JP2006093684A - Semiconductor device and optical semiconductor relay device using it - Google Patents

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JP2006093684A
JP2006093684A JP2005243365A JP2005243365A JP2006093684A JP 2006093684 A JP2006093684 A JP 2006093684A JP 2005243365 A JP2005243365 A JP 2005243365A JP 2005243365 A JP2005243365 A JP 2005243365A JP 2006093684 A JP2006093684 A JP 2006093684A
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conductivity type
oxide film
semiconductor layer
semiconductor
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Japanese (ja)
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Takashi Nishimura
高司 西村
Mitsuhiko Kitagawa
光彦 北川
Riyuujiro Sasao
竜次郎 笹生
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having an SOI structure in which capacitance Coff between output terminals at the time of signal cutting off is reduced and further on-resistance Ron is reduced, and an optical semiconductor relay device using it. <P>SOLUTION: In a power MISFET 20, a BOX layer (an oxide film layer) 2 is formed on the surface of a first silicon substrate 1, and an N<SP>+</SP>source layer 7, a P layer 6, an offset layer 5 of low impurity concentration and an N<SP>+</SP>drain layer 8 are provided in this order on the surface of the BOX layer 2. A first gate electrode 10 is provided on the P layer 6 through a gate insulating film 9. A second gate electrode 15 with the BOX layer 2 as a gate insulating system is provided on the rear surface of the first silicon substrate 1 while facing the Player 6. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に半導体メモリテスタ等の高周波信号を伝送する回路
に用いられる光半導体リレー装置に適するSOI(silicon on insulator)構造のパワ
ーMISFET(metal insulator semiconductor field effect transistor)及び
それを用いた光半導体リレー装置に関する。
The present invention relates to a semiconductor device, and in particular, a power MISFET (metal insulator semiconductor field effect transistor) having an SOI (silicon on insulator) structure suitable for an optical semiconductor relay device used in a circuit for transmitting a high frequency signal such as a semiconductor memory tester and the like. The present invention relates to the used optical semiconductor relay device.

近年、入力側に発光素子(LED)、出力側にフォトダイオードアレイ(PV)とパワ
ーMISFETを用いた光半導体リレー装置において、パワーMISFETは、半導体メ
モリテスタ等の高周波信号を伝送する回路に用いられる際、その信号処理の高速化、例え
ばGHz以上になるに伴い、信号遮断時の出力端子間容量Coff、及びオン抵抗Ron
の低減化を要求されている。
In recent years, in an optical semiconductor relay device using a light emitting element (LED) on the input side and a photodiode array (PV) and a power MISFET on the output side, the power MISFET is used in a circuit for transmitting a high frequency signal such as a semiconductor memory tester. When the signal processing speed is increased, for example, GHz or higher, the output-terminal capacitance Coff and the on-resistance Ron when the signal is interrupted.
Reduction is required.

これまで、光半導体リレー装置に用いられるパワーMISFETには、SOI構造のパ
ワーMISFETが用いられている(例えば、特許文献1参照。)。このようなパワーM
ISFETでは、ゲートとドレイン間耐圧を維持しながら、信号遮断時の出力端子間容量
Coffを低減し、且つオン抵抗Ronを低減化して、光半導体リレー装置で要求されて
いる更なるCR積(CoffxRon)の低減化を達成できないという問題点がある。
特開平11−74539号公報(頁8、図1)
Up to now, power MISFETs of SOI structure have been used as power MISFETs used in optical semiconductor relay devices (see, for example, Patent Document 1). Such power M
In the ISFET, while maintaining the gate-drain breakdown voltage, the output terminal capacitance Coff at the time of signal interruption is reduced, and the on-resistance Ron is reduced to further increase the CR product (CoffxRon) required in the optical semiconductor relay device. ) Cannot be achieved.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-74539 (page 8, FIG. 1)

本発明は、信号遮断時の出力端子間容量Coffを低減し、且つオン抵抗Ronを低減
化したSOI構造の半導体装置及びそれを用いた光半導体リレー装置を提供する。
The present invention provides an SOI structure semiconductor device in which the output terminal capacitance Coff at the time of signal interruption is reduced and the on-resistance Ron is reduced, and an optical semiconductor relay device using the same.

本発明の一実施形態の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の第1主面上に設
けられた酸化膜層と、前記酸化膜層上に設けられた第1導電型の半導体層と、前記第1導
電型の半導体層の一端と接して前記酸化膜層上に設けられた前記第1導電型の半導体層よ
りも低不純物濃度のオフセット層と、前記第1導電型の半導体層の他端と接して前記酸化
膜層上に設けられた、前記第1導電型の半導体層よりも高不純物濃度の第2導電型のソー
ス層と、前記オフセット層と接して且つ前記第1導電型の半導体層と離間して前記酸化膜
層上に設けられた、前記第1導電型の半導体層よりも高不純物濃度の第2導電型のドレイ
ン層と、前記第1導電型の半導体層上に設けられた第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲ
ート絶縁膜を介して前記第1導電型の半導体層上に設けられた第1のゲート電極と、前記
半導体基板の第1主面とは反対側の第2主面上に前記酸化膜層及び当該半導体基板を介し
て前記第1導電型の半導体層に対向して設けられた第2のゲート電極とを具備することを
特徴とする。
A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, an oxide film layer provided on the first main surface of the semiconductor substrate, a first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer, An offset layer having a lower impurity concentration than the first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer in contact with one end of the first conductivity type semiconductor layer; and The second conductivity type source layer having a higher impurity concentration than the first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer in contact with the other end, in contact with the offset layer, and the first conductivity type A second conductivity type drain layer having a higher impurity concentration than the first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer and spaced apart from the semiconductor layer; and on the first conductivity type semiconductor layer A first gate insulating film provided, and the first conductor through the first gate insulating film. A first gate electrode provided on the semiconductor layer of the mold, and a second main surface opposite to the first main surface of the semiconductor substrate, the first conductive layer through the oxide film layer and the semiconductor substrate. And a second gate electrode provided to face the semiconductor layer of the mold.

また、本発明の一実施形態の半導体リレー装置は、リレー制御信号が入力される発光素
子と、前記発光素子の発光した光を受光して電圧を発生するフォトダイオードアレイと、
半導体基板と、前記半導体基板の第1主面上に設けられた酸化膜層と、前記酸化膜層上に
設けられた第1導電型の半導体層と、前記第1導電型の半導体層の一端と接して前記酸化
膜層上に設けられた前記第1導電型の半導体層よりも低不純物濃度のオフセット層と、前
記第1導電型の半導体層の他端と接して前記酸化膜層上に設けられた、前記第1導電型の
半導体層よりも高不純物濃度の第2導電型のソース層と、前記オフセット層と接して且つ
前記第1導電型の半導体層と離間して前記酸化膜層上に設けられた、前記第1導電型の半
導体層よりも高不純物濃度の第2導電型のドレイン層と、前記第1導電型の半導体層上に
設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記第1導電型の半導体層上に設
けられた第1のゲート電極と、前記半導体基板の第1主面とは反対側の第2主面上に前記
酸化膜層及び当該半導体基板を介して前記第1導電型の半導体層に対向して設けられた第
2のゲート電極とを有し、前記フォトダイオードアレイによって発生された電圧が前記第
1のゲート電極及び前記第2のゲート電極に供給される半導体素子とを具備することを特
徴とする。
The semiconductor relay device according to an embodiment of the present invention includes a light emitting element to which a relay control signal is input, a photodiode array that receives light emitted from the light emitting element and generates a voltage,
A semiconductor substrate, an oxide film layer provided on the first main surface of the semiconductor substrate, a first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer, and one end of the first conductivity type semiconductor layer An offset layer having a lower impurity concentration than the first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer and in contact with the other end of the first conductivity type semiconductor layer; The second conductive type source layer having a higher impurity concentration than the first conductive type semiconductor layer and the oxide film layer in contact with the offset layer and spaced apart from the first conductive type semiconductor layer A second conductivity type drain layer having a higher impurity concentration than the first conductivity type semiconductor layer, a gate insulating film provided on the first conductivity type semiconductor layer, and the gate insulation; A first gate electrode provided on the semiconductor layer of the first conductivity type via a film; A second gate electrode provided on the second main surface opposite to the first main surface of the semiconductor substrate so as to face the semiconductor layer of the first conductivity type via the oxide film layer and the semiconductor substrate. And a semiconductor element in which a voltage generated by the photodiode array is supplied to the first gate electrode and the second gate electrode.

本発明によれば、信号遮断時の出力端子間容量Coffを低減し、且つオン抵抗Ron
を低減化したSOI構造の半導体装置及びそれを用いた光半導体リレー装置を提供するこ
とができる。
According to the present invention, the output terminal capacitance Coff at the time of signal interruption is reduced, and the on-resistance Ron is reduced.
It is possible to provide a semiconductor device having an SOI structure with reduced resistance and an optical semiconductor relay device using the same.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。説明に際して全図にわたり
共通する部分には共通する参照符号を付す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description, parts common to all the drawings are denoted by common reference numerals.

[第1の実施形態]
まず、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、例えば光半導体リレー装置に適用されるSOI構造のパワーMISFET
で、図1はパワーMISFETを示す断面図、図2はパワーMISFETを示す模式図で
ある。
[First Embodiment]
First, a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
This embodiment is an SOI power MISFET applied to, for example, an optical semiconductor relay device.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a power MISFET, and FIG. 2 is a schematic view showing the power MISFET.

図1に示すように、パワーMISFET20は、第1のシリコン基板1の第1主面(表
面)上にBOX層(埋め込み酸化膜層)2が形成され、BOX層2の第1主面(表面)上
に第2のシリコン基板3が形成されたSOI基板4を有している。ここで、SOI基板4
は、第1のシリコン基板1及び第2のシリコン基板3をシリコン酸化膜(シリコンを高温
酸化して形成)であるBOX層(埋め込み酸化膜層)2を介して貼り合わせて形成されて
いる。ここで、第1のシリコン基板1はN型の不純物を有しているが、P型の不純物を有
してもよい。
As shown in FIG. 1, the power MISFET 20 has a BOX layer (buried oxide film layer) 2 formed on the first main surface (surface) of the first silicon substrate 1, and the first main surface (surface) of the BOX layer 2. ) Has an SOI substrate 4 on which a second silicon substrate 3 is formed. Here, SOI substrate 4
Are formed by bonding the first silicon substrate 1 and the second silicon substrate 3 through a BOX layer (buried oxide film layer) 2 which is a silicon oxide film (formed by high-temperature oxidation of silicon). Here, the first silicon substrate 1 has an N-type impurity, but may have a P-type impurity.

第2のシリコン基板3には、第2のシリコン基板3の第1主面(表面)からBOX層2
の第1主面と接するまで形成された低不純物濃度で高抵抗のPオフセット層5、P層6
、Nソース層7、Nドレイン層8が設けられている。P層6は、一端がPオフセッ
ト層5と接し、他端がNソース層7と接している。Nドレイン層8は、Pオフセッ
ト層5と接している。そして、このP層6は、パワーMISFET20のベース層として
機能する。
The second silicon substrate 3 includes a BOX layer 2 from the first main surface (front surface) of the second silicon substrate 3.
P - offset layer 5 and P layer 6 having a low impurity concentration and a high resistance, which are formed until they are in contact with the first main surface.
, N + source layer 7 and N + drain layer 8 are provided. The P layer 6 has one end in contact with the P offset layer 5 and the other end in contact with the N + source layer 7. The N + drain layer 8 is in contact with the P offset layer 5. The P layer 6 functions as a base layer of the power MISFET 20.

ここで、このPオフセット層5は、ソース・ドレイン間の耐圧を向上させ、ゲート・
ドレイン間容量(Cgd)及びドレイン・ソース間容量(Csd)を小さくする役目をす
る。第2のシリコン基板3の厚さは、ゲート・ドレイン間容量(Cgd)、ソース・ドレ
イン間容量(Csd)などの容量を低減するために、例えば、0.1μmと薄くしている
。なお、信号遮断時の出力端子間容量(Coff)は、
Coff=Cgd+Csd+Cg2d・・・・・・・・・・式(1)
と表すことができ、Cgd及びCsdが大きな割合を占めている。
Here, the P - offset layer 5 improves the breakdown voltage between the source and the drain,
It serves to reduce the drain-to-drain capacitance (Cgd) and the drain-source capacitance (Csd). The thickness of the second silicon substrate 3 is as thin as 0.1 μm, for example, in order to reduce the capacitance such as the gate-drain capacitance (Cgd) and the source-drain capacitance (Csd). The output terminal capacitance (Coff) at the time of signal interruption is
Coff = Cgd + Csd + Cg2d Expression (1)
Cgd and Csd occupy a large proportion.

このP層6の第1主面(表面)上には、ゲート絶縁膜9を介して、少なくともP層6に
隣接するように、多結晶シリコンからなる第1のゲート電極10がNソース層7及びN
ドレイン層8の第1主面(表面)上の一部まで延在して設けられている。第1のゲート
電極10を覆う絶縁膜11に、コンタクト開口部12aがNソース層7の一部を露出す
るように設けられ、コンタクト開口部12bがNドレイン層8の一部を露出するように
設けられている。ここで、ゲート絶縁膜9の厚さは、パワーMISFETの耐圧を維持す
るために、例えば、メモリデバイスやロジック回路などのデジタル半導体集積回路に用い
られるゲート絶縁膜よりも厚く形成されている。
On the first main surface (front surface) of the P layer 6, a first gate electrode 10 made of polycrystalline silicon is disposed on the N + source layer so as to be adjacent to at least the P layer 6 via the gate insulating film 9. 7 and N
The drain layer 8 is provided to extend to a part on the first main surface (surface) of the drain layer 8. A contact opening 12 a is provided in the insulating film 11 covering the first gate electrode 10 so as to expose a part of the N + source layer 7, and the contact opening 12 b exposes a part of the N + drain layer 8. It is provided as follows. Here, in order to maintain the withstand voltage of the power MISFET, the gate insulating film 9 is formed thicker than a gate insulating film used in a digital semiconductor integrated circuit such as a memory device or a logic circuit, for example.

この露出されたNソース層7にソース電極13が形成され、露出されたNドレイン
層8にドレイン電極14が形成されている。そして、第1のシリコン基板1の第2主面(
裏面)には、BOX層2をゲート絶縁膜とする第2のゲート電極15が設けられている。
A source electrode 13 is formed on the exposed N + source layer 7, and a drain electrode 14 is formed on the exposed N + drain layer 8. Then, the second main surface of the first silicon substrate 1 (
A second gate electrode 15 having the BOX layer 2 as a gate insulating film is provided on the back surface.

図2に示すように、パワーMISFET20は、第1のゲート電極10に電圧が印加さ
れた時に発生する第2のシリコン基板3の第1主面(表面)部分の第1のチャネル部16
と、第2のゲート電極15に電圧が印加された時に発生する第2のシリコン基板3の第2
主面(裏面)部分の第2のチャネル部17とを有する。
As shown in FIG. 2, the power MISFET 20 includes a first channel portion 16 in a first main surface (surface) portion of the second silicon substrate 3 that is generated when a voltage is applied to the first gate electrode 10.
The second of the second silicon substrate 3 that is generated when a voltage is applied to the second gate electrode 15.
And a second channel portion 17 of a main surface (back surface) portion.

ここで、BOX層2の膜厚は、ゲート絶縁膜9の膜厚よりも厚く、例えば、ゲート絶縁
膜9の膜厚が0.14μmに対してBOX層2の膜厚が3μmと1桁以上厚く形成されて
いる。このため、第2のゲート電極15及びドレイン電極14に(+)の電圧を印加した
時のパワーMISFET20の閾値電圧(第2のチャネル部17が導通状態、即ちオン)
Vth2は、第1のゲート電極10及びドレイン電極14に(+)の電圧を印加した時の
パワーMISFET20の閾値電圧(第1のチャネル部16がオン)Vth1よりも大き
く、例えば、4倍以上になる。
Here, the film thickness of the BOX layer 2 is thicker than the film thickness of the gate insulating film 9. For example, the film thickness of the BOX layer 2 is 3 μm and one digit or more with respect to 0.14 μm. It is formed thick. Therefore, the threshold voltage of the power MISFET 20 when the (+) voltage is applied to the second gate electrode 15 and the drain electrode 14 (the second channel portion 17 is in a conductive state, that is, turned on).
Vth2 is larger than the threshold voltage Vth1 of the power MISFET 20 when the (+) voltage is applied to the first gate electrode 10 and the drain electrode 14 (the first channel portion 16 is on), for example, four times or more. Become.

第1のゲート電極10、第2のゲート電極15、及びドレイン電極14に(+)の電圧
を印加した時のパワーMISFET20の閾値電圧(第1のチャネル部16及び第2のチ
ャネル部17がオン)Vth3は、
Vth3<Vth1<Vth2・・・・・・・・・・式(2)
と表すことができ、Vth1よりも低くすることができる。
The threshold voltage of the power MISFET 20 when the (+) voltage is applied to the first gate electrode 10, the second gate electrode 15, and the drain electrode 14 (the first channel portion 16 and the second channel portion 17 are turned on) ) Vth3 is
Vth3 <Vth1 <Vth2 Equation (2)
And can be lower than Vth1.

ここで、BOX層2の膜厚はゲート絶縁膜9の膜厚よりも1桁以上厚いので、第2のゲ
ート電極15に(+)の電圧を印加した場合でのゲート・ドレイン間容量(Cgd)、ソ
ース・ドレイン間容量(Csd)などの容量の増加を抑制することができる。なお、第2
のチャネル部17部の界面準位、移動度などが劣化すると第2のゲート電極15をゲート
電極とするパワーMISFET20の特性が劣化する。このため、第2のチャネル部17
部の結晶性を第1のチャネル部16部と同等にするのが好ましい。
Here, since the thickness of the BOX layer 2 is one digit or more larger than the thickness of the gate insulating film 9, the gate-drain capacitance (Cgd) when a (+) voltage is applied to the second gate electrode 15. ), Increase in capacitance such as source-drain capacitance (Csd) can be suppressed. The second
When the interface state, mobility and the like of the channel portion 17 of the first and second channels deteriorate, the characteristics of the power MISFET 20 using the second gate electrode 15 as a gate electrode deteriorate. Therefore, the second channel portion 17
It is preferable that the crystallinity of the part is equivalent to that of the first channel part 16 parts.

次に、パワーMISFETの特性について図3を参照して説明する。図3はパワーMI
SFETのオン抵抗を示す特性図である。ここで、従来は第1のゲート電極及びドレイン
電極に(+)の電圧を印加した場合の特性で、本実施形態は第1のゲート電極、第2のゲ
ート電極、及びドレイン電極に(+)の電圧を印加した場合の特性である。
Next, the characteristics of the power MISFET will be described with reference to FIG. Figure 3 shows power MI
It is a characteristic view which shows the ON resistance of SFET. Here, the conventional characteristics are obtained when a (+) voltage is applied to the first gate electrode and the drain electrode. In the present embodiment, the (+) voltage is applied to the first gate electrode, the second gate electrode, and the drain electrode. It is a characteristic at the time of applying the voltage of.

図3に示すように、従来では、パワーMISFETのオン抵抗(Ron)が大きい。一
方、本実施形態では、第1のゲート電極10と第2のゲート電極15に同一の(+)の電
圧を印加し、ドレイン電極14に(+)の電圧を印加している。このため、第1のチャネ
ル部16及び第1のチャネル部16が同時にオンするのでパワーMISFET20のオン
抵抗(Ron)を従来よりも低減することができる。
As shown in FIG. 3, the power MISFET conventionally has a large on-resistance (Ron). On the other hand, in this embodiment, the same (+) voltage is applied to the first gate electrode 10 and the second gate electrode 15, and the (+) voltage is applied to the drain electrode 14. For this reason, since the first channel portion 16 and the first channel portion 16 are simultaneously turned on, the on-resistance (Ron) of the power MISFET 20 can be reduced as compared with the conventional case.

上述したように、本実施形態の半導体装置では、ドレイン側にソース・ドレイン間の耐
圧を向上させる為の、低い不純物濃度で高抵抗のオフセット層5が設けられている。この
低い不純物濃度で高抵抗のオフセット層5は、ゲート及びドレインの印加電圧がゼロVの
熱平衡状態で空乏化するように設計された微細ピッチのスーパージャンクション構造で置
き換えることも可能である。P層6上にゲート絶縁膜9を介して形成された第1のゲート
電極10と、第1のシリコン基板1の第2主面(裏面)にBOX層2をゲート絶縁膜とす
る第2のゲート電極15とを有するパワーMISFET20が設けられている。そして、
第1のゲート電極10と第2のゲート電極15に(+)の電圧が印加され、第1のチャネ
ル部16及び第2のチャネル部17がオンした時の閾値電圧を、第1のゲート電極10に
(+)が印加され、第1のチャネル部16がオンした時の閾値電圧よりも小さくすること
ができる。したがって、信号遮断時の出力端子間容量Coffを低減し、且つオン抵抗R
onを低減化したSOI構造のパワーMISFETが得られる。
As described above, in the semiconductor device of the present embodiment, the offset layer 5 having a low impurity concentration and a high resistance is provided on the drain side in order to improve the breakdown voltage between the source and the drain. The offset layer 5 having a low impurity concentration and a high resistance can be replaced with a super-junction structure having a fine pitch designed to be depleted in a thermal equilibrium state where the applied voltage of the gate and drain is zero V. A first gate electrode 10 formed on the P layer 6 via a gate insulating film 9 and a second main surface (back surface) of the first silicon substrate 1 with a BOX layer 2 as a gate insulating film A power MISFET 20 having a gate electrode 15 is provided. And
The threshold voltage when the (+) voltage is applied to the first gate electrode 10 and the second gate electrode 15 and the first channel portion 16 and the second channel portion 17 are turned on is expressed as the first gate electrode. (+) Is applied to 10 and the threshold voltage when the first channel section 16 is turned on can be made smaller. Accordingly, the capacitance Coff between the output terminals when the signal is interrupted is reduced, and the on-resistance R
A power MISFET having an SOI structure with reduced on can be obtained.

なお、本実施形態では、Pオフセット層5を用いているが、図4に示されているよう
に、低不純物濃度で高抵抗のNオフセット層を用いてもよい。また、本実施形態の変形
例として、図5に示されているように、P層6の下層のBOX層2に第1のゲート絶縁膜
9及び第1のゲート電極10とほぼ同一形状の第3のゲート絶縁膜90及び第3のゲート
電極100を設けて、オン抵抗を更に低抵抗にすることができる。更に、第1のシリコン
基板1の第2主面(裏面)に第2のゲート電極15を設けているが、パワーMISFET
20を樹脂封止半導体装置に樹脂封止する場合、第1のシリコン基板1の第2主面(裏面
)に第2のゲート電極を設けずに、半田材を介してリードに接続してこのリードに電圧を
印加させてもよい。更に、ゲートを絶縁膜にしたパワーMISFET20の代わりに、ゲ
ートをシリコン酸化膜にしたパワーMOSFETであってもよい。
In this embodiment, the P offset layer 5 is used. However, as shown in FIG. 4, a low impurity concentration and high resistance N offset layer may be used. As a modification of the present embodiment, as shown in FIG. 5, the BOX layer 2 under the P layer 6 has a first gate insulating film 9 and a first gate electrode 10 having substantially the same shape as the first gate electrode 10. By providing the third gate insulating film 90 and the third gate electrode 100, the on-resistance can be further reduced. Further, the second gate electrode 15 is provided on the second main surface (back surface) of the first silicon substrate 1, but the power MISFET
20 is resin-encapsulated in a resin-encapsulated semiconductor device, a second gate electrode is not provided on the second main surface (rear surface) of the first silicon substrate 1 and is connected to a lead via a solder material. A voltage may be applied to the lead. Further, instead of the power MISFET 20 having a gate as an insulating film, a power MOSFET having a gate as a silicon oxide film may be used.

[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置について、図面を参照して説明する。
図6は、パワーMISFETを示す平面図である。本実施形態では第1の実施形態のパワ
ーMISFETのソース部にNソース層7とPバックゲート層21、ドレイン部のオ
フセット部にスーパージャンクション構造の半導体層を設けている。
[Second Embodiment]
Next, a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 6 is a plan view showing the power MISFET. In the present embodiment, an N + source layer 7 and a P + back gate layer 21 are provided in the source portion of the power MISFET of the first embodiment, and a super junction structure semiconductor layer is provided in the offset portion of the drain portion.

以下、本実施形態において、スーパージャンクション構造の半導体層以外の構成は第1
の実施形態と同様であり、第1の実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその部
分の説明は省略し、異なる部分のみ説明する。
Hereinafter, in the present embodiment, the configuration other than the semiconductor layer of the super junction structure is the first.
The same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and only different portions will be described.

図6に示すように、パワーMISFET20aは、ドレイン部のゲート部と対向する部
分に設けられたオフセット部をスーパージャンクション構造にしている。ソース部には、
微細な幅を有するNソース層7及びPバックゲート層21がゲート部に対向して繰り
返し形成され、一方、オフセット部には微細な幅を有するN層23及びP層22がゲート
部に対向して繰り返し形成されている。Nソース層7とPバックゲート層21の配列
は、図示の場合ではNソース層7の幅がPバックゲート層21の幅より広いが、設計
によっては等間隔であってもよい。また、Nソース層7の幅がPバックゲート層21
の幅より狭い場合も可能である。N層23とP層22の配列についても同様である。
As shown in FIG. 6, the power MISFET 20a has a super junction structure in an offset portion provided in a portion of the drain portion facing the gate portion. In the source part,
N + source layer 7 and P + back gate layer 21 having a fine width are repeatedly formed facing the gate portion, while N layer 23 and P layer 22 having a fine width are formed in the gate portion at the offset portion. It is repeatedly formed facing each other. In the illustrated case, the N + source layer 7 and the P + back gate layer 21 are arranged such that the width of the N + source layer 7 is wider than the width of the P + back gate layer 21, but may be equally spaced depending on the design. . Further, the width of the N + source layer 7 is P + back gate layer 21.
Narrower than the width is also possible. The same applies to the arrangement of the N layer 23 and the P layer 22.

バックゲート層21は、Pベース層6とソース電極に電気的に接続し、Pベース層6
の電位を安定させるバックゲートとして働く。
The P + back gate layer 21 is electrically connected to the P base layer 6 and the source electrode.
It acts as a back gate that stabilizes the potential.

スーパージャンクション構造を有するオフセット部は熱平衡状態のpn接合に生じる空
乏層の幅に対して比べて、N層23及びP層22のストライプ幅を充分小さく設計してい
る。このため、パワーMISFET20aのオフ時のドレイン・ソース間容量(Cds)
、及びドレイン・ゲート間容量(Cgd)を第1の実施形態よりも小さくすることができ
る。そして、ゲートに(+)の電圧が印加された場合、空乏化していたスーパージャンク
ション構造部分がゲート電圧で生じた電子で満たされて低抵抗化するので、パワーMIS
FET20aのオン抵抗Ronが低減する。
In the offset portion having the super junction structure, the stripe widths of the N layer 23 and the P layer 22 are designed to be sufficiently smaller than the width of the depletion layer generated in the pn junction in the thermal equilibrium state. Therefore, the drain-source capacitance (Cds) when the power MISFET 20a is off.
, And the drain-gate capacitance (Cgd) can be made smaller than in the first embodiment. When a (+) voltage is applied to the gate, the depleted super junction structure portion is filled with electrons generated by the gate voltage and the resistance is lowered.
The on-resistance Ron of the FET 20a is reduced.

次に、パワーMISFETの特性について図7を参照して説明する。図7はパワーMI
SFETのオン抵抗を示す特性図である。ここで、従来は第1のゲート電極及びドレイン
電極に(+)の電圧を印加した場合の特性で、本実施形態は第1のゲート電極、第2のゲ
ート電極、及びドレイン電極に(+)の電圧を印加した場合の特性である。
Next, the characteristics of the power MISFET will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the power MI
It is a characteristic view which shows the ON resistance of SFET. Here, the conventional characteristics are obtained when a (+) voltage is applied to the first gate electrode and the drain electrode. In the present embodiment, the (+) voltage is applied to the first gate electrode, the second gate electrode, and the drain electrode. It is a characteristic at the time of applying the voltage of.

図7に示すように、従来では、パワーMISFETのオン抵抗(Ron)が大きい。一
方、本実施形態では、第1のゲート電極10と第2のゲート電極15に同一の(+)の電
圧を印加し、ドレイン電極14に(+)の電圧を印加している。このため、第1のチャネ
ル部16及び第2のチャネル部17が同時にオンするのでパワーMISFET20aのオ
ン抵抗(Ron)を従来よりも低減することができる。更に、ゲートに(+)の電圧が印
加された場合、空乏化していたスーパージャンクション構造部分がゲート電圧で生じた電
子で満たされて低抵抗化するので、破線で示す第1の実施形態よりもパワーMISFET
20aのオン抵抗(Ron)を低減することができる。
As shown in FIG. 7, conventionally, the on-resistance (Ron) of the power MISFET is large. On the other hand, in this embodiment, the same (+) voltage is applied to the first gate electrode 10 and the second gate electrode 15, and the (+) voltage is applied to the drain electrode 14. For this reason, since the first channel portion 16 and the second channel portion 17 are simultaneously turned on, the on-resistance (Ron) of the power MISFET 20a can be reduced as compared with the conventional case. Further, when a voltage of (+) is applied to the gate, the depleted super junction structure portion is filled with electrons generated by the gate voltage and has a low resistance, so that it is lower than in the first embodiment shown by the broken line. Power MISFET
The on-resistance (Ron) of 20a can be reduced.

上述したように、本実施形態の半導体装置では、熱平衡状態のpn接合に生じる空乏層
の幅に比べてストライプ幅を充分小さくし、ゲート部と対向して繰り返し形成されたスー
パージャンクション構造の半導体層を有するオフセット部と、第1のゲート電極10と、
第2のゲート電極15とを有するパワーMISFET20aが設けられている。そして、
第1のゲート電極10と第2のゲート電極15に(+)の電圧が印加された時の閾値電圧
を、第1のゲート電極10に(+)を印加された時の閾値電圧よりも小さくすることがで
きる。したがって、第1の実施形態よりも信号遮断時の出力端子間容量Coffを低減し
、且つオン抵抗Ronを低減化したSOI構造のパワーMISFETが得られる。
As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the superjunction structure semiconductor layer is formed by repeatedly reducing the width of the stripe compared to the width of the depletion layer generated in the pn junction in the thermal equilibrium state and repeatedly facing the gate portion. An offset portion having a first gate electrode 10;
A power MISFET 20 a having a second gate electrode 15 is provided. And
The threshold voltage when the (+) voltage is applied to the first gate electrode 10 and the second gate electrode 15 is smaller than the threshold voltage when the (+) is applied to the first gate electrode 10. can do. Therefore, an SOI structure power MISFET in which the output terminal capacitance Coff at the time of signal interruption is reduced and the on-resistance Ron is reduced as compared with the first embodiment can be obtained.

[第3の実施形態]
次に、本発明の第3の実施形態に係る光半導体リレー装置について、図面を参照して説
明する。図8は、光半導体リレー装置の回路構成を示す図である。本実施形態では第1の
実施形態のSOI構造のパワーMISFETを用いている。
[Third Embodiment]
Next, an optical semiconductor relay device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a diagram illustrating a circuit configuration of the optical semiconductor relay device. In the present embodiment, the power MISFET having the SOI structure of the first embodiment is used.

図8に示すように、光半導体リレー装置30は、発光素子(LED)31、フォトダイ
オードアレイ(PV)32、制御回路33、及びパワーMISFET35、36を有し、
4pinの樹脂封止パッケージに封止されている。
As shown in FIG. 8, the optical semiconductor relay device 30 includes a light emitting element (LED) 31, a photodiode array (PV) 32, a control circuit 33, and power MISFETs 35 and 36.
It is sealed in a 4 pin resin sealed package.

発光素子31は、GaAs赤外発光ダイオードからなり、入力端子IN1、IN2に接
続されている。入力端子IN1とIN2の間にリレー制御信号が印加すると、発光素子3
1は発光する。この発光した光は発光素子31に対向し、且つ離間して配置されたフォト
ダイオードアレイ32により受光される。
The light emitting element 31 is composed of a GaAs infrared light emitting diode, and is connected to the input terminals IN1 and IN2. When a relay control signal is applied between the input terminals IN1 and IN2, the light emitting element 3
1 emits light. The emitted light is received by a photodiode array 32 that faces the light emitting element 31 and is spaced apart.

フォトダイオードアレイ32は、n個のフォトダイオード32a、32b、…、32n
が縦続接続されている。フォトダイオードアレイ32は、発光素子31から発光された光
を受光することにより、縦続接続されたn個のフォトダイオードの両端に各フォトダイオ
ード32a、32b、…、32nの起電力に対してn倍のDC電圧を発生する。このDC
電圧は、制御回路33の入力側に供給される。
The photodiode array 32 includes n photodiodes 32a, 32b,.
Are connected in cascade. The photodiode array 32 receives the light emitted from the light emitting element 31, so that n times the electromotive force of each of the photodiodes 32a, 32b,. DC voltage is generated. This DC
The voltage is supplied to the input side of the control circuit 33.

制御回路33は、フォトダイオードアレイ32から出力されたDC電圧を制御回路の出
力信号OPとして、パワーMISFET35の第1のゲート電極G11、第2のゲート電
極G21、及びパワーMISFET36の第1のゲート電極G12、第2のゲート電極G
22に送信する。また、この制御回路33は、フォトダイオードアレイ32から出力され
たDC電圧が供給されなくなった場合、パワーMISFET35、36に蓄積された電荷
を迅速に放電するための放電回路34を備えている。
The control circuit 33 uses the DC voltage output from the photodiode array 32 as the output signal OP of the control circuit, and the first gate electrode G11, the second gate electrode G21 of the power MISFET 35, and the first gate electrode of the power MISFET 36. G12, second gate electrode G
22 to send. In addition, the control circuit 33 includes a discharge circuit 34 for quickly discharging charges accumulated in the power MISFETs 35 and 36 when the DC voltage output from the photodiode array 32 is not supplied.

パワーMISFET35は、ソース電極S1及び基板電極Sub1が制御回路33の低
電位側電源Vssに接続され、ドレイン電極D1が出力端子OUT1に接続されている。
パワーMISFET36は、ソース電極S2及び基板電極Sub2が制御回路33の低電
位側電源Vssに接続され、ドレイン電極D2が出力端子OUT2に接続されている。
In the power MISFET 35, the source electrode S1 and the substrate electrode Sub1 are connected to the low potential side power source Vss of the control circuit 33, and the drain electrode D1 is connected to the output terminal OUT1.
In the power MISFET 36, the source electrode S2 and the substrate electrode Sub2 are connected to the low potential side power source Vss of the control circuit 33, and the drain electrode D2 is connected to the output terminal OUT2.

パワーMISFET35の第1のゲート電極G11、第2のゲート電極G21、及びパ
ワーMISFET36の第1のゲート電極G12、第2のゲート電極G22に制御回路の
出力信号OPが入力されると、パワーMISFET35の第1のチャネル部16、第2の
チャネル部17、及びパワーMISFET36の第1のチャネル部16、第2のチャネル
部17がそれぞれオンして出力端子OUT1、OUT2が導通状態になり、光半導体リレ
ー装置30はオンする。
When the output signal OP of the control circuit is input to the first gate electrode G11, the second gate electrode G21 of the power MISFET 35, and the first gate electrode G12 and the second gate electrode G22 of the power MISFET 36, the power MISFET 35 The first channel portion 16, the second channel portion 17, and the first channel portion 16 and the second channel portion 17 of the power MISFET 36 are turned on, and the output terminals OUT 1 and OUT 2 become conductive, and the optical semiconductor relay The device 30 is turned on.

入力端子IN1とIN2の間にリレー制御信号が印加されなくなると、発光素子31が
発光を停止し、フォトダイオードアレイ32の両端のDC電圧がゼロVになる。このため
、制御回路の出力信号OPはゼロVとなりパワーMISFET35、36はオフして出力
端子OUT1、OUT2が非導通状態になり、光半導体リレー装置30はオフする。
When the relay control signal is no longer applied between the input terminals IN1 and IN2, the light emitting element 31 stops emitting light, and the DC voltage across the photodiode array 32 becomes zero V. For this reason, the output signal OP of the control circuit becomes zero V, the power MISFETs 35 and 36 are turned off, the output terminals OUT1 and OUT2 are turned off, and the optical semiconductor relay device 30 is turned off.

上述したように、本実施形態の光半導体リレー装置では、信号遮断時の出力端子間容量
Coffを低減し、且つオン抵抗Ronを低減化したSOI構造のパワーMISFETを
用いることにより、オン状態における光半導体リレー装置の出力端子間の電気抵抗を小さ
くすることができる。
As described above, in the optical semiconductor relay device of this embodiment, the light in the on state is obtained by using the power MISFET having the SOI structure in which the output-terminal capacitance Coff at the time of signal interruption is reduced and the on-resistance Ron is reduced. The electrical resistance between the output terminals of the semiconductor relay device can be reduced.

また、光半導体リレー装置のオフ状態において、MISFETのソース・ドレイン間容
量(Csd)が小さいのでオン状態で蓄積された電荷量を減少することができる。したが
って、光半導体リレー装置のオン状態からオフ状態への切り替え時間を短縮することがで
きる。
Further, since the source-drain capacitance (Csd) of the MISFET is small in the off state of the optical semiconductor relay device, the amount of charge accumulated in the on state can be reduced. Therefore, the switching time from the on state to the off state of the optical semiconductor relay device can be shortened.

[第4の実施形態]
次に、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置について、図面を参照して説明する。
図9は、半導体装置を示す断面図である。本実施形態ではパワーMISFETとロジック
用のMISFETが同一のSOI基板上に設けられている。
[Fourth Embodiment]
Next, a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the semiconductor device. In this embodiment, the power MISFET and the logic MISFET are provided on the same SOI substrate.

以下、本実施形態において、第1の実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してそ
の部分の説明は省略し、異なる部分のみ説明する。
Hereinafter, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted, and only different portions will be described.

図9に示すように、半導体装置60は、第1のシリコン基板1の第1主面(表面)上に
選択的に設けられた埋め込みシリコン層37を有するBOX層(埋め込み酸化膜層)2a
が形成され、BOX層2の第1主面(表面)上に第2のシリコン基板3が形成されたSO
I基板4aを有している。ロジック部53にはNch MISFET(第1のMISFE
T)51、Pch MISFET(第2のMISFET)52が設けられ、パワーMIS
FET部54にはパワーMISFET20bが設けられている。
As shown in FIG. 9, the semiconductor device 60 includes a BOX layer (buried oxide film layer) 2 a having a buried silicon layer 37 selectively provided on the first main surface (front surface) of the first silicon substrate 1.
Is formed, and the second silicon substrate 3 is formed on the first main surface (front surface) of the BOX layer 2.
An I substrate 4a is provided. The logic unit 53 includes an Nch MISFET (first MISFE).
T) 51 and Pch MISFET (second MISFET) 52 are provided, and the power MIS
The FET section 54 is provided with a power MISFET 20b.

ここで、埋め込みシリコン層37はBOX層2a内部に設けられている。SOI基板4
aは、第1のシリコン基板1及び第2のシリコン基板3をシリコン酸化膜(シリコンを高
温酸化して形成)であるBOX層(埋め込み酸化膜層)2aを介して貼り合わせて形成さ
れている。なお、埋め込みシリコン層37はN型の不純物を有している。
Here, the buried silicon layer 37 is provided inside the BOX layer 2a. SOI substrate 4
a is formed by bonding the first silicon substrate 1 and the second silicon substrate 3 through a BOX layer (buried oxide film layer) 2a which is a silicon oxide film (formed by high-temperature oxidation of silicon). . Note that the buried silicon layer 37 has N-type impurities.

第2のシリコン基板3には、Nch MISFET51、Pch MISFET52、
及びパワーMISFET20bをそれぞれ素子分離するための素子分離層18がBOX層
2aと接するように埋設されている。素子分離層18の間には、第2のシリコン基板3の
第1主面(表面)からBOX層2aの第1主面と接するまで形成されたPオフセット層
5a、P層(第1の半導体層)6a、P層(第2の半導体層)6b、Nソース層(第1
のソース層)7a、Nソース(第2のソース層)層7b、Nドレイン層(第1のドレ
イン層)8a、Nドレイン層(第2のドレイン層)8b、N層(第3の半導体層)39
、Pソース(第3のソース層)層41、Pドレイン層(第3のドレイン層)42、及
びプラグ38が設けられている。プラグ38は、N多結晶シリコン膜からなり、埋め込
みシリコン層37と接している。
The second silicon substrate 3 includes an Nch MISFET 51, a Pch MISFET 52,
In addition, an element isolation layer 18 for isolating the power MISFET 20b is embedded so as to be in contact with the BOX layer 2a. Between the element isolation layers 18, a P - offset layer 5a and a P layer (first layer) formed from the first main surface (front surface) of the second silicon substrate 3 to the first main surface of the BOX layer 2a. Semiconductor layer) 6a, P layer (second semiconductor layer) 6b, N + source layer (first
Source layer) 7a, N + source (second source layer) layer 7b, N + drain layer (first drain layer) 8a, N + drain layer (second drain layer) 8b, N layer (third Semiconductor layer) 39
, A P + source (third source layer) layer 41, a P + drain layer (third drain layer) 42, and a plug 38 are provided. The plug 38 is made of an N + polycrystalline silicon film and is in contact with the buried silicon layer 37.

パワーMISFET20b部のP層6aは、一端がPオフセット層5aと接し、他端
がNソース層7aと接している。Nドレイン層8aは、Pオフセット層5aと接し
ている。Nch MISFET51部のP層6bは、一端がNソース層7bと接し、他
端がNドレイン層8bと接している。Pch MISFET52部のN層39は、一端
がPソース層41と接し、他端がPドレイン層42と接している。
One end of the P layer 6a of the power MISFET 20b is in contact with the P offset layer 5a and the other end is in contact with the N + source layer 7a. The N + drain layer 8a is in contact with the P offset layer 5a. One end of the P layer 6b of the Nch MISFET 51 is in contact with the N + source layer 7b, and the other end is in contact with the N + drain layer 8b. The N layer 39 of the Pch MISFET 52 part has one end in contact with the P + source layer 41 and the other end in contact with the P + drain layer 42.

ここで、第2のシリコン基板3の厚さは、ゲート・ドレイン間容量(Cgd)、ソース
・ドレイン間容量(Csd)、ドレイン・基板間容量(Cdsub)などの容量を低減す
るために、例えば、0.1μmと薄くしている。埋め込みシリコン層37は、Pオフセ
ット層5a、P層6a、Nソース層7a、及びNドレイン層8a直下の領域に埋設さ
れているが、P層6a、及び第2のチャネル部が形成できる最小限度のPオフセット層
5aとNソース層7a直下の領域だけに設けてもよい。
Here, the thickness of the second silicon substrate 3 is set to reduce the capacitance such as the gate-drain capacitance (Cgd), the source-drain capacitance (Csd), and the drain-substrate capacitance (Cdsub), for example. The thickness is as thin as 0.1 μm. The buried silicon layer 37 is buried in a region immediately below the P offset layer 5a, the P layer 6a, the N + source layer 7a, and the N + drain layer 8a, but the P layer 6a and the second channel portion are formed. The minimum possible P offset layer 5 a and N + source layer 7 a may be provided only in the region immediately below.

パワーMISFET20b部のP層6の第1主面(表面)上には、第1のゲート絶縁膜
9aを介して、多結晶シリコンからなる第1のゲート電極10aが少なくともP層6に隣
接するように、Nソース層7a及びNドレイン層8aの第1主面(表面)上の一部ま
で延在して設けられている。Nch MISFET51部のP層6bの第1主面(表面)
上には、第2のゲート絶縁膜9bを介して、多結晶シリコンからなる第3のゲート電極1
0bが少なくともP層6bに隣接するように、Nソース層7b及びNドレイン層8b
の第1主面(表面)上の一部まで延在して設けられている。
On the first main surface (surface) of the P layer 6 of the power MISFET 20b portion, at least the first gate electrode 10a made of polycrystalline silicon is adjacent to the P layer 6 via the first gate insulating film 9a. The N + source layer 7a and the N + drain layer 8a are provided so as to extend to a part on the first main surface (surface). First main surface (surface) of the P layer 6b of the Nch MISFET 51 part
The third gate electrode 1 made of polycrystalline silicon is disposed above the second gate insulating film 9b.
N + source layer 7 b and N + drain layer 8 b so that 0 b is at least adjacent to P layer 6 b
Extending to a part of the first main surface (surface).

Pch MISFET52部のN層39の第1主面(表面)上には、第2のゲート絶縁
膜9bを介して、多結晶シリコンからなる第4のゲート電極10cが少なくともN層39
に隣接するように、Pソース層41及びPドレイン層42の第1主面(表面)上の一
部まで延在して設けられている。ここで、第1のゲート電極10a、第3のゲート電極1
0b、及び第4のゲート電極10cは同一構造で、且つ同一工程で形成されている。
On the first main surface (front surface) of the N layer 39 of the Pch MISFET 52 part, at least the fourth gate electrode 10c made of polycrystalline silicon is provided via the second gate insulating film 9b.
Are extended to a part on the first main surface (surface) of the P + source layer 41 and the P + drain layer 42 so as to be adjacent to each other. Here, the first gate electrode 10a, the third gate electrode 1
0b and the fourth gate electrode 10c have the same structure and are formed in the same process.

第1のゲート電極10a、第3のゲート電極10b、及び第4のゲート電極10cを覆
う絶縁膜11に、コンタクト開口部がNソース層7a、Nドレイン層8a、Nソー
ス層7b、Nドレイン層8b、Pソース層41、Pドレイン層42、及びプラグ3
8の一部を露出するようにそれぞれ設けられている。ここで、第1のゲート絶縁膜9aの
厚さは、パワーMISFETの耐圧を維持するために、例えば、ロジック部53に設けら
れたデジタル半導体集積回路に用いられる第2のゲート絶縁膜9bよりも厚く形成されて
いる。
In the insulating film 11 covering the first gate electrode 10a, the third gate electrode 10b, and the fourth gate electrode 10c, contact openings are N + source layer 7a, N + drain layer 8a, N + source layer 7b, N + drain layer 8b, P + source layer 41, P + drain layer 42, and plug 3
8 are respectively provided so as to expose a part of them. Here, the thickness of the first gate insulating film 9a is, for example, larger than that of the second gate insulating film 9b used in the digital semiconductor integrated circuit provided in the logic unit 53 in order to maintain the breakdown voltage of the power MISFET. It is formed thick.

この露出されたNソース層7a上にソース電極13aが形成され、露出されたN
レイン層8a上にドレイン電極14aが形成され、露出されたNソース層7b上にソー
ス電極13bが形成され、露出されたNドレイン層8b上にドレイン電極14bが形成
されている。そして、露出されたPソース層41上にソース電極13cが形成され、露
出されたPドレイン層42上にドレイン電極14cが形成されている。また、露出され
たプラグ38上に第2のゲート電極15aが形成されている。
A source electrode 13a is formed on the exposed N + source layer 7a, a drain electrode 14a is formed on the exposed N + drain layer 8a, and a source electrode 13b is formed on the exposed N + source layer 7b. A drain electrode 14b is formed on the exposed N + drain layer 8b. A source electrode 13 c is formed on the exposed P + source layer 41, and a drain electrode 14 c is formed on the exposed P + drain layer 42. A second gate electrode 15 a is formed on the exposed plug 38.

上述したように、本実施形態の半導体装置では、第1のゲート電極10a及び第2のゲ
ート電極15aを備え、信号遮断時の出力端子間容量Coffを低減し、且つオン抵抗R
onを低減化したパワーMISFET20bを有するパワーMISFET部54と、低電
圧で動作するNch MISFET51及びPch MISFET52を備えるロジック
部がSOI基板4a上に形成されている。そして、第1のゲート電極10a、第3のゲー
ト電極10b、及び第4のゲート電極10cは同一構造で、且つ同一工程で製造され、素
子間は素子分離層18で互いに離間されている。
As described above, the semiconductor device according to the present embodiment includes the first gate electrode 10a and the second gate electrode 15a, reduces the inter-output-terminal capacitance Coff when the signal is interrupted, and has an on-resistance R.
A power MISFET portion 54 having a power MISFET 20b with reduced on and a logic portion including an Nch MISFET 51 and a Pch MISFET 52 that operate at a low voltage are formed on the SOI substrate 4a. The first gate electrode 10a, the third gate electrode 10b, and the fourth gate electrode 10c have the same structure and are manufactured in the same process, and the elements are separated from each other by the element isolation layer 18.

したがって、低CR積(CoffxRon)で、且つ高速に動作するパワーMISFE
Tと、低電圧及び低消費電力で、且つ高速動作するMISFETを同一チップ内で比較的
安価に実現することができる。
Therefore, power MISFE operating at a high speed with a low CR product (CoffxRon).
T, MISFETs that operate at high speed with low voltage and low power consumption can be realized relatively inexpensively in the same chip.

[第5の実施形態]
次に、本発明の第5の実施形態に係る半導体装置について、図10乃至図12を参照し
て説明する。図10は半導体装置を示す断面図で、図11はその半導体装置の動作説明図
、図12は各部の配置を示す平面図ある。
[Fifth Embodiment]
Next, a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a cross-sectional view showing the semiconductor device, FIG. 11 is an operation explanatory view of the semiconductor device, and FIG. 12 is a plan view showing the arrangement of each part.

本実施形態では、パワーMISFET20のソース部に、高い不純物濃度で低抵抗のN
層7に加えて、高い不純物濃度で低抵抗のPバックゲート層21が設けられ、オフセ
ット部5は低い不純物濃度で高抵抗のP層のみで構成されている。図12は、その平面
図であり、Pバックゲート層21とNソース層7の幅はほぼ等間隔で、Pバックゲ
ート層21の長さはNソース層7より長く、Nソース層7を取り囲むように配列する
ことができる。その他の構成は、第1の実施形態の構成と同じである。バックゲート部2
1は、基板電位を一定にするため、所定の電圧に接続される。
In the present embodiment, the source portion of the power MISFET 20 has a high impurity concentration and a low resistance N.
In addition to the + layer 7, a P + back gate layer 21 having a high impurity concentration and a low resistance is provided, and the offset portion 5 is composed of only a P layer having a low impurity concentration and a high resistance. Figure 12 is a plan view thereof, P + width of the back gate layer 21 and the N + source layer 7 is at substantially equal intervals, the length of the P + back gate layer 21 is longer than the N + source layer 7, N + They can be arranged so as to surround the source layer 7. Other configurations are the same as those of the first embodiment. Back gate part 2
1 is connected to a predetermined voltage in order to keep the substrate potential constant.

いま、第1のゲート10の電圧を増加していくと、図11に示すように、オン状態でチャ
ンネル部16及び17がP層6からPオフセット層5まで形成される。Pオフセット
層5では、電子が拡散によってNドレイン部に至るので、このPオフセット層5をP
ドリフト層といってもよい。また、上述したように、Pオフセット層5は耐圧を向上
する機能もあるので、リサーフ層ということもできる。
Now, when the voltage of the first gate 10 is increased, channel portions 16 and 17 are formed from the P layer 6 to the P - offset layer 5 in the ON state as shown in FIG. P - in the offset layer 5, the electron reaches the N + drain region by diffusion, the P - the offset layer 5 P
- it may be referred to as a drift layer. Further, as described above, since the P offset layer 5 also has a function of improving the breakdown voltage, it can also be called a RESURF layer.

[第6の実施形態]
次に、本発明の第6の実施形態に係る半導体装置について、図13乃至図15を参照し
て説明する。図13は半導体装置を示す断面図で、図14はその半導体装置の動作説明図
、図15は各部の配置を示す平面図ある。
[Sixth Embodiment]
Next, a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a cross-sectional view showing a semiconductor device, FIG. 14 is an operation explanatory view of the semiconductor device, and FIG. 15 is a plan view showing the arrangement of each part.

本実施形態では、パワーMISFET20のソース部に、高い不純物濃度で低抵抗のN
層7に加えて、高い不純物濃度で低抵抗のPバックゲート層21が設けられ、オフセ
ット部5は低い不純物濃度で高抵抗のN層のみで構成されている。図15は、その平面
図であり、Pバックゲート層21とNソース層7の幅はほぼ等間隔で、Pバックゲ
ート層21の長さはNソース層7より長く、Nソース層7を取り囲むように配列する
ことができる。その他の構成は、第1の実施形態の構成と同じである。バックゲート部2
1は、基板電位を一定にするため、所定の電圧に接続される。
In the present embodiment, the source portion of the power MISFET 20 has a high impurity concentration and a low resistance N.
In addition to the + layer 7, a P + back gate layer 21 having a high impurity concentration and a low resistance is provided, and the offset portion 5 is composed of only an N layer having a low impurity concentration and a high resistance. Figure 15 is a plan view thereof, P + width of the back gate layer 21 and the N + source layer 7 is at substantially equal intervals, the length of the P + back gate layer 21 is longer than the N + source layer 7, N + They can be arranged so as to surround the source layer 7. Other configurations are the same as those of the first embodiment. Back gate part 2
1 is connected to a predetermined voltage in order to keep the substrate potential constant.

いま、第1のゲート10の電圧を増加していくと、図14に示すように、オン状態でチ
ャンネル部16及び17がP層6からNオフセット層5まで形成される。Nオフセッ
ト層5では、電子が拡散によってNドレイン部に至るので、このNオフセット層5を
ドリフト層といってもよい。また、上述したように、Nオフセット層5は耐圧を向
上する機能もあるので、リサーフ層ということもできる。
Now, when the voltage of the first gate 10 is increased, channel portions 16 and 17 are formed from the P layer 6 to the N - offset layer 5 in the on state as shown in FIG. In the N offset layer 5, electrons reach the N + drain portion by diffusion, and therefore the N offset layer 5 may be referred to as an N drift layer. Further, as described above, the N offset layer 5 also has a function of improving the breakdown voltage, and can be called a RESURF layer.

上述した実施形態においては、第1のシリコン基板、BOX層、及び第2のシリコン基
板から構成されるSOI基板を用いているが、第2のシリコン基板の代わりにSiC基板
などを用いることも可能である。
In the above-described embodiment, the SOI substrate including the first silicon substrate, the BOX layer, and the second silicon substrate is used. However, a SiC substrate or the like can be used instead of the second silicon substrate. It is.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、
種々、変更することが可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and is within the scope not departing from the spirit of the invention.
Various modifications are possible.

第1の実施形態に係るパワーMISFETを示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a power MISFET according to a first embodiment. 第1の実施形態に係るパワーMISFETを示す模式図である。It is a schematic diagram showing a power MISFET according to the first embodiment. 第1の実施形態に係るパワーMISFETのオン抵抗を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing on-resistance of the power MISFET according to the first embodiment. 第1の実施形態の変形例に係るパワーMISFETを示す断面図である。It is sectional drawing which shows power MISFET which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第1の実施形態の変形例に係るパワーMISFETを示す断面図である。It is sectional drawing which shows power MISFET which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第2の実施形態に係るパワーMISFETを示す平面図である。It is a top view showing power MISFET concerning a 2nd embodiment. 第2の実施形態に係るパワーMISFETのオン抵抗を示す特性図である。It is a characteristic view which shows on-resistance of power MISFET which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る光半導体リレー装置の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the optical semiconductor relay apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係るパワーMISFETを示す断面図である。It is sectional drawing which shows power MISFET which concerns on 5th Embodiment. 第5の実施形態に係るパワーMISFETの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of power MISFET which concerns on 5th Embodiment. 第5の実施形態に係るパワーMISFETを示す平面図である。It is a top view which shows power MISFET concerning a 5th embodiment. 第6の実施形態に係るパワーMISFETを示す断面図である。It is sectional drawing which shows power MISFET concerning 6th Embodiment. 第6の実施形態に係るパワーMISFETの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of power MISFET which concerns on 6th Embodiment. 第6の実施形態に係るパワーMISFETを示す平面図である。It is a top view showing power MISFET concerning a 6th embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…第1のシリコン基板、
2…BOX層(埋め込み酸化膜層)、
3…第2のシリコン基板、
4…SOI基板、
5、50…オフセット層、
6…P層、
7…Nソース層、
8…Nドレイン層、
9…ゲート絶縁膜、
10…第1のゲート電極、
13…ソース電極、
14…ドレイン電極、
15…第2のゲート電極、
16…第1のチャネル部、
17…第2のチャネル部、
20、20a、20b…パワーMISFET、
21…Pバックゲート層、
22…Pオフセット層、
23…Nオフセット層、
90…第3のゲート絶縁膜、
100…第3のゲート電極。


1 ... 1st silicon substrate,
2 ... BOX layer (buried oxide film layer),
3 ... second silicon substrate,
4 ... SOI substrate,
5, 50 ... offset layer,
6 ... P layer,
7 ... N + source layer,
8 ... N + drain layer,
9: Gate insulating film,
10: First gate electrode,
13 ... Source electrode,
14 ... drain electrode,
15 ... second gate electrode,
16: First channel section,
17 ... second channel section,
20, 20a, 20b ... power MISFET,
21 ... P + back gate layer,
22 ... P offset layer,
23 ... N offset layer,
90 ... a third gate insulating film,
100: Third gate electrode.


Claims (5)

半導体基板と、
前記半導体基板の第1主面上に設けられた酸化膜層と、
前記酸化膜層上に設けられた第1導電型の半導体層と、
前記第1導電型の半導体層の一端と接して前記酸化膜層上に設けられた前記第1導電型
の半導体層よりも低不純物濃度のオフセット層と、
前記第1導電型の半導体層の他端と接して前記酸化膜層上に設けられた、前記第1導電
型の半導体層よりも高不純物濃度の第2導電型のソース層と、
前記オフセット層と接して且つ前記第1導電型の半導体層と離間して前記酸化膜層上に
設けられた、前記第1導電型の半導体層よりも高不純物濃度の第2導電型のドレイン層と

前記第1導電型の半導体層上に設けられた第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜を介して前記第1導電型の半導体層上に設けられた第1のゲー
ト電極と、
前記半導体基板の第1主面とは反対側の第2主面上に前記酸化膜層及び当該半導体基板
を介して前記第1導電型の半導体層に対向して設けられた第2のゲート電極と
を具備することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
An oxide film layer provided on the first main surface of the semiconductor substrate;
A first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer;
An offset layer having a lower impurity concentration than the first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer in contact with one end of the first conductivity type semiconductor layer;
A second conductivity type source layer having a higher impurity concentration than the first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer in contact with the other end of the first conductivity type semiconductor layer;
A second conductivity type drain layer having a higher impurity concentration than the first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer in contact with the offset layer and spaced apart from the first conductivity type semiconductor layer When,
A first gate insulating film provided on the semiconductor layer of the first conductivity type;
A first gate electrode provided on the semiconductor layer of the first conductivity type via the first gate insulating film;
A second gate electrode provided on the second main surface opposite to the first main surface of the semiconductor substrate so as to face the semiconductor layer of the first conductivity type via the oxide film layer and the semiconductor substrate. A semiconductor device comprising:
前記酸化膜層中に前記第1導電型の半導体層を介して前記第1のゲート絶縁膜に対向して
設けられた第2のゲート絶縁膜と、
前記酸化膜層中に前記第2のゲート絶縁膜を介して前記第1導電型の半導体層に対向し
て設けられた第3のゲート電極と
を具備することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
A second gate insulating film provided in the oxide film layer so as to be opposed to the first gate insulating film via the first conductivity type semiconductor layer;
2. The third gate electrode provided in the oxide film layer so as to face the semiconductor layer of the first conductivity type with the second gate insulating film interposed therebetween. Semiconductor device.
半導体基板と、
前記半導体基板の第1主面上に設けられた酸化膜層と、
前記酸化膜層上に設けられた第1導電型の半導体層と、
前記第1導電型の半導体層の一端と接して且つ互いに隣接して前記酸化膜層上に繰り返
し設けられた第1導電型のオフセット層及び第2導電型のオフセット層と、
前記第1導電型の半導体層の他端と接して前記酸化膜層上に設けられた、前記第1導電
型の半導体層よりも高不純物濃度の第2導電型のソース層と、
前記第1導電型のオフセット層及び前記第2導電型のオフセット層と接して且つ前記第
1導電型の半導体層と離間して前記酸化膜層上に設けられた、前記第1導電型の半導体層
よりも高不純物濃度の第2導電型のドレイン層と、
前記第1導電型の半導体層上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記第1導電型の半導体層上に設けられた第1のゲート電極
と、
前記半導体基板の第1主面とは反対側の第2主面上に前記酸化膜層及び当該半導体基板
を介して前記第1導電型の半導体層に対向して設けられた第2のゲート電極と
を具備することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
An oxide film layer provided on the first main surface of the semiconductor substrate;
A first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer;
A first conductivity type offset layer and a second conductivity type offset layer repeatedly provided on the oxide film layer in contact with one end of the first conductivity type semiconductor layer and adjacent to each other;
A second conductivity type source layer having a higher impurity concentration than the first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer in contact with the other end of the first conductivity type semiconductor layer;
The first conductivity type semiconductor provided on the oxide film layer in contact with the first conductivity type offset layer and the second conductivity type offset layer and apart from the first conductivity type semiconductor layer. A drain layer of a second conductivity type having a higher impurity concentration than the layer;
A gate insulating film provided on the semiconductor layer of the first conductivity type;
A first gate electrode provided on the semiconductor layer of the first conductivity type via the gate insulating film;
A second gate electrode provided on the second main surface opposite to the first main surface of the semiconductor substrate so as to face the semiconductor layer of the first conductivity type via the oxide film layer and the semiconductor substrate. A semiconductor device comprising:
半導体基板と、
前記半導体基板の第1主面上に設けられた酸化膜層と、
前記酸化膜層上に設けられた第1導電型の半導体層と、
前記第1導電型の半導体層の一端と接して前記酸化膜層上に設けられた前記第1導電型
の半導体層よりも低不純物濃度のオフセット層と、
前記第1導電型の半導体層の他端と接して前記酸化膜層上に設けられた、前記第1導電
型の半導体層よりも高不純物濃度の第2導電型のソース層と、
前記第2導電型のソース層と隣接して且つ前記第1導電型の半導体層の他端と接して前
記酸化膜層上に設けられた、前記第1導電型の半導体層よりも高不純物濃度の第1導電型
のバックゲート層と、
前記オフセット層と接して且つ前記第1導電型の半導体層と離間して前記酸化膜層上に
設けられた、前記第1導電型の半導体層よりも高不純物濃度の第2導電型のドレイン層と

前記第1導電型の半導体層上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記第1導電型の半導体層上に設けられた第1のゲート電極
と、
前記半導体基板の第1主面とは反対側の第2主面上に前記酸化膜層及び当該半導体基板
を介して前記第1導電型の半導体層に対向して設けられた第2のゲート電極と
を具備することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
An oxide film layer provided on the first main surface of the semiconductor substrate;
A first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer;
An offset layer having a lower impurity concentration than the first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer in contact with one end of the first conductivity type semiconductor layer;
A second conductivity type source layer having a higher impurity concentration than the first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer in contact with the other end of the first conductivity type semiconductor layer;
Higher impurity concentration than the first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer adjacent to the second conductivity type source layer and in contact with the other end of the first conductivity type semiconductor layer A back gate layer of the first conductivity type,
A second conductivity type drain layer having a higher impurity concentration than the first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer in contact with the offset layer and spaced apart from the first conductivity type semiconductor layer When,
A gate insulating film provided on the semiconductor layer of the first conductivity type;
A first gate electrode provided on the semiconductor layer of the first conductivity type via the gate insulating film;
A second gate electrode provided on the second main surface opposite to the first main surface of the semiconductor substrate so as to face the semiconductor layer of the first conductivity type via the oxide film layer and the semiconductor substrate. A semiconductor device comprising:
リレー制御信号が入力される発光素子と、
前記発光素子の発光した光を受光して電圧を発生するフォトダイオードアレイと、
半導体基板と、前記半導体基板の第1主面上に設けられた酸化膜層と、前記酸化膜層上
に設けられた第1導電型の半導体層と、前記第1導電型の半導体層の一端と接して前記酸
化膜層上に設けられた前記第1導電型の半導体層よりも低不純物濃度のオフセット層と、
前記第1導電型の半導体層の他端と接して前記酸化膜層上に設けられた、前記第1導電型
の半導体層よりも高不純物濃度の第2導電型のソース層と、前記オフセット層と接して且
つ前記第1導電型の半導体層と離間して前記酸化膜層上に設けられた、前記第1導電型の
半導体層よりも高不純物濃度の第2導電型のドレイン層と、前記第1導電型の半導体層上
に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記第1導電型の半導体層上に
設けられた第1のゲート電極と、前記半導体基板の第1主面とは反対側の第2主面上に前
記酸化膜層及び当該半導体基板を介して前記第1導電型の半導体層に対向して設けられた
第2のゲート電極とを有し、前記フォトダイオードアレイによって発生された電圧が前記
第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極に供給される半導体素子と
を具備することを特徴とする光半導体リレー装置。
A light emitting element to which a relay control signal is input;
A photodiode array that receives light emitted from the light emitting element and generates a voltage;
A semiconductor substrate, an oxide film layer provided on the first main surface of the semiconductor substrate, a first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer, and one end of the first conductivity type semiconductor layer An offset layer having a lower impurity concentration than the semiconductor layer of the first conductivity type provided on the oxide film layer in contact with
A source layer of a second conductivity type having a higher impurity concentration than the semiconductor layer of the first conductivity type provided on the oxide film layer in contact with the other end of the semiconductor layer of the first conductivity type; and the offset layer A second conductivity type drain layer having a higher impurity concentration than the first conductivity type semiconductor layer provided on the oxide film layer in contact with the first conductivity type semiconductor layer and spaced apart from the first conductivity type semiconductor layer; A gate insulating film provided on the first conductive type semiconductor layer; a first gate electrode provided on the first conductive type semiconductor layer via the gate insulating film; and a first of the semiconductor substrate. A second gate electrode provided on the second main surface opposite to the main surface on the oxide film layer and the semiconductor layer of the first conductivity type via the semiconductor substrate; A voltage generated by a photodiode array is connected to the first gate electrode and the first gate electrode. Optical semiconductor relay device characterized by comprising a semiconductor element which is supplied to the gate electrode of.
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