JP2006319010A - MOS type semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】高耐圧のスイッチング電源用ICとして用いるMOS型半導体装置の提供。
【解決手段】1はP型半導体基板、32はN型延長ドレイン領域、4はN型ソース領域、5はソース電極、6はゲート電極、34はN型高濃度ドレイン領域、41は分離酸化膜、38は層間絶縁膜、35はドレイン電極、11はゲート酸化膜、45はドレインコンタクト窓部、13はソースコンタクト窓部、46はコンタクト窓部である。半導体基板1には逆導電型の高濃度ドレイン領域34を設けた延長ドレイン領域32、延長ドレイン領域32には分離酸化膜41下にP型の第1不純物領域40、又P型の第2不純物領域37を第1不純物領域40と接しながら設け、第2不純物領域37は複数の円柱形状または角柱形状の不純物層37a、37bからなり、基板1に対して垂直に配置。円柱不純物層37a、37bは互い違いに配置される。ソース電極5と電極42は金属配線で電気的に接続する。
【選択図】図1Provided is a MOS semiconductor device used as a high-breakdown-voltage switching power supply IC.
SOLUTION: 1 is a P-type semiconductor substrate, 32 is an N-type extended drain region, 4 is an N-type source region, 5 is a source electrode, 6 is a gate electrode, 34 is an N-type high concentration drain region, and 41 is an isolation oxide film , 38 are interlayer insulating films, 35 is a drain electrode, 11 is a gate oxide film, 45 is a drain contact window, 13 is a source contact window, and 46 is a contact window. The semiconductor substrate 1 has an extended drain region 32 provided with a reverse conductivity type high concentration drain region 34, and the extended drain region 32 has a P-type first impurity region 40 or a P-type second impurity under the isolation oxide film 41. The region 37 is provided in contact with the first impurity region 40, and the second impurity region 37 includes a plurality of columnar or prismatic impurity layers 37 a and 37 b and is disposed perpendicular to the substrate 1. The columnar impurity layers 37a and 37b are arranged alternately. The source electrode 5 and the electrode 42 are electrically connected by metal wiring.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、高耐圧特性を備えたMOS型半導体装置に関する。 The present invention relates to a MOS type semiconductor device having high breakdown voltage characteristics.
以下、特許文献1を参照しながら、ドレイン−ソース間に高耐圧特性を備えた横型MOS電界効果トランジスタについて説明する。 Hereinafter, a lateral MOS field effect transistor having a high breakdown voltage characteristic between a drain and a source will be described with reference to Patent Document 1.
図2は横型MOS電界効果トランジスタの断面構造図である。 FIG. 2 is a sectional view of a lateral MOS field effect transistor.
図2において、1はP型半導体基板、2はN型延長ドレイン領域、3はP型の埋込領域、4はN型ソース領域、5はソース電極、6は多結晶シリコンからなるゲート電極、8はN型高濃度ドレイン領域、9は層間絶縁膜、10はドレイン電極、11はゲート酸化膜、12はドレインコンタクト窓部、13はソースコンタクト窓部、14はチャネル領域を示している。 In FIG. 2, 1 is a P-type semiconductor substrate, 2 is an N-type extended drain region, 3 is a P-type buried region, 4 is an N-type source region, 5 is a source electrode, 6 is a gate electrode made of polycrystalline silicon, Reference numeral 8 denotes an N-type high-concentration drain region, 9 denotes an interlayer insulating film, 10 denotes a drain electrode, 11 denotes a gate oxide film, 12 denotes a drain contact window, 13 denotes a source contact window, and 14 denotes a channel region.
図2に示すように、半導体基板1とは逆導電型の高濃度ドレイン領域8が延長ドレイン領域2内に形成され、延長ドレイン領域2内にはその一部が電気的に半導体基板1と同型の埋込領域3が形成されているとともに、延長ドレイン領域2とソース領域5との間に設けられたチャネル領域14上にゲート酸化膜11を介してゲート電極6が形成されている。
As shown in FIG. 2, a high concentration drain region 8 having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate 1 is formed in the extended drain region 2, and a part of the extended drain region 2 is electrically the same type as the semiconductor substrate 1. Embedded region 3 is formed, and gate electrode 6 is formed on channel region 14 provided between extended drain region 2 and
高濃度ドレイン領域8はドレインコンタクト窓部12でドレイン電極10に接続され、N型ソース領域4はソースコンタクト窓部13でソース電極5に接続される。
従来技術で示した横型MOS電界効果トランジスタは、ゲート電極が印加されたオン状態ではソース−ドレイン間に電流が流れ、またオフ状態では延長ドレイン領域と埋込領域との接合面に形成された空乏層の効果によりソース−ドレイン間、また基板−ドレイン間で高耐圧が得られるという利点を備えている。 The lateral MOS field effect transistor shown in the prior art has a depletion formed at the junction surface between the extended drain region and the buried region in the on state where the gate electrode is applied, and a current flows between the source and the drain in the off state. Due to the effect of the layer, a high breakdown voltage can be obtained between the source and the drain and between the substrate and the drain.
一方、スイッチング電源用ICは、DC耐圧だけでなくサージ電圧のようなAC的パルス電圧に対しても高耐圧が要求される。 On the other hand, a switching power supply IC is required to have a high withstand voltage not only with respect to a DC withstand voltage but also with respect to an AC pulse voltage such as a surge voltage.
しかし、このようなサージに対して高耐圧を得るには、延長ドレイン領域を設けて、抵抗値を調整するだけでは不十分である。また、特許文献1に開示されている延長ドレイン領域と埋込領域との接合面に形成された空乏層のみで、このサージを吸収するには容量が不十分である。 However, in order to obtain a high breakdown voltage against such a surge, it is not sufficient to provide an extended drain region and adjust the resistance value. Further, only the depletion layer formed at the junction surface between the extended drain region and the buried region disclosed in Patent Document 1 has insufficient capacity to absorb this surge.
よって、従来技術に示された横型MOS電界効果トランジスタをスイッチング電源用ICに用いるには、ドレイン−ソース間に数千pFの外付けコンデンサを備えなければならなかった。 Therefore, in order to use the lateral MOS field-effect transistor shown in the prior art for a switching power supply IC, an external capacitor of several thousand pF must be provided between the drain and the source.
しかし、このような外付け部品を用いるとコスト面で不利になるだけでなく、スイッチングICとしての面積も増大する。 However, the use of such external components is not only disadvantageous in terms of cost, but also increases the area as a switching IC.
そこで、本発明は前記課題に鑑み、外付けコンデンサを必要とせずに、高耐圧のスイッチング電源用ICとして用いることの出来るMOS型半導体装置を提供する。 Accordingly, in view of the above problems, the present invention provides a MOS semiconductor device that can be used as a high-breakdown-voltage switching power supply IC without requiring an external capacitor.
上記課題を解決するために、本発明に係るMOS型半導体装置は、第1導電型半導体基板の一表面に設けられた第2導電型のソース領域と、半導体基板の一表面に設けられた第2導電型の延長ドレイン領域と、延長ドレイン領域内であって基板表面に面して設けられた第2導電型の高濃度ドレイン領域と、ソース領域と延長ドレイン領域との間に設けられたチャネル領域と、チャネル領域上にゲート酸化膜を介して設けられた第1のゲート電極と、半導体基板の一表面に設けた第1導電型の第1不純物領域と、延長ドレイン領域内に設けた第1導電型の第2不純物領域と、高濃度ドレイン領域とコンタクト窓部で接続されたドレイン電極と、ソース領域とコンタクト窓部で接続されたソース電極と、第1不純物領域とコンタクト窓部で接続された電極とを備え、第2不純物層と前記第1不純物領域と電気的に接続し、第1不純物領域とソース領域は電気的に接続し、かつ同電位であることを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, a MOS type semiconductor device according to the present invention includes a second conductivity type source region provided on one surface of a first conductivity type semiconductor substrate, and a second conductivity type provided on one surface of the semiconductor substrate. A second conductivity type extended drain region, a second conductivity type high concentration drain region provided in the extended drain region facing the substrate surface, and a channel provided between the source region and the extended drain region A first gate electrode provided on the channel region via a gate oxide film, a first impurity region of a first conductivity type provided on one surface of the semiconductor substrate, and a first gate electrode provided in the extended drain region. A second impurity region of one conductivity type, a drain electrode connected to the high-concentration drain region and the contact window, a source electrode connected to the source region and the contact window, and a first impurity region connected to the contact window The The second impurity layer and the first impurity region are electrically connected, and the first impurity region and the source region are electrically connected and have the same potential. .
なお、本発明に係るMOS型半導体装置において、第2不純物領域は、円柱形状または角柱形状を有する複数の不純物層を、それぞれ離反するように配置した集合体であることがより好ましい。 In the MOS semiconductor device according to the present invention, the second impurity region is more preferably an aggregate in which a plurality of impurity layers having a columnar shape or a prismatic shape are arranged so as to be separated from each other.
なお、本発明に係るMOS型半導体装置において、MOS型半導体装置はスイッチング電源用ICまたはLSIであることがより好ましい。 In the MOS type semiconductor device according to the present invention, the MOS type semiconductor device is more preferably a switching power supply IC or LSI.
本発明のMOS型半導体装置は、延長ドレイン領域内に並列に複数埋め込み層を設け、これらをソース電位と同電位にすることにより、外付けコンデンサを不要とし、サージ耐圧に優れたスイッチング電源用ICまたはLSIとして用いることが出来る。 In the MOS type semiconductor device of the present invention, a plurality of buried layers are provided in parallel in the extended drain region, and these are set to the same potential as the source potential, thereby eliminating the need for an external capacitor and a switching power supply IC having an excellent surge withstand voltage. Alternatively, it can be used as an LSI.
以下、本発明の実施形態に係るMOS型半導体装置について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a MOS type semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本実施形態に係るMOS型半導体装置の構成を示した図であり、図1(a)は断面図、図1(b)は構造の一部を示した平面図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a MOS type semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 1A is a cross-sectional view, and FIG. 1B is a plan view showing a part of the structure.
図1において、1はP型半導体基板、32はN型延長ドレイン領域、4はN型ソース領域、5はソース電極、6は多結晶シリコンからなるゲート電極、34はN型高濃度ドレイン領域、41は分離酸化膜、38は層間絶縁膜、35はドレイン電極、11はゲート酸化膜、45はドレインコンタクト窓部、13はソースコンタクト窓部、46はコンタクト窓部である。 In FIG. 1, 1 is a P-type semiconductor substrate, 32 is an N-type extended drain region, 4 is an N-type source region, 5 is a source electrode, 6 is a gate electrode made of polycrystalline silicon, 34 is an N-type high-concentration drain region, Reference numeral 41 denotes an isolation oxide film, 38 denotes an interlayer insulating film, 35 denotes a drain electrode, 11 denotes a gate oxide film, 45 denotes a drain contact window, 13 denotes a source contact window, and 46 denotes a contact window.
また、半導体基板1には、逆導電型の高濃度ドレイン領域34を設けた、延長ドレイン領域32があり、さらに延長ドレイン領域32とソース領域4との間に設けられたチャネル領域14上にゲート酸化膜11を介してゲート電極6が形成されている。
In addition, the semiconductor substrate 1 has an extended
また、延長ドレイン領域32には、分離酸化膜41下にP型の第1不純物領域40があり、さらにP型の第2不純物領域37がP型の第1不純物領域40と接しながら設けられている。
The extended
なお、第2不純物領域37は第1不純物領域40よりも高濃度のP型であるほうが好ましい。
The
さらに、図1(a)に示すように、P型の第2不純物領域37は複数の円柱形状または角柱形状の不純物層37a、37b(以下、「円柱不純物層37a、37b」と呼ぶ)からなり、基板1に対して垂直に配置されている。
Further, as shown in FIG. 1A, the P-type
また、図1(b)に示すように、夫々の円柱不純物層37a、37bは、互い違いに離反しながら配置されている。
Further, as shown in FIG. 1B, the respective
なお、図にはP型の第2不純物領域37を構成する円柱不純物層37a、37bは、それぞれ1つずつ示したが、実際にはさらに複数存在する。
In the figure, each of the
また、P型の第1不純物領域40は分離酸化膜41と層間絶縁膜38を一部除去して、開口したコンタクト窓部46に形成した電極42と電気的に接続する。
In addition, the P-type
また、高濃度ドレイン領域34は、分離酸化膜41と層間絶縁膜38を一部除去して、開口したドレインコンタクト窓部45に形成したドレイン電極35と電気的に接続する。
The high-
また、N型ソース領域4は層間絶縁膜38を一部除去して、開口したソースコンタクト窓部13に形成したソース電極5と電気的に接続する。
Further, the N-
また、ソース電極5と電極42はアルミニウムなどの金属配線により電気的に接続する。
The
すなわち、本実施形態ではソース領域4と、第1不純物領域40と第2不純物領域37は同電位となる。
That is, in the present embodiment, the
以上より、本発明の実施形態に係るMOS型半導体装置は構成される。 As described above, the MOS semiconductor device according to the embodiment of the present invention is configured.
このMOS型半導体装置の特徴は、延長ドレイン領域32には、第1不純物領域40とP型の第2不純物領域37があり、さらに第1不純物領域40とP型の第2不純物領域37は、ソース領域4と同電位であることにある。
The MOS type semiconductor device is characterized in that the extended
ドレイン領域34に高電圧が印加されると、延長ドレイン領域32と半導体基板1、P型の第2不純物領域37と延長ドレイン領域32、P型の第1不純物領域40と延長ドレイン領域32は、それぞれ逆バイアス状態になる。
When a high voltage is applied to the
また、第2不純物領域37は、複数の円柱不純物層37a、37bにより構成されているため、例えば円柱形不純物層37aと延長ドレイン領域32との各接合部、また円柱形不純物層37bと延長ドレイン領域32との各接合部から、それぞれ空乏層が拡がるとともに、各空乏層が連続となり、これにより空乏層が延長ドレインの全体にわたって拡大する。
Further, since the
また、延長ドレイン領域32と基板1との接合部、第1不純物領域40と延長ドレイン領域32との接合部にも空乏層は広がるため、第2不純物領域37と延長ドレイン領域32に形成した空乏層と接続し、さらに空乏層は拡大することになる。
In addition, since the depletion layer extends to the junction between the
以上のように、本発明の実施形態に係るMOS型半導体装置は、従来技術で示したMOS型半導体装置よりも、オフ時の空乏層領域が拡大するため、さらなる高耐圧特性を得ることが出来る。 As described above, the MOS type semiconductor device according to the embodiment of the present invention can obtain further higher withstand voltage characteristics because the depletion layer region at the time of off is larger than the MOS type semiconductor device shown in the prior art. .
また、逆バイアス状態で、延長ドレイン領域32と半導体基板1、P型の第2不純物領域37と延長ドレイン領域32、P型の第1不純物領域40と延長ドレイン領域32でのpn接合部付近にはそれぞれ空間電荷が発生し、pn接合面が平行平板コンデンサと等価な構造となる。
Further, in the reverse bias state, the extended
特に、本実施形態では第2不純物領域37は、複数の円柱不純物層37a、37bでありpn接合面積が大幅に拡大しているため、コンデンサ容量を大きくとることが出来る。
In particular, in the present embodiment, the
したがって、外付けコンデンサを用いなくとも、pn接合で形成される容量によってサージを十分に吸収でき、高耐圧特性を得ることが出来、高性能のスイッチング電源用ICまたはLSIを実現できる。 Therefore, even if an external capacitor is not used, the surge can be sufficiently absorbed by the capacitance formed by the pn junction, high breakdown voltage characteristics can be obtained, and a high-performance switching power supply IC or LSI can be realized.
また、本実施形態によれば、複数設けられたP型の第2不純物領域37が一定の間隔で延長ドレイン領域32内に設けられているため、ドレイン領域34へ電圧を印加する際、少ない空乏層の延びで延長ドレイン領域32全体が空乏化することは上述したとおりである。このことは、従来の構成に比べて短時間で延長ドレイン領域32全体が空乏化すること、すなわち、オフ時のスイッチング時間が短縮されることを意味する。その結果、高耐圧でかつ高速応答のMOS型半導体装置を得ることができる。
In addition, according to the present embodiment, since a plurality of P-type
なお、第2不純物領域37を構成する夫々の円柱形不純物層37の間隔距離は、高い逆バイアス印加時において、空乏層が拡がりながら均一につながり、高耐圧特性を実現できるような距離を空けてそれぞれ配置することが好ましい。
Note that the distance between the
なおかつ、第2不純物領域37の不純物濃度と延長ドレイン領域32の不純物濃度は、アバランシェ・ブレークダウンが起こる30V/μm以下の接合電界強度となるように設定することが好ましい。
In addition, the impurity concentration of the
本発明に係るMOS型半導体装置は、ソース−ドレイン間の高耐圧特性を持ち、さらに電圧印加のオン、オフの切り替えに対する優れた応答特性を持ち、スイッチング電源用ICまたはLSIに用いられるMOS型半導体装置として有用である。 The MOS type semiconductor device according to the present invention has a high breakdown voltage characteristic between a source and a drain, and also has an excellent response characteristic for switching on / off of voltage application, and is used for a switching power supply IC or LSI. Useful as a device.
1 半導体基板
4 ソース領域
5 ソース電極
6 ゲート電極
11 ゲート酸化膜
13 コンタクト窓部
14 チャネル領域
32 延長ドレイン領域
34 ドレイン領域
35 ドレイン電極
37a 不純物層
37b 不純物層
37 不純物領域
38 層間絶縁膜
40 不純物領域
41 分離酸化膜
42 電極
45 コンタクト窓部
46 コンタクト窓部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記半導体基板の一表面に設けられた第2導電型の延長ドレイン領域と、
前記延長ドレイン領域内であって前記半導体基板表面に設けられた第2導電型の高濃度ドレイン領域と、
前記ソース領域と前記延長ドレイン領域との間に設けられたチャネル領域と、
前記チャネル領域上にゲート酸化膜を介して設けられたゲート電極と、
前記延長ドレイン領域の表面に設けられた第1導電型の第1不純物領域と、
前記延長ドレイン領域の表面から深さ方向に延びて設けられた第1導電型の第2不純物領域と、
前記高濃度ドレイン領域と接続されたドレイン電極と、前記ソース領域と接続されたソース電極と、
前記第1不純物領域と接続された電極とを備え、
前記第2不純物領域と前記第1不純物領域とは電気的に接続され、
前記第1不純物領域と前記ソース領域は電気的に接続し、かつ同電位である
ことを特徴とするMOS型半導体装置。 A second conductivity type source region provided on one surface of the first conductivity type semiconductor substrate;
An extended drain region of a second conductivity type provided on one surface of the semiconductor substrate;
A high-concentration drain region of a second conductivity type provided in the extended drain region and on the surface of the semiconductor substrate;
A channel region provided between the source region and the extended drain region;
A gate electrode provided on the channel region via a gate oxide film;
A first impurity region of a first conductivity type provided on a surface of the extended drain region;
A second impurity region of the first conductivity type provided extending in the depth direction from the surface of the extended drain region;
A drain electrode connected to the high-concentration drain region; a source electrode connected to the source region;
An electrode connected to the first impurity region,
The second impurity region and the first impurity region are electrically connected,
The MOS type semiconductor device, wherein the first impurity region and the source region are electrically connected and have the same potential.
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| JP2005138035A JP2006319010A (en) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | MOS type semiconductor device |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009087703A1 (en) * | 2008-01-10 | 2009-07-16 | Fujitsu Microelectronics Limited | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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2005
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009087703A1 (en) * | 2008-01-10 | 2009-07-16 | Fujitsu Microelectronics Limited | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JP5158095B2 (en) * | 2008-01-10 | 2013-03-06 | 富士通セミコンダクター株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US8410550B2 (en) | 2008-01-10 | 2013-04-02 | Fujitsu Semiconductor Limited | Breakdown voltage MOS semiconductor device |
| US8735254B2 (en) | 2008-01-10 | 2014-05-27 | Fujitsu Semiconductor Limited | Manufacture method of a high voltage MOS semiconductor device |
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