JP2011129701A - Mos transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、MOSトランジスタに関し、より詳細には、LDMOS(Laterally Diffused MOS)トランジスタに関する。 The present invention relates to a MOS transistor, and more particularly, to an LDMOS (Laterally Diffused MOS) transistor.
LDMOS(Laterally Diffused MOS)トランジスタの高耐圧化および低オン抵抗化を図る研究がなされている。例として、特許文献1に開示されたLDMOSトランジスタについて図1(特許文献1の図6に相当)を参照して説明する。LDMOSトランジスタ90は、N型ドリフト領域26を横方向および深さ方向で取り囲むようにP−型半導体層10の表面に形成されたP型JFETゲート領域24を有する。N型ドリフト領域26の表面上に厚い絶縁体領域42が形成されている。P型IGFET本体30がP型JFETゲート領域24に隣接してP−型半導体層10の表面に形成される。P型IGFET本体30はN型ソース領域34をN型ドリフト領域26から分離している。N型ドリフト領域26に隣接してN+型ドレイン領域60が形成されている。N型ソース領域34と厚い絶縁体領域42との間の表面を覆って導電性ゲート52が形成され、薄いゲート絶縁体50が導電性ゲート52をP型IGFET本体30から分離している。N+型ソース領域62及びP+型バックゲート接続領域70の上にコンタクト78が、N+型ドレイン領域60の上にコンタクト82が形成されている。
Studies have been made to increase the breakdown voltage and the on-resistance of LDMOS (Laterally Diffused MOS) transistors. As an example, an LDMOS transistor disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIG. 1 (corresponding to FIG. 6 of Patent Document 1). The
このLDMOSトランジスタ90において、高耐圧化のためには、点98と点100との間の距離が一定以上の長さ必要である。一方、この距離はオン抵抗に影響を与える。そこで、特許文献1では、オン抵抗を低下させるためにN型ドリフト領域26のドーパント濃度を大きくしつつ、点98と点100との間の部分においてRESURF(reduced surface field)条件が満たされるようにN型ドリフト領域26のドーパント濃度とP型JFETゲート領域24のドーパント濃度との間の関係を調整している(特許文献1段落0019、0022等)。
In the
しかしながら、従来のLDMOSトランジスタでは、トランジスタのオフ時における空乏層形成がドリフト領域において不十分であるという問題がある。図2は、従来のLDMOSトランジスタを模式的に示した図である。ドレイン領域には100V、150V、200V等の高電圧Vccが印加される。オフ時にはゲート電圧VGは0Vであるため、ドリフト領域の反転電圧が例えば40Vである場合、フィールド酸化膜近傍において反転が生じてしまう。そうすると、フィールド酸化膜上に延びたゲート電極下のフィールド酸化膜とN型ドリフト領域との間の界面に反転層が形成される。その結果、RESURFに有効なゲート電極をフィールド酸化膜上にドレインに向かって延ばすことができなくなり、高耐圧化に必要なドリフト領域内の空乏層を十分に広げることができなくなってしまう。 However, the conventional LDMOS transistor has a problem that a depletion layer is not sufficiently formed in the drift region when the transistor is off. FIG. 2 schematically shows a conventional LDMOS transistor. A high voltage Vcc such as 100V, 150V, 200V, etc. is applied to the drain region. Since the gate voltage V G is 0 V when the transistor is off, inversion occurs in the vicinity of the field oxide film when the inversion voltage in the drift region is 40 V, for example. Then, an inversion layer is formed at the interface between the field oxide film under the gate electrode extending on the field oxide film and the N-type drift region. As a result, the gate electrode effective for RESURF cannot be extended on the field oxide film toward the drain, and the depletion layer in the drift region necessary for increasing the breakdown voltage cannot be sufficiently expanded.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、LDMOSトランジスタのオフ時における耐圧を高めることにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to increase the breakdown voltage when the LDMOS transistor is off.
このような目的を達成するために、本発明の第1の態様は、第2の導電型の基板表面に形成された第1の導電型のドリフト領域と、前記第1の導電型のドリフト領域の表面上の絶縁体と、前記第1の導電型のドリフト領域の表面上に前記絶縁体に隣接して配置された第1の導電型のドレイン領域と、前記第2の導電型の基板表面上の第1の導電型のソース領域と、前記第2の導電型の基板の前記絶縁体と前記第1の導電型のソース領域との間の表面を覆うゲート電極と、前記ゲート電極および前記第1の導電型のドリフト領域とそれぞれ容量結合するように配置されたフローティング電極とを備えることを特徴とするMOSトランジスタである。 In order to achieve such an object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a drift region of a first conductivity type formed on a substrate surface of a second conductivity type, and the drift region of the first conductivity type. An insulator on the surface of the first conductivity type, a drain region of the first conductivity type disposed adjacent to the insulator on the surface of the drift region of the first conductivity type, and a surface of the substrate of the second conductivity type An upper source region of the first conductivity type; a gate electrode covering a surface between the insulator of the second conductivity type substrate and the source region of the first conductivity type; the gate electrode; A MOS transistor comprising a drift region of a first conductivity type and a floating electrode arranged so as to be capacitively coupled to each other.
また、本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記フローティング電極と前記ゲート電極および前記第1の導電型のドリフト領域との間の容量結合の容量結合比は、前記MOSトランジスタのオフ時に、前記フローティング電極と前記第1の導電型のドリフト領域との間にかかる電圧が前記第1の導電型のドリフト領域の反転電圧以下になるように設定されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the capacitive coupling ratio of the capacitive coupling between the floating electrode, the gate electrode and the drift region of the first conductivity type is the same as that of the MOS transistor. The voltage applied between the floating electrode and the drift region of the first conductivity type is set to be equal to or lower than the inversion voltage of the drift region of the first conductivity type at the time of turning off.
また、本発明の第3の態様は、第1の態様において、前記フローティング電極の直下に前記ゲート電極の一部および前記第1の導電型のドリフト領域の一部が存在することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, a part of the gate electrode and a part of the drift region of the first conductivity type exist immediately below the floating electrode. .
また、本発明の第4の態様は、第1から第3のいずれかの態様において、Vcc配線が前記フローティング電極と容量結合するように配置されたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the Vcc wiring is disposed so as to be capacitively coupled to the floating electrode.
本発明によれば、ゲート電極およびドリフト領域と容量結合するフローティング電極を設けることにより、LDMOSトランジスタのオフ時における耐圧を高めることができる。 According to the present invention, the breakdown voltage when the LDMOS transistor is off can be increased by providing the floating electrode capacitively coupled to the gate electrode and the drift region.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図3は、第1の実施形態のLDMOSトランジスタを模式的に示す図である。LDMOSトランジスタ300は、P型基板301の表面に形成されたN型ドリフト領域302と、N型ドリフト領域302の表面上のフィールド酸化膜303と、N型ドリフト領域302の表面上にフィールド酸化膜303に隣接して配置されたN+型ドレイン領域304と、P型基板301の表面上のN+型ソース領域305と、P型基板301のフィールド酸化膜303とN+型ソース領域305との間の表面を覆うゲート電極306とを備える。ゲート電極306はP型基板301の表面と絶縁体により分離されている。フローティング電極307は、ゲート電極306及びN型ドリフト領域302とそれぞれ容量結合するように配置されている。図4は、本実施形態のLDMOSトランジスタの模式的な平面図であり、図3はA−A線に沿った図4の断面図である。
(First embodiment)
FIG. 3 is a diagram schematically showing the LDMOS transistor of the first embodiment.
フローティング電極307について詳述する。フローティング電極307と、ゲート電極306及びN型ドリフト領域302との間の静電容量をそれぞれC1及びC2とすると、フローティング電極307と、ゲート電極306及びN型ドリフト領域302との間の電圧V1及びV2はそれぞれ次式で表される。
The
ここで、VccはN+型ドレイン領域304への印加電圧、VGはゲート電極306へのゲート電圧である。静電容量C1及びC2は、フローティング電極307の大きさと、フローティング電極307とゲート電極306とのオーバーラップ(図4参照)に依存するパラメーターである。フローティング電極307の形成は、ゲート電極306が設けられるレイヤーとは異なるレイヤーに適当な大きさの金属領域を設けることにより行うことができる。したがって、いずれのレイヤーにフローティング電極307を形成するかによってフローティング電極307とゲート電極306及びN型ドリフト領域302との間の距離が異なり、これも静電容量C1及びC2に影響を与える。
Here, V cc is an applied voltage to the N +
ここで、印加電圧Vccが150V、ゲート電圧VGが0V(オフ時)の場合を考える。従来のLDMOSトランジスタでは、N型ドリフト領域302の反転電圧が例えば40Vであると、フィールド酸化膜303上に延びたゲート電極306下のフィールド酸化膜303とN型ドリフト領域302との間の界面に反転層が形成され、RESURFに有効なゲート電極306をフィールド酸化膜303上にドレインに向かって延ばすことができなくなり、高耐圧化に必要なドリフト領域302内の空乏層を十分に広げることができなくなってしまう。
Here, consider a case where the applied voltage V cc is 150 V and the gate voltage V G is 0 V (when off). In the conventional LDMOS transistor, when the inversion voltage of the N-
しかし、例えばV1=120V、V2=30Vとなるように容量結合比C1/C2を設定してフローティング電極307を設けると、フローティング電極307とN型ドリフト領域302との間にかかる電圧を反転電圧以下に抑えることができるため、フィールド酸化膜303上のゲート電極306端からドレインに向かってフローティング電極307端までの領域で、前記フィールド酸化膜303とN型ドリフト領域302との界面が反転しない範囲で空乏層を形成することができる。そのため、図5に示すように、高耐圧化に必要なN型ドリフト領域302内の空乏層広がりを拡大することができる。
However, if the floating
このように本実施形態のLDMOSトランジスタは高耐圧化を可能にするが、さらに低オン抵抗化を実現することもできている。図6は、本実施形態のLDMOSトランジスタオン時の動作を模式的に示す図である。フローティング電極307が設けられていないとすると、ゲート電圧VGが印加電圧Vccより大きくなるオン時において、N型ドリフト領域302のフィールド酸化膜303近傍で形成される蓄積層は第1の蓄積層302Aのみである。フローティング電極307が存在する場合は第2の蓄積層302Bも形成されるため、フローティング電極307のない従来の場合よりもN型ドリフト領域302の低抵抗化を図ることができる。
As described above, the LDMOS transistor of this embodiment can achieve a high breakdown voltage, but can also realize a low on-resistance. FIG. 6 is a diagram schematically showing the operation of the present embodiment when the LDMOS transistor is on. If the
(第2の実施形態)
図7は、第2の実施形態のLDMOSトランジスタを模式的に示す図である。LDMOSトランジスタ700は、第1の実施形態のLDMOSトランジスタ300と概ね同一であるが、N+型ドレイン領域304に接続されたVcc配線710がフローティング電極307と容量結合している点が異なる。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a diagram schematically showing the LDMOS transistor of the second embodiment. The
Vcc配線710がフローティング電極307と容量結合すると、静電容量C2の実効容量がC2+C3に増加し、フローティング電極307とN型ドリフト領域302との間の電圧V2を低減することができる。したがって、印加電圧Vccがより高電圧になっても電圧V2を反転電圧以下に抑えることができ、高耐圧化が図れる。
When the V cc wiring 710 is capacitively coupled to the floating
加えて、当該容量結合により、ノイズによるソース/ドレイン間のブレークダウン電圧の変動を抑えることができる。Vcc配線710がフローティング電極307を静電シールドし、それによりフローティング電極307が他からのノイズの影響を受け難いからである。
In addition, the capacitive coupling can suppress fluctuations in the breakdown voltage between the source and drain due to noise. This is because the Vcc
300 LDMOSトランジスタ
301 P型基板(「第2の導電型の基板」に対応)
302 N型ドリフト領域(「第1の導電型のドリフト領域」に対応)
303 フィールド酸化膜(「絶縁体」に対応)
304 N+型ドレイン領域(「第1の導電型のドレイン領域」に対応)
305 N+型ソース領域(「第1の導電型のソース領域」に対応)
306 ゲート電極
307 フローティング電極
700 LDMOSトランジスタ
710 Vcc配線
300 LDMOS transistor 301 P-type substrate (corresponding to “second conductivity type substrate”)
302 N-type drift region (corresponding to “first conductivity type drift region”)
303 Field oxide film (corresponding to “insulator”)
304 N + type drain region (corresponding to “drain region of first conductivity type”)
305 N + type source region (corresponding to “source region of first conductivity type”)
306
Claims (4)
前記第1の導電型のドリフト領域の表面上の絶縁体と、
前記第1の導電型のドリフト領域の表面上に前記絶縁体に隣接して配置された第1の導電型のドレイン領域と、
前記第2の導電型の基板表面上の第1の導電型のソース領域と、
前記第2の導電型の基板の前記絶縁体と前記第1の導電型のソース領域との間の表面を覆うゲート電極と、
前記ゲート電極および前記第1の導電型のドリフト領域とそれぞれ容量結合するように配置されたフローティング電極と
を備えることを特徴とするMOSトランジスタ。 A first conductivity type drift region formed on the surface of the second conductivity type substrate;
An insulator on the surface of the drift region of the first conductivity type;
A drain region of a first conductivity type disposed adjacent to the insulator on a surface of the drift region of the first conductivity type;
A first conductivity type source region on a surface of the second conductivity type substrate;
A gate electrode covering a surface between the insulator of the second conductivity type substrate and the source region of the first conductivity type;
A MOS transistor, comprising: a floating electrode disposed so as to be capacitively coupled to the gate electrode and the drift region of the first conductivity type.
Priority Applications (1)
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JP2009286653A JP2011129701A (en) | 2009-12-17 | 2009-12-17 | Mos transistor |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102412162A (en) * | 2011-11-23 | 2012-04-11 | 上海华虹Nec电子有限公司 | Method for improving breakdown voltage of N-groove laterally diffused metal oxide semiconductor (LDMOS) |
US8962402B1 (en) | 2013-08-14 | 2015-02-24 | International Business Machines Corporation | Lateral diffusion metal oxide semiconductor (LDMOS) device with tapered drift electrode |
CN104835842A (en) * | 2014-02-08 | 2015-08-12 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Ldmos device |
CN107359193A (en) * | 2017-07-28 | 2017-11-17 | 电子科技大学 | A kind of LDMOS device |
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2009
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