[发明专利]具有横向MOS晶体管和齐纳二极管的半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及具有横向MOS晶体管和齐纳二极管的半导体器件。

背景技术

例如，在对应于EP1143598-A2的JP-A-2001-352707中公开了一种半导体器件及其制造方法，在所述半导体器件中，在半导体衬底的表面层部分形成了横向扩散MOS晶体管元件。

图10是作为在EP1143598-A2中公开的半导体器件的半导体器件100的示意截面图。在由p型硅衬底2、绝缘层3和n型层1构成的SOI衬底上形成图10所示的半导体器件100。在半导体器件100中，将n型区6设置成围绕n⁺型漏极区5，将所述n型区6形成为在浓度上高于n型层1，并且所述n型区6的浓度在靠近n⁺型漏极区5的位置处变得更高。此外，将与n⁺型源极区8相邻设置的p⁺型接触区9形成为在n⁺型源极区8下方延伸。顺便提及，在图10中，附图标记4表示LOCOS氧化物膜，附图标记10表示栅极绝缘膜，附图标记11表示栅电极，附图标记12表示层间绝缘膜，附图标记13表示源电极，附图标记14表示漏电极。

图10所示的半导体器件100是形成有横向扩散MOS晶体管元件(LDMOS，横向扩散金属氧化物半导体)的半导体器件，其中，在n型层1的表面层部分设置源极和漏极，从而使载流子沿半导体衬底的横向流动。由于与任何其它的晶体管元件相比，LDMOS能够高速切换，因此可以将其应用于例如其中高速导通/截止晶体管元件的开关电路或开关电源。

一般而言，在诸如DC-DC转换器或逆变器的开关电路中，随着电路工作频率越高，附属电感或电容将变得越小，从而使电路的尺寸变得越小。出于这一目的，需要具有最高可能切换速度的晶体管元件。另一方面，在高速切换晶体管元件时，由于晶体管元件的突然变压变化(dV/dt)，将引起漏极电压(浪涌电压)的过冲。因此，感生噪声增大，同时还增大了开关损耗。

在对应于USP6700156的JP-A-2004-6598中公开了一种半导体器件，其旨在解决应用于开关电路的晶体管元件的上述问题。

图11是部分以截面的形式示出作为在USP6700156中公开的半导体器件的半导体器件90的示意透视图。图11所示的半导体器件90为形成有垂直扩散MOS晶体管元件(VOMOS，垂直扩散金属氧化物半导体)的半导体器件，其中，将源极和漏极设置在半导体衬底的两侧，从而使载流子沿半导体衬底的垂直方向流动。图11所示的这一半导体器件90的特征在于，在邻接p基极层(base layer)12的位置处设置含有低浓度的p导电类型杂质的p层14。

在图11的半导体器件90中，由于形成了p层14，因而随着漏极电压变得更高，栅极一漏极电容也将进一步增大，由此抑制了在漏极处出现浪涌电压。然而，只在具有VDMOS结构的半导体器件90中，形成p层14才有效。当在具有LDMOS结构的半导体器件中形成类似的p层14时，由于对载流子流动路径存在很大的影响，因此LDMOS的设计将变得困难。此外，在半导体器件90中，载流子流经具有低杂质浓度的p层14，因此导通电阻变高。此外，仅仅通过形成p层14，栅极一漏极电容的增大是不够的，并且抑制浪涌电压的效果也无法令人满意。

因此，形成了作为相关技术的图12所示的新的开关电路K1，以便避免应用于开关电路的晶体管元件的问题。

图12所示的开关电路K1是这样一种开关电路，其中，通过改变晶体管T5的栅极电压，使形成晶体管T5的主要电极的漏极D和源极S之间的路径在导电状态和非导电状态之间转换。在开关电路K1中，通过由齐纳二极管Dz和电容器C构成的串联电路连接晶体管T5的漏极D和栅极G。因此，在漏极电压为低时，齐纳二极管Dz未导通，以便确立起电容器C的电容不起作用的状态，从而以高速改变漏极电流和漏极电压，以使得开关损耗很小。另一方面，在漏极电压升高时，齐纳二极管Dz击穿，并且将电容器C的电容加到D-G路径中，从而以低速改变漏极电流和漏极电压，以将浪涌电压抑制到低水平。通过上述方式，图12所示的开关电路K1是能够同时抑制开关损耗和浪涌电压的开关电路。顺便提及，就所述开关电路的发明而言，已经提交了日本专利申请No.2006-86225(即，美国专利申请No.11/723967)。