JPH04241452A - 半導体集積回路装置 - Google Patents
半導体集積回路装置Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
された薄膜電界効果型MOSトランジスタで構成する半
導体集積回路装置に関し、特にそのダイオード素子及び
抵抗素子の構成に関するものである。
効果型MOSトランジスタ(以下、SOI MOSF
ETと記す)の基本構造を図9において説明する。図9
は同一基板上にPチャネルMOSFET(以下、P−M
OSFETと記す)とNチャネルMOSFET(以下、
N−MOSFETと記す)を形成した時の断面図であり
、同図(a) が一般的なシリコンウェハ中に形成され
るMOSFET(以下、バルクMOSFETと記す)、
同図(b) がSOI MOSFETである。図にお
いて、1はシリコンウェハ、2はシリコンウェハ1の上
に形成された絶縁体層、3はN−MOSFETのチャネ
ル部分を形成するp− 不純物領域、4はP−MOSF
ETのチャネル部分を形成するn− 不純物領域、51
,52 はN−MOSFETのソース・ドレインを形成
するn+ 不純物領域、53 はn− 不純物領域4に
電気的接合をとるために形成するn+ 不純物領域、6
1,62 はP−MOSFETのソース・ドレインを形
成するp+ 不純物領域、63 はp− 不純物領域3
に電気的接合をとるために形成するp+ 不純物領域、
7はゲート電極を形成するポリシリコン層、10はサイ
ドウォール、8はポリシリコン層7とp− 不純物領域
3またはn− 不純物領域4の間にある酸化膜層、9は
p+ 不純物領域61,62 またはn+ 不純物領域
51,52 の電位を他と分離するためのLOCOS層
、28はSOI MOSFETにおいてシリコンウェ
ハの電位を固定するバックゲート電位である。また、2
1はVDD、22はVSS、23はN−MOSFETの
ゲート端子、24はP−MOSFETのゲート端子、2
5はN−MOSFET及びP−MOSFETのドレイン
端子であり、MOSFETとは金属配線で接続されてい
る。
に示すバルクMOSFETの場合は、p− 不純物領域
3にVSS22,n− 不純物領域4にVDD21の電
位を与えることにより、P−MOSFET,N−MOS
FETのチャネル部分に安定した空乏層を発生している
。
MOSFETの場合は、絶縁体層2の上部にp− 不
純物領域3,n− 不純物領域4が完全に空乏化するよ
うに薄く層を形成する。従って、図9(a) で説明し
たようなp− 不純物領域3,n− 不純物領域4にV
DD21,VSS22を接続する構成は、図9(b)
のSOI MOSFETでは不要となる。ところが、
SOI MOSFETのみで半導体集積回路装置を実
現すると、装置外部とインターフェース部分をとるバッ
ファ回路にサージなどの瞬間的に高い電位差が加わった
時の電圧に対する耐圧が低下する。このことを以下に説
明する。
回路について説明する。図8はバルクMOSFETで構
成するバッファ回路の一例を示す回路図で、同図(a)
が出力バッファ回路、同図(b) が入力バッファ回
路である。図において、21はVDD、22はVSS、
31はN−MOSFET、32はP−MOSFET、2
3はN−MOSFET31のゲート入力端子、24はP
−MOSFET32のゲート入力端子、25はN−MO
SFET31及びP−MOSFET32のドレイン電極
で半導体集積回路装置外部と接続しているものとする。 また26は外部からの信号を受けるインバータ回路、2
9はインバータ回路26を瞬間的な高い電位差から保護
する抵抗、27は入力バッファ回路の出力端子である。
ッファ回路,とも、装置外部と接続するドレイン電極2
5にVDD21よりも高い電圧が加わった時は、P−M
OSFET32を経由して、VDD21へ電流が流れ、
ドレイン電極25にVSS22よりも低い電圧が加わっ
た時は、N−MOSFET31を経由して、VSS22
から電流が流れる。この結果、バルクMOSFETで構
成されるバッファ回路では、N−MOSFET31とP
−MOSFET32の作用で高電圧がVDD21,VS
S22を通じて装置外部へ逃げるようになっている。
。図9(a) において、ドレイン端子25にVDD2
1よりも高い電圧が加わった場合、ドレイン端子25と
接続するp+ 不純物領域61 とVDD21の電位が
供給されているn− 不純物領域4が順接合となり、ド
レイン端子25からn− 不純物領域4を経由し、VD
D21に電流が流れる。また、ドレイン端子25にVS
S22よりも低い電圧が加わった場合は、ドレイン端子
25と接続しているn+ 不純物領域51 と、VSS
22の電位が供給されているp− 不純物領域3が順接
合となり、VSS22からp− 不純物領域3を経由し
、ドレイン端子25へ電流が流れるようになっている。
には、図9(b) に示すように、n− 不純物領域4
及びp− 不純物領域3にはVDD21またはVSS2
2が接続されていないので、ドレイン端子25にVDD
21より高い電圧が加わった場合は、n− 不純物領域
4と、VDD21が接続しているp+ 不純物領域62
は逆接合になる結果、電荷がVDD21へ流れない。 また、ドレイン端子25にVSS22より低い電圧が加
わった場合は、p− 不純物領域3とVSS22が接続
しているn+ 不純物領域52 は逆接合になる結果、
電荷がVSS22から流れない。このため、SOI
MOSFETの場合、瞬間的に大きな電圧がドレイン端
子25にかかると、MOSFETのPN接合を破壊して
しまう。
SOI MOSFETで構成される半導体集積回路装
置内に外部と接続するドレイン端子25からVDD21
及びVSS22に接続するダイオード素子が新たに必要
となる。
を図5において説明する。図5はSOI MOSFE
Tで構成されるバッファ回路の一例を示す回路図であり
、同図(a) が出力バッファ回路、同図(b) が入
力バッファ回路である。図において、21はVDD、2
2はVSS、31はN−MOSFET、32はP−MO
SFET、23はN−MOSFET31のゲート入力端
子、24はP−MOSFET32のゲート入力端子、2
5はN−MOSFET31及びP−MOSFET32の
ドレイン電極で半導体集積回路装置外部と接続している
ものとする。また、26は外部からの信号を受けるイン
バータ回路、27は入力バッファ回路の出力端子である
。また、29は抵抗素子、33,34はダイオード素子
である。
端子25にVDD21より高い電圧が加わった場合は、
ダイオード34を通してVDD21に電流が流れ、VS
S22より低い電圧が加わった場合は、ダイオード33
を通してVSS22から電流が流れるので、この例では
MOSFET31,32及び26を破壊せずにすむ。
次に説明する。図6はSOI MOSFETを形成す
る製造フローで得られるダイオード素子の一例であり、
同図(a) は平面図、同図(b) は同図(a) の
A−B部分の断面図である。図において、54 はn+
不純物領域、64 はp+ 不純物領域、1はシリコ
ンウェハ、2は絶縁体層、9はLOCOS層、28はバ
ックゲート電位、42はコンタクトホール、43,44
はダイオードの端子である。また、205は製造時にn
+不純物をドープする箇所、206はp+ 不純物をド
ープする箇所、203はp− 不純物をドープする箇所
、105,106はそれぞれn+ 不純物領域54 ,
p+ 不純物領域64 の表面を示す。
を形成する場合には、絶縁体層2の上部に同一層でp+
不純物領域64 とn+ 不純物領域54 が隣接し
、PN接合が形成されるようにn+ ドープ箇所205
とp+ ドープ箇所206を設定してやればよい。
も高速化の一手段としてソース・ドレイン・ゲートの表
面をシリサイド化などにより低抵抗化する場合が多くな
っているが、ダイオードの場合は表面105及び106
が低抵抗化されると、PN接合に電流が流れなくなるの
で、ダイオードとして動作しなくなる。従って、従来技
術ではダイオード部分だけ低抵抗化しないようにする必
要がある。
いて説明する。従来、抵抗を実現する方法としてはMO
SFETのオン抵抗,ポリシリコン抵抗,n不純物また
はp不純物の抵抗を利用する方法が考えられる。ところ
が、図5(b) に示す高電圧を伝導しにくくする目的
の抵抗29の場合、MOSFETのオン抵抗はPN接合
を破壊する危険性があるので使えない。また、ポリシリ
コン抵抗,n不純物またはp不純物の抵抗を利用する場
合では、シリサイド化などポリシリコン及びシリコン表
面を低抵抗化すると、抵抗値が著しく低下してしまう。 このことをp+ 不純物抵抗を利用する場合を例にとり
説明する。
る製造フローで得られる抵抗素子の一例であり、同図(
a) は平面図、同図(b) は同図(a) のA−B
部分の断面図である。図において、64 はp+ 不純
物領域、1はシリコンウェハ、2は絶縁体層、28はバ
ックゲート電位、9はLOCOS層、42はコンタクト
ホール、45,46は抵抗素子の端子である。また、2
06はp+ 不純物をドープする箇所、203はp−
不純物をドープする箇所、106はp+ 不純物領域6
4 の表面を示す。
形成する場合には、絶縁体層2の上部にp+ 不純物層
64 を形成するようにp+ 不純物ドープ箇所206
を設定してやればよい。
びポリシリコン表面を低抵抗化する場合は、抵抗素子で
あってもp+ 不純物領域64 の表面106がSOI
MOSFETと同時に低抵抗化されるので、十分な
抵抗値が得られなくなり、十分な抵抗値を得ようとすれ
ば、抵抗素子の面積が非常に大きくなってしまう。従っ
て、従来技術では抵抗素子の部分も低抵抗化しないよう
にする必要がある。
SFETを用いた半導体集積回路装置は以上のように構
成されているので、シリサイド化などシリコンまたはポ
リシリコン表面を低抵抗化する技術を適用した場合には
ダイオードや抵抗が形成できず、そのためダイオードや
抵抗の部分だけ低抵抗化しないように製造方法を変更す
ることが必要で、これは工程数の増加及びマスク枚数の
増加を招くなどの問題点があり、また半導体集積回路装
置全体を低抵抗化しない場合は、ダイオードや抵抗は形
成できるが、SOI MOSFETの動作が遅くなる
という問題点があった。
ためになされたもので、シリサイド化等シリコン,ポリ
シリコン表面を低抵抗化した場合でも、SOI MO
SFETを製造するフローと同一のフローでダイオード
素子も構成できる半導体集積回路装置を得ることを目的
とする。
コン,ポリシリコン表面を低抵抗化した場合でも、SO
I MOSFETを製造するフローと同一のフローで
抵抗素子も構成できる半導体集積回路装置を得ることを
目的とする。
回路装置は、絶縁体層と絶縁体層上に形成されたMOS
電界効果トランジスタとダイオード素子を有し、かつ該
ダイオード素子が絶縁体層上部に形成されたp型半導体
とn型半導体の接合と、該接合の上部にMOS電界効果
トランジスタのゲート形成時に形成されたシリコン酸化
膜層及びポリシリコン層とを備えたものである。
は、絶縁体層と、絶縁体層上に形成されたMOS電界効
果トランジスタと抵抗素子を有し、かつ該抵抗素子が絶
縁体層上に形成された半導体層と、該半導体層上の一部
にMOS電界効果トランジスタのゲート形成時に形成さ
れたポリシリコン層及び酸化膜層を備えたものである。
スタのゲート形成時に形成されたシリコン酸化膜層及び
ポリシリコン層をpn接合の上部に備えた構成としたの
で、製造工程を増加することなくpn接合部表面を低抵
抗化せずに不純物領域の表面を低抵抗化でき、低抵抗化
された半導体集積回路装置においてダイオードの整流動
作を実現できる。
純物領域表面の一部にMOSFETのゲート形成時に形
成されたシリコン酸化膜層及びポリシリコン層を備えた
構成としたので、低抵抗化された半導体集積回路装置に
高抵抗の抵抗素子を得ることができる。
構成を示す図であり、同図(a) は平面図、同図(b
) は同図(a) のA−B部分の断面図である。図に
おいて、1はシリコンウェハ、28はバックゲート電位
、2は絶縁体層、3はp− 不純物領域、54 はn+
不純物領域、64 はp+ 不純物領域、9はLOC
OS層、7はポリシリコン層、8は酸化膜層、10はサ
イドウォール、105,106はシリサイド化などによ
って低抵抗化された表面部分である。また、43,44
はダイオードの端子であり、42はコンタクトホールで
ある。さらに、205は製造の際p+ 不純物をドープ
する箇所、203は製造の際p− 不純物をドープする
箇所を示している。
不純物領域3の上部に酸化膜層8,ポリシリコン層7
を形成するとともに、p− 不純物領域3の両側にn+
不純物領域54 とp+ 不純物領域64 とを形成
する。この構造にすると、シリサイド化などにより、n
+ 不純物領域54 の表面105及びp+ 不純物領
域64 の表面106が低抵抗化されても、酸化膜層8
のためにp− 不純物領域3とn+ 不純物領域54
の接合部分は低抵抗化されず、ダイオードとして機能す
る。
することができる。まず、絶縁体層2の上層に四方をL
OCOS層9で囲まれた何もドープしていない薄膜シリ
コン層を形成し、そのシリコン層を覆うように203に
示す箇所に対にp− 不純物をドープすると、203で
囲む部分のうちLOCOS層9以外の部分がp− 不純
物層となる。次に、前記p− 不純物層を横断するよう
に酸化膜層8及びポリシリコン層7,サイドウォール1
0を形成し、ポリシリコン層7を境にして、205に示
す箇所にn+ 不純物を、206に示す箇所にp+ 不
純物をそれぞれドープすると、ポリシリコン層7の直下
のp− 不純物領域3はドープされずにn+ 不純物領
域54 及びp+ 不純物領域64 が形成される。こ
の後、チタンシリサイド化すると、n+ 不純物領域5
4 の表面105、p+ 不純物領域64 の表面10
6及びポリシリコン層7が低抵抗化されるが、サイドウ
ォール10のためにn+ 不純物領域54 の表面10
5とP+ 不純物領域64 の表面106が短絡するこ
とはない。
層7はMOSFETのゲート形成の際に形成されるので
、これらを形成するために製造工程を増やす必要はない
。
オードの構成図であり、同図(a) は平面図、同図(
b) は同図(a) のA−B部分の断面図である。図
において、1はシリコンウェハ、28はバックゲート電
位、2は絶縁体層、4はn− 不純物領域、54 はn
+ 不純物領域、64 はp+ 不純物領域、9はLO
COS層、7はポリシリコン層、8は酸化膜層、10は
サイドウォール、105,106はシリサイド化などに
よって低抵抗化された部分である。また、43,44は
ダイオードの端子、42はコンタクトホールである。さ
らに、204は製造時にn− 不純物をドープする箇所
、205はn+ 不純物をドープする箇所、206はp
+ 不純物をドープする箇所を示している。図2に示す
実施例では、n− 不純物領域4の上部に酸化膜層8,
ポリシリコン層7を形成するとともに、n− 不純物領
域4の両側にn+ 不純物領域54 とp+ 不純物領
域64 を形成する。
明した方法と同様であり、p− 不純物をドープするか
わりに、204で示す部分にn− 不純物をドープすれ
ばよい。この場合も、ポリシリコン層7を境にして、2
05に示す箇所にn+ 不純物を、206に示す箇所に
p+ 不純物をそれぞれドープすることにより、p+
不純物領域64 とn− 不純物領域4の接合を有する
ダイオードが形成される。
、絶縁層上にp型半導体とn型半導体の接合を有し、そ
の接合の上部に酸化膜層とポリシリコン層を持ち、これ
をマスクとして表面にシリサイド層が形成されてダイオ
ード素子が構成されているので、接合部は低抵抗化され
ずダイオードとしての機能に障害がない。しかも、接合
上の酸化膜層とポリシリコン層とはMOSFETのゲー
ト形成時に形成できるので、製造工程を新たに設けなく
てもよい。
またはn− 不純物領域4は低抵抗化されない場合を示
したが、p− 不純物領域3とn+ 不純物領域54
の接合部分、またはn− 不純物領域4とp+ 不純物
領域64 の接合部分が酸化膜層8及びポリシリコン層
7の直下にあって、低抵抗化されていなければ、p−
不純物領域3またはn− 不純物領域4の一部が低抵抗
化されてもよい。即ち、図1の例では、p+ 不純物領
域64 及び206の幅を狭くし、p− 不純物領域3
の一部がp+ 不純物領域64 とともに低抵抗化され
る構造であっても、また図2の例ではn+ 不純物領域
54 及び205の幅を狭くし、n− 不純物領域4の
一部がn+ 不純物領域54 とともに低抵抗化される
構造であってもよい。
電位は固定されていないが、金属配線を接続して電位を
固定または可変するような構成でもよく、この構成にす
るとダイオード素子の閾値電圧を調節することができる
。
説明する。図3は本発明の第3の実施例による抵抗素子
の構成例であり、同図(a) は平面図、同図(b)
は同図(a) のA−B部分の断面図である。図におい
て、1はシリコンウェハ、28はバックゲート電位、2
は絶縁体層、3はp− 不純物領域、64,65 はp
+ 不純物領域、9はLOCOS層、7はポリシリコン
層、8は酸化膜層、10はサイドウォール、106はシ
リサイド化などにより低抵抗化された表面部分である。 また45,46は抵抗素子の端子、42はコンタクトホ
ールである。さらに203は製造時にp− 不純物をド
ープする箇所、206はp+ 不純物をドープする箇所
を示している。
3の上部に酸化膜層8,ポリシリコン層7を形成すると
ともに、両側にp+ 不純物領域64,65 を形成す
るので、p+ 不純物領域64,65 の表面106及
びポリシリコン層7が低抵抗化されてもp− 不純物領
域3は低抵抗化されず、数百Ω程度の抵抗素子が実現で
きる。
説明した方法と同様である。即ち、絶縁体層2の上側に
LOCOS層9で囲まれた薄膜シリコン層を形成し、2
03で示す箇所にp− 不純物をドープした後、酸化膜
層8及びポリシリコン層7,サイドウォール10を形成
し、次に206で示す箇所にp+ 不純物をドープすれ
ばよい。
子の構成例であり、同図(a) は平面図、同図(b)
は同図(a) のA−B部分の断面図である。図にお
いて、4はn− 不純物領域、54,55 はn+ 不
純物領域、204は製造時にn− 不純物をドープする
箇所、205ば製造時にn+ 不純物をドープする箇所
、105は低抵抗化された表面部分を示し、図3と同一
符号は同一部分を示す。
4の上部に酸化膜層8,ポリシリコン層7を形成すると
ともに、両側にn+ 不純物領域54,55 を形成す
るので、n+ 不純物領域54,55 の表面105及
びポリシリコン層7が低抵抗化されてもn− 不純物領
域4は低抵抗化されず、数百Ω程度の抵抗素子が実現で
きる。なお、この形成方法は図3において説明した方法
と同様であり、p− 不純物のかわりに205に示す箇
所にn− 不純物を、n+ 不純物のかわりに204に
示す箇所にn+ 不純物をそれぞれドープすればよい。
、絶縁層上にp型またはn型の半導体層を有し、その上
部の一部にポリシリコン層と酸化膜層とを持ち、これを
マスクとして表面にシリサイド層を形成して抵抗素子が
構成されているので、高抵抗を維持できる。しかも、半
導体層上のポリシリコン層及び酸化膜層はMOSFET
のゲート形成の際に形成されるので、新たに製造工程を
設ける必要がない。
電位は固定されていないが、金属配線を接続して電位を
固定または可変するような構成でもよく、動作につれて
酸化膜8中に蓄積される電荷の影響をなくすことができ
る。
を用いて説明する。図5において、ダイオード33,3
4を図1または図2で説明した構成とし、抵抗29を図
3または図4で説明した構成とし、MOSFETのゲー
ト形成の際にダイオード素子及び抵抗素子の酸化膜8及
びポリシリコン層7も形成すれば、SOIMOSFET
で、かつシリコン・ポリシリコンを低抵抗化した場合で
も従来のSOI MOSFET形成に必要なマスク,
製造工程を変更することなく、信号ピンに加わる高電位
差に対する耐圧を向上することができる。
ド素子は絶縁体層上に同一層で隣接するp型不純物とn
型不純物のpn接合を備え、かつ該接合の上層にMOS
FETのゲート形成時に形成した酸化膜層とポリシリコ
ン層とを備えた構成としたから、この酸化膜層とポリシ
リコン層とをマスクとして不純物領域の表面を低抵抗化
すればpn接合部の表面は低抵抗化されず、従ってソー
ス・ドレインが低抵抗化されるSOI MOSFET
で構成された半導体集積回路装置内部にマスク・製造工
程を追加せずにダイオードを実現できる効果がある。
したp型またはn型不純物層と、その上層の一部にMO
SFETのゲート形成時に形成した酸化膜層とポリシリ
コン層とで抵抗素子を構成したので、この酸化膜層とポ
リシリコン層とが低抵抗化する際のマスクとなり、ソー
ス・ドレインが低抵抗化されるSOI MOSFET
で構成された半導体集積回路装置内部に高抵抗で面積を
とらない抵抗素子をマスク・製造工程を追加せずに実現
できる効果がある。
ード素子の構成を示す平面図、(b) は本発明の第1
の実施例によるダイオード素子の構成を示す断面図であ
る。
ード素子の構成を示す平面図、(b) は本発明の第2
の実施例によるダイオード素子の構成を示す断面図であ
る。
子の構成を示す平面図、(b) は本発明の第3の実施
例による抵抗素子の構成を示す断面図である。
子の構成を示す平面図、(b) は本発明の第4の実施
例による抵抗素子の構成を示す断面図である。
ッファ回路の一例を示す回路図である。
平面図、(b) は従来のダイオード素子の構成を示す
断面図である。
、(b) は従来の抵抗素子の構成を示す断面図である
。
の一例を示す回路図である。
面図、(b) はSOI MOSFTの構造を示す断
面図である。
絶縁体層 3 p− 不純物領域4
n− 不純物領域51 〜55 n+
不純物領域 61 〜65 p+ 不純物領域 7 ポリシリコン層8
酸化膜層 9 LOCOS層 10 サイドウォール
Claims (2)
- 【請求項1】 絶縁体層と、該絶縁体層上に形成され
たMOS電界効果型トランジスタと、ダイオード素子と
を有する半導体集積回路装置において、前記ダイオード
素子は、前記絶縁体層上にp型半導体とn型半導体の接
合を有し、かつ該接合の上部に前記MOS電界効果型ト
ランジスタのゲート形成時に形成されたシリコン酸化膜
層,及びポリシリコン層を備えたことを特徴とする半導
体集積回路装置。 - 【請求項2】 絶縁体層と、該絶縁体層上に形成され
たMOS電界効果型トランジスタと、抵抗素子とを備え
た半導体集積回路装置において、前記抵抗素子は、前記
絶縁体層上部に形成された半導体層であり、かつ前記半
導体層の上部に前記MOS電界効果型トランジスタのゲ
ートと同時に形成されたシリコン酸化膜層,及びポリシ
リコン層を備えたことを特徴とする半導体集積回路装置
。
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