JPH10189950A - 高耐圧集積回路 - Google Patents
高耐圧集積回路Info
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Abstract
耐圧集積回路において、素子ピッチを狭め、チップ面積
を低減し、或いは高集積化を図る。 【解決手段】p基板1上のnエピタキシャル層2の一部
が接合分離された一つのn島状領域5内に、n+ 埋め込
み領域9を共通にした複数のn+ 埋め込み領域9に到達
する深さのリング状のn+ ウォール領域8を形成し、そ
の内側にnソース領域7、pベース領域6、pベース領
域6の表面露出部上にゲート酸化膜10を介して多結晶
シリコンのゲート電極層11、nソース領域7およびp
ベース領域6に接触してソース電極12、n+ ウォール
領域8に接触してドレイン電極となるウォール電極13
が設けられて、複数のnチャネルMOSFETが形成さ
れる。ウォール電極13と同電位の高電圧フィールドプ
レート16を最外周のn+ ウォール領域8の最外周の境
界上の絶縁膜上にのみ設ける。
Description
プレイパネルを駆動する集積回路など高耐圧素子を同一
チップ内に複数内蔵した高耐圧集積回路、特にその素子
分離方法に関する。
集積回路(以下PDP駆動用ICと略す)などは、10
0V以上もの高電圧で駆動する高電圧出力回路部と、5
V程度の電圧で動作するロジック回路部とから構成され
ている。高電圧出力回路部を構成する能動素子には、n
チャネルMOSFETやpチャネルMOSFETがあ
り、受動素子には抵抗等がある。これらの素子により1
ビットの出力回路部が構成され、多ビット出力の場合に
は、各ビット毎に出力回路部が構成されている。
法としては、エピタキシャルウェハを用いてのpn接合
分離構造や自己分離構造などが用いられている。尚、以
下の説明において、n、pを冠した領域や層等は、それ
ぞれ電子、正孔を多数キャリアとする領域、層等を意味
している。図3は、pn接合分離構造の断面図である。
p基板41上のnエピタキシャル層42の一部が、p+
埋め込み領域43とp+ 埋め込み領域43に到達する深
さのpアイソレーション領域44とで他の部分から分離
されてn島状領域45とされる。そこに例えば図に示し
たように、pベース領域46、nソース領域47、n+
埋め込み領域49およびn+ 埋め込み領域49に到達す
る深さのn+ ウォール領域48が形成され、pベース領
域46の表面露出部上にゲート絶縁膜50を介してゲー
ト電極層51、pベース領域46とnソース領域47の
表面に接するソース電極52、ドレインとなるn+ ウォ
ール領域48の表面に接するウォール電極53が設けら
れてnチャネルMOSFETが形成されている。
た基板電極55に0V、ウォール電極53に100Vが
印加されて、n島状領域45とp基板41との間のpn
接合が逆バイアスされ、n+ ウォール領域48を含む一
つのn島状領域45は、pn接合分離されている。pア
イソレーション領域44とn+ ウォール領域48との間
は、少なくとも20μm程度離れていなければならな
い。nソース領域47上に設けられたソース電極52か
ら出力が取り出される。56は高電圧フィールドプレー
ト、57は低電圧フィールドプレートでいずれも表面電
界を緩和するためのものである。図示されていないが、
ゲート電極層51に接触して金属層のゲート電極が設け
られることが多い。
キシャル層42およびp基板41からなる寄生トランジ
スタ58が構成されている。特に、PDP駆動用ICの
場合、ある種の動作モードでソース電極52の電位がド
レイン電極53の電位より高くなることがあり、その場
合に寄生トランジスタ58が動作すると問題になるが、
高濃度のn+ 埋め込み領域49を設けることによって、
その寄生トランジスタ58の寄生電流59が抑制されて
いる。また、pベース領域46、nエピタキシャル層4
2およびpアイソレーション領域44からなる寄生トラ
ンジスタもあるが、高濃度のn+ ウォール領域48を設
けることによって、その寄生トランジスタの寄生電流が
抑制されている。
基板61の表面層に形成されたnウェル領域62内にp
ソース領域67、pドレイン領域66が形成され、その
間のnウェル領域62の表面上にゲート絶縁膜70を介
してゲート電極層71、pソース領域67表面に接触し
てソース電極73、pドレイン領域66表面に接触して
ドレイン電極72が設けられ、MOSFETを構成して
いる。p基板61上に設けられた基板電極75に0V、
pソース領域67上に設けられたソース電極73に10
0Vが印加され、pドレイン領域66上に設けられたド
レイン電極72から出力が取り出される。61a、62
a、66aはそれぞれ高濃度の、p+ 基板コンタクト領
域、n+ ウェルコンタクト領域、p+ ドレインコンタク
ト領域である。
が安くできるが、pドレイン領域66、nウェル領域6
2およびp基板61からなる寄生トランジスタ78を形
成し易く、その寄生電流79が大きくなる点が欠点であ
る。一方、図3のpn接合分離構造では、製造プロセス
コストが比較的高いが、先に述べたように寄生トランジ
スタ58はできるが、寄生電流59が小さい点で優れて
いる。
ICの例で、多ビットの出力ビットをプッシュプル回路
で構成したものの回路図である。この例では、100V
のVddと0VのVssとの間にnチャネルFETが直列接
続されている。出力は、0〜100Vで変化するので、
100V以上の高耐圧素子で回路を構成している。
回路を実現した(但し、出力は三個である)集積回路の
高圧側部分の断面図である。個々の半導体素子がpn接
合分離されたn島状領域85a、b、c内に形成されて
おり、各々の素子の間は、p + 埋め込み領域83および
pアイソレーション領域84で分離されている。pアイ
ソレーション領域84とn+ ウォール領域88との間に
は、100V以上の高電圧が印加されて素子分離される
ので、高電圧を印加してもブレイクダウンしないような
間隔(例えば20μm以上)が各々の接合分離部に必要
であり、チップ面積の増大を招いていた。
チが狭められないため、昨今の狭ピッチ化に対応できな
いなどの問題点があった。以上の問題に鑑み本発明の目
的は、各素子の分離に要する分離部を見極め、pn接合
分離に必要な分離部の面積を低減することである。さら
に、多ビット出力等の回路において素子ピッチを狭めた
高耐圧集積回路を提供することにある。
明の高耐圧集積回路は、第一導電型半導体基板上の、第
一導電型半導体基板と連続し、かつその表面に基板電極
が設けられた第一導電型分離領域で全周を囲まれた一つ
の第二導電型島状領域内に、電源を共通にし、互いに独
立に動作する複数の高耐圧MOSFETを形成するもの
とする。
ビットが多ビットの場合、プッシュプル回路を構成する
素子のうち電源側の素子のドレイン(nチャネル型MO
SFETの場合)またはソース(pチャネル型MOSF
ETの場合)は、配線で電源に短絡されている。従って
個々の素子間に、接合分離部を設けてpn接合分離する
必要は無く、電源側の素子全体で一つのn型島状領域に
して、n型島状領域全体を電源に短絡してやればよい。
的に形成された高濃度の第二導電型埋め込み領域と、表
面からその前記第二導電型埋め込み領域に到達する深さ
に選択的に形成され、その表面にウォール電極が設けら
れたリング状の第二導電型ウォール領域とを有するもの
とする。そのようにすれば、高濃度の第二導電型埋め込
み領域およびリング状の第二導電型ウォール領域によ
り、寄生トランジスタの動作が抑制される。
域が、他のリング状の第二導電型ウォール領域と連結さ
れているものとする。そのようにして、第二導電型ウォ
ール領域を両側の素子に共通のものとすることにより、
無駄な面積を無くせる。更に、第二導電型ウォール領域
と対向する第一導電型分離領域と第二導電型島状領域と
の境界の表面上に絶縁膜を介して基板電極と同電位に印
加されるフィールドプレートを有するものとする。
と対向する第一導電型分離領域と第二導電型島状領域と
の境界の表面上の電界を緩和する。また、第一導電型分
離領域と対向する第二導電型ウォール領域と第二導電型
島状領域との第一導電型分離領域に近い側の境界の表面
上に絶縁膜を介してウォール電極と同電位に印加される
フィールドプレートを有する有するものとする。
向する第一導電型分離領域と第二導電型島状領域との境
界の表面上の電界を緩和する。
例の形態について説明する。 [実施例1]図1は、本発明にかかる集積回路の部分断
面図であり、一つのn型島状領域に複数の高耐圧nチャ
ネルMOSFETを形成した例である。
層2の一部が、p+ 埋め込み領域3とp+ 埋め込み領域
9に到達する深さのpアイソレーション領域4とで他の
部分から分離されてn島状領域5とされる。そこにnソ
ース領域7、pベース領域6、n+ 埋め込み領域9およ
びn+ 埋め込み領域9に到達する深さのn+ ウォール領
域8が形成され、pベース領域6の表面露出部上にゲー
ト酸化膜10を介して多結晶シリコンのゲート電極層1
1、nソース領域7およびpベース領域6に接触してソ
ース電極12が設けられている。4a、6a、8aはそ
れぞれ電極の接触抵抗を低減するための高濃度のpアイ
ソレーションコンタクト領域、pベースコンタクト領
域、n+ ウォールコンタクト領域である。n+ ウォール
コンタクト領域8aに接触してドレイン電極となるウォ
ール電極13が設けられて、複数のnチャネルMOSF
ETが形成されている。pアイソレーションコンタクト
領域4aの表面に接触して基板電極15が設けられてい
る。図示されていないが、ゲート電極層51に接触して
金属層のゲート電極が設けられることが多い。
ソレーション領域4との接続位置(表面からの深さ)
と、n+ 埋め込み領域9とn+ ウォール領域8との接続
位置(表面からの深さ)とが少し違っている。p+ 埋め
込み領域3とn+ 埋め込み領域9とはいずれもエピタキ
シャル層2の成長前にp基板1に導入された不純物が、
エピタキシャル成長およびその後の熱処理により形成さ
れたものであり、pアイソレーション領域4とn+ ウォ
ール領域8とはいずれも表面からの不純物導入と拡散に
より形成されたものであるが、二つの接合位置の違い
は、導入された不純物の種類や、量、或いは熱処理時間
が異なるためである。例えば、p+ 埋め込み領域3とp
アイソレーション領域4との不純物はほう素であり、n
+ 埋め込み領域9の不純物はアンチモン、n+ ウォール
領域8の不純物は燐である。
100Vが印加されて、n島状領域5とp基板1との間
のpn接合が逆バイアスされ、n+ ウォール領域8層を
含む一つのn島状領域5は、pn接合分離されている。
pアイソレーション領域4と対向するn+ ウォール領域
8とn島状領域5との境界の外側の部分の絶縁膜14上
には100V印加の高電圧フィールドプレート16が、
また、n+ ウォール領域8と対向するn島状領域5とp
アイソレーション領域4との接合上の絶縁膜14上に
は、0V印加の低電圧フィールドプレート17が形成さ
れており、それぞれ表面電界を緩和し、高耐圧化に寄与
している。
11から出力が取り出される。図6の従来例と比較し
て、素子ごとのpアイソレーション領域64は削除さ
れ、共通のn+ 埋め込み領域9上に複数の(図1では三
つの)高耐圧nチャネルMOSFETが形成されてい
る。PDP駆動用IC等のように出力ビットが多ビット
の場合、図5に示したようにプッシュプル回路を構成す
る素子のうち電源側の素子のドレイン(nチャネル型M
OSFETの場合)またはソース(pチャネル型MOS
FETの場合)は、配線で電源に短絡されている。従っ
て本実施例のように個々の素子間に、p型の分離領域を
設けてpn接合分離する必要は無く、電源側の素子全体
で一つのn島状領域にして、n島状領域全体を電源に短
絡することができる。
に形成することによって、従来素子ごとに形成されてい
たpn接合分離領域は、n島状領域の外周部のみの形成
で済むので、素子のピッチやチップ面積が大幅に縮小で
きる。例えば、本実施例においては、素子のピッチを約
20%縮小することができ、それだけ高集積化ができ
た。
とにpアイソレーション領域84が形成されていたの
で、高電圧フィールドプレート96および低電圧フィー
ルドプレート97も一つ一つの素子を囲むように配置さ
れており、複雑な構造と配線接続を取らなければならな
かった。これに対し、本実施例では、高電圧フィールド
プレート16を、pアイソレーション領域4と対向する
n+ ウォール領域8の最外周の境界上に形成するだけで
あり、低電圧フィールドプレート16を形成するpアイ
ソレーション領域4も外側にあるだけの簡単な構造のた
め、配線接続も容易である。
て、pベース領域6、nエピタキシャル層2およびp基
板1からなる寄生トランジスタの寄生電流は抑制されて
いる。また、pベース領域6、nエピタキシャル層2お
よびpアイソレーション領域4からなる寄生トランジス
タについては、素子ごとのpアイソレーション領域は形
成していないが、n+ 埋め込み領域9に到達する深さの
n+ ウォール領域8が各素子の活性領域(ゲートおよび
ソースが形成されている領域)の間に形成されているの
で、その寄生トランジスタの寄生電流も抑制されてい
る。
一つのn型島状領域にすることで、従来素子毎に形成さ
れていたpn接合分離領域は、n型島状領域の外周部の
みに形成し、またフィールドプレートも外周部のみに形
成することによって、素子のピッチを狭め、集積回路の
チップ面積が大幅に縮小できて、昨今のPDP駆動用I
Cなどにおける素子の狭いピッチ化にも対応できる。
集積回路の部分断面図であり、一つのn型島状領域に複
数の高耐圧pチャネルMOSFETを形成した例であ
る。p基板21上に積層されたnエピタキシャル層22
の一部が、p+ 埋め込み領域23とp+ 埋め込み領域2
3に到達する深さのpアイソレーション領域24とで他
の部分から分離されてn島状領域25とされる。p基板
21とnエピタキシャル層22との境界にn+ 埋め込み
領域29、そのn+ 埋め込み領域29に到達する深さの
n+ ウォール領域28が形成され、n+ ウォール領域2
8の内側に、pソース領域27とそれを包む形でnエピ
タキシャル層22より高濃度のnウェル領域27b、p
ドレイン領域26とそれを包む形でpドレイン領域26
より低濃度のpドレインオフセット領域26bが形成さ
れ、pソース領域27とpドレインオフセット領域26
bとの間のnエピタキシャル層21およびnウェル領域
27bの表面露出部上にゲート酸化膜30を介して多結
晶シリコンのゲート電極層31が設けられる。24a、
28aはそれぞれ電極の接触抵抗を低減するためのp+
アイソレーションコンタクト領域、n+ ウォールコンタ
クト領域である。pドレイン領域26に接触してドレイ
ン電極32が、pソース領域27およびn + ウォールコ
ンタクト領域28aの表面に接触してソース電極となる
ウォール電極33が設けられた構成の、複数のpチャネ
ルMOSFETが形成されている。p+ アイソレーショ
ンコンタクト領域24aの表面に接触して基板電極35
が設けられている。
100Vが印加されて、n島状領域25とp基板21と
の間のpn接合が逆バイアスされ、n+ ウォール領域2
8層を含む一つのn島状領域25は、pn接合分離され
ている。n+ ウォール領域28とnエピタキシャル層2
2との外側の境界の絶縁膜34上には100V印加の高
電圧フィールドプレート36が、また、n+ ウォール領
域28と対向するnエピタキシャル層22とpアイソレ
ーション領域24との接合上の絶縁膜34上には0V印
加の低電圧フィールドプレート37が形成されており、
それぞれ表面電界を緩和し、高耐圧化している。
イン電極32から出力が取り出される。この場合も、n
+ 埋め込み領域29を設けることによって、p+ ドレイ
ン領域26(とpオフセット領域26b)、nエピタキ
シャル層22およびp基板21からなる寄生トランジス
タの寄生電流は抑制されている。また、p+ ドレイン領
域26(とpバッファ領域26b)、nエピタキシャル
層22およびpアイソレーション領域24からなる寄生
トランジスタについては、n+ 埋め込み領域29に到達
する深さのn+ ウォール領域28が形成されているの
で、その寄生電流も抑制されている。
も、従来素子ごとに形成されていたpn接合分離部をn
島状領域の外周部のみに形成し、その一つのn島状領域
内に電源側の複数の素子を形成することができる。また
フィールドプレートも外周部のみに形成することによっ
て、素子のピッチを狭め、集積回路のチップ面積を大幅
に縮小できる。
集積回路もあることは勿論である。
n接合分離された一つの第二導電型島状領域内に、電源
を共通にし、互いに独立に動作する複数の高耐圧MOS
FETを形成することにより、従来素子ごとに形成され
ていた接合分離部は、島状領域の外周部のみの形成で済
むので、チップ面積が大幅に縮小される。更に、素子ご
とのピッチを狭められるので、昨今の狭ピッチ化に対応
でき、高集積化に適した構造の集積回路となる。
リング状の第二導電型ウォール領域を設けることによ
り、寄生トランジスタの動作を防止できる。更に、高電
圧、低電圧フィールドプレートも最外周のみで済むの
で、従来素子間に形成していた分の面積を縮小できるだ
けでなく、フィールドプレートへの配線接続も容易で、
製造が容易になる。
断面図
断面図
の部分断面図
た高耐圧集積回路の例の部分断面図
域 5、25、45、85a、85b、85c n島状領域 6、46 pベース領域 6a p+ ベースコンタクト領域 7、47 nソース領域 8、28、48 n+ ウォール領域 8a、28a n+ ウォールコンタクト領域 9、29、49 n+ 埋め込み領域 10、30、50、70 ゲート絶縁膜 11、31、51、71 ゲート電極層 12、52 ソース電極 13、33、53 ウォール電極 15、35、55、75 基板電極 16、36、56、96 高電圧フィールドプレート 17、37、57、97 低電圧フィールドプレート 26、66 pドレイン領域 26b pドレインオフセット領域 27、67 pソース領域 27b nウェル領域 32、72 ドレイン電極 58、78 寄生トランジスタ 59、79 寄生電流 61a p+ 基板コンタクト領域 62 nウェル領域 62a n+ ウェルコンタクト領域 66a p+ ドレインコンタクト領域 73 ソース電極
Claims (9)
- 【請求項1】第一導電型半導体基板上の、第一導電型半
導体基板と連続し、かつその表面に基板電極が設けられ
た第一導電型分離領域で全周を囲まれた一つの第二導電
型島状領域内に、電源を共通にした、互いに独立に動作
する複数の高耐圧MOSFETを形成することを特徴と
する高耐圧集積回路。 - 【請求項2】第二導電型島状領域内の下方に選択的に形
成された高濃度の第二導電型埋め込み領域と、表面から
その前記第二導電型埋め込み領域に到達する深さに選択
的に形成され、その表面にウォール電極が設けられたリ
ング状の第二導電型ウォール領域とを有することを特徴
とする請求項1記載の高耐圧集積回路。 - 【請求項3】リング状の第二導電型ウォール領域が、他
のリング状の第二導電型ウォール領域と連結されている
ことを特徴とする請求項2記載の高耐圧集積回路。 - 【請求項4】第二導電型ウォール領域に対向する第一導
電型分離領域と第二導電型島状領域との接合の表面上に
絶縁膜を介して基板電極と同電位に印加されるフィール
ドプレートを有することを特徴とする請求項1ないし3
のいずれかに記載の高耐圧集積回路。 - 【請求項5】第一導電型分離領域と対向する第二導電型
ウォール領域と第二導電型島状領域との第一導電型分離
領域に近い側の境界の表面上に絶縁膜を介してウォール
電極と同電位に印加されるフィールドプレートを有する
ことを特徴とする請求項4に記載の高耐圧集積回路。 - 【請求項6】p基板上に堆積されたnエピタキシャル層
を、p基板と連続したp分離領域で、島状に区分したn
島状領域に、p基板とnエピタキシャル層との境界に部
分的に形成された高濃度のn+ 埋め込み領域と、表面か
らそのn+ 埋め込み領域に達するように形成された複数
のリング状の高濃度のn+ ウォール領域と、n+ ウォー
ル領域のリング内のn島状領域の表面層に選択的に形成
されたpベース領域と、pベース領域の表面層に形成さ
れたnソース領域と、pベース領域の表面露出部上に絶
縁膜を介して設けられた多結晶シリコンのゲート電極層
と、nソース領域とpベース領域との表面に共通に接触
して設けられたソース電極と、n+ ウォール領域の表面
に接触して設けられたドレイン電極とからなるMOSF
ETを形成し、p分離領域の表面上に設けられた基板電
極を有することを特徴とする高耐圧集積回路。 - 【請求項7】p基板上に堆積されたnエピタキシャル層
を、p基板と連続したp分離領域で、島状に区分したn
島状領域に、p基板とnエピタキシャル層との境界に部
分的に形成された高濃度のn+ 埋め込み領域と、表面か
らn+ 埋め込み領域に達するように形成された複数のリ
ング状の高濃度のn+ ウォール領域と、n+ ウォール領
域のリング内のn島状領域の表面層に選択的に形成され
たpオフセット領域と、pオフセット領域の表面層に形
成されたpドレイン領域と、n島状領域の表面層の別の
部分に形成されたnウェル領域と、nウェル領域の表面
層に形成されたpソース領域と、pオフセット領域とp
ソース領域とに挟まれたnウェル領域とnエピタキシャ
ル層との表面露出部上に絶縁膜を介して設けられた多結
晶シリコンのゲート電極層と、pソース領域とn+ ウェ
ル領域との表面に共通に接触して設けられたソース電極
と、pドレイン領域の表面に接触して設けられたドレイ
ン電極とからなるMOSFETと、n+ ウォール領域の
表面上に設けられたウォール電極と、p分離領域の表面
上に設けられた基板電極とを有することを特徴とする高
耐圧集積回路。 - 【請求項8】n+ ウォール領域に対向するp分離領域と
n島状領域との接合の表面上に絶縁膜を介して基板電極
と同電位に印加されるフィールドプレートを有すること
を特徴とする請求項6記載の高耐圧集積回路。 - 【請求項9】p分離領域に対向するn+ ウォール領域の
p分離領域に近い側の境界の表面上に絶縁膜を介してウ
ォール電極と同電位に印加されるフィールドプレートを
有することを特徴とする請求項7に記載の高耐圧集積回
路。
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