JP2005085959A - Semiconductor device, and its driving and manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for driving a semiconductor device capable of suppressing the occurrence of a leakage current even for a well depth to the extent to a depletion when a high voltage is applied to a high withstand voltage MOSFET, and capable of decreasing the number of manufacturing processes of the semiconductor device. <P>SOLUTION: In driving the semiconductor device, a voltage having the equivalent sign as a drain voltage applied to a drain region 8 of a transistor is applied to a region 2 existing in the vicinity of the well and having the same conductive type as the drain region. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置の駆動方法に関する発明であって、より特定的には、半導体基板にトランジスタが形成された半導体装置の駆動方法に関する発明である。   The present invention relates to a method for driving a semiconductor device, and more particularly to a method for driving a semiconductor device in which a transistor is formed on a semiconductor substrate.

高耐圧MOSFETは、液晶ディスプレイのドライバーとして使用されることが多い。近年、液晶ディスプレイにおいては、高精細化、低消費電力化および大画面化が進んでいる。その結果、当該液晶ディスプレイに用いられるドライバーは、ますます、高耐圧、低消費電力が要求されるようになってきている。   High breakdown voltage MOSFETs are often used as drivers for liquid crystal displays. In recent years, liquid crystal displays have been developed with higher definition, lower power consumption, and larger screens. As a result, drivers used for the liquid crystal display are increasingly required to have a high breakdown voltage and low power consumption.

ここで、上述したようなドライバーとして、同一の半導体基板上に、低耐圧MOSFETと高耐圧MOSFETとが併設された半導体装置が存在する。高耐圧MOSFETは、CMOSを構成し、半導体チップ内部と外部の回路と接続する周辺回路に用いられる。また、低耐圧MOSFETは、CMOSを構成し、高耐圧MOSFETを制御するための回路に用いられる。以下に、図面を参照しながら、上記半導体チップに用いられる高耐圧MOSFETおよび低耐圧MOSFETの構成を説明する。図6(a)は、高耐圧MOSFETの断面構造を示した図である。図6(b)は、低耐圧MOSFETの断面構造を示した図である。なお、図6において、高耐圧MOSFETと低耐圧MOSFETとは、別々に記載されているが、これらは、同一の半導体基板上に形成されているものとする。   Here, as a driver as described above, there is a semiconductor device in which a low breakdown voltage MOSFET and a high breakdown voltage MOSFET are provided on the same semiconductor substrate. The high breakdown voltage MOSFET constitutes a CMOS and is used for a peripheral circuit connected to the inside and outside of the semiconductor chip. The low breakdown voltage MOSFET constitutes a CMOS and is used in a circuit for controlling the high breakdown voltage MOSFET. Hereinafter, the configuration of the high voltage MOSFET and the low voltage MOSFET used in the semiconductor chip will be described with reference to the drawings. FIG. 6A is a diagram showing a cross-sectional structure of the high voltage MOSFET. FIG. 6B is a diagram showing a cross-sectional structure of the low breakdown voltage MOSFET. In FIG. 6, the high breakdown voltage MOSFET and the low breakdown voltage MOSFET are described separately, but these are formed on the same semiconductor substrate.

図6(a)に示すトランジスタは、高耐圧NchMOSFETと高耐圧PchMOSFETとが左右に並べて配置されたCMOSである。ここで、図6(a)の右側のトランジスタが、高耐圧PchMOSFETであり、図6(a)の左側のトランジスタが、高耐圧NchMOSFETである。   The transistor shown in FIG. 6A is a CMOS in which a high breakdown voltage Nch MOSFET and a high breakdown voltage Pch MOSFET are arranged side by side. Here, the right transistor in FIG. 6A is a high breakdown voltage PchMOSFET, and the left transistor in FIG. 6A is a high breakdown voltage NchMOSFET.

P型の半導体基板101の表面には、N型ウエル102が形成される。当該N型ウエル102の表面上には、高耐圧NchMOSFETおよび高耐圧PchMOSFETが形成される。まず、高耐圧NchMOSFETについて説明する。   An N-type well 102 is formed on the surface of the P-type semiconductor substrate 101. On the surface of the N-type well 102, a high breakdown voltage Nch MOSFET and a high breakdown voltage Pch MOSFET are formed. First, the high breakdown voltage Nch MOSFET will be described.

N型ウエル102の左半分には、P型ウエル103が形成される。さらに、当該P型ウエル103の表面には、N型ソース拡散107a、N型ドレイン拡散107b、ガードバンドP型拡散層108およびLOCOS酸化膜109a〜fが形成されている。さらに、LOCOS酸化膜109a〜fの下には、N型オフセット拡散層104、P型チャンネルストップ拡散層105およびN型チャンネルストップ拡散層106が形成されている。ここで、N型オフセット拡散層104は、N型ソース拡散107a、N型ドレイン拡散107bの両脇に形成される。また、LOCOS酸化膜109cおよびdの一部ならびにゲート酸化膜111を覆うように、ゲート電極ポリシリコン110が形成される。また、N型オフセット拡散層104に接するように、P型チャンネルストップ拡散層105が形成される。   A P-type well 103 is formed in the left half of the N-type well 102. Furthermore, an N-type source diffusion 107a, an N-type drain diffusion 107b, a guard band P-type diffusion layer 108, and LOCOS oxide films 109a to 109f are formed on the surface of the P-type well 103. Further, an N-type offset diffusion layer 104, a P-type channel stop diffusion layer 105, and an N-type channel stop diffusion layer 106 are formed under the LOCOS oxide films 109a to 109f. Here, the N-type offset diffusion layer 104 is formed on both sides of the N-type source diffusion 107a and the N-type drain diffusion 107b. Gate electrode polysilicon 110 is formed so as to cover part of LOCOS oxide films 109c and 109d and gate oxide film 111. A P-type channel stop diffusion layer 105 is formed so as to be in contact with the N-type offset diffusion layer 104.

次に、高耐圧PchMOSFETについて説明する。N型ウエル102の右半分には、N型ウエル203が形成される。さらに、当該N型ウエル203の表面には、P型ソース拡散207a、P型ドレイン拡散207b、ガードバンドN型拡散層208およびLOCOS酸化膜209a〜eが形成される。さらに、LOCOS酸化膜209a〜eの下には、P型オフセット拡散層204、N型チャンネルストップ拡散層205およびP型チャンネルストップ拡散層206が形成される。ここで、P型オフセット拡散層204は、P型ソース拡散207aおよびP型ドレイン拡散207bの周囲に形成される。また、LOCOS酸化膜209bおよびcの一部ならびにゲート酸化膜211を覆うように、ゲート電極ポリシリコン210が形成される。また、P型オフセット拡散層204に接するように、N型チャンネルストップ拡散層205が形成される。高耐圧NchMOSFETと高耐圧PchMOSFETとは以上のような構成を有する。   Next, a high voltage PchMOSFET will be described. An N-type well 203 is formed in the right half of the N-type well 102. Further, a P-type source diffusion 207a, a P-type drain diffusion 207b, a guard band N-type diffusion layer 208, and LOCOS oxide films 209a to 209e are formed on the surface of the N-type well 203. Further, a P-type offset diffusion layer 204, an N-type channel stop diffusion layer 205, and a P-type channel stop diffusion layer 206 are formed under the LOCOS oxide films 209a to 209e. Here, the P-type offset diffusion layer 204 is formed around the P-type source diffusion 207a and the P-type drain diffusion 207b. In addition, gate electrode polysilicon 210 is formed so as to cover part of LOCOS oxide films 209 b and c and gate oxide film 211. An N-type channel stop diffusion layer 205 is formed so as to be in contact with the P-type offset diffusion layer 204. The high breakdown voltage NchMOSFET and the high breakdown voltage PchMOSFET have the configuration as described above.

一方、図6(b)に示すトランジスタは、低耐圧NchMOSFETと低耐圧PchMOSFETとが左右に並べて配置されたCMOSである。ここで、図6(b)の右側のトランジスタが、低耐圧PchMOSFETであり、図6(b)の左側のトランジスタが、低耐圧NchMOSFETである。   On the other hand, the transistor shown in FIG. 6B is a CMOS in which a low breakdown voltage Nch MOSFET and a low breakdown voltage Pch MOSFET are arranged side by side. Here, the right transistor in FIG. 6B is a low breakdown voltage PchMOSFET, and the left transistor in FIG. 6B is a low breakdown voltage NchMOSFET.

半導体基板101の表面には、N型ウエル302が形成される。当該N型ウエル302の表面上には、低耐圧NchMOSFETおよび低耐圧PchMOSFETが形成される。まず、低耐圧NchMOSFETについて説明する。   An N-type well 302 is formed on the surface of the semiconductor substrate 101. On the surface of the N-type well 302, a low breakdown voltage Nch MOSFET and a low breakdown voltage Pch MOSFET are formed. First, the low breakdown voltage Nch MOSFET will be described.

N型ウエル302の左半分には、P型ウエル303が形成される。さらに、当該P型ウエル303の表面には、N型ソース拡散306a、N型ドレイン拡散306bならびにLOCOS酸化膜307aおよびbが形成されている。さらに、LOCOS酸化膜307aおよびbの下には、P型チャンネルストップ拡散層304およびN型チャンネルストップ拡散層305が形成されている。また、ゲート酸化膜311上には、ゲート電極ポリシリコン308が形成される。   A P-type well 303 is formed in the left half of the N-type well 302. Further, an N-type source diffusion 306a, an N-type drain diffusion 306b, and LOCOS oxide films 307a and b are formed on the surface of the P-type well 303. Further, a P-type channel stop diffusion layer 304 and an N-type channel stop diffusion layer 305 are formed under the LOCOS oxide films 307a and 307b. A gate electrode polysilicon 308 is formed on the gate oxide film 311.

次に、低耐圧PchMOSFETについて説明する。N型ウエル302の右半分には、N型ウエル403が形成される。さらに、当該N型ウエル403の表面には、N型ソース拡散406a、N型ドレイン拡散406bならびにLOCOS酸化膜407aおよびbが形成されている。さらに、LOCOS酸化膜407aおよびbの下には、P型チャンネルストップ拡散層404およびN型チャンネルストップ拡散層405が形成されている。また、ゲート酸化膜411上には、ゲート電極ポリシリコン408が形成される。低耐圧NchMOSFETと低耐圧PchMOSFETとは以上のような構成を有する。   Next, the low breakdown voltage Pch MOSFET will be described. In the right half of the N-type well 302, an N-type well 403 is formed. Further, an N-type source diffusion 406a, an N-type drain diffusion 406b, and LOCOS oxide films 407a and 407b are formed on the surface of the N-type well 403. Further, a P-type channel stop diffusion layer 404 and an N-type channel stop diffusion layer 405 are formed under the LOCOS oxide films 407a and 407b. A gate electrode polysilicon 408 is formed on the gate oxide film 411. The low breakdown voltage NchMOSFET and the low breakdown voltage PchMOSFET have the above-described configuration.

ここで、図6に示すように、高耐圧NchMOSFETに形成されるP型ウエル103および高耐圧PchMOSFETに形成されるN型ウエル203の深さをD3とし、低耐圧NchMOSFETに形成されるP型ウエル303および低耐圧PchMOSFETに形成されるN型ウエル403の深さをD4とする。D3とD4とを比較すると、図6に示すように、D3のほうがD4よりも大きくなっている。MOSFETが上記のような構造を取るのは、リーク電流の発生を防止するためである。以下に、図6を用いて詳しく説明する。   Here, as shown in FIG. 6, the depth of the P-type well 103 formed in the high breakdown voltage Nch MOSFET and the depth of the N type well 203 formed in the high breakdown voltage Pch MOSFET is D3, and the P type well formed in the low breakdown voltage Nch MOSFET. 303 and the depth of the N-type well 403 formed in the low breakdown voltage PchMOSFET is D4. Comparing D3 and D4, D3 is larger than D4, as shown in FIG. The reason why the MOSFET has the above structure is to prevent the occurrence of a leakage current. This will be described in detail below with reference to FIG.

まず、高耐圧MOSFETのドレイン電極(すなわちドレイン拡散107b、207bの電極を意味する。以下同じ。)には、低耐圧MOSFETのドレイン電極(すなわちドレイン拡散306b、406bの電極を意味する。以下同じ。)よりも高い電圧が印加される。さらに従来のMOSFETの駆動方法では、N型ウエル102、半導体基板101が接地電位に設定される。また、P型ウエル103も接地電位に設定されることが多い。そのため、高耐圧MOSFETに形成されたP型ウエル103は、低耐圧MOSFETに形成されたP型ウエル303およびN型ウエル403よりも空乏化しやすい。   First, the drain electrode of the high breakdown voltage MOSFET (that means the electrodes of the drain diffusions 107b and 207b; hereinafter the same) means the drain electrode of the low breakdown voltage MOSFET (that is, the electrodes of the drain diffusions 306b and 406b. ) Higher voltage is applied. Further, in the conventional MOSFET driving method, the N-type well 102 and the semiconductor substrate 101 are set to the ground potential. Also, the P-type well 103 is often set to the ground potential. Therefore, the P-type well 103 formed in the high breakdown voltage MOSFET is more easily depleted than the P-type well 303 and the N-type well 403 formed in the low breakdown voltage MOSFET.

その結果、高耐圧NchMOSFETのドレイン電極とN型ウエル102との間において、リーク電流が発生しやすくなるという問題が存在する。これに対して高耐圧PchMOSFETの場合はN型ウエル203とN型ウエル102とが同一導電型であるから、N型ウエル203の空乏化によっては、PchMOSFETのドレイン電極とN型ウエル102との間にはリーク電流は発生しにくい。   As a result, there is a problem that leakage current tends to occur between the drain electrode of the high breakdown voltage Nch MOSFET and the N-type well 102. On the other hand, in the case of a high breakdown voltage PchMOSFET, the N-type well 203 and the N-type well 102 are of the same conductivity type. Therefore, depending on the depletion of the N-type well 203, there is a gap between the drain electrode of the PchMOSFET and the N-type well 102. It is difficult for leak current to occur.

かかる問題を解決するために、図6のMOSFETでは、上記P型ウエル103の深さD3を、上記P型ウエル303の深さD4よりも深くしている。これにより、高耐圧NchMOSFETのドレイン電極に対して、高電圧が印加されても、P型ウエル103が完全に空乏化することが防止される。   In order to solve such a problem, in the MOSFET of FIG. 6, the depth D3 of the P-type well 103 is made deeper than the depth D4 of the P-type well 303. This prevents the P-type well 103 from being completely depleted even when a high voltage is applied to the drain electrode of the high voltage NchMOSFET.

また、当該分野における先行技術としては、例えば、特許文献1に示す発明も存在する。
特開平11−204786号公報
Moreover, as prior art in the said field | area, the invention shown, for example in patent document 1 also exists.
JP-A-11-204786

しかしながら、上述したように、ウエルの深さが領域によって異なるMOSFETを製造する場合には、その製造工程数の多さが問題となってくる。以下に、詳しく説明する。   However, as described above, when manufacturing MOSFETs having different well depths depending on regions, the large number of manufacturing steps becomes a problem. This will be described in detail below.

図6に示すMOSFETでは、上述したように、高耐圧MOSFETが形成される領域に形成されるウエルの深さD3と、低耐圧MOSFETが形成される領域に形成されるウエルの深さD4とが異なる。このように、領域毎にウエルの深さが異なると、それぞれのウエルを形成するためのイオン注入処理や熱拡散処理における処理条件が異なってくる。そのため、高耐圧MOSFETが形成される領域のウエルと、低耐圧MOSFETが形成される領域のウエルとを共通の工程で形成することができない。その結果、MOSFETを製造するための工程数が、増大してしまう。   In the MOSFET shown in FIG. 6, as described above, the depth D3 of the well formed in the region where the high breakdown voltage MOSFET is formed and the depth D4 of the well formed in the region where the low breakdown voltage MOSFET is formed. Different. As described above, if the depth of the well is different for each region, the processing conditions in the ion implantation processing and thermal diffusion processing for forming each well are different. Therefore, the well in the region where the high breakdown voltage MOSFET is formed and the well in the region where the low breakdown voltage MOSFET is formed cannot be formed in a common process. As a result, the number of steps for manufacturing the MOSFET increases.

そこで、P型ウエル103およびN型ウエル203の深さD3を、高耐圧MOSFETのドレイン電極に高電圧が印加されても、当該P型ウエル103およびN型ウエル203が空乏化しない程度の深さにすると共に、P型ウエル103およびN型ウエル203の深さD3と、P型ウエル303およびN型ウエル403の深さD4とを等しくすることが考えられる。このように、D3とD4とを決定することにより、P型ウエル103およびN型ウエル203の空乏化を原因として発生するリーク電流を抑制することができる。さらに、P型ウエル103とN型ウエル203とP型ウエル303とN型ウエル403との深さが等しいので、これらのウエルを同一の熱拡散処理で形成することができるようになり、MOSFETの製造工程数が低減される。   Therefore, the depth D3 of the P-type well 103 and the N-type well 203 is set to such a depth that the P-type well 103 and the N-type well 203 are not depleted even when a high voltage is applied to the drain electrode of the high voltage MOSFET. In addition, it is conceivable to make the depth D3 of the P-type well 103 and the N-type well 203 equal to the depth D4 of the P-type well 303 and the N-type well 403. As described above, by determining D3 and D4, it is possible to suppress a leakage current generated due to depletion of the P-type well 103 and the N-type well 203. Further, since the P-type well 103, the N-type well 203, the P-type well 303, and the N-type well 403 have the same depth, these wells can be formed by the same thermal diffusion treatment, and the MOSFET is formed. The number of manufacturing processes is reduced.

しかしながら、P型ウエル103およびN型ウエル203の深さD3を、高耐圧MOSFETに高電圧が印加されても、当該P型ウエル103およびN型ウエル203が完全に空乏化しない程度の深さにすると、N型ウエル102の間隔D5が、小さくなってしまう。その結果、N型ウエル102、半導体基板101が接地電位のとき、P型ウエル103の電位が接地電位とするときは問題ないが、P型ウエル103を負の高電圧に設定するような場合は、MOSFET駆動時において、半導体基板101とP型ウエル103との間でリーク電流が発生しやすくなるという新たな問題が発生する。また、形成されるそれぞれのウエル深さが相対的に深くなるので、ウエル103の熱拡散処理等に要する時間が長くなるという問題も発生する。   However, the depth D3 of the P-type well 103 and the N-type well 203 is set to such a depth that the P-type well 103 and the N-type well 203 are not completely depleted even when a high voltage is applied to the high voltage MOSFET. As a result, the interval D5 between the N-type wells 102 becomes small. As a result, there is no problem when the potential of the P-type well 103 is set to the ground potential when the N-type well 102 and the semiconductor substrate 101 are at the ground potential, but in the case where the P-type well 103 is set to a negative high voltage. When the MOSFET is driven, a new problem arises that leakage current is likely to occur between the semiconductor substrate 101 and the P-type well 103. Further, since the depth of each formed well is relatively deep, there is a problem that the time required for the thermal diffusion treatment of the well 103 becomes long.

そこで、本発明の目的は、高耐圧MOSFETに高電圧が印加された場合に、ウエルの熱拡散時間を短縮でき、完全に空乏化する程度のウエル深さであっても、リーク電流の発生を抑制でき、かつ半導体装置の製造工程数を低減することができるような半導体装置の駆動方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to reduce the thermal diffusion time of the well when a high voltage is applied to the high voltage MOSFET, and to generate a leakage current even at a well depth that is completely depleted. It is an object of the present invention to provide a driving method of a semiconductor device that can be suppressed and the number of manufacturing steps of the semiconductor device can be reduced.

本発明では、半導体装置の駆動時において、トランジスタのドレイン領域に印加するドレイン電圧と同符号の電圧を、ウエルの周辺に存在する領域であって、かつドレイン領域と同じ導電型を有する領域に対して印加するようにしている。   In the present invention, when the semiconductor device is driven, a voltage having the same sign as the drain voltage applied to the drain region of the transistor is applied to a region existing around the well and having the same conductivity type as the drain region. Applied.

また、ウエルの周辺に存在する領域は、前記ドレイン領域と同じ導電形を有するウエルであってもよいし、半導体基板であってもよい。   The region present around the well may be a well having the same conductivity type as the drain region or a semiconductor substrate.

また、ウエルの周辺に存在する領域に印加する電圧は、ドレイン電圧と略同じ大きさの電圧であることが望ましい。   Further, it is desirable that the voltage applied to the region existing around the well is a voltage having the same magnitude as the drain voltage.

ここで、本発明は、上記半導体装置の駆動方法のみならず、半導体装置に対しても向けられている。具体的には、当該半導体装置は、半導体基板の表面近傍に形成されたウエルと、ウエルの表面に形成されたトランジスタと、ウエルの周辺に存在し、かつトランジスタのドレイン領域と同じ導電型を有する領域と、トランジスタのドレイン領域と同時に、ウエルの周辺に存在する領域に対して、同符合の電圧を印加するための電極とを備える。   Here, the present invention is directed not only to the method for driving the semiconductor device but also to the semiconductor device. Specifically, the semiconductor device includes a well formed in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate, a transistor formed in the surface of the well, a periphery of the well, and the same conductivity type as the drain region of the transistor. A region and an electrode for applying the same voltage to a region existing around the well simultaneously with the drain region of the transistor are provided.

また、ウエルと略同じ深さを有し、半導体基板の表面近傍に形成される低耐圧用ウエルと、低耐圧用ウエルの表面に形成され、トランジスタよりも低い電圧で駆動する低耐圧トランジスタとがさらに設けられていてもよい。   In addition, a low breakdown voltage well having substantially the same depth as the well and formed near the surface of the semiconductor substrate, and a low breakdown voltage transistor formed on the surface of the low breakdown voltage well and driven at a lower voltage than the transistor Further, it may be provided.

また、本発明は、半導体装置のみならず、半導体装置の製造方法に対しても向けられている。具体的には、第1のトランジスタを形成するための第1のウエルおよび第2のトランジスタを形成するための第2のウエルをそれぞれ半導体基板の所定の領域に同時に形成し、第1のトランジスタを第1のウエル内に形成し、第2のトランジスタを第2のウエル内に形成し、半導体基板内に形成され、第1のウエルの周辺に存在する領域であって、かつトランジスタのドレイン領域と同じ導電型を有する領域に対して、第1のトランジスタのドレイン電圧と同符号の電圧を印加するための電極を形成するようにしている。   The present invention is directed not only to a semiconductor device but also to a method for manufacturing a semiconductor device. Specifically, a first well for forming the first transistor and a second well for forming the second transistor are simultaneously formed in predetermined regions of the semiconductor substrate, respectively. Formed in the first well, the second transistor is formed in the second well, is formed in the semiconductor substrate and is present in the periphery of the first well, and the drain region of the transistor An electrode for applying a voltage having the same sign as the drain voltage of the first transistor is formed in a region having the same conductivity type.

本発明では、ドレイン領域に対して印加する電圧と同じ符号を有する電圧を、トランジスタが形成されているウエルの周辺に存在する領域であって、かつドレイン領域と同じ導電型を有する領域に対して印加するようにしている。そのため、ウエルの周辺に存在する領域の電位が、ウエルよりも高くなる。その結果、ドレイン領域に、ウエルが完全に空乏化するような高い電圧が印加されたとしても、ドレイン領域とウエルの周辺に存在する領域との間においてリーク電流が発生することが防止される。換言すると、当該駆動方法が適用されることにより、ウエルの深さを浅くしても、リーク電流の発生を防止できる。そのため、高耐圧MOSFETのウエル深さを低耐圧MOSFETのウエル深さと等しくすることが可能となり、これらの2つのウエルを同じ工程により形成できるようになる。   In the present invention, a voltage having the same sign as the voltage applied to the drain region is applied to a region that exists around the well where the transistor is formed and has the same conductivity type as the drain region. It is trying to apply. For this reason, the potential of the region existing around the well becomes higher than that of the well. As a result, even if a high voltage that completely depletes the well is applied to the drain region, leakage current is prevented from occurring between the drain region and the region existing around the well. In other words, by applying the driving method, it is possible to prevent the occurrence of leakage current even if the depth of the well is reduced. Therefore, the well depth of the high breakdown voltage MOSFET can be made equal to the well depth of the low breakdown voltage MOSFET, and these two wells can be formed by the same process.

また、ウエルの周辺に存在する領域に印加される電圧と、ドレイン電圧とが略同じ大きさにされることにより、これらの2つの領域の電位が略等しくなる。その結果、これらの2つの間の領域においてリーク電流が発生することがより抑制される。   Further, since the voltage applied to the region existing around the well and the drain voltage are set to be approximately the same, the potentials of these two regions become substantially equal. As a result, the occurrence of leakage current in the region between these two is further suppressed.

以下に、本発明の一実施形態に係る半導体装置およびその駆動方法について図面を参照しながら説明する。当該半導体装置は、同一の半導体基板上に高耐圧MOSFETと低耐圧MOSFETとが形成された装置である。そして、本実施形態に係る半導体装置では、高耐圧MOSFETが形成される領域のウエルの深さが、低耐圧MOSFETが形成される領域のウエルの深さにあわせて、浅く形成されている点において、上記従来の半導体装置と相違点を有する。さらに、本実施形態に係る半導体装置は、従来の半導体装置と駆動時における電圧の印加の方法が異なる。ここで、図1は、当該半導体装置の断面構造を示した図である。具体的には、図1(a)は、高耐圧MOSFETの断面構造を示し、図1(b)は、低耐圧MOSFETの断面構造を示している。なお、図1において、高耐圧MOSFETと低耐圧MOSFETとは、別々に記載されているが、これらは、同一の半導体基板上に形成されているものとする。   A semiconductor device and a driving method thereof according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The semiconductor device is a device in which a high breakdown voltage MOSFET and a low breakdown voltage MOSFET are formed on the same semiconductor substrate. In the semiconductor device according to the present embodiment, the depth of the well in the region where the high breakdown voltage MOSFET is formed is shallow according to the depth of the well in the region where the low breakdown voltage MOSFET is formed. This is different from the conventional semiconductor device described above. Furthermore, the semiconductor device according to the present embodiment is different from the conventional semiconductor device in the voltage application method during driving. Here, FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of the semiconductor device. Specifically, FIG. 1A shows a cross-sectional structure of a high voltage MOSFET, and FIG. 1B shows a cross-sectional structure of a low voltage MOSFET. In FIG. 1, the high breakdown voltage MOSFET and the low breakdown voltage MOSFET are described separately, but these are formed on the same semiconductor substrate.

まず、図1(a)を用いて、高耐圧MOSFETの構造について説明する。当該高耐圧
MOSFETは、CMOSを構成し、半導体チップ内部と外部の回路とを接続する周辺回路に用いられる。当該高耐圧MOSFETは、低耐圧MOSFETよりも高い電圧で駆動する。
First, the structure of the high voltage MOSFET will be described with reference to FIG. The high breakdown voltage MOSFET constitutes a CMOS and is used for a peripheral circuit that connects the inside of the semiconductor chip and an external circuit. The high voltage MOSFET is driven at a higher voltage than the low voltage MOSFET.

高耐圧MOSFETが形成される領域のP型の半導体基板1上には、N型ウエル2が形成される。そして、N型ウエル2の左半分には、高耐圧NchMOSFETが形成され、N型ウエル2の右半分には高耐圧PchMOSFETが形成される。すなわち、図1(a)では、左側のトランジスタが高耐圧NchMOSFETであり、右側のトランジスタが高耐圧PchMOSFETである。   An N-type well 2 is formed on a P-type semiconductor substrate 1 in a region where a high voltage MOSFET is formed. A high breakdown voltage Nch MOSFET is formed in the left half of the N type well 2, and a high breakdown voltage Pch MOSFET is formed in the right half of the N type well 2. That is, in FIG. 1A, the left transistor is a high breakdown voltage Nch MOSFET and the right transistor is a high breakdown voltage Pch MOSFET.

高耐圧NchMOSFETは、N型ウエル2上に形成されたP型ウエル3上に形成され、N型オフセット拡散層4a〜d、P型チャンネルストップ拡散層5a〜e、N型チャンネルストップ拡散層6、N型ソース拡散7、N型ドレイン拡散8、ゲート電極ポリシリコン9、ゲート酸化膜10、ガードバンドP型拡散層11aおよびbならびにLOCOS酸化膜12a〜fを備える。以下に、各構成部の配置について説明する。   The high breakdown voltage Nch MOSFET is formed on the P-type well 3 formed on the N-type well 2, and includes N-type offset diffusion layers 4a to 4d, P-type channel stop diffusion layers 5a to 5e, N-type channel stop diffusion layer 6, N-type source diffusion 7, N-type drain diffusion 8, gate electrode polysilicon 9, gate oxide film 10, guard band P-type diffusion layers 11a and b, and LOCOS oxide films 12a to 12f are provided. Below, arrangement | positioning of each structure part is demonstrated.

まず、ガードバンドP型拡散層11a、N型ソース拡散7、N型ドレイン拡散8およびガードバンドP型拡散層11bが、それぞれが離間した状態で、P型ウエル3の表面上に配置される。そして、ガードバンドP型拡散層11a、N型ソース拡散7、N型ドレイン拡散8およびガードバンドP型拡散層11bの間には、LOCOS酸化膜12b〜eが形成されている。これにより、ガードバンドP型拡散層11a、N型ソース拡散7、N型ドレイン拡散8およびガードバンドP型拡散層11bのそれぞれが絶縁される。   First, the guard band P-type diffusion layer 11a, the N-type source diffusion 7, the N-type drain diffusion 8, and the guard band P-type diffusion layer 11b are arranged on the surface of the P-type well 3 in a state of being separated from each other. LOCOS oxide films 12b to 12e are formed between the guard band P-type diffusion layer 11a, the N-type source diffusion 7, the N-type drain diffusion 8, and the guard band P-type diffusion layer 11b. Thereby, each of the guard band P-type diffusion layer 11a, the N-type source diffusion 7, the N-type drain diffusion 8, and the guard band P-type diffusion layer 11b is insulated.

さらに、LOCOS酸化膜12cおよびdの間のP型ウエル3の表面には、ゲート酸化膜10が形成される。ゲート電極ポリシリコン9は、LOCOS酸化膜12cおよびdの一部と、ゲート酸化膜10全体とを覆うように形成される。   Further, a gate oxide film 10 is formed on the surface of the P-type well 3 between the LOCOS oxide films 12c and 12d. The gate electrode polysilicon 9 is formed so as to cover a part of the LOCOS oxide films 12c and 12d and the entire gate oxide film 10.

また、LOCOS酸化膜12cおよびdの下には、N型オフセット拡散層4bおよびcが形成される。また、LOCOS酸化膜12bおよびcの下には、N型オフセット拡散層4aおよびdならびにP型チャンネルストップ拡散層5cおよびdが配置される。当該N型オフセット拡散層4は、N型ソース拡散7およびN型ドレイン拡散8よりも不純物濃度が薄く形成される拡散層であり、トランジスタの耐圧を上昇させる役割を果たす。   N-type offset diffusion layers 4b and c are formed under LOCOS oxide films 12c and d. Under the LOCOS oxide films 12b and c, N-type offset diffusion layers 4a and d and P-type channel stop diffusion layers 5c and d are arranged. The N-type offset diffusion layer 4 is a diffusion layer formed with a lower impurity concentration than the N-type source diffusion 7 and the N-type drain diffusion 8 and plays a role in increasing the breakdown voltage of the transistor.

また、高耐圧NchMOSFETの左右の両端には、LOCOS酸化膜12aおよびfが形成されている。これにより、高耐圧NchMOSFETは、隣接するトランジスタ等の素子から素子分離されている。そして、LOCOS酸化膜12aおよびfの下には、P型チャンネルストップ拡散層5a、bおよびeならびにN型チャンネルストップ拡散層6が形成される。また、N型ドレイン拡散8の略真下のN型ウエル2には、電圧を印加するための電極(図示せず)が設置される。   LOCOS oxide films 12a and f are formed on the left and right ends of the high breakdown voltage Nch MOSFET. As a result, the high breakdown voltage Nch MOSFET is isolated from adjacent elements such as transistors. Under the LOCOS oxide films 12a and f, P-type channel stop diffusion layers 5a, b and e and an N-type channel stop diffusion layer 6 are formed. In addition, an electrode (not shown) for applying a voltage is provided in the N-type well 2 almost directly below the N-type drain diffusion 8.

次に、高耐圧PchMOSFETは、N型ウエル2上に形成されたN型ウエル23上に形成され、P型オフセット拡散層24a〜d、P型チャンネルストップ拡散層25、N型チャンネルストップ拡散層26a〜d、P型ソース拡散27、P型ドレイン拡散28、ゲート電極ポリシリコン29、ゲート酸化膜30、ガードバンドN型拡散層31aおよびbならびにLOCOS酸化膜32a〜fを備える。以下に、各構成部の配置について説明する。   Next, the high breakdown voltage PchMOSFET is formed on the N-type well 23 formed on the N-type well 2, and the P-type offset diffusion layers 24a to 24d, the P-type channel stop diffusion layer 25, and the N-type channel stop diffusion layer 26a. -D, P-type source diffusion 27, P-type drain diffusion 28, gate electrode polysilicon 29, gate oxide film 30, guard band N-type diffusion layers 31a and b, and LOCOS oxide films 32a-f. Below, arrangement | positioning of each structure part is demonstrated.

まず、ガードバンドN型拡散層31a、P型ソース拡散27、P型ドレイン拡散28およびガードバンドN型拡散層31bが、それぞれが離間した状態で、N型ウエル23の表面上に配置される。そして、ガードバンドN型拡散層31a、P型ソース拡散27、P型ドレイン拡散28およびガードバンドN型拡散層31bの間には、LOCOS酸化膜32b〜eが形成されている。これにより、ガードバンドN型拡散層31a、P型ソース拡散27、P型ドレイン拡散28およびガードバンドN型拡散層31bのそれぞれが絶縁される。   First, the guard band N-type diffusion layer 31a, the P-type source diffusion 27, the P-type drain diffusion 28, and the guard band N-type diffusion layer 31b are arranged on the surface of the N-type well 23 in a state of being separated from each other. LOCOS oxide films 32b to 32e are formed between the guard band N-type diffusion layer 31a, the P-type source diffusion 27, the P-type drain diffusion 28, and the guard band N-type diffusion layer 31b. Thereby, each of the guard band N-type diffusion layer 31a, the P-type source diffusion 27, the P-type drain diffusion 28, and the guard band N-type diffusion layer 31b is insulated.

さらに、LOCOS酸化膜32cおよびdの間のN型ウエル23上には、ゲート酸化膜30が形成される。ゲート電極ポリシリコン29は、LOCOS酸化膜32cおよびdの一部と、ゲート酸化膜30全体とを覆うように形成される。   Further, a gate oxide film 30 is formed on the N-type well 23 between the LOCOS oxide films 32c and d. The gate electrode polysilicon 29 is formed so as to cover part of the LOCOS oxide films 32 c and d and the entire gate oxide film 30.

また、LOCOS酸化膜32cおよびdの下には、P型オフセット拡散層24bおよびcが形成される。また、LOCOS酸化膜32bおよびeの下には、P型オフセット拡散層24aおよびdならびにN型チャンネルストップ拡散層26bおよびcが配置される。当該P型オフセット拡散層24は、P型ソース拡散27およびP型ドレイン拡散28よりも不純物濃度が薄く形成される拡散層であり、トランジスタの耐圧を上昇させる役割を果たす。   Further, P-type offset diffusion layers 24b and c are formed under the LOCOS oxide films 32c and d. P-type offset diffusion layers 24a and 24d and N-type channel stop diffusion layers 26b and 26c are arranged under the LOCOS oxide films 32b and e. The P-type offset diffusion layer 24 is a diffusion layer formed with a lower impurity concentration than the P-type source diffusion 27 and the P-type drain diffusion 28, and plays a role in increasing the breakdown voltage of the transistor.

また、高耐圧NchMOSFETの左右の両端には、LOCOS酸化膜32aおよびfが形成されている。これにより、高耐圧NchMOSFETは、隣接するトランジスタ等の素子から素子分離されている。そして、LOCOS酸化膜32aおよびfの下には、P型チャンネルストップ拡散層25およびN型チャンネルストップ拡散層26aおよびdが形成される。なお、図1(a)の中心に存在するLOCOS酸化膜12fとLOCOS酸化膜32aとは、同一のLOCOS酸化膜である。これは、説明を簡単にするために、2つの参照符号を使い分けたものである。   LOCOS oxide films 32a and f are formed on the left and right ends of the high breakdown voltage Nch MOSFET. As a result, the high breakdown voltage Nch MOSFET is isolated from adjacent elements such as transistors. A P-type channel stop diffusion layer 25 and N-type channel stop diffusion layers 26a and d are formed under the LOCOS oxide films 32a and f. The LOCOS oxide film 12f and the LOCOS oxide film 32a existing at the center of FIG. 1A are the same LOCOS oxide film. In order to simplify the explanation, two reference signs are used properly.

次に、図1(b)を用いて、低耐圧MOSFETの構造について説明する。低耐圧MOSFETは、CMOSを構成し、高耐圧MOSFETを制御するための回路に用いられる。当該低耐圧MOSFETは、高耐圧MOSFETよりも低い電圧で駆動する。   Next, the structure of the low breakdown voltage MOSFET will be described with reference to FIG. The low breakdown voltage MOSFET constitutes a CMOS and is used in a circuit for controlling the high breakdown voltage MOSFET. The low breakdown voltage MOSFET is driven at a lower voltage than the high breakdown voltage MOSFET.

低耐圧MOSFETが形成される領域の半導体基板1上には、図1(a)のN型ウエル2と同一の深さのN型ウエル2が形成される。さらに、N型ウエル2の左半分には、低耐圧NchMOSFETが形成され、N型ウエル2の右半分には低耐圧PchMOSFETが形成される。すなわち、図1(b)では、左側のトランジスタが低耐圧NchMOSFETであり、右側のトランジスタが低耐圧PchMOSFETである。   An N-type well 2 having the same depth as that of the N-type well 2 in FIG. 1A is formed on the semiconductor substrate 1 in the region where the low breakdown voltage MOSFET is formed. Further, a low breakdown voltage Nch MOSFET is formed in the left half of the N-type well 2, and a low breakdown voltage Pch MOSFET is formed in the right half of the N-type well 2. That is, in FIG. 1B, the left transistor is a low breakdown voltage NchMOSFET, and the right transistor is a low breakdown voltage PchMOSFET.

低耐圧NchMOSFETは、N型ウエル2上に形成されたP型ウエル43上に形成され、P型チャンネルストップ拡散層45aおよびb、N型チャンネルストップ拡散層46、N型ソース拡散47、N型ドレイン拡散48、ゲート電極ポリシリコン49、ゲート酸化膜50ならびにLOCOS酸化膜52aおよびbを備える。以下に、各構成部の配置について説明する。   The low breakdown voltage NchMOSFET is formed on a P-type well 43 formed on the N-type well 2, and includes P-type channel stop diffusion layers 45a and 45b, an N-type channel stop diffusion layer 46, an N-type source diffusion 47, an N-type drain. Diffusion 48, gate electrode polysilicon 49, gate oxide film 50, and LOCOS oxide films 52a and 52b are provided. Below, arrangement | positioning of each structure part is demonstrated.

まず、N型ソース拡散47とN型ドレイン拡散48とが離間して配置される。そして、N型ソース拡散47とN型ドレイン拡散48との間には、ゲート酸化膜50が形成され、当該ゲート酸化膜50上には、ゲート電極ポリシリコン49が形成される。   First, the N-type source diffusion 47 and the N-type drain diffusion 48 are spaced apart. A gate oxide film 50 is formed between the N-type source diffusion 47 and the N-type drain diffusion 48, and a gate electrode polysilicon 49 is formed on the gate oxide film 50.

また、低耐圧NchMOSFETの左右の両端には、LOCOS酸化膜52aおよびbが形成される。これにより、低耐圧NchMOSFETは、他の隣接するトランジスタ等と素子分離される。   LOCOS oxide films 52a and 52b are formed on the left and right ends of the low breakdown voltage Nch MOSFET. As a result, the low breakdown voltage Nch MOSFET is isolated from other adjacent transistors.

また、LOCOS酸化膜52aおよびbの下には、P型チャンネルストップ拡散層45a〜cならびにN型チャンネルストップ拡散層46とが形成される。   P-type channel stop diffusion layers 45a to 45c and N-type channel stop diffusion layer 46 are formed under LOCOS oxide films 52a and 52b.

次に、低耐圧PchMOSFETは、N型ウエル2上に形成されたN型ウエル63上に形成され、P型チャンネルストップ拡散層65、N型チャンネルストップ拡散層66aおよびb、N型ソース拡散67、N型ドレイン拡散68、ゲート電極ポリシリコン69、ゲート酸化膜70ならびにLOCOS酸化膜72aおよびbを備える。以下に、各構成部の配置について説明する。   Next, the low breakdown voltage PchMOSFET is formed on the N-type well 63 formed on the N-type well 2, and the P-type channel stop diffusion layer 65, the N-type channel stop diffusion layers 66a and b, the N-type source diffusion 67, N-type drain diffusion 68, gate electrode polysilicon 69, gate oxide film 70, and LOCOS oxide films 72a and 72b are provided. Below, arrangement | positioning of each structure part is demonstrated.

まず、N型ソース拡散67とN型ドレイン拡散68とが離間してN型ウエル63表面に配置される。そして、N型ソース拡散67とN型ドレイン拡散68との間には、ゲート酸化膜70が形成され、当該ゲート酸化膜70上には、ゲート電極ポリシリコン69が形成される。   First, the N-type source diffusion 67 and the N-type drain diffusion 68 are spaced apart and arranged on the surface of the N-type well 63. A gate oxide film 70 is formed between the N-type source diffusion 67 and the N-type drain diffusion 68, and a gate electrode polysilicon 69 is formed on the gate oxide film 70.

また、低耐圧NchMOSFETの左右の両端には、LOCOS酸化膜72aおよびbが形成される。これにより、低耐圧PchMOSFETは、他の隣接するトランジスタ等と素子分離される。   LOCOS oxide films 72a and 72b are formed on the left and right ends of the low breakdown voltage Nch MOSFET. As a result, the low breakdown voltage Pch MOSFET is isolated from other adjacent transistors and the like.

また、LOCOS酸化膜72aおよびbの下には、P型チャンネルストップ拡散層65ならびにN型チャンネルストップ拡散層66aおよびbとが形成される。   A P-type channel stop diffusion layer 65 and N-type channel stop diffusion layers 66a and 66b are formed under the LOCOS oxide films 72a and 72b.

ここで、本実施形態に係る半導体装置の特徴部分である、ウエルの深さについて説明する。従来では、P型ウエルの深さは、高耐圧MOSFETが形成される領域では、相対的に深くなり、低耐圧MOSFETが形成される領域では、相対的に浅くなっていた。これに対して、本実施形態では、図1(a)の高耐圧MOSFETが形成される領域のP型ウエルのウエル深さD1は、図1(b)の低耐圧MOSFETが形成される領域のP型ウエルのウエル深さD2にあわせて、相対的に浅く形成される。このように、2つの領域のウエル深さを同じにすることにより、これらのウエルを共通の工程で形成することが可能となり、工程数が削減される。また、N型ウエル23,63に対してもウエル深さを同じにすることにより1つの共通の工程で形成することができ、同様に工程数が削減できる。なお、これについては、後の半導体装置の製造方法において詳しく説明する。   Here, the depth of the well, which is a characteristic part of the semiconductor device according to the present embodiment, will be described. Conventionally, the depth of the P-type well is relatively deep in the region where the high breakdown voltage MOSFET is formed, and is relatively shallow in the region where the low breakdown voltage MOSFET is formed. On the other hand, in this embodiment, the well depth D1 of the P-type well in the region where the high breakdown voltage MOSFET of FIG. 1A is formed is equal to that of the region where the low breakdown voltage MOSFET of FIG. In accordance with the well depth D2 of the P-type well, it is formed relatively shallow. Thus, by making the well depth of the two regions the same, these wells can be formed in a common process, and the number of processes is reduced. Further, the N-type wells 23 and 63 can be formed in one common process by making the well depth the same, and the number of processes can be reduced similarly. This will be described in detail later in a method for manufacturing a semiconductor device.

以上のように構成された本実施形態に係る半導体装置において、以下にその駆動方法について、図面を参照しながら説明する。図2は、本実施形態に係る駆動方法で半導体装置を駆動した場合における、当該半導体装置の各部の電位を示したグラフである。横軸は、半導体装置の表面を基準とした場合の深さを示しており、縦軸は、各点における電位を示している。   Hereinafter, a driving method of the semiconductor device according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a graph showing the potential of each part of the semiconductor device when the semiconductor device is driven by the driving method according to the present embodiment. The horizontal axis indicates the depth when the surface of the semiconductor device is used as a reference, and the vertical axis indicates the potential at each point.

本実施形態に係る半導体装置では、N型ドレイン拡散8に正のドレイン電圧が印加されている。具体的には、N型ドレイン拡散8には、約40Vの電圧が印加されている。さらに、高耐圧NchMOSFETの下に存在するN型ウエル2に設けられた電極(図示せず)に対しても、ドレイン電圧と略同等の正の電圧が印加されている。具体的には、N型ウエル2に設けられた電極には、約40Vの電圧が印加されている。このようにN型ウエル2に対しても電圧が印加される理由は、N型ドレイン拡散8にドレイン電圧が印加されることにより、P型ウエル3が空乏化し、リーク電流が発生することを防止するためである。以下に、図面を参照しながら詳しく説明する。   In the semiconductor device according to the present embodiment, a positive drain voltage is applied to the N-type drain diffusion 8. Specifically, a voltage of about 40 V is applied to the N-type drain diffusion 8. Further, a positive voltage substantially equal to the drain voltage is also applied to an electrode (not shown) provided in the N-type well 2 existing under the high breakdown voltage Nch MOSFET. Specifically, a voltage of about 40 V is applied to the electrode provided in the N-type well 2. The reason why the voltage is applied also to the N-type well 2 in this way is that the drain voltage is applied to the N-type drain diffusion 8 to prevent the P-type well 3 from being depleted and generating a leak current. It is to do. Hereinafter, it will be described in detail with reference to the drawings.

高耐圧NchMOSFETのP型ウエルの深さを、低耐圧NchMOSFETのP型ウエルと同じ深さにした半導体装置を、ドレイン電圧のみを印加する従来の駆動方式で駆動させた場合、当該高耐圧NchMOSFETのP型ウエルが完全に空乏化してしまい、N型ドレイン拡散からN型ウエルにリーク電流が流れるという問題があった。   When a semiconductor device in which the depth of the P-type well of the high breakdown voltage NchMOSFET is the same as that of the P-type well of the low breakdown voltage NchMOSFET is driven by the conventional driving method in which only the drain voltage is applied, the high breakdown voltage NchMOSFET There is a problem that the P-type well is completely depleted, and a leak current flows from the N-type drain diffusion to the N-type well.

これに対して、本実施形態に係る半導体装置の駆動方法では、上述したようにN型ウエル2に対して、ドレイン電圧と略同じ大きさの電圧が印加されている。そのため、N型ドレイン拡散8の下の各部分の電位が、図2に示すようになる。具体的には、N型ドレイン拡散8の電位と、N型ウエル2の電位とが略等しくなり、N型ドレイン拡散8とN型ウエル2との間の部分の電位が低くなる。これにより、N型ドレイン拡散8とN型ウエル2とに電圧が印加されることにより、P型ウエル3が完全に空乏化したとしても、N型ドレイン拡散8からN型ウエル2に対してリーク電流が流れることが防止される。このとき半導体基板1は接地電位でP型ウエル3自体はN型ドレイン拡散8が順方向バイアスとならない範囲で任意の高電圧とすることができる。   On the other hand, in the method for driving the semiconductor device according to the present embodiment, a voltage having substantially the same magnitude as the drain voltage is applied to the N-type well 2 as described above. Therefore, the potential of each portion under the N-type drain diffusion 8 is as shown in FIG. Specifically, the potential of the N-type drain diffusion 8 and the potential of the N-type well 2 are substantially equal, and the potential of the portion between the N-type drain diffusion 8 and the N-type well 2 is lowered. Thereby, even if the P-type well 3 is completely depleted by applying a voltage to the N-type drain diffusion 8 and the N-type well 2, the N-type drain diffusion 8 leaks to the N-type well 2. Current is prevented from flowing. At this time, the semiconductor substrate 1 can be at a ground potential, and the P-type well 3 itself can be set to any high voltage within a range in which the N-type drain diffusion 8 does not become a forward bias.

最後に、図1に示す半導体装置を製造する方法について、図面を参照しながら説明する。図3および4は、本実施形態に係る半導体装置を製造する際の、各工程における工程断面図を示したものである。   Finally, a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. 3 and 4 show process cross-sectional views in each process when the semiconductor device according to the present embodiment is manufactured.

まず、P型の半導体基板1上に、熱酸化およびCVD法を用いて、シリコン酸化膜80およびシリコン窒化膜81を順に形成する。次に、N型ウエル2を形成すべき領域に開口を有するフォトレジスト膜82を、シリコン窒化膜81上に形成する。これにより、半導体装置は、図3(a)に示す構造を有するようになる。   First, a silicon oxide film 80 and a silicon nitride film 81 are sequentially formed on a P-type semiconductor substrate 1 using thermal oxidation and a CVD method. Next, a photoresist film 82 having an opening in a region where the N-type well 2 is to be formed is formed on the silicon nitride film 81. As a result, the semiconductor device has the structure shown in FIG.

次に、フォトレジスト膜82をマスクとして、開口領域のシリコン窒化膜81をドライエッチングにより除去する。その後、フォトレジスト膜82およびシリコン窒化膜81を保護マスクとして、P(リン)を半導体基板1に対して注入する。これにより、半導体装置は、図3(b)に示す構造を有するようになる。   Next, using the photoresist film 82 as a mask, the silicon nitride film 81 in the opening region is removed by dry etching. Thereafter, P (phosphorus) is implanted into the semiconductor substrate 1 using the photoresist film 82 and the silicon nitride film 81 as a protective mask. As a result, the semiconductor device has the structure shown in FIG.

次に、アッシング処理等により、フォトレジスト膜82を除去する。そして、シリコン窒化膜81で覆われていない部分のシリコン酸化膜80に対して熱酸化処理を施す。これにより、図3(c)に示すように、一部のシリコン酸化膜80においてその膜厚が大きくなる。この後、ウエットエッチング処理等により、シリコン窒化膜81が除去される。   Next, the photoresist film 82 is removed by ashing or the like. Then, thermal oxidation treatment is performed on the silicon oxide film 80 that is not covered with the silicon nitride film 81. As a result, as shown in FIG. 3C, the film thickness of a part of the silicon oxide film 80 is increased. Thereafter, the silicon nitride film 81 is removed by wet etching or the like.

シリコン窒化膜81の除去が完了すると、シリコン酸化膜80を保護マスクとして、B(ホウ素)を注入する。ここで、シリコン酸化膜80は、Pが注入された領域については、厚い膜厚を有し、Pが注入されていない領域については、薄い膜厚を有する。そのため、膜厚が薄い領域(すなわち、Pが注入されていない領域)には、Bが注入され、膜厚が厚い領域(すなわち、Pが注入された領域)には、Bが注入されない。これにより、半導体装置は、図3(d)に示すような構造を取るようになる。   When the removal of the silicon nitride film 81 is completed, B (boron) is implanted using the silicon oxide film 80 as a protective mask. Here, the silicon oxide film 80 has a thick film thickness in a region where P is implanted, and a thin film thickness in a region where P is not implanted. For this reason, B is implanted into a thin region (that is, a region where P is not implanted), and B is not implanted into a thick region (that is, a region where P is implanted). As a result, the semiconductor device has a structure as shown in FIG.

次に、半導体基板1に対して熱処理を施して、図3(b)および(d)において注入した不純物(PおよびB)を拡散させる。これにより、高耐圧MOSFET領域と低耐圧MOSFET領域とのそれぞれにN型ウエル2が形成される。なお、熱処理条件は、例えば、基板温度が約1200℃の状態で、処理時間が約30時間である。これにより、約12μmの深さを有するN型ウエル2が形成される。熱処理が完了すると、シリコン酸化膜80をウエットエッチングにより除去する。ここで、ウエットエッチング処理に用いられる薬品としては、例えば、フッ酸が挙げられる。その後、図4(e)に示すように、熱酸化処理により、半導体基板1の表面にシリコン酸化膜83が形成される。   Next, the semiconductor substrate 1 is subjected to a heat treatment to diffuse the impurities (P and B) implanted in FIGS. 3B and 3D. Thereby, the N-type well 2 is formed in each of the high breakdown voltage MOSFET region and the low breakdown voltage MOSFET region. The heat treatment conditions are, for example, a processing time of about 30 hours when the substrate temperature is about 1200 ° C. As a result, an N-type well 2 having a depth of about 12 μm is formed. When the heat treatment is completed, the silicon oxide film 80 is removed by wet etching. Here, as a chemical | medical agent used for a wet etching process, a hydrofluoric acid is mentioned, for example. Thereafter, as shown in FIG. 4E, a silicon oxide film 83 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 by thermal oxidation.

次に、N型ウエル23およびN型ウエル63を形成すべき領域に開口部を有するフォトレジスト膜84を、シリコン酸化膜83上に形成する。この後、図4(f)に示すように、当該フォトレジスト膜84を保護マスクとして、Pを半導体基板1に対して注入する。この後、アッシング処理等により、フォトレジスト膜84を除去する。   Next, a photoresist film 84 having openings in regions where the N-type well 23 and the N-type well 63 are to be formed is formed on the silicon oxide film 83. Thereafter, as shown in FIG. 4F, P is implanted into the semiconductor substrate 1 using the photoresist film 84 as a protective mask. Thereafter, the photoresist film 84 is removed by ashing or the like.

次に、P型ウエル3およびP型ウエル43を形成すべき領域に開口部を有するフォトレジスト膜85を、シリコン酸化膜83上に形成する。この後、図4(g)に示すように、当該フォトレジスト膜85を保護マスクとして、Bを半導体基板1に対して注入する。この後、アッシング処理等により保護マスクを除去する。   Next, a photoresist film 85 having an opening in a region where the P-type well 3 and the P-type well 43 are to be formed is formed on the silicon oxide film 83. Thereafter, as shown in FIG. 4G, B is implanted into the semiconductor substrate 1 using the photoresist film 85 as a protective mask. Thereafter, the protective mask is removed by ashing or the like.

次に、半導体基板1に対して熱処理を施して、図4(f)および(g)において注入した不純物(PおよびB)を拡散させる。これにより、図4(h)に示すように、P型ウエル3、P型ウエル43、N型ウエル23およびN型ウエル63が形成される。なお、熱処理条件は、例えば、基板温度が約1150℃の状態で、処理時間が約105分である。   Next, the semiconductor substrate 1 is subjected to heat treatment to diffuse the impurities (P and B) implanted in FIGS. 4F and 4G. As a result, as shown in FIG. 4H, the P-type well 3, the P-type well 43, the N-type well 23, and the N-type well 63 are formed. The heat treatment conditions are, for example, that the substrate temperature is about 1150 ° C. and the processing time is about 105 minutes.

ここで、P型ウエル3、P型ウエル43、N型ウエル23およびN型ウエル63は、同一の熱拡散処理により形成されたものであるので、従来の半導体装置のウエルと異なり、P型ウエル3、P型ウエル43は全て均一なウエル深さ(約2.0μm)を有する。また、P型ウエル3および43の不純物濃度は、約2.4×1016/cm3であり、N型ウエル23および63の不純物濃度は、約5.8×1016/cm3である。 Here, since the P-type well 3, the P-type well 43, the N-type well 23, and the N-type well 63 are formed by the same thermal diffusion process, unlike the well of the conventional semiconductor device, the P-type well. 3. All P-type wells 43 have a uniform well depth (approximately 2.0 μm). The impurity concentration of the P-type wells 3 and 43 is about 2.4 × 10 16 / cm 3 , and the impurity concentration of the N-type wells 23 and 63 is about 5.8 × 10 16 / cm 3 .

この後、シリコン酸化膜83が除去され、各ウエルの表面に、高耐圧NchMOSFET、高耐圧PchMOSFET、低耐圧NchMOSFETおよび低耐圧NchMOSFETが形成される。   Thereafter, the silicon oxide film 83 is removed, and high breakdown voltage Nch MOSFET, high breakdown voltage Pch MOSFET, low breakdown voltage Nch MOSFET and low breakdown voltage Nch MOSFET are formed on the surface of each well.

さらに、N型ウエル2には、N型ドレイン拡散8に印加されるドレイン電圧と略同じ大きさの電圧を印加するための電極(図示せず)が形成される。これにより、図1に示すような半導体装置が完成する。   Further, an electrode (not shown) for applying a voltage substantially equal to the drain voltage applied to the N-type drain diffusion 8 is formed in the N-type well 2. Thereby, the semiconductor device as shown in FIG. 1 is completed.

以上のように、本実施形態に係る半導体装置の駆動方法によれば、ドレイン電圧と略同じ大きさを有する電圧が、高耐圧NchMOSFETが形成されるP型ウエルの下に存在するN型ウエルに対して印加される。これにより、N型ドレイン拡散とN型ウエルとの電位が等しくなり、これらの間にリーク電流が発生することが防止される。   As described above, according to the method for driving a semiconductor device according to the present embodiment, a voltage having substantially the same magnitude as the drain voltage is applied to the N-type well existing under the P-type well in which the high voltage NchMOSFET is formed. Applied to. As a result, the potentials of the N-type drain diffusion and the N-type well are equalized, and leakage current is prevented from occurring between them.

また、本実施形態に係る半導体装置の駆動方法によれば、高耐圧NchMOSFETのP型ウエルが完全に空乏化してもリーク電流の発生を抑制することができるので、高耐圧NchMOSFETのウエルの深さを従来よりも浅くすることが可能となる。そのため、高耐圧NchMOSFETのP型ウエルの深さを、低耐圧NchMOSFETのP型ウエルおよび低耐圧PchMOSFETのN型ウエルの深さに揃えることが可能となる。その結果、これらのウエルを形成するための熱拡散処理(図4(h)の処理)が一度で済むようになり、半導体装置の製造工程数が削減される。   In addition, according to the method for driving a semiconductor device according to the present embodiment, even if the P-type well of the high breakdown voltage NchMOSFET is completely depleted, the generation of leakage current can be suppressed, so the depth of the well of the high breakdown voltage NchMOSFET. Can be made shallower than before. Therefore, the depth of the P-type well of the high breakdown voltage NchMOSFET can be made equal to the depth of the P-type well of the low breakdown voltage NchMOSFET and the N-type well of the low breakdown voltage PchMOSFET. As a result, the thermal diffusion process (the process of FIG. 4H) for forming these wells can be performed once, and the number of manufacturing steps of the semiconductor device is reduced.

なお、本実施形態では、高耐圧NchMOSFETについて説明を行ったが、高耐圧PchMOSFETにおいても、本実施形態に係る半導体装置の駆動方法を適用することが可能である。但し、高耐圧PchMOSFETに本実施形態に係る半導体装置の駆動方法を適用する場合には、負の電荷がP型の半導体基板に対して印加される。すなわち、ウエルに印加する電圧は、高耐圧MOSFETのドレイン電極に印加される電圧と同符号でなくてはならない。さらに、この場合には、半導体基板には、P型ドレイン拡散28に印加されるドレイン電圧と同符号の電圧を印加するための電極(図示せず)が形成される必要がある。   In the present embodiment, the high-breakdown-voltage Nch MOSFET has been described. However, the semiconductor device driving method according to the present embodiment can also be applied to the high-breakdown-voltage Pch MOSFET. However, when the driving method of the semiconductor device according to the present embodiment is applied to the high breakdown voltage Pch MOSFET, a negative charge is applied to the P-type semiconductor substrate. That is, the voltage applied to the well must have the same sign as the voltage applied to the drain electrode of the high voltage MOSFET. Furthermore, in this case, an electrode (not shown) for applying a voltage having the same sign as the drain voltage applied to the P-type drain diffusion 28 needs to be formed on the semiconductor substrate.

また、本実施形態に係る半導体装置の駆動方法は、P型ウエルの下に存在するN型ウエルに印加するものとして説明を行っているが、電圧を印加する領域はこれに限らない。すなわち、電圧が印加される領域は、ドレイン領域と同じ導電型を有する領域であって、かつドレイン拡散領域の下に存在する領域であればよい。但し、ドレイン領域と、ドレイン領域と同じ導電型を有する領域との間には、当該ドレイン領域と異なる導電形を有するウエルが存在する必要がある。   Further, although the semiconductor device driving method according to the present embodiment is described as being applied to the N-type well existing under the P-type well, the region to which the voltage is applied is not limited to this. That is, the region to which the voltage is applied may be a region having the same conductivity type as that of the drain region and existing under the drain diffusion region. However, a well having a conductivity type different from that of the drain region needs to be present between the drain region and a region having the same conductivity type as the drain region.

また、本実施形態では、高耐圧NchMOSFETにおいて、ドレイン電極に印加される電圧の大きさと、N型ウエルに印加される電圧の大きさとは略同じ大きさであるとしているが、これらの電圧の大小関係はこれに限らない。すなわち、ドレイン電極に印加される電圧の方がN型ウエルに印加される電圧よりも大きくなっていてもよい。図5は、ドレイン電極に40Vの電圧が印加され、N型ウエルに30Vの電圧が印加されたときの、半導体装置の各部の電位を示したグラフである。横軸は、半導体装置の表面を基準とした場合の深さを示しており、縦軸は、各点における電位を示している。   In the present embodiment, in the high breakdown voltage NchMOSFET, the magnitude of the voltage applied to the drain electrode and the magnitude of the voltage applied to the N-type well are substantially the same. The relationship is not limited to this. That is, the voltage applied to the drain electrode may be larger than the voltage applied to the N-type well. FIG. 5 is a graph showing the potential of each part of the semiconductor device when a voltage of 40 V is applied to the drain electrode and a voltage of 30 V is applied to the N-type well. The horizontal axis indicates the depth when the surface of the semiconductor device is used as a reference, and the vertical axis indicates the potential at each point.

図5に示すように、N型ウエルに印加される電圧が、ドレイン電極に印加される電圧よりも小さい場合であっても、電位の分布は、中央部分で窪んだ形状となる。すなわち、電圧が印加されたN型ウエルとドレイン電極との電位は高くなり、電圧が印加されていないP型ウエルの電位は低くなる。したがって、上述したように電圧が印加された場合であっても、リーク電流が発生することを防止可能できる。   As shown in FIG. 5, even when the voltage applied to the N-type well is smaller than the voltage applied to the drain electrode, the potential distribution has a shape that is depressed at the center. That is, the potential of the N-type well to which the voltage is applied and the drain electrode are increased, and the potential of the P-type well to which no voltage is applied is decreased. Therefore, even when a voltage is applied as described above, it is possible to prevent a leak current from occurring.

なお、本実施形態に係る半導体装置の駆動方法は、高耐圧MOSFETと低耐圧MOSFETとが1枚の半導体基板に形成された半導体装置に適用されるものとして説明をしたが、当該駆動方法を適用可能な半導体装置はこれに限らない。例えば、本実施形態に係る半導体装置の駆動方法は、1枚のチップに高耐圧MOSFETのみが形成されたような半導体装置に対しても、適用可能である。   The driving method of the semiconductor device according to the present embodiment has been described as being applied to a semiconductor device in which a high breakdown voltage MOSFET and a low breakdown voltage MOSFET are formed on a single semiconductor substrate. However, the driving method is applied. The possible semiconductor devices are not limited to this. For example, the driving method of the semiconductor device according to the present embodiment can be applied to a semiconductor device in which only a high voltage MOSFET is formed on one chip.

本発明に係る半導体装置の駆動方法によれば、高耐圧MOSFETに高電圧が印加された場合に、空乏化する程度のウエル深さであっても、リーク電流の発生を抑制でき、かつ半導体装置の製造工程数を減らすことを実現できる効果を有し、半導体基板にトランジスタが形成された半導体装置の駆動方法等として有用である。   According to the semiconductor device driving method of the present invention, when a high voltage is applied to the high breakdown voltage MOSFET, the generation of a leakage current can be suppressed even when the well depth is sufficient to be depleted, and the semiconductor device This is effective as a method for driving a semiconductor device in which a transistor is formed on a semiconductor substrate.

本発明に係る半導体装置の断面構造を示した図The figure which showed the cross-section of the semiconductor device which concerns on this invention 本発明に係る半導体装置の駆動方法で半導体装置を駆動させた場合における、当該半導体装置の各部分の電位を示した図The figure which showed the electric potential of each part of the said semiconductor device when driving a semiconductor device with the drive method of the semiconductor device which concerns on this invention 本発明に係る半導体装置の製造工程を示した図The figure which showed the manufacturing process of the semiconductor device based on this invention 本発明に係る半導体装置の製造工程を示した図The figure which showed the manufacturing process of the semiconductor device based on this invention 本発明に係る半導体装置の駆動方法で半導体装置を駆動させた場合における、当該半導体装置の各部分の電位を示した図The figure which showed the electric potential of each part of the said semiconductor device when driving a semiconductor device with the drive method of the semiconductor device which concerns on this invention 従来の半導体装置の断面構造を示した図The figure which showed the section structure of the conventional semiconductor device

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板
2 N型ウエル
3 P型ウエル
4 N型オフセット拡散層
5 P型チャンネルストップ拡散層
6 N型チャンネルストップ拡散層
7 N型ソース拡散
8 N型ドレイン拡散
9 ゲート電極ポリシリコン
10 ゲート酸化膜
11 ガードバンドP型拡散層
12 LOCOS酸化膜
23 N型ウエル
24 P型オフセット拡散層
25 P型チャンネルストップ拡散層
26 N型チャンネルストップ拡散層
27 P型ソース拡散
28 P型ドレイン拡散
29 ゲート電極ポリシリコン
30 ゲート酸化膜
31 ガードバンドN型拡散層
32 LOCOS酸化膜
43 P型ウエル
45 P型チャンネルストップ拡散層
46 N型チャンネルストップ拡散層
47 N型ソース拡散
48 N型ドレイン拡散
49 ゲート電極ポリシリコン
50 ゲート酸化膜
52 LOCOS酸化膜
63 N型ウエル
65 P型チャンネルストップ拡散層
66 N型チャンネルストップ拡散層
67 N型ソース拡散
68 N型ドレイン拡散
69 ゲート電極ポリシリコン
70 ゲート酸化膜
72 LOCOS酸化膜
80、83 シリコン酸化膜
81 シリコン窒化膜
82、84、85 フォトレジスト膜

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 N type well 3 P type well 4 N type offset diffused layer 5 P type channel stop diffused layer 6 N type channel stop diffused layer 7 N type source diffused 8 N type drain diffused 9 Gate electrode polysilicon 10 Gate oxide film 11 Guard band P type diffusion layer 12 LOCOS oxide film 23 N type well 24 P type offset diffusion layer 25 P type channel stop diffusion layer 26 N type channel stop diffusion layer 27 P type source diffusion 28 P type drain diffusion 29 Gate electrode polysilicon 30 Gate oxide film 31 Guard band N-type diffusion layer 32 LOCOS oxide film 43 P-type well 45 P-type channel stop diffusion layer 46 N-type channel stop diffusion layer 47 N-type source diffusion 48 N-type drain diffusion 49 Gate electrode polysilicon 50 Gate Oxide film 52 LOCOS oxide film 6 N-type well 65 P-type channel stop diffusion layer 66 N-type channel stop diffusion layer 67 N-type source diffusion 68 N-type drain diffusion 69 Gate electrode polysilicon 70 Gate oxide film 72 LOCOS oxide films 80 and 83 Silicon oxide film 81 Silicon nitride film 82, 84, 85 Photoresist film

Claims (7)

半導体基板にトランジスタが形成された半導体装置の駆動方法であって、
前記トランジスタは、前記半導体基板の表面近傍に形成されたウエル上に形成されており、
前記半導体装置の駆動時において、前記トランジスタのドレイン領域に印加するドレイン電圧と同符号の電圧を、前記ウエルの周辺に存在する領域であって、かつ前記ドレイン領域と同じ導電型を有する領域に対して印加することを特徴とする、半導体装置の駆動方法。
A method for driving a semiconductor device in which a transistor is formed on a semiconductor substrate,
The transistor is formed on a well formed near the surface of the semiconductor substrate,
When driving the semiconductor device, a voltage having the same sign as the drain voltage applied to the drain region of the transistor is applied to a region existing around the well and having the same conductivity type as the drain region. A method for driving a semiconductor device.
前記ウエルの周辺に存在する領域は、前記ドレイン領域と同じ導電形を有するウエルであることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置の駆動方法。   2. The method of driving a semiconductor device according to claim 1, wherein the region present around the well is a well having the same conductivity type as that of the drain region. 前記半導体基板は、前記ウエルと異なる導電型を有しており、
前記ウエルの周辺に存在する領域は、前記半導体基板であることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置の駆動方法。
The semiconductor substrate has a different conductivity type from the well;
2. The method of driving a semiconductor device according to claim 1, wherein the region existing around the well is the semiconductor substrate.
前記ウエルの周辺に存在する領域に印加される電圧は、前記ドレイン電圧と略同じ大きさの電圧であることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置の駆動方法。   The method of driving a semiconductor device according to claim 1, wherein a voltage applied to a region existing around the well is a voltage substantially equal to the drain voltage. 半導体基板と、
前記半導体基板の表面近傍に形成されたウエルと、
前記ウエルの表面に形成されたトランジスタと、
前記ウエルの周辺に存在し、かつ前記トランジスタのドレイン領域と同じ導電型を有する領域と、
前記ウエルの周辺に存在する領域に対して、前記トランジスタのドレイン領域に印加するドレイン電圧と同符合の電圧を印加するための電極とを備える、半導体装置。
A semiconductor substrate;
A well formed near the surface of the semiconductor substrate;
A transistor formed on the surface of the well;
A region present around the well and having the same conductivity type as the drain region of the transistor;
A semiconductor device comprising: an electrode for applying a voltage having the same sign as a drain voltage applied to a drain region of the transistor to a region existing around the well.
前記ウエルと略同じ深さを有し、前記半導体基板の表面近傍に形成される低耐圧用ウエルと、
前記低耐圧用ウエルの表面に形成され、前記トランジスタよりも低い電圧で駆動する低耐圧トランジスタとをさらに備えることを特徴とする、請求項5に記載の半導体装置。
A low breakdown voltage well having substantially the same depth as the well and formed near the surface of the semiconductor substrate;
The semiconductor device according to claim 5, further comprising a low breakdown voltage transistor formed on a surface of the low breakdown voltage well and driven at a voltage lower than that of the transistor.
1以上の第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタよりも低い電圧で駆動する1以上の第2のトランジスタとが同一の半導体基板に形成された半導体装置を製造する方法であって、
前記第1のトランジスタを形成するための第1のウエルおよび前記第2のトランジスタを形成するための第2のウエルを同時に形成する工程と、
前記第1のトランジスタを前記第1のウエル内に形成する工程と、
前記第2のトランジスタを前記第2のウエル内に形成する工程と、
前記第1のウエルの周辺に存在する領域であって、かつ前記第1のトランジスタのドレイン領域と同じ導電型を有する領域に対して、前記第1のトランジスタのドレイン電圧と同符号の電圧を印加するための電極を形成する工程とを備える、半導体装置の形成方法。

A method of manufacturing a semiconductor device in which one or more first transistors and one or more second transistors driven at a lower voltage than the first transistor are formed on the same semiconductor substrate,
Simultaneously forming a first well for forming the first transistor and a second well for forming the second transistor;
Forming the first transistor in the first well;
Forming the second transistor in the second well;
A voltage having the same sign as the drain voltage of the first transistor is applied to a region existing around the first well and having the same conductivity type as the drain region of the first transistor. Forming an electrode for forming a semiconductor device.

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