JP3082189B2 - Semiconductor relay - Google Patents
Semiconductor relayInfo
- Publication number
- JP3082189B2 JP3082189B2 JP12687996A JP12687996A JP3082189B2 JP 3082189 B2 JP3082189 B2 JP 3082189B2 JP 12687996 A JP12687996 A JP 12687996A JP 12687996 A JP12687996 A JP 12687996A JP 3082189 B2 JP3082189 B2 JP 3082189B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- drain
- semiconductor
- drift
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 57
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 23
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 14
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 13
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 101150073536 FET3 gene Proteins 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7833—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with lightly doped drain or source extension, e.g. LDD MOSFET's; DDD MOSFET's
- H01L29/7835—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with lightly doped drain or source extension, e.g. LDD MOSFET's; DDD MOSFET's with asymmetrical source and drain regions, e.g. lateral high-voltage MISFETs with drain offset region, extended drain MISFETs
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
- H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
- H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
- H01L29/42364—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity
- H01L29/42368—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity the thickness being non-uniform
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、微弱信号を高速で
切り換える半導体リレーの出力端子間容量を少なくし、
且つ高耐圧にする改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention reduces the capacitance between output terminals of a semiconductor relay for switching a weak signal at high speed,
Also, the present invention relates to an improvement to a high withstand voltage.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、測定信号やLSIテスタ等の微弱
信号を切り換えるために、機械式リレー接点がもっぱら
使われていた。しかし、可動部がある機械式リレーでは
5000万回程度のスイッチング動作で信頼性に不安が
出てくるうえ、動作速度の向上にも限界があった。一
方、LSIテスタでは巨大なリレーマトリクスを構成す
る必要があり、機械式リレーに代えて半導体リレーを使
用することが考えられた。図7はLSIテスタの切り換
えスイッチ回路の説明図である。70は検査されるIC
(LSI)である。大電流ソース71a〜71nは横方
向から、V/Iソースとメジャメントユニット(PPV
I回路)72a〜72nは縦方向から接続され、それぞ
れの交点73は部分拡大して示したとおり選択スイッチ
回路が構成され、巨大なリレーマトリクスが形成されて
いる。IC70のリーク電流を測定する場合には、最初
にリレーマトリクスを含む測定系の浮遊容量を全て充電
しなければならない。従って、測定信号を切り換えるリ
レーは出力端子間容量の小さいリレーを用いることが条
件になる。また、アナログLSIテスタでは測定の対象
となるICの性質から耐電圧は150〜200V程度が
要求される。上記のLSIテスタの測定信号ラインは、
図7の中の拡大図に示すようにフォース、センス、ガー
ドの3つのラインから構成されるが、これらの切替え回
路に使用される半導体リレーのスイッチ素子は高耐圧、
低い出力端子間容量、低いオン抵抗の特性が同時に求め
られる。2. Description of the Related Art Conventionally, mechanical relay contacts have been used exclusively for switching weak signals such as measurement signals and LSI testers. However, in a mechanical relay having a movable part, the reliability becomes unstable when the switching operation is performed about 50 million times, and there is a limit in improving the operation speed. On the other hand, an LSI tester needs to form a huge relay matrix, and it has been considered to use a semiconductor relay instead of a mechanical relay. FIG. 7 is an explanatory diagram of a changeover switch circuit of an LSI tester. 70 is the IC to be inspected
(LSI). The large current sources 71a to 71n are connected to the V / I source and the measurement unit (PPV) from the lateral direction.
The I-circuits 72a to 72n are connected in the vertical direction, and each intersection 73 forms a selection switch circuit as shown partially enlarged, forming a huge relay matrix. When measuring the leak current of the IC 70, all the stray capacitances of the measurement system including the relay matrix must be charged first. Therefore, it is necessary to use a relay having a small capacity between output terminals as a relay for switching the measurement signal. Further, an analog LSI tester requires a withstand voltage of about 150 to 200 V due to the properties of an IC to be measured. The measurement signal line of the above LSI tester is
As shown in the enlarged view in FIG. 7, the semiconductor device is composed of three lines of force, sense, and guard.
The characteristics of low capacitance between output terminals and low on-resistance are simultaneously required.
【0003】図8は図7の73で示した選択スイッチ回
路に使用される半導体リレーの回路構成図である。1は
LED、2は電圧出力型フォトダイオードアレイ、3
a、3bは二重拡散MOS FET(以下DMOS F
ET)、4は制御回路である。入力端子IN1及びIN
2から与えられる入力信号により、LED1を発光さ
せ、その発光信号を電圧出力型フォトダイオードアレイ
2により電圧変換し、その電圧をDMOS FET3
a、3bのゲートへ印加する。このスイッチ素子のDM
OS FET3a、3bは正負両極性の信号を取り扱う
ため2個直列(3a、3b)に挿入されている。出力端
子OUT1、OUT2間の主要な静電容量は次のように
表すことができる。即ち、1つのDMOS FETのも
つ静電容量の等価回路は、ドレイン・ゲート間静電容量
CDGとゲート・ソース間静電容量CGSが直列に接続さ
れ、これとドレイン・ソース間に存在する静電容量CDS
とが並列に接続された形で表すことができる。しかし、
ゲート・ソース間静電容量CGSは、フォトダイオードア
レイ2及び半導体リレーがON状態からOFF状態にな
った時ゲートの放電を促進する制御回路4と並列に接続
されており、ドレイン・ゲート間の容量CDGに比べて十
分大きいので無視することができる。従って、1つのD
MOS FETの出力端子間の静電容量はドレイン・ソ
ース間静電容量CDSとドレイン・ゲート間静電容量CDG
の並列回路で表すことができる。そのため、2つのDM
OS FETが直列に接続された出力端子OUT1、O
UT2間の主要な静電容量は2つの直列CDSと2つの直
列CDGが並列された形の等価回路で近似することができ
る。これらの静電容量が小さく、且つ耐圧の高い半導体
リレーが求められているのである。この半導体リレーの
スイッチ素子として縦型または横型のDMOS FET
が考えられる。FIG. 8 is a circuit diagram of a semiconductor relay used in the selection switch circuit indicated by reference numeral 73 in FIG. 1 is an LED, 2 is a voltage output type photodiode array, 3
a and 3b are double diffusion MOS FETs (hereinafter DMOS F
ET), 4 is a control circuit. Input terminals IN1 and IN
The LED 1 emits light in response to an input signal given from the LED 2, the voltage of the emitted light is converted by a voltage output type photodiode array 2, and the voltage is converted to a DMOS FET3.
a, 3b are applied to the gates. DM of this switch element
Two OS FETs 3a and 3b are inserted in series (3a and 3b) to handle both positive and negative signals. The main capacitance between the output terminals OUT1 and OUT2 can be expressed as follows. That is, the equivalent circuit of the capacitance of one DMOS FET has a capacitance C DG between the drain and the gate and a capacitance C GS between the gate and the source which are connected in series and exist between this and the drain and the source. Capacitance C DS
And can be represented in a form connected in parallel. But,
The gate-source capacitance C GS is connected in parallel with the control circuit 4 that promotes the discharge of the gate when the photodiode array 2 and the semiconductor relay change from the ON state to the OFF state. Since it is sufficiently larger than the capacitance C DG , it can be ignored. Therefore, one D
The capacitance between the output terminals of the MOS FET is the capacitance C DS between the drain and the source and the capacitance C DG between the drain and the gate.
Can be represented by a parallel circuit. Therefore, two DM
Output terminals OUT1, O2 to which OS FETs are connected in series
Major capacitance between UT2 can two series C DS and two series C DG approximates the equivalent circuit of the form of being parallel. There is a demand for a semiconductor relay having a small capacitance and a high withstand voltage. Vertical or horizontal DMOS FET as a switch element of this semiconductor relay
Can be considered.
【0004】ここで、縦型DMOS FETの不利な点
と、横型DMOS FETの特徴を比較して横型DMO
S FETを改良することの有利性を説明しておく。図
9は縦型DMOSFETの断面構造図である。電流は垂
直方向に流れる。即ち、電流はソース電極91からN+
高濃度不純物層92、これを取り囲む形のP−BASE
層93、ゲート電極94に対向する反転したP−BAS
E層95を通り、エピタキシャル層96、半導体基板9
7、ドレイン電極98へと流れる。放電破壊はSiバル
ク内で発生する。ドリフトチャンネル層を形成するエピ
タキシャル層96の厚みと濃度が耐圧とオン抵抗に密接
に関係している。ドレイン・ソース間容量CDSを低減す
るためには、P−BASE層93を形成するDMOSセ
ルの窓を小さくし接合面積を極力抑えるため高度な微細
加工技術を導入する必要がある。[0004] Here, the disadvantages of the vertical DMOS FET and the characteristics of the horizontal DMOS FET are compared and the horizontal DMOFET is compared.
The advantages of improving the SFET will be described. FIG. 9 is a sectional structural view of a vertical DMOSFET. The current flows vertically. That is, the current flows from the source electrode 91 to N +
High concentration impurity layer 92, P-BASE surrounding it
Inverted P-BAS facing layer 93 and gate electrode 94
Through the E layer 95, the epitaxial layer 96, the semiconductor substrate 9
7. Flow to the drain electrode 98. Discharge breakdown occurs in the Si bulk. The thickness and concentration of the epitaxial layer 96 forming the drift channel layer are closely related to the withstand voltage and the on-resistance. To reduce the drain-source capacitance C DS, it is necessary to introduce a high degree of microfabrication techniques for minimize the small bonding area of the window of the DMOS cells forming P-BASE layer 93.
【0005】図10は横型DMOSFETの一般的な電
極形状を示す平面図である。ドレイン層7を中心にその
周囲をゲート電極14とソース電極12が囲んだレース
のトラックのような形状である。この平面図10ではド
レイン層7の面積が大きいためドレイン・ソース間容量
CDSが大きい。この容量CDSを決定する半導体基板の濃
度は縦型DMOSのエピタキシャル層96(図9)の濃
度に比べて耐圧・オン抵抗に密接に関係しない特徴があ
り改良に都合がよい。このコーナー部ではドレイン層7
の曲率半径Rdの大きさにしたがって不平等電界を生じ
耐圧がきまる。この曲率半径Rdが著しく小さい場合、
コーナー部ではドレイン層7の近傍に電界が集中し耐圧
の低下を免れない。16はドレイン層の上に設けた配線
のためのボンデイングパッドである。FIG. 10 is a plan view showing a general electrode shape of a lateral DMOSFET. It has a shape like a race track in which the gate electrode 14 and the source electrode 12 surround the drain layer 7 around the center. Drain-source capacitance C DS for a larger area of the plan view 10 in the drain layer 7 is large. The concentration of the semiconductor substrate for determining the capacitance C DS is convenient to have vertical DMOS epitaxial layer 96 features not closely related to the breakdown voltage, on-resistance than the concentration of (9) improved. In this corner, the drain layer 7
An uneven electric field is generated in accordance with the magnitude of the radius of curvature Rd. When this radius of curvature Rd is extremely small,
At the corners, the electric field concentrates near the drain layer 7 and the breakdown voltage is inevitably reduced. Reference numeral 16 denotes a bonding pad for wiring provided on the drain layer.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、多数
の微弱信号を高速で切り換える半導体リレーであって、
出力端子間容量が小さく耐圧の高い半導体リレーを実現
することにある。An object of the present invention is to provide a semiconductor relay for switching a large number of weak signals at high speed,
An object of the present invention is to realize a semiconductor relay having a small capacitance between output terminals and a high withstand voltage.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体リレー
は、入力信号を受けて発光するLEDと、この発光信号
を受けるフォトダイオードアレイと、このフォトダイオ
ードアレイの出力信号をゲート入力信号とする横型DM
OS FETとからなる半導体リレーにおいて、不純物
を低濃度にした半導体基板と、この半導体基板の1つの
面に所定の幅をもって細長く形成しその両端部を前記の
幅よりも大きい径の円弧形にしたドレイン層と、前記の
ドレイン層を中に配置し所定の耐電圧値が得られるよう
前記のドレイン層から一定の幅(ドリフトチャンネル
長)をもって前記ドレイン層と相似形に形成したドリフ
ト層と、このドリフト層の外側に形成したゲート電極及
びソース層とから構成したことを特徴とする横型DMO
S FETからなる。尚、ドレイン層の一端に設けたド
レイン電極は配線ワイヤーをボンデイングする際に超音
波等により接合部に加わる衝撃を緩和するために、ドレ
イン電極とドレイン層との接合部を小さくしその他の部
分は酸化膜が充填された構造にする。According to the present invention, there is provided a semiconductor relay which emits light by receiving an input signal, a photodiode array which receives the light-emitting signal, and a horizontal type which uses an output signal of the photodiode array as a gate input signal. DM
In a semiconductor relay comprising an OS FET, a semiconductor substrate having a low concentration of impurities and an elongated shape having a predetermined width formed on one surface of the semiconductor substrate, and both ends thereof are formed into an arc shape having a diameter larger than the width. A drain layer formed therein, and a drift layer formed in a similar shape to the drain layer with a certain width (drift channel length) from the drain layer so that a predetermined withstand voltage value is obtained by disposing the drain layer in the drain layer. A horizontal DMO comprising a gate electrode and a source layer formed outside the drift layer.
It consists of an SFET. The drain electrode provided at one end of the drain layer is made smaller by reducing the junction between the drain electrode and the drain layer in order to reduce the shock applied to the junction by ultrasonic waves or the like when bonding the wiring wire. The structure is filled with an oxide film.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】本発明では次の点に着目した。 (1)ドレイン・ソース間の静電容量CDSを小さくする
ために、ドレイン層の幅を小さくする。ドレイン・ソー
ス間容量CDSはドレイン層及びドリフト層とその下にあ
るソース電極と同電位のP-型半導体基板との接合面積
で決まる。従ってドレイン・ソース間容量CDSを低下さ
せるために、DMOS FET中心部のドレイン層の面
積を削減する必要がある。ドレイン層にはワイヤー配線
のためにドレイン電極を露出させた部分であるワイヤー
ボンデイングパッドの領域を設けて、電極を引き出すワ
イヤーが張れる最低の面積を確保する必要がある。こう
してドレイン層の一端に配線用の面積を確保し残りの面
積を充分削減したパターンにする。また、ドレイン・ソ
ース間の接合容量自身を低下させるため半導体基板の不
純物濃度を縦型DMOS FETのエピタキシャル層の
濃度より1桁小さくする(5×1013 [1/cm 3 ]程
度)。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention focuses on the following points. (1) In order to reduce the capacitance C DS between the drain and the source, to reduce the width of the drain layer. The drain-source capacitance CDS is determined by the junction area between the drain layer and the drift layer and the underlying P- type semiconductor substrate at the same potential as the source electrode. Thus in order to reduce the drain-source capacitance C DS, it is necessary to reduce the area of the drain layer of the DMOS FET center. In the drain layer, it is necessary to provide a region of a wire bonding pad, which is a portion where a drain electrode is exposed for wire wiring, to secure a minimum area where a wire from which an electrode is drawn can be stretched. Thus, a pattern is obtained in which a wiring area is secured at one end of the drain layer and the remaining area is sufficiently reduced. Further, in order to reduce the drain-source junction capacitance itself, the impurity concentration of the semiconductor substrate is made one digit lower than that of the epitaxial layer of the vertical DMOS FET (about 5 × 10 13 [1 / cm 3 ] ).
【0009】(2)DMOS FETの出力端の静電容
量を低減させるもう一つのポイントはドレイン・ゲート
間の静電容量CDGを減らすことにある。一方、低濃度半
導体基板を利用するため、Si表面に形成されるN型反
転層によりドレイン・ゲート間の静電容量CDGを生じる
が、この削減対策として、ゲート電極の長さをできるだ
け短くし、反転層が形成される領域を縮小する。 (3)同時に、耐圧を確保できるようにドリフトチャン
ネル長Ldを決める。 (4)トラック形状のドリフト層のコーナー部を、集中
する電界を緩和して直線部と同等の耐圧を確保できるよ
うドリフトチャンネル長よりも大きい曲率半径の円形に
する。(2) Another point in reducing the capacitance at the output terminal of the DMOS FET is to reduce the capacitance C DG between the drain and the gate. On the other hand, since a low-concentration semiconductor substrate is used, the capacitance C DG between the drain and the gate is generated by the N-type inversion layer formed on the Si surface. The area where the inversion layer is formed is reduced. (3) At the same time, the drift channel length Ld is determined so that the withstand voltage can be secured. (4) The corner portion of the track-shaped drift layer is formed into a circular shape having a radius of curvature larger than the drift channel length so that the concentrated electric field is reduced and a breakdown voltage equivalent to that of the straight portion can be secured.
【0010】図1は本発明で使用する横型DMOSFE
Tの断面構造図である。5は第1導電型の不純物を低濃
度にした半導体基板である。7はこの半導体基板5の1
つの面に所定の幅をもって細長く形成した半導体のドレ
イン層である。その両端部を前記のドレイン層の幅より
も大きい径の円弧形に形成する。8はドレイン電極であ
って前記ドレイン層7の一端に局部的に接合させその他
の間隙に酸化膜を形成してワイヤー配線をする際の衝撃
を緩和してドレイン層7との接合部の損傷を防止する構
造にしたドレイン電極である。6は前記ドレイン層7を
中に配置したドリフト層であって所定の耐電圧値が得ら
れるよう前記のドレイン層7から一定の幅(ドリフトチ
ャンネル長Ld)をもって前記ドレイン層と相似形に形
成したドリフト層である。9は前記ドリフト層6から離
れて半導体基板5内に形成された第1導電型不純物の半
導体拡散層である。10は半導体拡散層9内に形成され
た第2導電型の高濃度不純物の半導体層である。11は
半導体層10に接してドリフト層6から遠い側に設けた
第1導電型の高濃度不純物の半導体層である。12は半
導体層10と半導体層11の二つの層に共通に接続され
たソース電極である。14は前記半導体層10からドリ
フト層6にわたって絶縁膜13を介して形成されたゲー
ト電極である。FIG. 1 shows a horizontal DMOSFE used in the present invention.
It is sectional drawing of T. Reference numeral 5 denotes a semiconductor substrate in which impurities of the first conductivity type have a low concentration. Reference numeral 7 denotes one of the semiconductor substrates 5.
This is a semiconductor drain layer formed slenderly with a predetermined width on one surface. Both ends are formed in an arc shape having a diameter larger than the width of the drain layer. Reference numeral 8 denotes a drain electrode, which is locally joined to one end of the drain layer 7 to form an oxide film in other gaps to alleviate the shock at the time of wire wiring to reduce damage to the junction with the drain layer 7. This is a drain electrode having a structure for preventing the drain electrode. Reference numeral 6 denotes a drift layer in which the drain layer 7 is disposed. The drift layer 6 has a constant width (drift channel length Ld) from the drain layer 7 and has a similar shape to the drain layer so as to obtain a predetermined withstand voltage. It is a drift layer. Reference numeral 9 denotes a semiconductor diffusion layer of the first conductivity type impurity formed in the semiconductor substrate 5 apart from the drift layer 6. Reference numeral 10 denotes a semiconductor layer of a second conductivity type high-concentration impurity formed in the semiconductor diffusion layer 9. Reference numeral 11 denotes a semiconductor layer of the first conductivity type high-concentration impurity provided in contact with the semiconductor layer 10 and on the side remote from the drift layer 6. Reference numeral 12 denotes a source electrode commonly connected to the two layers of the semiconductor layer 10 and the semiconductor layer 11. Reference numeral 14 denotes a gate electrode formed from the semiconductor layer 10 to the drift layer 6 via the insulating film 13.
【0011】電流は水平方向に流れる。即ち、ソース電
極12からゲート電極14に対向する反転したP−BA
SE層9を通り、半導体基板5、ドリフト層6、ドレイ
ン層7、ドレイン電極8へと流れる。縦型DMOSに比
べてドリフト層6とゲート電極14のオーバラップ領域
の酸化膜厚が厚く、ドレイン・ゲート間の静電容量CDG
を低く抑えることができる。また、ドリフトチャンネル
の長さLd及びその濃度の調節をしてSi表面の近傍で
発生する放電破壊を抑制することができる。ドレイン・
ソース間容量CDSを決定する半導体基板5の濃度は、縦
型DMOSのエピタキシャル層96(図9)ほど耐圧・
オン抵抗に密接に関係しない。従って不純物濃度の低い
半導体基板5を使用してドレイン・ソース間容量CDSを
低減できる。そこで、半導体基板5の不純物濃度は5×
1013 [1/cm 3 ]程度とし縦型DMOS FETのエ
ピタキシャル層96の濃度より1桁小さくする。13は
酸化シリコンの絶縁膜である。15は保護覆である。The current flows in the horizontal direction. That is, the inverted P-BA facing the gate electrode 14 from the source electrode 12
It flows through the SE layer 9 to the semiconductor substrate 5, the drift layer 6, the drain layer 7, and the drain electrode 8. The thickness of the oxide film in the overlap region between the drift layer 6 and the gate electrode 14 is larger than that of the vertical DMOS, and the capacitance C DG between the drain and the gate is increased.
Can be kept low. Further, by adjusting the length Ld of the drift channel and the concentration thereof, it is possible to suppress discharge breakdown occurring near the Si surface. drain·
The concentration of the semiconductor substrate 5 to determine the source capacitance C DS is, the higher the vertical DMOS epitaxial layer 96 (FIG. 9) pressure-resistant,
Not closely related to on-resistance. Thus reducing the capacitance C DS between the drain and the source using the semiconductor substrate 5 having low impurity concentration. Therefore, the impurity concentration of the semiconductor substrate 5 is 5 ×
The density is set to about 10 13 [1 / cm 3 ], which is lower by one digit than the concentration of the epitaxial layer 96 of the vertical DMOS FET. Reference numeral 13 denotes a silicon oxide insulating film. 15 is a protective cover.
【0012】図2は図1で示したドリフト層6がドレイ
ン層7により6a、6bと二分された形状である。静電
容量CDSをより少なくすることができる。図3は上記の
横型DMOS FETの平面図である。この図3は図1
の中でゲート電極14が現れる断面についてドリフト層
6を書き加えて模写的に描いたものである。ドリフト層
の中のドレイン層からの幅即ちドリフトチャンネル長L
dはトラック状の平面では一定である。図1の符号と同
じく14はゲート電極である。6はドリフト層である。
7はドレイン層である。12はソース電極である。16
はドレイン電極を引き出すためのワイヤー配線領域であ
りワイヤーボンデイングパッドである。FIG. 2 shows a configuration in which the drift layer 6 shown in FIG. 1 is divided into 6 a and 6 b by a drain layer 7. The capacitance C DS can be further reduced. FIG. 3 is a plan view of the above-mentioned lateral DMOS FET. This FIG.
In FIG. 3, the drift layer 6 is additionally drawn for the cross section where the gate electrode 14 appears, and is schematically drawn. The width from the drain layer in the drift layer, that is, the drift channel length L
d is constant in a track-like plane. Reference numeral 14 is the same as the reference numeral in FIG. 6 is a drift layer.
7 is a drain layer. 12 is a source electrode. 16
Is a wire wiring region for extracting a drain electrode, which is a wire bonding pad.
【0013】図4は図1のドレイン電極8の近傍を改良
して描いたものである。ドレイン電極8の上に配線のた
めに電極が露出したボンデイングパッド16を形成した
例を示す。6はドリフト層、7はドレイン層、8はドレ
イン層7に局部的(図では2箇所)に接合されたドレイ
ン電極である。ドレイン電極8のボンデイングパッド上
に配線ワイヤーを取り付けるが、通常超音波で接続する
のでその衝撃によりドレイン電極8とドレイン層7との
接合部が破壊され易い。そのためドレイン電極8とドレ
イン層7を局部的に接合し、ドレイン電極8の下に酸化
膜13を形成して振動を緩和して接合部に損傷を与えな
い構造にする。13は絶縁のための酸化膜でもある。1
5は表面を覆う保護膜である。横型DMOSFETは2
00V程度の耐圧であればドレイン層7以外のフイール
ド酸化膜上にワイヤーボンデイングパッドを確保するこ
とも可能である。しかし、ボンデイングパッド部分によ
り寄生容量を生じDMOS FET自身の出力端容量の
増加を招くことになる。そこで、低濃度基板5を使用す
ると共に、ドレイン電極上に直接ワイヤーボンデイング
パッド16を形成して、そのために生じる接合部での静
電容量を前述の寄生容量より小さくする。FIG. 4 is an improved drawing of the vicinity of the drain electrode 8 of FIG. An example in which a bonding pad 16 whose electrode is exposed for wiring is formed on the drain electrode 8 is shown. Reference numeral 6 denotes a drift layer, reference numeral 7 denotes a drain layer, and reference numeral 8 denotes a drain electrode locally (two in the drawing) joined to the drain layer 7. A wiring wire is attached on the bonding pad of the drain electrode 8, but the connection is usually made by ultrasonic waves, so that the junction between the drain electrode 8 and the drain layer 7 is easily broken by the impact. For this reason, the drain electrode 8 and the drain layer 7 are locally joined, and an oxide film 13 is formed under the drain electrode 8 to reduce the vibration so that the junction is not damaged. Reference numeral 13 denotes an oxide film for insulation. 1
5 is a protective film covering the surface. Horizontal DMOSFET is 2
If the breakdown voltage is about 00 V, it is possible to secure a wire bonding pad on the field oxide film other than the drain layer 7. However, a parasitic capacitance is generated by the bonding pad portion, which causes an increase in the output terminal capacitance of the DMOS FET itself. Therefore, the low-concentration substrate 5 is used, and the wire bonding pad 16 is formed directly on the drain electrode, so that the capacitance at the junction caused by this is made smaller than the above-mentioned parasitic capacitance.
【0014】図5はドリフトチャンネル長Ldと耐圧の
関係を示す特性図である。横型DMOSFETの構造の
中で耐圧を決定するパラメータはドリフトチャンネル長
Ldである。図5はドリフトチャンネル長Ldと耐圧の
関係のシュミレーション結果と実験結果を示す。比較的
実測値と良く一致している。200Vの耐圧を得るには
ドリフトチャンネルの長さLdは10〜15μm程度で
あれば良いことがわかる。FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the drift channel length Ld and the withstand voltage. The parameter that determines the breakdown voltage in the structure of the lateral DMOSFET is the drift channel length Ld. FIG. 5 shows a simulation result and an experimental result of the relationship between the drift channel length Ld and the breakdown voltage. This is in good agreement with the measured value. It can be seen that the length Ld of the drift channel should be about 10 to 15 μm to obtain a withstand voltage of 200 V.
【0015】図6はドレイン層の曲率半径Rdと耐圧の
関係を示す特性図である。横型DMOSFETの耐圧が
下がる要因として、ドレイン層7の曲率半径の影響が挙
げられる。ワイヤーボンデイングパッド16があるコー
ナーと反対側のコーナー部では耐電圧の低下が起こらな
いようにシュミレーションにより最適な曲率半径Rdを
求める。コーナー部と直線部の接続部分は耐圧の低下が
起こらないようになだらかな流線型とする。シミュレー
ションによる耐圧の予測値は曲率半径がRd=30μm
程度以下になると低下しているが、これは実際に確認す
ることができる。FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the radius of curvature Rd of the drain layer and the breakdown voltage. A factor that lowers the breakdown voltage of the lateral DMOSFET is the influence of the radius of curvature of the drain layer 7. At the corner opposite to the corner where the wire bonding pad 16 is located, an optimum radius of curvature Rd is determined by simulation so that the withstand voltage does not decrease. The connecting portion between the corner portion and the straight portion has a gentle streamline shape so that the breakdown voltage does not decrease. The predicted value of the breakdown voltage by simulation is that the radius of curvature is Rd = 30 μm
Although it decreases when the temperature falls below the level, this can be actually confirmed.
【0016】[0016]
【発明の効果】横型DMOSFETを上記の構造にした
ことにより、 (1)横型DMOSFETの出力端子間静電容量を1.
7pFまで下げることができた。 (2)出力端子間の耐圧は300Vが実用可能になった (3)デバイスのシュミレーションを行うことにより、
耐圧を維持しながら、接合面積、ゲート長の縮小を行
い、出力端子間静電容量の少ないDMOS FETの寸
法決定を可能にした。この結果高耐圧で低い出力端子間
容量を併せもった半導体リレーを実現することができ
た。As described above, the lateral DMOSFET has the above structure. (1) The capacitance between the output terminals of the lateral DMOSFET is 1.
It could be reduced to 7 pF. (2) Withstand voltage between output terminals became 300V practical. (3) By simulating the device,
The junction area and the gate length were reduced while maintaining the breakdown voltage, and the dimensions of the DMOS FET having a small capacitance between the output terminals became possible. As a result, a semiconductor relay having a high withstand voltage and a low capacitance between output terminals was realized.
【図1】本発明の一実施形態を示す横型DMOSFET
の断面構造図である。FIG. 1 shows a lateral DMOSFET according to an embodiment of the present invention.
FIG.
【図2】ドリフト層が二分された形状の横型DMOSF
ETの断面構造図である。FIG. 2 is a horizontal DMMOS having a drift layer divided into two parts.
It is sectional drawing of ET.
【図3】横型DMOS FETのドレイン層が現れる断
面の平面図である。FIG. 3 is a plan view of a cross section where a drain layer of a lateral DMOS FET appears.
【図4】ドレイン電極上のボンデイングパッドを示す図
である。FIG. 4 is a diagram showing a bonding pad on a drain electrode.
【図5】ドリフトチャンネル長と耐圧の関係を示す特性
図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a drift channel length and a withstand voltage.
【図6】ドレインの曲率半径と耐圧の関係を示す特性図
である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a radius of curvature of a drain and a withstand voltage.
【図7】LSIテスタの切り換え選択スイッチ回路の説
明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a switching selection switch circuit of an LSI tester.
【図8】半導体リレーの回路構成図である。FIG. 8 is a circuit configuration diagram of a semiconductor relay.
【図9】縦型DMOSFETの断面構造図である。FIG. 9 is a sectional structural view of a vertical DMOSFET.
【図10】横型DMOSFETの一般的な電極形状の説
明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of a general electrode shape of a lateral DMOSFET.
1 LED 2 フォトダイオードアレイ 3a、3b DMOS FET 4 制御回路 5 半導体基板 6a、6b ドリフト層 7 ドレイン層 8 ドレイン電極 9 P−BASE層 10 第1半導体層 11 第2半導体層 12 ソース電極 13 絶縁酸化膜 14 ゲート電極 15 保護膜 16 ボンデイングパッド 70 被検査IC 71a〜71n 大電流ソース 72a〜72n V/Iソース&メジャメントユニット 73 選択スイッチ回路 91 ソース電極 92 N+高濃度不純物層 93 P−BASE層 94 ゲート電極 95 反転層 96 エピタキシャル層 97 半導体基板 98 ドレイン電極Reference Signs List 1 LED 2 photodiode array 3a, 3b DMOS FET 4 control circuit 5 semiconductor substrate 6a, 6b drift layer 7 drain layer 8 drain electrode 9 P-BASE layer 10 first semiconductor layer 11 second semiconductor layer 12 source electrode 13 insulating oxide film Reference Signs List 14 gate electrode 15 protective film 16 bonding pad 70 IC under test 71a to 71n large current source 72a to 72n V / I source & measurement unit 73 selection switch circuit 91 source electrode 92N + high concentration impurity layer 93 P-BASE layer 94 gate Electrode 95 inversion layer 96 epitaxial layer 97 semiconductor substrate 98 drain electrode
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−46109(JP,A) 特開 昭63−2422(JP,A) 特開 昭62−132422(JP,A) 特開 昭62−298152(JP,A) 特開 平5−235361(JP,A) 特開 平4−192338(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H03K 17/78 Continuation of front page (56) References JP-A-7-46109 (JP, A) JP-A-62-2422 (JP, A) JP-A-62-132422 (JP, A) JP-A-62-298152 (JP, A) JP-A-5-235361 (JP, A) JP-A-4-192338 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 29/78 H03K 17/78
Claims (4)
発光信号を受けるフォトダイオードアレイと、このフォ
トダイオードアレイの出力信号をゲート入力信号とする
横型DMOS FETとからなる半導体リレーにおい
て、 不純物濃度が1014 [1/cm 3 ]以下の半導体基板
と、 この半導体基板の1つの面に所定の幅をもって細長く形
成しその両端部を前記の幅よりも大きい径の円弧形にし
たドレイン層と、 前記のドレイン層を中に配置し前記ドレイン層の周囲を
一定の幅(ドリフトチャンネル長)で取り囲んで形成し
たドリフト層と、 このドリフト層を挟んで前記ドレイン層の反対側に形成
したゲート電極及びソース電極とから構成したことを特
徴とする横型DMOS FETからなる半導体リレー。1. A semiconductor relay comprising: an LED which receives an input signal and emits light; a photodiode array which receives the emission signal; and a lateral DMOS FET which uses an output signal of the photodiode array as a gate input signal. A semiconductor substrate having a width of not more than 10 14 [1 / cm 3 ] ; a drain layer having an elongated shape having a predetermined width on one surface of the semiconductor substrate and having both ends formed in an arc shape having a diameter larger than the width. A drift layer formed with the drain layer disposed therein and surrounding the drain layer with a constant width (drift channel length); and a gate electrode formed on the opposite side of the drain layer with the drift layer interposed therebetween. And a source electrode comprising a lateral DMOS FET.
フト層を設けたことを特徴とする横型DMOS FET
からなる請求項1に記載した半導体リレー。2. A lateral DMOS FET comprising a drift layer having a bisected shape with a drain layer interposed therebetween.
The semiconductor relay according to claim 1, comprising:
部分の間隙に酸化膜を形成したドレイン電極を設けたこ
とを特徴とする横型DMOS FETからなる請求項1
に記載した半導体リレー。3. A lateral DMOS FET comprising a drain electrode having an oxide film formed in a gap between a part of a junction surface between the drain layer and the drain electrode.
Semiconductor relay described in the above.
発光信号を受けるフォトダイオードアレイと、このフォ
トダイオードアレイの出力信号をゲート入力信号とする
横型DMOS FETとからなる半導体リレーにおい
て、 第1導電型の不純物濃度が1014 [1/cm 3 ]以下の
半導体基板(5)と、 この半導体基板(5)の1つの面に所定の幅をもって細
長く形成しその両端部を前記の幅よりも大きい径の円弧
形に形成した第2の導電型のドレイン層(7)と、 このドレイン層(7)とドレイン電極との接合面の一部
分の間隙に酸化膜を形成したドレイン電極(8)と、 前記のドレイン層(7)を中に配置し前記ドレイン層
(7)の周囲を一定の幅(ドリフトチャンネル長)で取
り囲んで形成した第2導電型のドリフト層(6)と前記
ドリフト層(6)から離れて半導体基板(5)内に形成
された第1導電型不純物の半導体拡散層(9)内に形成
された第2導電型の高濃度不純物の第1半導体層(1
0)及びこの第1半導体層(10)に接してドリフト層
(6)から遠い側に設けた第1導電型の高濃度不純物の
第2半導体層(11)と、これら二つの層に共通に接続
されたソース電極(12)と、前記第1半導体層(1
0)からドリフト層(6)にわたって絶縁膜(13)を
介して形成されたゲート電極(14)とから構成したこ
とを特徴とする横型DMOS FETからなる半導体リ
レー。4. A semiconductor relay comprising: an LED that receives an input signal and emits light; a photodiode array that receives the emission signal; and a lateral DMOS FET that uses an output signal of the photodiode array as a gate input signal. A semiconductor substrate (5) having a conductivity type impurity concentration of 10 14 [1 / cm 3 ] or less; and a semiconductor substrate (5) formed on one surface of the semiconductor substrate (5) to be elongated with a predetermined width. A second-conductivity-type drain layer (7) formed in a large-diameter arc shape; and a drain electrode (8) having an oxide film formed in a gap between a part of a junction surface between the drain layer (7) and the drain electrode. A second conductivity type drift layer (6) formed with the drain layer (7) disposed therein and surrounding the drain layer (7) with a constant width (drift channel length); The first semiconductor layer of a high concentration impurity of the second conductivity type formed in the semiconductor substrate (5) semiconductor diffusion layer of the first conductivity type impurity formed in (9) in the away from the lift layer (6) (1
0) and a second semiconductor layer (11) of high concentration impurity of the first conductivity type provided in contact with the first semiconductor layer (10) and remote from the drift layer (6), and common to these two layers. A source electrode (12) connected to the first semiconductor layer (1);
A semiconductor relay comprising a lateral DMOS FET, comprising: a gate electrode (14) formed via an insulating film (13) from 0) to a drift layer (6).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12687996A JP3082189B2 (en) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | Semiconductor relay |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12687996A JP3082189B2 (en) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | Semiconductor relay |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09312392A JPH09312392A (en) | 1997-12-02 |
JP3082189B2 true JP3082189B2 (en) | 2000-08-28 |
Family
ID=14946115
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12687996A Expired - Fee Related JP3082189B2 (en) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | Semiconductor relay |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3082189B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SG67518A1 (en) | 1997-06-30 | 1999-09-21 | Matsushita Electric Works Ltd | Solid-state relay |
JP4256328B2 (en) | 2003-12-05 | 2009-04-22 | 株式会社東芝 | Field effect transistor, semiconductor device, and photorelay |
-
1996
- 1996-05-22 JP JP12687996A patent/JP3082189B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09312392A (en) | 1997-12-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6069372A (en) | Insulated gate type semiconductor device with potential detection gate for overvoltage protection | |
US7948058B2 (en) | Semiconductor device and semiconductor integrated circuit device for driving plasma display using the semiconductor device | |
JPH04361571A (en) | Mos type semiconductor device | |
JP3456913B2 (en) | Semiconductor device | |
US5304837A (en) | Monolithically integrated temperature sensor for power semiconductor components | |
KR100589708B1 (en) | Semiconductor device | |
JP6740831B2 (en) | Semiconductor device | |
CN103972234A (en) | Integrated circuit, semiconductor device and method of manufacturing a semiconductor device | |
JP3082189B2 (en) | Semiconductor relay | |
KR101505313B1 (en) | Semiconductor device and semiconductor integrated circuit device using the same | |
US6489658B2 (en) | MOS-transistor for a photo cell | |
JPH0982965A (en) | Semiconductor device | |
JPH09266226A (en) | Semiconductor device and manufacture thereof | |
JPH10206170A (en) | Capacitance-type external-force detector | |
JP2002353448A (en) | High-withstand voltage semiconductor device | |
EP0773585A2 (en) | Pressure-contact type semiconductor device | |
US8530930B2 (en) | Semiconductor device having plural insulated gate switching cells and method for designing the same | |
US10461741B2 (en) | Power switch and semiconductor device thereof | |
JP2943922B2 (en) | Output contact element for semiconductor relay | |
Komachi et al. | Low Output Capacitance Solid State Relay | |
CN117709266B (en) | Large-signal equivalent circuit model of vertical-structure power MOSFET | |
JP3468033B2 (en) | Optically coupled semiconductor relay | |
JP7508948B2 (en) | Testing apparatus, testing method and manufacturing method | |
JP2006093684A (en) | Semiconductor device and optical semiconductor relay device using it | |
JPH06163911A (en) | Semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |