JP5063865B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5063865B2
JP5063865B2 JP2005098967A JP2005098967A JP5063865B2 JP 5063865 B2 JP5063865 B2 JP 5063865B2 JP 2005098967 A JP2005098967 A JP 2005098967A JP 2005098967 A JP2005098967 A JP 2005098967A JP 5063865 B2 JP5063865 B2 JP 5063865B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffusion layer
type
region
drain
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005098967A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2006278931A (ja
Inventor
誠治 大竹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
On Semiconductor Trading Ltd
Original Assignee
On Semiconductor Trading Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by On Semiconductor Trading Ltd filed Critical On Semiconductor Trading Ltd
Priority to JP2005098967A priority Critical patent/JP5063865B2/ja
Priority to CNB2006100714793A priority patent/CN100468775C/zh
Priority to KR1020060026754A priority patent/KR100764298B1/ko
Priority to US11/391,163 priority patent/US7279745B2/en
Priority to TW095110896A priority patent/TWI298950B/zh
Publication of JP2006278931A publication Critical patent/JP2006278931A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5063865B2 publication Critical patent/JP5063865B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20009Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
    • H05K7/20136Forced ventilation, e.g. by fans
    • H05K7/20172Fan mounting or fan specifications
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16Constructional details or arrangements
    • G06F1/20Cooling means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/0852Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate of DMOS transistors
    • H01L29/0873Drain regions
    • H01L29/0878Impurity concentration or distribution
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/0852Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate of DMOS transistors
    • H01L29/0873Drain regions
    • H01L29/0882Disposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7816Lateral DMOS transistors, i.e. LDMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0692Surface layout
    • H01L29/0696Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/0852Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate of DMOS transistors
    • H01L29/0856Source regions
    • H01L29/086Impurity concentration or distribution
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/45Ohmic electrodes
    • H01L29/456Ohmic electrodes on silicon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66674DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/66681Lateral DMOS transistors, i.e. LDMOS transistors
    • H01L29/66689Lateral DMOS transistors, i.e. LDMOS transistors with a step of forming an insulating sidewall spacer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

本発明は、ドレイン領域の構造により、ON抵抗値を低減し、大電流化を実現する半導体装置に関する。
従来の半導体装置、例えば、CMOSトランジスタでは、シリコン基板にP型のウェル領域及びN型のウェル領域が形成されている。P型のウェル領域にはNチャネル型のMOSトランジスタが形成されている。N型のウェル領域にはPチャネル型のMOSトランジスタが形成されている。例えば、Nチャネル型のMOSトランジスタでは、P型のウェル領域にLDD構造から成るソース領域及びドレイン領域が形成されている。このとき、ソース領域及びドレイン領域は、シリコン基板に形成されたP型のウェル領域に、N型不純物をイオン注入し形成されている技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
また、従来の半導体装置、例えば、Nチャネル型のMOS半導体装置では、P型の単結晶シリコン基板上にN型のエピタキシャル層が堆積されている。N型のエピタキシャル層にはP型のウェル領域が形成されている。P型のウェル領域にはN型のソース領域が形成されている。P型のウェル領域は、N型のエピタキシャル層上のゲート電極に対し、その一部の下方まで形成されている。N型のドレイン領域が、P型のウェル領域の近傍で、N型のエピタキシャル層に形成されている。そして、ゲート酸化膜は、ドレイン領域側が厚く、ソース領域側が薄く形成されている。このゲート酸化膜の構造により、ドレイン領域側での高電界によるシリコン酸化膜の特性変動を防止する技術が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
特開2004−140404号公報(第10−11頁、第1−2図) 特開2002−314065号公報(第5−7頁、第1−2図)
上述したように、従来の半導体装置では、CMOSトランジスタのNチャネル型のMOSトランジスタにおいて、P型のウェル領域にN型のソース領域及びドレイン領域を形成している。そのため、P型のウェル領域とN型のソース領域及びドレイン領域とにおいて、お互いに不純物濃度がうち消し合い、所望の不純物濃度とすることが困難である。そして、N型のソース領域及びドレイン領域を高濃度不純物領域とする場合には、空乏層の形成領域が狭くなり、MOSトランジスタの耐圧が劣化するという問題が発生する。また、P型のウェル領域の不純物濃度を低濃度とする場合には、チャネル側への空乏層の形成領域が広くなり、MOSトランジスタが増大する問題が発生する。
また、従来の半導体装置では、Nチャネル型のMOSトランジスタにおいて、ドレイン領域側のゲート酸化膜が厚く形成され、ソース領域側のゲート酸化膜が薄く形成されている場合がある。この場合には、ドレイン領域が、厚いゲート酸化膜の下方まで形成されている。そして、P型のウェル領域にはチャネル領域が形成され、チャネル領域がドレイン領域と離間して形成されている。この構造により、P型のウェル領域とドレイン領域とが離間し、電流経路が長くなり、ON抵抗値が増大する問題が発生する。更に、ゲート酸化膜の膜厚を変えて形成することで、製造プロセスが複雑となり、製造コストが掛かるという問題が発生する。
上述した各事情に鑑みて成されたものであり、本発明の半導体装置では、一導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に積層された逆導電型のエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層上面に形成されたゲート酸化膜及びゲート電極と、前記半導体基板と前記エピタキシャル層とに形成された逆導電型の埋込拡散層と、前記エピタキシャル層に形成され、前記埋込拡散層と底部で重畳した一導電型のバックゲート拡散層と、一部が前記バックゲート拡散層と重畳し、その他の領域が前記エピタキシャル層に形成され、且つ前記重畳領域が、逆導電型の拡散領域となる逆導電型のドレイン拡散層と、前記バックゲート拡散層に形成された逆導電型のソース拡散層と、前記ドレイン拡散層と接続するドレイン電極と、前記ソース拡散層と接続するソース電極と、を有し、前記バックゲート拡散層は、前記ゲート電極の一端側の端部よりも前記ドレイン拡散層側まで形成され、前記重畳領域は、前記ゲート電極の一端側の端部よりも前記ドレイン拡散層側まで配置され、前記重畳領域は、前記ゲート電極の一端側の端部下方に配置されるように、前記ゲート電極下方まで配置されることを特徴とする。従って、本発明では、ゲート電極の下方で、チャネル形成領域となる一導電型のバックゲート拡散層と逆導電型のドレイン拡散層とが、一部重畳して形成されている。この構造により、ドレイン−ソース間の離間距離が短縮され、ON抵抗値を低減できる。
また、本発明の半導体装置では、前記ドレイン拡散層は、前記バックゲート拡散層を囲むように一環状に形成されていることを特徴とする。従って、本発明では、ドレイン拡散層が、バックゲート拡散層を囲むように一環状に形成されている。この構造により、電流能力を向上させることができる。また、ドレイン拡散層を効率的に配置できるので、素子形成領域を縮小することができる。
また、本発明の半導体装置では、前記ドレイン拡散層には、一環状にドレインコンタクト拡散層が形成されていることを特徴とする。従って、本発明では、素子形成領域が縮小されるが、ドレイン拡散層での濃度勾配により、電界緩和を維持することができる。
また、本発明の半導体装置では、前記バックゲート拡散層に形成され、前記ソース拡散層の近傍に位置した一導電型のバックゲートコンタクト拡散層とを有し、前記ソース電極は、前記ソース拡散層及び前記バックゲートコンタクト拡散層と接続していることを特徴とする。従って、本発明では、ソース拡散層及びバックゲートコンタクト拡散層に対し、ソース電極が共通コンタクトしている。この構造により、素子形成領域を縮小することができる。
本発明では、N型のエピタキシャル層には、P型のバックゲート拡散層が形成されている。一方、エピタキシャル層には、N型のドレイン拡散層が、バックゲート拡散層と形成領域の一部を重畳させるように形成されている。この構造により、ドレイン−ソース間の離間距離が短縮し、ON抵抗値を低減させることができる。
また、本発明では、ドレイン拡散層とバックゲート拡散層とが重畳する領域は、N型の拡散領域となるように形成されている。この構造により、ドレイン拡散層は、ソース拡散層側へ近づくにつれて、不純物濃度が低くなるように濃度勾配を有する。そして、素子形成領域を縮小しても、耐圧特性を維持することができる。
また、本発明では、ドレイン拡散層が、バックゲート拡散層を囲むように、一環状に形成されている。この構造により、ドレイン拡散層を効率的に配置することができ、素子形成領域を縮小しつつ、大電流化を実現できる。
また、本発明では、Nチャネル型MOSトランジスタを用いてチャージポンプ回路を構成している。この回路構成により、電荷転送用MOSトランジスタのON抵抗値の低減により、大電流化が実現できる。
以下に、本発明の一実施の形態である半導体装置について、図1及び図2を参照し、詳細に説明する。図1は、本実施の形態の半導体装置を説明するための断面図である。図2は、本実施の形態の半導体装置を説明する上面図である。
図1に示す如く、Nチャネル型MOSトランジスタは、主に、P型の単結晶シリコン基板1と、N型のエピタキシャル層2と、P型の分離領域3と、N型の埋込拡散層4と、バックゲート領域として用いられるP型の拡散層5と、ソース領域として用いられるN型の拡散層6、7と、ドレイン領域として用いられるN型の拡散層8、9と、ゲート電極10とから構成されている。
N型のエピタキシャル層2が、P型の単結晶シリコン基板1上面に形成されている。尚、本実施の形態では、基板1上に1層のエピタキシャル層2が形成されている場合を示すが、この場合に限定するものではない。例えば、基板のみの場合でも良く、基板上面に複数のエピタキシャル層が積層されている場合でも良い。また、基板は、N型の単結晶シリコン基板、化合物半導体基板でも良い。
P型の分離領域3が、基板1表面から上下方向に拡散したP型の埋込拡散層とエピタキシャル層2の表面から拡散したP型の拡散層とが連結し、形成されている。分離領域3が基板1及びエピタキシャル層2を区分し、基板1及びエピタキシャル層2には、複数の島領域が形成されている。
N型の埋込拡散層4が、基板1とエピタキシャル層2に形成されている。この構造により、P型の基板1とP型の拡散層5とは、N型の埋込拡散層4により、電気的に分離される。そして、埋込拡散層4には、例えば、ドレイン電圧が印加され、P型の基板1とP型の拡散層5とには、個別の電位を印加することが可能となる。
P型の拡散層5が、エピタキシャル層2に形成されている。P型の拡散層5は、エピタキシャル層2表面からP型不純物、例えば、ボロン(B)を加速電圧140〜170keV、導入量1.0×1012〜1.0×1014/cmでイオン注入することで、形成されている。P型の拡散層5は、深部で、少なくともその一部がN型の埋込拡散層4と重畳するように、形成されている。
N型の拡散層6、7が、P型の拡散層5に形成されている。N型の拡散層6、7は、ソース領域として用いられる。N型の拡散層6は、N型の拡散層7の形成領域に重畳して形成されている。そして、N型の拡散層6の不純物濃度は、N型の拡散層7の不純物濃度よりも高濃度となり、コンタクト抵抗の低減等を実現している。
N型の拡散層8、9が、エピタキシャル層2に形成されている。N型の拡散層8、9は、ドレイン領域として用いられる。丸印11で囲み、ハッチングで示したように、N型の拡散層8は、その一部がP型の拡散層5と重畳して形成されている。N型の拡散層8は、エピタキシャル層2表面からN型不純物、例えば、リン(P)を加速電圧30〜60keV、導入量1.0×1014〜1.0×1016/cmでイオン注入することで、形成されている。そして、P型の拡散層5とN型の拡散層8とが重畳する領域は、N型の不純物濃度とP型の不純物濃度とが補正され、低濃度のN型の拡散領域となる。一方、N型の拡散層9は、N型の拡散層8の形成領域に重畳して形成されている。そして、N型の拡散層9の不純物濃度は、N型の拡散層8の不純物濃度よりも高濃度となる。
つまり、ドレイン領域では、N型の拡散層9からP型の拡散層5と重畳するN型の拡散層8へと濃度勾配を有している。そして、P型の拡散層5とN型の拡散層8とが重畳する領域が、N型の低濃度領域として形成されている。この構造により、ドレイン領域を効率的にソース領域側へと配置できるので、ドレイン−ソース間の電流経路を短くし、ON抵抗値を低減することができる。また、P型の拡散層5とN型の拡散層8とを重畳させることで、素子形成領域を縮小することができる。
一方、丸印11で囲み、ハッチングで示す重畳領域が、ドレイン領域として用いられ、ゲート電極10の下方に配置されている。この構造により、ゲート電極からの垂直方向電界に対し、ドレイン領域の低濃度領域により電界緩和を図ることができる。また、ソース領域からドレイン領域へと向かうチャネル方向電界は、ドレイン領域の端部で最大となる。チャネル方向電界に対しても同様に、上述した構造により、ドレイン領域の低濃度領域により電界緩和を図ることができる。つまり、素子形成領域は縮小するが、ドレイン領域での電界緩和が図れ、MOSトランジスタの耐圧特性を維持することができる。
ゲート電極10は、ゲート酸化膜12上面に形成されている。ゲート電極10は、ポリシリコン膜により形成されている。ゲート電極10の側壁にはサイドウォール13が形成されている。そして、ゲート電極10の上面には、TEOS(Tetra−Ethyl−Orso−Silicate)膜14及びシリコン窒化膜15が形成されている。
LOCOS(Local Oxidation of Silicon)酸化膜16が、エピタキシャル層2に形成されている。LOCOS酸化膜16の平坦部では、その膜厚が、例えば、3000〜5000Å程度となる。
絶縁層17が、エピタキシャル層2上面に形成されている。絶縁層17は、BPSG(Boron Phospho Silicate Glass)膜、SOG(Spin On Glass)膜等が堆積され、形成されている。そして、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、例えば、CHF+O系のガスを用いたドライエッチングで、絶縁層17にコンタクトホール18、19、20が形成されている。
コンタクトホール18、19、20は、バリアメタル膜21及びタングステン(W)膜22により埋設されている。タングステン膜22の表面には、アルミ銅(AlCu)膜及びバリアメタル膜が選択的に形成され、ドレイン電極23及びソース電極24が形成されている。P型の拡散層5には、バックゲートコンタクト領域としてP型の拡散層25が形成されている。そして、ソース電極24は、ソース領域となるN型の拡散層6とP型の拡散層25とに接続している。この構造により、バックゲート電極を個別に形成する必要がなく、素子の微細化を実現できる。尚、図1に示した断面では、ゲート電極10への配線層は図示していないが、その他の領域で配線層と接続している。
図2に示す如く、外側から、実線26はP型の分離領域3に、点線27はN型の拡散層8に、点線28はN型の埋込拡散層4に、一点鎖線29はP型の拡散層5に、二点鎖線30はN型の拡散層6に、三点鎖線31はP型の拡散層25に、それぞれ対応している。
図示したように、ドレイン領域となるN型の拡散層8は、P型の拡散層5の周囲に一環状に形成されている。上述したように、ハッチングで示した領域は、P型の拡散層5とN型の拡散層8とが重畳する領域であり、低濃度のN型の拡散領域となる。この構造により、ドレイン領域を効率良く配置することができる。また、P型の拡散層5には、N型の拡散層6に囲まれるように、バックゲートコンタクト領域としてのP型の拡散層25が形成されている。この構造により、バックゲートコンタクト領域を1箇所とすることができ、且つ、ソース電極がバックゲート電極を兼用できる。つまり、本実施の形態では、電流能力を向上させる一方、素子形成領域を縮小することがきる。
尚、本実施の形態では、ドレイン領域をバックゲート領域の周囲に一環状で形成する場合に関し説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、ドレイン領域が対向する側辺に配置される等、区画されたドレイン領域がバックゲート領域の周囲に複数配置される場合でも良い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
次に、図1及び図2を用いて説明したNチャネル型MOSトランジスタを用いたチャージポンプ装置について、図3から図5を参照し、詳細に説明する。図3は、4段のディクソン・チャージポンプ装置の回路図である。図4は、図3に示すダイオード素子をMOSトランジスタ素子へと置き換えた場合における4段のディクソン・チャージポンプ装置の回路図である。図5は、図4に示すチャージポンプ装置の電荷転送用のMOSトランジスタの断面図である。
先ず、ディクソン(Dickson)チャージポンプ装置に関して説明する。
図3に示す如く、ダイオードD1〜D5が直列接続されている。C1〜C4は各ダイオードD1〜D5の接続点に接続された結合コンデンサ(Coupling Capacitor)である。CLは出力容量(Output Capacitor)であり、CLKとCLKBは互いに逆相の入力クロックパルスである。また、点線で示した41は、CLK及びCLKBが入力されたクロックドライバーであり、実線で示した42は、電流負荷である。クロックドライバー41には電源電圧が供給されている。これにより、クロックドライバー41から出力されるクロックパルス∃1、∃2の出力振幅は約Vddとなる。そして、クロックパルス∃1は容量C2、C4に供給され、クロックパルス∃2は容量C1、C3に供給される。
安定状態において、出力に定電流Ioutが流れる場合、チャージポンプ装置への入力電流は、入力電圧Vinからの電流とクロックドライバーから供給される電流となる。これらの電流は寄生容量への充放電電流を無視すると次のようになる。Φ1=ハイ(High)、Φ2=ロウ(Low)の期間、図中の実線矢印の方向に2Ioutの平均電流が流れる。
また、Φ1=ロウ(Low)、Φ2=ハイ(High)の期間、図の波線矢印の方向に2Ioutの平均電流が流れる。クロックサイクルでのこれらの平均電流は全てIoutとなる。安定状態におけるチャージポンプ装置の昇圧電圧Voutは以下のように表される。
ここで、Vφ‘は各接続ノードにおいて、クロックパルスの変化に伴い結合容量によって生じる電圧振幅である。Vlは出力電流Ioutによって生じる電圧降下、Vinは入力電圧であり、通常プラス昇圧では0Vとしている。Vdは順方向バイアスダイオード電圧(Forward bias diode voltage)、nはポンピング段数である。更に、VlとVφ‘は次式で表される。
ここで、C1〜C4はクロック結合容量(clock coupling Capacitor)、Csは各接続ノードにおける寄生容量(stray capacitance at each node)、Vφはクロックパルスの振幅(clock pulse amplitude)、fはクロックパルスの周波数、Tはクロック周期(clock period)である。チャージポンプ装置の出力効率は、クロックドライバーから寄生容量に流れる充放電電流を無視し、Vin=Vddとすると以下の式で表される。
このように、チャージポンプ装置においては、ダイオードを電荷転送素子(charge transfer device)として用いて電荷を次段へ次々に転送することにより昇圧を行っている。しかし、半導体集積回路装置への搭載を考えるとプロセスの適合性からpn接合のダイオードよりMOSトランジスタを使用する方が実現し易い。
図4に示す如く、電荷転送用素子としてダイオードD1〜D5の代わりにMOSトランジスタM1〜M5を用いている。この場合は、式(1)において、VdはMOSトランジスタの閾値電圧(threshold voltage)Vthとなる。
図5に示す如く、電荷転送用MOSトランジスタM2、M3を示している。このチャージポンプ装置の回路構成は図4に示している。尚、上述した図1と同一の構成要素については同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
P型の基板1及びN型のエピタキシャル層2は、P型の分離領域3により、複数の島領域に区画されている。隣接する島領域には、それぞれバックゲート領域としてのP型の拡散層5が形成されている。そして、P型の拡散層5及びP型の拡散層5と隣接するN型のエピタキシャル層2には、電荷転送用MOSトランジスタM2、M3がそれぞれ形成されている。P型の拡散層5を囲むように形成されるドレイン領域の構造は、図1及び図2を用いて上述した構造と同様である。
電荷転送用MOSトランジスタM2、M3において、上述したように、ドレイン領域となるN型の拡散層9が、バックゲート領域となるP型の拡散層5を囲むように配置されている。P型の拡散層5とN型の拡散層8とは、その一部の領域が重畳している。そして、重畳している領域は低濃度のN型の拡散領域となる。この構造により、ドレイン領域での電界緩和を図りつつ、ドレイン−ソース間の離間距離を短くし、ON抵抗値を低減することができる。その結果、チャージポンプ装置の電荷転送用MOSトランジスタM1〜M5のON抵抗値が低減され、大電流装置のチャージポンプ装置を実現できる。
尚、本実施の形態では、4段のディクソン・チャージポンプ装置への適用例について説明したが、その段数が4段に限定されないことは明らかである。
また、電荷転送用MOSトランジスタとしてNチャネル型のMOSトランジスタを用いる場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、Pチャネル型のMOSトランジスタを用いた場合でも良い。マイナス昇圧のチャージポンプ装置では、電荷転送用MOSトランジスタにおける、基板とソース領域との接続関係が逆になる。また、クロックのタイミングも逆になる。
また、電荷転送用MOSトランジスタM1〜M5はゲート電極とドレイン領域とを共通接続した構造としたが、この場合に限定するものではない。例えば、電荷転送用MOSトランジスタM1〜M5がON動作する際に、ゲート−ソース間に高い電圧が印加される回路構成を採用したチャージポンプ装置にも適用することができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
本発明の実施の形態における半導体装置を説明する断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置を説明する上面図である。 従来の実施の形態におけるチャージポンプ装置の回路図である。 本発明の実施の形態におけるチャージポンプ装置の回路図である。 本発明の実施の形態におけるチャージポンプ装置を説明する断面図である。
符号の説明
1 P型の単結晶シリコン基板
2 N型のエピタキシャル層
3 P型の分離領域
4 N型の埋込拡散層
5 P型の拡散層
8 N型の拡散層
10 ゲート電極

Claims (4)

  1. 一導電型の半導体基板と、
    前記半導体基板上に積層された逆導電型のエピタキシャル層と、
    前記エピタキシャル層上面に形成されたゲート酸化膜及びゲート電極と、
    前記半導体基板と前記エピタキシャル層とに形成された逆導電型の埋込拡散層と、
    前記エピタキシャル層に形成され、前記埋込拡散層と底部で重畳した一導電型のバックゲート拡散層と、
    一部が前記バックゲート拡散層と重畳し、その他の領域が前記エピタキシャル層に形成され、且つ前記重畳領域が、逆導電型の拡散領域となる逆導電型のドレイン拡散層と、
    前記バックゲート拡散層に形成された逆導電型のソース拡散層と、
    前記ドレイン拡散層と接続するドレイン電極と、
    前記ソース拡散層と接続するソース電極と、を有し、
    前記バックゲート拡散層は、前記ゲート電極の一端側の端部よりも前記ドレイン拡散層側まで形成され、前記重畳領域は、前記ゲート電極の一端側の端部よりも前記ドレイン拡散層側まで配置され、
    記重畳領域は、前記ゲート電極の一端側の端部下方に配置されるように、前記ゲート電極下方まで配置されることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記重畳領域の逆導電型の不純物濃度は、前記ソース拡散層側の方が前記ドレイン拡散層側よりも低いことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記ドレイン拡散層は、前記バックゲート拡散層を囲むように一環状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. 前記ドレイン拡散層には、一環状にドレインコンタクト拡散層が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
JP2005098967A 2005-03-30 2005-03-30 半導体装置 Expired - Fee Related JP5063865B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005098967A JP5063865B2 (ja) 2005-03-30 2005-03-30 半導体装置
CNB2006100714793A CN100468775C (zh) 2005-03-30 2006-03-24 半导体装置
KR1020060026754A KR100764298B1 (ko) 2005-03-30 2006-03-24 반도체 장치
US11/391,163 US7279745B2 (en) 2005-03-30 2006-03-27 Semiconductor device
TW095110896A TWI298950B (en) 2005-03-30 2006-03-29 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005098967A JP5063865B2 (ja) 2005-03-30 2005-03-30 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006278931A JP2006278931A (ja) 2006-10-12
JP5063865B2 true JP5063865B2 (ja) 2012-10-31

Family

ID=37030690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005098967A Expired - Fee Related JP5063865B2 (ja) 2005-03-30 2005-03-30 半導体装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7279745B2 (ja)
JP (1) JP5063865B2 (ja)
KR (1) KR100764298B1 (ja)
CN (1) CN100468775C (ja)
TW (1) TWI298950B (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008010627A (ja) * 2006-06-29 2008-01-17 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
US7932580B2 (en) * 2006-12-21 2011-04-26 Sanyo Electric Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same
TWI413254B (zh) * 2007-05-23 2013-10-21 Fairchild Semiconductor 用於積體電路應用的低導通電阻金氧半導體電晶體
US8217419B2 (en) * 2007-06-15 2012-07-10 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device
US20100171175A1 (en) * 2009-01-05 2010-07-08 Fan bing-yao Structure For High Voltage/High Current MOS Circuits
JP5525736B2 (ja) * 2009-02-18 2014-06-18 セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー 半導体装置及びその製造方法
KR101025795B1 (ko) * 2009-12-30 2011-04-04 안현구 전하 릴레이 인핸서 및 인핸서를 구비한 태양전지 시스템
KR101734936B1 (ko) 2010-08-27 2017-05-15 삼성전자주식회사 소자분리 막 아래에 저 저항 영역을 갖는 반도체 소자
US8962397B2 (en) * 2011-07-25 2015-02-24 Microchip Technology Incorporated Multiple well drain engineering for HV MOS devices
US9576949B2 (en) * 2012-09-05 2017-02-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Diode formed of PMOSFET and schottky diodes
JP2014170831A (ja) * 2013-03-04 2014-09-18 Seiko Epson Corp 回路装置及び電子機器
CN104658913B (zh) * 2015-02-10 2017-12-05 上海华虹宏力半导体制造有限公司 Nldmos的制造方法
TWI674678B (zh) * 2015-12-07 2019-10-11 聯華電子股份有限公司 二極體結構

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5191401A (en) * 1989-03-10 1993-03-02 Kabushiki Kaisha Toshiba MOS transistor with high breakdown voltage
JP3305415B2 (ja) * 1992-06-18 2002-07-22 キヤノン株式会社 半導体装置、インクジェットヘッド、および画像形成装置
US5559044A (en) * 1992-09-21 1996-09-24 Siliconix Incorporated BiCDMOS process technology
JPH06334136A (ja) * 1993-05-20 1994-12-02 Sharp Corp 半導体装置およびその製造方法
US5585294A (en) * 1994-10-14 1996-12-17 Texas Instruments Incorporated Method of fabricating lateral double diffused MOS (LDMOS) transistors
JPH1050985A (ja) * 1996-07-31 1998-02-20 Denso Corp Mis構造を有する半導体装置
TW417307B (en) * 1998-09-23 2001-01-01 Koninkl Philips Electronics Nv Semiconductor device
JP4488660B2 (ja) * 2000-09-11 2010-06-23 株式会社東芝 Mos電界効果トランジスタ
JP3621667B2 (ja) 2001-09-18 2005-02-16 株式会社東芝 半導体装置及びその実装方法
JP2002246477A (ja) * 2001-02-20 2002-08-30 Sony Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2002314065A (ja) 2001-04-13 2002-10-25 Sanyo Electric Co Ltd Mos半導体装置およびその製造方法
JP2003197791A (ja) * 2001-12-28 2003-07-11 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2003234423A (ja) * 2002-02-07 2003-08-22 Sony Corp 半導体装置及びその製造方法
US6753575B2 (en) 2002-06-11 2004-06-22 Texas Instruments Incorporated Tank-isolated-drain-extended power device
JP4014548B2 (ja) * 2003-09-17 2007-11-28 沖電気工業株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP4098208B2 (ja) 2003-10-01 2008-06-11 東芝マイクロエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法
JP4927340B2 (ja) * 2005-02-24 2012-05-09 オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
TW200701461A (en) 2007-01-01
US7279745B2 (en) 2007-10-09
CN100468775C (zh) 2009-03-11
KR20060106699A (ko) 2006-10-12
TWI298950B (en) 2008-07-11
US20060220115A1 (en) 2006-10-05
JP2006278931A (ja) 2006-10-12
KR100764298B1 (ko) 2007-10-05
CN1841777A (zh) 2006-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5063865B2 (ja) 半導体装置
JP5499915B2 (ja) 高耐圧半導体装置
KR100491914B1 (ko) 반도체 장치
US6927442B2 (en) Charge pump device
KR100491916B1 (ko) 반도체 장치 및 그 제조 방법
KR100500336B1 (ko) 차지 펌프 장치
CN109585557B (zh) 半导体器件及其制造方法
KR100491915B1 (ko) 차지 펌프 장치
US9608072B2 (en) Semiconductor device
US10332993B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP3761518B2 (ja) チャージポンプ装置
CN112436005B (zh) 半导体装置
US20230029591A1 (en) Electronic device and charge pump circuit
US20110121803A1 (en) Semiconductor device and dc-dc converter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080218

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100416

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20110530

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111031

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120127

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120327

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120625

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120710

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120808

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5063865

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150817

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150817

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150817

Year of fee payment: 3

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150817

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150817

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees