JP3508616B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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Description
て用いられる半導体装置に関するものである。
ッチ要素として半導体スイッチのニーズが高まってい
る。このような半導体スイッチとしてはアナログスイッ
チや半導体リレーなどが知られている。これらの半導体
スイッチを高周波の信号のオン・オフに用いるには、オ
ン時には電流−電圧特性が線形、つまりオフセットがな
くかつ低抵抗で、オフ時には高周波遮断特性が良い、つ
まり出力容量の小さな半導体素子が必要である。また、
この類の半導体スイッチにおいてはある程度の高耐圧が
要求され、オン・オフの切り替えの瞬間に生じるスパイ
ク電圧などに対する耐性も必要である。
型二重拡散型絶縁ゲートトランジスタLDMOSFET
(Lateral Double-Diffused MOSFET)がある。このSOI
−LDMOSFETの構造を図8に示す。ただし、図8
(c)において、SOI−LDMOSFETの表面(上
面)上に設けられる各電極の領域の境界は、2点鎖線で
示してある。これについては後述の図1〜図7の各
(c)および図9(b),(c)において同じである。
半導体基板801の一主表面にシリコン酸化膜よりなる
絶縁層802を介してN型半導体層803を形成したS
OI構造としてある。
晶シリコン中に酸素をイオン注入して内部に絶縁層を形
成するSIMOX(Separation by Implanted Oxygen)
法、絶縁層802の上に単結晶シリコンの基板を張り合
わせる張り合わせSOI法、半導体基板801の表面に
シリコン酸化膜の絶縁層802を形成した後に単結晶シ
リコンを成長させるSOI成長法、陽極酸化によってシ
リコンを部分的に多孔質化し酸化することによって形成
する方法などが知られている。SOI成長法での単結晶
シリコンは、気相、液相、個相のいずれかで成長させ
る。
801の上に絶縁層802を介してn型の半導体層80
3を形成したSOI構造の基板を有し、半導体層803
の表面側にn++型のドレイン領域804と、それと離
間してp+型のウェル領域805が形成され、その中に
n++型のソース領域806が形成される。ウェル領域
805は半導体層803の表面から絶縁層802に到達
するように形成され、かつドレイン領域804とは所定
の耐圧を保持できるように所定距離(ドリフト距離)だ
け離間して形成される。また、ソース領域806も半導
体層803の表面(ウェル領域805の表面)に露出す
るように形成される。
06とドレイン領域804の間に位置する部位上には、
ゲート絶縁膜808を介してポリシリコン等からなる絶
縁ゲート型のゲート電極809が形成される。また、ド
レイン領域804にはドレイン電極810が形成され、
ウェル領域805とソース領域806とに跨る形でソー
ス電極811が形成されている。
においてソース領域806はドレイン領域804を囲む
形でドーナツのような形状をしているが、一定の間隔で
分断するように、ソース電極811に接続されたウェル
領域805とゲート電極809が表面に敷設されている
ウェル領域805とが接続されるように形成したp+型
の半導体領域、つまりボディコンタクト領域812を有
している。
ランシェ耐量やESD耐量がbulk−LDMOSと比
較して構造上弱くなるので、これらの耐量の向上のため
に、図8に示す例はボディコンタクト領域812を有し
ている。しかしながら、ボディコンタクト領域812を
設けることによって、実効的なチャネル幅が減少し、オ
ン抵抗が増大するという問題点を有する。以下、これら
の動作について説明する。
いて、図9(a)に示すように、ドレイン電極810と
ソース電極811との間にドレイン電極810が高電位
となるように電圧が印加されると、ウェル領域805と
半導体層803との接合に空乏層が形成される。そし
て、電圧が耐圧を越えると、図9(a)に示すように、
電界が最も強くなる半導体領域でなだれ増幅的に電子・
正孔対が生成される(ブレークダウン)。こうして生成
されたキャリアはポテンシャルの勾配に従って、正孔は
ウェル領域805を通ってソース電極811に、電子は
半導体層803、ドレイン領域804を通ってドレイン
電極810に移動する。ここで、半導体層803の厚み
を薄くすると、ソース領域806と絶縁層802との間
の距離(図9(a)の抵抗の記号が描かれている部分)
が狭くなる。つまり、この部分のウェル領域805の上
下方向の断面積が小さくなり、その結果、その部分の抵
抗、つまり図9(a)に示す抵抗が大きくなる。上記正
孔はこの領域を通過してソース電極811方向に移動す
るので、この領域の抵抗が増大することによって電圧降
下が大きくなる。また、半導体層803、ウェル領域8
05およびソース領域806で、寄生的なnpnトラン
ジスタが形成されているが、前述のように電圧降下が増
大することによってnpnトランジスタのベース−エミ
ッタ間が順バイアスされることになり、やがてこの寄生
npnトランジスタがオンすることとなる。このように
していわゆるバイポーラアクションが起こる。この現象
は表面構造上一部の領域で発生するため、その一部領域
の温度が上昇、つまりホットスポットが生じ、電子・正
孔対の生成が加速され、これによって流れる電流が大き
くなり、さらにこの領域の温度が上昇するというような
正帰還がかかることになり、ついには電流の集中によっ
て故障を誘発する。なお、バイポーラアクションはオフ
時の電界が最も高くなるウェル領域805が表面的に湾
曲しているコーナー部分で最も発生しやすいことが実験
によりわかっている。図8,9に示すSOI−LDMO
SFETにおいては、前述のバイポーラアクションを緩
和するために、図8(c)に示すように表面構造上ボデ
ィコンタクト領域812を一定間隔をおいて敷設してお
り、ゲート電極809が表面に敷設されているウェル領
域805とソース電極811に接続されたウェル領域8
05との間の抵抗が小さくなるような構造を有してい
る。これによって、生成された正孔を有効にソース電極
811側に引き抜き、図9(a)に示す抵抗の部分を通
過する電流を低減することで、前述のバイポーラアクシ
ョンが発生し難くなっている。つまり、アバランシェ耐
量やESD耐量を向上することができる。
態の時、ゲート電極809とソース電極811との間に
ゲート電極809が高電位になるように電圧を印加する
ことによって、ゲート絶縁膜808の直下が強反転状態
となり、電流通路(チャネル)が生成され、チャネルを
通してドレイン領域804とソース領域806との間に
電子電流が流れる。このとき、電流通路に接合が介在し
ないために、電流−電圧特性は微少電流領域で線形(つ
まりオフセットがない)となるという特長がある。
21601号公報に、チャネル領域を180度以上の角
度で交わる直線とそれらをつなぐ曲線で構成して成るM
OS半導体装置が開示されている。
アバランシェ耐量やESD耐量を向上させるために、ボ
ディコンタクト領域812を備えているために、実効的
なチャネル幅が減少し、その結果オン抵抗が増大すると
いう問題がある。
MOSFETはボディコンタクト領域812を備えるこ
とによって、アバランシェ耐量やESD耐量を向上して
いるが、同時に、実効的なチャネル幅が減少し、オン抵
抗が増大するという問題点を有する。
あり、その目的は、オン抵抗を増大させることなく、ア
バランシェ耐量やESD耐量のような耐量を向上させる
ことができる半導体装置を提供することにある。
に請求項1記載の発明の半導体装置は、絶縁層の上に第
一導電型の半導体層を形成したSOI構造の基板を有す
るとともに、前記半導体層の表面側に形成されその半導
体層よりも高濃度の第一導電型のドレイン領域と、前記
ドレイン領域と離間して前記半導体層の表面から前記絶
縁層まで形成された第二導電型のウェル領域と、前記ウ
ェル領域内でこのウェル領域の表面側に形成され前記半
導体層よりも高濃度の第一導電型のソース領域と、前記
ドレイン領域およびソース領域間のウェル領域の表面に
ゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極と、前記ド
レイン領域に接続されたドレイン電極と、前記ソース領
域およびウェル領域に跨がるようにして前記ゲート電極
が敷設されていないウェル領域と前記ソース領域とに接
続されたソース電極とにより成る断面構造を有し、前記
ウェル領域内でこのウェル領域の表面側に前記ソース領
域を分断するように第二導電型のボディコンタクト領域
が形成され、このボディコンタクト領域部分での前記ウ
ェル領域は前記半導体層との接合面が前記ソース領域に
沿って湾曲するように形成されるのである。
ース領域を分断するように第二導電型のボディコンタク
ト領域が形成されるので、ボディコンタクト領域の全チ
ャネル幅に対する割合を図8,9に示す例と同等に設定
すれば、アバランシェ耐量やESD耐量はその例と同等
の耐量を示す。また、ボディコンタクト領域部分でのウ
ェル領域は半導体層との接合面がソース領域に沿って湾
曲するように形成されるので、その領域もチャネルとし
て働くために、実効的なチャネル幅が拡大し、その結果
オン抵抗を低減することができる。また逆に、ボディコ
ンタクト領域の全チャネル幅に対する割合を増大させ
て、オン抵抗を図8,9に示す例と同等になるように設
定すれば、例えば高電界によって生じる正孔をその例よ
りも有効に(電圧降下が小さく)ソース電極に引き抜く
ことができ、耐量を向上させることができる。従って、
オン抵抗を増大させることなく、アバランシェ耐量やE
SD耐量のような耐量を向上させることができる。
層の上に第一導電型の半導体層を形成したSOI構造の
基板を有するとともに、前記半導体層の表面側に形成さ
れその半導体層よりも高濃度の第一導電型のドレイン領
域と、前記ドレイン領域と離間して前記半導体層の表面
から前記絶縁層まで形成された第二導電型のウェル領域
と、前記ウェル領域内でこのウェル領域の表面側に形成
され前記半導体層よりも高濃度の第一導電型のソース領
域と、前記ドレイン領域およびソース領域間のウェル領
域の表面にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極
と、前記ドレイン領域に接続されたドレイン電極と、前
記ソース領域およびウェル領域に跨がるようにして前記
ゲート電極が敷設されていないウェル領域と前記ソース
領域とに接続されたソース電極とにより成る断面構造を
有するとともに、前記半導体層、ウェル領域、ソース領
域が前記ドレイン領域を表面的に取り囲む表面構造を有
し、前記ウェル領域内でこのウェル領域の表面側に前記
ソース領域を分断するように第二導電型のボディコンタ
クト領域が形成され、このボディコンタクト領域は前記
ウェル領域の表面において湾曲する部分全体に設けられ
るものである。
り、電子・正孔対が多く生じるウェル領域の表面上のコ
ーナー部分全体がボディコンタクト領域となっていて、
寄生のトランジスタが形成されないので、この領域でバ
イポーラアクションが発生せず、耐量が向上する。一旦
コーナー部分でブレークダウンが発生すると、それ以上
の電圧はウェル領域と半導体層との接合に印加されなく
なり、表面構造上のウェル領域の直線部分はコーナー部
分よりも電界が弱いことから、直線部分ではコーナー部
分よりも電子・正孔対の発生が少なく、ボディコンタク
ト領域の大きさは小さくてすみ、その結果、ボディコン
タクト領域の全チャネル幅に対する割合は図8,9に示
す例と同等レベルで良く、オン抵抗はその例と同等にな
る。従って、オン抵抗を増大させることなく、アバラン
シエ耐量やESD耐量のような耐量を向上させることが
できる。
て、前記ウェル領域の表面構造形状が、曲率の小さな弧
と直線との組み合わせで形成されている構造でもよい
(請求項3)。この構造によれば、コーナー部分の全チ
ャネル幅に対する割合を小さくすることができる。この
時、コーナー部分の全部をボディコンタクト領域とする
ことで、請求項2記載の発明と同等の耐量を保持するこ
とができ、実効的なチャネル幅も拡大するのでオン抵抗
は低減できる。逆に、ボディコンタクト領域の全チャネ
ル幅に対する割合を増大させて、オン抵抗を図8,9に
示す例と同等になるように設定すれば、例えば高電界に
よって生じる正孔を請求項2記載の発明よりも有効に
(電圧降下が小さく)、ソース電極に引き抜くことがで
き、耐量を向上させることができる。従って、オン抵抗
を増大させることなく、アバランシェ耐量やESD耐量
のような耐量を向上させることができる。
層の上に第一導電型の半導体層を形成したSOI構造の
基板を有するとともに、前記半導体層の表面側に形成さ
れその半導体層よりも高濃度の第一導電型のドレイン領
域と、前記ドレイン領域と離間して前記半導体層の表面
から前記絶縁層まで形成された第二導電型のウェル領域
と、前記ウェル領域内でこのウェル領域の表面側に形成
され前記半導体層よりも高濃度の第一導電型のソース領
域と、前記ドレイン領域およびソース領域間のウェル領
域の表面にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極
と、前記ドレイン領域に接続されたドレイン電極と、前
記ソース領域およびウェル領域に跨がるようにして前記
ゲート電極が敷設されていないウェル領域と前記ソース
領域とに接続されたソース電極とにより成る断面構造を
有し、前記ウェル領域内でこのウェル領域の表面側に前
記ソース領域を分断するように第二導電型のボディコン
タクト領域が形成され、このボディコンタクト領域にお
いて、前記ソース領域と離間した部分は前記ソース領域
と接合する部分よりも高濃度であるものである。
濃度である部分におけるウェル領域と半導体層との接合
の濃度勾配が大きな領域では、他の領域よりもブレーク
ダウン電圧が低下する(所定の値になるように濃度勾配
を設定する。ただし、半導体装置は図8,9に示す例の
半導体装置よりも耐圧は低下する)。つまり、オフ時に
耐圧以上の電圧が印加された場合にブレークダウンはウ
ェル領域と半導体層との接合の濃度勾配が大きな領域の
みで発生する。また、その領域はボディコンタクト領域
に形成されていて、寄生のトランジスタがないので、バ
イポーラアクションは発生しない。従って、耐量を向上
させることができる。また、基本的にその領域のみにボ
ディコンタクト領域を形成すればよいので、オン抵抗も
低減することができる。従って、オン抵抗を増大させる
ことなく、アバランシェ耐量やESD耐量のような耐量
を向上させることができる。
て、前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜を介して、前
記ドレイン領域およびソース領域間のウェル領域の表面
に配置されるとともに前記ボディコンタクト領域におけ
る前記ソース領域と接合する部分の表面に配置される構
造でもよい(請求項5)。この構造では、高濃度のウェ
ル領域を形成する場合にゲート電極をマスクとして形成
することができる。
半導体装置において、前記ボディコンタクト領域におけ
る前記ソース領域と離間した部分は前記ウェル領域の表
面において湾曲する部分に設けられる構造でもよい(請
求項6)。この構造では、SOI−LDMOSFETの
耐圧はドリフト距離が一定であれば、表面構造上ウェル
領域と半導体層との接合のコーナー部分で決定してい
る。逆に言えば、直線部分の耐圧はコーナー部分の耐圧
よりも大きい。これは、上記の如く、コーナー部分の電
界が最も高くなるからである。コーナー部分にボディコ
ンタクト領域を形成し、その領域のウェル領域と半導体
層との接合の濃度勾配を大きくしているので、この領域
の耐圧を直線領域より少し低い値に設定することによっ
て、請求項4,5記載の発明より高い耐圧領域に設定で
きる。耐量とオン抵抗については、ボディコンタクト領
域の全チャネル幅に対する割合が同一であれば基本的に
は同等となる。つまり、請求項4,5記載の発明より耐
圧を向上させることができ、図8,9に示す例から大き
く耐圧を損なうことなく、同等の耐量とオン抵抗を有す
ることができる。従って、オン抵抗を増大させることな
く、アバランシェ耐量やESD耐量のような耐量を向上
させることができる。
の便宜上、第一導電型をn型、第二導電型をp型として
説明するが、n型とp型とは入れ換えてもよい。 (実施形態l)本発明の実施形態1では、図1に示す構
成のLDMOSFETを例示する。
す例と同様に、SOI構造を有しており、半導体基板1
01上に絶縁層102を介してn型の半導体層103が
形成される。半導体層103の表面側にはn++型のド
レイン領域104が形成されるとともに、ドレイン領域
104と離間してp+型のウェル領域105が形成され
る。ウェル領域105は絶縁層102に達する深さに形
成される。さらに、ウェル領域105内には、n++型
のソース領域106が形成されるとともに、ソース領域
106に隣接してドレイン領域104と反対側にp++
型のベースコンタクト領域107が形成される。ドレイ
ン領域104とウェル領域105とは半導体層103の
表面に露出し、ソース領域106、ベースコンタクト領
域107はウェル領域105の表面に露出する。ウェル
領域105上には、ゲート絶縁膜108を介して絶縁ゲ
ート型のゲート電極109が形成される。ドレイン領域
104にはドレイン電極110が接続される。さらに、
ソース領域106とベースコンタクト領域107とに跨
る形でソース電極111が接続される。
半導体層103、ウェル領域105、ソース領域106
およびベースコンタクト領域107がドレイン領域10
4を表面的に取り囲むドーナツ状の形状をしている(図
8(c)参照)。また、図1に示すように、ウェル領域
105内でこの表面側にソース領域106を分断するよ
うにP+型のボディコンタクト領域112が形成され、
このボディコンタクト領域112部分でのウェル領域1
05は、図1(c)の例では、半導体層103との接合
面が上下双方のソース領域106の外縁に沿って左方に
湾曲するように形成される。換言すると、ソース領域1
06は、部分的に分断されて、ゲートが敷設されたウェ
ル領域105部分とベースコンタクト領域107が形成
されたウェル領域105部分とが表面的に結合した領域
にボディコンタクト領域112が設けられているのであ
る。
チャネル幅に対する割合を図8,9に示す例と同等に設
定すれば、アバランシェ耐量やESD耐量はその例と同
等の耐量を示す。一方、オン状態においては、ボディコ
ンタクト領域112からドレイン領域104の方向に位
置するウェル領域105と半導体層103との接合がソ
ース領域106に沿うような形で湾曲した形状を備えて
いることによって、この領域もチャネルとして働くため
に、実効的なチャネル幅が拡大し、その結果オン抵抗を
低減することができる。
全チャネル幅に対する割合を増大させて、オン抵抗を上
記の例と同等になるように設定すれば、その例よりも多
くの(あるいは大きな)ボディコンタクト領域112に
よって、高電界のために生じる正孔をその例よりも有効
に(電圧降下が小さく)、ソース電極に引き抜くことが
でき、耐量を向上させることができる。従って、オン抵
抗を増大させることなく、アバランシェ耐量やESD耐
量のような耐量を向上させることができる。 (実施形態2)本発明の実施形態2では、図2に示す構
成のLDMOSFETを例示する。
同様に、絶縁層202の上にn型の半導体層203を形
成したSOI構造の半導体基板201を有するととも
に、半導体層203の表面側に形成されたn++型のド
レイン領域204と、このドレイン領域204と離間し
て半導体層203の表面から絶縁層202まで形成され
たp+型のウェル領域205と、このウェル領域205
内でこの表面側に形成されたn++型のソース領域20
6と、ドレイン領域204およびソース領域206間の
ウェル領域205の表面にゲート絶縁膜208を介して
配置されたゲート電極209と、ドレイン領域204に
接続されたドレイン電極210と、ソース領域206お
よびウェル領域205に跨がるようにしてゲート電極2
09が敷設されていないウェル領域205におけるp+
+型のベースコンタクト領域207とソース領域206
とに接続されたソース電極211とにより成る断面構造
を有している。
特徴とするところは、図2(c)に示すように、ボディ
コンタクト領域212がp++型のベースコンタクト領
域207と同一の濃度で構成されているところにある。
チャネル幅に対する割合を図8,9に示す例と同等に設
定すれば、オン抵抗はその例と同等となる。しかも、本
実施形態に係るSOI−LDMOSFETでは、ボディ
コンタクト領域212の抵抗が小さくなるので、高電界
によって生じる正孔をその例よりも有効に(電圧降下が
小さく)、ソース電極211に引き抜くことができて、
バイポーラアクションを生じ難くし、耐量を向上させる
ことができる。従って、オン抵抗を増大させることな
く、アバランシェ耐量やESD耐量のような耐量を向上
させることができる。 (実施形態3)本発明の実施形態3では、図3に示す構
成のLDMOSFETを例示する。
同様に、絶縁層302の上にn型の半導体層303を形
成したSOI構造の半導体基板301を有するととも
に、半導体層303の表面側に形成されたn++型のド
レイン領域304と、このドレイン領域304と離間し
て半導体層303の表面から絶縁層302まで形成され
たp+型のウェル領域305と、このウェル領域305
内でこの表面側に形成されたn++型のソース領域30
6と、ドレイン領域304およびソース領域306間の
ウェル領域305の表面にゲート絶縁膜308を介して
配置されたゲート電極309と、ドレイン領域304に
接続されたドレイン電極310と、ソース領域306お
よびウェル領域305に跨がるようにしてゲート電極3
09が敷設されていないウェル領域305におけるp+
+型のベースコンタクト領域307とソース領域306
とに接続されたソース電極311とにより成る断面構造
を有している。
特徴とするところは、図3(c)に示すように、表面構
造においてボディコンタクト領域312が、ウェル領域
305が湾曲している部分(コーナー部分)全体に形成
されていることである。
ては、表面構造がいわゆるレーストラック・インターデ
ィジテッドn型(racetrack-interdigited type) の構造
を有しており、フィンガーの根元および先端において、
所定の曲率をもって湾曲している部分がある。フィンガ
ーの先端の曲率はドレイン領域304の最小幅を中心角
180度の円弧で結合できるように設定され、フィンガ
ーの根元の曲率はウェル領域305、ソース領域306
およびベースコンタクト領域307の幅を中心角90〜
180度の円弧で結合できるように設定される。また、
ドレイン領域304の幅はドレイン領域304とドレイ
ン電極310とのコンタクトの製造ルールに従うことが
一般的で、ドレイン領域304の表面構造上の最小幅は
上述のコンタクト幅にある程度の製造余裕を加えた大き
さで決定される。
と半導体領域303の接合の電界が最も高くなり、電子
・正孔対が他の部分よりも先に生じ、かつ、多く生じる
部分である。本実施形態に係るSOI−LDMOSにお
いては、この部分全体がボディコンタクト領域312と
なっていて、電子・正孔対を有効に引き抜くことができ
るとともに、寄生のnpnトランジスタが形成されてい
ないので、バイポーラアクションがこの領域で生じな
い。従って、耐量を向上させることができる。また、一
旦コーナー部分でブレークダウンが発生すると、それ以
上の電圧はウェル領域305と半導体領域303の接合
に印加されなくなり、表面構造上のウェル領域305の
直線部分の接合ではコーナー部分よりも電界が弱いこと
から、直線部分ではコーナー部分よりも電子・正孔対の
発生が少なく、ボディコンタクト領域312の大きさは
少なくてすみ、その結果、ボディコンタクト領域312
の全チャネル幅に対する割合は図8,9に示す例と同等
レベルで良く、オン抵抗はその例と同等になる。従っ
て、オン抵抗を増大させることなく、アバランシェ耐量
やESD耐量のような耐量を向上させることができる。
図4に示す構成のLDMOSFETを例示する。
同様に、絶縁層402の上にn型の半導体層403を形
成したSOI構造の半導体基板401を有するととも
に、半導体層403の表面側に形成されたn++型のド
レイン領域404と、このドレイン領域404と離間し
て半導体層403の表面から絶縁層402まで形成され
たp+型のウェル領域405と、このウェル領域405
内でこの表面側に形成されたn++型のソース領域40
6と、ドレイン領域404およびソース領域406間の
ウェル領域405の表面にゲート絶縁膜408を介して
配置されたゲート電極409と、ドレイン領域404に
接続されたドレイン電極410と、ソース領域406お
よびウェル領域405に跨がるようにしてゲート電極4
09が敷設されていないウェル領域405におけるp+
+型のベースコンタクト領域407とソース領域406
とに接続されたソース電極411とにより成る断面構造
を有している。
特徴とするところは、図4(c)に示すように、コーナ
ー部分を形成する幾何学形状が曲率の小さな弧と直線と
の組み合わせで構成されていて、フィンガー部分の先端
のドレイン領域404がほぼ四角くなるように構成さ
れ、ドレイン領域404と対向するウェル領域405も
それにともなって小さな曲率でコーナーが形成される。
また、ボディコンタクト領域412はウェル領域405
が湾曲した部分のみに構成されている。
ても、実施形態3と同様に曲率のある部分の耐量を向上
させることで、全体の耐量を向上できる。また、オン抵
抗においても、実施形態3と同様の理由で増大すること
はない。従って、オン抵抗を増大させることなく、アバ
ランシェ耐量やESD耐量のような耐量を向上させるこ
とができる。 (実施形態5)本発明の実施形態5では、図5に示す構
成のLDMOSFETを例示する。
同様に、絶縁層502の上にn型の半導体層503を形
成したSOI構造の半導体基板501を有するととも
に、半導体層503の表面側に形成されたn++型のド
レイン領域504と、このドレイン領域504と離間し
て半導体層503の表面から絶縁層502まで形成され
たp+型のウェル領域505と、このウェル領域505
内でこの表面側に形成されたn++型のソース領域50
6と、ドレイン領域504およびソース領域506間の
ウェル領域505の表面にゲート絶縁膜508を介して
配置されたゲート電極509と、ドレイン領域504に
接続されたドレイン電極510と、ソース領域506お
よびウェル領域505に跨がるようにしてゲート電極5
09が敷設されていないウェル領域505におけるp+
+型のベースコンタクト領域507とソース領域506
とに接続されたソース電極511とにより成る断面構造
を有している。
特徴とするところは、図5(c)に示すように、コーナ
ー部分を形成する幾何学形状が曲率の小さな孤と直線と
の組み合わせで構成されていて、フィンガー部分のドレ
イン領域504が先端部分で尖るようにほぼ三角の形状
になるように構成され、ドレイン領域504と対向する
ウェル領域505もそれにともなって小さな曲率でコー
ナーが形成される。また、ボディコンタクト領域512
はウェル領域505が湾曲した部分のみに構成される。
ても、実施形態3と同様に曲率のある部分の耐量を向上
させることで、全体の耐量を向上できる。また、オン抵
抗においても、実施形態3と同様の理由で増大すること
はない。従って、オン抵抗を増大させることなく、アバ
ランシェ耐量やESD耐量のような耐量を向上させるこ
とができる。 (実施形態6)本発明の実施形態6では、図6に示す構
成のLDMOSFETを例示する。
同様に、絶縁層602の上にn型の半導体層603を形
成したSOI構造の半導体基板601を有するととも
に、半導体層603の表面側に形成されたn++型のド
レイン領域604と、このドレイン領域604と離間し
て半導体層603の表面から絶縁層602まで形成され
たp+型のウェル領域605と、このウェル領域605
内でこの表面側に形成されたn++型のソース領域60
6と、ドレイン領域604およびソース領域606間の
ウェル領域605の表面にゲート絶縁膜608を介して
配置されたゲート電極609と、ドレイン領域604に
接続されたドレイン電極610と、ソース領域606お
よびウェル領域605に跨がるようにしてゲート電極6
09が敷設されていないウェル領域605におけるp+
+型のベースコンタクト領域607とソース領域606
とに接続されたソース電極611とにより成る断面構造
を有している。
特徴とするところは、図6(c)に示すように、ボディ
コンタクト領域612からドレイン領域604の方向の
ウェル領域605と半導体層603との接合領域の濃度
勾配が大きくなるように構成されていて、この領域のウ
ェル領域605の表面濃度がp++型のベースコンタク
ト領域607の表面濃度と同一になるように設定されて
いる。
ては、ウェル領域605の濃度が高濃度になっている領
域、つまりウェル領域605と半導体層603との接合
の濃度勾配が大きな領域では、他の領域よりもブレーク
ダウン電圧が低下する(逆に、ブレークダウン電圧を所
定の値にするように濃度勾配を設定し、ベースコンタク
ト領域607の濃度を決定する)。つまり、オフ時に耐
圧以上の電圧が印加された場合にブレークダウンはその
領域のみで発生する。また、その領域はボディコンタク
ト領域612に形成されていて、寄生のnpnトランジ
スタがないので、バイポーラアクションは発生しない。
従って、耐量を向上させることができる。また、基本的
にボディコンタクト領域612は上記領域のみに形成す
ればよいのでオン抵抗も低減することができる。
度勾配を有するボディコンタクト領域612をフィンガ
ーの先端などのコーナー部分に形成しているので、耐圧
の低減を最低限にとどめることができる。これは、実施
形態3で説明したように、SOI−LDMOSFETの
ドリフト距離が一定であれば、表面構造上ウェル領域6
05と半導体層603との接合のコーナー部分の電界が
最も高くなるために、直線部分の耐圧はコーナー部分の
耐圧よりも大きいため、コーナー部分にボディコンタク
ト領域612を構成することによって、この領域の耐圧
を最も耐圧の高い領域をリファレンスとして設定すれば
よいからである。
アバランシェ耐量やESD耐量のような耐量を向上させ
ることができる。また、本実施形態では、耐圧の低下が
生じるが、この耐圧の低下の減少分も最小限に抑制する
効果を有している。 (実施形態7)本発明の実施形態7では、図7に示す構
成のLDMOSFETを例示する。
同様に、絶縁層702の上にn型の半導体層703を形
成したSOI構造の半導体基板701を有するととも
に、半導体層703の表面側に形成されたn++型のド
レイン領域704と、このドレイン領域704と離間し
て半導体層703の表面から絶縁層702まで形成され
たp+型のウェル領域705と、このウェル領域705
内でこの表面側に形成されたn++型のソース領域70
6と、ドレイン領域704およびソース領域706間の
ウェル領域705の表面にゲート絶縁膜708を介して
配置されたゲート電極709と、ドレイン領域704に
接続されたドレイン電極710と、ソース領域706お
よびウェル領域705に跨がるようにしてゲート電極7
09が敷設されていないウェル領域705におけるp+
+型のベースコンタクト領域707とソース領域706
とに接続されたソース電極711とにより成る断面構造
を有している。
特徴とするところは、図7(c)に示すように、ゲート
電極709を、ゲート絶縁膜708を介して、ドレイン
領域704およびソース領域706間のウェル領域70
5の表面に配置するとともにボディコンタクト領域71
2におけるソース領域706と接合する部分の表面にも
配置することである。換言すると、ウェル領域705と
半導体層703との接合の濃度勾配を大きくするために
形成した上述の接合に到達するようにウェル領域705
の表面に形成されたベースコンタクト領域707の表面
にはゲート電極709が無いように構成されることであ
る。
おいては、動作は実施形態6と全く同一であるので、オ
ン抵抗を増大させることなく、アバランシェ耐量やES
D耐量のような耐量を向上させることができる。また、
ベースコンタクト領域707を形成する場合に、ゲート
電極709をマスクとして形成することができるので製
造方法が容易となる利点を有している。
1記載の発明によれば、ボディコンタクト領域の全チャ
ネル幅に対する割合を図8,9に示す例と同等に設定す
れば、アバランシェ耐量やESD耐量はその例と同等の
耐量を示す。また、ボディコンタクト領域部分でのウェ
ル領域は半導体層との接合面がソース領域に沿って湾曲
するように形成されるので、その領域もチャネルとして
働くために、実効的なチャネル幅が拡大し、その結果オ
ン抵抗を低減することができる。また逆に、ボディコン
タクト領域の全チャネル幅に対する割合を増大させて、
オン抵抗を図8,9に示す例と同等になるように設定す
れば、例えば高電界によって生じる正孔をその例よりも
有効に(電圧降下が小さく)ソース電極に引き抜くこと
ができ、耐量を向上させることができる。従って、オン
抵抗を増大させることなく、アバランシェ耐量やESD
耐量のような耐量を向上させることができる。
も電界が高くなり、電子・正孔対が多く生じるウェル領
域の表面上のコーナー部分全体がボディコンタクト領域
となっていて、寄生のトランジスタが形成されないの
で、この領域でバイポーラアクションが発生せず、耐量
が向上する。一旦コーナー部分でブレークダウンが発生
すると、それ以上の電圧はウェル領域と半導体層との接
合に印加されなくなり、表面構造上のウェル領域の直線
部分はコーナー部分よりも電界が弱いことから、直線部
分ではコーナー部分よりも電子・正孔対の発生が少な
く、ボディコンタクト領域の大きさは小さくてすみ、そ
の結果、ボディコンタクト領域の全チャネル幅に対する
割合は図8,9に示す例と同等レベルで良く、オン抵抗
はその例と同等になる。従って、オン抵抗を増大させる
ことなく、アバランシエ耐量やESD耐量のような耐量
を向上させることができる。
分の全チャネル幅に対する割合を小さくすることができ
る。この時、コーナー部分の全部をボディコンタクト領
域とすることで、請求項2記載の発明と同等の耐量を保
持することができ、実効的なチャネル幅も拡大するので
オン抵抗は低減できる。逆に、ボディコンタクト領域の
全チャネル幅に対する割合を増大させて、オン抵抗を図
8,9に示す例と同等になるように設定すれば、例えば
高電界によって生じる正孔を請求項2記載の発明よりも
有効に(電圧降下が小さく)、ソース電極に引き抜くこ
とができ、耐量を向上させることができる。
タクト領域の高濃度である部分におけるウェル領域と半
導体層との接合の濃度勾配が大きな領域では、他の領域
よりもブレークダウン電圧が低下する(所定の値になる
ように濃度勾配を設定する。ただし、半導体装置は図
8,9に示す例の半導体装置よりも耐圧は低下する)。
つまり、オフ時に耐圧以上の電圧が印加された場合にブ
レークダウンはウェル領域と半導体層との接合の濃度勾
配が大きな領域のみで発生する。また、その領域はボデ
ィコンタクト領域に形成されていて、寄生のトランジス
タがないので、バイポーラアクションは発生しない。従
って、耐量を向上させることができる。また、基本的に
その領域のみにボディコンタクト領域を形成すればよい
ので、オン抵抗も低減することができる。
ェル領域を形成する場合にゲート電極をマスクとして形
成することができる。
DMOSFETの耐圧はドリフト距離が一定であれば、
表面構造上ウェル領域と半導体層との接合のコーナー部
分で決定している。逆に言えば、直線部分の耐圧はコー
ナー部分の耐圧よりも大きい。これは、上記の如く、コ
ーナー部分の電界が最も高くなるからである。コーナー
部分にボディコンタクト領域を形成し、その領域のウェ
ル領域と半導体層との接合の濃度勾配を大きくしている
ので、この領域の耐圧を直線領域より少し低い値に設定
することによって、請求項4,5記載の発明より高い耐
圧領域に設定できる。耐量とオン抵抗については、ボデ
ィコンタクト領域の全チャネル幅に対する割合が同一で
あれば基本的には同等となる。つまり、請求項4,5記
載の発明より耐圧を向上させることができ、図8,9に
示す例から大きく耐圧を損なうことなく、同等の耐量と
オン抵抗を有することができる。
(c)は表面構造を示す概略平面図、(a)は(c)に
示すX1−X1’線における概略断面図、(b)は
(c)におけるY1−Y1’線における概略断面図であ
る。
(c)は表面構造を示す概略平面図、(a)は(c)に
示すX2−X2’線における概略断面図、(b)は
(c)におけるY2−Y2’線における概略断面図であ
る。
(c)は表面構造を示す概略平面図、(a)は(c)に
示すX3−X3’線における概略断面図、(b)は
(c)におけるY3−Y3’線における概略断面図であ
る。
(c)は表面構造を示す概略平面図、(a)は(c)に
示すX4−X4’線における概略断面図、(b)は
(c)におけるY4−Y4’線における概略断面図であ
る。
(c)は表面構造を示す概略平面図、(a)は(c)に
示すX5−X5’線における概略断面図、(b)は
(c)におけるY5−Y5’線における概略断面図であ
る。
(c)は表面構造を示す概略平面図、(a)は(c)に
示すX6−X6’線における概略断面図、(b)は
(c)におけるY6−Y6’線における概略断面図であ
る。
(c)は表面構造を示す概略平面図、(a)は(c)に
示すX7−X7’線における概略断面図、(b)は
(c)におけるY7−Y7’線における概略断面図であ
る。
ジスタの一例を示す概略構成図であり、(c)は表面構
造を示す概略平面図、(a)は(c)に示すX8−X
8’線における概略断面図、(b)は(c)におけるY
8−Y8’線における概略断面図である。
ートトランジスタの動作説明図である。
01 半導体基板 102,202,302,402,502,602,7
02 絶縁層 103,203,303,403,503,603,7
03 半導体層 104,204,304,404,504,604,7
04 ドレイン領域 105,205,305,405,605,605,7
05 ウェル領域 106,206,306,406,506,606,7
06 ソース領域 107,207,307,407,507,607,7
07 ベースコンタクト領域 108,208,308,408,508,608,7
08 ゲート絶縁膜 109,209,309,409,509,609,7
09 ゲート電極 110,210,310,410,510,610,7
10 ドレイン電極 111,211,311,411,511,611,7
11 ソース電極 112,212,312,412,512,612,7
12 ボディコンタクト領域
Claims (6)
- 【請求項1】 絶縁層の上に第一導電型の半導体層を形
成したSOI構造の基板を有するとともに、前記半導体
層の表面側に形成されその半導体層よりも高濃度の第一
導電型のドレイン領域と、前記ドレイン領域と離間して
前記半導体層の表面から前記絶縁層まで形成された第二
導電型のウェル領域と、前記ウェル領域内でこのウェル
領域の表面側に形成され前記半導体層よりも高濃度の第
一導電型のソース領域と、前記ドレイン領域およびソー
ス領域間のウェル領域の表面にゲート絶縁膜を介して配
置されたゲート電極と、前記ドレイン領域に接続された
ドレイン電極と、前記ソース領域およびウェル領域に跨
がるようにして前記ゲート電極が敷設されていないウェ
ル領域と前記ソース領域とに接続されたソース電極とに
より成る断面構造を有し、前記ウェル領域内でこのウェ
ル領域の表面側に前記ソース領域を分断するように第二
導電型のボディコンタクト領域が形成され、このボディ
コンタクト領域部分での前記ウェル領域は前記半導体層
との接合面が前記ソース領域に沿って湾曲するように形
成される半導体装置。 - 【請求項2】 絶縁層の上に第一導電型の半導体層を形
成したSOI構造の基板を有するとともに、前記半導体
層の表面側に形成されその半導体層よりも高濃度の第一
導電型のドレイン領域と、前記ドレイン領域と離間して
前記半導体層の表面から前記絶縁層まで形成された第二
導電型のウェル領域と、前記ウェル領域内でこのウェル
領域の表面側に形成され前記半導体層よりも高濃度の第
一導電型のソース領域と、前記ドレイン領域およびソー
ス領域間のウェル領域の表面にゲート絶縁膜を介して配
置されたゲート電極と、前記ドレイン領域に接続された
ドレイン電極と、前記ソース領域およびウェル領域に跨
がるようにして前記ゲート電極が敷設されていないウェ
ル領域と前記ソース領域とに接続されたソース電極とに
より成る断面構造を有するとともに、前記半導体層、ウ
ェル領域、ソース領域が前記ドレイン領域を表面的に取
り囲む表面構造を有し、前記ウェル領域内でこのウェル
領域の表面側に前記ソース領域を分断するように第二導
電型のボディコンタクト領域が形成され、このボディコ
ンタクト領域は前記ウェル領域の表面において湾曲する
部分全体に設けられる半導体装置。 - 【請求項3】 請求項2に記載の半導体装置において、
前記ウェル領域の表面構造形状が、曲率の小さな弧と直
線との組み合わせで形成されている半導体装置。 - 【請求項4】 絶縁層の上に第一導電型の半導体層を形
成したSOI構造の基板を有するとともに、前記半導体
層の表面側に形成されその半導体層よりも高濃度の第一
導電型のドレイン領域と、前記ドレイン領域と離間して
前記半導体層の表面から前記絶縁層まで形成された第二
導電型のウェル領域と、前記ウェル領域内でこのウェル
領域の表面側に形成され前記半導体層よりも高濃度の第
一導電型のソース領域と、前記ドレイン領域およびソー
ス領域間のウェル領域の表面にゲート絶縁膜を介して配
置されたゲート電極と、前記ドレイン領域に接続された
ドレイン電極と、前記ソース領域およびウェル領域に跨
がるようにして前記ゲート電極が敷設されていないウェ
ル領域と前記ソース領域とに接続されたソース電極とに
より成る断面構造を有し、前記ウェル領域内でこのウェ
ル領域の表面側に前記ソース領域を分断するように第二
導電型のボディコンタクト領域が形成され、このボディ
コンタクト領域において、前記ソース領域と離間した部
分は前記ソース領域と接合する部分よりも高濃度である
半導体装置。 - 【請求項5】 請求項4に記載の半導体装置において、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜を介して、前記ド
レイン領域およびソース領域間のウェル領域の表面に配
置されるとともに前記ボディコンタクト領域における前
記ソース領域と接合する部分の表面に配置される半導体
装置。 - 【請求項6】 請求項4あるいは請求項5に記載の半導
体装置において、前記ボディコンタクト領域における前
記ソース領域と離間した部分は前記ウェル領域の表面に
おいて湾曲する部分に設けられる半導体装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11730499A JP3508616B2 (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | 半導体装置 |
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JP2000307123A JP2000307123A (ja) | 2000-11-02 |
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ID=14708449
Family Applications (1)
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JP11730499A Expired - Lifetime JP3508616B2 (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | 半導体装置 |
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1999
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