JP4767264B2 - High voltage semiconductor device - Google Patents

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Description

この発明は、高耐圧半導体装置に関し、特に、制御電極の電圧によって電流導通状態と電流遮断状態とが実現される高耐圧半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a high voltage semiconductor device, and more particularly to a high voltage semiconductor device in which a current conduction state and a current interruption state are realized by a voltage of a control electrode.

以下、図40〜図55を用いて、従来の高耐圧半導体装置の構造および動作について説明する。図40は、従来の高耐圧半導体装置の第1の例を示す部分断面図である。   Hereinafter, the structure and operation of a conventional high voltage semiconductor device will be described with reference to FIGS. FIG. 40 is a partial cross-sectional view showing a first example of a conventional high voltage semiconductor device.

図40を参照して、p型半導体基板1の主表面上にはn-層2が形成される。このn-層2とp型半導体基板1との境界部には、n+埋込拡散領域8が形成される。また、n-層2を深さ方向に貫通してp型半導体基板1の主表面に達するようにp拡散領域7が形成されている。n- 層2の表面には、pチャネルMOSトランジスタ14が形成されている。このpチャネルMOSトランジスタ14は、p-拡散領域5と、p+拡散領域3と、ゲート電極(制御電極)9とで構成される。 Referring to FIG. 40, n layer 2 is formed on the main surface of p type semiconductor substrate 1. An n + buried diffusion region 8 is formed at the boundary between the n layer 2 and the p-type semiconductor substrate 1. A p diffusion region 7 is formed so as to penetrate n layer 2 in the depth direction and reach the main surface of p type semiconductor substrate 1. A p-channel MOS transistor 14 is formed on the surface of the n − layer 2. The p-channel MOS transistor 14 includes a p diffusion region 5, a p + diffusion region 3, and a gate electrode (control electrode) 9.

+拡散領域3に隣接してn+拡散領域4が形成される。また、p+拡散領域3とn+拡散領域4とを取囲むようにn拡散領域4aが形成される。n+拡散領域4とp+拡散領域3との双方に接触するようにソース電極11が形成される。このソース電極11は、酸化膜10を介在してゲート電極9上およびp-拡散領域5上に延在する。p-拡散領域5の一方の端部と連なるようにp+拡散領域6が形成される。このp+拡散領域6表面上にはドレイン電極12が形成される。一方、p型半導体基板1の裏面上には、基板電極(裏面電極)13が形成されている。 An n + diffusion region 4 is formed adjacent to the p + diffusion region 3. In addition, n diffusion region 4 a is formed so as to surround p + diffusion region 3 and n + diffusion region 4. Source electrode 11 is formed so as to be in contact with both n + diffusion region 4 and p + diffusion region 3. Source electrode 11 extends on gate electrode 9 and p diffusion region 5 with oxide film 10 interposed therebetween. A p + diffusion region 6 is formed so as to be continuous with one end of p diffusion region 5. A drain electrode 12 is formed on the surface of the p + diffusion region 6. On the other hand, a substrate electrode (back surface electrode) 13 is formed on the back surface of the p-type semiconductor substrate 1.

次に、図41〜図43を用いて、図40に示される高耐圧半導体装置の動作について説明する。まず、図41および図42を用いて、オフ動作について説明する。図41と図42は、図40に示される高耐圧半導体装置のオフ動作時の空乏層の状態を段階的に示す図である。   Next, the operation of the high voltage semiconductor device shown in FIG. 40 will be described with reference to FIGS. First, the off operation will be described with reference to FIGS. 41 and 42. 41 and 42 are diagrams showing stepwise the state of the depletion layer during the off operation of the high voltage semiconductor device shown in FIG.

まず図41および図42を参照して、ドレイン電極12と基板電極13の電位を0Vとし、ゲート電極9とソース電極11とに正電位(+Vcc)を印加する。それにより、主に、n-層2とp型半導体基板1との界面のpn接合部Bと、n-層2とp拡散領域7との界面のpn接合部Aと、n-層2とp-拡散領域5との界面のpn接合部Cから空乏層が伸びる。 First, referring to FIGS. 41 and 42, the potential of drain electrode 12 and substrate electrode 13 is set to 0 V, and a positive potential (+ Vcc) is applied to gate electrode 9 and source electrode 11. Thereby, mainly, a pn junction B at the interface between the n layer 2 and the p-type semiconductor substrate 1, a pn junction A at the interface between the n layer 2 and the p diffusion region 7, and the n layer 2 A depletion layer extends from the pn junction C at the interface with the p diffusion region 5.

このとき、pn接合部Aから伸びる空乏層は、pn接合部Bから伸びる空乏層の影響で通常より伸びやすくなる。そのため、pn接合部A近傍の電界は比較的小さい値に保たれる。この効果は、p型半導体基板1の濃度や、n-層2に含まれるn型の不純物濃度や、n-層2の厚みなどを最適化することによって実現され、一般にRESURF(REduced SURface Field )効果と呼ばれている。 At this time, the depletion layer extending from the pn junction A becomes easier to extend than usual due to the influence of the depletion layer extending from the pn junction B. For this reason, the electric field in the vicinity of the pn junction A is kept at a relatively small value. This effect, the concentration and the p-type semiconductor substrate 1, n - and impurity concentration of the n type contained in the layer 2, n - is achieved by optimizing the thickness of the layer 2, generally RESURF (REduced SURface Field) It is called an effect.

一方、pn接合部Cから伸びる空乏層は、p- 拡散領域5が低濃度領域であるため、n-層2側に伸びると同時にp- 拡散領域5も空乏化する。p-拡散領域5の上にオーバーラップして形成されたゲート電極9とソース電極11は、2段フィールドプレートを形成している。それにより、p-拡散領域5の空乏化が促進され、pn接合部Cのゲート電極9近傍の電界が緩和される。 On the other hand, since the depletion layer extending from the pn junction C has a low concentration in the p − diffusion region 5, the p diffusion region 5 is depleted at the same time as extending to the n layer 2 side. The gate electrode 9 and the source electrode 11 formed so as to overlap the p diffusion region 5 form a two-stage field plate. Thereby, depletion of p diffusion region 5 is promoted, and the electric field in the vicinity of gate electrode 9 of pn junction C is relaxed.

各要素の条件を最適化した場合、さらに高い正電位を印加することが可能となる。そして、最終的には、n+埋込拡散領域8とp型半導体基板1との間の接合によって耐圧が決定される。このとき、n-層2とp-拡散領域5とはほとんど空乏化されている。このようにしてオフ状態を保つことが可能となる。 When the conditions of each element are optimized, a higher positive potential can be applied. Finally, the breakdown voltage is determined by the junction between n + buried diffusion region 8 and p-type semiconductor substrate 1. At this time, the n layer 2 and the p diffusion region 5 are almost depleted. In this way, the off state can be maintained.

次に、図43を用いて、オン動作について説明する。図43は、図40に示される従来の高耐圧半導体装置のオン状態を示す図である。図43を参照して、ゲート電極9の電位をソース電極11の電位に対して低下させる。それにより、ゲート電極9直下のn-層2の表面がp型に反転する。それにより、ホール電流が、図43において矢印で示されるように、p+拡散領域3からp-拡散領域5を通ってp+拡散領域6へと流れる。それにより、オン状態が実現される。このオン状態の際のデバイスの抵抗の大半はp-拡散領域5の抵抗値である。そのため、オン状態におけるデバイスの抵抗を低減するためには、p-拡散領域5の低抵抗化が効果的である。しかしながら、高耐圧を確保するためにはp-拡散領域5がオフ状態でほぼ空乏化する必要がある。したがって、p-拡散領域5に含まれるp型の不純物濃度には、自ずと上限値(最適値)が存在することとなる。 Next, the on operation will be described with reference to FIG. FIG. 43 is a diagram showing an on state of the conventional high voltage semiconductor device shown in FIG. Referring to FIG. 43, the potential of gate electrode 9 is lowered with respect to the potential of source electrode 11. As a result, the surface of the n layer 2 immediately below the gate electrode 9 is inverted to the p-type. Thereby, a hole current flows from p + diffusion region 3 through p diffusion region 5 to p + diffusion region 6 as indicated by an arrow in FIG. Thereby, the ON state is realized. Most of the resistance of the device in the on state is the resistance value of the p diffusion region 5. Therefore, in order to reduce the resistance of the device in the on state, it is effective to reduce the resistance of the p diffusion region 5. However, in order to ensure a high breakdown voltage, the p diffusion region 5 needs to be substantially depleted in the off state. Therefore, the p-type impurity concentration contained in p diffusion region 5 naturally has an upper limit (optimum value).

次に、図44〜図47を用いて、従来の高耐圧半導体装置の第2の例について説明する。図44は、この第2の例における従来の高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。図44を参照して、図40に示される第1の例における高耐圧半導体装置と異なるのは、n+拡散領域15がp+拡散領域6内に形成されているか否かである。それ以外の構造に関しては図40に示される高耐圧半導体装置と同様である。 Next, a second example of a conventional high voltage semiconductor device will be described with reference to FIGS. FIG. 44 is a partial cross-sectional view showing a conventional high voltage semiconductor device in the second example. Referring to FIG. 44, the high voltage semiconductor device in the first example shown in FIG. 40 is different in whether n + diffusion region 15 is formed in p + diffusion region 6 or not. Other structures are the same as those of the high voltage semiconductor device shown in FIG.

次に、図45〜図47を用いて、図44に示される高耐圧半導体装置の動作について説明する。図45および図46は、図44に示される高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態を段階的に示す図である。なお、オフ動作に関しては、図40に示される第1の例における高耐圧半導体装置の場合と同様であるため、説明は省略する。   Next, the operation of the high voltage semiconductor device shown in FIG. 44 will be described with reference to FIGS. 45 and 46 are diagrams showing stepwise the state of the depletion layer during the off operation of the high voltage semiconductor device shown in FIG. Since the off operation is the same as that of the high voltage semiconductor device in the first example shown in FIG. 40, the description is omitted.

次に、図47を用いて、この第2の例における高耐圧半導体装置のオン動作について説明する。図47は、この第2の例における高耐圧半導体装置のオン状態を示す図である。   Next, the on operation of the high voltage semiconductor device according to the second example will be described with reference to FIG. FIG. 47 is a diagram showing an on state of the high breakdown voltage semiconductor device according to the second example.

図47を参照して、ゲート電極9の電位を、ソース電極11に対して低下させる。それにより、ゲート電極9直下のn-層2の表面がp型に反転する。それにより、ホール電流37bが、p+拡散領域3からp-拡散領域5を通ってp+拡散領域6へと流れる。これに応じてn+拡散領域15から電子電流37aがp-拡散領域5とn-層2内に流入する。それにより、電子とホールとの高蓄積状態が実現され、導電率変調が引き起こされる。その結果、オン状態が実現される。つまり、上記の第2の例における高耐圧半導体装置は、pチャネルIGBTとして動作することとなる。 Referring to FIG. 47, the potential of gate electrode 9 is lowered with respect to source electrode 11. As a result, the surface of the n layer 2 immediately below the gate electrode 9 is inverted to the p-type. As a result, hole current 37 b flows from p + diffusion region 3 through p diffusion region 5 to p + diffusion region 6. In response to this, an electron current 37 a flows from the n + diffusion region 15 into the p diffusion region 5 and the n layer 2. Thereby, a high accumulation state of electrons and holes is realized, and conductivity modulation is caused. As a result, an on state is realized. That is, the high breakdown voltage semiconductor device in the second example operates as a p-channel IGBT.

なお、図48には、上記の第2の例における高耐圧半導体装置の全体構造を示す鳥瞰図が示されている。   FIG. 48 is a bird's-eye view showing the overall structure of the high voltage semiconductor device in the second example.

次に、図49〜図52を用いて、従来の高耐圧半導体装置の第3の例について説明する。図49は、この第3の例における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。   Next, a third example of a conventional high voltage semiconductor device will be described with reference to FIGS. FIG. 49 is a partial sectional view showing a high voltage semiconductor device according to the third example.

図49を参照して、半導体基板16の表面上には埋込酸化膜17が形成されている。この埋込酸化膜17上にn-層2が形成される。また、n-層2の所定位置にトレンチ22が形成される。このトレンチ22の内表面上には、酸化膜18が形成される。酸化膜18内にはポリシリコン層19が埋め込まれる。それ以外の構造に関しては図40に示される第1の例における高耐圧半導体装置と同様である。 Referring to FIG. 49, buried oxide film 17 is formed on the surface of semiconductor substrate 16. An n layer 2 is formed on buried oxide film 17. In addition, trench 22 is formed at a predetermined position of n layer 2. An oxide film 18 is formed on the inner surface of the trench 22. A polysilicon layer 19 is embedded in the oxide film 18. The other structure is the same as that of the high voltage semiconductor device in the first example shown in FIG.

次に、図50〜図52を用いて、この第3の例における高耐圧半導体装置の動作について説明する。図50と図51は、この第3の例における高耐圧半導体装置のオフ動作時の空乏層の状態を段階的に示す図である。これらの図を参照して、上記の第1の例における高耐圧半導体装置の場合と同様に、ドレイン電極12と基板電極13の電位を0Vとし、ゲート電極9とソース電極11とに正電位(+V)を印加する。それにより、p-拡散領域5とn-層2の界面のpn接合部およびp+拡散領域6とn-層2の界面のpn接合部から主に空乏層が伸びる。 Next, the operation of the high voltage semiconductor device according to the third example will be described with reference to FIGS. 50 and 51 are diagrams showing stepwise the state of the depletion layer during the off operation of the high breakdown voltage semiconductor device according to the third example. Referring to these drawings, as in the case of the high breakdown voltage semiconductor device in the first example, the potential of the drain electrode 12 and the substrate electrode 13 is set to 0 V, and the gate electrode 9 and the source electrode 11 have a positive potential ( + V) is applied. As a result, a depletion layer mainly extends from the pn junction at the interface between p diffusion region 5 and n layer 2 and the pn junction at the interface between p + diffusion region 6 and n layer 2.

このとき、同時に、n-層2と埋込酸化膜17との界面からも空乏層が伸び始める。そして、このことが電界緩和に寄与する。その結果、前述のRESURF効果が得られる。なお、このRESURF効果については、たとえば、S. Merchant et al.“Realization of high breakdown voltage (>700V)in thin SOI devices ”Proc. of 3rd ISPSD, pp. 31−35,1991に記載されている。この第3の例における高耐圧半導体装置のオン動作について図52に示されているが、このオン動作に関しては上記の第1の例における高耐圧半導体装置と同様であるため説明は省略する。 At the same time, the depletion layer starts to extend from the interface between the n layer 2 and the buried oxide film 17. This contributes to electric field relaxation. As a result, the aforementioned RESURF effect is obtained. The RESURF effect is described in, for example, S. Merchant et al. “Realization of high breakdown voltage (> 700 V) in thin SOI devices” Proc. Of 3rd ISPSD, pp. 31-35 , 1991 . The on operation of the high voltage semiconductor device in the third example is shown in FIG. 52. Since the on operation is the same as that of the high voltage semiconductor device in the first example, description thereof is omitted.

次に、図53〜図55を用いて、従来の高耐圧半導体装置の第4の例について説明する。図53は、従来の高耐圧半導体装置の第4の例を示す部分断面図である。   Next, a fourth example of a conventional high voltage semiconductor device will be described with reference to FIGS. FIG. 53 is a partial sectional view showing a fourth example of a conventional high voltage semiconductor device.

図53を参照して、この第4の例ににける高耐圧半導体装置では、n-層2内にp+拡散領域3およびp拡散領域3aが形成され、このp+拡散領域3の表面にn+拡散領域4が形成されている。また、p+拡散領域3と間隔をあけてn+拡散領域15が形成されている。そして、n+拡散領域4とn-層2との間に位置するp拡散領域3a上に酸化膜10を介在してゲート電極9が形成される。また、p+拡散領域3とn+ 拡散領域4の双方の表面に接触してソース電極11が形成される。n+拡散領域15の表面と接触してドレイン電極12が形成される次に、図54および図55を用いて、この第4の例における高耐圧半導体装置の動作について説明する。図54は、この第4の例における高耐圧半導体装置のオフ動作時の空乏層の状態を示す図である。 Referring to FIG. 53, in the high breakdown voltage semiconductor device according to the fourth example, p + diffusion region 3 and p diffusion region 3a are formed in n layer 2, and the surface of p + diffusion region 3 is formed. An n + diffusion region 4 is formed. An n + diffusion region 15 is formed at a distance from the p + diffusion region 3. Then, gate electrode 9 is formed on p diffusion region 3a located between n + diffusion region 4 and n layer 2 with oxide film 10 interposed. Further, the source electrode 11 is formed in contact with the surfaces of both the p + diffusion region 3 and the n + diffusion region 4. Next, drain electrode 12 is formed in contact with the surface of n + diffusion region 15. Next, the operation of the high voltage semiconductor device in the fourth example will be described with reference to FIGS. 54 and 55. FIG. 54 is a diagram showing the state of the depletion layer during the off operation of the high breakdown voltage semiconductor device according to the fourth example.

図54を参照して、ソース電極11と、ゲート電極9と基板電極13の電位を0Vとし、ドレイン電極12に正電位(+Vcc)を印加する。それにより、空乏層は、主に、p拡散領域3aとn-層2の界面のpn接合部Aから伸びる。そして、同時に、n-層2と埋込酸化膜17の界面Bからも空乏層は伸びることになる。それにより、空乏層の伸びが助長され、空乏層がさらに広がる。つまり、RESURF効果が得られることになる。その結果、デバイスが高耐圧化される。 Referring to FIG. 54, the potentials of source electrode 11, gate electrode 9 and substrate electrode 13 are set to 0 V, and a positive potential (+ Vcc) is applied to drain electrode 12. Thereby, the depletion layer mainly extends from the pn junction A at the interface between the p diffusion region 3 a and the n layer 2. At the same time, the depletion layer also extends from the interface B between the n layer 2 and the buried oxide film 17. Thereby, the elongation of the depletion layer is promoted, and the depletion layer further expands. That is, the RESURF effect is obtained. As a result, the breakdown voltage of the device is increased.

次に、オン動作について説明する。図55は、この第4の例における高耐圧半導体装置のオン状態を示す図である。図55を参照して、ソース電極11と基板電極13の電位を0Vとし、ゲート電極9の電位をソース電極11に対して上昇させ、ドレイン電極12に正電位(+Vcc)を印加する。それにより、ゲート電極9直下のp+拡散領域3の表面がn型に反転し、反転領域38が形成される。それにより、電子がn+拡散領域4から反転領域38を通ってn-層2およびn+拡散領域15に到達する。その結果、オン動作が実現されることとなる。 Next, the on operation will be described. FIG. 55 is a diagram showing an on state of the high breakdown voltage semiconductor device according to the fourth example. Referring to FIG. 55, the potential of source electrode 11 and substrate electrode 13 is set to 0 V, the potential of gate electrode 9 is raised with respect to source electrode 11, and a positive potential (+ Vcc) is applied to drain electrode 12. As a result, the surface of the p + diffusion region 3 immediately below the gate electrode 9 is inverted to n-type, and an inversion region 38 is formed. Thereby, electrons reach n layer 2 and n + diffusion region 15 from n + diffusion region 4 through inversion region 38. As a result, an on operation is realized.

上記の第1〜第3の例における従来の高耐圧半導体装置では、p-拡散領域5の抵抗値が、オン動作時の高耐圧半導体装置の抵抗値をほぼ決定する要因となる。そのため、p-拡散領域5の低抵抗化が望まれる。そのためには、p-拡散領域5に含まれるp型の不純物濃度を高める手法が一般的に考えられる。しかしながら、このことはp-拡散領域5内における空乏層の伸びを抑制してしまう。その結果、空乏層内が高電界化しやすくなり、高耐圧半導体装置の耐圧を低下させてしまうという問題が生じる。 In the conventional high voltage semiconductor devices in the first to third examples, the resistance value of the p diffusion region 5 is a factor that substantially determines the resistance value of the high voltage semiconductor device during the on-operation. Therefore, a reduction in resistance of the p diffusion region 5 is desired. For this purpose, a method of increasing the concentration of the p-type impurity contained in the p diffusion region 5 is generally considered. However, this suppresses the growth of the depletion layer in the p diffusion region 5. As a result, there is a problem that the electric field in the depletion layer is easily increased and the breakdown voltage of the high breakdown voltage semiconductor device is lowered.

また、上記の第4の例における従来の高耐圧半導体装置では、n-層2の抵抗値がオン動作時の高耐圧半導体装置の抵抗値を決定する要因となる。そのため、n-層2の低抵抗化が望まれる。そのための手法としては、上記の場合と同様に、n-層2に含まれるn型の不純物濃度を高める手法が考えられる。しかしながら、この場合も、上記の第1〜第3の例の場合と同様に、n-層2内での空乏層の伸びが抑制され、高耐圧半導体装置の耐圧を劣化させてしまうという問題が生じる。 In the conventional high voltage semiconductor device in the fourth example, the resistance value of the n layer 2 is a factor that determines the resistance value of the high voltage semiconductor device during the on-operation. Therefore, it is desired to reduce the resistance of the n layer 2. As a technique for this, a technique for increasing the n-type impurity concentration contained in the n layer 2 can be considered as in the above case. However, in this case as well, as in the first to third examples described above, there is a problem that the expansion of the depletion layer in the n layer 2 is suppressed and the breakdown voltage of the high breakdown voltage semiconductor device is deteriorated. Arise.

このように、従来の高耐圧半導体装置では、オン動作時におけるデバイスの抵抗値の低減とオフ動作時のデバイスの高耐圧化との双方を実現することは困難であった。   As described above, in the conventional high withstand voltage semiconductor device, it is difficult to realize both the reduction of the resistance value of the device during the on operation and the increase of the withstand voltage of the device during the off operation.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。この発明の目的は、オフ動作時のデバイスの耐圧をほとんど低下させることなくオン動作時デバイスの抵抗値を低減することが可能となる高耐圧半導体装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems. An object of the present invention is to provide a high breakdown voltage semiconductor device that can reduce the resistance value of a device during an on operation without substantially reducing the breakdown voltage of the device during an off operation.

この発明に係る高耐圧半導体装置は、表面を有する半導体基板と、第1導電型の半導体層と、第2導電型の第1の不純物拡散領域と、第1導電型の第2と第3の不純物拡散領域と、ゲート電極と、ソースおよびドレイン電極とを備える。半導体層は、半導体基板の主表面上に埋込酸化膜を介して形成される。第1の不純物拡散領域は、半導体層の表面に形成される。第2の不純物拡散領域は、第1の不純物拡散領域の表面に形成される。第3の不純物拡散領域は、第1の不純物拡散領域と間隔をあけて半導体層の表面に形成される。ゲート電極は、第2と第3の不純物拡散領域間に位置する第1の不純物拡散領域の表面上に絶縁層を介在して形成される。ソース電極は、第2の不純物拡散領域の表面とこの第2の不純物拡散領域に近接する第1の不純物拡散領域の表面との双方に接触して形成される。ドレイン電極は、第3の不純物拡散領域の表面と接触して形成される。そして、第1と第3の不純物拡散領域間に位置する半導体層の底部領域に、第1の不純物拡散領域から第3の不純物拡散領域に向かう方向に第2導電型の第4の不純物拡散領域が複数形成される。 The high breakdown voltage semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate having a main surface, a first conductivity type semiconductor layer, a second conductivity type first impurity diffusion region, and a first conductivity type second and third. An impurity diffusion region, a gate electrode, and a source and drain electrode. The semiconductor layer is formed on the main surface of the semiconductor substrate via a buried oxide film . The first impurity diffusion region is formed on the surface of the semiconductor layer. The second impurity diffusion region is formed on the surface of the first impurity diffusion region. The third impurity diffusion region is formed on the surface of the semiconductor layer at a distance from the first impurity diffusion region. The gate electrode is formed on the surface of the first impurity diffusion region located between the second and third impurity diffusion regions with an insulating layer interposed. The source electrode is formed in contact with both the surface of the second impurity diffusion region and the surface of the first impurity diffusion region adjacent to the second impurity diffusion region. The drain electrode is formed in contact with the surface of the third impurity diffusion region. Then, the fourth impurity diffusion region of the second conductivity type is formed in the direction from the first impurity diffusion region to the third impurity diffusion region in the bottom region of the semiconductor layer located between the first and third impurity diffusion regions. A plurality of are formed.

本発明の高耐圧半導体装置では、半導体基板の主表面に近接する半導体層の底部領域に第4の不純物拡散領域が形成される。この第4の不純物拡散領域が形成されることにより、半導体基板と半導体層との接合部から伸びる空乏層の伸びを助長することが可能となる。それにより、オフ動作時の高耐圧半導体装置の耐圧を向上させることが可能となる。また、導体層に含まれる第1導電型の不純物濃度を高めた場合においても、高耐圧半導体装置の耐圧を高く維持することが可能となる。その結果、オン動作時の高耐圧半導体装置の抵抗値をも低減することが可能となる。 In the high breakdown voltage semiconductor device of the present invention , the fourth impurity diffusion region is formed in the bottom region of the semiconductor layer adjacent to the main surface of the semiconductor substrate. By forming the fourth impurity diffusion region, it is possible to promote the extension of the depletion layer extending from the junction between the semiconductor substrate and the semiconductor layer. As a result, the breakdown voltage of the high breakdown voltage semiconductor device during the off operation can be improved. Further, even when an increased impurity concentration of the first conductivity type included in the semi-conductor layer, it is possible to maintain a high breakdown voltage of the high-voltage semiconductor device. As a result, it is possible to reduce the resistance value of the high voltage semiconductor device during the on operation.

以下、図1〜図39を用いて、この発明の実施の形態について説明する。
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1を示す部分断面図である。より具体的には、本発明をpチャネルMOSデバイスに適用した場合の実施の形態が示されている。図1を参照して、p型半導体基板1の主表面上にはn-層2が形成される。このn-層2を貫通してp型半導体基板1に到達するようにp拡散領域7が形成される。n-層2の表面にはpチャネルMOSトランジスタ14が形成される。このpチャネルMOSトランジスタ14は、p-拡散領域5と、p+拡散領域3と、ゲート電極9とを備える。ゲート電極9は、p-拡散領域5とp+拡散領域3との間に位置するn-層2の表面上に酸化膜10を介在して形成される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a partial sectional view showing Embodiment 1 of the present invention. More specifically, an embodiment in which the present invention is applied to a p-channel MOS device is shown. Referring to FIG. 1, n layer 2 is formed on the main surface of p-type semiconductor substrate 1. A p diffusion region 7 is formed to reach p type semiconductor substrate 1 through n layer 2. A p-channel MOS transistor 14 is formed on the surface of n layer 2. This p-channel MOS transistor 14 includes p diffusion region 5, p + diffusion region 3, and gate electrode 9. Gate electrode 9 is formed on the surface of n layer 2 located between p diffusion region 5 and p + diffusion region 3 with oxide film 10 interposed.

+拡散領域3と隣接してn+拡散領域4が形成される。また、p-拡散領域5の一方の端部と連なるようにp+拡散領域6が形成される。p+拡散領域6の表面と接触してドレイン電極12が形成され、p+拡散領域3の表面とn+拡散領域4の表面とに接触してソース電極11が形成される。ソース電極11は、図1に示されるように、ゲート電極9上とp-拡散領域5上とに延在する。 An n + diffusion region 4 is formed adjacent to the p + diffusion region 3. Further, p + diffusion region 6 is formed so as to be continuous with one end of p diffusion region 5. A drain electrode 12 is formed in contact with the surface of the p + diffusion region 6, and a source electrode 11 is formed in contact with the surface of the p + diffusion region 3 and the surface of the n + diffusion region 4. As shown in FIG. 1, source electrode 11 extends on gate electrode 9 and on p diffusion region 5.

そして、p-拡散領域5内からn-層2に到達するようにp拡散領域20が形成される。この図1に示される高耐圧半導体装置の全体構成は、図48に示される従来の高耐圧半導体装置とほぼ同様であるため、p拡散領域20は、リング状の平面構造を有することとなる。 Then, p diffusion region 20 is formed so as to reach n layer 2 from within p diffusion region 5. Since the overall configuration of the high voltage semiconductor device shown in FIG. 1 is substantially the same as that of the conventional high voltage semiconductor device shown in FIG. 48, p diffusion region 20 has a ring-like planar structure.

ここで、p拡散領域20についてより詳しく説明する。p拡散領域20に含まれるp型の不純物濃度(本明細書において、「不純物濃度」とは、不純物のピーク濃度を意味する)は、p-拡散領域5に含まれるp型の不純物濃度の10〜100倍程度以上であることが好ましい。また、p拡散領域20は、p-拡散領域5の長手方向に互いに間隔をあけられて複数個設けられることが好ましい。このように、p拡散領域20がp-拡散領域5内に間隔をあけて複数設けられることにより、高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の水平方向への伸びが促進される。 Here, the p diffusion region 20 will be described in more detail. The p-type impurity concentration contained in the p diffusion region 20 (in this specification, “impurity concentration” means the impurity peak concentration) is 10 times the p-type impurity concentration contained in the p diffusion region 5. It is preferably about 100 times or more. Further, it is preferable that a plurality of p diffusion regions 20 are provided at intervals in the longitudinal direction of the p diffusion region 5. As described above, a plurality of p diffusion regions 20 are provided in the p diffusion region 5 with an interval therebetween, thereby promoting the extension of the depletion layer in the horizontal direction during the off operation of the high breakdown voltage semiconductor device.

図2には、実施の形態1における高耐圧半導体装置のオフ動作時の空乏層の状態が示されている。この図2において、21が空乏層端を示している。図2を参照して、基板電極13とドレイン電極12の電位を0Vとし、ゲート電極9とソース電極11とに正電位(+V)を印加する。それにより、pn接合部A,BおよびCから空乏層が伸びる。   FIG. 2 shows the state of the depletion layer during the off operation of the high voltage semiconductor device according to the first embodiment. In FIG. 2, reference numeral 21 denotes a depletion layer end. Referring to FIG. 2, the potential of substrate electrode 13 and drain electrode 12 is set to 0 V, and a positive potential (+ V) is applied to gate electrode 9 and source electrode 11. Thereby, a depletion layer extends from the pn junctions A, B, and C.

そして、特に、n-層2の表面付近では、リング状のp拡散領域20の存在によって、水平方向への空乏層の伸びが促進される。そして、p+ 拡散領域6とp拡散領域20の一部に未空乏化領域30を残すものの空乏層はn-層2内で十分に広がる。それにより、空乏層内の電界強度が緩和され、RESURF効果と同様の効果が得られる。なお、リング状のp拡散領域20に相当する構造は、Floating Field Ringsと呼ばれ、空乏層の伸びを促進する効果を有する。このことに関しては、たとえば、B. J. Balign“Modern Power Devices”1987, pp.92-99に解説されている。 Particularly in the vicinity of the surface of the n layer 2, the presence of the ring-shaped p diffusion region 20 promotes the extension of the depletion layer in the horizontal direction. Although the undepleted region 30 is left in a part of the p + diffusion region 6 and the p diffusion region 20, the depletion layer is sufficiently expanded in the n layer 2. Thereby, the electric field strength in the depletion layer is relaxed, and the same effect as the RESURF effect is obtained. The structure corresponding to the ring-shaped p diffusion region 20 is called Floating Field Rings and has an effect of promoting the elongation of the depletion layer. This is described, for example, in BJ Balign “Modern Power Devices” 1987, pp . 92-99 .

次に、図3を用いて、図1に示される実施の形態1における高耐圧半導体装置のオン動作について説明する。図3(a)は、図1に示される高耐圧半導体装置のオン動作時の状態を示す図である。図3(b)は、従来の高耐圧半導体装置のオン動作時の状態を示す図である。   Next, the on operation of the high voltage semiconductor device in the first embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a diagram showing a state during the on-operation of the high voltage semiconductor device shown in FIG. FIG. 3B is a diagram showing a state at the time of an on operation of the conventional high voltage semiconductor device.

まず図3(a)を参照して、高耐圧半導体装置のオン状態は、ドレイン電極12と基板電極(図示せず)の電位を0Vとし、ソース電極11に正電位(+Vcc)を印加し、ゲート電極9の電位をソース電極11に対して低下させることによって実現される。そして、ゲート電極9直下のn-層2の表面がp型に反転し、ソース電極11からドレイン電極12へと電流が流れることとなる。 First, referring to FIG. 3A, in the ON state of the high breakdown voltage semiconductor device, the potential of the drain electrode 12 and the substrate electrode (not shown) is set to 0 V, and a positive potential (+ Vcc) is applied to the source electrode 11. This is realized by lowering the potential of the gate electrode 9 with respect to the source electrode 11. Then, the surface of the n layer 2 immediately below the gate electrode 9 is inverted to the p-type, and a current flows from the source electrode 11 to the drain electrode 12.

ここで、p- 拡散領域5の抵抗成分をRA1,RA2…RAmとし、p拡散領域20の抵抗成分をRB1,RB2…RBnとし、ゲート電極9直下におけるチャネル領域の抵抗成分をRchとする。一方、図3(b)に示されるように、従来例におけるp拡散領域20に対応する位置におけるp- 拡散領域5の抵抗成分をRC1,RC2…RCnとする。   Here, the resistance components of the p- diffusion region 5 are RA1, RA2... RAm, the resistance components of the p diffusion region 20 are RB1, RB2. On the other hand, as shown in FIG. 3B, the resistance components of the p @-diffusion region 5 at the position corresponding to the p diffusion region 20 in the conventional example are denoted by RC1, RC2,... RCn.

そして、実施の形態1におけるp-拡散領域5とp拡散領域20との総抵抗をRtot(N)とし、従来例におけるp-拡散領域5の総抵抗をRtot(O)とすると、各々次のように表わされる。 Then, assuming that the total resistance of p diffusion region 5 and p diffusion region 20 in the first embodiment is Rtot (N) and the total resistance of p diffusion region 5 in the conventional example is Rtot (O), It is expressed as follows.

Figure 0004767264
Figure 0004767264

そして、Rtot(O)−Rtot(N)の値は、次のように表わされる。   The value of Rtot (O) −Rtot (N) is expressed as follows.

Figure 0004767264
Figure 0004767264

ここで、p拡散領域20に含まれるp型の不純物濃度は、前述のように、p-拡散領域5に含まれるp型の不純物濃度よりも高いので、RBi>RCiの関係が成り立つ。 Here, since the p-type impurity concentration contained in the p diffusion region 20 is higher than the p-type impurity concentration contained in the p diffusion region 5 as described above, the relationship of RBi> RCi is established.

それにより、次のような関係式が得られる。   As a result, the following relational expression is obtained.

Figure 0004767264
Figure 0004767264

以上のことより、p拡散領域20を設けることにより、オン動作時における高耐圧半導体装置の抵抗値の低減が可能となる。   As described above, by providing the p diffusion region 20, it is possible to reduce the resistance value of the high voltage semiconductor device during the on-operation.

上記の内容に鑑み、p-拡散領域5の全体にわたって一様に高濃度化を図ることにより、オン動作時における高耐圧半導体装置の抵抗値の低減がより一層効果的に行なえるものと考えられる。そこで、本願の発明者は、p-拡散領域5の全体にわたって一様に高濃度化を図る手法について検討を行なった。その結果について以下に説明する。 In view of the above contents, it is considered that the resistance value of the high-breakdown-voltage semiconductor device can be further effectively reduced by increasing the concentration uniformly throughout the entire p diffusion region 5. . Therefore, the inventors of the present application have studied a technique for uniformly increasing the concentration over the entire p diffusion region 5. The results will be described below.

図4は、p-拡散領域5の表面濃度に対する高耐圧半導体装置の耐圧の変化について計算機シミュレーションを行なった結果を示す図である。p型半導体基板1に相当する条件を制御して、p-拡散領域5がない状態で各々450V,600Vの耐圧を有する2つのモデルについて検証した。図4に示されるように、いずれも表面濃度の増加に伴って耐圧が低下する傾向を示している。そして、1E17cm-3の濃度に達した状態では、初期の設計条件とは無関係にいずれも約150V前後まで耐圧が低下しているのがわかる。 FIG. 4 is a diagram showing the result of computer simulation on the change in breakdown voltage of the high breakdown voltage semiconductor device with respect to the surface concentration of p diffusion region 5. By controlling the conditions corresponding to the p-type semiconductor substrate 1, two models having a breakdown voltage of 450 V and 600 V, respectively, in the absence of the p diffusion region 5 were verified. As shown in FIG. 4, all show a tendency that the pressure resistance decreases as the surface concentration increases. In the state where the concentration reached 1E17 cm −3 , it can be seen that the withstand voltage is reduced to about 150 V regardless of the initial design conditions.

ここで、上記の内容を考慮し、p-拡散領域5を一様に高濃度化した場合と、この実施の形態1のようにp拡散領域20を設けた場合とを比較検討してみる。図5(a)〜(c)は、一様に高濃度化されたp拡散領域24を有する高耐圧半導体装置に、正電位(+V1<+V2<+V3)を順次印加した際の空乏層の状態を示す断面図である。図6は、実施の形態1における高耐圧半導体装置に上記の正電位+V1,+V2,+V3を順次印加した場合の空乏層の状態を示す図である。 Here, in consideration of the above contents, the case where the p diffusion region 5 is uniformly concentrated and the case where the p diffusion region 20 is provided as in the first embodiment will be compared. FIGS. 5A to 5C show the state of the depletion layer when a positive potential (+ V1 <+ V2 <+ V3) is sequentially applied to a high breakdown voltage semiconductor device having the p diffusion region 24 that is uniformly highly concentrated. FIG. FIG. 6 is a diagram showing the state of the depletion layer when the positive potentials + V1, + V2, and + V3 are sequentially applied to the high voltage semiconductor device of the first embodiment.

まず図5(a)を参照して、正電位+V1を印加することにより、pn接合部A,B,Cから空乏層が伸び始める。そして、さらに高電位を印加することにより、図5(b)や図5(c)に示されるように空乏層はソース電極11に向かって伸びる。しかしながら、p拡散領域24は一様に高濃度であるので、ソース電極11に近づくに従って徐々に空乏層の伸びの程度は低下する。そして、図5(c)に示されるように、電解集中点32が発生し、アバランシェ破壊が引起こされる。   First, referring to FIG. 5A, a depletion layer starts to extend from the pn junctions A, B, and C by applying a positive potential + V1. When a higher potential is applied, the depletion layer extends toward the source electrode 11 as shown in FIGS. 5B and 5C. However, since the p diffusion region 24 is uniformly high in concentration, the degree of extension of the depletion layer gradually decreases as the source electrode 11 is approached. Then, as shown in FIG. 5C, an electrolytic concentration point 32 is generated, and avalanche breakdown is caused.

一方、本発明の実施の形態1における高耐圧半導体装置では、図6(a)〜(c)に順次示されるように、高電圧を順次印加するに従って空乏層はソース電極11に向かって滑らかに広がっていく。それは、p- 拡散領域5がp拡散領域20間に存在するからである。図6(b)および(c)に示されるように、空乏層が伸びる際にはp拡散領域20内に未空乏化領域30が残余するが、p拡散領域20に隣接する位置にp-拡散領域5が存在するため、空乏層の伸びは促進される。つまり、p-拡散領域5がp拡散領域20の間に存在することにより、p-拡散領域5が完全に空乏化しながら空乏層の伸びが継続することとなる。それにより、空乏層を十分に拡張させることができ、オフ動作時における高耐圧半導体装置の耐圧を向上させることが可能となる。 On the other hand, in the high withstand voltage semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, the depletion layer is smoothly directed toward the source electrode 11 as the high voltage is sequentially applied, as sequentially shown in FIGS. It spreads. This is because the p − diffusion region 5 exists between the p diffusion regions 20. As shown in FIGS. 6B and 6C, when the depletion layer extends, an undepleted region 30 remains in the p diffusion region 20, but p diffusion occurs at a position adjacent to the p diffusion region 20. Since the region 5 exists, extension of the depletion layer is promoted. That is, since the p diffusion region 5 exists between the p diffusion regions 20, the depletion layer continues to grow while the p diffusion region 5 is completely depleted. As a result, the depletion layer can be sufficiently expanded, and the breakdown voltage of the high breakdown voltage semiconductor device during the off operation can be improved.

以上のことより、この実施の形態1における高耐圧半導体装置では、オフ動作時における高耐圧半導体装置の耐圧を低下させることなく、オン動作時における高耐圧半導体装置の抵抗値を低減させることが可能となる。   As described above, in the high voltage semiconductor device according to the first embodiment, the resistance value of the high voltage semiconductor device during the on operation can be reduced without reducing the voltage resistance of the high voltage semiconductor device during the off operation. It becomes.

(実施の形態2)
次に、図7および図8を用いて、この発明の実施の形態2について説明する。図7は、この発明の実施の形態2における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a partial sectional view showing a high voltage semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

図7を参照して、図1に示される高耐圧半導体装置と異なるのは、n+埋込拡散領域8が形成されているか否かである。それ以外の構成に関しては、図1に示される高耐圧半導体装置と同様である。 Referring to FIG. 7, the difference from the high voltage semiconductor device shown in FIG. 1 is whether or not n + buried diffusion region 8 is formed. Other configurations are the same as those of the high voltage semiconductor device shown in FIG.

上記のように、n+埋込拡散領域8を設けることにより、次のような効果が得られる。図8は、図7に示される高耐圧半導体装置のオフ動作時の空乏層の状態を示す図である。上記のようにn+埋込拡散領域8を設けることにより、図8に示されるように、n+埋込拡散領域8とp+拡散領域3との間に位置するn-層2内に空乏層が広がるのを阻止することが可能となる。それにより、空乏層は、n+埋込拡散領域8下に位置するp型半導体基板1内に広がることとなる。このとき、p型半導体基板1は低濃度でかつ厚みが大きいため、空乏層を十分に伸ばすことが可能となる。それにより、オフ動作時における高耐圧半導体装置の耐圧をさらに向上させることが可能となる。 As described above, by providing the n + buried diffusion region 8, the following effects can be obtained. FIG. 8 is a diagram showing the state of the depletion layer during the off operation of the high voltage semiconductor device shown in FIG. By providing n + buried diffusion region 8 as described above, depletion occurs in n layer 2 located between n + buried diffusion region 8 and p + diffusion region 3 as shown in FIG. It is possible to prevent the layer from spreading. As a result, the depletion layer extends into the p-type semiconductor substrate 1 located under the n + buried diffusion region 8. At this time, since the p-type semiconductor substrate 1 has a low concentration and a large thickness, the depletion layer can be sufficiently extended. As a result, the breakdown voltage of the high breakdown voltage semiconductor device during the off operation can be further improved.

(実施の形態3)
次に、図9および図10を用いて、この発明の実施の形態3について説明する。図9は、この発明の実施の形態3における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。
(Embodiment 3)
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. 9 and FIG. FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing a high voltage semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention.

図9を参照して、この実施の形態3における高耐圧半導体装置では、半導体基板16の表面上に埋込酸化膜17が形成され、この埋込酸化膜17表面上にn-層2が形成される。つまり、SOI(Semiconductor On Insulator)構造を有する高耐圧半導体装置が示されることになる。そして、n-層2を貫通するようにトレンチ22が設けられ、このトレンチ22内に酸化膜18とポリシリコン層19とが埋込まれる。それ以外の構造に関しては図1に示される実施の形態1における高耐圧半導体装置と同様である。 Referring to FIG. 9, in the high breakdown voltage semiconductor device according to the third embodiment, buried oxide film 17 is formed on the surface of semiconductor substrate 16, and n layer 2 is formed on the surface of buried oxide film 17. Is done. That is, a high voltage semiconductor device having an SOI (Semiconductor On Insulator) structure is shown. A trench 22 is provided so as to penetrate n layer 2, and oxide film 18 and polysilicon layer 19 are buried in trench 22. Other structures are the same as those of the high voltage semiconductor device of the first embodiment shown in FIG.

図10には、この実施の形態3における高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態が示されている。図10に示されるように、空乏層は、未空乏化領域30を残しながら十分にn-層2内で広がっている。この場合も、p拡散領域20とp-拡散領域5の存在により、空乏層の水平方向の伸びが促進される。それにより、RESURF効果が有効に発現し、オフ動作時における耐圧が向上される。なお、オン動作に関しても実施の形態1の場合と同等の効果が得られる。 FIG. 10 shows the state of the depletion layer during the off operation of the high breakdown voltage semiconductor device according to the third embodiment. As shown in FIG. 10, the depletion layer extends sufficiently in the n layer 2 while leaving the undepleted region 30. Also in this case, the presence of the p diffusion region 20 and the p diffusion region 5 promotes the horizontal extension of the depletion layer. Thereby, the RESURF effect is effectively exhibited, and the breakdown voltage during the off operation is improved. Note that the same effect as in the first embodiment can be obtained with respect to the ON operation.

(実施の形態4)
次に、図11〜図13を用いて、実施の形態4について説明する。図11は、この発明の実施の形態4における高耐圧半導体装置を示す部分断面斜視図である。
(Embodiment 4)
Next, Embodiment 4 will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a partial cross-sectional perspective view showing a high voltage semiconductor device according to Embodiment 4 of the present invention.

図11を参照して、p-拡散領域5に含まれるp型の不純物濃度以上の濃度のp型の不純物を含むp拡散領域23が形成され、このp拡散領域23の表面にn-拡散領域2aが設けられる。また、p+拡散領域6の表面にはn+拡散領域15が形成される。それ以外の構造に関しては図1に示される高耐圧半導体装置とほぼ同様である。 Referring to FIG. 11, p diffusion region 23 containing p-type impurities having a concentration equal to or higher than the p-type impurity concentration contained in p diffusion region 5 is formed, and n diffusion region is formed on the surface of p diffusion region 23. 2a is provided. An n + diffusion region 15 is formed on the surface of the p + diffusion region 6. Other structures are almost the same as those of the high voltage semiconductor device shown in FIG.

上記のように、p拡散領域23の表面にn-拡散領域2aが設けられることにより、オン動作時に、電子の注入によってモジュレーションが引起こされる領域がp拡散領域23の上下に形成される。それにより、モジュレーション効率を向上させることが可能となり、スイッチング動作速度を速めることが可能となる。 As described above, by providing the n diffusion region 2 a on the surface of the p diffusion region 23, regions in which modulation is caused by electron injection are formed above and below the p diffusion region 23 during the ON operation. Thereby, the modulation efficiency can be improved, and the switching operation speed can be increased.

図12は、図11におけるXII−XII線に沿う断面の一部を示している。図12を参照して、p拡散領域23は、その側部に間隙31を有している。この間隙31を有することにより、p拡散領域23の上下のみならず左右にもモジュレーションが引起こされる領域を形成することが可能となる。それにより、さらにモジュレーション効率を向上させることが可能となる。なお、上記の間隙31により、n-拡散領域2aとn-層2とが接続される。 FIG. 12 shows a part of a cross section taken along line XII-XII in FIG. Referring to FIG. 12, p diffusion region 23 has a gap 31 on its side. By having the gap 31, it is possible to form a region in which modulation is caused not only on the top and bottom of the p diffusion region 23 but also on the left and right. Thereby, the modulation efficiency can be further improved. Note that the n diffusion region 2 a and the n layer 2 are connected by the gap 31.

次に、図13を用いて、この実施の形態4における高耐圧半導体装置のオフ動作について説明する。図13は、実施の形態4における高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態を示す図である。   Next, the off operation of the high voltage semiconductor device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a diagram illustrating the state of the depletion layer during the off operation of the high breakdown voltage semiconductor device according to the fourth embodiment.

図13を参照して、前述の実施の形態1の場合と同様の電圧印加条件により所定の電圧を印加する。それにより、pn接合部A,B,C,Dから空乏層が伸び始める。そして、特に、pn接合部C,Dから伸びる空乏層は、図13において矢印25で示されるように、p拡散領域23の上下からこのp拡散領域23を挟み込むように成長する。それにより、p拡散領域23の空乏化を促進することができ、RESURF効果を有効に発現させることが可能となる。それにより、オフ動作時における高耐圧半導体装置の耐圧を向上させることが可能となる。   Referring to FIG. 13, a predetermined voltage is applied under the same voltage application conditions as in the first embodiment. As a result, the depletion layer begins to extend from the pn junctions A, B, C, and D. In particular, the depletion layer extending from the pn junctions C and D grows so as to sandwich the p diffusion region 23 from above and below the p diffusion region 23 as indicated by an arrow 25 in FIG. Thereby, depletion of the p diffusion region 23 can be promoted, and the RESURF effect can be effectively expressed. Thereby, the breakdown voltage of the high breakdown voltage semiconductor device during the off operation can be improved.

また、上記のようにp拡散領域23の空乏化がより一段と促進されるので、p拡散領域23のp型の不純物濃度は、p-拡散領域5のp型の不純物濃度よりも高めることが可能となる。それにより、オン動作時における高耐圧半導体装置の抵抗値を低減することが可能となる。 In addition, since the depletion of the p diffusion region 23 is further promoted as described above, the p type impurity concentration of the p diffusion region 23 can be made higher than the p type impurity concentration of the p diffusion region 5. It becomes. Thereby, it is possible to reduce the resistance value of the high voltage semiconductor device during the on-operation.

(実施の形態5)
次に、図14および図15を用いて、この発明の実施の形態5について説明する。図14は、この発明の実施の形態5における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。より具体的には、本発明をIGBTに適用した場合の実施の形態が示されている。図14を参照して、この実施の形態5における高耐圧半導体装置と、図11に示される高耐圧半導体装置との相違は、n+埋込拡散領域8が形成されているか否かである。
(Embodiment 5)
Next, Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a partial cross sectional view showing a high voltage semiconductor device according to Embodiment 5 of the present invention. More specifically, an embodiment in which the present invention is applied to an IGBT is shown. Referring to FIG. 14, the difference between the high voltage semiconductor device in the fifth embodiment and the high voltage semiconductor device shown in FIG. 11 is whether or not n + buried diffusion region 8 is formed.

このn+埋込拡散領域8を設けることにより、図15に示されるように、オフ動作時に空乏層をn+埋込拡散領域8下に位置するp型半導体基板1内に広げることが可能となる。それにより、前述の実施の形態2の場合と同様に、高耐圧半導体装置の耐圧をさらに向上させることが可能となる。 By providing this n + buried diffusion region 8, as shown in FIG. 15, the depletion layer can be expanded in the p-type semiconductor substrate 1 located under the n + buried diffusion region 8 during the off operation. Become. Thereby, the breakdown voltage of the high breakdown voltage semiconductor device can be further improved as in the case of the second embodiment.

(実施の形態6)
次に、図16および図17を用いて、この発明の実施の形態6について説明する。図16は、この発明の実施の形態6における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。
(Embodiment 6)
Next, Embodiment 6 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 16 is a partial sectional view showing a high voltage semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.

図16を参照して、p型半導体基板16の表面上に埋込酸化膜17を介在してn-層2が形成されている。このn-層2を貫通するようにトレンチ22が設けられ、このトレンチ22内に酸化膜18とポリシリコン層19とが埋込まれている。それ以外の構造に関しては図11に示される高耐圧半導体装置と同様である。 Referring to FIG. 16, n layer 2 is formed on the surface of p type semiconductor substrate 16 with a buried oxide film 17 interposed. A trench 22 is provided so as to penetrate the n layer 2, and an oxide film 18 and a polysilicon layer 19 are buried in the trench 22. Other structures are the same as those of the high voltage semiconductor device shown in FIG.

この実施の形態6における高耐圧半導体装置の場合も、オフ動作時に、図17に示されるように、空乏層を十分にn-層2内で広げることが可能となる。それにより、前述の実施の形態4の場合と同様の効果が得られる。 Also in the case of the high breakdown voltage semiconductor device according to the sixth embodiment, the depletion layer can be sufficiently expanded in n layer 2 as shown in FIG. Thereby, the same effect as in the case of the above-described fourth embodiment can be obtained.

(実施の形態7)
次に、図18〜図21を用いて、この発明の実施の形態7について説明する。図18は、この発明の実施の形態7における高耐圧半導体装置を示す断面図である。より具体的には、本発明をnチャネルMOSデバイスに適用した場合の実施の形態が示されている。
(Embodiment 7)
Next, Embodiment 7 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 18 is a cross sectional view showing a high voltage semiconductor device according to Embodiment 7 of the present invention. More specifically, an embodiment in which the present invention is applied to an n-channel MOS device is shown.

図18を参照して、半導体基板16の表面上には埋込酸化膜17が形成される。この埋込酸化膜17上にn-層2が形成される。このn-層2の表面にはnチャネルMOSトランジスタ14aが形成される。このnチャネルMOSトランジスタ14aは、n+拡散領域4と、ゲート電極9と、n-層2とで構成される。また、n-層2にはp拡散領域3aが形成される。 Referring to FIG. 18, a buried oxide film 17 is formed on the surface of the semiconductor substrate 16. An n layer 2 is formed on buried oxide film 17. An n channel MOS transistor 14 a is formed on the surface of n layer 2. This n-channel MOS transistor 14 a is composed of an n + diffusion region 4, a gate electrode 9, and an n layer 2. A p diffusion region 3a is formed in n layer 2.

このp拡散領域3aと間隔をあけてn+拡散領域15aが形成される。このn+拡散領域15aの表面と接触してドレイン電極12が形成され、p拡散領域3aの表面とn+拡散領域4の表面とに接触してソース電極11が形成される。 N + diffusion region 15a is formed at a distance from p diffusion region 3a. The drain electrode 12 is formed in contact with the surface of the n + diffusion region 15a, and the source electrode 11 is formed in contact with the surface of the p diffusion region 3a and the surface of the n + diffusion region 4.

-層2を貫通して埋込酸化膜17に到達するようにトレンチ22が形成され、このトレンチ22内に酸化膜18とポリシリコン層19とが埋込まれる。そして、p拡散領域3aとn+拡散領域15aとの間に位置するn-層2の底部領域に、埋込酸化膜17に近接してp拡散領域26が形成される。 A trench 22 is formed so as to pass through n layer 2 and reach buried oxide film 17, and oxide film 18 and polysilicon layer 19 are buried in trench 22. Then, a p diffusion region 26 is formed in the bottom region of n layer 2 located between p diffusion region 3 a and n + diffusion region 15 a in the vicinity of buried oxide film 17.

このp拡散領域26は、図18に示されるように、互いに間隔をあけて複数個設けられてもよいが、隣合うp拡散領域26同士がたとえばp型の低濃度領域などによって連結されるものであってもよい。また、p拡散領域26に含まれるp型不純物濃度は、p拡散領域3aに含まれるp型の不純物濃度と同じかそれ以上のものであってもよい。好ましくは、p拡散領域26に含まれるp型の不純物濃度は、p拡散領域3aに含まれるp型の不純物濃度の10から100倍程度である。   As shown in FIG. 18, a plurality of p diffusion regions 26 may be provided at intervals, but adjacent p diffusion regions 26 are connected by, for example, a p-type low concentration region. It may be. Further, the p-type impurity concentration contained in the p diffusion region 26 may be equal to or higher than the p-type impurity concentration contained in the p diffusion region 3a. Preferably, the p-type impurity concentration contained in the p diffusion region 26 is about 10 to 100 times the p-type impurity concentration contained in the p diffusion region 3a.

上記のようなp拡散領域26を形成することにより、オフ動作時における高耐圧半導体装置の耐圧を向上させることが可能となる理由について以下に説明する。図19は、この実施の形態7における高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態を示す図である。図19に示されるように、この実施の形態7における高耐圧半導体装置をオフ状態とするには、ソース電極11,ゲート電極9および基板電極13の電位を0Vとし、ドレイン電極12に正電位(+V)を印加する。それにより、pn接合部Aと界面Eから空乏層が伸び始める。   The reason why the breakdown voltage of the high breakdown voltage semiconductor device during the off operation can be improved by forming the p diffusion region 26 as described above will be described below. FIG. 19 is a diagram showing the state of the depletion layer during the off operation of the high breakdown voltage semiconductor device according to the seventh embodiment. As shown in FIG. 19, in order to turn off the high breakdown voltage semiconductor device according to the seventh embodiment, the potentials of the source electrode 11, the gate electrode 9 and the substrate electrode 13 are set to 0 V, and the drain electrode 12 has a positive potential ( + V) is applied. As a result, the depletion layer begins to extend from the pn junction A and the interface E.

ここで、図19に示されるように、p拡散領域26がp拡散領域3aとn+拡散領域15aの間に位置するn-層2の底部に設けられることにより、このp拡散領域26は空乏層の水平方向の広がりを助長する機能を有することとなる。そして、このp拡散領域26がドレイン電極12直下に位置するn-層2の底部領域に向かって複数個設けられることにより、さらに空乏層の水平方向の伸びを助長する機能は優れたものとなる。 Here, as shown in FIG. 19, the p diffusion region 26 is provided at the bottom of the n layer 2 located between the p diffusion region 3a and the n + diffusion region 15a, so that the p diffusion region 26 is depleted. It will have the function of promoting the horizontal spread of the layer. Further, by providing a plurality of p diffusion regions 26 toward the bottom region of the n layer 2 located immediately below the drain electrode 12, the function of further promoting the horizontal extension of the depletion layer becomes excellent. .

それにより、空乏層の水平方向への伸びが促進され、RESURF効果が有効に発現される。その結果、オフ動作時における高耐圧半導体装置の耐圧を向上させることが可能となる。また、p拡散領域26を設けることにより、耐圧決定に関連する各種のパラメータについて、ある一定の耐圧を維持し得る範囲を拡張することが可能となる。   Thereby, the extension of the depletion layer in the horizontal direction is promoted, and the RESURF effect is effectively expressed. As a result, the breakdown voltage of the high breakdown voltage semiconductor device during the off operation can be improved. In addition, by providing the p diffusion region 26, it is possible to expand a range in which a certain breakdown voltage can be maintained for various parameters related to the breakdown voltage determination.

図20は、n-層2の比抵抗に対する高耐圧半導体装置の耐圧の変化を示した図である。図20において、従来例の特性が実線で示されている。この図20に示されるように、n-層2の比抵抗の低下に伴ってわずかに増加の傾向を示した後、急速に耐圧が低下する傾向を示している。 FIG. 20 is a diagram showing a change in breakdown voltage of the high breakdown voltage semiconductor device with respect to the specific resistance of the n layer 2. In FIG. 20, the characteristic of the conventional example is shown by a solid line. As shown in FIG. 20, after showing a slight increase tendency with a decrease in the specific resistance of the n layer 2, the breakdown voltage rapidly decreases.

この傾向は、たとえば、“SOI分離構造の高耐圧化”電子デバイス 半導体電力変換合同研究会 EDD-92-106 (SPC-92-72 )pp.1-6, 1992に説明されているように、空乏層の水平方向への伸びが抑制されたことによる電界集中が原因となっている。これに対し、p拡散領域26を設けることにより、図20内で点線に示されるような特性に移行する。すなわち、低比抵抗側で耐圧の維持できる領域が拡大されることになる。それにより、n-層2を従来より低比抵抗化して素子抵抗を低減させ、かつ高耐圧を維持することが可能となる。 This trend is explained, for example, in “High isolation voltage of SOI isolation structure” electronic device Semiconductor Power Conversion Joint Study Group EDD-92-106 (SPC-92-72) pp.1-6, 1992 , This is caused by electric field concentration due to the suppression of the depletion layer in the horizontal direction. On the other hand, by providing the p diffusion region 26, the characteristics as shown by the dotted line in FIG. That is, the region where the breakdown voltage can be maintained on the low specific resistance side is expanded. As a result, the n layer 2 can be made to have a lower specific resistance than before to reduce the element resistance and maintain a high breakdown voltage.

図21は、埋込酸化膜厚に対する高耐圧半導体装置の耐圧の変化を示している。図21において実線は従来例の特性を示している。埋込酸化膜厚の増加に伴い耐圧は増加するが、埋込酸化膜厚がある値に達すると急激に耐圧が低下する傾向が示されている。この傾向は、図19における界面Eからn-層2中に伸びる空乏層の伸びが抑制されることが原因である。これに対し、p拡散領域26を形成することによって、図21中の点線に示すような特性に変化する。つまり、埋込酸化膜17の厚みがある値以上に大きくなった場合であっても、高耐圧を維持することが可能となる。それにより、n-層2の厚みや比抵抗に余裕を持たせて素子設計を行なうことが可能となり、素子の抵抗低減やスイッチングの高速化を考慮した素子の作製が容易となる。 FIG. 21 shows a change in breakdown voltage of the high breakdown voltage semiconductor device with respect to the buried oxide film thickness. In FIG. 21, the solid line indicates the characteristics of the conventional example. Although the breakdown voltage increases as the buried oxide film thickness increases, there is a tendency that the breakdown voltage rapidly decreases when the buried oxide film thickness reaches a certain value. This tendency is caused by the suppression of the depletion layer extending from the interface E in FIG. 19 into the n layer 2. On the other hand, by forming the p diffusion region 26, the characteristic changes as shown by the dotted line in FIG. That is, even when the thickness of the buried oxide film 17 is greater than a certain value, it is possible to maintain a high breakdown voltage. Accordingly, it is possible to design an element with a margin for the thickness and specific resistance of the n layer 2, and it is easy to manufacture the element in consideration of reduction in resistance of the element and increase in switching speed.

(実施の形態8)
次に、図22および図23を用いて、この発明の実施の形態8について説明する。図22は、この発明の実施の形態8における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。図22を参照して、図18に示される高耐圧半導体装置と異なるのは、n+拡散領域15a直下に位置するn-層2の底部領域にn拡散領域23aが形成されている点である。それ以外の構造に関しては、図18に示される高耐圧半導体装置と同様である。
(Embodiment 8)
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 22 is a partial cross sectional view showing a high voltage semiconductor device according to the eighth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 22, the high voltage semiconductor device shown in FIG. 18 is different in that n diffusion region 23a is formed in the bottom region of n layer 2 located immediately under n + diffusion region 15a. . Other structures are the same as those of the high voltage semiconductor device shown in FIG.

上記のように、n拡散領域23aを形成することによって、次のような効果が得られる。その効果について図23を用いて説明する。図23は、図22に示される高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態を示す図である。   As described above, the following effects can be obtained by forming the n diffusion region 23a. The effect will be described with reference to FIG. FIG. 23 is a diagram showing the state of the depletion layer during the off operation of the high voltage semiconductor device shown in FIG.

図23を参照して、前述の実施の形態7の場合と同様の条件でオフ状態が実現される。図23に示されるように各電極に所定の電位が印加されることにより、pn接合部Aおよび界面Eから空乏層が伸び始める。そして、p拡散領域26の存在により空乏層の水平方向への伸びが促進される。それにより、RESURF効果が有効に発現する。   Referring to FIG. 23, the off state is realized under the same conditions as in the seventh embodiment. As shown in FIG. 23, when a predetermined potential is applied to each electrode, the depletion layer starts to extend from the pn junction A and the interface E. Further, the presence of the p diffusion region 26 promotes the extension of the depletion layer in the horizontal direction. Thereby, the RESURF effect is effectively expressed.

このとき、電解集中点32がn拡散領域23a内に位置する界面Eに来るように寸法などの各種パラメータを制御する。それにより、図21において一点鎖線で示されるような特性が得られる。これは、アバランシェ破壊電解強度が増加したことによる影響を反映しているものであり、たとえば安原などによる“トレンチ分離SOIパワーICのための高耐圧出力素子構造”電気学会研究会資料 EDD-92-68, pp. 69-74, 1992に説明されている。このような構造を採用することにより、実施の形態7の場合よりもさらに素子を高耐圧化することが可能となる。 At this time, various parameters such as dimensions are controlled so that the electrolytic concentration point 32 comes to the interface E located in the n diffusion region 23a. As a result, the characteristics shown by the alternate long and short dash line in FIG. 21 are obtained. This reflects the effect of increased avalanche breakdown electrolysis strength. For example, “High-voltage output device structure for trench isolation SOI power IC” by Yasuhara et al. 68, pp. 69-74, 1992 . By adopting such a structure, it is possible to further increase the breakdown voltage of the element as compared with the case of the seventh embodiment.

(実施の形態9)
次に、図24および図25を用いて、この発明の実施の形態9について説明する。図24は、この発明の実施の形態9における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。
(Embodiment 9)
Next, Embodiment 9 of the present invention will be described with reference to FIGS. 24 and 25. FIG. FIG. 24 is a partial cross-sectional view showing a high voltage semiconductor device according to Embodiment 9 of the present invention.

図24を参照して、この実施の形態9では、p拡散領域26が、埋込酸化膜17とn-層2との界面から離れて形成されている。それ以外の構造に関しては図18に示される高耐圧半導体装置の場合と同様である。 Referring to FIG. 24, in the ninth embodiment, p diffusion region 26 is formed away from the interface between buried oxide film 17 and n layer 2. Other structures are the same as those of the high voltage semiconductor device shown in FIG.

上記のようにp拡散領域26を形成した場合でも、上記の実施の形態7の場合と同様の効果が得られる。なお、図25には、図24に示されるこの実施の形態9における高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態が示されている。この図25に示されるように、空乏層を水平方向に十分に広げることが可能となり、RESURF効果を有効に発現させることが可能となる。   Even when the p diffusion region 26 is formed as described above, the same effect as in the case of the seventh embodiment can be obtained. FIG. 25 shows the state of the depletion layer during the off operation of the high breakdown voltage semiconductor device according to the ninth embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 25, the depletion layer can be sufficiently expanded in the horizontal direction, and the RESURF effect can be effectively expressed.

(実施の形態10)
次に、図26を用いて、この発明の実施の形態10について説明する。図26は、この発明の実施の形態10における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。より具体的には、本発明の思想をpチャネルESTに適用した場合の実施の形態が示されている。
(Embodiment 10)
Next, Embodiment 10 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 26 is a partial sectional view showing a high voltage semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention. More specifically, an embodiment in which the idea of the present invention is applied to a p-channel EST is shown.

図26を参照して、半導体基板16の表面上には埋込酸化膜17を介してn-層2が形成される。n-層2の表面にはp-拡散領域27が形成される。このp-拡散領域27の表面にはn拡散領域28a,28bとn+拡散領域39とが間隔をあけて設けられる。n拡散領域28aの表面にはn+拡散領域40,p+拡散領域29aがそれぞれ形成される。 Referring to FIG. 26, n layer 2 is formed on the surface of semiconductor substrate 16 with a buried oxide film 17 interposed. A p diffusion region 27 is formed on the surface of n layer 2. On the surface of the p diffusion region 27, n diffusion regions 28a and 28b and an n + diffusion region 39 are provided with a space therebetween. An n + diffusion region 40 and a p + diffusion region 29a are formed on the surface of the n diffusion region 28a.

+拡散領域40とp+拡散領域29aとの双方に接触するようにソース電極11aが形成され、p+拡散領域29bと接触してソース電極11bが形成される。そして、n拡散領域28aとn拡散領域28bの間に位置するp-拡散領域27の表面上には、酸化膜10を介在してゲート電極9が形成される。また、n+拡散領域39の表面と接触してドレイン電極12が形成される。 Source electrode 11a is formed so as to be in contact with both n + diffusion region 40 and p + diffusion region 29a, and source electrode 11b is formed in contact with p + diffusion region 29b. Gate electrode 9 is formed on the surface of p diffusion region 27 located between n diffusion region 28a and n diffusion region 28b with oxide film 10 interposed. Further, the drain electrode 12 is formed in contact with the surface of the n + diffusion region 39.

このような構成において、n拡散領域28bとn+ 拡散領域39の間に位置するp-拡散領域27に、p+拡散領域33が設けられる。このp+拡散領域33に含まれるp型の不純物濃度は、好ましくは、p-拡散領域27に含まれるp型の不純物濃度の10から100倍程度以上である。また、このp+拡散領域33は、間隔をあけて複数個設けられることが好ましい。 In such a configuration, p + diffusion region 33 is provided in p diffusion region 27 located between n diffusion region 28 b and n + diffusion region 39. The p-type impurity concentration contained in the p + diffusion region 33 is preferably about 10 to 100 times or more the p-type impurity concentration contained in the p diffusion region 27. Further, it is preferable that a plurality of p + diffusion regions 33 are provided at intervals.

それにより、前述の実施の形態1〜3の場合と同様に、オフ動作時における空乏層の水平方向の広がりを効果的に促進することが可能となる。また、p+拡散領域33がp-拡散領域27に比べて相対的に高濃度であるため、オン動作時における電流経路の抵抗をも低減することが可能となる。それにより、素子抵抗を低減することが可能となる。 Thereby, as in the case of the first to third embodiments, it is possible to effectively promote the spread of the depletion layer in the horizontal direction during the off operation. Further, since the p + diffusion region 33 has a relatively higher concentration than the p diffusion region 27, it is possible to reduce the resistance of the current path during the on operation. Thereby, the element resistance can be reduced.

(実施の形態11)
次に、図27を用いて、この発明の実施の形態11について説明する。図11は、この発明の実施の形態11における高耐圧半導体装置を示す断面図である。図27を参照して、この実施の形態11における高耐圧半導体装置と、図26に示される実施の形態10における高耐圧半導体装置との構造上の違いは、n+拡散領域41がp+拡散領域29bの代わりに形成されていることである。それ以外の構造に関しては上記の実施の形態10における高耐圧半導体装置と同様である。
(Embodiment 11)
Next, Embodiment 11 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a cross sectional view showing a high voltage semiconductor device according to an eleventh embodiment of the present invention. Referring to FIG. 27, a high voltage semiconductor device in the eleventh embodiment, structural differences between the high voltage semiconductor device according to the tenth embodiment shown in FIG. 26, n + diffusion region 41 is p + diffusion It is formed instead of the region 29b. Other structures are the same as those of the high breakdown voltage semiconductor device according to the tenth embodiment.

つまり、この実施の形態11では、本発明の思想をpチャネルBRTに適用した場合の高耐圧半導体装置が示されていることになる。この場合も、上記の実施の形態10の場合と同様の効果が得られる。   That is, the eleventh embodiment shows a high breakdown voltage semiconductor device when the idea of the present invention is applied to a p-channel BRT. In this case, the same effect as in the case of the tenth embodiment can be obtained.

次に、図28〜図32を用いて、p拡散領域20の変形例について説明する。
〈第1の変形例〉
まず図28を用いて、第1の変形例について説明する。図28は、p拡散領域20の第1の変形例を示す部分拡大断面図である。図28を参照して、p拡散領域20aとp-拡散領域5aとは交互に配置され、各々の拡散深さはほぼ等しいものとなっている。このような構造の場合も、図1に示される場合とほぼ同様の効果が得られる。
Next, a modified example of the p diffusion region 20 will be described with reference to FIGS. 28 to 32.
<First Modification>
First, a first modification will be described with reference to FIG. FIG. 28 is a partially enlarged cross-sectional view showing a first modification of p diffusion region 20. Referring to FIG. 28, p diffusion regions 20a and p diffusion regions 5a are alternately arranged, and the respective diffusion depths are substantially equal. In the case of such a structure, substantially the same effect as that shown in FIG. 1 can be obtained.

〈第2の変形例〉
次に、図29を用いて、第2の変形例について説明する。図29は、p拡散領域20の第2の変形例を示す部分拡大断面図である。
<Second Modification>
Next, a second modification will be described with reference to FIG. FIG. 29 is a partially enlarged sectional view showing a second modification of p diffusion region 20.

図29を参照して、p拡散領域20bの拡散深さは、p-拡散領域5bの拡散深さよりも浅くなるように形成されている。それにより、図1に示される場合よりもさらに空乏層の水平方向の広がりを促進することが可能となる。 Referring to FIG. 29, the diffusion depth of p diffusion region 20b is formed to be shallower than the diffusion depth of p diffusion region 5b. Thereby, it is possible to further promote the spread of the depletion layer in the horizontal direction than in the case shown in FIG.

〈第3の変形例〉
次に、図30を用いて、p拡散領域20の第3の変形例について説明する。図30は、p拡散領域20の第3の変形例を示す部分拡大断面図である。
<Third Modification>
Next, a third modification of the p diffusion region 20 will be described with reference to FIG. FIG. 30 is a partially enlarged cross-sectional view showing a third modification of p diffusion region 20.

図30を参照して、図1に示されるp拡散領域20の代わりに、n-層2の表面上に、p型の不純物が高濃度に導入されたポリシリコン層34を形成してもよい。このとき、n-層2の表面には間隔をあけてp-層5cが複数個形成され、隣合うp-拡散領域5cがポリシリコン層34によって電気的に接続される。このような構造によっても、図1に示される場合とほぼ同様の効果が得られる。本変形例の場合は、ポリシリコン層34の濃度を極めて高濃度とすることが可能となり、図1に示される実施の形態1の場合よりもさらにオン動作時における素子抵抗を低減することが可能となる。 Referring to FIG. 30, instead of p diffusion region 20 shown in FIG. 1, polysilicon layer 34 into which p-type impurities are introduced at a high concentration may be formed on the surface of n layer 2. . At this time, a plurality of p layers 5 c are formed on the surface of the n layer 2 at intervals, and adjacent p diffusion regions 5 c are electrically connected by the polysilicon layer 34. Even with such a structure, substantially the same effect as that shown in FIG. 1 can be obtained. In the case of the present modification, the concentration of the polysilicon layer 34 can be made extremely high, and the device resistance during the on operation can be further reduced as compared with the case of the first embodiment shown in FIG. It becomes.

〈第4の変形例〉
次に、図31を用いて、p拡散領域20の第4の変形例について説明する。図31は、p拡散領域20の第4の変形例を示す部分拡大断面図である。
<Fourth modification>
Next, a fourth modification of the p diffusion region 20 will be described with reference to FIG. FIG. 31 is a partially enlarged sectional view showing a fourth modification of p diffusion region 20.

図31を参照して、本変形例では、p-拡散領域5dの表面に間隔をあけてp拡散領域20cが複数個設けられている。このような構造の場合でも、図1に示される実施の形態1の場合と同様の効果が得られる。 Referring to FIG. 31, in the present modification, a plurality of p diffusion regions 20c are provided at intervals on the surface of p diffusion region 5d. Even in the case of such a structure, the same effect as in the case of the first embodiment shown in FIG. 1 can be obtained.

〈第5の変形例〉
次に、図32を用いて、p拡散領域20の第5の変形例について説明する。図32は、p拡散領域20の第5の変形例を示す部分拡大断面図である。
<Fifth Modification>
Next, a fifth modification of the p diffusion region 20 will be described with reference to FIG. FIG. 32 is a partial enlarged cross-sectional view showing a fifth modification of p diffusion region 20.

図32を参照して、本変形例では、ポリシリコン層34aが、n-層2表面上に絶縁層35を介在して形成されている。そして、ポリシリコン層34aとp-拡散領域5eとの接触部を取囲むようにp+拡散領域36が形成されている。それ以外の構造に関しては上記の第3の変形例の場合と同様である。本変形例の場合も、上記の第3の変形例の場合とほぼ同様の効果が得られる。 Referring to FIG. 32, in the present modification, polysilicon layer 34a is formed on the surface of n layer 2 with insulating layer 35 interposed. A p + diffusion region 36 is formed so as to surround the contact portion between polysilicon layer 34a and p diffusion region 5e. Other structures are the same as those in the third modified example. In the case of this modification, substantially the same effect as in the case of the third modification can be obtained.

次に、図33〜図39を用いて、図32におけるポリシリコン層34aとp-拡散領域5eの製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing polysilicon layer 34a and p diffusion region 5e in FIG. 32 will be described with reference to FIGS.

まず、図33〜図35を用いて、第1の製造方法について説明する。図33を参照して、n-層2の表面上に、CVD法などを用いて、シリコン酸化膜などからなる絶縁層35を堆積する。そして、この絶縁層35を所定形状にパターニングした後、この絶縁層35とn-層2の表面とを覆うように、CVD法などを用いて、p型の不純物の高濃度に導入されたポリシリコン層34aを形成する。 First, the first manufacturing method will be described with reference to FIGS. Referring to FIG. 33, an insulating layer 35 made of a silicon oxide film or the like is deposited on the surface of n layer 2 by CVD or the like. Then, after patterning the insulating layer 35 into a predetermined shape, a poly-type impurity introduced at a high concentration of p-type impurities by using a CVD method or the like so as to cover the insulating layer 35 and the surface of the n layer 2. A silicon layer 34a is formed.

次に、図34を参照して、ポリシリコン層34aに熱処理などを施すことにより、ポリシリコン層34a内からn-層2の表面にp型の不純物を拡散させる。それにより、p-拡散領域5eを間隔をあけて形成する。 Next, referring to FIG. 34, p-type impurities are diffused from the polysilicon layer 34a to the surface of the n layer 2 by performing heat treatment or the like on the polysilicon layer 34a. Thereby, p diffusion regions 5e are formed at intervals.

次に、図35に示されるように、ポリシリコン層34aを所定形状にパターニングする。以上の工程を経て、図32に示されるポリシリコン層34aおよびp-拡散領域5eが形成されることになる。 Next, as shown in FIG. 35, the polysilicon layer 34a is patterned into a predetermined shape. Through the above steps, polysilicon layer 34a and p diffusion region 5e shown in FIG. 32 are formed.

次に、図36〜図39を用いて、ポリシリコン層34aとp-拡散領域5eの第2の製造方法について説明する。まず図36を参照して、上記の第1の方法の場合と同様の工程を経て絶縁層35を形成した後、この絶縁層35をマスクとして用いて、n-層2の表面にボロンイオン(B+ )などのp型の不純物を選択的に注入する。そして、注入されたp型の不純物に拡散処理を施すことにより、図37に示されるように、p-拡散領域5eを間隔をあけて形成する。 Next, a second manufacturing method of the polysilicon layer 34a and the p diffusion region 5e will be described with reference to FIGS. First, referring to FIG. 36, after forming the insulating layer 35 through the same process as in the first method, boron ions (on the surface of the n layer 2 are formed using this insulating layer 35 as a mask. A p-type impurity such as B @ +) is selectively implanted. Then, by performing a diffusion process on the implanted p-type impurities, p diffusion regions 5e are formed at intervals as shown in FIG.

次に、図38に示されるように、上記の第1の方法の場合と同様の工程を経てポリシリコン層34aを形成する。そして、このポリシリコン層34aに熱処理を施すことにより、図39に示されるように、p-拡散領域5eの表面にp+拡散領域36をそれぞれ形成する。以上の工程を経て、図32に示されるポリシリコン層34aとp-拡散領域5eとがそれぞれ形成されることになる。そして、その後、ゲート電極9や、p+拡散領域3,6や、酸化膜10や、ソース/ドレイン電極11,12などが形成される。 Next, as shown in FIG. 38, a polysilicon layer 34a is formed through the same steps as in the first method. Then, heat treatment is performed on polysilicon layer 34a to form p + diffusion regions 36 on the surface of p diffusion region 5e, as shown in FIG. Through the above steps, polysilicon layer 34a and p diffusion region 5e shown in FIG. 32 are formed. Thereafter, gate electrode 9, p + diffusion regions 3 and 6, oxide film 10, source / drain electrodes 11 and 12 are formed.

なお、上述の第1〜第5の変形例は、実施の形態1のみならず他のすべてのpチャネルデバイスに対して適用可能である。また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   Note that the first to fifth modifications described above are applicable not only to the first embodiment but also to all other p-channel devices. In addition, it should be considered that the embodiment disclosed this time is illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

この発明の実施の形態1における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。1 is a partial cross-sectional view showing a high voltage semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. 図1に示される高耐圧半導体装置のオフ動作時の空乏層の状態を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state of a depletion layer during an off operation of the high voltage semiconductor device shown in FIG. 1. (a)は図1に示される高耐圧半導体装置のオン動作時の抵抗成分を示す図である。(b)は従来例における高耐圧半導体装置のオン動作時の抵抗成分を示す図である。(A) is a figure which shows the resistance component at the time of ON operation of the high voltage | pressure-resistant semiconductor device shown by FIG. (B) is a figure which shows the resistance component at the time of ON operation | movement of the high voltage | pressure-resistant semiconductor device in a prior art example. p- 拡散領域の表面濃度と耐圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the surface concentration of a p <-> diffusion area | region, and a proof pressure. (a)〜(c)は、p拡散領域24を一様に高濃度化した場合のオフ動作時の空乏層の状態を段階的に示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the state of the depletion layer at the time of OFF operation | movement at the time of making p diffusion area | region 24 high concentration uniformly. (a)〜(c)は、図1に示される高耐圧半導体装置のオフ動作時の空乏層の状態を段階的に示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the state of the depletion layer at the time of OFF operation | movement of the high voltage | pressure-resistant semiconductor device shown by FIG. 1 in steps. この発明の実施の形態2における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the high voltage semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 図7に示される高耐圧半導体装置のオフ動作時の空乏層の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the depletion layer at the time of OFF operation | movement of the high voltage | pressure-resistant semiconductor device shown by FIG. この発明の実施の形態3における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the high voltage semiconductor device in Embodiment 3 of this invention. 図9に示される高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a state of a depletion layer during an off operation of the high breakdown voltage semiconductor device shown in FIG. 9. この発明の実施の形態4における高耐圧半導体装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the high voltage semiconductor device in Embodiment 4 of this invention. 図11におけるXII−XII線に沿う部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which follows the XII-XII line | wire in FIG. 図11に示される高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a state of a depletion layer during an off operation of the high breakdown voltage semiconductor device illustrated in FIG. 11. この発明の実施の形態5における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the high voltage semiconductor device in Embodiment 5 of this invention. 図14に示される高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a state of a depletion layer during an off operation of the high breakdown voltage semiconductor device shown in FIG. 14. この発明の実施の形態6における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the high voltage semiconductor device in Embodiment 6 of this invention. 図16に示される高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a state of a depletion layer during an off operation of the high breakdown voltage semiconductor device shown in FIG. 16. この発明の実施の形態7における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the high voltage semiconductor device in Embodiment 7 of this invention. 図18に示される高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the depletion layer at the time of OFF operation | movement of the high voltage semiconductor device shown by FIG. -層の比抵抗と高耐圧半導体装置の耐圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the specific resistance of an n < - > layer, and the proof pressure of a high voltage | pressure-resistant semiconductor device. 埋込酸化膜厚と高耐圧半導体装置の耐圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a buried oxide film thickness and the proof pressure of a high voltage | pressure-resistant semiconductor device. この発明の実施の形態8における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the high voltage semiconductor device in Embodiment 8 of this invention. 図22に示される高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing a state of a depletion layer during an off operation of the high breakdown voltage semiconductor device shown in FIG. 22. この発明の実施の形態9における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the high voltage semiconductor device in Embodiment 9 of this invention. 図24に示される高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態を示す図である。FIG. 25 is a diagram showing a state of a depletion layer during an off operation of the high breakdown voltage semiconductor device shown in FIG. 24. この発明の実施の形態10における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the high voltage semiconductor device in Embodiment 10 of this invention. この発明の実施の形態11における高耐圧半導体装置を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the high voltage semiconductor device in Embodiment 11 of this invention. この発明に係るp拡散領域20の構造の第1の変形例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a first modification of the structure of p diffusion region 20 according to the present invention. この発明に係るp拡散領域20の構造の第2の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd modification of the structure of the p diffusion area | region 20 which concerns on this invention. この発明に係るp拡散領域20の構造の第3の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 3rd modification of the structure of the p diffusion area | region 20 which concerns on this invention. この発明に係るp拡散領域20の構造の第4の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 4th modification of the structure of the p diffusion area | region 20 which concerns on this invention. この発明に係るp拡散領域20の構造の第5の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 5th modification of the structure of the p diffusion area | region 20 which concerns on this invention. 図32に示されるポリシリコン層34aとp-拡散領域5eの第1の形成方法の第1工程を示す断面図である。FIG. 33 is a cross-sectional view showing a first step of a first method of forming polysilicon layer 34a and p diffusion region 5e shown in FIG. 32. 図32に示されるポリシリコン層34aとp-拡散領域5eの第1の形成方法の第2工程を示す断面図である。FIG. 33 is a cross-sectional view showing a second step of the first method for forming polysilicon layer 34a and p diffusion region 5e shown in FIG. 32. 図32に示されるポリシリコン層34aとp-拡散領域5eの第1の形成方法の第3工程を示す断面図である。FIG. 33 is a cross-sectional view showing a third step of the first method for forming polysilicon layer 34a and p diffusion region 5e shown in FIG. 32. 図32に示されるポリシリコン層34aとp-拡散領域5eの第2の形成方法の第1工程を示す断面図である。FIG. 33 is a cross-sectional view showing a first step of a second method of forming polysilicon layer 34a and p diffusion region 5e shown in FIG. 32. 図32に示されるポリシリコン層34aとp-拡散領域5eの第2の形成方法の第2工程を示す断面図である。FIG. 33 is a cross-sectional view showing a second step of the second method of forming polysilicon layer 34a and p diffusion region 5e shown in FIG. 32. 図32に示されるポリシリコン層34aとp-拡散領域5eの第2の形成方法の第3工程を示す断面図である。FIG. 33 is a cross-sectional view showing a third step of the second method of forming polysilicon layer 34a and p diffusion region 5e shown in FIG. 32. 図32に示されるポリシリコン層34aとp-拡散領域5eの第2の形成方法の第4工程を示す断面図である。FIG. 33 is a cross-sectional view showing a fourth step of the second method of forming polysilicon layer 34a and p diffusion region 5e shown in FIG. 32. 従来の高耐圧半導体装置の第1の例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing the 1st example of the conventional high voltage semiconductor device. 図40に示される従来の高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態を示す図である。FIG. 41 is a diagram showing a state of a depletion layer during an off operation of the conventional high voltage semiconductor device shown in FIG. 40. 図40に示される高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態を示す図である。FIG. 41 is a diagram showing a state of a depletion layer during an off operation of the high voltage semiconductor device shown in FIG. 40. 図40に示される高耐圧半導体装置のオン動作を示す図である。FIG. 41 is a diagram showing an on operation of the high breakdown voltage semiconductor device shown in FIG. 40. 従来の高耐圧半導体装置の第2の例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing the 2nd example of the conventional high voltage semiconductor device. 図44に示される従来の高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態を示す図である。FIG. 45 is a diagram showing a state of a depletion layer during an off operation of the conventional high voltage semiconductor device shown in FIG. 44. 図44に示される高耐圧半導体装置のオフ動作時の空乏層の状態を示す図である。FIG. 45 is a diagram showing a state of a depletion layer during an off operation of the high voltage semiconductor device shown in FIG. 44. 図44に示される高耐圧半導体装置のオン動作を示す図である。FIG. 45 is a diagram showing an on operation of the high breakdown voltage semiconductor device shown in FIG. 44. 図44に示される高耐圧半導体装置の全体構成を示す鳥瞰図である。FIG. 45 is a bird's eye view showing the overall configuration of the high voltage semiconductor device shown in FIG. 44. 従来の高耐圧半導体装置の第3の例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing the 3rd example of the conventional high voltage semiconductor device. 図49に示される従来の高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the depletion layer at the time of OFF operation | movement of the conventional high voltage | pressure-resistant semiconductor device shown by FIG. 図49に示される高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態を示す図である。FIG. 50 is a diagram showing a state of a depletion layer during an off operation of the high breakdown voltage semiconductor device shown in FIG. 49. 図49に示される高耐圧半導体装置のオン動作を示す図である。FIG. 50 is a diagram showing an on operation of the high breakdown voltage semiconductor device shown in FIG. 49. 従来の高耐圧半導体装置の第4の例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing the 4th example of the conventional high voltage semiconductor device. 図53に示される従来の高耐圧半導体装置のオフ動作時における空乏層の状態を示す図である。FIG. 54 is a diagram showing a state of a depletion layer during an off operation of the conventional high voltage semiconductor device shown in FIG. 53. 図53に示される高耐圧半導体装置のオフ動作を示す図である。FIG. 54 is a diagram showing an off operation of the high breakdown voltage semiconductor device shown in FIG. 53.

符号の説明Explanation of symbols

1 p型半導体基板、2 n- 層、7,20,24,26,33 p拡散領域、23a n拡散領域、5,27 p-拡散領域、8 n+埋込拡散領域、9 ゲート電極、10 酸化膜、11 ソース電極、12 ドレイン電極、13 基板電極、16 半導体基板、17 埋込酸化膜、21 空乏層端、30 未空乏化領域、31 間隙、32 電解集中点、34,34a ポリシリコン層、35 絶縁層。 1 p-type semiconductor substrate, 2 n− layer, 7, 20, 24, 26, 33 p diffusion region, 23a n diffusion region, 5, 27 p diffusion region, 8 n + buried diffusion region, 9 gate electrode, 10 Oxide film, 11 source electrode, 12 drain electrode, 13 substrate electrode, 16 semiconductor substrate, 17 buried oxide film, 21 depletion layer edge, 30 undepleted region, 31 gap, 32 electrolytic concentration point, 34, 34a polysilicon layer 35 Insulating layer.

Claims (3)

主表面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の主表面上に埋込酸化膜を介して形成された第1導電型の半導体層と、
前記半導体層の表面に形成された第2導電型の第1の不純物拡散領域と、
前記第1の不純物拡散領域の表面に形成された第1導電型の第2の不純物拡散領域と、
前記第1の不純物拡散領域と間隔をあけて前記半導体層の表面に形成された第1導電型の第3の不純物拡散領域と、
前記第2と第3の不純物拡散領域の間に位置する前記第1の不純物拡散領域の表面上に絶縁層を介在して形成されたゲート電極と、
前記第2の不純物拡散領域の表面と前記第2の不純物拡散領域に近接する前記第1の不純物拡散領域の表面との双方に接触して形成されたソース電極と、
前記第3の不純物拡散領域の表面と接触して形成されたドレイン電極と、
を備え、
前記第1と第3の不純物拡散領域の間に位置する前記半導体層の底部領域に、前記第1の不純物拡散領域から前記第3の不純物拡散領域に向かう方向に複数の第2導電型の第4の不純物拡散領域が形成される、高耐圧半導体装置。
A semiconductor substrate having a main surface;
A first conductivity type semiconductor layer formed on the main surface of the semiconductor substrate via a buried oxide film ;
A first impurity diffusion region of a second conductivity type formed on the surface of the semiconductor layer;
A second impurity diffusion region of the first conductivity type formed on the surface of the first impurity diffusion region;
A third impurity diffusion region of a first conductivity type formed on the surface of the semiconductor layer at a distance from the first impurity diffusion region;
A gate electrode formed on the surface of the first impurity diffusion region located between the second and third impurity diffusion regions with an insulating layer interposed therebetween;
A source electrode formed in contact with both the surface of the second impurity diffusion region and the surface of the first impurity diffusion region adjacent to the second impurity diffusion region;
A drain electrode formed in contact with the surface of the third impurity diffusion region;
With
In the bottom region of the semiconductor layer located between the first and third impurity diffusion regions , a plurality of second conductivity type second layers are formed in the direction from the first impurity diffusion region to the third impurity diffusion region . A high breakdown voltage semiconductor device in which four impurity diffusion regions are formed.
前記第4の不純物拡散領域は、前記第3の不純物拡散領域の直下に位置する前記半導体層の底部領域に向かって互いに間隔をあけて配置される、請求項1に記載の高耐圧半導体装置。   2. The high withstand voltage semiconductor device according to claim 1, wherein the fourth impurity diffusion region is disposed at a distance from each other toward a bottom region of the semiconductor layer located immediately below the third impurity diffusion region. 前記第3の不純物拡散領域の直下に位置する前記半導体層の底部領域には、第1導電型の第5の不純物拡散領域が、前記第4の不純物拡散領域と間隔をあけて形成される、請求項1あるいは2に記載の高耐圧半導体装置。   A fifth impurity diffusion region of the first conductivity type is formed at a distance from the fourth impurity diffusion region in the bottom region of the semiconductor layer located immediately below the third impurity diffusion region. The high voltage semiconductor device according to claim 1 or 2.
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