JP2016058541A - Lateral semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書では、ソース領域とドレイン領域が半導体基板の表面に臨む位置に形成されており、半導体基板の表面上に形成されているゲート電極の電圧によってソース領域とドレイン領域の間の抵抗が変化する横型半導体装置を開示する。また、ソース領域に代えてエミッタ領域とし、ドレイン領域に代えてコレクタ領域とした横型半導体装置を開示する。 In this specification, the source region and the drain region are formed so as to face the surface of the semiconductor substrate, and the resistance between the source region and the drain region varies depending on the voltage of the gate electrode formed on the surface of the semiconductor substrate. A lateral semiconductor device is disclosed. Also disclosed is a lateral semiconductor device in which an emitter region is used instead of a source region and a collector region is used instead of a drain region.
横型半導体装置の一例が、特許文献1に開示されている。その半導体装置は、図6に示すように、半導体基板2の表面の一部に臨む位置に形成されているソース領域8と、半導体基板2の表面の他の一部に臨む位置に形成されているドレイン領域16を備えている。ソース領域8とドレイン領域16を分断する位置に、ボディ領域(領域の形状からいうとウェル領域の一部)4が形成されており、ボディ領域4が表面に臨む範囲に、ゲート絶縁膜10を介してゲート電極12が対向している。ソース領域8とドレイン領域16はn型であり、ボディ領域4はp型である。ゲート電極12に電圧を印加すると、ゲート絶縁膜10を介してゲート電極12に対向している範囲のバディ領域4がn型に反転し、ソース領域8とドレイン領域16間の抵抗が低下する。
An example of a horizontal semiconductor device is disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. 6, the semiconductor device is formed at a position facing a part of the surface of the
参照番号18は、ボディ領域4とドレイン領域16の間に介在しているドリフト領域であり、ドレイン領域16よりも低濃度のn型領域である。ドリフト領域18は、半導体装置のオン時には電流経路となり、オフ時には逆バイアス電圧を保持(耐圧)する。また参照番号6は、コンタクト領域であり、ボディ領域4よりも高濃度のp型領域で形成されており、図示しないソース電極とオーミック接触してボディ領域4の電位をソース電極の電位に一致させ、半導体装置の動作を安定化させる。
なお図6では、半導体基板2の表面上に形成するソース電極とドレイン電極と保護膜等の図示を省略している。また、ドリフト領域18より深部の構造は、様々に設計できる。実際の半導体装置では、A−A線を対称軸とする左右対称構造を備えていることがある。
In FIG. 6, illustration of a source electrode, a drain electrode, a protective film, and the like formed on the surface of the
半導体装置の動作を安定化させるために、ボディ領域4とドレイン領域16の間に介在しているドリフト領域18の表面を覆う絶縁膜14を形成し、半導体装置のオン時には電流が絶縁膜14の下に位置する半導体基板の内部を流れるようにしたり、逆バイアス電圧が作用するオフ時にはソース・ドレイン間の電位差を利用してドリフト領域18内の電界分布を均一化させることが好ましい。電界分布が均一化すると、半導体装置が高耐圧化される。なお、高耐圧化のためにはドリフト領域18上に形成する絶縁膜14を厚く形成することが好ましい。絶縁膜14は、LOCOS(local oxidation of silicon、シリコンの選択酸化)方法で形成されている。
In order to stabilize the operation of the semiconductor device, an
図7は、LOCOS方法に代えて、STI(shallow trench isolation)方法で形成した絶縁膜14aで、ボディ領域4とドレイン領域16の間に介在しているドリフト領域18の表面を覆う例を示している。絶縁膜14aは、半導体基板2の表面に浅いトレンチを形成し、そのトレンチに酸化物を充填し、その後に平坦化処理して形成される。
FIG. 7 shows an example in which the surface of the
従来の技術では、ゲート電極12とボディ領域4の間を絶縁するゲート絶縁膜10と、ボディ領域4とドレイン領域16の間に介在しているドリフト領域18の表面を覆う絶縁膜(ドリフト領域被覆膜という)14,14aを必要とする。
本明細書では、ゲート絶縁膜10とドリフト領域被覆膜14,14aを別々に用意する必要がなく、一枚の共通絶縁膜で兼用してしまう技術を提供する。
In the prior art, the
In this specification, it is not necessary to prepare the
本明細書で開示する横型半導体装置は、半導体基板の表面の一部に臨む位置に形成されている第1導電側のウェル領域と、ウェル領域内の半導体基板の表面の一部に臨む位置に形成されている第2導電側のソース領域と、ウェル領域外の半導体基板の表面の一部に臨む位置に形成されている第2導電側のドレイン領域と、ウェル領域とドレイン領域の間に介在している第2導電型のドリフト領域と、絶縁膜と、ゲート電極を備えている。絶縁膜は、半導体基板の表面に沿って、ソース領域に接する位置からウェル領域とドリフト領域を経てドレイン領域に接する位置まで延びている。ゲート電極は、ソース領域とドリフト領域を隔てる範囲のウェル領域の存在範囲において絶縁膜上に積層されている。本明細書で開示する横型半導体装置では、一枚の絶縁膜が、ソース領域に接する位置からウェル領域とドリフト領域を経てドレイン領域に接する位置まで、連続的に延びている。 The lateral semiconductor device disclosed in this specification includes a well region on the first conductive side formed at a position facing a part of the surface of the semiconductor substrate, and a position facing a part of the surface of the semiconductor substrate in the well region. A source region on the second conductive side formed, a drain region on the second conductive side formed at a position facing a part of the surface of the semiconductor substrate outside the well region, and interposed between the well region and the drain region The second conductivity type drift region, the insulating film, and the gate electrode are provided. The insulating film extends along the surface of the semiconductor substrate from a position in contact with the source region to a position in contact with the drain region through the well region and the drift region. The gate electrode is stacked on the insulating film in the existence range of the well region that separates the source region and the drift region. In the lateral semiconductor device disclosed in this specification, one insulating film continuously extends from a position in contact with the source region to a position in contact with the drain region through the well region and the drift region.
種々の研究の結果、ゲート電極に印加するゲート電圧の大きさによって、反転層を形成するために薄いことが必要とされるゲート絶縁膜に許容される最大厚みが、ドリフト領域の電界分布を安定させるために厚いことが必要とされるドリフト領域被覆膜に許容される最少厚みよりも厚い関係となる場合があることが判明した。すなわち、ゲート絶縁膜の許容最大厚み>ドリフト領域被覆膜の許容最少厚みの関係にあり、ゲート絶縁膜の許容最大厚みからドリフト領域被覆膜の許容最少厚みの範囲内の厚みを持つ絶縁膜を利用すれば、ゲート絶縁膜にもドリフト領域被覆膜にもなりえる場合があることが判明した。
上記条件が成立する場合、ソース領域に接する位置からドレイン領域に接する位置まで一枚の絶縁膜が一様な厚みで連続して延びていればよく、ゲート絶縁膜とドリフト領域被覆膜を別々に製造する必要がない。
また後記するように、場所によって厚みが変化する一枚の絶縁膜を形成することが可能であり、その絶縁膜形成方法によると、ゲート絶縁膜の最適厚みとドリフト領域被覆膜の最適厚みが相違する場合でも、ソース領域に接する位置からドレイン領域に接する位置まで連続的に延びる一枚の絶縁膜で、ゲート絶縁膜とドリフト領域被覆膜を兼用することができる。ソース領域に接する位置からドレイン領域に接する位置まで連続的に延びる一枚の絶縁膜が、ゲート絶縁膜として機能する部分とドリフト領域被覆膜として機能する部分を併せ持つことになり、ゲート絶縁膜とドリフト領域被覆膜を別々に用意する必要がなくなる。
As a result of various studies, the maximum thickness allowed for the gate insulating film, which is required to be thin to form the inversion layer, depends on the magnitude of the gate voltage applied to the gate electrode, and stabilizes the electric field distribution in the drift region. It has been found that there is a case where the relationship is thicker than the minimum thickness allowed for the drift region coating film that is required to be thick. That is, the allowable maximum thickness of the gate insulating film> the allowable minimum thickness of the drift region covering film, and the insulating film having a thickness within the range of the allowable maximum thickness of the gate insulating film to the allowable minimum thickness of the drift region covering film It has been found that there is a case where it can be used as a gate insulating film or a drift region coating film.
When the above condition is satisfied, it is only necessary that a single insulating film continuously extends with a uniform thickness from a position in contact with the source region to a position in contact with the drain region, and the gate insulating film and the drift region coating film are separately provided. There is no need to manufacture.
As will be described later, it is possible to form a single insulating film whose thickness varies depending on the location. According to the insulating film forming method, the optimum thickness of the gate insulating film and the optimum thickness of the drift region covering film are Even if they are different, a single insulating film continuously extending from a position in contact with the source region to a position in contact with the drain region can be used as the gate insulating film and the drift region coating film. One insulating film continuously extending from a position in contact with the source region to a position in contact with the drain region has both a portion functioning as a gate insulating film and a portion functioning as a drift region covering film, It is not necessary to prepare a drift region coating film separately.
STI法で形成された絶縁膜を利用すると、絶縁膜の厚みを正確に管理することが可能となり、ゲート絶縁膜として機能する部分とドリフト領域被覆膜として機能する部分を合わせ持つ絶縁膜を得やすい。例えば、ゲート絶縁膜に許容される最大厚み>ドリフト領域被覆膜に許容される最少厚みの関係にある場合に、ゲート絶縁膜に許容される最大厚み>STI絶縁膜の厚み>ドリフト領域被覆膜に許容される最少厚みの関係に管理しやすい。STI法を用いると、ゲート電極とウェル領域等の間を絶縁するとともにゲート電極に電圧を印加したときにはウェル領域に反転層を形成する特性が必要とされるゲート絶縁膜に必要な厚みと、逆バイアス時にソース・ドレイン間の電界分布を均一化することが必要とされるドリフト領域被覆膜に必要な厚みを同時に満足することができる。STI法で形成された絶縁膜を利用すると、ゲート絶縁膜とドリフト領域被覆膜を兼用しやすくなる。
STI法に利用するトレンチの深さは、必ずしも一様である必要がない。例えば、ウェル領域に対向する位置での深さと、ドリフト領域を覆う位置での深さを変えてもよい。上記の半導体装置では、ソース領域に接する位置からドレイン領域に接する位置まで、一枚の絶縁膜が連続的に延びている。その絶縁膜は、ゲート絶縁膜として機能する部分とドリフト領域被覆膜として機能する部分を併せ持っており、部分ごとに最適厚みに調整することができる。ゲート絶縁膜とドリフト領域被覆膜を別々に用意する必要がない。
When an insulating film formed by the STI method is used, the thickness of the insulating film can be accurately controlled, and an insulating film having both a portion functioning as a gate insulating film and a portion functioning as a drift region covering film is obtained. Cheap. For example, when the maximum thickness allowed for the gate insulating film> the minimum thickness allowed for the drift region covering film, the maximum thickness allowed for the gate insulating film> the thickness of the STI insulating film> the drift region covering It is easy to manage the relationship between the minimum thickness allowed for the film. When the STI method is used, the gate electrode and the well region, etc. are insulated from each other, and when a voltage is applied to the gate electrode, the thickness required for the gate insulating film, which requires the characteristics of forming an inversion layer in the well region, is reversed. The thickness required for the drift region coating film, which is required to make the electric field distribution between the source and the drain uniform during biasing, can be satisfied at the same time. When an insulating film formed by the STI method is used, the gate insulating film and the drift region coating film can be easily used together.
The depth of the trench used for the STI method does not necessarily have to be uniform. For example, the depth at the position facing the well region and the depth at the position covering the drift region may be changed. In the above semiconductor device, one insulating film continuously extends from a position in contact with the source region to a position in contact with the drain region. The insulating film has both a portion functioning as a gate insulating film and a portion functioning as a drift region coating film, and can be adjusted to an optimum thickness for each portion. There is no need to prepare a gate insulating film and a drift region coating film separately.
ウェル領域(すなわちチャネル領域を提供する領域)がp型であり、ソース領域・ドリフト領域・ドレイン領域がn型であり、ゲート絶縁膜厚が一定である場合、ゲート電極をp型のポリシリコンで形成すると、ゲート電極をn型のポリシリコンで形成する場合に比して、閾値電圧を上げることができる。すなわち、閾値電圧の上昇分をチャネル濃度を下げることで補うことが可能となり、チャネル不純物のばらつき低減に有利である。逆に、ウェル領域がn型であり、ソース領域・ドリフト領域・ドレイン領域がp型である場合は、ゲート電極をn型のポリシリコンで形成することによって、同様な効果を得ることができる。さらに、ウェル領域の不純物濃度が一定の場合は、ゲート絶縁膜を薄くできるので、ゲート絶縁膜とドリフト領域被覆膜を共通化しやすくなる。 When the well region (that is, the region providing the channel region) is p-type, the source region / drift region / drain region is n-type, and the gate insulating film thickness is constant, the gate electrode is made of p-type polysilicon. When formed, the threshold voltage can be increased as compared with the case where the gate electrode is formed of n-type polysilicon. In other words, the increase in threshold voltage can be compensated by lowering the channel concentration, which is advantageous in reducing variations in channel impurities. Conversely, when the well region is n-type and the source region / drift region / drain region is p-type, the same effect can be obtained by forming the gate electrode from n-type polysilicon. Further, when the impurity concentration in the well region is constant, the gate insulating film can be thinned, so that the gate insulating film and the drift region covering film can be easily used in common.
半導体基板の表面から離反した深さを、ウェル領域からドレイン領域に向けて延びるリサーフ層を形成することが好ましい。それによって、ゲート電極に電圧を印加しない状態ではドリフト層が空乏化しやすくなり、耐圧が向上する。耐圧向上が必要でない場合にはドリフト層の不純物濃度を濃くすることが可能となり、オン抵抗を下げることが可能となる。あるいはドリフト領域の長さを短縮して半導体装置を小型化することができる。 It is preferable to form a RESURF layer extending from the well region to the drain region at a depth away from the surface of the semiconductor substrate. Accordingly, the drift layer is easily depleted in a state where no voltage is applied to the gate electrode, and the breakdown voltage is improved. When it is not necessary to improve the breakdown voltage, the impurity concentration of the drift layer can be increased and the on-resistance can be lowered. Alternatively, the semiconductor device can be miniaturized by reducing the length of the drift region.
以下、本明細書で開示する技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
(第1特徴)STI絶縁膜によって、ゲート絶縁膜とドリフト領域被覆膜を兼用させる。
(第2特徴)STI絶縁膜の厚み(トレンチの深さ)は一様である。
(第3特徴)STI絶縁膜の厚み(トレンチの深さ)は場所によって変化する。
(第4特徴)n型に反転するチャネルのためのゲート電極にp型ポリシリコンを用いることで、ドリフト領域被覆膜に必要な厚みを確保しながら、ゲート電極に対向する範囲に反転層を形成する。
(第5特徴)p型に反転するチャネルのためのゲート電極にn型ポリシリコンを用いることで、ドリフト領域被覆膜に必要な厚みを確保しながら、ゲート電極に対向する範囲に反転層を形成する。
(第6特徴)ウェル領域の一部にコンタクト領域とソース領域(あるいはエミッタ領域)が形成されており、コンタクト領域とソース領域等が形成されていない範囲のウェル領域をボディ領域という。ボディ領域はベース領域と称されることがある。
The features of the technology disclosed in this specification will be summarized below. The items described below have technical usefulness independently.
(First Feature) The gate insulating film and the drift region coating film are used together by the STI insulating film.
(Second feature) The thickness of the STI insulating film (the depth of the trench) is uniform.
(Third feature) The thickness of the STI insulating film (the depth of the trench) varies depending on the location.
(Fourth feature) By using p-type polysilicon for the gate electrode for the n-type inversion channel, an inversion layer is provided in the range facing the gate electrode while ensuring the necessary thickness for the drift region coating film. Form.
(Fifth feature) By using n-type polysilicon for a gate electrode for a channel that is inverted to p-type, an inversion layer is provided in a range facing the gate electrode while ensuring a necessary thickness for the drift region coating film. Form.
(Sixth feature) A contact region and a source region (or an emitter region) are formed in a part of the well region, and a well region in which the contact region and the source region are not formed is called a body region. The body region may be referred to as a base region.
(実施例1)
図1は、第1実施例の横型半導体装置、より詳しくは、横型のLDMOSFET((laterally diffused metal oxide semiconductor field-effect transistor)の断面構造を示している。
参照番号2は半導体基板、4はボディ領域(ウエル領域の一部)、6はボディコンタクト領域(ウエル領域の一部)、8はソース領域(ウエル領域の一部に形成されている)、12はゲート電極、16はドレイン領域、18はドリフト領域を示している。ボディ領域4は、半導体基板2の表面の一部に臨む範囲に形成されており、ウェル領域の一部ということがある。ドリフト領域18は、図6,7で例示したように、半導体基板2自体で形成されていてもよいが、図1の実施例では、半導体基板2の一部に形成されているn型の領域で構成されている。図6、7の実施例ではn型の半導体基板2を利用し、図1の実施例ではp型の半導体基板を利用する。図1の場合、半導体基板2自体はp型であり、ソース領域8とドリフト領域18とドレイン領域16はn型であり、ボディ領域4とボディコンタクト領域6はp型である。ソース領域8とボディコンタクト領域6は、図示しないソース電極とオーミック接触する不純物濃度である。ドレイン領域16は、図示しないドレイン電極とオーミック接触する不純物濃度である。ボディ領域4の不純物濃度はボディコンタクト領域6の不純物濃度より薄い。ドリフト領域18の不純物濃度はドレイン領域16の不純物濃度より薄い。ボディコンタクト領域6は、ウェル領域4,6の一部と理解することができる。
(Example 1)
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a lateral semiconductor device according to the first embodiment, more specifically, a lateral LDMOSFET (laterally diffused metal oxide semiconductor field-effect transistor).
参照番号13は、STI法で形成された絶縁膜である。STI絶縁膜13は、下記のようにして製造する。
(1)半導体基板2の表面の一部に浅いトレンチをエッチングする。そのエッチングでは半導体基板2の表面の一部に窒化膜を形成し、その窒化膜をマスクにして半導体基板2を異方性プラズマエッチングしてトレンチを形成する。マスクとする窒化膜に、絶縁膜13の形成範囲に対応する形状の開孔を形成しておくことで、絶縁膜13の形成範囲にトレンチが形成される。
(2)そのトレンチの内面に薄い熱酸化膜を形成する。
(3)そのトレンチにSiO2を充填する。充填工程にはCVD法を用い、トレンチ形成まえの半導体基板の表面を超えるまでSiO2を堆積させる。
(4)その後にSiO2をエッチングし、エッチング後のSiO2の表面をトレンチ形成まえの半導体基板の表面に一致させる。また、前記(1)で形成した窒化膜をエッチングして除去する。
参照番号12は、ゲート電極であり、p型のポリシリコンで形成されている。
(1) A shallow trench is etched in a part of the surface of the
(2) A thin thermal oxide film is formed on the inner surface of the trench.
(3) The trench is filled with SiO 2 . A CVD method is used for the filling process, and SiO 2 is deposited until it exceeds the surface of the semiconductor substrate before the trench formation.
(4) Thereafter the SiO 2 etching, to match the SiO 2 surface after etching the surface of the semiconductor substrate before the trench formation. Further, the nitride film formed in (1) is removed by etching.
図1に示す第1実施例の横型半導体装置は、下記の特徴を備えている。
(1)ウェル領域4,6は、半導体基板2の表面の一部に臨む位置に形成されている。
(2)ソース領域8は、ウェル領域4,6内の半導体基板2の表面の一部に臨む位置に形成されている。
(3)ドレイン領域16は、ウェル領域4,6外の半導体基板2の表面の一部に臨む範囲に形成されている。
(4)ドリフト領域18は、ウェル領域4,6とドレイン領域16の間に介在している。
(5)一枚の絶縁膜13が、半導体基板2の表面に沿って、ソース領域8に接する位置からウェル領域の一部であるボディ領域4とドリフト領域18を経てドレイン領域16に接する位置まで、連続的に延びている。
(6)ゲート電極12は、ソース領域8とドリフト領域18を隔てる範囲にあるウェル領域(ボディ領域4)の存在範囲において絶縁膜13の上に積層されている
(7)絶縁膜13は、ソース領域8に接する位置からウェル領域4とドリフト領域18を経てドレイン領域16に接する位置まで、一様に延びている。すなわち、絶縁膜13は、一様な厚みで形成されており、均質な成分で形成されている。
(8)ソース領域8とドリフト領域18とドレイン領域16はn型であり、ボディ領域4とボディコンタクト領域6はp型である。導電型は逆転することができる。すなわち、ソース領域8とドリフト領域18とドレイン領域16はp型であり、ボディ領域4とボディコンタクト領域6はn型であってもよい。要するに、ボディ領域4とボディコンタクト領域6が同一導電型であり(本明細書では第1導電型という)、ソース領域8とドリフト領域18とドレイン領域16も同一導電型であるが、ボディ領域4とボディコンタクト領域6の導電型とは異なった導電型(本明細書では第2導電型という)であれば、意図したように動作する半導体装置が得られる。
The horizontal semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 1 has the following features.
(1) The
(2) The
(3) The
(4) The
(5) From a position where one insulating
(6) The
(8) The
この半導体装置は、STI絶縁膜13が、ゲート絶縁膜としても機能すれば、ドリフト領域18の電界分布を安定化させるドリフト領域被覆膜としても機能する。すなわちゲート電極12に所定の電位を印加すれば、STI絶縁膜13を介してゲート電極12に対向する位置のボディ領域4がn型に反転し、ソース領域8とドレイン領域16の間の抵抗が低下する。また、半導体装置が実際に使用され、周囲の環境によって半導体基板2の表面を覆っている図示しない保護膜等が帯電しても、ドリフト領域18がSTI絶縁膜13で覆われており、ドリフト領域18における電界分布が変動しない。図1の半導体装置では、ゲート電極12とボディ領域4等の間を絶縁するゲート絶縁膜と、ドリフト領域18の表面を覆う絶縁膜が共通化されており、別々に用意する必要がない。
In this semiconductor device, if the
ドリフト領域被覆膜に熱酸化膜を利用する場合、LOCOS酸化膜のバーズピークがソース領域8の近傍にまで延びる。そのために、ソースコンタクト面積がバラツキ、LOCOS膜の膜厚変化に伴う応力場がソース領域(不純物高濃度拡散領域)と重なり、結晶欠陥が発生しやすく、リーク電流が増加しやすい。
When a thermal oxide film is used for the drift region coating film, the bird's peak of the LOCOS oxide film extends to the vicinity of the
n型に反転させて抵抗を下げるゲート電極にp型のポリシリコンを利用すると、ゲート電極材料の仕事関数が影響し、ゲート絶縁膜を薄膜化しても反転層が形成される。反転層を形成するボディ層(チャネル)の不純物濃度を下げることによっても反転層が形成されやすくなる。ボディ層の不純物濃度を下げると、閾値電圧のバラツキを小さくすることもできる。
ゲート電極の材料を選択する技術と、ボディ領域の不純物濃度を低濃度化する技術と、STI絶縁膜を組み合わせて活用すると、ゲート絶縁膜とドリフト領域被覆膜を共通化する条件が緩和される。
なおp型に反転させて抵抗を下げるゲート電極にn型のポリシリコンを利用すると、閾値電圧の上昇分だけチャネルの不純物濃度を下げることができる。pチャンネル半導体装置の場合は、n型ポリシリコンとSTI絶縁膜の組み合わせが好ましい。
When p-type polysilicon is used for the gate electrode that is inverted to n-type to lower the resistance, the work function of the gate electrode material influences, and an inversion layer is formed even if the gate insulating film is thinned. The inversion layer is also easily formed by lowering the impurity concentration of the body layer (channel) that forms the inversion layer. When the impurity concentration of the body layer is lowered, the variation in threshold voltage can be reduced.
The combination of the technology for selecting the material of the gate electrode, the technology for reducing the impurity concentration in the body region, and the STI insulating film alleviates the conditions for sharing the gate insulating film and the drift region covering film. .
If n-type polysilicon is used for the gate electrode that is inverted to p-type to lower the resistance, the impurity concentration of the channel can be lowered by the increase of the threshold voltage. In the case of a p-channel semiconductor device, a combination of n-type polysilicon and an STI insulating film is preferable.
ボディ層の濃度を低下させると、DIBL(Drain-induced barrier lowering)に対して弱くなる懸念がある。その問題が生じる場合には、チャンネル長を長く設定したり、あるいはチャネル領域直下の深い位置に不純物濃度の高い領域(バリヤ層)を形成したりすることで対策することができる。 When the concentration of the body layer is lowered, there is a concern that it becomes weak against DIBL (Drain-induced barrier lowering). When such a problem occurs, a countermeasure can be taken by setting the channel length long or by forming a region (barrier layer) having a high impurity concentration at a deep position immediately below the channel region.
(第2実施例)
図2に示すように、第2実施例の半導体装置は、ボディ領域(ウエル領域)4から半導体基板2の深い領域を、ドレイン領域16に向けて延びるリサーフ層4aが形成されている。リサーフ層4aは、STI絶縁膜13よりも深く、STI絶縁膜13とリサーフ層4aの間の深さにドリフト領域18が確保されている。
リサーフ層4aが形成されていると、ドリフト領域18の電界分布が均一化しやすい。リサーフ層4aを付加することで半導体装置の耐圧が向上する。必要な耐圧が得られており、同一耐圧を維持できればよい場合には、リサーフ層4aを追加することでドリフト領域18の不純物濃度を上昇させることができる。ドリフト領域18の不純物濃度が上昇するとドリフト領域18の抵抗が下がり、半導体装置のオン抵抗が低下する。あるいはドリフト領域18の長さを短くしても必要な耐圧が確保され、半導体装置の小型化に有利となる。
STI絶縁膜13の厚みは必ずしも一様である必要がなく、場所によって変化させることができる。トレンチの深さを場所によって変えることで、STI絶縁膜13の厚みを場所によって変化させることができる。図2の場合、ゲート絶縁膜として機能する部分を薄くし、ドリフト領域被覆膜として機能する部分を厚くしている。
(Second embodiment)
As shown in FIG. 2, in the semiconductor device of the second embodiment, a
When the
The thickness of the
(第3実施例)
図3に示すように、リサーフ層4aに濃度プロファイルを形成してもよい。領域4b、4c、4dに順に不純物濃度が徐々に低下するようにすると、ドリフト領域18内における電界分布が均質化され、局所的電界集中の発生を防止することができる。
またドレイン領域16と同電位となるドレインプレート28をSTI絶縁膜13上に配置することが好ましい。ドレインプレート28を配置すると、ドレイン側での電界緩和効果が高くなり、安定化した耐圧を得ることができる。ドレインプレート28はドレイン電極32と同電位にしておくことが好ましい。
ドレイン電極32に、ドレイン領域16のみならず、p+型領域30が接する構造としてもよい。ドレイン電極32にドレイン領域16とp+型領域30が接する構造は、ユニバーサルコンタクトとして知られている。ユニバーサルコンタクトを採用すると、ダイナミックアバランシェ時にホールをドレイン側から引き抜くことができ、素子破壊を防止することができる。
図3に示すように、半導体基板2は、活性層20と中間絶縁層22と基層24が積層されているSOI基板であってもよい。その場合には、活性層20の中に本実施例の半導体構造を実現する。
また図3に示すように、半導体装置をチップ化したときの側面に絶縁膜26が露出するようにしてもよい。図3の半導体装置のチップは、A−A線に対して左右対称な構造を備えている。
STI絶縁膜13のためのトレンチの形状は種々であり得る。図3は、壁面と底面の境界近傍に傾斜面が現れるトレンチ形状を示している。トレンチ形状の改善によって、電界集中を緩和することが可能となる。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 3, a concentration profile may be formed in the
Further, it is preferable to dispose a
The
As shown in FIG. 3, the
Further, as shown in FIG. 3, the insulating
The shape of the trench for the
(第4実施例)
図4に示すように、ドレイン領域16に代えてp+型のコレクタ領域35としてもよい。この場合は、ソース領域8がエミッタ領域8aとなる。図4では、エミッタ領域であることを示すために8aの符号を付している。図4の構造によると、IGBTが得られる。IGBTの場合も、STI絶縁膜13を用いると、ゲート絶縁膜とドリフト領域被覆膜を兼用することができる。なお、IGBTとする場合、p+型のコレクタ領域35の周囲にn+型領域34を配置してもよい。n+型領域34を配置することでIGBTの耐圧を高めることができる。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 4, a p + -
(第5実施例)
図5は、第5実施例の断面構造を示している。説明済みの部位には同一参照番号を付して重複説明を省略する。参照番号42はn+層を示し、44は絶縁層を示し、36はソースメタルプレートを示し、40はドレインメタルプレートを示し、38は絶縁層を示している。本実施例でもSTI絶縁膜13がソース領域8に接する位置からドレイン領域16に接する位置まで連続的に延びている。STI絶縁膜13は、場所によって膜厚が変動するものであってもよいが、本実施例では一様な厚みで延びている。一様な厚みで必要な機能な確保できる場合は、トレンチ形成工程が簡単化される。
(5th Example)
FIG. 5 shows a sectional structure of the fifth embodiment. Parts that have already been described are given the same reference numerals, and redundant description is omitted.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2:半導体基板
4:ボディ領域(ウェル領域の一部)
4a:リサーフ層
4b、4c、4d:濃度分布を持つリサーフ層
6:ボディコンタクト領域(ウェル領域の一部)
4+6:ウェル領域
8:ソース領域
8a:エミッタ領域
10:ゲート絶縁膜
12:ゲート電極
13:STI絶縁膜
14:LOCOS酸化膜
14a:STI絶縁膜
16:ドレイン領域
18:ドリフト領域
20:活性層
22:中間絶縁層
24:基層
26:側面絶縁層
28:ドレインプレート
30:P+領域
32:ドレイン電極
34:バッファ領域
35:コレクタ領域
36:ソースメタルプレート
38:絶縁層
40:ドレインメタルプレート
42:n層
44:絶縁層
2: Semiconductor substrate 4: Body region (part of well region)
4a:
4 + 6: well region 8:
Claims (5)
前記ウェル領域内の半導体基板の表面の一部に臨む位置に形成されている第2導電側のソース領域と、
前記ウェル領域外の半導体基板の表面の一部に臨む位置に形成されている第2導電側のドレイン領域と、
前記ウェル領域と前記ドレイン領域の間に介在している第2導電型のドリフト領域と、
半導体基板の表面に沿って、前記ソース領域に接する位置から前記ウェル領域と前記ドリフト領域を経て前記ドレイン領域に接する位置まで延びている絶縁膜と、
前記ソース領域と前記ドリフト領域を隔てる範囲の前記ウェル領域の存在範囲において前記絶縁膜上に積層されているゲート電極を備えており、
一枚の前記絶縁膜が、前記ソース領域に接する位置から前記ドレイン領域に接する位置まで、連続的に延びていることを特徴する横型半導体装置。 A well region on the first conductive side formed at a position facing a part of the surface of the semiconductor substrate;
A source region on the second conductive side formed at a position facing a part of the surface of the semiconductor substrate in the well region;
A drain region on the second conductive side formed at a position facing a part of the surface of the semiconductor substrate outside the well region;
A drift region of a second conductivity type interposed between the well region and the drain region;
An insulating film extending along a surface of the semiconductor substrate from a position in contact with the source region to a position in contact with the drain region through the well region and the drift region;
A gate electrode stacked on the insulating film in a range of the well region in a range separating the source region and the drift region;
The lateral semiconductor device, wherein the one insulating film continuously extends from a position in contact with the source region to a position in contact with the drain region.
前記ゲート電極が、p型のポリシリコンであることを特徴とする請求項2に記載の横型半導体装置。 The first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type,
The lateral semiconductor device according to claim 2, wherein the gate electrode is p-type polysilicon.
前記ウェル領域内の半導体基板の表面の一部に臨む位置に形成されている第2導電側のエミッタ領域と、
前記ウェル領域外の半導体基板の表面の一部に臨む位置に形成されている第1導電側のコレクタ領域と、
前記ウェル領域と前記コレクタ領域の間に介在している第2導電型のドリフト領域と、
半導体基板の表面に沿って、前記エミッタ領域に接する位置から前記ウェル領域と前記ドリフト領域を経て前記コレクタ領域に接する位置まで延びている絶縁膜と、
前記エミッタ領域と前記ドリフト領域を隔てる範囲の前記ウェル領域の存在範囲において前記絶縁膜上に積層されているゲート電極を備えており、
一枚の前記絶縁膜が、前記エミッタ領域に接する位置から前記コレクタ領域に接する位置まで、連続的に延びていることを特徴する横型半導体装置。 A well region on the first conductive side formed at a position facing a part of the surface of the semiconductor substrate;
A second conductive side emitter region formed at a position facing a part of the surface of the semiconductor substrate in the well region;
A collector region on the first conductive side formed at a position facing a part of the surface of the semiconductor substrate outside the well region;
A second conductivity type drift region interposed between the well region and the collector region;
An insulating film extending along the surface of the semiconductor substrate from a position in contact with the emitter region to a position in contact with the collector region through the well region and the drift region;
A gate electrode laminated on the insulating film in the existence range of the well region in a range separating the emitter region and the drift region;
The lateral semiconductor device, wherein the one insulating film continuously extends from a position in contact with the emitter region to a position in contact with the collector region.
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