JP2001168320A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2001168320A
JP2001168320A JP34504199A JP34504199A JP2001168320A JP 2001168320 A JP2001168320 A JP 2001168320A JP 34504199 A JP34504199 A JP 34504199A JP 34504199 A JP34504199 A JP 34504199A JP 2001168320 A JP2001168320 A JP 2001168320A
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JP
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diffusion layer
drain diffusion
layer
type
conductivity type
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JP34504199A
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Japanese (ja)
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Kenichiro Takahashi
健一郎 高橋
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NEC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device as a smart power IC which is enhanced in withstand voltage without increasing a transistor in ON-state resistance and area occupied by itself. SOLUTION: A second conductivity-type drain diffusion layer 2 and a second conductivity-type source diffusion layer 3 are formed separated from each other on the main surface of a first conductivity-type semiconductor substrate 1, a gate electrode 7 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 between the drain diffusion layer 2 and the source diffusion layer 3 through the intermediary of a gate insulating film 6 for the formation of a field effect transistor, where a depletion layer is expanded in the lower region of the drain diffusion layer 2, an electrical field is set uniform in intensity near the surface of the first conductivity semiconductor substrate 1, and a semiconductor device is enhanced in breakdown voltage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、特に
スマートパワーICにおいて、トランジスタのオン抵
抗,占有面積を増大させることなく、高耐圧化を実現す
る半導体装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, in particular, a smart power IC, which realizes a high breakdown voltage without increasing the on-resistance and occupied area of a transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶表示装置(LCD),CD−ROM
モータ等を駆動制御する半導体装置(IC)は、スマー
トパワーICと呼ばれるものであり、通常のデジタル信
号処理用CMOSロジック回路と、前記CMOSロジッ
ク回路で処理された信号に基いて負荷を制御する高耐圧
出力トランジスタとが同一チップ上に混載された構成と
なっている。
2. Description of the Related Art Liquid crystal display (LCD), CD-ROM
A semiconductor device (IC) for driving and controlling a motor and the like is called a smart power IC, and includes a CMOS logic circuit for processing a normal digital signal and a high-power circuit for controlling a load based on a signal processed by the CMOS logic circuit. The structure is such that the withstand voltage output transistor is mounted on the same chip.

【0003】スマートパワーICの製造プロセスは、標
準的なCMOSプロセスを基本として、このプロセス
に、高耐圧トランジスタを作り込むための若干の製造工
程が付加されたものとなっている。
[0003] The manufacturing process of a smart power IC is based on a standard CMOS process, and a few manufacturing steps for manufacturing a high breakdown voltage transistor are added to this process.

【0004】図4は従来例のスマートパワーICに使用
される高耐圧トランジスタを示すものであり、1はP型
半導体基板、2はN型高濃度ドレイン拡散層、3はN型
高濃度ソース拡散層、4はP型高濃度基板コンタクト拡
散層、6はゲート酸化膜、7はゲート電極、8はドレイ
ン電極、9はソース電極、10はフィールド酸化膜、1
1は層間絶縁膜、18はN型中濃度延長ドレイン拡散層
である。
FIG. 4 shows a high breakdown voltage transistor used in a conventional smart power IC, wherein 1 is a P-type semiconductor substrate, 2 is an N-type high-concentration drain diffusion layer, and 3 is an N-type high-concentration source diffusion. Layer, 4 is a P-type high concentration substrate contact diffusion layer, 6 is a gate oxide film, 7 is a gate electrode, 8 is a drain electrode, 9 is a source electrode, 10 is a field oxide film, 1
Reference numeral 1 denotes an interlayer insulating film, and reference numeral 18 denotes an N-type medium-concentration extended drain diffusion layer.

【0005】図4に示す従来例のスマートパワーICに
使用される高耐圧トランジスタは、例えばNチャネル型
の場合、オフ時に電界ドリフト領域として機能するN型
中濃度延長ドレイン拡散層18がN型高濃度ドレイン拡
散層2の側部に付加された構造となっていた。
The high breakdown voltage transistor used in the conventional smart power IC shown in FIG. 4 is, for example, an N-channel type, in which the N-type medium-concentration extended drain diffusion layer 18 which functions as an electric field drift region when turned off has an N-type high voltage. The structure was added to the side of the concentration drain diffusion layer 2.

【0006】図4に示す従来例のスマートパワーICに
使用される高耐圧トランジスタでは、前記N型中濃度延
長ドレイン拡散層18の存在により、オフ時の臨界状態
の空乏層は、図5に示す状態となる。図5において、1
2は臨界状態のドレイン電位側空乏層境界、14は臨界
状態のソース電位側空乏層境界を示している。
In the high breakdown voltage transistor used in the conventional smart power IC shown in FIG. 4, a depletion layer in a critical state at the time of off is shown in FIG. 5 due to the presence of the N-type medium-concentration extended drain diffusion layer 18. State. In FIG. 5, 1
Reference numeral 2 denotes a boundary of a drain potential side depletion layer in a critical state, and reference numeral 14 denotes a boundary of a source potential side depletion layer in a critical state.

【0007】N型中濃度延長ドレイン拡散層18は臨界
状態に至る過程で完全に空乏化するような濃度に設定さ
れており、臨界状態に至る過程においてN型中濃度延長
ドレイン拡散層18が空乏化するため、図5に示すよう
にN型中濃度延長ドレイン拡散層18の部分でドレイン
・ソース間電圧のほとんどを分担させることによって降
伏耐圧は高くしている。
[0007] The N-type medium-concentration extended drain diffusion layer 18 is set to a concentration such that it is completely depleted in the process of reaching the critical state. As shown in FIG. 5, the breakdown voltage is increased by sharing most of the drain-source voltage in the portion of the N-type medium-concentration extended drain diffusion layer 18 as shown in FIG.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図4に示
す従来例のスマートパワーICに使用される高耐圧トラ
ンジスタは、N型中濃度延長ドレイン拡散層18を臨界
状態に至る過程で完全に空乏化させる必要があるため、
あまりN型中濃度延長ドレイン拡散層18の濃度を高濃
度に設定することができず、N型中濃度延長ドレイン拡
散層18の濃度は略1017/cm2程度であり、N型高
濃度ドレイン拡散層2及びN型高濃度ソース拡散層3の
百分の1程度と低く設定しなければならず、そのためオ
ン時のドレイン電流の経路に高抵抗部を含むこととな
り、オン抵抗を増大させてしまうという問題がある。
However, the high breakdown voltage transistor used in the conventional smart power IC shown in FIG. 4 completely depletes the N-type medium-concentration extended drain diffusion layer 18 in the process of reaching the critical state. Need to
The concentration of the N-type medium-concentration extended drain diffusion layer 18 cannot be set to a high concentration, and the concentration of the N-type medium-concentration extended drain diffusion layer 18 is about 10 17 / cm 2. The diffusion layer 2 and the N-type high-concentration source diffusion layer 3 must be set to be as low as about one-hundredth. Therefore, a high-resistance portion is included in the path of the drain current at the time of ON, and the ON resistance is increased. Problem.

【0009】またN型中濃度延長ドレイン拡散層18自
体、半導体基板1の表面一部を占有するため、トランジ
スタの占有面積が増大するという問題がある。
Further, since the N-type medium-concentration extended drain diffusion layer 18 occupies a part of the surface of the semiconductor substrate 1, there is a problem that the area occupied by the transistor increases.

【0010】これらオン抵抗と占有面積が増大するとい
う問題は、高耐圧化に伴う二律背反事項として受け入ら
れているのが現状である。
At present, the problem of increasing the on-resistance and the occupied area has been accepted as a trade-off with the increase in the withstand voltage.

【0011】本発明の目的は、スマートパワーICにお
いて、トランジスタのオン抵抗,占有面積を増大させる
ことなく、高耐圧化を実現する半導体装置を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device which realizes a high breakdown voltage without increasing the on-resistance and occupied area of a transistor in a smart power IC.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置は、第1導電型半導体基板
の主表面に第2導電型ドレイン拡散層が形成され、前記
第2導電型ドレイン拡散層から離れた前記第1導電型半
導体基板の主表面に第2導電型ソース拡散層が形成さ
れ、前記第2導電型ドレイン拡散層と前記第2導電型ソ
ース拡散層の間に挟まれた、前記第1導電型半導体基板
の主表面にゲート絶縁膜が形成され、前記ゲート絶縁膜
上にゲート電極が形成される電界効果トランジスタにお
いて、前記第2導電型ドレイン拡散層の特に下方領域に
空乏層を拡大し、かつ、基板表面近傍の電界強度を一様
化して、降伏電圧を拡大可能としたものである。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention has a second conductivity type drain diffusion layer formed on a main surface of a first conductivity type semiconductor substrate, A second conductivity type source diffusion layer is formed on a main surface of the first conductivity type semiconductor substrate remote from the drain diffusion layer, and is sandwiched between the second conductivity type drain diffusion layer and the second conductivity type source diffusion layer. Further, in a field effect transistor in which a gate insulating film is formed on a main surface of the first conductivity type semiconductor substrate and a gate electrode is formed on the gate insulating film, particularly in a region below the second conductivity type drain diffusion layer. The breakdown voltage can be increased by expanding the depletion layer and making the electric field intensity near the substrate surface uniform.

【0013】また前記第2導電型ドレイン拡散層の直下
に、前記第2導電型ドレイン拡散層とは接触させずに第
2導電型埋込ドレイン拡散層を形成したものである。
Further, a buried drain diffusion layer of the second conductivity type is formed immediately below the drain diffusion layer of the second conductivity type without contacting the drain diffusion layer of the second conductivity type.

【0014】また前記ゲート電極をオフ状態とし、ドレ
イン・ソース間に印加する電圧値に応じて、前記第2導
電型ドレイン拡散層から成長する空乏層を、前記印加電
圧の電圧値が前記第2導電型ドレイン拡散層から下方方
向に、前記第2導電型ドレイン拡散層の下方領域に形成
した第2導電型埋込ドレイン拡散層に至るまでの拡散層
構造で決まる値に到達した際に前記第2導電型埋込浮遊
ドレイン拡散層に接触させることにより空乏層をさら
に、前記第2導電型埋込ドレイン拡散層を完全に含有す
るまで拡大させるものである。
The gate electrode is turned off, and a depletion layer that grows from the second conductivity type drain diffusion layer according to a voltage value applied between the drain and the source is supplied to the second conductivity type drain diffusion layer. When reaching a value determined by a diffusion layer structure extending from the conductivity type drain diffusion layer downward to the second conductivity type buried drain diffusion layer formed in the region below the second conductivity type drain diffusion layer, the second By contacting the buried drain diffusion layer with two conductivity type, the depletion layer is further expanded until the buried drain diffusion layer with second conductivity type is completely contained.

【0015】また前記拡大成長した空乏層が前記第2導
電型埋込浮遊ドレイン拡散層に接触して、前記第2導電
型ドレイン拡散層と第2導電型埋込ドレイン拡散層間の
ビルトインポテンシャルの障壁を消失し、前記第2導電
型埋込浮遊ドレイン拡散層に閉じ込められた自由キャリ
アを、前記空乏層の電界によって前記第2導電型ドレイ
ン拡散層側に引き込んで前記第2導電型埋込浮遊ドレイ
ン拡散層を空乏化し、前記第2導電型埋込浮遊ドレイン
拡散層の空乏化により、前記第2導電型埋込浮遊ドレイ
ン拡散層に形成される空間電荷の総量を中和させるま
で、前記空乏層を前記第2導電型埋込浮遊ドレイン拡散
層から外部方向に成長させるものである。
Further, the expanded depletion layer contacts the buried floating drain diffusion layer of the second conductivity type, and a barrier of a built-in potential between the second conduction type drain diffusion layer and the second conductivity type buried drain diffusion layer. And the free carriers trapped in the buried floating drain diffusion layer of the second conductivity type are drawn into the side of the second conductivity type drain diffusion layer by the electric field of the depletion layer, so that the buried floating drain of the second conductivity type is buried. The depletion layer is depleted until the total amount of space charges formed in the buried floating drain diffusion layer of the second conductivity type is neutralized by depleting the diffusion layer and depleting the buried floating drain diffusion layer of the second conductivity type. Is grown outward from the buried floating drain diffusion layer of the second conductivity type.

【0016】また前記第2導電型ドレイン拡散層のドナ
ー濃度を1019/cm2程度とした場合に、前記第2導
電型埋込浮遊ドレイン拡散層のドナー濃度を1016/c
2程度としたものである。
When the donor concentration of the second conductivity type drain diffusion layer is about 10 19 / cm 2 , the donor concentration of the second conductivity type buried floating drain diffusion layer is 10 16 / c.
m 2 .

【0017】また前記第2導電型ドレイン拡散層の接合
部の深さを0.5μm程度とした場合に、前記第2導電
型埋込浮遊ドレイン拡散層の接合部の深さは、上部1.
0μm程度、下部2.0μm程度としたものである。
When the depth of the junction of the second conductivity type drain diffusion layer is about 0.5 μm, the depth of the junction of the second conductivity type buried floating drain diffusion layer is 1.
The thickness is about 0 μm and the lower part is about 2.0 μm.

【0018】また前記空乏層の成長が前記第2導電型埋
込浮遊ドレイン拡散層の深さでゲートの領域方向に横方
向に張り出す影響により、半導体基板の表面近傍での電
界強度を一様化することにより降伏耐圧を向上させたも
のである。
The electric field intensity near the surface of the semiconductor substrate is made uniform due to the influence of the growth of the depletion layer extending laterally in the direction of the gate region at the depth of the buried floating drain diffusion layer of the second conductivity type. In this case, the breakdown voltage is improved.

【0019】また前記第2導電型ドレイン拡散層は、第
2導電型の不純物濃度が比較的高い高濃度層と、第2導
電型の不純物濃度が比較的低い低濃度層の少なくとも2
層以上から構成されたものである。
The second-conductivity-type drain diffusion layer includes at least two layers, a high-concentration layer having a relatively high impurity concentration of the second conductivity type and a low-concentration layer having a relatively low impurity concentration of the second conductivity type.
It is composed of layers or more.

【0020】また前記第2導電型ドレイン拡散層の直下
に、前記第2導電型ドレイン拡散層とは接触させずに第
2導電型埋込ドレイン拡散層を形成し、主として前記第
2導電型ドレイン拡散層の下方領域に空乏層を拡大さ
せ、前記第2導電型中濃度延長ドレイン層を、前記第2
導電型ドレイン拡散層からゲート領域側に突き出すよう
に形成して電界緩和作用をもたせたものである。
A second conductivity type buried drain diffusion layer is formed directly below the second conductivity type drain diffusion layer without being in contact with the second conductivity type drain diffusion layer, and the second conductivity type drain diffusion layer is mainly formed. A depletion layer is expanded in a region below the diffusion layer, and the second-concentration-type medium-concentration extended drain layer is formed in the second conductivity type.
It is formed so as to protrude from the conductivity type drain diffusion layer to the gate region side and has an electric field relaxation effect.

【0021】また前記第2導電型ドレイン拡散層のドナ
ー濃度を1019/cm2程度、その接合部の深さを0.
5μm程度とした場合に、前記第2導電型中濃度延長ド
レイン層は、1017/cm2程度のドナー濃度で、かつ
接合深さが0.4μm程度としたものである。
Further, the donor concentration of the second conductivity type drain diffusion layer is about 10 19 / cm 2 , and the depth of the junction is 0.1 mm / cm 2 .
When the thickness is about 5 μm, the second-conductivity-type medium-concentration extended drain layer has a donor concentration of about 10 17 / cm 2 and a junction depth of about 0.4 μm.

【0022】また空乏層の拡大成長よりも、半導体基板
の表面近傍での空乏層内の電界をより均一化して降伏電
圧を向上したものである。
Further, the breakdown voltage is improved by making the electric field in the depletion layer near the surface of the semiconductor substrate more uniform than the expansion growth of the depletion layer.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
より説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】図1は、本発明に係る半導体装置を示す断
面図、図2は、本発明におけるオフ状態のアバランシェ
降伏直前(臨界状態)での空乏層の形成状態を示す断面
図、図3は、本発明におけるオフ状態の電界強度分布状
態を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a depletion layer formation state immediately before avalanche breakdown (critical state) in an off state according to the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view showing an electric field intensity distribution state in an off state according to the present invention.

【0025】図1において本発明に係る半導体装置は、
第1導電型半導体基板1の主表面に、第2導電型ドレイ
ン拡散層2と第2導電型ソース拡散層3が離れて形成さ
れ、第2導電型ドレイン拡散層2と第2導電型ソース拡
散層3とに挟まれた第1導電型半導体基板1の主表面
に、ゲート絶縁膜6で絶縁してゲート電極7が形成され
た電界効果トランジスタにおいて、第2導電型ドレイン
拡散層2の下方領域に空乏層を拡大し、かつ第1導電型
半導体基板1の表面近傍での電界強度を一様化して、降
伏電圧を拡大可能としたことを特徴とするものである。
Referring to FIG. 1, a semiconductor device according to the present invention comprises:
On the main surface of the first conductivity type semiconductor substrate 1, a second conductivity type drain diffusion layer 2 and a second conductivity type source diffusion layer 3 are formed separately, and the second conductivity type drain diffusion layer 2 and the second conductivity type source diffusion layer are formed. In a field-effect transistor in which a gate electrode 7 is formed on a main surface of a first conductivity type semiconductor substrate 1 sandwiched between layers 3 and insulated by a gate insulating film 6, a region below a second conductivity type drain diffusion layer 2 In addition, the breakdown voltage can be expanded by expanding the depletion layer and making the electric field intensity near the surface of the first conductivity type semiconductor substrate 1 uniform.

【0026】次に本発明に係るスマートパワーICにお
いて、トランジスタのオン抵抗,占有面積を増大させる
ことなく、高耐圧化を実現することについて説明する。
Next, a description will be given of realizing a high breakdown voltage without increasing the on-resistance and occupied area of the transistor in the smart power IC according to the present invention.

【0027】図1に示す本発明に係る半導体装置におい
て、ゲート電極7をオフ状態とし、ドレイン電極8とソ
ース電極9との間に印加する電圧の値を上昇させると、
図2に示すようにドレイン拡散層2の接合部を中心に、
その印加電圧値に応じて空乏層が成長する。
In the semiconductor device according to the present invention shown in FIG. 1, when the gate electrode 7 is turned off and the value of the voltage applied between the drain electrode 8 and the source electrode 9 is increased,
As shown in FIG. 2, focusing on the junction of the drain diffusion layer 2,
A depletion layer grows according to the applied voltage value.

【0028】図2において、12は、上述したようにゲ
ート電極7をオフ状態とし、ドレイン電極8とソース電
極9との間に印加する電圧の値を上昇させた場合にドレ
イン拡散層2の接合部を中心に、その印加電圧値に応じ
て成長する空乏層のうち、臨界状態のドレイン電位側空
乏層の境界を示すものである。
In FIG. 2, reference numeral 12 denotes a junction of the drain diffusion layer 2 when the gate electrode 7 is turned off and the value of the voltage applied between the drain electrode 8 and the source electrode 9 is increased as described above. It shows the boundary of the drain potential side depletion layer in the critical state among the depletion layers that grow in accordance with the applied voltage value with the portion as the center.

【0029】また図2において、本発明のように第2導
電型ドレイン拡散層2の下方領域に空乏層を拡大し、か
つ第1導電型半導体基板1の表面近傍での電界強度を一
様化して、降伏電圧を拡大するという技術的手段を講じ
ない従来技術における臨界状態のソース電位側空乏層の
境界13を参考までに表示する。
In FIG. 2, a depletion layer is expanded below the second conductivity type drain diffusion layer 2 and the electric field intensity near the surface of the first conductivity type semiconductor substrate 1 is made uniform as in the present invention. For reference, the boundary 13 of the depletion layer on the source potential side in the critical state in the related art without taking the technical means of increasing the breakdown voltage is shown for reference.

【0030】本発明においては、第2導電型ドレイン拡
散層2の下方領域に空乏層を拡大し、かつ第1導電型半
導体基板1の表面近傍での電界強度を一様化して、降伏
電圧を拡大させることを特徴とするものであり、図1に
おいては、第2導電型ドレイン拡散層2の下方領域に空
乏層を拡大し、かつ第1導電型半導体基板1の表面近傍
での電界強度を一様化して、降伏電圧を拡大させるため
に、第2導電型ドレイン拡散層2の下方領域に、第2導
電型ドレイン拡散層2とは接触させずに第2導電型埋込
ドレイン拡散層5を形成している。
In the present invention, the breakdown voltage is increased by expanding the depletion layer below the second conductivity type drain diffusion layer 2 and making the electric field intensity near the surface of the first conductivity type semiconductor substrate 1 uniform. In FIG. 1, the depletion layer is expanded below the second conductivity type drain diffusion layer 2 and the electric field strength near the surface of the first conductivity type semiconductor substrate 1 is reduced in FIG. In order to make the breakdown voltage uniform and to increase the breakdown voltage, the second conductivity type buried drain diffusion layer 5 is formed in a region below the second conductivity type drain diffusion layer 2 without being in contact with the second conductivity type drain diffusion layer 2. Is formed.

【0031】そのため本発明において、ゲート電極7を
オフ状態とし、ドレイン電極8とソース電極9との間に
印加する電圧の値を上昇させた場合にドレイン拡散層2
の接合部を中心に、その印加電圧値に応じて成長する空
乏層が形成されるが、前記印加電圧の電圧値が、ドレイ
ン拡散層2から下方方向に、ドレイン拡散層2の下方領
域に形成した第2導電型埋込ドレイン拡散層5に至るま
での拡散層構造で決まる値に到達すると、その印加電圧
値に応じて成長した空乏層は埋込浮遊ドレイン拡散層5
に接触する。
Therefore, in the present invention, when the gate electrode 7 is turned off and the value of the voltage applied between the drain electrode 8 and the source electrode 9 is increased, the drain diffusion layer 2
A depletion layer that grows in accordance with the applied voltage value is formed around the junction, but the voltage value of the applied voltage is formed in a downward direction from the drain diffusion layer 2 and in a region below the drain diffusion layer 2. When the value reaches the value determined by the diffusion layer structure up to the buried drain diffusion layer 5 of the second conductivity type, the depletion layer grown according to the applied voltage value becomes the buried floating drain diffusion layer 5.
Contact

【0032】前記空乏層が埋込浮遊ドレイン拡散層5に
接触すると、ドレイン拡散層2と第2導電型埋込ドレイ
ン拡散層5の間にビルトインポテンシャルの障壁がなく
なるため、埋込浮遊ドレイン拡散層5に閉じ込められた
自由キャリアは、前記空乏層の電界によってドレイン拡
散層2側に引き込まれることとなり、埋込浮遊ドレイン
拡散層5は完全に空乏化する。
When the depletion layer comes into contact with the buried floating drain diffusion layer 5, there is no built-in potential barrier between the drain diffusion layer 2 and the buried drain diffusion layer 5 of the second conductivity type. The free carriers confined in 5 are drawn toward the drain diffusion layer 2 by the electric field of the depletion layer, and the buried floating drain diffusion layer 5 is completely depleted.

【0033】さらに埋込浮遊ドレイン拡散層5の空乏化
により、埋込浮遊ドレイン拡散層5には空間電荷が形成
されるが、この空間電荷の総量を中和させるまで、前記
空乏層は、埋込浮遊ドレイン拡散層5から外部方向に成
長する。
Further, space charge is formed in the buried floating drain diffusion layer 5 by depletion of the buried floating drain diffusion layer 5, but the depletion layer is filled until the total amount of the space charge is neutralized. From the floating drain diffusion layer 5 to the outside.

【0034】上述した空乏層が埋込浮遊ドレイン拡散層
5に接触した後、その空乏層が空乏層として埋込浮遊ド
レイン拡散層5から外部方向に成長する段階では、ドレ
イン電極8とソース電極9との間に印加する印加電圧を
上昇させることなく、上述した現象が生じる。
After the depletion layer comes into contact with the buried floating drain diffusion layer 5, at the stage where the depletion layer grows outward from the buried floating drain diffusion layer 5 as a depletion layer, the drain electrode 8 and the source electrode 9 are formed. The above-mentioned phenomenon occurs without increasing the applied voltage applied between the first and second states.

【0035】したがって本発明では図2に示すように、
臨界状態のソース電位側空乏層の境界14は、従来技術
における臨界状態のソース電位側空乏層の境界13を越
えて拡大することとなる。すなわち、図2において、本
発明におけるアバランシェ降伏直前(臨界状態)の空乏
層は、境界12と境界14に挟まれた領域が空乏層であ
り、一方、従来技術のアバランシェ降伏直前(臨界状
態)の空乏層は、境界12と境界13に挟まれた領域が
空乏層であり、本発明のアバランシェ降伏直前(臨界状
態)の空乏層は、従来技術のものと比較して拡大してい
る。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG.
The boundary 14 of the source potential side depletion layer in the critical state expands beyond the boundary 13 of the source potential side depletion layer in the critical state in the related art. That is, in FIG. 2, the depletion layer immediately before avalanche breakdown (critical state) in the present invention is a depletion layer between the boundary 12 and the boundary 14, while the depletion layer immediately before avalanche breakdown (critical state) of the conventional technology is used. The depletion layer is a depletion layer in a region between the boundary 12 and the boundary 13, and the depletion layer of the present invention immediately before avalanche breakdown (critical state) is larger than that of the prior art.

【0036】図2において、電界が強くなってアバラン
シェ降伏を起こすのは、空乏層領域のうち、半導体基板
1の表面近傍である。
In FIG. 2, the portion where the electric field becomes strong and avalanche breakdown occurs is in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate 1 in the depletion layer region.

【0037】半導体基板1の表面近傍での電界強度分布
を図3に示す。図3において、その横軸は図2に矢印1
5で示された方向の変位であり、その縦軸は電界の矢印
15で示された方向の電界強度である。
FIG. 3 shows the electric field intensity distribution near the surface of the semiconductor substrate 1. In FIG. 3, the horizontal axis is the arrow 1 in FIG.
The vertical axis indicates the electric field strength in the direction indicated by the arrow 15 of the electric field.

【0038】図3に示す臨界電界はアバランシェ降伏を
起こす電界であり、半導体基板1がシリコン製の場合、
その臨界電界は300〜500KV/cmである。図3
において、17は埋込浮遊ドレイン拡散層5を形成した
本発明における電界強度分布を示す曲線であり、16は
埋込浮遊ドレイン拡散層5が形成されない従来技術にお
ける電界強度分布を示す曲線である。
The critical electric field shown in FIG. 3 is an electric field that causes avalanche breakdown, and when the semiconductor substrate 1 is made of silicon,
Its critical electric field is 300-500 KV / cm. FIG.
In the figure, 17 is a curve showing the electric field intensity distribution in the present invention in which the buried floating drain diffusion layer 5 is formed, and 16 is a curve showing the electric field intensity distribution in the prior art in which the buried floating drain diffusion layer 5 is not formed.

【0039】図2に矢印15で示す領域での空乏層領域
は、図3に示すように埋込浮遊ドレイン拡散層5を形成
した本発明では0−C間であり、埋込浮遊ドレイン拡散
層5が形成されない従来技術では0−B間と狭くなって
いる。
The depletion layer region in the region indicated by the arrow 15 in FIG. 2 is between 0 and C in the present invention in which the buried floating drain diffusion layer 5 is formed as shown in FIG. In the prior art in which 5 is not formed, the width is as narrow as 0-B.

【0040】図3において、電界強度分布の曲線16又
は17と横軸で囲まれた面積が降伏電圧となるが、図3
から明らかなように、本発明では埋込浮遊ドレイン拡散
層5を形成することによって、大幅に降伏耐圧を向上さ
せることが可能である。
In FIG. 3, the area surrounded by the electric field intensity distribution curve 16 or 17 and the horizontal axis is the breakdown voltage.
As is apparent from the above description, in the present invention, by forming the buried floating drain diffusion layer 5, it is possible to greatly improve the breakdown voltage.

【0041】本発明において、大幅に降伏耐圧を向上さ
せることができる理由は、空乏層の成長が促進、図3で
は空乏層領域0−Bが0−Cに拡大されたことと、その
空乏層の成長が、埋込浮遊ドレイン拡散層5の深さでゲ
ート電極7の領域方向に横方向に張り出す影響により、
半導体基板1の表面近傍での電界強度がより一様化する
ことの相乗効果によりもたらされるためである。
In the present invention, the reason why the breakdown voltage can be greatly improved is that the growth of the depletion layer is promoted. In FIG. 3, the depletion layer region 0-B is expanded to 0-C and the depletion layer is increased. Is grown laterally in the direction of the region of the gate electrode 7 at the depth of the buried floating drain diffusion layer 5,
This is because the electric field intensity near the surface of the semiconductor substrate 1 is brought about by a synergistic effect of more uniformity.

【0042】従来技術では、降伏耐圧を向上させるため
に、図4に示すようにドレイン高濃度拡散層2からゲー
ト電極7の領域側に突き出すように比較的低濃度でドレ
イン高濃度拡散層2と同じ導電型の電界緩和のための中
濃度延長ドレイン拡散層18を付加形成しているが、本
発明では、電界緩和のための中濃度延長ドレイン拡散層
18を付加形成する必要はないものである。
In the prior art, in order to improve the breakdown voltage, the drain high-concentration diffusion layer 2 has a relatively low concentration and protrudes from the drain high-concentration diffusion layer 2 toward the region of the gate electrode 7 as shown in FIG. Although the middle-concentration extended drain diffusion layer 18 for reducing the electric field of the same conductivity type is additionally formed, in the present invention, it is not necessary to additionally form the middle-concentration extended drain diffusion layer 18 for relaxing the electric field. .

【0043】また従来技術のように電界緩和のための中
濃度延長ドレイン拡散層18を付加形成すれば、降伏耐
圧は向上するが、逆にオン抵抗とトランジスタの占有面
積は増大してしまうこととなるが、本発明では、電界緩
和のための中濃度延長ドレイン拡散層18を付加形成す
る必要がないため、オン抵抗とトランジスタの占有面積
の増大を防止することができる。
Further, if a medium-concentration extended drain diffusion layer 18 for relaxing the electric field is additionally formed as in the prior art, the breakdown voltage is improved, but the on-resistance and the area occupied by the transistor are increased. However, in the present invention, it is not necessary to additionally form the middle-concentration extended drain diffusion layer 18 for alleviating the electric field, so that it is possible to prevent an increase in the on-resistance and the occupied area of the transistor.

【0044】本発明では、埋込浮遊ドレイン拡散層5を
形成するため、その製造工程においてマスク工程と高エ
ネルギーイオン注入工程を1回づつ追加する必要がある
が、この製造工程は、従来例においても電界緩和用の中
濃度延長ドレイン拡散層18の形成による降伏耐圧向上
にマスク工程とイオン注入工程が1回づつ必要であるこ
とを考えると、本発明において降伏耐圧を向上させるに
必要な製造工程が従来例と比較して追加されることはな
く、製造工程を増大させることにはならないものであ
る。
In the present invention, in order to form the buried floating drain diffusion layer 5, it is necessary to add a mask step and a high energy ion implantation step once each in the manufacturing process. Considering that the mask step and the ion implantation step are each required once to improve the breakdown voltage by forming the middle-concentration extension drain diffusion layer 18 for alleviating the electric field, the manufacturing steps required to improve the breakdown voltage in the present invention are considered. Is not added as compared with the conventional example, and the manufacturing process is not increased.

【0045】したがって本発明は、第2導電型ドレイン
拡散層2の下方領域に空乏層を拡大し、かつ第1導電型
半導体基板1の表面近傍での電界強度を一様化して、降
伏電圧を拡大可能とすることにより、製造工程数,オン
抵抗,トランジスタの占有面積を増大させることなく、
降伏耐圧を大幅に向上させることができるという効果が
得られるものである。
Accordingly, the present invention expands the depletion layer below the second conductivity type drain diffusion layer 2 and makes the electric field intensity near the surface of the first conductivity type semiconductor substrate 1 uniform, thereby reducing the breakdown voltage. By making it expandable, without increasing the number of manufacturing processes, on-resistance, and the area occupied by transistors,
This has the effect of greatly improving the breakdown voltage.

【0046】(実施形態1)次に図1を用いて本発明の
実施形態1に係る半導体装置について説明する。
Embodiment 1 Next, a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG.

【0047】図1において、半導体基板1としてP型半
導体基板を用いており、P型半導体基板1は、単結晶シ
リコンにボロンが1015/cm2程度にドープされてい
る。またP型半導体基板1に形成されたN型高濃度ドレ
イン拡散層2とN型高濃度ソース拡散層3は1019/c
2程度のドナー濃度を有し、その接合部の深さは、
0.5μm程度である。
In FIG. 1, a P-type semiconductor substrate is used as the semiconductor substrate 1. In the P-type semiconductor substrate 1, single crystal silicon is doped with boron to about 10 15 / cm 2 . The N-type high-concentration drain diffusion layer 2 and the N-type high-concentration source diffusion layer 3 formed on the P-type semiconductor substrate 1 have a density of 10 19 / c.
having a donor concentration of about m 2 and the junction depth
It is about 0.5 μm.

【0048】N型高濃度ドレイン拡散層2とN型高濃度
ソース拡散層3の間の基板表面に形成されるゲート酸化
膜6は数十nmの膜厚に形成されており、ゲート酸化膜
6上に形成されるゲート電極7は、リンが高濃度にドー
プされた多結晶シリコンから構成されている。N型高濃
度ソース拡散層3に隣接して形成されるP型高濃度基板
コンタクト拡散層4は、1019/cm2程度のアクセプ
タ濃度を有し、その接合深さは0.5μm程度である。
The gate oxide film 6 formed on the substrate surface between the N-type high-concentration drain diffusion layer 2 and the N-type high-concentration source diffusion layer 3 is formed to a thickness of several tens of nm. The gate electrode 7 formed thereon is made of polycrystalline silicon heavily doped with phosphorus. The P-type high-concentration substrate contact diffusion layer 4 formed adjacent to the N-type high-concentration source diffusion layer 3 has an acceptor concentration of about 10 19 / cm 2 and a junction depth of about 0.5 μm. .

【0049】N型高濃度ドレイン拡散層2はドレイン電
極8から給電され、N型高濃度ソース拡散層3とP型高
濃度基板コンタクト拡散層4はソース電極9から給電さ
れる配線構造となっている。したがってP型半導体基板
1の電位はソース拡散層3の電位と同電位になってい
る。
The N-type high-concentration drain diffusion layer 2 is supplied with power from the drain electrode 8, and the N-type high-concentration source diffusion layer 3 and the P-type high-concentration substrate contact diffusion layer 4 have a wiring structure supplied with power from the source electrode 9. I have. Therefore, the potential of the P-type semiconductor substrate 1 is the same as the potential of the source diffusion layer 3.

【0050】N型埋込浮遊ドレイン拡散層5は、N型高
濃度ドレイン拡散層2の真下にN型高濃度ドレイン拡散
層2と非接触状態で形成されており、その接合部の深さ
は、上部1.0μm程度、下部2.0μm程度であり、
1016/cm2程度のドナー濃度を有している。
The N-type buried floating drain diffusion layer 5 is formed immediately below the N-type high-concentration drain diffusion layer 2 in a non-contact state with the N-type high-concentration drain diffusion layer 2. , The upper part is about 1.0 μm, the lower part is about 2.0 μm,
It has a donor concentration of about 10 16 / cm 2 .

【0051】図2に示すように本発明におけるアバラン
シェ降伏直前(臨界状態)の空乏層は、境界12と境界
14に挟まれた領域まで成長するが、従来技術のアバラ
ンシェ降伏直前(臨界状態)の空乏層は、境界12と境
界13に挟まれた領域までしか成長しない。その理由
は、上述した通りである。
As shown in FIG. 2, the depletion layer immediately before the avalanche breakdown (critical state) in the present invention grows to a region sandwiched between the boundaries 12 and 14, but the depletion layer immediately before the avalanche breakdown (critical state) in the conventional technique. The depletion layer grows only up to the region between the boundaries 12 and 13. The reason is as described above.

【0052】空乏層の中で最も電界が厳しくなる箇所
は、P型半導体基板1の表面近傍であり、この部分の電
界強度分布を図3に示す。
The portion of the depletion layer where the electric field is most severe is near the surface of the P-type semiconductor substrate 1, and the electric field intensity distribution in this portion is shown in FIG.

【0053】図3に示す臨界電界はアバランシェ降伏を
起こす電界であり、空乏層の中で最も電界が厳しくなる
箇所は、P型半導体基板1の表面近傍であり、半導体基
板1がシリコン製の場合、その臨界電界は300〜50
0KV/cmである。
The critical electric field shown in FIG. 3 is an electric field that causes avalanche breakdown, and the portion of the depletion layer where the electric field is most severe is near the surface of the P-type semiconductor substrate 1, and when the semiconductor substrate 1 is made of silicon. , Its critical electric field is 300-50
0 KV / cm.

【0054】図3において、埋込浮遊ドレイン拡散層5
を形成した本発明における電界強度分布は曲線17で示
すように0−C間であり、埋込浮遊ドレイン拡散層5が
形成されない従来技術では0−B間と狭くなっている。
In FIG. 3, the buried floating drain diffusion layer 5
The electric field intensity distribution in the present invention in which is formed is between 0 and C as shown by a curve 17, and is narrow as between 0 and B in the conventional technology in which the buried floating drain diffusion layer 5 is not formed.

【0055】図3において、電界強度分布の曲線16又
は17と横軸で囲まれた面積が降伏電圧となるが、図3
から明らかなように、本発明では埋込浮遊ドレイン拡散
層5を形成することによって、大幅に降伏耐圧を向上さ
せることが可能である。
In FIG. 3, the area surrounded by the electric field intensity distribution curve 16 or 17 and the horizontal axis is the breakdown voltage.
As is apparent from the above description, in the present invention, by forming the buried floating drain diffusion layer 5, it is possible to greatly improve the breakdown voltage.

【0056】本発明では、単に空乏層がより成長できる
ようにさせたことだけではなく、空乏層内の電界の均一
化が促進させられたことにもよるものであり、両者の相
乗効果により大幅な降伏耐圧の向上を可能としている。
According to the present invention, not only the depletion layer can be made to grow more, but also the uniformization of the electric field in the depletion layer is promoted. It is possible to improve the breakdown voltage.

【0057】従来技術では、降伏耐圧を向上させるため
に、図4に示すようにドレイン高濃度拡散層2からゲー
ト電極7の領域側に突き出すように比較的低濃度でドレ
イン高濃度拡散層2と同じ導電型の電界緩和のための中
濃度延長ドレイン拡散層18を付加形成しているが、本
発明の実施形態1では、電界緩和のための中濃度延長ド
レイン拡散層18を付加形成する必要はないものであ
る。
In the prior art, in order to improve the breakdown voltage, the drain high-concentration diffusion layer 2 has a relatively low concentration and protrudes from the drain high-concentration diffusion layer 2 toward the region of the gate electrode 7 as shown in FIG. Although the middle-concentration extended drain diffusion layer 18 for reducing the electric field of the same conductivity type is additionally formed, in the first embodiment of the present invention, it is not necessary to additionally form the middle-concentration extended drain diffusion layer 18 for relaxing the electric field. Not something.

【0058】また従来技術のように電界緩和のための中
濃度延長ドレイン拡散層18を付加形成すれば、降伏耐
圧は向上するが、逆にオン抵抗とトランジスタの占有面
積は増大してしまうこととなるが、本発明の実施形態1
では、電界緩和のための中濃度延長ドレイン拡散層18
を付加形成する必要がないため、オン抵抗とトランジス
タの占有面積の増大を防止することができる。
Further, if a medium-concentration extended drain diffusion layer 18 for relaxing the electric field is additionally formed as in the prior art, the breakdown voltage is improved, but the on-resistance and the area occupied by the transistor are increased. However, Embodiment 1 of the present invention
Then, the medium-concentration extended drain diffusion layer 18 for relaxing the electric field
Need not be additionally formed, it is possible to prevent an increase in the on-resistance and the area occupied by the transistor.

【0059】本発明の実施形態1では、埋込浮遊ドレイ
ン拡散層5を形成するため、その製造工程においてマス
ク工程と高エネルギーイオン注入工程を1回づつ追加す
る必要があるが、この製造工程は、従来例においても電
界緩和用の中濃度延長ドレイン拡散層18の形成による
降伏耐圧向上にマスク工程とイオン注入工程が1回づつ
必要であることを考えると、本発明において降伏耐圧を
向上させるに必要な製造工程が従来例と比較して追加さ
れることはなく、製造工程を増大させることにはならな
いものである。
In the first embodiment of the present invention, in order to form the buried floating drain diffusion layer 5, it is necessary to add a mask step and a high-energy ion implantation step once each in the manufacturing process. Considering that the mask step and the ion implantation step are required once for improving the breakdown voltage by forming the medium-concentration extended drain diffusion layer 18 for alleviating the electric field also in the conventional example, it is necessary to improve the breakdown voltage in the present invention. Necessary manufacturing steps are not added as compared with the conventional example, and the number of manufacturing steps is not increased.

【0060】したがって本発明の実施形態1は、第2導
電型ドレイン拡散層2の下方領域に空乏層を拡大し、か
つ第1導電型半導体基板1の表面近傍での電界強度を一
様化して、降伏電圧を拡大可能とすることにより、製造
工程数,オン抵抗,トランジスタの占有面積を増大させ
ることなく、降伏耐圧を大幅に向上させることができ
る。
Therefore, in the first embodiment of the present invention, the depletion layer is expanded below the second conductivity type drain diffusion layer 2 and the electric field intensity near the surface of the first conductivity type semiconductor substrate 1 is made uniform. By enabling the breakdown voltage to be increased, the breakdown voltage can be greatly improved without increasing the number of manufacturing steps, the ON resistance, and the area occupied by the transistor.

【0061】本発明の実施形態1は、定格電圧7V,降
伏電圧10〜12V程度のCMOSロジック用として広
く採用されているNチャネルトランジスタにN型埋込浮
遊ドレイン拡散層5を形成することにより、その降伏電
圧は15〜18V程度に向上し、定格電圧10V程度の
負荷駆動用の出力トランジスタとして利用することがで
きるようになる。
In the first embodiment of the present invention, an N-type buried floating drain diffusion layer 5 is formed in an N-channel transistor widely used for CMOS logic having a rated voltage of 7 V and a breakdown voltage of about 10 to 12 V. The breakdown voltage is increased to about 15 to 18 V, and can be used as an output transistor for driving a load having a rated voltage of about 10 V.

【0062】(実施形態2)図6は本発明の実施形態2
に係る半導体装置を示す断面図、図7は、本発明の実施
形態2におけるオフ状態でドレイン・ソース間に臨界状
態に近いバイアスが印加された場合の空乏層の成長状態
を示す図である。
(Embodiment 2) FIG. 6 shows Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 7 is a diagram showing a growth state of a depletion layer when a bias close to a critical state is applied between a drain and a source in an off state according to the second embodiment of the present invention.

【0063】本発明の実施形態1では、本発明を7V定
格のCMOSロジック用Nチャネルトランジスタに適用
して、より高い定格電圧に適用できる場合を例として示
したが、本発明の適用は、この例に限定されるものでは
ない。
In the first embodiment of the present invention, the case where the present invention is applied to a 7V-rated N-channel transistor for CMOS logic and can be applied to a higher rated voltage has been described as an example. It is not limited to the example.

【0064】すなわち従来技術では、降伏耐圧を向上さ
せるために、図4に示すようにドレイン高濃度拡散層2
からゲート電極7の領域側に突き出すように比較的低濃
度でドレイン高濃度拡散層2と同じ導電型の電界緩和の
ための中濃度延長ドレイン拡散層18を付加形成してい
るが、本発明は、図4に示す構造のものに適用すること
により、さらに適用できる定格電圧を向上させることが
可能となる。
That is, in the prior art, in order to improve the breakdown withstand voltage, as shown in FIG.
A middle-concentration extended drain diffusion layer 18 having a relatively low concentration and the same conductivity type as that of the drain high-concentration diffusion layer 2 is formed so as to protrude toward the region of the gate electrode 7. By applying the present invention to the structure shown in FIG. 4, it is possible to further improve the applicable rated voltage.

【0065】次に図6に示す本発明に係る半導体装置に
ついて説明する。図6に示す本発明の半導体装置は、第
1導電型半導体基板1の主表面に第2導電型ドレイン拡
散層2が形成され、第2導電型ドレイン拡散層2から離
れた第1導電型半導体基板1の主表面に第2導電型ソー
ス拡散層3が形成され、第2導電型ドレイン拡散層2と
第2導電型ソース拡散層3の間に挟まれた第1導電型半
導体基板1の主表面にゲート絶縁膜6が形成され、ゲー
ト絶縁膜6上にゲート電極7が形成される電界効果トラ
ンジスタであって、第2導電型ドレイン拡散層2の下方
領域に空乏層を拡大し、かつ、基板表面近傍の電界強度
を一様化して、降伏電圧を拡大可能とした構成は図1に
示す本発明の半導体装置と共通性がある。
Next, the semiconductor device according to the present invention shown in FIG. 6 will be described. In the semiconductor device of the present invention shown in FIG. 6, a second conductivity type drain diffusion layer 2 is formed on a main surface of a first conductivity type semiconductor substrate 1, and a first conductivity type semiconductor separated from the second conductivity type drain diffusion layer 2. The second conductive type source diffusion layer 3 is formed on the main surface of the substrate 1, and the first conductive type semiconductor substrate 1 is sandwiched between the second conductive type drain diffusion layer 2 and the second conductive type source diffusion layer 3. A field effect transistor in which a gate insulating film 6 is formed on the surface and a gate electrode 7 is formed on the gate insulating film 6, wherein a depletion layer is expanded in a region below the second conductivity type drain diffusion layer 2, The configuration in which the electric field strength near the substrate surface is made uniform and the breakdown voltage can be increased has the commonality with the semiconductor device of the present invention shown in FIG.

【0066】図6に示す本発明に係る半導体装置は、第
2導電型ドレイン拡散層2の下方領域に、第2導電型ド
レイン拡散層2とは接触させずに第2導電型埋込浮遊ド
レイン拡散層5を形成し、これに主として第2導電型ド
レイン拡散層2の下方領域に空乏層を拡大させる機能を
もたせ、第2導電型中濃度延長ドレイン層18を第2導
電型ドレイン拡散層2からゲート領域側に突き出すよう
に形成して電界緩和作用をもたせたことを特徴とするも
のである。
The semiconductor device according to the present invention shown in FIG. 6 has a buried floating drain of the second conductivity type in a region below the second conductivity type drain diffusion layer 2 without contacting the second conductivity type drain diffusion layer 2. A diffusion layer 5 is formed, which has a function of expanding a depletion layer mainly in a region below the drain diffusion layer 2 of the second conductivity type. , And is formed so as to protrude toward the gate region side to provide an electric field relaxation effect.

【0067】図6に示す本発明に係る半導体装置の具体
例を実施形態2として説明する。図6に示す本発明の実
施形態2は、図1に示す本発明の実施形態1との相違点
は、N型高濃度ドレイン拡散層2と、ゲート酸化膜6及
びゲート電極7で構成されるゲート領域との間に、10
17/cm2程度のドナー濃度で、かつ接合深さが0.4
μm程度、横方向の長さ2μm程度のN型中濃度延長ド
レイン拡散層18を形成したことにある。
A specific example of the semiconductor device according to the present invention shown in FIG. 6 will be described as a second embodiment. The second embodiment of the present invention shown in FIG. 6 is different from the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 in that it comprises an N-type high-concentration drain diffusion layer 2, a gate oxide film 6 and a gate electrode 7. Between the gate region
A donor concentration of about 17 / cm 2 and a junction depth of 0.4
This is because the N-type medium-concentration extended drain diffusion layer 18 having a length of about 2 μm and a horizontal length of about 2 μm is formed.

【0068】本発明の実施形態2におけるN型中濃度延
長ドレイン拡散層18は、N型高濃度ドレイン拡散層2
から前記ゲート領域側に突き出すように形成して電界緩
和作用をもたせ、ドレイン・ソース間の降伏耐圧を向上
させる役目を果たすようになっている。
The N-type medium-concentration extended drain diffusion layer 18 according to the second embodiment of the present invention
And is formed so as to protrude toward the gate region side so as to have an electric field relaxation effect, and play a role of improving the breakdown voltage between the drain and the source.

【0069】本発明の実施形態2において、N型中濃度
延長ドレイン拡散層18を設けることにより、N型埋込
浮遊ドレイン拡散層5が存在しない状態での降伏耐圧は
10〜12Vであるのに対し、その降伏電圧を15〜1
8Vまで向上させることができ、その定格電圧10V程
度への適用が可能となる。
In the second embodiment of the present invention, the breakdown voltage in the absence of the N-type buried floating drain diffusion layer 5 is 10 to 12 V by providing the N-type medium-concentration extended drain diffusion layer 18. On the other hand, the breakdown voltage is 15 to 1
The voltage can be increased up to 8V, and application to a rated voltage of about 10V becomes possible.

【0070】さらに本発明の実施形態2では、N型中濃
度延長ドレイン拡散層18に加えてN型埋込浮遊ドレイ
ン拡散層5を設けることにより、N型埋込浮遊ドレイン
拡散層5とN型中濃度延長ドレイン拡散層18の併用に
より降伏耐圧を向上させるものであり、N型埋込浮遊ド
レイン拡散層5の形成により、その降伏耐圧は、N型中
濃度延長ドレイン拡散層18のみを設けた場合に15〜
18Vであるのに対し、その降伏耐圧を23〜27Vま
で向上することができ、その定格電圧10V程度への適
用が可能となる。
Further, in the second embodiment of the present invention, the N-type buried floating drain diffusion layer 5 is provided by providing the N-type buried floating drain diffusion layer 5 in addition to the N-type medium-concentration extended drain diffusion layer 18. The breakdown voltage is improved by the combined use of the middle-concentration extended drain diffusion layer 18. By forming the N-type buried floating drain diffusion layer 5, only the N-type medium-concentration extended drain diffusion layer 18 is provided. 15 ~
Although the voltage is 18 V, the breakdown voltage can be improved to 23 to 27 V, and application to a rated voltage of about 10 V becomes possible.

【0071】尚、本発明の実施形態2においてN型埋込
浮遊ドレイン拡散層5の形成による降伏耐圧の向上は、
本発明の実施形態1と同様に、オン抵抗及びチップの占
有面積の増大を伴わずに達成することができるものであ
る。
In the second embodiment of the present invention, the improvement of the breakdown voltage by forming the N-type buried floating drain diffusion layer 5 is as follows.
As in the first embodiment of the present invention, this can be achieved without increasing the on-resistance and the area occupied by the chip.

【0072】本発明の実施形態2において降伏耐圧が向
上する理由は、空乏層がより成長できるようになったこ
とよりも、半導体基板1の表面近傍での空乏層内の電界
をより均一化したことによる要因が支配的である。
The reason why the breakdown voltage is improved in the second embodiment of the present invention is that the electric field in the depletion layer near the surface of the semiconductor substrate 1 is made more uniform than the depletion layer can be grown more. The dominant factor is dominant.

【0073】すなわち図7において、ゲート電極7をオ
フ状態とし、ドレイン・ソース間に印加する電圧値に応
じて成長する空乏層を、前記印加電圧の電圧値がドレイ
ン拡散層2の下方領域に形成した埋込浮遊ドレイン拡散
層5の拡散層構造で決まる値に到達した際に埋込浮遊ド
レイン拡散層5に接触させることにより空乏層を拡大
し、その拡大成長した空乏層が埋込浮遊ドレイン拡散層
5に接触して、ドレイン拡散層2と埋込ドレイン拡散層
5間のビルトインポテンシャルの障壁を消失し、埋込浮
遊ドレイン拡散層5に閉じ込められた自由キャリアを、
前記空乏層の電界によってドレイン拡散層2側に引き込
んで埋込浮遊ドレイン拡散層5を空乏化し、埋込浮遊ド
レイン拡散層5の空乏化により埋込浮遊ドレイン拡散層
5に形成される空間電荷の総量を中和させるまで、前記
空乏層を埋込浮遊ドレイン拡散層5から外部方向に成長
させる(境界14)。
That is, in FIG. 7, the gate electrode 7 is turned off, and a depletion layer which grows according to the voltage applied between the drain and the source is formed in the region below the drain diffusion layer 2 with the applied voltage. The depletion layer is expanded by contacting the buried floating drain diffusion layer 5 when a value determined by the buried floating drain diffusion layer 5 reaches the value determined by the diffusion layer structure of the buried floating drain diffusion layer 5. The free carrier trapped in the buried floating drain diffusion layer 5 is removed by contacting the layer 5 and eliminating the built-in potential barrier between the drain diffusion layer 2 and the buried drain diffusion layer 5.
The buried floating drain diffusion layer 5 is depleted by being drawn toward the drain diffusion layer 2 by the electric field of the depletion layer, and the space charge formed in the buried floating drain diffusion layer 5 by depletion of the buried floating drain diffusion layer 5 is reduced. The depletion layer is grown outward from the buried floating drain diffusion layer 5 until the total amount is neutralized (boundary 14).

【0074】この埋込浮遊ドレイン拡散層5を設けるこ
とによる降伏耐圧の向上は図1の本発明において図2及
び図3を用いて説明した理由と同じである。
The improvement of the breakdown voltage by providing the buried floating drain diffusion layer 5 is the same as the reason described with reference to FIGS. 2 and 3 in the present invention shown in FIG.

【0075】さらに図6に示す本発明では、ドレイン拡
散層2から外部方向に成長する空乏層が、N型埋込浮遊
ドレイン拡散層5に接触するとともに、一気にN型埋込
浮遊ドレイン拡散層5を内包し、さらにN型埋込浮遊ド
レイン拡散層5から外部に成長し、埋込浮遊ドレイン拡
散層5の深さ部分において、空乏層はゲート領域にまで
張り出すように成長し、半導体基板表面近傍での空乏層
内の電界はより均一化する。
Further, in the present invention shown in FIG. 6, the depletion layer growing outward from the drain diffusion layer 2 comes into contact with the N-type buried floating drain diffusion layer 5 and at a stroke. Is further grown from the N-type buried floating drain diffusion layer 5 to the outside. At the depth of the buried floating drain diffusion layer 5, the depletion layer grows so as to extend to the gate region, and the semiconductor substrate surface The electric field in the depletion layer in the vicinity becomes more uniform.

【0076】したがって図6に示す本発明は、N型埋込
浮遊ドレイン拡散層5を設けたことによる空乏層の拡大
成長よりも、埋込浮遊ドレイン拡散層5の深さ部分にお
いて、空乏層をゲート領域にまで張り出すように成長さ
せて、半導体基板1の表面近傍での空乏層内の電界はよ
り均一化するにより、降伏耐圧を向上させることができ
るという利点がある。
Therefore, according to the present invention shown in FIG. 6, the depletion layer is formed in the depth portion of the buried floating drain diffusion layer 5 more than the growth of the depletion layer due to the provision of the N-type buried floating drain diffusion layer 5. By growing so as to extend to the gate region, the electric field in the depletion layer in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate 1 becomes more uniform, so that the breakdown voltage can be improved.

【0077】なお、図1及び図6に示す本発明では、第
2導電型ドレイン拡散層2を一層構造とした場合の例を
示したが、これに限定されるものではなく、第2導電型
ドレイン拡散層2として、第2導電型の不純物濃度が比
較的高い高濃度層と、第2導電型の不純物濃度が比較的
低い低濃度層の少なくとも2層以上から構成したものを
用いても良い。
Although the present invention shown in FIGS. 1 and 6 shows an example in which the second conductivity type drain diffusion layer 2 has a single-layer structure, the present invention is not limited to this. The drain diffusion layer 2 may be composed of at least two layers of a high concentration layer having a relatively high impurity concentration of the second conductivity type and a low concentration layer having a relatively low impurity concentration of the second conductivity type. .

【0078】[0078]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ト
ランジスタのオン抵抗,占有面積を増大させることな
く、高耐圧化を実現することができる。
As described above, according to the present invention, a high breakdown voltage can be realized without increasing the on-resistance and the occupied area of the transistor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る半導体装置を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to the present invention.

【図2】本発明におけるオフ状態のアバランシェ降伏直
前(臨界状態)での空乏層の形成状態を示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a depletion layer formation state immediately before avalanche breakdown (critical state) in an off state according to the present invention.

【図3】本発明におけるオフ状態の電界強度分布状態を
示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an electric field intensity distribution state in an off state according to the present invention.

【図4】従来例に係る半導体装置を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a semiconductor device according to a conventional example.

【図5】従来例におけるオフ状態のアバランシェ降伏直
前(臨界状態)での空乏層の形成状態を示す断面図であ
る。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state of formation of a depletion layer immediately before avalanche breakdown in an off state (critical state) in a conventional example.

【図6】本発明の実施形態2に係る半導体装置を示す断
面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態2におけるオフ状態でドレイ
ン・ソース間に臨界状態に近いバイアスが印加された場
合の空乏層の成長状態を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a growth state of a depletion layer when a bias close to a critical state is applied between a drain and a source in an off state according to the second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 P型半導体基板 2 N型高濃度ドレイン拡散層 3 N型高濃度ソース拡散層 4 P型高濃度基板コンタクト拡散層 5 N型埋込浮遊ドレイン拡散層 6 ゲート酸化膜 7 ゲート電極 8 ドレイン電極 9 ソース電極 10 フィールド酸化膜 11 層間絶縁膜 12 臨界状態のドレイン電位側空乏層境界 13 臨界状態のソース電位側空乏層境界 14 臨界状態のソース電位側空乏層境界 16 電界強度分布の曲線 17 電界強度分布の曲線 18 N型中濃度延長ドレイン拡散層 Reference Signs List 1 P-type semiconductor substrate 2 N-type high-concentration drain diffusion layer 3 N-type high-concentration source diffusion layer 4 P-type high-concentration substrate contact diffusion layer 5 N-type buried floating drain diffusion layer 6 Gate oxide film 7 Gate electrode 8 Drain electrode 9 Source electrode 10 Field oxide film 11 Interlayer insulating film 12 Drain potential side depletion layer boundary in critical state 13 Source potential side depletion layer boundary in critical state 14 Source potential side depletion layer boundary in critical state 16 Electric field intensity distribution curve 17 Electric field intensity distribution Curve 18 N-type medium-concentration extended drain diffusion layer

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型半導体基板の主表面に第2導
電型ドレイン拡散層が形成され、前記第2導電型ドレイ
ン拡散層から離れた前記第1導電型半導体基板の主表面
に第2導電型ソース拡散層が形成され、前記第2導電型
ドレイン拡散層と前記第2導電型ソース拡散層の間に挟
まれた、前記第1導電型半導体基板の主表面にゲート絶
縁膜が形成され、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極が形
成される電界効果トランジスタにおいて、 前記第2導電型ドレイン拡散層の特に下方領域に空乏層
を拡大し、かつ、基板表面近傍の電界強度を一様化し
て、降伏電圧を拡大可能としたことを特徴とする半導体
装置。
A second conductive type drain diffusion layer formed on a main surface of the first conductive type semiconductor substrate; and a second conductive type drain diffusion layer separated from the second conductive type drain diffusion layer on a main surface of the first conductive type semiconductor substrate. A conductive type source diffusion layer is formed, and a gate insulating film is formed on a main surface of the first conductive type semiconductor substrate sandwiched between the second conductive type drain diffusion layer and the second conductive type source diffusion layer. In a field effect transistor having a gate electrode formed on the gate insulating film, a depletion layer is expanded particularly in a region below the second conductivity type drain diffusion layer, and an electric field intensity near a substrate surface is made uniform. A semiconductor device characterized in that the breakdown voltage can be increased.
【請求項2】 前記第2導電型ドレイン拡散層の直下
に、前記第2導電型ドレイン拡散層とは接触させずに第
2導電型埋込ドレイン拡散層を形成したことを特徴とす
る請求項1に記載の半導体装置。
2. A buried drain diffusion layer of the second conductivity type is formed directly under the drain diffusion layer of the second conductivity type without being in contact with the drain diffusion layer of the second conductivity type. 2. The semiconductor device according to 1.
【請求項3】 前記ゲート電極をオフ状態とし、ドレイ
ン・ソース間に印加する電圧値に応じて、前記第2導電
型ドレイン拡散層から成長する空乏層を、前記印加電圧
の電圧値が前記第2導電型ドレイン拡散層から下方方向
に、前記第2導電型ドレイン拡散層の下方領域に形成し
た第2導電型埋込ドレイン拡散層に至るまでの拡散層構
造で決まる値に到達した際に前記第2導電型埋込浮遊ド
レイン拡散層に接触させることにより空乏層をさらに、
前記第2導電型埋込ドレイン拡散層を完全に含有するま
で拡大させることを特徴とする請求項2に記載の半導体
装置。
3. The method according to claim 1, wherein the gate electrode is turned off, and a depletion layer grown from the second conductivity type drain diffusion layer is changed according to a voltage value applied between the drain and the source. When reaching a value determined by a diffusion layer structure extending from the two-conductivity-type drain diffusion layer to a second-conductivity-type buried drain diffusion layer formed in a region below the second-conductivity-type drain diffusion layer, The depletion layer is further formed by contacting the buried floating drain diffusion layer of the second conductivity type.
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is expanded until the buried drain diffusion layer of the second conductivity type is completely contained. 4.
【請求項4】 前記拡大成長した空乏層が前記第2導電
型埋込浮遊ドレイン拡散層に接触して、前記第2導電型
ドレイン拡散層と第2導電型埋込ドレイン拡散層間のビ
ルトインポテンシャルの障壁を消失し、前記第2導電型
埋込浮遊ドレイン拡散層に閉じ込められた自由キャリア
を、前記空乏層の電界によって前記第2導電型ドレイン
拡散層側に引き込んで前記第2導電型埋込浮遊ドレイン
拡散層を空乏化し、前記第2導電型埋込浮遊ドレイン拡
散層の空乏化により、前記第2導電型埋込浮遊ドレイン
拡散層に形成される空間電荷の総量を中和させるまで、
前記空乏層を前記第2導電型埋込浮遊ドレイン拡散層か
ら外部方向に成長させることを特徴とする請求項2に記
載の半導体装置。
4. The expanded depletion layer contacts the second conductivity type buried floating drain diffusion layer to reduce the built-in potential between the second conductivity type drain diffusion layer and the second conductivity type buried drain diffusion layer. The barrier is eliminated, and the free carriers confined in the second conductive type buried floating drain diffusion layer are drawn into the second conductive type drain diffusion layer side by the electric field of the depletion layer, and the second conductive type buried floating drain diffusion layer is drawn. Depleting the drain diffusion layer and depleting the second-conductivity-type buried floating drain diffusion layer until the total amount of space charges formed in the second-conductivity-type buried floating drain diffusion layer is neutralized.
The semiconductor device according to claim 2, wherein the depletion layer is grown outward from the buried floating drain diffusion layer of the second conductivity type.
【請求項5】 前記第2導電型ドレイン拡散層のドナー
濃度を1019/cm 2程度とした場合に、前記第2導電
型埋込浮遊ドレイン拡散層のドナー濃度を1016/cm
2程度としたことを特徴とする請求項4に記載の半導体
装置。
5. A donor of the second conductivity type drain diffusion layer.
Concentration 1019/ Cm TwoThe second conductive
Donor concentration of the type-buried floating drain diffusion layer is 1016/ Cm
TwoThe semiconductor according to claim 4, wherein:
apparatus.
【請求項6】 前記第2導電型ドレイン拡散層の接合部
の深さを0.5μm程度とした場合に、前記第2導電型
埋込浮遊ドレイン拡散層の接合部の深さは、上部1.0
μm程度、下部2.0μm程度としたことを特徴とする
請求項4に記載の半導体装置。
6. When the depth of the junction of the second conductivity type drain diffusion layer is about 0.5 μm, the depth of the junction of the second conductivity type buried floating drain diffusion layer is .0
The semiconductor device according to claim 4, wherein the thickness is about μm and the lower part is about 2.0 μm.
【請求項7】 前記空乏層の成長が前記第2導電型埋込
浮遊ドレイン拡散層の深さでゲートの領域方向に横方向
に張り出す影響により、半導体基板の表面近傍での電界
強度を一様化することにより降伏耐圧を向上させたこと
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
7. The electric field intensity near the surface of the semiconductor substrate is reduced by the influence of the growth of the depletion layer extending laterally in the direction of the gate region at the depth of the buried floating drain diffusion layer of the second conductivity type. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the breakdown voltage is improved by the modification.
【請求項8】 前記第2導電型ドレイン拡散層は、第2
導電型の不純物濃度が比較的高い高濃度層と、第2導電
型の不純物濃度が比較的低い低濃度層の少なくとも2層
以上から構成されたことを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置。
8. The drain layer of the second conductivity type, comprising:
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device comprises at least two layers of a high concentration layer having a relatively high conductivity type impurity concentration and a low concentration layer having a relatively low second conductivity type impurity concentration. .
【請求項9】 前記第2導電型ドレイン拡散層の直下
に、前記第2導電型ドレイン拡散層とは接触させずに第
2導電型埋込ドレイン拡散層を形成し、主として前記第
2導電型ドレイン拡散層の下方領域に空乏層を拡大さ
せ、 前記第2導電型中濃度延長ドレイン層を、前記第2導電
型ドレイン拡散層からゲート領域側に突き出すように形
成して基板表面近傍の、電界緩和作用と空乏層の成長の
促進作用をもたせたことを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置。
9. A buried drain diffusion layer of the second conductivity type is formed immediately below the drain diffusion layer of the second conductivity type without being in contact with the drain diffusion layer of the second conductivity type. The depletion layer is expanded in a region below the drain diffusion layer, and the second-conductivity-type medium-concentration extension drain layer is formed so as to protrude from the second-conductivity-type drain diffusion layer toward the gate region to form an electric field near the substrate surface. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has a relaxing action and a promoting action of growth of a depletion layer.
【請求項10】 前記第2導電型ドレイン拡散層のドナ
ー濃度を1019/cm2程度、その接合部の深さを0.
5μm程度とした場合に、前記第2導電型中濃度延長ド
レイン層は、1017/cm2程度のドナー濃度で、かつ
接合深さが0.4μm程度としたことを特徴とする請求
項9に記載の半導体装置。
Wherein said second donor concentration of the conductive type drain diffusion layer 10 19 / cm 2 or so, the depth of the junction 0.
10. The method according to claim 9, wherein when the thickness is about 5 μm, the second-conductivity-type medium-concentration extended drain layer has a donor concentration of about 10 17 / cm 2 and a junction depth of about 0.4 μm. 13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項11】 空乏層の拡大成長よりも、半導体基板
の表面近傍での空乏層内の電界をより均一化して降伏電
圧を向上したことを特徴とする請求項9に記載の半導体
装置。
11. The semiconductor device according to claim 9, wherein the breakdown voltage is improved by making the electric field in the depletion layer near the surface of the semiconductor substrate more uniform than the expansion growth of the depletion layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008130845A (en) * 2006-11-21 2008-06-05 Denso Corp Semiconductor device
JP2010232503A (en) * 2009-03-27 2010-10-14 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor device, and method for manufacturing semiconductor device

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