JP2019145716A - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本明細書は、横型の半導体装置に関する技術を開示する。 The present specification discloses a technique related to a horizontal semiconductor device.
特許文献1に、横型の半導体装置が開示されている。特許文献1の半導体装置は、互いに間隔をあけて半導体層の表面に設けられているソース電極及びドレイン電極を備えている。半導体層は、ドレイン電極に接続されているn型のドレイン領域と、ドレイン領域に隣接して設けられているn−型のドリフト領域と、ドレイン領域とは反対側でドリフト領域に隣接して設けられているp型のベース領域と、ベース領域の表面に設けられているとともにソース電極に接続されており、ベース領域によってドリフト領域から分離されているn型のソース領域を含んでいる。特許文献1の半導体装置では、半導体層の表面に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられている。ゲート電極は、ドリフト領域とソース領域を分離している部分(ベース領域)に対向している。 Patent Document 1 discloses a horizontal semiconductor device. The semiconductor device of Patent Document 1 includes a source electrode and a drain electrode that are provided on the surface of a semiconductor layer at a distance from each other. The semiconductor layer is provided with an n-type drain region connected to the drain electrode, an n − -type drift region provided adjacent to the drain region, and adjacent to the drift region on the opposite side of the drain region. A p-type base region, and an n-type source region provided on the surface of the base region and connected to the source electrode and separated from the drift region by the base region. In the semiconductor device of Patent Document 1, a gate electrode is provided on the surface of a semiconductor layer with a gate insulating film interposed therebetween. The gate electrode faces a portion (base region) that separates the drift region and the source region.
特許文献1の半導体装置は、ゲート電極に正電圧を印加すると、ドリフト領域とソース領域を分離している部分(ベース領域)に電子のチャネルが形成され、ドリフト領域とソース領域が導通し、半導体装置がオンする。ソース領域から導入された電子は、ドリフト領域を通過してドレイン領域に移動する。これにより、ドレイン電極とソース電極間に電流が流れる。ゲート電極への正電圧の印加を停止すると、電子のチャネルは消失し、半導体装置がオフする。また、半導体装置がオフ状態のときは、p型のベース領域からn−型のドリフト領域に向けて電界が広がり(空乏層が伸び)、半導体装置の耐圧を維持している。特許文献1では、耐圧を維持するため、ドリフト領域に含まれるn型不純物を薄くしている。すなわち、n−型のドリフト領域を採用している。そのため、半導体装置がオン状態のときに、電子は、抵抗の高いn−型のドリフト領域を通過する必要がある。その結果、半導体装置のオン抵抗が高くなる。このように、従来の半導体装置では、高耐圧化とオン抵抗の低減は、トレードオフの関係を有する。本明細書は、横型の半導体装置において、耐圧を低下させることなくオン抵抗を低減する技術を提供する。 In the semiconductor device of Patent Document 1, when a positive voltage is applied to the gate electrode, an electron channel is formed in a portion (base region) that separates the drift region and the source region, and the drift region and the source region become conductive. The device turns on. Electrons introduced from the source region pass through the drift region and move to the drain region. Thereby, a current flows between the drain electrode and the source electrode. When the application of the positive voltage to the gate electrode is stopped, the electron channel disappears and the semiconductor device is turned off. When the semiconductor device is in the off state, the electric field spreads from the p-type base region to the n − -type drift region (depletion layer extends), and the breakdown voltage of the semiconductor device is maintained. In Patent Document 1, the n-type impurity contained in the drift region is thinned in order to maintain the breakdown voltage. That is, an n − type drift region is employed. Therefore, when the semiconductor device is in an on state, electrons need to pass through an n − type drift region having a high resistance. As a result, the on-resistance of the semiconductor device is increased. Thus, in the conventional semiconductor device, there is a trade-off relationship between increasing the breakdown voltage and reducing the on-resistance. The present specification provides a technique for reducing on-resistance in a lateral semiconductor device without lowering breakdown voltage.
本明細書に開示する半導体装置は、横型の半導体装置であり、半導体層が、その表面から裏面に至る絶縁膜によって第1半導体領域と第2半導体領域に分離されている。その半導体装置は、第1半導体領域と第2半導体領域の双方に接しているドレイン電極と、ドレイン電極から離れた位置で第1半導体領域に接しているソース電極と、ドレイン電極から離れた位置で第2半導体領域に接しているゲート電極を備えている。第1半導体領域は、ドレイン電極に接続されているn型のドレイン領域と、ドレイン領域に隣接して設けられており、ドレイン領域より不純物濃度が低いn型のドリフト領域と、ドレイン領域とは反対側でドリフト領域に隣接して設けられているp型のベース領域と、ベース領域の表層に設けられているとともにソース電極に接続されており、ベース領域によってドリフト領域から分離されているn型のソース領域を有している。第2半導体領域は、ドレイン電極に接続されているp型の第1領域と、第1領域に隣接して設けられているn型の第2領域と、第2領域に隣接して設けられており、ゲート電極に接続されているp型の第3領域を有している。 The semiconductor device disclosed in this specification is a lateral semiconductor device, and a semiconductor layer is separated into a first semiconductor region and a second semiconductor region by an insulating film extending from the front surface to the back surface. The semiconductor device includes a drain electrode in contact with both the first semiconductor region and the second semiconductor region, a source electrode in contact with the first semiconductor region at a position away from the drain electrode, and a position at a distance from the drain electrode. A gate electrode is provided in contact with the second semiconductor region. The first semiconductor region is provided adjacent to the n-type drain region connected to the drain electrode, the n-type drift region having an impurity concentration lower than that of the drain region, and opposite to the drain region. The p-type base region provided adjacent to the drift region on the side, the n-type base region provided on the surface layer of the base region and connected to the source electrode and separated from the drift region by the base region It has a source region. The second semiconductor region includes a p-type first region connected to the drain electrode, an n-type second region provided adjacent to the first region, and an adjacent second region. And has a p-type third region connected to the gate electrode.
上記半導体装置は、ゲート電極に正電圧を印加する(半導体装置をオンする)と、第3領域から第2領域に正孔が注入される。ゲート電極に正電圧が印加されている間、第2領域に注入された正孔は、ドレイン電極側にpn接合(p型の第1領域とn型の第2領域)が設けられていることにより、第1領域を通過してドレイン電極に移動することができない。そのため、正孔が第2領域に蓄積され、第2半導体領域の電位が上昇する。その結果、第1半導体領域では、ベース領域と絶縁膜の界面に反転層が形成され、また、ドリフト領域と絶縁膜の界面がアキミュレーション状態になる。すなわち、上記半導体装置は、ゲート電極に正電圧を印加すると、ドリフト領域に、低抵抗のアキミュレーション層が形成される。半導体装置がオン状態のときに、電子が低抵抗のチャネル(アキミュレーション層)を移動することができる。また、ゲート電極への正電圧の印加を停止する(半導体装置をオフする)と、第2領域に蓄積されている正孔が第3領域より排出され、第2半導体領域の電位が低下する。その結果、第1半導体領域では、ドリフト領域に形成されていたアキミュレーション層が消失し、高抵抗のドリフト領域で所望の耐圧を維持することができる。上記半導体装置は、ドリフト領域の不純物濃度を高くすることなく(半導体装置の耐圧を低下させることなく)、オン抵抗を低減することができる。 In the semiconductor device, when a positive voltage is applied to the gate electrode (turning on the semiconductor device), holes are injected from the third region to the second region. While positive voltage is applied to the gate electrode, holes injected into the second region have a pn junction (p-type first region and n-type second region) on the drain electrode side. Therefore, it cannot move to the drain electrode through the first region. Therefore, holes are accumulated in the second region, and the potential of the second semiconductor region increases. As a result, in the first semiconductor region, an inversion layer is formed at the interface between the base region and the insulating film, and the interface between the drift region and the insulating film is in an accumulation state. That is, in the semiconductor device, when a positive voltage is applied to the gate electrode, a low resistance accumulation layer is formed in the drift region. When the semiconductor device is in an on state, electrons can move through a low-resistance channel (accumulation layer). When the application of the positive voltage to the gate electrode is stopped (semiconductor device is turned off), holes accumulated in the second region are discharged from the third region, and the potential of the second semiconductor region is lowered. As a result, in the first semiconductor region, the accumulation layer formed in the drift region disappears, and a desired breakdown voltage can be maintained in the high resistance drift region. The semiconductor device can reduce the on-resistance without increasing the impurity concentration of the drift region (without reducing the breakdown voltage of the semiconductor device).
上記半導体装置では、絶縁膜を介して、ドリフト領域とベース領域の界面が、第2領域と第3領域の界面と対向していていてよい。半導体装置をオフすると、第1半導体領域ではp型のベース領域からn型のドリフト領域に電界が広がり、第2半導体領域ではp型の第3領域からn型の第2領域に電界が広がる。上記両界面が絶縁膜を介して対向していれば、半導体装置がオフしているときに、絶縁膜を介して第1半導体領域と第2半導体領域の電位がほぼ同電位となる。絶縁膜に加わる負荷(電圧ストレス)を低減することができ、絶縁膜の劣化を抑制することができる。 In the semiconductor device, the interface between the drift region and the base region may be opposed to the interface between the second region and the third region via the insulating film. When the semiconductor device is turned off, an electric field spreads from the p-type base region to the n-type drift region in the first semiconductor region, and an electric field spreads from the p-type third region to the n-type second region in the second semiconductor region. If the two interfaces face each other through the insulating film, the potentials of the first semiconductor region and the second semiconductor region are substantially the same through the insulating film when the semiconductor device is turned off. A load (voltage stress) applied to the insulating film can be reduced, and deterioration of the insulating film can be suppressed.
上記半導体装置では、第3領域が、第3領域よりもp型の不純物濃度が濃い第4領域を介してゲート電極に接続されていてよい。ゲート電極と第2半導体領域(第3領域)を電気的に良好に接続する(コンタクト性を向上させる)ことができる。 In the semiconductor device, the third region may be connected to the gate electrode through a fourth region having a higher p-type impurity concentration than the third region. The gate electrode and the second semiconductor region (third region) can be electrically connected well (contact property is improved).
上記半導体装置では、第2領域内の第1領域及び第3領域から離れた位置に、第2領域よりもn型の不純物濃度が濃い第5領域が設けられていてよい。第2半導体領域内において、ドレイン電極側からゲート電極側に向けて、p型層(第1領域)/n−型層(第2領域)/n型層(第5領域)の構造が形成される。第3領域から第2領域に注入された正孔が、ドレイン電極に移動することをより確実に防止することができる。 In the semiconductor device, a fifth region having an n-type impurity concentration higher than that of the second region may be provided at a position away from the first region and the third region in the second region. In the second semiconductor region, a p-type layer (first region) / n − -type layer (second region) / n-type layer (fifth region) structure is formed from the drain electrode side to the gate electrode side. The It is possible to more reliably prevent holes injected from the third region into the second region from moving to the drain electrode.
上記半導体装置では、半導体層を平面視したときに、第1半導体領域の両側に絶縁膜を介して第2半導体領域が設けられていてよい。第1半導体領域の両側面にチャネルが形成され、オン抵抗をさらに低減することができる。 In the semiconductor device, the second semiconductor region may be provided on both sides of the first semiconductor region via an insulating film when the semiconductor layer is viewed in plan. Channels are formed on both side surfaces of the first semiconductor region, and the on-resistance can be further reduced.
上記半導体装置では、半導体層は、SOI基板の活性層を含んでいてよい。SOI基板を用いることにより、半導体層の表面から裏面に至る絶縁膜をし、第1半導体領域と第2半導体領域を容易に分離することができる。 In the semiconductor device, the semiconductor layer may include an active layer of an SOI substrate. By using the SOI substrate, an insulating film from the front surface to the back surface of the semiconductor layer can be formed, and the first semiconductor region and the second semiconductor region can be easily separated.
図1から図4を参照し、半導体装置100について説明する。半導体装置100は、横型の半導体装置である。そのため、半導体装置100では、装置表面側にドレイン電極2とソース電極22とゲート電極64が現れている。ドレイン電極2とソース電極22は、間隔をあけて(非接触に)設けられている。ドレイン電極2とゲート電極64も、間隔をあけて設けられている。なお、ドレイン電極2とソース電極22の間、及び、ドレイン電極2とゲート電極64の間は、パッシベーション膜6で絶縁されている(図2から図4を参照)。また、ソース電極22とゲート電極64は、後述する絶縁膜4によって絶縁されている。
The
半導体装置100は、半導体基板3と埋込み絶縁層5と半導体層7を含むSOI(Silicon on Insulator)基板9を利用して製造されている(図2〜図4を参照)。なお、図1では、パッシベーション膜6の図示を省略している。半導体層7は、SOI基板9の活性層の一部を含む。半導体基板3の材料は単結晶シリコンであり、埋込み絶縁層5の材料は酸化シリコンである。なお、半導体基板3は不純物(n型不純物、または、p型不純物)を高濃度に含んでおり、低抵抗である。また、詳細は後述するが、第1半導体領域10が設けられている半導体層7は、SOI基板9の活性層自体を利用して形成されており、その材料は単結晶シリコンである。第2半導体領域50が設けられている半導体層7は、SOI基板9の活性層の一部を除去し、除去した部分に充填した多結晶シリコン(ポリシリコン)を利用して形成されている。なお、以下の説明では、パッシベーション膜6が設けられている側の半導体層7の面を半導体層7の表面と称し、埋込み絶縁層5が設けられている側の半導体層7の面を半導体層7の裏面と称することがある。また、半導体装置100では、n型不純物としてリン(P)が用いられ、p型不純物としてホウ素(B)が用いられている。
The
図1に示すように、半導体装置100では、絶縁膜4を介して、第1半導体領域10と第2半導体領域50が交互に設けられている。また、図4に示すように、絶縁膜4は、半導体層7の表面から裏面まで(パッシベーション膜6から埋込み絶縁層5まで)伸びている。すなわち、半導体層7は、絶縁膜4によって、第1半導体領域10と第2半導体領域50に分離されている。なお、ドレイン電極2は、半導体層7(第1半導体領域10及び第2半導体領域50の双方)の側面に接している。ソース電極22は、ドレイン電極2から離れた位置で、半導体層7(第1半導体領域10)の表面に接している。ゲート電極64は、ドレイン電極2から離れた位置で、半導体層7(第2半導体領域50)の側面に接している。なお、ドレイン電極2,ソース電極22及びゲート電極64の材料として、アルミニウム(Al),アルミニウムとシリコンの合金(Al−Si合金),タングステン(W),銅(Cu)等の金属を用いることができる。また、ドレイン電極2と高濃度領域12及び/又は第1領域52との間、ソース電極22とソース領域20及び/又はベースコンタクト領域24との間、ゲート電極64と第4領域62との間に、チタン(Ti)と窒化チタン(TiN)とが積層されたバリアメタル層を配置してもよい。
As shown in FIG. 1, in the
図1及び図2を参照し、第1半導体領域10について説明する。第1半導体領域10は、n型のドレイン領域14と、n型のドリフト領域16と、p型のベース領域18と、n型のソース領域20と、p型のベースコンタクト領域24を備えている。ドレイン領域14は、n型不純物を高濃度に含む高濃度領域12を介して、ドレイン電極2に接続されている。なお、高濃度領域12は、ドレイン領域14とドレイン電極2を低抵抗に接続するためのコンタクト領域と捉えることができる。そのため、高濃度領域12は、ドレイン領域14の一部と称することもできる。すなわち、ドレイン領域14は、直接、あるいは高濃度領域12を介してドレイン2に接続されているといえる。ドレイン領域14の不純物濃度は、1×1016cm−3〜1×1018cm−3に調整されている。高濃度領域12の不純物濃度は、5×1018cm−3〜1×1021cm−3に調整されている。高濃度領域12は、第1半導体領域10の一方の側面(ドレイン電極2側の側面)を構成している。すなわち、高濃度領域12は、半導体層7の表面から裏面に至る範囲に設けられている。同様に、ドレイン領域14も、半導体層7の表面から裏面に至る範囲に設けられている。高濃度領域12とドレイン領域14は、パッシベーション膜6及び埋込み絶縁層5に接している。ドレイン電極2は、第1半導体領域10の一方の側面(高濃度領域12)の全面に接している。
The
ドリフト領域16は、ドレイン領域14に隣接して設けられている。ドリフト領域16は、ドレイン領域14に対して、ドレイン電極2の反対側に設けられている。すなわち、ドリフト領域16とドレイン電極2の間に、ドレイン領域14及び高濃度領域12が設けられている。ドリフト領域16の不純物濃度は、1×1015cm−3〜1×1017cm−3に調整されている。ドリフト領域16の不純物濃度は、ドレイン領域14(及び高濃度領域12)の不純物濃度より低い。なお、ドリフト領域16は、半導体層7の表面から裏面に至る範囲に設けられており、パッシベーション膜6及び埋込み絶縁層5に接している。
The
ベース領域18は、ドリフト領域16に隣接して設けられている。ベース領域18は、ドリフト領域16に対して、ドレイン領域14の反対側に設けられている。すなわち、ベース領域18とドレイン領域14の間に、ドリフト領域16が設けられている。ベース領域18の不純物濃度は、5×1016cm−3〜5×1017cm−3に調整されている。ベース領域18は、半導体層7の表面から裏面に至る範囲に設けられており、パッシベーション膜6及び埋込み絶縁層5に接している。
The
ソース領域20は、ベース領域18の表層に設けられている。また、ソース領域20は、ベース領域18によってドリフト領域16から分離されている。すなわち、n型のソース領域20とn型のドリフト領域16の間に、p型のベース領域18の一部が存在している。ソース領域20の不純物濃度は、1×1019cm−3〜1×1021cm−3に調整されている。なお、半導体層7の厚み方向(Z軸方向)において、ソース領域20の厚み(Z軸方向の距離)は、ベース領域18の厚みの半分以下に調整されている。そのため、ソース領域20は、埋込み絶縁層5と非接触である。
The
ベースコンタクト領域24は、ベース領域18の表層に設けられている。ベースコンタクト領域24は、ベース領域18とソース電極22を低抵抗に接続するための高濃度領域と捉えることもできる。すなわち、ベースコンタクト領域24は、ベース領域18の一部と評価することもできる。なお、ベースコンタクト領域24は、ソース領域20に対して、ドリフト領域16の反対側に設けられている。すなわち、ベースコンタクト領域24は、ベース領域18内において、ソース領域20とドリフト領域16を分離している部分に設けられていない。ベースコンタクト領域24の不純物濃度は、5×1018cm−3〜1×1020cm−3に調整されている。Z軸方向において、ベースコンタクト領域24の厚みは、ベース領域18の厚みの半分以下に調整されている。ベースコンタクト領域24は、埋込み絶縁層5と非接触である。
The
次に、図1及び図3を参照し、第2半導体領域50について説明する。第2半導体領域50には、ドレイン電極2側からゲート電極64に向けて、p+型の第1領域52、n−型の第2領域54(54a)、n型の第5領域56、n−型の第2領域54(54b)、p型の第3領域60及びp+型の第4領域62が設けられている。第1〜第5領域52〜62は、半導体層7の表面から裏面まで伸びており、パッシベーション膜6及び埋込み絶縁層5に接している。第1領域52はドレイン電極2に接続されており、第4領域62はゲート電極64に接続されている。第1領域52の不純物濃度は、5×1018cm−3〜1×1020cm−3に調整されており、第2領域54(54a,54b)の不純物濃度は、1×1014cm−3〜1×1016cm−3に調整されており、第3領域60の不純物濃度は、1×1016cm−3〜1×1017cm−3に調整されており、第4領域62の不純物濃度は、5×1018cm−3〜1×1020cm−3に調整されており、第5領域56の不純物濃度は、1×1016cm−3〜1×1017cm−3に調整されている。
Next, the
なお、第5領域56は、第2領域54内において、第1領域52及び第3領域60から離れた位置にn型不純物を導入することにより形成された領域である。第5領域56は、ドレイン電極2とゲート電極64を結ぶ方向(X軸方向)において、第2領域54の中点よりも第1領域52側に形成されている。なお、以下の説明では、第5領域54よりドレイン電極2側の第2領域54を第2領域54aと称し、第5領域54よりゲート電極64側の第2領域54を第2領域54bと称して区別することがある。また、第4領域62は、第3領域60とゲート電極64を低抵抗に接続するためのコンタクト領域と捉えることができる。そのため、第3領域60は、第4領域62を介してゲート電極64に接続されているといえる。
The
次に、第1半導体領域10と第2半導体領域50の関係について説明する。絶縁膜4がパッシベーション膜6から埋込み絶縁層5まで伸びており、第1半導体領域10と第2半導体領域50を分離している。換言すると、絶縁膜4は、半導体層7の表面から裏面まで伸びており、第1半導体領域10と第2半導体領域50は、絶縁膜4を介して対向している。また、第1半導体領域10のドリフト領域16とベース領域18の界面は、絶縁膜4を介して、第2領域54bと第3領域60の界面と対向している。なお、第1半導体領域10と第2半導体領域50は、共通のドレイン電極2に接続されている。
Next, the relationship between the
上記したように、第1半導体領域10と第2半導体領域50は、絶縁膜4を介して交互に設けられている。すなわち、ドレイン電極2とソース電極22を結ぶ方向(X軸方向)に直交する方向(Y軸方向)において、第1半導体領域10の両側に第2半導体領域50が設けられている。換言すると、Y軸方向において、第2半導体領域50の両側に第1半導体領域10が設けられている。但し、半導体装置100の端部では、第1半導体領域10及び/又は第2半導体領域50の片側のみに、第1半導体領域10又は第2半導体領域50が設けられている。
As described above, the
上記したように、第2半導体領域50は、SOI基板9の活性層の一部を除去し、除去した部分に充填した多結晶シリコンを利用して形成されている。半導体装置100では、SOI基板9の活性層の一部を除去した後、残存した活性層の側面(Y軸方向の側面)に公知の方法で絶縁膜4を形成し、その後活性層を除去した部分に多結晶シリコンを充填する。それにより、活性層の残存部分と多結晶シリコン層が絶縁膜4を介して対向する半導体層7を製造する。その後、公知のイオン注入技術を用いて、活性層の残存部分に第1半導体領域10を形成し、多結晶シリコン層に第2半導体領域50を形成する。なお、絶縁膜4を形成する方法として、熱酸化、CVD法、及び熱酸化とCVD法の複合技術等が挙げられる。
As described above, the
半導体装置100の利点を説明する。半導体装置100では、ドレイン電極2が電源の高電位側に接続され、ソース電極22が電源の低電位側(例えば、接地電位)に接続され、ゲート電極64がゲート駆動回路(図示書略)に接続される。なお、ソース電極22は、半導体基板3にも接続されている。ドリフト領域16にオン電圧(正電圧)が印加されると、第2半導体領域50では、第3領域60から第2領域54bに正孔が注入される。また、ドレイン電極2側には、第1領域52と第2領域54aと第5領域56から成るp+/n−/n構造が設けられている。p+型の第1領域52がドレイン電極2に接続されているので、第3領域60から第2領域54bに注入された正孔は、ドレイン電極2に移動しない。そのため、第3領域60から第2領域54bに注入された正孔により、第2半導体領域50の電位が上昇する。
Advantages of the
第2半導体領域50の電位が上昇すると、絶縁膜4にとベース領域18の界面に反転層(電子のチャネル)が形成され、ソース領域20とドリフト領域16が導通する。ソース領域20から注入された電子がドレイン領域14に移動し、ドレイン電極2とソース電極22の間に電流が流れる。また、第2半導体領域50の電位が上昇すると、絶縁膜4とドリフト領域16の界面がアキミュレーション状態となり、絶縁膜4とドリフト領域16の間に低抵抗の(実質的にn+状態の)アキミュレーション層が形成される。ソース領域20から注入された電子は、ドリフト領域16を通過する際、低抵抗のアキミュレーション層を通ってドレイン領域14に移動することができる。半導体装置100は、電子が高抵抗のn−型ドリフト領域を移動する従来の半導体装置と比較して、オン抵抗を低減することができ、従来よりも大きな電流を流すことができる。なお、第2半導体領域50は、半導体装置100のゲート部として機能している。
When the potential of the
ゲート電極64へのオン電圧の印加を停止すると、第2領域54bに注入されていた正孔が排出され、第2半導体領域50の電位が低下する。その結果、第1半導体領域10では、ベース領域18に形成されていた反転層が消失し、ソース領域20とドリフト領域16が非導通となる。ドレイン電極2とソース電極22の間に電流が流れず、半導体装置100がオフする。また、ゲート電極64へのオン電圧の印加を停止すると、第1半導体領域10では、ベース領域18からドリフト領域16に向けて電界が広がる。同様に、ゲート電極64へのオン電圧の印加を停止すると、第3領域60から第2領域54bに向けて電界が広がる。その結果、半導体装置100の耐圧が保持される。
When the application of the on-voltage to the
なお、第2半導体領域50の電位が低下すると、第1半導体領域10では、ドリフト領域16に形成されていたアキミュレーション層も消失する。すなわち、ゲート電極64へのオン電圧の印加を停止すると、p型のベース領域18からn−型の(高抵抗の)ドリフト領域16に電界が広がることとなる。そのため、半導体装置100は、従来の半導体装置と比較して耐圧が低下することはない。半導体装置100は、従来の半導体装置と比較して、耐圧を低下させることなくオン抵抗を低減することができる。
Note that when the potential of the
半導体装置100について、他の利点を説明する。上記したように、Y軸方向において、第1半導体領域10の両側に、第2半導体領域50(半導体装置100のゲート部に相当)が設けられている。そのため、半導体装置100では、半導体装置100がオン状態のときに、Y軸方向において、ベース領域18の両側に反転層が形成されるとともに、ドリフト領域16の両側にアキミュレーション層が形成される。すなわち、第1半導体領域10のY軸方向両側面に、チャネルが形成される。そのため、半導体装置100は、チャネルを広く確保することができるので、オン抵抗をさらに低減する(大きな電流を流す)ことができる。
Other advantages of the
また、第1半導体領域10と第2半導体領域50は共通のドレイン電極2に接続されており、ドリフト領域16とベース領域18の界面が、絶縁膜4を介して、第2領域54bと第3領域60の界面と対向している。そのため、半導体装置100がオフ状態のときに、絶縁膜4を介して、第1半導体領域10側の電位(ドリフト領域16の電位)と第2半導体領域50側の電位(第2領域54bの電位)がほぼ同電位となる。すなわち、半導体装置100がオフ状態のときに、絶縁膜4の第1半導体領域10側と絶縁膜4の第2半導体領域50側の電位差がほぼゼロになる。そのため、半導体装置100がオフ状態のときに、絶縁膜4に加わる電圧負荷が抑制され、絶縁膜4の劣化を抑制することができる。その結果、半導体装置100の耐久性(寿命)が低下することを抑制することができる。
The
また、第2半導体領域50において、第5領域56が第2領域54内に設けられ、第2領域54を分断している。その結果、ドレイン電極2からゲート電極64に向けて、p+/n−/n構造が設けられている。p+/n−/n構造を設けることにより、ゲート電極64に正電圧を印加したときに、第2領域54bに導入された正孔が第1領域52に移動することが抑制され、第2半導体領域50の電位を上昇しやすくすることができる。また、第5領域56は、第2領域54内において、ドレイン電極2側(第2領域54のX軸方向中点よりもドレイン電極2側)に設けられている。そのため、第5領域56よりもゲート電極64側の第2領域54(第2領域54b)の距離を長く確保することができる。半導体装置100がオフ状態のときに、第3領域60から第2領域54に向けて電界が広がり易い。半導体装置100(第2半導体領域50)の耐圧を高く維持することができる。
Further, in the
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:ドレイン電極
4:絶縁膜
6:第1領域
7:半導体層
10:第1半導体領域
14:ドレイン領域
16:ドリフト領域
18:ベース領域
20:ソース領域
22:ソース電極
50:第2半導体領域
52:第1領域
54:第2領域
60:第3領域
64:ゲート電極
100:半導体装置
2: drain electrode 4: insulating film 6: first region 7: semiconductor layer 10: first semiconductor region 14: drain region 16: drift region 18: base region 20: source region 22: source electrode 50: second semiconductor region 52 : First region 54: second region 60: third region 64: gate electrode 100: semiconductor device
Claims (6)
半導体層が、その表面から裏面に至る絶縁膜によって第1半導体領域と第2半導体領域に分離されており、
前記第1半導体領域と前記第2半導体領域の双方に接しているドレイン電極と、
前記ドレイン電極から離れた位置で前記第1半導体領域に接しているソース電極と、
前記ドレイン電極から離れた位置で前記第2半導体領域に接しているゲート電極と、
を備えており、
前記第1半導体領域は、
前記ドレイン電極に接続されているn型のドレイン領域と、
前記ドレイン領域に隣接して設けられており、前記ドレイン領域より不純物濃度が低いn型のドリフト領域と、
前記ドレイン領域とは反対側で前記ドリフト領域に隣接して設けられているp型のベース領域と、
前記ベース領域の表層に設けられているとともに前記ソース電極に接続されており、前記ベース領域によって前記ドリフト領域から分離されているn型のソース領域と、を有しており、
前記第2半導体領域は、
前記ドレイン電極に接続されているp型の第1領域と、
前記第1領域に隣接して設けられているn型の第2領域と、
前記第2領域に隣接して設けられており、前記ゲート電極に接続されているp型の第3領域と、を有している半導体装置。 A horizontal semiconductor device,
The semiconductor layer is separated into a first semiconductor region and a second semiconductor region by an insulating film extending from the front surface to the back surface;
A drain electrode in contact with both the first semiconductor region and the second semiconductor region;
A source electrode in contact with the first semiconductor region at a position away from the drain electrode;
A gate electrode in contact with the second semiconductor region at a position away from the drain electrode;
With
The first semiconductor region is
An n-type drain region connected to the drain electrode;
An n-type drift region provided adjacent to the drain region and having an impurity concentration lower than that of the drain region;
A p-type base region provided adjacent to the drift region on the opposite side of the drain region;
An n-type source region provided on a surface layer of the base region and connected to the source electrode and separated from the drift region by the base region;
The second semiconductor region is
A p-type first region connected to the drain electrode;
An n-type second region provided adjacent to the first region;
And a p-type third region provided adjacent to the second region and connected to the gate electrode.
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