JP2000269425A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2000269425A
JP2000269425A JP7147399A JP7147399A JP2000269425A JP 2000269425 A JP2000269425 A JP 2000269425A JP 7147399 A JP7147399 A JP 7147399A JP 7147399 A JP7147399 A JP 7147399A JP 2000269425 A JP2000269425 A JP 2000269425A
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JP
Japan
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silicon
polysilicon resistor
silicon region
protective film
region
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Application number
JP7147399A
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English (en)
Inventor
Masao Shindo
正夫 新藤
Katsushige Yamashita
勝重 山下
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリシリコン抵抗を活用した電子回路を高耐
圧化できる半導体装置を提供すること。 【解決手段】 SOI基板に絶縁層2や誘電体分離領域
3で絶縁されたシリコン領域4を形成し、そのシリコン
領域4上部に絶縁保護膜5を介してポリシリコン抵抗6
を形成し、そのポリシリコン抵抗6とシリコン領域4を
電気的に接続して、ポリシリコン抵抗6を抵抗体として
使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に高圧回路でも使用可能な抵抗を内蔵した半導体
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、集積回路に高圧回路や大電流駆動
回路を集積化したインテリジェントパワーデバイスに対
する要望が高まっている。特に、ラッチアップ対策をし
易いこと、低消費電力化が容易であることといった利点
を生かせるSOI基板を使ったパワーデバイスが増えつ
つある。また、パワーデバイスではポリシリコンによる
抵抗素子を高抵抗素子として使うことが多い。
【0003】以下に、その従来例を図面を参照しながら
説明する。図3はSOI基板上にポリシリコン抵抗を形
成した半導体装置の断面構造図である。
【0004】図3において、1はシリコン基板、2は絶
縁層、3は誘電体分離領域であり、2つのシリコン基板
(一方のシリコン基板が1で、他方のシリコン基板が4
等)を絶縁層2を介して貼り合わせたSOI基板の他方
のシリコン基板側に誘電体分離領域3を形成して、シリ
コン領域4を形成している。このシリコン領域4は、絶
縁層2および誘電体分離領域3によって周囲から電気的
に分離されている。そして、シリコン領域4の上に絶縁
保護膜5を形成し、その上にポリシリコン抵抗6を形成
している。ポリシリコン抵抗6の両端には金属配線7が
施され、他のデバイスと電気的に接続されている。8は
絶縁保護膜である。
【0005】以上のように構成されたポリシリコン抵抗
6には、金属配線7を経由して電気的な信号が印加され
るため、ポリシリコン抵抗6とシリコン領域4との間に
電位差が生じることになり、絶縁保護膜5の膜厚を適切
に設定して絶縁耐圧を保証する必要がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、高耐圧デバイスのように動作電圧が高い
場合、絶縁保護膜5の膜厚を厚くしないと、ポリシリコ
ン抵抗6を活用した電子回路の耐圧が確保できない。例
えば、SiO2による絶縁保護膜5を膜厚1μmほど堆
積すれば、絶縁保護膜5自身の耐圧(絶縁破壊電圧)は
約1000Vあるが、ポリシリコン抵抗6に高い電圧を
印加すると、ポリシリコン抵抗6の直下のシリコン領域
4内にチャンネル(図示せず)が生じやすく、シリコン
領域4内に構成したデバイスが誤動作し易くなる。この
ような問題を排除するには、500Vの電圧を印加する
場合、絶縁保護膜5の膜厚は最低でも2μmを必要とす
る。しかし、絶縁保護膜5の膜厚を厚くすると、絶縁保
護膜5を形成するための処理時間が長くなり、コストの
点で不利である。また、デバイスのコンタクト窓や拡散
用の窓を形成するために絶縁保護膜5を開口する必要が
あるが、絶縁保護膜5の膜厚を厚くすると、ウエハー表
面(下地パターン)の段差が大きくなり、後工程の露光
工程におけるフォーカスぼけの問題や、段差部で生じる
金属配線の段切れの問題等を引き起こす原因となる。
【0007】また、絶縁保護膜5としてSiO2を形成
する場合、シリコン基板1やシリコン領域4等の表面の
シリコン(Si)が酸化して、仕上がり状態でのシリコ
ン領域4の厚みが拡散の投入当初より薄くなり、シリコ
ン領域4やシリコン基板1の厚みを作り込む上で製造精
度を低下させる要因になるという問題点もある。
【0008】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、シリコン領域上に厚い絶縁保護膜を形成しなくて
も、ポリシリコン抵抗を活用した電子回路を高耐圧化で
きる半導体装置を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の半導体装置は、絶縁層で電気的に分離され
るシリコン領域を有したSOI基板と、前記シリコン領
域上に絶縁保護膜を介して形成されたポリシリコン抵抗
とを備え、前記ポリシリコン抵抗の一端と前記シリコン
領域とを電気的に接続した構造を有している。
【0010】この構造により、ポリシリコン抵抗の一端
をシリコン領域と電気的に接続するため、ポリシリコン
抵抗とシリコン領域とがほぼ同電位になり、ポリシリコ
ン抵抗直下の絶縁保護膜には最大でもポリシリコン抵抗
の端子間電圧が印加されるだけなので、絶縁保護膜への
印加電圧は小さくなる。一方、SOI基板は厚い絶縁層
で貼り合わせてあり、その部分で耐圧を損なうことはま
ずあり得ない。従って、ポリシリコン抵抗直下の絶縁保
護膜が薄くても、高い電圧を印加することが可能にな
る。
【0011】他の発明の半導体装置は、絶縁層で電気的
に分離される複数のシリコン領域を有したSOI基板
と、前記複数のシリコン領域上に絶縁保護膜を介してそ
れぞれ1つずつ形成され、一端を前記シリコン領域と電
気的に接続したポリシリコン抵抗とを備え、前記複数の
ポリシリコン抵抗を直列に接続した構造を有している。
【0012】この構造により、ポリシリコン抵抗1個当
たりの電圧降下を小さくすることができ、ポリシリコン
抵抗直下の絶縁保護膜に印加される電圧を小さくするこ
とができ、ポリシリコン抵抗を活用した電子回路の耐圧
を高めるとともに、絶縁保護膜の膜厚を薄くすることも
可能になる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の第1
の実施形態に基づく半導体装置の断面構造図である。
【0014】図1において、1はシリコン基板、2は絶
縁層、3は誘電体分離領域であり、2つのシリコン基板
(一方のシリコン基板が1に相当し、他方のシリコン基
板が4等に相当)を1μm以上の絶縁層2を介して貼り
合わせたSOI基板の他方のシリコン基板側に誘電体分
離領域3を形成して、シリコン領域4を形成している。
【0015】シリコン領域4は、絶縁層2によってシリ
コン基板1と電気的に絶縁され、横方向の周囲にあるシ
リコン領域とは誘電体分離領域3によって電気的に絶縁
され、シリコン領域4表面は絶縁保護膜5で絶縁された
構成であり、周囲から完全に絶縁されている。このシリ
コン領域4は、不純物を導入しても導入しなくても良い
が、その周辺部に形成されるトランジスタ用のシリコン
領域(図示せず)と同じように低濃度N型不純物を導入
して作り込めば、製造工程の複雑化を避けることができ
る。
【0016】このシリコン領域4の上に酸化膜又は窒化
膜による絶縁保護膜5を形成し、その上にP型不純物を
導入したポリシリコン抵抗6を形成している。ポリシリ
コン抵抗6の両端には金属配線7が施され、他のデバイ
スと電気的に接続されるとともに、一端の金属配線7が
シリコン領域4と電気的に接続されている。なお、8は
絶縁保護膜である。
【0017】誘電体分離領域3としては、領域全体に酸
化膜(図示せず)を埋め込んだものでも良いし、溝(図
示せず)の表面に酸化膜(図示せず)を被覆し、その溝
の中にポリシリコン、シリケートガラス等の誘電体材料
を充填したものでも良い。また、シリコン領域4を二重
に囲むように形成すると、一重のものより高い耐圧を確
保することができる。狭義に言えば誘電体分離とは異な
るが、シリコン領域4の周囲に溝(図示せず)を形成
し、その表面に酸化膜(図示せず)を被覆しただけの分
離領域(分離溝)によってシリコン領域4を取り囲んで
絶縁分離しても良い。
【0018】以上のように構成された第1の実施形態の
半導体装置について、以下その動作を説明する。
【0019】ポリシリコン抵抗6の一端をシリコン領域
4と電気的に接続するため、ポリシリコン抵抗6の電位
とシリコン領域4の電位とがほぼ同じになり、ポリシリ
コン抵抗6直下の絶縁保護膜5に印加される最大電圧は
ポリシリコン抵抗6の端子間電圧になり、絶縁保護膜5
への印加電圧は小さくなる。一方、SOI基板は1μm
以上の厚い絶縁層2で貼り合わせてある。例えば、この
絶縁層2をSiO2で構成すると、1μmの厚さで約1
000Vの耐圧があり、一般的な高耐圧半導体装置(数
百V仕様の半導体装置)ではその部分で耐圧を損なうこ
とはまずあり得ない。一方、誘電体分離領域4は、横幅
が数μm幅となることから絶縁層2に比べて耐圧が高く
なるのが通常である。従って、ポリシリコン抵抗6直下
の絶縁保護膜5が薄くても、端子間の電圧降下が大きく
ならないように回路設計すれば、ポリシリコン抵抗6に
高い電圧を印加することが可能になる。
【0020】これについて詳しく説明すると、絶縁保護
膜5を0.2μmの膜厚にした場合、高圧回路の例とし
て電源電圧100Vの電子回路の負荷抵抗としてこのポ
リシリコン抵抗を採用し、フルスウィング動作させても
耐圧を損なうことはなく、1μmの膜厚にした場合、電
源電圧500Vでフルスウィング動作させることも可能
である。
【0021】そして、ポリシリコン抵抗6の端子間の最
大電圧が電源電圧の何分の1かに減圧されるような回路
設計をするのであれば、ポリシリコン抵抗6の一端に高
い電圧を印加することも可能である。例えば、絶縁保護
膜5の膜厚が0.2μmであったとしても、端子間の最
大電圧が100Vに制限されるように回路設計していれ
ば、ポリシリコン抵抗6の一端に500Vの高い電源電
圧を印加することも可能になる。そして、絶縁保護膜5
を1μm以下に設定できるのであれば、拡散用の窓やコ
ンタクト用の窓を形成する際に生じる下地パターンの段
差はそれほど問題にならない。
【0022】また、このポリシリコン抵抗6は、一端が
シリコン領域4と接続されているため、シリコン領域4
に付随する寄生容量が等価的に付加されることになる。
誘電体分離領域3を形成するのに最低でも数μmの横幅
が必要であり、横方向に隣接するシリコン領域との対向
面積が縦方向に隣接するシリコン基板1との面積より小
さくなることから、シリコン領域4に付随する寄生容量
成分の殆どをシリコン基板1との間の寄生容量の値が占
めることになる。
【0023】次に、第2の実施形態に基づく半導体装置
について、図面を参照しながら説明する。図2は第2の
実施形態に基づく半導体装置の断面構造図である。
【0024】図2において、1はシリコン基板、2は絶
縁層、3は誘電体分離領域であり、2つのシリコン基板
(一方のシリコン基板が1に相当し、他方のシリコン基
板が4−1,4−2,4−3等に相当)を1μm以上の
絶縁層2を介して貼り合わせたSOI基板の他方のシリ
コン基板側に誘電体分離領域3を形成して、シリコン領
域4−1から4−3を形成している。これらシリコン領
域4−1から4−3はそれぞれが電気的に絶縁分離され
ている。これらシリコン領域(4−1から4−3)の上
に酸化膜又は窒化膜による絶縁保護膜5を形成し、その
上にポリシリコン抵抗6−1から6−3を形成してい
る。P型不純物を導入したポリシリコン抵抗6−1から
6−3までのそれぞれの両端には金属配線7が施され、
他のデバイスと電気的に接続されるとともに、ポリシリ
コン抵抗(6−1から6−3)の一端がそれらに対応し
たシリコン領域(4−1から4−3)と金属配線7で電
気的に接続されている。
【0025】誘電体分離領域3としては、領域全体に酸
化膜(図示せず)を埋め込んだものでも良いし、溝(図
示せず)の表面に酸化膜を被覆し、その中にポリシリコ
ン、シリケートガラス等の誘電体材料を充填したもので
も良い。また、シリコン領域4を二重に包囲すると、一
重に包囲したものより高い耐圧を確保することができ
る。
【0026】上述の第1の実施形態がポリシリコン抵抗
単体の発明であるのに対して、第2の実施形態は、第1
の実施形態によるポリシリコン抵抗を複数個直列接続し
て使用する点で異なる。
【0027】このような第2の実施形態の構成にする
と、ポリシリコン抵抗(6−1,6−2,6−3)1個
当たりの電圧降下を小さくすることができ、ポリシリコ
ン抵抗(6−1,6−2,6−3)直下の絶縁保護膜5
に印加される電圧を小さくすることができる。従って、
直列接続した複数のポリシリコン抵抗(6−1,6−
2,6−3)を1本の抵抗体として取り扱えば、高い電
源電圧で動作する高圧回路用の負荷抵抗として活用する
ことができ、ポリシリコン抵抗を活用した電子回路の耐
圧を高めることができる。また、直列接続する複数のポ
リシリコン抵抗(6−1,6−2,6−3)は、それぞ
れを同じ抵抗値になるようにすると、それぞれの電圧降
下の大きさが等しくなり、特定のポリシリコン抵抗が破
損し易くなるような問題は生じない。また、直列接続す
るポリシリコン抵抗の本数を増やせば、1本当たりの電
圧降下を更に小さくすることができ、絶縁保護膜5の膜
厚を薄くすることも可能になり、下地パターンの段差が
小さい半導体装置に仕上げることも可能である。
【0028】なお、上記第1及び第2の実施形態におい
て、シリコン領域4を一重の誘電体分離領域3で取り囲
んで絶縁分離する例で説明したが、1つのシリコン領域
4を複数の誘電体分離領域3で多重に取り囲んで絶縁分
離しても良い。また、ポリシリコン抵抗6と下部のシリ
コン領域4を電気的に接続する金属配線7が他の回路を
接続する金属配線と共用されていても、別のものであっ
ても構わない。また、上記第2の実施形態において、直
列接続されたポリシリコン抵抗(6−1,6−2,6−
3)の抵抗値が等しいとしているが、それぞれ抵抗値の
異なるポリシリコン抵抗を直列接続しても良い。また、
ポリシリコン抵抗6の一端とシリコン領域4を接続した
金属配線7に高電位を与えているが、ポリシリコン抵抗
6のどの部分をシリコン領域4に接続しても構わないこ
とは言うまでもない。
【0029】
【発明の効果】以上のように本発明は、ポリシリコン抵
抗とシリコン領域を電気的に接続することにより、双方
をほぼ同電位にすることができ、ポリシリコン抵抗直下
の絶縁保護膜が薄くても、高い電圧を印加することが可
能になる。また、同様のポリシリコン抵抗を直列接続す
ることにより、1本当たりの電圧降下を小さくすること
ができ、ポリシリコン抵抗を活用した電子回路の耐圧を
高めることができるという格別の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施形態における半導体装
置の断面構造図
【図2】第2の実施形態における半導体装置の断面構造
【図3】従来の半導体装置の断面構造図
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 絶縁層 3 誘電体分離領域 4,4−1,4−2,4−3 シリコン領域 5,8 絶縁保護膜 6,6−1,6−2,6−3 ポリシリコン抵抗 7 金属配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F032 AA03 AA06 AA09 AA44 AA47 AA49 AA63 5F038 AR09 AR16 AR21 AR22 EZ06 EZ20

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁層で電気的に分離されるシリコン領
    域を有したSOI基板と、前記シリコン領域上に絶縁保
    護膜を介して形成されたポリシリコン抵抗とを備え、前
    記ポリシリコン抵抗の一端と前記シリコン領域とを電気
    的に接続した半導体装置。
  2. 【請求項2】 第1,第2のシリコン基板を1μm以上
    の絶縁層を介して貼り合わせたSOI基板と、前記第1
    のシリコン基板を誘電体分離して形成されたシリコン領
    域と、前記シリコン領域上に絶縁保護膜を介して形成さ
    れたポリシリコン抵抗とを備え、前記ポリシリコン抵抗
    の一端と前記シリコン領域とを電気的に接続した半導体
    装置。
  3. 【請求項3】 絶縁層で電気的に分離される複数のシリ
    コン領域を有したSOI基板と、前記複数のシリコン領
    域上に絶縁保護膜を介してそれぞれ1つずつ形成され、
    一端を前記シリコン領域と電気的に接続したポリシリコ
    ン抵抗とを備え、前記複数のポリシリコン抵抗を直列に
    接続した半導体装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017123481A (ja) * 2017-03-09 2017-07-13 ラピスセミコンダクタ株式会社 半導体装置
CN113437217A (zh) * 2021-06-18 2021-09-24 重庆吉芯科技有限公司 多晶硅电阻及其制造方法、逐次逼近型模数转换器
CN117810223A (zh) * 2024-02-29 2024-04-02 成都本原聚能科技有限公司 一种多晶硅电阻电路、制备方法及音频差分电路

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