感光性材料である感光性樹脂（図示せず）を形成し、所定のフォトマスクを用いて露光、および現像処理を行ない、第１導電型の中濃度不純物層１を形成する領域を開口するように感光性樹脂を形成する。
【００４４】その後、この感光性樹脂をイオン注入の阻止膜として、第１導電型の中濃度不純物層１を作成するためのＮ型の不純物であるリンを、たとえば加速エネルギーが１００ｋｅＶ、イオン注入量が９．０×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 程度の条件でイオン注入する。
【００４５】つぎに、感光性樹脂を除去し、窒素雰囲気で、１１００℃の温度にて、１４時間程度の熱処理を行い、第１導電型の中濃度不純物層１を形成する。
【００４６】その後、図２に示すように、酸素と窒素との混合気体中で酸化処理を行い、厚さ２０ｎｍ程度の二酸化シリコン膜からなるゲート酸化膜２を全面に形成する。
【００４７】つぎに、モノシランを反応ガスとするＣＶＤ法によって多結晶シリコン膜３を３００ｎｍ程度の厚さで全面に形成する。
【００４８】つぎに、全面に感光性材料である感光性樹脂３１を形成し、所定のフォトマスクを用いて露光、および現像処理を行ない、ＭＯＳ型素子のゲート電極を形成する領域に感光性樹脂３１を形成する。
【００４９】その後、この感光性樹脂３１をエッチングマスクとして用いて、ＳＦ6 ＋Ｏ2の混合ガスを用いてドライエッチング法により、多結晶シリコン膜３をエッチングする。
【００５０】これにより、図３に示すように、ＭＯＳ型素子のゲート電極４を形成する。この結果、第１導電型の中濃度不純物層１と第２導電型の高濃度不純物層２２とからなるＰＮ接合に隣接するＭＯＳ型素子を形成することができる。
【００５１】つぎに、ＭＯＳ領域３３のみを開口する感光性樹脂３１を形成し、この感光性樹脂３１をイオン注入の阻止膜として用いて、第１導電型の半導体基板１１の表面にＮ型の不純物であるリンを加速エネルギー５０ｋｅＶ、イオン注入量３．５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 程度でイオン注入して、第１導電型の高濃度不純物層２１を形成する。
【００５２】つぎに、ダイオード領域３２のみを開口する感光性樹脂（図示せず）を形成する。そして、この感光性樹脂をイオン注入の阻止膜として用い、第１導電型の半導体基板１１の表面にＰ型の不純物であるボロンを加速エネルギー２５ｋｅＶ、イオン注入量３．５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 程度でイオン注入し、第２導電型の高濃度不純物層２２を形成する。
【００５３】その後、不純物の活性化のために、アニールを炉を用い、９００℃の温度で時間３０分の熱処理を、窒素雰囲気で行なう。
【００５４】この結果、ＭＯＳ領域３３の第１導電型の半導体基板１１の表面には、第１導電型の高濃度不純物層２１を形成し、さらにダイオード領域３２の第１導電型の半導体基板１１の表面には、第２導電型の高濃度不純物層２２を形成することができる。
【００５５】つぎに、図４に示すように、二酸化シリコン膜を主体とする多層配線用絶縁膜２３を形成する。その後、フォトエッチング技術を行い、多層配線用絶縁膜２３にコンタクト窓２４を形成し、さらに、配線金属２５としてアルミニウムを形成することによって半導体装置を得る。
【００５６】以上、実施例では、第１導電型としてＮ型、第２導電型としてＰ型を例として示したが、この逆としても、本実施例と同様の効果が得られる。
【００５７】また、図４の実施例で示した本発明の半導体装置の平面形状を図５に示す。このようにゲート電極４はＰＮ接合に隣接する構造とすれば本発明と同様な効果が得られるので、図６に示すように円形のゲート電極４をＰＮ接合と隣接する構造としてもよい。
【００５８】同様に、図７に示すようにＰＮ接合の片側に隣接するようにゲート電極４を構成しても本発明と同様な効果が得られる。
【００５９】以上の実施例で示したダイオードの特性を図１０のグラフに示す。図１０の横軸は第２導電型の高濃度不純物層２２に印加した電圧を示し、縦軸は第２導電型の高濃度不純物層２２から第１導電型の中濃度不純物層１を介して第１導電型の高濃度層２１に流れた電流を示している。また、図１０中の実線は、ＭＯＳ型素子のゲート電極４にプラス電圧を印加した場合の電流を示し、破線はマイナス電圧を印加した場合の電流を示している。
【００６０】この図１０に示すように、ＭＯＳ型素子のゲート電極４にプラスのバイアスを印加することにより、第１導電型の半導体基板１１の表面にチャネルが形成され低抵抗となるため、低いブレークダウン電圧を得ることができる。
【００６１】逆に、ＭＯＳ型素子のゲート電極４にマイナスのバイアスを印加すると第１導電型の半導体基板１１の表面は高抵抗となり、高いブレークダウン電圧を得ることができる。
【００６２】このため、本発明で示す半導体装置は、ダイオードに隣接するＭＯＳ型素子のゲート電極４のバイアスを変えることにより、ブレークダウン電圧を変えることができる。
【００６３】
【発明の効果】以上の説明で明かなように、本発明の半導体装置の構造と、ブレークダウン電圧の制御方法と、半導体装置の製造方法においては、従来問題であった繰り返し使用に対するブレークダウン電圧の変動がなくなる。さらに半導体基板内部の高抵抗が原因となるブレークダウン時の電位の不安定性もなくなり、安定したブレークダウン電圧を維持するダイオードを得ることができる。
【００６４】さらに、ダイオードに隣接するＭＯＳ型素子のゲート電極に加えるバイアスを変えることにより、ダイオードのブレークダウン電圧を変化することが可能である。
【００６５】以上の結果、本発明においては、繰り返し使用にに対するブレークダウン電圧の変動はなく、信頼性の高い半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例における半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例における半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例における半導体装置の構造とそのブレークダウン電圧の制御方法と半導体装置の製造方法とを示す断面図である。
【図５】本発明の実施例における半導体装置の構造を示す平面図である。
【図６】本発明の一実施例における半導体装置の構造を示す平面図である。
【図７】本発明の一実施例における半導体装置の構造を示す平面図である。
【図８】従来例における半導体装置の構造を示す断面図である。
【図９】従来例における半導体装置の構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施例における半導体装置の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 第１導電型の中濃度不純物層
２ ゲート酸化膜
４ ＭＯＳ型素子のゲート電極
１１ 第１導電型の半導体基板
２１ 第１導電型の高濃度不純物層
２２ 第２導電型の高濃度不純物層
２３ 多層配線用絶縁膜
２４ コンタクト窓
２５ 配線金属
３１ 感光性樹脂
３２ ダイオード領域
３３ ＭＯＳ領域
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、定電圧回路などに用いられるツェナーダイオードに関するものであり、ブレークダウン電圧を可変することができることを特徴とする半導体装置の構造とブレークダウン電圧の制御方法と半導体装置の製造方法とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板を用いて形成したＰＮ接合からなるダイオードを定電圧回路などに用いる場合に、ダイオードとして要求される特性は、繰り返し使用に対して、安定したブレークダウン電圧を維持することである。
【０００３】しかしながら、一般的なＰＮ接合を半導体基板の表面に形成したダイオードでは、ブレークダウン時に発生するホットエレクトロンが酸化膜中に捕獲され、電荷が蓄積し、ブレークダウン電圧が変動する問題が発生する。
【０００４】同様に、ＰＮ接合が、フィールド分離領域を形成するバーズビーク領域に隣接する場合にも、バーズビーク領域の酸化膜に電荷が蓄積し、ブレークダウン電圧が変動する問題が発生する。
【０００５】このため、ＰＮ接合を半導体基板の内部に形成するダイオード構造が考えられる。この構造においては、酸化膜中に発生する電荷による繰り返し使用に対する劣化は、防ぐことができる。
【０００６】しかし、半導体基板内部の高抵抗領域を電流が流れるため、ＰＮ接合の電位が不安定となり、ブレークダウン電圧が変動する問題が発生する。
【０００７】これらの従来技術を、図８と図９とを用いて説明する。図８と図９とはいずれも従来例における半導体装置の構造を示す断面図である。
【０００８】まず、図８には、第１導電型の半導体基板１１の表面にＰＮ接合を有するダイオードの構造を示した。この半導体装置は、第１導電型の半導体基板１１に形成したフィールド酸化膜１４に囲まれた表面に、第２導電型の高濃度不純物層２２と、第１導電型の中濃度不純物層１と、第１導電型の高濃度不純物層２１とからなるＰＮ接合を形成する。
【０００９】さらに、半導体基板１１の表面上にはシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜２と、多層配線用絶縁膜２３と、多層配線用絶縁膜２３に設けるコンタクト窓２４とを設ける。
【００１０】そして、コンタクト窓２４を介して第１導電型の高濃度不純物層２１と、第２導電型の高濃度不純物層２２とに接続する配線金属２５とを有する。
【００１１】図９には従来例における第１導電型の半導体基板１１の内部にＰＮ接合を形成したダイオードの構造を示した。
【００１２】この図９に示すように半導体装置は、第１導電型の半導体基板１１に、第１導電型の中濃度不純物層１を形成し、第１導電型の半導体基板１１の表面に第２導電型の高濃度不純物層２２を形成し、ＰＮ接合を形成している。
【００１３】そして、ブレークダウンが、第１導電型の半導体基板１１内部で起こるようにした構造である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】図８に示すように、第１導電型の半導体基板１１の表面にＰＮ接合を有するダイオード構造では、ブレークダウンが第１導電型の半導体基板１１の表面で発生する。
【００１５】このため、第１導電型の半導体基板１１の表面のゲート酸化膜２の内部にホットエレクトロンが注入されることによる電荷が蓄積し、繰り返し使用によりブレークダウン電圧が変動するという問題をもたらす。
【００１６】そして、図９に示すように、第１導電型の半導体基板１１の内部にＰＮ接合を形成する構造では、ブレークダウンが第１導電型の半導体基板１１の内部で発生する。
【００１７】このため、電荷の蓄積を防ぐことが可能となり、繰り返し使用に対するブレークダウン電圧の変動は減少する。
【００１８】しかしながら、この図９に示す構造では、低濃度領域である第１導電型の半導体基板１１の内部は高抵抗であり、そして第１導電型の半導体基板１１の内部を電流が流れる。
【００１９】このため、ブレークダウン時に第１導電型の半導体基板１１の内部の電位が不安定となり、ブレークダウン電圧が不安定となる問題をもたらす。
【００２０】本発明の目的は、上記課題を解決して、半導体基板内部にＰＮ接合を形成するダイオードにおいて、ＰＮ接合の電位を安定させ、ブレークダウン電圧の変動を防ぐことができ、かつブレークダウン電圧を制御することができる半導体装置の構造と、この構造を得るための半導体装置の製造方法と、ブレークダウン電圧の制御方法とを提供することである。
【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の構造とその製造方法とは、下記記載の手段を採用する。
【００２２】本発明における半導体装置は、第１導電型の半導体基板のダイオード領域に設ける第１導電型の中濃度不純物層と、第１導電型の中濃度領域の第１導電型の半導体基板表面に設ける第２導電型の高濃度不純物層と、ゲート酸化膜を介して設けダイオード領域に隣接するゲート電極と、ＭＯＳ領域に設ける第１導電型の高濃度不純物層と、多層配線用絶縁膜に設けるコンタクト窓と、コンタクト窓を介して第１導電型の高濃度不純物層と第２導電型の高濃度不純物層とに接続する配線金属とを備えることを特徴とする。
【００２３】本発明における半導体装置は、第１導電型の半導体基板のダイオード領域に設ける第１導電型の中濃度不純物層と、第１導電型の中濃度領域の第１導電型の半導体基板表面に設ける第２導電型の高濃度不純物層と、ゲート酸化膜を介して設けダイオード領域を取り囲むようにするゲート電極と、ＭＯＳ領域に設ける第１導電型の高濃度不純物層と、多層配線用絶縁膜に設けるコンタクト窓と、コンタクト窓を介して第１導電型の高濃度不純物層と第２導電型の高濃度不純物層とに接続する配線金属とを備えることを特徴とする。
【００２４】本発明における半導体装置は、第１導電型の半導体基板のダイオード領域に設ける第１導電型の中濃度不純物層と、第１導電型の中濃度領域の第１導電型の半導体基板表面に設ける第２導電型の高濃度不純物層と、ゲート酸化膜を介して設けダイオード領域を円形に取り囲むようにするゲート電極と、ＭＯＳ領域に設ける第１導電型の高濃度不純物層と、多層配線用絶縁膜に設けるコンタクト窓と、コンタクト窓を介して第１導電型の高濃度不純物層と第２導電型の高濃度不純物層とに接続する配線金属とを備えることを特徴とする。
【００２５】本発明における半導体装置は、第１導電型の半導体基板のダイオード領域に設ける第１導電型の中濃度不純物層と、第１導電型の中濃度領域の第１導電型の半導体基板表面に設ける第２導電型の高濃度不純物層と、ゲート酸化膜を介して設けダイオード領域の片側に隣接するゲート電極と、ＭＯＳ領域に設ける第１導電型の高濃度不純物層と、多層配線用絶縁膜に設けるコンタクト窓と、コンタクト窓を介して第１導電型の高濃度不純物層と第２導電型の高濃度不純物層とに接続する配線金属とを備えることを特徴とする。
【００２６】本発明における半導体装置のブレークダウン電圧の制御方法は、ＰＮ接合に隣接したＭＯＳ型素子のゲート電極に印加する電圧を変えることにより、ＰＮ接合からなるダイオードのブレークダウン電圧を可変することを特徴とする。
【００２７】本発明における半導体装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板の素子領域の周囲のフィールド領域にフィールド酸化膜を形成し、ダイオードを形成するための第１導電型の不純物をイオン注入し、熱処理により不純物を拡散し、第１導電型の中濃度不純物層を形成する工程と、熱酸化によりゲート酸化膜を形成し、全面に多結晶シリコン膜を形成する工程と、多結晶シリコン膜上に感光性樹脂を形成し、感光性樹脂をエッチングマスクに用いてＭＯＳ型素子のゲート電極を形成する工程と、感光性樹脂をイオン注入マスクとしてダイオード形成領域に第２導電型の高濃度不純物層を形成する工程と、感光性樹脂を除去し、感光性樹脂をダイオード形成領域に形成し、感光性樹脂をイオン注入マスクとして、ＭＯＳ領域の第１導電型領域に第１導電型の高濃度不純物層を形成する工程と、熱処理によりイオン注入した不純物を活性化する工程と、二酸化シリコン膜を主体とする多層配線用絶縁膜を形成する工程と、フォトエッチング技術により多層配線用絶縁膜にコンタクト窓を形成する工程と、配線金属を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２８】
【作用】本発明の半導体装置においては、第１導電型の中濃度不純物層と第１導電型の高濃度不純物層の間には、ゲート酸化膜を介してゲート電極を設けている。
【００２９】このゲート電極に電圧を印加することにより、ゲート酸化膜下の第１導電型の半導体基板表面の抵抗値を変えることが可能となる。
【００３０】このためゲート電極に電圧を印加することにより第１導電型の半導体基板表面の抵抗値が変化する。
【００３１】そして、第２導電型の高濃度不純物層と第１導電型の中濃度不純物層とによって作られる、ダイオードでブレークダウンした電流が流れる第１導電型の中濃度不純物層と第１導電型の高濃度不純物層間の第１導電型の半導体基板の抵抗値が変化し、ブレークダウン電圧を可変することが可能となる。
【００３２】これにより第１導電型の半導体基板の内部が高抵抗であることによるブレークダウン時の第１導電型の半導体基板の内部電位が不安定とはならない。したがって、ブレークダウン電圧はゲート電極に電圧を印加することにより安定する半導体装置が得られる。
【００３３】
【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を説明する。まず、図４の断面図を用いて本発明の実施例における半導体装置の構造を説明する。
【００３４】本発明の半導体装置は、図４に示すように、第１導電型の半導体基板１１に設けるフィールド酸化膜１４に囲まれた表面に、第２導電型の高濃度不純物層２２と、第１導電型の中濃度不純物層１からなるＰＮ接合を形成する。
【００３５】さらに、そのＰＮ接合に隣接する領域に、ゲート酸化膜２を介してゲート電極４と、第１導電型の高濃度不純物層２１を形成する。
【００３６】そしてさらに、多層配線用絶縁膜２３と、この多層配線用絶縁膜２３に設けるコンタクト窓２４と、このコンタクト窓２４を介して第１導電型の高濃度不純物層２１と、第２導電型の高濃度不純物層２２とに接続する配線金属２５とを設ける。
【００３７】図４で示した本発明の半導体装置は、第１導電型の半導体基板１１と、ゲート酸化膜２と、ゲート電極４とからなるＭＯＳ型素子は、第２導電型の高濃度不純物層２２と、第１導電型の中濃度不純物層１とからなるＰＮ接合に隣接する。
【００３８】このことにより、第１導電型の中濃度不純物層１と第１導電型の高濃度不純物層２１との間に存在する第１導電型の半導体基板１１がＭＯＳ型素子のチャネル領域となる。
【００３９】このため、ＭＯＳ型素子のゲート電極に電圧を印加することによりチャネル領域の抵抗が変化する。すなわち本発明のブレークダウン電圧の制御方法は、ＰＮ接合に隣接するＭＯＳ型素子のゲート電極に印加する電圧を変えることにより行う。
【００４０】したがって、このチャネル領域の抵抗が下がる電圧をＭＯＳ型素子のゲート電極に印加することにより、ダイオードでブレークダウンした電流のパスとなりダイオードの電位が安定する。
【００４１】つぎに、この図４を用いて説明した本発明の半導体装置の構造を形成するための製造方法を説明する。図１〜図４は、本発明の半導体装置の構造を製造するための製造方法を工程順に示す断面図である。
【００４２】まず、図１に示すように、導電型がＮ型の半導体基板１１の素子領域１２の周囲のフィールド領域１３に、窒化シリコン膜などの耐酸化膜をマスクにして酸化する、いわゆる選択酸化処理により、フィールド酸化膜１４を５００ｎｍの厚さで形成する。
【００４３】つぎに、全面に感光性材料である感光性樹脂（図示せず）を形成し、所定のフォトマスクを用いて露光、および現像処理を行ない、第１導電型の中濃度不純物層１を形成する領域を開口するように感光性樹脂を形成する。
【００４４】その後、この感光性樹脂をイオン注入の阻止膜として、第１導電型の中濃度不純物層１を作成するためのＮ型の不純物であるリンを、たとえば加速エネルギーが１００ｋｅＶ、イオン注入量が９．０×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 程度の条件でイオン注入する。
【００４５】つぎに、感光性樹脂を除去し、窒素雰囲気で、１１００℃の温度にて、１４時間程度の熱処理を行い、第１導電型の中濃度不純物層１を形成する。
【００４６】その後、図２に示すように、酸素と窒素との混合気体中で酸化処理を行い、厚さ２０ｎｍ程度の二酸化シリコン膜からなるゲート酸化膜２を全面に形成する。
【００４７】つぎに、モノシランを反応ガスとするＣＶＤ法によって多結晶シリコン膜３を３００ｎｍ程度の厚さで全面に形成する。
【００４８】つぎに、全面に感光性材料である感光性樹脂３１を形成し、所定のフォトマスクを用いて露光、および現像処理を行ない、ＭＯＳ型素子のゲート電極を形成する領域に感光性樹脂３１を形成する。
【００４９】その後、この感光性樹脂３１をエッチングマスクとして用いて、ＳＦ6 ＋Ｏ2の混合ガスを用いてドライエッチング法により、多結晶シリコン膜３をエッチングする。
【００５０】これにより、図３に示すように、ＭＯＳ型素子のゲート電極４を形成する。この結果、第１導電型の中濃度不純物層１と第２導電型の高濃度不純物層２２とからなるＰＮ接合に隣接するＭＯＳ型素子を形成することができる。
【００５１】つぎに、ＭＯＳ領域３３のみを開口する感光性樹脂３１を形成し、この感光性樹脂３１をイオン注入の阻止膜として用いて、第１導電型の半導体基板１１の表面にＮ型の不純物であるリンを加速エネルギー５０ｋｅＶ、イオン注入量３．５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 程度でイオン注入して、第１導電型の高濃度不純物層２１を形成する。
【００５２】つぎに、ダイオード領域３２のみを開口する感光性樹脂（図示せず）を形成する。そして、この感光性樹脂をイオン注入の阻止膜として用い、第１導電型の半導体基板１１の表面にＰ型の不純物であるボロンを加速エネルギー２５ｋｅＶ、イオン注入量３．５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 程度でイオン注入し、第２導電型の高濃度不純物層２２を形成する。
【００５３】その後、不純物の活性化のために、アニールを炉を用い、９００℃の温度で時間３０分の熱処理を、窒素雰囲気で行なう。
【００５４】この結果、ＭＯＳ領域３３の第１導電型の半導体基板１１の表面には、第１導電型の高濃度不純物層２１を形成し、さらにダイオード領域３２の第１導電型の半導体基板１１の表面には、第２導電型の高濃度不純物層２２を形成することができる。
【００５５】つぎに、図４に示すように、二酸化シリコン膜を主体とする多層配線用絶縁膜２３を形成する。その後、フォトエッチング技術を行い、多層配線用絶縁膜２３にコンタクト窓２４を形成し、さらに、配線金属２５としてアルミニウムを形成することによって半導体装置を得る。
【００５６】以上、実施例では、第１導電型としてＮ型、第２導電型としてＰ型を例として示したが、この逆としても、本実施例と同様の効果が得られる。
【００５７】また、図４の実施例で示した本発明の半導体装置の平面形状を図５に示す。このようにゲート電極４はＰＮ接合に隣接する構造とすれば本発明と同様な効果が得られるので、図６に示すように円形のゲート電極４をＰＮ接合と隣接する構造としてもよい。
【００５８】同様に、図７に示すようにＰＮ接合の片側に隣接するようにゲート電極４を構成しても本発明と同様な効果が得られる。
【００５９】以上の実施例で示したダイオードの特性を図１０のグラフに示す。図１０の横軸は第２導電型の高濃度不純物層２２に印加した電圧を示し、縦軸は第２導電型の高濃度不純物層２２から第１導電型の中濃度不純物層１を介して第１導電型の高濃度層２１に流れた電流を示している。また、図１０中の実線は、ＭＯＳ型素子のゲート電極４にプラス電圧を印加した場合の電流を示し、破線はマイナス電圧を印加した場合の電流を示している。
【００６０】この図１０に示すように、ＭＯＳ型素子のゲート電極４にプラスのバイアスを印加することにより、第１導電型の半導体基板１１の表面にチャネルが形成され低抵抗となるため、低いブレークダウン電圧を得ることができる。
【００６１】逆に、ＭＯＳ型素子のゲート電極４にマイナスのバイアスを印加すると第１導電型の半導体基板１１の表面は高抵抗となり、高いブレークダウン電圧を得ることができる。
【００６２】このため、本発明で示す半導体装置は、ダイオードに隣接するＭＯＳ型素子のゲート電極４のバイアスを変えることにより、ブレークダウン電圧を変えることができる。
【００６３】
【発明の効果】以上の説明で明かなように、本発明の半導体装置の構造と、ブレークダウン電圧の制御方法と、半導体装置の製造方法においては、従来問題であった繰り返し使用に対するブレークダウン電圧の変動がなくなる。さらに半導体基板内部の高抵抗が原因となるブレークダウン時の電位の不安定性もなくなり、安定したブレークダウン電圧を維持するダイオードを得ることができる。
【００６４】さらに、ダイオードに隣接するＭＯＳ型素子のゲート電極に加えるバイアスを変えることにより、ダイオードのブレークダウン電圧を変化することが可能である。
【００６５】以上の結果、本発明においては、繰り返し使用にに対するブレークダウン電圧の変動はなく、信頼性の高い半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例における半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例における半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例における半導体装置の構造とそのブレークダウン電圧の制御方法と半導体装置の製造方法とを示す断面図である。
【図５】本発明の実施例における半導体装置の構造を示す平面図である。
【図６】本発明の一実施例における半導体装置の構造を示す平面図である。
【図７】本発明の一実施例における半導体装置の構造を示す平面図である。
【図８】従来例における半導体装置の構造を示す断面図である。
【図９】従来例における半導体装置の構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施例における半導体装置の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 第１導電型の中濃度不純物層
２ ゲート酸化膜
４ ＭＯＳ型素子のゲート電極
１１ 第１導電型の半導体基板
２１ 第１導電型の高濃度不純物層
２２ 第２導電型の高濃度不純物層
２３ 多層配線用絶縁膜
２４ コンタクト窓
２５ 配線金属
３１ 感光性樹脂
３２ ダイオード領域
３３ ＭＯＳ領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第１導電型の半導体基板のダイオード領域に設ける第１導電型の中濃度不純物層と、第１導電型の中濃度領域の第１導電型の半導体基板表面に設ける第２導電型の高濃度不純物層と、ゲート酸化膜を介して設けダイオード領域に隣接するゲート電極と、ＭＯＳ領域に設ける第１導電型の高濃度不純物層と、多層配線用絶縁膜に設けるコンタクト窓と、コンタクト窓を介して第１導電型の高濃度不純物層と第２導電型の高濃度不純物層とに接続する配線金属とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】 第１導電型の半導体基板のダイオード領域に設ける第１導電型の中濃度不純物層と、第１導電型の中濃度領域の第１導電型の半導体基板表面に設ける第２導電型の高濃度不純物層と、ゲート酸化膜を介して設けダイオード領域を取り囲むようにするゲート電極と、ＭＯＳ領域に設ける第１導電型の高濃度不純物層と、多層配線用絶縁膜に設けるコンタクト窓と、コンタクト窓を介して第１導電型の高濃度不純物層と第２導電型の高濃度不純物層とに接続する配線金属とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】 第１導電型の半導体基板のダイオード領域に設ける第１導電型の中濃度不純物層と、第１導電型の中濃度領域の第１導電型の半導体基板表面に設ける第２導電型の高濃度不純物層と、ゲート酸化膜を介して設けダイオード領域を円形に取り囲むようにするゲート電極と、ＭＯＳ領域に設ける第１導電型の高濃度不純物層と、多層配線用絶縁膜に設けるコンタクト窓と、コンタクト窓を介して第１導電型の高濃度不純物層と第２導電型の高濃度不純物層とに接続する配線金属とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】 第１導電型の半導体基板のダイオード領域に設ける第１導電型の中濃度不純物層と、第１導電型の中濃度領域の第１導電型の半導体基板表面に設ける第２導電型の高濃度不純物層と、ゲート酸化膜を介して設けダイオード領域の片側に隣接するゲート電極と、ＭＯＳ領域に設ける第１導電型の高濃度不純物層と、多層配線用絶縁膜に設けるコンタクト窓と、コンタクト窓を介して第１導電型の高濃度不純物層と第２導電型の高濃度不純物層とに接続する配線金属とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】 ＰＮ接合に隣接したＭＯＳ型素子のゲート電極に印加する電圧を変えることにより、ＰＮ接合からなるダイオードのブレークダウン電圧を可変することを特徴とする半導体装置のブレークダウン電圧の制御方法。
【請求項６】 第１導電型の半導体基板の素子領域の周囲のフィールド領域にフィールド酸化膜を形成し、ダイオードを形成するための第１導電型の不純物をイオン注入し、熱処理により不純物を拡散し、第１導電型の中濃度不純物層を形成する工程と、熱酸化によりゲート酸化膜を形成し、全面に多結晶シリコン膜を形成する工程と、多結晶シリコン膜上に感光性樹脂を形成し、感光性樹脂をエッチングマスクに用いてＭＯＳ型素子のゲート電極を形成する工程と、感光性樹脂をイオン注入マスクとしてダイオード形成領域に第２導電型の高濃度不純物層を形成する工程と、感光性樹脂を除去し、感光性樹脂をダイオード形成領域に形成し、感光性樹脂をイオン注入マスクとして、ＭＯＳ領域の第１導電型領域に第１導電型の高濃度不純物層を形成する工程と、熱処理によりイオン注入した不純物を活性化する工程と、二酸化シリコン膜を主体とする多層配線用絶縁膜を形成する工程と、フォトエッチング技術により多層配線用絶縁膜にコンタクト窓を形成する工程と、配線金属を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】 第１導電型の半導体基板のダイオード領域に設ける第１導電型の中濃度不純物層と、第１導電型の中濃度領域の第１導電型の半導体基板表面に設ける第２導電型の高濃度不純物層と、ゲート酸化膜を介して設けダイオード領域に隣接するゲート電極と、ＭＯＳ領域に設ける第１導電型の高濃度不純物層と、多層配線用絶縁膜に設けるコンタクト窓と、コンタクト窓を介して第１導電型の高濃度不純物層と第２導電型の高濃度不純物層とに接続する配線金属とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】 第１導電型の半導体基板のダイオード領域に設ける第１導電型の中濃度不純物層と、第１導電型の中濃度領域の第１導電型の半導体基板表面に設ける第２導電型の高濃度不純物層と、ゲート酸化膜を介して設けダイオード領域を取り囲むようにするゲート電極と、ＭＯＳ領域に設ける第１導電型の高濃度不純物層と、多層配線用絶縁膜に設けるコンタクト窓と、コンタクト窓を介して第１導電型の高濃度不純物層と第２導電型の高濃度不純物層とに接続する配線金属とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】 第１導電型の半導体基板のダイオード領域に設ける第１導電型の中濃度不純物層と、第１導電型の中濃度領域の第１導電型の半導体基板表面に設ける第２導電型の高濃度不純物層と、ゲート酸化膜を介して設けダイオード領域を円形に取り囲むようにするゲート電極と、ＭＯＳ領域に設ける第１導電型の高濃度不純物層と、多層配線用絶縁膜に設けるコンタクト窓と、コンタクト窓を介して第１導電型の高濃度不純物層と第２導電型の高濃度不純物層とに接続する配線金属とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】 第１導電型の半導体基板のダイオード領域に設ける第１導電型の中濃度不純物層と、第１導電型の中濃度領域の第１導電型の半導体基板表面に設ける第２導電型の高濃度不純物層と、ゲート酸化膜を介して設けダイオード領域の片側に隣接するゲート電極と、ＭＯＳ領域に設ける第１導電型の高濃度不純物層と、多層配線用絶縁膜に設けるコンタクト窓と、コンタクト窓を介して第１導電型の高濃度不純物層と第２導電型の高濃度不純物層とに接続する配線金属とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】 ＰＮ接合に隣接したＭＯＳ型素子のゲート電極に印加する電圧を変えることにより、ＰＮ接合からなるダイオードのブレークダウン電圧を可変することを特徴とする半導体装置のブレークダウン電圧の制御方法。
【請求項６】 第１導電型の半導体基板の素子領域の周囲のフィールド領域にフィールド酸化膜を形成し、ダイオードを形成するための第１導電型の不純物をイオン注入し、熱処理により不純物を拡散し、第１導電型の中濃度不純物層を形成する工程と、熱酸化によりゲート酸化膜を形成し、全面に多結晶シリコン膜を形成する工程と、多結晶シリコン膜上に感光性樹脂を形成し、感光性樹脂をエッチングマスクに用いてＭＯＳ型素子のゲート電極を形成する工程と、感光性樹脂をイオン注入マスクとしてダイオード形成領域に第２導電型の高濃度不純物層を形成する工程と、感光性樹脂を除去し、感光性樹脂をダイオード形成領域に形成し、感光性樹脂をイオン注入マスクとして、ＭＯＳ領域の第１導電型領域に第１導電型の高濃度不純物層を形成する工程と、熱処理によりイオン注入した不純物を活性化する工程と、二酸化シリコン膜を主体とする多層配線用絶縁膜を形成する工程と、フォトエッチング技術により多層配線用絶縁膜にコンタクト窓を形成する工程と、配線金属を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開平７−３２６７７４
【公開日】平成７年（１９９５）１２月１２日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−１１８６０３
【出願日】平成６年（１９９４）５月３１日
【出願人】（０００００１９６０）シチズン時計株式会社 (1,939)
【公開日】平成７年（１９９５）１２月１２日
【国際特許分類】
【出願日】平成６年（１９９４）５月３１日
【出願人】（０００００１９６０）シチズン時計株式会社 (1,939)
[ Back to top ]