JPS60233859A - 高耐圧半導体スイツチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （雄業上の利用分野） 本発明は、半導体装置特に高電圧信号音オン・オフして
負荷への信号の供給を制御する高耐圧半導体スィッチに
関する・ （従来技術とその問題点） 近年、マトリックス形の螢光表示管、プラズマディスプ
レイパネル、エレクトロＪ・ミネセンスパネルなどの表
示装置の需要が高まるとともに、これらの装置をよシ大
面積にするだめの研究開発が活発に行なわれるようにな
って来た。これらの装置はＸ方向、Ｙ方向の′電極線を
選択して、その交点に高電圧を印加して点灯を制御する
もので、装置の駆動には多数の高電圧スイッチ回路が必
要である。従って、装置の小型・＠量・低価格化を計っ
て行くには、高電圧スイッチ回路のＩＣ化が不可欠でお
る。

トコろで、ＭＯ８ＬＳＩに良く用いられるダイナミック
シフトレジスタ、ダイナミックメモリセルなどには、ト
ランスファゲート（例えば半導体研究第１５巻１１３頁
工業調査会１９７８年）と呼ばれる一種のスイッチ回路
が多用されている。第１図にトランスファゲートの断面
構造を示す。第１図において、１はｐ形の半導体基板、
２社ｎ形の高濃度領域、３はゲート絶縁膜、４はアルミ
ニュームなどの電極である。端子５には電源８が、端子
７には負荷９がつながれている。

今、ゲート６にしきい値電圧以上の電圧が加わると、端
子５と端子７との間は導通状態となシ、電源８から負荷
９へ電流が流れる。また、ゲート６にしきい値電圧以下
の電圧を加えれば、端子５と端子７との間は遮断状態と
なる。

端子５と端子７との機能は素子構造の対称性から全く同
じである。従って、導通状態では、電流を端子５から端
子７あるいは端子７から端子５へと双方向に流すことが
できる。

このようにトランスファゲートは、固体スイッチとして
はほぼ理想に近い動作をする、しかし、通常のＭＯ８Ｌ
ＳＩに使われているトランスファゲートの動作電圧は高
々１０数Ｖであシ、光示装置などの高電圧スイッチ回路
に応用して行くには動作電圧を少なくても６０Ｖ以上に
大きくする必要がおる。

実験の結果、トランスファゲートの動作電圧が最も制限
されるのは、端子５あるいは端子７に高電圧が加わった
状態でゲート６にしきい値電圧以下の電圧が加わった遮
断状態であることが分った。

これは、ｎ形高濃度領域２とゲート６とが重なり合って
いるため、ｎ形高濃度領域２に高電圧が、ゲート６にＯ
ｖ近傍の電圧が各々加わると、ｎ形高濃度領域２の表面
近傍に電界集中が起こり、雪崩れ降伏を起こすためであ
る。

これを解決するには、ケート絶縁膜３の膜厚を大きくす
れば良い。しかし、実験によれば、ゲート絶縁膜３を４
０００Ｘに厚くしても、動作電圧は高々６０Ｖにしか大
きくできないことが分りた・しかも、ゲート絶縁膜３を
厚くすると、流せる電流量が小さくなシ、スイッチとし
ての性能が悪くなることが分った。

（発明の目的） 本発明の目的は、このような欠点を取シ除き、動作電圧
が大きく、なおかつ電流容量の大きな高耐圧半導体スィ
ッチを提供することにある。

（発明の構成） 本発明は第１導電型の半導体基板表面に第２導電型の第
１高濃度領域と第２高濃度領域とを設け、該第１高濃度
領域と該第２高濃度領域とにまたがって該半導体基板表
面に絶縁膜を設け、該第１高濃度領域と該第２高濃度領
域との間に第１ゲート電極を設け、該第１高濃度領域と
該第１ゲート電極とにまたがって第２ゲート電極を設け
、該第２高濃度領域と該第１ゲート電極とにまたがって
第３ケート電極を設け、かつ第１ゲート電極直下の絶縁
膜より第２ケート電極および第３ゲート電極直下の絶縁
膜を厚くしたことを特徴とする高耐圧半導体スイツチ素
子でおる＠ （発明の原理） 本発明は、スイッチのオン・オフを制御する第１ゲート
電極と、高電圧信号が出入シする第１高濃度領域および
第２高濃度領域とが直接型ナシ合わないようにして高電
圧動作を実現している・即ち、第１高濃度領域おるいは
第２高濃度領域に高電圧が加わった状態で第１ゲート電
極がＯｖになっても、第１高濃度領域多るいは第２高濃
度領域の表面近傍に電界集中が発生して雪崩れ降伏を起
こすことはない。

第２ゲート電極と第３ゲート電極とは、各々第１高濃度
領域、第２高濃度領域の表面近傍の電界を緩和する役目
を果している。また、第１高濃度領域と第１ゲート電極
、第２高濃度領域と第１ゲート電極との間に電流が流れ
る経路を形成する役目も果している。従って、第２ゲー
ト電極、第３ゲート電極には、スイッチをオン状態にす
るため第１ゲート電極に印加する電圧よ）も大きな電圧
を印加しておく。

第２ゲート電極あるいは第３電極直下のゲート絶縁膜に
は、第１高濃度領域、第２高濃度領域が０■の場合、最
も大きな電圧が加わる。従って、乙のような状態でも絶
縁破壊を起こさないようにゲート絶縁膜の厚さを選ぶ必
要かめる。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。説明を簡単にするため、ｎチャンネルを例に説明
するが、ｐチャンネルについても全く同様である。

第２図は本発明の第１の実施例を示す断面構造図で、１
０はｐ形の比抵抗的３０Ｑｃｒｎのシリコン基板、１１
．１２は各々ｎ形の第１高濃度領域および第２高濃度領
域、１３は８４０２よりなる絶縁膜、１４はポリシリコ
ンよシなる第１ゲート電極、１５゜１６は各々アルミニ
ュームよシなる第２ケート電極、第３ゲート電極、１７
．１８は各々第１高濃度領域１１および第２高濃度領域
を外部回路と電気的に接続するためのアルミニュームよ
シなル端子電極でおる。

第２図の実施例による高耐圧半導体スィッチは、以下の
ようにして作製する。すなわち、先ずｐ形３０−のシリ
コン基板１０の所定領域にり／拡散により第１高濃度領
域１１および第２高濃匿領域１２を形成する。次に熱酸
化によシシリコン基板ｌＯ表曲に約４０００Ｘのシリコ
ン酸化膜１３を形成する。次に、高濃度にドープした抵
抗の低いポリシリコン會約５０００にシリコン酸化膜上
に堆積し、これをパターンニングして第１ゲート電極１
４を形成する。続いて、ＣＶＤ法によシシリコン酸化膜
１３を約４０００１堆積して、第１高濃度領域１１、第
２高濃度領域１２上の所定領域のシリコン酸化膜を剥離
しオーミック電極が取シ出せるようにする。最後にアル
ミニュームを約１．５μｍ蒸着し、これをパターンニン
グして第２ゲート電極１５、第３ゲート電極１６、端子
１７．１８を形成して、第２図の高耐圧半導体スィッチ
が得られる。

このように、熱酸化によシシリコン酸化膜１３を形成し
てから第１ゲート電極１４を形成し、更にＣＶＤ法によ
シシリコン酸化膜を堆積した後、第２ゲート電極１５、
第３ケート電極１６を形成しているので、絶縁膜１３は
、第１ゲート電極１４直下では薄く、第２．第３ゲート
電極１５　、１６直下では厚くなっている。

実験の結果、端子１７に信号源を、端子１８に抵抗負荷
をそれぞれつなぎ、第２ゲート電極１５゜第３ゲート電
極１６に各々２００■の直流を加え、第１ゲート電極１
４にＯＶ（遮断状態）と１６０ｖ（導通状態）の電圧を
加えてスイッチ動作をさせたところ、信号源の電圧が１
２０ｖまで正常なスイッチ動作をさせることができた。

一方、第１図の構造で絶縁膜３の厚さを４０００　Ｘに
した時の動作電圧は６０Ｖ程度であった。

ところで、スイッチが通すことのできる電流容量は、第
１図の場合は絶縁膜３の厚さでほば決まシ、一方、第２
図の場合は第１ゲート電極１４直下の絶縁膜１３の厚さ
でほぼ決まる・今、両者の絶縁膜の厚さは等しいので、
スイッチとしてノミ流容量は１１ぼ等しい。

即ち、本発明によれば、電流容量を損なうどとなく、従
来に比べ、大幅に動作電圧が大きい半導体スイッチが得
られる。

第３図は本発明による第２の実施例である。第３図にお
いて第２図と同じ番号は同一要素ｔｌ−表わす。第３図
では、第１高濃度領域１１．第２高濃度領域１２に接し
て、同じ導電形の低濃度不純物領域１９．２０が設けら
れている。低濃度不純物領域１９．２０は、第１．第２
高濃度領域１１゜１２の曲率半径の小さな領域から広が
る空乏層をすみやかに横方向に広がらせるので、この部
分で発生する電界集中を緩和する働きをする・従って、
第２図の実施例に比べよシ動作電圧を大きく（約２００
Ｖ）できる。但し、これに応じて、第２゜第３ゲート電
極の電圧（約２８０Ｖ）、第１ゲート電極１４に加える
制御電圧の範囲（０〜約２４０Ｖ）を大きくしなければ
ならないのは言うまでもない。

低濃度不純物領域１９．２０は、第２図の実施例の製造
工程において、第１．第２高濃度領域を形成した後、イ
オン打込法により所定領域にリンを約３．　ＯＸ　１０
１２ａｒｒ２打込んで形成する〇（発明の効果） このように、本発明によれは、オン状態で流せる電流容
量を損なうことなく、また、従来に比べ高電圧で動作し
、さらに集積化が容易な高耐圧半導体スィッチを得るこ
とができる効果を有するものでおる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、スイッチ素子の従来例であるトランスファゲ
ートの断面構造図、第２図は本発明の第１の実施例によ
る断面構造図、第３図は本発明の第２の実施例による断
面構造図である・図において、１．１０は半導体基板、
２　、１１゜１２は半導体基板と逆導電形の高濃度領域
、３゜１３は絶縁膜、４，１４はスづソチのオンオフを
制御するゲート電極、１５．１６は第２．第３のケート
電極、１７．１８は端子、１９．２０は半導体基板と逆
導電形の低濃度不純物領域、８は電諒、９は負荷をそれ
ぞれ示す。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１導電型の半導体基板表面に第２導電壓の第１
   高濃度領域と第２高濃度領域とを設け、該第１高濃度領
   域と該第２高濃度領域とにまたがって該半導体基板表面
   に絶縁膜を設け、該第１高濃度領域と該第２高濃度領域
   との間に第１ゲート電極を設け、該第１高濃度領域と該
   第１ゲート電極とにまたがって第２ゲート電極を設け、
   該第２高濃度領域と該第１ゲート電極とにまたがって第
   ３ゲート電極を設け、かつ第１ゲート電極直下の前記絶
   縁膜より第２ゲート電極および第３ゲート電極直下の絶
   縁膜を厚くシ１也ことｔ％徴とする高耐圧半導体スィッ
   チ。