JP2006080200A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2006080200A
JP2006080200A JP2004260881A JP2004260881A JP2006080200A JP 2006080200 A JP2006080200 A JP 2006080200A JP 2004260881 A JP2004260881 A JP 2004260881A JP 2004260881 A JP2004260881 A JP 2004260881A JP 2006080200 A JP2006080200 A JP 2006080200A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide film
thickness
trench
buried oxide
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2004260881A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Yamada
山田  明
Takeshi Kuzuhara
葛原  剛
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.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2004260881A priority Critical patent/JP2006080200A/en
Publication of JP2006080200A publication Critical patent/JP2006080200A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of increasing its withstanding voltage regarding the semiconductor device with a buried oxide film between a supporting layer and an element forming layer. <P>SOLUTION: A conductive plate 26 is brought to a floating potential in a DC, and a trench plate 24 is formed between a source electrode 28 and the buried oxide film 21, thus connecting the conductive plate 26 on the source electrode 28 side through the trench plate 24. Consequently, since the electrostatic capacity of the buried oxide film 21 to the source electrode 28 is reduced, the same effect as the electrostatic capacity is reduced by thickening the buried oxide film 21 can be obtained substantially. The conductive plate 26 can also be stabilized electrically because the trench plate 24 takes a GND potential by a connection to a ground for the external circuit of the source electrode 28. Accordingly, the breakdown strength of a high withstanding voltage transistor 20 can be increased. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、支持層と素子形成層と間に埋込み酸化膜を備えた半導体装置に関するもので、例えば、SOI(Silicon on Insulator)基板に形成される高耐圧トランジスタに好適なものである。   The present invention relates to a semiconductor device including a buried oxide film between a support layer and an element formation layer, and is suitable for, for example, a high voltage transistor formed on an SOI (Silicon on Insulator) substrate.

数百V程度の電圧差をレベルシフトしたり、スイッチングする半導体装置の構成として、例えば図5(A) に示すように、SOI基板に形成される高耐圧トランジスタ100がある。この高耐圧トランジスタ100では、埋込み酸化膜121の一方側、つまり素子形成層にN層122を形成するとともに、このN層122上にP層123を形成する。その一方で埋込み酸化膜121の他方側、つまり支持層には支持基板125を介して導電プレート126を配置する。この導電プレート126には、GND電極129が設けられ、支持基板125の電位を安定させる働きをする。なお、この支持基板125は、通常、N層122に比べ厚さ方向に長く形成されるが、図5(A) に示す構成例は図5(B) に示すブレークダウン時における電位分布を計算機シミュレーションするための構成モデルであるため、支持基板125の厚さを素子形成層よりも薄く表現している。 For example, as shown in FIG. 5A, there is a high breakdown voltage transistor 100 formed on an SOI substrate as a configuration of a semiconductor device that level shifts or switches a voltage difference of about several hundred volts. In the high breakdown voltage transistor 100, an N layer 122 is formed on one side of the buried oxide film 121, that is, an element formation layer, and a P layer 123 is formed on the N layer 122. On the other hand, a conductive plate 126 is disposed on the other side of the buried oxide film 121, that is, on the support layer via a support substrate 125. The conductive plate 126 is provided with a GND electrode 129 and functions to stabilize the potential of the support substrate 125. The support substrate 125 is usually formed longer in the thickness direction than the N - layer 122. However, the configuration example shown in FIG. 5A shows the potential distribution at the time of breakdown shown in FIG. Since this is a structural model for computer simulation, the thickness of the support substrate 125 is expressed thinner than the element formation layer.

ところで、図5(A) に示すような高耐圧トランジスタ100では、埋込み酸化膜121の他方側に導電プレート126を配置している。このため、例えばドレイン−ソース間の電位差が600V以上に達した場合には、ブレークダウン電圧に達することから、ブレークダウン時には図5(B) に示すような電位分布になる。即ち、N層122間の電気力線(図5(B) に示すγ)のすべてが埋込み酸化膜121の厚さ方向に集中して(図5(B) に示すγ’)、ドレイン電極127寄りの埋込み酸化膜121の両面間で高圧の電位差が発生する。したがって、SOI構造の高耐圧トランジスタ100により、600V以上の電位差のレベルシフトやスイッチングを可能にするためには、一般に、ドレイン電極127側の、N層122または埋込み酸化膜121の厚さを極力厚く構成して耐圧を向上させる必要があると考えられている。 In the high breakdown voltage transistor 100 as shown in FIG. 5A, the conductive plate 126 is disposed on the other side of the buried oxide film 121. For this reason, for example, when the potential difference between the drain and the source reaches 600 V or more, the breakdown voltage is reached, so that the potential distribution as shown in FIG. That is, all the electric lines of force between the N layers 122 (γ shown in FIG. 5B) are concentrated in the thickness direction of the buried oxide film 121 (γ ′ shown in FIG. 5B), and the drain electrode A high voltage potential difference is generated between both surfaces of the buried oxide film 121 close to 127. Therefore, in order to enable level shift and switching of a potential difference of 600 V or more by the high breakdown voltage transistor 100 having the SOI structure, generally, the thickness of the N layer 122 or the buried oxide film 121 on the drain electrode 127 side is set as much as possible. It is thought that it is necessary to increase the breakdown voltage by forming a thick layer.

そこで、例えば、下記特許文献1に開示される「誘電体分離半導体装置」では、埋込み酸化膜121として機能する誘電体層(3)の厚さを比較的厚い第1の領域(3a)と比較的薄い第2の領域(3b)とから構成することにより、耐圧が決定される第1の領域(3a)に大きな電圧降下を負担させることで耐圧の向上を可能にしている。なお、( )内の数字等は、下記特許文献1に記載されている符号に対応するものである([背景技術]および[発明が解決しようとする課題]の欄において同じ)。   Thus, for example, in the “dielectric isolation semiconductor device” disclosed in Patent Document 1 below, the thickness of the dielectric layer (3) functioning as the buried oxide film 121 is compared with the relatively thick first region (3a). By constructing the second region (3b) that is thin enough, the first region (3a) where the withstand voltage is determined bears a large voltage drop, thereby improving the withstand voltage. The numbers in parentheses correspond to the symbols described in the following Patent Document 1 (the same applies to [Background Art] and [Problems to be Solved by the Invention]).

即ち、SOI構造の高耐圧トランジスタ100の耐圧を向上させるためには、N層122または埋込み酸化膜121が厚くなるように構成する必要がある。ところが、N層122を厚くすると、埋込み酸化膜121を形成することが困難になり、埋込み酸化膜121を厚くすると、N層122と埋込み酸化膜121との熱膨張係数の相違からSOI基板に反りが生じる。そのため、特許文献1による開示技術では、比較的厚い第1の領域(3a)と比較的薄い第2の領域(3b)とから誘電体層(3)を構成することで耐圧の向上を技術的に可能にしている。
特開平6−188438号公報(第6頁〜第9頁、図2、図53)
That is, in order to improve the breakdown voltage of the high breakdown voltage transistor 100 having the SOI structure, it is necessary to configure the N layer 122 or the buried oxide film 121 to be thick. However, if the N layer 122 is thickened, it becomes difficult to form the buried oxide film 121. If the buried oxide film 121 is thickened, the SOI substrate is different from the difference in thermal expansion coefficient between the N layer 122 and the buried oxide film 121. Warping occurs. Therefore, in the disclosed technique disclosed in Patent Document 1, the breakdown voltage is improved by forming the dielectric layer (3) from the relatively thick first region (3a) and the relatively thin second region (3b). Makes it possible.
JP-A-6-188438 (pages 6 to 9, FIG. 2, FIG. 53)

しかしながら、上記特許文献1の開示技術によると、誘電体層(3)を比較的厚い第1の領域(3a)と比較的薄い第2の領域(3b)とから構成するため、例えば、誘電体層(3)を埋込み酸化膜により実現する場合、製造工程が複雑なSOI技術を用いる必要がある。このため、埋込み酸化膜の一部だけを厚くするには、SOIの製造工程をさらに複雑にし得ることから、製造コストの増加を考慮すると、現実的であるとは言い難い。   However, according to the technique disclosed in Patent Document 1, the dielectric layer (3) is composed of a relatively thick first region (3a) and a relatively thin second region (3b). When the layer (3) is realized by a buried oxide film, it is necessary to use an SOI technique with a complicated manufacturing process. For this reason, in order to increase the thickness of only a part of the buried oxide film, the manufacturing process of SOI can be further complicated. Therefore, it is difficult to say that it is practical in view of an increase in manufacturing cost.

また、埋込み酸化膜121とN層122の両方を厚くすることが技術的に可能であるとしても、埋込み酸化膜121を厚く形成するためには数時間を要する。そのため、製造工程数は増えることがなくても、時間的なコスト面から製造コストの増加を招いてしまうという技術的課題がある。 Even if it is technically possible to thicken both the buried oxide film 121 and the N layer 122, it takes several hours to form the buried oxide film 121 thick. Therefore, there is a technical problem that even if the number of manufacturing steps does not increase, an increase in manufacturing cost is caused in terms of time cost.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、耐圧を向上し得る半導体装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of improving the breakdown voltage.

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項1の手段を採用する。この手段によると、支持層[25]と素子形成層との間に埋込み酸化膜[21]を備えた半導体装置[20]であって、素子形成層に形成される第1導電型の第1の半導体層[22]と、第1の半導体層[22]に設けられるドレイン電極[27]と、第1の半導体層[22]上に形成される第2導電型の第2の半導体層[23]と、ドレイン電極[27]から離れた第2の半導体層[23]上の所定位置から埋込み酸化膜[21]まで達して形成されるトレンチ[24]と、トレンチ[24]に接続されて第2の半導体層[23]に設けられるソース電極[28]と、支持層[25]を介して埋込み酸化膜[21]に対向可能に配置され直流的に外部に接続不能に構成される導電板[26]と、を備える。なお、[ ]内の数字等は、[発明を実施するための最良の形態]の欄で説明する符号に対応し得るものである(以下同じ)。   In order to achieve the above object, the means of claim 1 described in claims is adopted. According to this means, the semiconductor device [20] includes the buried oxide film [21] between the support layer [25] and the element formation layer, and the first conductivity type first formed in the element formation layer. Semiconductor layer [22], a drain electrode [27] provided in the first semiconductor layer [22], and a second conductivity type second semiconductor layer [2] formed on the first semiconductor layer [22]. 23], a trench [24] formed to reach the buried oxide film [21] from a predetermined position on the second semiconductor layer [23] away from the drain electrode [27], and the trench [24] The source electrode [28] provided in the second semiconductor layer [23] and the buried oxide film [21] are arranged so as to be opposed to each other via the support layer [25], and are configured so as not to be connected to the outside in terms of DC. A conductive plate [26]. The numbers in [] can correspond to the symbols described in the [Best Mode for Carrying Out the Invention] column (the same applies hereinafter).

これにより、支持層[25]を介して埋込み酸化膜[21]に対向可能に配置される導電板[26]は、直流的にフローティング電位になる一方で、支持層[25]および埋込み酸化膜[21]を介して静電容量的に第1の半導体層[22]に結合(以下「容量結合」という。)される。また、ソース電極[28]と埋込み酸化膜[21]とは、トレンチ[24]を介して容量結合される。そのため、ソース電極[28]から導電板[26]までの間は、例えば等価回路として、トレンチ[24]を介して容量結合されるソース電極[28]と埋込み酸化膜[21]とからなる第1のコンデンサC1、ならびに支持層[25]および埋込み酸化膜[21]を介して容量結合される第1の半導体層[22]と導電板[26]とからなる第2のコンデンサC2が、直列に接続されたように回路を構成するので、当該トレンチ[24]を形成しない場合の前記第2のコンデンサC2だけからなる、ソース電極[28]から導電板[26]までの間の等価回路に比べて、静電容量を減少させることができる。   As a result, the conductive plate [26] disposed so as to be opposed to the buried oxide film [21] via the support layer [25] has a floating potential in direct current, while the support layer [25] and the buried oxide film are provided. It is capacitively coupled to the first semiconductor layer [22] via [21] (hereinafter referred to as “capacitive coupling”). The source electrode [28] and the buried oxide film [21] are capacitively coupled through the trench [24]. Therefore, between the source electrode [28] and the conductive plate [26], for example, as an equivalent circuit, the source electrode [28] capacitively coupled through the trench [24] and the buried oxide film [21] are formed. A first capacitor C1 and a second capacitor C2 composed of a first semiconductor layer [22] and a conductive plate [26] capacitively coupled via a support layer [25] and a buried oxide film [21] are connected in series. Since the circuit is configured so as to be connected to, the equivalent circuit between the source electrode [28] and the conductive plate [26], which includes only the second capacitor C2 when the trench [24] is not formed, is formed. In comparison, the capacitance can be reduced.

また、特許請求の範囲に記載の請求項2の手段を採用することによって、埋込み酸化膜[21]の厚さ[ta]とトレンチ[24]の厚さ[tb]との比を、2:1以上3:1以下とする。例えば、図2に示すように、埋込み酸化膜[21]の厚さ[ta]とトレンチ[24]の厚さ[tb]との比は、2:1以上3:1以下が好適であることが計算機シミュレーション等から判明している。ここで、図2に示すk1の特性は、第1の半導体層[22]の厚さが20μmで、埋込み酸化膜[21]の厚さが4μmの場合のもので、トレンチ[24]の厚さが2μm前後において耐圧は最大値(900V)になる。これにより、特性k1の場合、埋込み酸化膜[21]の厚さ[ta]とトレンチ[24]の厚さ[tb]との比は、4μm:2μm=2:1である。また、図2に示すk2の特性は、第1の半導体層[22]の厚さ[tc]が20μmで、埋込み酸化膜[21]の厚さ[ta]が3μmの場合のもので、トレンチ[24]の厚さ[tb]が1μm前後において耐圧は最大値(600V)になる。これにより、特性k2の場合、埋込み酸化膜[21]の厚さ[ta]とトレンチ[24]の厚さ[tb]との比は、3μm:1μm=3:1である。つまり、埋込み酸化膜[21]の厚さ[ta]とトレンチ[24]の厚さ[tb]との比は、2:1以上3:1以下が好適である。   Further, by adopting the means of claim 2 according to the claims, the ratio of the thickness [ta] of the buried oxide film [21] to the thickness [tb] of the trench [24] is set to 2: 1 to 3: 1. For example, as shown in FIG. 2, the ratio of the thickness [ta] of the buried oxide film [21] to the thickness [tb] of the trench [24] is preferably 2: 1 or more and 3: 1 or less. Is known from computer simulations. Here, the characteristics of k1 shown in FIG. 2 are those when the thickness of the first semiconductor layer [22] is 20 μm and the thickness of the buried oxide film [21] is 4 μm, and the thickness of the trench [24]. When the length is around 2 μm, the withstand voltage reaches the maximum value (900 V). Thus, in the case of the characteristic k1, the ratio of the thickness [ta] of the buried oxide film [21] to the thickness [tb] of the trench [24] is 4 μm: 2 μm = 2: 1. The characteristics of k2 shown in FIG. 2 are those when the thickness [tc] of the first semiconductor layer [22] is 20 μm and the thickness [ta] of the buried oxide film [21] is 3 μm. When the thickness [tb] of [24] is around 1 μm, the withstand voltage reaches the maximum value (600 V). Thus, in the case of the characteristic k2, the ratio of the thickness [ta] of the buried oxide film [21] to the thickness [tb] of the trench [24] is 3 μm: 1 μm = 3: 1. That is, the ratio of the thickness [ta] of the buried oxide film [21] to the thickness [tb] of the trench [24] is preferably 2: 1 or more and 3: 1 or less.

さらに、特許請求の範囲に記載の請求項3の手段を採用することによって、トレンチ[24]は複数形成される。例えば、埋込み酸化膜[21]の厚さ[ta]が4μmである場合には、トレンチ[24]の厚さ[tb]は2μmが好適であることが計算機シミュレーション等から判明しているが(図2)、埋込み酸化膜[21]を厚く形成するには長時間を要する。そこで、例えば、厚さ[tb]が1μmのトレンチ[24]を2本形成することで、厚さ[tb]が2μmのトレンチ[24]を1本形成した場合と、ほぼ同等の効果を得ることができる。つまり、トレンチ[24]を複数形成することで、トレンチ[24]を介して容量結合されるソース電極[28]と埋込み酸化膜[21]とからなる第1のコンデンサC1が複数形成され、それらが並列に接続される構成になるので、当該第1のコンデンサC1の静電容量を増加させることができ、厚いトレンチ[24]を1本形成した場合と実質的に同等になる。これにより、薄いトレンチ[24]を複数形成することで、トレンチ[24]の製造工程において長時間を要することなく、厚いトレンチ[24]を1本形成した場合と同等の効果を実質的に得ることができる。   Furthermore, a plurality of trenches [24] are formed by adopting the means of claim 3 described in the claims. For example, when the thickness [ta] of the buried oxide film [21] is 4 μm, it has been found from computer simulation or the like that the thickness [tb] of the trench [24] is preferably 2 μm ( 2), it takes a long time to form the buried oxide film [21] thickly. Therefore, for example, by forming two trenches [24] having a thickness [tb] of 1 μm, substantially the same effect as in the case of forming one trench [24] having a thickness [tb] of 2 μm is obtained. be able to. That is, by forming a plurality of trenches [24], a plurality of first capacitors C1 each including a source electrode [28] and a buried oxide film [21] that are capacitively coupled via the trenches [24] are formed. Are connected in parallel, the capacitance of the first capacitor C1 can be increased, which is substantially equivalent to the case where one thick trench [24] is formed. Thus, by forming a plurality of thin trenches [24], the same effect as that obtained when one thick trench [24] is formed can be obtained without taking a long time in the manufacturing process of the trench [24]. be able to.

また、特許請求の範囲に記載の請求項4の手段を採用することによって、第1の半導体層[22]の厚さ[tc]を30μm以上とする。例えば、図3に示すように、第1の半導体層[22]の厚さ[tc]が30μm以上の場合、本発明の効果が顕著に現れることが計算機シミュレーション等から判明している。なお図3では、半導体装置(高耐圧トランジスタ)の空乏層の分布状態を示す説明図で、色の薄い(白色に近い)領域ほど空乏化していることを表し、色の濃い(黒色に近い)領域ほど空乏化していないことを表している。   Further, by adopting the means of claim 4 described in claims, the thickness [tc] of the first semiconductor layer [22] is set to 30 μm or more. For example, as shown in FIG. 3, it has been found from computer simulations and the like that the effect of the present invention appears remarkably when the thickness [tc] of the first semiconductor layer [22] is 30 μm or more. Note that FIG. 3 is an explanatory diagram showing a distribution state of a depletion layer of a semiconductor device (high breakdown voltage transistor), showing that a lighter color (close to white) region is depleted, and a darker color (close to black). This indicates that the region is not as depleted.

例えば、第1の半導体層[22,122]の厚さ[tc]を30μm以上(例えば45μm)に設定すると、図3(A) に示すように、トレンチ[24]を設けている半導体装置[20]では、空乏化している領域が占めている。一方、トレンチ[24]を設けていない半導体装置[100]では、図3(B) に示すように、ドレイン電極側から、ソース電極および支持基板[125]側に向かって拡がる太破線で囲んだ範囲Xにおいて空乏化が進んでいない領域が占める。このため、図3(B) に示す半導体装置[100]においては、第1の半導体層[122]が同図中の矩形で囲まれた範囲(幅95μm、厚さ30μm)でしか有効に機能しないため、耐圧の著しい低下を招く。この例で示す計算機シミュレーションでは、図3(A) に示す半導体装置[20]の耐圧が950Vであるのに対し、図3(B) に示す半導体装置[100]の耐圧は450Vに留まることが判明している。これにより、第1の半導体層[22]の厚さ[tc]が30μm以上で、トレンチ[24]を設けていない場合には、ドレイン電極側から、ソース電極および支持基板[125]側に向かって空乏化していない領域の拡大化が進むので、実質的に機能する第1の半導体層[122]が幅方向および厚さ方向において減少する。そのため、ドレイン−ソース間の耐圧を低下させてしまう。したがって、埋込み酸化膜[21]が厚くなったのと同等の効果が実質的に得られるため、ドレイン−ソース間の耐圧を向上させることが可能となる。   For example, when the thickness [tc] of the first semiconductor layer [22, 122] is set to 30 μm or more (for example, 45 μm), as shown in FIG. 3A, a semiconductor device provided with a trench [24] [ 20] is occupied by a depleted region. On the other hand, in the semiconductor device [100] without the trench [24], as shown in FIG. 3B, the semiconductor device [100] is surrounded by a thick broken line extending from the drain electrode side toward the source electrode and the support substrate [125] side. In the range X, the region where depletion has not progressed occupies. For this reason, in the semiconductor device [100] shown in FIG. 3B, the first semiconductor layer [122] functions effectively only in a range (width 95 μm, thickness 30 μm) surrounded by the rectangle in FIG. Therefore, the pressure resistance is significantly reduced. In the computer simulation shown in this example, the breakdown voltage of the semiconductor device [20] shown in FIG. 3A is 950 V, whereas the breakdown voltage of the semiconductor device [100] shown in FIG. It turns out. As a result, when the thickness [tc] of the first semiconductor layer [22] is 30 μm or more and the trench [24] is not provided, the first semiconductor layer [22] is directed from the drain electrode side toward the source electrode and the support substrate [125] side. As the region that has not been depleted increases, the substantially functioning first semiconductor layer [122] decreases in the width direction and the thickness direction. For this reason, the breakdown voltage between the drain and the source is lowered. Therefore, since the same effect as that obtained when the buried oxide film [21] is thickened is obtained, the breakdown voltage between the drain and the source can be improved.

請求項1の発明では、支持層[25]を介して埋込み酸化膜[21]に対向可能に配置される導電板[26]は、直流的にフローティング電位になる一方で、支持層[25]および埋込み酸化膜[21]を介して静電容量的に第1の半導体層[22]に結合(以下「容量結合」という。)される。また、ソース電極[28]と埋込み酸化膜[21]とは、トレンチ[24]を介して容量結合される。そのため、ソース電極[28]から導電板[26]までの間は、例えば等価回路として、トレンチ[24]を介して容量結合されるソース電極[28]と埋込み酸化膜[21]とからなる第1のコンデンサC1、ならびに支持層[25]および埋込み酸化膜[21]を介して容量結合される第1の半導体層[22]と導電板[26]とからなる第2のコンデンサC2が、直列に接続されたように回路を構成するので、当該トレンチ[24]を形成しない場合の前記第2のコンデンサC2だけからなる、ソース電極[28]から導電板[26]までの間の等価回路に比べて、静電容量を減少させることができる。したがって、埋込み酸化膜[21]が厚くなったのと同等の効果が実質的に得られるため、ドレイン−ソース間の耐圧を向上させることが可能となる。   According to the first aspect of the present invention, the conductive plate [26] disposed so as to be opposed to the buried oxide film [21] through the support layer [25] has a direct current floating potential, while the support layer [25]. And, it is capacitively coupled to the first semiconductor layer [22] via the buried oxide film [21] (hereinafter referred to as “capacitive coupling”). The source electrode [28] and the buried oxide film [21] are capacitively coupled through the trench [24]. Therefore, between the source electrode [28] and the conductive plate [26], for example, as an equivalent circuit, the source electrode [28] capacitively coupled through the trench [24] and the buried oxide film [21] are formed. A first capacitor C1 and a second capacitor C2 composed of a first semiconductor layer [22] and a conductive plate [26] capacitively coupled via a support layer [25] and a buried oxide film [21] are connected in series. Since the circuit is configured so as to be connected to, the equivalent circuit between the source electrode [28] and the conductive plate [26], which includes only the second capacitor C2 when the trench [24] is not formed, is formed. In comparison, the capacitance can be reduced. Therefore, since the same effect as that obtained when the buried oxide film [21] is thickened is obtained, the breakdown voltage between the drain and the source can be improved.

請求項2の発明では、図2に示すように、特性k1の場合、埋込み酸化膜[21]の厚さ[ta]とトレンチ[24]の厚さ[tb]との比は、4μm:2μm=2:1である。また、特性k2の場合、埋込み酸化膜[21]の厚さ[ta]とトレンチ[24]の厚さ[tb]との比は、3μm:1μm=3:1である。つまり、埋込み酸化膜[21]の厚さ[ta]とトレンチ[24]の厚さ[tb]との比は、2:1以上3:1以下が好適である。したがって、埋込み酸化膜[21]の厚さ[ta]とトレンチ[24]の厚さ[tb]との比がこのような値の場合に、ドレイン−ソース間の耐圧を一層向上させることが可能となる。   In the invention of claim 2, as shown in FIG. 2, in the case of the characteristic k1, the ratio of the thickness [ta] of the buried oxide film [21] to the thickness [tb] of the trench [24] is 4 μm: 2 μm. = 2: 1. In the case of the characteristic k2, the ratio of the thickness [ta] of the buried oxide film [21] to the thickness [tb] of the trench [24] is 3 μm: 1 μm = 3: 1. That is, the ratio of the thickness [ta] of the buried oxide film [21] to the thickness [tb] of the trench [24] is preferably 2: 1 or more and 3: 1 or less. Therefore, when the ratio of the thickness [ta] of the buried oxide film [21] to the thickness [tb] of the trench [24] is such a value, the breakdown voltage between the drain and the source can be further improved. It becomes.

請求項3の発明では、薄いトレンチ[24]を複数形成することで、トレンチ[24]の製造工程において長時間を要することなく、厚いトレンチ[24]を1本形成した場合と同等の効果を実質的に得ることができる。したがって、製造コストの増加を抑制しつつ、トレンチ[24]を好適な厚さに設定できるので、ドレイン−ソース間の耐圧を一層向上させることが可能となる。   In the invention of claim 3, by forming a plurality of thin trenches [24], the same effect as when one thick trench [24] is formed without requiring a long time in the manufacturing process of the trench [24]. Can be substantially obtained. Therefore, since the trench [24] can be set to a suitable thickness while suppressing an increase in manufacturing cost, the breakdown voltage between the drain and the source can be further improved.

請求項4の発明では、図3(B) に示すように、第1の半導体層[22]の厚さ[tc]が30μm以上で、トレンチ[24]を設けていない場合には、ドレイン電極側から、ソース電極および支持基板[125]側に向かって空乏化していない領域の拡大化が進むので、実質的に機能する第1の半導体層[22]が幅方向および厚さ方向において減少する。そのため、ドレイン−ソース間の耐圧を低下させてしまう。したがって、第1の半導体層[22]の厚さ[tc]が30μm以上の場合に、ドレイン−ソース間の耐圧を効果的に向上させることが可能となる。   In the invention of claim 4, as shown in FIG. 3B, when the thickness [tc] of the first semiconductor layer [22] is 30 μm or more and the trench [24] is not provided, the drain electrode Since the region not depleted proceeds from the side toward the source electrode and the support substrate [125] side, the substantially functioning first semiconductor layer [22] decreases in the width direction and the thickness direction. . For this reason, the breakdown voltage between the drain and the source is lowered. Therefore, when the thickness [tc] of the first semiconductor layer [22] is 30 μm or more, it is possible to effectively improve the drain-source breakdown voltage.

以下、本発明の半導体装置の実施形態について図を参照して説明する。なお、図1〜図3は、第1実施形態に関するもので、図4は第2実施形態に関するものである。   Hereinafter, embodiments of a semiconductor device of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 3 relate to the first embodiment, and FIG. 4 relates to the second embodiment.

[第1実施形態]
図1(A) に示すように、第1実施形態に係る高耐圧トランジスタ20は、SOI基板に形成されるPチャネル型のMOSトランジスタで、シリコン酸化膜SiOからなる埋込み酸化膜21を素子形成層と支持基板25(支持層)との間に備えている。この埋込み酸化膜21の厚さtaは、例えば4μmに設定されている。また素子形成層および支持基板25(支持層)は、シリコン基板である。なお、この図1(A) に示す構成例は、図1(C) に示すブレークダウン時における電位分布を計算機シミュレーションする際に用いられる構成モデルであるため、支持基板25の厚さを素子形成層よりも薄く表現している。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1A, the high breakdown voltage transistor 20 according to the first embodiment is a P-channel MOS transistor formed on an SOI substrate, and an embedded oxide film 21 made of a silicon oxide film SiO 2 is formed as an element. Between the layer and the support substrate 25 (support layer). The thickness ta of the buried oxide film 21 is set to 4 μm, for example. The element formation layer and the support substrate 25 (support layer) are silicon substrates. The configuration example shown in FIG. 1 (A) is a configuration model used when the potential distribution at the time of breakdown shown in FIG. 1 (C) is computer-simulated. Therefore, the thickness of the support substrate 25 is determined as the element formation. It is expressed thinner than the layer.

高耐圧トランジスタ20の素子形成層には、N型の低濃度不純物が拡散されるN層22が形成されているとともにこのN層22上にドレイン電極27が設けられている。またN層22上には、P型の低濃度不純物が拡散されるP層23が形成されているとともにドレイン電極27から極力離れた位置(所定の位置)のP層23上にソース電極28が設けられている。なお、N層22の厚さtcは、例えば20μmに設定されている。 An N layer 22 in which N-type low-concentration impurities are diffused is formed in the element formation layer of the high breakdown voltage transistor 20, and a drain electrode 27 is provided on the N layer 22. Also on the N - layer 22, P P-type low-concentration impurity is diffused - P of the utmost distance from the drain electrode 27 with the layer 23 is formed (a predetermined position) - the source on the layer 23 An electrode 28 is provided. The thickness tc of the N layer 22 is set to 20 μm, for example.

一方、高耐圧トランジスタ20の支持基板25には、埋込み酸化膜21とは反対側の面に導電プレート26が配置されている。この導電プレート26は、平板状構造をなすもので、支持基板25および埋込み酸化膜21を介してN層22に対向するように、例えば支持基板25の表面に密着されている。これにより、導電プレート26は、支持基板25および埋込み酸化膜21を介して、N層22に対し容量結合可能となる。通常、このような導電プレート26には、GND電極を設けて外部と電気的(直流的)に接続可能にすることで、支持基板25の電位の安定化を図るが、本実施形態では、このようなGND電極を導電プレート26に設けていない。導電プレート26を直流的にフローティング電位にするためである。 On the other hand, a conductive plate 26 is arranged on the support substrate 25 of the high breakdown voltage transistor 20 on the surface opposite to the buried oxide film 21. The conductive plate 26 has a flat structure, and is in close contact with, for example, the surface of the support substrate 25 so as to face the N layer 22 with the support substrate 25 and the buried oxide film 21 interposed therebetween. As a result, the conductive plate 26 can be capacitively coupled to the N layer 22 via the support substrate 25 and the buried oxide film 21. Normally, such a conductive plate 26 is provided with a GND electrode so as to be electrically (direct current) connectable to the outside, thereby stabilizing the potential of the support substrate 25. In the present embodiment, Such a GND electrode is not provided on the conductive plate 26. This is to make the conductive plate 26 have a floating potential in a direct current.

このように導電プレート26は、直流的に外部に接続不能に構成されるため、直流的にフローティング電位をとり得るが、このままでは、導電プレート26を電気的に安定させ難い。そこで、本実施形態では、ドレイン電極27から極力離れた位置のP層23上に設けられるソース電極28から、埋込み酸化膜21まで達するトレンチプレート24を設ける。このトレンチプレート24は、N層22およびP層23からなる素子形成層の厚さ方向に延びる溝を掘った後、その溝内に長板状のシリコン酸化膜SiOを成長させるもので、公知のトレンチ技術によって形成される。なお、トレンチプレート24の厚さtbは、例えば2μmに設定されている。 Thus, since the conductive plate 26 is configured so as not to be connected to the outside in a direct current, it can take a floating potential in a direct current, but it is difficult to electrically stabilize the conductive plate 26 as it is. Therefore, in the present embodiment, a trench plate 24 reaching the buried oxide film 21 from the source electrode 28 provided on the P layer 23 at a position as far as possible from the drain electrode 27 is provided. This trench plate 24 digs a groove extending in the thickness direction of an element formation layer composed of an N layer 22 and a P layer 23 and then grows a long plate-like silicon oxide film SiO 2 in the groove. Formed by a known trench technique. The thickness tb of the trench plate 24 is set to 2 μm, for example.

このトレンチプレート24を、ソース電極28と埋込み酸化膜21との間に形成することにより、当該トレンチプレート24を介してソース電極28と埋込み酸化膜21とは、容量結合可能となる。ここで、このトレンチプレート24による容量結合を第1のコンデンサC1とし、前述した支持基板25および埋込み酸化膜21を介した導電プレート26とN層22との容量結合を第2のコンデンサC2とすると、ソース電極28と導電プレート26との間には、図1(B) に示される回路が等価的に形成されている。 By forming the trench plate 24 between the source electrode 28 and the buried oxide film 21, the source electrode 28 and the buried oxide film 21 can be capacitively coupled via the trench plate 24. Here, the capacitive coupling by the trench plate 24 is defined as the first capacitor C1, and the capacitive coupling between the conductive plate 26 and the N layer 22 through the support substrate 25 and the buried oxide film 21 is defined as the second capacitor C2. Then, a circuit shown in FIG. 1B is equivalently formed between the source electrode 28 and the conductive plate 26.

即ち、ソース電極28から導電プレート26までの間は、トレンチプレート24を介して容量結合されるソース電極28と埋込み酸化膜21とからなる第1のコンデンサC1、ならびに支持基板25および埋込み酸化膜21を介して容量結合されるN層22と導電プレート26とからなる第2のコンデンサC2が、直列に接続されたように回路を構成する。一方、トレンチプレート24を形成しない場合には、図1(B) に示す回路中の第1のコンデンサC1が存在しないため、ソース電極28と導電プレート26との間に形成される回路は等価的に第2のコンデンサC2だけで構成される。 That is, between the source electrode 28 and the conductive plate 26, the first capacitor C 1 including the source electrode 28 and the buried oxide film 21 that are capacitively coupled via the trench plate 24, and the support substrate 25 and the buried oxide film 21. The second capacitor C2 composed of the N - layer 22 and the conductive plate 26, which are capacitively coupled via the first and second electrodes, constitutes a circuit such that they are connected in series. On the other hand, when the trench plate 24 is not formed, the first capacitor C1 in the circuit shown in FIG. 1B does not exist, so the circuit formed between the source electrode 28 and the conductive plate 26 is equivalent. The second capacitor C2 alone.

したがって、トレンチプレート24を設けることにより、第2のコンデンサC2に第1のコンデンサC1を直列接続したような等価回路を構成するため、トレンチプレート24を設けない場合に比べ、ソース電極28と導電プレート26との間に形成されるコンデンサの静電容量を小さくすることができる。つまり、このトレンチプレート24を介して導電プレート26をソース電極28側に接続することで、ソース電極28に対する埋込み酸化膜21の静電容量が減少するため、埋込み酸化膜21を厚くして静電容量を減少させた場合と同等の効果を実質的に得ることができる。また、ソース電極28が外部回路のアースに接続されることで、トレンチプレート24がGND電位をとるので、導電プレート26を電気的に安定させることもできる。よって、ドレイン−ソース間の耐圧を向上させることができる。   Therefore, by providing the trench plate 24, an equivalent circuit in which the first capacitor C1 is connected in series to the second capacitor C2 is formed. Therefore, the source electrode 28 and the conductive plate are compared with the case where the trench plate 24 is not provided. The capacitance of the capacitor formed between the capacitor 26 and the capacitor 26 can be reduced. That is, by connecting the conductive plate 26 to the source electrode 28 side through the trench plate 24, the capacitance of the buried oxide film 21 with respect to the source electrode 28 is reduced, so that the buried oxide film 21 is made thicker and electrostatic. An effect equivalent to that obtained when the capacity is reduced can be substantially obtained. In addition, since the source electrode 28 is connected to the ground of the external circuit, the trench plate 24 takes the GND potential, so that the conductive plate 26 can be electrically stabilized. Therefore, the breakdown voltage between the drain and the source can be improved.

ここで、図1(C) を参照してブレークダウン時における高耐圧トランジスタ20の電位分布を計算機シミュレーションした結果を説明する。高耐圧トランジスタ20では、前述したように、導電プレート26を直流的にフローティング電位にするとともに、ドレイン電極27から極力離れたP層23上のソース電極28から埋込み酸化膜21まで達するトレンチプレート24を設けている。このため、N層122間の電気力線のうち、トレンチプレート24が形成される付近を通過するものは(図1(C) に示すα1)、ドレイン電極27方向に向かうことなく、埋込み酸化膜21からトレンチプレート24方向、つまりソース電極28方向に向かう(図1(C) に示すα1’)。そして、それ以外の電気力線は(図1(C) に示すβ1)、ドレイン電極27方向に向かう(図1(C) に示すβ1’)。 Here, the result of computer simulation of the potential distribution of the high voltage transistor 20 during breakdown will be described with reference to FIG. In the high breakdown voltage transistor 20, as described above, the conductive plate 26 is set to a floating potential in a DC manner, and the trench plate 24 reaches the buried oxide film 21 from the source electrode 28 on the P layer 23 as far as possible from the drain electrode 27. Is provided. For this reason, among the lines of electric force between the N layers 122, those passing through the vicinity where the trench plate 24 is formed (α1 shown in FIG. 1 (C)) do not go in the direction of the drain electrode 27, but are buried oxide. The film 21 is directed in the direction of the trench plate 24, that is, in the direction of the source electrode 28 (α1 ′ shown in FIG. 1C). The other electric lines of force (β1 shown in FIG. 1C) are directed toward the drain electrode 27 (β1 ′ shown in FIG. 1C).

これにより、図5(B) を参照して説明したように、従来の高耐圧トランジスタ100では、N層122間の電気力線のすべてがドレイン電極127方向に向かって埋込み酸化膜121の厚さ方向に集中していたが、本実施形態の高耐圧トランジスタ20では、このような電気力線の一部(図1(C) に示すα1)をソース電極28側に分散させ、その残部(図1(C) に示すβ1)がドレイン電極27側に集める。 Thus, as described with reference to FIG. 5B, in the conventional high breakdown voltage transistor 100, all the lines of electric force between the N layers 122 are formed in the thickness of the buried oxide film 121 toward the drain electrode 127. Although concentrated in the vertical direction, in the high breakdown voltage transistor 20 of the present embodiment, a part of the lines of electric force (α1 shown in FIG. 1C) is dispersed on the source electrode 28 side, and the remainder ( Β1) shown in FIG. 1C is collected on the drain electrode 27 side.

例えば、図1(C) に示す電位分布の例では、30本の電気力線のうち、8本の電気力線がソース電極28側に集まり、残りの22本の電気力線がドレイン電極27側に集まっている。これに対し、図5(B) に示す従来の高耐圧トランジスタ100による電位分布の例では、30本の電気力線のすべてがドレイン電極27側に集まっている。つまり、高耐圧トランジスタ100に対して、高耐圧トランジスタ20ではドレイン電極27側に集まる電気力線の本数を約70%に減少させている。このため、計算機シミュレーションによると、高耐圧トランジスタ100では640Vであったブレークダウン電圧を、高耐圧トランジスタ20では900V程度に高め得る結果が得られている。したがって、耐圧を640Vから900Vに向上させることが可能となる。   For example, in the example of the potential distribution shown in FIG. 1C, of the 30 electric lines of force, 8 electric lines of force gather on the source electrode 28 side, and the remaining 22 electric lines of force are the drain electrode 27. Gathered to the side. On the other hand, in the example of the potential distribution by the conventional high voltage transistor 100 shown in FIG. 5B, all 30 electric lines of force are gathered on the drain electrode 27 side. That is, as compared with the high voltage transistor 100, in the high voltage transistor 20, the number of electric lines of force gathered on the drain electrode 27 side is reduced to about 70%. For this reason, according to the computer simulation, the breakdown voltage which was 640 V in the high voltage transistor 100 can be increased to about 900 V in the high voltage transistor 20. Therefore, the breakdown voltage can be improved from 640V to 900V.

次に、トレンチプレート24の厚さtbと耐圧との関係を図2に基づいて説明する。前述したように、本実施形態では、ソース電極28と埋込み酸化膜21との間を接続するトレンチプレート24を設けることにより、トレンチプレート24を介してソース電極28と埋込み酸化膜21とを容量結合可能に構成したが、このトレンチプレート24の厚さtbには、最適値が存在することが計算機シミュレーションにより判明している。なお、以下説明する最適値の例は、N層22の厚さtcが20μm、またN層22の幅方向の長さが150μmにそれぞれ設定されている場合である。 Next, the relationship between the thickness tb of the trench plate 24 and the breakdown voltage will be described with reference to FIG. As described above, in this embodiment, by providing the trench plate 24 that connects the source electrode 28 and the buried oxide film 21, the source electrode 28 and the buried oxide film 21 are capacitively coupled via the trench plate 24. Although it was configured, it has been found by computer simulation that an optimum value exists for the thickness tb of the trench plate 24. The example of the optimum values described below, N - is a case where the width direction of the length of the layer 22 are respectively set to 150 [mu] m - thickness tc of the layer 22 is 20 [mu] m, also N.

例えば、前述した例では、埋込み酸化膜21の厚さtaは4μmに設定されているので、この場合には、トレンチプレート24の厚さtbに対する耐圧の特性として図2に示すk1のカーブが得られる。即ち、埋込み酸化膜21の厚さtaが4μmの場合には、特性k1が示すように、トレンチプレート24の厚さtbが2μmのときに耐圧の最大値として900Vを得ることができる。因みにトレンチプレート24の厚さtbが1μmのときには750Vの耐圧、トレンチプレート24の厚さtbが3μmのときには710Vの耐圧、トレンチプレート24の厚さtbが4μmのときには630Vの耐圧、トレンチプレート24の厚さtbが8μmのときには670Vの耐圧、がそれぞれ得られている。   For example, in the example described above, the thickness ta of the buried oxide film 21 is set to 4 μm. In this case, the curve of k1 shown in FIG. 2 is obtained as the breakdown voltage characteristic with respect to the thickness tb of the trench plate 24. It is done. That is, when the thickness ta of the buried oxide film 21 is 4 μm, 900 V can be obtained as the maximum value of the breakdown voltage when the thickness tb of the trench plate 24 is 2 μm, as indicated by the characteristic k1. Incidentally, when the thickness tb of the trench plate 24 is 1 μm, the breakdown voltage is 750 V, when the thickness tb of the trench plate 24 is 3 μm, the breakdown voltage is 710 V, and when the thickness tb of the trench plate 24 is 4 μm, the breakdown voltage is 630 V. When the thickness tb is 8 μm, a withstand voltage of 670 V is obtained.

また、他の例として、埋込み酸化膜21の厚さtaが3μmに設定されている場合には、トレンチプレート24の厚さtbに対する耐圧の特性として図2に示すk2のカーブが得られる。この場合には、特性k2が示すように、トレンチプレート24の厚さtbが1μmのときに耐圧の最大値として600Vを得ることができる。因みにトレンチプレート24の厚さtbが0.5μmのときには460Vの耐圧、トレンチプレート24の厚さtbが1.5μmのときには580Vの耐圧、トレンチプレート24の厚さtbが2μmのときには570Vの耐圧、トレンチプレート24の厚さtbが3μmのときには480Vの耐圧、がそれぞれ得られている。   As another example, when the thickness ta of the buried oxide film 21 is set to 3 μm, the curve of k2 shown in FIG. 2 is obtained as the breakdown voltage characteristic with respect to the thickness tb of the trench plate 24. In this case, as indicated by the characteristic k2, 600V can be obtained as the maximum value of the breakdown voltage when the thickness tb of the trench plate 24 is 1 μm. Incidentally, when the thickness tb of the trench plate 24 is 0.5 μm, the breakdown voltage is 460 V, when the thickness tb of the trench plate 24 is 1.5 μm, the breakdown voltage is 580 V, and when the thickness tb of the trench plate 24 is 2 μm, the breakdown voltage is 570 V. When the thickness tb of the trench plate 24 is 3 μm, a withstand voltage of 480 V is obtained.

このようにソース電極28と埋込み酸化膜21との間に形成されるトレンチプレート24の厚さtbは、埋込み酸化膜21の厚さtaに対して薄くなるように変動させるその変動途中において耐圧の最大値を得ることができる。例えば、埋込み酸化膜21の厚さtaとトレンチプレート24の厚さtbとの比が2:1(=4μm:2μm)のときに耐圧の最大値900Vを得ることができる。同様に、埋込み酸化膜21の厚さtaとトレンチプレート24の厚さtbとの比が3:1(=3μm:1μm)のときに耐圧の最大値600Vを得ることができる。したがって、埋込み酸化膜21の厚さtaとトレンチプレート24の厚さtbとの比が2:1以上3:1以下の場合に、ドレイン−ソース間の耐圧を一層向上させることが可能となる。   Thus, the thickness tb of the trench plate 24 formed between the source electrode 28 and the buried oxide film 21 is varied so as to be thinner than the thickness ta of the buried oxide film 21. The maximum value can be obtained. For example, when the ratio of the thickness ta of the buried oxide film 21 and the thickness tb of the trench plate 24 is 2: 1 (= 4 μm: 2 μm), a maximum withstand voltage of 900 V can be obtained. Similarly, when the ratio of the thickness ta of the buried oxide film 21 to the thickness tb of the trench plate 24 is 3: 1 (= 3 μm: 1 μm), a maximum withstand voltage of 600 V can be obtained. Therefore, when the ratio between the thickness ta of the buried oxide film 21 and the thickness tb of the trench plate 24 is 2: 1 or more and 3: 1 or less, the breakdown voltage between the drain and the source can be further improved.

続いて、N層22の厚さtcが30μm以上、例えば45μmに設定されている場合の空乏層分布を図3に基づいて説明する。なお、図3(A) および図3(B) には、計算機シミュレーションにより得られた空乏層の分布状態が示されており、色の薄い(白色に近い)領域ほど空乏化していることを表し、色の濃い(黒色に近い)領域ほど空乏化していないことを表している。図3(A) は、このように設定された高耐圧トランジスタ20の空乏層分布状態、図3(B) は、同様に設定された従来の高耐圧トランジスタ100の空乏層の分布状態、がそれぞれ示されている。 Then, N - thickness tc is 30μm or more layers 22 will be described with reference to FIG. 3 a depletion layer distribution in the case of being set to, for example, 45 [mu] m. 3 (A) and 3 (B) show the distribution of the depletion layer obtained by computer simulation, indicating that the lighter (closer to white) regions are depleted. This indicates that the darker (closer to black) region is not depleted. 3A shows the depletion layer distribution state of the high breakdown voltage transistor 20 set as described above, and FIG. 3B shows the distribution state of the depletion layer of the conventional high breakdown voltage transistor 100 set similarly. It is shown.

層122の厚さtcを45μmに設定すると、ソース電極S(128)と埋込み酸化膜121との間にトレンチプレート24を設けていない高耐圧トランジスタ100では、ドレイン電極D(127)側から、ソース電極Sおよび支持基板125側に向かって拡がる空乏化していない領域(太破線で囲んだ範囲X)の存在が図3(B) から確認される。これに対し、図3(A) に示すように、高耐圧トランジスタ20には、図3(B) に示すような空乏化していない領域の拡がりは確認されず、空乏化の進んいる領域がN層22のほぼ全体を占めていることがわかる。 When the thickness tc of the N layer 122 is set to 45 μm, in the high breakdown voltage transistor 100 in which the trench plate 24 is not provided between the source electrode S (128) and the buried oxide film 121, from the drain electrode D (127) side. The existence of a non-depleted region (range X surrounded by a thick broken line) extending toward the source electrode S and the support substrate 125 is confirmed from FIG. On the other hand, as shown in FIG. 3A, the high breakdown voltage transistor 20 does not confirm the expansion of the non-depleted region as shown in FIG. It can be seen that it occupies almost the entire layer 22.

即ち、N層の厚さを厚く設定すれば、高耐圧トランジスタの厚さ方向の耐圧を向上させることが可能となるが、その反面、図3(B) に示すように、厚く設定したN層の空乏化が困難になるため、N層の電位分布が不均一となる。このため、ドレイン電極D側から、ソース電極Sおよび支持基板125側に向かって空乏化していない領域の拡大化が進むので、実質的に機能するN層122が幅方向および厚さ方向において減少する。 That is, if the thickness of the N layer is set thick, the breakdown voltage in the thickness direction of the high breakdown voltage transistor can be improved. On the other hand, as shown in FIG. Since depletion of the layer becomes difficult, the potential distribution of the N layer becomes non-uniform. For this reason, since the region not depleted proceeds from the drain electrode D side toward the source electrode S and the support substrate 125 side, the substantially functioning N layer 122 decreases in the width direction and the thickness direction. To do.

具体的には、N層の厚さtcが30μm以上の場合には、N層が幅95μm、厚さ30μmの範囲でしか有効に機能しないため(図3(B) に示す実線矩形範囲)、トレンチプレート24を設けない限り、その耐圧も幅95μm、厚さ30μmのN層で確保できるものに留まってしまう。例えば、N層122の厚さtcを45μmに設定すると、耐圧が450Vに下がってしまい、N層122の厚さtcを20μmに設定した場合の640Vよりも耐圧が190V低下することが計算機シミュレーションにより判明している。 Specifically, when the thickness tc of the N layer is 30 μm or more, the N layer functions effectively only in the range of 95 μm in width and 30 μm in thickness (the solid line rectangular range shown in FIG. 3B). As long as the trench plate 24 is not provided, the breakdown voltage can be secured by an N layer having a width of 95 μm and a thickness of 30 μm. For example, if the thickness tc of the N layer 122 is set to 45 μm, the breakdown voltage is lowered to 450V, and the breakdown voltage is reduced by 190V from 640V when the thickness tc of the N layer 122 is set to 20 μm. It is found by simulation.

このようなN層の非空乏化は、P層を厚く設定することにより防止することができるが、P層の厚さ(深さ)を10μmを超えて設定することは製造技術および製造コスト上の理由から一般に現実的ではないとされている。そこで、本実施形態による高耐圧トランジスタ20のように、ソース電極S(28)と埋込み酸化膜21との間にトレンチプレート24を設け、ソース電極28(28)を外部回路のアースに接続することにより、トレンチプレート24がGND電位をとるように設定する。これにより、埋込み酸化膜21もGND電位をとるので、埋込み酸化膜21から空乏化が進み、その範囲が拡大することで、耐圧の向上が可能になる。 Such depletion of the N layer can be prevented by setting the P layer to be thick, but setting the thickness (depth) of the P layer to more than 10 μm It is generally considered impractical for reasons of manufacturing costs. Therefore, as in the high breakdown voltage transistor 20 according to the present embodiment, the trench plate 24 is provided between the source electrode S (28) and the buried oxide film 21, and the source electrode 28 (28) is connected to the ground of the external circuit. Thus, the trench plate 24 is set to take the GND potential. Thereby, since the buried oxide film 21 also takes the GND potential, depletion progresses from the buried oxide film 21, and the range is expanded, whereby the breakdown voltage can be improved.

図3(A) に示す例では、N層22の厚さtcを45μmに設定しても、トレンチプレート24によりN層22内のほぼ全域において空乏化を促進することができる。これにより、トレンチプレート24を設けていない場合(図3(B) )の耐圧450Vに比べ、高耐圧トランジスタ20の耐圧を2倍以上に向上させ、950Vの耐圧を確保可能であることが計算機シミュレーションにより判明している。 In the example shown in FIG. 3A, even if the thickness tc of the N layer 22 is set to 45 μm, the trench plate 24 can promote depletion in almost the entire area of the N layer 22. As a result, it is possible to improve the breakdown voltage of the high breakdown voltage transistor 20 more than twice as compared with the breakdown voltage 450V when the trench plate 24 is not provided (FIG. 3B), and to ensure a breakdown voltage of 950V. It turns out.

したがって、N層22の厚さtcが30μm以上の場合には、導電プレート26を直流的にフローティング電位にし、ソース電極28と埋込み酸化膜21との間にトレンチプレート24を設けることによって、N層22内のほぼ全域を空乏化できるので、N層22の幅方向の耐圧を向上させ、ドレイン−ソース間の耐圧を向上させることが可能となる。つまり、N層22の厚さtcが30μm以上の場合、本発明の効果が顕著に現れる。 Therefore, when the thickness tc of the N layer 22 is 30 μm or more, the conductive plate 26 is set to a direct floating potential, and the trench plate 24 is provided between the source electrode 28 and the buried oxide film 21, so that N Almost the entire region in the layer 22 can be depleted, so that the breakdown voltage in the width direction of the N layer 22 can be improved, and the breakdown voltage between the drain and the source can be improved. That, N - when thickness tc of the layer 22 is not less than 30 [mu] m, the effect of the present invention is remarkable.

[第2実施形態]
前述した第1実施形態では、ソース電極28と埋込み酸化膜21との間にトレンチプレート24を1本設けたが、本第2実施形態ではそれを複数本設ける。この点が、第1実施形態に係る高耐圧トランジスタ20と本第2実施形態に係る高耐圧トランジスタ30との相違である。そのため、実質的に同一の構成部分については、同一符号を付し説明を省略する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment described above, one trench plate 24 is provided between the source electrode 28 and the buried oxide film 21. In the second embodiment, a plurality of trench plates 24 are provided. This is the difference between the high voltage transistor 20 according to the first embodiment and the high voltage transistor 30 according to the second embodiment. For this reason, substantially the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図4(A) に示すように、第2実施形態の高耐圧トランジスタ30では、ソース電極28と埋込み酸化膜21との間に、2本のトレンチプレート34a、34bを設けている。これらのトレンチプレート34a、34bは、その厚さが前述のトレンチプレート24よりも薄く設定されており、このほかの形状やその形成方法等については、トレンチプレート24と同様である。   As shown in FIG. 4A, in the high breakdown voltage transistor 30 of the second embodiment, two trench plates 34 a and 34 b are provided between the source electrode 28 and the buried oxide film 21. The thickness of these trench plates 34a and 34b is set to be thinner than that of the above-described trench plate 24. Other shapes, formation methods, and the like are the same as those of the trench plate 24.

即ち、図2を参照して説明したように、トレンチプレート24の厚さtbと耐圧との関係には、耐圧を向上させるために最適なトレンチプレート24の厚さtbが存在し、例えば、埋込み酸化膜21の厚さtaが4μmの場合、トレンチプレート24の厚さtbが2μmのときに最大900Vの耐圧が得られる。しかし、埋込み酸化膜21を厚く形成するには長時間を要する。そこで、本第2実施形態では、厚さの薄い(例えば1μm)トレンチプレート34a、34bを2本形成することで、図1(B) に示す第1のコンデンサC1を2つ並列に接続した構成を採る。これにより、第1のコンデンサC1の静電容量を増加させることができるので、厚さの厚い(例えば2μm)トレンチ24を1本形成した場合と実質的に同等の静電容量を第1のコンデンサC1として得ることができる。   That is, as described with reference to FIG. 2, the relationship between the thickness tb of the trench plate 24 and the breakdown voltage has an optimum thickness tb of the trench plate 24 for improving the breakdown voltage. When the thickness ta of the oxide film 21 is 4 μm, a breakdown voltage of 900 V at the maximum is obtained when the thickness tb of the trench plate 24 is 2 μm. However, it takes a long time to form the buried oxide film 21 thick. Therefore, in the second embodiment, two first capacitor C1 shown in FIG. 1B are connected in parallel by forming two thin (eg, 1 μm) trench plates 34a and 34b. Take. As a result, the capacitance of the first capacitor C1 can be increased, so that the capacitance of the first capacitor is substantially the same as the case where one thick trench 24 (for example, 2 μm) is formed. It can be obtained as C1.

例えば、前述した図1(C) と同様、ブレークダウン時における高耐圧トランジスタ30の電位分布を計算機シミュレーションした結果から、高耐圧トランジスタ30でも、図1(C) に示す高耐圧トランジスタ20のものとほぼ同様の電位分布が得られていることがわかる。即ち、図4(B) に示す電位分布の例では、30本の電気力線のうち、10本の電気力線がソース電極28側に集まり(α2→α2’)、残りの20本の電気力線がドレイン電極27側に集まっている(β2→β2’)。このため、計算機シミュレーションによると、高耐圧トランジスタ100では640Vであったブレークダウン電圧を、高耐圧トランジスタ30では940V程度に高め得る結果が得られている。したがって、耐圧を640Vから940Vに向上させることが可能となる。   For example, as in the case of FIG. 1C described above, from the result of computer simulation of the potential distribution of the high breakdown voltage transistor 30 at the time of breakdown, the high breakdown voltage transistor 30 is the same as that of the high breakdown voltage transistor 20 shown in FIG. It can be seen that almost the same potential distribution is obtained. That is, in the example of the potential distribution shown in FIG. 4B, 10 electric lines of force gather on the source electrode 28 side among the 30 electric lines of force (α2 → α2 ′), and the remaining 20 electric lines. The force lines are gathered on the drain electrode 27 side (β2 → β2 ′). For this reason, according to the computer simulation, the breakdown voltage which was 640 V in the high breakdown voltage transistor 100 can be increased to about 940 V in the high breakdown voltage transistor 30. Therefore, the breakdown voltage can be improved from 640V to 940V.

このように本第2実施形態では、複数本のトレンチプレート34a、34bをソース電極28と埋込み酸化膜21との間に設けたので、トレンチプレート34a、34bの厚さが薄くてもその本数を調整することで、並列接続により得られる第1のコンデンサC1の静電容量として最適値を設定できる。したがって、製造コストの増加を抑制しつつ、ドレイン−ソース間の耐圧を一層向上させることが可能となる。   As described above, in the second embodiment, since the plurality of trench plates 34a and 34b are provided between the source electrode 28 and the buried oxide film 21, the number of the trench plates 34a and 34b is reduced even if the thickness is small. By adjusting, an optimum value can be set as the capacitance of the first capacitor C1 obtained by parallel connection. Therefore, it is possible to further improve the drain-source breakdown voltage while suppressing an increase in manufacturing cost.

なお、本第2実施形態では、2本のトレンチプレート34a、34bを設けたが、例えば、厚さが1μmのトレンチプレートを3本以上設けることで、ドレイン−ソース間の耐圧をさらに向上させることが可能となる。また、厚さが1μm未満(例えば0.5μm)のトレンチプレートを3本以上(例えば4本)設けるように構成しても、高耐圧トランジスタ30と同等の効果を期待できる。   In the second embodiment, two trench plates 34a and 34b are provided. For example, by providing three or more trench plates having a thickness of 1 μm, the breakdown voltage between the drain and the source can be further improved. Is possible. Further, even if the trench plate having a thickness of less than 1 μm (for example, 0.5 μm) is provided with three or more (for example, four) trench plates, the same effect as the high breakdown voltage transistor 30 can be expected.

また、以上説明した各実施形態では、Pチャネル型のMOSトランジスタを例に説明したが、本発明ではこれに限られることはなく、第1導電型としてP型、第2導電型としてN型の、不純物を用いることにより、Nチャネル型のMOSトランジスタを構成し得る場合にも適用することができる。そしてこの場合においても上述同様の作用および効果を得ることができる。   In each of the embodiments described above, a P-channel type MOS transistor has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the first conductivity type is P-type, and the second conductivity type is N-type. The present invention can also be applied to the case where an N-channel MOS transistor can be formed by using impurities. Even in this case, the same operations and effects as described above can be obtained.

図1(A) は、本発明の第1実施形態に係る高耐圧トランジスタの電位分布を計算機シミュレーションする際に用いられる構成モデルで、高耐圧トランジスタの主要構成を断面図的に表したものである。図1(B) は、ソース電極と導電プレートの間に形成される回路を等価的に表したものである。図1(C) は、図1(A) に示す構成モデルを計算機シミュレーションして得られたブレークダウン時における電位分布を示す説明図である。FIG. 1A is a structural model used in the computer simulation of the potential distribution of the high voltage transistor according to the first embodiment of the present invention, and shows the main structure of the high voltage transistor in a sectional view. . FIG. 1B equivalently shows a circuit formed between the source electrode and the conductive plate. FIG. 1C is an explanatory diagram showing a potential distribution at the time of breakdown obtained by computer simulation of the configuration model shown in FIG. 第1実施形態に係る高耐圧トランジスタのトレンチプレートの厚さに対する耐圧の関係を埋込み酸化膜の厚さの違いによって表したものである。The relationship of the breakdown voltage with respect to the thickness of the trench plate of the high breakdown voltage transistor according to the first embodiment is expressed by the difference in the thickness of the buried oxide film. 図3(A) は、第1実施形態の高耐圧トランジスタのN層を45μmに設定した場合における空乏層の分布状態を示す説明図で、図3(B) は、従来の高耐圧トランジスタのN層を45μmに設定した場合における空乏層の分布状態を示す説明図である。FIG. 3 (A) is an explanatory diagram showing the distribution of the depletion layer when the N layer of the high voltage transistor of the first embodiment is set to 45 μm, and FIG. 3 (B) is a diagram of the conventional high voltage transistor. It is explanatory drawing which shows the distribution state of a depletion layer when an N < - > layer is set to 45 micrometers. 図4(A) は、本発明の第2実施形態に係る高耐圧トランジスタの電位分布を計算機シミュレーションする際に用いられる構成モデルで、高耐圧トランジスタの主要構成を断面図的に表したものである。図4(B) は、図4(A) に示す構成モデルを計算機シミュレーションして得られたブレークダウン時における電位分布を示す説明図である。FIG. 4A is a structural model used in the computer simulation of the potential distribution of the high voltage transistor according to the second embodiment of the present invention, and shows the main configuration of the high voltage transistor in a cross-sectional view. . FIG. 4B is an explanatory diagram showing a potential distribution at the time of breakdown obtained by computer simulation of the configuration model shown in FIG. 図5(A) は、従来の高耐圧トランジスタの電位分布を計算機シミュレーションする際に用いられる構成モデルで、高耐圧トランジスタの主要構成を断面図的に表したものである。図5(B) は、図5(A) に示す構成モデルを計算機シミュレーションして得られたブレークダウン時における電位分布を示す説明図である。FIG. 5A is a structural model used in the computer simulation of the potential distribution of the conventional high voltage transistor, and shows the main structure of the high voltage transistor in a sectional view. FIG. 5B is an explanatory diagram showing a potential distribution at the time of breakdown obtained by computer simulation of the configuration model shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

20、30…高耐圧トランジスタ(半導体装置)
21…埋込み酸化膜
22…N層(素子形成層、第1の半導体層)
23…P層(素子形成層、第2の半導体層)
24…トレンチプレート(トレンチ)
25…支持基板(支持層)
26…導電プレート(導電板)
27…ドレイン電極
28…ソース電極
34a…第1トレンチプレート(トレンチ)
34b…第2トレンチプレート(トレンチ)
ta…埋込み酸化膜の厚さ
tb…トレンチプレートの厚さ
tc…N層の厚さ
20, 30 ... High voltage transistor (semiconductor device)
21 ... Embedded oxide film 22 ... N - layer (element forming layer, first semiconductor layer)
23... P layer (element formation layer, second semiconductor layer)
24 ... trench plate (trench)
25. Support substrate (support layer)
26 ... Conductive plate (conductive plate)
27 ... Drain electrode 28 ... Source electrode 34a ... First trench plate (trench)
34b ... Second trench plate (trench)
ta: thickness of buried oxide film
tb ... Thickness of trench plate
tc ... N - layer thickness

Claims (4)

支持層と素子形成層と間に埋込み酸化膜を備えた半導体装置であって、
前記素子形成層に形成される第1導電型の第1の半導体層と、
前記第1の半導体層に設けられるドレイン電極と、
前記第1の半導体層上に形成される第2導電型の第2の半導体層と、
前記ドレイン電極から離れた前記第2の半導体層上の所定位置から前記埋込み酸化膜まで達して形成されるトレンチと、
前記トレンチに接続されて前記第2の半導体層に設けられるソース電極と、
前記支持層を介して前記埋込み酸化膜に対向可能に配置され直流的に外部に接続不能に構成される導電板と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device including a buried oxide film between a support layer and an element formation layer,
A first semiconductor layer of a first conductivity type formed in the element formation layer;
A drain electrode provided in the first semiconductor layer;
A second semiconductor layer of a second conductivity type formed on the first semiconductor layer;
A trench formed to reach the buried oxide film from a predetermined position on the second semiconductor layer away from the drain electrode;
A source electrode connected to the trench and provided in the second semiconductor layer;
A conductive plate arranged to be opposed to the buried oxide film through the support layer and configured to be unable to be connected to the outside in a direct current manner;
A semiconductor device comprising:
前記埋込み酸化膜の厚さと前記トレンチの厚さとの比は、2:1以上3:1以下であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a ratio between the thickness of the buried oxide film and the thickness of the trench is 2: 1 or more and 3: 1 or less. 前記トレンチは、複数形成されていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of the trenches are formed. 前記第1の半導体層の厚さは、30μm以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置。   The thickness of the said 1st semiconductor layer is 30 micrometers or more, The semiconductor device as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
JP2004260881A 2004-09-08 2004-09-08 Semiconductor device Withdrawn JP2006080200A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004260881A JP2006080200A (en) 2004-09-08 2004-09-08 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004260881A JP2006080200A (en) 2004-09-08 2004-09-08 Semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006080200A true JP2006080200A (en) 2006-03-23

Family

ID=36159425

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004260881A Withdrawn JP2006080200A (en) 2004-09-08 2004-09-08 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006080200A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7309894B2 (en) High voltage gate driver integrated circuit including high voltage junction capacitor and high voltage LDMOS transistor
CN109509785A (en) Semiconductor device
JP2002305207A (en) Lateral semiconductor component by thin-film soi technology
JP2010245281A (en) Semiconductor device, and method for fabricating the same
US7973359B2 (en) Semiconductor device with a charge carrier compensation structure and process
US10074723B1 (en) Field plate trench FET and a semiconductor component
CN107833919A (en) Semiconductor device and its manufacture method
US20140374825A1 (en) Power Semiconductor Device with Contiguous Gate Trenches and Offset Source Trenches
JP5378045B2 (en) Semiconductor device
JP4864344B2 (en) Semiconductor device
US10431647B2 (en) Apparatuses and methods for semiconductor circuit layout
JP2009105177A (en) Semiconductor device
KR101505313B1 (en) Semiconductor device and semiconductor integrated circuit device using the same
CN103515385A (en) Semiconductor device
JP2021103719A (en) Semiconductor device
US6646319B2 (en) Semiconductor device having isolating region for suppressing electrical noise
TW200539444A (en) High voltage operating field effect transistor, and bias circuit therefor and high voltage circuit thereof
JP2006080200A (en) Semiconductor device
TW201332121A (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP2008252066A (en) Semiconductor device
JP2008117996A (en) Semiconductor device
JP2008270367A (en) Semiconductor device
JP5147319B2 (en) Semiconductor device
KR20120076306A (en) Semiconductor device
CN110612598B (en) Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20061115

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20090612