JP2612495B2 - High voltage semiconductor integrated circuit device - Google Patents

High voltage semiconductor integrated circuit device

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JP2612495B2 JP1155479A JP15547989A JP2612495B2 JP 2612495 B2 JP2612495 B2 JP 2612495B2 JP 1155479 A JP1155479 A JP 1155479A JP 15547989 A JP15547989 A JP 15547989A JP 2612495 B2 JP2612495 B2 JP 2612495B2
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  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は高耐圧MOSFETに関するものである。高耐圧MO
SFETは個別素子として、又は他の半導体素子とともにIC
化されて用いられている。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high breakdown voltage MOSFET. High pressure resistant MO
SFETs are ICs as discrete elements or with other semiconductor elements
It has been used.

(従来の技術) 基板表面にソース領域キャリアのソースとなる領域と
ドレイン領域キャリアのドレインとなる領域が対向して
設けられた高耐圧MOSFETでは、耐圧を上げるために、基
板表面でソース領域の周りを取り囲む形状にソース領域
と同じ導電型の不純物拡散領域(以下、単に拡散領域と
いう)のガードリング(フィールド・リミティング・リ
ング)と称されるものを形成している。
(Prior Art) In a high-breakdown-voltage MOSFET in which a region serving as a source of a source region carrier and a region serving as a drain of a drain region carrier are provided on the surface of a substrate so as to face each other, the area around the source region is increased in order to increase the breakdown voltage. Is formed in a shape surrounding the element, called a guard ring (field limiting ring) of an impurity diffusion region of the same conductivity type as the source region (hereinafter simply referred to as a diffusion region).

第3図及び第4図はそのような高耐圧MOSFETを表わし
たものであり、第3図は表面をソース電極の配線が通っ
ている領域を表わしたもの、第4図は配線の通っていな
い領域を表わしたものである。
3 and 4 show such a high breakdown voltage MOSFET, FIG. 3 shows a region where the wiring of the source electrode passes through the surface, and FIG. 4 shows no wiring. This is a representation of the area.

第3図及び第4図で、高耐圧MOSFETは誘電体膜2で分
離されたN-シリコン基板6に形成されている。高耐圧MO
SFETを同一チップに形成した半導体集積回路装置では、
従来の半導体集積回路装置に比べて低濃度基板を使用す
る。4はN+層である。8はソース領域、10はドレイン領
域であり、ソース領域8を取り囲むようにガードリング
のP+拡散領域12が設けられている。14はシリコン酸化
膜、16はソース領域8に接続されるメタル配線である。
18は誘電体膜分離された素子を支持している多結晶シリ
コン層である。
3 and 4, the high breakdown voltage MOSFET is formed on an N - silicon substrate 6 separated by the dielectric film 2. High pressure resistant MO
In semiconductor integrated circuit devices with SFETs formed on the same chip,
A lower concentration substrate is used as compared with a conventional semiconductor integrated circuit device. 4 is an N + layer. Reference numeral 8 denotes a source region, and 10 denotes a drain region. A P + diffusion region 12 of a guard ring is provided so as to surround the source region 8. 14 is a silicon oxide film and 16 is a metal wiring connected to the source region 8.
Reference numeral 18 denotes a polycrystalline silicon layer that supports elements separated by a dielectric film.

このような高耐圧MOSFETを集積化すると、ソース電極
やゲート電極のための電極配線がこのFETの表面を通過
することは避けられなくなる。
When such a high breakdown voltage MOSFET is integrated, it is inevitable that the electrode wiring for the source electrode and the gate electrode passes through the surface of the FET.

これらの状況下では、しばしば電極直下の領域におい
て表面空乏化又は反転チャネル・リークが起こりやすく
なる。特に、電極直下の表面空乏化が進むために、基板
と同じ導電型で基板電位をとる高濃度領域10に空乏層
(第3図の破線領域)がつながるリーチスルー(第3図
の状態)が起こる。リーチスルーしたドレイン領域10の
近傍では電界強度が高くなり、印加電圧+Vの上昇に伴
なって臨界値に達する。これに対し、配線の通らない領
域では、第4図に示されるように、表面空乏化は進んで
おらず、ソース領域8及びガードリング12において電界
強度が上昇する。
Under these circumstances, surface depletion or inversion channel leakage often occurs easily in the region immediately below the electrode. In particular, because the surface depletion immediately below the electrodes progresses, the reach-through (the state shown in FIG. 3) in which the depletion layer (the broken line area in FIG. 3) is connected to the high-concentration region 10 having the same conductivity type as the substrate and taking the substrate potential is obtained. Occur. In the vicinity of the reach-through drain region 10, the electric field intensity increases, and reaches a critical value as the applied voltage + V increases. On the other hand, in the region where the wiring does not pass, as shown in FIG. 4, the surface depletion has not progressed, and the electric field strength increases in the source region 8 and the guard ring 12.

耐圧低下の問題に対しては以下のようにいくつかの対
策が提案されている。
Several countermeasures have been proposed for the problem of reduction in withstand voltage as follows.

配線直下の基板表面に基板と同じ導電型の高濃度領域
のチャネルストッパーを導入したもの。しかし、その構
造はなお耐圧低下の問題を抱えている。
A channel stopper with a high-concentration region of the same conductivity type as the substrate is introduced on the substrate surface immediately below the wiring. However, the structure still has a problem of reduction in breakdown voltage.

基板電位をとり、基板と同じ導電型の高濃度領域10に
接してソース領域側に中程度の濃度領域を設けたFRR(F
ield Reduction Region)構造。
The substrate potential is taken, and an FRR (FRR) in which a medium concentration region is provided on the source region side in contact with the high concentration region 10 of the same conductivity type as the substrate.
ield Reduction Region) structure.

ゲート電極を高不純物濃度側の電位と等しくしたフィ
ールドプレートを設けたもの。
A field plate in which the gate electrode is made equal to the potential on the high impurity concentration side.

コレクタ又はドレインと等電位に設定されるEQR(Equ
ipotential Ring:等電位リング)を設けたもの。
EQR (Equ
ipotential Ring).

フィールドプレートとEQRの間を抵抗体で接続して、
徐々に電界を弱めるようにしたもの(特開昭47−2773号
公報参照)。しかし、その構造はリーク電流が大きい欠
点と、静電容量が増す欠点をもっている。
Connect the resistor between the field plate and the EQR,
A device in which the electric field is gradually weakened (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 47-2773). However, the structure has a drawback of a large leak current and a drawback of an increase in capacitance.

ガードリング上の絶縁膜に開口部を設け、その開口部
を通じてカードリングに接続する電極をガードリング領
域の外側に延びないように形成し、電極の間の絶縁膜を
2層以上とし、その絶縁膜のうちの上層の絶縁膜の導電
率を下層の絶縁膜の導電率より大きくしたもの(特開昭
59−76466号公報参照)。
An opening is formed in the insulating film on the guard ring, and an electrode connected to the card ring is formed so as not to extend outside the guard ring region through the opening, and the insulating film between the electrodes is made two or more layers. Films in which the conductivity of the upper insulating film is higher than that of the lower insulating film
59-76466).

基板の接合表面を直接に被うように炭素等を含んだ多
結晶シリコン膜を100〜4500Åの厚さに被着したもの
(特開昭62−76673号公報参照)。その多結晶シリコン
膜が基板からのホットキャリア注入を開放するとされて
いる。
One in which a polycrystalline silicon film containing carbon or the like is deposited to a thickness of 100 to 4500 ° so as to directly cover the bonding surface of the substrate (see JP-A-62-76673). It is said that the polycrystalline silicon film releases hot carrier injection from the substrate.

(発明が解決しようとする課題) 本発明も耐圧低下を抑える手段を備えた半導体装置を
提供するものであって、ガードリング電位を利用して配
線直下のリーチスルーによる耐圧低下を抑えることを目
的とするものである。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention also provides a semiconductor device having means for suppressing a decrease in withstand voltage, and aims to suppress a decrease in withstand voltage due to a reach-through immediately below a wiring using a guard ring potential. It is assumed that.

(課題を解決するための手段) 本発明ではソース電極配線及びゲート電極配線の下側
に、基板及び電極配線とは絶縁膜で絶縁され、ガードリ
ングと短絡された導電層を形成する。
(Means for Solving the Problems) In the present invention, a conductive layer insulated from the substrate and the electrode wiring by an insulating film and short-circuited to the guard ring is formed below the source electrode wiring and the gate electrode wiring.

(実施例) 第1図は一実施例をソース電極配線の領域で切断した
状態を表わす断面図、第2図は同実施例のソース電極配
線領域の平面図である。
(Example) FIG. 1 is a sectional view showing a state in which one embodiment is cut at a region of a source electrode wiring, and FIG. 2 is a plan view of a source electrode wiring region of the same embodiment.

MOSFETは、シリコン酸化膜などの誘電膜22で分離され
たシリコン基板領域に形成されている。26は不純物濃度
が低いN型シリコン基板であり、24は基板26の底部に設
けられた高濃度N型拡散層であり、表面に設けられたド
レイン領域である高濃度N型拡散領域30とつながってい
る。28は高濃度P型拡散領域にてなるソース領域であ
り、基板表面に設けられている。
The MOSFET is formed in a silicon substrate region separated by a dielectric film 22 such as a silicon oxide film. Reference numeral 26 denotes an N-type silicon substrate having a low impurity concentration, and reference numeral 24 denotes a high-concentration N-type diffusion layer provided at the bottom of the substrate 26, which is connected to a high-concentration N-type diffusion region 30 which is a drain region provided on the surface. ing. Reference numeral 28 denotes a source region composed of a high-concentration P-type diffusion region, which is provided on the substrate surface.

基板表面ではまた、ソース領域28を取り囲んだ形状の
高濃度P型拡散領域32がガードリングとして形成されて
いる。ガードリング32は耐圧を上げるために導入されて
いる。
On the substrate surface, a high-concentration P-type diffusion region 32 having a shape surrounding the source region 28 is formed as a guard ring. The guard ring 32 is introduced to increase the pressure resistance.

基板26の表面はフィールド酸化膜であるシリコン酸化
膜34により被われている。シリコン酸化膜34上にはソー
ス電極配線とゲート電極配線が通過する領域に不純物ド
ープされた多結晶シリコン膜の導電層40が形成されてい
る。図ではソース電極配線36の部分の導電層40だけが示
されている。多結晶シリコン膜40とその上に形成される
配線36との絶縁膜としてシリコン酸化膜などの層間絶縁
膜42が形成されている。層間絶縁膜42上にはアルミニウ
ムなどによるソース電極配線36やゲート電極配線(図示
略)が形成されている。配線36は絶縁膜42,34に設けら
れたコンタクトホールを経てソース領域28と接続されて
いる。50は配線36とソース領域28とのコンタクトであ
る。
The surface of the substrate 26 is covered with a silicon oxide film 34 which is a field oxide film. On the silicon oxide film 34, a conductive layer 40 of an impurity-doped polycrystalline silicon film is formed in a region where the source electrode wiring and the gate electrode wiring pass. In the figure, only the conductive layer 40 in the portion of the source electrode wiring 36 is shown. As an insulating film between the polycrystalline silicon film 40 and the wiring 36 formed thereon, an interlayer insulating film 42 such as a silicon oxide film is formed. On the interlayer insulating film 42, a source electrode wiring 36 and a gate electrode wiring (not shown) made of aluminum or the like are formed. The wiring 36 is connected to the source region 28 via contact holes provided in the insulating films 42 and 34. 50 is a contact between the wiring 36 and the source region 28.

導電層40は第2図に示されるようにガードリング32と
短絡されている。メタル配線44が形成され、ガードリン
グ32とメタル配線44がコンタクト46で接続され、メタル
配線44はコンタクト48を経て導電層40と接続されてい
る。
The conductive layer 40 is short-circuited with the guard ring 32 as shown in FIG. A metal wiring 44 is formed, the guard ring 32 and the metal wiring 44 are connected by a contact 46, and the metal wiring 44 is connected to the conductive layer 40 via the contact 48.

次に、本実施例の動作について説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.

この高耐圧MOSFETを動作させるとき、ドレイン領域30
には正の電源電圧+Vが印加され、ソース領域28は接地
される。ドレイン領域30への電圧印加とともにガードリ
ング32の電位が正方向に上昇し、導電層40の電位も正電
位となる。配線36が通過している領域では、一部の基板
26上にフィールド酸化膜34を介して正電位の導電層40が
存在することになり、配線36直下の基板表面の空乏化が
抑えられ、耐圧低下が抑えられる。
When operating this high voltage MOSFET, the drain region 30
Is applied with a positive power supply voltage + V, and the source region 28 is grounded. As the voltage is applied to the drain region 30, the potential of the guard ring 32 increases in the positive direction, and the potential of the conductive layer 40 also becomes positive. In the area where the wiring 36 passes, some substrate
Since the conductive layer 40 having a positive potential exists on the layer 26 via the field oxide film 34, depletion of the substrate surface immediately below the wiring 36 is suppressed, and a decrease in breakdown voltage is suppressed.

ゲート電極配線直下でも同様にガードリング電位と同
電位の導電層が存在するため、ゲート電極電位がOVのと
きにリーチスルーが起こることを抑制する。
Similarly, a conductive layer having the same potential as the guard ring potential exists immediately below the gate electrode wiring, so that the occurrence of reach-through when the gate electrode potential is OV is suppressed.

(発明の効果) 本発明ではソース電極配線及びゲート電極配線の下側
に、基板及び電極配線とは絶縁膜で絶縁され、ガードリ
ングと短絡された導電層を形成したので、ガードリング
電位によって配線直下にリーチスルーが起こることを防
止することができ、高耐圧MOSFETの耐圧低下を防ぐこと
ができる。例えば抵抗値40Ω・cmのN-基板を用いた高耐
圧MOSFETにおいて、電極配線の下側に導電層をもたない
従来のものに比べて、本発明は発明では耐圧を60〜70V
高くすることができる。
(Effects of the Invention) In the present invention, a conductive layer insulated from the substrate and the electrode wiring by an insulating film and short-circuited to the guard ring is formed below the source electrode wiring and the gate electrode wiring, so that the wiring is formed by the guard ring potential. It is possible to prevent a reach-through from occurring immediately below, and to prevent a decrease in the breakdown voltage of the high breakdown voltage MOSFET. For example, in a high-breakdown-voltage MOSFET using an N - substrate having a resistance value of 40 Ωcm, the present invention has a breakdown voltage of 60 to 70 V in comparison with a conventional MOSFET having no conductive layer below the electrode wiring.
Can be higher.

【図面の簡単な説明】 第1図は一実施例をソース電極配線の領域で切断した状
態を表わす断面図、第2図は同実施例のソース電極配線
領域の平面図である。第3図は従来の高耐圧MOSFETをソ
ース電極配線領域で切断して示す断面図、第4図は従来
の同高耐圧MOSFETをソース電極配線の通っていない領域
で切断して示す断面図である。 26……基板、28……ソース領域、30……ドレイン領域、
32……ガードリング、34……フィールド酸化膜、36……
配線、40……導電層、44……メタル配線、46,48……コ
ンタクト。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view showing a state in which one embodiment is cut in a region of a source electrode wiring, and FIG. 2 is a plan view of a source electrode wiring region in the same embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of the conventional high-breakdown-voltage MOSFET cut along a source electrode wiring region, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the conventional high-breakdown-voltage MOSFET cut along a region where no source electrode wiring passes. . 26 ... substrate, 28 ... source region, 30 ... drain region,
32 ... guard ring, 34 ... field oxide film, 36 ...
Wiring, 40: conductive layer, 44: metal wiring, 46, 48: contact.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板表面にキャリアのソースとなる領域と
ドレインとなる領域が対向して設けられ、両領域の間に
はソースとなる領域と同じ導電型の不純物拡散領域が形
成され、ソース電極電配線びゲート電極配線の下側には
基板及び前記電極配線とは絶縁膜で絶縁され、前記不純
物拡散領域と短絡された導電層が形成されている高耐圧
半導体集積回路装置。
A region serving as a source and a region serving as a drain of the carrier are provided on the surface of the substrate so as to face each other; an impurity diffusion region having the same conductivity type as the region serving as the source is formed between the two regions; A high-voltage semiconductor integrated circuit device, wherein a conductive layer insulated from the substrate and the electrode wiring by an insulating film and short-circuited with the impurity diffusion region is formed below the electric wiring and the gate electrode wiring.
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JPS61254U (en) * 1985-04-30 1986-01-06 富士通株式会社 semiconductor equipment
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