JP2609619B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、半導体装置に関し、特に高耐圧特性の改
善を図った半導体装置に関するものである。
[従来の技術] 第6図は、従来の半導体装置の一例を示している。こ
のような構造の半導体装置は、たとえば特開昭59−2876
6号に開示されている。
第6図において、P型シリコン基板21の主表面上の第
1区域には、N型ソース領域22が形成されている。P型
シリコン基板21の主表面の第2区域には、N+型ドレイン
領域23が形成されている。基板21の主表面上の第1区域
と第2区域との間には、ゲート酸化膜24が形成されてい
る。基板21の第2区域とゲート酸化膜24との間には、ゲ
ート酸化膜24より厚いゲート酸化膜25が形成されてい
る。さらに、ゲート酸化膜24とゲート酸化膜25の一部の
上に延びて、ゲート電極26が形成されている。酸化膜25
の下には、N+型ドレイン領域23より不純物濃度の薄いN-
型ドレイン領域27が形成されている。結果として、N型
ソース領域22、N-型ドレイン領域27、N+型ドレイン領域
23およびゲート電極26が、Nチャネル電界効果トランジ
スタを含む電界効果素子として構成されている。
動作の際には、トランジスタをオンする目的で、ま
ず、ゲート電極26に正の一定バイアス(通常は5V)を与
える。P型シリコン基板21とN型ソース領域22を接地に
接続する。N+型ドレイン領域23に正のバイアスを与え
る。このとき、電子が、N型ソース領域22からゲート酸
化膜24の直下にできたチャネルを通り、N-型ドレイン領
域27を通ってN+型ドレイン領域に至り、電流が流れる。
結果として、電界効果トランジスタがオンされる。
[発明が解決しようとする問題点] 前記従来の半導体装置では、N-ドレイン領域の不純物
濃度が薄いので、高抵抗となって、gm(トランスコンダ
クタンス)が悪くなる問題点があった。
この発明は、上記問題点を解決するためになされたも
ので、gmを上げることができるとともに、高耐圧を保つ
ことのできる半導体装置を得ることを目的としている。
[問題点を解決するための手段] この発明にしたがった半導体装置は、主表面を有する
半導体基板中に形成された1対のソース/ドレイン領域
と、主表面上であって、一方のソース/ドレイン領域と
他方のソース/ドレイン領域との間に形成されたゲート
絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
主表面上であって、ゲート絶縁膜と一方のソース/ドレ
イン領域との間に形成された第1絶縁膜と、第1絶縁膜
の下に設けられ、一方のソース/ドレイン領域よりも不
純物濃度が低い第1拡散層と、第1絶縁膜と第1拡散層
との間に設けられ、第1拡散層より不純物濃度が高い第
2拡散層とを備えている。
なお、ゲート絶縁膜と他方のソース/ドレイン領域と
の間に第2絶縁膜を形成してもよい。この第2絶縁膜の
下に他方のソース/ドレイン領域よりも不純物濃度が低
い第1拡散層と、第2絶縁膜と第1拡散層との間に設け
られ、第1拡散層より不純物濃度が高い第2拡散層とを
設けてもよい。
また、第1拡散層は一方のソース/ドレイン領域に連
続していてもよい。
また、不純物濃度は、一方のソース/ドレイン領域、
第2拡散層、第1拡散層の順に低くなるように設定され
ているのが好ましい。
[作用] 電界効果素子をオンさせる目的で、ゲート電極に一定
バイアスを与える。また、ソースとしての他方のソース
/ドレイン領域と基板とを接地に接続する。
ドレインとしての一方のソース/ドレイン領域に与え
られたバイアスを増加していくと、電子が、ソースとし
ての他方のソース/ドレイン領域からゲート絶縁膜の直
下にできたチャネルを通り、第1拡散層から第2拡散層
を通って、ドレインとしての一方のソース/ドレイン領
域に、電流が流れる。
このとき、第2拡散層は不純物濃度が高いので、電子
の通過の際の抵抗が低い。
一方、絶縁膜が設けられていることから、高耐圧性を
発揮する。
これによって、この発明では、gmを上げかつ高耐圧特
性を確保することができる。
[実施例] 第1図は、この発明の一実施例の電界効果トランジス
タの断面図を示す。第1図において、P型シリコン基板
1の主表面の第1区域上には、N型ソース領域2が形成
されている。N型ソール領域2に対して間隔を隔て、P
型シリコン基板1の主表面の第2区域には、N+ドレイン
領域3が形成されている。P型シリコン基板1の第1区
域と第2区域との間には、ゲート酸化膜4が形成されて
いる。P型シリコン基板1の第2区域とゲート酸化膜4
との間には、ゲート酸化膜4より厚みの厚いゲート酸化
膜5が形成されている。また、ゲート酸化膜4とゲート
酸化膜5の一部の上にまで延びて、ゲート電極6が形成
されている。
ゲート酸化膜5の下方には、N+ドレイン領域3より濃
度の低いNドレイン領域8が形成されている。さらに、
Nドレイン領域8の下方を覆うように延びて、Nドレイ
ン領域8よりさらに濃度の低いN-ドレイン領域7が形成
されている。厚みの厚いゲート酸化膜5は、N+ドレイン
領域3の下端縁と概ね同一レベルにまで下方に延びてお
り、その下端縁に沿ってNドレイン領域8が延びてい
る。また、N-ドレイン領域7は、N+ドレイン領域3から
ゲート酸化膜5の側面に沿って下方に延び、さらにNド
レイン領域8の下端面に沿って延び、そしてゲート酸化
膜5の側面に沿ってゲート酸化膜4の下端面にまで達し
ている。その結果、Nドレイン領域8はゲート酸化膜5
下にあって、N-ドレイン領域7に下方から覆われた構成
となっている。なお。ドレイン部分の不純物濃度の関係
は、N+ドレイン領域3が1020程度、Nドレイン領域8が
1018程度、N-ドレイン領域7が1017程度となっている。
ちなみに、P型シリコン基板1の不純物濃度は1014程度
である。
さらに、N型ソース領域2およびN+ドレイン領域3に
隣接して、P型シリコン基板1の上には素子分離用酸化
膜10が形成されている。N+ドレイン領域3から延びるN-
領域9は、隣接する素子分離用酸化膜10の下方にまで延
びている。P型シリコン基板1上に形成された酸化膜や
電極を覆うように、パッシベーション膜11が形成されて
いる。パッシベーション膜11のソース領域2およびN+
レイン領域3に対応する位置には、孔11a,11bが形成さ
れている。この孔11a,11bを通じて、ソース電極12aがN
型ソース領域2にコンタクトし、またドレイン電極12b
がN+ドレイン領域3にコンタクトしている。
以上のことから、ソース領域2、N+ドレイン領域3、
N-ドレイン領域7およびNドレイン領域8ならびにゲー
ト電極6が、Nチャネル電界効果トランジスタを構成し
ていることが理解される。
前記半導体装置は、たとえば液晶表示、螢光表示を駆
動するための素子の1つとしてたとえば集積回路に組込
まれる。
たとえば、螢光表示管を駆動するのには、40Vの電位
差を持つ出力が必要となる。このため使用される半導体
装置には、40V以上の耐圧が要求される。その場合の回
路の一例を第2図に示す。第2図において、本発明に係
る半導体装置はPチャネル電界効果トランジスタ17とし
て使用される。トランジスタ17のソース側には5VのVcc
が接続されている。トランジスタ17のドレイン側には、
Voutと抵抗18を介して−35VのVpとが接続されている。
トランジスタ17のゲート電極には、0Vの信号を送るとい
う第1の動作と、5Vの信号を送るという第2の動作を行
なうインバータ16が接続されている。
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法を説明す
る。
まず、第3A図に示すように、P型シリコン基板1に下
敷酸化膜13を形成し、窒化膜パターン14を形成する。そ
して、レジストパターン15aおよび窒化膜パターン14を
注入マスクとしてリン注入を行ない、N-ドレイン領域7
およびN-領域9を形成する。次に、レジストパターン15
aを除去し、第3B図のように改めてレジストパターン15b
を形成する。そして、レジストパターン15bを注入マス
クとしてヒ素注入を行ない、Nドレイン領域8を形成す
る。
次に、レジストパターン15bを除去し、窒化膜14によ
り選択酸化を行なって、ゲート酸化膜5および素子分離
用酸化膜10(第3C図)を形成する。その際、N-ドレイン
領域7、Nドレイン領域8およびN-領域9は深く拡散さ
れる。さらに、下敷酸化膜13および窒化膜パターンを除
去して、第3C図の状態に至る。そして、ゲート酸化膜4
およびゲート電極6を第3D図のように形成する。その
後、ゲート電極6および素子分離用酸化膜10、ゲート酸
化膜5をマスクとしてヒ素をイオン注入し、N型ソース
領域2およびN+ドレイン領域3を第3E図のように形成す
る。
最後に、パッシベーション膜11を形成し、パッシベー
ション膜11に形成した孔11a,11bにソース電極12aおよび
ドレイン電極12bを設けて第1図の状態となる。
次に、この実施例の動作について説明する。
ゲート電極6に正の一定バイアス(通常は5V)をかけ
てトランジスタをオンさせる。また、P型シリコン基板
1とN型ソース領域2を接地に接続する。
N+ドレイン領域3に正のバイアスをかけていくと、電
子が、N型ソース領域2からゲート酸化膜4の直下にで
きたチャネルを通り、N-ドレイン領域7およびNドレイ
ン領域8を通ってN+ドレイン領域3に至り、電流が流れ
る。
このとき、Nドレイン領域8では、不純物濃度が高い
ので、電子の通過の際の抵抗が低い。
一方、肉厚の厚いゲート酸化膜5が設けられているこ
とから、高耐圧特性を発揮する。
これによって、gmを上げかつ高耐圧特性を確保するこ
とができる。
このような半導体装置を用いた第2図に示す回路で
は、インバータ16が0Vの信号を送る第1の動作を行なっ
たときには、トランジスタ17がオン状態となり、Voutか
らは5Vが出力される。インバータ16が5Vの信号を送る第
2の動作を行なったときには、トランジスタ17はオフ状
態となり、Voutからは−35Vが出力される。これらの出
力状態を第4図に示す。
第2図に示す回路において、第2の動作を行なうと
き、トランジスタ17のゲートドレイン間には−40Vの電
圧がかかる。しかしながら、本発明に係る半導体装置を
トランジスタ17として使用した場合には高耐圧特性を発
揮するため、トランジスタ17はかかる電圧にも耐えるこ
とができる。しかも、本発明に係る半導体装置を用いた
場合には、ドレイン側が低抵抗なパスとなることから、
gmを高くすることができる。
なお、前記第1図または第5図に示す実施例ではNチ
ャネルの場合を例にとったが、Pチャネルの高耐圧MOS
トランジスタ構造において、本発明に係る構造を採用し
てもよい。この場合にも同様の作用・効果を奏すること
ができる。
第5図に示すように、領域2と領域3との両方側の各
々に、ゲート酸化膜5、N-ドレイン領域7およびNドレ
イン領域8を設けてもよい。この場合には、領域2をド
レインとし、領域3をソースとして使用することもでき
る。この実施例においても、前記実施例と同様の作用・
効果を奏することができる。
[発明の効果] この発明によれば、一方のソース/ドレイン領域より
も不純物濃度が低い第1拡散層を第1絶縁膜の下に設
け、第1絶縁膜と第1拡散層との間に第1拡散層より不
純物濃度が高い第2拡散層を設けたことから、この間の
耐圧を下げることなしに低抵抗のパスが実現でき、gmを
上げることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による半導体装置を示す縦
断面図部分図である。第2図は、その半導体装置を組込
んだ回路図である。第3A図ないし第3E図は、その半導体
装置の製造工程を示す縦断面部分図である。第4図は、
第2図の回路の作動特性を示す波形図である。第5図は
別の実施例の縦断面部分図である。第6図は従来の半導
体装置の縦断面部分図である。 図において、1はP型シリコン基板、2はN型ソース領
域、3はN+ドレイン領域、4,5はゲート酸化膜、6はゲ
ート電極、7はN-ドレイン領域、8はNドレイン領域で
ある。

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主表面を有する半導体基板中に形成された
    1対のソース/ドレイン領域と、 前記半導体基板の主表面上であって、前記一方のソース
    /ドレイン領域と前記他方のソース/ドレイン領域との
    間に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 前記半導体基板の主表面上であって、前記ゲート絶縁膜
    と前記一方のソース/ドレイン領域との間に形成された
    第1絶縁膜と、 前記第1絶縁膜の下に設けられ、前記一方のソース/ド
    レイン領域よりも不純物濃度が低い第1拡散層と、 前記第1絶縁膜と前記第1拡散層との間に設けられ、前
    記第1拡散層より不純物濃度が高い第2拡散層と、 を備えた半導体装置。
  2. 【請求項2】前記半導体基板の主表面上であって、前記
    ゲート絶縁膜と前記他方のソース/ドレイン領域との間
    に形成された第2絶縁膜と、 前記第2絶縁膜の下に設けられ、前記他方のソース/ド
    レイン領域よりも不純物濃度が低い第3拡散層と、 前記第2絶縁膜と前記第3拡散層との間に設けられ、前
    記第3拡散層より不純物濃度が高い第4拡散層と、を備
    えた特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】前記第1拡散層は前記一方のソース/ドレ
    イン領域と連続している特許請求の範囲第1項記載の半
    導体装置。
  4. 【請求項4】前記一方のソース/ドレイン領域、前記第
    2拡散層、前記第1拡散層の順に、不純物濃度が低くな
    るように設定されている特許請求の範囲第1項記載の半
    導体装置。
  5. 【請求項5】前記ゲート絶縁膜と前記第1絶縁膜とは同
    じ材料からなる特許請求の範囲第1項記載の半導体装
    置。
  6. 【請求項6】前記ゲート絶縁膜および前記第1絶縁膜は
    シリコン酸化膜である特許請求の範囲第5項記載の半導
    体装置。
  7. 【請求項7】前記第1絶縁膜の厚みは前記ゲート絶縁膜
    の厚みより大きい特許請求の範囲第1項記載の半導体装
    置。
  8. 【請求項8】前記第1拡散層は前記第2拡散層を覆うよ
    うに形成されている特許請求の範囲第1項記載の半導体
    装置。
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