JP4574601B2 - 半導体装置 - Google Patents
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低耐圧領域と高耐圧領域の間に高耐圧分離領域を有し、高耐圧領域へのレベルシフト機能を有する半導体装置であって、
第一導電型の半導体基板、
前記半導体基板の主面に形成された第二導電型の第一領域、
前記半導体基板の主面に前記第一領域に接続して形成された第二導電型の第二領域、
前記半導体基板の主面に形成された第二導電型の第三領域、
前記第二領域と前記第三領域との間に介在し前記第二領域と前記第三領域とを互いに分離している第一導電型のスリット状領域、
前記半導体基板の主面に前記第三領域に接続して前記第三領域を取り囲むように、かつ 、前記第一流域から分離して形成された第二導電型の第四領域、および
前記半導体基板の主面との間に絶縁層を介して形成され前記第二領域と前記第三領域とを電気的に接続する導電路を備え、
前記スリット状領域は、前記第二領域または前記第三領域と前記スリット状領域とで形成されるpn接合に印加される電界が臨界電界以下でその全域が空乏化されるように、前 記第二領域と前記第三領域との間の前記スリット状領域の主面に露出した部分の幅が前記 第二領域の拡散深さの1.14倍以下となるように形成されたことを特徴とするものである。
図1は、この発明の実施の形態1のレベルシフト構造を有する半導体装置の半導体領域を示す平面図である。また、図2は図1の平面図における断面A−Aでの構造を示す断面図である。
Ecr>E1=L・q・Np/(ε・ε′)×
((L・L/3+r・L+R・L/2)/((R+r)・r)+1)
・・・・・・・・・・・・ 式1
ここで、
Ecr:臨界電界(約2.5E5[V/cm])
E1:空乏層が中央で接する時のpn接合電界
q:電子の電荷量
Np:p−基板1の表面近傍での不純物濃度
ε:真空の誘電率
ε′:シリコンの比誘電率
である。
Ecr>E1=L・q・Np/(ε・ε′)・(L/(2・r)+1)・・・ 式2
従って、これらの式1または2を満たすように、パターンコーナー半径(R)、n拡散領域12a,12bの拡散深さ(r)およびp−基板1の表面近傍での不純物濃度(Np)を調整する。
(pn接合を表面から見た面積)/(pn接合の実際の面積)
に比例すると考えられる。ここで、pn接合の実際の面積とは、n拡散領域12a,12bのpn接合コーナー部の接合面積の和であり、pn接合を表面から見た面積とは、n拡散領域12a,12bのコーナー部のpn接合を平面に投射した面積とその間のp−基板1aの表面上での面積(幅2L)との和を指すものとする。
1≧((r+L)・(r+L)+2R・(r+L))/(2・r・(π・R/2+r))
・・・・・・・・ 式3
ここでR>>rの場合は
1≧2・(r+L)/(π・r)・・・・・・・・ 式4
よって
2L≦(π−2)・r ・・・・・・・・ 式5
となり、p−基板1の表面上での幅(スリット状のp−基板1aの幅(2L)はn拡散領域12a,12bの拡散深さ(r)の(π−2)程度以下にするべきであることが判る。
Vc<V=2L・L・q・Np/(ε・ε′)(1+Np/Nn) ・・・・ 式6
ここで、
q: 電子の電荷量
Nn:n拡散領域12a,12bのpn接合近傍での不純物濃度
Np:p−基板1の表面近傍での不純物濃度
ε:真空の誘電率
ε′:シリコンの比誘電率
である。
図6は、この発明の実施の形態2の半導体装置について、その半導体領域の配設状態を示す平面図である。図6における断面A−Aの構造は、図2と同様であるので、図示説明を省略する。この実施の形態2の半導体装置は、図6の平面図に示すように、p−シリコン基板1(半導体基板)にn−拡散領域2a(第一領域)が分離して2つ、所定間隔をおいて形成され、これらに接してそれぞれ n拡散領域(第二領域)12aが2つ形成され互いに所定間隔を隔てて対向している。また、この2つのn拡散領域(第二領域)12aと所定間隔をおいて、 n拡散領域(第三領域)12bが形成されている。そして、 n拡散領域12bの周縁にn−拡散領域(第四領域)2bが形成され、n−拡散領域2a(第一領域)とは所定間隔を隔てて対向している構図となっている。図中、図1および2と同一の符号は同一または相当部分を示す。
図7は、この発明の実施の形態3の半導体装置について、その半導体領域の配置を示す平面図である。図7に示す断面A−Aの構造は、図2と同様であるので、図示説明を省略する。この実施の形態3の半導体装置は、図7の平面図に示すように、p−シリコン基板1(半導体基板)にn−拡散領域2a(第一領域)が分離して2つ形成され、これに接してそれぞれ n拡散領域(第二領域)12aが2つ形成されている。この2つのn拡散領域(第二領域)12aと所定間隔をおいて、 n拡散領域(第三領域)12bが形成され、かつ2つのn拡散領域(第二領域)12aの間に伸びている。そして、 n拡散領域12bの周縁にn−拡散領域(第四領域)2bが形成され、 n−拡散領域2a(第一領域)とは所定間隔を隔てて対向している。さらに、n−拡散領域(第四領域)2bは、2つのn拡散領域(第二領域)12aの間のn拡散領域(第三領域)12bに接続し、かつ2つのn−拡散領域2a(第一領域)の間にこれら2つのn−拡散領域2a(第一領域)と所定間隔をおいて配置されている。
図8は、この発明の実施の形態4によるレベルシフト構造を有する半導体装置について、その半導体領域の配置を示す平面図である。この実施の形態4の半導体装置の図9における断面A−Aの構造は、図1と同様であるので図示説明を省略する。
図9は、この発明の実施の形態5によるレベルシフト構造を有する半導体装置の断面構造を示す図である。この実施の形態5の半導体装置の半導体領域の平面構造は、図1と同様であるので図示を省略する。図9は、図1における断面A−Aと同じ位置における断面図を示すものである。この実施の形態5の半導体装置は、図9の断面構造に示すように、p−シリコン基板1(半導体基板)、n−拡散領域2a(第一領域)、n拡散領域5、p拡散領域6、酸化膜7(絶縁層)、アルミ配線8(導電路)、ポリシリコンゲート9、n拡散領域5とp拡散領域6に接して形成され島電位と同電位となっているアルミ電極10、n拡散領域12a(第二領域)、n拡散領域12a(第三領域)を備えている。また、図1のn−拡散領域2b(第四領域)は図9には現れていないが、n−拡散領域2aと同じ形でn拡散領域12bの周辺に形成されている。なお、これらは、図1のものと同じであるので説明を省略する。
Vc<q・Nn・d/(ε・ε′)・(ε′・t/εox+d/2) ・・・式7
Ecr′>q・Nn・d/(ε・ε′) ・・・・・・・・・・・・ 式8
これらに式において、
Ecr′:シリコンと酸化膜界面の臨界電界(約5E5[V/cm])
q:電子の電荷量
Nn:n拡散領域12bの不純物濃度
ε:真空の誘電率
ε′:シリコンの比誘電率
εox:酸化膜の比誘電率
d:ポリシリコン13端部直下の空乏層幅
t:ポリシリコン13端部直下の酸化膜厚
である。
Vc<q・Nn・d/(ε・ε′)・(ε′・ t/εox)
したがって、
Vc<q・Nn・d・t/ε・εox ・・・・・・・・・・・・ 式9
これらの式7〜9を満たすように、ポリシリコン13端部直下の酸化膜厚(t)、 n拡散領域12bの不純物濃度(Nn)を調整する。
Claims (1)
- 低耐圧領域と高耐圧領域の間に高耐圧分離領域を有し、高耐圧領域へのレベルシフト機 能を有する半導体装置であって、
第一導電型の半導体基板、
前記半導体基板の主面に形成され、その表面まで空乏化される第二導電型の第一領域、
前記半導体基板の主面に前記第一領域に接続して形成され、その表面まで空乏化されな い第二導電型の第二領域、
前記半導体基板の主面に形成され、その表面まで空乏化されない第二導電型の第三領域、
前記第二領域と前記第三領域との間に介在し前記第二領域と前記第三領域とを互いに分離している第一導電型のスリット状領域、
前記半導体基板の主面に前記第三領域に接続して前記第三領域を取り囲むように、かつ 、前記第一流域から分離して形成された第二導電型の第四領域、および
前記半導体基板の主面との間に絶縁層を介して形成され前記第二領域と前記第三領域とを電気的に接続する導電路を備え、
前記スリット状領域は、前記第二領域または前記第三領域と前記スリット状領域とで形成されるpn接合に印加される電界が臨界電界以下でその全域が空乏化されるように、前 記第二領域と前記第三領域との間の前記スリット状領域の最も狭い部分の幅が前記第二領 域の拡散深さの1.14倍以下となるように形成されたことを特徴とする半導体装置。
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