JP2006210865A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体素子形成領域120内に形成される横形半導体素子のドレイン領域121及びソース領域122、123が、SOI基板110表面の同一方向にストライプ状に伸びるように形成し、その周囲にドリフト領域124を形成している。これにより、ドレイン領域124の一部に電流が集中してオン耐圧が悪化されることを防止する。また、半導体素子形成領域120と、誘電体分離領域114を介して隣接する隣接領域に電位が固定される電位固定領域130を設けたことにより、横形半導体素子の耐圧特性が周辺素子の電位変動によって変動することが防止される。
【選択図】 図1
Description
図8は、従来のnチャネル形の高耐圧横形MOSFETをSOI基板上に形成した場合の半導体装置の要部断面図である。
従来の半導体装置300は、SOI基板310に、n形の高耐圧横形MOSFETを形成した構成となっている。SOI基板310は、n形の支持基板311上にシリコン酸化膜312を張り合わせ、その上にさらにn形の半導体基板313を張り合わせ研磨することによって形成されている。n形の高耐圧横形MOSFETのソース・ゲート領域314を形成するために、n形の半導体基板313の表面層にp形のベース領域315が形成され、そのベース領域315の表面層にp+形のベースコンタクト領域316とn+形のソース領域317が形成されている。また、n+形のドレイン領域318は、ベース領域315から一定距離、離して形成されたn-形のバッファ領域319の表面層に形成されている。ベース領域315とバッファ領域319に挟まれた半導体基板313は、n-形のドリフト領域320となる。また、ベース領域315上にゲート酸化膜321を介してゲート電極322を形成する。さらに、ソース領域317とベースコンタクト領域316上にソース電極323を形成し、ドレイン領域318上にドレイン電極324を形成する。ゲート電極322、ソース電極323、ドレイン電極324は、それぞれゲート端子G、ソース端子S、ドレイン端子Dと接続している。
図8で示した断面構造を持った高耐圧横形MOSFETの表面パターンを示している。
高集積化及び低オン抵抗化を図るための構造として、一般的に、図9のようにドレイン領域318が、ドリフト領域320を介してソース・ゲート領域314に完全に囲まれた表面パターンとなっている。また、デバイスの周辺部は表面に形成されたトレンチによる誘電体分離部325によって外部と分離されている。なお、この図では表面電極のパターン及びゲート酸化膜321の図示を省略している。
このような高耐圧横形MOSFETには、従来から以下のような問題があることが知られている。
図9の表面パターンにおいてドレインコーナ326では、ドレイン領域318が凸状態となっているために電界が高くなり、図8で示したソース領域317から注入される多数キャリアである電子流が集中する。そのため、このドレインコーナ326は、オン耐圧に対して最も弱い領域となる問題があった。
従来から、このドレインコーナ326でのオン耐圧向上を図るために、ドレインコーナの構造の改良が、各種なされている。
例えば、特許文献1には、ドレインコーナでの電界緩和を目的としたオフセット領域を導入することが開示されている。
また、特許文献2には、電子電流の流入阻止を目的として、n+ソース遮断領域を、ドレインコーナの円弧部周辺に設けて、ドレインコーナでの局所的な電子電流の集中を抑制するような構造を実現している。そのために、このn+ソース遮断領域には、図8で示す断面図のソース領域317は形成されず、MOSFET構造にはならない。
例えば、特許文献1では、オフセット領域の導入によるデバイス面積が増加する問題があった。また、特許文献2では、駆動電流が低下してしまう問題があった。
また特許文献3で開示されているもののように、オフ時にSOI基板のドリフト領域に空乏層が広がる素子では、ストライプ状のパターンを有する拡散領域の端部でデバイスの耐圧維持領域がオープンになるため、絶縁分離領域を介して隣接する領域の電位変動がデバイス内部の電位分布に影響を与え、デバイスの耐圧特性が不安定となる問題がある。
さらに、SOI基板とトレンチ分離を組み合わせた誘電体分離基板上のデバイスは、プロセス中、特に、トレンチエッチング工程で発生するFe、Cuなどの汚染に対して特性が敏感となり、量産時の良品率に影響を与えるという問題がある。
上記の構成によれば、半導体素子形成領域内に形成される横形半導体素子のドレイン領域及びソース領域が、誘電体分離基板表面の同一方向にストライプ状に伸びるように形成されているので、ドレイン領域の一部に電流が集中してオン耐圧が悪化されることを防止する。また、半導体素子形成領域と、誘電体分離領域を介してストライプ状に形成されたドレイン領域の端方向に隣接する隣接領域に電位が固定される電位固定領域を設けたことにより、横形半導体素子の耐圧特性が周辺素子の電位変動によって変動することが防止される。
前記ベース領域の端方向で、前記ベース領域と前記誘電体分離領域との間に、前記ベース領域と同一導電形で、前記ベース領域よりも不純物総量が多いゲッタリング領域を備えた構成とする。
このような構成によれば、プロセス中に発生する汚染をこのゲッタリング領域で吸収することができる。その結果、汚染による素子特性への影響を抑えることが可能となり、安定した素子特性を得られることができる。
このような構成によれば、ゲッタリング領域の端部において吸収された汚染物質が素子特性に影響を及ぼすことを防止することができる。
さらには、従来のようなドレインコーナ部を設けず、ドレイン領域及びソース領域をストライプ状に形成しているために、単位素子面積あたりのオン抵抗を低減できる。
また、ゲッタリング領域を設けることによりプロセス中に発生する汚染を吸収することができ、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。さらに、前記ベース領域の端方向において、前記ゲッタリング領域と前記誘電体分離領域との距離が、前記ベース領域と前記誘電体分離領域との距離より長くすることによりさらに信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
図1は、本発明の実施の形態1の半導体装置の要部平面図である。
また、図2は、図1の半導体装置のA−A線での要部断面図である。
また、図3は、図1の半導体装置のB−B線での要部断面図である。
半導体装置100は、誘電体分離基板上にnチャネル形の高耐圧横形MOSFETを形成した構成となっている。以下では、SOI基板110を用いるものとして説明する。SOI基板110は、図2、図3のように、支持基板111上にシリコン酸化膜112を張り合わせ、その上にさらに半導体基板113を張り合わせ、研磨することによって形成される。支持基板111の導電形はn形あるいはp形のどちらでも良い。半導体基板113にはn形層が形成される。さらに、SOI基板110には、図2、図3に示すようにシリコン酸化膜112に達するようなトレンチにより誘電体分離領域114が形成されている。トレンチ内部には例えば、シリコン酸化膜などの絶縁膜が埋め込まれている。そしてこの誘電体分離領域114に囲まれた領域が半導体素子形成領域120となる。なお、SOI基板110の形成方法はこれに限定されるものではない。
n+形のドレイン領域121は、図2、図3に示すように、半導体基板113の表面側に形成されたn-形のバッファ領域121a内に形成されている。
n+形のソース領域122、123は、図3に示すように、p形のベース領域122a、123a内に形成されている。また、ベース領域122a、123a内には、図示しないソース電極とのコンタクトのためのp+形のベースコンタクト領域122b、123bが形成されている。
なお、p形のベース領域122a、123aは、ゲート酸化膜125を介してゲート電極126より所定の電圧が印加されると、表面にチャネルが形成されるチャネル形成領域である。
以下、半導体素子形成領域120内に形成された高耐圧横形MOSFETの動作を説明する。
ゲート電極126に一定の正の電圧を印加すると、高耐圧横形MOSFETがオンし、ゲート電極126直下のp形のベース領域122a、123aの表面がn形に反転しチャネル領域が形成される。このとき電子がソース領域122、123からチャネルを介してドリフト領域124に流れ出しドリフトされ、バッファ領域121aを介してドレイン領域121に達し吸収される。
ところで、上記のようにドレイン領域121及びソース領域122、123をストライプ状に形成したときに、そのストライプの端方向に、誘電体分離領域114を介して隣接する隣接領域に電位変動があると、半導体素子形成領域120内に形成した高耐圧横形MOSFETの電位分布に影響を与え、耐圧特性が不安定となる問題がある。
そこで、半導体装置100には、半導体素子形成領域120の隣接領域に電位が固定される領域を設けている。例えば、図1で示しているように、ストライプの端方向に隣接する隣接領域のドリフト領域124の表面に、例えばn+形の電位固定領域130を設ける。この電位固定領域130を例えば、−5V、0V、5Vのように、ある電位に固定する。これにより、半導体素子形成領域120内に形成した高耐圧横形MOSFETの耐圧特性が、周辺素子の電位変動によって変動することを防止することができる。
次に、図1、図2、図3に示したストライプ状に形成したドレイン領域121及びソース領域122、123を用いた高耐圧横形MOSFETの電流−電圧特性を示す。
図4は、半導体素子形成領域に形成した高耐圧横形MOSFETの電流−電圧特性を示すグラフである。
ここでは、ゲート電圧Vg=5Vのときの単位素子面積あたりのドレイン電圧Vd−ドレイン電流Id特性を示している。なお、比較のために、特許文献2にあるような、電子電流の流入阻止を目的として、n+ソース遮断領域をドレインコーナの円弧部周辺に設けて、ドレインコーナでの局所的な電子電流の集中を抑制する従来構造の特性についても同じグラフ上に示している。このグラフのように、図1に示したストライプ状に形成したドレイン領域121及びソース領域122、123を用いた高耐圧横形MOSFETでは、従来のようなMOSFET構造とならない無駄なドレインコーナ部を省いて、ドレイン領域121及びソース領域122、123をストライプ状に形成しているために、単位素子面積あたりのオン抵抗を低減でき、従来に比べて飛躍的に電流駆動能力を増大できることがわかった。また、これによりデバイスの省スペース化も期待できる。
図5は、pチャネル形の高耐圧横形MOSFETを半導体素子形成領域内に形成した場合の半導体装置の要部断面図である。
半導体装置200は、支持基板211上にシリコン酸化膜212を張り合わせ、その上にさらに半導体基板213を張り合わせ、研磨することによって形成されたSOI基板210を用いている。支持基板211の導電形は、n形あるいはp形のどちらでも良い。また半導体基板113にはn形層が形成される。SOI基板210には、シリコン酸化膜212に達するようなトレンチにより誘電体分離領域214が形成されている。トレンチには例えば、シリコン酸化膜などの絶縁膜が埋め込まれている。そしてこの誘電体分離領域214に囲まれた領域が半導体素子形成領域220となっている。
p+形のドレイン領域221は、半導体基板213の表面側に形成されたp形のオフセット領域221a内に形成されている。
p+形のソース領域222、223は、図5に示すように、n形のウェル領域222a、223a内に形成されている。また、ウェル領域222a、223a内には、図示しないソース電極とのコンタクトのためのn+形のウェルコンタクト領域222b、223bが形成されている。
なお、n形のウェル領域222a、223aは、ゲート酸化膜225を介してゲート電極226より所定の電圧が印加されると、表面にチャネルが形成されるチャネル形成領域である。
以下、半導体素子形成領域220内に形成された高耐圧横形MOSFETの動作を説明する。
ゲート電極226に一定の負の電圧を印加すると、高耐圧横形MOSFETがオンし、ゲート電極226直下のn形のウェル領域222a、223aの表面がp形に反転しチャネル領域が形成される。このとき正孔がソース領域222、223からチャネルを介してドリフト領域224に流れ出しドリフトされ、オフセット領域221aを介してドレイン領域221に達し吸収される。
図6は、本発明の実施の形態2の半導体装置の要部平面図である。また、図7は、図6の半導体装置のC−C線での要部断面図である。
なお、上記では、nチャネル形の高耐圧横形MOSFETとpチャネル形の高耐圧横形MOSFETとについてそれぞれ説明したが、両者が同一のSOI基板上に形成される場合においても、もちろん同様に適用が可能である。この場合、p形またはn形の支持基板上にシリコン酸化膜を介してp形またはn形の半導体基板を形成したSOI基板を用いる。半導体基板がn形の場合には、pチャネル形の高耐圧横形MOSFETを形成する領域にp形不純物を拡散し、p形の半導体素子形成領域を形成した上でpチャネル形の高耐圧横形MOSFETを形成する。半導体基板がp形の場合は、nチャネル形の高耐圧横形MOSFETを形成する領域にn形の不純物を拡散し、n形の半導体素子形成領域を形成した上でn形の高耐圧横形MOSFETを形成する。
110 SOI基板
111 支持基板
112 シリコン酸化膜
113 半導体基板
114、114a、114b 誘電体分離領域
120 半導体素子形成領域
121 ドレイン領域
121a バッファ領域
122、123 ソース領域
122a、123a ベース領域
122b、123b ベースコンタクト領域
124 ドリフト領域
125 ゲート酸化膜
126 ゲート電極
127、128 ゲッタリング領域
130 電位固定領域
Claims (10)
- 誘電体分離基板上に形成された半導体装置において、
ドレイン領域及びソース領域が前記誘電体分離基板表面の同一方向にストライプ状に伸びるように形成され、前記ドレイン領域の周囲にドリフト領域が形成された横形半導体素子を有した半導体素子形成領域を具備し、
前記ストライプ状に形成された前記ドレイン領域の端方向に誘電体分離領域を介して隣接する隣接領域に電位が固定される電位固定領域を設けたことを特徴とする半導体装置。 - 前記誘電体分離基板は、トレンチによって前記半導体素子形成領域を分離したSOI基板であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 2つの前記ソース領域によって前記ドレイン領域が共有されるように、前記ソース領域及び前記ドレイン領域が並設されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記半導体素子形成領域は、前記ドレイン領域及び前記ソース領域の配列方向に、前記誘電体分離領域を介して複数隣接して配置され、前記電位固定領域が複数の前記半導体素子形成領域に共通に設けられていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 誘電体分離領域に囲まれた第1導電形素子形成領域と、前記素子形成領域の表面層にストライプ状に互いに離れて形成された、第1導電形のドレイン領域および第2導電形ベース領域と、前記ベース領域の表面層にストライプ状に形成された第1導電形ソース領域と、前記素子形成領域と前記ソース領域との間の前記ベース領域の表面上に絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを備えた半導体装置において、
前記ベース領域の端方向で、前記ベース領域と前記誘電体分離領域との間に、前記ベース領域と同一導電形で、前記ベース領域よりも不純物総量が多いゲッタリング領域を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 前記ベース領域の端方向において、前記ゲッタリング領域と前記誘電体分離領域との距離が、前記ベース領域と前記誘電体分離領域との距離より長いことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
- 前記ゲッタリング領域が前記ベース領域に接していることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
- 前記素子形成領域は、支持基板上に酸化膜を介して形成された半導体層をトレンチによって分離した領域からなることを特徴とする請求項5ないし7のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記ストライプ状に形成された前記ドレイン領域の端方向に前記誘電体分離領域を介して隣接する電位固定領域を備えたことを特徴とする請求項5ないし8のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記半導体素子形成領域は、前記ドレイン領域及び前記ソース領域の配列方向に、前記誘電体分離領域を介して複数隣接して配置され、前記電位固定領域が複数の前記半導体素子形成領域に共通に設けられていることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。
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