JP2002110988A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に係り、
特に高周波大電力用の電界効果トランジスタに関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device,
In particular, it relates to a field effect transistor for high frequency and large power.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の高周波大電力用の電界効果トラン
ジスタには、2個の櫛状電極を互いに対向するように配
置して、多数のセグメントに分割された電界効果トラン
ジスタのゲート電極とドレイン領域とをそれぞれ並列に
接続し、ゲート抵抗等によるチャネル電流の不均一な流
れを回避しようとするものがある。2. Description of the Related Art In a conventional field effect transistor for high frequency and high power, two comb electrodes are arranged so as to face each other, and a gate electrode and a drain region of the field effect transistor are divided into a number of segments. Are connected in parallel with each other to avoid non-uniform flow of channel current due to gate resistance or the like.
【0003】このように、ゲート幅の比較的小さい多数
の電界効果トランジスタを、互いに対向する2個の櫛状
電極を用いて並列に接続すれば、高い効率で動作する高
周波大電力用の電界効果トランジスタを得ることができ
る。As described above, if a large number of field effect transistors having relatively small gate widths are connected in parallel using two opposing comb electrodes, the field effect for high frequency and high power operation with high efficiency can be obtained. A transistor can be obtained.
【0004】次に図5、図6を用いて、従来の高周波大
電力用の電界効果トランジスタの構造を、MOSトラン
ジスタを例として説明する。図5は2個の互いに対向す
る櫛状電極を具備するMOSトランジスタの平面図であ
る。Next, the structure of a conventional high-frequency, high-power field-effect transistor will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a plan view of a MOS transistor having two opposing comb electrodes.
【0005】図5に示すMOSトランジスタは、複数の
ゲート電極1を並列に接続する櫛状ゲート電極16と、
複数のドレイン領域6(図6参照)を並列に接続する櫛
状のドレイン電極5と、半導体チップの下面で接地され
るソース領域上の接続電極4から構成される。The MOS transistor shown in FIG. 5 has a comb-shaped gate electrode 16 for connecting a plurality of gate electrodes 1 in parallel,
It comprises a comb-shaped drain electrode 5 for connecting a plurality of drain regions 6 (see FIG. 6) in parallel, and a connection electrode 4 on a source region grounded on the lower surface of the semiconductor chip.
【0006】なお、図5において、ゲート電極1は隣り
合う2個一組のゲート電極がパターン形成され、この2
個一組のゲート電極がコンタクトホールを介して電極1
6に接続されているので、厳密には電極16は櫛状電極
とはいい難いが、本明細書においては、このように複合
された場合を含めて櫛状電極と呼ぶことにする。In FIG. 5, the gate electrode 1 is formed by patterning a pair of adjacent gate electrodes.
One set of gate electrodes is connected to the electrode 1 through the contact hole.
Strictly speaking, the electrode 16 is hardly called a comb-shaped electrode because it is connected to the electrode 6, but in this specification, the electrode 16 is also referred to as a comb-shaped electrode including the case where the electrodes 16 are combined as described above.
【0007】次に、図6を用いて、従来の高周波大電力
用MOSトランジスタの断面構造について詳細に説明す
る。図6は、図5のA−A断面図である 。Next, the cross-sectional structure of a conventional high-frequency, high-power MOS transistor will be described in detail with reference to FIG. FIG. 6 is a sectional view taken along line AA of FIG.
【0008】図6に示す従来の高周波大電力用MOSト
ランジスタの断面構造は、P+シリコン基板11上のP-
シリコンエピタキシャル層10と、このP-シリコンエ
ピタキシャル層10にイオン注入、拡散することで形成
されたN+ドレイン領域6と、このN+ドレイン領域6か
ら拡張された低不純物濃度のN型拡張ドレイン領域7
と、N+ソース領域8と、ソース側に形成された深いP+
拡散層9と、ゲート絶縁膜2の上に形成されたゲート電
極1と、その表面を覆う層間絶縁膜3と、N+ソース領
域8を接地するソース電極4と、N+ドレイン領域6を
並列に接続する櫛状のドレイン電極5から構成される。[0008] cross-sectional structure of a conventional MOS transistor for high frequency high power shown in FIG. 6, on the P + silicon substrate 11 P -
A silicon epitaxial layer 10, an N + drain region 6 formed by ion implantation and diffusion into the P - silicon epitaxial layer 10, and a low impurity concentration N-type extended drain region extended from the N + drain region 6 7
, N + source region 8 and deep P + formed on the source side.
The diffusion layer 9, the gate electrode 1 formed on the gate insulating film 2, the interlayer insulating film 3 covering the surface thereof, the source electrode 4 for grounding the N + source region 8, and the N + drain region 6 are arranged in parallel. And a comb-shaped drain electrode 5 connected to the drain electrode 5.
【0009】ここで、低不純物濃度のN型拡張ドレイン
領域7はMOSトランジスタのドレイン・ソース間の耐
圧を高めるものであり、また、深いP+拡散層9はP+シ
リコン基板11に到達するまで深く拡散され、表面のソ
ース電極4を介してN+ソース領域8とP+シリコン基板
11とが電気的に接続される。通常P+シリコン基板1
1は接地されるので、従来の高周波大電力用MOSトラ
ンジスタのN+ソース領域8はP+シリコン基板11の裏
面で接地されるように構成されている。Here, the N-type extended drain region 7 having a low impurity concentration serves to increase the breakdown voltage between the drain and source of the MOS transistor, and the deep P + diffusion layer 9 extends until it reaches the P + silicon substrate 11. Deeply diffused, the N + source region 8 and the P + silicon substrate 11 are electrically connected via the source electrode 4 on the surface. Normal P + silicon substrate 1
1 is grounded, so that the N + source region 8 of the conventional high-frequency high-power MOS transistor is configured to be grounded on the back surface of the P + silicon substrate 11.
【0010】このようにすれば、ソース電極をシリコン
基板の表面から取り出し、ボンディングワイヤを用いて
シリコン基板表面で接地する場合に比べて、寄生インダ
クタンスを低減し高周波動作の効率を改善することがで
きる。In this case, the parasitic inductance can be reduced and the efficiency of high-frequency operation can be improved as compared with the case where the source electrode is taken out from the surface of the silicon substrate and grounded on the surface of the silicon substrate using bonding wires. .
【0011】しかし、この構造を用いれば、N+ドレイ
ン領域6及びN型拡張ドレイン領域7と、P-シリコン
エピタキシャル層10との間のドレイン接合容量が寄生
容量となるため、さらにMOSトランジスタの高周波特
性を改善するためには、このドレイン接合容量を低減さ
せねばならない。However, if this structure is used, the drain junction capacitance between the N + drain region 6 and the N type extended drain region 7 and the P − silicon epitaxial layer 10 becomes a parasitic capacitance. In order to improve the characteristics, the drain junction capacitance must be reduced.
【0012】従来、ドレイン接合容量低減の対策とし
て、図7に示すように、ドレイン領域の直下部に埋め込
み絶縁膜19を設ける方法が提案されている。しかし、
良好なMOSトランジスタを形成するのに必要なP-シ
リコンエピタキシャル層10の結晶品質を損なうことな
く、ドレイン接合容量を削減するのに必要な、十分な厚
さの絶縁膜19を深いP+拡散層9の間に選択的に高い
歩留まりで埋め込むことは極めて困難である。Conventionally, as a countermeasure for reducing the drain junction capacitance, there has been proposed a method of providing a buried insulating film 19 immediately below a drain region as shown in FIG. But,
A sufficient thickness of the insulating film 19 necessary for reducing the drain junction capacitance without lowering the crystal quality of the P - silicon epitaxial layer 10 necessary for forming a good MOS transistor is formed by a deep P + diffusion layer. It is extremely difficult to selectively bury them with a high yield during 9.
【0013】また、MOSトランジスタの大電力動作で
は、大きな発熱を伴うことが避けられないが、一般にシ
リコン酸化膜は熱伝導率が低いので、ドレイン側で集中
的に発生する発熱をP+シリコン基板11の下部に放熱
することが困難になり、MOSトランジスタの動作や信
頼性に悪影響を及ぼすことになる。Although high power operation of a MOS transistor inevitably involves a large amount of heat generation, since a silicon oxide film generally has a low thermal conductivity, heat generated intensively on the drain side is generated on a P + silicon substrate. It becomes difficult to radiate heat to the lower part of the MOS transistor 11, which adversely affects the operation and reliability of the MOS transistor.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】上記したように、N+
ソース領域が表面のソース電極及び深いP+拡散層を介
してシリコン基板の裏面で接地されるように構成された
従来の高周波大電力用のMOSトランジスタからなる半
導体装置は、ドレイン領域の寄生容量が大きいために、
高周波特性を大幅に改善することができないという問題
があった。また、多数のN+ソース領域にそれぞれ接続
する深いP+拡散層を形成する必要があるので、半導体
装置のチップ面積が増加するという問題があった。As described above, N +
In a conventional semiconductor device including a high-frequency high-power MOS transistor in which a source region is grounded on the back surface of a silicon substrate via a source electrode on the surface and a deep P + diffusion layer, the parasitic capacitance of the drain region is low. To be big
There has been a problem that high frequency characteristics cannot be significantly improved. Further, since it is necessary to form deep P + diffusion layers connected to a large number of N + source regions, there is a problem that the chip area of the semiconductor device increases.
【0015】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、従来に比べてドレイン領域の寄生容量が小さ
く、かつ、放熱性に優れチップ面積の小さい高周波大電
力用MOSトランジスタからなる半導体装置を提供する
ことを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has been made of a semiconductor comprising a high-frequency, high-power MOS transistor having a smaller parasitic capacitance of a drain region, a better heat dissipation, and a smaller chip area than conventional ones. It is intended to provide a device.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
SOI(Silicon On Sapphire)基板上のエピタキシャル
シリコン単結晶層を用いて高周波大電力用のMOSトラ
ンジスタを形成し、ソース又はドレイン領域と回路基板
との接続を、ソース又はドレイン領域上に個別に設けた
接続電極を介して、前記MOSトランジスタチップの表
面上でバンプ接続することを第1の特徴とする。According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
A MOS transistor for high frequency and high power was formed using an epitaxial silicon single crystal layer on an SOI (Silicon On Sapphire) substrate, and the connection between the source or drain region and the circuit substrate was individually provided on the source or drain region. A first feature is that bump connection is made on the surface of the MOS transistor chip via a connection electrode.
【0017】このようにすれば、ソース又はドレイン領
域とチップの裏面とを電気的に接続する深いP+拡散層
が不要となるのでチップ面積を縮小し、放熱性に優れた
半導体装置を提供することができる。With this configuration, a deep P + diffusion layer for electrically connecting the source or drain region to the back surface of the chip is not required, so that the chip area is reduced and a semiconductor device having excellent heat dissipation is provided. be able to.
【0018】また、本発明の半導体装置のSOI基板上
のエピタキシャルシリコン単結晶層の厚さは、前記MO
Sトランジスタの動作状態で、ドレイン領域の底面から
SOI基板表面に向けて広がるドレイン接合空乏層の先
端が前記SOI基板表面に到達することを第2の特徴と
する。このようにすれば、ドレイン領域直下部における
ドレイン接合容量が削除され、半導体装置の高周波特性
を大幅に改善することが可能になる。Further, the thickness of the epitaxial silicon single crystal layer on the SOI substrate of the semiconductor device of the present invention is the above MO
A second feature is that the tip of the drain junction depletion layer spreading from the bottom surface of the drain region to the surface of the SOI substrate reaches the surface of the SOI substrate in the operating state of the S transistor. By doing so, the drain junction capacitance immediately below the drain region is eliminated, and the high-frequency characteristics of the semiconductor device can be significantly improved.
【0019】具体的には本発明の半導体装置は、絶縁基
板上に形成された半導体層と、前記半導体層に形成され
た複数のソース領域及びドレイン領域と、前記複数のソ
ース領域及びドレイン領域の間に、それぞれゲート絶縁
膜を介して形成されたゲート電極とを具備する半導体装
置において、前記複数のソース領域及びドレイン領域及
び前記ゲート電極は、長手方向が互いに平行であって、
前記長手方向と直角な方向に沿って順に配置された一列
の電界効果トランジスタを成し、前記一列の電界効果ト
ランジスタの間に位置するソース領域とドレイン領域
は、互いに隣り合う電界効果トランジスタの間で互いに
共有され、前記一列の電界効果トランジスタのゲート電
極は、第1の櫛状電極によりそれぞれ並列に接続され、
前記一列の電界効果トランジスタのソース領域は、第2
の櫛状電極によりそれぞれ並列に接続され、かつ、前記
一列の電界効果トランジスタのドレイン領域は、このド
レイン領域上に形成された接続電極を介して、前記半導
体装置の主面に対向する配線基板に個別に接続されるこ
とを特徴とする。Specifically, the semiconductor device of the present invention comprises a semiconductor layer formed on an insulating substrate, a plurality of source and drain regions formed on the semiconductor layer, and a plurality of source and drain regions formed on the semiconductor layer. A plurality of source and drain regions and the gate electrode, wherein the plurality of source and drain regions and the gate electrode are parallel to each other in a longitudinal direction,
It forms a row of field effect transistors arranged in order along the direction perpendicular to the longitudinal direction, and a source region and a drain region located between the row of field effect transistors are between adjacent field effect transistors. The gate electrodes of the field-effect transistors in a row, which are shared with each other, are connected in parallel by first comb-shaped electrodes, respectively.
The source region of the row of field effect transistors is
Are connected in parallel by the comb-shaped electrodes, and the drain region of the one-line field-effect transistor is connected to a wiring substrate facing the main surface of the semiconductor device via a connection electrode formed on the drain region. It is characterized by being individually connected.
【0020】また、好ましくは前記一列の電界効果トラ
ンジスタのドレイン領域は、第2の櫛状電極によりそれ
ぞれ並列に接続され、かつ、前記一列の電界効果トラン
ジスタのソース領域は、このソース領域上に形成された
接続電極を介して、前記半導体装置の主面に対向する配
線基板に直接個別に接続されることを特徴とする。ま
た、好ましくは前記ドレイン領域は、前記ゲート電極側
に拡張された低不純物濃度の拡張ドレイン領域を具備す
ることを特徴とする。Preferably, the drain regions of the row of field-effect transistors are connected in parallel by second comb-shaped electrodes, respectively, and the source region of the row of field-effect transistors is formed on the source region. The semiconductor device is directly and individually connected to the wiring substrate facing the main surface of the semiconductor device via the connection electrode. Preferably, the drain region includes an extended drain region with a low impurity concentration extended toward the gate electrode.
【0021】また、好ましくは前記半導体層の厚さd
は、前記ドレイン領域の深さをd1、前記電界効果トラ
ンジスタのドレインバイアス印加時におけるドレイン接
合空乏層の厚さをd2とするとき、d1≦d≦d1+d
2の範囲に設定されることを特徴とする。Preferably, the semiconductor layer has a thickness d.
Where d1 ≦ d ≦ d1 + d, where d1 is the depth of the drain region, and d2 is the thickness of the drain junction depletion layer when the drain bias of the field effect transistor is applied.
2 is set.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1は、第1の実施の形態
に係る半導体装置の構造を示す断面図である。第1の実
施の形態では、MOSトランジスタからなる高周波大電
力用半導体装置の構造について説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. In the first embodiment, a structure of a high-frequency, high-power semiconductor device including a MOS transistor will be described.
【0023】図1に示す第1の実施の形態に係る高周波
大電力用MOSトランジスタは、例えばサファイア等の
単結晶からなる絶縁物基板(SOI基板)14と、この
絶縁物基板14の上にエピタキシャル成長されたP-シ
リコンからなる半導体層13と、この半導体層13に形
成されたN+ドレイン領域6と、半導体層13の表面に
沿ってN+ドレイン領域6の両側に形成された低不純物
濃度のN型拡張ドレイン領域7と、半導体層13に形成
されたN+ソース領域8と、半導体層13の上にゲート
絶縁膜2を介して拡張ドレイン領域7及びN+ソース領
域8の間に形成されたゲート電極1と、半導体層13の
表面を覆う絶縁膜3と、コンタクトホールを介して絶縁
膜3の上に形成されたソース電極4及びドレイン電極5
と、その上を覆うように形成された層間絶縁膜15と、
コンタクトホールを介してソース電極4に接続される接
続電極17から構成される。The high-frequency high-power MOS transistor according to the first embodiment shown in FIG. 1 has an insulator substrate (SOI substrate) 14 made of a single crystal such as sapphire, and is epitaxially grown on the insulator substrate 14. Semiconductor layer 13 made of P − silicon, N + drain region 6 formed in semiconductor layer 13, and low impurity concentration formed on both sides of N + drain region 6 along the surface of semiconductor layer 13. and N-type extended drain region 7, and N + source regions 8 formed in the semiconductor layer 13 via the gate insulating film 2 is formed between the extended drain region 7 and the N + source regions 8 on the semiconductor layer 13 Gate electrode 1, insulating film 3 covering the surface of semiconductor layer 13, source electrode 4 and drain electrode 5 formed on insulating film 3 through contact holes.
And an interlayer insulating film 15 formed so as to cover it,
It comprises a connection electrode 17 connected to the source electrode 4 via a contact hole.
【0024】このように構成された高周波大電力用MO
Sトランジスタのチップは、その主面を下にして、接続
電極17を用いて回路基板(図示せず)に接続される。
例えば接続電極17に半田バンプ等を形成し、回路基板
上に設けられた放熱性の高いパッドと接続すれば、高い
実装効率が得られると同時に、接続部に寄生インダクタ
ンスを生じないので高性能化が容易となり、また、発熱
源に近い半導体層13の表面から回路基板に向けて直接
放熱することができるので、信頼性の高い半導体装置を
得ることができる。The MO for high frequency and high power configured as described above
The S transistor chip is connected to a circuit board (not shown) using the connection electrode 17 with its main surface facing down.
For example, if a solder bump or the like is formed on the connection electrode 17 and connected to a pad having high heat dissipation provided on the circuit board, high mounting efficiency can be obtained, and at the same time, high performance can be obtained because no parasitic inductance is generated in the connection portion. In addition, since heat can be radiated directly from the surface of the semiconductor layer 13 close to the heat source toward the circuit board, a highly reliable semiconductor device can be obtained.
【0025】このとき、ドレイン電極5は、例えば図5
に示すように櫛状電極としてパターン形成し回路基板と
バンプ接続すれば良い。接続電極17と回路基板との接
続は、必ずしも半田バンプに限定されるものではなく、
ボールボンディングや、熱伝導性に優れたビアプラグ等
を用いて接続することができる。また、MOSトランジ
スタの動作に必要な電極が、全てMOSトランジスタチ
ップの主面側から取り出されるので、図6、図7に示す
深いP+拡散層9が不要となり、従来に比べてチップ面
積を縮小することができる。At this time, the drain electrode 5 is, for example, as shown in FIG.
It is sufficient to form a pattern as a comb-shaped electrode as shown in FIG. The connection between the connection electrode 17 and the circuit board is not necessarily limited to the solder bump,
The connection can be made using ball bonding or a via plug having excellent thermal conductivity. Further, since all the electrodes required for the operation of the MOS transistor are taken out from the main surface side of the MOS transistor chip, the deep P + diffusion layer 9 shown in FIGS. 6 and 7 becomes unnecessary, and the chip area is reduced as compared with the conventional case. can do.
【0026】次に、図2を用いて本発明の第2の実施の
形態に係る半導体装置の構造について説明する。図2
は、第2の実施の形態に係る半導体装置の構造を示す断
面図である。第2の実施の形態では、MOSトランジス
タからなる高周波大電力用半導体装置の他の構造につい
て説明する。Next, the structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor device according to a second embodiment. In the second embodiment, another structure of a high-frequency, high-power semiconductor device including a MOS transistor will be described.
【0027】図2に示す第2の実施の形態に係る高周波
大電力用MOSトランジスタは、ソース電極4及びドレ
イン電極5の接続構造を除き第1の実施の形態と同様で
あるから、同一部分に同一の参照番号を付して説明を省
略する。第2の実施の形態では第1の実施の形態と異な
り、ドレイン電極5の上に回路基板(図示せず)との接
続に用いる接続電極18が形成される。The high-frequency, high-power MOS transistor according to the second embodiment shown in FIG. 2 is the same as the first embodiment except for the connection structure between the source electrode 4 and the drain electrode 5, so that the same portion is used. The same reference numerals are given and the description is omitted. In the second embodiment, unlike the first embodiment, a connection electrode 18 used for connection to a circuit board (not shown) is formed on the drain electrode 5.
【0028】このように構成された高周波大電力用MO
Sトランジスタのチップは、その主面を下にして、接続
電極18を用いて回路基板に接続される。例えば、接続
電極18に半田バンプを形成し、回路基板上に設けられ
た放熱性の高いパッドと接続すれば、高い実装効率が得
られると同時に接続部に寄生インダクタンスを生じない
ので高性能化が容易となり、また、MOSトランジスタ
において特に集中的に発熱するドレイン領域6の表面か
ら回路基板に直接放熱することができるので、放熱性に
優れ、かつ、信頼性の高い半導体装置を得ることができ
る。The high-frequency high-power MO configured as described above
The S transistor chip is connected to the circuit board using the connection electrode 18 with its main surface facing down. For example, if solder bumps are formed on the connection electrodes 18 and connected to pads having high heat dissipation provided on the circuit board, high mounting efficiency can be obtained, and at the same time, high performance is achieved because no parasitic inductance is generated at the connection portions. In addition, since heat can be directly radiated to the circuit board from the surface of the drain region 6 that generates heat particularly intensively in the MOS transistor, a highly reliable semiconductor device having excellent heat radiation properties can be obtained.
【0029】このときソース電極4は、例えば図5に示
す櫛状電極5と同様にパターン形成し、回路基板とバン
プ接続すれば良い。図2に示す接続電極18と回路基板
との接続は、必ずしも半田バンプに限定されるものでは
なく、ボールボンディングや、熱伝導性に優れたビアプ
ラグ等を用いることができる。また、第2の実施の形態
においても、MOSトランジスタの動作に必要な電極が
全てMOSトランジスタチップの主面側から取り出され
るので、図6に示す深いP+拡散層9が不要となり、従
来に比べてチップ面積を縮小することが可能になる。At this time, the source electrode 4 may be formed in a pattern in the same manner as, for example, the comb-like electrode 5 shown in FIG. The connection between the connection electrode 18 and the circuit board shown in FIG. 2 is not necessarily limited to the solder bump, and ball bonding, a via plug having excellent thermal conductivity, or the like can be used. Also in the second embodiment, since all the electrodes required for the operation of the MOS transistor are taken out from the main surface of the MOS transistor chip, the deep P + diffusion layer 9 shown in FIG. Therefore, the chip area can be reduced.
【0030】次に、図3を用いて第3の実施の形態に係
る半導体装置の構造について説明する。図3はドレイン
接合容量の削減効果を説明するための部分拡大断面図で
ある。図3に示す部分拡大断面図において、半導体層1
3に形成されたN+ドレイン領域6と、N+ドレイン領域
6の両側に形成された低不純物濃度のN型拡張ドレイン
領域7から外部に広がるドレイン接合空乏層20が示さ
れている。その他の構成は、図1、図2に示す第1、第
2の実施の形態と同様であるから、同一部分に同一の参
照番号を付して説明を省略する。Next, the structure of the semiconductor device according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining the effect of reducing the drain junction capacitance. In the partially enlarged sectional view shown in FIG.
The N + drain region 6 formed in the 3, the drain junction depletion layer 20 extending outside from the N-type extended drain region 7 of low impurity concentration formed on both sides of the N + drain region 6 is shown. Other configurations are the same as those of the first and second embodiments shown in FIGS. 1 and 2, and therefore, the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
【0031】図4は、第3の実施の形態と比較するた
め、図6に示す従来の半導体装置における図3対応の領
域でのドレイン空乏層20を書き加えたものである。ド
レイン空乏層20に基づくドレイン接合容量は、ドレイ
ン接合面積に比例し、ドレイン空乏層20の厚さに逆比
例する。従って、図3に示すように、ドレイン空乏層の
先端がサファイア等の絶縁物基板14に接触するように
MOSトランジスタの材料定数とドレインバイアスが設
定されれば、接触部分の実効的なドレイン空乏層の厚さ
は無限大とみなすことができるので、N+ドレイン領域
6の底面の接合容量はゼロとなる。FIG. 4 shows the conventional semiconductor device shown in FIG. 6 in which a drain depletion layer 20 is added in a region corresponding to FIG. 3 for comparison with the third embodiment. The drain junction capacitance based on the drain depletion layer 20 is proportional to the drain junction area and inversely proportional to the thickness of the drain depletion layer 20. Therefore, as shown in FIG. 3, if the material constant and drain bias of the MOS transistor are set such that the tip of the drain depletion layer contacts the insulating substrate 14 such as sapphire, the effective drain depletion layer at the contact portion is set. Can be regarded as infinite, the junction capacitance at the bottom surface of the N + drain region 6 becomes zero.
【0032】一例として、N+ドレイン領域6の長さを
2.5μm、N型拡張ドレイン領域7の長さを0.5μ
mとすれば、図4に示す従来構造に比べて、図3に示す
MOSトランジスタのドレイン接合容量は(0.5×
2)/(0.5×2+2.5)=1/3.5倍に低減さ
れるので、本発明の高周波大電力用半導体装置の大幅な
性能向上を達成することができる。As an example, the length of the N + drain region 6 is 2.5 μm, and the length of the N-type extended drain region 7 is 0.5 μm.
m, the drain junction capacitance of the MOS transistor shown in FIG. 3 is (0.5 ×
2) Since (0.5 × 2 + 2.5) = 1 / 3.5 times, the semiconductor device for high frequency and high power of the present invention can achieve a significant improvement in performance.
【0033】図3に示す断面構造において、P-シリコ
ンからなる半導体層13の厚さをd、N+ドレイン領域
6の厚さをd1、空乏層20の厚さをd2とすれば、空
乏層20の先端が丁度絶縁物基板14と界面に到達した
状態でd=d1+d2となる。しかし、この場合に限ら
ず、d1≦d≦d1+d2の条件が成り立つようにMO
Sトランジスタの材料定数及びバイアス条件を設定して
も、同様の効果が得られる。In the sectional structure shown in FIG. 3, if the thickness of the semiconductor layer 13 made of P - silicon is d, the thickness of the N + drain region 6 is d1, and the thickness of the depletion layer 20 is d2, the depletion layer D = d1 + d2 in a state where the tip of 20 has just reached the interface with the insulator substrate 14. However, the present invention is not limited to this case, and the MO is set so that the condition of d1 ≦ d ≦ d1 + d2 holds.
The same effect can be obtained even if the material constant and the bias condition of the S transistor are set.
【0034】なお、N+ドレイン領域6の寄生容量のみ
に着目すれば、d<d1であってもよいが、この条件で
はMOSトランジスタのドレイン・ソース間の耐圧を高
めるために形成された低不純物濃度のN型拡張ドレイン
領域7の近傍における電界分布が変化し、このため、大
電力用半導体装置に必要な高いドレイン耐圧を維持する
ことができなくなる。しかし、このように高いドレイン
耐圧を要しないMOSトランジスタの用途に対しては、
d<d1としてより大きなドレイン寄生容量の削減効果
を得ることができる。Note that d <d1 may be satisfied if attention is paid only to the parasitic capacitance of the N + drain region 6, but under this condition, a low impurity formed to increase the withstand voltage between the drain and source of the MOS transistor. The electric field distribution in the vicinity of the N-type extended drain region 7 of the concentration changes, so that it is not possible to maintain a high drain withstand voltage required for a high-power semiconductor device. However, for applications of MOS transistors that do not require such a high drain breakdown voltage,
As d <d1, a larger drain parasitic capacitance reduction effect can be obtained.
【0035】なお本発明は上記の実施の形態に限定され
ることはない。以上に述べた第1乃至第3の実施の形態
において、MOSトランジスタからなる高周波大電力用
半導体装置について説明したが、本発明の対象は必ずし
もMOSトランジスタに限定されない。MESFETか
らなる電界効果トランジスタに対しても同様に本発明を
実施することができる。その他本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で、種々変形して実施することができる。The present invention is not limited to the above embodiment. In the first to third embodiments described above, the high-frequency high-power semiconductor device including a MOS transistor has been described, but the subject of the present invention is not necessarily limited to the MOS transistor. The present invention can be similarly applied to a field effect transistor composed of a MESFET. In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
【0036】[0036]
【発明の効果】上述したように本発明の半導体装置によ
れば、従来に比べてドレイン領域の寄生容量が小さく、
かつ、チップ面積の小さい放熱性に優れた高周波大電力
用の半導体装置を提供することがが可能になる。As described above, according to the semiconductor device of the present invention, the parasitic capacitance of the drain region is smaller than that of the prior art,
In addition, it is possible to provide a high-frequency, high-power semiconductor device with a small chip area and excellent heat dissipation.
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の
断面図。FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の
断面図。FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置の
ドレイン寄生容量の低減効果を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing a drain parasitic capacitance reducing effect of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
【図4】従来の半導体装置のドレイン空乏層の発生状況
を示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state of generation of a drain depletion layer in a conventional semiconductor device.
【図5】従来の半導体装置における櫛状電極パターンを
示す平面図。FIG. 5 is a plan view showing a comb-like electrode pattern in a conventional semiconductor device.
【図6】従来の半導体装置の構造を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a structure of a conventional semiconductor device.
【図7】従来の半導体装置の他の構造を示す断面図。FIG. 7 is a sectional view showing another structure of a conventional semiconductor device.
1…ゲート電極 2…ゲート絶縁膜 3…絶縁膜 4…ソース電極 5…ドレイン電極 6…N+ドレイン領域 7…N型拡張ドレイン領域 8…N+ソース領域 9…深いP+拡散層 10…P-シリコンエピタキシャル層 11…P+シリコン基板 13…P-シリコンからなる半導体層 14…絶縁物基板 15…層間絶縁膜 16…櫛状ゲート電極 17、18…接続電極 19…埋め込み絶縁膜 20…ドレイン空乏層DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gate electrode 2 ... Gate insulating film 3 ... Insulating film 4 ... Source electrode 5 ... Drain electrode 6 ... N + drain region 7 ... N-type extended drain region 8 ... N + source region 9 ... Deep P + diffusion layer 10 ... P - silicon epitaxial layer 11 ... P + silicon substrate 13 ... P - semiconductor layer 14 ... insulator substrate 15 ... interlayer insulation film 16 ... comb-shaped gate electrode 17, 18 ... connecting electrode 19 ... buried insulating film 20 ... drain depletion made of silicon layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F102 FA02 GB01 GC01 GD01 GJ10 GL03 GS09 5F110 AA02 AA04 AA30 BB12 CC02 DD04 EE24 EE37 GG02 GG12 GG42 HM04 HM12 HM15 HM17 HM19 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F102 FA02 GB01 GC01 GD01 GJ10 GL03 GS09 5F110 AA02 AA04 AA30 BB12 CC02 DD04 EE24 EE37 GG02 GG12 GG42 HM04 HM12 HM15 HM17 HM19
Claims (4)
ン領域と、 前記複数のソース領域及びドレイン領域の間に、それぞ
れゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを具備
する半導体装置において、 前記複数のソース領域及びドレイン領域及び前記ゲート
電極は、長手方向が互いに平行であって、前記長手方向
と直角な方向に沿って順に配置された一列の電界効果ト
ランジスタを成し、 前記一列の電界効果トランジスタの間に位置するソース
領域とドレイン領域は、互いに隣り合う電界効果トラン
ジスタの間で互いに共有され、 前記一列の電界効果トランジスタのゲート電極は、第1
の櫛状電極によりそれぞれ並列に接続され、 前記一列の電界効果トランジスタのソース領域は、第2
の櫛状電極によりそれぞれ並列に接続され、 かつ、前記一列の電界効果トランジスタのドレイン領域
は、このドレイン領域上に形成された接続電極を介し
て、前記半導体装置の主面に対向する配線基板に個別に
接続されることを特徴とする半導体装置。A semiconductor layer formed on an insulating substrate; a plurality of source and drain regions formed in the semiconductor layer; and a gate insulating film interposed between the plurality of source and drain regions. A plurality of source and drain regions and the gate electrode are arranged in a longitudinal direction parallel to each other and sequentially along a direction perpendicular to the longitudinal direction. A source region and a drain region located between the one row of field effect transistors are shared between adjacent field effect transistors, and a gate electrode of the one row of field effect transistors is formed. Is the first
Are connected in parallel with each other by a comb-shaped electrode.
Are connected in parallel by the comb-shaped electrodes, and the drain region of the one-line field-effect transistor is connected to a wiring substrate facing the main surface of the semiconductor device via a connection electrode formed on the drain region. A semiconductor device which is individually connected.
イン領域は、第2の櫛状電極によりそれぞれ並列に接続
され、 かつ、前記一列の電界効果トランジスタのソース領域
は、このソース領域上に形成された接続電極を介して、
前記半導体装置の主面に対向する配線基板に直接個別に
接続されることを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。2. The drain region of the one-row field-effect transistor is connected in parallel by a second comb-like electrode, and the source region of the one-row field-effect transistor is formed on the source region. Through the connection electrode,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is directly and individually connected to a wiring board facing a main surface of the semiconductor device.
に拡張された低不純物濃度の拡張ドレイン領域を具備す
ることを特徴とする請求項1、2のいずれか1つに記載
の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the drain region includes an extended drain region with a low impurity concentration extended toward the gate electrode.
領域の深さをd1、前記電界効果トランジスタのドレイ
ンバイアス印加時におけるドレイン接合空乏層の厚さを
d2とするとき、d1≦d≦d1+d2の範囲に設定さ
れることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに
記載の半導体装置。4. The thickness d of the semiconductor layer is d1 ≦ d ≦, where d1 is the depth of the drain region and d2 is the thickness of a drain junction depletion layer when a drain bias is applied to the field effect transistor. The semiconductor device according to claim 1, wherein the value is set in a range of d1 + d2.
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- 2000-09-26 JP JP2000292869A patent/JP2002110988A/en active Pending
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