JP2002314087A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2002314087A
JP2002314087A JP2001115038A JP2001115038A JP2002314087A JP 2002314087 A JP2002314087 A JP 2002314087A JP 2001115038 A JP2001115038 A JP 2001115038A JP 2001115038 A JP2001115038 A JP 2001115038A JP 2002314087 A JP2002314087 A JP 2002314087A
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Japan
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type semiconductor
type
layer
depletion
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Katsushige Yamashita
勝重 山下
Takashi Miura
孝 三浦
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which is formed on an SOI substrate, exhibits less variation in reverse breakdown voltage, and is low in on- resistance. SOLUTION: The semiconductor device comprises a first semiconductor layer 3 of first conductivity type formed on a first insulating film 2 on a semiconductor substrate 1; a second semiconductor layer 9 of second conductivity type formed on the surface of the first semiconductor layer 3; a third semiconductor layer 11 of the first conductivity type formed on the surface of the first semiconductor layer 3; a fourth semiconductor layer 12 of the first conductivity type formed under the third semiconductor layer 11; and a fifth semiconductor layer 13 of the first conductivity type discretely formed between the second semiconductor layer 9 and the third semiconductor layer 11. When a positive high voltage is applied to the third semiconductor layer 11, a depletion layer extending from the first insulating film 2 toward the third semiconductor layer 11 and a depletion layer extending from the second semiconductor layer 9 toward the third semiconductor layer 11 are substantially matched with each other in the degree of extension, and stable reverse breakdown voltage characteristics are obtained at low on-resistance.

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に係り、
特にSOI基板上に形成され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, the present invention relates to a semiconductor device formed on an SOI substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】誘電体分離(SOIを含む)を用いた半
導体装置は、PN接合分離で問題であったPN接合のリ
ーク電流が発生したり、寄生トランジスタの誤動作など
の問題点を根本解決でき、特に、高耐圧半導体装置、ア
ナログスイッチ用半導体装置等への応用に有望である。
2. Description of the Related Art A semiconductor device using dielectric isolation (including SOI) can fundamentally solve problems such as leakage current of a PN junction and malfunction of a parasitic transistor, which were problems in PN junction isolation. In particular, it is promising for application to high breakdown voltage semiconductor devices, semiconductor devices for analog switches, and the like.

【0003】以下、従来の半導体装置について、図面を
参照しながら説明する。従来の半導体装置は、例えば、
特許公報第2896141号に開示されている。
Hereinafter, a conventional semiconductor device will be described with reference to the drawings. Conventional semiconductor devices, for example,
It is disclosed in Japanese Patent Publication No. 2896141.

【0004】図5に、従来の誘電体分離を用いた半導体
装置であるn型高耐圧MOSトランジスタの構成を示
す。
FIG. 5 shows the structure of an n-type high voltage MOS transistor which is a conventional semiconductor device using dielectric isolation.

【0005】図5において、SOI基板における支持基
板としての半導体基板101に、第一の絶縁膜としての
シリコン酸化膜102を介して、SOI基板の活性層と
なる第一の半導体層としてのn--型半導体層103が積
層形成されている。埋め込まれたシリコン酸化膜102
にまで達する分離溝104をエッチング形成し、分離溝
104の側壁部分に第二の絶縁膜としてのシリコン酸化
膜105を形成し、さらにポリシリコン膜106を埋め
込むことで、シリコン酸化膜102とシリコン酸化膜1
05とによりn--型半導体層103を島状に誘電体分離
している。このようにして形成された島状のn--型半導
体層103の中に、ゲート酸化膜107、ゲート電極1
08、チャネル領域を形成するための第二の半導体層と
してのp型半導体層109、ソース電極115、ソース
電極115に接続されp型半導体層109に囲まれるよ
うに形成されたn+型半導体層110、ドレイン電極1
16、ドレイン電極116に接続された第三の半導体層
としてのn+型半導体層111が設けられてn型高耐圧
MOSトランジスタが形成されている。
In FIG. 5, a semiconductor substrate 101 as a support substrate in an SOI substrate is interposed via a silicon oxide film 102 as a first insulating film, and n as a first semiconductor layer serving as an active layer of the SOI substrate. The- type semiconductor layer 103 is formed by lamination. Embedded silicon oxide film 102
Is formed by etching, a silicon oxide film 105 as a second insulating film is formed on the side wall of the separation groove 104, and a polysilicon film 106 is buried. Membrane 1
05 separates the n -type semiconductor layer 103 into an island-like dielectric. In the island-shaped n -type semiconductor layer 103 thus formed, the gate oxide film 107 and the gate electrode 1 are formed.
08, a p-type semiconductor layer 109 as a second semiconductor layer for forming a channel region, a source electrode 115, and an n + -type semiconductor layer connected to the source electrode 115 and formed so as to be surrounded by the p-type semiconductor layer 109 110, drain electrode 1
16, an n + -type semiconductor layer 111 as a third semiconductor layer connected to the drain electrode 116 is provided to form an n-type high breakdown voltage MOS transistor.

【0006】このn型高耐圧MOSトランジスタにおい
て、ゲート電極108と、ソース電極115、すなわち
ソース電極115に接続されたチャネル領域を形成する
ためのp型半導体層109とn+型半導体層110と
に、略同一の電圧Aの電位を与え、n型高耐圧MOSト
ランジスタをオフにした状態で、ドレイン電極116、
すなわち、ドレイン電極116に接続されたn+型半導
体層111に、p型半導体層109等に与えた電圧Aの
電位よりも常に正に大きな電位を有する電圧Bの電位を
印加していくと、p型半導体層109とn--型半導体層
103のpn接合は逆バイアス状態となり、その界面か
ら空乏層が伸びる。この状態でのn型高耐圧MOSトラ
ンジスタ内の電位分布と空乏層の広がり方を図6を用い
て説明する。図6のに示すように、生じた空乏層はn
--型半導体層103内に広がり、SOI基板中に埋め込
まれたシリコン酸化膜102に達し、さらに電圧Bの電
位を上昇させると、SOI基板中に埋め込まれたシリコ
ン酸化膜102から、ドレイン電極116に接続された
+型半導体層111に向かって空乏層が伸び、n+型半
導体層111に到達し空乏層の伸びが制限され、n--
半導体層103の電界強度が上昇し、アバランシェブレ
ークダウンにより逆方向耐圧特性が決定する。また、図
6のに示すように、生じた空乏層はn--型半導体層1
03内をドレイン電極116に接続されたn+型半導体
層111に向かっても伸び、n+型半導体層111に到
達し空乏層の伸びが制限され、n--型半導体層103の
電界強度が上昇し、アバランシェブレークダウンにより
逆方向耐圧特性が決定する。n型高耐圧MOSトランジ
スタの逆方向耐圧特性は、またはで決まる逆方向耐
圧特性の低い方の特性となる。
In this n-type high breakdown voltage MOS transistor, a gate electrode 108 and a source electrode 115, that is, a p-type semiconductor layer 109 and an n + type semiconductor layer 110 for forming a channel region connected to the source electrode 115 are formed. , The potential of the same voltage A is applied, and the drain electrode 116,
That is, when the potential of the voltage B having a potential that is always higher than the potential of the voltage A applied to the p-type semiconductor layer 109 or the like is applied to the n + -type semiconductor layer 111 connected to the drain electrode 116, The pn junction between the p-type semiconductor layer 109 and the n -type semiconductor layer 103 is in a reverse bias state, and a depletion layer extends from the interface. The potential distribution in the n-type high breakdown voltage MOS transistor and how the depletion layer spreads in this state will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the generated depletion layer is n
When the potential of the voltage B is further increased by reaching the silicon oxide film 102 buried in the SOI substrate and reaching the silicon oxide film 102 buried in the SOI substrate, the drain electrode 116 The depletion layer extends toward the n + -type semiconductor layer 111 connected to the gate electrode, reaches the n + -type semiconductor layer 111, restricts the extension of the depletion layer, increases the electric field strength of the n -type semiconductor layer 103, and increases the avalanche The reverse breakdown voltage characteristic is determined by the breakdown. Further, as shown in FIG. 6, the generated depletion layer is an n type semiconductor layer 1.
03 also extends toward the n + -type semiconductor layer 111 connected to the drain electrode 116, reaches the n + -type semiconductor layer 111, limits the extension of the depletion layer, and reduces the electric field strength of the n -type semiconductor layer 103. As a result, the reverse breakdown voltage characteristic is determined by the avalanche breakdown. The reverse breakdown voltage characteristic of the n-type high breakdown voltage MOS transistor is the lower reverse breakdown voltage characteristic determined by or.

【0007】以上のように、印加された逆バイアス電圧
がn--型半導体層103内を完全に空乏化し、広がった
空乏層と埋め込まれたシリコン酸化膜102にその印加
された逆バイアス電圧が分配されることで、n--型半導
体層103内における電界が緩和される。その結果、n
--型半導体層103内におけるアバランシェブレークダ
ウンが支配するn型高耐圧MOSトランジスタの逆方向
耐圧特性が格段に向上する。
As described above, the applied reverse bias voltage completely depletes the n -type semiconductor layer 103, and the applied reverse bias voltage is applied to the expanded depletion layer and the buried silicon oxide film 102. The distribution alleviates the electric field in the n -type semiconductor layer 103. As a result, n
- reverse breakdown voltage characteristics of the n-type high voltage MOS transistor avalanche breakdown in -type semiconductor layer 103 dominates is remarkably improved.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体装置では、SOI基板中に埋め込まれたシリコン
酸化膜102から、ドレイン電極116に接続されたn
+型半導体層111に向かう空乏層がn+型半導体層11
1に到達した場合、または、p型半導体層109とn--
型半導体層103の界面からn+型半導体層111に向
かう空乏層がn+型半導体層111に達した場合、空乏
層の伸びが制限され、n--型半導体層103の電界強度
が上昇し、アバランシェブレークダウンにより逆方向耐
圧特性が決定するため、n--型半導体層103のn型濃
度が薄い場合、空乏層が伸びやすく早くn+型半導体層
111に到達するため、逆方向耐圧特性が低下する。ま
た、n--型半導体層103のn型濃度が濃い場合は、空
乏層が伸びにくくなり、n--型半導体層103の電界強
度が上昇するため、逆方向耐圧特性が低下する。従っ
て、従来の半導体装置で、n--型半導体層103のn型
濃度がばらついた場合、逆方向耐圧特性が大きくばらつ
くこととなる。
However, in the conventional semiconductor device, the silicon oxide film 102 buried in the SOI substrate is connected to the n-electrode connected to the drain electrode 116.
The depletion layer toward the + type semiconductor layer 111 is the n + type semiconductor layer 11
1 or when the p-type semiconductor layer 109 and n
If the depletion layer extending from the interface of the type semiconductor layer 103 to the n + -type semiconductor layer 111 has reached n + -type semiconductor layer 111, the elongation of the depletion layer is restricted, n - the electric field strength type semiconductor layer 103 is increased Since the reverse breakdown voltage characteristic is determined by avalanche breakdown, when the n -type semiconductor layer 103 has a low n-type concentration, the depletion layer easily expands and reaches the n + -type semiconductor layer 111 quickly. Decrease. When the n -type semiconductor layer 103 has a high n-type concentration, the depletion layer becomes difficult to expand, and the electric field strength of the n -type semiconductor layer 103 increases, so that the reverse breakdown voltage characteristic is reduced. Therefore, in the conventional semiconductor device, when the n-type concentration of the n -type semiconductor layer 103 varies, the reverse breakdown voltage characteristic greatly varies.

【0009】これを防止するには、n--型半導体層10
3のn型濃度を低くしておき、p型半導体層109とn
+型半導体層111を十分に離すことにより、p型半導
体層109とn--型半導体層103の界面からn+型半
導体層111に向かう空乏層がn+型半導体層111に
到達しにくくするが、この場合、逆方向耐圧は向上する
が、n--型半導体層103の濃度が低いため、ON抵抗
が大きくなる。
To prevent this, the n type semiconductor layer 10
3, the p-type semiconductor layer 109 and n-type
+ By releasing type semiconductor layer 111 sufficiently, p-type semiconductor layer 109 and the n - -type directed from the interface of the semiconductor layer 103 to the n + -type semiconductor layer 111 depletion layer hardly reaches the n + -type semiconductor layer 111 However, in this case, the reverse breakdown voltage is improved, but the ON resistance increases because the concentration of the n -type semiconductor layer 103 is low.

【0010】一方、アナログスイッチ等においては、ド
レインに0V、ソースに負の電圧が与えられる印加条件
でも、ドレインに正の電圧、ソースに0Vが与えられた
印加条件での逆方向耐圧特性と同等の特性が要求され
る。
On the other hand, in an analog switch or the like, the reverse breakdown voltage characteristics under an application condition where a positive voltage is applied to the drain and 0 V is applied to the source even under an application condition where 0 V is applied to the drain and a negative voltage is applied to the source. Characteristics are required.

【0011】従来の半導体装置では、SOI基板におけ
る支持基板としての半導体基板101には一般的に0V
が与えられるが、p型半導体層109等に与えた電圧A
の電位がSOI基板における支持基板としての半導体基
板101と略同一の値を取る場合には、ドレイン電極1
16に接続されたn+型半導体層111に、正に大きな
電位を有する電圧Bの電位が印加される逆バイアス状態
において、p型半導体層109とn+型半導体層111
に挟まれたn--型半導体層103とで構成されるpn接
合ダイオードが逆バイアス状態となり、p型半導体層1
09とn--型半導体層103とのpn接合の界面から空
乏層が伸びるが、この空乏層はn+型半導体層111に
印加される電圧Bの正の大きな電位と、半導体基板10
1に与えられた0Vと、p型半導体層109等に印加さ
れた電圧Aの電位とにより、n--型半導体層103の内
部に均一に空乏層が広がり、内部電界の集中が緩和され
て、n型高耐圧MOSトランジスタは良好な逆方向耐圧
特性を示すことになる。ところが、p型半導体層109
等に与えた電圧Aが負の大きな値となる場合において、
SOI基板における支持基板としての半導体基板101
に一般的な0Vが与えられ、n+型半導体層111に印
加される電圧Bが0Vとなる逆バイアス状態等において
は、n+型半導体層111とSOI基板における支持基
板としての半導体基板101にはいずれも0Vが印加さ
れており両者の間に電位差がなくなる。このような状態
では、p型半導体層109とn--型半導体層103との
pn接合の界面から伸びる空乏層は、n+型半導体層1
11の下部領域のn--型半導体層103にまで十分に伸
びることができない。すなわち、n+型半導体層111
とSOI基板における支持基板としての半導体基板10
1のほぼ等しい電位の影響を受けて、空乏層の伸びが抑
制され、内部電界の集中が低減されないために、n型高
耐圧MOSトランジスタの逆方向耐圧特性が大きく劣化
する。この状態を図8(b)に示す。図8(b)は、p
型半導体層109等に負の電圧Aを与え、n+型半導体
層111等に与えた電圧Aの電位がSOI基板における
支持基板としての半導体基板101と略同一の場合であ
る。この場合は、図6の場合と異なり、p型半導体層1
09とn--型半導体層103とのpn接合の界面から伸
びる空乏層は、n+型半導体層111の下部領域のn--
型半導体層103にまで十分に伸びることができない。
すなわち、n+型半導体層111とSOI基板における
支持基板としての半導体基板101のほぼ等しい電位の
影響を受けて、空乏層の伸びが抑制され、内部電界の集
中が低減されないために、n型高耐圧MOSトランジス
タの逆方向耐圧特性が大きく劣化する。
In a conventional semiconductor device, a semiconductor substrate 101 as a support substrate in an SOI substrate generally has 0 V
Is applied, but the voltage A applied to the p-type semiconductor layer 109 and the like is
Is substantially the same as that of the semiconductor substrate 101 as a support substrate in the SOI substrate, the drain electrode 1
In the reverse bias state in which the potential of the voltage B having a large positive potential is applied to the n + -type semiconductor layer 111 connected to the n + -type semiconductor layer 109 and the n + -type semiconductor layer 111
Pn junction diode composed of the n type semiconductor layer 103 sandwiched between
The depletion layer extends from the interface of the pn junction between the semiconductor layer 103 and the n type semiconductor layer 103, and the depletion layer has a large positive potential of the voltage B applied to the n + type semiconductor layer 111 and the semiconductor substrate 10.
Due to 0 V applied to 1 and the potential of the voltage A applied to the p-type semiconductor layer 109 and the like, the depletion layer spreads uniformly inside the n -type semiconductor layer 103, and the concentration of the internal electric field is reduced. , The n-type high-breakdown-voltage MOS transistor exhibits good reverse breakdown voltage characteristics. However, the p-type semiconductor layer 109
And so on, when the voltage A given to the above becomes a large negative value,
Semiconductor substrate 101 as support substrate in SOI substrate
Is applied to the n + type semiconductor layer 111 and the voltage B applied to the n + type semiconductor layer 111 becomes 0 V. In a reverse bias state or the like, the n + type semiconductor layer 111 and the semiconductor substrate 101 as a support substrate in the SOI substrate are applied. In each case, 0 V is applied, and there is no potential difference between them. In such a state, the depletion layer extending from the interface of the pn junction between the p-type semiconductor layer 109 and the n -type semiconductor layer 103 is the n + -type semiconductor layer 1
11 cannot sufficiently extend to the n -type semiconductor layer 103 in the lower region. That is, the n + type semiconductor layer 111
And semiconductor substrate 10 as support substrate in SOI substrate
Under the influence of a potential substantially equal to 1, the extension of the depletion layer is suppressed and the concentration of the internal electric field is not reduced, so that the reverse breakdown voltage characteristic of the n-type high breakdown voltage MOS transistor is greatly deteriorated. This state is shown in FIG. FIG. 8B shows that p
This is a case where a negative voltage A is applied to the type semiconductor layer 109 and the like, and the potential of the voltage A applied to the n + type semiconductor layer 111 and the like is substantially the same as the semiconductor substrate 101 as a support substrate in the SOI substrate. In this case, unlike the case of FIG. 6, the p-type semiconductor layer 1
The depletion layer extending from the interface of the pn junction between the semiconductor layer 09 and the n -type semiconductor layer 103 is n − in the lower region of the n + -type semiconductor layer 111.
It cannot extend sufficiently to the mold semiconductor layer 103.
In other words, under the influence of substantially equal potentials of the n + type semiconductor layer 111 and the semiconductor substrate 101 as a support substrate in the SOI substrate, the extension of the depletion layer is suppressed and the concentration of the internal electric field is not reduced. The reverse breakdown voltage characteristic of the breakdown voltage MOS transistor is greatly deteriorated.

【0012】本発明はこのような従来の課題を解決し
た、半導体装置を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device which solves such a conventional problem.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項1記載の半導体装置は、半導体基板
上に第一の絶縁膜を介して第1導電型の第一の半導体層
を形成した半導体装置において、前記第一の半導体層に
前記第一の絶縁膜まで達する分離溝と、前記分離溝の側
壁に形成した第二の絶縁膜とを有し、前記第一の半導体
層の表面に形成された第2導電型の第二の導電型半導体
層と、前記第一の半導体層の表面に形成された第1導電
型の第三の導電型半導体層と、前記第三の半導体層の下
部に第1導電型の第四の半導体層を設ける構成である。
これにより、前記第三の半導体層に正の高電圧を印加し
た場合に前記第一の絶縁膜から伸びる第一の半導体層内
の空乏層が前記第三の半導体層に到達しにくくなる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a first conductivity type first semiconductor layer on a semiconductor substrate with a first insulating film interposed therebetween. Wherein the first semiconductor layer includes a separation groove that reaches the first semiconductor layer up to the first insulation film, and a second insulation film formed on a side wall of the separation groove. A second conductivity type semiconductor layer formed on the surface of the first conductivity type; a third conductivity type semiconductor layer of the first conductivity type formed on the surface of the first semiconductor layer; In this configuration, a fourth semiconductor layer of the first conductivity type is provided below the semiconductor layer.
Accordingly, when a positive high voltage is applied to the third semiconductor layer, a depletion layer in the first semiconductor layer extending from the first insulating film hardly reaches the third semiconductor layer.

【0014】また、本発明の請求項2記載の半導体装置
は、請求項1記載の半導体装置において、前記第二の半
導体層と前記第三の半導体層の間に第1導電型の第五の
半導体層を離散的に設けた構成である。これにより、前
記第三の半導体層に正の高電圧を印加した場合に前記第
二の半導体層から前記第三の半導体層に向かって伸びる
前記第一の半導体層内の空乏層が前記第三の半導体層に
到達しにくくなる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to the first aspect, wherein a fifth of the first conductivity type is provided between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer. This is a configuration in which semiconductor layers are provided discretely. Thereby, when a positive high voltage is applied to the third semiconductor layer, a depletion layer in the first semiconductor layer extending from the second semiconductor layer toward the third semiconductor layer is formed in the third semiconductor layer. Hardly reach the semiconductor layer.

【0015】この構成により、前記第三の半導体層に正
の高電圧を印加した場合に前記第一の絶縁膜から伸びる
第一の半導体層内の空乏層が前記第三の半導体層に到達
しにくくすることができ、また、前記第三の半導体層に
正の高電圧を印加した場合に前記第二の半導体層から前
記第三の半導体層に向かって伸びる前記第一の半導体層
内の空乏層が前記第三の半導体層に到達しにくくするこ
とができるため、第一の半導体層の濃度がばらついた場
合でも、安定した逆方向耐圧特性を得ることができる。
また、第一の半導体層内に第一の半導体層と同導電型の
第五の半導体層を設けることにより、第二の半導体層と
第三の半導体層の間の第一の半導体層と同導電型の不純
物量が増加するため、ON抵抗の低減が可能となる。な
お、前記第二の半導体層と、前記第三の半導体層の間に
設ける前記第一の半導体層と同じ導電型を有する第五の
半導体層は、第二の半導体層と第一の半導体層のpn接
合が逆バイアス状態となった場合に空乏化するように、
離散的に設けている。
With this configuration, when a positive high voltage is applied to the third semiconductor layer, the depletion layer in the first semiconductor layer extending from the first insulating film reaches the third semiconductor layer. Depletion in the first semiconductor layer extending from the second semiconductor layer toward the third semiconductor layer when a high positive voltage is applied to the third semiconductor layer. Since the layer can hardly reach the third semiconductor layer, stable reverse breakdown voltage characteristics can be obtained even when the concentration of the first semiconductor layer varies.
Further, by providing a fifth semiconductor layer having the same conductivity type as the first semiconductor layer in the first semiconductor layer, the fifth semiconductor layer has the same conductivity type as the first semiconductor layer between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer. Since the amount of impurities of the conductivity type increases, the ON resistance can be reduced. Note that a fifth semiconductor layer having the same conductivity type as the first semiconductor layer provided between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer is a second semiconductor layer and a first semiconductor layer. Is depleted when the pn junction becomes reverse biased,
It is provided discretely.

【0016】さらに、上記目的を達成するため、本発明
の請求項3記載の半導体装置は、請求項1記載の半導体
装置において、前記第一の半導体層と前記第一の絶縁膜
との界面に第2導電型の第六の半導体層を設け、前記第
三の半導体層に負の高電圧を印加した場合に、前記第六
の半導体層は完全には空乏化させないで、前記第一の半
導体層内における空乏層の均一な伸びを促進させること
を特徴とするものである。
Further, in order to achieve the above object, a semiconductor device according to a third aspect of the present invention is the semiconductor device according to the first aspect, wherein an interface between the first semiconductor layer and the first insulating film is provided. A sixth semiconductor layer of the second conductivity type is provided, and when a high negative voltage is applied to the third semiconductor layer, the sixth semiconductor layer is not completely depleted, and the first semiconductor layer is not completely depleted. It is characterized by promoting uniform expansion of the depletion layer in the layer.

【0017】また、本発明の請求項4記載の半導体装置
は、請求項2記載の半導体装置において、前記第一の半
導体層と前記第一の絶縁膜との界面に第2導電型の第六
の半導体層を設け、前記第三の半導体層に負の高電圧を
印加した場合に、前記第六の半導体層は完全には空乏化
させないで、前記第一の半導体層内における空乏層の均
一な伸びを促進させることを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor device according to the second aspect, wherein a sixth conductive type sixth semiconductor is provided at an interface between the first semiconductor layer and the first insulating film. When a negative high voltage is applied to the third semiconductor layer, the sixth semiconductor layer is not completely depleted, and a uniform depletion layer in the first semiconductor layer is provided. It is characterized by promoting rapid growth.

【0018】この構成において、第三のn型半導体層
に、第二のp型半導体層よりも高い電圧を印加した逆バ
イアス状態において、第一の半導体層内に空乏層が伸び
る際に、第四の半導体層が完全には空乏化させずに、第
一の半導体層の底部の電位をほぼ一定に保つとともに、
第四の半導体層と第一の半導体層とで形成されるpn接
合からも空乏層が第一の半導体層側に伸びることにな
る。
In this configuration, in a reverse bias state in which a higher voltage is applied to the third n-type semiconductor layer than to the second p-type semiconductor layer, when the depletion layer extends into the first semiconductor layer, While the fourth semiconductor layer is not completely depleted, while keeping the potential at the bottom of the first semiconductor layer almost constant,
The depletion layer also extends to the first semiconductor layer side from the pn junction formed by the fourth semiconductor layer and the first semiconductor layer.

【0019】このように、第一の半導体層とは異なる導
電型を有し、かつ、完全には空乏化されない第四の半導
体層を有する構成を持つことで、第一の半導体層内にお
ける空乏層の均一な伸びを促進させる。その結果、半導
体基板に対して任意の逆バイアス状態の電位を第二のp
型半導体層と第三のn型半導体層に与えても、第一の半
導体層の内部に均一に空乏層が広がり、内部電界の集中
が緩和されて、良好な逆方向耐圧特性を示す。
As described above, by having the fourth semiconductor layer having a conductivity type different from that of the first semiconductor layer and not being completely depleted, depletion in the first semiconductor layer is achieved. Promotes uniform elongation of the layer. As a result, the potential of an arbitrary reverse bias state with respect to the semiconductor substrate is changed to the second p.
Even when the depletion layer is applied to the first semiconductor layer and the third n-type semiconductor layer, the depletion layer spreads uniformly inside the first semiconductor layer, the concentration of the internal electric field is reduced, and good reverse breakdown voltage characteristics are exhibited.

【0020】以上のように、本発明によれば、半導体基
板に対して任意の逆バイアス状態でも安定した逆方向耐
圧特性を有する低ON抵抗の半導体装置が可能となる。
As described above, according to the present invention, a low ON-resistance semiconductor device having a stable reverse breakdown voltage characteristic even in an arbitrary reverse bias state with respect to a semiconductor substrate can be realized.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る半
導体装置について図面を用いて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0022】図1は、本発明の実施形態における半導体
装置の第一の実施形態であるn型高耐圧MOSトランジ
スタの要部断面図である。SOI基板における支持基板
としての半導体基板1に、第一の絶縁膜としてのシリコ
ン酸化膜2を介して、SOI基板の活性層となる第一の
半導体層としてのn--型半導体層3が積層形成されてい
る。埋め込まれたシリコン酸化膜2にまで達する分離溝
4をエッチング形成し、分離溝4の側壁部分に第二の絶
縁膜としてのシリコン酸化膜5を形成し、さらにポリシ
リコン膜6を埋め込むことで、シリコン酸化膜2とシリ
コン酸化膜5とによりn--型半導体層3を島状に誘電体
分離している。このようにして形成された島状のn--
半導体層3の中に、ゲート酸化膜7、ゲート電極8、チ
ャネル領域を形成するための第二の半導体層としてのp
型半導体層9、ソース電極15、ソース電極15に接続
されp型半導体層9に囲まれるように形成されたn+
半導体層10、ドレイン電極16、ドレイン電極16に
接続された第三の半導体層としてのn+型半導体層11
が設けられている。また、n+型半導体層10の下に第
四の半導体層としてのn-型半導体層12が形成されて
いる。
FIG. 1 is a sectional view of an essential part of an n-type high withstand voltage MOS transistor which is a first embodiment of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. An n type semiconductor layer 3 as a first semiconductor layer serving as an active layer of the SOI substrate is laminated on a semiconductor substrate 1 as a support substrate in the SOI substrate via a silicon oxide film 2 as a first insulating film. Is formed. The isolation trench 4 reaching the buried silicon oxide film 2 is formed by etching, a silicon oxide film 5 as a second insulating film is formed on the side wall of the isolation trench 4, and the polysilicon film 6 is buried. The silicon oxide film 2 and the silicon oxide film 5 separate the n -type semiconductor layer 3 into an island shape dielectric. In the island-shaped n -type semiconductor layer 3 thus formed, the gate oxide film 7, the gate electrode 8, and p as a second semiconductor layer for forming a channel region are formed.
-Type semiconductor layer 9, source electrode 15, n + -type semiconductor layer 10 connected to source electrode 15 and formed to be surrounded by p-type semiconductor layer 9, drain electrode 16, and third semiconductor connected to drain electrode 16 N + type semiconductor layer 11 as layer
Is provided. An n type semiconductor layer 12 as a fourth semiconductor layer is formed below the n + type semiconductor layer 10.

【0023】図2は、本発明における半導体装置の第二
の実施形態であるn型高耐圧MOSトランジスタの要部
断面図である。図2では、図1のn型高耐圧MOSトラ
ンジスタに、さらにチャネル領域を形成するための第二
の半導体層としてのp型半導体層9とn+型半導体層1
0の間に離散的にn-型半導体層13が設けられてい
る。
FIG. 2 is a sectional view of a principal part of an n-type high-breakdown-voltage MOS transistor which is a second embodiment of the semiconductor device according to the present invention. In FIG. 2, a p-type semiconductor layer 9 and an n + -type semiconductor layer 1 as a second semiconductor layer for forming a channel region are further added to the n-type high withstand voltage MOS transistor of FIG.
The n type semiconductor layers 13 are provided discretely between 0.

【0024】図3は、本発明における半導体装置の第三
の実施形態であるn型高耐圧MOSトランジスタの要部
断面図である。図3では、図2の半導体装置の、チャネ
ル領域を形成するための半導体層としてのp型半導体層
9とn+型半導体層10の間に離散的に第五の半導体層
としてのn-型半導体層13が形成されている。
FIG. 3 is a sectional view of a principal part of an n-type high breakdown voltage MOS transistor which is a third embodiment of the semiconductor device according to the present invention. In FIG. 3, the semiconductor device of FIG. 2 has a discrete n -type semiconductor layer between the p-type semiconductor layer 9 and the n + -type semiconductor layer 10 for forming a channel region. A semiconductor layer 13 is formed.

【0025】図3は、本発明の実施形態における半導体
装置の第三の実施形態であるn型高耐圧MOSトランジ
スタの要部断面図である。図3では、図2の半導体装置
の島状のn--型半導体層3の底部と埋め込まれたシリコ
ン酸化膜2との界面に第六の半導体層としてのp型半導
体層14が形成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of an n-type high withstand voltage MOS transistor which is a third embodiment of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 3, a p-type semiconductor layer 14 as a sixth semiconductor layer is formed at the interface between the bottom of the island-shaped n -type semiconductor layer 3 and the buried silicon oxide film 2 of the semiconductor device of FIG. I have.

【0026】次に、本発明のn型高耐圧MOSトランジ
スタの製造方法について簡単に説明する。
Next, a brief description will be given of a method of manufacturing the n-type high voltage MOS transistor of the present invention.

【0027】まず、少なくとも表面にn--型半導体層3
を有する半導体基板を準備し、イオン注入法、熱拡散法
等により、p型半導体層14をそのn--型半導体層3の
表面に形成した後、n--型半導体層3を有する半導体基
板を、シリコン酸化膜2を挟むようにして別の半導体基
板1と表面同士を張り付け、熱処理を加えるなどして接
着させる。なお、シリコン酸化膜2は半導体基板1また
はn--型半導体層3のいずれか一方に形成するか、もし
くは、両方に形成しておくか、いずれの手段をとっても
よい。
First, the n type semiconductor layer 3 is formed on at least the surface.
Is prepared, a p-type semiconductor layer 14 is formed on the surface of the n -type semiconductor layer 3 by an ion implantation method, a thermal diffusion method, or the like, and then the semiconductor substrate having the n -type semiconductor layer 3 is formed. Is bonded to the surface of another semiconductor substrate 1 with the silicon oxide film 2 interposed therebetween, and is subjected to heat treatment or the like. The silicon oxide film 2 may be formed on one of the semiconductor substrate 1 and the n type semiconductor layer 3 or on both of them.

【0028】半導体基板1とn--型半導体層3をシリコ
ン酸化膜2を挟むようにして張り付けた基板を表面研磨
法などにより削り、n--型半導体層3を所望の厚みにす
る。次に、フォトレジストマスクもしくはパターニング
されたシリコン窒化膜やシリコン酸化膜をマスクにし
て、n--型半導体層3の一部に、シリコン酸化膜2に達
するまでエッチングし、分離溝4を形成する。分離溝4
の側壁部分にシリコン酸化膜5を形成し、さらにポリシ
リコン膜6を埋め込むことで、シリコン酸化膜2とシリ
コン酸化膜5とによりn--型半導体層3を島状に誘電体
分離する。
The substrate on which the semiconductor substrate 1 and the n -type semiconductor layer 3 are adhered so as to sandwich the silicon oxide film 2 is ground by a surface polishing method or the like, so that the n -type semiconductor layer 3 has a desired thickness. Next, using a photoresist mask or a patterned silicon nitride film or silicon oxide film as a mask, a part of the n -type semiconductor layer 3 is etched until reaching the silicon oxide film 2 to form an isolation groove 4. . Separation groove 4
The silicon oxide film 5 is formed on the side wall portion of the silicon oxide film 5 and the polysilicon film 6 is buried, so that the silicon oxide film 2 and the silicon oxide film 5 separate the n -type semiconductor layer 3 into an island-like dielectric.

【0029】その後、誘電体分離された島状のn--型半
導体層3の中に、フォトレジストマスクもしくはパター
ニングされたシリコン酸化膜をマスクにして、第四の半
導体層としてのn-型半導体層12、第五の半導体層と
してのn-型半導体層13をイオン注入と熱処理を行う
ことで形成する。なお、第四の半導体層としてのn-
半導体層12と、第五の半導体層としてn-型半導体層
13とは、イオン注入量を調整することにより、同一の
マスクで同時に形成することも可能である。その後、ゲ
ート酸化膜7、ゲート電極8を形成した後、イオン注入
と熱処理を行うことでp型半導体層9を形成し、そのp
型半導体層9をチャンネル領域とする。
[0029] Then, like islets dielectric isolation n - type in the semiconductor layer 3, and a photoresist mask or patterned silicon oxide film as a mask, n as a fourth semiconductor layer - type semiconductor The layer 12 and the n type semiconductor layer 13 as a fifth semiconductor layer are formed by performing ion implantation and heat treatment. Note that the n -type semiconductor layer 12 as the fourth semiconductor layer and the n -type semiconductor layer 13 as the fifth semiconductor layer can be simultaneously formed with the same mask by adjusting the amount of ion implantation. It is possible. Thereafter, after forming a gate oxide film 7 and a gate electrode 8, ion implantation and heat treatment are performed to form a p-type semiconductor layer 9, and the p-type semiconductor layer 9 is formed.
The type semiconductor layer 9 is used as a channel region.

【0030】次に、p型半導体層9内にソースとなるn
+型半導体層10を形成するとともに、p型半導体層9
とは適度に離間したn--型半導体層3の表面にドレイン
となるn+型半導体層11を形成する。最後に、ソース
電極15をp型半導体層9およびn+型半導体層10
に、ドレイン電極16をn+型半導体層11に接続する
ことで本発明のn型高耐圧MOSトランジスタが製造さ
れる。
Next, in the p-type semiconductor layer 9, n serving as a source
+ -Type semiconductor layer 10 and p-type semiconductor layer 9
The n + -type semiconductor layer 11 serving as a drain is formed on the surface of the n -type semiconductor layer 3 which is appropriately spaced apart from the substrate. Finally, the source electrode 15 is connected to the p-type semiconductor layer 9 and the n + -type semiconductor layer 10.
Then, by connecting the drain electrode 16 to the n + -type semiconductor layer 11, the n-type high breakdown voltage MOS transistor of the present invention is manufactured.

【0031】なお、ここでは、p型半導体層14を形成
する方法として、n--型半導体層3と半導体基板1と張
り付ける前に、n--型半導体層3を少なくともその表面
に有する半導体基板の表面にp型半導体層14を形成す
る方法を示したが、n--型半導体層3を有する半導体基
板をシリコン酸化膜2を挟むようにして半導体基板1と
張り付け、n--型半導体層3が所望の厚みになるように
表面研磨法などによりn--型半導体層3を削った後、高
エネルギーイオン注入法などを用いてn--型半導体層3
の表面からイオンを注入して、p型半導体層14をn--
型半導体層3の底部に形成してもよい。また、熱処理を
加えるなどして接着させる方法で半導体基板1とn--
半導体層3をシリコン酸化膜2を挟むようにして張り付
け形成する方法を示したが、n--型半導体層3を少なく
ともその表面に有する半導体基板に対して酸素イオンを
注入して、シリコン酸化膜2をn--型半導体層3の底部
に形成する等しても良い。さらに、n--型半導体層3を
所望の厚みになるようにするためにここでは表面研磨法
などによりn--型半導体層3を削る方法を示したが、水
素等を事前に注入しておき、適当な熱処理もしくは外力
を加えた後、表面研磨することでn--型半導体層3を所
望の厚みになるように調整、加工する等しても良い。
Here, as a method of forming the p-type semiconductor layer 14, a semiconductor having the n -type semiconductor layer 3 on at least the surface thereof before bonding the n -type semiconductor layer 3 to the semiconductor substrate 1 is used. although the method of forming a p-type semiconductor layer 14 on the surface of the substrate, n - and a semiconductor substrate having a type semiconductor layer 3 so as to sandwich the silicon oxide film 2 stuck to the semiconductor substrate 1, n - -type semiconductor layer 3 -type semiconductor layer 3 - but n due surface polishing method to the desired thickness - n after shaved -type semiconductor layer 3, by using a high-energy ion implantation method
Ions are implanted from the surface of the p-type semiconductor layer 14 into n
It may be formed at the bottom of the mold semiconductor layer 3. Also, the semiconductor substrate 1 and n in a manner adhering to such heat treatment - showed how to form pasted by type semiconductor layer 3 so as to sandwich the silicon oxide film 2, n - -type semiconductor layer 3 at least that Oxygen ions may be implanted into the semiconductor substrate on the surface to form the silicon oxide film 2 on the bottom of the n type semiconductor layer 3. Furthermore, in order to make the n -type semiconductor layer 3 have a desired thickness, a method of shaving the n -type semiconductor layer 3 by a surface polishing method or the like is shown here. The n -type semiconductor layer 3 may be adjusted and processed to have a desired thickness by polishing the surface after applying a suitable heat treatment or an external force.

【0032】次に、このような構成を有するn型高耐圧
MOSトランジスタの動作について説明する。
Next, the operation of the n-type high withstand voltage MOS transistor having such a configuration will be described.

【0033】ゲート電極8と、ソース電極15に接続さ
れたn+型半導体層10とp型半導体層9とに略同一の
電圧Aの電位を与えて、このn型高耐圧MOSトランジ
スタをオフした状態にする。この状態で、ドレイン電極
16に接続されたn+型半導体層11に、p型半導体層
9等に与えた電圧Aの電位よりも常に正に大きな電位を
有する電圧Bの電位を印加していくと、p型半導体層9
とn+型半導体層11に挟まれたn--型半導体層3とで
構成されるpn接合ダイオードが逆バイアスされ、p型
半導体層9とn--型半導体層3とのpn接合の界面から
--型半導体層3内に空乏層が伸びる。
By applying substantially the same voltage A to the gate electrode 8 and the n + -type semiconductor layer 10 and the p-type semiconductor layer 9 connected to the source electrode 15, the n-type high voltage MOS transistor is turned off. State. In this state, the potential of the voltage B having a potential always positively higher than the potential of the voltage A applied to the p-type semiconductor layer 9 and the like is applied to the n + -type semiconductor layer 11 connected to the drain electrode 16. And the p-type semiconductor layer 9
The pn junction diode composed of the n + -type semiconductor layer 3 and the n -type semiconductor layer 3 sandwiched between the n + -type semiconductor layers 11 is reverse-biased, and the interface of the pn junction between the p-type semiconductor layer 9 and the n -type semiconductor layer 3 Depletion layer extends into the n -type semiconductor layer 3.

【0034】次に、本発明の第二の実施形態のn型高耐
圧MOSトランジスタと、従来のn型高耐圧MOSトラ
ンジスタとの動作の違いを対比しながら説明する。
Next, the difference in operation between the n-type high-voltage MOS transistor of the second embodiment of the present invention and a conventional n-type high-voltage MOS transistor will be described in comparison.

【0035】図7(a)に、本発明の第二の実施形態の
n型高耐圧MOSトランジスタのソース電極15に電圧
Aとして0Vを与え、ドレイン電極16に正に大きな電
圧Bとして400Vを与えた場合の本発明におけるn型
高耐圧MOSトランジスタの内部の電位分布および空乏
層の広がりのシミュレーション結果を示し、図7(b)
には従来のn型高耐圧MOSトランジスタのソース電極
15には電圧Aとして0Vを与え、ドレイン電極16に
電圧Bとして350Vを与えた場合のトランジスタの内
部の電位分布および空乏層の広がりのシミュレーション
結果を示す。
FIG. 7A shows that a voltage A of 0 V is applied to the source electrode 15 and a voltage B of 400 V is applied to the drain electrode 16 of the n-type high breakdown voltage MOS transistor according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 (b) shows a simulation result of the potential distribution inside the n-type high breakdown voltage MOS transistor and the expansion of the depletion layer in the case of the present invention,
Shows a simulation result of the potential distribution inside the transistor and the spread of the depletion layer when 0 V is applied as the voltage A to the source electrode 15 and 350 V is applied as the voltage B to the drain electrode 16 of the conventional n-type high breakdown voltage MOS transistor. Is shown.

【0036】このシミュレーション結果からも判るよう
に、従来のn型高耐圧MOSトランジスタにおいては、
p型半導体層9とn--型半導体層3とのpn接合の界面
からn+型半導体層11に向かって伸びるn--型半導体
層3内の空乏層とシリコン酸化膜2からn+型半導体層
11に向かって伸びるn--型半導体層3内の空乏層が容
易にn+11に到達するのに対し、第2の実施形態のn
型高耐圧MOSトランジスタにおいては、p型半導体層
9とn--型半導体層3とのpn接合の界面からn+型半
導体層11に向かって伸びるn--型半導体層3内の空乏
層とシリコン酸化膜2からn+11に向かって伸びるn
--型半導体層3内の空乏層が、n-型半導体層12とn-
型半導体層13によって制限され、容易にn+型半導体
層11に到達しないため、n--型半導体層3内で均一の
電界強度が上昇せず、良好な逆方向耐圧特性を示すこと
になることがわかる。
As can be seen from the simulation results, in the conventional n-type high breakdown voltage MOS transistor,
The depletion layer in the n -type semiconductor layer 3 extending from the interface of the pn junction between the p-type semiconductor layer 9 and the n -type semiconductor layer 3 toward the n + -type semiconductor layer 11 and the silicon oxide film 2 to the n + -type The depletion layer in the n -type semiconductor layer 3 extending toward the semiconductor layer 11 easily reaches n + 11, whereas n in the second embodiment
In the high withstand voltage MOS transistor, a depletion layer in the n -type semiconductor layer 3 extending from the interface of the pn junction between the p-type semiconductor layer 9 and the n -type semiconductor layer 3 toward the n + -type semiconductor layer 11 is formed. N extending from silicon oxide film 2 toward n + 11
The depletion layer in the type semiconductor layer 3 is formed by the n type semiconductor layer 12 and n
Since it is limited by the type semiconductor layer 13 and does not easily reach the n + type semiconductor layer 11, the uniform electric field intensity does not increase in the n type semiconductor layer 3 and a good reverse breakdown voltage characteristic is exhibited. You can see that.

【0037】また、n--型半導体層3内に同じ導電型の
-型半導体層12とn-型半導体層13を設けることに
より、p型半導体層9とn+型半導体層11の間のn--
型半導体層3と同じ導電型の不純物量が増加するため、
ON抵抗の低減が可能となる。
By providing the n -type semiconductor layer 12 and the n -type semiconductor layer 13 of the same conductivity type in the n -type semiconductor layer 3, the distance between the p-type semiconductor layer 9 and the n + -type semiconductor layer 11 is increased. of n -
Since the amount of impurities of the same conductivity type as the type semiconductor layer 3 increases,
ON resistance can be reduced.

【0038】第二の実施形態においては、n--型半導体
層の抵抗が10Ω・cm、n-型半導体層12とn-型半
導体層13の濃度が3×1012/cm2 、n-型半導体
層13の幅と間隔がそれぞれ2μmと5μmの場合、逆
方向耐圧はn-型半導体層12とn-型半導体層13がな
い場合よりも50V向上し、ON抵抗はn-型半導体層
12とn-型半導体層13がない場合の1/2となり、
逆方向耐圧特性の向上と低ON抵抗化が実現できる。
[0038] In the second embodiment, the n - type resistance of the semiconductor layer is 10 [Omega · cm, the n - -type semiconductor layer 12 and the n - -type semiconductor layer density of 13 3 × 10 12 / cm 2, n - When the width and the interval of the type semiconductor layer 13 are 2 μm and 5 μm, respectively, the reverse breakdown voltage is improved by 50 V as compared with the case where the n type semiconductor layer 12 and the n type semiconductor layer 13 are not provided, and the ON resistance is n type semiconductor layer. 12 and 1 / of the case without the n type semiconductor layer 13,
It is possible to improve the reverse breakdown voltage characteristics and reduce the ON resistance.

【0039】次に、半導体基板1に一般的な0Vを与
え、ゲート電極8と、ソース電極15に接続されたチャ
ネル領域を形成するためのp型半導体層9とn+型半導
体層10とに、負の大きな電圧Aを与え、n型高耐圧M
OSトランジスタをオフにした状態で、ドレイン電極1
6に接続されたn+型半導体層11に半導体基板1と略
同じ電圧Bの電位を印加した場合について説明する。
Next, a general 0 V is applied to the semiconductor substrate 1 to apply a gate electrode 8, a p-type semiconductor layer 9 for forming a channel region connected to the source electrode 15, and an n + -type semiconductor layer 10. , A large negative voltage A, and an n-type high breakdown voltage M
With the OS transistor turned off, the drain electrode 1
A case where a potential of substantially the same voltage B as that of the semiconductor substrate 1 is applied to the n + -type semiconductor layer 11 connected to 6 will be described.

【0040】図8(a)に、本発明の第二の実施形態の
n型高耐圧MOSトランジスタのソース電極15に電圧
Aとして−400Vを与え、ドレイン電極16に電圧B
として0Vを与えた場合の本発明におけるn型高耐圧M
OSトランジスタの内部の電位分布および空乏層の広が
りのシミュレーション結果を示し、図8(b)には従来
のn型高耐圧MOSトランジスタのソース電極15には
電圧Aとして−260Vを与え、ドレイン電極16に電
圧Bとして0Vを与えた場合のトランジスタの内部の電
位分布および空乏層の広がりのシミュレーション結果を
示す。このシミュレーション結果からも判るように、従
来のn型高耐圧MOSトランジスタの場合、図8(b)
に示した条件下では、n+型半導体層11と半導体基板
1にはいずれも0Vが印加されているために、p型半導
体層9とn--型半導体層3とのpn接合の界面から伸び
る空乏層は、n+型半導体層11の下部領域のn--型半
導体層3にまで十分に伸びることができず、空乏層の伸
びが抑制され、内部電界の集中が低減されないために、
n型高耐圧MOSトランジスタの逆方向耐圧特性が大き
く劣化するのに対し、本発明の第三の実施形態のn型高
耐圧MOSトランジスタでは、n--型半導体層3内が完
全に空乏化された結果、n--型半導体層3内の電位分布
が非常に緩やかなものになり、内部電界の集中が緩和さ
れて、n--型半導体層3内におけるアバランシェブレー
クダウンが支配するn型高耐圧MOSトランジスタは良
好な逆方向耐圧特性を示すことになることがわかる。
FIG. 8A shows that a voltage of -400 V is applied to the source electrode 15 of the n-type high breakdown voltage MOS transistor according to the second embodiment of the present invention, and a voltage of B is applied to the drain electrode 16.
N-type high breakdown voltage M according to the present invention when 0 V is applied as
FIG. 8B shows a simulation result of the potential distribution inside the OS transistor and the spread of the depletion layer. FIG. 8B shows that the source electrode 15 of the conventional n-type high breakdown voltage MOS transistor is supplied with -260 V as the voltage A and the drain electrode 16 is provided. Shows a simulation result of the potential distribution inside the transistor and the expansion of the depletion layer when 0 V is applied as the voltage B to the transistor. As can be seen from the simulation results, in the case of the conventional n-type high withstand voltage MOS transistor, FIG.
Under the conditions shown in (1), since 0 V is applied to both the n + -type semiconductor layer 11 and the semiconductor substrate 1, the interface between the p-type semiconductor layer 9 and the n -type semiconductor layer 3 at the pn junction The extending depletion layer cannot extend sufficiently to the n -type semiconductor layer 3 in the lower region of the n + -type semiconductor layer 11, and the extension of the depletion layer is suppressed, and the concentration of the internal electric field is not reduced.
While the reverse breakdown voltage characteristic of the n-type high breakdown voltage MOS transistor is greatly deteriorated, in the n-type high breakdown voltage MOS transistor according to the third embodiment of the present invention, the inside of the n -type semiconductor layer 3 is completely depleted. As a result, the potential distribution in the n -type semiconductor layer 3 becomes very gentle, the concentration of the internal electric field is reduced, and the n -type height in which the avalanche breakdown in the n -type semiconductor layer 3 is dominant. It can be seen that the withstand voltage MOS transistor exhibits good reverse withstand voltage characteristics.

【0041】このように、p型半導体層9等に与えた電
圧Aが負の大きな値となる場合において、SOI基板に
おける支持基板としての半導体基板1に一般的な0Vが
与えられ、n+型半導体層11に印加される電圧Bが0
Vとなる逆バイアス状態等において、n+型半導体層1
1と半導体基板1にはいずれも0Vが印加されており両
者の間に電位差がなくなるが、このような状態でも、n
--型半導体層3の底部に埋め込まれたp型半導体層14
が完全には空乏化されないようにすることで、空乏化さ
れないp型半導体層14が、n--型半導体層3の底部の
電位をほぼ一定に保つ働きをするとともに、p型半導体
層14とn--型半導体層3とで形成されるpn接合に印
加されている逆バイアスによって、p型半導体層14と
--型半導体層3とで形成されるpn接合からも空乏層
がn--型半導体層3側に伸びることになる。その結果、
--型半導体層3内における電界強度が緩和され、n型
高耐圧MOSトランジスタは良好な逆方向耐圧特性を示
すことになる。
As described above, when the voltage A applied to the p-type semiconductor layer 9 and the like has a large negative value, a general 0 V is applied to the semiconductor substrate 1 as a support substrate in the SOI substrate, and the n + -type When the voltage B applied to the semiconductor layer 11 is 0
In a reverse bias state where V is V, the n + type semiconductor layer 1
0 V is applied to both the semiconductor substrate 1 and the semiconductor substrate 1, and there is no potential difference between them.
- -type semiconductor layer 3 of the bottom p-type semiconductor layer is embedded in the portion 14
Is not completely depleted, the undepleted p-type semiconductor layer 14 functions to keep the potential at the bottom of the n -type semiconductor layer 3 almost constant, and the p-type semiconductor layer 14 n - type by semiconductor layer 3 and the reverse bias applied to the pn junction formed by a p-type semiconductor layer 14 n - depletion layer from the pn junction formed by type semiconductor layer 3 n - - so that the extending type semiconductor layer 3 side. as a result,
The electric field strength in the n -type semiconductor layer 3 is reduced, and the n-type high-breakdown-voltage MOS transistor exhibits excellent reverse breakdown voltage characteristics.

【0042】本実施形態においては、n--型半導体層の
抵抗が10Ω・cm、p型半導体層14の濃度が3×1
12/cm2 の場合、負電圧を印加した場合の逆方向耐
圧は、p型半導体層14がない場合よりも140V向上
し、負電圧を印加した場合でも、正電圧を印加した場合
と同等の逆方向耐圧特性が実現できる。
In this embodiment, the resistance of the n -type semiconductor layer is 10 Ω · cm, and the concentration of the p-type semiconductor layer 14 is 3 × 1.
In the case of 0 12 / cm 2 , the reverse breakdown voltage when a negative voltage is applied is improved by 140 V as compared with the case where the p-type semiconductor layer 14 is not provided. Even when a negative voltage is applied, it is the same as when a positive voltage is applied Can be realized.

【0043】図4は、本発明の第四の実施形態に係る横
型IGBTの要部断面図である。第三の実施形態のn型
高耐圧MOSトランジスタと同様にして形成された島状
のn --型半導体層3の中に、ゲート酸化膜7、ゲート電
極8、チャネル領域を形成するための第二の半導体層と
してのp型半導体層9、エミッタ電極19、エミッタ電
極19に接続されp型半導体層9に囲まれるように形成
されたn+型半導体層10、コレクタ電極20、コレク
タ電極20に接続されたp+型半導体層17、コレクタ
電極20に接続されたp+型半導体層17を取り囲むよ
うに形成されたn型半導体層18が設けられている。ま
た、p+型半導体層17の下には、n-型半導体層12、
チャネル領域を形成するための第二の半導体層としての
p型半導体層9とn+型半導体層10の間に離散的にn-
型半導体層13が設けられている。さらに、島状のn--
型半導体層3の底部には、埋め込まれたシリコン酸化膜
2との界面に第六の半導体層としてのp型半導体層14
が形成されている。この横型IGBTにおいても、p型
半導体層9とn--型半導体層3から構成されるpnダイ
オードの基本構成は等しいため、第二の実施形態のn型
高耐圧MOSトランジスタで得られた効果と同様の効果
が得られ、優れた逆方向耐圧特性を示す横型IGBTが
実現できる。
FIG. 4 shows a lateral view according to a fourth embodiment of the present invention.
It is principal part sectional drawing of type | mold IGBT. N-type of the third embodiment
An island formed in the same way as a high voltage MOS transistor
N -A gate oxide film 7 and a gate electrode
Pole 8, a second semiconductor layer for forming a channel region;
P-type semiconductor layer 9, emitter electrode 19,
Formed so as to be connected to the pole 19 and surrounded by the p-type semiconductor layer 9
Done n+Type semiconductor layer 10, collector electrode 20, collector
P connected to the data electrode 20+Type semiconductor layer 17, collector
P connected to electrode 20+Around the semiconductor layer 17
The n-type semiconductor layer 18 formed as described above is provided. Ma
, P+Below the type semiconductor layer 17, n-Type semiconductor layer 12,
As a second semiconductor layer for forming a channel region
p-type semiconductor layer 9 and n+N discretely between the semiconductor layers 10-
A type semiconductor layer 13 is provided. Furthermore, the island-like n-
Buried silicon oxide film at the bottom of the semiconductor layer 3
P-type semiconductor layer 14 as a sixth semiconductor layer at the interface with
Are formed. Also in this horizontal IGBT, the p-type
Semiconductor layer 9 and n-Pn die composed of semiconductor layer 3
Since the basic configurations of the odes are the same, the n-type of the second embodiment
Effects similar to those obtained with high voltage MOS transistors
And a lateral IGBT exhibiting excellent reverse breakdown voltage characteristics
realizable.

【0044】なお、本発明の実施形態においては、いず
れの場合においても、第一の半導体層としてn--型半導
体層を用いる場合について説明したが、第一の半導体層
としてp--型半導体層を用いても同様の効果が得られる
ことは言うまでもない。ただし、p-型半導体層を用い
た場合は島状の第一の半導体層の底部には、埋め込まれ
た第一の絶縁膜との界面に第四の半導体層としてn型半
導体層が形成される必要等がある。
In each of the embodiments of the present invention, the case where the n type semiconductor layer is used as the first semiconductor layer has been described, but the p type semiconductor layer is used as the first semiconductor layer. It goes without saying that the same effect can be obtained by using a layer. However, when a p type semiconductor layer is used, an n type semiconductor layer is formed as a fourth semiconductor layer at the interface with the embedded first insulating film at the bottom of the island-shaped first semiconductor layer. Need to be done.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第二の半
導体層と第三の半導体層との間に第五の半導体層を離散
的に設けることにより、第三の半導体層に正の高電圧を
印加した場合に、第一の絶縁膜から第三の半導体層に向
かって伸びる空乏層と、第二の半導体層から第三の半導
体層に向かって伸びる空乏層の伸びが同程度となり、第
一の半導体層の濃度がばらついても安定した逆耐圧特性
を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the fifth semiconductor layer is discretely provided between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer, so that the third semiconductor layer When a high voltage is applied, the depletion layer extending from the first insulating film toward the third semiconductor layer and the depletion layer extending from the second semiconductor layer toward the third semiconductor layer have the same extent. Thus, stable reverse breakdown voltage characteristics can be obtained even if the concentration of the first semiconductor layer varies.

【0046】また、第一の半導体層と第一の絶縁膜との
界面側の第一の半導体層内に多くの不純物を含ませた第
四の半導体層を形成することにより、第一の半導体層の
底部の電位がほぼ一定に保たれる一方、第四の半導体層
と第一の半導体層とで形成されるpn接合の空乏層を第
一の半導体層側に伸ばすことができるため、第一の半導
体層内における空乏層の均一な伸びを促進させ、良好な
逆方向耐圧特性を得ることができる。
Further, by forming a fourth semiconductor layer containing many impurities in the first semiconductor layer on the interface side between the first semiconductor layer and the first insulating film, the first semiconductor layer is formed. While the potential at the bottom of the layer is kept substantially constant, the depletion layer of the pn junction formed by the fourth semiconductor layer and the first semiconductor layer can be extended to the first semiconductor layer side. Uniform elongation of the depletion layer in one semiconductor layer can be promoted, and good reverse breakdown voltage characteristics can be obtained.

【0047】従って、本発明により、半導体基板に対し
て任意の逆バイアス状態でも安定した逆方向耐圧特性を
有する低ON抵抗の半導体装置が可能となる。
Therefore, according to the present invention, a semiconductor device having a low ON resistance and having a stable reverse breakdown voltage characteristic even in an arbitrary reverse bias state with respect to the semiconductor substrate can be realized.

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

【図1】本発明の第一の実施形態における半導体装置の
n型高耐圧MOSトランジスタの要部断面図
FIG. 1 is a sectional view of a main part of an n-type high-voltage MOS transistor of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;

【図2】本発明の第二の実施形態における半導体装置の
n型高耐圧MOSトランジスタの要部断面図
FIG. 2 is an essential part cross-sectional view of an n-type high breakdown voltage MOS transistor of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;

【図3】本発明の第三の実施形態における半導体装置の
n型高耐圧MOSトランジスタの要部断面図
FIG. 3 is a sectional view of a main part of an n-type high-voltage MOS transistor of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention;

【図4】本発明の第四の実施形態における半導体装置の
横型IGBTの要部断面図
FIG. 4 is a sectional view of a main part of a lateral IGBT of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention;

【図5】従来の半導体装置であるn型高耐圧MOSトラ
ンジスタの要部断面図
FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of an n-type high withstand voltage MOS transistor which is a conventional semiconductor device.

【図6】従来のn型高耐圧MOSトランジスタのソース
電極に0Vを与えた場合の高耐圧n型MOSトランジス
タの内部の電位分布および空乏層の広がりのシミュレー
ション結果を示す図
FIG. 6 is a diagram showing a simulation result of the potential distribution inside the high breakdown voltage n-type MOS transistor and the expansion of the depletion layer when 0 V is applied to the source electrode of the conventional n-type high breakdown voltage MOS transistor.

【図7】(a)ドレイン電極に400Vを与えた場合
の、本発明の実施形態におけるn型高耐圧MOSトラン
ジスタの内部の電位分布および空乏層の広がりのシミュ
レーション結果を示す図 (b)ドレイン電極に350Vを与えた場合の、従来の
n型高耐圧MOSトランジスタの内部の電位分布および
空乏層の広がりのシミュレーション結果を示す図
7A is a diagram showing a simulation result of the potential distribution inside the n-type high breakdown voltage MOS transistor and the expansion of the depletion layer in the embodiment of the present invention when 400 V is applied to the drain electrode; FIG. Showing simulation results of the potential distribution inside the conventional n-type high breakdown voltage MOS transistor and the spread of the depletion layer when 350 V is applied to the transistor

【図8】(a)ソース電極に−400Vを与えた場合
の、本発明の実施形態におけるn型高耐圧MOSトラン
ジスタの内部の電位分布および空乏層の広がりのシミュ
レーション結果を示す図 (b)ソース電極に−260Vを与えた場合の、従来の
n型高耐圧MOSトランジスタの内部の電位分布および
空乏層の広がりのシミュレーション結果を示す図
8A is a diagram showing a simulation result of the potential distribution inside the n-type high breakdown voltage MOS transistor and the expansion of the depletion layer in the embodiment of the present invention when -400 V is applied to the source electrode; FIG. The figure which shows the simulation result of the electric potential distribution inside the conventional n-type high voltage | pressure MOS transistor, and expansion of a depletion layer when -260V is applied to an electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 SOI基板における支持基板としての半導体基板 2 第一の絶縁膜としてのシリコン酸化膜 3 SOI基板の活性層となる第一の半導体層としての
--型半導体層 4 分離溝 5 第二の絶縁膜としてのシリコン酸化膜 6 ポリシリコン膜 7 ゲート酸化膜 8 ゲート電極 9 第二の半導体層としてのp型半導体層 10 n+型半導体層 11 第三の半導体層としてのn+型半導体層 12 第四の半導体層としてのn-型半導体層 13 第五の半導体層としてのn-型半導体層 14 第六の半導体層としてのp型半導体層 15 ソース電極 16 ドレイン電極 17 p+型半導体層 18 n型半導体層 19 エミッタ電極 20 コレクタ電極 101 SOI基板における支持基板としての半導体基
板 102 第一の絶縁膜としてのシリコン酸化膜 103 SOI基板の活性層となる第一の半導体層とし
てのn--型半導体層 104 分離溝 105 第二の絶縁膜としてのシリコン酸化膜 106 ポリシリコン膜 107 ゲート酸化膜 108 ゲート電極 109 第二の半導体層としてのp型半導体層 110 n+型半導体層 111 第三の半導体層としてのn+型半導体層 115 ソース電極 116 ドレイン電極
Reference Signs List 1 semiconductor substrate as support substrate in SOI substrate 2 silicon oxide film as first insulating film 3 n type semiconductor layer as first semiconductor layer serving as active layer of SOI substrate 4 separation groove 5 second insulation n + -type semiconductor layer of a p-type semiconductor layer 10 n + -type semiconductor layer 11 a third semiconductor layer of a silicon oxide film 6 a polysilicon film 7 gate oxide film 8 the gate electrode 9 a second semiconductor layer of the film 12 first n as fourth semiconductor layer - -type semiconductor layer 13 n of the fifth semiconductor layer - -type semiconductor layer 14 a sixth p-type semiconductor layer 15 source electrode 16 drain electrode of the semiconductor layer 17 p + -type semiconductor layer 18 n Type semiconductor layer 19 Emitter electrode 20 Collector electrode 101 Semiconductor substrate as support substrate in SOI substrate 102 Silicon oxide film as first insulating film 103 SOI N type semiconductor layer 104 serving as a first semiconductor layer serving as an active layer of a substrate 104 isolation trench 105 silicon oxide film serving as a second insulating film 106 polysilicon film 107 gate oxide film 108 gate electrode 109 second semiconductor layer p-type semiconductor layer 110 n + -type semiconductor layer 111 n + -type semiconductor layer 115 source electrode 116 drain electrode of a third semiconductor layer of a

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F110 AA13 BB12 DD05 DD13 GG02 GG12 HJ04 HJ07 HJ13 HJ23 NN62 QQ17  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F110 AA13 BB12 DD05 DD13 GG02 GG12 HJ04 HJ07 HJ13 HJ23 NN62 QQ17

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に第一の絶縁膜を介して第
1導電型の第一の半導体層を形成した半導体装置におい
て、前記第一の半導体層に前記第一の絶縁膜まで達する
分離溝と、前記分離溝の側壁に形成した第二の絶縁膜と
を有し、前記第一の半導体層の表面に形成された第2導
電型の第二の導電型半導体層と、前記第一の半導体層の
表面に形成された第1導電型の第三の導電型半導体層
と、前記第三の半導体層の下部に設けられた第1導電型
の第四の半導体層とを備えた半導体装置。
In a semiconductor device in which a first semiconductor layer of a first conductivity type is formed on a semiconductor substrate via a first insulating film, a separation reaching the first semiconductor layer to the first insulating film is provided. A trench, a second insulating film formed on a side wall of the isolation trench, a second conductivity type semiconductor layer of a second conductivity type formed on a surface of the first semiconductor layer; Comprising: a first conductivity type third conductivity type semiconductor layer formed on the surface of the first semiconductor type; and a first conductivity type fourth semiconductor layer provided below the third semiconductor layer. apparatus.
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、前
記第二の半導体層と前記第三の半導体層の間に第1導電
型の第五の半導体層を離散的に設けたことを特徴とする
半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a fifth semiconductor layer of a first conductivity type is discretely provided between said second semiconductor layer and said third semiconductor layer. Semiconductor device.
【請求項3】 請求項1記載の半導体装置において、前
記第一の半導体層と前記第一の絶縁膜との界面側の前記
第一の半導体層内に第2導電型の第六の半導体層を設け
たことを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a sixth semiconductor layer of a second conductivity type is provided in said first semiconductor layer on an interface side between said first semiconductor layer and said first insulating film. A semiconductor device comprising:
【請求項4】 請求項2記載の半導体装置において、前
記第一の半導体層と前記第一の絶縁膜との界面に前記第
一の半導体層とは異なる導電型を有する第六の半導体層
を設けたことを特徴とする半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 2, wherein a sixth semiconductor layer having a conductivity type different from that of the first semiconductor layer is provided at an interface between the first semiconductor layer and the first insulating film. A semiconductor device, comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US10062778B2 (en) 2007-09-10 2018-08-28 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device

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