JPS60234370A - 高耐圧半導体スイツチ - Google Patents

高耐圧半導体スイツチ

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Publication number
JPS60234370A
JPS60234370A JP9039984A JP9039984A JPS60234370A JP S60234370 A JPS60234370 A JP S60234370A JP 9039984 A JP9039984 A JP 9039984A JP 9039984 A JP9039984 A JP 9039984A JP S60234370 A JPS60234370 A JP S60234370A
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JP
Japan
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concentration region
high concentration
gate electrode
insulating film
layer
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Pending
Application number
JP9039984A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiyuki Suzuki
俊幸 鈴木
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp, Nippon Electric Co Ltd filed Critical NEC Corp
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Publication of JPS60234370A publication Critical patent/JPS60234370A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01L29/435Resistive materials for field effect devices, e.g. resistive gate for MOSFET or MESFET

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置、特に高電圧信号をオン・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、エレクトロルミネセンスパネルなどの表示
装置に対する需要が高まるとともに、これらの装置の表
示面積を大きくするための研究開発が盛んになって来た
。これらの表示装置は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、装置をより小型、軽量、低価格化を図るに
は、高電圧スイッチ回路のIC化が不可欠である。
ところで、MO8LSIに良く使われているダイナミッ
クシフトレジスタやダイナミックメモリセルには、トラ
ンスファゲート(例えば半導体研究第15巻113頁工
業印桧1978年 参照)と呼ばれるスイッチ素子が多
数用いられている。第1図にnチャンネルのトランスフ
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、2.3は各々n形の高濃度領域、4はゲ
ート絶縁膜、5はゲート電極、6,7は金属よりなる端
子である。
今、端子6に電源8を接続し、端子7に負荷9を接続し
ておく。ゲート電極5にトランジスタのしきい値電圧以
上の電圧を印加すると、ゲート電極5の直下の半導体基
板1表面にチャンネルが形成され、端子6と端子7との
間が導通する・従って電源8から負荷9に電力が供給さ
れる。一方、ゲート電極5にしきい値電圧以下の電圧を
加えた時は、前述のチャンネルが形成されないので遮断
状態となり、電源8から負荷9への電力の供給は止まる
ところで、素子構造に着目すると、電源8側と負荷9側
とはゲート電極5に対して対称構造をしている。従って
、端子6と端子7がら素子を見込んだ時の電気的特性は
全く同じである。よって導通状態では電流を端子6から
端子7あるいは端子7から端子6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MO8
LSIに使われているトランスファゲートの動作電圧は
高々数lOVであり、表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とも60V以上
に大きくする必要がある。
実験の結果、トランスファゲートの動作電圧が最も低く
なるのは、ゲート電極5にしきい値電圧以下の電圧が加
わった遮断状態で、端子6あるいは端子7に高電圧が加
わった状態であることが分った。これは、高濃度領域2
,3とゲート電極5とが重なり合っているため、このよ
うな電位関係になると、高#度領域2.3近傍の半導体
基板1表面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、ゲート絶縁膜4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4を40
00人に厚くしても、遮断状態では端子6,7を高々6
0V程度にしか大きくできなかった。
しかも、ゲート絶縁膜3を厚くすると、導通状態で流す
ことができる電流量が小さくなり、導通状態にするため
心壁なゲート電極5にかける電圧が大きくなるなど、ス
イッチとしての性能が急くなることがわかった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、このような欠点を取り除き、動作電圧
が高く、なおかつ電流容轍の大きな高耐圧半導体スイッ
チケ提供することにある。
〔発明の構成〕
本発明は第1導電形の半導体基板の表面に、第2導電形
の第1高酸度領域と第2高濃度領域とを設け、該半導体
基板上に該第1高濃度領域と該第2高濃度領域とにまた
がった絶縁膜を設け、該第1高濃度領域と該第2高濃度
領域との間の該絶縁膜上にゲート電極を設け、一端を第
1高濃度領域に他端をゲート電極にそれぞれ接続した第
1高抵抗層と、一端を第2昼濃度領域に他端をゲート電
極にそれぞれ接続した第2高抵抗層とを前記絶縁膜上に
設けたことを特徴とする高耐圧半導体スィッチ及び第1
導電形の半導体基板の表面に第2導電形の第1高濃度領
域と第2高濃度領域とを設け、該半導体基板上に該第1
高濃度領域と該第2高濃度領域とにまたがって絶縁膜を
設け、該絶縁膜上の該第1旨濃度領域と該第2高濃度領
域との間にゲート電極を設け、一端を第1高濃度領域に
他端をゲート電極にそれぞれ接続した第1高抵抗層と、
一端を第2高濃度領域に他端をゲート電極にそれぞれ接
続した第2高抵抗層とを前記絶縁膜上に設け、さらに一
端が第1高濃度領域に接し他端がゲ−ト電極方向に延び
た第2導電形の第1低不純物濃度層と、一端が第2高σ
度領域に接し他端がゲート電極方向に延びた第2導電形
の第2低不純物濃度層とを前記半導体基板内に設けたこ
とを特徴とする高耐圧半導体スィッチである。
〔発明の原理及び作用〕
本発明は、第1図の従来例とは違って、ゲート電極が第
1高濃度領域、第2高瀬度領域と直接型なり合っていな
い。従って、ゲート電極にしきい値より小さな電圧が加
わり、第1あるいは第2高濃度領域に高電圧が加わった
状態でも、これら高濃度領域近傍の半導体基板表面には
雪崩れ降伏を起こすような電界集中は起こらない。
さらに、第1高抵抗層、第2高抵抗層に表われる横方向
の電位分布が、第1あるいは第2高d度領域近傍の電界
を緩和する効果が加わるので、動作電圧を太幅に大きく
できる。今、第1高抵抗層に着目して説明する。第1高
抵抗層はゲート電極と第1高濃度領域とにそれぞれ接続
している。従って第1高抵抗層の横方向の電位分布はゲ
ート電極の電位と第1高濃度領域との電位で一義的に決
まる。そしてその分布の仕方は、ゲート電極の電位と第
1高濃度領域の電位との間をほぼ直線的に変わるような
形となる。このため、第1高抵抗層直下の半導体基板表
面の電位分布も直線的になり、電界集中は起こらない。
第2高抵抗層についても全く同様である。
従って本発明においては、第1図の従来例のように第1
.第2の高濃度領域近傍の電界を緩和するためにゲート
直下の絶縁膜を厚くする必要はない。ffpち第1.第
2の発明によれば、絶縁膜は薄くて良いので、高電圧で
動作するばかりでなく電流容量の大きな高耐圧半導体ス
ィッチが得られる。
第2の発明によれば、電流容量を更に大きくできる。
第1の発明では導通状態で第1あるいは第2高濃度領域
の電位が低い時、最も電流容量が小さくなる。これは、
例えば第1高抵抗層について説明すると、ゲート電極に
近い部分の電位は十分高く、従ってこの部分の直下には
十分抵抗の低いチャンネルが形成されるが、第1高濃度
領域に近い第1高抵抗層の部分は当然第1高濃度領域の
電位に近く、その直下に十分抵抗の低いチャンネルが形
成できないからである。このことは第2の高抵抗につい
ても同様である。
第2の発明では、導通状態で第1あるいは第2高濃度領
域の電位が低い時の電流容量を大きくするため、第1高
抵抗層の直下に第1高濃度領域に接して第1高濃度領域
と同じ導電形の第1低不純物濃度層を設けており、第2
高抵抗層直下にも同様な第2低不純物濃度層を設けてい
る。これらの低不純物濃度層は、前述の第1.第2高濃
度領域近傍にできる抵抗の大きなチャンネルを低くする
役目を果している。
第2の発明においては、ゲート電極の電位が低く(遮断
状態)、第1.第2高濃度領域の電位が高い状態でも、
第1図の従来例のように、雪崩れ降伏を起こして動作電
圧が制限されてしまうということはない。これは、第1
.第2高濃度領域の電位がある程度以上の大きさになる
と、第1.第2低不純物−四層が空乏層化してし捷うの
で、それ以上14I、位が増えても電界集中の度合が進
まなくなるからである。
即ち、第2の発明によれば、動作電圧が高く、かつ電流
容量が大幅に改善された高耐圧半導体スィッチが得られ
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図は本発明における第1の発明の実施例を示す断面
構造図であり、図において、8は第1高抵抗層、9は第
2高抵抗層である。第1図と同じ番号は同じ要素を表わ
す。
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30Ωaのシ
リコンを半導体基板1とし、半導体基板1表面の所定領
域に高良度のリン拡散を行ない、第1高濃度層2と第2
高濃度層3とを形成する。次に熱酸化によりシリコン酸
化膜を約2sooA形成し、絶縁膜4とする。次に酸素
を2原子パーセント添加したポリシリコン(比抵抗約1
0’Ω儂以上)、あるいはp形またはn形に極くわずか
ドープした高比抵抗層ポリシリコンをCVD法などによ
り約2ooA形成させる。これを所定形状にパターニン
グして第1高抵抗層8、第2高抵抗層9を形成する。次
に、第1高濃度領域2、第2高濃度領域3上の所定の絶
縁膜4を剥離して、オーミックコンタクトが形成できる
ようにする。最後に、アルミニュームを約1.2μmの
厚さに蒸着し、所定形状にパターニングして端子6、端
子7、ゲート電極5を形成して第2図の高耐圧半導体ス
ィッチが得られる。
実験の結果、絶縁膜4が薄いにもかかわらず、ゲート電
極5がOvの場合、第1.第2高濃度領域2,3に印加
する電圧を180■まで大きくしても雪崩れ降伏は起き
なかった。一方、同じ絶縁膜の厚さで第1図の従来例の
素子を作った場合、同じ動作条件では、第1.第2高濃
度領域に高々40V程度しか印加できなかった。一方、
電流容量はほぼ同じ大きさの素子で比較したところ、2
0〜30%改善できることが分った。
第3図は、第2の発明の実施例を示す断面構造図であり
、図において、10は第1の低不純物濃度層、11は第
2の低不純物濃度層である。第3図において、第2図と
同じ番号は同一要素を表わす。
第3図の実施例は、第2図の実施例の説明の中で述べた
製造方法において、第2.第3の高濃度層2,3をリン
拡散で形成した後、イオン打込み法を用いて半導体基板
1内の所定領域に約3 XIO”cm−”個のリンイオ
ンを打込んで第1.第2低不純物濃度層10 、11を
形成するプロセスを追加して得られる。
実験の結果、はぼ同じ条件で作った第2図の実施例に比
べ更に30〜40襲電流容量を改善できた・また第2図
に比べ、動作電圧の低下は実用上問題ない程度であった
第3図の実施例では、第1.第2高濃度領域2゜3と半
導体基板1との接合耐圧を大きくするため、第3低不純
物濃度層12と第4低不純物濃度層とが各々第1.第2
高濃度領域2,3に接して設けである。これらの領域は
第1.第2低不純物濃度層10゜11を形成する際同時
に作ることができる。これにより接合耐圧は約240v
以上に改善できる。
ところで、第1.第2の実施例ともゲート電極と第15
.第2高濃度領域との間のリーク電流はlZA以下であ
り、実用上問題はないことが分った。
〔発明の効果〕
このように本発明によれば動作電圧を犠牲にすることな
く、ゲート電極直下の絶縁膜を薄くできるので、従来に
比べ電流容量が大幅に改善された高耐圧半導体スィッチ
が得られる。更に、高抵抗層による電界緩和効果により
動作電圧も大幅に改善される。
更に、第2の発明によれば、低不純物濃度層上の高抵抗
層の電位は十分大きくなくても電流容量は余り損なわれ
ないので、第1高濃度領域と高抵抗層との接続点をゲー
ト電極側に寄せることができる。従ってその分、高抵抗
層が短かくて済み、素子全体の寸法を小さくできる効果
を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はスイッチ素子の従来例を示す断面構造図、第2
図、第3図は本発明の各々の実施例を説明するための断
面構造図である。 図において、1は半導体基板、2,3は第1.第2の高
濃度層、4は絶縁膜、5はゲート電極、6゜7は端子電
極、8,9は第1.第2高抵抗層、1α11は第1.第
2低不純物濃度層、12.13は第3.第4低不純物濃
度層である。 特許出願人 日本電気株式会社

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電形の半導体基板の表面に第2導電形の第
    1高濃度領域と第2高濃度領域とを設け、該半導体基板
    上に該第1高濃度領域と該第2高濃度領域とにまたがっ
    た絶縁膜を設け、該第1高濃度領域と該第2高濃度領域
    との間の絶縁膜上にゲート電極な設け、一端を第1高濃
    度領域に他端をゲート電極にそれぞれ接続した第1高抵
    抗層と、一端を第2高濃度領域に他端をゲート電極にそ
    れぞれ接続した第2高抵抗層とを前記絶縁膜上に設けた
    こと全特徴とする高耐圧半導体スィッチ。
  2. (2)第1導電形の半導体基板の表面に第2導電形の第
    1高濃度領域と第2高濃度領域とを設け、該半導体基板
    上に該第1高濃度領域と該第2高濃度領域とにまたがっ
    た絶縁膜を設け、該第1高濃度領域と該第2高濃度領域
    との間の絶縁膜上にゲート電極を設け、一端を第1高濃
    度領域に他端をゲート電極にそれぞれ接続した第1高抵
    抗層と、一端を第2高濃度領域に他端をゲート電極にそ
    れぞれ接続した第2高抵抗層とを前記絶縁膜上に設け、
    さらに一端が第1高濃度領域に接し他端がゲート電極方
    向に延びた第2導電形の第1低不純物濃度層と、一端が
    第2高濃度領域に接し他端がゲート電極方向に延びた第
    2導電形の第2低不純物濃度層とを前記半導体基板内に
    設けたことを特徴とする高耐圧半導体スィッチ。
JP9039984A 1984-05-07 1984-05-07 高耐圧半導体スイツチ Pending JPS60234370A (ja)

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