JP2008166627A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ストライプセル構造の横型DMOSトランジスタ(LDMOS)を備えた半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device including a lateral DMOS transistor (LDMOS) having a stripe cell structure.
従来、CMOS、パワー素子などを混載して形成される半導体装置として、横型DMOSトランジスタ(LDMOS)を備えた半導体装置が知られている。例えば、特許文献1では、LDMOSとCMOSとを搭載したインテリジェントパワーICが開示されている。
しかし、このような半導体装置において、LDMOSをストライプセル構造によりレイアウトした場合、ストライプセル終端で電界集中が生じ、ソース領域のPN接合部からの空乏層が、ドレイン領域にリーチスルーすることにより耐圧が低下するという問題があった。更に、ストライプセル終端における電流集中により、NPNターンオンによる寄生動作が起こり、耐量が低下するという問題があった。 However, in such a semiconductor device, when an LDMOS is laid out with a stripe cell structure, electric field concentration occurs at the end of the stripe cell, and the depletion layer from the PN junction in the source region reaches through to the drain region, thereby increasing the breakdown voltage. There was a problem of lowering. In addition, current concentration at the end of the stripe cell causes a parasitic operation due to NPN turn-on, resulting in a problem that the tolerance is reduced.
そこで、本発明は、耐圧及び耐量の低下が生じないストライプセル構造のLDMOSを備えた半導体装置を実現することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to realize a semiconductor device including an LDMOS having a stripe cell structure that does not cause a decrease in breakdown voltage and resistance.
この発明は、上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、基板に、ドレイン領域が形成されたストライプ状のドレインセルと、ソース領域が形成されたストライプ状のソースセルとが、略平行に配置されたストライプセル構造の横型DMOSトランジスタ(LDMOS)を備えた半導体装置において、前記ドレインセルは、前記ソースセルより長手方向に短く形成されており、前記ドレインセルの基板面における長手方向の端部は、前記ソースセルの基板面における長手方向の端部より前記横型DMOSトランジスタが形成されている領域の内側に配置されている、という技術的手段を用いる。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, in the invention according to claim 1, a striped drain cell in which a drain region is formed on a substrate, and a striped source cell in which a source region is formed, In a semiconductor device including a lateral DMOS transistor (LDMOS) having a stripe cell structure arranged substantially in parallel, the drain cell is formed shorter in the longitudinal direction than the source cell, and the longitudinal direction of the drain cell on the substrate surface A technical means is used in which the end of is disposed inside the region where the lateral DMOS transistor is formed from the end in the longitudinal direction of the substrate surface of the source cell.
請求項1に記載の発明によれば、基板に、ドレイン領域が形成されたストライプ状のドレインセルと、ソース領域が形成されたストライプ状のソースセルとが、略平行に配置されたストライプセル構造の横型DMOSトランジスタ(LDMOS)を備えた半導体装置において、ドレインセルは、ソースセルより長手方向に短く形成されており、ドレインセルの基板面における長手方向の端部は、ソースセルの基板面における長手方向の端部より前記横型DMOSトランジスタが形成されている領域の内側に配置されているため、ソースセルの基板面における長手方向の端部において、対向するドレイン領域が存在しない。そのため、ソース領域のPN接合部からの空乏層が、ドレイン領域にリーチスルーすることなく広がりやすくなり、電界緩和されるので、端部でのソース/ドレイン間の電流経路を遮断することができ、耐圧を向上させることができる。 According to the invention described in claim 1, a stripe cell structure in which a stripe-shaped drain cell in which a drain region is formed and a stripe-shaped source cell in which a source region is formed are arranged substantially in parallel on a substrate. In the semiconductor device including the lateral DMOS transistor (LDMOS), the drain cell is formed to be shorter in the longitudinal direction than the source cell, and the end in the longitudinal direction on the substrate surface of the drain cell is the length on the substrate surface of the source cell. Since it is arranged inside the region where the lateral DMOS transistor is formed from the end in the direction, there is no opposing drain region at the end in the longitudinal direction on the substrate surface of the source cell. Therefore, the depletion layer from the PN junction of the source region is easily spread without reaching through to the drain region, and the electric field is relaxed, so that the current path between the source and drain at the end can be blocked, The breakdown voltage can be improved.
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の半導体装置において、前記ソースセルの長手方向であって、前記ソースセルの基板面における長手方向の端部から前記横型DMOSトランジスタが形成されている領域の内側に向かって所定の距離までの領域に、NPN構造が形成されていない、という技術的手段を用いる。 According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the lateral DMOS transistor is formed from an end portion in the longitudinal direction of the source cell and in the longitudinal direction of the substrate surface of the source cell. The technical means that the NPN structure is not formed in a region up to a predetermined distance toward the inside of the existing region is used.
請求項2に記載の発明によれば、ソースセルの基板面における長手方向の端部から横型DMOSトランジスタが形成されている領域の内側に向かって所定の距離までの領域に、NPN構造が形成されていないため、ソースセルの端部において電流集中が生じたとしても、寄生動作を生じにくくすることができるので、耐量の低下を防ぐことができる。 According to the second aspect of the present invention, the NPN structure is formed in a region from the end in the longitudinal direction on the substrate surface of the source cell to a predetermined distance toward the inside of the region where the lateral DMOS transistor is formed. Therefore, even if current concentration occurs at the end portion of the source cell, it is possible to make it difficult for the parasitic operation to occur.
請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の半導体装置において、前記ドレインセルの基板面における長手方向の端部は、前記ソースセルにおいて前記NPN構造が形成されている領域よりも、前記横型DMOSトランジスタが形成されている領域の外周側に配置されている、という技術的手段を用いる。 According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second aspect, the longitudinal end portion of the substrate surface of the drain cell is more than the region where the NPN structure is formed in the source cell. The technical means of being arranged on the outer peripheral side of the region where the lateral DMOS transistor is formed is used.
請求項3に記載の発明によれば、ドレインセルの基板面における長手方向の端部は、ソースセルにおいてNPN構造が形成されている領域よりも、横型DMOSトランジスタが形成されている領域の外周側に配置されているため、耐圧及び耐量の低下が生じない範囲でドレインセルの長さを長く形成することができるので、LDMOSの形成領域を有効に使用することができる。 According to the third aspect of the present invention, the end in the longitudinal direction on the substrate surface of the drain cell is on the outer peripheral side of the region where the lateral DMOS transistor is formed, rather than the region where the NPN structure is formed in the source cell. Since the drain cell can be formed long in a range in which the breakdown voltage and the withstand capability are not reduced, the LDMOS formation region can be used effectively.
請求項4に記載の発明では、請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載の半導体装置において、前記ソースセルの基板面における長手方向の端部は、角部が丸められた形状に形成されている、という技術的手段を用いる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to third aspects, the end portion in the longitudinal direction of the substrate surface of the source cell has a shape with rounded corners. The technical means that it is formed is used.
請求項4に記載の発明によれば、ソースセルの基板面における長手方向の端部は、角部が丸められた形状に形成されているため、ソースセルの端部における電界集中を緩和することができるので、耐圧の低下を防ぐことができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the end in the longitudinal direction on the substrate surface of the source cell is formed in a shape with rounded corners, the electric field concentration at the end of the source cell is alleviated. Therefore, a decrease in breakdown voltage can be prevented.
この発明に係る半導体装置について、図を参照して説明する。図1は、ストライプセル構造の横型DMOSトランジスタ(LDMOS)を備えた半導体装置の説明図である。図1(A)は、ソースセル及びドレインセルの端部近傍の平面説明図である。図1(B)は、図1(A)のA−A矢視断面説明図である。図2は、ソースセルの端部とドレインセルの端部との長手方向の距離と耐圧との関係を示す説明図である。
なお、図1では、説明のために一部を拡大して誇張して示している。また、以下の説明において、図1(A)の上下方向を「長手方向」、左右方向を「幅方向」と呼ぶこととする。
A semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram of a semiconductor device provided with a lateral DMOS transistor (LDMOS) having a stripe cell structure. FIG. 1A is an explanatory plan view of the vicinity of the end portions of the source cell and the drain cell. FIG. 1B is a cross-sectional explanatory view taken along arrow AA in FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the longitudinal distance between the end portion of the source cell and the end portion of the drain cell and the breakdown voltage.
In FIG. 1, a part is enlarged and exaggerated for explanation. In the following description, the vertical direction in FIG. 1A is referred to as a “longitudinal direction”, and the horizontal direction is referred to as a “width direction”.
図1に示すように、半導体装置10は、ソース領域が形成されたソースセル11と、ドレイン領域が形成されたドレインセル12とからなるストライプセル構造に形成されたLDMOS20を備えている。
ソースセル11とドレインセル12とは、シリコン基板上に絶縁膜を介して高濃度N型シリコン層21a及び低濃度N型シリコン層21bを積層してなるSOI基板21の幅方向に平行となるように交互にレイアウトされている。
As shown in FIG. 1, a
The
ソースセル11の低濃度N型シリコン層21bの表層部には、N型のドレイン拡散層22が、ドレインセル12の低濃度N型シリコン層21bの表層部には、P型のチャネル拡散層23が形成されている。このP型のチャネル拡散層23とN型のドレイン拡散層22とは、LOCOS膜14により分離されている。
LOCOS膜14は、低濃度N型シリコン層21bの表層部に形成されており、ソースセル11側では、ソースセル11の外周形状に沿ってソースセル11の外側まで形成されている。ドレインセル12側では、ドレインセル12の外周形状に沿ってドレインセル12の内側まで形成されている。
An N-type
The LOCOS
P型のチャネル拡散層23の表層部には、ソースセル11の幅にほぼ等しいN型のソース拡散層24が形成されており、このソース拡散層24の幅方向の中央にP型の拡散層25が形成されている。つまり、チャネル拡散層23の表層部には、NPN型のトランジスタが構成されている。
ゲート電極13は、ポリシリコンによりソースセル11及びドレインセル12の形状に開口して形成されている。ゲート電極13は、ソースセル11側ではソース拡散層24にコンタクトするように形成されている。
An N-type
The
続いて、ソースセル11及びドレインセル12の端部近傍の構造について説明する。ここで、「端部」とは、各ストライプセルのSOI基板21の基板面における長手方向の先端部のことを示す。図1(A)に示すように、ドレインセル12は、ソースセル11よりも短く形成されており、ドレインセル12の端部12aは、ソースセルの端部11aに比べて、LDMOS20の形成領域の内側方向へ配置されている。
また、長手方向に見ると、ドレインセル12の端部12aは、ソース拡散層24及びP型の拡散層25の端部と、ソースセル11の端部11aとの間に対向する位置となるように配置されている。
これにより、ソースセル11の端部11aにおいて、対向するドレイン領域が存在しないため、ソース領域のPN接合部からの空乏層が、ドレイン拡散層22にリーチスルーすることなく広がりやすくなり、電界緩和されるので、ソースセル11の端部11aでのソース/ドレイン間の電流経路を遮断することができるので、耐圧を向上させることができる。
また、耐圧及び耐量の低下が生じない範囲でドレインセル12の長さを長く形成することができるので、LDMOS20の形成領域を有効に使用することができる。
Next, the structure near the ends of the
Further, when viewed in the longitudinal direction, the
As a result, since there is no opposing drain region at the
In addition, since the
また、ドレインセル12では、ドレイン拡散層22がドレインセルの端部まで形成されているのに対し、ソースセル11では、ソースセル11の端部11aから所定の距離、例えば10μmまで、ソース拡散層24及びP型の拡散層25が形成されておらず、NPN構造が存在しない。これにより、ソースセル11の端部11a近傍にNPN構造が存在しないため、電流集中が生じたとしても、寄生動作を生じにくくすることができるので、耐量の低下を防ぐことができる。
In the
更に、ソースセル11の端部11a及びドレインセル12の端部12aの近傍では、セルの角部が丸められて、半円状に形成されている。これにより、セル端部における電界集中を緩和することができるので、耐圧の低下を防ぐことができる。ここで、半円状以外の形状でも角部が丸められていれば、同様の効果を奏することができる。
Furthermore, in the vicinity of the
図2には、ソースセル11の端部11aとドレインセル12の端部12aとの長手方向の距離Lと耐圧との関係を示す。
Lが正の場合は、ドレインセル12がソースセル11よりも短く形成されている場合に、Lが負の場合は、ソースセル11がドレインセル12よりも短く形成されている場合にそれぞれ対応する。
Lが負である場合、Lが小さくなる、つまり、ソースセル11が短くなるのに伴い、耐圧が急激に低下する。一方、Lが正である場合、つまり、ドレインセル12がソースセル11よりも短く形成されている場合には、Lの値に大きく依存することなく、例えば、Lが3μm以上の場合に、安定した耐圧を保持することができる。
FIG. 2 shows the relationship between the longitudinal distance L between the
The case where L is positive corresponds to the case where the
When L is negative, the withstand voltage decreases rapidly as L decreases, that is, as the
(変更例)
本実施形態では、LDMOS20として、LOCOS膜14を用いたLDMOSを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、LOCOS膜14を用いずに、チャネル表面領域を形成したLDMOSなどを用いることもできる。
(Example of change)
In the present embodiment, an LDMOS using the
[最良の形態の効果]
(1)ドレインセル12とソースセル11とが、略平行に配置されたストライプセル構造のLDMOS20を備えた半導体装置10において、ドレインセル12は、ソースセル11より長手方向に短く形成されており、ドレインセル12の端部12aは、ソースセル11の端部11aよりLDMOS20の形成領域の内側に配置されているため、ソースセル11の端部11aにおいて、対向するドレイン領域が存在しない。そのため、ソース領域のPN接合部からの空乏層が、ドレイン領域にリーチスルーすることなく広がりやすくなり、電界緩和されるので、ストライプセル端部でのソース/ドレイン間の電流経路を遮断することができ、耐圧を向上させることができる。
[Effect of the best form]
(1) In the
(2)ソースセル11の端部11aからLDMOS20の形成領域の内側に向かって所定の距離までの領域に、NPN構造が形成されていないため、ソースセル11の端部11aにおいて電流集中が生じたとしても、寄生動作を生じにくくすることができるので、耐量の低下を防ぐことができる。
(2) Since no NPN structure is formed in a region from the
(3)ドレインセル12の端部12aは、ソースセル11においてNPN構造が形成されている領域よりも、LDMOS20の形成領域の外周側に配置されているため、耐圧及び耐量の低下が生じない範囲でドレインセル12の長さを長く形成することができるので、LDMOS20の形成領域を有効に使用することができる。
(3) Since the
(4)ソースセル11の端部11a近傍は、角部が丸められた形状に形成されているため、ソースセル11の端部11aにおける電界集中を緩和することができるので、耐圧の低下を防ぐことができる。
(4) Since the vicinity of the
10 半導体装置
11 ソースセル
11a ソースセルの端部
12 ドレインセル
12a ドレインセルの端部
13 ゲート電極
21 SOI基板
24 ソース拡散層
25 拡散層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ドレインセルは、前記ソースセルより長手方向に短く形成されており、
前記ドレインセルの基板面における長手方向の端部は、前記ソースセルの基板面における長手方向の端部より前記横型DMOSトランジスタが形成されている領域の内側に配置されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor comprising a stripe-shaped drain cell in which a drain region is formed on a substrate and a stripe-shaped source cell in which a source region is formed and a lateral DMOS transistor (LDMOS) having a stripe cell structure in which the stripe-shaped source cell is arranged substantially in parallel. In the device
The drain cell is formed shorter in the longitudinal direction than the source cell,
The semiconductor substrate is characterized in that the end in the longitudinal direction on the substrate surface of the drain cell is disposed inside the region where the lateral DMOS transistor is formed from the end in the longitudinal direction on the substrate surface of the source cell. apparatus.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006356824A JP2008166627A (en) | 2006-12-29 | 2006-12-29 | Semiconductor device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014011411A (en) * | 2012-07-03 | 2014-01-20 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
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2006
- 2006-12-29 JP JP2006356824A patent/JP2008166627A/en active Pending
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RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
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