JP3063128B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3063128B2
JP3063128B2 JP2232941A JP23294190A JP3063128B2 JP 3063128 B2 JP3063128 B2 JP 3063128B2 JP 2232941 A JP2232941 A JP 2232941A JP 23294190 A JP23294190 A JP 23294190A JP 3063128 B2 JP3063128 B2 JP 3063128B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電源を逆方向に接続した場合における半
導体装置の保護技術に関する。
The present invention relates to a technique for protecting a semiconductor device when a power supply is connected in a reverse direction.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の半導体装置としては、例えば第6図に示したよ
うなものがある。第6図は、一般に縦型MOSFETとして知
られている半導体装置の1つのセルの断面構造を示した
図である。
As a conventional semiconductor device, for example, there is one as shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional structure of one cell of a semiconductor device generally known as a vertical MOSFET.

まず、その構成を第6図に基づいて説明する。 First, the configuration will be described with reference to FIG.

第6図において、1はN形半導体基板であって、該N
形半導体基板1がドレイン領域である。図示していない
が、半導体基板1の下面全体にドレイン電極が接続され
ている。
In FIG. 6, reference numeral 1 denotes an N-type semiconductor substrate;
The semiconductor substrate 1 is a drain region. Although not shown, a drain electrode is connected to the entire lower surface of the semiconductor substrate 1.

N形半導体基板1中に例えばボロンなどの不純物をイ
オン注入して熱拡散させてP形ウェル2を形成する。さ
らに、P形ウェル2内に例えばリン・砒素などの不純物
をイオン注入して熱拡散してN+形高濃度領域3を形成す
る。このN+形高濃度領域3が、ソース領域である。
Impurities such as boron are ion-implanted into the N-type semiconductor substrate 1 and thermally diffused to form a P-type well 2. Further, impurities such as phosphorus and arsenic are ion-implanted into the P-type well 2 and thermally diffused to form an N + -type high-concentration region 3. This N + type high concentration region 3 is a source region.

N形半導体基板1表面に、N形半導体基板1表面を酸
化して形成したゲート酸化膜4を介してゲート電極5が
形成されている。このゲート電極5上に形成された酸化
膜61および層間絶縁膜62を介してソース電極63が形成さ
れている。
A gate electrode 5 is formed on the surface of the N-type semiconductor substrate 1 via a gate oxide film 4 formed by oxidizing the surface of the N-type semiconductor substrate 1. Source electrode 63 is formed via oxide film 61 and interlayer insulating film 62 formed on gate electrode 5.

従来の半導体装置は、第6図に示したセルを多数個並
列に接続し、大電流を流すことのできるスイッチとして
使用させる。
In a conventional semiconductor device, a large number of cells shown in FIG. 6 are connected in parallel and used as a switch capable of flowing a large current.

次に、この従来の半導体装置の動作を第6図に基づい
て説明する。
Next, the operation of the conventional semiconductor device will be described with reference to FIG.

ドレイン領域であるN形半導体基板1を高電位とし、
ソース領域であるN+形高濃度領域3を低電位とする。そ
して、ゲート電極5に印加する電圧により、P形ウェル
2表面のチャネル電位を変化させることによって、ドレ
イン領域とソース領域の間の導通・非導通状態を制御す
る。
The N-type semiconductor substrate 1 serving as a drain region is set to a high potential,
The N + -type high-concentration region 3 as the source region is set to a low potential. Then, the conduction / non-conduction state between the drain region and the source region is controlled by changing the channel potential on the surface of the P-type well 2 by the voltage applied to the gate electrode 5.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上記のごとき従来の半導体装置にあっ
ては、電源を逆に接続した場合にN形半導体基板1とP
形ウェル2の間に寄生的に形成されるPN接合ダイオード
の順方向に電流が流れる。そして、この電流が流れ続け
ると、ジュール熱が発生して半導体装置が破壊されてし
まうという問題点があった。
However, in the conventional semiconductor device as described above, the N-type semiconductor substrate 1 and the P-type
A current flows in the forward direction of a PN junction diode parasitically formed between the wells 2. If this current continues to flow, there is a problem that Joule heat is generated and the semiconductor device is destroyed.

この問題点を解決する1つの方法として、半導体装置
のソース(あるいはドレイン)側に直列に例えばダイオ
ードのような一方向性素子を接続する方法が知られてい
る。(例えば特開平1−261856号参照) この方法は、電源を逆に接続した場合に流れる電流を
上記ダイオードにより遮断することができ、半導体装置
の破壊を防止することができる。しかし、電源を正常に
接続して動作させる場合、上記ダイオードが接続されて
いるために、約0.6volt程度電圧降下を起こしてしま
う。このため、等価的に半導体装置の内部抵抗が大きく
なってしまうという問題点があった。
As one method of solving this problem, there is known a method of connecting a unidirectional element such as a diode in series with the source (or drain) side of the semiconductor device. According to this method, the current flowing when the power supply is connected in reverse can be cut off by the diode, and the destruction of the semiconductor device can be prevented. However, when the power supply is normally connected and operated, a voltage drop of about 0.6 volt occurs due to the connection of the diode. Therefore, there is a problem that the internal resistance of the semiconductor device is equivalently increased.

この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、
電源を逆に接続しても破壊されず、内部抵抗の小さな半
導体装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems,
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device which is not broken even when a power supply is connected in reverse and has a small internal resistance.

〔問題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

この発明は、上記のごとき目的を達成するためになさ
れたもので、1個以上のセルより構成されるMOS型トラ
ンジスタを有する半導体装置において、MOS型トランジ
スタの各セルのゲート電極上に、当該MOS型トランジス
タのソース領域側に直列に接続したノーマリオフ型のス
イッチ素子を形成し、MOS型トランジスタを導通状態と
したときにはスイッチ素子も導通状態とする構成の半導
体装置とした。
The present invention has been made in order to achieve the object as described above, and in a semiconductor device having a MOS transistor composed of one or more cells, the MOS transistor is provided on a gate electrode of each cell. A normally-off type switching element connected in series to the source region side of the type transistor was formed, and when the MOS type transistor was turned on, the semiconductor device was configured to turn on the switching element.

上記のスイッチ素子は、MOS型トランジスタのゲート
電極上に形成された第1導電型の薄膜半導体層と、該薄
膜半導体層中に所定の間隔を開けて形成された第2導電
型の半導体領域よりなるソース領域およびドレイン領域
とを有し、MOS型トランジスタのゲート電極がソース領
域およびドレイン領域に挟まれた上記薄膜半導体層中に
チャネルを形成するよう構成することができる。
The switch element includes a first conductive type thin film semiconductor layer formed on a gate electrode of a MOS transistor and a second conductive type semiconductor region formed at a predetermined interval in the thin film semiconductor layer. And a gate electrode of the MOS transistor may form a channel in the thin film semiconductor layer sandwiched between the source region and the drain region.

あるいはまた、スイッチ素子は、MOS型トランジスタ
のゲート電極上に形成された無バイアス状態においてノ
ーマリオフとなる膜厚の薄膜半導体層と、該薄膜半導体
層中に所定の間隔を開けて形成された高濃度の半導体領
域よりなるソース領域およびドレイン領域とを有し、MO
S型トランジスタのゲート電極がソース領域およびドレ
イン領域に挟まれた上記薄膜半導体層中にチャネルを形
成するよう構成してもよい。
Alternatively, the switch element includes a thin film semiconductor layer formed on the gate electrode of the MOS transistor and having a thickness that is normally off in an unbiased state, and a high-density semiconductor layer formed at a predetermined interval in the thin film semiconductor layer. Having a source region and a drain region comprising a semiconductor region of
The gate electrode of the S-type transistor may be configured to form a channel in the thin film semiconductor layer sandwiched between the source region and the drain region.

〔作用〕[Action]

半導体装置のソース領域側にノーマリオフ型のスイッ
チ素子を直列に接続したことにより、半導体装置の内部
抵抗を大きくすることなく、電源を逆に接続してもスイ
ッチ素子が流れる電流を制限することによって、半導体
装置の破壊を防止する。
By connecting a normally-off type switch element in series to the source region side of the semiconductor device, without increasing the internal resistance of the semiconductor device, by limiting the current flowing through the switch element even if the power supply is connected in reverse, Prevents destruction of semiconductor devices.

また、スイッチ素子は各セルのゲート電極上に重ねて
形成されるので、半導体基板の面積を増大させることも
ない。
Further, since the switch element is formed so as to overlap the gate electrode of each cell, the area of the semiconductor substrate does not increase.

さらに、スイッチ素子が薄膜半導体層、ソース領域お
よびドレイン領域を有し、MOS型トランジスタのゲート
電極が上記薄膜半導体層中にチャネルを形成するものと
することにより、スイッチ素子専用のゲート電極を形成
することなくスイッチ素子がMOS型トランジスタと連動
して導通する。
Further, the switch element has a thin film semiconductor layer, a source region and a drain region, and the gate electrode of the MOS transistor forms a channel in the thin film semiconductor layer, thereby forming a gate electrode dedicated to the switch element. Without this, the switch element is turned on in conjunction with the MOS transistor.

〔実施例〕〔Example〕

以下、具体的な実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, description will be made based on specific examples.

第1図は、この発明の第1の実施例を示す図であり、
第1図(A)がこの実施例の1つのセルの平面図を示す
図、第1図(B)が第1図(A)に示したa−a′にお
ける断面図である。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention,
FIG. 1A is a plan view of one cell of this embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along aa 'shown in FIG. 1A.

まず、その構成を第1図(A)、(B)に基づいて説
明する。
First, the configuration will be described with reference to FIGS. 1 (A) and 1 (B).

第1図(A)、(B)において、1はN形半導体基板
である。N形半導体基板1内にはP形ウェル2が形成さ
れ、P形ウェル2内にはN+形高濃度領域3が形成されて
いる。これらの上部にゲート酸化膜4を介してゲート電
極5が形成されている。
In FIGS. 1A and 1B, reference numeral 1 denotes an N-type semiconductor substrate. A P-type well 2 is formed in an N-type semiconductor substrate 1, and an N + -type high concentration region 3 is formed in the P-type well 2. On these, a gate electrode 5 is formed via a gate oxide film 4.

さらに、ゲート電極5の上部に第1酸化膜6を介して
SOI(シリコン・オン・インシュレータ)薄膜7及び高
濃度SOI領域8、9が形成されている。そして、その上
部に第2酸化膜10および1層目の層間絶縁膜11が形成さ
れている。
Further, a first oxide film 6 is interposed over the gate electrode 5.
An SOI (silicon-on-insulator) thin film 7 and high-concentration SOI regions 8 and 9 are formed. Then, a second oxide film 10 and a first-layer interlayer insulating film 11 are formed thereon.

また、N形半導体基板1表面のP形ウェル2およびN+
形高濃度領域3が、1層目のソース電極12により高濃度
SOI領域8に接続されている。そして、2層目のソース1
4は、2層目の層間絶縁膜13によって1層目のソース電
極12と絶縁されており、高濃度SOI領域9にコンタクト
がとられている。
Further, a P-type well 2 on the surface of an N-type semiconductor substrate 1 and N +
High-concentration region 3 has a high concentration by the source electrode 12 of the first layer.
Connected to SOI region 8. And the source 1 of the second layer
4 is insulated from the first source electrode 12 by the second interlayer insulating film 13 and is in contact with the high concentration SOI region 9.

以上に示したごとく、縦型MOSFETは、ドレイン領域で
あるN形半導体基板1と、ベース領域であるP形ウェル
2と、ソース領域であるN+形高濃度領域3と、ゲート電
極5とから構成される。そして、スイッチ素子であるMO
SFETは、SOI薄膜7と、高濃度SOI領域8、9と、ゲート
電極5とから構成される。縦型MOSFETのソース領域側
に、スイッチ素子であるMOSFETが直列に接続されてい
る。
As described above, the vertical MOSFET is composed of the N-type semiconductor substrate 1 as the drain region, the P-type well 2 as the base region, the N + -type high-concentration region 3 as the source region, and the gate electrode 5. Be composed. Then, the switching element MO
The SFET includes an SOI thin film 7, high-concentration SOI regions 8 and 9, and a gate electrode 5. A MOSFET serving as a switch element is connected in series to the source region side of the vertical MOSFET.

第2図は、第1の実施例の等価回路を示した図であっ
て、第1図に示したセルを多数個並列に接続して、大電
流を流すスイッチとして使用する例である。すなわち、
縦型MOSFET31、33、35とスイッチ手段であるMOSFET32、
34、36を直列接続したものを多数個並列に接続した構成
である。
FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the first embodiment, in which a large number of cells shown in FIG. 1 are connected in parallel and used as a switch through which a large current flows. That is,
Vertical MOSFETs 31, 33 and 35 and MOSFET 32 as a switch means,
This is a configuration in which a large number of devices 34 and 36 connected in series are connected in parallel.

次に、この実施例の製造方法を第3図(a)〜(f)
に基づいて説明する。なお、第3図(a)〜(f)は、
この実施例の製造工程順を示した図である。
Next, the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIGS.
It will be described based on. 3 (a) to 3 (f)
FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process order of this embodiment.

(3−a)N形半導体基板1の表面を酸化してゲート酸
化膜4を形成する。そして、ゲート酸化膜4上に、例え
ばリンまたは砒素などの不純物をドープした多結晶シリ
コンをデポジションしてゲート電極5を形成する。
(3-a) The surface of the N-type semiconductor substrate 1 is oxidized to form a gate oxide film 4. Then, a gate electrode 5 is formed on the gate oxide film 4 by depositing polycrystalline silicon doped with impurities such as phosphorus or arsenic.

(3−b)半導体基板1内にP形ウェル2を形成する部
分の上部にあるゲート電極5の一部をフォトエッチング
により除去し、ゲート電極5の表面を酸化して第1酸化
膜6を形成する。
(3-b) A part of the gate electrode 5 above the part where the P-type well 2 is formed in the semiconductor substrate 1 is removed by photoetching, and the surface of the gate electrode 5 is oxidized to form the first oxide film 6. Form.

(3−c)ゲート電極5をマスクとしてゲート電極5の
開口部から例えばボロンなどの不純物をイオン注入を行
い、さらに熱拡散を行ってP形ウェル2を形成する。
(3-c) Using the gate electrode 5 as a mask, an impurity such as boron is ion-implanted from the opening of the gate electrode 5, and thermal diffusion is performed to form the P-type well 2.

(3−d)ボロンなどの不純物をドープしたP形多結晶
シリコン薄膜を全面にデポジションし、フォトエッチン
グによりゲート電極5上部にSOI薄膜100を形成する。次
に、SOI薄膜100中にSOI薄膜7として残す部分をマスク
して、例えばリン・砒素などの不純物をSOI薄膜100中に
イオン注入し、熱拡散してSOI薄膜7および高濃度SOI領
域8、9を形成する。同時に、P形ウェル2の一部をマ
スクして、例えばリン・砒素などの不純物をP形ウェル
2にイオン注入し、熱拡散してN+形高濃度領域3を形成
する。
(3-d) A P-type polycrystalline silicon thin film doped with impurities such as boron is deposited on the entire surface, and an SOI thin film 100 is formed on the gate electrode 5 by photoetching. Next, a portion to be left as the SOI thin film 7 in the SOI thin film 100 is masked, and impurities such as phosphorus and arsenic are ion-implanted into the SOI thin film 100 and thermally diffused to diffuse the SOI thin film 7 and the high-concentration SOI region 8, 9 is formed. At the same time, an impurity such as phosphorus and arsenic is ion-implanted into the P-type well 2 by masking a part of the P-type well 2 and thermally diffused to form an N + type high concentration region 3.

(3−e)SOI薄膜7および高濃度SOI領域8、9の表面
を例えば熱酸化など行って、第2酸化膜10を形成する。
次に、全面に例えばリンシリケートガラス(PSG)など
の絶縁膜をデポジションして1層目の層間絶縁膜11を形
成する。さらに、フォトエッチングによって、高濃度SO
I領域8、P形ウェル2、N+形高濃度領域3のコンタク
ト領域にコンタクト孔を形成する。
(3-e) The surface of the SOI thin film 7 and the high-concentration SOI regions 8 and 9 are subjected to, for example, thermal oxidation to form a second oxide film 10.
Next, an insulating film such as phosphor silicate glass (PSG) is deposited on the entire surface to form a first interlayer insulating film 11. Furthermore, high concentration SO
Contact holes are formed in the contact regions of the I region 8, the P-type well 2, and the N + -type high-concentration region 3.

(3−f)アルミ薄膜などを全面にデポンジションし、
フォトエッチングにより1層目のソース電極12を形成す
る。さらに、PSGなどの絶縁膜を全面にデポジションし
て2層目の層間絶縁膜13を形成し、フォトエッチングに
より高濃度SOI領域9のコンタクト領域にコンタクト孔
を形成する。
(3-f) Deponding the whole surface with aluminum thin film etc.
A first layer source electrode 12 is formed by photoetching. Further, an insulating film such as PSG is deposited on the entire surface to form a second interlayer insulating film 13, and a contact hole is formed in the contact region of the high-concentration SOI region 9 by photoetching.

(3−g)アルミ薄膜などを全面にデポジションし、フ
ォトエッチングを行うことによりソース電極14を形成す
る。
(3-g) A source electrode 14 is formed by depositing an aluminum thin film on the entire surface and performing photoetching.

以上に示した(3−a)〜(3−g)の工程によっ
て、この実施例のごとき半導体装置を製造することがで
きる。
Through the steps (3-a) to (3-g) shown above, the semiconductor device as in this embodiment can be manufactured.

次に、この実施例の動作を第1図(A)、(B)に基
づいて説明する。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 (A) and 1 (B).

N形半導体基板1を高電位とし、ソース電極14を低電
位とした場合が、正常に電源を接続した場合である。ま
た、N形半導体基板1を低電位とし、ソース電極14を高
電位とした場合が、電源を逆に接続した場合である。こ
れらの各場合について以下説明する。
The case where the N-type semiconductor substrate 1 is set to the high potential and the source electrode 14 is set to the low potential is the case where the power supply is normally connected. The case where the N-type semiconductor substrate 1 is set at a low potential and the source electrode 14 is set at a high potential is a case where the power supply is connected in reverse. Each of these cases will be described below.

(1−1)正常接続の場合、ゲート電極5を低電位とし
たとき 縦型MOSFETは、N形半導体基板1、P形ウェル2、N+
形高濃度領域3のPN接合分離によって非導通状態となる
と共に、スイッチ素子であるMOSFETも、SOI薄膜7と高
濃度SOI領域8、9のPN接合分離によって非導通状態と
なる。
(1-1) In the case of normal connection, when the gate electrode 5 is set at a low potential. The vertical MOSFET is composed of an N-type semiconductor substrate 1, a P-type well 2, and N +
The PN junction separation of the high-concentration region 3 makes it non-conductive, and the MOSFET as a switch element also becomes non-conductive by the PN junction separation of the SOI thin film 7 and the high-concentration SOI regions 8 and 9.

(1−2)正常接続の場合、ゲート電極5を高電位とし
たとき 縦形MOSFETは、ゲート電極5下のP形ウェル2がゲー
ト電位によって極性反転してチャネルが形成され、導通
状態となると共に、スイッチ素子であるMOSFETも、ゲー
ト電極5上に形成されたSOI薄膜7がゲート電位によっ
て極性反転してチャネルが形成され、導通状態となる。
(1-2) In the case of normal connection, when the gate electrode 5 is set to a high potential, the vertical MOSFET is turned on and the channel is formed by inverting the polarity of the P-type well 2 under the gate electrode 5 by the gate potential, so that the vertical MOSFET becomes conductive. The MOSFET, which is a switching element, also has a channel formed by inverting the polarity of the SOI thin film 7 formed on the gate electrode 5 by the gate potential, and is turned on.

(2−1)逆接続の場合、ゲート電極5を低電位とした
とき スイッチ素子であるMOSFETは、(1−1)の場合と同
様に非導通状態となり、電極を逆に接続したことによる
電流は、流れないために素子の破壊に至ることはない。
(2-1) In the case of reverse connection, when the gate electrode 5 is set to a low potential, the MOSFET which is a switch element becomes non-conductive as in the case of (1-1), and the current due to the reverse connection of the electrodes is reduced. Does not flow and does not lead to destruction of the element.

(2−2)逆接続の場合、ゲート電極5を高電位とした
とき スイッチ素子であるMOSFETは、(1−2)の場合と同
様に導通状態となり、電源を逆に接続したことによりソ
ース側からドレイン側へ電流が流れる。しかし、N形半
導体基板1とP形ウェル2の間に寄生的に形成されるPN
接合ダイオードの順方向電流が正の温度係数を持つのに
対して、スイッチ素子であるMOSFETは、負の温度係数を
持つ。したがって、素子の破壊に至ることはない。
(2-2) In the case of the reverse connection, when the gate electrode 5 is set to the high potential, the MOSFET which is the switch element becomes conductive as in the case of (1-2). Current flows from the drain to the drain side. However, a PN parasitically formed between the N-type semiconductor substrate 1 and the P-type well 2 is formed.
While the forward current of the junction diode has a positive temperature coefficient, the MOSFET as a switch element has a negative temperature coefficient. Therefore, no destruction of the element occurs.

(2−3)逆接続の場合、ゲート電極5をフローティン
グしたとき スイッチ素子であるMOSFETは、ゲート電極5上に形成
されたSOI薄膜7の極性が反転して導通状態となり、ソ
ース側からドレイン側へ電流が流れることもある。しか
し、SOI薄膜7の極性が完全に反転せず、流れる電流は
微小であり、素子の破壊に至ることはない。
(2-3) In the case of the reverse connection, when the gate electrode 5 is floated, the MOSFET as the switch element becomes conductive by inverting the polarity of the SOI thin film 7 formed on the gate electrode 5, and becomes a conductive state from the source side to the drain side. In some cases, current may flow. However, the polarity of the SOI thin film 7 is not completely inverted, the flowing current is very small, and the device is not destroyed.

すなわち、この実施例の構成によれば、電極を逆に接
続しても、スイッチ素子であるMOSFETの働きによって、
素子の破壊に至るような事態に陥るようなことはない。
さらに、保護素子としてスイッチ素子(MOSFET)を用い
たために、ダイオードを用いて逆接保護していた従来の
半導体装置のように出力が、約0.6volt程度電圧降下し
てしまうことを避けることができる。
That is, according to the configuration of this embodiment, even if the electrodes are connected in reverse, the function of the MOSFET as the switching element
There is no possibility that the device will be destroyed.
Further, since the switching element (MOSFET) is used as the protection element, it is possible to avoid a voltage drop of about 0.6 volt from the output as in a conventional semiconductor device in which reverse connection protection is performed using a diode.

次に、第2の実施例を第4図に示す。 Next, a second embodiment is shown in FIG.

第2の実施例は、第1図に示した高濃度SOI領域8と
1層目のソース電極12とを接続するコンタクト孔と、N+
形高濃度領域3と1層目のソース電極12とを接続するコ
ンタクト孔との間の第2酸化膜10および1層目の層間絶
縁膜11を除去し、N+形高濃度領域3と高濃度SOI領域8
とを同一のコンタクト孔にて1層目のソース電極12と接
続した例である。
The second embodiment, a contact hole for connecting the high concentration SOI region 8 and the first layer source electrode 12 shown in FIG. 1, N +
The second oxide film 10 and the first interlayer insulating film 11 between the high-concentration region 3 and the contact hole connecting the first-layer source electrode 12 are removed, and the N + high-concentration region 3 Concentration SOI region 8
Are connected to the first-layer source electrode 12 through the same contact hole.

以下に、第2の実施例の製造方法を第5図(a)〜
(f)に基づいて説明する。第5図(a)〜(f)は、
第2の実施例の製造工程順を示した図である。ただし、
第5図(a)〜(c)に示した工程は、前述した(3−
a)〜(3−c)の工程と同様であるため説明を省略す
る。
Hereinafter, the manufacturing method of the second embodiment will be described with reference to FIGS.
Description will be made based on (f). FIGS. 5 (a) to 5 (f)
FIG. 9 is a diagram illustrating a manufacturing process order of the second embodiment. However,
The steps shown in FIGS. 5 (a) to 5 (c) are the same as those described in (3-
Since the steps are the same as steps a) to (3-c), the description is omitted.

(5−d)ボロンなどの不純物をドープしたP形多結晶
シリコン薄膜を全面にデポジションし、フォトエッチン
グによりゲート電極5上部にSOI薄膜100を形成する。こ
のとき、SOI薄膜100は、第5図(d)に示したようにゲ
ート電極5の開口部を通じてP形ウェル2上の第1酸化
膜6に接するように形成する。次に、SOI薄膜100中にSO
I薄膜7として残す部分をマスクして、例えばリン・砒
素などの不純物をSOI薄膜100中にイオン注入し、熱拡散
してSOI薄膜および高濃度SOI領域8、9を形成する。同
時に、P形ウェル2の一部をマスクして、例えばリン・
砒素などの不純物をP形ウェル2にイオン注入し、熱拡
散してN+形高濃度領域を3を形成する。
(5-d) A P-type polycrystalline silicon thin film doped with an impurity such as boron is deposited on the entire surface, and an SOI thin film 100 is formed on the gate electrode 5 by photoetching. At this time, the SOI thin film 100 is formed so as to be in contact with the first oxide film 6 on the P-type well 2 through the opening of the gate electrode 5 as shown in FIG. Next, in the SOI thin film 100, SO
By masking a portion to be left as the I thin film 7, impurities such as phosphorus and arsenic are ion-implanted into the SOI thin film 100 and thermally diffused to form the SOI thin film and the high-concentration SOI regions 8 and 9. At the same time, a part of the P-type well 2 is masked,
Impurities such as arsenic are ion-implanted into the P-type well 2 and thermally diffused to form N + -type high-concentration regions 3.

(5−e)SOI薄膜7および高濃度SOI領域8、9の表面
を例えば熱酸化などを行って、第2酸化膜10を形成す
る。次に、全面に例えばリンシリケートガラス(PSG)
などの絶縁膜をデポジションして1層目の層間絶縁膜11
を形成する。さらに、フォトエッチングによって、高濃
度SOI領域8、P形ウェル2、N+形高濃度領域3のコン
タクト領域に第5図(e)に示したようにコンタクト孔
を形成する。
(5-e) The surfaces of the SOI thin film 7 and the high-concentration SOI regions 8 and 9 are subjected to, for example, thermal oxidation to form a second oxide film 10. Next, for example, phosphor silicate glass (PSG)
The first interlayer insulating film 11 is formed by depositing an insulating film such as
To form Further, contact holes are formed in the contact regions of the high-concentration SOI region 8, the P-type well 2, and the N + -type high-concentration region 3 by photoetching, as shown in FIG.

また、第5図(f)〜(g)に示した工程も、前述し
た(3−f)〜(3−g)の工程と同様であるため説明
を省略する。
Also, the steps shown in FIGS. 5 (f) to (g) are the same as the above-mentioned steps (3-f) to (3-g), and thus description thereof will be omitted.

以上のごとき工程により製造した第2の実施例の動作
は、第1図に示した実施例の動作と同様の動作をするた
め説明は省略する。
The operation of the second embodiment manufactured by the above steps is the same as the operation of the embodiment shown in FIG.

上記の説明では、スイッチ素子としてのMOSFETをNPN
構造(つまり、SOI薄膜7がP形、高濃度SOI領域8、9
がN形)としたが、SOI薄膜7の厚さを約100nm以下とし
て、SOI薄膜7および高濃度SOI領域8、9の導電型をP
形とし、高濃度SOI領域8、9の不純物濃度は、SOI薄膜
7の不純物濃度より高くしてもよい。なぜなら、SOI薄
膜7の厚さを薄くすることによって、SOI薄膜7のチャ
ネル領域を完全空乏化することができる。したがって、
SOI薄膜7および高濃度SOI領域8、9の導電型をP形と
したMOSFETでも、ノーマリオフ型のスイッチ手段とする
ことができるからである。
In the above description, the MOSFET as the switch element is
Structure (that is, the SOI thin film 7 is a P-type, high-concentration SOI regions 8, 9)
The SOI thin film 7 has a thickness of about 100 nm or less, and the conductivity type of the SOI thin film 7 and the high-concentration SOI regions 8 and 9 is P.
The high-concentration SOI regions 8 and 9 may have an impurity concentration higher than that of the SOI thin film 7. This is because the channel region of the SOI thin film 7 can be completely depleted by reducing the thickness of the SOI thin film 7. Therefore,
This is because normally-off type switching means can be used even with a MOSFET in which the conductivity type of the SOI thin film 7 and the high-concentration SOI regions 8 and 9 is P-type.

以上、第1および第2の実施例を示して、この発明に
ついて説明してきたが、以下に示すが如くしてもこの発
明の趣旨から外れるものではない。
The present invention has been described with reference to the first and second embodiments. However, the following does not depart from the spirit of the present invention.

イ)SOI薄膜7として多結晶シリコンの例で説明した
が、スイッチ素子のオン抵抗を下げる手法を用いてもよ
い。例えば、固相エピタキシャル成長やビームアニール
などの再結晶法を用いて単結晶化してもよく、結晶粒径
の大きな多結晶シリコンを使用してチャネル領域内に粒
界ができないようにしてもよい。
B) Although the example in which polycrystalline silicon is used as the SOI thin film 7 has been described, a method of reducing the on-resistance of the switch element may be used. For example, single crystallization may be performed using a recrystallization method such as solid phase epitaxial growth or beam annealing, or grain boundaries may not be formed in the channel region using polycrystalline silicon having a large crystal grain size.

ロ)半導体基板や各半導体領域の極性を逆にして、縦型
MOSFETおよびスイッチ素子をPチャネルとしてもよい。
B) By reversing the polarity of the semiconductor substrate and each semiconductor region,
The MOSFET and the switch element may be P-channel.

ハ)縦型MOSFETとスイッチ素子であるMOSFETは、ゲート
電極を共用して使用すると説明したが、スイッチ素子で
あるMOSFETのゲート電極を別に設けても同様の効果があ
る。
C) Although it has been described that the vertical MOSFET and the MOSFET serving as the switch element share the gate electrode, the same effect can be obtained even if the gate electrode of the MOSFET serving as the switch element is provided separately.

ニ)2重拡散構造のMOSFETとして、縦型MOSFETについて
説明してきたが、ドレイン電極を表面から取り出す横型
MOSFETでも同様のことがいえる。
D) A vertical MOSFET has been described as a MOSFET with a double diffusion structure, but a horizontal MOSFET that takes out the drain electrode from the surface has been described.
The same is true for MOSFETs.

ホ)スイッチ素子は、縦型MOSFETのゲート電極5上のSO
I薄膜7に形成せずに、別の領域に形成してもよい。こ
の場合、半導体基板自身が縦型MOSFETのドレイン領域と
なっているために、スイッチ素子を形成する領域を縦型
MOSFETのドレイン領域と電気的に分離する。
E) The switching element is an SO on the gate electrode 5 of the vertical MOSFET.
Instead of being formed on the I thin film 7, it may be formed in another region. In this case, since the semiconductor substrate itself is the drain region of the vertical MOSFET, the region for forming the switch element is
It is electrically isolated from the drain region of the MOSFET.

ヘ)縦型MOSFET複数個につきスイッチ素子を1個設ける
ようにしてもよい。例えば、第6図に示したような従来
の縦形MOSFETのソース電極63と第1図に示した第1の実
施例の一層目のソース電極12と接続したもの(なお、ド
レインはN形半導体基板1で共通である)を1つのセル
として並列に接続して使用しても同様の効果がある。
F) One switch element may be provided for a plurality of vertical MOSFETs. For example, the source electrode 63 of a conventional vertical MOSFET as shown in FIG. 6 is connected to the first source electrode 12 of the first embodiment shown in FIG. 1 (the drain is an N-type semiconductor substrate). The same effect can be obtained by using the same cell in common as a single cell.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上、具体的な実施例に基づいて説明してきたよう
に、半導体装置のソース領域側にノーマリオフ型のスイ
ッチ素子を直列に接続し、半導体装置を導通状態とした
ときにはスイッチ素子も導通状態とする構成の半導体装
置としたことにより、半導体装置の内部抵抗を大きくす
ることなく、電源を逆に接続してもスイッチ素子が流れ
る電流を制御することによって、半導体装置の破壊を防
止することができる。そして、スイッチ素子は各セルの
ゲート電極上に重ねて形成されるので、半導体基板の面
積を増大させることがなく、半導体装置全体を小型に形
成することができる。
As described above based on the specific embodiment, a configuration in which a normally-off type switch element is connected in series to the source region side of the semiconductor device and the switch element is also in a conductive state when the semiconductor device is in a conductive state By controlling the current flowing through the switch element even when the power supply is reversely connected, the semiconductor device can be prevented from being broken without increasing the internal resistance of the semiconductor device. Since the switch element is formed on the gate electrode of each cell, the size of the semiconductor device can be reduced without increasing the area of the semiconductor substrate.

また、スイッチ素子が薄膜半導体層、ソース領域およ
びドレイン領域を有し、MOS型トランジスタのゲート電
極が上記薄膜半導体層中にチャネルを形成するものとす
ることにより、MOS型トランジスタのゲート電極に加え
られる電圧によってスイッチ素子の導通が制御されるか
ら、スイッチ素子専用のゲート電極の形成が不要とな
り、スイッチ素子のゲート電極形成工程とその電極への
配線工程が省けて、製造が簡易となる利点が得られる。
The switch element has a thin-film semiconductor layer, a source region, and a drain region, and the gate electrode of the MOS transistor forms a channel in the thin-film semiconductor layer, which is added to the gate electrode of the MOS transistor. Since the conduction of the switch element is controlled by the voltage, it is not necessary to form a gate electrode dedicated to the switch element. This eliminates the step of forming the gate electrode of the switch element and the step of wiring to the electrode, thereby providing an advantage that the manufacturing is simplified. Can be

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、この発明の第1の実施例を示す1セル部の平
面図および断面図、 第2図は、第1の実施例の等価回路を示す図、 第3図は、第1の実施例の製造方法の説明図、 第4図は、この発明の第2の実施例を示す1セル部の断
面図、 第5図は、第2の実施例の製造方法の説明図、 第6図は、従来図である。 (1)……半導体基板、(2)……P形ウェル、(3)
……高濃度領域、(4)……ゲート酸化膜、(5)……
ゲート電極、(6、10、61)……酸化膜、(7)……SO
I薄膜、(8、9)……高濃度SOI領域、(11、13、62)
……層間絶縁膜、(12、14、63)……ソース電極、(31
〜36)……MOSFET
FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view of one cell unit showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the first embodiment, and FIG. FIG. 4 is an explanatory view of a manufacturing method of an embodiment, FIG. 4 is a cross-sectional view of one cell portion showing a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is an explanatory view of a manufacturing method of the second embodiment, FIG. The figure is a conventional view. (1) ... semiconductor substrate, (2) ... P-type well, (3)
... high concentration region, (4) ... gate oxide film, (5) ...
Gate electrode, (6, 10, 61) ... oxide film, (7) ... SO
I thin film, (8, 9) ... high concentration SOI region, (11, 13, 62)
…… Interlayer insulating film, (12, 14, 63) …… Source electrode, (31
36) MOSFET

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】1個以上のセルより構成されるMOS型トラ
ンジスタを有する半導体装置において、 該MOS型トランジスタの各セルのゲート電極上に、当該M
OS型トランジスタのソース領域側に直列に接続したノー
マリオフ型のスイッチ素子を形成し、 前記MOS型トランジスタを導通状態としたときには前記
スイッチ素子も導通状態とすることを特徴とする半導体
装置。
1. A semiconductor device having a MOS transistor composed of one or more cells, wherein the MOS transistor is provided on a gate electrode of each cell of the MOS transistor.
A semiconductor device, comprising a normally-off switch element connected in series to a source region of an OS transistor, and the switch element is also turned on when the MOS transistor is turned on.
【請求項2】前記スイッチ素子は、前記MOS型トランジ
スタの1個のセル毎に設けられたことを特徴とする請求
項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said switch element is provided for each cell of said MOS transistor.
【請求項3】前記スイッチ素子は、前記MOS型トランジ
スタのゲート電極上に形成された第1導電型の薄膜半導
体層と、該薄膜半導体層中に所定の間隔を開けて形成さ
れた第2導電型の半導体領域よりなるソース領域および
ドレイン領域とを有し、 前記MOS型トランジスタのゲート電極が前記ソース領域
およびドレイン領域に挟まれた前記薄膜半導体層中にチ
ャネルを形成することを特徴とする請求項1記載の半導
体装置。
3. The switch element according to claim 1, wherein the first conductive type thin film semiconductor layer is formed on a gate electrode of the MOS transistor, and a second conductive type thin film semiconductor layer is formed in the thin film semiconductor layer at a predetermined interval. And a gate electrode of the MOS transistor, wherein a gate electrode forms a channel in the thin-film semiconductor layer sandwiched between the source region and the drain region. Item 2. The semiconductor device according to item 1.
【請求項4】前記スイッチ素子は、前記MOS型トランジ
スタのゲート電極上に形成された無バイアス状態におい
てノーマリオフとなる膜厚の薄膜半導体層と、該薄膜半
導体層中に所定の間隔を開けて形成された高濃度の半導
体領域よりなるソース領域およびドレイン領域とを有
し、 前記MOS型トランジスタのゲート電極が前記ソース領域
およびドレイン領域に挟まれた前記薄膜半導体層中にチ
ャネルを形成することを特徴とする請求項1記載の半導
体装置。
4. The thin film semiconductor layer formed on a gate electrode of the MOS transistor and having a thickness which is normally off in a no-bias state and formed at a predetermined interval in the thin film semiconductor layer. And a gate region of the MOS transistor forming a channel in the thin film semiconductor layer sandwiched between the source region and the drain region. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein
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