JP2010087421A - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010087421A JP2010087421A JP2008257548A JP2008257548A JP2010087421A JP 2010087421 A JP2010087421 A JP 2010087421A JP 2008257548 A JP2008257548 A JP 2008257548A JP 2008257548 A JP2008257548 A JP 2008257548A JP 2010087421 A JP2010087421 A JP 2010087421A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor region
- region
- semiconductor
- lateral mosfet
- electrode
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
Description
この発明は、横型パワーMOSFETなどの高耐圧で横型の半導体装置に関する。 The present invention relates to a lateral semiconductor device having a high breakdown voltage such as a lateral power MOSFET.
図6は、SOI(Silicon On Insulator)基板を用いた従来の高耐圧の横型MOSFETの要部断面図である。ここでは、この横型MOSFET70は横型NチャネルMOSFETである。SOI基板80は、支持基板51上に酸化膜52とn−ドリフト領域53の順に積層した構成をしている。
図6に示すように、n−ドリフト領域53の表面層にpベース領域54が選択的に設けられ、pベース領域54の表面層にn+ソース領域55が選択的に設けられている。また、n−ドリフト領域53の表面層にpベース領域54と離してn+ドレイン領域57が選択的に設けられている。n+ソース電極62はn+ソース領55とpベース領域54に電気的に接している。ドレイン電極63はn+ドレイン領域57に電気的に接している。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of a conventional high breakdown voltage lateral MOSFET using an SOI (Silicon On Insulator) substrate. Here, the
As shown in FIG. 6, the
n+ソース領域55とn−ドリフト領域53に挟まれたpベース領域54上にはゲート絶縁膜65を介してゲート電極56が設けられている。
また、特許文献1において、第1の表面および第1の導電率タイプを有するドリフト領域と、第1の表面からドリフト領域中に広がる第1および第2の導電領域とを備えた、LDMOS、LIGBT、横型ダイオード、横型GTO、横型JFET、あるいは横型BJTなどの横型半導体デバイスにおいて、第1の半導体領域と第2の半導体領域の間に、第1の表面からドリフト領域中に広がる、第2の導電率タイプを有する1つまたは複数の追加領域を備えていることが記載されている。
A
Further, in
この追加領域は、第1の半導体領域と第2の半導体領域の間に電流経路が確立されると、電界を第1の半導体領域と第2の半導体領域の間で分割する接合を形成している。そのためにドリフト領域のドーピング濃度を濃くすることができ、それによりデバイスのオン抵抗を小さくできることが開示されている。
図7は、図6の横型MOSFET70の各諸元とオン抵抗や耐圧(ブレークダウン電圧)の関係を説明するための模式図である。各諸元は、横型MOSFET70において、n−ドリフト領域の長さX(pベース領域54とn+ドレイン領域57の間の長さ)、n−ドリフト領域の幅Y(奥行きの長さ)、n−ドリフト領域の深さZ(酸化膜52までの深さ)およびn−ドリフト領域の不純物濃度Cnとする。
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the relationship between each item of the
横型MOSFET70のオン抵抗をRonとすると、Ron∝X/(Y・Z)となる。また、n−ドリフト領域53の不純物濃度をCnとするとRon∝1/Cnとなる。従って、Ron∝(1/Cn)・(X/(Y・Z))となる。また、耐圧をVBとすると、Ron∝VB 2.5の関係がある。
横型MOSFETの耐圧VBを高耐圧に設計するためには、高電圧印加時にn−ドリフト領域の空乏層が伸びきらないよう、n−ドリフト領域の長さXを大きくする必要がある。また、耐圧VBを高めるためには、n−ドリフト領域の不純物濃度Cnを小さくする必要がある。Xを大きくし、Cnを小さくすると、Ronが増大する。また、Xが大きくなるとチップサイズが大きくなる。
When the on-resistance of the
To design the breakdown voltage V B of the lateral MOSFET in high withstand voltage, when a high voltage is applied n - so that does not fit depletion layer extends in the drift region, n - it is necessary to increase the length X of the drift region. In order to increase the breakdown voltage V B is, n - it is necessary to reduce the impurity concentration Cn of the drift region. When X is increased and Cn is decreased, Ron increases. Further, as X increases, the chip size increases.
この発明の目的は、前記の課題を解決して、横型MOSFETにおいて、チップサイズと耐圧を変えずにオン抵抗を従来素子より低減することができる高耐圧で横型の半導体装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a lateral semiconductor device having a high withstand voltage that can reduce the on-resistance of a lateral MOSFET without changing the chip size and withstand voltage without changing the conventional element. .
前記の目的を達成するために、第1導電型の第1半導体領域(ドリフト領域)と、該第1半導体領域の表面層に選択的に設けられた第2導電型の第2半導体領域(第1ベース領域)と、前記第1半導体領域の表面層に前記第2半導体領域と離して選択的に設けられた第2導電型の第3半導体領域(第2ベース領域)と、前記第2半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第4半導体領域(第1ソース領域)と、前記第1半導体領域の表面層で前記第2半導体領域と離し該第2半導体領域に対向し前記第2半導体領域と前記第3半導体領域の間に選択的に設けられた第1導電型の第5半導体領域(第1ドレイン領域)と、前記第3半導体領域の表面層に前記第5半導体領域と離して選択的に設けられた第1導電型の第6半導体領域(第2ソース領域)と、前記第1半導体領域の表面層に前記第3半導体領域と離して選択的に設けられた第1導電型の第7半導体領域(第2ドレイン領域)と、前記第4半導体領域と前記第1半導体領域に挟まれた前記第2半導体領域上にゲート絶縁膜を介して設けられた第1ゲート電極と、前記第6半導体領域と前記第1半導体領域に挟まれた前記第3半導体領域上にゲート絶縁膜を介して設けられた第2ゲート電極と、前記第2半導体領域に電気的に接続して設けられた第1主電極(ソース電極)と、前記第7半導体領域に電気的に接続して設けられた第2主電極(ドレイン電極)と、前記第5半導体領域および前記第6半導体領域にそれぞれ電気的に接続して設けられた接続電極とを有する構成とする。 To achieve the above object, a first conductive type first semiconductor region (drift region) and a second conductive type second semiconductor region (first type) selectively provided on a surface layer of the first semiconductor region. 1 base region), a third semiconductor region (second base region) of a second conductivity type selectively provided on the surface layer of the first semiconductor region apart from the second semiconductor region, and the second semiconductor A first conductivity type fourth semiconductor region (first source region) selectively provided in a surface layer of the region, and the second semiconductor region separated from the second semiconductor region by the surface layer of the first semiconductor region; A fifth semiconductor region (first drain region) of a first conductivity type that is oppositely provided and selectively provided between the second semiconductor region and the third semiconductor region, and a surface layer of the third semiconductor region includes the first semiconductor layer. 5th semiconductor region of the 1st conductivity type selectively provided apart from 5 semiconductor regions A second source region), a seventh semiconductor region (second drain region) of the first conductivity type selectively provided on the surface layer of the first semiconductor region apart from the third semiconductor region, and the fourth A first gate electrode provided via a gate insulating film on the second semiconductor region sandwiched between the semiconductor region and the first semiconductor region; and the sixth semiconductor region sandwiched between the first semiconductor region and the first semiconductor region. A second gate electrode provided on the third semiconductor region via a gate insulating film; a first main electrode (source electrode) provided in electrical connection with the second semiconductor region; and the seventh semiconductor. A second main electrode (drain electrode) provided in electrical connection with the region, and a connection electrode provided in electrical connection with the fifth semiconductor region and the sixth semiconductor region, respectively To do.
また、前記第5半導体領域が前記第1半導体領域と前記第2半導体領域のpn接合を横切り前記第6半導体領域と離すかもしくは接して前記第3半導体領域の表面層に選択的に設けられるとよい。
また、前記第1半導体領域、前記第2半導体領域、前記第4半導体領域、前記第5半導体領域および前記第1ゲート電極で第1横型MOSFET部を構成し、前記第1半導体領域、前記第3半導体領域、前記第6半導体領域、前記第7半導体領域および前記第2ゲート電極で第2横型MOSFET部を構成し、前記接続電極が前記第1横型MOSFET部と前記第2横型MOSFET部を直列接続するとよい。
When the fifth semiconductor region is selectively provided on the surface layer of the third semiconductor region across the pn junction of the first semiconductor region and the second semiconductor region, away from or in contact with the sixth semiconductor region. Good.
The first semiconductor region, the second semiconductor region, the fourth semiconductor region, the fifth semiconductor region, and the first gate electrode constitute a first lateral MOSFET portion, and the first semiconductor region, the third semiconductor region, The semiconductor region, the sixth semiconductor region, the seventh semiconductor region, and the second gate electrode constitute a second lateral MOSFET portion, and the connection electrode connects the first lateral MOSFET portion and the second lateral MOSFET portion in series. Good.
また、前記接続電極が、前記第1横型MOSFET部のドレイン電極と前記第2横型MOSFET部のソース電極を兼ねることよい。 The connection electrode may also serve as the drain electrode of the first lateral MOSFET part and the source electrode of the second lateral MOSFET part.
この発明によれば、従来の横型MOSFETを第1横型MOSFET部と第2横型MOSFET部に分割し、それぞれを直列接続することで、従来の横型MOSFETのn+ソース領域とn+ドレイン領域の間で保持されていた耐圧が、本発明の第1横型MOSFET部の第1n+ソース領域と第1n+ドレイン領域間と、第2横型MOSFET部の第2n+ソース領域と第2n+ドレイン領域の間で分圧化して保持する形となる。 According to the present invention, the conventional lateral MOSFET is divided into a first lateral MOSFET portion and a second lateral MOSFET portion, and each is connected in series, so that the n + source region and the n + drain region of the conventional lateral MOSFET are connected. The withstand voltage held by the first lateral MOSFET portion of the present invention is between the first n + source region and the first n + drain region, and between the second n + source region and the second n + drain region of the second lateral MOSFET portion. The pressure is divided and held.
それによって、電界を二つに分けて保つ形となる上にn−ドリフト領域の不純物濃度を分圧化前よりも高くすることが出来るので、デバイスサイズを変えずに、オン抵抗を減少させることができる。
本発明にかかる半導体装置によれば、従来の横型MOSFETと比較して同等の耐圧を有しながら、従来よりも大きな電流能力を有することができる。
As a result, the electric field is divided and kept in two, and the impurity concentration in the n − drift region can be made higher than before voltage division, so that the on-resistance can be reduced without changing the device size. Can do.
According to the semiconductor device of the present invention, it is possible to have a larger current capability than the conventional one while having the same breakdown voltage as that of the conventional lateral MOSFET.
実施の形態を以下の実施例で説明する。以下の説明では第1導電型をp型、第2導電型をn型としたが逆にしても構わない。 Embodiments will be described in the following examples. In the following description, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type, but they may be reversed.
図1は、この発明の第1実施例の半導体装置の要部断面図である。図1に示すように、本発明の横型MOSFET30がSOI基板40上に製作されている。SOI基板40は、支持基板1上に酸化膜2とn−ドリフト領域3の順に積層した構成をしている。
n−ドリフト領域3の表面層にそれぞれ離して第1pベース領域4と第2pベース領域8が選択的に設けられている。第1pベース領域4の表面層には第1n+ソース領域5が選択的に設けられている。第2pベース領域8の表面層と、これと隣接し第1n+ソース領域5と対向してn−ドレイン領域3の表面層に第1n+ドレイン領域5が選択的に設けられている。第2pベース領域8の表面層に第1n+ドレイン領域5と離して第2n+ソース領域10が選択的に設けられている。第2pベース領域8と離してn−ドレイン領域3の表面層に第2n+ドレイン領域7が選択的に設けられている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
A first
第1n+ソース領域5とn−ドリフト領域3に挟まれた第1pベース領域4上にはゲート絶縁膜15を介して第1ゲート電極6が設けられている。第2n+ソース領域10とn−ドリフト領域3に挟まれた第2pベース領域8上にはゲート絶縁膜16を介して第2ゲート電極11が設けられている。
第1n+ソース領域5および第1pベース領域4に電気的に接して第1ソース電極12が設けられている。第1n+ドレイン領域5と第2pベース領域8および第2n+ソース領域10とに電気的に接して第1ドレイン電極と第2ソース電極とを兼ねる接続電極14が設けられている。第2n+ドレイン領域7と電気的に接して第2ドレイン電極13が設けられている。第1ソース電極12が横型MOSFET30のソース電極となり、第2ドレイン電極13が横型MOSFET30のドレイン電極となる。
On the first
A
この横型MOSFET30は第1横型MOSFET部31と第2横型MOSFET部32で構成され、第1横型MOSFET部31の各電極は第1ソース電極12、第1ドレイン電極(接続電極14)および第1ゲート電極6であり、第2横型MOSFET部32の各電極は、第2ソース電極(接続電極14)、第2ドレイン電極13および第2ゲート電極11である。
The
第1ドレイン電極と第2ソース電極を兼ねる接続電極14は第1横型MOSFET部31と第2横型MOSFET部32を直列に接続する働きをしている。
図2は、この発明の横型MOSFETの動作を説明するための説明図である。
まず、本発明の横型MOSFET30のオフ状態について説明する。図2に示すように、図1で示すように、横型MOSFET30は、第1横型MOSFET部31と第2横型MOSFET部32が直列に接続され、同一の半導体基板(n−ドリフト領域3)に形成された構成をしている。
The
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the operation of the lateral MOSFET of the present invention.
First, the off state of the
横型MOSFET30のソース電極(第1ソース電極12)とドレイン電極(第2ドレイン電極13)の間に電圧Voを印加する。第1横型MOSFET部31のn−ドリフト領域3に広がる空乏層17の伸びは(1/2)Voの電圧で第1横型MOSFET部31の第1n+ドレイン領域9に到達し、Voの電圧で第2横型MOSFET部32のn−ドリフト領域3に広がる空乏層17の伸びはVoの電圧で第2横型MOSFET部32の第2ドレイン領域13、即ち横型MOSFET30のドレイン領域に到達する。
A voltage Vo is applied between the source electrode (first source electrode 12) and the drain electrode (second drain electrode 13) of the
そのため、第1横型MOSFET部31で受け持つ電圧と第2横型MOSFET部32で受け持つ電圧はそれぞれ(1/2)Voとなる。
このことから、第1横型MOSFET部31および第2横型MOSFET部32の耐圧は横型MOSFET30の耐圧VBの半分でよいことになる。横型MOSFET30の半分の耐圧となることから、第1および第2横型MOSFET部31、32を構成するn−ドリフト領域3の不純物濃度Cnを高くすることができる。また、不純物濃度Cnを高くできることと、横型MOSFET30の半分の耐圧にすることによって、本発明の第1および第2横型MOSFET部31、32を合わせたn−ドリフト領域3の横方向の長さX1+X2を従来の横型MOSFETのドリフト領域の横方向の長さXと同じにできる。
Therefore, the voltage handled by the first
Therefore, the breakdown voltage of the first
このように、本発明の横型MOSFET30では不純物濃度Cnを従来の横型MOSFET70より高くできるので、耐圧とチップサイズを同じにした場合、本発明の横型MOSFET30のオン抵抗Ronを小さくすることができる。
つぎに、本発明の横型MOSFET30をオンさせる場合を説明する。ソース電極(第1ソース電極12)とドレイン電極(第2ドレイン電極13)の間に電圧を印加し、第1ゲート電極6と、第2ゲート電極11にそれぞれの第1、第2横型MOSFET部31、32のゲート閾値電圧以上のゲート電圧を印加することで、第1および第2横型MOSFET部31、32を同時にオンさせることができる。但し、第2横型MOSFET部32をオンさせるためには、第2ゲート電極11の電位を第2ソース電極(接続電極14)の電位に対してゲート閾値電圧以上にする必要がある。
As described above, in the
Next, the case where the
また、本発明の横型MOSFET30において、オン抵抗Ronを小さくできることにより、大きなドレイン電流を流すことができる。
図1では、第1n+ドレイン領域9を第2pベース領域4からn−ドリフト領域3に渡って配置したが、図3に示すように、第1n+ドレイン領域9を第2pベース領域8に配置しないでn−ドリフト領域3内の表面層に配置してもよい。この場合、第2pベース領域8とn−ドリフト領域3のpn接合露出部を絶縁膜19で被覆して接続電極14がpn接合に接しないようにすると耐圧的に好ましい。
Further, in the
In FIG. 1, the first n + drain region 9 is arranged from the second
図1では、第1n+ドレイン領域9と第2n+ソース領域10を分離したが、図4に示すように、それぞれを接続したn+領域19を配置しても構わない。この場合には、n+領域19を貫通するp+領域20を設けて、接続電極14と第2pベース領域8を電気的に接続するとよい。
In FIG. 1, the first n + drain region 9 and the second n + source region 10 are separated. However, as shown in FIG. 4, an n + region 19 that connects them may be disposed. In this case, a p + region 20 that penetrates the n +
図5は、この発明の第2実施例の半導体装置の要部断面図である。図1との違いは、第1n+ドレイン領域9と第2n+ドレイン領域7の周囲にnバッファ領域21、22を設けた点である。こうすることで、第1横型MOSFET部31と第2横型MOSFET部32のn−ドリフト領域の長さX3、X4を短縮することができて、図1に比べてチップサイズの縮小とオン抵抗の低減を同時に図ることができる。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the main part of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The difference from FIG. 1 is that
1 支持基板
2 酸化膜
3 n−ドリフト領域
4 第1pベース領域
5 第1n+ソース領域
6 第1ゲート電極
7 第2n+ドレイン領域
8 第2pベース領域
9 第1n+ドレイン領域
10 第2n+ソース領域
11 第2ゲート電極
12 ソース電極
13 ドレイン電極
14 接続電極
15、16 ゲート絶縁膜
17 空乏層
18 絶縁膜
19 n+領域
20 p+領域
30 横型MOSFET
31 第1横型MOSFET部
32 第2横型MOSFET部
40 SOI基板
DESCRIPTION OF
31 1st
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008257548A JP2010087421A (en) | 2008-10-02 | 2008-10-02 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008257548A JP2010087421A (en) | 2008-10-02 | 2008-10-02 | Semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010087421A true JP2010087421A (en) | 2010-04-15 |
Family
ID=42251054
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008257548A Pending JP2010087421A (en) | 2008-10-02 | 2008-10-02 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010087421A (en) |
-
2008
- 2008-10-02 JP JP2008257548A patent/JP2010087421A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5701913B2 (en) | Semiconductor device | |
US9184230B2 (en) | Silicon carbide vertical field effect transistor | |
JP7442699B2 (en) | semiconductor equipment | |
JP2010157688A (en) | Semiconductor device | |
JP4342498B2 (en) | Horizontal semiconductor device | |
CN107180862A (en) | Switch element | |
JP2019503591A (en) | Power semiconductor devices | |
JP2013069866A (en) | Semiconductor device | |
JP4971848B2 (en) | Power MOS circuit that achieves both low switching loss and low noise | |
TW201616602A (en) | Semiconductor device and method of operating the same and structure for suppressing current leakage | |
CN107919383B (en) | Switching element | |
JP5586546B2 (en) | Semiconductor device | |
TWI631707B (en) | Semiconductor device | |
JP2014130896A (en) | Semiconductor device | |
US9041142B2 (en) | Semiconductor device and operating method for the same | |
JP5519461B2 (en) | Horizontal semiconductor device | |
WO2013161448A1 (en) | Semiconductor device | |
JP7326991B2 (en) | switching element | |
JP2005150348A (en) | Semiconductor device | |
US8952744B1 (en) | Semiconductor device and operating method for the same | |
TWI509792B (en) | Semiconductor device and operating method for the same | |
JP2010087421A (en) | Semiconductor device | |
WO2012157025A1 (en) | Semiconductor device | |
TWI469342B (en) | Semiconductor device and operating method for the same | |
TWI577020B (en) | High voltage metal-oxide-semiconductor transistor device |