JP2005085975A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は高耐圧特性を有しながらオン抵抗を低くすることができる横型半導体装置に関する。 The present invention relates to a lateral semiconductor device capable of reducing on-resistance while having high breakdown voltage characteristics.
高耐圧特性を有しながらオン抵抗を低減する目的で、ドレイン領域内に第1導電型領域を埋め込む構造の半導体装置が従来から提案されている(特許文献1参照)。その一例を、図3および図4を参照しながら説明する。 A semiconductor device having a structure in which a first conductivity type region is embedded in a drain region has been proposed for the purpose of reducing on-resistance while having high breakdown voltage characteristics (see Patent Document 1). An example of this will be described with reference to FIGS.
図3は従来の技術における半導体装置を上から見た平面図である。図4は図3に示した半導体装置の断面構造図であり、(a)は図3に示したC−C’方向での断面図、(b)は図3に示したD−D’方向での断面図である。 FIG. 3 is a plan view of a conventional semiconductor device as viewed from above. 4 is a cross-sectional structural view of the semiconductor device shown in FIG. 3, wherein (a) is a cross-sectional view in the CC ′ direction shown in FIG. 3, and (b) is a DD ′ direction shown in FIG. FIG.
図4に示すように、P型半導体基板1には、N型領域からなるソース領域2およびN型領域からなる延長ドレイン領域3がそれぞれ形成されている。
As shown in FIG. 4, the P-type semiconductor substrate 1 is formed with a
延長ドレイン領域3の表面部にはN型高濃度領域4が形成されていると共に、延長ドレイン領域3の内部にはP型埋め込み領域5が形成されている。N型高濃度領域4はドレイン電極6と接続されていると共に、P型埋め込み領域5は半導体基板1と接続されている。
An N-type
また、半導体基板1の表面部にはソース領域2とソース領域2に隣接するP型の基板コンタクト領域7が形成されている。ソース領域2および基板コンタクト領域7はソース電極8に接続されており、これにより、ソース領域2は半導体基板1と同電位に設定される。また、半導体基板1にはソース領域2および基板コンタクト領域7を囲むようにP型のアンチパンチスルー領域9が形成されている。
A
半導体基板1の上部におけるソース領域2と延長ドレイン領域3との間にはゲート絶縁膜を介してゲート電極10が形成されており、半導体基板1におけるゲート電極の下側の領域はチャネル領域11として機能する。ゲート電極10および半導体基板1の表面は絶縁膜12により覆われている。
A
上記従来例の半導体装置の特徴は、N型領域からなる延長ドレイン領域3の内部にP型埋め込み領域5を備えていることである。
A feature of the conventional semiconductor device is that a P-type buried
P型埋め込み領域5は半導体基板1を介して基準電位に設定されているため、延長ドレイン領域3に高電圧が印加されると、延長ドレイン領域3と、半導体基板1およびP型埋め込み領域5とは逆バイアス状態になる。このため延長ドレイン領域3と半導体基板1および延長ドレイン領域3とP型埋め込み領域5の接合部から空乏層がそれぞれ拡がる。この空乏層の絶縁耐圧特性を利用することにより、MOS型トランジスタの高耐圧化を図ることができる。ゲート電極10に電圧が印加されると、MOS型トランジスタのチャネル領域11が導通するので、図中に矢印で示すように、電流は主として、延長ドレイン領域3の内部におけるP型埋め込み領域5の上方と下方を流れる。
Since the P-type buried
ところで、通常行われているように、基板表面からの拡散により延長ドレイン領域3の表面部にP型領域を形成すると、延長ドレイン領域3における不純物濃度の最も高い表面部におけるN型不純物の濃度は著しく低下するため、オン抵抗は高くなってしまう。
By the way, when the P-type region is formed in the surface portion of the extended
そこで、上記従来例においては、延長ドレイン領域3の内部にP型埋め込み領域5を形成することにより、延長ドレイン領域3の表面部におけるN型不純物濃度の低下を防止している。
Therefore, in the above conventional example, the P-type buried
また、図3および図4(b)に示すように、ソース終端部では、曲率が小さいことによる電界の集中を避けるため、延長ドレイン領域注入時にソース端部を取り囲むように半円状に不純物を注入せず、濃度を薄くし空乏化しやすくした特殊構造部13が存在する。
上記従来例ではP型埋め込み領域を2層埋め込んでいるが、さらに埋め込み領域の数を増やすことで延長ドレイン領域の濃度を濃くすることができ、オン抵抗を低減することができる。 In the conventional example, two layers of the P-type buried region are buried, but by further increasing the number of buried regions, the concentration of the extended drain region can be increased and the on-resistance can be reduced.
しかし、オン抵抗低減のため前記延長ドレイン領域の濃度を濃くすると、ソース終端部の特殊構造部13において、N型不純物が拡散しやすく前記延長ドレイン領域内にP型埋め込み領域の存在しない部分が広くなり、空乏化しにくくなっている。特に延長ドレイン領域が半円状である場合、その底端部ではN型不純物が両側から拡散し、濃度がさらに濃くなるため、より空乏化しにくい構造となっている。そのため、ソース終端部の特殊構造部13において、完全に空乏化されず局部的なブレークダウンが発生し、十分な耐圧が出ないという問題が発生する。
However, when the concentration of the extended drain region is increased in order to reduce the on-resistance, in the
上記課題を解決するため、本発明の半導体装置は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板内に形成される第2導電型の高濃度ドレイン領域および延長ドレイン領域と第2導電型のソース領域と、前記ソース領域と前記延長ドレイン領域との間に設けられたチャネル領域と、前記チャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極を有する半導体装置であって、前記延長ドレイン領域において表面からの深さの異なる第1導電型埋め込み領域を少なくとも1つ以上備えており、さらに前記第1導電型埋め込み領域の上側および下側に前記延長ドレイン領域の第2導電型の不純物領域をさらに備えていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a semiconductor device of the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate, a second conductivity type high concentration drain region and an extended drain region formed in the semiconductor substrate, and a second conductivity type. A semiconductor device comprising: a source region; a channel region provided between the source region and the extended drain region; and a gate electrode formed on the channel region via a gate insulating film, wherein the extension At least one first conductivity type buried region having a different depth from the surface in the drain region is provided, and the second conductivity type impurity of the extended drain region is provided above and below the first conductivity type buried region. A region is further provided.
前記ソース終端部では前記ソース領域を取り囲むように半円状に前記延長ドレイン領域を形成しないことが好ましい。 It is preferable that the extended drain region is not formed in a semicircular shape so as to surround the source region at the source termination portion.
前記延長ドレイン領域を形成しない半円状領域において、前記埋め込み領域は半円状底端部に90°以上の角度をつけて形成することが好ましい。 In the semicircular region where the extended drain region is not formed, the buried region is preferably formed at an angle of 90 ° or more at the semicircular bottom end.
さらに前記延長ドレイン領域を形成しない半円状領域において、前記埋め込み領域は半円状底端部に曲率をつけて形成することが好ましい。 Further, in the semicircular region where the extended drain region is not formed, the buried region is preferably formed with a curvature at the semicircular bottom end.
前記埋め込み領域は、前記半導体基板と電気的に接続されていることが好ましい。 The buried region is preferably electrically connected to the semiconductor substrate.
前記埋め込み領域は、イオン注入により形成されていることが好ましい。 The buried region is preferably formed by ion implantation.
本発明では、前記延長ドレイン領域が両側から拡散し空乏化しにくくなる半円状底端部の角部に90°以上の角度をつけ、さらに曲率をつけて形成することにより、この特異形状部分においても完全に空乏化させることができ電界強度が緩和され高耐圧を保持しつつオン抵抗の低減が実現できる。 In the present invention, the extended drain region is diffused from both sides and formed at a corner of the semicircular bottom end portion that is difficult to be depleted with an angle of 90 ° or more, and further with a curvature. However, it is possible to completely deplete the electric field strength and to reduce the on-resistance while maintaining a high breakdown voltage.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における半導体装置を上から見た平面図である。図2は図1に示した半導体装置の断面構造図であり、(a)は図1に示したA−A’方向での断面図、(b)は図1に示したB−B’方向での断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention as viewed from above. 2 is a cross-sectional structural view of the semiconductor device shown in FIG. 1, wherein (a) is a cross-sectional view taken along the line AA ′ shown in FIG. 1, and (b) is a BB ′ direction shown in FIG. FIG.
図2において、P型半導体基板1には、N型領域からなるソース領域2およびN型領域からなる延長ドレイン領域3、延長ドレイン領域の表面側にN型高濃度領域4、延長ドレイン領域内に1つ以上のP型埋め込み領域5がそれぞれ形成されている。
In FIG. 2, a P-type semiconductor substrate 1 includes a
N型高濃度領域4はドレイン電極6と接続されており、P型埋め込み領域5は半導体基板1と接続されている。
The N-type
半導体基板1の表面部にはソース領域2とソース領域2に隣接するP型の基板コンタクト領域7が形成されている。ソース領域2および基板コンタクト領域7はソース電極8に接続されており、これにより、ソース領域2は半導体基板1と同電位に設定される。また、半導体基板1にはソース領域2および基板コンタクト領域7を囲むようにP型のアンチパンチスルー領域9が形成されている。
A
半導体基板1の上部におけるソース領域2と延長ドレイン領域3との間にはゲート絶縁膜を介してゲート電極10が形成されており、半導体基板1におけるゲート電極10の下側の領域はチャネル領域11として機能する。ゲート電極10および半導体基板1の表面は絶縁膜12により覆われている。
A
上記の半導体装置において、P型半導体基板1の不純物濃度を約1×1014〜3×1014cm3程度に設定され、延長ドレイン領域3は基板表面からの深さが約6〜10μm程度まで形成され、その不純物濃度は約1×1015〜7×1016cm3程度である。
In the above semiconductor device, the impurity concentration of the P-type semiconductor substrate 1 is set to about 1 × 10 14 to 3 × 10 14 cm 3 , and the extended
P型埋め込み領域5は、半導体基板1の表面からの深さが約1〜4μm程度の位置に形成され、その不純物濃度は約1×1016〜1×1017cm3程度である。また、P型埋め込み領域5の各領域の厚さは、約1〜1.5μm程度である。
The P-type buried
P型埋め込み領域5は半導体基板1を介して基準電位に設定されているため、延長ドレイン領域3に高電圧が印加されると、延長ドレイン領域3と、半導体基板1およびP型埋め込み領域5とは逆バイアス状態になる。このため延長ドレイン領域3と半導体基板1および延長ドレイン領域3とP型埋め込み領域5の接合部からそれぞれ空乏層が拡がる。
Since the P-type buried
この空乏層の絶縁耐圧特性を利用することにより、MOS型トランジスタの高耐圧化を図ることができる。ゲート電極10に電圧が印加されると、MOS型トランジスタのチャネル領域が導通するため、図中の矢印で示すように、電流は主として、延長ドレイン領域3の内部におけるP型埋め込み領域5の上方と下方を流れる。
By utilizing the withstand voltage characteristics of the depletion layer, it is possible to increase the breakdown voltage of the MOS transistor. When a voltage is applied to the
ソース終端部では、電界の集中を防ぐためソース領域2を取り囲むように延長ドレイン領域を形成しない扇形の領域14が形成されており、また、扇形の領域14と重なるようにP型埋め込み領域を注入しない領域15が扇形に形成されている。
In the source termination portion, in order to prevent the concentration of the electric field, a fan-shaped
さらに扇形の領域14および扇形の領域15において、底端部16および17にはそれぞれ90°以上の角度をつけ、さらに扇形の領域15の角部には曲率をつけて形成されている。
Further, in the fan-shaped
本実施の形態によれば、ソース終端部において、延長ドレイン領域を形成しない扇形の領域の底端部の角度を90°以上にし、さらにP型埋め込み領域を注入しない領域の角部を第1導電型埋め込み領域のみ曲率をつけることにより、角部での拡散長を短く、濃度を薄くすることで、延長ドレイン領域の濃度を濃くした場合にも、特異形状部において完全に空乏化させることができ高耐圧を保持しつつオン抵抗を低減できる半導体装置を実現できる。 According to the present embodiment, at the source termination portion, the angle of the bottom end of the fan-shaped region where the extended drain region is not formed is 90 ° or more, and the corner of the region where the P-type buried region is not implanted is the first conductive region. By making the curvature only in the buried region of the mold, the diffusion length at the corners is shortened and the concentration is reduced, so that even when the concentration of the extended drain region is increased, the singular shape portion can be completely depleted. A semiconductor device capable of reducing on-resistance while maintaining a high breakdown voltage can be realized.
次に本発明の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described.
まず、P型半導体基板1中に加速エネルギー数百keV程度でリンイオン注入を行い、複数のP型埋め込み領域5を形成するために適当な深さとなるような条件で熱拡散を行い、延長ドレイン領域3を形成する。
First, phosphorus ions are implanted into the P-type semiconductor substrate 1 at an acceleration energy of about several hundred keV, thermal diffusion is performed under conditions suitable for forming a plurality of P-type buried
このとき、図1に示すように、ソース終端部では、電界の集中を防ぐためソース領域2を取り囲むように延長ドレイン領域を形成しない扇形の領域14を形成するが、その底端部16には90°以上の角度をつけて形成する。
At this time, as shown in FIG. 1, in the source termination portion, a fan-shaped
次に、アンチパンチスルー領域9を形成するためボロンイオンを数百keV程度で注入する。
Next, boron ions are implanted at about several hundred keV to form the anti-punch through
P型埋め込み領域5は、0.7〜3.0MeVの間で適宜加速エネルギーを変えてボロンイオンを注入することにより形成する。このとき、図1に示すようにソース終端部ではP型埋め込み領域を注入しない領域15を扇形に形成するが、底端部17には90°以上の角度をつけ、さらに扇形の領域15の角部には曲率をつけて形成する。
The P-type buried
その後、ゲート絶縁膜を形成し、さらにポリシリコンを堆積した後、パターニングしてゲート電極10を形成する。続いてN型高濃度領域4およびソース領域2、基板コンタクト領域7をそれぞれ形成する。N型高濃度領域4およびソース領域2については砒素イオンを約50keV程度で注入し、基板コンタクト領域7についてはボロンイオンを約50keV程度で注入する。さらにコンタクト窓を形成し、ドレイン電極6およびソース電極8を形成して高耐圧Nチャネル型MOSFETを得る。
Thereafter, a gate insulating film is formed, polysilicon is further deposited, and then patterned to form the
なお、本発明の実施の形態はP型埋め込み領域4が2層の場合の図を示しているが、P型埋め込み領域の数については、2層に限定されるものではない。
The embodiment of the present invention shows a case where the P-type buried
本発明に係る半導体装置は、高耐圧パワー用半導体素子として有用である。 The semiconductor device according to the present invention is useful as a semiconductor element for high voltage power.
1 P型半導体基板
2 N型ソース領域
3 N型延長ドレイン領域
4 N型高濃度領域
5 P型埋め込み領域
6 ドレイン電極
7 P型コンタクト領域
8 ソース電極
9 アンチパンチスルー領域
10 ゲート電極
11 チャネル領域
12 絶縁膜
13 特殊構造部
14 N型延長ドレイン領域を形成しない扇形の領域
15 N型延長ドレイン領域およびP型埋め込み領域を形成しない扇形の領域
16 N型延長ドレイン領域を形成しない扇形の領域の底端部
17 N型延長ドレイン領域およびP型埋め込み領域を形成しない扇形の領域の底端部
1 P-type semiconductor substrate 2 N-type source region 3 N-type extended drain region 4 N-type high concentration region 5 P-type buried
Claims (6)
前記延長ドレイン領域において表面からの深さの異なる第1導電型埋め込み領域を少なくとも1つ以上備えており、さらに前記第1導電型埋め込み領域の上側および下側に前記延長ドレイン領域の第2導電型の不純物領域をさらに備えていることを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type semiconductor substrate, a second conductivity type high-concentration drain region and an extended drain region formed in the semiconductor substrate, a second conductivity type source region, and the source region and the extension drain region. A semiconductor device having a channel region provided therebetween and a gate electrode formed on the channel region via a gate insulating film,
The extended drain region includes at least one first conductivity type buried region having a different depth from the surface, and the second conductivity type of the extended drain region is provided above and below the first conductivity type buried region. The semiconductor device further comprising the impurity region.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007080919A (en) * | 2005-09-12 | 2007-03-29 | Sanyo Electric Co Ltd | Semiconductor device |
JP2010016041A (en) * | 2008-07-01 | 2010-01-21 | Sharp Corp | Semiconductor device |
JP5182653B2 (en) * | 2007-11-19 | 2013-04-17 | 株式会社東京精密 | Dicing method |
JP2016042554A (en) * | 2014-08-19 | 2016-03-31 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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- 2003-09-09 JP JP2003316364A patent/JP2005085975A/en active Pending
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