JP2021077761A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型化が可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、第1導電形の半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた第1導電形の半導体層と、前記半導体基板と前記半導体層との間に設けられた第2導電形の第1ディープ半導体領域と、前記第1ディープ半導体領域と共に前記半導体層の第1デバイス部分を囲む第2導電形の第1ガードリング領域と、前記第1ガードリング領域及び前記第1ディープ半導体領域に接し、前記第1デバイス部分を第1領域及び第2領域に区画する第2導電形の第1分離領域と、前記第1領域内に設けられた第1導電形の第1半導体領域と、前記第2領域内に設けられた第1導電形の第2半導体領域と、を備える。
【選択図】図2

Description

実施形態は、半導体装置に関する。
半導体装置において、電力制御回路等の大電流を扱う回路と信号処理回路等の小電流を扱う回路を混在させる場合がある。このような半導体装置においては、大電流回路において発生したノイズが小電流回路の動作に影響を及ぼすことがある。このため、大電流回路の周囲にガードリング領域を設けて、周囲から電気的に分離する技術が提案されている。
しかしながら、大電流回路の周囲にガードリング領域を設けても、ガードリング領域の外部にノイズが漏洩し、周囲の小電流回路に干渉することがある。このような干渉を抑制するためには、回路間の距離を長くする必要があり、半導体装置の小型化を阻害してしまう。
特許第5211652号公報
実施形態の目的は、小型化が可能な半導体装置を提供することである。
実施形態に係る半導体装置は、第1導電形の半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた第1導電形の半導体層と、前記半導体基板と前記半導体層との間に設けられた第2導電形の第1ディープ半導体領域と、前記第1ディープ半導体領域と共に前記半導体層の第1デバイス部分を囲む第2導電形の第1ガードリング領域と、前記第1ガードリング領域及び前記第1ディープ半導体領域に接し、前記第1デバイス部分を第1領域及び第2領域に区画する第2導電形の第1分離領域と、前記第1領域内に設けられた第1導電形の第1半導体領域と、前記第2領域内に設けられた第1導電形の第2半導体領域と、を備える。
実施形態に係る半導体装置は、第1導電形の半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた第1導電形の半導体層と、前記半導体基板と前記半導体層との間に設けられた第2導電形の第1ディープ半導体領域と、前記第1ディープ半導体領域と共に前記半導体層の第1デバイス部分を囲む第2導電形の第1ガードリング領域と、前記第1デバイス部分内に設けられた第1導電形の第1半導体領域と、を備える。前記第1ガードリング領域の最も太い部分の幅は、前記第1ガードリング領域の最も細い部分の幅の1.1倍以上である。
第1の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 第1の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。 第1の実施形態に係る半導体装置の動作を示す図である。 第1の実施形態の第1の変形例に係る半導体装置を示す平面図である。 第1の実施形態の第2の変形例に係る半導体装置を示す平面図である。 第1の実施形態の第3の変形例に係る半導体装置を示す平面図である。 第1の実施形態の第4の変形例に係る半導体装置を示す平面図である。 第1の実施形態の第5の変形例に係る半導体装置を示す平面図である。 第1の実施形態の第6の変形例に係る半導体装置を示す平面図である。 第2の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 第2の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。 第3の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 第3の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。 第4の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 (a)は、第5の実施形態に係る半導体装置を示す平面図であり、(b)はその断面図である。 第6の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 第7の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
<第1の実施形態>
以下、第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
図2は、本実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
なお、各図は模式的なものであり、構成要素は適宜簡略化若しくは省略、又は誇張されている。また、図間において、構成要素の数及び寸法比は必ずしも一致しない。後述する他の図においても同様である。
先ず、本実施形態に係る半導体装置の構成を概略的に説明する。
図1及び図2に示すように、本実施形態に係る半導体装置1においては、半導体基板10が設けられている。半導体基板10は例えば単結晶のシリコンからなり、その導電形は例えばp形である。半導体基板10上には、半導体層11が設けられている。半導体層11は例えば、エピタキシャル成長した単結晶のシリコンからなり、その導電形はp形である。
半導体装置1においては、デバイス領域RD1とデバイス領域RD2が設定されている。デバイス領域RD1においては、LDMOS(Laterally Double-Diffused MOSFET:横型二重拡散MOSFET)の最小単位50が複数個設けられており、複数個の最小単位50によりLDMOS51が形成されている。LDMOS51は、大電流を扱う大電流回路の一部である。大電流回路は、例えば、電流制御回路である。デバイス領域RD2においては、小電流素子52が形成されている。小電流素子52は、小電流を扱う小電流回路の一部である。小電流回路は、例えば、信号処理回路であり、例えばアナログ回路である。
以下、本明細書においては、説明の便宜上、XYZ直交座標系を採用する。半導体基板10と半導体層11との界面12に平行な方向のうち、デバイス領域RD1からデバイス領域RD2に向かう方向を「X方向」とする。また、界面12に平行な方向のうち、X方向に直交する方向を「Y方向」とする。更に、界面12に直交する方向を「Z方向」とする。なお、Z方向は、半導体基板10や半導体層11の「厚さ方向」ともいう。また、Z方向のうち、半導体基板10から半導体層11に向かう方向を「上」ともいい、その逆方向を「下」ともいうが、この表現も便宜的なものであり、重力の方向とは無関係である。
デバイス領域RD1においては、半導体基板10と半導体層11との間に、ディープn形領域15が設けられている。ディープn形領域15の導電形はn形である。上方から見て、ディープn形領域15の形状は矩形状である。なお、後述する第6の実施形態で例示するように、ディープn形領域15の形状は矩形以外の多角形でもよく、それ以外の形状でもよい。
また、デバイス領域RD1においては、ディープn形領域15上にn形領域16a及び16bが設けられている。n形領域16aは、ディープn形領域15の端部上に設けられており、n形領域16bは、ディープn形領域15の端部以外の部分の一部上に設けられている。n形領域16a及び16b上には、それぞれ、n形領域17a及び17bが設けられており、n形領域17a及び17b上には、それぞれ、n形コンタクト領域18a及び18bが設けられている。
n形領域16aはディープn形領域15の端部に接しており、n形領域17aはn形領域16aに接しており、n形コンタクト領域18aはn形領域17aに接している。n形領域16a、n形領域17a及びn形コンタクト領域18aにより、導電形がn形のガードリング領域19が形成されている。一方、n形領域16bはディープn形領域15の端部を除く部分の一部に接しており、n形領域17bはn形領域16bに接しており、n形コンタクト領域18bはn形領域17bに接している。n形領域16b、n形領域17b及びn形コンタクト領域18bにより、導電形がn形の分離領域22が形成されている。
上方から見て、ディープn形領域15の形状が矩形である場合は、ガードリング領域19の形状は、例えば、ディープn形領域15の端縁に沿った矩形の枠状である。なお、ディープn形領域15の形状が矩形以外の多角形である場合は、ガードリング領域19の形状は、この多角形の端縁に沿った形状である。n形領域16aの下端はディープn形領域15の端部に接続されており、n形コンタクト領域18aの上端は半導体層11の上面に達している。この結果、ディープn形領域15及びガードリング領域19は、半導体層11の一部をカップ状に囲んでいる。半導体層11におけるディープn形領域15及びガードリング領域19により囲まれた部分を、デバイス部分21とする。
分離領域22は、デバイス部分21を、第1領域R1と第2領域R2に電気的に分離する。以下、複数の領域を電気的に相互に分離することを、「区画」ともいう。本実施形態においては、分離領域22の形状は、例えば、YZ平面に沿って拡がる板状である。分離領域22の下端はディープn形領域15に接続され、上端は半導体層11の上面に到達し、Y方向の両端部はガードリング領域19に接続されている。分離領域22の幅、すなわち、X方向における長さは、ガードリング領域19の幅に略等しい。また、上方から見て、第1領域R1の面積は第2領域R2の面積と略等しい。第1領域R1及び第2領域R2には、それぞれ、LDMOSの最小単位50が複数個形成されている。
なお、図2においては、図示の便宜上、第1領域R1及び第2領域R2にはそれぞれ2個の最小単位50しか示されていないが、各領域にはより多くの最小単位50が設けられていてもよく、例えば、数十個から数百個の最小単位50が設けられていてもよい。
デバイス領域RD2においては、半導体層11の上層部分に、p形ウェル25及びn形ウェル26を含む小電流素子52が設けられている。小電流素子52には、p形ウェル25及びn形ウェル26以外の不純物領域が設けられていてもよく、絶縁部材及び電極等が設けられていてもよい。小電流素子52はガードリング領域19から離隔している。小電流素子52は、上述の小電流回路の一部である。小電流回路については、詳細な説明を省略する。
半導体層11の上層部分には、STI(Shallow Trench Isolation:素子分離絶縁膜)55が設けられている。STI55は、デバイス領域RD1とデバイス領域RD2との間に配置されている。また、デバイス領域RD1内においては、STI55は、第1領域R1の周囲、及び、第2領域R2の周囲に配置されている。デバイス領域RD2内においては、STI55は、p形ウェル25の周囲及びn形ウェル26の周囲に配置されている。STI55は、例えば、シリコン酸化物により形成されている。
以下、デバイス領域RD1の構成を詳細に説明する。
本実施形態においては、第1領域R1の構成と第2領域R2の構成は実質的に同じである。第1領域R1及び第2領域R2においては、それぞれ、p形領域31が設けられている。p形領域31は半導体層11の一部であり、ディープn形領域15及びガードリング領域19に接している。
p形領域31内には、ディープp形ウェル30が設けられている。ディープp形ウェル30の不純物濃度はp形領域31の不純物濃度よりも高い。p形領域31の上層部のX方向中央部分には、導電形がn形のドリフト領域33が設けられている。ドリフト領域33はp形領域31を介してディープp形ウェル30から離隔している。なお、ドリフト領域33はディープp形ウェル30に接していてもよい。
ドリフト領域33の上層部におけるX方向中央部には、導電形がn形のドレイン拡張領域34が設けられており、ドレイン拡張領域34の上層部におけるX方向中央部には、導電形がn形のドレイン領域35が設けられている。ドレイン拡張領域34の不純物濃度はドリフト領域33の不純物濃度よりも高く、ドレイン領域35の不純物濃度はドレイン拡張領域34の不純物濃度よりも高い。
ドリフト領域33から見てX方向には、p形領域36が設けられており、p形領域36の上層部におけるp形領域31から離隔した部分には、導電形がn形のソース拡張領域37と、導電形がn形のソース領域38と、導電形がp形のボディコンタクト領域39が設けられている。
半導体層11上には、ゲート絶縁膜42、及び、ステップ絶縁膜43が設けられている。なお、ステップ絶縁膜43の替わりにSTIが設けられていてもよい。ゲート絶縁膜42は、ドリフト領域33におけるステップ絶縁膜43(又はSTI)とp形領域36との間の部分上、p形領域31におけるドリフト領域33とp形領域36との間の部分上、p形領域36におけるp形領域31とソース拡張領域37との間の部分上、及び、ソース拡張領域37上に配置されている。ステップ絶縁膜43はドリフト領域33におけるドレイン拡張領域34側の部分上に配置されている。ステップ絶縁膜43はゲート絶縁膜42よりも厚い。ゲート絶縁膜42及びステップ絶縁膜43は、例えば、シリコン酸化物により形成されている。
ゲート絶縁膜42上及びステップ絶縁膜43上には、ゲート電極44が設けられている。ゲート電極44は、例えばポリシリコン及び金属シリサイド等の導電性材料により形成されている。
ゲート電極44の側面上には、側壁45aが設けられている。側壁45aの一部はステップ絶縁膜43上に配置され、他の一部はソース拡張領域37上に配置されている。ステップ絶縁膜43のドレイン側の側面上には、側壁45bが設けられている。側壁45bは、ドレイン拡張領域34上に配置されている。側壁45a及び45bは絶縁性材料からなり、例えば、シリコン酸化層及びシリコン窒化層からなる積層体である。
p形領域31、ディープp形ウェル30、ドリフト領域33、ドレイン拡張領域34、ドレイン領域35、p形領域36、ソース拡張領域37、ソース領域38、ボディコンタクト領域39、ゲート絶縁膜42、ステップ絶縁膜43、ゲート電極44、側壁45a及び45bにより、第1領域R1及び第2領域R2には、複数のn形のLDMOSの最小単位50が形成されている。
第1領域R1に多数の最小単位50を設ける場合、X方向において隣り合う2つ最小単位50においては、p形領域36、ソース拡張領域37、ソース領域38及びボディコンタクト領域39(以下、総称して「ソース領域等」という)、又は、ドリフト領域33、ドレイン拡張領域34及びドレイン領域35(以下、総称して「ドレイン領域等」という)が共有されていてもよい。すなわち、第1領域R1において、ソース領域等及びドレイン領域等がX方向に沿って交互に配列されており、隣り合うソース領域等とドレイン領域等の間に最小単位50が形成されていてもよい。ソース領域等及びドレイン領域等は、Y方向に沿って延びていてもよい。第2領域R2についても、同様である。
半導体層11上には、層間絶縁膜46が設けられている。層間絶縁膜46は、ゲート絶縁膜42、ステップ絶縁膜43、ゲート電極44、側壁45a及び45bを覆っている。層間絶縁膜46内には、コンタクト47a〜47e、及び、配線48が設けられている。配線48はコンタクト47a〜47e上に配置されている。
コンタクト47aは、ガードリング領域19のn形コンタクト領域18aに接続されている。コンタクト47bは、分離領域22のn形コンタクト領域18aに接続されている。コンタクト47cは、ドレイン領域35に接続されている。コンタクト47dは、ソース領域38及びボディコンタクト領域39に接続されている。コンタクト47eは、ゲート電極44に接続されている。コンタクト47a〜47eは、それぞれ、配線48に接続されている。
次に、本実施形態に係る半導体装置1の動作について説明する。
図3は、本実施形態に係る半導体装置1の動作を示す図である。
デバイス領域RD1は電流制御回路を構成し、小電流素子52は小電流回路を構成する。小電流回路は、例えば信号処理回路であり、例えばアナログ回路である。このため、小電流素子52のn形ウェル26に流れる電流は、LDMOS51のp形領域31に流れる電流よりも小さい。
図3に示すように、通常は、ソース領域38にはソース電位として例えば接地電位GNDが印加され、ドレイン領域35にはドレイン電位Vdが印加される。ドレイン電位Vdはソース電位(GND)よりも高い。また、ガードリング領域19にはコンタクト47aを介して基準電位が印加される。図3に示す例では、基準電位は接地電位GNDである。なお、基準電位は接地電位以外の電位、例えば、5V等の定電位又はドレイン電位Vdであってもよい。この状態で、コンタクト47eを介してゲート電極44にゲート電位Vgが印加されることにより、LDMOS51のオン/オフが制御される。
しかしながら、ドレイン領域35に負回生電流が流入する場合がある。負回生電流は、例えば、電源出力の降圧回路、又は、Hブリッジ出力の貫通防止期間において、発生する。ドレイン領域35に負回生電流が流入すると、ドレイン領域35の電位はソース電位(例えば、接地電位GND)よりも低くなる。この場合、p形領域31とn形のドリフト領域33からなる寄生ダイオード101に順方向電圧が印加され、導通する。このため、コンタクト47d、ボディコンタクト領域39、p形領域36、p形領域31、ドリフト領域33、ドレイン拡張領域34、ドレイン領域35、コンタクト47cの順に、電流が流れる。
これにより、p形領域31の電位が降下し、ガードリング領域19及びディープn形領域15、p形領域31、並びに、ドリフト領域33によって形成された寄生npnトランジスタ102が導通し、コンタクト47a、ガードリング領域19及びディープn形領域15、p形領域31、ドリフト領域33、ドレイン拡張領域34、ドレイン領域35、コンタクト47cの順に、電流が流れる。
これにより、ガードリング領域19及びディープn形領域15の電位が変動する。この結果、n形ウェル26、p形の半導体層11及びp形ウェル25、n形のガードリング領域19及びディープn形領域15によって形成された寄生npnトランジスタ103が導通し、p形ウェル25及びn形ウェル26の電位が変動する。これにより、p形ウェル25及びn形ウェル26によって形成された小電流素子52の動作が影響を受ける。小電流素子52に流れる電流はLDMOS51に流れる電流よりも小さいため、わずかな電位の変動により、大きな影響を受け、誤動作が生じやすくなる。特に、小電流回路がアナログ回路である場合には、誤動作が生じやすい。
本実施形態においては、分離領域22にコンタクト47bを介してガードリング領域19と同じ電位、すなわち、接地電位GND等の基準電位を印加している。これにより、ディープn形領域15の電位が安定し、寄生npnトランジスタ103の導通が抑制される。この結果、p形ウェル25及びn形ウェル26の電位の変動が抑制され、小電流素子52の動作が安定する。
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、デバイス部分21に分離領域22を設けてディープn形領域15に接続している。このため、LDMOS51のドレイン領域35に負回生電流が流入し、寄生ダイオード101及び寄生npnトランジスタ102が導通しても、ディープn形領域15及びガードリング領域19の電位の変動を抑制し、寄生npnトランジスタ103の導通を抑制する。これにより、小電流素子52の動作への影響を抑制できる。すなわち、LDMOS51が小電流素子52に干渉することを抑制できる。この結果、デバイス領域RD1とデバイス領域RD2との距離を短縮し、半導体装置1の小型化を図ることができる。
<第1の実施形態の第1の変形例>
次に、第1の実施形態の第1の変形例について説明する。
図4は、本変形例に係る半導体装置を示す平面図である。
図4に示すように、本変形例に係る半導体装置1aにおいては、第1領域R1の面積が第2領域R2の面積よりも大きい。例えば、第1領域R1の面積は第2領域R2の面積の2倍である。また、第1領域R1に設けられたLDMOSの最小単位50の数は、第2領域R2に設けられた最小単位50の数よりも多く、例えば、2倍である。このように、第2領域R2の面積と第1領域R1の面積は異なっていてもよい。このように、デバイス領域RD2側に配置された第2領域R2において、最小単位50の数を少なくすることにより、デバイス領域RD1がデバイス領域RD2に及ぼす影響をより効果的に低減できる。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、第1の実施形態と同様である。
<第1の実施形態の第2の変形例>
次に、第1の実施形態の第2の変形例について説明する。
図5は、本変形例に係る半導体装置を示す平面図である。
図5に示すように、本変形例に係る半導体装置1bにおいては、分離領域22の形状がXZ平面に沿って拡がる板状であり、第1領域R1と第2領域R2がY方向に沿って配列されている。第1領域R1と第2領域R2の配列方向は限定されず、X方向及びY方向以外の方向でもよい。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、第1の実施形態と同様である。
<第1の実施形態の第3の変形例>
次に、第1の実施形態の第3の変形例について説明する。
図6は、本変形例に係る半導体装置を示す平面図である。
図6に示すように、本変形例に係る半導体装置1cにおいては、分離領域22が2つ相互に離隔して設けられている。2つの分離領域22はX方向に配列されている。各分離領域22はYZ平面に沿って拡がる板状である。これにより、分離領域22は、デバイス部分21を、第1領域R1、第2領域R2、第3領域R3の3つの領域に区画している。第1領域R1、第2領域R2、第3領域R3は、X方向に沿ってこの順に配列されている。但し、配列方向はこれには限定されない。また、第1領域R1の面積、第2領域R2の面積、第3領域R3の面積は、相互に異なっていてもよい。例えば、第2領域R2の面積が第1領域R1の面積及び第3領域R3の面積よりも大きくてもよく、第3領域R3、第2領域R2、第1領域R1の順に大きくてもよい。
第1領域R1及び第2領域R2の構成は、第1の実施形態と同様である。第3領域R3の構成は、第1領域R1の構成と同様である。すなわち、第3領域R3にもp形領域31等が設けられ、複数の最小単位50が形成されている。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、第1の実施形態と同様である。
<第1の実施形態の第4の変形例>
次に、第1の実施形態の第4の変形例について説明する。
図7は、本変形例に係る半導体装置を示す平面図である。
図7に示すように、本変形例に係る半導体装置1dにおいては、分離領域22が3つ相互に離隔して設けられている。3つの分離領域22はX方向に配列されている。各分離領域22はYZ平面に沿って拡がる板状である。これにより、分離領域22は、デバイス部分21を、第1領域R1、第2領域R2、第3領域R3、第4領域R4の4つの領域に区画している。第1領域R1、第2領域R2、第3領域R3、第4領域R4は、X方向に沿ってこの順に配列されている。但し、配列方向はこれには限定されない。
第1領域R1及び第2領域R2の構成は、第1の実施形態と同様である。第3領域R3及び第4領域R4の構成は、第1領域R1の構成と同様である。すなわち、第3領域R3及び第4領域R4にもp形領域31等が設けられ、複数の最小単位50が形成されている。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、第1の実施形態と同様である。なお、第1領域R1の面積、第2領域R2の面積、第3領域R3の面積、第4領域R4の面積は、相互に異なっていてもよい。
<第1の実施形態の第5の変形例>
次に、第1の実施形態の第5の変形例について説明する。
図8は、本変形例に係る半導体装置を示す平面図である。
図8に示すように、本変形例に係る半導体装置1eにおいては、上方から見て、分離領域22の形状が十字状である。すなわち、分離領域22には、YZ平面に沿って拡がる板状部分と、XZ平面に沿って拡がる板状部分と、が設けられている。これにより、分離領域22は、デバイス部分21を、第1領域R1、第2領域R2、第3領域R3、第4領域R4の4つの領域に区画している。第1領域R1、第2領域R2、第3領域R3、第4領域R4は、X方向及びY方向に沿って2行2列の行列状に配列されている。但し、配列方向はこれには限定されない。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、第1の実施形態の第4の変形例と同様である。
<第1の実施形態の第6の変形例>
次に、第1の実施形態の第6の変形例について説明する。
図9は、本変形例に係る半導体装置を示す平面図である。
図9に示すように、本変形例に係る半導体装置1fは、第5の変形例に係る半導体装置1e(図8参照)と比較して、分離領域22の幅がガードリング領域19の幅よりも細い点が異なっている。分離領域22の幅は、例えば、ガードリング領域19の幅の半分以下である。
これにより、ディープn形領域15及びガードリング領域19の電位を安定化しつつ、デバイス領域RD1の面積を縮小し、半導体装置1fをより小型化することができる。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、第1の実施形態の第5の変形例と同様である。
<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態について説明する。
図10は、本実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
図11は、本実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図10及び図11に示すように、本実施形態に係る半導体装置2は、第1の実施形態に係る半導体装置1(図1及び図2参照)と比較して、小電流素子52がデバイス領域RD2ではなく、デバイス領域RD1の第2領域R2に形成されている点が異なっている。半導体装置2において、第1領域R1の構成は、第1の実施形態と同様である。
第2領域R2においては、p形領域31が設けられており、p形領域31上にp形ウェル25及びn形ウェル26が設けられている。p形ウェル25及びn形ウェル26は、小電流素子52の一部であり、小電流素子52は小電流回路の一部である。小電流回路は、例えば信号処理回路であり、例えばアナログ回路である。第2領域R2のp形領域31を流れる電流は、第1領域R1のp形領域31を流れる電流よりも小さい。
本実施形態によれば、分離領域22を設けることにより、LDMOS51において発生したノイズが、小電流素子52の動作に影響を及ぼすことを抑制できる。また、LDMOS51及び小電流素子52を1つのデバイス領域RD1に設けることができるため、半導体装置2をより小型化することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第1の実施形態と同様である。
<第3の実施形態>
次に、第3の実施形態について説明する。
図12は、本実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
図13は、本実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図12及び図13に示すように、本実施形態に係る半導体装置3は、第1の実施形態に係る半導体装置1(図1及び図2参照)と比較して、第1領域R1及び第2領域R2の双方に小電流素子52が形成されている点が異なっている。
半導体装置3において、第1領域R1及び第2領域R2においては、それぞれ、p形領域31が設けられている。ディープn形領域15とp形領域31との間には、ディープp形ウェル30が設けられている。ディープp形ウェル30の不純物濃度は、p形領域31の不純物濃度よりも高い。また、p形領域31上にはp形ウェル25及びn形ウェル26が設けられている。p形ウェル25及びn形ウェル26は、小電流素子52の一部であり、小電流素子52は小電流回路の一部である。小電流回路は、例えば信号処理回路であり、例えばアナログ回路である。
本実施形態においては、ディープn形領域15及びガードリング領域19によって小電流回路を囲むことにより、デバイス領域RD1の外部に設けられた回路(図示せず)からノイズが流入しても、小電流回路が影響を受けることを抑制できる。また、分離領域22を設けることにより、第1領域R1内のp形ウェル25と第2領域R2内のp形ウェル25の電位が異なる場合、及び、第1領域R1内のn形ウェル26と第2領域R2内のn形ウェル26の電位が異なる場合でも、これらのp形ウェル25及びn形ウェル26を1つのデバイス領域RD1内に混載することができ、半導体装置3を小型化することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第1の実施形態と同様である。
<第4の実施形態>
次に、第4の実施形態について説明する。
図14は、本実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
図14に示すように、本実施形態に係る半導体装置4は、第1の実施形態の第5の変形例に係る半導体装置1e(図8参照)と比較して、デバイス領域RD2の構成が異なっている。
半導体装置4においては、デバイス領域RD2において、半導体基板10と半導体層11との間にディープn形領域61が設けられており、ディープn形領域61の端部上には、n形のガードリング領域62が設けられている。上方から見て、ディープn形領域61の形状は例えば矩形状であり、ガードリング領域62の形状は枠状である。ディープn形領域61及びガードリング領域62によって、半導体層11のデバイス部分63が囲まれている。
そして、デバイス領域RD2においては、分離領域64が設けられている。上方から見て、分離領域64の形状は十字状である。上方から見て、デバイス領域RD2の分離領域64の幅は、デバイス領域RD1の分離領域22の幅よりも細い。なお、分離領域64の幅は、分離領域22の幅と同じでもよく、太くてもよい。また、デバイス領域RD2におけるガードリング領域62の幅は、デバイス領域RD1におけるガードリング領域19の幅よりも細くてもよい。更に、上方から見て、デバイス領域RD2の面積はデバイス領域RD1の面積よりも小さくてもよい。
デバイス部分63は、分離領域64によって4つの領域、すなわち、第5領域R5、第6領域R6、第7領域R7、第8領域R8に区画されている。第5領域R5、第6領域R6、第7領域R7、第8領域R8は、X方向及びY方向に沿って2行2列の行列状に配列されている。
第5領域R5、第6領域R6、第7領域R7、第8領域R8の構成は、第3の実施形態における第2領域R2と同様である。すなわち、第5領域R5、第6領域R6、第7領域R7、第8領域R8には、それぞれ、p形領域31等が設けられており、小電流素子52が形成されている。小電流素子52は小電流回路を構成している。小電流回路は、例えば信号処理回路であり、例えばアナログ回路である。
一方、デバイス領域RD1においては、LDMOS51が形成されており、電流制御回路を構成している。このため、デバイス領域RD2に設けられたp形領域31を流れる電流は、デバイス領域RD1に設けられたp形領域31を流れる電流よりも小さい。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第1の実施形態の第5の変形例と同様である。
<第5の実施形態>
次に、第5の実施形態について説明する。
図15(a)は、本実施形態に係る半導体装置を示す平面図であり、(b)はその断面図である。
図15(a)及び(b)に示すように、本実施形態に係る半導体装置5は、第1の実施形態に係る半導体装置1(図1及び図2参照)と比較して、分離領域22が設けられていない点と、ガードリング領域19の幅が不均一であり、最も太い部分の幅W1が、最も細い部分の幅W2の1.1倍以上である点が異なっている。
例えば、上方から見て、ガードリング領域19の形状は枠状であり、4つの辺部19a、19b、19c、19dにより構成されている。そして、1つの辺部19aの幅が、他の3つの辺部19b、19c、19dのそれぞれの幅よりも太い。辺部19aにおける最大の幅が幅W1であり、辺部19b、19c、19dにおける最小の幅が幅W2である。上述の如く、幅W1は幅W2の1.1倍以上であり、例えば、2倍以上である。例えば、辺部19aは、4つの辺部のうち、デバイス領域RD2に最も近い辺部である。
本実施形態によれば、ガードリング領域19の太い辺部19aは抵抗が低いため、辺部19aを介してディープn形領域15に効率よく接地電位GNDを印加することができる。これにより、ディープn形領域15及びガードリング領域19の電位の変動を抑制することができる。
また、デバイス領域RD2には、第1の実施形態と同様に、p形ウェル25及びn形ウェル26を含む小電流素子52が設けられている。小電流素子52は信号処理回路又はアナログ回路等の小電流回路を構成している。デバイス領域RD2のn形ウェル26に流れる電流は、デバイス領域RD1のp形領域31を流れる電流よりも小さい。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第1の実施形態と同様である。なお、本実施形態においては、ガードリング領域19の4つの辺部のうち1つのみを太くする例を示したが、2つ又は3つの辺部を太くしてもよい。また、最も太い辺部は、必ずしも、デバイス領域RD2に最も近い辺部でなくてもよい。
<第6の実施形態>
次に、第6の実施形態について説明する。
図16は、本実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
図16に示すように、本実施形態に係る半導体装置6は、第1の実施形態に係る半導体装置1(図1及び図2参照)と比較して、Y方向における第2領域R2の長さが第1領域R1の長さよりも短く、上方から見たデバイス領域RD1の全体形状が矩形以外の多角形、例えば、L字状である点が異なっている。
本実施形態においては、上方から見て、ディープn形領域15の形状もL字状であり、ガードリング領域19の形状はL字の枠状である。また、Y方向における分離領域22の長さは、第1の実施形態に係る半導体装置1よりも短い。なお、デバイス領域RD1の形状はL字状には限定されず、他の多角形であってもよい。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第1の実施形態と同様である。
<第7の実施形態>
次に、第7の実施形態について説明する。
図17は、本実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
図17に示すように、本実施形態に係る半導体装置7は、第1の実施形態に係る半導体装置1(図1及び図2参照)と比較して、第1領域R1の形状が矩形以外の多角形、例えば、L字状である点が異なっている。
より具体的には、X方向及びY方向の双方において、第2領域R2の長さは、第1領域R1の長さよりも短い。上方から見て、第2領域R2の形状は矩形状である。一方、第1領域R1の形状は、第2領域R2の2辺に対向するL字状である。ガードリング領域19の形状も、上方から見て、L字状である。なお、上方から見て、ディープn形領域15の形状は矩形状であり、ガードリング領域19の形状は矩形の枠状である。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第1の実施形態と同様である。
以上説明した実施形態によれば、小型化が可能な半導体装置を実現することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態及びその変形例を説明したが、これらの実施形態及びその変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態及びその変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の実施形態及びその変形例は、相互に組み合わせて実施することもできる。
1、1a、1b、1c、1d、1e、1f、2、3、4、5、6、7:半導体装置
10:半導体基板
11:半導体層
12:界面
15:ディープn形領域
16a、16b:n形領域
17a、17b:n形領域
18a、18b:n形コンタクト領域
19:ガードリング領域
19a、19b、19c、19d:辺部
21:デバイス部分
22:分離領域
25:p形ウェル
26:n形ウェル
30:ディープp形ウェル
31:p形領域
33:ドリフト領域
34:ドレイン拡張領域
35:ドレイン領域
36:p形領域
37:ソース拡張領域
38:ソース領域
39:ボディコンタクト領域
42:ゲート絶縁膜
43:ステップ絶縁膜
44:ゲート電極
45a、45b:側壁
46:層間絶縁膜
47a、47b、47c、47d、47e:コンタクト
48:配線
50:LDMOSの最小単位
51:LDMOS
52:小電流素子
55:STI
61:ディープn形領域
62:ガードリング領域
63:デバイス部分
64:分離領域
101:寄生ダイオード
102:寄生npnトランジスタ
103:寄生npnトランジスタ
GND:接地電位
R1:第1領域
R2:第2領域
R3:第3領域
R4:第4領域
R5:第5領域
R6:第6領域
R7:第7領域
R8:第8領域
RD1、RD2:デバイス領域
Vd:ドレイン電位
Vg:ゲート電位
W1:最も太い部分の幅
W2:最も細い部分の幅

Claims (22)

  1. 第1導電形の半導体基板と、
    前記半導体基板上に設けられた第1導電形の半導体層と、
    前記半導体基板と前記半導体層との間に設けられた第2導電形の第1ディープ半導体領域と、
    前記第1ディープ半導体領域と共に前記半導体層の第1デバイス部分を囲む第2導電形の第1ガードリング領域と、
    前記第1ガードリング領域及び前記第1ディープ半導体領域に接し、前記第1デバイス部分を第1領域及び第2領域に区画する第2導電形の第1分離領域と、
    前記第1領域内に設けられた第1導電形の第1半導体領域と、
    前記第2領域内に設けられた第1導電形の第2半導体領域と、
    を備えた半導体装置。
  2. 前記第1分離領域の幅は前記第1ガードリング領域の幅よりも細い請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記第1領域内に設けられた第2導電形の第1ソース領域と、
    前記第1領域内に設けられ、前記第1ソース領域から離隔した第2導電形の第1ドレイン領域と、
    前記第1領域上に設けられた第1ゲート絶縁膜と、
    前記第1ゲート絶縁膜上に設けられた第1ゲート電極と、
    をさらに備えた請求項1または2に記載の半導体装置。
  4. 前記第2半導体領域に流れる電流は、前記第1半導体領域に流れる電流よりも小さい請求項3に記載の半導体装置。
  5. 前記第2領域にはアナログ回路が形成されている請求項3または4に記載の半導体装置。
  6. 前記第2領域内に設けられた第2導電形の第2ソース領域と、
    前記第2領域内に設けられ、前記第2ソース領域から離隔した第2導電形の第2ドレイン領域と、
    前記第2領域上に設けられた第2ゲート絶縁膜と、
    前記第2ゲート絶縁膜上に設けられた第2ゲート電極と、
    をさらに備えた請求項3に記載の半導体装置。
  7. 前記半導体層における前記第1ガードリング領域の外部に配置され、第2導電形の第3半導体領域をさらに備え、
    前記第3半導体領域に流れる電流は前記第1半導体領域に流れる電流よりも小さい請求項6に記載の半導体装置。
  8. 前記半導体基板と前記半導体層との間に設けられ、前記第1ディープ半導体領域から離隔した第2導電形の第2ディープ半導体領域と、
    前記第2ディープ半導体領域と共に前記半導体層の第2デバイス部分を囲む第2導電形の第2ガードリング領域と、
    前記第2ガードリング領域及び前記第2ディープ半導体領域に接し、前記第2デバイス部分を第3領域及び第4領域に区画する第2導電形の第2分離領域と、
    前記第3領域内に設けられた第1導電形の第3半導体領域と、
    前記第4領域内に設けられた第1導電形の第4半導体領域と、
    をさらに備え、
    前記第3半導体領域に流れる電流、及び、前記第4半導体領域に流れる電流は、前記第1半導体領域に流れる電流、及び、前記第2半導体領域に流れる電流よりも小さい請求項6に記載の半導体装置。
  9. 前記第3領域及び前記第4領域には、それぞれ、アナログ回路が形成されている請求項8に記載の半導体装置。
  10. 前記第2ガードリング領域の幅は前記第1ガードリング領域の幅よりも細い請求項8または9に記載の半導体装置。
  11. 第1導電形の第3半導体領域をさらに備え、
    前記第1分離領域は、前記第1デバイス部分を前記第1領域、前記第2領域及び第3領域に区画し、
    前記第3半導体領域は前記第3領域内に設けられた請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体装置。
  12. 第1導電形の第3半導体領域と、
    第1導電形の第4半導体領域と、
    をさらに備え、
    前記第1分離領域は、前記第1デバイス部分を前記第1領域、前記第2領域、第3領域及び第4領域に区画し、
    前記第3半導体領域は前記第3領域内に設けられ、
    前記第4半導体領域は前記第4領域内に設けられた請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体装置。
  13. 前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域、及び、前記第4領域は、一方向に沿って配列された請求項12に記載の半導体装置。
  14. 前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域、及び、前記第4領域は、行列状に配列された請求項12に記載の半導体装置。
  15. 前記第1領域内に設けられた第1導電形の第2ディープ半導体領域と、
    前記第2領域内に設けられた第1導電形の第3ディープ半導体領域と、
    をさらに備えた請求項1〜14のいずれか1つに記載の半導体装置。
  16. 前記第1ガードリング領域に接続された第1コンタクトと、
    前記第1分離領域に接続された第2コンタクトと、
    をさらに備えた請求項1〜15のいずれか1つに記載の半導体装置。
  17. 第1導電形の半導体基板と、
    前記半導体基板上に設けられた第1導電形の半導体層と、
    前記半導体基板と前記半導体層との間に設けられた第2導電形の第1ディープ半導体領域と、
    前記第1ディープ半導体領域と共に前記半導体層の第1デバイス部分を囲む第2導電形の第1ガードリング領域と、
    前記第1デバイス部分内に設けられた第1導電形の第1半導体領域と、
    を備え、
    前記第1ガードリング領域の最も太い部分の幅は、前記第1ガードリング領域の最も細い部分の幅の1.1倍以上である半導体装置。
  18. 上方から見て、前記第1ガードリング領域の形状は4つの辺部を有した矩形の枠状であり、
    第1の前記辺部の幅は、第2、第3及び第4の前記辺部の幅よりも太い請求項17に記載の半導体装置。
  19. 前記第1デバイス部分内に設けられた第2導電形の第1ソース領域と、
    前記第1デバイス部分内に設けられ、前記第1ソース領域から離隔した第2導電形の第1ドレイン領域と、
    前記第1デバイス部分上に設けられた第1ゲート絶縁膜と、
    前記第1ゲート絶縁膜上に設けられた第1ゲート電極と、
    をさらに備えた請求項17または18に記載の半導体装置。
  20. 前記半導体層における前記第1ガードリング領域の外部に配置され、第2導電形の第2半導体領域をさらに備え、
    前記第2半導体領域に流れる電流は前記第1半導体領域に流れる電流よりも小さい請求項17〜19のいずれか1つに記載の半導体装置。
  21. 前記第2半導体領域はアナログ回路を構成している請求項20に記載の半導体装置。
  22. 前記第1デバイス部分内に設けられ、前記第1ディープ半導体領域上に配置された第1導電形の第2ディープ半導体領域をさらに備えた請求項17〜21のいずれか1つに記載の半導体装置。
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