專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，特別涉及在同一絕緣體上硅(Silicon On Insulator, SOI)基板上混合存在二極管和晶體管的X射線傳感器。
背景技術(shù)：
作為SOI構(gòu)造的傳感器，提出了一種CMOS圖像傳感器(參照專利文獻(xiàn)1)，該CMOS 圖像傳感器在SOI (Silicon On hsulator)基板上形成有光電二極管和放大用晶體管，該放大用晶體管用于對(duì)光電二極管中用硅基板進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而蓄積的信號(hào)電荷進(jìn)行放大。專利文獻(xiàn)1 日本特開2002-1M657號(hào)公報(bào)在X射線傳感器中，為了提高X射線入射時(shí)的檢測靈敏度，通過作為基板而使用低濃度高電阻基板，或者向基板背面施加數(shù)百V的偏壓等方法，將基板整體耗盡(Cbpletion) 化。圖17是用于說明現(xiàn)有的X射線傳感器9的概要縱剖面圖。通常，在現(xiàn)有的裝置中，將N 型基板100耗盡化時(shí)，將形成在低濃度N型基板100內(nèi)的二極管的正電極即高濃度P型擴(kuò)散層114與接地180連接，將作為二極管的負(fù)電極的高濃度N型擴(kuò)散層102和N型基板100 的背面的電極120連接到電源170的陽極172，從而向二極管施加反向電壓。這時(shí)，為了緩解向作為正電極的高濃度P型擴(kuò)散層114側(cè)擴(kuò)散的耗盡層內(nèi)的電場的集中，以覆蓋高濃度 P型擴(kuò)散層114的方式形成低濃度的P型阱擴(kuò)散層112，從而使二極管的反向耐壓升高。但是，由P低濃度的P型阱擴(kuò)散層112帶來的電場緩解效果也是有限的，當(dāng)向PN 結(jié)(junction)施加電壓的情況下，向低濃度的P型阱擴(kuò)散層112側(cè)擴(kuò)散的耗盡層到達(dá)高濃度P型擴(kuò)散層114時(shí)，在高濃度P型擴(kuò)散層114端電場變強(qiáng)，從而發(fā)生擊穿。另外，還在低濃度的P型阱擴(kuò)散層112內(nèi)電位差變大，在耐壓上存在問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種能夠使反向耐壓升高的半導(dǎo)體裝置。根據(jù)本發(fā)明，提供一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置包括一導(dǎo)電型的第1半導(dǎo)體層；絕緣體層，設(shè)置在所述第1半導(dǎo)體層的一主面上；第2半導(dǎo)體層，設(shè)置在所述絕緣體層中；有源元件，設(shè)置于所述第2半導(dǎo)體層；第1半導(dǎo)體區(qū)域，設(shè)置于所述第1半導(dǎo)體層的所述一主面，且該第1半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電型是與所述一導(dǎo)電型相反的另一導(dǎo)電型；第2半導(dǎo)體區(qū)域，設(shè)置在所述第1半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)，且該第2半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電型是所述另一導(dǎo)電型，該第 2半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度比所述第1半導(dǎo)體區(qū)域高；第1導(dǎo)電體，設(shè)置于在所述絕緣體層中設(shè)置的通孔內(nèi)，與所述第2半導(dǎo)體區(qū)域連接；第2導(dǎo)電體，設(shè)置在所述絕緣體層上或者所述絕緣體層中，并且是設(shè)置在所述第1導(dǎo)電體的周圍，從垂直于所述一主面的方向觀察時(shí)，該第2導(dǎo)電體的外側(cè)端部位于所述第2半導(dǎo)體區(qū)域的外側(cè)；第3導(dǎo)電體，設(shè)置為將所述第1導(dǎo)電體和所述第2導(dǎo)電體連接起來；和第4導(dǎo)電體，設(shè)置為與所述第1半導(dǎo)體層電連接。優(yōu)選，從垂直于所述一主面的方向觀察時(shí)，所述第2導(dǎo)電體的所述外側(cè)端部位于所述第1半導(dǎo)體區(qū)域的外側(cè)。
另外，優(yōu)選，所述第2導(dǎo)電體由所述第2半導(dǎo)體層構(gòu)成。另外，優(yōu)選，所述有源元件是絕緣柵型場效應(yīng)晶體管，所述第2導(dǎo)電體由與絕緣柵型場效應(yīng)晶體管的柵電極相同層的導(dǎo)電體構(gòu)成。另外，優(yōu)選，所述第2導(dǎo)電體形成在所述絕緣體層上。另外，優(yōu)選，還包括第5導(dǎo)電體，該第5導(dǎo)電體設(shè)置在所述絕緣體層上，且與所述第 1導(dǎo)電體連接，所述第5導(dǎo)電體與所述第2導(dǎo)電體是相同層并且連續(xù)地形成。另外，優(yōu)選，使所述第1導(dǎo)電體與所述第2導(dǎo)電體以變成同電位的方式進(jìn)行連接。另外，優(yōu)選，所述第4導(dǎo)電體在所述第1半導(dǎo)體層的所述一主面以及所述一主面的相反側(cè)的主面上與所述第1半導(dǎo)體層電連接。另外，優(yōu)選，所述第1半導(dǎo)體層與所述第1半導(dǎo)體區(qū)域反向連接。另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置包括一導(dǎo)電型的第1半導(dǎo)體層；絕緣體層，設(shè)置在所述第1半導(dǎo)體層的一主面上；第1半導(dǎo)體區(qū)域，設(shè)置于所述第1 半導(dǎo)體層的所述一主面，且該第1半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電型是與所述一導(dǎo)電型相反的另一導(dǎo)電型；第2半導(dǎo)體區(qū)域，設(shè)置在所述第1半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)，且該第2半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電型是所述另一導(dǎo)電型，該第2半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度比所述第1半導(dǎo)體區(qū)域高；第1導(dǎo)電體，設(shè)置于在所述絕緣體層中設(shè)置的通孔內(nèi)，與所述第2半導(dǎo)體區(qū)域連接；第2導(dǎo)電體，設(shè)置在所述絕緣體層上或者所述絕緣體層中，并且是設(shè)置在所述第1導(dǎo)電體的周圍，從垂直于所述一主面的方向觀察時(shí)，該第2導(dǎo)電體的外側(cè)端部位于所述第2半導(dǎo)體區(qū)域的外側(cè)；第3導(dǎo)電體， 其設(shè)置為將所述第1導(dǎo)電體和所述第2導(dǎo)電體連接起來；和第4導(dǎo)電體，其設(shè)置為與所述第 1半導(dǎo)體層電連接。優(yōu)選，從垂直于所述一主面的方向觀察時(shí)，所述第2導(dǎo)電體的所述外側(cè)端部位于所述第1半導(dǎo)體區(qū)域的外側(cè)。另外，優(yōu)選，上述各半導(dǎo)體裝置是X射線傳感器。根據(jù)本發(fā)明，提供一種能夠使反向耐壓升高的半導(dǎo)體裝置。


圖1是用于說明本發(fā)明的第1實(shí)施方式的X射線傳感器的概要縱剖面圖。圖2是圖1的俯視圖。圖3是用于說明本發(fā)明的第2實(shí)施方式的X射線傳感器的概要俯視圖。圖4是用于說明本發(fā)明的第3實(shí)施方式的X射線傳感器的概要縱剖面圖。圖5是用于說明本發(fā)明的第4實(shí)施方式的X射線傳感器的概要縱剖面圖。圖6是用于說明本發(fā)明的第4實(shí)施方式的X射線傳感器的制造方法的概要縱剖面圖。圖7是用于說明本發(fā)明的第4實(shí)施方式的X射線傳感器的制造方法的概要縱剖面圖。圖8是用于說明本發(fā)明的第4實(shí)施方式的X射線傳感器的制造方法的概要縱剖面圖。圖9是用于說明本發(fā)明的第4實(shí)施方式的X射線傳感器的制造方法的概要縱剖面圖。
圖10是用于說明本發(fā)明的第4實(shí)施方式的X射線傳感器的制造方法的概要縱剖 面圖。圖11是用于說明本發(fā)明的第4實(shí)施方式的X射線傳感器的制造方法的概要縱剖 面圖。圖12是用于說明本發(fā)明的第5實(shí)施方式的X射線傳感器的概要縱剖面圖。圖13是用于說明本發(fā)明的第6實(shí)施方式的X射線傳感器的概要縱剖面圖。圖14是表示本發(fā)明的第4、第5、第6實(shí)施方式以及現(xiàn)有的X射線傳感器的ニ極管 部的施加反向電壓時(shí)的耐壓的圖。圖15是表示現(xiàn)有的X射線傳感器的ニ極管部的電位分布的圖。圖16是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的X射線傳感器的ニ極管部的電位分布的圖。圖17是用于說明現(xiàn)有的X射線傳感器的概要縱剖面圖。附圖標(biāo)記的說明1、2、9 :X射線傳感器， 10:ニ極管，20:M0S 晶體管，100 :N 型基板，101:主面，102 高濃度N型擴(kuò)散層，102b:內(nèi)側(cè)端部，103 背面，112 :P型阱擴(kuò)散層， 112a:端部，113:PN結(jié)，114 高濃度P型擴(kuò)散層，114a:端部，120:電極，130 絕緣體層，132 埋入氧化膜，133 場氧化膜，135 絕緣膜，142、144、145、146、147、149 通孔，152、154、155、156、157、159 埋入導(dǎo)電體，162、164、165、166、167、168、169 導(dǎo)電體，165a、166a、168a 外側(cè)端部，166b:內(nèi)側(cè)端部，170:電源，172:陽極，174:陰極，180:接地，192、194:導(dǎo)電體，210 半導(dǎo)體層，212、214 半導(dǎo)體區(qū)域，222 源極，224 漏極，230:柵絕緣膜，M0:柵電極，242:導(dǎo)電體。
具體實(shí)施例方式以下，一邊參照附圖ー邊對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明。(第1實(shí)施方式)圖1是用于說明本發(fā)明的第1實(shí)施方式的X射線傳感器的概要縱剖面圖。圖2是 圖1的俯視圖，為了便于理解，省略了導(dǎo)電體162、164、絕緣體層130。另外，圖1是沿著圖 2的Xl-Xl線的概要縱剖面圖。照?qǐng)D1、圖2，本發(fā)明的第1實(shí)施方式的X射線傳感器1包括N型基板100 ；P型阱擴(kuò)散層112，其設(shè)置在N型基板100的一主面101 ；高濃度P型擴(kuò)散層114，其設(shè)置在P型阱擴(kuò)散層112內(nèi)；高濃度N型擴(kuò)散層102，其設(shè)置在N型基板100的一主面101 ；電極120，其設(shè)置在背面103，該背面103是N型基板100的一主面101的相反側(cè)的主面；絕緣體層130， 其設(shè)置在N型基板100的一主面101上；通孔142、144，其設(shè)置于絕緣體層130 ；埋入導(dǎo)電體 152，其設(shè)置成埋入到通孔142中，與高濃度N型擴(kuò)散層102連接；埋入導(dǎo)電體154，其設(shè)置成埋入到通孔144中，與高濃度P型擴(kuò)散層114連接；導(dǎo)電體162，其與埋入導(dǎo)電體152連接并設(shè)置在絕緣體層130上；導(dǎo)電體164，其與埋入導(dǎo)電體巧4連接并設(shè)置在絕緣體層130 上；導(dǎo)電體166，其設(shè)置在絕緣體層130上，且是設(shè)置在埋入導(dǎo)電體巧4的周圍；以及導(dǎo)電體 192，設(shè)置為將導(dǎo)電體164與導(dǎo)電體166進(jìn)行連接。參照?qǐng)D2，對(duì)從垂直于N型基板100的一主面101的方向觀察時(shí)的各構(gòu)成部分的配置進(jìn)行說明。埋入導(dǎo)電體1 為正方形，設(shè)置在高濃度P型擴(kuò)散層114的內(nèi)側(cè)。高濃度P型擴(kuò)散層114為正方形，設(shè)置在P型阱擴(kuò)散層112的內(nèi)側(cè)。P型阱擴(kuò)散層112為正方形。導(dǎo)電體166設(shè)置在導(dǎo)電體154的周圍，導(dǎo)電體166為正方形，其外側(cè)端部166a位于高濃度P型擴(kuò)散層114的一主面101中的端部11 的外側(cè)，還位于P型阱擴(kuò)散層112的一主面101中的端部11 的外側(cè)。此外，導(dǎo)電體166的內(nèi)側(cè)端部166b也位于P型阱擴(kuò)散層112的一主面101中的端部11 的外側(cè)。高濃度N型擴(kuò)散層102為正方形，設(shè)置在P型阱擴(kuò)散層112 的外側(cè)的周圍，使得與P型阱擴(kuò)散層112隔開并包圍P型阱擴(kuò)散層112。埋入導(dǎo)電體152為正方形，位于高濃度N型擴(kuò)散層102內(nèi)。若將更加具體的構(gòu)造作為一個(gè)例子來進(jìn)行說明如下高濃度P型擴(kuò)散層114是一邊為10 μ m的正方形，P型阱擴(kuò)散層112是一邊為20 μ m的正方形，高濃度P型擴(kuò)散層114 的一主面101中的端部IHa與P型阱擴(kuò)散層112的一主面101中的端部11 的距離是 5μπι。P型阱擴(kuò)散層112的一主面101中的端部11 與高濃度N型擴(kuò)散層102的一主面 101中的內(nèi)側(cè)端部102b的距離為50 μ m。導(dǎo)電體166的內(nèi)側(cè)端部166b與P型阱擴(kuò)散層112 的一主面101中的端部11 的距離為1 μ m，導(dǎo)電體166的外側(cè)端部166a與內(nèi)側(cè)端部166b 的距離為3 μ m。絕緣體層130例如由四乙基原硅酸鹽(TEOS)膜構(gòu)成，其厚度例如為10000人。 N型基板100的雜質(zhì)濃度為1.0X IO13CnT3左右，高濃度N型擴(kuò)散層102的雜質(zhì)濃度為 1. OX IO21CnT3左右，P型阱擴(kuò)散層112的雜質(zhì)濃度為1. OX IO17CnT3左右，高濃度P型擴(kuò)散層 114的雜質(zhì)濃度為1.0X IO21CnT3左右。埋入導(dǎo)電體152、154、導(dǎo)電體162、164、166由W構(gòu)成，電極120由Al構(gòu)成。高濃度P型擴(kuò)散層114經(jīng)由導(dǎo)電體144、164、192、193連接到電源170的陰極174 以及接地180。導(dǎo)電體166經(jīng)由導(dǎo)電體192、193連接到電源170的陰極174以及接地180。 高濃度P型擴(kuò)散層114和導(dǎo)電體166成同電位。高濃度N型擴(kuò)散層102經(jīng)由埋入導(dǎo)電體 152、導(dǎo)電體162、194連接到電源170的陽極172。設(shè)置在N型基板1的背面103的電極120 經(jīng)由導(dǎo)電體194連接到電源170的陽極172。在本實(shí)施方式的X射線傳感器中，為了提高X射線入射時(shí)的檢測靈敏度，通過使用低濃度高電阻基板作為N型基板100，對(duì)N型基板100施加數(shù)百V的偏壓等方法，將N型基板100整體耗盡化。在將N型基板100耗盡化時(shí)，將形成在低濃度N型基板100內(nèi)的二極管的正電極即高濃度P型擴(kuò)散層114與接地180連接，并將二極管的負(fù)電極即高濃度N型擴(kuò)散層102和N型基板100背面的電極120連接到電源170的陽極172，從而向二極管施加反向電壓。這時(shí)，為了緩解向作為正電極的高濃度P型擴(kuò)散層114側(cè)擴(kuò)散的耗盡層內(nèi)的電場的集中，以覆蓋高濃度P型擴(kuò)散層114的方式形成低濃度的P型阱擴(kuò)散層112，從而使二極管的反向耐壓升高。在本實(shí)施方式的X射線傳感器中，更以包圍高濃度P型擴(kuò)散層114以及低濃度P型阱擴(kuò)散層112的方式形成導(dǎo)電體166，并將導(dǎo)電體166與接地180連接。這時(shí)，導(dǎo)電體166 作為場板(field plate)而工作，通過抑制P型阱擴(kuò)散層112側(cè)電位的上升來減小P型阱擴(kuò)散層112內(nèi)的電位差。圖16是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的X射線傳感器的二極管部的電位分布的圖。 當(dāng)通過電源170向X射線傳感器的二極管部加上300V的反向電壓時(shí)，由P型阱擴(kuò)散層112 與N型基板100形成的PN結(jié)113附近的電位約為25V。相對(duì)于此，在如圖17所示的雖設(shè)置了 P型阱擴(kuò)散層112，但未設(shè)置導(dǎo)電體166的X射線傳感器9中，如圖15所示，由P型阱擴(kuò)散層112與N型基板100形成的PN結(jié)113附近的電位約為80V。如此，通過設(shè)置導(dǎo)電體166，并利用導(dǎo)電體192將導(dǎo)電體166與高濃度P型擴(kuò)散層 114進(jìn)行連接，可通過抑制P型阱擴(kuò)散層112側(cè)電位的上升而減小P型阱擴(kuò)散層112內(nèi)的電位差。優(yōu)選，導(dǎo)電體166的外側(cè)端部166a至少比高濃度P型擴(kuò)散層114的端部11 靠向外側(cè)。由此，能夠緩解高濃度P型擴(kuò)散層114的端部11 處的電場，能夠使二極管的反向耐壓升高。更優(yōu)選，導(dǎo)電體166的外側(cè)端部166a位于P型阱擴(kuò)散層112的端部11 的外側(cè)。由此，能夠抑制由P型阱擴(kuò)散層112與N型基板100形成的PN結(jié)113附近的電位的上升，能夠減小P型阱擴(kuò)散層112內(nèi)的電位差，能夠使二極管的反向耐壓升高。接下來，對(duì)本實(shí)施方式的X射線傳感器1的制造方法進(jìn)行說明。首先，準(zhǔn)備N型基板100，通過離子注入等在N型基板100的一主面101中形成P 型阱擴(kuò)散層112，然后，通過離子注入等在P型阱擴(kuò)散層112內(nèi)形成比P型阱擴(kuò)散層112淺且雜質(zhì)濃度高的高濃度P型擴(kuò)散層114。接下來，通過離子注入等在N型基板100的一主面 101中形成比N型基板100雜質(zhì)濃度高的高濃度N型擴(kuò)散層102。接下來，通過TEOS在N型基板100的一主面101上形成絕緣體層130。然后，在絕緣體層130中形成通孔142、144。然后，分別在通孔142、144中埋入W制埋入導(dǎo)電體152、 154。然后，在絕緣體層130上有選擇地形成W制導(dǎo)電體162、164、166。然后，用Al在N型基板100的背面103形成電極120。(第2實(shí)施方式)在第1實(shí)施方式中，高濃度P型擴(kuò)散層114、P型阱擴(kuò)散層112、導(dǎo)電體166、高濃度 N型擴(kuò)散層102、埋入導(dǎo)電體152等為正方形，但由于還可以設(shè)置成頂點(diǎn)數(shù)為多個(gè)的多邊形或如圖3所示的圓形等構(gòu)造，以此來進(jìn)一步緩解P型阱擴(kuò)散層112內(nèi)的電場，因此可預(yù)期耐壓升高的效果。本實(shí)施方式中，除了對(duì)于這些構(gòu)成要素的平面形狀，其它與第1實(shí)施方式相同。(第3實(shí)施方式)在第1、2實(shí)施方式中，將導(dǎo)電體166和連接到高濃度P型擴(kuò)散層114的導(dǎo)電體164 構(gòu)成為相互分離的獨(dú)立的導(dǎo)電體，并通過導(dǎo)電體192連接導(dǎo)電體166與導(dǎo)電體164，但在本實(shí)施方式中，將相同配線層的導(dǎo)電體166與導(dǎo)電體164—體化而形成為具有連續(xù)構(gòu)造的導(dǎo)電體168，這點(diǎn)與第1、2實(shí)施方式不同，其它的點(diǎn)相同。優(yōu)選，導(dǎo)電體168的外側(cè)端部168a位于P型阱擴(kuò)散層112的端部11 的外側(cè)。由此，能夠抑制由P型阱擴(kuò)散層112與N型基板100形成的PN結(jié)附近的電位的上升，能夠減小P型阱擴(kuò)散層112內(nèi)的電位差，能夠使二極管的反向耐壓升高。此外，即使導(dǎo)電體168的外側(cè)端部168a位于P型阱擴(kuò)散層112的端部11 的內(nèi)側(cè)，電場緩解的效果雖會(huì)降低，但還是可以預(yù)期耐壓升高的效果。在該情況下，優(yōu)選，導(dǎo)電體 168的外側(cè)端部168a至少比高濃度P型擴(kuò)散層114的端部11 靠向外側(cè)。由此，能夠緩解高濃度P型擴(kuò)散層114的端部11 處的電場，能夠使二極管的反向耐壓升高。(第4實(shí)施方式)在上述第1 第3實(shí)施方式中，使用低雜質(zhì)濃度高電阻的N型基板100形成了二極管，但不適于在同一基板100內(nèi)形成電路動(dòng)作用MOS等。為了解決這一問題，作為第4實(shí)施方式，如圖5所示，使用SOI (Silicon On Insulator)基板，該SOI基板例如包括下側(cè)的厚度為700 μ m左右且比電阻為IOkQ · cm的低雜質(zhì)濃度高電阻的N型基板100、在N型基板100的一主面101上設(shè)置的例如厚度為2000人左右的埋入氧化膜132、以及在埋入氧化膜132上設(shè)置的例如厚度為880人左右且比電阻為10 Ω · cm的P型的半導(dǎo)體層210。另外，在上述第1、2實(shí)施方式中，將設(shè)置在絕緣體層130上的導(dǎo)電體166和連接在高濃度P型擴(kuò)散層114上的導(dǎo)電體164用導(dǎo)電體192連接起來使電場緩解；但在本實(shí)施方式中，將半導(dǎo)體層210設(shè)置成與上述第1、2實(shí)施方式的導(dǎo)電體166相同的形狀，并將半導(dǎo)體層210作為半導(dǎo)體區(qū)域214 (例如通過N型雜質(zhì)注入等將雜質(zhì)濃度設(shè)定為1. OX IO21CnT3)， 然后，通過導(dǎo)電體192，將經(jīng)由被埋入到設(shè)置在絕緣體層130中的通孔145中的埋入導(dǎo)電體 155而連接到半導(dǎo)體區(qū)域214上的設(shè)置在絕緣體層130中的連接導(dǎo)電體165、和連接在高濃度P型擴(kuò)散層114上的導(dǎo)電體164連接起來使電場緩解，其中，該導(dǎo)電體165設(shè)置在絕緣體層130上，該導(dǎo)電體164與高濃度P型擴(kuò)散層114連接。如此，在本實(shí)施方式中，關(guān)于檢測X射線的二極管10，將第1、2實(shí)施方式的設(shè)置在絕緣體層130上的導(dǎo)電體166設(shè)置成絕緣體層130中的半導(dǎo)體區(qū)域214，這點(diǎn)與第1、2實(shí)施方式不同，其它的點(diǎn)是相同的。圖1、圖3所示的俯視圖的形狀也是相同的。半導(dǎo)體區(qū)域214的外側(cè)端部21 與P型阱擴(kuò)散層112的端部11 、高濃度P型擴(kuò)散層114的端部11 的關(guān)系，也和導(dǎo)電體166的外側(cè)端部166a與P型阱擴(kuò)散層112的端部112a、高濃度P型擴(kuò)散層114的端部11 的關(guān)系相同。也就是說，優(yōu)選，半導(dǎo)體區(qū)域214 的外側(cè)端部21 至少比高濃度P型擴(kuò)散層114的端部11 靠向外側(cè)。由此，能夠緩解高濃度P型擴(kuò)散層114的端部IHa處的電場，能夠使二極管的反向耐壓升高。進(jìn)一步優(yōu)選， 半導(dǎo)體區(qū)域214的外側(cè)端部21 位于P型阱擴(kuò)散層112的端部11 的外側(cè)。由此，能夠抑制由P型阱擴(kuò)散層112與N型基板100形成的PN結(jié)113附近的電位的上升，能夠減小P 型阱擴(kuò)散層112內(nèi)的電位差，能夠使二極管的反向耐壓升高。與二極管10隔開的區(qū)域的半導(dǎo)體層210上設(shè)置有MOS晶體管20。MOS晶體管20 包括半導(dǎo)體區(qū)域212，其與半導(dǎo)體層210的二極管10相互隔離；柵絕緣膜230，其設(shè)置在半導(dǎo)體區(qū)域212上；柵電極M0，其設(shè)置在柵絕緣膜230上；以及源極222和漏極224，其設(shè)置于柵電極MO的兩側(cè)的半導(dǎo)體區(qū)域212。源極222通過埋入到設(shè)置在絕緣體層130中的通孔147中的埋入導(dǎo)電體157，連接到設(shè)置在絕緣體層130上的導(dǎo)電體167上，漏極2M通過埋入到設(shè)置在絕緣體層130中的通孔149中的埋入導(dǎo)電體159，連接到設(shè)置在絕緣體層130 上的導(dǎo)電體169上。如圖5所示，通過將埋入氧化膜132上側(cè)的半導(dǎo)體層210作為電路動(dòng)作用MOS晶體管20等有源元件形成用的高濃度低電阻半導(dǎo)體層，并將埋入氧化膜132的下側(cè)的N型基板作為二極管10形成用的低濃度高電阻基板，從而可以在1片晶片上構(gòu)成包含外圍電路的 X射線傳感器。為了將N型基板100耗盡化，將形成在低濃度N型基板100內(nèi)的二極管的正電極即高濃度P型擴(kuò)散層114連接到接地180，將二極管的負(fù)電極即高濃度N型擴(kuò)散層102和N 型基板100背面的電極120連接到電源170的陽極172，從而向二極管施加反向電壓。這時(shí)，為了緩解向作為正電極的高濃度P型擴(kuò)散層114側(cè)擴(kuò)散的耗盡層內(nèi)的電場的集中，以覆蓋高濃度P型擴(kuò)散層114的方式形成低濃度的P型阱擴(kuò)散層112，從而使二極管的反向耐壓升高。進(jìn)而，以包圍高濃度P型擴(kuò)散層114以及低濃度的P型阱擴(kuò)散層112的方式形成半導(dǎo)體區(qū)域214，將半導(dǎo)體區(qū)域214與接地180連接。這時(shí)，半導(dǎo)體區(qū)域214作為場板而工作，通過抑制P型阱擴(kuò)散層112側(cè)電位的上升來減小P型阱擴(kuò)散層112內(nèi)的電位差。這樣，根據(jù)第4實(shí)施方式，通過在1片晶片上構(gòu)成包含外圍電路的X射線傳感器， 可以實(shí)現(xiàn)成本的降低，芯片尺寸的縮小化。另外，通過形成半導(dǎo)體區(qū)域214，并將該半導(dǎo)體區(qū)域214設(shè)定成與作為二極管的正電極的高濃度P型擴(kuò)散層114同電位，從而可以在向二極管施加了反向電壓時(shí)，使半導(dǎo)體區(qū)域214作為場板而工作，并可通過減小P型阱擴(kuò)散層112 內(nèi)的電位差而緩解P型阱擴(kuò)散層112內(nèi)的電場，提高反向耐壓。接下來，對(duì)本實(shí)施方式的X射線傳感器2的制造方法進(jìn)行說明。首先，如圖6所示，準(zhǔn)備一種夾著埋入氧化膜132而層疊為半導(dǎo)體層210在上側(cè)而 N型基板100在下側(cè)的SOI基板。在本實(shí)施方式中，作為一例，N型基板100的厚度為700 μ m 左右，比電阻為IOkQ κπι，而埋入氧化膜132使用厚度為2000人左右的SiO2氧化膜，而半導(dǎo)體層210為P型，且厚度為880人左右，比電阻為10 Ω · cm。接下來，如圖7所示，在半導(dǎo)體層210的上表面，通過CVD等方法形成氮化膜 (Si3N4)(未圖示)，通過局部氧化隔離(Local Oxidization of Silicon, LOCOS)法將氮化膜作為掩模，形成場氧化膜133，并將半導(dǎo)體層210分離為半導(dǎo)體區(qū)域212和半導(dǎo)體區(qū)域 214。接下來，如圖8所示，將有選擇地形成的抗蝕劑等(未圖示)作為掩模，通過離子注入等在N型基板100的一主面101中形成P型阱擴(kuò)散層112，然后，通過離子注入等，在P 型阱擴(kuò)散層112內(nèi)形成比P型阱擴(kuò)散層112淺且雜質(zhì)濃度高的高濃度P型擴(kuò)散層114。接下來，通過離子注入等在N型基板100的一主面101形成比N型基板100雜質(zhì)濃度高的高濃度N型擴(kuò)散層102。然后，在半導(dǎo)體區(qū)域212上形成柵絕緣膜230，在柵絕緣膜230上形成柵電極M0， 并將柵電極240作為掩模，離子注入N型雜質(zhì)，從而在柵電極MO的兩側(cè)的半導(dǎo)體區(qū)域212 中形成源極222以及漏極224。這時(shí)，向半導(dǎo)體區(qū)域214也進(jìn)行離子注入N型雜質(zhì)，形成 1. OX IO21CnT3左右的雜質(zhì)濃度。接下來，如圖9所示，用TEOS在整個(gè)面上形成絕緣膜135。由埋入氧化膜132、場氧化膜133以及絕緣膜135形成絕緣體層130。接下來，如圖10所示，在絕緣體層130中形成通孔142、144、145、147、149。接下來，如圖11所示，分別在通孔142、144、145、147、149中埋入W制埋入導(dǎo)電體 152、154、155、157、159。然后，在絕緣體層130上有選擇地形成W制導(dǎo)電體162、164、166、 167、169。然后，在N型基板100的背面103上用Al形成電極120。(第5實(shí)施方式)在上述第4實(shí)施方式中，將半導(dǎo)體層210形成為例如通過N型雜質(zhì)注入等方法將雜質(zhì)濃度設(shè)定為1. OX IO21CnT3的半導(dǎo)體區(qū)域214，并通過導(dǎo)電體192將導(dǎo)電體165與導(dǎo)電體164連接起來使電場緩解，其中該導(dǎo)電體165經(jīng)由被埋入到設(shè)置在絕緣體層130中的通孔145中的埋入導(dǎo)電體155連接到半導(dǎo)體區(qū)域214，并且該導(dǎo)電體165設(shè)置在絕緣體層130 上，另，該導(dǎo)電體164與高濃度P型擴(kuò)散層114連接；但是在本實(shí)施方式中，將與MOS晶體管 20的柵電極240同層的導(dǎo)電體242形成為與上述第4實(shí)施方式的半導(dǎo)體區(qū)域214相同的形狀，并通過導(dǎo)電體192將導(dǎo)電體165和導(dǎo)電體164連接起來使電場緩解，其中，該導(dǎo)電體165 經(jīng)由被埋入到設(shè)置在絕緣體層130中的通孔146中的埋入導(dǎo)電體156而連接到導(dǎo)電體對(duì)2， 并且該該導(dǎo)電體165設(shè)置在絕緣體層130上，另，該導(dǎo)電體164與高濃度P型擴(kuò)散層114連接，上述點(diǎn)與第4實(shí)施方式不同，而其它的點(diǎn)相同。(第6實(shí)施方式)在上述第4實(shí)施方式中，將半導(dǎo)體層210形成為例如通過N型雜質(zhì)注入等方法將雜質(zhì)濃度設(shè)定為1. OX IO21CnT3的半導(dǎo)體區(qū)域214，并通過導(dǎo)電體192將導(dǎo)電體165與導(dǎo)電體164連接起來使電場緩解，其中該導(dǎo)電體165經(jīng)由被埋入到設(shè)置在絕緣體層130中的通孔145中的埋入導(dǎo)電體155連接到半導(dǎo)體區(qū)域214，并且該導(dǎo)電體165設(shè)置在絕緣體層130 上，另，該導(dǎo)電體164與高濃度P型擴(kuò)散層114連接；但是，在本實(shí)施方式中，在絕緣體層130 上，形成與上述第4實(shí)施方式的半導(dǎo)體區(qū)域214相同形狀的導(dǎo)電體167，并通過導(dǎo)電體192 將導(dǎo)電體167和與高濃度P型擴(kuò)散層114連接的導(dǎo)電體164連接起來使電場緩解，此點(diǎn)與第4實(shí)施方式不同，而其它的點(diǎn)相同。此外，在本實(shí)施方式中，將導(dǎo)電體167和與高濃度P型擴(kuò)散層114連接的導(dǎo)電體 164構(gòu)成為相互分離的獨(dú)立的導(dǎo)電體，并通過導(dǎo)電體192將導(dǎo)電體167與導(dǎo)電體164連接起來；但是還可以與第3實(shí)施方式相同地，將相同配線層的導(dǎo)電體167與導(dǎo)電體164 —體化而形成為具有連續(xù)構(gòu)造的導(dǎo)電體。圖14是表示本發(fā)明的第4、第5、第6實(shí)施方式以及現(xiàn)有的X射線傳感器的二極管 10的施加反向電壓時(shí)的耐壓的圖。這里，現(xiàn)有的X射線傳感器是指二極管10為如圖17所示的構(gòu)造的X射線傳感器。根據(jù)圖14可知，本發(fā)明的第4、第5、第6實(shí)施方式與現(xiàn)有的X 射線傳感器相比，施加反向電壓時(shí)的耐壓升高。此外，在上述各實(shí)施方式中，還可以采用將P型變?yōu)镹型，將N型變?yōu)镻型的構(gòu)造。以上，對(duì)本發(fā)明的各種典型的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并非僅限于這些實(shí)施方式。本發(fā)明的保護(hù)范圍僅被權(quán)利要求書的保護(hù)范圍所限定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括 一導(dǎo)電型的第1半導(dǎo)體層；絕緣體層，設(shè)置在所述第1半導(dǎo)體層的一主面上； 第2半導(dǎo)體層，設(shè)置在所述絕緣體層中； 有源元件，設(shè)置于所述第2半導(dǎo)體層；第1半導(dǎo)體區(qū)域，設(shè)置于所述第1半導(dǎo)體層的所述一主面，且該第1半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電型是與所述一導(dǎo)電型相反的另一導(dǎo)電型；第2半導(dǎo)體區(qū)域，設(shè)置在所述第1半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)，且該第2半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電型是所述另一導(dǎo)電型，該第2半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度比所述第1半導(dǎo)體區(qū)域高；第1導(dǎo)電體，設(shè)置于在所述絕緣體層中設(shè)置的通孔內(nèi)，與所述第2半導(dǎo)體區(qū)域連接； 第2導(dǎo)電體，設(shè)置在所述絕緣體層上或者所述絕緣體層中，并且是設(shè)置在所述第1導(dǎo)電體的周圍，從垂直于所述一主面的方向觀察時(shí)，該第2導(dǎo)電體的外側(cè)端部位于所述第2半導(dǎo)體區(qū)域的外側(cè)；第3導(dǎo)電體，設(shè)置為將所述第1導(dǎo)電體和所述第2導(dǎo)電體連接起來；和第4導(dǎo)電體，設(shè)置為與所述第1半導(dǎo)體層電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，從垂直于所述一主面的方向觀察時(shí)，所述第2導(dǎo)電體的所述外側(cè)端部位于所述第1半導(dǎo)體區(qū)域的外側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第2導(dǎo)電體由所述第2半導(dǎo)體層構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述有源元件是絕緣柵型場效應(yīng)晶體管，所述第2導(dǎo)電體由與絕緣柵型場效應(yīng)晶體管的柵電極相同層的導(dǎo)電體構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第2導(dǎo)電體形成在所述絕緣體層上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，還包括第5導(dǎo)電體，該第5導(dǎo)電體設(shè)置在所述絕緣體層上，且與所述第1導(dǎo)電體連接， 所述第5導(dǎo)電體與所述第2導(dǎo)電體是相同層并且連續(xù)地設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 使所述第1導(dǎo)電體與所述第2導(dǎo)電體以成為同電位的方式進(jìn)行連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第4導(dǎo)電體在所述第1半導(dǎo)體層的所述一主面以及所述一主面的相反側(cè)的主面上與所述第1半導(dǎo)體層電連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第1半導(dǎo)體層與所述第1半導(dǎo)體區(qū)域反向連接。
10.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括 一導(dǎo)電型的第1半導(dǎo)體層；絕緣體層，設(shè)置在所述第1半導(dǎo)體層的一主面上；第1半導(dǎo)體區(qū)域，設(shè)置于所述第1半導(dǎo)體層的所述一主面，且該第1半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電型是與所述一導(dǎo)電型相反的另一導(dǎo)電型；第2半導(dǎo)體區(qū)域，設(shè)置在所述第1半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)，且該第2半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電型是所述另一導(dǎo)電型，該第2半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度比所述第1半導(dǎo)體區(qū)域高；第1導(dǎo)電體，設(shè)置于在所述絕緣體層中設(shè)置的通孔內(nèi)，與所述第2半導(dǎo)體區(qū)域連接； 第2導(dǎo)電體，設(shè)置在所述絕緣體層上或者所述絕緣體層中，并且是設(shè)置在所述第1導(dǎo)電體的周圍，從垂直于所述一主面的方向觀察時(shí)，該第2導(dǎo)電體的外側(cè)端部位于所述第2半導(dǎo)體區(qū)域的外側(cè)；第3導(dǎo)電體，設(shè)置為將所述第1導(dǎo)電體和所述第2導(dǎo)電體連接起來；和第4導(dǎo)電體，設(shè)置為與所述第1半導(dǎo)體層電連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，從垂直于所述一主面的方向觀察時(shí)，所述第2導(dǎo)電體的所述外側(cè)端部位于所述第1半導(dǎo)體區(qū)域的外側(cè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1 11的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述半導(dǎo)體裝置是X射線傳感器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠使反向耐壓升高的半導(dǎo)體裝置。包括一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層(100)；絕緣體層(130)；設(shè)置在絕緣體層中的半導(dǎo)體層(210)；設(shè)置于半導(dǎo)體層(210)的有源元件(20)；設(shè)置于半導(dǎo)體層(100)的一主面(201)的另一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域(112)；另一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域(114)，設(shè)置在半導(dǎo)體區(qū)域(112)內(nèi)，雜質(zhì)濃度比半導(dǎo)體區(qū)域(112)高；導(dǎo)電體(154)，設(shè)置于在絕緣體層(130)中設(shè)置的通孔(144)內(nèi)，與半導(dǎo)體區(qū)域(144)連接；導(dǎo)電體(214)，設(shè)置在絕緣體層(130)上或其中，且是設(shè)置在導(dǎo)電體(154)周圍，外側(cè)端部位于半導(dǎo)體區(qū)域(114)外側(cè)；導(dǎo)電體(192)，設(shè)置成連接導(dǎo)電體(154)和導(dǎo)電體(214)；和導(dǎo)電體(152、120)，設(shè)置成與半導(dǎo)體層(100)連接。
文檔編號(hào)H04N5/32GK102446938SQ20111030542
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月6日
發(fā)明者初井宇記, 新井康夫, 葛西大樹 申請(qǐng)人:Oki半導(dǎo)體株式會(huì)社, 獨(dú)立行政法人理化學(xué)研究所