JP4473837B2 - Transistor - Google Patents

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Description

本発明は、トランジスタに関する。   The present invention relates to a transistor.

パソコンのバススイッチ、携帯電話のアンテナ切替スイッチ、あるいはICやLSIなどのテスト工程に用いる自動テスト装置(Auto Test Equipment:ATE)の切替スイッチなどの用途においては、優れた動作特性と信頼性とを両立したスイッチング素子が必要とされている。このようなスイッチング素子として、従来の機械接点式リレーに代わって、電界効果トランジスタを用いたフォトリレーやアナログスイッチが期待されている。パワーMOSFETについても、耐圧が高く、高速動作が可能でオン抵抗(Ron)の低い素子が必要とされている。
これらの期待に応えるべく、本発明者は、オン抵抗が低く、出力静電容量(Cout)の小さな横型の電界効果トランジスタを用いたスイッチング素子を発明した(例えば、特許文献1)。
Excellent operating characteristics and reliability in applications such as personal computer bus switches, mobile phone antenna changeover switches, and automatic test equipment (ATE) changeover switches used in IC and LSI test processes There is a need for compatible switching elements. As such a switching element, a photo relay or an analog switch using a field effect transistor is expected instead of a conventional mechanical contact type relay. Also for power MOSFETs, there is a need for elements with high breakdown voltage, capable of high-speed operation, and low on-resistance (Ron).
In order to meet these expectations, the present inventors have invented a switching element using a lateral field effect transistor having a low on-resistance and a small output capacitance (Cout) (for example, Patent Document 1).

例えば、特許文献1の図33あるいは図34に開示されているトランジスタの場合、n型ソース領域5とp型コンタクト層6は、ドレイン7からみて等距離に設けられている。つまり、ソース領域5とコンタクト層6は、いずれもベース層4に対して共通の直線状の境界線で接している。ところが、このようにコンタクト層6がソース領域5と同一線上に並んでいると、実効的なチャネル幅が狭められてしまう。すなわち、オン状態においてベース層4からソースに流入する電子電流の経路は、n型ソース領域5の部分のみに限定されてしまう。p型コンタクト層6がベース層4と接している部分は電子に対する流出路として作用しないため、実効的なチャネル幅が狭められてしまい、オン抵抗を低下する観点からみると、不利な構造となる。
特開2004−6731号公報
For example, in the case of the transistor disclosed in FIG. 33 or FIG. 34 of Patent Document 1, the n + -type source region 5 and the p + -type contact layer 6 are provided equidistant from the drain 7. That is, the source region 5 and the contact layer 6 are in contact with the base layer 4 at a common linear boundary line. However, when the contact layer 6 is aligned with the source region 5 in this way, the effective channel width is narrowed. That is, the path of the electron current flowing from the base layer 4 to the source in the on state is limited to the n + type source region 5 only. Since the portion where the p + -type contact layer 6 is in contact with the base layer 4 does not act as an outflow path for electrons, the effective channel width is narrowed, which is disadvantageous from the viewpoint of reducing the on-resistance. Become.
JP 20046731 A

本発明は、オン抵抗の上昇を抑制しつつスイッチング耐圧を確保できるトランジスタを提供するものである。   The present invention provides a transistor capable of ensuring a switching breakdown voltage while suppressing an increase in on-resistance.

本発明の一態様によれば、交互に配置された複数の第1導電型のソース領域と複数の第2導電型のベースコンタクト領域とを有するソース部と、第1導電型のドレイン部と、前記ソース部と前記ドレイン部との間に設けられ前記ソース領域及び前記ベースコンタクト領域に接している第2導電型のベース領域と、を有する半導体層と、前記ベース領域に接して設けられたゲート絶縁膜と、前記ベース領域との間に前記ゲート絶縁膜を介在させて前記ベース領域に対向して設けられたゲート電極と、を備え、前記ソース領域と前記ベースコンタクト領域とが交互に並ぶ方向の前記ソース領域の幅に対する、チャネル長の比が1.5以上であることを特徴とするトランジスタが提供される。 According to one aspect of the present invention, a source unit having a plurality of first conductivity type source regions and a plurality of second conductivity type base contact regions arranged alternately, a first conductivity type drain unit, A semiconductor layer provided between the source portion and the drain portion and having a second conductivity type base region in contact with the source region and the base contact region; and a gate provided in contact with the base region A gate electrode provided opposite to the base region with the gate insulating film interposed between the insulating film and the base region, wherein the source region and the base contact region are arranged alternately A transistor is characterized in that the ratio of the channel length to the width of the source region is 1.5 or more .

本発明によれば、オン抵抗の上昇を抑制しつつスイッチング耐圧を確保できるトランジスタを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a transistor capable of ensuring a switching breakdown voltage while suppressing an increase in on-resistance.

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態につき説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態にかかるトランジスタを例示した模式図である。すなわち、同図(a)は、トランジスタの断面図であり、同図(b)は、トランジスタの半導体部分の平面配置を例示する模式図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic view illustrating a transistor according to the first embodiment of the invention. 1A is a cross-sectional view of a transistor, and FIG. 1B is a schematic view illustrating a planar arrangement of a semiconductor portion of the transistor.

本実施形態のトランジスタは、いわゆるSOI(Silicon On Insulator)層に形成されている。すなわち、シリコンからなる支持基板2の上に、酸化シリコンからなる埋込絶縁層3を介して、シリコンからなるSOI層20が設けられている。SOI層20には、ソース部Sと、ドレイン部Dと、これらの間に設けられたp型ベース領域4およびドリフト領域18と、が設けられている。   The transistor of this embodiment is formed in a so-called SOI (Silicon On Insulator) layer. That is, the SOI layer 20 made of silicon is provided on the support substrate 2 made of silicon via the buried insulating layer 3 made of silicon oxide. The SOI layer 20 is provided with a source part S, a drain part D, and a p-type base region 4 and a drift region 18 provided therebetween.

ソース部Sは、n型ソース領域5と、p型ベースコンタクト領域6と、がチャネルに対して垂直方向に交互に配置された構造を有する。これらn型ソース領域5と、p型ベースコンタクト領域6と、は、いずれもソース電極に接続される。p型ベースコンタクト領域6は、p型ベース領域4の電位をソース電位に固定する役割を有する。
一方、ドレイン部Dは、n型ドレイン領域7からなる。
The source portion S has a structure in which n + type source regions 5 and p + type base contact regions 6 are alternately arranged in a direction perpendicular to the channel. These n + type source region 5 and p + type base contact region 6 are both connected to the source electrode. The p + type base contact region 6 has a role of fixing the potential of the p type base region 4 to the source potential.
On the other hand, the drain part D consists of an n + -type drain region 7.

p型ベース領域4は、チャネルを形成する半導体領域である。また、ドリフト領域18は、p型ベース領域4よりも高抵抗のp型またはn型シリコンからなり、トランジスタの耐圧を上げる役割を有する。 The p-type base region 4 is a semiconductor region that forms a channel. The drift region 18 is made of p - type or n - type silicon having a higher resistance than the p-type base region 4 and has a role of increasing the breakdown voltage of the transistor.

p型ベース領域4の上にはゲート絶縁膜14が設けられ、その上にゲート電極15が設けられている。ゲート電極15の上には、図示しないゲート配線との接続抵抗を下げるために、タングステン・シリサイド(WSi)などからなる導電層16が適宜設けられる。   A gate insulating film 14 is provided on the p-type base region 4, and a gate electrode 15 is provided thereon. A conductive layer 16 made of tungsten silicide (WSi) or the like is appropriately provided on the gate electrode 15 in order to reduce connection resistance with a gate wiring (not shown).

このトランジスタは、ゲート電極15に所定の電圧を印加すると、p型ベース領域4にチャネルが形成されてオン状態となり、ソース領域5とドレイン領域7との間で電流を流すことができる。そして、p型ベースコンタクト領域6を設けることにより、オフ状態においてp型ベース領域4の電位をソース電位に固定し、オフ状態やスイッチング時の寄生バイポーラ効果を抑制しトランジスタの耐圧を向上できる。 In this transistor, when a predetermined voltage is applied to the gate electrode 15, a channel is formed in the p-type base region 4 and the transistor is turned on, so that a current can flow between the source region 5 and the drain region 7. By providing the p + -type base contact region 6, the potential of the p-type base region 4 is fixed to the source potential in the off state, and the parasitic bipolar effect during the off state and switching can be suppressed to improve the breakdown voltage of the transistor.

そして、本実施形態においては、n型ソース領域5に対してp型ベースコンタクト領域6をオフセットさせている。すなわち、図1(b)に表したように、ドレイン部Dからみてp型ベースコンタクト領域6は、n型ソース領域5よりもオフセット量Loff(p)だけ遠くに設けられている。n型ソース領域5とp型ベース領域4との接合部が、p型ベースコンタクト領域6とp型ベース領域4との接合部よりもn型ドレイン領域7側に設けられている。こうすることにより、オン状態において実効的なチャネル面積を確保し、オン抵抗の上昇を抑制しつつ高スイッチング耐圧を実現できる。 In this embodiment, the p + type base contact region 6 is offset from the n + type source region 5. That is, as shown in FIG. 1B, the p + type base contact region 6 is provided farther from the n + type source region 5 by the offset amount Loff (p + ) when viewed from the drain portion D. The junction between the n + -type source region 5 and the p-type base region 4 is provided closer to the n + -type drain region 7 than the junction between the p + -type base contact region 6 and the p-type base region 4. In this way, an effective channel area can be ensured in the on state, and a high switching breakdown voltage can be realized while suppressing an increase in the on resistance.

型ベースコンタクト領域6がソース領域エッチングよりもベース領域4に向けて突出して形成されると、実効的なチャネル幅が低下する。その結果として、オン抵抗が上昇するという問題が生ずる。 When the p + -type base contact region 6 is formed so as to protrude toward the base region 4 rather than the source region etching, the effective channel width decreases. As a result, there arises a problem that the on-resistance increases.

すなわち、通常の形成手法を用いて特許文献1の構造を形成しようとすると、ソース領域5よりもp型コンタクト層6のほうがベース領域4の方向に突出しやすいという問題がある。図13は、通常の手法を用いて形成した場合に得られるこのトランジスタを表す模式図である。 That is, there is a problem that the p + -type contact layer 6 tends to protrude in the direction of the base region 4 rather than the source region 5 when attempting to form the structure of Patent Document 1 using a normal formation method. FIG. 13 is a schematic diagram showing this transistor obtained when formed using a normal method.

すなわち、特許文献1の図33あるいは図34に表した構造を形成しようとする場合、当業者は、通常、SOI層20の上に形成したゲート電極15のポリシリコンパターンをマスクとし、n型不純物とp型不純物をそれぞれソース部に選択的に導入することにより、n型ソース領域5とp型コンタクト層6を形成する手法を採ろうとする。このような場合、n型不純物としてはヒ素(As)、p型不純物としてボロン(B)を用いることが通例である。 That is, when the structure shown in FIG. 33 or FIG. 34 of Patent Document 1 is to be formed, those skilled in the art usually use the polysilicon pattern of the gate electrode 15 formed on the SOI layer 20 as a mask, and form an n-type impurity. And p-type impurities are selectively introduced into the source part, respectively, so that the n + -type source region 5 and the p + -type contact layer 6 are formed. In such a case, it is common to use arsenic (As) as the n-type impurity and boron (B) as the p-type impurity.

ところが、シリコン中においては、ボロンのほうがヒ素よりも拡散しやすい。そのため、同一のゲートマスクを用いてこれら不純物を導入した場合、ボロンのほうが横方向、すなわちゲートマスクの下に向けてより長距離を拡散する。その結果として、図13に表したように、n型ソース領域5よりもp型コンタクト層6のほうがベース層4に向けて突出してしまう。 However, in silicon, boron diffuses more easily than arsenic. Therefore, when these impurities are introduced using the same gate mask, boron diffuses a longer distance in the lateral direction, that is, below the gate mask. As a result, as shown in FIG. 13, the p + type contact layer 6 protrudes toward the base layer 4 rather than the n + type source region 5.

このようにp型コンタクト層6が突出すると、実効的なチャネル幅はさらに低下する。すなわち、p型コンタクト層6が突出した部分においては、ゲート電極15から電界が印加されても反転チャネルが形成されない。このため、図13にハッチで表した領域Xは、電子の流路として無効な領域となり、オン抵抗がさらに上昇するという問題が生ずる。 When the p + -type contact layer 6 protrudes in this way, the effective channel width further decreases. That is, in the portion where the p + -type contact layer 6 protrudes, an inversion channel is not formed even when an electric field is applied from the gate electrode 15. For this reason, the area X represented by hatching in FIG. 13 becomes an invalid area as an electron flow path, and there arises a problem that the on-resistance further increases.

これに対して、図1に例示した本実施形態のトランジスタにおいては、n型ソース領域5に対してp型ベースコンタクト領域6を後退させることにより、実効的なチャネル幅とチャネル領域を増加させてオン抵抗を下げることができる。 In contrast, in the transistor of this embodiment illustrated in FIG. 1, the effective channel width and channel region are increased by retracting the p + type base contact region 6 with respect to the n + type source region 5. The on-resistance can be lowered.

また一方、本実施形態においては、ソース領域5の幅W(Ns)を小さくすることにより、スイッチング耐圧を改善することができる。すなわち、ベースコンタクト領域6のオフセット量Loff(p)がゼロの場合でも、ソース領域5の幅W(Ns)を小さくすると、トランジスタのスイッチング耐量を大幅に向上させることが可能である。
以下、これらの効果について順に説明する。
On the other hand, in this embodiment, the switching breakdown voltage can be improved by reducing the width W (Ns) of the source region 5. That is, even when the offset amount Loff (p + ) of the base contact region 6 is zero, the switching tolerance of the transistor can be greatly improved by reducing the width W (Ns) of the source region 5.
Hereinafter, these effects will be described in order.

図2(a)及び(b)は、それぞれ比較例および本実施形態のトランジスタにおけるSOI層の不純物濃度の平面内の分布を等高線により例示した模式図である。なおこれらの模式図においては、n型不純物の濃度が高いほど濃く、p型不純物の濃度が高いほど淡く表した。
同図(a)は、図13に関して前述したようにポリシリコンゲートを共通のマスクとしてn型不純物及びp型不純物を導入した場合の不純物濃度の分布を表す。p型ベースコンタクト領域6のp型不純物がベース領域4に向けて突出し、n型ソース領域5とベース領域4との接合を狭めていることが分かる。このようにp型ベースコンタクト領域6が突出することにより、実効的なチャネル幅が狭められオン抵抗が上昇してしまう。
2A and 2B are schematic views illustrating the in-plane distribution of the impurity concentration of the SOI layer in the comparative example and the transistor of this embodiment, respectively, by contour lines. In these schematic diagrams, the higher the n-type impurity concentration, the lighter the p-type impurity concentration.
FIG. 13A shows the distribution of impurity concentration when an n-type impurity and a p-type impurity are introduced using a polysilicon gate as a common mask as described above with reference to FIG. It can be seen that the p-type impurity in the p + -type base contact region 6 protrudes toward the base region 4 and narrows the junction between the n + -type source region 5 and the base region 4. As the p + -type base contact region 6 protrudes in this manner, the effective channel width is narrowed and the on-resistance is increased.

これに対して、図2(b)は、本実施形態のトランジスタにおける不純物濃度の分布を表す。本実施形態においては、n型ソース領域5に対してp型ベースコンタクト領域6が後退するように形成する。その結果として、図2(b)に表したように、n型ソース領域5のn型不純物はp型ベースコンタクト領域6とp型ベース領域4との接合部にまで拡がり、実効的なチャネル幅を顕著に拡げることができる。 On the other hand, FIG. 2B shows the impurity concentration distribution in the transistor of this embodiment. In the present embodiment, the p + type base contact region 6 is formed so as to recede from the n + type source region 5. As a result, as shown in FIG. 2B, the n-type impurity in the n + -type source region 5 extends to the junction between the p + -type base contact region 6 and the p-type base region 4 and is effective. The channel width can be significantly increased.

図3(a)及び(b)は、それぞれ図2に例示した比較例および図1に例示した本実施形態のトランジスタにおける電子電流の密度分布を表す模式図である。すなわち、これらの模式図は、オン状態における電子電流の平面内での密度分布を等高線により表す。なお、これらの模式図においては、電子電流の密度が高いほど濃く、密度が低いほど淡く表した。   FIGS. 3A and 3B are schematic views showing density distributions of electron currents in the comparative example illustrated in FIG. 2 and the transistor of this embodiment illustrated in FIG. 1, respectively. That is, these schematic diagrams represent the density distribution in the plane of the electron current in the ON state by contour lines. In these schematic diagrams, the higher the density of the electron current, the higher the density, and the lower the density, the lighter the density.

図3(a)に表した比較例のトランジスタの場合、p型ベースコンタクト領域6が突出してn型ソース領域5の前方にまで拡がっているために、ベース領域4からソース領域5に流入する電子電流の流路が大幅に狭められていることが分かる。このように電子電流の流路が狭められることにより、p型ベース領域4における電子電流の平均密度も低下し、オン抵抗が上昇するという問題が生ずる。この問題は、n型ソース領域5のパターン幅W(Ns)(図1(b)参照)を狭くするほど深刻になる。 In the case of the transistor of the comparative example shown in FIG. 3A, the p + type base contact region 6 protrudes and extends to the front of the n + type source region 5, so that it flows from the base region 4 to the source region 5. It can be seen that the flow path of the electron current is greatly narrowed. By narrowing the flow path of the electron current in this way, the average density of the electron current in the p-type base region 4 is lowered, and the on-resistance is increased. This problem becomes more serious as the pattern width W (Ns) (see FIG. 1B) of the n + -type source region 5 is narrowed.

これに対して、本実施形態のトランジスタにおいては、p型ベースコンタクト領域6を遠ざける方向にオフセットさせることにより、図3(b)に表したように、n型ソース領域5へ流入する電子電流の流路は大幅に拡がり、p型ベース領域4の全体にわたって高い電子電流密度が得られている。その結果として、オン抵抗を大幅に下げることが可能となる。図3(a)に表した比較例のトランジスタにおいては、ドレイン電圧Vdが0.35ボルトにおいて、ドレイン電流Idは0.063アンペアに過ぎないが、図3(b)に表した本実施形態のトランジスタにおいては、ドレイン電圧Vdが0.35ボルトにおいて、ドレイン電流Idは0.1045アンペアにまで上昇した。つまり、比較例と比べてオン抵抗を約40パーセント近く下げることができた。 On the other hand, in the transistor of this embodiment, the electrons flowing into the n + type source region 5 are offset as shown in FIG. 3B by offsetting the p + type base contact region 6 away from the p + type base contact region 6. The flow path of the current is greatly expanded, and a high electron current density is obtained over the entire p-type base region 4. As a result, the on-resistance can be greatly reduced. In the transistor of the comparative example shown in FIG. 3A, when the drain voltage Vd is 0.35 volts, the drain current Id is only 0.063 amperes, but in the present embodiment shown in FIG. In the transistor, the drain current Id rose to 0.1045 amps when the drain voltage Vd was 0.35 volts. That is, the on-resistance can be reduced by about 40% compared to the comparative example.

なお、ソース部Sにp型ベースコンタクト領域6を設けずn型ソース領域5のみにより形成したトランジスタの場合には、同一条件においてドレイン電流Idは0.1064アンペアであった。つまり、本実施形態によれば、p型ベースコンタクト領域6を設けない場合とほぼ同様のレベルにまでオン抵抗を低下させることができ、p型ベースコンタクト領域6を設けることによるオン抵抗の上昇をほぼ解消することが可能となる。つまり、本実施形態によれば、オン抵抗の上昇を抑制しつつ、p型ベースコンタクト領域6を設けることによってオフ状態及びスイッチング状態における寄生バイポーラ効果を抑制でき、高いスイッチング耐圧が得られる。 In the case of a transistor formed only by the n + type source region 5 without providing the p + type base contact region 6 in the source part S, the drain current Id was 0.1064 amperes under the same conditions. In other words, according to the present embodiment, p + -type base if the contact region 6 is not provided and it is possible to reduce the on-resistance to almost the same level, the on-resistance due to the provision of the p + -type base contact region 6 It is possible to almost eliminate the rise. That is, according to the present embodiment, the parasitic bipolar effect in the off state and the switching state can be suppressed by providing the p + type base contact region 6 while suppressing an increase in the on-resistance, and a high switching breakdown voltage can be obtained.

図4は、本実施形態のトランジスタのターンオフ特性を例示するグラフ図である。すなわち、同図の横軸は時間、縦軸は電流と電圧を表す。
オン状態でほぼゼロボルト、0.1アンペアの電流は、トランジスタのオフ動作に伴い、およそ0.8マイクロ秒で急激に低下し、20ボルトでゼロアンペアに遷移している。これは、ソース部Sにp型ベースコンタクト領域6を設けない電界効果トランジスタと同等のターンオフ速度である。つまり、本実施形態によれば、p型ベースコンタクト領域6を設けてp型ベース領域4の電位を固定しつつ、オン抵抗を大幅に低下させてCR(容量・抵抗)積を低下させることにより、スイッチング速度を大幅に改善できる。
FIG. 4 is a graph illustrating the turn-off characteristics of the transistor of this embodiment. That is, the horizontal axis in the figure represents time, and the vertical axis represents current and voltage.
The current of approximately zero volts and 0.1 amperes in the on state decreases rapidly in about 0.8 microseconds with the transistor turning off, and transitions to zero amperes at 20 volts. This is a turn-off speed equivalent to that of a field effect transistor in which the p + -type base contact region 6 is not provided in the source portion S. In other words, according to the present embodiment, the p + type base contact region 6 is provided to fix the potential of the p type base region 4, and the on-resistance is greatly reduced to reduce the CR (capacitance / resistance) product. Thus, the switching speed can be greatly improved.

ここで、本実施形態のトランジスタを製造するためには、例えば、図8に関して後述するように、p型ベースコンタクト領域6とn型ソース領域5とをそれぞれ異なるマスクを用いて形成すればよい。すなわち、p型ベースコンタクト領域6を形成する場合には、チャネル方向(図1の左右方向)に沿って狭い開口を有するマスクを用いてp型不純物をソース部Sに選択的に導入し、一方、n型ソース領域5を形成する場合には、チャネル方向(図1の左右方向)に沿って広い開口を有するマスクを用いてn型不純物をソース部Sに選択的に導入すれば、図1のように、ドレイン部Dからみて、p型ベースコンタクト領域6がn型ソース領域5よりも遠くに設けられた構造を形成できる。 Here, in order to manufacture the transistor of this embodiment, for example, as described later with reference to FIG. 8, the p + type base contact region 6 and the n + type source region 5 are formed using different masks. Good. That is, when the p + -type base contact region 6 is formed, a p-type impurity is selectively introduced into the source portion S using a mask having a narrow opening along the channel direction (left-right direction in FIG. 1). On the other hand, when the n + -type source region 5 is formed, if an n-type impurity is selectively introduced into the source portion S using a mask having a wide opening along the channel direction (left-right direction in FIG. 1), As shown in FIG. 1, a structure in which the p + type base contact region 6 is provided farther than the n + type source region 5 when viewed from the drain portion D can be formed.

さらに具体的には、例えば、第1の開口を有するマスクを用いてp型不純物をソース部Sに導入することによりp型コンタクト領域6を形成した後に、このマスクをエッチングして開口を拡げてから、n型不純物を導入することによりn型ソース領域5を形成すればよい。 More specifically, for example, the p + -type contact region 6 is formed by introducing a p-type impurity into the source portion S using a mask having a first opening, and then the mask is etched to widen the opening. Then, the n + type source region 5 may be formed by introducing an n type impurity.

または、第1の開口を有するマスクを用いてn型不純物をソース部Sに導入することによりn型ソース領域5を形成した後に、このマスクに別のマスクを重ねて形成することにより開口を狭めてから、p型不純物を導入することによりp型ベースコンタクト領域6を形成してもよい。 Alternatively, after an n + -type source region 5 is formed by introducing an n-type impurity into the source portion S using a mask having a first opening, an opening is formed by forming another mask on the mask. After narrowing, the p + -type base contact region 6 may be formed by introducing a p-type impurity.

以下、本実施形態のトランジスタの構造パラメータについて、さらに定量的に説明する。
図5は、p型ベースコンタクト領域6のオフセット量とトランジスタのCR積との関係を例示するグラフ図である。すなわち、同図の横軸はオフセット量Loff(p)を表し、縦軸はCR積(pF・Ω)を表す。
なお、同図の凡例において、「標準」とは、ゲートの長さ(図1(a)及び(b)において左右方向の長さ)を1マイクロメータとし、ゲートの幅(図1(b)において上下方向の長さ)を2700マイクロメータとした構造を表す。また、「低C」は、容量を低減するために、ゲートの長さを1マイクロメータとし、ゲートの幅を1400マイクロメータとした構造を表す。一方、「低R」とは、抵抗を減らすために、ゲートの長さを1マイクロメータとし、ゲートの幅を5500マイクロメータとした構造を表す。
Hereinafter, the structural parameters of the transistor of this embodiment will be described more quantitatively.
FIG. 5 is a graph illustrating the relationship between the offset amount of the p + type base contact region 6 and the CR product of the transistor. That is, the horizontal axis of the figure represents the offset amount Loff (p + ), and the vertical axis represents the CR product (pF · Ω).
In the legend of the figure, “standard” means that the gate length (the length in the horizontal direction in FIGS. 1A and 1B) is 1 micrometer and the gate width (FIG. 1B). The length in the vertical direction) is 2700 micrometers. “Low C” represents a structure in which the gate length is 1 micrometer and the gate width is 1400 micrometers in order to reduce the capacitance. On the other hand, “low R” represents a structure in which the gate length is 1 micrometer and the gate width is 5500 micrometers in order to reduce resistance.

また、これらに付した「(0.5:0.5)」は、p型ベースコンタクト領域6の幅W(p)(図1(b)参照)が0.5マイクロメータで、n型ソース領域5の幅W(Ns)(図1(b)参照)も0.5マイクロメータであることを表す。同様に、「(1:19)」とは、p型ベースコンタクト領域6の幅W(p)(図1(b)参照)が1マイクロメータで、n型ソース領域5の幅W(Ns)(図1(b)参照)は19マイクロメータであることを表す。つまり、「(0.5:0.5)」は、p型ベースコンタクト領域6とn型ソース領域5をそれぞれ幅方向に微細化した構造に対応する。 Further, “(0.5: 0.5)” attached to these is the case where the width W (p + ) (see FIG. 1B) of the p + -type base contact region 6 is 0.5 micrometers, and n The width W (Ns) of the + type source region 5 (see FIG. 1B) also represents 0.5 micrometer. Similarly, “(1:19)” means that the width W (p + ) of the p + -type base contact region 6 (see FIG. 1B) is 1 micrometer and the width W of the n + -type source region 5. (Ns) (see FIG. 1B) represents 19 micrometers. That is, “(0.5: 0.5)” corresponds to a structure in which the p + type base contact region 6 and the n + type source region 5 are miniaturized in the width direction.

図5から分かるように、p+型ベースコンタクト領域6のオフセット量Loff(p+)がゼロから0.15マイクロメータに増加すると、ベースコンタクト領域6とソース領域5をそれぞれ微細化した構造(「(0.5:0.5)」)のCR積は、急激に低下する。これは主に、図2及び図3に関して前述したように、オン抵抗(Ron)が低下したことによるものと考えられる。オフセット量Loff(p+)がさらに増加するとCR積はわずかに低下を続けるが、その変化は緩やかである。つまり、CR積あるいはオン抵抗の観点からみると、微細化した構造において、オフセット量Loff(p+)を0.15マイクロメータ以上とすればよいことが分かる。   As can be seen from FIG. 5, when the offset amount Loff (p +) of the p + -type base contact region 6 increases from zero to 0.15 micrometers, the base contact region 6 and the source region 5 are made finer structures (“(0 .5: 0.5) "), the CR product decreases rapidly. This is presumably due to a decrease in on-resistance (Ron) as described above with reference to FIGS. As the offset amount Loff (p +) further increases, the CR product continues to decrease slightly, but the change is gradual. That is, from the viewpoint of CR product or on-resistance, it can be seen that the offset amount Loff (p +) should be 0.15 micrometers or more in a miniaturized structure.

図6は、p型ベースコンタクト領域6のオフセット量とトランジスタのスイッチング耐量との関係を例示するグラフ図である。すなわち、同図の横軸はオフセット量Loff(p+)を表し、縦軸はスイッチング耐量(ボルト)を表す。なお、図6の凡例については、図5に関して前述したものと同様である。
スイッチング耐量の観点からみると、微細化しない構造(「(1:19)」)と比べて、微細化した構造(「(0.5:0.5)」)はスイッチング耐量が顕著に向上することが分かる。また、微細化した構造についてみると、オフセット量がゼロ(Loff(p)=0)から、オフセット量が0.15〜0.3マイクロメータ程度の場合に、微細化しない構造よりも約70パーセントの改善が見られることが分かる。
FIG. 6 is a graph illustrating the relationship between the offset amount of the p + -type base contact region 6 and the switching tolerance of the transistor. That is, the horizontal axis of the figure represents the offset amount Loff (p +), and the vertical axis represents the switching tolerance (volt). The legend in FIG. 6 is the same as that described above with reference to FIG.
From the viewpoint of switching withstand capability, the miniaturized structure ("(0.5: 0.5)") significantly improves the switching tolerance compared to the non-miniaturized structure ("(1:19)"). I understand that. Further, regarding the miniaturized structure, when the offset amount is zero (Loff (p + ) = 0) and the offset amount is about 0.15 to 0.3 micrometers, it is about 70 than the structure that is not miniaturized. It can be seen that there is a percentage improvement.

つまり、図5及び図6に表した結果をまとめると、ベースコンタクト領域6の幅W(p)とソース領域5の幅W(Ns)を微細化し、オフセット量を0.15マイクロメータ以上、0.3マイクロメータ以下とすれば、オン抵抗を効果的に低下させてCR積の上昇を抑制しつつ、スイッチング耐量も十分に高いレベルが得られる。 That is, when the results shown in FIGS. 5 and 6 are summarized, the width W (p + ) of the base contact region 6 and the width W (Ns) of the source region 5 are reduced, and the offset amount is 0.15 micrometers or more. If it is 0.3 micrometer or less, a sufficiently high level of switching withstand can be obtained while effectively reducing the on-resistance and suppressing an increase in CR product.

次に、ソース領域5の幅の微細化の効果についてさらに説明する。
定格ドレイン電圧20ボルトの素子の場合、実際に使用するためには、ドレイン電圧20ボルト以上のスイッチング耐量が必要である。ソース領域5のパターン幅W(Ns)が大きいと、スイッチング時のバイポーラ寄生効果により、破壊が生じる。この破壊を回避するためには、p型ベース領域4のソース電極へのコンタクトをしっかり確保することと、このベース領域4へのコンタクトの間隔、すなわち、ソース領域5のパターンの幅W(Ns)を狭くする必要がある。
Next, the effect of reducing the width of the source region 5 will be further described.
In the case of an element having a rated drain voltage of 20 volts, a switching withstand capacity of 20 volts or more is required for actual use. When the pattern width W (Ns) of the source region 5 is large, breakdown occurs due to a bipolar parasitic effect during switching. In order to avoid this destruction, it is necessary to secure a contact to the source electrode of the p-type base region 4 and the distance between the contacts to the base region 4, that is, the width W (Ns) of the pattern of the source region 5. Need to be narrowed.

図7は、本実施形態のトランジスタのうちの20ボルト素子のスイッチング時における、ソース領域5のパターンの幅とスイッチング破壊電圧との関係を表す。すなわち、同図の横軸はソース領域5の幅W(Ns)を表し、縦軸は電界効果トランジスタのスイッチング電圧を表す。
このグラフから解るように、ソース領域5のパターン幅W(Ns)を1マイクロメータ以下とすると、実使用が可能な20ボルト以上のスイッチング電圧耐量が得られる。
FIG. 7 shows the relationship between the pattern width of the source region 5 and the switching breakdown voltage at the time of switching of a 20-volt element in the transistor of this embodiment. That is, the horizontal axis of the figure represents the width W (Ns) of the source region 5, and the vertical axis represents the switching voltage of the field effect transistor.
As can be seen from this graph, when the pattern width W (Ns) of the source region 5 is 1 micrometer or less, a switching voltage withstand capability of 20 volts or more that can be actually used is obtained.

次に、ベースコンタクト領域6とソース領域5を形成するためのマスクの開口部について説明する。
図8は、マスクの開口部と不純物濃度分布を説明するための模式図である。すなわち、同図(a)のグラフは、n型ソース領域5の不純物濃度分布を表し、同図(b)のグラフは、p型ベースコンタクト領域6の不純物濃度分布を表す。これらグラフの横軸は、チャネル方向(図1(b)の横方向)の距離を表す。また、これらグラフには、ゲート電極15とそれぞれのマスク開口部の位置も併せて表した。
Next, the opening of the mask for forming the base contact region 6 and the source region 5 will be described.
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the opening of the mask and the impurity concentration distribution. That is, the graph of FIG. 6A represents the impurity concentration distribution of the n + type source region 5, and the graph of FIG. 4B represents the impurity concentration distribution of the p + type base contact region 6. The horizontal axis of these graphs represents the distance in the channel direction (the horizontal direction in FIG. 1B). In these graphs, the positions of the gate electrode 15 and the respective mask openings are also shown.

図8(a)及び(b)に表したように、本実施形態においては、ドレイン部からみてp型ベースコンタクト領域6(p型不純物濃度のピーク領域)をオフセット量Loff 1 だけ遠くに設けるとともに、n型ソース領域5(n型不純物濃度のピーク領域)をゲート電極15の端部からオフセット量Loff 2 だけ遠ざけることができる。すなわち、ソース領域5とベース領域4との接合部を、ベースコンタクト領域6とベース領域4との接合部よりもドレイン部D側に設けた。なお、本願明細書において、「ベースコンタクト領域6とベース領域4との接合部」とは、ベースコンタクト領域6のp型不純物を選択形成するためのマスクの開口端であり、ベースコンタクト領域6のp型不純物濃度がベース領域4に向けて下がり始める部分をいうものとする。また、ベースコンタクト領域6のp型不純物を選択形成するためのマスク開口端よりも、ソース領域4のn型不純物を選択形成するためのマスクの開口端を、Loff1だけドレイン部D側に設けることにより、ソース領域5とベース領域4との接合部が、ベースコンタクト領域6とベース領域4との接合部よりもドレイン部D側に設けられる。 As shown in FIGS. 8A and 8B, in this embodiment, the p + -type base contact region 6 (p-type impurity concentration peak region) is provided far away by the offset amount Loff 1 when viewed from the drain portion. At the same time, the n + -type source region 5 (the peak region of the n-type impurity concentration) can be moved away from the end of the gate electrode 15 by the offset amount Loff 2. That is, the junction between the source region 5 and the base region 4 is provided closer to the drain part D than the junction between the base contact region 6 and the base region 4. In the present specification, the “junction between the base contact region 6 and the base region 4” is an opening end of a mask for selectively forming p-type impurities in the base contact region 6. The portion where the p-type impurity concentration starts to decrease toward the base region 4 is assumed. Further, the opening end of the mask for selectively forming the n-type impurity in the source region 4 is provided on the drain part D side by Loff1 rather than the mask opening end for selectively forming the p-type impurity in the base contact region 6. Thus, the junction between the source region 5 and the base region 4 is provided closer to the drain portion D than the junction between the base contact region 6 and the base region 4.

この場合、p型ベースコンタクト領域6のオフセット量Loff(p)とn型ソース領域5のゲート電極15の端部からのオフセット量Loff(Ns)は、それぞれ、ベースコンタクト領域6のp型不純物を選択形成する工程で用いるマスクのゲート側の開口部端部と、ソース領域5のn型不純物を選択形成する工程で用いるマスクのゲート側の開口部端部、及びゲートマスクパターン端部と、の関係を調整することにより規定できる。
つまり、これら領域6及び5を形成するために不純物を導入する際に用いるマスクの開口部を、それぞれ図示の如くずらして配置すればよい。このようにすれば、オン抵抗を低くしつつ、ソース部Sにおける寄生バイポーラ効果を抑制し、スイッチング耐量をさらに向上させることができる。
In this case, the offset amount Loff (p + ) of the p + -type base contact region 6 and the offset amount Loff (Ns) from the end of the gate electrode 15 of the n + -type source region 5 are respectively p of the base contact region 6. The gate side opening end of the mask used in the step of selectively forming the n-type impurity, the gate side opening end of the mask used in the step of selectively forming the n-type impurity of the source region 5, and the gate mask pattern end And can be defined by adjusting the relationship.
That is, the openings of the mask used when introducing impurities to form these regions 6 and 5 may be shifted as shown in the figure. In this way, the parasitic bipolar effect in the source part S can be suppressed and the switching tolerance can be further improved while reducing the on-resistance.

次に、n型ドレイン領域7のオフセットについて説明する。
図9は、n型ドレイン領域7のオフセットを説明するための模式図である。すなわち、同図のグラフは、n型ドレイン領域7の不純物濃度分布を表し、その横軸は、チャネル方向(図1(b)の横方向)の距離を表す。また、このグラフには、ゲート電極15とマスク開口部の位置も併せて表した。
Next, the offset of the n + type drain region 7 will be described.
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the offset of the n + -type drain region 7. That is, the graph of FIG. 6 represents the impurity concentration distribution of the n + -type drain region 7, and the horizontal axis represents the distance in the channel direction (the horizontal direction in FIG. 1B). This graph also shows the positions of the gate electrode 15 and the mask opening.

図9に表したように、本実施形態においては、n型ドレイン領域7をゲート電極15の端部からオフセット量Loff 3 だけ遠ざけて形成することができる。つまり、ドレイン領域7を形成するために不純物を導入する工程において用いるマスクの開口部を図9に表したようにゲート端から遠ざけて配置すればよい。 As shown in FIG. 9, in this embodiment, the n + -type drain region 7 can be formed away from the end of the gate electrode 15 by an offset amount Loff 3. That is, the opening of the mask used in the step of introducing impurities for forming the drain region 7 may be arranged away from the gate end as shown in FIG.

図10は、本実施形態の変型例にかかる電界効果トランジスタを例示する模式図である。すなわち、同図(a)は、電界効果トランジスタの断面図であり、同図(b)は、電界効果トランジスタの半導体部分の平面配置を例示する模式図である。同図については、図1乃至図9に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。   FIG. 10 is a schematic view illustrating a field effect transistor according to a modification example of this embodiment. 1A is a cross-sectional view of a field effect transistor, and FIG. 1B is a schematic view illustrating a planar arrangement of a semiconductor portion of the field effect transistor. In the figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本変型例においては、p型ベース領域4とn型ドレイン領域7との間に、n型ストライプ領域18aとp型ストライプ領域18bとが交互に設けられたドリフト領域18が形成されている。n型ストライプ領域18aとp型ストライプ領域18bは、それぞれチャネル方向に沿って延在するストライプ状に形成されている。これら、n型ストライプ領域18aとp型ストライプ領域18bの幅W(チャネルに対して垂直方向の幅)は、熱平衡状態のp−n接合に生ずる空乏層の幅に比べて小さくなるように設定されている。このようにすると、トランジスタがオフ状態(ドレイン電圧が0ボルト)において、ドリフト領域18は拡散電位により空乏化し、出力静電容量を低減することにより高周波を確実に遮断できる。このようなドリフト領域18の空乏化の効果により、トランジスタがオフ状態におけるソース・ドレイン間の静電容量と、ドレイン・ゲート間の静電容量を大幅に低下させることができる。 In this modification, a drift region 18 in which n-type stripe regions 18 a and p-type stripe regions 18 b are alternately provided is formed between the p-type base region 4 and the n + -type drain region 7. Each of the n-type stripe region 18a and the p-type stripe region 18b is formed in a stripe shape extending along the channel direction. The width W (width in the direction perpendicular to the channel) of the n-type stripe region 18a and the p-type stripe region 18b is set to be smaller than the width of the depletion layer generated in the pn junction in the thermal equilibrium state. ing. In this way, when the transistor is in the off state (drain voltage is 0 volts), the drift region 18 is depleted by the diffusion potential, and high frequency can be reliably cut off by reducing the output capacitance. Such a depletion effect of the drift region 18 can greatly reduce the capacitance between the source and the drain and the capacitance between the drain and the gate when the transistor is in the off state.

ドリフト領域18を熱平衡状態で空乏化させるためには、n型ストライプ領域18aとp型ストライプ領域18bの幅Wは、次式の条件を満足することが望ましい。
W<(2εs・Vbi(Np+Nn)/(qNpNn))0.5
ここで、εsはシリコンの比誘電率、Vbiはストライプ領域18a、18bのp−n接合の拡散電位である。
In order to deplete the drift region 18 in a thermal equilibrium state, it is desirable that the width W of the n-type stripe region 18a and the p-type stripe region 18b satisfy the following condition.
W <(2εs · Vbi (Np + Nn) / (qNpNn)) 0.5
Here, εs is the relative dielectric constant of silicon, and Vbi is the diffusion potential of the pn junction of the stripe regions 18a and 18b.

ゲート電極15にプラスの電位が印加されると、空乏化していたドリフト領域18は、ゲート電圧で生じた電子で満たされて低抵抗化し、その結果、トランジスタは低オン抵抗状態となる。   When a positive potential is applied to the gate electrode 15, the depleted drift region 18 is filled with electrons generated by the gate voltage to reduce the resistance, and as a result, the transistor enters a low on-resistance state.

図11は、本実施形態の第2の変型例にかかるトランジスタを例示する模式図である。すなわち、同図(a)は、トランジスタの断面図であり、同図(b)は、トランジスタの半導体部分の平面配置を例示する模式図である。同図については、図1乃至図10に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。   FIG. 11 is a schematic view illustrating a transistor according to a second modification of this embodiment. 1A is a cross-sectional view of a transistor, and FIG. 1B is a schematic view illustrating a planar arrangement of a semiconductor portion of the transistor. In this figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 10 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態においては、支持基板2の裏面側に、第2のゲート電極30が設けられている。図1や図10などに関して前述したように、トランジスタをオンさせる時には、ゲート電極15に電圧を加えてp型ベース領域4にチャネルを形成するが、ドリフト領域18には十分に電界が加わらない場合もある。そこで、本変型例においては、支持基板2の裏面側に第2のゲート電極30を設け、埋込絶縁層3を介してドリフト領域18に電界を加え、ドリフト領域18にチャネルを確実に形成し、低オン抵抗を実現できる。   In the present embodiment, the second gate electrode 30 is provided on the back side of the support substrate 2. As described above with reference to FIGS. 1 and 10, when the transistor is turned on, a voltage is applied to the gate electrode 15 to form a channel in the p-type base region 4, but an electric field is not sufficiently applied to the drift region 18. There is also. Therefore, in this modified example, the second gate electrode 30 is provided on the back surface side of the support substrate 2, an electric field is applied to the drift region 18 through the buried insulating layer 3, and a channel is reliably formed in the drift region 18. Low on-resistance can be realized.

ここで、第2のゲート電極30は、ゲート絶縁膜14よりも厚い埋込絶縁層3を介して設けられているので、素子耐圧の低下や、ゲート・ドレイン間容量Cdgなどの増大を抑制しつつ、低オン抵抗を実現できる。   Here, since the second gate electrode 30 is provided via the buried insulating layer 3 thicker than the gate insulating film 14, it suppresses a decrease in device breakdown voltage and an increase in gate-drain capacitance Cdg. However, a low on-resistance can be realized.

なお、図11には、ドリフト領域18として、低濃度のp型半導体またはn型半導体を用いたものを例示したが、本発明はこれには限定されず、図10に例示したように複数のストライプ領域を配置したものを用いても同様の作用効果が得られる。   FIG. 11 illustrates the drift region 18 using a low-concentration p-type semiconductor or n-type semiconductor. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of drift regions 18 may be used as illustrated in FIG. The same effect can be obtained even if a stripe region is used.

また、埋込絶縁層3の裏面に支持基板2を設けずに、埋込絶縁層3の裏面に第2のゲート電極30を設けてもよい。   Further, the second gate electrode 30 may be provided on the back surface of the buried insulating layer 3 without providing the support substrate 2 on the back surface of the buried insulating layer 3.

次に、本実施形態のトランジスタを用いたフォトリレーについて説明する。
図12は、本実施形態のフォトリレーの回路を表す模式図である。
Next, a photo relay using the transistor of this embodiment will be described.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a circuit of the photorelay of this embodiment.

すなわち、このフォトリレーは、GaAs赤外発光ダイオード50、PDA(Photo Diode Array)52及びMOSFETスイッチ54、56からなり、4ピン・パッケージ(SOP)などに収容できる。チップサイズは、0.8×0.8ミリメータ程度である。1チップの中に、2個のMOSFETスイッチ54、56が接続され、ACスイッチを形成している。これらMOSFETスイッチ54、56として、図1乃至図11に関して前述した電界効果トランジスタを用いることができる。   In other words, the photorelay includes a GaAs infrared light emitting diode 50, a PDA (Photo Diode Array) 52, and MOSFET switches 54 and 56, and can be accommodated in a 4-pin package (SOP) or the like. The chip size is about 0.8 × 0.8 mm. Two MOSFET switches 54 and 56 are connected in one chip to form an AC switch. As the MOSFET switches 54 and 56, the field effect transistors described above with reference to FIGS. 1 to 11 can be used.

この場合、MOSFETスイッチ54、56に用いるSOI層20の厚みは0.1マイクロメータ程度、埋込絶縁層3の厚みは3マイクロメータ程度、ゲート絶縁膜14の厚みは0.14マイクロメータ程度、n型ドレイン領域7とゲート電極15の端部とのオフセット量Loff(Nd)は0.6マイクロメータ程度とすることができる。 In this case, the thickness of the SOI layer 20 used for the MOSFET switches 54 and 56 is about 0.1 micrometers, the thickness of the buried insulating layer 3 is about 3 micrometers, and the thickness of the gate insulating film 14 is about 0.14 micrometers. The offset amount Loff (Nd) between the n + -type drain region 7 and the end of the gate electrode 15 can be about 0.6 micrometers.

本実施形態によれば、低オン抵抗で高スイッチング耐量のMOSFET54、56を用いることにより、2.5ギガヘルツの信号周波数に対して10デシベルという極めて高いアイソレーション特性が得られる。また同時に、このフォトリレーの挿入損失は、2ギガヘルツの信号周波数で1デシベルと低く、高耐圧と低損失を両立できる。   According to the present embodiment, by using the MOSFETs 54 and 56 having a low on-resistance and a high switching tolerance, an extremely high isolation characteristic of 10 decibels can be obtained for a signal frequency of 2.5 GHz. At the same time, the insertion loss of this photorelay is as low as 1 decibel at a signal frequency of 2 gigahertz, so that both high breakdown voltage and low loss can be achieved.

以下、本発明の他の実施形態について説明する。なお、前述したものと同様の要素については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。   Hereinafter, other embodiments of the present invention will be described. In addition, about the element similar to what was mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

[第2の実施形態]
図14は、本発明の第2の実施形態にかかるトランジスタを例示した模式図である。すなわち、同図(a)は、トランジスタの断面図であり、同図(b)は、トランジスタの半導体部分の平面配置を例示する模式図である。
[Second Embodiment]
FIG. 14 is a schematic view illustrating a transistor according to the second embodiment of the invention. 1A is a cross-sectional view of a transistor, and FIG. 1B is a schematic view illustrating a planar arrangement of a semiconductor portion of the transistor.

本実施形態にかかるトランジスタも、第1の実施形態と同様、SOI構造を有する。すなわち、シリコンからなる支持基板2の上に、酸化シリコンからなる埋込絶縁層3を介してSOI層20が設けられ、そのSOI層20には、ソース部Sと、ドレイン部Dと、これらの間に設けられたp型ベース領域4およびドリフト領域18とが設けられている。   The transistor according to the present embodiment also has an SOI structure as in the first embodiment. That is, an SOI layer 20 is provided on a support substrate 2 made of silicon via a buried insulating layer 3 made of silicon oxide. The SOI layer 20 includes a source portion S, a drain portion D, and these A p-type base region 4 and a drift region 18 provided therebetween are provided.

ソース部Sは、n型ソース領域5と、p型ベースコンタクト領域6とがチャネルに対して垂直方向に交互に配置された構造を有する。n型ソース領域5と、p型ベースコンタクト領域6とは、いずれもソース電極に接続され、p型ベースコンタクト領域6は、p型ベース領域4の電位をソース電位に固定する役割を有する。 The source portion S has a structure in which n + type source regions 5 and p + type base contact regions 6 are alternately arranged in a direction perpendicular to the channel. The n + type source region 5 and the p + type base contact region 6 are both connected to the source electrode, and the p + type base contact region 6 plays a role of fixing the potential of the p type base region 4 to the source potential. Have.

ドレイン部Dは、n型ドレイン領域7からなる。p型ベース領域4は、チャネルを形成する半導体領域である。また、ドリフト領域18は、p型ベース領域4よりも高抵抗のp型またはn型シリコンからなり、トランジスタの耐圧を上げる役割を有する。 The drain part D is composed of an n + type drain region 7. The p-type base region 4 is a semiconductor region that forms a channel. The drift region 18 is made of p - type or n - type silicon having a higher resistance than the p-type base region 4 and has a role of increasing the breakdown voltage of the transistor.

p型ベース領域4の上にはゲート絶縁膜14が設けられ、その上にゲート電極15が設けられている。ゲート電極15は、n型ソース領域5の一部(p型ベース領域4とn型ソース領域5との接合部近傍)、およびドリフト領域18の一部(p型ベース領域4とドリフト領域18との接合部近傍)まで延在している。ゲート電極15の上には、図示しないゲート配線との接続抵抗を下げるために、タングステン・シリサイド(WSi)などからなる導電層16が適宜設けられる。 A gate insulating film 14 is provided on the p-type base region 4, and a gate electrode 15 is provided thereon. The gate electrode 15 includes a part of the n + -type source region 5 (near the junction between the p-type base region 4 and the n + -type source region 5) and a part of the drift region 18 (the p-type base region 4 and the drift region). 18 to the vicinity of the joint portion with 18). A conductive layer 16 made of tungsten silicide (WSi) or the like is appropriately provided on the gate electrode 15 in order to reduce connection resistance with a gate wiring (not shown).

本実施形態においても、ゲート電極15に所定の電圧を印加すると、p型ベース領域4にチャネルが形成されてオン状態となり、ソース領域5とドレイン領域7との間で電流を流すことができる。そして、p型ベースコンタクト領域6を設けることにより、オフ状態においてp型ベース領域4の電位をソース電位に固定し、オフ状態やスイッチング時の寄生バイポーラ効果を抑制しトランジスタの耐圧を向上できる。 Also in this embodiment, when a predetermined voltage is applied to the gate electrode 15, a channel is formed in the p-type base region 4 to be turned on, and a current can flow between the source region 5 and the drain region 7. By providing the p + -type base contact region 6, the potential of the p-type base region 4 is fixed to the source potential in the off state, and the parasitic bipolar effect during the off state and switching can be suppressed to improve the breakdown voltage of the transistor.

さらに、本発明者らは、ソース領域5の幅W(Ns)に対するチャネル長Lchの比が1.5以上、すなわち、Lch/W(Ns)≧1.5となるように設計することで、素子のスイッチング時やアバランシェ領域で発生する正孔電流を、p型ベースコンタクト領域6を介してソース電極に効率よく排出することができ、寄生バイポーラ効果を抑制して、アバランシェ耐量及びスイッチング耐量を向上できるとの知見を得た。 Furthermore, the present inventors have designed the ratio of the channel length Lch to the width W (Ns) of the source region 5 to be 1.5 or more, that is, Lch / W (Ns) ≧ 1.5, The hole current generated at the time of device switching or in the avalanche region can be efficiently discharged to the source electrode through the p + -type base contact region 6, and the parasitic bipolar effect is suppressed, thereby increasing the avalanche resistance and switching resistance. The knowledge that it can improve was obtained.

ソース領域5の幅W(Ns)は、ソース領域5とベースコンタクト領域6とが交互に配列された方向(ソース部Sとドレイン部Dとを結ぶ方向に対して垂直方向)にみた幅である。チャネル長Lchは、ソース部Sとドレイン部Dとを結ぶ方向に対して平行方向にみた、ゲート電極15下のベース領域4の長さである。ただし、実際のチャネル長Lchは製造プロセスに依存してばらつくため、公称値として与えられるゲート長Lg(ソース部Sとドレイン部Dとを結ぶ方向に対して平行方向にみたゲート電極15の長さ)を、チャネル長Lchとして採用してもよい。   The width W (Ns) of the source region 5 is a width seen in the direction in which the source regions 5 and the base contact regions 6 are alternately arranged (perpendicular to the direction connecting the source portion S and the drain portion D). . The channel length Lch is the length of the base region 4 below the gate electrode 15 as viewed in a direction parallel to the direction connecting the source portion S and the drain portion D. However, since the actual channel length Lch varies depending on the manufacturing process, the gate length Lg given as a nominal value (the length of the gate electrode 15 as viewed in a direction parallel to the direction connecting the source portion S and the drain portion D). ) May be adopted as the channel length Lch.

図15は、図14に表される構造を有し、素子耐圧(静耐圧)Vdss=34(V)に設計されたトランジスタにおいて、Lch/W(Ns)を様々に設定して、スイッチング時のドレイン電圧ピークをシミュレーション計算した結果を表す図である。横軸は、Lch/W(Ns)を表し、縦軸は、スイッチング時ドレイン電圧ピーク(V)を表す。   FIG. 15 shows a transistor having the structure shown in FIG. 14 and designed with a device breakdown voltage (static breakdown voltage) Vdss = 34 (V), and various Lch / W (Ns) values are set. It is a figure showing the result of having calculated the drain voltage peak by simulation. The horizontal axis represents Lch / W (Ns), and the vertical axis represents the drain voltage peak (V) during switching.

Lchを0.5マイクロメータ(μm)、W(Ns)を1マイクロメータ(μm)とした場合(Lch/W(Ns)=0.5)、Lchを1マイクロメータ(μm)、W(Ns)を1.6マイクロメータ(μm)とした場合(Lch/W(Ns)=0.625)、Lchを1マイクロメータ(μm)、W(Ns)を0.8マイクロメータ(μm)とした場合(Lch/W(Ns)=1.25)、Lchを1マイクロメータ(μm)、W(Ns)を0.4マイクロメータ(μm)とした場合(Lch/W(Ns)=2.5)、Lchを2マイクロメータ(μm)、W(Ns)を0.8マイクロメータ(μm)とした場合(Lch/W(Ns)=2.5)、Lchを2マイクロメータ(μm)、W(Ns)を0.4マイクロメータ(μm)とした場合(Lch/W(Ns)=5)、Lchを4マイクロメータ(μm)、W(Ns)を0.8マイクロメータ(μm)とした場合(Lch/W(Ns)=5)、Lchを4マイクロメータ(μm)、W(Ns)を0.4マイクロメータ(μm)とした場合(Lch/W(Ns)=10)の7通りについて、スイッチング時ドレイン電圧ピークをシミュレーション計算した。   When Lch is 0.5 micrometer (μm) and W (Ns) is 1 micrometer (μm) (Lch / W (Ns) = 0.5), Lch is 1 micrometer (μm) and W (Ns ) Is 1.6 micrometers (μm) (Lch / W (Ns) = 0.625), Lch is 1 micrometer (μm), and W (Ns) is 0.8 micrometers (μm). In this case (Lch / W (Ns) = 1.25), Lch is 1 micrometer (μm), and W (Ns) is 0.4 micrometer (μm) (Lch / W (Ns) = 2.5 ), When Lch is 2 micrometers (μm) and W (Ns) is 0.8 micrometers (μm) (Lch / W (Ns) = 2.5), Lch is 2 micrometers (μm), W When (Ns) is 0.4 micrometers (μm) (L h / W (Ns) = 5), Lch is 4 micrometers (μm), W (Ns) is 0.8 micrometers (μm) (Lch / W (Ns) = 5), Lch is 4 micrometers When the meter (μm) and W (Ns) are set to 0.4 micrometer (μm), the drain voltage peak at the time of switching was calculated by simulation for seven cases (Lch / W (Ns) = 10).

なお、ソース領域5とベースコンタクト領域6とが交互に配列された方向(ソース部Sとドレイン部Dとを結ぶ方向に対して垂直方向)にみたベースコンタクト領域6の幅W(P)は、1.6マイクロメータ(μm)に固定した。 The width W (P + ) of the base contact region 6 in the direction in which the source regions 5 and the base contact regions 6 are alternately arranged (perpendicular to the direction connecting the source portion S and the drain portion D) is , Fixed to 1.6 micrometers (μm).

図15において、素子耐圧Vdss(=34V)より小さいデータの近似直線と、素子耐圧Vdss(=34V)より大きいデータの近似直線とは、Lch/W(Ns)=1.5で交わる。すなわち、Lch/W(Ns)=1.5を境にして、Lch/W(Ns)が1.5より小さいと、スイッチング耐量が素子耐圧Vdss(=34V)より小さく、Lch/W(Ns)を1.5以上にすることで、素子耐圧Vdss(=34V)以上のスイッチング耐量が得られる。   In FIG. 15, the approximate straight line of data smaller than the element breakdown voltage Vdss (= 34V) and the approximate straight line of data larger than the element breakdown voltage Vdss (= 34V) intersect at Lch / W (Ns) = 1.5. That is, with Lch / W (Ns) = 1.5 as a boundary, when Lch / W (Ns) is smaller than 1.5, the switching withstand voltage is smaller than the element withstand voltage Vdss (= 34V), and Lch / W (Ns) By setting the value to 1.5 or more, a switching withstand voltage of element withstand voltage Vdss (= 34 V) or more can be obtained.

この第2の実施形態と、前述した第1の実施形態とを組み合わせてもよい。すなわち、ドレイン部Dからみて、p型ベースコンタクト領域6がn型ソース領域5に対して遠くに後退するようにオフセットさせてもよい。こうすることにより、オン状態において実効的なチャネル面積を確保し、オン抵抗の上昇を抑制しつつ、さらにLch/W(Ns)≧1.5とすることによる高耐圧を実現できる。 You may combine this 2nd Embodiment and 1st Embodiment mentioned above. That is, when viewed from the drain portion D, the p + type base contact region 6 may be offset so as to recede far from the n + type source region 5. By doing so, an effective channel area can be ensured in the on-state, an increase in on-resistance can be suppressed, and a high breakdown voltage can be realized by satisfying Lch / W (Ns) ≧ 1.5.

さらに、Lch/W(Ns)≧1.5を満足しつつ、且つ、図7に関して前述したように、ソース領域5の幅W(Ns)を1マイクロメータ以下とすることにより、スイッチング耐量をより向上できる。   Further, while satisfying Lch / W (Ns) ≧ 1.5 and as described above with reference to FIG. 7, the switching region can be further improved by setting the width W (Ns) of the source region 5 to 1 micrometer or less. Can be improved.

また、図10に表されるように、ドリフト領域18を、n型ストライプ領域18aと、p型ストライプ領域18bとが交互に設けられた構成としてもよい。   Further, as shown in FIG. 10, the drift region 18 may have a configuration in which n-type stripe regions 18a and p-type stripe regions 18b are alternately provided.

また、第2の実施形態にかかるトランジスタも、第1の実施形態と同様、図12に関して前述したフォトリレーにおけるMOSFETスイッチ54、56として用いることができる。MOSFETスイッチ54、56のゲート駆動電圧は、MOSFETスイッチ54、56のドレイン・ソース間耐圧と略等しい、あるいはそれ以上である。   Also, the transistor according to the second embodiment can be used as the MOSFET switches 54 and 56 in the photorelay described above with reference to FIG. 12, as in the first embodiment. The gate drive voltage of the MOSFET switches 54 and 56 is substantially equal to or higher than the drain-source breakdown voltage of the MOSFET switches 54 and 56.

SOI層を薄くすることで(例えば1マイクロメータ以下にすることで)、出力容量の低減が図れる。そのような薄膜SOIMOSFETは、これまで、LSIのロジック回路などにおける信号処理用の低耐圧CMOSで製品化されているが、そのような分野では、素子耐圧は比較的低くてもよく、スイッチング耐量の低下などが問題になることがなかった。しかし、比較的高耐圧が要求され、また大面積(ゲート幅Wgが大)のリレー用MOSFETや、パワーデバイス分野で、薄膜SOI構造のMOSFETを使用する場合、スイッチング耐量やアバランシェ耐量の低下が重要な問題となっており、製品化を阻んでいた。   By reducing the thickness of the SOI layer (for example, by reducing it to 1 micrometer or less), the output capacity can be reduced. Such thin-film SOIMOSFETs have been commercialized as low-voltage CMOS for signal processing in LSI logic circuits and the like, but in such fields, the device withstand voltage may be relatively low, The decline did not become a problem. However, when a relatively high breakdown voltage is required, and a relay MOSFET having a large area (a large gate width Wg) or a thin-film SOI structure MOSFET is used in the power device field, it is important to reduce switching resistance and avalanche resistance. It became a serious problem and prevented commercialization.

しかし、本実施形態にかかるトランジスタによれば、SOI層を薄くして出力容量の低減を図りつつ、高耐圧が得られるので、薄膜SOI構造のMOSFETを、半導体リレーやパワーデバイス分野の製品へ応用することが可能になる。   However, according to the transistor of the present embodiment, a high breakdown voltage can be obtained while reducing the output capacitance by thinning the SOI layer, so that the thin film SOI structure MOSFET is applied to products in the field of semiconductor relays and power devices. It becomes possible to do.

[第3の実施形態]
図16は、本発明の第3の実施形態にかかるトランジスタの要部の平面及び断面構造を例示する模式斜視図である。
図17は、図16におけるA−A断面図である。
本実施形態にかかるトランジスタは、いわゆるトレンチゲート構造のMOSFETである。
[Third Embodiment]
FIG. 16 is a schematic perspective view illustrating the plan and cross-sectional structure of the main part of the transistor according to the third embodiment of the invention.
17 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
The transistor according to this embodiment is a MOSFET having a so-called trench gate structure.

型シリコンからなるドレイン層27の主面上に、n型シリコンからなるドリフト層28が設けられている。ドリフト層28の表層部には、トレンチTが形成され、そのトレンチTの内部には、ゲート絶縁膜24を介して、例えばポリシリコンからなるゲート電極21が充填されている。ドレイン層27の主面の反対側の面には、ドレイン電極26が設けられている。 On the main surface of the drain layer 27 made of n + type silicon, a drift layer 28 made of n type silicon is provided. A trench T is formed in the surface layer portion of the drift layer 28, and the trench T is filled with a gate electrode 21 made of, for example, polysilicon via a gate insulating film 24. A drain electrode 26 is provided on the surface opposite to the main surface of the drain layer 27.

隣り合うトレンチTとトレンチTとの間におけるドリフト層28上には、p型シリコンからなるベース領域23が設けられ、このベース領域23上には、ソース部が設けられている。ソース部は、n型ソース領域22と、p型ベースコンタクト領域25と、がチャネルに対して垂直方向(トレンチTの深さ方向に対して垂直方向)に交互に配置された構造を有する。ソース領域22と、ベースコンタクト領域25とは、いずれもソース電極41に接続される。ベースコンタクト領域25は、ベース領域23の電位をソース電位に固定する役割を有する。 A base region 23 made of p-type silicon is provided on the drift layer 28 between the adjacent trenches T, and a source part is provided on the base region 23. The source portion has a structure in which n + -type source regions 22 and p + -type base contact regions 25 are alternately arranged in a direction perpendicular to the channel (a direction perpendicular to the depth direction of the trench T). . Source region 22 and base contact region 25 are both connected to source electrode 41. The base contact region 25 has a role of fixing the potential of the base region 23 to the source potential.

ゲート電極21に所定の電圧を印加すると、ベース領域23にチャネルが形成されてオン状態となり、ソース領域22とドレイン層27との間で電流を流すことができる。そして、ベースコンタクト領域25を設けることにより、オフ状態においてベース領域23の電位をソース電位に固定し、オフ状態やスイッチング時の寄生バイポーラ効果を抑制し、トランジスタの耐圧を向上できる。   When a predetermined voltage is applied to the gate electrode 21, a channel is formed in the base region 23 and is turned on, so that a current can flow between the source region 22 and the drain layer 27. By providing the base contact region 25, the potential of the base region 23 is fixed to the source potential in the off state, the parasitic bipolar effect during the off state and switching can be suppressed, and the breakdown voltage of the transistor can be improved.

また、本実施形態においても、第2の実施形態と同様、ソース領域22とベースコンタクト領域25とが交互に配列された方向にみたソース領域22の幅W(Ns)に対する、ソース領域22とドレイン層27とを結ぶ方向に対して平行方向にみたチャネル長Lchの比が、1.5以上、すなわち、Lch/W(Ns)≧1.5となるように設計している。これにより、素子のスイッチング時やアバランシェ領域で発生する正孔電流を、p型ベースコンタクト領域25を介してソース電極41に効率よく排出することができ、寄生バイポーラ効果を抑制して、アバランシェ耐量及びスイッチング耐量を向上できる。 Also in the present embodiment, as in the second embodiment, the source region 22 and the drain with respect to the width W (Ns) of the source region 22 as viewed in the direction in which the source regions 22 and the base contact regions 25 are alternately arranged. The ratio of the channel length Lch viewed in the direction parallel to the direction connecting the layer 27 is 1.5 or more, that is, Lch / W (Ns) ≧ 1.5. Thereby, the hole current generated at the time of device switching or in the avalanche region can be efficiently discharged to the source electrode 41 through the p + -type base contact region 25, and the parasitic bipolar effect is suppressed, and the avalanche resistance is increased. In addition, the switching tolerance can be improved.

ゲート電極21に所定の電圧を印加すると、ベース領域23におけるゲート電極21に対向する部分に反転層が形成され、ドリフト層28におけるゲート電極21に対向する部分に電荷蓄積層が形成され、これらがチャネルとなる。したがって、本実施形態におけるチャネル長Lchには、ベース領域23におけるゲート電極21に対向する部分の長さだけでなく、ドリフト層28におけるゲート電極21に対向する部分の長さも含めている。   When a predetermined voltage is applied to the gate electrode 21, an inversion layer is formed in a portion of the base region 23 facing the gate electrode 21, and a charge storage layer is formed in a portion of the drift layer 28 facing the gate electrode 21. Become a channel. Therefore, the channel length Lch in the present embodiment includes not only the length of the portion facing the gate electrode 21 in the base region 23 but also the length of the portion facing the gate electrode 21 in the drift layer 28.

[第4の実施形態]
図18は、本発明の第4の実施形態にかかるトランジスタの要部の平面及び断面構造を例示する模式斜視図である。
図19は、図18におけるB−B断面図である。
本実施形態にかかるトランジスタは、いわゆるトレンチゲート構造のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 18 is a schematic perspective view illustrating the plan and cross-sectional structure of the main part of the transistor according to the fourth embodiment of the invention.
19 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
The transistor according to this embodiment is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) having a so-called trench gate structure.

p型シリコンからなるコレクタ層31の主面上に、n型シリコン層32と、n型シリコンからなるドリフト層28と、が順に設けられている。ドリフト層28の表層部には、トレンチTが形成され、そのトレンチTの内部には、ゲート絶縁膜24を介して、例えばポリシリコンからなるゲート電極21が充填されている。コレクタ層31の主面の反対側の面には、コレクタ電極35が設けられている。 On the main surface of the collector layer 31 made of p-type silicon, an n + -type silicon layer 32 and a drift layer 28 made of n -type silicon are provided in this order. A trench T is formed in the surface layer portion of the drift layer 28, and the trench T is filled with a gate electrode 21 made of, for example, polysilicon via a gate insulating film 24. A collector electrode 35 is provided on the surface opposite to the main surface of the collector layer 31.

隣り合うトレンチTとトレンチTとの間におけるドリフト層28上には、p型シリコンからなるベース領域23が設けられ、このベース領域23上には、エミッタ部が設けられている。エミッタ部は、n型エミッタ領域34と、p型ベースコンタクト領域25と、がチャネルに対して垂直方向(トレンチTの深さ方向に対して垂直方向)に交互に配置された構造を有する。エミッタ領域34と、ベースコンタクト領域25とは、いずれもエミッタ電極36に接続される。ベースコンタクト領域25は、ベース領域23の電位をエミッタ電位に固定する役割を有する。 A base region 23 made of p-type silicon is provided on the drift layer 28 between adjacent trenches T, and an emitter portion is provided on the base region 23. The emitter section has a structure in which n + -type emitter regions 34 and p + -type base contact regions 25 are alternately arranged in a direction perpendicular to the channel (a direction perpendicular to the depth direction of the trench T). . Both the emitter region 34 and the base contact region 25 are connected to the emitter electrode 36. The base contact region 25 has a role of fixing the potential of the base region 23 to the emitter potential.

ゲート電極21に所定の電圧を印加すると、ベース領域23にチャネルが形成されてオン状態となり、エミッタ領域34とコレクタ層31との間で電流を流すことができる。そして、ベースコンタクト領域25を設けることにより、オフ状態においてベース領域23の電位をエミッタ電位に固定し、オフ状態やスイッチング時の寄生バイポーラ効果を抑制し、トランジスタの耐圧を向上できる。   When a predetermined voltage is applied to the gate electrode 21, a channel is formed in the base region 23 and is turned on, so that a current can flow between the emitter region 34 and the collector layer 31. By providing the base contact region 25, the potential of the base region 23 is fixed to the emitter potential in the off state, the parasitic bipolar effect during the off state and switching can be suppressed, and the breakdown voltage of the transistor can be improved.

また、本実施形態では、エミッタ領域34とベースコンタクト領域25とが交互に配列された方向にみたエミッタ領域34の幅W(Ns)に対する、エミッタ領域34とコレクタ層31とを結ぶ方向に対して平行方向にみたチャネル長Lchの比が1.5以上、すなわち、Lch/W(Ns)≧1.5となるように設計している。これにより、素子のスイッチング時やアバランシェ領域で発生する正孔電流を、p型ベースコンタクト領域25を介してエミッタ電極36に効率よく排出することができ、寄生バイポーラ効果を抑制して、アバランシェ耐量及びスイッチング耐量を向上できる。 Further, in the present embodiment, with respect to the direction connecting the emitter region 34 and the collector layer 31 with respect to the width W (Ns) of the emitter region 34 in the direction in which the emitter regions 34 and the base contact regions 25 are alternately arranged. The channel length Lch ratio in the parallel direction is designed to be 1.5 or more, that is, Lch / W (Ns) ≧ 1.5. As a result, the hole current generated at the time of device switching or in the avalanche region can be efficiently discharged to the emitter electrode 36 through the p + -type base contact region 25, and the parasitic bipolar effect is suppressed and the avalanche resistance is reduced. In addition, the switching tolerance can be improved.

チャネル長Lchには、第3の実施形態と同様、ベース領域23におけるゲート電極21に対向する部分の長さだけでなく、ドリフト層28におけるゲート電極21に対向する部分の長さも含めている。   Similarly to the third embodiment, the channel length Lch includes not only the length of the portion facing the gate electrode 21 in the base region 23 but also the length of the portion facing the gate electrode 21 in the drift layer 28.

第3、第4の実施形態にかかるトランジスタも、図12に関して前述したフォトリレーにおけるMOSFETスイッチ54、56として用いることができる。   The transistors according to the third and fourth embodiments can also be used as the MOSFET switches 54 and 56 in the photorelay described above with reference to FIG.

[第5の実施形態]
図20は、本発明の第5の実施形態にかかるトランジスタの断面構造を例示する模式図である。
[Fifth Embodiment]
FIG. 20 is a schematic view illustrating the cross-sectional structure of a transistor according to the fifth embodiment of the invention.

本実施形態にかかるトランジスタも、第1、第2の実施形態と同様、SOI構造を有する。すなわち、シリコン基板2の主面上に、酸化シリコンからなる埋込絶縁層3を介してSOI層20が設けられている。このSOI構造は、例えば、シリコン基板2の主面上に高温酸化により埋込絶縁層3を形成し、この埋込絶縁層3の第1の主面上にSOI層20が貼り付けられて得られる。シリコン基板2の導電型は、例えばn型であるが、p型でもよい。   Similar to the first and second embodiments, the transistor according to the present embodiment also has an SOI structure. That is, the SOI layer 20 is provided on the main surface of the silicon substrate 2 via the buried insulating layer 3 made of silicon oxide. This SOI structure is obtained, for example, by forming the buried insulating layer 3 on the main surface of the silicon substrate 2 by high-temperature oxidation and attaching the SOI layer 20 on the first main surface of the buried insulating layer 3. It is done. The conductivity type of the silicon substrate 2 is n-type, for example, but may be p-type.

SOI層20には、ソース部Sと、ドレイン部Dと、これらの間に設けられたp型ベース領域4およびドリフト領域18と、が設けられている。ソース部S、ドレイン部D、ベース領域4およびドリフト領域18は、埋込絶縁層3の第1の主面上に設けられている。   The SOI layer 20 is provided with a source part S, a drain part D, and a p-type base region 4 and a drift region 18 provided therebetween. The source part S, the drain part D, the base region 4 and the drift region 18 are provided on the first main surface of the buried insulating layer 3.

本実施形態においても、第2の実施形態と同様、図14(b)に表されるように、ソース部Sは、n型ソース領域5と、p型ベースコンタクト領域6と、がチャネルに対して垂直方向に交互に配置された構造を有する。ドレイン部Dは、n型ドレイン領域7からなる。p型ベースコンタクト領域6を設けることにより、オフ状態においてp型ベース領域4の電位をソース電位に固定し、オフ状態やスイッチング時の寄生バイポーラ効果を抑制しトランジスタの耐圧を向上できる。 Also in this embodiment, as in the second embodiment, as shown in FIG. 14B, the source portion S includes an n + type source region 5 and a p + type base contact region 6 as a channel. And alternately arranged in the vertical direction. The drain part D is composed of an n + type drain region 7. By providing the p + -type base contact region 6, the potential of the p-type base region 4 is fixed to the source potential in the off state, the parasitic bipolar effect during the off state and switching can be suppressed, and the breakdown voltage of the transistor can be improved.

ベース領域4の上にはゲート絶縁膜14が設けられ、その上に第1のゲート電極15が設けられている。ゲート絶縁膜14及びゲート電極15は、n型ソース領域5の一部(p型ベース領域4とn型ソース領域5との接合部近傍)、およびドリフト領域18の一部(p型ベース領域4とドリフト領域18との接合部近傍)まで延在している。ゲート絶縁膜14の厚さは、パワーエレクトロニクス用途に要求される耐圧を確保するため、例えばメモリデバイスやロジック回路などのデジタル半導体集積回路に用いられるゲート絶縁膜よりも厚く形成されている。 A gate insulating film 14 is provided on the base region 4, and a first gate electrode 15 is provided thereon. The gate insulating film 14 and the gate electrode 15 are part of the n + type source region 5 (near the junction between the p type base region 4 and the n + type source region 5) and part of the drift region 18 (p type base). (Near the junction between the region 4 and the drift region 18). The gate insulating film 14 is formed thicker than a gate insulating film used in, for example, a digital semiconductor integrated circuit such as a memory device or a logic circuit in order to ensure a withstand voltage required for power electronics applications.

シリコン基板2の主面の反対側の面(裏面)には、第2のゲート電極37が全面にわたって設けられている。埋込絶縁層3は、第2のゲート電極37に対応する第2のゲート絶縁膜としても機能する。第2のゲート電極37は、少なくともベース領域4に対向する部分のみに選択的に設ければよいが、この場合位置合わせ精度が要求されるため、本実施形態では、製造を容易にする観点から、第2のゲート電極37をシリコン基板2の裏面の全面にわたって形成している。   On the surface (back surface) opposite to the main surface of the silicon substrate 2, a second gate electrode 37 is provided over the entire surface. The buried insulating layer 3 also functions as a second gate insulating film corresponding to the second gate electrode 37. The second gate electrode 37 may be selectively provided at least in a portion facing the base region 4, but in this case, since alignment accuracy is required, in the present embodiment, from the viewpoint of facilitating manufacturing. The second gate electrode 37 is formed over the entire back surface of the silicon substrate 2.

SOI層20上には、第1のゲート電極15を覆って層間絶縁膜39が設けられ、その層間絶縁膜39に、ソース領域5の一部及びベースコンタクト領域6の一部を露出させるコンタクト開口部が形成され、このコンタクト開口部を介して、ソース領域5及びベースコンタクト領域6に接するソース電極41が設けられている。すなわち、ソース領域5と、ベースコンタクト領域6と、は、いずれもソース電極41に接続され、ベースコンタクト領域6は、ベース領域4の電位をソース電位に固定する役割を有する。   An interlayer insulating film 39 is provided on the SOI layer 20 so as to cover the first gate electrode 15, and a contact opening exposing a part of the source region 5 and a part of the base contact region 6 to the interlayer insulating film 39. A source electrode 41 in contact with the source region 5 and the base contact region 6 is provided through the contact opening. That is, the source region 5 and the base contact region 6 are both connected to the source electrode 41, and the base contact region 6 has a role of fixing the potential of the base region 4 to the source potential.

また、層間絶縁膜39には、ドレイン領域7の一部を露出させるコンタクト開口部も形成され、このコンタクト開口部を介して、ドレイン領域7に接するドレイン電極42が設けられている。   The interlayer insulating film 39 is also formed with a contact opening that exposes a part of the drain region 7, and a drain electrode 42 that is in contact with the drain region 7 is provided through the contact opening.

ドリフト領域18は、p型ベース領域4よりも高抵抗のp型またはn型シリコンからなり、ソース・ドレイン間の耐圧を向上させ、且つ、ゲート・ドレイン間容量(Cgd)及びソース・ドレイン間容量(Csd)を小さくする役割をする。SOI層20の厚さは、ゲート・ドレイン間容量(Cgd)、ソース・ドレイン間容量(Csd)、ドレイン・第2のゲート間容量(Cg2)などの容量を低減するために、例えば0.1マイクロメータ(μm)程と薄くしている。なお、信号遮断時(オフ時)の出力端子間容量は、ソース・ドレイン間容量(Csd)と、ゲート・ドレイン間容量(Cgd)と、ドレイン・第2のゲート間容量(Cg2)と、の和で表すことができ、このなかでもゲート・ドレイン間容量(Cgd)及びソース・ドレイン間容量(Csd)が大きな割合を占めている。 The drift region 18 is made of p type or n type silicon having a higher resistance than the p type base region 4, improves the breakdown voltage between the source and the drain, and has a gate-drain capacitance (Cgd) and a source / drain. It serves to reduce the inter-space capacity (Csd). The thickness of the SOI layer 20 is, for example, 0.1 to reduce capacitance such as gate-drain capacitance (Cgd), source-drain capacitance (Csd), and drain-second gate capacitance (Cg2). It is as thin as a micrometer (μm). The capacitance between the output terminals when the signal is cut off (when off) includes the source-drain capacitance (Csd), the gate-drain capacitance (Cgd), and the drain-second gate capacitance (Cg2). Of these, the gate-drain capacitance (Cgd) and the source-drain capacitance (Csd) occupy a large proportion.

また、本実施形態では、シリコン基板2の一部に、埋込絶縁層3の第2の主面(SOI層20が形成された第1の主面の反対側の面)と、シリコン基板2と、で囲まれた空洞部38を設けている。空洞部38は、埋込絶縁層3の第2の主面における、ドレイン領域7及びドリフト領域18に対向する部分に接して設けられている。なお、空洞部38を、ベース領域4に重なる位置にまで設けると、第2のゲート電極37によるチャネルch2の形成の妨げとなってしまうので、空洞部38はベース領域4に重ねないことが望ましい。ただし、製造ばらつきにより、空洞部38が、チャネルch2の形成にそれほど影響しない程度に、わずかにベース領域4に重なってしまうことはあり得る。   In the present embodiment, a part of the silicon substrate 2 includes a second main surface of the buried insulating layer 3 (a surface opposite to the first main surface on which the SOI layer 20 is formed) and the silicon substrate 2. And a cavity 38 surrounded by. The cavity 38 is provided in contact with the portion of the second main surface of the buried insulating layer 3 that faces the drain region 7 and the drift region 18. If the cavity 38 is provided at a position overlapping the base region 4, the formation of the channel ch 2 by the second gate electrode 37 is hindered. Therefore, it is desirable that the cavity 38 does not overlap the base region 4. . However, due to manufacturing variations, the cavity 38 may slightly overlap the base region 4 to the extent that it does not significantly affect the formation of the channel ch2.

図21は、その空洞部38の形成方法を例示する模式図である。   FIG. 21 is a schematic view illustrating the method for forming the cavity 38.

埋込絶縁層3をシリコン基板2上に設ける前に、シリコン基板2における空洞部38を形成すべき部分をエッチングにより除去した後、例えばSOG(Spin On Glass)法により犠牲層を埋め込んだ上で、埋込絶縁層3、さらにSOI層20などを形成していく。そして、犠牲層層上の各層を貫通して犠牲層に達するビア38aを形成した後、そのビア38aを介して犠牲層をエッチングにより除去して空洞部38を形成する。この後、ビア38aの開口を、例えば樹脂などの封止材43で封止する。空洞部38の中は空気でもよいし、あるいは封止材43による封止を、例えば窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行うことで、それら不活性ガスが空洞部38内に充填される構造としてもよい。   Before the buried insulating layer 3 is provided on the silicon substrate 2, a portion where the cavity 38 is to be formed in the silicon substrate 2 is removed by etching, and then a sacrificial layer is buried by, for example, SOG (Spin On Glass) method. Then, the buried insulating layer 3 and the SOI layer 20 are formed. Then, after forming a via 38a that penetrates each layer on the sacrificial layer and reaches the sacrificial layer, the sacrificial layer is removed by etching through the via 38a to form the cavity 38. Thereafter, the opening of the via 38a is sealed with a sealing material 43 such as a resin. The cavity 38 may be air or sealed with the sealing material 43 in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas, so that the inert gas is filled in the cavity 38. It is good also as a structure.

本実施形態においては、第1のゲート電極15に所定の電圧を印加すると、p型ベース領域4におけるゲート絶縁膜14側に第1のチャネルch1が形成され、さらに、第2のゲート電極37に所定の電圧を印加すると、p型ベース領域4における埋込絶縁層3側に第2のチャネルch2が形成される。すなわち、素子オン時には、ベース領域4の両面側からチャネルを生じさせることができ、低オン抵抗を実現できる。   In the present embodiment, when a predetermined voltage is applied to the first gate electrode 15, the first channel ch 1 is formed on the gate insulating film 14 side in the p-type base region 4, and further, the second gate electrode 37 When a predetermined voltage is applied, a second channel ch2 is formed on the buried insulating layer 3 side in the p-type base region 4. That is, when the element is turned on, channels can be generated from both sides of the base region 4, and a low on-resistance can be realized.

また、本実施形態では、シリコン基板2におけるドレイン領域7の下の部分に空洞部38を設けることで、ドレイン領域7の下の誘電体部分を厚くしている。この結果、素子オフ時のソース・ドレイン間耐圧を向上させることができ、さらに、ドレイン領域7と第2のゲート電極37間の容量を低減でき、出力容量及びCR積を低減させることができる。   Further, in the present embodiment, the cavity portion 38 is provided in the portion under the drain region 7 in the silicon substrate 2 so that the dielectric portion under the drain region 7 is thickened. As a result, the breakdown voltage between the source and the drain when the element is off can be improved, the capacitance between the drain region 7 and the second gate electrode 37 can be reduced, and the output capacitance and the CR product can be reduced.

例えば、ゲート絶縁膜14の厚さは0.14マイクロメータ(μm)であり、埋込絶縁層3の厚さは、ゲート絶縁膜14と同じ程度の厚さ(0.14マイクロメータ)か、それ以上の厚さ(3マイクロメータほど)である。埋込絶縁層3を、ゲート絶縁膜14より厚くした場合、第2のゲート電極37及びドレイン電極42に正の電圧を印加して第2のチャネルch2を導通状態(オン状態)にする閾値Vth2は、第1のゲート電極15及びドレイン電極42に正の電圧を印加して第1のチャネルch1を導通状態(オン状態)にする閾値Vth1よりも大きく、例えば4倍以上になる。   For example, the thickness of the gate insulating film 14 is 0.14 micrometers (μm), and the thickness of the buried insulating layer 3 is the same thickness as the gate insulating film 14 (0.14 micrometers), It is more thick (about 3 micrometers). When the buried insulating layer 3 is thicker than the gate insulating film 14, a threshold voltage Vth2 that applies a positive voltage to the second gate electrode 37 and the drain electrode 42 to make the second channel ch2 conductive (on state). Is larger than the threshold value Vth1 for applying a positive voltage to the first gate electrode 15 and the drain electrode 42 to turn on the first channel ch1 (on state), for example, four times or more.

[第6の実施形態]
図22は、本発明の第6の実施形態にかかるトランジスタの断面構造を例示する模式図である。
[Sixth Embodiment]
FIG. 22 is a schematic view illustrating the cross-sectional structure of a transistor according to the sixth embodiment of the invention.

本実施形態では、シリコン基板2の一部に、埋込絶縁層3の第2の主面と、シリコン基板2と、で囲まれた絶縁層44を設けている。絶縁層44は、埋込絶縁層3の第2の主面における、ドレイン領域7及びドリフト領域18に対向する部分に接して設けられている。なお、絶縁層44を、ベース領域4に重なる位置にまで設けると、第2のゲート電極37によるチャネルch2の形成の妨げとなってしまうので、絶縁層44はベース領域4に重ねないことが望ましい。ただし、製造ばらつきにより、絶縁層44が、チャネルch2の形成にそれほど影響しない程度に、わずかにベース領域4に重なってしまうことはあり得る。   In the present embodiment, an insulating layer 44 surrounded by the second main surface of the buried insulating layer 3 and the silicon substrate 2 is provided on a part of the silicon substrate 2. The insulating layer 44 is provided in contact with the portion of the second main surface of the buried insulating layer 3 that faces the drain region 7 and the drift region 18. If the insulating layer 44 is provided so as to overlap the base region 4, the channel ch 2 is prevented from being formed by the second gate electrode 37. Therefore, it is desirable that the insulating layer 44 does not overlap the base region 4. . However, due to manufacturing variations, the insulating layer 44 may slightly overlap the base region 4 to the extent that it does not significantly affect the formation of the channel ch2.

絶縁層44は、シリコン基板2にくぼみを形成した後に、例えばSOG法により埋め込まれる酸化シリコンである。   The insulating layer 44 is silicon oxide embedded by, for example, the SOG method after forming a recess in the silicon substrate 2.

本実施形態においても、シリコン基板2におけるドレイン領域7の下の部分に絶縁層44を設けることで、ドレイン領域7の下の誘電体部分を厚くしている。この結果、素子オフ時のソース・ドレイン間耐圧を向上させることができ、さらに、ドレイン領域7と第2のゲート電極37間の容量を低減でき、出力容量及びCR積を低減させることができる。   Also in this embodiment, the dielectric layer under the drain region 7 is thickened by providing the insulating layer 44 in the portion under the drain region 7 in the silicon substrate 2. As a result, the breakdown voltage between the source and the drain when the element is off can be improved, the capacitance between the drain region 7 and the second gate electrode 37 can be reduced, and the output capacitance and the CR product can be reduced.

[第7の実施形態]
図23は、本発明の第7の実施形態にかかるトランジスタの断面構造を例示する模式図である。
[Seventh Embodiment]
FIG. 23 is a schematic view illustrating the cross-sectional structure of a transistor according to the seventh embodiment of the invention.

本実施形態では、SOI構造、ソース部S、ベース領域4、ドリフト領域18、ドレイン部D、ゲート絶縁膜14、ゲート電極15、ソース電極41、ドレイン電極42などを形成した後、支持基板を除去して、その支持基板が除去されて露出した埋込絶縁層3の第2の主面に、第2のゲート電極45を設けている。   In this embodiment, after forming the SOI structure, the source portion S, the base region 4, the drift region 18, the drain portion D, the gate insulating film 14, the gate electrode 15, the source electrode 41, the drain electrode 42, etc., the support substrate is removed. A second gate electrode 45 is provided on the second main surface of the buried insulating layer 3 exposed by removing the support substrate.

第2のゲート電極45は、埋込絶縁層3の第2の主面におけるベース領域4およびソース領域5に対向する部分に設けられている。また、第2のゲート電極45を、ドレイン領域7に対向する部分に設けないことで、ドレイン領域7と第2のゲート電極45間の容量を低減でき、出力容量及びCR積を低減させることができる。また、第2のゲート電極45を、ドリフト領域18に重なる位置に設けると、第2のゲート電極45にゲート電圧が印加されたときに、チャネルch2をドリフト領域18にまで延ばすことができ低オン抵抗化が図れるが、第2のゲート電極45がドレイン領域7に近づいてしまうため、ドレイン領域7と第2のゲート電極45間の容量を増大させる可能性がある。   The second gate electrode 45 is provided in a portion facing the base region 4 and the source region 5 on the second main surface of the buried insulating layer 3. Further, by not providing the second gate electrode 45 in a portion facing the drain region 7, the capacitance between the drain region 7 and the second gate electrode 45 can be reduced, and the output capacitance and the CR product can be reduced. it can. If the second gate electrode 45 is provided at a position overlapping the drift region 18, the channel ch 2 can be extended to the drift region 18 when a gate voltage is applied to the second gate electrode 45. Although resistance can be achieved, since the second gate electrode 45 approaches the drain region 7, the capacitance between the drain region 7 and the second gate electrode 45 may be increased.

[第8の実施形態]
図24は、本発明の第8の実施形態にかかるトランジスタの断面構造を例示する模式図である。
[Eighth Embodiment]
FIG. 24 is a schematic view illustrating the cross-sectional structure of a transistor according to the eighth embodiment of the invention.

本実施形態では、埋込絶縁層3における第2の主面に、シリコン基板2を第1の部分2aと第2の部分2bとに絶縁分離する絶縁層46を設けている。絶縁層46は、ドリフト領域18に対向する部分に設けられ、シリコン基板2を、ソース領域5及びベース領域4に対向する第1の部分2aと、ドレイン領域7に対向する第2の部分2bと、に絶縁分離する。絶縁層46は、例えば酸化シリコンからなる。あるいは、絶縁層46の代わりに空洞部を設けてもよい。   In the present embodiment, an insulating layer 46 that insulates and separates the silicon substrate 2 into the first portion 2a and the second portion 2b is provided on the second main surface of the buried insulating layer 3. The insulating layer 46 is provided in a portion facing the drift region 18, and the silicon substrate 2 is divided into a first portion 2 a facing the source region 5 and the base region 4, and a second portion 2 b facing the drain region 7. Insulating and separating. The insulating layer 46 is made of, for example, silicon oxide. Alternatively, a hollow portion may be provided instead of the insulating layer 46.

また、シリコン基板2の裏面には、全面にわたって導電膜37が形成された後、例えばエッチングにより分断溝58を形成して、絶縁層46が設けられた位置を境に、第1の部分47と、第2の部分48とに絶縁分離される。導電膜37の第1の部分47は、ゲート電圧が印加される第2のゲート電極として機能する。導電膜37の第2の部分48には電圧が印加されない。また、第2のゲート電極47と、ドレイン領域7との間には、誘電体である絶縁層46が介在されている。この結果、ドレイン・第2のゲート間の寄生容量を抑制でき、出力容量及びCR積を低減させることができる。   Further, after the conductive film 37 is formed on the entire back surface of the silicon substrate 2, a dividing groove 58 is formed by etching, for example, and the first portion 47 and the first portion 47 are separated from the position where the insulating layer 46 is provided. Insulated and separated from the second portion 48. The first portion 47 of the conductive film 37 functions as a second gate electrode to which a gate voltage is applied. No voltage is applied to the second portion 48 of the conductive film 37. Further, an insulating layer 46 that is a dielectric is interposed between the second gate electrode 47 and the drain region 7. As a result, the parasitic capacitance between the drain and the second gate can be suppressed, and the output capacitance and the CR product can be reduced.

[第9の実施形態]
図25は、本発明の第9の実施形態にかかるトランジスタの断面構造を例示する模式図である。
[Ninth Embodiment]
FIG. 25 is a schematic view illustrating the cross-sectional structure of a transistor according to the ninth embodiment of the invention.

図20に関して前述した第5の実施形態における空洞部38は、ドリフト領域7に対向する部分の全体にわたって設けなくても、図25に表される本実施形態のように、ドリフト領域18の下およびドレイン領域7におけるドリフト領域18との接合部近傍の下にのみ設けてもよい。すなわち、空洞部38を、第2のゲート電極37と、ドレイン領域7との間の部分に設けることで、ドレイン・第2のゲート間の寄生容量を抑制して、出力容量及びCR積を低減させることができる。   Even if the cavity 38 in the fifth embodiment described above with reference to FIG. 20 is not provided over the entire portion facing the drift region 7, as in the present embodiment shown in FIG. The drain region 7 may be provided only under the vicinity of the junction with the drift region 18. That is, by providing the cavity portion 38 between the second gate electrode 37 and the drain region 7, the parasitic capacitance between the drain and the second gate is suppressed, and the output capacitance and the CR product are reduced. Can be made.

[第10の実施形態]
図26は、本発明の第10の実施形態にかかるトランジスタの終端部の断面構造を例示する模式図である。
[Tenth embodiment]
FIG. 26 is a schematic view illustrating the cross-sectional structure of the terminal portion of the transistor according to the tenth embodiment of the invention.

素子部の断面構造が図20〜25に表された前述した第5〜第9の実施形態にかかるトランジスタは、その終端部の構造として、例えば図26に表される構造を採用することができる。   The transistors according to the fifth to ninth embodiments whose cross-sectional structures of the element portion are shown in FIGS. 20 to 25 can adopt, for example, the structure shown in FIG. .

シリコン基板2の主面に対して平行方向にみて互いに離間し、各々が埋込絶縁層3よりも厚い複数の絶縁層52が、終端部における、ドレイン電極42のパッド部42aと、第2のゲート電極37との間に設けられている。これら絶縁層52は、例えば、シリコン基板2上に埋込絶縁層3を設けた後、埋込絶縁層3を貫通し、さらにシリコン基板2の途中まで至る複数のトレンチを形成し、そのトレンチ内を例えば酸化シリコンで埋め込んで得られる。この絶縁層52により、終端部におけるドレインパッド部・第2のゲート間の寄生容量を抑制でき、出力容量及びCR積を低減させることができる。   A plurality of insulating layers 52 that are spaced apart from each other when viewed in a direction parallel to the main surface of the silicon substrate 2 and are each thicker than the buried insulating layer 3 are connected to the pad portion 42a of the drain electrode 42 and the second portion at the terminal portion. It is provided between the gate electrode 37. These insulating layers 52 are formed, for example, by forming a buried insulating layer 3 on the silicon substrate 2 and then forming a plurality of trenches that penetrate the buried insulating layer 3 and reach the middle of the silicon substrate 2. Can be obtained by, for example, embedding with silicon oxide. The insulating layer 52 can suppress the parasitic capacitance between the drain pad portion and the second gate in the termination portion, and can reduce the output capacitance and the CR product.

[第11の実施形態]
図27は、本発明の第11の実施形態にかかるトランジスタの断面構造を例示する模式図である。
[Eleventh embodiment]
FIG. 27 is a schematic view illustrating the cross-sectional structure of a transistor according to the eleventh embodiment of the invention.

本実施形態では、埋込絶縁層3上のソース領域61、ベース領域62、ドリフト領域63およびドレイン領域64の構造が、図20に関して前述した第5の実施形態と異なる。すなわち、ソース領域61が、ベース領域62の表層部に選択的に形成され、ソース領域61とベース領域62とが、厚さ方向にみて重なる位置に設けられている。   In the present embodiment, the structures of the source region 61, the base region 62, the drift region 63, and the drain region 64 on the buried insulating layer 3 are different from those of the fifth embodiment described above with reference to FIG. That is, the source region 61 is selectively formed in the surface layer portion of the base region 62, and the source region 61 and the base region 62 are provided at positions that overlap when viewed in the thickness direction.

次に、図28は、本発明の実施形態の構造と、比較例の構造とで、CR積を比較した結果を表すグラフ図である。   Next, FIG. 28 is a graph showing the result of comparison of CR products between the structure of the embodiment of the present invention and the structure of the comparative example.

同グラフの横軸における実施例1は、図20に表される第5の実施形態の構造に対応し、実施例2は、図23に表される第7の実施形態に対応し、実施例3は、図24に表される第8の実施形態に対応する。また、比較例は、図20に表される第5の実施形態において空洞部38を設けない構造に対応する。比較例及び実施例1〜3において、ドレイン・ソース間耐圧は20(V)、ゲート電圧Vgは40(V)、基板電位は80(V)、ドレイン電流Idは0.1(A)である。   Example 1 on the horizontal axis of the graph corresponds to the structure of the fifth embodiment shown in FIG. 20, and Example 2 corresponds to the seventh embodiment shown in FIG. 3 corresponds to the eighth embodiment shown in FIG. Further, the comparative example corresponds to a structure in which the cavity portion 38 is not provided in the fifth embodiment shown in FIG. In the comparative example and Examples 1 to 3, the drain-source breakdown voltage is 20 (V), the gate voltage Vg is 40 (V), the substrate potential is 80 (V), and the drain current Id is 0.1 (A). .

また、表1に、実施例1〜3におけるオン抵抗Ron(Ω)、ドレイン・ソース間耐圧Vdss(V)、ドレイン・基板間容量(pF)、出力容量Cout(pF)、およびCR積(pFΩ)を示す。   Table 1 shows the ON resistance Ron (Ω), the drain-source breakdown voltage Vdss (V), the drain-substrate capacitance (pF), the output capacitance Cout (pF), and the CR product (pFΩ) in Examples 1 to 3. ).

図28の結果より、比較例の構造では、CR積は、2.5(pFΩ)であるのに対し、実施例1、2では、0.5(pFΩ)程度とすることができ、さらに実施例3においては、比較例の約1/10の値である0.25(pFΩ)にまで低減することができる。この0.25(pFΩ)という値は、現在製品化されているシリコンMOSFETにおける限界をはるかに上回る値である。   From the result of FIG. 28, the CR product is 2.5 (pFΩ) in the structure of the comparative example, whereas in Examples 1 and 2, it can be about 0.5 (pFΩ). In Example 3, it can be reduced to 0.25 (pFΩ), which is about 1/10 of that of the comparative example. This value of 0.25 (pFΩ) is much higher than the limit of silicon MOSFETs that are currently commercialized.

図29は、図20乃至図27に関して前述したトランジスタのいずれかを、MOSFETスイッチ66、67として用いたフォトリレーの回路を表す模式図である。   FIG. 29 is a schematic diagram showing a photorelay circuit using any of the transistors described above with reference to FIGS. 20 to 27 as MOSFET switches 66 and 67.

スイッチング制御信号が入力される入力端子IN1、IN2間に、そのスイッチング制御信号に応答して発光する発光素子(発光ダイオード)71が接続されている。この発光素子71が発する光を受光して、直流電圧を発生するフォトダイオードアレイ72(直列接続された複数のフォトダイオードからなる)が設けられている。   A light emitting element (light emitting diode) 71 that emits light in response to the switching control signal is connected between the input terminals IN1 and IN2 to which the switching control signal is input. A photodiode array 72 (consisting of a plurality of photodiodes connected in series) that receives the light emitted from the light emitting element 71 and generates a DC voltage is provided.

MOSFETスイッチ66の第1のゲート電極G11、第2のゲート電極G21、MOSFETスイッチ67の第1のゲート電極G12および第2のゲート電極G22は、互いに接続され、これらゲート電極には、フォトダイオードアレイ72から出力された直流電圧が制御回路73を介して供給される。MOSFETスイッチ66、67の各々のドレイン電極D1、D2は、出力端子OUT1、OUT2に接続されている。   The first gate electrode G11 and the second gate electrode G21 of the MOSFET switch 66 and the first gate electrode G12 and the second gate electrode G22 of the MOSFET switch 67 are connected to each other, and a photodiode array is connected to these gate electrodes. The DC voltage output from 72 is supplied via the control circuit 73. The drain electrodes D1, D2 of the MOSFET switches 66, 67 are connected to the output terminals OUT1, OUT2.

MOSFETスイッチ66、67のゲート電極G11、G21、G12、G22に、制御回路73を介して、フォトダイオードアレイ72から出力された直流電圧が印加されると、MOSFETスイッチ66、67はオン状態にされ、これにより出力端子OUT1、OUT2間は導通状態になる。入力端子IN1、IN2に入力されるスイッチング制御信号がゼロになると、発光素子71は発光を止め、これによってフォトダイオードアレイ72の両端子間に発生していた直流電圧も消滅し、MOSFETスイッチ66、67は、オン状態からオフ状態に切り替えられる。   When the DC voltage output from the photodiode array 72 is applied to the gate electrodes G11, G21, G12, and G22 of the MOSFET switches 66 and 67 via the control circuit 73, the MOSFET switches 66 and 67 are turned on. As a result, the output terminals OUT1 and OUT2 become conductive. When the switching control signal input to the input terminals IN1 and IN2 becomes zero, the light emitting element 71 stops emitting light, and thereby the DC voltage generated between both terminals of the photodiode array 72 is also extinguished, and the MOSFET switch 66, 67 is switched from the on state to the off state.

なお、制御回路73は、MOSFETスイッチ66、67のゲート電極G11、G21、G12、G22−ソース電極S1、S2間に接続される放電回路74を有する。この放電回路74は、MOSFETスイッチ66、67がオン状態からオフ状態に切り替えられるとき、ゲート−ソース間に充電されている電荷を迅速に放電するための回路である。   The control circuit 73 has a discharge circuit 74 connected between the gate electrodes G11, G21, G12, G22 of the MOSFET switches 66, 67 and the source electrodes S1, S2. The discharge circuit 74 is a circuit for rapidly discharging the charge charged between the gate and the source when the MOSFET switches 66 and 67 are switched from the on state to the off state.

半導体リレーが用いられる主たる用途の一つにLSIテスタ等の計測機器がある。このような計測機器では、出力端子OUT1、OUT2間を導通/遮断する信号の高周波化によって、出力端子OUT1、OUT2間導通時の低オン抵抗化に加えて、出力端子OUT1、OUT2間遮断時の低容量化が望まれている。   One of the main applications in which semiconductor relays are used is measurement equipment such as LSI testers. In such a measuring instrument, by increasing the frequency of the signal that conducts / cuts off between the output terminals OUT1 and OUT2, in addition to lowering the on-resistance when the output terminals OUT1 and OUT2 are turned on, the output terminal OUT1 and OUT2 are cut off. A reduction in capacity is desired.

本実施形態では、MOSFETスイッチ66、67として、図20乃至図27に関して前述したトランジスタのいずれかを用いることで、オン抵抗及びオフ容量を低減することができると共に、高耐圧が得られる。   In this embodiment, by using any of the transistors described above with reference to FIGS. 20 to 27 as the MOSFET switches 66 and 67, the on-resistance and the off-capacitance can be reduced, and a high breakdown voltage can be obtained.

図20乃至図25に関して前述した第5乃至第9の実施形態は、第1の実施形態、第2の実施形態と組み合わせ可能である。すなわち、ドレイン領域7からみて、p型ベースコンタクト領域6がn型ソース領域5に対して遠くに後退するようにオフセットさせてもよい。こうすることにより、オン状態において実効的なチャネル面積を確保し、オン抵抗の上昇を抑制しつつ、さらにチャネル長Lch/ソース領域5の幅W(Ns)≧1.5とすることによる高耐圧を実現できる。 The fifth to ninth embodiments described above with reference to FIGS. 20 to 25 can be combined with the first embodiment and the second embodiment. That is, when viewed from the drain region 7, the p + type base contact region 6 may be offset so as to recede far from the n + type source region 5. In this way, an effective channel area is secured in the on-state, an increase in on-resistance is suppressed, and a high breakdown voltage is achieved by setting the channel length Lch / the width W (Ns) of the source region 5 ≧ 1.5. Can be realized.

さらに、Lch/W(Ns)≧1.5を満足しつつ、且つ、図7に関して前述したように、ソース領域5の幅W(Ns)を1マイクロメータ以下とすることにより、スイッチング耐量をより向上できる。   Further, while satisfying Lch / W (Ns) ≧ 1.5 and as described above with reference to FIG. 7, the switching region can be further improved by setting the width W (Ns) of the source region 5 to 1 micrometer or less. Can be improved.

また、第5乃至第9の実施形態におけるドリフト領域18を、図10に表されるように、n型ストライプ領域18aと、p型ストライプ領域18bとが交互に設けられた構成としてもよい。   Further, the drift region 18 in the fifth to ninth embodiments may have a configuration in which n-type stripe regions 18a and p-type stripe regions 18b are alternately provided as shown in FIG.

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態を説明した。しかし、本発明はこれら具体例に限定されるものではない。
例えば、電界効果トランジスタやフォトリレーを構成する各要素の、サイズ・材質・配置関係などに関して、当業者が各種の設計変更を加えたものであっても、本発明の要旨を有する限りにおいて本発明の範囲に包含される。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.
For example, the present invention is not limited as long as it has the gist of the present invention even if those skilled in the art have made various design changes with respect to the size, material, arrangement relationship, etc. of each element constituting the field effect transistor or photorelay. It is included in the range.

(a)は、本発明の第1の実施形態にかかる電界効果トランジスタの断面図であり、(b)は、この電界効果トランジスタの半導体部分の平面配置を例示する模式図である。(A) is sectional drawing of the field effect transistor concerning the 1st Embodiment of this invention, (b) is a schematic diagram which illustrates planar arrangement | positioning of the semiconductor part of this field effect transistor. (a)及び(b)は、それぞれ比較例および第1の実施形態のトランジスタにおけるSOI層の不純物濃度の平面内の分布を等高線により例示した模式図である。(A) And (b) is the schematic diagram which illustrated the distribution in the plane of the impurity concentration of the SOI layer in the transistor of a comparative example and 1st Embodiment by the contour line, respectively. (a)及び(b)は、それぞれ図2に例示した比較例および図1に例示した第1の実施形態のトランジスタにおける電子電流の密度分布を表す模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram showing the density distribution of the electronic current in the transistor of 1st Embodiment illustrated in the comparative example illustrated in FIG. 2, and FIG. 1, respectively. 本発明の第1の実施形態の電界効果トランジスタのターンオフ特性を例示するグラフ図である。It is a graph which illustrates the turn-off characteristic of the field effect transistor of the 1st embodiment of this invention. 型ベースコンタクト領域6のオフセット量とトランジスタのCR積との関係を例示するグラフ図である。FIG. 5 is a graph illustrating the relationship between the offset amount of p + type base contact region 6 and the CR product of a transistor. 型ベースコンタクト領域6のオフセット量とトランジスタのスイッチング耐量との関係を例示するグラフ図である。FIG. 6 is a graph illustrating the relationship between the offset amount of the p + type base contact region 6 and the switching tolerance of the transistor. 第1の実施形態の電界効果トランジスタのうちの20ボルト素子のスイッチング時における、ソース領域5のパターンの幅とスイッチング破壊電圧との関係を表す。The relationship between the width | variety of the pattern of the source region 5 and switching breakdown voltage at the time of switching of the 20 volt element of the field effect transistor of 1st Embodiment is represented. マスクの開口部と不純物濃度分布を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the opening part of a mask, and impurity concentration distribution. 型ドレイン領域7のオフセットを説明するための模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an offset of an n + type drain region 7. 本発明の第1の実施形態の変型例にかかる電界効果トランジスタを例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the field effect transistor concerning the modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の第2の変型例にかかる電界効果トランジスタを例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the field effect transistor concerning the 2nd modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の実施形態のフォトリレーの回路を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the circuit of the photo relay of the embodiment of the present invention. (a)は、通常の手法を用いて形成した場合に得られる従来の電界効果トランジスタの断面図であり、(b)は、その半導体部分の模式平面図である。(A) is sectional drawing of the conventional field effect transistor obtained when it forms using a normal method, (b) is a schematic plan view of the semiconductor part. 本発明の第2の実施形態にかかる電界効果トランジスタを例示した模式図である。It is the schematic diagram which illustrated the field effect transistor concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態にかかる電界効果トランジスタにおいて、Lch/W(Ns)を様々に設定して、スイッチング時のドレイン電圧ピークをシミュレーション計算した結果を表す図である。In the field effect transistor concerning a 2nd embodiment of the present invention, Lch / W (Ns) is set up variously, and it is a figure showing the result of having performed simulation calculation of the drain voltage peak at the time of switching. 本発明の第3の実施形態にかかるトランジスタの要部の平面及び断面構造を例示する模式斜視図である。FIG. 10 is a schematic perspective view illustrating the plane and cross-sectional structure of the main part of a transistor according to a third embodiment of the invention. 図16におけるA−A断面図である。It is AA sectional drawing in FIG. 本発明の第4の実施形態にかかるトランジスタの要部の平面及び断面構造を例示する模式斜視図である。FIG. 10 is a schematic perspective view illustrating the plan and cross-sectional structure of the main part of a transistor according to a fourth embodiment of the invention. 図18におけるB−B断面図である。It is BB sectional drawing in FIG. 本発明の第5の実施形態にかかるトランジスタの断面構造を例示する模式図である。FIG. 10 is a schematic view illustrating the cross-sectional structure of a transistor according to a fifth embodiment of the invention. 本発明の第5の実施形態にかかるトランジスタにおいて、空洞部の形成方法を例示する模式図である。FIG. 10 is a schematic view illustrating a method for forming a cavity in a transistor according to a fifth embodiment of the invention. 本発明の第6の実施形態にかかるトランジスタの断面構造を例示する模式図である。FIG. 10 is a schematic view illustrating the cross-sectional structure of a transistor according to a sixth embodiment of the invention. 本発明の第7の実施形態にかかるトランジスタの断面構造を例示する模式図である。FIG. 10 is a schematic view illustrating the cross-sectional structure of a transistor according to a seventh embodiment of the invention. 本発明の第8の実施形態にかかるトランジスタの断面構造を例示する模式図である。FIG. 10 is a schematic view illustrating the cross-sectional structure of a transistor according to an eighth embodiment of the invention. 本発明の第9の実施形態にかかるトランジスタの断面構造を例示する模式図である。FIG. 10 is a schematic view illustrating the cross-sectional structure of a transistor according to a ninth embodiment of the invention. 本発明の第10の実施形態にかかるトランジスタの終端部の断面構造を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the cross-section of the termination | terminus part of the transistor concerning 10th Embodiment of this invention. 本発明の第11の実施形態にかかるトランジスタの断面構造を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the cross-section of the transistor concerning 11th Embodiment of this invention. 本発明の実施形態の構造と、比較例の構造とで、CR積を比較した結果を表すグラフ図である。It is a graph showing the result of having compared CR product with the structure of the embodiment of the present invention, and the structure of a comparative example. 本発明の実施形態のフォトリレーの回路を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the circuit of the photo relay of the embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

2…支持基板、3…埋込絶縁層、4…ベース領域、5…n型ソース領域、6…p型ベースコンタクト領域、7…n型ドレイン領域、14…ゲート絶縁膜、15…ゲート電極、16…導電層、18…ドリフト領域、18a…n型ストライプ領域、18b…p型ストライプ領域、20…SOI層、21…ゲート電極、22…ソース領域、23…ベース領域、24…ゲート絶縁膜、25…ベースコンタクト領域、26…ドレイン電極、27…ドレイン層、28…ドリフト層、30…第2のゲート電極、34…エミッタ領域、35…コレクタ電極、31…コレクタ層、37…第2のゲート電極、38…空洞部、41…ソース電極、42…ドレイン電極、43…封止材、44…絶縁層、45…第2のゲート電極、46…絶縁層、47…第2のゲート電極、52…絶縁層、61…ソース領域、62…ベース領域、63…ドリフト領域、64…ドレイン領域 2 ... support substrate, 3 ... buried insulating layer, 4 ... base region, 5 ... n + type source region, 6 ... p + type base contact region, 7 ... n + type drain region, 14 ... gate insulating film, 15 ... Gate electrode, 16 ... conductive layer, 18 ... drift region, 18a ... n-type stripe region, 18b ... p-type stripe region, 20 ... SOI layer, 21 ... gate electrode, 22 ... source region, 23 ... base region, 24 ... gate Insulating film, 25 ... base contact region, 26 ... drain electrode, 27 ... drain layer, 28 ... drift layer, 30 ... second gate electrode, 34 ... emitter region, 35 ... collector electrode, 31 ... collector layer, 37 ... first 2 gate electrode, 38 ... cavity, 41 ... source electrode, 42 ... drain electrode, 43 ... sealing material, 44 ... insulating layer, 45 ... second gate electrode, 46 ... insulating layer, 47 ... second gate Gate electrode, 52: insulating layer, 61 ... source region, 62 ... base region 63 ... drift region 64 ... drain region

Claims (5)

交互に配置された複数の第1導電型のソース領域と複数の第2導電型のベースコンタクト領域とを有するソース部と、第1導電型のドレイン部と、前記ソース部と前記ドレイン部との間に設けられ前記ソース領域及び前記ベースコンタクト領域に接している第2導電型のベース領域と、を有する半導体層と、A source unit having a plurality of first conductivity type source regions and a plurality of second conductivity type base contact regions arranged alternately, a first conductivity type drain unit, and the source unit and the drain unit. A semiconductor layer having a second conductivity type base region provided between and in contact with the source region and the base contact region;
前記ベース領域に接して設けられたゲート絶縁膜と、  A gate insulating film provided in contact with the base region;
前記ベース領域との間に前記ゲート絶縁膜を介在させて前記ベース領域に対向して設けられたゲート電極と、  A gate electrode provided opposite to the base region with the gate insulating film interposed between the base region;
を備え、  With
前記ソース領域と前記ベースコンタクト領域とが交互に並ぶ方向の前記ソース領域の幅に対する、チャネル長の比が1.5以上であることを特徴とするトランジスタ。  A transistor, wherein a ratio of a channel length to a width of the source region in a direction in which the source region and the base contact region are alternately arranged is 1.5 or more.
前記ソース領域と前記ベース領域との接合部を、前記ベースコンタクト領域と前記ベース領域との接合部よりも前記ドレイン部側に設けたことを特徴とする請求項1記載のトランジスタ。The transistor according to claim 1, wherein a junction between the source region and the base region is provided closer to the drain portion than a junction between the base contact region and the base region. 前記半導体層は、第1の主面と前記第1の主面の反対側の第2の主面とを有する絶縁層の前記第1の主面上に設けられたSOI(Silicon On Insulator)層であり、The semiconductor layer is an SOI (Silicon On Insulator) layer provided on the first main surface of an insulating layer having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface. And
前記ゲート絶縁膜は前記ベース領域上に設けられ、  The gate insulating film is provided on the base region;
前記ゲート電極は前記ゲート絶縁膜上に設けられたことを特徴とする請求項1または2に記載のトランジスタ。  The transistor according to claim 1, wherein the gate electrode is provided on the gate insulating film.
前記絶縁層の前記第2の主面側における前記ドレイン部に対向する部分に設けられた誘電体をさらに備えたことを特徴とする請求項3記載のトランジスタ。4. The transistor according to claim 3, further comprising a dielectric provided in a portion of the insulating layer facing the drain portion on the second main surface side. 前記絶縁層の前記第2の主面側における前記ベース領域に対向する部分に設けられた第2のゲート電極をさらに備えたことを特徴とする請求項3または請求項4に記載のトランジスタ。5. The transistor according to claim 3, further comprising a second gate electrode provided at a portion of the insulating layer facing the base region on the second main surface side.
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