(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ型基板、ソース、ドレイン、ボディー領域及び前記基板に位置するウェル領域を有する横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタであって、
前記ウェル領域は、
ドープ型がＰ型であり、前記ドレインの下方に設けられるとともに前記ドレイン及び前記基板に接し、幅が前記ドレインの幅より小さい挿入式ウェルと、
前記挿入式ウェルの外側に設けられるとともに、前記ドレインの両側に接するＮウェルと、
前記Ｎウェルの外側に設けられるとともに前記Ｎウェルに接するＰウェルと、
を有し、
閉環のＰ型のフィールドリミッティングリングを有し、
前記Ｐ型のフィールドリミッティングリングは、前記Ｎウェル内に設けられ、前記ドレインの下方外側に位置し、
前記挿入式ウェルは、その長手方向に延伸するとともに、前記Ｐ型のフィールドリミッティングリングに接触し、
前記ソース及び前記ボディー領域は、前記Ｐウェル内に設けられている
ことを特徴とする横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記ウェル領域は、前記基板に位置する第１ウェル領域及び前記第１ウェル領域に位置する第２ウェル領域を有し、
前記挿入式ウェルは、前記第１ウェル領域内に位置する第１挿入式ウェル及び前記第２ウェル領域内に位置する第２挿入式ウェルを有し、
前記Ｎウェルは、前記第１ウェル領域内に位置する第１Ｎウェル及び前記第２ウェル領域内に位置する第２Ｎウェルを有し、
前記Ｐウェルは、前記第１ウェル領域内に位置する第１Ｐウェル及び前記第２ウェル領域内に位置する第２Ｐウェルを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタ。
【請求項３】
２つのフィールド酸化領域と、ポリシリコン構造とを有し、
前記２つのフィールド酸化領域は、前記Ｎウェルの表面に設けられ、前記ドレインを挟むように構成され、
前記ポリシリコン構造は、前記２つのフィールド酸化領域の表面から前記ソースの表面まで延伸し接続するように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記挿入式ウェルの幅は、前記ドレインの活性領域の幅の４０％以下になるように設け
られていることを特徴とする請求項１に記載の横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタ。
【請求項５】
前記ウェル領域のドープ濃度は、前記ドレインのドープ濃度より低くなるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタ。
【請求項６】
基板、ソース、ドレイン、ボディー領域及び前記基板に位置するウェル領域を有する横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタであって、
前記ウェル領域は、
ドープ型がＰ型であり、前記ドレインの下方に設けられるとともに前記ドレイン及び前記基板に接し、幅が前記ドレインの幅より小さい挿入式ウェルと、
前記挿入式ウェルの外側に設けられるとともに、前記ドレインの両側に接するＮウェルと、
前記Ｎウェルの外側に設けられるとともに前記Ｎウェルに接するＰウェルと、
を有し、
閉環のＰ型のフィールドリミッティングリングを有し、
前記Ｐ型のフィールドリミッティングリングは、前記Ｎウェル内に設けられ、前記ドレインの下方外側に位置し、
前記挿入式ウェルは、その長手方向に延伸するとともに、前記Ｐ型のフィールドリミッティングリングに接触し、
前記ソース及び前記ボディー領域は、前記Ｐウェル内に設けられている
前記基板はＰドープ基板であり、前記ドレインはＮドープドレインであり、前記ソースはＮドープソースであり、前記ボディー領域はＰドープボディー領域であることを特徴とする横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセスに関し、特にＲＥＳＵＲＦ構造を有する横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＥＳＵＲＦ（表面電界緩和）理論により形成された基本構造は、低濃度ドープのＰ型基板と低濃度ドープのＮ型エピタキシャル層からなる。エピタキシャル層にＰウェルを形成するとともに、Ｎ＋とＰ＋を注入することにより、１つの横方向のＰ−ｗｅｌｌ／Ｎ−ｅｐｉ（Ｐウェル−Ｎ型エピタキシャル層）接合及び１つの縦方向のＰ−ｓｕｂ/Ｎ−ｅｐｉ（Ｐ型基板−Ｎ型エピタキシャル層）接合を形成する。横方向接合の両端はより高いドープ濃度を有するため、その降伏電圧は縦方向接合より低い。ＲＥＳＵＲＦの基本理論においては、横方向接合と縦方向接合との相互作用を利用して、横方向接合が臨界雪崩降伏電界に達する前に、エピタキシャル層を完全に空乏状態にさせるとともに、素子のパラメータを合理化することにより、素子の降伏を縦方向接合に発生させ、これによって表面電界緩和の役割を果たす。
【０００３】
改良型のＲＥＳＵＲＦ構造は、基板又はエピタキシャルに非常に低濃度のＮ型ディープウェルを形成することにより、Ｐ型基板との間の第１のＲＥＳＵＲＦを形成した後、Ｎ型ディープウェルの内部、フィールド酸化領域の下方にＰ型のフローティングフィールドリミッティングリング（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｐ−ｌａｙｅｒ、ＦＰ）を注入し形成することにより、ディープウェルとの間の第２のＲＥＳＵＲＦを形成する。
【０００４】
このようなＲＥＳＵＲＦ構造は、一定の高圧、低ターンオン抵抗の要求を満たすことができるが、数十ＫＨｚ〜数百ＫＨｚの交流スイッチに適用される場合、当該構造の素子においてピーク電流が出現し、素子及び製品の信頼性に影響するとともに、ターンオン抵抗が継続的に下降できないことを発明者は発見した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そのため、高い周波数の状況下においても安定性を確保できる横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタを提供することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタは、基板、ソース、ドレイン、ボディー領域及び前記基板に位置するウェル領域を有し、前記ウェル領域は、ドープ型がＰ型であり、前記ドレインの下方に設けられるとともに、前記ドレイン及び前記基板に接し、幅が前記ドレインの幅より小さい挿入式ウェルと、前記挿入式ウェルの外側に設けられるとともに、前記ドレインの両側に接するＮウェルと、前記Ｎウェルの外側に設けられるとともに前記Ｎウェルに接するＰウェルと、を有し、閉環のＰ型のフィールドリミッティングリングを有し、前記Ｐ型のフィールドリミッティングリングは、前記Ｎウェル内に設けられ、前記ドレインの下方外側に位置し、前記挿入式ウェルは、その長手方向に延伸するとともに、前記Ｐ型のフィールドリミッティングリングに接触し、前記ソース及び前記ボディー領域は、前記Ｐウェル内に設けられている。上記横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタにおいて、Ｐ型の挿入式ウェルは、ドレイン下方外側へドレイン及びＮウェルを超え、ドリフト領域におけるＰ型のフィールドリミッティングリングに接することにより、Ｐ型のフィールドリミッティングリングが基板電位と接続されるため、Ｐ型のフィールドリミッティングリングの垂下状態を解除し、交流高周波スイッチ状態においてＰ型のフィールドリミッティングリングとＮウェルとの間に安定的な接合容量を確保できる。これによって、素子の動的特性の改善が期待でき、ピーク電流の発生を防ぐことができる。そして、挿入式ウェルが設けられることにより、トリプルＲＥＳＵＲＦ構造を形成するので、Ｎウェルのドープ濃度の向上、素子のターンオン抵抗の下降、及び素子の降伏特性の改善に寄与できる。
【０００７】
以下、本発明の実施例又は従来技術の技術方案をより明瞭に説明するために、実施例の説明に必要な図面を簡単に説明する。無論、下記の図面は、本発明の一部の実施例を示したものに過ぎず、当業者は、創造的な労働をしなくても、これらの図面からその他の実施例の図面を得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施例に係る横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタの構造模式図である。
【図２】図１に示す活性領域の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図５】その他の実施例に係る横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタの構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を理解し易くするために、図面を参照して本発明をより全面的に説明する。図面は本発明の好ましい実施例を示すが、本発明は、数多くの異なる形態で実施でき、本明細書に記載された実施例に限るものではない。逆に、これらの実施例を提供することは、本発明の開示内容をより明瞭且つ完全なものとするためになされる。
【００１０】
特に断りがない限り、本明細書に使用される全ての技術及び科学用語は、当業者の通常の理解と同一である。本明細書に使用される用語は、具体的な実施例を説明するためのものであり、本発明を限定する主旨のものではない。本明細書に使用される用語である「及び／又は」は、１つ又は複数の関連要素に係る任意及び全ての組合せを含む。
【００１１】
発明者は、試験及び研究によって以下のことが分かるようになった。従来技術におけるＰ型のフローティングフィールドリミッティングリング（ＦＰ）が設けられたＲＥＳＵＲＦ構造を有する横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタのピーク電流の発生は、ＦＰが浮揚し、各スイッチ周期内のＰ型のフローティングフィールドリミッティングリングとＮ型ディープウェルとの間に安定的な接合容量を確保できず、逆方向に回復する少数キャリア電流が次の周期内のオン状態電流に重畳されることによるものである。
【００１２】
一実施例に係るＲＥＳＵＲＦ構造を有する横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタは、基板、ソース、ドレイン、ボディー領域、Ｐ型のフィールドリミッティングリング及び基板上のウェル領域を有する。具体的に、ウェル領域は、Ｎウェルと、Ｐウェルと、Ｎウェルに介挿された挿入式ウェルとを有する。挿入式ウェルは、そのドープ型がＰ型であり、ドレインの下方に設けられるとともにドレイン及び基板に接している。Ｎウェルは、挿入式ウェルの外側に設けられている。ドレインの両側を下方のＮウェルに接触させるために、挿入式ウェルの幅がドレインの幅よりも小さくなるように設けられている。挿入式ウェルは、長手形状に形成され、その幅は短辺の寸法を指し、その長さは長辺の寸法を指す。Ｐウェルは、Ｎウェルの外側に設けられるとともにＮウェルと接している。ソース及びボディー領域は、前記Ｐウェル内に設けられる。Ｐ型のフィールドリミッティングリングは、閉環状の構造であり、Ｎウェル内に設けられている。閉環状構造は、首尾が接続された閉環状の長手形状の構造であり、楕円環、円環、レーストラック形状（即ち、陸上競技場のレーストラック形状であり、矩形の両端にそれぞれ１つの半円を接続しその外郭からなる形状である）、角環等を含む。また、Ｐ型のフィールドリミッティングリングは、ドレインの下方の外側に位置するとともにドレインを囲む。即ち、Ｐ型のフィールドリミッティングリング及びＮウェルをドレインが位置する平面に投影すると、ドレイン、Ｎウェル及びＰ型のフィールドリミッティングリングの三者の平面上の関係は、ドレインの外側がＮウェルに囲まれ、Ｐ型のフィールドリミッティングリングからなる環がドレインを囲むとともに、活性領域の表面においてＮウェルを切断するようになっている。素子構造により、挿入式ウェルは幅方向においてＰ型のフィールドリミッティングリングと接触することができないため、長手方向において、挿入式ウェルをＰ型のフィールドリミッティングリングと接触する位置まで延長させる。
【００１３】
図１は、一実施例に係るＲＥＳＵＲＦ構造を有する横方向拡散金属酸化物半導体（ＬＤＭＯＳ）電界効果トランジスタの構造模式図である。当該ＬＤＭＯＳは、左右対称の構造であり、Ｐ型ドープからなる基板１１０、基板上のウェル領域、Ｎ型ドープからなるドレイン１４０、Ｎ型ドープからなるソース１５０、Ｐ型ドープからなるボディー領域１６０、フィールド酸化領域１７０、ポリシリコン構造１８０及びＰ型のフィールドリミッティングリング１３５を有する。ウェル領域は、Ｐ型ドープからなる挿入式ウェル１２２、ドリフト領域であるＮウェル１２４及びチャネル領域であるＰウェル１２６を有する。フィールド酸化領域１７０はＮウェル１２４の表面に設けられ、２つのフィールド酸化領域１７０でドレイン１４０を挟む。ポリシリコン構造１８０は、ポリシリコンゲートとフィールド接続部分とからなり、フィールド酸化領域１７０の表面からソース１５０の表面まで延在し接続するように構成されている。
【００１４】
図２〜図４を参照すると、図２は、図１に示す実施例における活性領域の平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図であり、図４は、図２のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。図２に示すように、当該実施例において、Ｐ型のフィールドリミッティングリング１３５はレーストラック形状構造からなり、挿入式ウェル１２２はＸ軸方向においてレーストラックの円弧の中部まで延伸し接している。活性領域の表面において、Ｐ型のフィールドリミッティングリング１３５により、Ｎウェル１２４は内側の指先状構造及び外側の角環構造に区画されている。図２におけるドレイン１４０は、ドレインから引き出されたボンディングパッド（Ｂｏｎｄｉｎｇ  ｐａｄ）部分であり、図２においてその中部が活性領域の構成で覆われている。
【００１５】
上記のＲＥＳＵＲＦ構造を有する横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタにおいて、Ｐ型の挿入式ウェル１２２は、ドレイン１４０下方外側（即ちＸ軸方向）へドレイン１４０及びＮウェル１２４を超えて延伸し、ドリフト領域におけるＰ型のフィールドリミッティングリング１３５に接する。これによって、Ｐ型のフィールドリミッティングリング１３５が基板（Ｐｓｕｂ）と同電位になるので（挿入式ウェル１２２自身が基板１１０に接続しているため、基板１１０と同電位になる）、Ｐ型のフィールドリミッティングリング１３５の垂下状態を解除し、交流高周波スイッチ状態においてＰ型のフィールドリミッティングリング１３５とＮウェル１２４との間に安定的な接合容量を確保できる。これによって、素子の動的特性の改善に寄与でき、ピーク電流の発生を防ぐことができる。
【００１６】
図１に示すように、ドレインＮ＋接合の下方に、Ｎウェル１２４を一定の幅で裂開させて挿入式ウェル１２２を介挿させることにより、トリプルＲＥＳＵＲＦ構造を形成する。これによって、挿入式ウェル１２２、Ｎウェル１２４、Ｐウェル１２６及び基板１１０を互いに空乏状態にし、降伏点が素子内に遷移するので、素子の縦方向降伏を実現できる。
【００１７】
挿入式ウェル１２２の幅を大きく設定してはならず、ドレイン１４０下方の両側に位置するＮウェル１２４がドレイン１４０に接触するのを確保する必要がある。これによって、ドリフト領域のＮウェル１２４の濃度を従来技術より向上させ、ターンオン抵抗の下降に寄与することができる。これは、空乏領域に余分な電荷を印加すると、電荷均衡をとろうとして逆極性の電荷の密度が相応に上昇するからである。
【００１８】
同様に、挿入式ウェル１２２の幅を小さく設定してはならない。一定の幅を有する挿入式ウェル１２２は、素子内の降伏の発生順序を有効に制御できる。挿入式ウェル１２２は、その幅が小さ過ぎると、両側のＮウェル１２４の空乏領域に対する影響が小さいため、降伏位置が、従来技術におけるドリフト領域であるＮウェル１２４に挿入式ウェル１２２を設けない場合の降伏位置と接近するため、挿入式ウェル１２２の介挿が降伏の調整の役に立たない。
【００１９】
ドレイン１４０に高電位が印加され、ドレイン１４０まで空乏状態になったとき、両側のＮウェル１２４に形成される空乏層は徐々にＰウェル１２６へ拡大し、Ｐウェル１２６と重ねて両側の電位線が接続されるまで、挿入式ウェル１２２と両側のドリフト領域のＮウェル１２４が互いに空乏状態になる。その後、上から下へ基板１１０において徐々に空乏状態になり、電界のピークが削減され、降伏電圧が有効に改善される。
【００２０】
図１の実施例において、ドレイン１４０がＮ＋ドレインであり、ソース１５０がＮ+ソースであり、ボディー領域１６０がＰ+ボディー領域である。
【００２１】
図５は、その他の実施例に係るＲＥＳＵＲＦ構造を有する横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタの構造模式図である。本実施例の横方向拡散金属酸化物半導体電界効果トランジスタは、図１に示す実施例の構造とほぼ同じであり、ウェル領域が高圧素子に対応する１つの高圧ウェルと低圧素子に対応する１つの低圧ウェルからなるところだけが異なる。即ち、ＬＤＭＯＳは、基板２１０、基板上の第１ウェル領域と第１ウェル領域上の第２ウェル領域、ドレイン２４０、ソース２５０、ボディー領域２６０、フィールド酸化領域２７０、ポリシリコン構成２８０及びＰ型のフィールドリミッティングリング２３５を有する。第１ウェル領域は、Ｐ型ドープからなる第１挿入式ウェル２２２、第１Ｎウェル２２４及び第１Ｐウェル２２６を有する。第２ウェル領域は、Ｐ型の第２挿入式ウェル２３２、第２Ｎウェル２３４及び第２Ｐウェル２３６を有する。第２挿入式ウェル２３２、第２Ｎウェル２３４及び第２Ｐウェル２３６は、それぞれ第１挿入式ウェル２２２、第１Ｎウェル２２４及び第１Ｐウェル２２６に接する。第１Ｎウェル２２４が第２Ｎウェル２３４とともにドリフト領域とする。ソース２５０とボディー領域２６０が第２Ｐウェル２３６内に設けられている。
【００２２】
ドリフト領域からドレイン２４０の活性領域（ＤＴＯ）までが空乏状態になったときも、比較的高濃度のＮ型不純物を有することを確保するために、Ｎウェル（第１Ｎウェル２２４と第２Ｎウェル２３４を含む）と挿入式ウェル（第１挿入式ウェル２２２と第２挿入式ウェル２３２を含む）との間のＮ＋が確実に一定の有効幅を有する必要があり、少なくともドレイン２４０の活性領域の３０％を確保する。このため、第１挿入式ウェル２２２及び第２挿入式ウェル２３２の幅は、ドレイン２４０の活性領域幅の４０％を超えてはいけない。活性領域の幅が１０μｍである実施例において、上記有効幅が少なくとも３μｍであり、即ち、第１挿入式ウェル２２２及び第２挿入式ウェル２３２の幅が２μｍ以下である。
【００２３】
図５の実施例において、ドレイン２４０がＮ＋ドレインであり、ソース２５０がＮ＋ソースであり、ボディー領域２６０がＰ＋ボディー領域である。
【００２４】
以上の実施例は、本発明の幾つかの実施形態のみを示し、その説明が比較的具体的及び詳細なものであるが、本発明の保護範囲を制限するものではないと理解すべきである。無論、当業者は、本発明の思想を脱離しない限り、幾つかの変形及び変更を実施でき、これらも本発明の保護範囲に該当する。このため、本発明の保護範囲は、付する特許請求の範囲に準じる。
【図１】
0006484754.tif 000002
【図２】
0006484754.tif 000003
【図３】
0006484754.tif 000004
【図４】
0006484754.tif 000005
【図５】
0006484754.tif 000006