[发明专利]半导体装置

说明书

本发明涉及适合于作为保护集成电路使之不受ESD(静电放电)的影响的保护电路来利用的半导体装置，特别是涉及在增强电流驱动能力的同时促进接通(turn on)用的改进。

为了防止起因于人体或机械性地被蓄积的静电等的正或负的高电压通过作为过冲(overshoot)或下冲(undershoot)的电压被施加而使在半导体衬底上形成的集成电路被破坏，迄今为止使用了ESD保护电路。半导体可控整流器(通常简称为SCR)是ESD保护电路的一种。

图42和图43分别是现有的SCR的剖面图和电路图。该SCR200在具有支撑衬底210、埋入绝缘膜202和SOI(绝缘体上的半导体)层203的SOI衬底上被形成，作为保护集成电路、即作为保护对象的内部电路212使之不受ESD的影响的保护电路来使用。在SOI层203的主表面中有选择地形成了作为不到达埋入绝缘膜202的部分隔离层204的STI(浅槽隔离)，由此互相部分地隔离了多个元件区SR100、SR101、SR102。

SOI层203具备与埋入绝缘膜202邻接的p层205。在SOI层203的元件区SR100中，还在主表面中有选择地形成了n层206，在相同的主表面中有选择地形成了n⁺层207、p⁺层208和n⁺层209。在元件区SR101中，在主表面中形成了n⁺层210。此外，在元件区SR102中，在主表面中形成了p⁺层211。

p⁺层208、n层206和p层205分别形成了pnp型的双极型晶体管NB100的集电极、基极和发射极，n层206、p层205和n⁺层210分别形成了npn型的双极型晶体管PB100的集电极、基极和发射极。此外，p⁺层208形成了电阻元件R100，n⁺层210形成了电阻元件R101。

这样，SCR200具备导电型不同的2个双极型晶体管NB100、PB100，其一方的集电极与另一方的基极进行了连接，一方的基极与另一方的集电极进行了连接。由此，双极型晶体管NB100、PB100互相构成了正反馈电路。

n⁺层207和p⁺层208通过节点(布线的连接部)N100连接到阳极A上，n⁺层210和p⁺层211通过节点N101连接到阴极C上。此外，阳极A连接到将输入信号T1传递到内部电路212的布线213上。

图44是示意性地示出SCR200的电流-电压特性的曲线图。在使阳极-阴极间的电压(以阴极C为基准的阳极A的电位)V_AC从0上升到正方向时，在电压V_AC到达开关电压V_S之前，SCR200成为电流I₁几乎不流过的高阻抗状态。但是，如果V_AC大到超过开关电压V_S，则SCR200急速地转移到大电流流过的低阻抗状态。只要流过SCR200的电流I₁不下降到保持电流I_H以下，就维持该低阻抗状态。

因而，在输入信号T1(图42)的电压因ESD而过冲、一变成比电源电压V_DD高的V_DD＋ΔV_DD、内部电路212就被破坏之前，SCR200的阳极-阴极间的电压V_AC变得比开关电压V_S高，SCR200从高阻抗状态转移到低阻抗状态。然后，比保持电流I_H大的电流流向SCR200，在过冲电压V_DD+ΔV_DD被传递到内部电路212之前，输入信号T1的电压下降。

虽然因ESD引起的浪涌电压很高、但其电荷量是有限的，因此，流过SCR200的电流不久就变成保持电流I_H以下。其结果，SCR200从低阻抗状态返回到初始状态、即高阻抗状态。这样，SCR200就保护了内部电路212使之不受ESD的损伤。

此外，在美国专利第6,015,992号公报中公开了具有在SOI衬底上形成的MOSFET(MOS场效应晶体管)的SCR。图45是从斜上方看该美国专利公报记载的SCR的斜视图，图46是沿图45的SCR300的Z1-Z2切断线的剖面图。再者，图47是图45的SCR300的电路图。