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JPH0564470B2 - - Google Patents
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JPH0564470B2 - - Google Patents

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JPH0564470B2
JPH0564470B2 JP59123230A JP12323084A JPH0564470B2 JP H0564470 B2 JPH0564470 B2 JP H0564470B2 JP 59123230 A JP59123230 A JP 59123230A JP 12323084 A JP12323084 A JP 12323084A JP H0564470 B2 JPH0564470 B2 JP H0564470B2
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JP
Japan
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field plate
drain
potential
capacitively coupled
voltage
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Masao Fukuma
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Nippon Electric Co Ltd
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/601Insulated-gate field-effect transistors [IGFET] having lightly-doped drain or source extensions, e.g. LDD IGFETs or DDD IGFETs 
    • H10D30/603Insulated-gate field-effect transistors [IGFET] having lightly-doped drain or source extensions, e.g. LDD IGFETs or DDD IGFETs  having asymmetry in the channel direction, e.g. lateral high-voltage MISFETs having drain offset region or extended drain IGFETs [EDMOS]
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/611Insulated-gate field-effect transistors [IGFET] having multiple independently-addressable gate electrodes influencing the same channel

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔利用分野〕 本発明はゲート酸化膜厚が薄いにもかかわらず
ドレイン側でのゲート酸化膜のブレークダウンを
有効に抑制した高耐圧MISトランジスタに関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application] The present invention relates to a high voltage MIS transistor that effectively suppresses breakdown of the gate oxide film on the drain side despite the thin gate oxide film thickness.

〔従来技術の問題点〕[Problems with conventional technology]

高耐圧用MISトランジスタはドレイン耐圧を上
げ、かつオン抵抗を下げるために構造上の種々の
工夫を必要とする。例えばドレイン領域をチヤネ
ル領域に向つて延長し、この領域の不純物濃度を
低めにセツトし、(一般にこの部分を延長ドレイ
ン領域という)ゲート電極はソール側にのみ配し
た構造がある。この構造では、延長ドレイン領域
でドレイン電圧が徐々に吸収されるため、入力ゲ
ート電極が存在する部分のドレイン側に於けるチ
ヤネルポテンシヤルはトランジスタがオフ時に於
ても低く設定できる。しかし一般に延長ドレイン
領域の上は解放された状態にあるので、延長ドレ
イン中の電位分布は真のドレイン端近くで急上昇
し、従つて電解も高くなり、耐圧をそれ程高くす
ることはできない。
High-voltage MIS transistors require various structural improvements to increase drain breakdown voltage and lower on-resistance. For example, there is a structure in which the drain region is extended toward the channel region, the impurity concentration in this region is set to be low (this part is generally referred to as the extended drain region), and the gate electrode is disposed only on the sole side. In this structure, the drain voltage is gradually absorbed in the extended drain region, so that the channel potential on the drain side where the input gate electrode is present can be set low even when the transistor is off. However, since the top of the extended drain region is generally in an open state, the potential distribution in the extended drain rises rapidly near the true drain edge, and therefore the electrolysis also becomes high, and the withstand voltage cannot be made that high.

そこで一般には第1図に示す様に、いわゆるフ
イールドプレート11をドレイン3側に付ける。
フイールドプレート11の電位はつねにドレイン
電圧に等しいので、ゲート直下に於て延長ドレイ
ン10中特に真のドレインに近い部分の横方向電
解を緩和し、耐圧を高めることが可能である。図
中、1は基板、2はソース、4は入力ゲートであ
る。しかし今度はフイールドプレート11のソー
ス2側のエツジではチヤネルの電位が低いにもか
かわらず、フイールドプレート11の電位はドレ
イン電圧に等しいので、ゲート酸化膜が薄いと酸
化膜耐圧の問題が生じることになる。
Therefore, as shown in FIG. 1, a so-called field plate 11 is generally attached to the drain 3 side.
Since the potential of the field plate 11 is always equal to the drain voltage, it is possible to alleviate the lateral electrolysis in the extended drain 10 directly under the gate, particularly in the portion near the real drain, and to increase the withstand voltage. In the figure, 1 is a substrate, 2 is a source, and 4 is an input gate. However, even though the channel potential is low at the edge of the field plate 11 on the source 2 side, the potential of the field plate 11 is equal to the drain voltage, so if the gate oxide film is thin, there will be a problem with the oxide film breakdown voltage. Become.

そこで第2図に示す様にフイールドプレート1
2を抵抗性の物質例えば高抵抗ポリシリコンで形
成し、ソース2に近い側を一定電位例えばグラウ
ンドに接地させることにより、フイールドプレー
ト12中に電位勾配を設け、延長ドレイン10中
の横方向の電解を緩和すると同時にゲート酸化膜
中の縦方向の電界も緩和する方法がある。この方
法は、高耐圧化には非常に有効であるが、抵抗性
のゲート4中の電位分布が線形であるため必ずし
もチヤネルの電位と一致せず、電界緩和効果を最
大限には発揮できないこと、又抵抗性ゲートを流
れる電流は、そのままドレインリーク電流とな
り、使用方法が限定されるなどの問題があつた。
Therefore, as shown in Figure 2, field plate 1
2 is made of a resistive material, such as high-resistance polysilicon, and the side close to the source 2 is grounded to a constant potential, such as ground, thereby creating a potential gradient in the field plate 12 and reducing the lateral electrolysis in the extended drain 10. There is a method of relaxing the vertical electric field in the gate oxide film at the same time. This method is very effective in increasing the withstand voltage, but because the potential distribution in the resistive gate 4 is linear, it does not necessarily match the channel potential, and the electric field relaxation effect cannot be maximized. In addition, the current flowing through the resistive gate becomes a drain leak current, which limits the way it can be used.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は充分低いオン抵抗を得るために
ゲート酸化膜を薄くした場合に於ても、ドレイン
耐圧を最大にせしめかつドレインのリーク電流は
事実上無視し得る高耐圧MISトランジスタを提供
することにある。
An object of the present invention is to provide a high-voltage MIS transistor that can maximize drain breakdown voltage and virtually ignore drain leakage current even when the gate oxide film is thinned to obtain sufficiently low on-resistance. It is in.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

本発明によるMISトランジスタは、チヤネル方
向に沿つて2つ以上に分割されたフイールドプレ
ートを備え、最もソースに近いフイールドプレー
トが一定電位に固定されあるいは容量結合され、
最もドレインに近いフイールドプレートがドレイ
ンとコンタクトされあるいは容量結合されるとと
もに、両隣りのフイールドプレートが互いに強く
容量結合していることを特徴としている。
The MIS transistor according to the present invention has a field plate divided into two or more along the channel direction, and the field plate closest to the source is fixed at a constant potential or capacitively coupled,
It is characterized in that the field plate closest to the drain is in contact with or capacitively coupled to the drain, and the field plates on both sides are strongly capacitively coupled to each other.

〔発明の原理〕[Principle of the invention]

次に本発明の原理を説明する。本発明の構成は
第3図に示す通りである。
Next, the principle of the present invention will be explained. The configuration of the present invention is as shown in FIG.

すなわち延長ドレイン10上には、いくつかに
分断されたフイールドプレート5,6及び7,7
…が形成され、各々は互に隣同志と強く容量結合
している。8は結合容量を示す。この図では一端
のフイールドプレート5はドレイン3に、又他端
のフイールドプレート6はある定められた一定電
位の電源9にコンタクトしているが、これは各々
容量結合していてもかまわない。ここでより一般
性を持たせるためにフイールドプレート6を1番
目とし、フイールドプレート5をN番目になる様
に順に番号を割り当てる。i番目とi+1番目の
フイールドプレートとの間に存在する結合容量を
Ciとする。
That is, on the extended drain 10 are field plates 5, 6 and 7, 7 divided into several parts.
... are formed, and each is strongly capacitively coupled to its neighbors. 8 indicates the coupling capacity. In this figure, the field plate 5 at one end is in contact with the drain 3, and the field plate 6 at the other end is in contact with a power supply 9 having a certain fixed potential, but these may be capacitively coupled to each other. Here, in order to have more generality, numbers are assigned in order such that field plate 6 is numbered 1 and field plate 5 is numbered N. The coupling capacitance existing between the i-th and i+1-th field plate is
Let it be C i .

第3図の等価回路を示す第4図から容易にわか
る様にi番目フイールドプレートの電位Viは一般
に次の様に与えられる。第4図中13はフイール
ドプレート6に対するノード、14はフイールド
プレート5に対するノードである。
As can be easily seen from FIG. 4 showing the equivalent circuit of FIG. 3, the potential V i of the i-th field plate is generally given as follows. In FIG. 4, 13 is a node for the field plate 6, and 14 is a node for the field plate 5.

ここでVDはドレイン電圧、VOは電源9の電圧
である。VOはVDの最大値に比べて充分小さく設
定する。iが大きくなると分母の第1項は小さく
なり第2項及び分子は大きくなるのでViはVD
近づく。iが小さい場合はこの逆になるのでVi
VOに近づく。従つて延長ドレイン10上の各フ
イールドプレートの電位をソース2に近い方から
ドレイン電極に向つて徐々に増加させることが可
能である。もし各結合容量を適切に選べはその増
加のさせ方をコントロールすることも可能であ
る。従つてチヤネル電位の空間分布に対応した電
位を各フイールドプレートにセツトすることがで
き、フイールドプレートとして延長ドレイン中で
の電界を弱めると同時にゲート酸化膜中の電界
も、低く設定することが可能になる。
Here, V D is the drain voltage, and V O is the voltage of the power supply 9. V O is set sufficiently small compared to the maximum value of V D. As i becomes larger, the first term of the denominator becomes smaller and the second term and numerator become larger, so that V i approaches V D . When i is small, the opposite is true, so V i is
Get closer to V O. Therefore, it is possible to gradually increase the potential of each field plate on the extended drain 10 from the side closer to the source 2 toward the drain electrode. If each coupling capacitance is appropriately selected, it is also possible to control how it increases. Therefore, it is possible to set a potential corresponding to the spatial distribution of the channel potential on each field plate, and as a field plate, it is possible to weaken the electric field in the extended drain and at the same time set the electric field in the gate oxide film to be low. Become.

しかも各フイールドプレートは単に容量結合し
ているだけなので、ドレインに於けるリール電流
は本来のトランジスタに寄因するもの(たとえば
基板へ流れるリーク電流)だけでありごく小さく
抑えることができる。
Moreover, since each field plate is simply capacitively coupled, the reel current at the drain is only caused by the original transistor (for example, leakage current flowing to the substrate) and can be kept very small.

〔実施例〕 第5図a,bに本発明の実施例を示す。aは平
面図、bはそれに対応する断面図である。本トラ
ンジスタでは延長ドレイン30上のフイールドプ
レート(ポリシリコンで形成)26,27,27
…はずべてコンタクトが取られ、金属配線31〜
35で外に取り出される。25は最もドレイン2
3側に近いフイールドプレート、26は延長ドレ
イン30上の最もソース22側に近いフイールド
プレートを示している。24は入力ゲートであ
る。各フイールドプレート間隔はできるだけ狭い
方が良いが、一応の目安としてゲート酸化膜厚程
度例えば2000Åで良い。これは電子ビーム露光及
びドライエツチング等で実現できる。ここで金属
配線31と32,32と33,33と34,34
と35の間にゲート容量に比べて充分大きな容量
41〜44を外付けする。このとき容量比を、順
に1:2:4:4にする。外付け容量は例えばセ
ラミツクコンデンサーを使えば良い。又金属配線
35には入力ゲート24に加わるハイレベルの電
圧と等しい電圧例えば10V程度を与えておく。以
上により、本発明の構成が実現できる。
[Example] Figures 5a and 5b show an example of the present invention. A is a plan view, and b is a corresponding cross-sectional view. In this transistor, the field plates (formed of polysilicon) 26, 27, 27 on the extended drain 30
...Contacts are made in all cases, and metal wiring 31~
It is taken out at 35. 25 is the drainest 2
The field plate closest to the source 22 side, 26, is the field plate closest to the source 22 side on the extended drain 30. 24 is an input gate. The distance between each field plate should be as narrow as possible, but as a rough guide, the gate oxide film thickness may be about 2000 Å, for example. This can be achieved by electron beam exposure, dry etching, etc. Here, metal wiring 31 and 32, 32 and 33, 33 and 34, 34
Capacitors 41 to 44, which are sufficiently larger than the gate capacitance, are externally connected between and 35. At this time, the capacity ratio is set to 1:2:4:4 in this order. For example, a ceramic capacitor can be used as an external capacitor. Further, a voltage equal to the high level voltage applied to the input gate 24, for example, about 10 V, is applied to the metal wiring 35. As described above, the configuration of the present invention can be realized.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

前述した実施例についてみれば、延長ドレイン
上のフイールドプレート27の電位はドレインに
近い方から、それぞれ0.5(VD−VO)+VO、0.25
(VD−VO)+VO、0.125(VD−VO)+VOとなる。一
方トランジスタがオフしているときの延長ドレイ
ン中の電位分布は、ほぼ距離の2乗で上昇する。
従つてVD>>VOの場合、フイールドプレート2
7の各電位はその直下のチヤネル電位にほぼ等し
くなる。このため本発明によれば、フイールドプ
レート効果が充分発揮できると共にゲート酸化膜
中の電界も低く、トランジスタのドレイン耐圧と
しては最大の値が容易に得られることになる。し
かも各フイールドプレートは全て容量結合してい
るだけなのでリーク電流は本質的になく、応用が
限定されることもない。
Regarding the embodiment described above, the potentials of the field plate 27 on the extended drain are 0.5 (V D - V O ) + V O and 0.25, respectively, from the side closest to the drain.
(V D −V O )+V O , 0.125(V D −V O )+V O . On the other hand, when the transistor is off, the potential distribution in the extended drain increases approximately as the square of the distance.
Therefore, if V D >> V O , field plate 2
Each potential of 7 is approximately equal to the channel potential immediately below it. Therefore, according to the present invention, the field plate effect can be sufficiently exerted, and the electric field in the gate oxide film is also low, so that the maximum drain breakdown voltage of the transistor can be easily obtained. Moreover, since each field plate is only capacitively coupled, there is essentially no leakage current, and the applications are not limited.

以上の説明では説明の便宜上典型的でしかも簡
便な1つの実施例についてのみ述べて来たが、本
発明はこの様な実施例についてのみ限定されるも
のではない。例えば最もドレイン電極に近いフイ
ールドプレートは、ドレインとコンタクトせずに
容量結合していても良く、この様な変形も当然本
発明に含まれる。
In the above description, only one typical and simple embodiment has been described for convenience of explanation, but the present invention is not limited to such an embodiment. For example, the field plate closest to the drain electrode may be capacitively coupled without contacting the drain, and such a modification is naturally included in the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来のフイールドプレート付トランジ
スタの断面図、第2図は従来の抵抗性フイールド
プレート付トランジスタの断面図、第3図は本発
明の構造のトランジスタの断面図、第4図はその
動作原理を説明するための等価回路、第5図aは
本発明の典型的実施例の平面図、bはaの一部断
面図である。 1……基板、2……ソース、3……ドレイン、
4……入力ゲート、5……最もドレイン側に近い
フイールドプレート、6……延長ドレイン上の最
もソースに近いフイールドプレート、7……分割
されたフイールドプレート、8……結合容量、9
……バイアス電源、10……延長ドレイン、13
……フイールドプレート6に対応するノード、1
4……フイールドプレート5に対応するノード、
21……基板、22……ソース、23……ドレイ
ン、24……入力ゲート、25……最もドレイン
側に近いフイールドプレート、26……延長ドレ
イン上の最もソースに近いフイールドプレート、
27……分割されたフイールドプレート、30…
…延長ドレイン、31,32,33,34……2
7にコンタクトされた金属配線、35……26に
コンタクトされた金属配線、41,42,43,
44……結合容量。
Fig. 1 is a sectional view of a conventional transistor with a field plate, Fig. 2 is a sectional view of a conventional transistor with a resistive field plate, Fig. 3 is a sectional view of a transistor with the structure of the present invention, and Fig. 4 is its operation. An equivalent circuit for explaining the principle, FIG. 5a is a plan view of a typical embodiment of the present invention, and FIG. 5b is a partial sectional view of a. 1...Substrate, 2...Source, 3...Drain,
4... Input gate, 5... Field plate closest to the drain side, 6... Field plate closest to the source on the extended drain, 7... Divided field plate, 8... Coupling capacitance, 9
...Bias power supply, 10...Extended drain, 13
...Node corresponding to field plate 6, 1
4...Node corresponding to field plate 5,
21...Substrate, 22...Source, 23...Drain, 24...Input gate, 25...Field plate closest to the drain side, 26...Field plate closest to the source on the extended drain,
27...Divided field plate, 30...
...Extended drain, 31, 32, 33, 34...2
Metal wiring contacted to 7, 35...Metal wiring contacted to 26, 41, 42, 43,
44...Coupling capacity.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 チヤネル方向に沿つて2つ以上に分割された
フイールドプレートを備え、最もソースに近いフ
イールドプレートが一定電位に固定されあるいは
容量結合され、最もドレインに近いフイールドプ
レートがドレインとコンタクトされあるいは容量
結合されるとともに、両隣りのフイールドプレー
トが互いに強く容量結合していることを特徴とす
るMISトランジスタ。
1 A field plate divided into two or more along the channel direction, the field plate closest to the source being fixed at a constant potential or capacitively coupled, and the field plate closest to the drain being in contact with the drain or capacitively coupled. MIS transistors are characterized by the fact that the field plates on both sides are strongly capacitively coupled to each other.
JP59123230A 1984-06-15 1984-06-15 Mis transistor Granted JPS613458A (en)

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JPS613458A JPS613458A (en) 1986-01-09
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