JPH0974190A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0974190A
JPH0974190A JP7229181A JP22918195A JPH0974190A JP H0974190 A JPH0974190 A JP H0974190A JP 7229181 A JP7229181 A JP 7229181A JP 22918195 A JP22918195 A JP 22918195A JP H0974190 A JPH0974190 A JP H0974190A
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JP
Japan
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drift layer
well region
semiconductor device
region
channel
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JP7229181A
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English (en)
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Toshiyuki Morishita
敏之 森下
Hitoshi Yamaguchi
仁 山口
Keimei Himi
啓明 氷見
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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    • 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]
    • H10D30/64Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/65Lateral DMOS [LDMOS] FETs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01Manufacture or treatment
    • H10D30/021Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
    • H10D30/028Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of double-diffused metal oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/0281Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of double-diffused metal oxide semiconductor [DMOS] FETs of lateral DMOS [LDMOS] FETs
    • HELECTRICITY
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    • H10D30/657Lateral DMOS [LDMOS] FETs having substrates comprising insulating layers, e.g. SOI-LDMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/111Field plates
    • H10D64/117Recessed field plates, e.g. trench field plates or buried field plates

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  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】ドリフト層の薄い濃度、浅い拡散深さにより完
全空乏化し耐圧が向上する反面、ドリフト層の抵抗値が
大きくなり、半導体装置の電流能力を低下させ、電流能
力を優先させて、ドリフト層の濃い濃度で深い拡散深さ
により電流能力が向上するがウエル領域が基板側のPN
接合から離れ耐圧が低下する。 【解決手段】ソース領域5を中央部に有するLDMOS
半導体装置の該ソース領域の中心部に導電体の柱状トレ
ンチ1を設け、トレンチの電位を制御し、ソース5と基
板9を接地電位、ドレイン6に正電位を印加し、トレン
チを接地電位の時に、チャネル7近傍の空乏層が接地電
位で囲まれ、本来、チャネル7とウエル領域14のPN
接合に沿った形で広がる空乏層が、周囲の接地電位の影
響でチャネル側と基板側の空乏層が低いソース・ドレイ
ン間電圧でも合成し易くなり、ドリフト層10が完全空
乏化し、電界集中が緩和されて耐圧が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、MOS構造の半導
体装置を高耐圧化する構造の改善に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、MOS構造の半導体装置を高耐圧
化するものとして、例えば、特公昭59−24550号
公報に記載されるような横型電界効果型トランジスタ若
しくは、LDMOS半導体装置(Lateral dobule-diffu
sed MOS;横形2重拡散MOSトランジスタ)と称さ
れる構造の半導体装置がある。
【0003】このLDMOS半導体装置は、例えば、図
7に示すように、半導体基板9にドリフト層10とウエ
ル領域14を形成し、厚い酸化膜13、ゲート酸化膜1
2、ゲート電極11を形成した後に、さらにDSA法に
よってチャンネル7を形成してソース5及びドレイン6
を形成することで得ることができる。この方法で得られ
たLDMOS半導体装置は、DSA法を用いているた
め、チャネル長が短くでき高速化や低抵抗化が実現され
る。また、オフセットゲート構造により、ゲート11近
傍の電界集中が緩和できるため、高耐圧化も同時に達成
される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
のLDMOS構造は、電界集中の緩和のために、オフセ
ットゲートの手法を用いており、また、ボトム部分での
電界集中の緩和には、チャネル7と同じ部位に同型不純
物層を合成させて、空乏層を効率よく広げるという手法
を用いていた。
【0005】例えば、ドリフト層の表面濃度=5×10
16cm-3として、拡散深さを8μmとし、ソース5とゲ
ート11と基板9を接地電位とし、ドレイン6に200
Vの電位を与えた場合の空乏層の広がりを図8に示す。
【0006】一般に、耐圧を向上させるには、ドリフト
層10の濃度を薄く、拡散深さを浅くして、空乏層が容
易に広がるようにして、ドリフト層10を完全空乏化す
ることで達成できる。しかし、この手法を用いると、耐
圧が向上する反面、ドリフト層10の抵抗値を大きくし
てしまうため、装置の電流能力を低下させてしまい、低
オン抵抗で大電流を流すLDMOS半導体装置を得るこ
とはできない。
【0007】反対に、電流能力を優先させて、例えば、
ドリフト層10を表面濃度=1×1017cm-3まで濃く
して、拡散深さを10μmとしていくと、電流能力は、
向上するものの、図9に示すようにウエル領域14が基
板側のPN接合から離れてしまうため、耐圧が低下して
しまうという問題があった。
【0008】そこで本発明は、ドリフト層の濃度を濃
く、拡散深さを深くしてもチャネル側と基板側の空乏層
を容易に合成し高耐圧性且つ高電流能力の半導体装置を
提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、第1の導電型からなる半導体基板上に積層
形成される第2の導電型からなるドリフト層と、前記ド
リフト層の中央部に形成される第1の導電型からなるウ
エル領域と、前記ウエル領域の中心部でウエル領域外周
より、チャネルとなる所定長小さく形成される第1及び
第2の導電型からなるソース領域と、前記ウエル領域に
重なり部分を有し、該ウエル領域の外周側に沿って形成
される絶縁体からなるゲートと、前記ゲートの外周側の
前記ドリフト層上にループ状に形成される第2の導電型
からなるドレイン領域と、前記ソース領域の中央部に該
ソース領域の表面側から前記半導体基板に達する、内部
が導電体材料で充填され、その表面側に電極を設け、側
面及び底面が絶縁膜で覆われた柱状のトレンチとで構成
され、前記トレンチ内部の電位を外部から制御して、チ
ャネルとウエル領域のPN接合に沿った形で広がる空乏
層を移動させ、基板側とチャネル側の空乏層を合成し
て、ドリフト層を空乏化する半導体装置を提供する。
【0010】以上のような構成の半導体装置は、ソース
領域を中央部に配置する例えば、LDMOS半導体装置
のソース領域の中心に柱状の導電性のトレンチを設け
て、外部からトレンチの電位をコントロールすることに
より、ソースと基板が接地電位でドレインに正の電位が
かけられている状態でトレンチの電位が例えば、接地電
位とした場合、チャネル近傍に形成される空乏層が、ソ
ースとトレンチと基板の接地電位で囲まれるために、そ
の広がり方に大きな影響を受け、本来チャネルとウエル
領域のPN接合に沿った形で広がる空乏層が移動し、周
囲の接地電位の影響でチャネル側と基板側の空乏層がソ
ース・ドレイン間電圧の低いときから合成しやすい状態
になる。このため、ドリフト層が容易に完全空乏化する
ようになり、電界集中が緩和されて耐圧を向上させるこ
とが可能になる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。図1には、本発明によ
る第1の実施形態としての半導体装置の構造例を示し説
明する。この半導体装置は、中央部にソース領域が設け
られたLDMOS半導体装置において、そのソース領域
の中心部に、柱状の導電性トレンチ(有底孔)を形成し
て、ソース近傍の電位を制御可能にするものである。
【0012】すなわち、この半導体装置は、従来の製造
工程で製造したLDMOS半導体装置を例として、半導
体基板9上にドリフト層10が形成され、そのドリフト
層10の一部にウエル領域14が形成される。そして前
記ドリフト層10の表面上に厚いゲート酸化膜13及び
ウエル領域14上にゲート酸化膜12が形成され、該ゲ
ート酸化膜12上にはゲート電極11を形成する。さら
にDSA法によってチャネル7を形成してソース5及び
ドレイン6を形成する。
【0013】そしてソース5の中央にトレンチを形成
し、その全壁面を覆うように側壁酸化膜2を形成し、さ
らに導電性材料でトレンチ内を填充し、その導電性材料
の表面露出部分にトレンチ電極4を接続する。
【0014】次に、図1に示すような半導体装置を製造
する工程について、図2を参照して説明する。まず、図
2(a)に示すように、半導体基板9に、一般的に素子
分離法で用いられる手法を用いて、トレンチを形成す
る。例えば、半導体基板9にフォトリソグラフィ技術を
用いてマスクを形成した後、RIE装置等による異方性
エッチングで除去し、図2(b)に示すようなトレンチ
(有底孔)を形成する。次に熱酸化によってトレンチの
壁面に側壁酸化膜2を形成し、CVD装置等を用いてト
レンチを導電材料であるドープポリシリコン3で埋め込
みトレンチ1を形成する。
【0015】次に図2(c)に示すように、従来と同様
に例えば、表面濃度=1.0×1017cm-3、拡散深さ
=10μmのドリフト層10を形成し、その後、LOC
OS形成と同様にして、厚さ800nm程度の厚い酸化
膜13を形成する。その厚い酸化膜13に隣接して60
nm程度の厚さのゲート酸化膜12を形成する。前記ゲ
ート酸化膜12及び一部の酸化膜13の上に掛かるよう
にポリシリコンからなるゲート電極11を形成する。
【0016】その後に、図2(d)に示すように、DA
S法によって例えば、表面濃度=2×1017cm-3、深
さ2.6μmのチャネル7を形成し、さらにソース5及
びドレイン6を形成する。前記ソース5、ゲート電極1
1及びドレイン6に金属配線のコンタクトを形成する際
に、同時にトレンチ1の露出部分にも金属配線のコンタ
クトを形成して、図1に示すような半導体装置を構成す
る。
【0017】次に図3には、このようにして構成された
半導体装置の構造における電界分布を示す図である。但
し、図1の構造における中心から右側の部分のみを示し
ており、反対側の左側もA軸を対称として同様の電界分
布となっている。
【0018】この電界分布は、例えば、ソース5とゲー
ト電極11と半導体基板9とトレンチ1を接地電位と
し、ドレイン6に200Vの電位を与えた場合の空乏層
の広がりのシュミレーションである。
【0019】従来の構造では、ドリフト層の濃度と深さ
が同一であっても、前述した図9に示したようにボトム
部での空乏層の合成ができないのに対して、本実施形態
の構成であれば可能になる。
【0020】また、トレンチ1の電位を負の電位とし、
トレンチ近傍のドリフト層を反転させてウエル領域14
と半導体基板9を同型不純物層として接続することでも
同様の効果がある。
【0021】図4には、第2の実施形態としての半導体
装置の構造を示し説明する。ここで、図4に示す構造
は、図1の構造における中心から右側の部分のみを示し
ており、反対側の左側もA軸を対称とし同等の構造であ
り、図1に示した構成部と同等のものには同じ参照符号
を付す。
【0022】前述した第1の実施形態における半導体装
置を半導体基板9に替わって、埋め込み酸化膜15を有
するSOI基板上に形成したものであり、バルクウエハ
に形成する前述した第1の実施形態と同様の製造工程で
得られる構造である。
【0023】この第2の実施形態の効果は、第1の実施
形態と同等なものが得られる。次に図5,図6には、第
3の実施形態としての半導体装置の構造及び電界分布を
示し説明する。
【0024】この半導体装置は、ドリフト層の深さが浅
い場合に、ソース5のウエル領域14を形成せずに省略
して、トレンチ1のみでボトム部での空乏層の合成を行
う例である。
【0025】以上説明したように、本発明によれば、半
導体装置の動作時において、例えば、ソースの中央部に
形成した導電体からなるトレンチを接地電位にした場
合、トレンチがフィールドプレート的に振る舞い、そし
てソースとトレンチと基板の接地電位の影響で、容易に
基板側とチャネル側の空乏層が合成でき、ドリフト層を
完全に空乏化して、高耐圧と高電流能力を両立すること
ができる。
【0026】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ド
リフト層の濃度を濃く、且つ深くしてもチャネル側と基
板側の空乏層を容易に合成させることができ、高耐圧性
と高電流能力を両立できる半導体装置を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による第1の実施形態としての半導体装
置の構造を示す図である。
【図2】図1に示した半導体装置の製造工程について説
明するための図である。
【図3】第1の実施形態としての半導体装置の構造にお
ける電界分布を示す図である。
【図4】本発明による第2の実施形態としての半導体装
置の構造を示す図である。
【図5】本発明による第3の実施形態としての半導体装
置の構造を示す図である。
【図6】第3の実施形態としての半導体装置の構造にお
ける電界分布を示す図である。
【図7】従来のLDMOS半導体装置の構造を示す図で
ある。
【図8】従来のLDMOS半導体装置の構造における電
界分布を示す図である。
【図9】従来のLDMOS半導体装置において、ドリフ
ト層の濃度が濃く、拡散深さが深い場合の電界分布を示
す図である。
【符号の説明】
1…トレンチ、2…側壁酸化膜、3…埋め込みポリシリ
コン層、4…トレンチ電極、5…ソース、6…ドレイ
ン、7…チャネル、8…空乏層、9…半導体基板、10
…ドリフト層、11…ゲート電極、12…ゲート酸化
膜、13…厚いゲート酸化膜、14…ウエル領域。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の導電型の半導体基板上に積層形成
    される第2の導電型からなるドリフト層と、 前記ドリフト層の中央部に形成される第1の導電型から
    なるウエル領域と、 前記ウエル領域の中心部でウエル領域外周より、チャネ
    ルとなる所定長小さく形成される第1及び第2の導電型
    からなるソース領域と、 前記ウエル領域に重なり部分を有し、該ウエル領域の外
    周側に沿って形成される絶縁体からなるゲートと、 前記ゲートの外周側の前記ドリフト層上にループ状に形
    成される第2の導電型からなるドレイン領域と、 前記ソース領域の中心部で該ソース領域の表面側から前
    記半導体基板に達し、内部が導電体材料で充填され、そ
    の表面側に電極を設け、側面及び底面が絶縁膜で覆われ
    た柱状のトレンチと、を具備し、 前記トレンチ内部の電位を外部から制御して、チャネル
    とウエル領域のPN接合に沿った形で広がる空乏層を移
    動させ、基板側とチャネル側の空乏層を合成して、ドリ
    フト層を空乏化することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記半導体装置において、 前記ソース領域と半導体基板が接地電位、前記ドレイン
    領域に正の電位を印加し、外部から前記トレンチの電位
    を接地電位に設定した時に、空乏化したドリフト層とな
    ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 接地される半導体の支持基板と該支持基
    板に積層された酸化膜とからなるSOI基板で構成さ
    れ、 前記SOI基板に積層形成される第2の導電型からなる
    ドリフト層と、 前記ドリフト層の中央部に形成される第1の導電型から
    なるウエル領域と、 前記ウエル領域の中心部でウエル領域外周より、チャネ
    ルとなる所定長小さく形成される第1及び第2の導電型
    からなり接地するソース領域と、 前記ウエル領域に重なり部分を有し、該ウエル領域の外
    周側に沿って形成される絶縁体からなるゲートと、 前記ゲート上に形成された、接地するゲート電極と、 前記ゲートの外周側の前記ドリフト層上にループ状に形
    成される第2の導電型からなるドレイン領域と、 前記ソース領域の中心部に該ソース領域の表面側から前
    記SOI基板の酸化膜に達し、内部が導電体材料で充填
    され、その表面側に電極を設け、側面及び底面が絶縁膜
    で覆われた柱状のトレンチと、を具備することを特徴と
    する半導体装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005081321A1 (en) * 2004-02-24 2005-09-01 System General Corp. High voltage ldmos transistor having an isolated structure
WO2005081322A1 (en) * 2004-02-24 2005-09-01 System General Corp. High voltage and low on-resistance ldmos transistor having equalized capacitance
JP2008282999A (ja) * 2007-05-10 2008-11-20 Denso Corp 半導体装置
JP2019117883A (ja) * 2017-12-27 2019-07-18 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法

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