JP2003086809A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2003086809A
JP2003086809A JP2001274664A JP2001274664A JP2003086809A JP 2003086809 A JP2003086809 A JP 2003086809A JP 2001274664 A JP2001274664 A JP 2001274664A JP 2001274664 A JP2001274664 A JP 2001274664A JP 2003086809 A JP2003086809 A JP 2003086809A
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JP
Japan
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layer
type
diffusion layer
semiconductor
drain
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001274664A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Sekino
充 関野
Masashi Watanabe
正志 渡辺
Tomoko Obata
知子 小畑
Akira Koshimizu
亮 小清水
Kazuyuki Umetsu
和之 梅津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Hitachi Solutions Technology Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi ULSI Systems Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi ULSI Systems Co Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2001274664A priority Critical patent/JP2003086809A/en
Publication of JP2003086809A publication Critical patent/JP2003086809A/en
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To secure 100 V or above of withstand voltage (source-to-drain withstand voltage) for a horizontal MISFET. SOLUTION: A semiconductor device comprises a semiconductor base on which a semiconductor layer of a first conductivity type is formed on a semiconductor substrate via an insulation layer, and a MISFET formed in the semiconductor layer. The MISFET comprises a channel diffusion layer of a second conductivity type formed in the semiconductor layer, a source diffusion layer of the first conductivity type formed in the channel diffusion layer, a drain field reducing layer of the first conductivity type formed in the semiconductor layer, being away from the channel diffusion layer, a drain diffusion layer of the first conductivity type formed in the drain field reducing layer, and a gate electrode formed on the channel diffusion layer via a gate insulation film. The cannel diffusion layer and the source diffusion layer are fixed to the same potential. The semiconductor layer is formed in a thickness of 3 μm or above and the insulation layer is formed in a thickness of 1 μm or above.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に、並列接続された複数のMISFETを有する
半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。 【0002】 【従来の技術】半導体装置として、論理演算回路や制御
回路等の集積回路と共にパワーMOSFET(Metal
Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
)と呼称される高電圧素子を同一の半導体基体に混載
したパワーIC(Integrated Circuit)が知られてい
る。パワーMOSFETは、微細パターンのMOSFE
Tからなるトランジスタセルを複数並列に接続して大電
力を得る構成になっている。ここで、MOSFETとは
ゲート絶縁膜が酸化シリコン膜からなる絶縁ゲート型電
界効果トランジスタのことである。MOSFETにおい
ては一般的に横型と縦型に大別でき、電流が半導体基体
の表面方向に流れるものを横型、半導体基体の厚さ方向
(深さ方向)に流れるものを縦型と呼んでいる。また、
MOSFETにおいてはn型(nチャネル導電型〉とp
型(pチャネル導電型)に大別でき、ゲート電極下に電
子のチャネル(通路)ができるものをn型、正孔のチャ
ネルができるものをp型と呼んでいる。 【0003】なお、パワーICについては、例えば「El
ectronic Design/December 17,1999 P83、Intelligent
Power Ics Tout System-Level Integration、STMicro E
lectronics」に記載されている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車業界
は欧米を中心に低燃費化のため車体重量を低減する傾向
にあり、従来の油圧制御から電気制御システムへの転換
を図っている。電気制御系の供給電源バッテリを3倍に
電源容量アップし、これに搭載するパワーICの使用は
耐圧80V(室温100V)及び消費電力低減のための
低オン抵抗化が同時要求されている。 【0005】従来の耐圧60V以下では、耐圧確保に有
利な縦型二重拡散(Vertical Double Diffusion Se
lf-aligned)構造のMOSFET(LD−MOSFE
T)を用いている。しかしながら、高耐圧化と低オン抵
抗化はトレードオフの関係にあるため、オン抵抗を抑え
て耐圧を100Vまで高めるには低オン抵抗化に有利な
横型二重拡散(Lateral Double Diffusion Self-al
igned )構造のMOSFET(LD−MOSFET)を
用いることが有効である。 【0006】本発明の目的は、横型MISFETの耐圧
(ソース/ドレイン間耐圧)を100V以上確保するこ
とが可能な技術を提供することにある。 【0007】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。 【0008】 【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。 【0009】半導体基板上に絶縁層を介在して第1導電
型の半導体層が形成された半導体基体と、前記半導体層
に形成されたMISFETとを有し、前記MISFET
は、前記半導体層に形成された第2導電型のチャネル拡
散層と、前記チャネル拡散層に形成された第1導電型の
ソース拡散層と、前記チャネル拡散層から離間して前記
半導体層に形成された第1導電型のドレイン電界緩和層
と、前記ドレイン電界緩和層に形成された第1導電型の
ドレイン拡散層と、前記チャネル拡散層上にゲート絶縁
膜を介在して形成されたゲート電極とを有し、前記チャ
ネル拡散層及び前記ソース拡散層は同電位に電位固定さ
れる半導体装置であって、前記半導体層は3μ以上の厚
さで形成され、前記絶縁層は1μ以上の厚さで形成され
ている。 【0010】 【発明の実施の形態】以下、本発明の構成について、パ
ワーIC(半導体装置)に本発明を適用した実施の形態
とともに説明する。なお、実施の形態を説明するための
図面において、同一機能を有するものは同一符号を付
け、その繰り返しの説明は省略する。 【0011】図1は、本発明の一実施形態であるパワー
ICの平面レイアウト図であり、図2は、図1の高電圧
素子部における要部平面図であり、図3は、図2のa−
a線に沿う要部断面図であり、図4は、MOSFETの
ドレイン/基板間印加電圧で決まる耐圧特性図である。 【0012】本実施形態のパワーICは、図1に示すよ
うに、半導体基体1の一主面に、論理演算回路部15
と、制御回路部16と、高電圧素子部17とを有する構
成になっている。高電圧素子部17には例えばnチャネ
ル導電型のパワーMOSFET−PWが搭載されてい
る。パワーMOSFET−PWは、図2に示す微細パタ
ーンのMOSFET(トランジスタセル)−18を複数
並列に接続して大電力を得る構成になっている。 【0013】半導体基体1は、図3に示すように、例え
ば、単結晶シリコンからなるp型半導体基板1aと、酸
化シリコン膜からなり、p型半導体基板1a上に形成さ
れた絶縁層(埋め込み酸化膜:Buried Oxide(BO
X))1bと、単結晶シリコンからなり、絶縁層1b上
に形成されたn型半導体層1cとを有する構成になって
いる。即ち、半導体基体1は、絶縁層1b上にシリコン
層が形成されたSOI構造になっている。 【0014】n型半導体層1cの主面にはフィールド絶
縁膜2によって区画された複数の活性領域が形成されて
いる。この複数の活性領域の夫々には、図2及び図3に
示すように、微細パターンのMOSFET−18が形成
されている。 【0015】MOSFET−18は、主に、n型ドレイ
ン電界緩和層3、ゲート絶縁膜4と、ゲート電極5と、
p型チャネル拡散層6と、n型ソース層7と、n型ドレ
イン層8と、チャネル電位固定用p型拡散層9とを有す
る構成になっている。 【0016】p型チャネル拡散層6はn型半導体層1c
に形成され、n型ソース層7及びチャネル電位固定用p
型拡散層9はn型半導体層1cに形成され、n型ドレイ
ン電界緩和層3はp型チャネル拡散層6からn型半導体
層1cの平面方向に離間してn型半導体層1cに形成さ
れ、n型ドレイン層8はn型ドレイン電界緩和層3に形
成されている。n型ドレイン電界緩和層3及びp型チャ
ネル拡散層6は、n型半導体層1cよりも高い不純物濃
度で形成されている。n型ソース層7、n型ドレイン層
8及びチャネル電位固定用p型拡散層9は、n型ドレイ
ン電界緩和層3及びp型チャネル拡散層6よりも高い不
純物濃度で形成されている。チャネル電位固定用p型拡
散層9はn型ソース層7に接して形成されている。 【0017】ゲート絶縁膜4はフィールド絶縁膜2に接
して活性領域上に形成され、ゲート電極5はゲート絶縁
膜4上及びフィールド絶縁膜2上に形成されている。ゲ
ート絶縁膜4及びフィールド絶縁膜2は例えば酸化シリ
コン膜で形成され、ゲート電極5は例えば抵抗値を低減
する不純物が導入された多結晶シリコン膜で形成されて
いる。ゲート電極5はフィールド絶縁膜2の端部に沿っ
て連続的に延在し、その平面形状は枠状になっている。 【0018】p型チャネル拡散層6はn型半導体層1c
にゲート電極5に対して自己整合で不純物(例えばボロ
ン(B))を導入することによって形成され、n型ソー
ス層7はp型チャネル拡散層6にゲート電極5に対して
自己整合で不純物(例えば砒素(As))を導入するこ
とによって形成される。即ち、MOSFET−18は横
型二重拡散構造(LD構造)になっている。 【0019】n型ソース層7及びチャネル電位固定用p
型拡散層9には、層間絶縁膜10に形成された接続孔を
通してソース配線11が電気的に接続されている。n型
ドレイン層8には、層間絶縁膜10に形成された接続孔
を通してドレイン配線12が電気的に接続される。 【0020】絶縁層(BOX)1bは約1μm程度の厚
さで形成され、n型半導体層1cは約3μm程度の厚さ
で形成され、n型ドレイン電界緩和層3は約2μm程度
の厚さ(拡散深さ)で形成されている。 【0021】nチャネル導電型LD−MOSFET−1
8の耐圧(BVDSS)は、n型ソース層7とp型チャ
ネル拡散層6とを短絡し、n型ドレイン層8とp型チャ
ネル拡散層6との間に逆バイアス電位を印加した条件で
測定する。p型半導体基板1aには、p型チャネル拡散
層6、n型ソース層7及びゲート電極5と同電位のグラ
ンド電位V1が印加される。 【0022】上記の条件において、n型ドレイン層8に
正電位V2を印加すると、n型半導体層1cに形成され
る空乏層がRESURF(Reduced Surface Elecrti
c Field:表面電界緩和)層になり、n型半導体層1c
とp型チャネル拡散層6との接合部における電界を緩和
する効果がある。従って、ソース/ドレイン間方向にお
けるフィールド絶縁膜2の長さLoffに比例してソー
ス/ドレイン間の横方向電界が緩和され、ソース/ドレ
イン間の耐圧BVDSSは向上する。一方、ドレイン/
基板間からなる縦方向電界はn型ドレイン電界緩和層3
から基板間の拡散層にできる空乏層に集中するため、L
offには依存しない。従って、n型ドレイン電界緩和
層3の直下にできる空乏層を必要なソース/ドレイン間
の耐圧BVDSSに応じて確保する必要がある。 【0023】n型ドレイン電界緩和層3は不純物として
燐(P)をイオン注入してp型チャネル拡散層6と同時
に拡散するため約2μm程度の深さになる。このため、
縦方向電圧からなる電界に耐えるためにはn型半導体層
1cの厚さが3.0μm以上必要になる。 【0024】絶縁層1bは上記のドレイン/基板間から
なる縦方向電界を吸収する重要な役割を果たす。但し、
基板側が負電位になるため、絶縁層1bとn型半導体層
1cとの間の界面にp型反転層が形成される。p型反転
層形成電圧ΔVは絶縁層1bの容量C及びn型半導体層
1cの濃度Nに依存し、次式の比例関係にある。 【0025】 【数1】ΔV∝√N・1/C=√N・T/εεsi T:絶縁層1bの厚さ 前述のMOSFET−18についてデバイスシミュレー
ションした結果、ドレイン/基板間からなる縦方向耐圧
≧100Vを得るためには絶縁層1bの厚さが1μm以
上必要であることが分かった。図4はMOSFET−1
8のドレイン/基板間印加電圧で決まる耐圧特性図(L
off:∞でのデバイスシミュレーション結果)であ
る。また、図4の耐圧シミュレーションでは、Epi層
の厚さ、即ちn型半導体層1cの厚さとドレイン−ソー
ス間耐圧BVDSSに依存性が有ることが判る。 【0026】即ち、n型半導体層1cの厚さを3μm以
上とすることにより、n型ドレイン層8の周りのn型ド
レイン電界緩和層3からn型半導体層1cと絶縁層1b
との間の界面に伸びる空乏層を1μm以上確保し、n型
半導体層1cとn型ドレイン電界緩和層3との間の耐圧
を30V以上確保できる。 【0027】さらに、絶縁層1bの厚さを1μm以上と
することにより、p型半導体基板1aの負電位によって
絶縁層1bとn型半導体層1cとの間の界面に発生する
p型反転層の電位を70V以上確保できる。 【0028】よって、n型半導体層1cの厚さを3.0
μm以上とし、絶縁層1bの厚さを1.0μm以上とす
ることにより、耐圧100V以上を有するMOSFET
−18が得られる。図4の耐圧シミュレーションでは、
当構造により、BVDSS≧160Vを得ている。但
し、三次元シミュレーションでは、BVDSS≧120
Vとなる。 【0029】なお、絶縁層1bとn型半導体層1cとの
間の界面に発生するp型反転層に対しては、p型半導体
基板1aを高抵抗(低濃度)とする方法も効果がある。
p型半導体基板1aとn型半導体層1cは絶縁層1bで
絶縁されているため、電気的な制約はそれ程ない。従っ
て、低濃度p型半導体基板1aを使うことにより、絶縁
層1bとp型半導体基板1aとの間にできる空乏層を広
げ、この空乏層の容量を小さくして寄生p型反転し難く
する方法も考えられる。 【0030】寄生p型反転し難くするにはn型半導体層
1cの濃度を高く(濃く)する方法がある。しかし、n
型半導体層1cは前述したRESURFとして用いてお
り、濃度を濃くすることにより、この効果が消失する可
能性があるため難しい。従って、絶縁層1bとn型半導
体層1cとの間の界面部に高濃度n型拡散層を選択的に
形成する方法が有効である。 【0031】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、
前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論で
ある。 【0032】例えば、本発明は、複数のn型MOSFE
Tを並列に接続したパワーMOSFETを有する半導体
装置に適用できる。 【0033】また、本発明は、酸化シリコン膜が窒化処
理されたゲート絶縁膜を有するMISFETを複数並列
に接続したパワーMISFETを有する半導体装置に適
用できる。 【0034】また、本発明は、p型MOSFETを有す
る半導体装置に適用できる。 【0035】 【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。 【0036】横型MISFETの耐圧(ソース/ドレイ
ン間耐圧)を100V以上確保することが可能となる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a technology effective when applied to a semiconductor device having a plurality of MISFETs connected in parallel. 2. Description of the Related Art As a semiconductor device, a power MOSFET (Metal) is used together with an integrated circuit such as a logical operation circuit and a control circuit.
Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
A power IC (Integrated Circuit) in which a high voltage element referred to as) is mounted on the same semiconductor substrate is known. Power MOSFET is a fine pattern MOSFE
The configuration is such that a plurality of transistor cells made of T are connected in parallel to obtain large power. Here, the MOSFET is an insulated gate field effect transistor in which the gate insulating film is made of a silicon oxide film. In general, MOSFETs can be roughly classified into a horizontal type and a vertical type. A MOSFET in which a current flows in the surface direction of a semiconductor substrate is called a horizontal type, and a MOSFET in a thickness direction (depth direction) of the semiconductor substrate is called a vertical type. Also,
In MOSFET, n-type (n-channel conductivity type) and p-type
A type in which an electron channel (passage) is formed under a gate electrode is called an n-type, and a type in which a hole channel is formed is called a p-type. As for the power IC, for example, “El
ectronic Design / December 17,1999 P83, Intelligent
Power Ics Tout System-Level Integration, STMicro E
electronics ". [0004] By the way, the automobile industry tends to reduce the weight of the vehicle body in order to reduce fuel consumption mainly in Europe and the United States, and is trying to switch from the conventional hydraulic control to an electric control system. . The power supply battery of the electric control system is tripled in power supply capacity, and the use of a power IC mounted thereon requires a withstand voltage of 80 V (room temperature 100 V) and a low on-resistance to reduce power consumption at the same time. [0005] At a conventional withstand voltage of 60 V or less, Vertical Double Diffusion Se is advantageous for ensuring a withstand voltage.
lf-aligned) MOSFET (LD-MOSFE)
T). However, since high breakdown voltage and low on-resistance are in a trade-off relationship, lateral double diffusion (Self-al) is advantageous for low on-resistance in order to suppress the on-resistance and increase the breakdown voltage to 100 V.
It is effective to use a MOSFET (LD-MOSFET) having an igned) structure. An object of the present invention is to provide a technique capable of securing a withstand voltage (source / drain withstand voltage) of a lateral MISFET of 100 V or more. The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings. Means for Solving the Problems Of the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows. A semiconductor substrate having a first conductivity type semiconductor layer formed on a semiconductor substrate with an insulating layer interposed therebetween, and a MISFET formed on the semiconductor layer;
Forming a second conductivity type channel diffusion layer formed in the semiconductor layer, a first conductivity type source diffusion layer formed in the channel diffusion layer, and forming the second conductivity type channel diffusion layer in the semiconductor layer apart from the channel diffusion layer A drain electric field relaxation layer of the first conductivity type, a drain diffusion layer of the first conductivity type formed on the drain electric field relaxation layer, and a gate electrode formed on the channel diffusion layer with a gate insulating film interposed therebetween. Wherein the channel diffusion layer and the source diffusion layer are fixed at the same potential, wherein the semiconductor layer is formed with a thickness of 3 μ or more, and the insulating layer is formed with a thickness of 1 μ or more. It is formed with. The structure of the present invention will be described below together with an embodiment in which the present invention is applied to a power IC (semiconductor device). In the drawings for describing the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and a repeated description thereof will be omitted. FIG. 1 is a plan layout view of a power IC according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a main part of a high voltage element section of FIG. 1, and FIG. a-
FIG. 4 is a sectional view of a main part along line a, and FIG. 4 is a breakdown voltage characteristic diagram determined by a voltage applied between the drain and the substrate of the MOSFET. As shown in FIG. 1, a power IC according to this embodiment includes a logic operation circuit section 15 on one main surface of a semiconductor substrate 1.
, A control circuit section 16 and a high-voltage element section 17. For example, an n-channel conductivity type power MOSFET-PW is mounted on the high voltage element section 17. The power MOSFET-PW is configured to obtain a large power by connecting a plurality of MOSFETs (transistor cells) -18 having a fine pattern shown in FIG. 2 in parallel. As shown in FIG. 3, the semiconductor substrate 1 is composed of, for example, a p-type semiconductor substrate 1a made of single-crystal silicon and a silicon oxide film, and an insulating layer (buried oxide) formed on the p-type semiconductor substrate 1a. Membrane: Bured Oxide (BO
X)) 1b, and an n-type semiconductor layer 1c made of single-crystal silicon and formed on the insulating layer 1b. That is, the semiconductor substrate 1 has an SOI structure in which a silicon layer is formed on the insulating layer 1b. On the main surface of the n-type semiconductor layer 1c, a plurality of active regions partitioned by the field insulating film 2 are formed. As shown in FIGS. 2 and 3, a fine pattern MOSFET-18 is formed in each of the plurality of active regions. The MOSFET-18 mainly includes an n-type drain electric field relaxation layer 3, a gate insulating film 4, a gate electrode 5,
The structure includes a p-type channel diffusion layer 6, an n-type source layer 7, an n-type drain layer 8, and a p-type diffusion layer 9 for fixing channel potential. The p-type channel diffusion layer 6 is an n-type semiconductor layer 1c
And the n-type source layer 7 and the channel potential fixing p
The n-type diffusion layer 9 is formed in the n-type semiconductor layer 1c, and the n-type drain electric field relaxation layer 3 is formed in the n-type semiconductor layer 1c apart from the p-type channel diffusion layer 6 in the plane direction of the n-type semiconductor layer 1c. The n-type drain layer 8 is formed on the n-type drain electric field relaxation layer 3. The n-type drain electric field relaxation layer 3 and the p-type channel diffusion layer 6 are formed with a higher impurity concentration than the n-type semiconductor layer 1c. The n-type source layer 7, the n-type drain layer 8, and the p-type diffusion layer 9 for fixing the channel potential are formed with a higher impurity concentration than the n-type drain electric field relaxation layer 3 and the p-type channel diffusion layer 6. The channel potential fixing p-type diffusion layer 9 is formed in contact with the n-type source layer 7. The gate insulating film 4 is formed on the active region in contact with the field insulating film 2, and the gate electrode 5 is formed on the gate insulating film 4 and the field insulating film 2. The gate insulating film 4 and the field insulating film 2 are formed of, for example, a silicon oxide film, and the gate electrode 5 is formed of, for example, a polycrystalline silicon film into which an impurity for reducing a resistance value is introduced. The gate electrode 5 extends continuously along the end of the field insulating film 2 and has a frame shape in plan view. The p-type channel diffusion layer 6 is an n-type semiconductor layer 1c
The n-type source layer 7 is formed by introducing an impurity (for example, boron (B)) into the p-type channel diffusion layer 6 by self-alignment with the gate electrode 5. For example, it is formed by introducing arsenic (As). That is, the MOSFET-18 has a horizontal double diffusion structure (LD structure). N-type source layer 7 and channel potential fixing p
Source wiring 11 is electrically connected to mold diffusion layer 9 through a connection hole formed in interlayer insulating film 10. A drain wiring 12 is electrically connected to the n-type drain layer 8 through a connection hole formed in the interlayer insulating film 10. The insulating layer (BOX) 1b is formed with a thickness of about 1 μm, the n-type semiconductor layer 1c is formed with a thickness of about 3 μm, and the n-type drain electric field relaxation layer 3 is formed with a thickness of about 2 μm. (Diffusion depth). N-channel conductivity type LD-MOSFET-1
8 is measured under the condition that the n-type source layer 7 and the p-type channel diffusion layer 6 are short-circuited and a reverse bias potential is applied between the n-type drain layer 8 and the p-type channel diffusion layer 6. I do. A ground potential V1 having the same potential as the p-type channel diffusion layer 6, the n-type source layer 7, and the gate electrode 5 is applied to the p-type semiconductor substrate 1a. Under the above conditions, when a positive potential V2 is applied to the n-type drain layer 8, the depletion layer formed in the n-type semiconductor layer 1c becomes RESURF (Reduced Surface Elecrti).
c Field: surface field relaxation) layer, and n-type semiconductor layer 1c
This has the effect of relaxing the electric field at the junction between the gate electrode and the p-type channel diffusion layer 6. Therefore, the lateral electric field between the source and the drain is reduced in proportion to the length Loff of the field insulating film 2 in the direction between the source and the drain, and the withstand voltage BVDSS between the source and the drain is improved. On the other hand, drain /
The vertical electric field between the substrates is an n-type drain electric field relaxation layer 3
To concentrate on the depletion layer formed in the diffusion layer between the substrate and
It does not depend on off. Therefore, it is necessary to secure a depletion layer formed immediately below the n-type drain electric field relaxation layer 3 according to the required source-drain breakdown voltage BVDSS. The n-type drain electric field relaxation layer 3 has a depth of about 2 μm because phosphorus (P) is ion-implanted as an impurity and diffused simultaneously with the p-type channel diffusion layer 6. For this reason,
In order to withstand an electric field composed of a vertical voltage, the thickness of the n-type semiconductor layer 1c needs to be 3.0 μm or more. The insulating layer 1b plays an important role of absorbing the vertical electric field between the drain and the substrate. However,
Since the substrate side has a negative potential, a p-type inversion layer is formed at the interface between the insulating layer 1b and the n-type semiconductor layer 1c. The p-type inversion layer formation voltage ΔV depends on the capacitance C of the insulating layer 1b and the concentration N of the n-type semiconductor layer 1c, and has the following proportional relationship. ΔV∝√N · 1 / C = √N · T / ε 0 ε si T: Thickness of Insulating Layer 1b As a result of device simulation of the above-mentioned MOSFET-18, it is composed of a portion between the drain and the substrate. It has been found that the thickness of the insulating layer 1b needs to be 1 μm or more in order to obtain a vertical breakdown voltage of ≧ 100V. Figure 4 shows MOSFET-1
8 withstand voltage characteristics determined by the drain-substrate applied voltage (L
off: device simulation result at ∞). Further, in the breakdown voltage simulation of FIG. 4, it is found that the thickness of the Epi layer, that is, the thickness of the n-type semiconductor layer 1c and the drain-source breakdown voltage BVDSS have a dependency. That is, when the thickness of the n-type semiconductor layer 1c is set to 3 μm or more, the n-type semiconductor layer 1c and the insulating layer 1b are removed from the n-type drain electric field relaxation layer 3 around the n-type drain layer 8.
And a depletion layer extending to the interface between the n-type semiconductor layer 1c and the n-type drain electric field relaxation layer 3 can be secured to 30 V or more. Further, by setting the thickness of the insulating layer 1b to 1 μm or more, the p-type inversion layer generated at the interface between the insulating layer 1b and the n-type semiconductor layer 1c due to the negative potential of the p-type semiconductor substrate 1a. A potential of 70 V or more can be secured. Therefore, the thickness of the n-type semiconductor layer 1c is set to 3.0
By setting the thickness of the insulating layer 1b to 1.0 μm or more, the MOSFET having a withstand voltage of 100 V or more
-18 is obtained. In the withstand voltage simulation of FIG.
With this structure, BVDSS ≧ 160V is obtained. However, in the three-dimensional simulation, BVDSS ≧ 120
V. Incidentally, for the p-type inversion layer generated at the interface between the insulating layer 1b and the n-type semiconductor layer 1c, a method of increasing the resistance (low concentration) of the p-type semiconductor substrate 1a is also effective. .
Since the p-type semiconductor substrate 1a and the n-type semiconductor layer 1c are insulated by the insulating layer 1b, there is not much electrical restriction. Accordingly, by using the low-concentration p-type semiconductor substrate 1a, a depletion layer formed between the insulating layer 1b and the p-type semiconductor substrate 1a is expanded, and the capacitance of the depletion layer is reduced to make it difficult for parasitic p-type inversion to occur. Is also conceivable. There is a method of making the concentration of the n-type semiconductor layer 1c higher (higher) in order to make the parasitic p-type inversion harder. But n
The type semiconductor layer 1c is used as the above-mentioned RESURF, and it is difficult to increase the concentration because the effect may be lost. Therefore, it is effective to selectively form a high-concentration n-type diffusion layer at the interface between the insulating layer 1b and the n-type semiconductor layer 1c. As described above, the invention made by the present inventor is:
Although specifically described based on the embodiment, the present invention
It is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously changed without departing from the gist thereof. For example, the present invention provides a plurality of n-type MOSFETs.
The present invention can be applied to a semiconductor device having a power MOSFET in which T is connected in parallel. The present invention can be applied to a semiconductor device having a power MISFET in which a plurality of MISFETs each having a gate insulating film in which a silicon oxide film is nitrided are connected in parallel. The present invention can be applied to a semiconductor device having a p-type MOSFET. The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows. It is possible to secure the withstand voltage (source / drain withstand voltage) of the lateral MISFET of 100 V or more.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施形態であるパワーIC(半導体
装置)の平面レイアウト図である。 【図2】図1の高電圧素子部における要部平面図であ
る。 【図3】図2のa−a線に沿う要部断面図である。 【図4】MOSFET−18のドレイン/基板間印加電
圧で決まる耐圧特性図である。 【符号の説明】 1…半導体基体、1a…p型半導体基板、1b…絶縁
層、1c…n型半導体層、2…フィールド絶縁膜、3…
n型ドレイン電界緩和層、4…ゲート絶縁膜、5…ゲー
ト電極、6…p型チャネル拡散層、7…n型ソース層、
8…n型ドレイン層、9…チャネル電位固定用p型拡散
層、10…層間絶縁膜、11…ソース配線、12…ドレ
イン配線、18…MOSFET、PW…パワーMOSF
ET。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a plan layout diagram of a power IC (semiconductor device) according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of a main part of the high-voltage element section of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part along the line aa in FIG. 2; FIG. 4 is a breakdown voltage characteristic diagram determined by a voltage applied between a drain and a substrate of MOSFET-18. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... semiconductor substrate, 1a ... p-type semiconductor substrate, 1b ... insulating layer, 1c ... n-type semiconductor layer, 2 ... field insulating film, 3 ...
n-type drain electric field relaxation layer, 4 ... gate insulating film, 5 ... gate electrode, 6 ... p-type channel diffusion layer, 7 ... n-type source layer,
8 n-type drain layer, 9 p-type diffusion layer for fixing channel potential, 10 interlayer insulating film, 11 source wiring, 12 drain wiring, 18 MOSFET, PW power MOSF
ET.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関野 充 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 (72)発明者 渡辺 正志 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 (72)発明者 小畑 知子 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 (72)発明者 小清水 亮 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 梅津 和之 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 Fターム(参考) 5F048 AA05 AC01 BA09 BB01 BB05 BC07 BE09 5F110 AA01 AA13 BB12 BB20 CC02 DD05 DD13 DD24 EE09 EE24 FF02 FF26 GG02 GG12 GG24 GG60 HM12    ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Mitsuru Sekino             5-22-1, Kamizu Honcho, Kodaira City, Tokyo             Hitachi, Ltd. LSI System             Inside (72) Inventor Masashi Watanabe             5-22-1, Kamizu Honcho, Kodaira City, Tokyo             Hitachi, Ltd. LSI System             Inside (72) Inventor Tomoko Obata             5-22-1, Kamizu Honcho, Kodaira City, Tokyo             Hitachi, Ltd. LSI System             Inside (72) Inventor Ryo Koshimizu             5-20-1, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo             Hitachi, Ltd. Semiconductor Group (72) Inventor Kazuyuki Umezu             5-20-1, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo             Hitachi, Ltd. Semiconductor Group F term (reference) 5F048 AA05 AC01 BA09 BB01 BB05                       BC07 BE09                 5F110 AA01 AA13 BB12 BB20 CC02                       DD05 DD13 DD24 EE09 EE24                       FF02 FF26 GG02 GG12 GG24                       GG60 HM12

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 半導体基板上に絶縁層を介在して第1導
電型の半導体層が形成された半導体基体と、前記半導体
層に形成されたMISFETとを有し、 前記MISFETは、前記半導体層に形成された第2導
電型のチャネル拡散層と、前記チャネル拡散層に形成さ
れた第1導電型のソース拡散層と、前記チャネル拡散層
から離間して前記半導体層に形成された第1導電型のド
レイン電界緩和層と、前記ドレイン電界緩和層に形成さ
れた第1導電型のドレイン拡散層と、前記チャネル拡散
層上にゲート絶縁膜を介在して形成されたゲート電極と
を有し、 前記チャネル拡散層及び前記ソース拡散層は同電位に電
位固定される半導体装置であって、 前記半導体層は3μm以上の厚さで形成され、前記絶縁
層は1μm以上の厚さで形成されていることを特徴とす
る半導体装置。
1. A semiconductor substrate having a semiconductor layer of a first conductivity type formed on a semiconductor substrate with an insulating layer interposed therebetween, and a MISFET formed on the semiconductor layer. The MISFET includes a second conductivity type channel diffusion layer formed in the semiconductor layer, a first conductivity type source diffusion layer formed in the channel diffusion layer, and a semiconductor diffusion layer separated from the channel diffusion layer. A first conductivity type drain electric field relaxation layer formed; a first conductivity type drain diffusion layer formed on the drain electric field relaxation layer; and a gate formed on the channel diffusion layer with a gate insulating film interposed therebetween. An electrode, wherein the channel diffusion layer and the source diffusion layer are fixed in potential at the same potential, wherein the semiconductor layer is formed with a thickness of 3 μm or more, and the insulating layer is formed with a thickness of 1 μm or more. By Wherein a being made.
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