JP4354876B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置に関し、特に寄生ダイオード動作時の電力損失を低減する高耐圧MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a high voltage MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) that reduces power loss when a parasitic diode operates.
半導体装置の素子間分離としては、以前からPN接合を利用した接合分離技術が多く使用されてきた。しかし、近年では、埋め込み絶縁膜を有するSOI(silicon on insulator)基板に、SOI基板表面から埋め込み絶縁膜まで届くトレンチを形成し、トレンチ内部に絶縁膜を形成する誘電体分離が用いられるようになってきている。特に一般的に分離を深く形成する必要のある高耐圧パワー分野の半導体装置においては、PN接合分離を用いると分離領域の面積が大きくなる欠点があったが、SOI−トレンチ分離を用いることで分離領域の面積縮小が可能となり、チップの小型化を図ることができるという利点がある。また、素子間のクロストークが無くなり、出力部である複数の高耐圧パワー素子と、その駆動回路部である複数の低耐圧素子とを、同一チップ内に形成することが容易になるという利点もある。以上のような利点から、特に多出力機能が要されるプラズマディスプレイ駆動用等の高耐圧パワーICにおいては、SOI−トレンチ分離を用いた製品の開発が活発である。 For isolation between elements of a semiconductor device, a junction isolation technique using a PN junction has been used for many years. However, in recent years, an SOI (silicon on insulator) substrate having a buried insulating film is formed with dielectric isolation in which a trench reaching from the surface of the SOI substrate to the buried insulating film is formed, and an insulating film is formed inside the trench. It is coming. In particular, in a semiconductor device in the field of high withstand voltage power that generally requires deep isolation, there is a disadvantage that the area of the isolation region becomes large when PN junction isolation is used, but isolation by using SOI-trench isolation. There is an advantage that the area of the region can be reduced and the chip can be reduced in size. In addition, there is an advantage that crosstalk between elements is eliminated, and it is easy to form a plurality of high withstand voltage power elements as output parts and a plurality of low withstand voltage elements as drive circuit parts in the same chip. is there. Because of the advantages as described above, development of products using SOI-trench isolation is active in high voltage power ICs for driving plasma displays and the like that particularly require a multi-output function.
図8は、プラズマディスプレイ駆動用のスキャンドライバーICの出力回路の一例を示す回路図である。
出力回路は、高耐圧パワー素子であるHP1及びHN1と、HP1及びHN1に形成された寄生ダイオードD1及びD2と、電源端子VDDHと、グランド端子VGNDと、低電圧入力端子Vinと、出力端子VOUTと、レベルシフタとから構成され、出力端子VOUTを通じてプラズマディスプレイパネルの放電セルに対して電圧を与える。ここで、HP1は高耐圧PチャネルMOSFETであり、HN1は高耐圧NチャネルMOSFETである。
FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of an output circuit of a scan driver IC for driving a plasma display.
The output circuit includes high voltage power devices HP1 and HN1, parasitic diodes D1 and D2 formed in HP1 and HN1, a power supply terminal VDDH, a ground terminal VGND, a low voltage input terminal Vin, and an output terminal VOUT. The level shifter is configured to apply a voltage to the discharge cells of the plasma display panel through the output terminal VOUT. Here, HP1 is a high breakdown voltage P-channel MOSFET, and HN1 is a high breakdown voltage N-channel MOSFET.
次に、このスキャンドライバーICで使用される高耐圧パワー素子について説明する。
図9は、高耐圧パワー素子である従来の高耐圧NチャネルMOSFETの構造の一例を示す図であり、全て図8におけるHN1に相当する。図9(a)は高耐圧NチャネルMOSFETの上面図であり、図9(b)は高耐圧NチャネルMOSFETの断面図(図9(a)のY−Oにおける断面図)である。
Next, a high withstand voltage power element used in the scan driver IC will be described.
FIG. 9 is a diagram showing an example of the structure of a conventional high voltage N-channel MOSFET which is a high voltage power element, and all corresponds to HN1 in FIG. FIG. 9A is a top view of the high breakdown voltage N-channel MOSFET, and FIG. 9B is a cross-sectional view of the high breakdown voltage N-channel MOSFET (cross-sectional view taken along YO in FIG. 9A).
高耐圧NチャネルMOSFETは、SOI基板101と、SOI基板101上に形成されたゲート酸化膜111及び厚膜のLOCOS(local oxidation of silicon)酸化膜112と、LOCOS酸化膜112及びゲート酸化膜111に渡ってLOCOS酸化膜112の一部及びゲート酸化膜111上に形成されたゲート電極113とから構成される。
The high breakdown voltage N-channel MOSFET includes an
SOI基板101は、シリコン基板102、埋め込み酸化膜103及びp型活性層104からなる。p型活性層104内には、SOI基板101表面に露出するようにp型ボディー領域105及びn型ドレインオフセット領域106が形成される。p型ボディー領域105内には、n+型ソース領域107及びp+型ボディーコンタクト領域108が形成され、n型ドレインオフセット領域106内には、n型ドレインバッファ領域109及びn+型ドレイン領域110が形成される。この構造において、p型ボディー領域105とn型ドレインオフセット領域106との間には寄生ダイオードが形成される。この寄生ダイオードが特に今回の発明に関する部分である。
The
ゲート酸化膜111は、SOI基板101表面のうち、チャネルとなる領域の上方に形成される。一方、LOCOS酸化膜112は、SOI基板101表面のうち、n+型ソース領域107、p+型ボディーコンタクト領域108及びn+型ドレイン領域110が形成されない領域の上方であり、かつゲート酸化膜111が形成されない部分に形成される。
The
SOI基板101上面には、図9(a)に示されるように、n+型ドレイン領域110を中心として外側にn+型ソース領域107、p+型ボディーコンタクト領域108及びゲート電極113が形成されたレーストラック形状の上面パターンが形成される。つまり、n+型ソース領域107、p+型ボディーコンタクト領域108及びゲート電極113によって形成される直線部及びその直線部両端の円弧部が、中心のn+型ドレイン領域110を完全に取り囲む形状の上面パターンが形成される。これは、プラズマディスプレイパネルの放電セルに対して充放電を行う場合には電流能力が必要とされるため、ソースとドレインとの対向長を長くすることによって、限られた素子面積の中でもチャネル幅が大きくなるようにデバイス設計を行うことが一般的であるからである。
On the upper surface of the
なお、別の上面パターンを示す先行技術として、特許文献1に記載の技術がある。これは、デバイス動作時において円弧部で発生する電流集中を防止し、オン時の耐圧を向上させることを目的とするものであり、図10の上面図に示されるように、図9(a)の上面パターンから素子両端に存在する円弧部のn+型ソース領域107を削除することで、上記目的を達成している。
In addition, there exists a technique of
次に、スキャンドライバーICの動作の一例について簡単に説明する。
プラズマディスプレイの駆動には、大きく分類して3つのステップが存在する。すなわち、全放電セルの電荷情報を均一にするための初期化期間、放電セルにデータを書き込むためのアドレス期間、及び放電を維持するための放電維持期間の3つのステップである。これらのステップを順次繰り返すことで、画像が表示される。駆動に際しては、スキャンドライバーICの他に、データドライバーICやサステインドライバーICも同時に使用される。3つのステップのうちの放電維持期間時に、図8に示した出力回路においては、HN1を通じてグランド端子VGNDから出力端子VOUTの向きに電流が引き抜かれる。このとき、HN1はオン状態であり、かつ、出力端子VOUTはLOWである。つまり、HN1はオン状態にあり、かつ、ソースに対してドレインの電位が低く保たれた状態となっている。この状態を、図9(b)の断面図を参照しながら説明する。
Next, an example of the operation of the scan driver IC will be briefly described.
There are three main steps for driving a plasma display. That is, there are three steps: an initialization period for making the charge information of all the discharge cells uniform, an address period for writing data in the discharge cells, and a discharge maintenance period for maintaining the discharge. An image is displayed by sequentially repeating these steps. In driving, in addition to the scan driver IC, a data driver IC and a sustain driver IC are simultaneously used. In the discharge sustain period of the three steps, in the output circuit shown in FIG. 8, current is drawn from the ground terminal VGND to the output terminal VOUT through HN1. At this time, HN1 is in an ON state, and the output terminal VOUT is LOW. That is, HN1 is in an on state, and the potential of the drain is kept low with respect to the source. This state will be described with reference to the cross-sectional view of FIG.
放電維持期間時にHN1を流れる電流は基本的に寄生ダイオードの順方向電流として流れる。この寄生ダイオードとは、図9(b)のp型ボディー領域105とn型ドレインオフセット領域106との間に形成される寄生ダイオードのことである。しかし、HN1がオン状態であることから、同時にチャネルを通る電流が存在する。よって、オン状態に伴うチャネル電流成分と、寄生ダイオード電流成分とによって構成された電流がトータル電流として流れることになる。一般的にダイオードは、アノード−カソード間に加わる順バイアスがビルトイン電圧を超えるとダイオード動作を開始して、ダイオード電流が順方向に流れる。したがって、HN1のソース−ドレイン間にバイアスが加わっても、寄生ダイオード両端に加わる電圧がビルトイン電圧に満たない場合にはチャネル電流のみが流れる。HN1がオン状態でチャネルが形成されていれば、寄生ダイオードが順方向動作を開始しない比較的低いバイアス状態においても、チャネルを通じた電流が流れるからである。そして、寄生ダイオード両端に加わる電圧がビルトイン電圧を超えた場合には、チャネル電流成分に寄生ダイオード電流が加わった電流が流れることになる。
しかしながら、従来の高耐圧MOSFETをスキャンドライバーICの高耐圧パワー素子に使用して、放電維持期間時に寄生ダイオードを動作させると、ビルトイン電圧を超えてもダイオード動作せず、ダイオード動作を開始する電圧が大きく上昇するという問題が生じる。この点について、図11、図12及び図13を用いて説明する。 However, if a conventional high breakdown voltage MOSFET is used for the high breakdown voltage power element of the scan driver IC and the parasitic diode is operated during the discharge sustain period, the diode does not operate even if the built-in voltage is exceeded, and the voltage for starting the diode operation is The problem of rising significantly arises. This point will be described with reference to FIGS. 11, 12, and 13. FIG.
図11は、図9(a)及び(b)に示した従来の高耐圧MOSFETをスキャンドライバーICの高耐圧パワー素子として使用した際の、放電維持期間時におけるバイアス状態の一例を示す図である。 FIG. 11 is a diagram showing an example of a bias state during the discharge sustaining period when the conventional high voltage MOSFET shown in FIGS. 9A and 9B is used as a high voltage power element of the scan driver IC. .
図11から、放電維持期間時にはHN1がオン状態にあり、かつ、ソースに対するドレインの電位が低く保たれているため、出力回路にはHN1がオン状態であることに伴うチャネル電流成分(IA)と、寄生ダイオードD1の電流成分(IB)とによって構成された電流が存在することがわかる。このチャネル電流成分(IA)及び寄生ダイオードD1の電流成分(IB)について、図12を用いてさらに説明を加える。 From FIG. 11, since HN1 is in the on state during the discharge sustain period and the potential of the drain with respect to the source is kept low, the output circuit has a channel current component (IA) associated with HN1 being in the on state. It can be seen that there is a current constituted by the current component (IB) of the parasitic diode D1. The channel current component (IA) and the current component (IB) of the parasitic diode D1 will be further described with reference to FIG.
図12は、図11に示したバイアス状態におけるHN1のソース−ドレイン間電位差とソース−ドレイン間電流の関係を示す図である。図12において、実線はHN1がオン状態にある場合におけるものであり、破線はHN1がオフ状態にある場合におけるものである。 FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the source-drain potential difference and the source-drain current of HN1 in the bias state shown in FIG. In FIG. 12, the solid line is when HN1 is in the on state, and the broken line is when HN1 is in the off state.
図12から、HN1がオフ状態にある場合には、チャネル電流成分(IA)は存在せず、寄生ダイオードD1の電流成分(IB)のみの寄与であることから、通常のダイオードと同一の特性を示していることがわかる。つまり、ビルトイン電圧相当分の約0.7V付近から電流の急激な上昇が見られるのがわかる。一方、HN1がオン状態にある場合には、通常のダイオードと大きく特性が異なっているのがわかる。つまり、ビルトイン電圧相当分の約0.7Vの電圧を超えてもチャネル電流成分(IA)が単調に増加し続け、順方向ダイオード電圧(VF)に達すると、図中の点線に示されるように、寄生ダイオードD1がようやく動作を開始してダイオード電流成分(IB)が流れることがわかる。この動作原理について、図13を用いてさらに説明を加える。 From FIG. 12, when HN1 is in the off state, the channel current component (IA) does not exist, and only the current component (IB) of the parasitic diode D1 contributes. You can see that That is, it can be seen that a rapid increase in current is observed from about 0.7 V corresponding to the built-in voltage. On the other hand, when HN1 is in the ON state, it can be seen that the characteristics are greatly different from those of a normal diode. That is, when the voltage corresponding to the built-in voltage exceeds about 0.7V, the channel current component (IA) continues to increase monotonously and reaches the forward diode voltage (VF) as shown by the dotted line in the figure. It can be seen that the parasitic diode D1 finally starts to operate and the diode current component (IB) flows. This operation principle will be further described with reference to FIG.
図13(a)は従来の高耐圧MOSFETの上面図であり、図13(b)及び(c)は高耐圧MOSFETの断面図(図13(a)のY−Oにおける断面図)である。図13(b)において、破線は放電維持期間時の寄生ダイオードD1の順方向動作開始後における電流分布を示している。また、図13(c)において、破線は放電維持期間時の寄生ダイオードD1の順方向動作開始前における電流分布を示し、実線はそのときの電位分布を示している。 FIG. 13A is a top view of a conventional high voltage MOSFET, and FIGS. 13B and 13C are cross-sectional views of the high voltage MOSFET (a cross-sectional view taken along YO in FIG. 13A). In FIG. 13B, the broken line indicates the current distribution after the forward operation of the parasitic diode D1 is started during the discharge sustain period. In FIG. 13C, the broken line indicates the current distribution before the start of the forward operation of the parasitic diode D1 during the discharge sustain period, and the solid line indicates the potential distribution at that time.
図13(c)から、順方向ダイオード電圧(VF)より低いソース−ドレイン間電位差において、すでにチャネル電流成分(IA)が存在しており、寄生ダイオードD1の順方向動作開始前にチャネル電流に起因した電位分布が素子内に生じているのがわかる。そして、そのチャネル電流は、電流に垂直な電位分布をソース−ドレイン間に形成しているのがわかる。このとき、寄生ダイオードD1を形成するPN接合面を大きく二分、つまりゲート電極113下付近の垂直面と、ドレイン側まで延びる底面とに分けた場合、垂直面付近のチャネル電流による電位分布は、ほぼソース電位に近い値に保持されており、PN接合に電位差が生じない。また、底面のPN接合面については、接合面に対して電位分布が垂直に生じており、やはりPN接合に電位差が生じない。これが、ソース−ドレイン間にビルトイン電圧相当分の電位差を印加しても、寄生ダイオードD1が順方向動作を開始しない直接の要因である。しかし、さらに大きな電位差がソース−ドレイン間に印加されると、寄生ダイオードD1のPN接合にも順方向動作しうる電位差が生じるようになり、この瞬間に寄生ダイオードD1の電流成分(IB)が急激に流れ始める。この寄生ダイオードD1の電流成分(IB)が流れ始める電圧が、図12に示した順方向ダイオード電圧(VF)である。
From FIG. 13 (c), the channel current component (IA) already exists in the source-drain potential difference lower than the forward diode voltage (VF), and is caused by the channel current before the start of the forward operation of the parasitic diode D1. It can be seen that the generated potential distribution occurs in the element. It can be seen that the channel current forms a potential distribution perpendicular to the current between the source and drain. At this time, when the PN junction surface forming the parasitic diode D1 is roughly divided into two, that is, a vertical surface near the
ここで、図10に示した別の従来例の構造を取り上げてみる。図10の構造は、素子両端の円弧部領域のソースを削除しているため、円弧部においては基本的にチャネル電流が存在しない。そのため、円弧部においてはビルトイン電圧を超えると、寄生ダイオードが動作を開始するはずである。しかし、実際には、円弧部の占める面積は直線部の面積に比べると非常に小さい上に、直線部からのチャネル電流の回り込みが存在することから、ダイオード動作を開始する電圧は大きく上昇する。 Here, the structure of another conventional example shown in FIG. 10 will be taken up. In the structure of FIG. 10, since the source of the arc region at both ends of the element is deleted, basically no channel current exists in the arc portion. Therefore, when the built-in voltage is exceeded in the arc portion, the parasitic diode should start operating. However, in actuality, the area occupied by the arc portion is very small compared to the area of the straight line portion, and the channel current wraps around from the straight line portion, so that the voltage for starting the diode operation greatly increases.
以上のようなメカニズムによって、従来の高耐圧MOSFETでは、放電維持期間時に寄生ダイオードを動作させると、ダイオード動作を開始する電圧が大きく上昇する。よって、このダイオードを通って電流を流させるのに余分な電圧が必要となり、寄生ダイオードの電力損失が増加するという問題が生じる。 Due to the above mechanism, in the conventional high voltage MOSFET, when the parasitic diode is operated during the discharge sustain period, the voltage for starting the diode operation greatly increases. Therefore, an extra voltage is required to pass a current through the diode, causing a problem that power loss of the parasitic diode increases.
一方で、この問題を回避する方法として、高耐圧MOSFETと並列に外部ダイオードを形成する方法が考えられる。しかし、別にダイオードを形成すると、そのダイオードを個別に分離するための分離領域が余分に必要となる等の理由から、寄生ダイオードを利用する場合に比べて、素子面積が大きくなる。 On the other hand, as a method of avoiding this problem, a method of forming an external diode in parallel with the high voltage MOSFET can be considered. However, if a diode is formed separately, the element area becomes larger compared to the case where a parasitic diode is used because an extra isolation region for separating the diode is required.
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、寄生ダイオードの電力損失を抑制する半導体装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that suppresses power loss of a parasitic diode.
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、半導体基板にゲート電極、ソース領域及びドレイン領域から構成されるトランジスタが形成された半導体装置であって、前記半導体基板は、素子分離領域を有するSOI基板であり、前記素子分離領域は、前記半導体基板上面において、前記トランジスタを完全に取り囲んでおり、前記ゲート電極は、前記半導体基板上面において前記ソース領域及び前記ドレイン領域の一方である第1領域を取り囲むように形成された円弧部及び直線部を有し、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の他方である第2領域は、前記直線部の一部に沿って形成され、前記直線部の他部に沿って形成されない構造であって、前記直線部の一部以外の他部及び前記円弧部の長さは、前記第1領域と前記第2領域との間の距離の4倍以上であることを特徴とする。ここで、本発明は、半導体基板にゲート電極、LOCOS酸化膜、ゲート酸化膜、ソース領域及びドレイン領域から構成されるトランジスタが形成された半導体装置であって、前記半導体基板は、素子分離領域を有するSOI基板であり、前記素子分離領域は、前記半導体基板上面において、前記トランジスタを完全に取り囲んでおり、前記ゲート電極と、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の一方である第1領域とは、前記半導体基板上面において、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の他方である第2領域を取り囲むように形成された円弧部及び直線部を有し、前記直線部の一部のゲート電極は、前記LOCOS酸化膜上に形成され、前記直線部の一部以外の他部及び前記円弧部のゲート電極は、前記LOCOS酸化膜及び前記ゲート酸化膜上に形成される構造であって、前記直線部の一部以外の他部及び前記円弧部の長さは、前記第1領域と前記第2領域との間の距離の4倍以上であることを特徴とする半導体装置とすることもできるし、半導体基板にゲート電極、ソース領域及びドレイン領域から構成されるトランジスタが形成された半導体装置であって、前記半導体基板は、素子分離領域を有するSOI基板であり、前記素子分離領域は、前記半導体基板上面において、前記トランジスタを完全に取り囲んでおり、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の一方である第1領域は、前記半導体基板上面において前記ソース領域及び前記ドレイン領域の他方である第2領域を取り囲むように形成された円弧部及び直線部を有し、前記ゲート電極は、前記直線部の一部に沿って形成され、前記直線部の一部以外の他部及び前記円弧部に沿って形成されない構造であって、前記直線部の一部以外の他部及び前記円弧部の長さは、前記第1領域と前記第2領域との間の距離の4倍以上であることを特徴とする半導体装置とすることもできる。また、前記第1領域は、ドレイン領域であってもよい。また、前記半導体基板上面には、前記第1領域を中心として外側に前記ゲート電極が形成されたレーストラック形状の上面パターンが形成されてもよいし、前記半導体基板上面には、櫛形状の前記第1領域及び前記ゲート電極の指状部が互い組み合わさるように対向して形成された形状の上面パターンが形成され、前記指状部の先端部及び前記指状部間の谷部は、曲率を有してもよい。また、前記トランジスタは、さらに、前記ドレイン領域を取り囲むドレインオフセット領域を有してもよいし、前記半導体基板は、素子分離領域を有するSOI基板であり、前記素子分離領域は、前記半導体基板上面において、前記トランジスタを完全に取り囲んでもよい。 In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which a transistor including a gate electrode, a source region, and a drain region is formed on a semiconductor substrate, and the semiconductor substrate includes an element isolation region. The element isolation region completely surrounds the transistor on the upper surface of the semiconductor substrate, and the gate electrode is one of the source region and the drain region on the upper surface of the semiconductor substrate. A second region, which is the other of the source region and the drain region, is formed along a part of the linear portion, and includes the other of the linear portion. a structure that is not formed along the section, the other section and length of the arc portion other than a portion of the straight portion, the second region and the first region Characterized in that it is more than four times of the distance between the. Here, the present invention is a semiconductor device in which a transistor including a gate electrode, a LOCOS oxide film, a gate oxide film, a source region, and a drain region is formed on a semiconductor substrate, and the semiconductor substrate includes an element isolation region. The element isolation region completely surrounds the transistor on the upper surface of the semiconductor substrate, and the gate electrode and the first region that is one of the source region and the drain region are An upper surface of the semiconductor substrate has an arc portion and a straight portion formed so as to surround the second region which is the other of the source region and the drain region, and a part of the gate electrode of the straight portion has the LOCOS oxide film formed thereon, the gate electrode of the other portions and the arcuate portions other than the portion of the straight portion, the LOCOS oxide film and the gate In a structure formed on the oxide film, the other portion and the length of the arc portion other than a portion of the straight portion, or 4 times the distance between the first region and the second region The semiconductor device may be a semiconductor device including a transistor including a gate electrode, a source region, and a drain region formed on a semiconductor substrate, and the semiconductor substrate includes an element isolation region. The element isolation region completely surrounds the transistor on the upper surface of the semiconductor substrate, and the first region that is one of the source region and the drain region is the source on the upper surface of the semiconductor substrate. An arc portion and a straight portion formed so as to surround the second region which is the other of the region and the drain region, and the gate electrode extends along a part of the straight portion. Formed Te, wherein a other part and not formed along the arc portion structure other than a portion of the linear portion, the other portion and the length of the arc portion other than a portion of said straight portion, said first The semiconductor device may be characterized in that it is at least four times the distance between the region and the second region . The first region may be a drain region. In addition, a racetrack-shaped top pattern in which the gate electrode is formed outside the first region may be formed on the semiconductor substrate top surface, and the comb-shaped top pattern may be formed on the semiconductor substrate top surface. An upper surface pattern having a shape formed so as to be opposed to each other so that the first region and the finger-like portions of the gate electrode are combined with each other is formed, and the tip portion of the finger-like portion and the valley portion between the finger-like portions have a curvature. You may have. The transistor may further include a drain offset region surrounding the drain region, the semiconductor substrate is an SOI substrate having an element isolation region, and the element isolation region is formed on an upper surface of the semiconductor substrate. The transistor may be completely surrounded.
これによって、ダイオードとして機能する部分を広範囲にわたって形成することができ、またトランジスタとして機能する部分からの電流回り込みを抑制することができる。よって、オン状態で寄生ダイオードを動作させる場合においても、チャネル電流による電位分布が寄生ダイオードに形成されることがないので、寄生ダイオードのダイオード特性を通常のダイオードと同等にする半導体装置を実現することができる。つまり、寄生ダイオードの電力損失を抑制する半導体装置を実現することができる。 As a result, a portion functioning as a diode can be formed over a wide range, and current flow from a portion functioning as a transistor can be suppressed. Therefore, even when the parasitic diode is operated in the on state, the potential distribution due to the channel current is not formed in the parasitic diode, so that a semiconductor device in which the diode characteristics of the parasitic diode are equivalent to those of a normal diode is realized. Can do. That is, a semiconductor device that suppresses power loss of the parasitic diode can be realized.
また、前記直線部の他部及び前記円弧部の長さは、前記第1領域と前記第2領域との間の距離の4倍以上であってもよい。
これによって、寄生ダイオードの順方向ダイオード電圧を通常のダイオードと同等、つまり、ビルトイン電圧相当分の電圧とほぼ同一にすることができるので、寄生ダイオードの電力損失をさらに抑制する半導体装置を実現することができる。
Further, the length of the other part of the linear part and the arc part may be four times or more the distance between the first area and the second area.
As a result, the forward diode voltage of the parasitic diode can be made equal to that of a normal diode, that is, almost the same as the voltage equivalent to the built-in voltage, so that a semiconductor device that further suppresses the power loss of the parasitic diode is realized. Can do.
また、前記円弧部のゲート電極は、前記LOCOS酸化膜上に形成されてもよい。
これによって、寄生ダイオードの電力損失を抑制する半導体装置を実現することができる。
The gate electrode of the arc portion may be formed on the LOCOS oxide film.
As a result, a semiconductor device that suppresses power loss of the parasitic diode can be realized.
また、前記ゲート電極は、前記円弧部に沿って形成されず、かつ前記円弧部の第1領域と第2領域の間が前記LOCOS酸化膜で形成され、前記円弧部の第1領域と第2領域との間の距離は、前記直線部の他部の第1領域と第2領域との間の距離よりも短くてもよい。 Further, the gate electrode is not formed along the arc portion, and is formed by the LOCOS oxide film between the first region and the second region of the arc portion, and the first region and the second region of the arc portion are formed. The distance between the regions may be shorter than the distance between the first region and the second region in the other part of the linear portion.
これによって、寄生ダイオードの電流能力を向上させ、また、素子面積を縮小する半導体装置を実現することができる。 As a result, it is possible to realize a semiconductor device that improves the current capability of the parasitic diode and reduces the element area.
本発明に係る半導体装置によれば、出力素子としての電流能力の犠牲を小さくしつつ、寄生ダイオードの電力損失を抑制することができる。また、寄生ダイオードの電流能力を向上させ、また、素子面積を縮小することができる。 According to the semiconductor device of the present invention, it is possible to suppress the power loss of the parasitic diode while reducing the sacrifice of the current capability as the output element. Further, the current capability of the parasitic diode can be improved, and the element area can be reduced.
よって、本発明により、寄生ダイオードの電力損失を抑制する半導体装置を提供することが可能となり、実用的価値は極めて高い。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device that suppresses power loss of a parasitic diode, and its practical value is extremely high.
以下、本発明の実施の形態における半導体装置について、図面を参照しながら説明する。
(第1の実施形態)
図1(a)は、第1の実施の形態における高耐圧MOSFETの上面図であり、図1(b)は高耐圧MOSFETの断面図(図1(a)のY−Oにおける断面図)であり、図1(c)は高耐圧MOSFETの断面図(図1(a)のY1−X1における断面図)である。
Hereinafter, semiconductor devices according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1A is a top view of the high breakdown voltage MOSFET in the first embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the high breakdown voltage MOSFET (a cross-sectional view taken along YO in FIG. 1A). FIG. 1C is a cross-sectional view of the high breakdown voltage MOSFET (cross-sectional view taken along Y1-X1 in FIG. 1A).
高耐圧MOSFETは、SOI基板1と、SOI基板1上に形成されたゲート酸化膜11及び厚膜のLOCOS酸化膜12と、LOCOS酸化膜12及びゲート酸化膜11に渡ってLOCOS酸化膜12の一部及びゲート酸化膜11上に形成されたゲート電極13とから構成される。このとき、高耐圧MOSFETの外周は、トレンチ内部に絶縁膜が形成されてなるトレンチ素子分離領域14で取り囲まれている。
The high voltage MOSFET includes an
SOI基板1は、シリコン基板2、埋め込み酸化膜3及びp型活性層4からなり、p型活性層4内には、SOI基板1表面に露出するようにp型ボディー領域5及びn型ドレインオフセット領域6が形成される。n型ドレインオフセット領域6内には、n型ドレインバッファ領域9及びn+型ドレイン領域10が形成される。この構造において、p型ボディー領域5とn型ドレインオフセット領域6との間には寄生ダイオードが形成される。
The
ここで、SOI基板1は、トランジスタとして機能する第1の部分(図1(a)における(A))と、ダイオードとして機能する第2の部分(図1(a)における(B))とで異なる構造のp型ボディー領域5を有する。つまり、第1の部分のSOI基板1は、図1(b)に示されるように、内部にn+型ソース領域7及びp+型ボディーコンタクト領域8が形成されたp型ボディー領域5を有する。第2の部分のSOI基板1は、図1(c)に示されるように、内部にp+型ボディーコンタクト領域8だけが形成されたp型ボディー領域5を有する。
Here, the
ゲート酸化膜11は、SOI基板1表面のうち、p型ボディー領域5を含むチャネルとなる領域の上方に形成される。
LOCOS酸化膜12は、SOI基板1表面のうち、n+型ソース領域7、p+型ボディーコンタクト領域8及びn+型ドレイン領域10が形成されていない領域の上方であり、かつゲート酸化膜11が形成されていない部分に形成される。
The
SOI基板1上面には、図1(a)に示されるように、n+型ドレイン領域10を中心として外側にp型ボディー領域5及びゲート電極13が形成されたレーストラック形状の上面パターンが形成される。つまり、p型ボディー領域5及びゲート電極13によって形成される直線部及びその直線部両端の円弧部が、中心のn+型ドレイン領域10を完全に取り囲む形状の上面パターンが形成される。このとき、第1の部分のp型ボディー領域5は、SOI基板1上面において、レーストラック形状の直線部の一部を形成する。一方、第2の部分のp型ボディー領域5は、レーストラック形状の直線部の他部及び円弧部を形成する。よって、n+型ソース領域7は、レーストラック形状の直線部の一部においてのみ存在し、直線部の他部及び円弧部においては存在しない。
On the top surface of the
ここで、n+型ソース領域7が存在しない直線部の他部及び円弧部の長さ(図1(a)における(C))は、n+型ソース領域7とn+型ドレイン領域10との間の距離(図1(a)における(D))の4倍以上である。
Here, the length of the other part of the straight line portion where the n + -
次に、寄生ダイオードの順方向ダイオード電圧(VF)と、n+型ソース領域7が存在しない直線部の他部及び円弧部の長さとの間の定量的な関係について言及する。
図2は、数値(X)を変化させた場合の寄生ダイオードの順方向ダイオード電圧(VF)の変化を示す図である。なお、数値(X)は、直線部の他部及び円弧部の長さを、n+型ソース領域7とn+型ドレイン領域10との間の距離で割って算出される値である。
Next, a quantitative relationship between the forward diode voltage (VF) of the parasitic diode and the length of the other part of the linear part where the n +
FIG. 2 is a diagram illustrating a change in the forward diode voltage (VF) of the parasitic diode when the numerical value (X) is changed. The numerical value (X) is a value calculated by dividing the length of the other part of the straight line part and the arc part by the distance between the n +
図2に示されるように、直線部の他部及び円弧部の長さが短いと順方向ダイオード電圧(VF)が高くなり、逆にその長さが長くなるにつれて順方向ダイオード電圧(VF)が低くなることが分かる。さらに、数値(X)が4程度になると、順方向ダイオード電圧(VF)はオフ状態での順方向ダイオード電圧とほぼ同一になり、それ以上ではほぼ一定値となることが分かる。つまり、直線部の他部及び円弧部の長さが、n+型ソース領域7とn+型ドレイン領域10との間の距離の4倍以上となった場合に、寄生ダイオードのダイオード特性が通常のダイオードと同等になることがわかる。
As shown in FIG. 2, the forward diode voltage (VF) increases when the length of the other part of the linear portion and the arc portion is short, and conversely, the forward diode voltage (VF) increases as the length increases. It turns out that it becomes low. Further, it can be seen that when the numerical value (X) is about 4, the forward diode voltage (VF) is almost the same as the forward diode voltage in the off state, and is almost constant beyond that. That is, when the length of the other part of the straight part and the arc part is four times the distance between the n + -
以上のように本実施の形態の高耐圧MOSFETによれば、n+型ソース領域7はレーストラック形状の円弧部から直線部の他部に至るまで十分に削除される。よって、ダイオードとして特化させた部分をSOI基板1に広範囲にわたって形成することができ、かつn+型ソース領域7が存在する直線部からの電流回り込みを抑制することができる。したがって、オン状態で寄生ダイオードを動作させる場合においても、チャネル電流による電位分布が寄生ダイオードに形成されず、ダイオード動作を開始する電圧の上昇を防止することができるので、本実施の形態の高耐圧MOSFETは、寄生ダイオードのダイオード特性を通常のダイオードと同等にすることができる。つまり、寄生ダイオードの電力損失を抑制することができる。
As described above, according to the high breakdown voltage MOSFET of the present embodiment, the n +
また、本実施の形態の高耐圧MOSFETは、円弧部を形成するp型ボディー領域5を利用して、ダイオードとして機能する部分をSOI基板1に形成する。しかし、円弧部を形成するp型ボディー領域5を利用して、トランジスタとして機能する部分をSOI基板1に形成する場合には、円弧部において電界強度が強くなるため、耐圧を確保する目的で、円弧部のn+型ソース領域7とn+型ドレイン領域10との間の距離を長く設定する必要がある。よって、本実施の形態の高耐圧MOSFETは、抵抗成分が大きく、電流能力が低いトランジスタを犠牲にしてダイオードとして機能する部分を確保するので、出力素子としての電流能力の犠牲を小さくしつつ、寄生ダイオードの電力損失を抑制することができる。
Further, in the high voltage MOSFET of the present embodiment, a portion functioning as a diode is formed on the
なお、本実施の形態の高耐圧MOSFETにおいて、SOI基板1上面には、ゲート電極13がn+型ドレイン領域10を完全に取り囲む形状、つまりレーストラック形状の上面パターンが形成されるとした。しかし、図3の高耐圧MOSFETの上面図に示されるように、SOI基板1上面には、n+型ドレイン領域10及びゲート電極13が互いに他方を取り囲む形状、つまり櫛形状のn+型ドレイン領域10及びゲート電極13の互いの指状部が組み合わさるように対向して形成された形状の上面パターンが形成されても構わない。このとき、第1の部分(図3における(A))のp型ボディー領域5は、SOI基板1上面において、櫛形状の直線部に沿って形成され、第2の部分(図3における(B))のp型ボディー領域5は、櫛形状の直線部の他部、曲率を有する指状部の先端部及び谷部に沿って形成される。ここで、n+型ソース領域7が存在しない直線部の他部、指状部の先端部及び谷部の長さ(図3における(C))は、n+型ソース領域7とn+型ドレイン領域10との間の距離(図3における(D))の4倍以上とされる。これによって、レーストラック形状の上面パターンが形成される場合と同様に、n+型ソース領域7とn+型ドレイン領域10との対向長を長くしてチャネル幅を大きくし、MOSFETとしての電流能力を向上させることができる。
In the high breakdown voltage MOSFET of the present embodiment, a shape in which the
また、本実施の形態の高耐圧MOSFETにおいて、第1の部分のp型ボディー領域5は、SOI基板1上面でレーストラック形状の直線部の一部を形成し、第2の部分のp型ボディー領域5は、レーストラック形状の直線部の他部及び円弧部を形成するとした。つまり、第1の部分のp型ボディー領域5のn+型ドレイン領域10と対向する部分は、SOI基板1上面で直線状の外周のみを有し、第2の部分のp型ボディー領域5のn+型ドレイン領域10と対向する部分は、円弧状の外周及び直線状の外周を有するとした。しかし、図4の高耐圧MOSFETの上面図に示されるように、第1の部分(図4における(A))のp型ボディー領域5は、SOI基板1上面でレーストラック形状の直線部の一部及び円弧部を形成し、第2の部分(図4における(B))のp型ボディー領域5は、レーストラック形状の直線部の他部を形成しても構わない。つまり、第1の部分のp型ボディー領域5のn+型ドレイン領域10と対向する部分は、SOI基板1上面で円弧状の外周及び直線状の外周を有し、第2の部分のp型ボディー領域5のn+型ドレイン領域10と対向する部分は、直線状の外周のみを有しても構わない。このとき、n+型ソース領域7が存在しない直線部の他部の長さ(図4における(C))は、n+型ソース領域7とn+型ドレイン領域10との間の距離(図4における(D))の4倍以上とされる。
In the high breakdown voltage MOSFET of the present embodiment, the first portion of the p-
同様に、図3に示される高耐圧MOSFETにおいて、第1の部分のp型ボディー領域5は、SOI基板1上面で櫛形状の直線部の一部、指状部の先端部及び谷部に沿って形成され、第2の部分のp型ボディー領域5は、櫛形状の直線部の他部に沿って形成されても構わない。
Similarly, in the high breakdown voltage MOSFET shown in FIG. 3, the p-
(第2の実施形態)
図5(a)は、第2の実施の形態における高耐圧MOSFETの上面図であり、図5(b)は高耐圧MOSFETの断面図(図5(a)のY−Oにおける断面図)であり、図5(c)は高耐圧MOSFETの断面図(図5(a)のY1−X1における断面図)である。以下、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 5A is a top view of the high voltage MOSFET in the second embodiment, and FIG. 5B is a cross-sectional view of the high voltage MOSFET (a cross-sectional view taken along YO in FIG. 5A). FIG. 5C is a cross-sectional view of the high voltage MOSFET (cross-sectional view taken along Y1-X1 in FIG. 5A). The following description will focus on differences from the first embodiment.
高耐圧MOSFETは、SOI基板21と、ゲート酸化膜24及びLOCOS酸化膜22と、ゲート電極23とから構成される。このとき、高耐圧MOSFETの外周は、トレンチ素子分離領域14で取り囲まれている。
The high voltage MOSFET includes an
SOI基板21は、シリコン基板2、埋め込み酸化膜3及びp型活性層4からなり、p型活性層4内には、p型ボディー領域25及びn型ドレインオフセット領域6が形成される。n型ドレインオフセット領域6内には、n型ドレインバッファ領域9及びn+型ドレイン領域10が形成され、p型ボディー領域25内には、n+型ソース領域7及びp+型ボディーコンタクト領域8が形成される。この構造において、p型ボディー領域25とn型ドレインオフセット領域6との間には寄生ダイオードが形成される。
The
ここで、SOI基板21は、図5(b)に示されるように、上面にゲート酸化膜24及びLOCOS酸化膜22を介してゲート電極23が形成された部分、すなわちトランジスタとして機能する第1の部分(図5(a)における(A))と、図5(c)に示されるように、上面にLOCOS酸化膜22を介してゲート電極23が形成された部分、すなわちダイオードとして機能する第2の部分(図5(a)における(B))とを有する。
Here, as shown in FIG. 5B, the
ゲート酸化膜24は、第1の部分のSOI基板21表面のうちの、p型ボディー領域25を含むチャネルとなる領域の上方に形成され、第2の部分のSOI基板21上には形成されない。
The
第1の部分のSOI基板21上のLOCOS酸化膜22は、SOI基板21表面のうち、n+型ソース領域7、p+型ボディーコンタクト領域8及びn+型ドレイン領域10が形成されていない領域の上方であり、かつゲート酸化膜24が形成されていない部分に形成される。一方、第2の部分のSOI基板21上のLOCOS酸化膜22は、SOI基板21表面のうちのn+型ソース領域7、p+型ボディーコンタクト領域8及びn+型ドレイン領域10が形成されていない領域の上方に形成される。
The
第1の部分のSOI基板21上のゲート電極23は、LOCOS酸化膜22及びゲート酸化膜24に渡ってLOCOS酸化膜22の一部及びゲート酸化膜24上に形成される。一方、第2の部分のSOI基板21上のゲート電極23は、LOCOS酸化膜22上にのみ形成される。
The
SOI基板21上面には、図5(a)に示されるように、n+型ドレイン領域10を中心として外側にp型ボディー領域25及びゲート電極23が形成されたレーストラック形状の上面パターンが形成される。このとき、第1の部分のSOI基板21上のゲート電極23は、SOI基板21上面において、レーストラック形状の直線部の一部を形成する。一方、第2の部分のSOI基板21上のゲート電極23は、レーストラック形状の直線部の他部及び円弧部を形成する。よって、レーストラック形状の直線部の他部及び円弧部において、ゲート電極23はLOCOS酸化膜22を介してSOI基板21上に形成され、直線部の一部において、ゲート電極23はゲート酸化膜24及びLOCOS酸化膜22を介してSOI基板21上に形成される。
On the upper surface of the
ここで、レーストラック形状の直線部の他部及び円弧部の長さ(図5(a)における(C))は、n+型ソース領域7とn+型ドレイン領域10との間の距離(図5(a)における(D))の4倍以上の長さである。
Here, the length of the other part of the racetrack-shaped linear part and the arc part ((C) in FIG. 5A) is the distance between the n + -
以上のように本実施の形態の高耐圧MOSFETによれば、レーストラック形状の円弧部から直線部の他部に至るまでの十分な領域において、ゲート電極23はLOCOS酸化膜22を介してSOI基板21上に形成される。よって、本実施の形態の高耐圧MOSFETは、第1の実施の形態と同じ原理により、寄生ダイオードのダイオード特性を通常のダイオードと同等にすることができる。つまり、寄生ダイオードの電力損失を抑制することができる。これは、数nm〜数十nm程度の膜厚のゲート酸化膜24を、数百nm程度の膜厚のLOCOS酸化膜22で置き換えると、ゲート閾値電圧が高くなり、ゲート電極23に電位が与えられても、チャネル電流が流れなくなるからである。
As described above, according to the high breakdown voltage MOSFET of the present embodiment, the
また、本実施の形態の高耐圧MOSFETは、第1の実施の形態と同じ原理により、出力素子としての電流能力の犠牲を小さくしつつ、寄生ダイオードの電力損失を抑制することができる。 In addition, the high voltage MOSFET according to the present embodiment can suppress the power loss of the parasitic diode while reducing the sacrifice of the current capability as the output element based on the same principle as the first embodiment.
(第3の実施形態)
図6(a)は、第3の実施の形態における高耐圧MOSFETの上面図であり、図6(b)は高耐圧MOSFETの断面図(図6(a)のY−Oにおける断面図)であり、図6(c)は高耐圧MOSFETの断面図(図6(a)のY1−X1における断面図)である。以下、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
(Third embodiment)
FIG. 6A is a top view of the high voltage MOSFET in the third embodiment, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the high voltage MOSFET (a cross-sectional view taken along YO in FIG. 6A). FIG. 6C is a cross-sectional view of the high voltage MOSFET (cross-sectional view at Y1-X1 in FIG. 6A). The following description will focus on differences from the first embodiment.
高耐圧NチャネルMOSFETは、SOI基板31と、ゲート酸化膜34及びLOCOS酸化膜12と、ゲート電極33とから構成される。このとき、高耐圧MOSFETの外周は、トレンチ素子分離領域14で取り囲まれている。
The high breakdown voltage N-channel MOSFET includes an
SOI基板31は、シリコン基板2、埋め込み酸化膜3及びp型活性層4からなり、p型活性層4内には、p型ボディー領域35及びn型ドレインオフセット領域6が形成される。n型ドレインオフセット領域6内には、n型ドレインバッファ領域9及びn+型ドレイン領域10が形成され、p型ボディー領域35内には、n+型ソース領域7及びp+型ボディーコンタクト領域8が形成される。この構造において、p型ボディー領域35とn型ドレインオフセット領域6との間には寄生ダイオードが形成される。
The
ここで、SOI基板31は、図6(b)に示されるように、上面にゲート電極33が形成された部分、すなわちトランジスタとして機能する第1の部分(図6(a)における(A))と、図6(c)に示されるように、上面にゲート電極33が形成されない部分、すなわちダイオードとして機能する第2の部分(図6(a)における(B))とを有する。
Here, as shown in FIG. 6B, the
ゲート酸化膜34は、第1の部分のSOI基板31表面のうちの、p型ボディー領域35を含むチャネルとなる領域の上方に形成され、第2の部分のSOI基板31上には形成されない。
The
ゲート電極33は、LOCOS酸化膜12及びゲート酸化膜34に渡って第1の部分のLOCOS酸化膜12の一部及びゲート酸化膜34上に形成され、第2の部分のSOI基板31上には形成されない。
The
SOI基板31上面には、図6(a)に示されるように、n+型ドレイン領域10を中心として外側にp型ボディー領域35及びゲート電極33が形成されたレーストラック形状の上面パターンが形成される。このとき、ゲート電極33は、SOI基板31上面において、レーストラック形状の直線部の一部のみを形成し、直線部の他部及び円弧部を形成しない。
On the upper surface of the
ここで、ゲート電極33が形成しないレーストラック形状の直線部の他部及び円弧部の長さ(図6(a)における(C))は、n+型ソース領域7とn+型ドレイン領域10との間の距離(図6(a)における(D))の4倍以上の長さである。
Here, the length of the other part of the racetrack-shaped linear part and the arc part ((C) in FIG. 6A) not formed by the
以上のように本実施の形態の高耐圧MOSFETによれば、レーストラック形状の円弧部から直線部の他部に至るまでの十分な領域において、ゲート電極33はSOI基板31上に形成されない。よって、本実施の形態の高耐圧MOSFETは、第1の実施の形態と同じ原理により、寄生ダイオードのダイオード特性を通常のダイオードと同等にすることができる。つまり、寄生ダイオードの電力損失を抑制することができる。
As described above, according to the high breakdown voltage MOSFET of the present embodiment, the
また、本実施の形態の高耐圧MOSFETは、第1の実施の形態と同じ原理により、出力素子としての電流能力の犠牲を小さくしつつ、寄生ダイオードの電力損失を抑制することができる。 In addition, the high voltage MOSFET according to the present embodiment can suppress the power loss of the parasitic diode while reducing the sacrifice of the current capability as the output element based on the same principle as the first embodiment.
(第4の実施形態)
図7(a)は、第4の実施の形態における高耐圧MOSFETの上面図であり、図7(b)は高耐圧MOSFETの断面図(図7(a)のY−Oにおける断面図)であり、図7(c)は高耐圧MOSFETの断面図(図7(a)のY1−X1における断面図)である。以下、第3の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 7A is a top view of the high voltage MOSFET in the fourth embodiment, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the high voltage MOSFET (a cross-sectional view taken along YO in FIG. 7A). FIG. 7C is a cross-sectional view of the high voltage MOSFET (cross-sectional view at Y1-X1 in FIG. 7A). In the following, a description will be given focusing on differences from the third embodiment.
高耐圧NチャネルMOSFETは、SOI基板41と、ゲート酸化膜34及びLOCOS酸化膜42と、ゲート電極33と、n+型ソース領域7、p+型ボディーコンタクト領域8及びn+型ドレイン領域10と接続された金属配線45とから構成される。このとき、高耐圧MOSFETの外周は、トレンチ素子分離領域14で取り囲まれている。
The high breakdown voltage N-channel MOSFET includes an
SOI基板41は、シリコン基板2、埋め込み酸化膜3及びp型活性層4からなり、p型活性層4内には、p型ボディー領域35及びn型ドレインオフセット領域6が形成される。n型ドレインオフセット領域6内には、n型ドレインバッファ領域9及びn+型ドレイン領域10が形成され、p型ボディー領域35内には、n+型ソース領域7及びp+型ボディーコンタクト領域8が形成される。この構造において、p型ボディー領域35とn型ドレインオフセット領域6との間には寄生ダイオードが形成される。
The
ここで、SOI基板41は、トランジスタとして機能する第1の部分(図7(a)における(A))とダイオードとして機能する第2の部分(図7(a)における(B))とで異なる構造を有する。つまり、図7(c)に示される第2の部分のn+型ソース領域7とn+型ドレイン領域10との間の距離は、図7(b)に示される第1の部分のn+型ソース領域7とn+型ドレイン領域10との間の距離よりも短い。これは、ゲート電極33下の電界強度、特にLOCOSバーズピーク端の電界強度が高耐圧素子としてのオフ耐圧決定要因の一つであり、ゲート電極33が無ければその電界強度が十分緩和されることから、ゲート電極33がある場合には耐圧を維持するために必要であったn+型ソース領域7とn+型ドレイン領域10との間の距離を短くしても耐圧維持が可能となるからである。
Here, the
第1の部分のSOI基板41上のLOCOS酸化膜42は、SOI基板41表面のうちのn+型ソース領域7、p+型ボディーコンタクト領域8及びn+型ドレイン領域10が形成されていない領域の上方であり、かつゲート酸化膜34が形成されていない部分に形成される。一方、第2の部分のSOI基板41上のLOCOS酸化膜42は、SOI基板41表面のうちのn+型ソース領域7、p+型ボディーコンタクト領域8及びn+型ドレイン領域10の間の領域を覆うように形成される。さらに、第2の部分のSOI基板41上のLOCOS酸化膜42はSOI基板41表面のうちのn+型ソース領域7まで形成してもよい。つまり、p+型ボディーコンタクト領域8及びn+型ドレイン領域10が形成されていない領域の上方に形成される構造としてもよい。
The
金属配線45は、第2の部分のLOCOS酸化膜42上に形成される。これによって、金属配線45をフィールドプレートとして組み合わせて利用することができるので、効果的な耐圧維持が可能となる。
The
SOI基板41上面には、図7(a)に示されるように、n+型ドレイン領域10を中心として外側にp型ボディー領域35及びゲート電極33が形成されたレーストラック形状の上面パターンが形成される。このとき、ゲート電極33は、SOI基板41上面において、レーストラック形状の直線部の一部のみを形成し、直線部の他部及び円弧部を形成しない。
On the upper surface of the
ここで、ゲート電極33が形成しないレーストラック形状の直線部の他部及び円弧部の長さ(図7(a)における(C))は、n+型ソース領域7とn+型ドレイン領域10との間の距離(図7(a)における(D))の4倍以上の長さである。
Here, the length of the other part of the racetrack-shaped linear part and the arc part ((C) in FIG. 7A) not formed by the
以上のように本実施の形態の高耐圧MOSFETは、第3の実施の形態と同じ原理により、寄生ダイオードのダイオード特性を通常のダイオードと同等にすることができる。つまり、寄生ダイオードの電力損失を抑制することができる。 As described above, the high-breakdown-voltage MOSFET according to the present embodiment can make the diode characteristics of the parasitic diode equivalent to that of a normal diode based on the same principle as that of the third embodiment. That is, the power loss of the parasitic diode can be suppressed.
また、本実施の形態の高耐圧MOSFETは、第3の実施の形態と同じ原理により、出力素子としての電流能力の犠牲を小さくしつつ、寄生ダイオードの電力損失を抑制することができる。 Further, the high voltage MOSFET of the present embodiment can suppress the power loss of the parasitic diode while reducing the sacrifice of the current capability as the output element based on the same principle as that of the third embodiment.
また、本実施の形態の高耐圧MOSFETによれば、ダイオードとして機能する第2の部分のn+型ソース領域7とn+型ドレイン領域10との間の距離は、トランジスタとして機能する第1の部分のn+型ソース領域7とn+型ドレイン領域10との間の距離よりも短い。よって、本実施の形態の高耐圧MOSFETは、ダイオードの電流能力を向上させることができる。また、耐圧を確保する目的で長いソース−ドレイン間距離が設定される円弧部のn+型ソース領域7とn+型ドレイン領域10との間の距離を短くすることができるので、素子面積を縮小することができる。
Further, according to the high breakdown voltage MOSFET of the present embodiment, the distance between the n + -
以上、本発明に係る高耐圧MOSFETについて実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形または修正が可能であることはいうまでもない。 As described above, the high voltage MOSFET according to the present invention has been described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications or corrections can be made without departing from the scope of the present invention. Needless to say, this is possible.
例えば、上記実施の形態では、SOI基板上面には、n+型ドレイン領域を中心として外側にp型ボディー領域が形成されたレーストラック形状の上面パターンが形成されるとしたが、p型ボディー領域を中心として外側にn+型ドレイン領域が形成されたレーストラック形状の上面パターンが形成されてもよく、同様の効果が得られる。つまり、p型ボディー領域とn+型ドレイン領域とを入れ替えた構成でも同様の効果が得られる。 For example, in the above embodiment, the upper surface of the SOI substrate is formed with the racetrack-shaped upper surface pattern in which the p-type body region is formed outside the n + -type drain region. A racetrack-shaped upper surface pattern in which an n + -type drain region is formed on the outer side with respect to may be formed, and the same effect can be obtained. That is, the same effect can be obtained even when the p-type body region and the n + -type drain region are interchanged.
本発明は、半導体装置に利用でき、特にプラズマディスプレイ駆動用のスキャンドライバーICの高耐圧パワー素子に用いられる高耐圧MOSFET等に利用することができる。 The present invention can be used for a semiconductor device, and in particular, can be used for a high voltage MOSFET used for a high voltage power element of a scan driver IC for driving a plasma display.
1、21、31、41、101 SOI基板
2、102 シリコン基板
3、103 埋め込み酸化膜
4、104 p型活性層
5、25、35、105 p型ボディー領域
6、106 n型ドレインオフセット領域
7、107 n+型ソース領域
8、108 p+型ボディーコンタクト領域
9、109 n型ドレインバッファ領域
10、110 n+型ドレイン領域
11、24、34、111 ゲート酸化膜
12、22、42、112 LOCOS酸化膜
13、23、33、113 ゲート電極
14 トレンチ素子分離領域
45 金属配線
1, 21, 31, 41, 101
Claims (14)
前記半導体基板は、素子分離領域を有するSOI基板であり、
前記素子分離領域は、前記半導体基板上面において、前記トランジスタを完全に取り囲んでおり、
前記ゲート電極は、前記半導体基板上面において前記ソース領域及び前記ドレイン領域の一方である第1領域を取り囲むように形成された円弧部及び直線部を有し、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域の他方である第2領域は、前記直線部の一部に沿って形成され、前記直線部の一部以外の他部に沿って形成されない構造であって、
前記直線部の一部以外の他部及び前記円弧部の長さは、前記第1領域と前記第2領域との間の距離の4倍以上である
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device in which a transistor including a gate electrode, a source region, and a drain region is formed on a semiconductor substrate,
The semiconductor substrate is an SOI substrate having an element isolation region;
The element isolation region completely surrounds the transistor on the upper surface of the semiconductor substrate,
The gate electrode has an arc part and a straight part formed so as to surround the first region which is one of the source region and the drain region on the upper surface of the semiconductor substrate,
The second region, which is the other of the source region and the drain region, is formed along a part of the straight part and is not formed along any part other than a part of the straight part,
The length of the other part than the part of the straight part and the arc part is four times or more the distance between the first region and the second region.
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the first region is a drain region.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a racetrack-shaped upper surface pattern in which the gate electrode is formed outside the first region as a center is formed on the upper surface of the semiconductor substrate.
前記指状部の先端部及び前記指状部間の谷部は、曲率を有する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 On the upper surface of the semiconductor substrate, an upper surface pattern having a shape formed so as to face each other so that the comb-shaped first region and the finger-like portions of the gate electrode are combined with each other is formed.
The semiconductor device according to claim 1, wherein a tip portion of the finger-like portion and a valley portion between the finger-like portions have a curvature.
前記半導体基板は、素子分離領域を有するSOI基板であり、
前記素子分離領域は、前記半導体基板上面において、前記トランジスタを完全に取り囲んでおり、
前記ゲート電極と、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の一方である第1領域とは、前記半導体基板上面において、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の他方である第2領域を取り囲むように形成された円弧部及び直線部を有し、
前記直線部の一部のゲート電極は、前記LOCOS酸化膜及び前記ゲート酸化膜上に形成され、
前記直線部の一部以外の他部及び前記円弧部のゲート電極は、前記LOCOS酸化膜上に形成される構造であって、
前記直線部の一部以外の他部及び前記円弧部の長さは、前記第1領域と前記第2領域との間の距離の4倍以上である
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device in which a transistor comprising a gate electrode, a LOCOS oxide film, a gate oxide film, a source region and a drain region is formed on a semiconductor substrate,
The semiconductor substrate is an SOI substrate having an element isolation region;
The element isolation region completely surrounds the transistor on the upper surface of the semiconductor substrate,
The gate electrode and the first region which is one of the source region and the drain region are arcs formed so as to surround the second region which is the other of the source region and the drain region on the upper surface of the semiconductor substrate. Part and straight part,
A part of the gate electrode of the linear portion is formed on the LOCOS oxide film and the gate oxide film;
The gate electrode of the arc part other than the part of the linear part is formed on the LOCOS oxide film,
The length of the other part than the part of the straight part and the arc part is four times or more the distance between the first region and the second region.
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 5 , wherein the second region is a drain region.
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の半導体装置。 The semiconductor substrate on the upper surface, the semiconductor device according to claim 5 or 6, characterized in that the upper surface pattern racetrack shape in which the gate electrode to the outside is formed around the second region.
前記指状部の先端部及び前記指状部間の谷部は、曲率を有する
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の半導体装置。 On the upper surface of the semiconductor substrate, an upper surface pattern having a shape formed so as to be opposed to each other so that the comb-shaped second region and the finger-shaped portions of the gate electrode are combined with each other is formed.
Valleys between the tip of the fingers and the fingers A semiconductor device according to claim 5 or 6, characterized in that it has a curvature.
前記半導体基板は、素子分離領域を有するSOI基板であり、
前記素子分離領域は、前記半導体基板上面において、前記トランジスタを完全に取り囲んでおり、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域の一方である第1領域は、前記半導体基板上面において前記ソース領域及び前記ドレイン領域の他方である第2領域を取り囲むように形成された円弧部及び直線部を有し、
前記ゲート電極は、前記直線部の一部に沿って形成され、前記直線部の一部以外の他部及び前記円弧部に沿って形成されない構造であって、
前記直線部の一部以外の他部及び前記円弧部の長さは、前記第1領域と前記第2領域との間の距離の4倍以上である
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device in which a transistor including a gate electrode, a source region, and a drain region is formed on a semiconductor substrate,
The semiconductor substrate is an SOI substrate having an element isolation region;
The element isolation region completely surrounds the transistor on the upper surface of the semiconductor substrate,
The first region that is one of the source region and the drain region has an arc portion and a straight line portion that are formed so as to surround the second region that is the other of the source region and the drain region on the upper surface of the semiconductor substrate. ,
The gate electrode is formed along a part of the linear part and is not formed along the arc part other than the part of the linear part,
The length of the other part than the part of the straight part and the arc part is four times or more the distance between the first region and the second region.
前記円弧部の第1領域と第2領域との間の距離は、前記直線部の一部の第1領域と第2領域との間の距離よりも短い
ことを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。 The gate electrode is not formed along the arc portion, and the LOCOS oxide film is formed between the first region and the second region of the arc portion,
The distance between the first region and the second region of the arcuate portion, according to claim 9, characterized in that less than the distance between the portion of the first region and the second region of the straight portion Semiconductor device.
ことを特徴とする請求項9又は10に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 9 , wherein the second region is a drain region.
ことを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の半導体装置。 Wherein the semiconductor substrate upper surface, to any one of claims 9 to 11, characterized in that the upper surface pattern of the racetrack-shaped first area is formed outside around the second region is formed The semiconductor device described.
前記指状部の先端部及び前記指状部間の谷部は、曲率を有する
ことを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の半導体装置。 On the upper surface of the semiconductor substrate, an upper surface pattern having a shape formed so as to oppose each other so that the finger-shaped portions of the first region and the second region of the comb shape are combined with each other,
The semiconductor device according to claim 9, wherein a tip portion of the finger-like portion and a valley portion between the finger-like portions have a curvature.
ことを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の半導体装置。 The transistor further semiconductor device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that a drain offset region surrounding said drain region.
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