JP2000049343A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】U字型溝内に形成された絶縁膜5とそれに囲ま
れたMOS型電極4からなり、該MOS型電極がソース
電位に固定された固定電位絶縁電極6を有し、さらにソ
ース領域3には接しないゲート領域8を有する半導体装
置において、ゲート/ソース間逆バイアス耐圧を向上さ
せる。
【解決手段】上記固定電位絶縁電極6を有する半導体装
置において、さらに、ドレイン領域2とソース領域3が
遮断された状態において、固定電位絶縁電極6を有する
第一の溝の端部におけるドレイン領域2からの電界の集
中を緩和すべく、主面に臨んで、ゲート領域8に接し
て、第一の溝ならびにソース領域3に接しない、第二の
溝を有し、第二の溝の内部には、第二の絶縁膜15によ
ってドレイン領域2ならびにゲート領域8と絶縁された
第二のMOS型電極14からなる第一のフローティング
電極16を備えた半導体装置。
(57) Abstract: A fixed potential insulating electrode 6 comprising an insulating film 5 formed in a U-shaped groove and a MOS type electrode 4 surrounded by the insulating film 5, wherein the MOS type electrode is fixed to a source potential. In a semiconductor device having a gate region 8 which is not in contact with the source region 3, the reverse bias withstand voltage between the gate and the source is improved. In the semiconductor device having the fixed potential insulating electrode, the drain region is provided at an end of a first groove having the fixed potential insulating electrode in a state where the drain region and the source region are cut off. In order to alleviate the concentration of the electric field from the main surface, there is a second groove facing the main surface, in contact with the gate region 8 and not in contact with the first groove and the source region 3. Is a semiconductor device having a first floating electrode 16 composed of a second MOS type electrode 14 insulated from a drain region 2 and a gate region 8 by a second insulating film 15.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、バイポーラ型の縦
型パワー素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bipolar type vertical power device.
【0002】[0002]
【従来の技術】本発明の背景となる従来技術として本出
願人が出願した特開平6−252408号公開特許公報
を引用する。図8並びに図9は前記公報から引用した半
導体装置の構造図である。なお、図中番号および部位の
名称などは説明のため適宜変更して記載する。図8は基
本構造を説明する斜視図、図9は図8の側面と同じ断面
図である。図9は図8に示した基本構造の2単位分を示
している。2. Description of the Related Art Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-252408 filed by the present applicant is cited as a background art of the present invention. 8 and 9 are structural views of the semiconductor device cited from the above publication. It should be noted that the numbers and the names of parts in the drawings are appropriately changed and described for explanation. FIG. 8 is a perspective view illustrating the basic structure, and FIG. 9 is a sectional view of the same side as FIG. FIG. 9 shows two units of the basic structure shown in FIG.
【0003】上記の図中番号51はn+型の基板領域、
52はn型のドレイン領域、53はn+型のソース領
域、54はMOS型電極、55は絶縁膜である。MOS
型電極54は高濃度のp+型ポリシリコンよりなる。6
1はドレイン電極で、基板領域51とオーミックコンタ
クトしている。63はソース電極で、ソース領域53お
よびMOS型電極54とオーミックコンタクトしてい
る。すなわち、MOS型電極54はソース電位に固定さ
れている。よって、このMOS型電極54と絶縁膜55
を合わせて「固定電位絶縁電極」56と呼ぶ。この固定
電位絶縁電極の断面構造は例えば「U」の字のように側
壁がほぼ垂直な溝の中に形成されている。さらに固定電
位絶縁電極56の間に挟まれたドレイン領域52をチャ
ネル領域57と呼ぶ。In the figure, reference numeral 51 denotes an n + type substrate region,
52 is an n-type drain region, 53 is an n + -type source region, 54 is a MOS electrode, and 55 is an insulating film. MOS
The mold electrode 54 is made of high concentration p + -type polysilicon. 6
Reference numeral 1 denotes a drain electrode, which is in ohmic contact with the substrate region 51. A source electrode 63 is in ohmic contact with the source region 53 and the MOS electrode 54. That is, the MOS type electrode 54 is fixed at the source potential. Therefore, the MOS type electrode 54 and the insulating film 55
Are collectively referred to as “fixed potential insulating electrode” 56. The cross-sectional structure of the fixed potential insulating electrode has a side wall formed in a substantially vertical groove, for example, like a letter "U". Further, the drain region 52 sandwiched between the fixed potential insulating electrodes 56 is called a channel region 57.
【0004】さらに、絶縁膜55に接してソース領域5
3とは離れたところに、p型のゲート領域58が存在す
る。図9中、68はこのゲート領域58とオーミックコ
ンタクトする電極で「ゲート電極」と呼ぶ。なお、60
は層間絶縁膜である。また、図中の「破線」は図8との
関係から分かるように紙面の奥行き方向にある固定電位
絶縁電極56の存在を示したものである。Further, the source region 5 is in contact with the insulating film 55.
A p-type gate region 58 is present at a position distant from 3. In FIG. 9, reference numeral 68 denotes an electrode in ohmic contact with the gate region 58, which is called a "gate electrode". Note that 60
Is an interlayer insulating film. The “dashed line” in the drawing indicates the presence of the fixed potential insulating electrode 56 in the depth direction of the paper as can be seen from the relationship with FIG.
【0005】この素子は、例えばソース電極63を接地
(0Vに)し、ドレイン電極61は負荷を介してしかる
べき正の電位を与えて使用する。ゲート電極68が接地
され、もしくは負電位が印加されているとき、固定電位
絶縁電極56の周囲にはMOS型電極54のビルトイン
電位に伴う空乏層が形成されており、チャネル領域57
にはこの空乏領域によって伝導電子に対する充分なポテ
ンシャル障壁が形成されるため、素子は遮断状態とな
る。また、ゲート電極68に正電位を印加すると、p型
のゲート領域58の電位は上昇し、絶縁膜55の界面に
正孔が流れ込んで反転層が形成される。反転層はp+型
であるMOS型電極54からチャネル領域57への電気
力線を遮蔽するので、前記空乏領域は縮小もしくは消滅
してチャネルが開き、導通状態となる。さらに、ゲート
電極68に印加する電位を高くすると、ゲート領域58
と周辺のn型領域からなるpn接合が順バイアス状態と
なり、正孔は直接ドレイン領域52ならびにチャネル領
域57へと注入される。これらn型領域は、耐圧もしく
はチャネルの遮断性を保つために不純物濃度が低く作ら
れているので、正孔が大量に注入されると伝導度が向上
し、ソース領域53から放出された電子は高い伝導度で
基板領域51へと移動する。すなわち、n型領域は高水
準注入状態となり、ドレイン電流は低い抵抗で流れる。In this device, for example, the source electrode 63 is grounded (to 0 V), and the drain electrode 61 is used by applying an appropriate positive potential via a load. When the gate electrode 68 is grounded or a negative potential is applied, a depletion layer associated with the built-in potential of the MOS type electrode 54 is formed around the fixed potential insulating electrode 56 and the channel region 57
In this case, a sufficient potential barrier for conduction electrons is formed by the depletion region, so that the element is cut off. When a positive potential is applied to the gate electrode 68, the potential of the p-type gate region 58 rises, holes flow into the interface of the insulating film 55, and an inversion layer is formed. Since the inversion layer shields the electric lines of force from the MOS-type electrode 54 and p + -type to the channel region 57, the depletion region open channel is reduced or disappears, becomes conductive. Further, when the potential applied to the gate electrode 68 is increased, the gate region 58
And a pn junction formed by the surrounding n-type region is in a forward bias state, and holes are directly injected into the drain region 52 and the channel region 57. Since these n-type regions are formed with a low impurity concentration in order to maintain the breakdown voltage or the blocking property of the channel, the conductivity is improved when a large amount of holes are injected, and the electrons emitted from the source region 53 It moves to the substrate region 51 with high conductivity. That is, the n-type region is in a high-level injection state, and the drain current flows with a low resistance.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】前記の素子を導通状態
から遮断状態へとスイッチ動作させるためには、ゲート
電極68の電位を正電位から負(もしくは接地)電位に
転じることになるが、特にゲート電極68に印加される
負電位の大きさは、ソース電極63を接地してゲート電
極68に負電位を印加したときにゲート/ソース間でア
バランシェ降伏が起こるゲート電位(以下、これを「ゲ
ート/ソース間逆バイアス耐圧」と呼ぶ)に制限される
ため、「ゲート/ソース間逆バイアス耐圧」はできるか
ぎり大きいほうがよい。この従来の構造では、ゲート電
極68とソース電極63の間に逆バイアスを印加した場
合、ソース電極63に固定された固定電位絶縁電極56
がゲート領域58と接する構造をしているため、固定電
位絶縁電極56とゲート領域58が接している絶縁膜5
5近傍において電気力線が密になっており、逆バイアス
電圧の大きさが小さくても絶縁膜55近傍における電界
が臨界電界に達すると、そこでアバランシェ降伏が生じ
る。すなわち、この従来の構造では「ゲート/ソース間
逆バイアス耐圧」の向上に限界があった。In order to switch the above-mentioned element from the conductive state to the cut-off state, the potential of the gate electrode 68 is changed from a positive potential to a negative (or ground) potential. The magnitude of the negative potential applied to the gate electrode 68 is determined by the gate potential at which avalanche breakdown occurs between the gate and the source when the source electrode 63 is grounded and a negative potential is applied to the gate electrode 68 (hereinafter referred to as “gate potential”). / Reverse bias withstand voltage between sources). Therefore, the reverse bias withstand voltage between gate and source should be as large as possible. In this conventional structure, when a reverse bias is applied between the gate electrode 68 and the source electrode 63, the fixed potential insulating electrode 56 fixed to the source electrode 63
Are in contact with the gate region 58, so that the fixed potential insulating electrode 56 is in contact with the gate region 58.
When the electric field in the vicinity of the insulating film 55 reaches a critical electric field even if the magnitude of the reverse bias voltage is small, avalanche breakdown occurs there. That is, in this conventional structure, there is a limit in improving the "gate / source reverse bias breakdown voltage".
【0007】本発明は上記のような問題点に着目し、
「ゲート/ソース間逆バイアス耐圧」の高い半導体装置
を提供することを目的としている。The present invention focuses on the above problems,
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a high “gate / source reverse bias withstand voltage”.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては特許請求の範囲に記載するような
構成をとる。すなわち、請求項1に記載の発明において
は、ドレイン領域である一導電型(たとえばn型)の半
導体基体の一主面に接して同一導電型(ここではn型)
のソース領域を有し、前記主面に接して前記ソース領域
を挟み込むように配置された第一の溝を有する。前記ソ
ース領域を挟み込むためには一般に2つの溝が必要だ
が、コの字型の一個の溝で挟んでもよい。Means for Solving the Problems In order to achieve the above-mentioned object, the present invention has a configuration as described in the claims. That is, according to the first aspect of the present invention, the same conductivity type (here, n type) is in contact with one main surface of one conductivity type (for example, n type) semiconductor substrate which is a drain region.
And a first groove arranged in contact with the main surface and sandwiching the source region. Generally, two grooves are required to sandwich the source region, but they may be sandwiched by a single U-shaped groove.
【0009】前記第一の溝の内部には第一の絶縁膜によ
って前記ドレイン領域と絶縁され、かつ、前記ソース領
域と同電位に保たれた固定電位絶縁電極を有し、この前
記固定電位絶縁電極は、前記第一の絶縁膜を介して隣接
する前記ドレイン領域に空乏領域を形成するような仕事
関数の導電性材料(たとえばp型ポリシリコン)から成
る。そして、前記ソース領域に接する前記ドレイン領域
の一部であって、前記固定電位絶縁電極によって挟み込
まれたチャネル領域を有する。さらに、前記主面に臨ん
で、前記ソース領域には接しない、反対導電型(たとえ
ばp型)のゲート領域を有する。さらに、前記ドレイン
領域と前記ソース領域が遮断された状態において、前記
第一の溝の端部における前記ドレイン領域からの電界の
集中を緩和すべく、前記主面に臨んで、前記ゲート領域
に接して、前記第一の溝ならびに前記ソース領域に接し
ない、第二の溝を有し、前記第二の溝の内部には、第二
の絶縁膜によって前記ドレイン領域ならびに前記ゲート
領域と絶縁された第一のフローティング電極を有する構
成とする。なお、上記の構成は、例えば後記図1〜図4
に対応する。A fixed potential insulating electrode insulated from the drain region by a first insulating film and kept at the same potential as the source region is provided inside the first groove. The electrode is made of a conductive material (for example, p-type polysilicon) having a work function that forms a depletion region in the drain region adjacent via the first insulating film. And a channel region that is part of the drain region that is in contact with the source region and that is sandwiched between the fixed potential insulating electrodes. Furthermore, the semiconductor device has a gate region of the opposite conductivity type (for example, p-type) facing the main surface and not in contact with the source region. Further, in a state where the drain region and the source region are cut off, in order to reduce the concentration of an electric field from the drain region at the end of the first groove, the drain region faces the main surface and contacts the gate region. A second groove that does not contact the first groove and the source region, and is insulated from the drain region and the gate region by a second insulating film inside the second groove. It has a configuration having a first floating electrode. In addition, the above-described configuration is, for example, shown in FIGS.
Corresponding to
【0010】このような構成による作用について説明す
る。前記ゲート領域と前記ソース領域の間が逆バイアス
状態となり、かつアバランシエ降伏が起こる電圧近傍の
電圧を印加すると、前記第一のフローティング電極の電
位は、(1)前記第一のフローティング電極と前記ゲー
ト領域との間の静電容量および(2)前記第一のフロー
ティング電極と前記固定電位絶縁電極との間の静電容量
および(3)前記第一のフローティング電極と前記ドレ
イン領域に接した前記第二の絶縁膜界面との間の静電容
量と、(4)前記ドレイン領域に接した前記第二の絶縁
膜界面の電位および(5)前記ソース領域の電位および
(6)前記ゲート領域の電位の関係から自ずと決まり、
前記第一のフローティング電極は前記ゲート領域の電位
と前記ソース領域の電位の間の電位となる。すると、前
記ゲート領域と前記ソース領域の間において電気力線が
密になる部分は、(a)前記ゲート領域と接する前記第
一のフローティング電極の前記第二の絶縁膜と、(b)
前記第一のフローティング電極と前記固定電位絶縁電極
が対面する第二の絶縁膜と(c)第一の絶縁膜と(d)
それに挟まれた前記ドレイン領域である。すなわち、前
記ゲート領域と前記ソース領域間の電気力線が密になる
部分が複数となるため、前記ゲート領域と前記ソース領
域の間の耐圧が向上する。さらに、ターンオフ時には前
記第一のフローティング電極の前記第二の絶縁膜界面に
強い反転層ができ少数キャリアの移動度が向上するた
め、スイッチング速度が向上する。The operation of such a configuration will be described. When a voltage near the voltage at which avalanche breakdown occurs is applied between the gate region and the source region in a reverse bias state, the potential of the first floating electrode becomes (1) the potential of the first floating electrode and the gate. And (2) the capacitance between the first floating electrode and the fixed potential insulating electrode and (3) the capacitance between the first floating electrode and the drain region. (4) the potential of the second insulating film interface in contact with the drain region, (5) the potential of the source region, and (6) the potential of the gate region. Naturally determined from the relationship,
The first floating electrode has a potential between the potential of the gate region and the potential of the source region. Then, a portion where the lines of electric force are dense between the gate region and the source region includes: (a) the second insulating film of the first floating electrode in contact with the gate region;
A second insulating film facing the first floating electrode and the fixed potential insulating electrode, (c) a first insulating film, and (d)
The drain region sandwiched therebetween. That is, since there are a plurality of portions where the lines of electric force are dense between the gate region and the source region, the breakdown voltage between the gate region and the source region is improved. Further, at the time of turn-off, a strong inversion layer is formed at the interface between the first floating electrode and the second insulating film, and the mobility of minority carriers is improved, so that the switching speed is improved.
【0011】また、請求項2に記載の発明においては、
請求項1の構成において、前記遮断状態において、前記
第一の溝の端部並びに前記第二の溝の端部に前記ドレイ
ン領域からの電界の集中を緩和すべく、前記主面に臨ん
で、前記第一の溝ならび前記第二の溝ならびに前記ソー
ス領域ならびに前記ゲート領域に接しない、第三の溝を
有し、前記第三の溝の内部には、第三の絶縁膜によって
前記ドレイン領域と絶縁された第二のフローティング電
極を有する構成とする。なお、この構成は、例えば後記
図5に対応する。Further, in the invention according to claim 2,
In the configuration of claim 1, in the cutoff state, facing the main surface, to reduce the concentration of the electric field from the drain region at the end of the first groove and the end of the second groove, A third groove not in contact with the first groove and the second groove and the source region and the gate region, and a third insulating film inside the third groove; And a second floating electrode insulated from the second floating electrode. This configuration corresponds to, for example, FIG. 5 described later.
【0012】このような構成による作用について説明す
る。前記ゲート領域と前記ソース領域の間が逆バイアス
状態となり、かつアバランシェ降伏が起こる電圧近傍の
電圧を印加すると、前記第一のフローティング電極の電
位並びに前記第二のフローティング電極の電位は、
(7)前記第一のフローティング電極と前記ゲート領域
との間の静電容量および(8)前記第一のフローティン
グ電極と前記第二のフローティング電極との間の静電容
量および(9)前記第二のフローティング電極と前記固
定電位絶縁電極との間の静電容量および(10)前記第
一のフローティング電極と前記ドレイン領域に接した前
記第二の絶縁膜界面との間の静電容量および(11)前
記第二のフローティング電極と前記ドレイン領域に接し
た前記第三の絶縁膜界面との間の静電容量の関係と、
(12)前記ドレイン領域に接した前記第二の絶縁膜界
面の電位および(13)前記ドレイン領域に接した前記
第三の絶縁膜界面の電位および(14)前記ソース領域
の電位および(15)前記ゲート領域の電位の関係から
自ずと決まる電位となり、本構成では前記第一のフロー
ティング電極の電位が、前記ゲート領域の電位と前記第
二のフローティング電極の電位の間の電位となり、前記
第二のフローティング電極の電位が前記第一のフローテ
ィング電極の電位と前記ソース領域の電位の間の電位と
なる。すると、前記ソース領域と前記ゲート領域の間に
おいて、電気力線が密になる部分が(e)前記ゲート領
域と接する前記第一のフローティング電極の前記第二の
絶縁膜と、(f)前記第一のフローティング電極と前記
固定電位絶縁電極が対面する第二の絶縁膜と(g)第一
の絶縁膜と(h)それに挟まれた前記ドレイン領域と、
(i)前記第二のフローティング電極と前記第一のフロ
ーティング電極が対面する第三の絶縁膜と(j)第二の
絶縁膜と(k)それに挟まれた前記ドレイン領域と、
(l)前記第二のフローティング電極と前記固定電位絶
縁電極が対面する第二の絶縁膜と(m)第一の絶縁膜と
(n)それに挟まれた前記ドレイン領域となり、電気力
線が密となる部分がさらに増えるため、前記ゲート領域
と前記ソース領域の間の耐圧がさらに向上する。The operation of such a configuration will be described. When a voltage near the voltage at which avalanche breakdown occurs is applied in a reverse bias state between the gate region and the source region, the potential of the first floating electrode and the potential of the second floating electrode are
(7) the capacitance between the first floating electrode and the gate region and (8) the capacitance between the first floating electrode and the second floating electrode and (9) the capacitance between the first floating electrode and the second floating electrode. (10) the capacitance between the two floating electrodes and the fixed potential insulating electrode and (10) the capacitance between the first floating electrode and the interface of the second insulating film in contact with the drain region and ( 11) a capacitance relationship between the second floating electrode and the third insulating film interface in contact with the drain region;
(12) the potential of the interface of the second insulating film in contact with the drain region and (13) the potential of the interface of the third insulating film in contact with the drain region, and (14) the potential of the source region and (15) In this configuration, the potential of the first floating electrode becomes a potential between the potential of the gate region and the potential of the second floating electrode, and the potential of the second floating electrode becomes the potential of the second floating electrode. The potential of the floating electrode is a potential between the potential of the first floating electrode and the potential of the source region. Then, between the source region and the gate region, a portion where lines of electric force are dense is (e) the second insulating film of the first floating electrode in contact with the gate region, and (f) the second insulating film. One floating electrode, a second insulating film facing the fixed potential insulating electrode, (g) a first insulating film, and (h) the drain region sandwiched therebetween.
(I) a third insulating film facing the second floating electrode and the first floating electrode, (j) a second insulating film, and (k) the drain region sandwiched therebetween.
(L) a second insulating film in which the second floating electrode and the fixed potential insulating electrode face each other, (m) a first insulating film, and (n) the drain region interposed therebetween, and the lines of electric force are dense. , The breakdown voltage between the gate region and the source region is further improved.
【0013】また、請求項3に記載の発明においては、
請求項2の構成において、前記フローティング電極が前
記ゲート領域と接続されている構成とする。なお、この
構成は、例えば後記図6に対応する。Further, in the invention according to claim 3,
In the configuration of claim 2, the floating electrode is connected to the gate region. This configuration corresponds to, for example, FIG. 6 described later.
【0014】このような構成による作用について説明す
る。前記第一のフローティング電極の電位はゲート領域
の電位と同電位となり、前記第一のフローティング電極
と前記第二のフローティング電極が対面している形状
と、前記第二のフローティング電極と前記固定電位絶縁
電極が対面している形状とが等しいため、前記第一のフ
ローティング電極と前記第二のフローティング電極との
間の静電容量と前記第二のフローティング電極と前記固
定電位絶縁電極との間の静電容量が等しい。すなわち、
前記第二のフローティング電極と前記第一のフローティ
ング電極が対面する領域の電気力線の分布と、前記第一
のフローティング電極と前記固定電位絶縁電極が対面す
る領域の電気力線の分布が等しくなり、耐圧が向上す
る。The operation of the above configuration will be described. The potential of the first floating electrode is the same as the potential of the gate region, and the shape of the first floating electrode and the second floating electrode facing each other, and the second floating electrode and the fixed potential insulation Since the shapes of the electrodes facing each other are equal, the capacitance between the first floating electrode and the second floating electrode and the static capacitance between the second floating electrode and the fixed potential insulating electrode are different. Electric capacity is equal. That is,
The distribution of lines of electric force in the region where the second floating electrode and the first floating electrode face each other is equal to the distribution of lines of electric force in the region where the first floating electrode and the fixed potential insulating electrode face each other. , Withstand voltage is improved.
【0015】また、請求項4に記載の発明においては、
請求項1乃至請求項4の構成において、前記第一の溝お
よび前記第二の溝および前記第三の溝のうち隣り合った
溝同士が同一直線状にのらない形状、すなわち、近傍に
ある二つの溝の端部同士が対面しておらず、それぞれ、
前記ドレイン領域と対面するように配置された構成とす
る。なお、この構成は、例えば後記図7に対応する。Further, in the invention according to claim 4,
In the configuration of claims 1 to 4, adjacent grooves among the first groove, the second groove, and the third groove are not in the same straight line, that is, are in the vicinity. The ends of the two grooves are not facing each other,
It is configured to be disposed so as to face the drain region. This configuration corresponds to, for example, FIG. 7 described later.
【0016】このような構成による作用について説明す
る。この構造では、前記固定電位絶縁電極と前記第一の
フローティング電極と前記第二のフローティング電極の
うち近傍にある2つの電極の対面する面積が大きくなる
ので、該電極間の容量が大きくなり、第一のフローティ
ング電極の電位がドレイン電位に影響されず、より安定
になる。The operation of such a configuration will be described. In this structure, the facing area of the two electrodes in the vicinity of the fixed potential insulating electrode, the first floating electrode, and the second floating electrode increases, so that the capacitance between the electrodes increases, The potential of one floating electrode is not affected by the drain potential and becomes more stable.
【0017】[0017]
【発明の効果】請求項1の構成では、「ゲート/ソース
間逆バイアス耐圧」が向上する。さらにターンオフ速度
が向上する。請求項2の構成では、「ゲート/ソース間
逆バイアス耐圧」が請求項1よりもさらに向上する。請
求項3の構成では、「ゲート/ソース間逆バイアス耐
圧」が請求項2よりもさらに向上する。請求項4の構成
では、前記第一のフローティング電極並びに前記第二の
フローティング電極の電位が前記ドレイン領域の電位に
影響されにくくなり、信頼性が向上する。According to the structure of the first aspect, the "gate / source reverse bias withstand voltage" is improved. Further, the turn-off speed is improved. In the configuration of claim 2, the "gate / source reverse bias withstand voltage" is further improved as compared with claim 1. In the configuration of claim 3, the "gate / source reverse bias withstand voltage" is further improved as compared with claim 2. In the configuration of the fourth aspect, the potentials of the first floating electrode and the second floating electrode are less likely to be affected by the potential of the drain region, and the reliability is improved.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】(第一の実施の形態)図1〜図4
は、本発明の第一の実施の形態を示す図である。これは
前記請求項1に対応する。図1は素子の基本構造を説明
する斜視図、図2は図1の前面と同じ部分を示す断面
図、図3は図1の表面と同じ部分を示す表面図、図4は
図1の側面と同じ断面図である。図3の表面図中の線分
A−Aに沿って紙面に垂直に切った断面図が図2であ
り、同じく線分B−Bに沿って切った断面図が図4であ
る。なお、図3と図4は、ともに図1に示した基本構造
の2単位分を示している。また、上記図1と図3におい
ては、説明のため表面の電極である金属膜(ソース電極
13とゲート電極18)ならびに表面保護膜(層間絶縁
膜60)を除去した様子を描いている。なお、この実施
の形態では半導体をシリコンとして説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. This corresponds to claim 1. 1 is a perspective view illustrating the basic structure of the element, FIG. 2 is a cross-sectional view showing the same portion as the front surface of FIG. 1, FIG. 3 is a surface view showing the same portion as the front surface of FIG. 1, and FIG. It is the same sectional view as. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in the front view of FIG. 3 and perpendicular to the paper surface, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB. 3 and 4 both show two units of the basic structure shown in FIG. FIGS. 1 and 3 show a state where the metal film (the source electrode 13 and the gate electrode 18) and the surface protection film (the interlayer insulating film 60), which are the electrodes on the surface, are removed for explanation. In this embodiment, the semiconductor will be described as silicon.
【0019】初めに素子構造を説明する。まず図1〜図
4中において、番号1はn+型の基板領域、2はn-型の
ドレイン領域、3はn+型のソース領域、4は第一のM
OS型電極、5は第一の絶縁膜である。第一のMOS型
電極4は高濃度のp+型ポリシリコンよりなる。11は
ドレイン電極で、基板領域1とオーミックコンタクトし
ている。13はソース電極で、ソース領域3および第一
のMOS型電極4とオーミックコンタクトしている。す
なわち、第一のMOS型電極4はソース電位に固定され
ている。よって、この第一のMOS型電極4と第一の絶
縁膜5を合わせて「固定電位絶縁電極」6と呼ぶことに
する。この固定電位絶縁電極6の断面構造は図2に示す
ように例えば「U」の字のように側壁がほぼ垂直な溝の
中に形成されている。また図中、ソース領域3は第一の
絶縁膜5に接しているように描いているが、ソース領域
3が固定電位絶縁電極6に挟み込まれるように配置され
ていれば接していなくてもよい。さらに図2において固
定電位絶縁電極6の間に挟まれたドレイン領域2をチャ
ネル領域7と呼ぶ。ここまでは前記の従来例と同等の構
成である。First, the element structure will be described. First, in FIGS. 1 to 4, reference numeral 1 denotes an n + -type substrate region, 2 denotes an n − -type drain region, 3 denotes an n + -type source region, and 4 denotes a first M region.
The OS type electrode 5 is a first insulating film. The first MOS type electrode 4 is made of high-concentration p + type polysilicon. Reference numeral 11 denotes a drain electrode, which is in ohmic contact with the substrate region 1. Reference numeral 13 denotes a source electrode, which is in ohmic contact with the source region 3 and the first MOS type electrode 4. That is, the first MOS type electrode 4 is fixed at the source potential. Therefore, the first MOS type electrode 4 and the first insulating film 5 are collectively referred to as a “fixed potential insulating electrode” 6. As shown in FIG. 2, the cross-sectional structure of the fixed potential insulating electrode 6 is such that the side wall is formed in a substantially vertical groove, for example, like a letter "U". Although the source region 3 is drawn in contact with the first insulating film 5 in the drawing, the source region 3 may not be in contact if the source region 3 is arranged so as to be sandwiched between the fixed potential insulating electrodes 6. . Further, in FIG. 2, the drain region 2 sandwiched between the fixed potential insulating electrodes 6 is called a channel region 7. The configuration up to here is the same as that of the above-described conventional example.
【0020】さらに本発明では、図1ならびに図4に示
すように、ソース領域3から離れたところに、p型のゲ
ート領域8が存在する。図4中、18はこのゲート領域
8とオーミックコンタクトする電極で「ゲート電極」と
呼ぶ。そして、図1ならびに図3に示すように、ゲート
領域8と接してソース領域3並びに固定電位絶縁電極6
とは接しないような第二のMOS型電極14と、それを
ドレイン領域2と絶縁するための第二の絶縁膜15とに
よって形成された第一のフローティング電極16を有す
る。この第一のフローティング電極16は層間絶縁膜1
0によって表面も絶縁されている。Further, in the present invention, as shown in FIGS. 1 and 4, a p-type gate region 8 exists at a position away from the source region 3. In FIG. 4, reference numeral 18 denotes an electrode which makes ohmic contact with the gate region 8 and is called a “gate electrode”. Then, as shown in FIGS. 1 and 3, the source region 3 and the fixed potential insulating electrode 6 are in contact with the gate region 8.
And a first floating electrode 16 formed by a second MOS type electrode 14 not in contact with the second MOS type electrode 14 and a second insulating film 15 for insulating it from the drain region 2. This first floating electrode 16 is
0 also insulates the surface.
【0021】また、第一のフローティング電極16の断
面構造は固定電位絶縁電極6と同様に、「U」の字のよ
うに側壁がほぼ垂直な溝の中に形成されている。第二の
MOS型電極14は第一のMOS型電極4と同じ導電性
材料、すなわち例えば高濃度のp+型ポリシリコンでも
よい。また、第二の絶縁膜15も第一の絶縁膜5と同じ
ものでもよい。また、図4中の「破線」は図1との関係
から分かるように、紙面の奥行き方向にある固定電位絶
縁電極6および第一のフローティング電極16の存在を
示したものである。また、図1並びに図4には、固定電
位絶縁電極6並びに第一のフローティング電極16の端
部が直角になるように描かれているが、端部の形状は多
角形状でも曲面形状でも構わない。The cross-sectional structure of the first floating electrode 16 is, like the fixed potential insulating electrode 6, formed in a substantially vertical groove like a "U". The second MOS type electrode 14 may be made of the same conductive material as the first MOS type electrode 4, that is, for example, high-concentration p + type polysilicon. Further, the second insulating film 15 may be the same as the first insulating film 5. Also, the “dashed line” in FIG. 4 indicates the existence of the fixed potential insulating electrode 6 and the first floating electrode 16 in the depth direction of the paper as can be seen from the relationship with FIG. 1 and 4, the ends of the fixed potential insulating electrode 6 and the first floating electrode 16 are drawn at right angles, but the shape of the end may be polygonal or curved. .
【0022】上記第一のフローティング電極16の電位
はその周辺の電位分布並びにその周辺との静電容量の大
きさによって決まる。すなわち、例えばゲート領域8に
接した第二の絶縁膜15界面の電位をV1、固定電位絶
縁電極6の電位をV2、ドレイン領域2に接してかつド
レイン電極11に対面している第二の絶縁膜15界面の
電位をV3、第一のフローティング電極16とゲート領
域8に接した第二の絶縁膜15界面との間の静電容量を
C1、第一のフローティング電極16と固定電位絶縁電
極6との間の静電容量をC2、ドレイン電界が影響を及
ぼす第一のフローティング電極16とドレイン領域2に
接した第二の絶縁膜15界面との間の静電容量をC3と
すると、第一のフローティング電極16の電位をVは、 C1×(V−V1)+C2×(V−V2)+C3×(V−V3)=0 …(数1) の関係式を満たすべき電位となる。The potential of the first floating electrode 16 is determined by the potential distribution around the first floating electrode 16 and the magnitude of the capacitance with the surroundings. That is, for example, the potential of the interface of the second insulating film 15 in contact with the gate region 8 is V1, the potential of the fixed potential insulating electrode 6 is V2, and the second insulating film in contact with the drain region 2 and facing the drain electrode 11. The potential at the interface of the film 15 is V3, the capacitance between the first floating electrode 16 and the interface of the second insulating film 15 in contact with the gate region 8 is C1, the first floating electrode 16 and the fixed potential insulating electrode 6 Let C2 be the capacitance between the first floating electrode 16 and the interface of the second insulating film 15 in contact with the drain region 2, which is affected by the drain electric field. The potential V of the floating electrode 16 is a potential that satisfies the relational expression of C1 × (V−V1) + C2 × (V−V2) + C3 × (V−V3) = 0 (Equation 1).
【0023】次に、動作を説明する。この素子は、例え
ばソース電極13は接地(0V)され、ドレイン電極1
1は負荷を介してしかるべき正の電位を印加して使用す
る。まず、ゲート電極18が負の電位を印加されている
とき、素子は遮断状態にある。以下、図2を使って説明
すると、固定電位絶縁電極6の周囲には第一のMOS型
電極4のビルトイン電位に伴う空乏層が形成されている
が、チャネル領域7内で対向する2つの固定電位絶縁電
極6間の距離(以下、これを「チャネル厚みH」と呼ぶ
ことにする)が充分狭ければ、チャネル領域7にはこの
空乏領域によって伝導電子に対する充分なポテンシャル
障壁が形成される。例えば第一の絶縁膜5の厚さを10
0nm以下、チャネル領域7の不純物濃度を1×1014
cm~3以下、前記「チャネル厚みH」を2μm以下に設
定すれば、ソース領域3の伝導電子がチャネル領域7を
通ってドレイン領域2側へ移動することを阻む充分なポ
テンシャル障壁を形成することができる。また、ドレイ
ン領域2からの電界の影響によってポテンシャル障壁が
低下することのないように、ソース領域3から固定電位
絶縁電極6の底部までの距離(以下、これを「チャネル
長L」と呼ぶことにする)は、チャネル厚みHの2〜3
倍以上に設定されている。Next, the operation will be described. In this element, for example, the source electrode 13 is grounded (0 V) and the drain electrode 1
1 is used by applying an appropriate positive potential via a load. First, when a negative potential is applied to the gate electrode 18, the element is in a cutoff state. In the following, referring to FIG. 2, a depletion layer is formed around the fixed potential insulating electrode 6 due to the built-in potential of the first MOS type electrode 4. If the distance between the potential insulating electrodes 6 (hereinafter referred to as “channel thickness H”) is sufficiently small, a sufficient potential barrier for conduction electrons is formed in the channel region 7 by the depletion region. For example, if the thickness of the first insulating film 5 is 10
0 nm or less, the impurity concentration of the channel region 7 is 1 × 10 14
cm ~ 3 or less, by setting the "Channel Thickness H" to 2μm or less, the conduction electrons of the source region 3 is formed a sufficient potential barrier to be moved through the channel region 7 to the drain region 2 side Can be. The distance from the source region 3 to the bottom of the fixed potential insulating electrode 6 (hereinafter, referred to as “channel length L”) so that the potential barrier does not decrease due to the influence of the electric field from the drain region 2. ) Is 2-3 of the channel thickness H.
It is set to more than twice.
【0024】本実施の形態ではさらに、ゲート電極18
とソース電極13の間に逆バイアスを印加したときにゲ
ート/ソース間でアバランシェ降伏が起こる電圧(これ
を、「ゲート/ソース間逆バイアス耐圧」とよぶ)を従
来の構造に比べて向上させるために、ゲート電極18と
ソース電極13の間に「ゲート/ソース間逆バイアス耐
圧」に近い大きさの電圧が印加された条件において、ド
レイン電位の大きさにかかわらず、少なくとも第一のフ
ローティング電極16の電位がゲート電位とソース電位
の間の電位となるように設定する。すなわち、ソース電
極13が接地された条件では、第一のフローティング電
極16の電位が正電位にならないように、ドレイン電界
が影響を及ぼす、第一のフローティング電極16とドレ
イン領域2に接した第二の絶縁膜15界面との間の静電
容量C3を設定する。In this embodiment, the gate electrode 18
In order to improve the voltage at which avalanche breakdown occurs between the gate and the source when a reverse bias is applied between the gate electrode and the source electrode 13 (this is referred to as “gate / source reverse bias breakdown voltage”) as compared with the conventional structure. Under the condition that a voltage close to the “gate / source reverse bias withstand voltage” is applied between the gate electrode 18 and the source electrode 13, at least the first floating electrode 16 Is set to be a potential between the gate potential and the source potential. That is, under the condition that the source electrode 13 is grounded, the drain electric field affects the second floating electrode 16 in contact with the first floating electrode 16 and the drain region 2 so that the potential of the first floating electrode 16 does not become a positive potential. The capacitance C3 between the interface and the interface of the insulating film 15 is set.
【0025】ところで、本実施の形態においてはドレイ
ン領域2が高抵抗に作られており、遮断状態においては
ドレイン領域2に広がる空乏層に電位分布が生じるた
め、ドレイン領域2に接し、かつドレイン電極11に対
面している第二の絶縁膜15界面の電位V3はドレイン
電極11に印加された電位に比べ小さい。例えば、第二
の絶縁膜15が酸化膜で形成されているとし、その誘電
率をεOX、第二の絶縁膜15に広がる電界をEOX、第一
のフローティング電極16界面のドレイン領域2の誘電
率をεSI、第一のフローティング電極16界面のドレイ
ン領域2に広がる電界をESIとすると、電束連続の式か
ら下記(数2)式が成り立つ。By the way, in this embodiment, the drain region 2 is made to have a high resistance, and in a cut-off state, a potential distribution is generated in a depletion layer extending to the drain region 2. The potential V3 at the interface between the second insulating film 15 and the interface 11 is smaller than the potential applied to the drain electrode 11. For example, assuming that the second insulating film 15 is formed of an oxide film, the dielectric constant is ε OX , the electric field spreading over the second insulating film 15 is E OX , and the electric field of the drain region 2 at the interface of the first floating electrode 16 is Assuming that the dielectric constant is ε SI and the electric field that spreads to the drain region 2 at the interface of the first floating electrode 16 is E SI , the following equation (2) is established from the electric flux continuity equation.
【0026】 εOX×EOX=εSI×ESI …(数2) 例えばドレイン領域2の不純物濃度を1×1014cm~3
とし、ゲート領域8並びにソース領域3を接地し、ドレ
イン電極11に所定の電圧を印加して、ドレイン領域2
とゲート領域8の接合面でアバランシェ降伏が起こる場
合、そのアバランシェ降伏が生じる部分の電界強度はお
よそ2.4×105V/cmとなる。このとき、例えば第
一のフローティング電極16の深さが前記アバランシェ
降伏が生じた部分と同等の深さとした場合、上記(数
2)式の第一のフローティング電極16界面のドレイン
領域2に広がる電界ESIはおよそアバランシェ電界2.
4×105V/cmと等しくなることから、第二の絶縁
膜15に広がる電界EOXは、およそ、7.4×105V/
cmと算出できる。さらに、前記第二の絶縁膜15の厚
さが例えば1000Åであり、第二のMOS型電極14
の電位が0Vであるとすると、第一のフローティング電
極16界面のドレイン領域2の電位は高々7.4V程度
となる。Ε OX × E OX = ε SI × E SI (Equation 2) For example, if the impurity concentration of the drain region 2 is 1 × 10 14 cm 3
The gate region 8 and the source region 3 are grounded, a predetermined voltage is applied to the drain electrode 11, and the drain region 2
When the avalanche breakdown occurs at the junction surface between the gate electrode 8 and the gate region 8, the electric field strength at the portion where the avalanche breakdown occurs is approximately 2.4 × 10 5 V / cm. At this time, for example, if the depth of the first floating electrode 16 is equal to the depth at which the avalanche breakdown occurs, the electric field that spreads to the drain region 2 at the interface of the first floating electrode 16 in the above (Equation 2) E SI is about avalanche electric field 2.
Since it is equal to 4 × 10 5 V / cm, the electric field E OX spreading to the second insulating film 15 is approximately 7.4 × 10 5 V / cm.
cm. Further, the thickness of the second insulating film 15 is, for example, 1000 ° and the second MOS type electrode 14
Is 0 V, the potential of the drain region 2 at the interface of the first floating electrode 16 is at most about 7.4 V.
【0027】このことから、例えばゲート領域8に接し
た第二の絶縁膜15界面の電位V1を約−5V、接地さ
れた固定電位絶縁電極6の電位V2を約0V、ドレイン
領域に接してかつドレイン電極11に対面した第二の絶
縁膜15界面の電位V3を約8Vとすると、前記(数
1)式から (C1+C2+C3)×V=8×C3−5×C1 となる。すなわち、ゲート領域8に接した第二の絶縁膜
15界面の電位V1を約−5Vとした場合においては、
静電容量C1は少なくとも静電容量C3の1.6倍以上
あれば第一のフローティング電極16の電位は負電位と
なり、ゲート電位とソース電位の間の電位となる。すな
わち、固定電位絶縁電極6が接地されている条件では、 C1>(C3×V3)/V1 を満たすC1とC3となるよう設計すればよい。From this, for example, the potential V1 at the interface of the second insulating film 15 in contact with the gate region 8 is about -5 V, the potential V2 of the grounded fixed potential insulating electrode 6 is about 0 V, Assuming that the potential V3 at the interface of the second insulating film 15 facing the drain electrode 11 is about 8 V, from the above equation (1), (C1 + C2 + C3) * V = 8 * C3-5 * C1. That is, when the potential V1 at the interface of the second insulating film 15 in contact with the gate region 8 is set to about −5 V,
If the capacitance C1 is at least 1.6 times the capacitance C3, the potential of the first floating electrode 16 becomes a negative potential and becomes a potential between the gate potential and the source potential. That is, under the condition that the fixed potential insulating electrode 6 is grounded, it is only necessary to design such that C1 and C3 satisfy C1> (C3 × V3) / V1.
【0028】第一のフローティング電極16の構造を最
適設計することによって、各領域との静電容量の比を変
えるのは容易である。例えば、第一のフローティング電
極16の第二の絶縁膜15が側壁並びに底面において膜
厚が均一であれば、第一のフローティング電極16とゲ
ート領域8に接した第二の絶縁膜15界面との間の静電
容量C1と、ドレイン電界が影響を及ぼす第一のフロー
ティング電極16とドレイン領域2に接した第二の絶縁
膜15界面との間の静電容量C3との大きさの比は、ド
レイン領域2に接した第一のフローティング電極16の
底面の面積と、ゲート領域8に接している第一のフロー
ティング電極16の表面積の大きさとの比とほぼ同等と
なる。上記のように、ゲート/ソース間に逆バイアス電
圧が印加された条件において、第一のフローティング電
極16の電位がゲート電位とソース電位の間の電位とな
る条件では、ゲート領域8とソース領域3の間の電気力
線は、ゲート領域8と第一のフローティング電極16間
の電位差に起因する電気力線と、第一のフローティング
電極16とソース領域に接続された固定電位絶縁電極6
の電位差に起因する電気力線とに大きく分けられる。前
者については、ゲート領域8と第一のフローティング電
極16が接している第二の絶縁膜15の電気力線が密に
なる。後者については、第一のフローティング電極16
と固定電位絶縁電極6が対面する領域のうち、第二の絶
縁膜15と第一の絶縁膜5とそれら2つの絶縁膜に挟ま
れたドレイン領域2の電気力線が密になる。このよう
に、本実施の形態では、ゲート/ソース間に逆バイアス
を印加しても、電気力線が密になる部分が一部分に集中
せずに複数存在する。すなわち、電気力線の密になる領
域のうちどの部分かが臨界電界に達するまでゲート/ソ
ース間に逆バイアス電圧を印加することができるため、
「ゲート/ソース間逆バイアス耐圧」の高い素子が得ら
れる。By optimally designing the structure of the first floating electrode 16, it is easy to change the ratio of the capacitance to each region. For example, if the thickness of the second insulating film 15 of the first floating electrode 16 is uniform on the side wall and the bottom surface, the first floating electrode 16 and the interface of the second insulating film 15 in contact with the gate region 8 may be formed. The ratio of the capacitance C1 between the first floating electrode 16 affected by the drain electric field and the capacitance C3 between the interface of the second insulating film 15 in contact with the drain region 2 is: The ratio of the area of the bottom surface of the first floating electrode 16 in contact with the drain region 2 to the size of the surface area of the first floating electrode 16 in contact with the gate region 8 is substantially equal. As described above, under the condition that the reverse bias voltage is applied between the gate and the source, under the condition that the potential of the first floating electrode 16 is a potential between the gate potential and the source potential, the gate region 8 and the source region 3 Are the lines of electric force caused by the potential difference between the gate region 8 and the first floating electrode 16, and the fixed potential insulating electrode 6 connected to the first floating electrode 16 and the source region.
And electric lines of force caused by the potential difference of In the former, the lines of electric force of the second insulating film 15 where the gate region 8 and the first floating electrode 16 are in contact with each other become dense. For the latter, the first floating electrode 16
Of the second insulating film 15, the first insulating film 5, and the drain lines 2 sandwiched between the two insulating films in the region where the fixed potential insulating electrode 6 faces. As described above, in this embodiment, even when a reverse bias is applied between the gate and the source, there are a plurality of portions where the lines of electric force are dense without being concentrated on a part. In other words, a reverse bias voltage can be applied between the gate and the source until any part of the region where the electric flux lines become dense reaches the critical electric field.
An element having a high "gate / source reverse bias withstand voltage" can be obtained.
【0029】次に導通状態であるが、ゲート電極18の
電位すなわちp型ゲート領域8の電位として、たとえば
+0.5Vの正電位を印加すると、正孔は上記とは逆に
p型ゲート領域8から、第一の絶縁膜5の界面へと流れ
込んで反転層を形成し、ポテンシャル障壁を作っている
第一のMOS型電極4からチャネル領域7への電気力線
を遮蔽し、チャネル領域7中の伝導電子に対するポテン
シャル障壁を低下させる。このとき、第一のフローティ
ング電極16は必ず正電位となっているため、第二の絶
縁膜15界面のポテンシャル障壁は消失しており、従来
の構造における動作と何ら変わりはない。すなわち、ド
レイン領域2とソース領域3は導通状態となる。さら
に、ゲート電極18の電位を上げていくと、p型ゲート
領域8と周辺のn型領域からなるpn接合が順バイアス
され、正孔は直接ドレイン領域2ならびにチャネル領域
7へと注入される。すると、素子耐圧を保つために不純
物濃度を薄く、高抵抗に作られていたこれらn型の領域
は伝導度が高められ、電流は低い抵抗で流れるようにな
る。Next, in a conductive state, when a positive potential of +0.5 V, for example, is applied as the potential of the gate electrode 18, that is, the potential of the p-type gate region 8, holes are conversely formed in the p-type gate region 8. Flows into the interface of the first insulating film 5 to form an inversion layer, and shields the lines of electric force from the first MOS type electrode 4 forming the potential barrier to the channel region 7. Lowers the potential barrier to conduction electrons. At this time, since the first floating electrode 16 is always at a positive potential, the potential barrier at the interface of the second insulating film 15 has disappeared, and there is no difference from the operation in the conventional structure. That is, the drain region 2 and the source region 3 are brought into conduction. When the potential of the gate electrode 18 is further increased, the pn junction formed by the p-type gate region 8 and the surrounding n-type region is forward-biased, and holes are directly injected into the drain region 2 and the channel region 7. As a result, the conductivity of these n-type regions, which have been made low in impurity concentration and high in resistance in order to maintain the withstand voltage of the device, is increased, and current flows with low resistance.
【0030】次に、ターンオフについて説明する。導通
状態にある素子をターンオフさせるために、ゲート電極
18に負電位を印加すると、ドレイン領域2やチャネル
領域7にあった過剰な正孔はp型ゲート領域8へと流れ
込み始める。やがてチャネル領域7内の過剰な正孔はな
くなり、電子に対するポテンシャル障壁が復活する。こ
のとき、遮断状態と同様に第一のフローティング電極1
6の電位Vは、負電位となる。すなわち、第一のフロー
ティング電極16の第二の絶縁膜15界面に強い反転層
ができて少数キャリアの移動度が向上するため、スイッ
チング速度は向上する。Next, turn-off will be described. When a negative potential is applied to the gate electrode 18 in order to turn off the element in the conductive state, excess holes in the drain region 2 and the channel region 7 start flowing into the p-type gate region 8. Eventually, the excess holes in the channel region 7 disappear, and the potential barrier for electrons is restored. At this time, similarly to the cutoff state, the first floating electrode 1
The potential V of 6 becomes a negative potential. That is, since a strong inversion layer is formed at the interface between the first floating electrode 16 and the second insulating film 15 and the mobility of minority carriers is improved, the switching speed is improved.
【0031】(第二の実施の形態)図5は第二の実施の
形態を示す図である。これは前記図3に対応する素子の
表面図であり、図中番号の同じものは同じ要素を示す。
図5に示すように、固定電位絶縁電極6と第一のフロー
ティング電極16の間に第二のフローティング電極26
が存在する。この第二のフローティング電極26は第三
のMOS型電極24と第三の絶縁膜25からなり、前記
固定電位絶縁電極6や第一のフローティング電極16と
基本的に同様の構造を有しているが、図5では表面形状
がT字型をした場合を例示している。(Second Embodiment) FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment. This is a surface view of the element corresponding to FIG. 3, and the same numbers in the figure indicate the same elements.
As shown in FIG. 5, a second floating electrode 26 is provided between the fixed potential insulating electrode 6 and the first floating electrode 16.
Exists. The second floating electrode 26 is composed of a third MOS type electrode 24 and a third insulating film 25 and has basically the same structure as the fixed potential insulating electrode 6 and the first floating electrode 16. However, FIG. 5 illustrates a case where the surface shape is T-shaped.
【0032】ゲート領域8とソース領域3の間が逆バイ
アス状態となるように、ソース電極13は接地とし、ゲ
ート電極18に負電位を印加すると、第一のフローティ
ング電極16の電位並びに前記第二のフローティング電
極26の電位は、ゲート領域8に接した第二の絶縁膜1
5界面の電位と、固定電位絶縁電極6の電位と、ドレイ
ン領域2に接した第二の絶縁膜15界面の電位と、ドレ
イン領域2に接した第三の絶縁膜25界面の電位と、第
一のフローティング電極16とゲート領域8との間の静
電容量と、第一のフローティング電極16と第二のフロ
ーティング電極26との間の静電容量と、第二のフロー
ティング電極26と固定電位絶縁電極6との間の静電容
量と、ドレイン領域2に接してかつドレイン電極11と
対面している第二の絶縁膜15の静電容量と、ドレイン
電極11と対面している第三の絶縁膜25の静電容量
と、の関係から自ずと決まる電位となる。そして、第一
のフローティング電極と第二のフローティング電極のそ
れぞれの電位が、ソース電位<第二のフローティング電
極26の電位<第一のフローティング電極16の電位<
ゲート電位の関係を満たすように、少なくとも第一のフ
ローティング電極16とゲート領域8の間の静電容量が
ドレイン領域2に接してかつドレイン電極11と対面し
ている第二の絶縁膜15の静電容量より大きく、かつ、
第二のフローティング電極26と第一のフローティング
電極16との間の静電容量が、ドレイン電極11と対面
している第三の絶縁膜25の静電容量よりも大きい構造
をしている。When the source electrode 13 is grounded and a negative potential is applied to the gate electrode 18 so that the gate region 8 and the source region 3 are in a reverse bias state, the potential of the first floating electrode 16 and the second Of the floating electrode 26 of the second insulating film 1 in contact with the gate region 8
5, the potential of the fixed potential insulating electrode 6, the potential of the interface of the second insulating film 15 in contact with the drain region 2, the potential of the interface of the third insulating film 25 in contact with the drain region 2, A capacitance between one floating electrode 16 and the gate region 8, a capacitance between the first floating electrode 16 and the second floating electrode 26, and a fixed potential insulation from the second floating electrode 26. The capacitance between the electrode 6, the capacitance of the second insulating film 15 that is in contact with the drain region 2 and faces the drain electrode 11, and the third insulation that faces the drain electrode 11. The potential is naturally determined from the relationship with the capacitance of the film 25. Then, the respective potentials of the first floating electrode and the second floating electrode are expressed as: source potential <potential of the second floating electrode 26 <potential of the first floating electrode 16 <
At least the capacitance between the first floating electrode 16 and the gate region 8 is in contact with the drain region 2 and the capacitance of the second insulating film 15 facing the drain electrode 11 so as to satisfy the relationship of the gate potential. Greater than the capacity, and
The capacitance between the second floating electrode 26 and the first floating electrode 16 is larger than the capacitance of the third insulating film 25 facing the drain electrode 11.
【0033】このことによって、ゲート領域8とソース
領域3間の電気力線が密になる部分は、ゲート領域8と
接する第一のフローティング電極16の第二の絶縁膜1
5と、第二のフローティング電極26と第一のフローテ
ィング電極16が対面する第三の絶縁膜25と第二の絶
縁膜15とそれに挟まれたドレイン領域2と、第一のフ
ローティング電極16と固定電位絶縁電極6が対面する
第二の絶縁膜15と第一の絶縁膜5とそれに挟まれたド
レイン領域2となる。すなわち、前記第一の実施の形態
よりも、ゲート領域8とソース領域3間の電気力線が密
になる箇所がさらに増えるため、「ゲート/ソース間逆
バイアス耐圧」はさらに向上する。As a result, the portion where the lines of electric force between the gate region 8 and the source region 3 become denser is the portion of the second insulating film 1 of the first floating electrode 16 which is in contact with the gate region 8.
5, the third insulating film 25 facing the second floating electrode 26 and the first floating electrode 16, the second insulating film 15, the drain region 2 interposed therebetween, and the first floating electrode 16 The potential insulating electrode 6 becomes the second insulating film 15 and the first insulating film 5 facing each other, and the drain region 2 sandwiched therebetween. That is, the number of places where the lines of electric force are denser between the gate region 8 and the source region 3 is further increased as compared with the first embodiment, so that the “gate / source reverse bias breakdown voltage” is further improved.
【0034】ところで、図5においては、第二のフロー
ティング電極26の形状がT字の形をしているが、こう
することによって第一のフローティング電極と第二のフ
ローティング電極の間の静電容量を大きくする効果があ
る。In FIG. 5, the shape of the second floating electrode 26 is T-shaped, but by doing so, the capacitance between the first floating electrode and the second floating electrode is reduced. Has the effect of increasing
【0035】次に、図6は第三の実施の形態を示す図で
ある。これは前記図5に対応する素子の表面図であり、
図中番号の同じものは同じ要素を示す。図6において
は、第一のフローティング電極16がゲート電極18
(図6では表示せず、ゲート領域8の上に存在)に接続
されており、第一のフローティング電極16の電位はゲ
ート電位と同電位になる。Next, FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment. This is a surface view of the device corresponding to FIG. 5,
The same numbers in the drawings indicate the same elements. In FIG. 6, the first floating electrode 16 is a gate electrode 18
(Not shown in FIG. 6, but present above the gate region 8), and the potential of the first floating electrode 16 becomes the same potential as the gate potential.
【0036】このような構造にすると、第二の実施の形
態と同様に、ゲート領域8とソース領域3の間が逆バイ
アス状態となるようにソース電極13は接地とし、ゲー
ト電極18に負電位を印加すると、ゲート/ソース間の
電気力線が密になる部分は、第二のフローティング電極
26と第一のフローティング電極16が対面する第三の
絶縁膜25と第二の絶縁膜15とそれに挟まれたドレイ
ン領域2と、第一のフローティング電極16と固定電位
絶縁電極6が対面する第二の絶縁膜15と第一の絶縁膜
5とそれに挟まれたドレイン領域2となる。このとき、
第二のフローティング電極26と第一のフローティング
電極16が対面する領域並びに、第一のフローティング
電極16と固定電位絶縁電極6が対面する領域の形状が
同じ場合、それぞれの静電容量が等しくなる。すなわ
ち、第二のフローティング電極26と第一のフローティ
ング電極16が対面する領域の電界分布と、第一のフロ
ーティング電極16と固定電位絶縁電極6が対面する領
域の電界分布はほとんど等しいため、「ゲート/ソース
間逆バイアス耐圧」はさらに向上する。With this structure, as in the second embodiment, the source electrode 13 is grounded so that the gate region 8 and the source region 3 are in a reverse bias state, and the gate electrode 18 has a negative potential. Is applied, the portion where the line of electric force between the gate and the source becomes dense is the third insulating film 25 and the second insulating film 15 where the second floating electrode 26 and the first floating electrode 16 face each other. The drain region 2 sandwiched between the first floating electrode 16 and the fixed potential insulating electrode 6 faces the second insulating film 15 and the first insulating film 5 and the drain region 2 sandwiched therebetween. At this time,
When the shape of the region where the second floating electrode 26 and the first floating electrode 16 face and the shape of the region where the first floating electrode 16 and the fixed potential insulating electrode 6 face are the same, the respective capacitances are equal. That is, the electric field distribution in the region where the second floating electrode 26 and the first floating electrode 16 face each other is almost equal to the electric field distribution in the region where the first floating electrode 16 and the fixed potential insulating electrode 6 face each other. / Reverse bias breakdown voltage between sources ”is further improved.
【0037】次に、図7は第四の実施の形態を示す図で
ある。これは、前記図6に対応する素子の表面図であ
り、図中番号の同じものは同じ要素を示す。この第四の
実施の形態では、第一の実施の形態に対して、第一のフ
ローティング電極16が固定電位絶縁電極6と同一直線
上に配置されておらず、チャネル領域7と対面している
構造である。Next, FIG. 7 is a diagram showing a fourth embodiment. This is a front view of the element corresponding to FIG. 6, and the same reference numerals in the drawing indicate the same elements. In the fourth embodiment, the first floating electrode 16 is not arranged on the same straight line as the fixed potential insulating electrode 6 with respect to the first embodiment, and faces the channel region 7. Structure.
【0038】このような構造にすると、第一のフローテ
ィング電極16と固定電位絶縁電極6の対面する面積を
最大で√2倍に増やすことができるため、第一のフロー
ティング電極16と固定電位絶縁電極6との間の静電容
量を最大で√2倍に大きくすることができる。このこと
によって、第一のフローティング電極の電位がドレイン
電位に影響されず、より安定になる。With this structure, the facing area between the first floating electrode 16 and the fixed potential insulating electrode 6 can be increased up to √2 times at the maximum. 6 can be increased up to √2 times at the maximum. This makes the potential of the first floating electrode more stable without being affected by the drain potential.
【図1】本発明の第一の実施の形態の斜視図。FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第一の実施の形態の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第一の実施の形態における表面構造を
示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing a surface structure according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第一の実施の形態の他の角度から見た
断面図。FIG. 4 is a sectional view of the first embodiment of the present invention viewed from another angle.
【図5】本発明の第二の実施の形態の表面図。FIG. 5 is a front view of the second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第三の実施の形態の表面図。FIG. 6 is a front view of a third embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第四の実施の形態の表面図。FIG. 7 is a front view of a fourth embodiment of the present invention.
【図8】本発明の従来例の斜視図。FIG. 8 is a perspective view of a conventional example of the present invention.
【図9】本発明の従来例の断面図。FIG. 9 is a sectional view of a conventional example of the present invention.
1…基板領域 2…ドレイン
領域 3…ソース領域 4…第一のM
OS型電極 5…第一の絶縁膜 6…固定電位
絶縁電極 7…チャネル領域 8…ゲート領
域 10…層間絶縁膜 11…ドレイ
ン電極 13…ソース電極 14…第二の
MOS型電極 15…第二の絶縁膜 16…第一の
フローティング電極 18…ゲート電極 24…第三の
MOS型電極 25…第三の絶縁膜 26…第二の
フローティング電極 51…n+型の基板領域 52…n型の
ドレイン領域 53…n+型のソース領域 54…MOS
型電極 55…絶縁膜 56…固定電
位絶縁電極 57…チャネル領域 58…p型ゲ
ート領域 60…層間絶縁膜 61…ドレイ
ン電極 63…ソース電極 68…ゲート
電極 H…チャネル厚み L…チャネル
長REFERENCE SIGNS LIST 1 substrate region 2 drain region 3 source region 4 first M
OS type electrode 5 ... first insulating film 6 ... fixed potential insulating electrode 7 ... channel region 8 ... gate region 10 ... interlayer insulating film 11 ... drain electrode 13 ... source electrode 14 ... second MOS type electrode 15 ... second Insulating film 16 First floating electrode 18 Gate electrode 24 Third MOS electrode 25 Third insulating film 26 Second floating electrode 51 n + type substrate region 52 n type drain region 53 ... n + type source region 54 ... MOS
Type electrode 55 ... Insulating film 56 ... Fixed potential insulating electrode 57 ... Channel region 58 ... P-type gate region 60 ... Interlayer insulating film 61 ... Drain electrode 63 ... Source electrode 68 ... Gate electrode H ... Channel thickness L ... Channel length
Claims (4)
の一主面に接して同一導電型のソース領域を有し、 前記主面に接して前記ソース領域を挟み込むように配置
された第一の溝を有し、 前記第一の溝の内部には第一の絶縁膜によって前記ドレ
イン領域と絶縁され、かつ、前記ソース領域と同電位に
保たれた固定電位絶縁電極を有し、 前記固定電位絶縁電極は、前記第一の絶縁膜を介して隣
接する前記ドレイン領域に空乏領域を形成するような仕
事関数の導電性材料から成り、 前記ソース領域に接する前記ドレイン領域の一部であっ
て、前記固定電位絶縁電極によって挟み込まれたチャネ
ル領域を有し、 前記主面に臨んで、前記ソース領域には接しない、反対
導電型のゲート領域を有し、 さらに、前記ドレイン領域と前記ソース領域が遮断され
た状態において、前記第一の溝の端部における前記ドレ
イン領域からの電界の集中を緩和すべく、前記主面に臨
んで、前記ゲート領域に接して、前記第一の溝ならびに
前記ソース領域に接しない、第二の溝を有し、前記第二
の溝の内部には、第二の絶縁膜によって前記ドレイン領
域ならびに前記ゲート領域と絶縁された第一のフローテ
ィング電極を有する、 ことを特徴とする半導体装置。A first conductive type source region which is in contact with one main surface of a semiconductor substrate of one conductivity type which is a drain region, and which is arranged so as to be in contact with said main surface and sandwich said source region. A fixed potential insulating electrode which is insulated from the drain region by a first insulating film and is kept at the same potential as the source region inside the first groove; The potential insulating electrode is made of a conductive material having a work function such that a depletion region is formed in the drain region adjacent via the first insulating film, and is a part of the drain region in contact with the source region. Having a channel region sandwiched by the fixed potential insulating electrodes, having a gate region of opposite conductivity type facing the main surface and not in contact with the source region, further comprising the drain region and the source region Is blocked In this state, the first groove and the source region face the main surface and contact the gate region so as to reduce the concentration of the electric field from the drain region at the end of the first groove. A second floating groove that is not in contact with the first groove and a first floating electrode insulated from the drain region and the gate region by a second insulating film inside the second groove. Semiconductor device.
部並びに前記第二の溝の端部に前記ドレイン領域からの
電界の集中を緩和すべく、前記主面に臨んで、前記第一
の溝ならび前記第二の溝ならびに前記ソース領域ならび
に前記ゲート領域に接しない、第三の溝を有し、前記第
三の溝の内部には、第三の絶縁膜によって前記ドレイン
領域と絶縁された第二のフローティング電極を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。2. In the cut-off state, the first groove and the second groove face the main surface so as to reduce the concentration of an electric field from the drain region at the end of the second groove and the end of the second groove. A third groove that does not contact the first groove and the second groove, the source region, and the gate region, and is insulated from the drain region by a third insulating film inside the third groove; Having a second floating electrode,
The semiconductor device according to claim 1, wherein:
ト領域と接続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。3. The semiconductor device according to claim 2, wherein said first floating electrode is connected to said gate region.
記第三の溝のうち隣り合った溝同士が同一直線状にのら
ないように配置された、 ことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載
の半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein adjacent grooves among said first groove, said second groove and said third groove are arranged so as not to be on the same straight line. The semiconductor device according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21752398A JP3588671B2 (en) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21752398A JP3588671B2 (en) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000049343A true JP2000049343A (en) | 2000-02-18 |
| JP3588671B2 JP3588671B2 (en) | 2004-11-17 |
Family
ID=16705584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21752398A Expired - Lifetime JP3588671B2 (en) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3588671B2 (en) |
-
1998
- 1998-07-31 JP JP21752398A patent/JP3588671B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3588671B2 (en) | 2004-11-17 |
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