JP2000252463A - Semiconductor device with horizontal mos element - Google Patents

Semiconductor device with horizontal mos element

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JP2000252463A
JP2000252463A JP11054380A JP5438099A JP2000252463A JP 2000252463 A JP2000252463 A JP 2000252463A JP 11054380 A JP11054380 A JP 11054380A JP 5438099 A JP5438099 A JP 5438099A JP 2000252463 A JP2000252463 A JP 2000252463A
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semiconductor
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勉 上杉
Takashi Suzuki
隆司 鈴木
Masahito Kigami
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device including a horizontal MOS element, in which an element can be made minute, along with a high breakdown strength. SOLUTION: A semiconductor device 100 with a horizontal MOS element includes a silicon substrate 10, an n-type drift region 14, a p-type second semiconductor layer 16 formed as a body region in the drift region 14 and having a channel region in the body region, n-type third semiconductor layers 18a and 18b as a source region selectively formed in the second semiconductor layer, an n-type fourth semiconductor layer 22 as a drain region formed on the drift region 14, and a buried insulating layer 30 between the second semiconductor layer 16 and the fourth semiconductor layer 22. In addition, in the second semiconductor layer, a parasitic MOS channel region is formed along a buried insulating layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、横型MOS素子を
含む半導体装置、特に微細化が可能で、高破壊耐量の横
型パワーMOSFETを含む半導体装置に好適な技術に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique suitable for a semiconductor device including a lateral MOS element, particularly a semiconductor device including a lateral power MOSFET which can be miniaturized and has a high breakdown voltage.

【0002】[0002]

【背景技術および発明が解決しようとする課題】パワー
デバイスは、高電圧,大電流を対象としているため、素
子を例えばインダクタンス負荷駆動時の逆起電力による
アバランシェ破壊などの破壊から守ることが重要な課題
となっている。このため、素子の高破壊耐量を実現する
ために、多くの提案がなされている。これらの提案は大
別すると、第1に、素子そのものの破壊耐量を向上させ
ること、第2に、ツェナーダイオードなどの保護素子を
付加し、素子の破壊を回避すること、である。
2. Description of the Related Art Since power devices are intended for high voltages and large currents, it is important to protect elements from destruction such as avalanche destruction caused by back electromotive force when driving an inductance load. It has become a challenge. For this reason, many proposals have been made to realize a high breakdown strength of the element. These proposals can be roughly classified into: first, improvement of the breakdown resistance of the element itself, and second, addition of a protection element such as a Zener diode to avoid destruction of the element.

【0003】前者の提案としては、例えば特開平6−5
868号公報に開示されているように、寄生バイポート
ランジスタのベースに相当する領域の不純物濃度を高
め、寄生バイポートランジスタの電流増幅率hFEを減少
させることにより、高破壊耐量を実現する技術がある。
しかし、この技術においては、寄生バイポートランジス
タのベースに相当する領域の不純物濃度を増加させるこ
とから、MOS素子のしきい値を増大させることにな
り、オン抵抗が大きくなる。
The former proposal is disclosed in, for example,
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 868, a technique for increasing the impurity concentration in a region corresponding to the base of a parasitic bipolar transistor and reducing the current amplification factor h FE of the parasitic bipolar transistor to realize a high breakdown strength. There is.
However, in this technique, since the impurity concentration in the region corresponding to the base of the parasitic bipolar transistor is increased, the threshold value of the MOS element is increased, and the on-resistance is increased.

【0004】後者の提案としては、例えば、特開平2−
177476号公報に開示されているように、パワーM
OS素子のゲート−ドレイン間にツェナーダイオードを
挿入し、ドレインにツェナーダイオードの耐圧以上の高
電圧が印加されるとゲートがオン状態となって、トラン
ジスタが導通状態となり、過電圧から素子を保護する技
術がある。しかし、この技術では、ツェナーダイオード
を素子の内部に形成することから、これを形成するスペ
ースを必要とするため、有効アクティブ面積が減少し、
素子の微細化を妨げる要因となる。
The latter proposal is disclosed in, for example,
As disclosed in JP 177476, the power M
A technology that inserts a Zener diode between the gate and drain of an OS element and applies a high voltage higher than the withstand voltage of the Zener diode to the drain, turns on the gate, turns on the transistor, and protects the element from overvoltage. There is. However, in this technique, since the Zener diode is formed inside the element, a space for forming the Zener diode is required, so that the effective active area is reduced,
This is a factor that hinders miniaturization of the element.

【0005】本発明の目的は、素子の微細化が可能であ
り、かつ高破壊耐量の横型MOS素子を含む半導体装置
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device including a lateral MOS element which can be miniaturized and has a high breakdown voltage.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の横型MOS素子
を含む半導体装置は、半導体または絶縁体からなる基
板、前記基板の上に形成され、ドリフト領域を構成する
第1導電型の第1半導体層、前記第1半導体層に接して
形成され、ボディ領域を構成し、かつ該ボディ領域にチ
ャネル領域が形成される第2導電型の第2半導体層、前
記第2半導体層に選択的に形成され、前記チャネル領域
に接してソース領域を構成する第1導電型の第3半導体
層、前記第2半導体層との間に前記第1半導体層を介在
させて形成され、ドレイン領域を構成する第1導電型の
第4半導体層、少なくとも前記チャネル領域に接して形
成された絶縁ゲート、および前記第2半導体層と前記第
4半導体層との間に形成された埋込み絶縁層、を含み、
前記埋込み絶縁層は、その下端が少なくとも前記第2半
導体層の底部に達する深さで形成され、かつ該第2半導
体層において該埋込み絶縁層に沿って寄生MOS素子の
チャネル領域が形成される。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device including a lateral MOS device, a substrate made of a semiconductor or an insulator, a first semiconductor of a first conductivity type formed on the substrate and constituting a drift region. A second conductive type second semiconductor layer formed in contact with the first semiconductor layer to form a body region and having a channel region formed in the body region; and selectively formed on the second semiconductor layer. A third semiconductor layer of a first conductivity type forming a source region in contact with the channel region; and a third semiconductor layer formed between the second semiconductor layer and the first semiconductor layer to form a drain region. A fourth semiconductor layer of one conductivity type, an insulating gate formed in contact with at least the channel region, and a buried insulating layer formed between the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer;
The buried insulating layer is formed at a depth such that its lower end reaches at least the bottom of the second semiconductor layer, and a channel region of a parasitic MOS element is formed along the buried insulating layer in the second semiconductor layer.

【0007】この半導体装置によれば、MOS素子がオ
フ状態の時には寄生MOSトランジスタを動作させるこ
とにより、オフ時のサージ電圧などの高電圧による素子
のブレークダウンを回避し、素子破壊を防止することが
できる。
According to this semiconductor device, when the MOS element is in the off state, the parasitic MOS transistor is operated, thereby avoiding breakdown of the element due to a high voltage such as a surge voltage at the time of off state, and preventing element destruction. Can be.

【0008】本発明の横型MOS素子を含む半導体装置
は、半導体または絶縁体からなる基板、前記基板の上に
形成され、ベース領域を構成する第1導電型の第1半導
体層、前記第1半導体層に接して形成され、ベース領域
を構成し、かつ該ベース領域にチャネル領域が形成され
る第2導電型の第2半導体層、前記第2半導体層に選択
的に形成され、前記チャネル領域に接してエミッタ領域
を構成する第1導電型の第3半導体層、前記第2半導体
層との間に第1半導体層に介在させて形成され、コレク
タ領域を構成する第2導電型の第4半導体層、少なくと
も前記チャネル領域に接して形成された絶縁ゲート、お
よび前記第2半導体層と第4半導体層との間に形成され
た埋込み絶縁層、を含み、前記埋込み絶縁層は、その下
端が少なくとも前記第2半導体層の底部に達する深さで
形成され、かつ該第2半導体層において該埋込み絶縁層
に沿って寄生MOS素子のチャネル領域が形成される。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device including a lateral MOS element, comprising: a substrate made of a semiconductor or an insulator; a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the substrate to form a base region; A second semiconductor layer of a second conductivity type, which is formed in contact with the layer, forms a base region, and a channel region is formed in the base region, and is selectively formed on the second semiconductor layer; A third semiconductor layer of a first conductivity type that is in contact with and forms an emitter region; a fourth semiconductor of a second conductivity type that is formed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to form a collector region; A buried insulating layer formed between the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer, and a lower end of the buried insulating layer has at least a lower end. Previous Is formed with a depth to reach the bottom of the second semiconductor layer, and the channel region of the parasitic MOS devices along 該埋 included insulating layers in said second semiconductor layer is formed.

【0009】この半導体装置は、MOS素子を含むバイ
ポーラトランジスタ(絶縁ゲートバイポーラシランジス
タ:IGBT)である。この半導体装置においても、前
記半導体装置と同様に、MOS素子がオフ状態の時には
寄生MOSトランジスタを動作させることにより、オフ
時のサージ電圧などの高電圧による素子のブレークダウ
ンを回避し、素子破壊を防止することができる。
This semiconductor device is a bipolar transistor (insulated gate bipolar silane transistor: IGBT) including a MOS element. In this semiconductor device, similarly to the semiconductor device described above, when the MOS element is in the off state, the parasitic MOS transistor is operated to avoid breakdown of the element due to a high voltage such as a surge voltage at the time of off, thereby preventing element destruction. Can be prevented.

【0010】前記半導体装置は、少なくとも、前記埋込
み絶縁層、前記第2半導体層および前記第3半導体層を
含んで構成される寄生MOS素子のしきい値電圧は、電
源電圧より大きく、素子耐圧(MOS素子のソース−ド
レイン耐圧)より小さく設定されることが望ましい。
In the semiconductor device, a threshold voltage of a parasitic MOS element including at least the buried insulating layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer is higher than a power supply voltage, It is desirable to set the voltage to be smaller than the source-drain breakdown voltage of the MOS element.

【0011】寄生MOSトランジスタのしきい値電圧を
このように設定することにより、MOS素子の動作上問
題を生ずることなく、高電圧を吸収できる。すなわち、
オフ状態でドレイン領域あるいはコレクタ領域(第4半
導体層)の電位が寄生MOSトランジスタのしきい値電
圧に達すると、寄生MOSトランジスタがオン状態とな
り、埋込み絶縁層に近接したボディ領域あるいはベース
領域(第2半導体層)内にチャネルが形成され電流が流
れる。その結果、半導体装置がオフ状態のとき、サージ
電圧などの高電圧が印加されたとしても素子をブレーク
ダウンさせることはない。
By setting the threshold voltage of the parasitic MOS transistor in this way, a high voltage can be absorbed without causing a problem in the operation of the MOS element. That is,
When the potential of the drain region or the collector region (the fourth semiconductor layer) reaches the threshold voltage of the parasitic MOS transistor in the off state, the parasitic MOS transistor is turned on, and the body region or the base region (the fourth region) close to the buried insulating layer. A channel is formed in the two semiconductor layers), and a current flows. As a result, when the semiconductor device is in the off state, the element does not break down even when a high voltage such as a surge voltage is applied.

【0012】また、本発明の半導体装置では、素子内部
に埋込み絶縁層を埋込む構造を有するため、従来の保護
素子を設ける方法に比べ、チップ面積を犠牲にする必要
がないため、素子の微細化を図ることができる。
Further, the semiconductor device of the present invention has a structure in which a buried insulating layer is buried inside the element, so that it is not necessary to sacrifice the chip area as compared with the conventional method of providing a protection element. Can be achieved.

【0013】前記絶縁ゲートは、前記第3半導体層、前
記第2半導体層および前記第1半導体層を貫通して形成
されたトレンチ、該トレンチの表面に沿って形成された
ゲート絶縁層、およびこのゲート絶縁層を介して該トレ
ンチ内部に形成されたゲート電極、を有することが望ま
しい。本発明の半導体装置においては、絶縁ゲート構造
は特に限定されないが、これを上記の構造を有するトレ
ンチゲート構造とすることにより、更なる素子の微細化
を達成することができる。
[0013] The insulated gate includes a trench formed through the third semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the first semiconductor layer, a gate insulating layer formed along a surface of the trench, and It is desirable to have a gate electrode formed inside the trench via a gate insulating layer. In the semiconductor device of the present invention, the insulated gate structure is not particularly limited. However, by using this as the trench gate structure having the above structure, further miniaturization of the element can be achieved.

【0014】また、本発明は、SOI(Silicon
On Insulator)構造を有する基板を用い
た半導体装置にも適用できる。
The present invention also relates to SOI (Silicon).
The present invention can also be applied to a semiconductor device using a substrate having an On Insulator structure.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について図面を参照しながら詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0016】(第1の実施の形態)図1および図2は、
本発明が適用された、トレンチゲート構造を有する横型
パワーMOSFET(以下、「MOSFET」という)
100を模式的に示す平面図および断面図である。図2
は、図1におけるA−A線に沿った部分の断面図を示
す。図1では、半導体層の表面に形成された電極層およ
び絶縁層を省略して記載している。
(First Embodiment) FIG. 1 and FIG.
A lateral power MOSFET having a trench gate structure to which the present invention is applied (hereinafter referred to as “MOSFET”)
100 is a plan view and a cross-sectional view schematically showing 100. FIG.
1 shows a cross-sectional view of a portion along the line AA in FIG. FIG. 1 omits an electrode layer and an insulating layer formed on the surface of the semiconductor layer.

【0017】図1および図2に示すMOSFET100
は、p型シリコン基板10と、このシリコン基板10上
に形成された、n型不純物を含むドリフト領域(第1半
導体層)14とを有する。
The MOSFET 100 shown in FIGS. 1 and 2
Has a p-type silicon substrate 10 and a drift region (first semiconductor layer) 14 formed on the silicon substrate 10 and containing an n-type impurity.

【0018】そして、ドリフト領域14の上面には、p
型の不純物を拡散することによりp型ボディ領域(第2
半導体層)16が形成され、さらに、このボディ領域1
6には、高濃度のn型不純物を選択的に拡散することに
よって第1のソース領域(第3半導体層)18aおよび
第2のソース領域(第3半導体層)18bが形成されて
いる。これらのボディ領域16およびソース領域18
a,18bは、セルフアライメント技術により2重拡散
することによって形成される。
On the upper surface of the drift region 14, p
The p-type body region (the second
A semiconductor layer 16 is formed.
6, a first source region (third semiconductor layer) 18a and a second source region (third semiconductor layer) 18b are formed by selectively diffusing high-concentration n-type impurities. These body region 16 and source region 18
a and 18b are formed by double diffusion by a self-alignment technique.

【0019】さらに、ドリフト領域14の上面には、ボ
ディ領域16と離間してドレイン領域(第4半導体層)
22が形成されている。このドレイン領域22は、高濃
度のn型不純物を含んでいる。
Further, on the upper surface of the drift region 14, a drain region (fourth semiconductor layer) is spaced apart from the body region 16.
22 are formed. This drain region 22 contains a high concentration of n-type impurities.

【0020】ボディ領域16とドレイン領域22との間
には、シリコン基板10の厚さ方向に延びる、酸化シリ
コンや窒化シリコンなどからなる埋込み絶縁層30が形
成されている。この埋込み絶縁層30は、その下端部が
ボディ領域16の底部より深く形成され、かつシリコン
基板10より所定間隔を有するように、その深さが設定
されている。
Between the body region 16 and the drain region 22, a buried insulating layer 30 made of silicon oxide, silicon nitride, or the like, extending in the thickness direction of the silicon substrate 10, is formed. The depth of the buried insulating layer 30 is set such that its lower end is formed deeper than the bottom of the body region 16 and has a predetermined distance from the silicon substrate 10.

【0021】また、ボディ領域16に接するようにトレ
ンチゲートが形成されている。すなわち、トレンチ74
は、第1のソース領域18a、ボディ領域16およびド
リフト領域14を貫通し、シリコン基板10の内部に至
るように形成される。このトレンチ74の表面に、ゲー
ト絶縁層72が形成されている。そして、このゲート絶
縁層72の内側にゲート電極70が形成されている。こ
のようにトレンチ74をシリコン基板10内部まで形成
し、ゲート絶縁層72の底部コーナー部がシリコン基板
10内に位置するように形成することにより、そうでな
い場合に比べて耐圧をさらに大きくすることができる。
A trench gate is formed so as to be in contact with body region 16. That is, the trench 74
Is formed so as to penetrate the first source region 18a, the body region 16 and the drift region 14 and reach the inside of the silicon substrate 10. A gate insulating layer 72 is formed on the surface of trench 74. Then, a gate electrode 70 is formed inside the gate insulating layer 72. By forming the trench 74 to the inside of the silicon substrate 10 and forming the bottom corner portion of the gate insulating layer 72 in the silicon substrate 10 in this manner, the withstand voltage can be further increased as compared with the case where the trench 74 is not provided. it can.

【0022】また、第1のソース領域18a、露出する
ボディ領域16および第2のソース領域18bの表面に
はソース電極44が、ドレイン領域22の表面にはドレ
イン電極46が、それぞれ形成されている。そして、ソ
ース電極44とドレイン電極46との相互は、絶縁層5
6によって電気的に分離されている。本実施の形態に係
るMOSFET100においては、埋込み絶縁層30を
ゲート絶縁層とし、ボディ領域16をチャネル領域と
し、埋込み絶縁層30を介してボディ領域16と反対側
にあるドリフト領域14をゲート電極とし、第2のソー
ス領域18bをソースとする寄生MOSトランジスタが
形成される。そして、この寄生MOSトランジスタは、
そのしきい値電圧が電源電圧より大きくかつソース−ド
レイン耐圧(素子耐圧)より小さい値となるように設定
される。
A source electrode 44 is formed on the surface of the first source region 18a, the exposed body region 16 and the second source region 18b, and a drain electrode 46 is formed on the surface of the drain region 22. . The source electrode 44 and the drain electrode 46 are connected to each other by the insulating layer 5.
6 are electrically separated. In MOSFET 100 according to the present embodiment, buried insulating layer 30 is a gate insulating layer, body region 16 is a channel region, and drift region 14 on the opposite side of body region 16 via buried insulating layer 30 is a gate electrode. , A parasitic MOS transistor having the second source region 18b as a source is formed. And this parasitic MOS transistor
The threshold voltage is set to be higher than the power supply voltage and lower than the source-drain breakdown voltage (device breakdown voltage).

【0023】寄生MOSトランジスタのしきい値は、ボ
ディ領域16の不純物濃度および埋込み絶縁層30の膜
厚などによって設定することができる。ボディ領域16
の不純物濃度がMOSFET100のしきい値電圧など
の特性に影響を与えることを考慮すると、埋込み絶縁層
30の膜厚によって寄生MOSトランジスタのしきい値
をコントロールすることが望ましい。そして、埋込み絶
縁層30の膜厚および深さを規定することにより、素子
の耐圧をも制御することができる。
The threshold value of the parasitic MOS transistor can be set according to the impurity concentration of body region 16 and the thickness of buried insulating layer 30. Body region 16
Considering that the impurity concentration affects characteristics such as the threshold voltage of MOSFET 100, it is desirable to control the threshold value of the parasitic MOS transistor by the thickness of buried insulating layer 30. By defining the thickness and depth of the buried insulating layer 30, the withstand voltage of the element can be controlled.

【0024】次にデバイスの動作について述べる。Next, the operation of the device will be described.

【0025】図2において、記号IONはMOSFET1
00がオン状態のときに流れるオン電流の経路を示し、
記号IOFFはMOSFET100がオフ状態のときに寄
生MOSトランジスタの動作によって流れる電流の経路
を示している。オン電流(I ON)は、ドレイン領域2
2、ドリフト領域14、およびゲート絶縁層72に沿っ
て形成されるチャネル領域を経由して第1のソース領域
18aへと流れる。
Referring to FIG.ONIs MOSFET1
00 shows a path of an on-current flowing when 00 is in an on state;
Symbol IOFFIs close when the MOSFET 100 is off.
Path of current flowing by operation of raw MOS transistor
Is shown. ON current (I ON) Is the drain region 2
2, along the drift region 14 and the gate insulating layer 72
Source region via a channel region formed by
Flow to 18a.

【0026】MOSFET100がオフ状態のときに
は、サージ電圧などの高電圧が印加されると、寄生MO
Sトランジスタが動作する。つまり、ボディ領域16
は、ソース電極44を介してグランドレベルに電位が固
定されているため、例えばドレイン領域22にインダク
タンス負荷駆動時の逆起電力等の高電圧が印加された場
合に、ドリフト領域14の電位もそれに伴って上昇す
る。ドレイン領域14の電位が寄生MOSトランジスタ
のしきい値電圧に達すると、寄生MOSトランジスタが
オン状態となり、埋込み絶縁層30に近接したボディ領
域16内にチャネルが形成され電流IOFFが流れる。そ
の結果、MOSFET100がオフ状態のとき、高電圧
が印加されたとしても素子をブレークダウンさせること
はない。そして、寄生MOSトランジスタは、そのしき
い値電圧が電源電圧より大きくソース−ドレイン耐圧よ
り小さい値となるように設定されているので、MOSF
ET100に悪影響を及ぼさない。
When a high voltage such as a surge voltage is applied when the MOSFET 100 is off, the parasitic MO
The S transistor operates. That is, the body region 16
Since the potential is fixed to the ground level via the source electrode 44, for example, when a high voltage such as a back electromotive force at the time of driving an inductance load is applied to the drain region 22, the potential of the drift region 14 It rises with it. When the potential of the drain region 14 reaches the threshold voltage of the parasitic MOS transistor, the parasitic MOS transistor is turned on, a channel is formed in the body region 16 adjacent to the buried insulating layer 30, and a current I OFF flows. As a result, when the MOSFET 100 is in the off state, the element does not break down even if a high voltage is applied. Since the parasitic MOS transistor is set so that its threshold voltage is higher than the power supply voltage and lower than the source-drain breakdown voltage, the MOSF
Does not adversely affect ET100.

【0027】例えば、車載用に使用されるパワーデバイ
スでは、一般的に、電源電圧すなわちバッテリー電圧は
最大30V程度であり、素子耐圧(ソース−ドレイン耐
圧)は最低60Vを有することが要求される。従って、
寄生MOSトランジスタのしきい値電圧を30Vより大
きくかつ60Vより小さく設定すれば、MOSFET1
00の動作上問題を生ずることがなく、かつオフ状態で
高電圧が印加された場合に寄生MOSトランジスタを動
作させることができる。その結果、素子をブレークダウ
ンさせずに、サージ電圧などの高電圧の印加から素子を
保護することができる。
For example, in a power device used in a vehicle, it is generally required that the power supply voltage, that is, the battery voltage is about 30 V at the maximum and the element withstand voltage (source-drain withstand voltage) is at least 60 V. Therefore,
If the threshold voltage of the parasitic MOS transistor is set higher than 30V and lower than 60V, the MOSFET 1
The parasitic MOS transistor can be operated when a high voltage is applied in the off state without causing any problem in the operation of 00. As a result, the element can be protected from application of a high voltage such as a surge voltage without causing the element to break down.

【0028】素子をブレークダウンの状態にさらすこと
は、必ずしも直接素子の破壊につながるわけではない
が、素子に過大なストレスを与えることになり、そのス
トレスの蓄積により素子破壊に至りやすくなる。本発明
によるMOSFET100では、上述したように、オフ
時に寄生MOSトランジスタを動作させることにより、
素子をブレークダウンの状態にさせずに高電圧を吸収す
ることができるため、ストレスの蓄積による素子破壊を
確実に回避することができる。
Exposing an element to a breakdown state does not necessarily lead to destruction of the element directly, but causes excessive stress to the element, and the accumulation of the stress tends to cause element destruction. In the MOSFET 100 according to the present invention, as described above, by operating the parasitic MOS transistor when off,
Since high voltage can be absorbed without causing the element to be in a breakdown state, element destruction due to accumulation of stress can be reliably avoided.

【0029】また、MOSFET100では、素子内部
に埋込み絶縁層30を埋込む構造を有するため、従来の
保護素子を設ける方法に比べ、チップ面積を犠牲にする
必要がないため、素子の微細化を図ることができる。
In addition, the MOSFET 100 has a structure in which the buried insulating layer 30 is embedded in the element, so that it is not necessary to sacrifice the chip area as compared with the conventional method of providing a protection element, so that the element can be miniaturized. be able to.

【0030】MOSFET100においては、ボディ領
域16とドレイン領域22との間に埋込み絶縁層30を
介在させ、しかもこの埋込み絶縁層30をドレイン領域
22に接する状態で形成している。そのため、埋込み絶
縁層30によってMOS素子の耐圧が確保される。そし
て、ドリフト電流はシリコン基板10の主面に対して垂
直方向に流れる部分を有するので、ドリフト領域14の
平面領域の面積を相対的に小さくすることができ、この
点でも素子の微細化を図ることができる。
In MOSFET 100, buried insulating layer 30 is interposed between body region 16 and drain region 22, and this buried insulating layer 30 is formed so as to be in contact with drain region 22. Therefore, the buried insulating layer 30 ensures the withstand voltage of the MOS element. Since the drift current has a portion flowing in a direction perpendicular to the main surface of the silicon substrate 10, the area of the plane region of the drift region 14 can be relatively reduced, and in this regard, the element can be miniaturized. be able to.

【0031】さらに、トレンチゲート構造を有すること
により、チャネル領域がシリコン基板10に対して縦方
向に形成されるため、その分、プレーナゲート構造に比
べて、素子の微細化が図れる。
Further, since the channel region is formed in the vertical direction with respect to the silicon substrate 10 by having the trench gate structure, the element can be made finer as compared with the planar gate structure.

【0032】このように、本実施の形態に係るMOSF
ET100によれば、寄生MOSトランジスタを動作さ
せることにより、オフ時のサージ電圧などの高電圧によ
る素子のブレークダウンを回避し、素子破壊を防止する
ことができる。さらに、埋込み絶縁層30により素子耐
圧を確保し、素子耐圧をきめるドリフト領域14を確保
しながら素子サイズの微細化を実現することが可能であ
る。
As described above, the MOSF according to the present embodiment
According to the ET100, by operating the parasitic MOS transistor, breakdown of the element due to a high voltage such as a surge voltage at the time of OFF can be avoided, and element destruction can be prevented. Further, it is possible to secure the element withstand voltage by the buried insulating layer 30 and realize the miniaturization of the element size while securing the drift region 14 for determining the element withstand voltage.

【0033】(製造プロセス)以下、本実施の形態に係
るMOSFET100の製造プロセスの一例を説明す
る。図3〜図5は、MOSFET100の製造工程を模
式的に示す断面図である。
(Manufacturing Process) An example of a manufacturing process of the MOSFET 100 according to the present embodiment will be described below. 3 to 5 are cross-sectional views schematically showing steps of manufacturing the MOSFET 100.

【0034】まず、図3(a)に示すように、シリコン
基板10およびエピタキシャル成長によって形成された
n型半導体層(ドリフト領域)14からなる基板S2上
に、膜厚100〜500nmの熱酸化膜60を形成す
る。ついで、通常用いられるフォトリソグラフィおよび
RIEにより、不純物を導入したい部分に開口部を形成
し、この開口部を介して、通常用いられるイオン注入お
よび熱処理(熱拡散)技術によってp型の不純物をドー
ピングし、p型不純物を含むボディ領域16を形成す
る。
First, as shown in FIG. 3A, a thermal oxide film 60 having a thickness of 100 to 500 nm is formed on a substrate S2 including a silicon substrate 10 and an n-type semiconductor layer (drift region) 14 formed by epitaxial growth. To form Then, an opening is formed at a portion where the impurity is to be introduced by commonly used photolithography and RIE, and a p-type impurity is doped through this opening by a commonly used ion implantation and heat treatment (thermal diffusion) technique. , A body region 16 containing a p-type impurity is formed.

【0035】次に、図3(b)に示すように、前記熱酸
化膜60を除去した後に、熱酸化または化学気相成長
(CVD)法により膜厚100nm以上のフィールド酸
化膜50を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, after removing the thermal oxide film 60, a field oxide film 50 having a thickness of 100 nm or more is formed by thermal oxidation or chemical vapor deposition (CVD). .

【0036】次に、図3(c)に示すように、フォトリ
ソグラフィおよびRIEによりトレンチ形成用の開口部
52を形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, an opening 52 for forming a trench is formed by photolithography and RIE.

【0037】次に、図3(d)に示すように、RIEに
より、前記シリコン基板10の表面より少なくともボデ
ィ領域16を貫通するように、所定距離の深さまでエッ
チングしてトレンチ32を形成する。
Next, as shown in FIG. 3D, a trench 32 is formed by RIE to a depth of a predetermined distance from the surface of the silicon substrate 10 so as to penetrate at least the body region 16.

【0038】次に、図4(a)に示すように、前記トレ
ンチ32の内部に、CVD法により、酸化シリコンある
いは窒化シリコンなどの絶縁物質を埋込むことにより、
埋込み絶縁層30を形成する。これによりボディ領域1
6とドリフト領域14とをシリコン基板10と垂直方向
に分離する。また、この工程で、基板S2表面に絶縁層
62が形成される。
Next, as shown in FIG. 4A, an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride is buried in the trench 32 by CVD.
A buried insulating layer 30 is formed. Thereby, the body region 1
6 and the drift region 14 are separated from the silicon substrate 10 in the vertical direction. In this step, the insulating layer 62 is formed on the surface of the substrate S2.

【0039】次に、図4(b)に示すように、前記工程
で形成された絶縁層62に、フォトリソグラフィおよび
RIEにより、トレンチ形成用の開口部58を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 4B, an opening 58 for forming a trench is formed in the insulating layer 62 formed in the above step by photolithography and RIE.

【0040】次に、図4(c)に示すように、RIEに
よって、シリコン基板10の表面に至るトレンチ74を
形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, a trench 74 reaching the surface of the silicon substrate 10 is formed by RIE.

【0041】次に、図4(d)に示すように、トレンチ
74の内部表面に膜厚0.01〜0.2μmのゲート絶
縁層72を形成した後、CVD法により、n型不純物が
ドープされたアモルファスシリコンあるいは多結晶シリ
コンをトレンチ74内に堆積させてゲート電極70を形
成する。
Next, as shown in FIG. 4D, after a gate insulating layer 72 having a thickness of 0.01 to 0.2 μm is formed on the inner surface of the trench 74, an n-type impurity is doped by a CVD method. The formed amorphous silicon or polycrystalline silicon is deposited in the trench 74 to form the gate electrode 70.

【0042】次に、図5(a)に示すように、基板S2
上の絶縁層62を除去した後、CVD法により、シリコ
ン酸化膜あるいはBPSG膜などからなる膜厚0.2〜
1μmの層間絶縁層56を形成する。
Next, as shown in FIG.
After removing the upper insulating layer 62, the thickness of the silicon oxide film or BPSG film of 0.2 to
A 1 μm interlayer insulating layer 56 is formed.

【0043】次に、図5(b)に示すように、所定パタ
ーンで電極形成用のコンタクトホールを形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, contact holes for forming electrodes are formed in a predetermined pattern.

【0044】次に、図5(c)に示すように、イオン注
入および熱拡散技術によって、高濃度のn型不純物を含
む第1および第2ソース領域18a,18bを形成す
る。このとき、同時にドレイン領域22が形成される。
Next, as shown in FIG. 5C, first and second source regions 18a and 18b containing a high concentration of n-type impurities are formed by ion implantation and thermal diffusion techniques. At this time, the drain region 22 is formed at the same time.

【0045】次に、図示しないが、ソース領域18a,
18bの表面にソース電極44を、ドレイン領域22の
表面にドレイン電極46を形成する。
Next, although not shown, the source regions 18a,
A source electrode 44 is formed on the surface of 18b, and a drain electrode 46 is formed on the surface of the drain region 22.

【0046】なお、埋込み絶縁層30およびゲート電極
70の形成順序は特に限定されず、上述のプロセスと逆
であってもよい。
The order of forming the buried insulating layer 30 and the gate electrode 70 is not particularly limited, and may be reversed from the above-described process.

【0047】以上の工程を経ることにより、図1および
図2に示すパワーMOSFET100を製造することが
できる。
Through the above steps, the power MOSFET 100 shown in FIGS. 1 and 2 can be manufactured.

【0048】(第2の実施の形態)図6は、本発明を適
用したトレンチゲート構造を有する横型パワーMOSF
ET200を模式的に示す断面図である。本実施の形態
に係るMOSFET200は、前記第1の実施の形態
と、SOI構造を有する点で異なるが、それ以外の構造
は同様である。前記第1の実施の形態に係るMOSFE
T100と実質的に同様の機能を有する部分には、同一
の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment) FIG. 6 shows a lateral power MOSF having a trench gate structure to which the present invention is applied.
It is sectional drawing which shows ET200 typically. The MOSFET 200 according to the present embodiment is different from the first embodiment in having an SOI structure, but the other structures are the same. MOSFE according to the first embodiment
Portions having functions substantially similar to those of T100 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0049】図6に示すMOSFET200は、シリコ
ン基板10と、絶縁基板12とを有し、この絶縁基板1
2上にn型不純物を含むドリフト領域(第1半導体層)
14が形成されている。つまり、第1の実施の形態のM
OSFET100では、素子分離にPN接合分離を用い
ているのに対し、この実施の形態のMOSFET200
では、誘電体分離を用いている。このように、誘電体分
離を用いることにより、複数の素子を1つのチップに集
積化した場合、各素子間の電気的な絶縁をより完全に実
現できる利点がある。それ以外のデバイス構造、動作お
よび発明の利点は第1の実施の形態と同様であるので、
記載を省略する。
The MOSFET 200 shown in FIG. 6 has a silicon substrate 10 and an insulating substrate 12.
Drift region containing n-type impurity on 2 (first semiconductor layer)
14 are formed. That is, M of the first embodiment
The OSFET 100 uses PN junction isolation for element isolation, whereas the MOSFET 200 of this embodiment
Uses dielectric isolation. As described above, when a plurality of elements are integrated on one chip by using the dielectric isolation, there is an advantage that electrical insulation between the elements can be more completely realized. Other device structures, operations and advantages of the invention are the same as those of the first embodiment.
The description is omitted.

【0050】(第3の実施の形態)図7は、本発明を適
用したプレーナゲート構造を有する横型パワーMOSF
ET300を模式的に示す断面図である。本実施の形態
に係るMOSFET300は、前記第1の実施の形態
と、ゲート構造の点で異なるが、それ以外の構造は同様
である。前記第1の実施の形態に係るパワーMOSFE
T100と実質的に同様の機能を有する部分には、同一
の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
(Third Embodiment) FIG. 7 shows a lateral power MOSF having a planar gate structure to which the present invention is applied.
It is sectional drawing which shows ET300 typically. The MOSFET 300 according to the present embodiment is different from the first embodiment in the gate structure, but the other structures are the same. The power MOSFET according to the first embodiment
Portions having functions substantially similar to those of T100 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0051】MOSFET300は、p型シリコン基板
10と、このシリコン基板10上に形成された、n型不
純物を含むドリフト領域(第1半導体層)14とを有す
る。そして、ドリフト領域14の上面には、p型の不純
物を拡散することによりp型ボディ領域(第2半導体
層)16が形成され、さらに、このボディ領域16に
は、高濃度のn型不純物を選択的に拡散することによっ
て第1のソース領域(第3半導体層)18aおよび第2
のソース領域(第3半導体層)18bが形成されてい
る。
The MOSFET 300 has a p-type silicon substrate 10 and a drift region (first semiconductor layer) 14 formed on the silicon substrate 10 and containing an n-type impurity. Then, a p-type body region (second semiconductor layer) 16 is formed on the upper surface of the drift region 14 by diffusing a p-type impurity, and a high-concentration n-type impurity is By selectively diffusing, the first source region (third semiconductor layer) 18a and the second
Source region (third semiconductor layer) 18b is formed.

【0052】さらに、ドリフト領域14の上面には、ボ
ディ領域16と離間してドレイン領域(第4半導体層)
22が形成されている。このドレイン領域22は、高濃
度のn型不純物を含んでいる。
Further, on the upper surface of the drift region 14, a drain region (fourth semiconductor layer) is spaced apart from the body region 16.
22 are formed. This drain region 22 contains a high concentration of n-type impurities.

【0053】ボディ領域16とドレイン領域22との間
には、シリコン基板10の厚さ方向に延びる、酸化シリ
コンや窒化シリコンなどからなる埋込み絶縁層30が形
成されている。この埋込み絶縁層30は、その下端部が
ボディ領域16の底部より深く形成され、かつシリコン
基板10より所定間隔を有するように、その深さが設定
されている。
Between the body region 16 and the drain region 22, a buried insulating layer 30 made of silicon oxide, silicon nitride, or the like, extending in the thickness direction of the silicon substrate 10, is formed. The depth of the buried insulating layer 30 is set such that its lower end is formed deeper than the bottom of the body region 16 and has a predetermined distance from the silicon substrate 10.

【0054】また、ボディ領域16に接するようにプレ
ーナゲート80が形成されている。プレーナゲート80
は、第1のソース領域18a、ボディ領域16およびド
リフト領域14の表面に、ゲート絶縁層82が形成さ
れ、このゲート絶縁層82上にゲート電極84が形成さ
れている。
A planar gate 80 is formed so as to be in contact with body region 16. Planar gate 80
The gate insulating layer 82 is formed on the surfaces of the first source region 18a, the body region 16 and the drift region 14, and the gate electrode 84 is formed on the gate insulating layer 82.

【0055】本実施の形態に係るMOSFET300に
おいても、第1の実施の形態のMOSFET100と同
様に、埋込み絶縁層30をゲート絶縁層とし、ボディ領
域16をチャネル領域とし、埋込み絶縁層30を介して
ボディ領域16と反対側にあるドリフト領域14をゲー
ト電極とし、第2のソース領域18bをソースとする寄
生MOSトランジスタが形成される。そして、この寄生
MOSトランジスタは、そのしきい値電圧が電源電圧よ
り大きくかつソース−ドレイン耐圧(素子耐圧)より小
さい値となるように設定される。
In MOSFET 300 according to the present embodiment, similarly to MOSFET 100 of the first embodiment, buried insulating layer 30 is used as a gate insulating layer, body region 16 is used as a channel region, and buried insulating layer 30 is interposed. A parasitic MOS transistor is formed in which the drift region 14 on the opposite side to the body region 16 is used as a gate electrode and the second source region 18b is used as a source. The threshold voltage of the parasitic MOS transistor is set to be higher than the power supply voltage and lower than the source-drain breakdown voltage (device breakdown voltage).

【0056】寄生MOSトランジスタのしきい値は、ボ
ディ領域16の不純物濃度および埋込み絶縁層30の膜
厚などによって設定することができる。ボディ領域16
の不純物濃度がMOSFET300のしきい値電圧など
の特性に影響を与えることを考慮すると、埋込み絶縁層
30の膜厚によって寄生MOSトランジスタのしきい値
をコントロールすることが望ましい。そして、埋込み絶
縁層30の膜厚および深さを規定することにより、素子
の耐圧をも制御することができる。
The threshold value of the parasitic MOS transistor can be set according to the impurity concentration of body region 16 and the thickness of buried insulating layer 30. Body region 16
Considering that the impurity concentration affects characteristics such as the threshold voltage of MOSFET 300, it is desirable to control the threshold value of the parasitic MOS transistor by the thickness of buried insulating layer 30. By defining the thickness and depth of the buried insulating layer 30, the withstand voltage of the element can be controlled.

【0057】次にデバイスの動作について述べる。Next, the operation of the device will be described.

【0058】図7において、記号IONはMOSFET3
00がオン状態のときに流れるオン電流の経路を示し、
記号IOFFはMOSFET300がオフ状態のときに寄
生MOSトランジスタの動作によって流れる電流の経路
を示している。オン電流(I ON)は、ドレイン領域2
2、ドリフト領域14、およびゲート絶縁層82に沿っ
て形成されるチャネル領域を経由して第1のソース領域
18aへと流れる。
In FIG. 7, the symbol IONIs MOSFET3
00 shows a path of an on-current flowing when 00 is in an on state;
Symbol IOFFIs close when the MOSFET 300 is off.
Path of current flowing by operation of raw MOS transistor
Is shown. ON current (I ON) Is the drain region 2
2, along the drift region 14 and the gate insulating layer 82
Source region via a channel region formed by
Flow to 18a.

【0059】MOSFET300がオフ状態のときに
は、サージ電圧などの高電圧が印加されると、寄生MO
Sトランジスタが動作する。つまり、ボディ領域16
は、ソース電極44を介してグランドレベルに電位が固
定されているため、例えばドレイン領域22にインダク
タンス負荷駆動時の逆起電力等の高電圧が印加された場
合に、ドリフト領域14の電位もそれに伴って上昇す
る。ドレイン領域14の電位が寄生MOSトランジスタ
のしきい値電圧に達すると、寄生MOSトランジスタが
オン状態となり、埋込み絶縁層30に近接したボディ領
域16内にチャネルが形成され電流IOFFが流れる。そ
の結果、MOSFET300がオフ状態のとき、高電圧
が印加されたとしても素子をブレークダウンさせること
はない。そして、寄生MOSトランジスタは、そのしき
い値電圧が電源電圧より大きくソース−ドレイン耐圧よ
り小さい値となるように設定されているので、MOSF
ET300に悪影響を及ぼさない。
When a high voltage such as a surge voltage is applied when the MOSFET 300 is off, the parasitic MO
The S transistor operates. That is, the body region 16
Since the potential is fixed to the ground level via the source electrode 44, for example, when a high voltage such as a back electromotive force at the time of driving an inductance load is applied to the drain region 22, the potential of the drift region 14 It rises with it. When the potential of the drain region 14 reaches the threshold voltage of the parasitic MOS transistor, the parasitic MOS transistor is turned on, a channel is formed in the body region 16 adjacent to the buried insulating layer 30, and a current I OFF flows. As a result, when the MOSFET 300 is in the off state, the element does not break down even if a high voltage is applied. Since the parasitic MOS transistor is set so that its threshold voltage is higher than the power supply voltage and lower than the source-drain breakdown voltage, the MOSF
Does not adversely affect ET300.

【0060】MOSFET300では、上述したよう
に、オフ時に寄生MOSトランジスタを動作させること
により、素子をブレークダウンの状態にさせずに高電圧
を吸収することができるため、ストレスの蓄積による素
子破壊を確実に回避することができる。
In the MOSFET 300, as described above, by operating the parasitic MOS transistor when the MOSFET is off, a high voltage can be absorbed without causing the element to be in a breakdown state. Can be avoided.

【0061】また、MOSFET300では、素子内部
に埋込み絶縁層30を埋込む構造を有するため、従来の
保護素子を設ける方法に比べ、チップ面積を犠牲にする
必要がないため、素子の微細化を図ることができる。
Further, since the MOSFET 300 has a structure in which the buried insulating layer 30 is embedded in the element, it is not necessary to sacrifice the chip area as compared with the conventional method of providing a protection element, so that the element is miniaturized. be able to.

【0062】本実施の形態に係るMOSFET300に
おいては、ボディ領域16とドレイン領域22との間に
埋込み絶縁層30を介在させ、しかもこの埋込み絶縁層
30をドレイン領域22に接する状態で形成している。
そのため、埋込み絶縁層30によってMOS素子の耐圧
が確保される。そして、ドリフト電流はシリコン基板1
0の主面に対して垂直方向に流れる部分を有するので、
ドリフト領域14の平面領域の面積を相対的に小さくす
ることができ、この点でも素子の微細化を図ることがで
きる。
In MOSFET 300 according to the present embodiment, buried insulating layer 30 is interposed between body region 16 and drain region 22, and this buried insulating layer 30 is formed so as to be in contact with drain region 22. .
Therefore, the buried insulating layer 30 ensures the withstand voltage of the MOS element. The drift current is applied to the silicon substrate 1
Since it has a portion flowing in the direction perpendicular to the main surface of 0,
The area of the plane region of the drift region 14 can be relatively reduced, and in this regard, the element can be miniaturized.

【0063】このように、本実施の形態に係るMOSF
ET300によれば、寄生MOSトランジスタを動作さ
せることにより、オフ時のサージ電圧などの高電圧によ
る素子のブレークダウンを回避し、素子破壊を防止する
ことができる。さらに、埋込み絶縁層30により素子耐
圧を確保し、素子耐圧をきめるドリフト領域14を確保
しながら素子サイズの微細化を実現することが可能であ
る。
As described above, the MOSF according to the present embodiment
According to ET300, by operating the parasitic MOS transistor, breakdown of the element due to a high voltage such as a surge voltage at the time of off can be avoided, and element destruction can be prevented. Further, it is possible to secure the element withstand voltage by the buried insulating layer 30 and realize the miniaturization of the element size while securing the drift region 14 for determining the element withstand voltage.

【0064】(第4の実施の形態)図8は、本発明が適
用された、トレンチゲート構造を有する横型IGBT4
00を模式的に示す断面図である。このIGBT400
は、図1に示すMOSFET100におけるn型ドレイ
ン領域22の代わりにp型コレクタ領域24を設けた構
造を有する。つまり、IGBT400は、n型MOSゲ
ートを有するバイポーラトランジスタである。
(Fourth Embodiment) FIG. 8 shows a lateral IGBT 4 having a trench gate structure to which the present invention is applied.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing 00. This IGBT400
Has a structure in which a p-type collector region 24 is provided instead of the n-type drain region 22 in the MOSFET 100 shown in FIG. That is, the IGBT 400 is a bipolar transistor having an n-type MOS gate.

【0065】IGBT400は、p型シリコン基板10
と、このシリコン基板10上に形成された、n型ベース
領域(第1半導体層)14とを有する。そして、n型ベ
ース領域14の上面には、p型の不純物を拡散すること
によりp型ベース領域(第2半導体層)16が形成さ
れ、さらに、このp型ベース領域16には、高濃度のn
型不純物を選択的に拡散することによって第1のエミッ
タ領域(第3半導体層)18aおよび第2のエミッタ領
域(第3半導体層)18bが形成されている。これらの
p型ベース領域16およびエミッタ領域18a,18b
は、セルフアライメント技術により2重拡散することに
よって形成される。
The IGBT 400 is a p-type silicon substrate 10
And an n-type base region (first semiconductor layer) 14 formed on the silicon substrate 10. On the upper surface of the n-type base region 14, a p-type impurity (diffusion) is formed to form a p-type base region (second semiconductor layer) 16. n
By selectively diffusing the type impurities, a first emitter region (third semiconductor layer) 18a and a second emitter region (third semiconductor layer) 18b are formed. These p-type base region 16 and emitter regions 18a, 18b
Are formed by double diffusion using a self-alignment technique.

【0066】さらに、n型ベース領域14の上面には、
p型ベース領域16と離間してコレクタ領域(第4半導
体層)24が形成されている。このコレクタ領域24
は、高濃度のp型不純物を含んでいる。
Further, on the upper surface of the n-type base region 14,
A collector region (fourth semiconductor layer) 24 is formed apart from p-type base region 16. This collector region 24
Contains a high concentration of p-type impurities.

【0067】p型ベース領域16とp型コレクタ領域2
4との間には、シリコン基板10の厚さ方向に延びる、
酸化シリコンや窒化シリコンなどからなる埋込み絶縁層
30が形成されている。この埋込み絶縁層30は、その
下端部がp型ベース領域16の底部より深く形成され、
かつシリコン基板10より所定間隔を有するように、そ
の深さが設定されている。
P-type base region 16 and p-type collector region 2
4, extending in the thickness direction of the silicon substrate 10;
A buried insulating layer 30 made of silicon oxide, silicon nitride, or the like is formed. The buried insulating layer 30 is formed such that its lower end is deeper than the bottom of the p-type base region 16.
The depth is set so as to have a predetermined distance from the silicon substrate 10.

【0068】また、p型ベース領域16に接するように
トレンチゲートが形成されている。すなわち、トレンチ
74は、第1のエミッタ領域18a、p型ベース領域1
6およびn型ベース領域14を貫通し、シリコン基板1
0の内部に至るように形成される。このトレンチ74の
表面に、ゲート絶縁層72が形成されている。そして、
このゲート絶縁層72の内側にゲート電極70が形成さ
れている。このようにトレンチ74をシリコン基板10
内部まで形成し、ゲート絶縁層72の底部コーナー部が
シリコン基板10内に位置するように形成することによ
り、そうでない場合に比べて耐圧をさらに大きくするこ
とができる。
A trench gate is formed so as to be in contact with p-type base region 16. That is, the trench 74 includes the first emitter region 18 a and the p-type base region 1.
6 and the n-type base region 14 and the silicon substrate 1
0 is formed. A gate insulating layer 72 is formed on the surface of trench 74. And
A gate electrode 70 is formed inside the gate insulating layer 72. Thus, the trench 74 is formed in the silicon substrate 10.
By forming the gate insulating layer 72 to the inside and forming the bottom corner of the gate insulating layer 72 in the silicon substrate 10, the withstand voltage can be further increased as compared with the case where it is not.

【0069】また、第1のエミッタ領域18a、露出す
るp型ベース領域16および第2のエミッタ領域18b
の表面にはエミッタ電極44が、コレクタ領域24の表
面にはコレクタ電極48が、それぞれ形成されている。
そして、エミッタ電極44とコレクタ電極48との相互
は、絶縁層56によって電気的に分離されている。
The first emitter region 18a, the exposed p-type base region 16 and the second emitter region 18b
, An emitter electrode 44 is formed on the surface of the collector region 24, and a collector electrode 48 is formed on the surface of the collector region 24.
The emitter electrode 44 and the collector electrode 48 are electrically separated from each other by the insulating layer 56.

【0070】本実施の形態に係るIGBT400におい
ては、埋込み絶縁層30をゲート絶縁層とし、p型ベー
ス領域16をチャネル領域とし、埋込み絶縁層30を介
してp型ベース領域16と反対側にあるn型ベース領域
14をゲート電極とし、第2のエミッタ領域18bをソ
ースとする寄生MOSトランジスタが形成される。そし
て、この寄生MOSトランジスタは、そのしきい値電圧
が電源電圧より大きくかつエミッタ−コレクタ間耐圧
(素子耐圧)より小さい値となるように設定される。
In the IGBT 400 according to the present embodiment, the buried insulating layer 30 is a gate insulating layer, the p-type base region 16 is a channel region, and the buried insulating layer 30 is on the side opposite to the p-type base region 16 via the buried insulating layer 30. A parasitic MOS transistor having the n-type base region 14 as a gate electrode and the second emitter region 18b as a source is formed. The parasitic MOS transistor is set so that its threshold voltage is higher than the power supply voltage and lower than the emitter-collector breakdown voltage (element breakdown voltage).

【0071】寄生MOSトランジスタのしきい値は、p
型ベース領域16の不純物濃度および埋込み絶縁層30
の膜厚などによって設定することができる。p型ベース
領域16の不純物濃度がMOSゲートのしきい値電圧な
どの特性に影響を与えることを考慮すると、埋込み絶縁
層30の膜厚によって寄生MOSトランジスタのしきい
値をコントロールすることが望ましい。そして、埋込み
絶縁層30の膜厚および深さを規定することにより、素
子の耐圧をも制御することができる。
The threshold value of the parasitic MOS transistor is p
Concentration of the base region 16 and the buried insulating layer 30
Can be set according to the thickness of the film. Considering that the impurity concentration of the p-type base region 16 affects characteristics such as the threshold voltage of the MOS gate, it is desirable to control the threshold value of the parasitic MOS transistor by the thickness of the buried insulating layer 30. By defining the thickness and depth of the buried insulating layer 30, the withstand voltage of the element can be controlled.

【0072】次にデバイスの動作について述べる。Next, the operation of the device will be described.

【0073】図8において、記号IONはIGBT400
がオン状態のときに流れる正孔電流の経路を示し、記号
OFFはIGBT400がオフ状態のときに寄生MOS
トランジスタの動作によって流れる電子電流の経路を示
している。
In FIG. 8, the symbol I ON represents an IGBT 400
Indicates a path of a hole current flowing when the IGBT 400 is in an on state, and a symbol I OFF indicates a parasitic MOS
4 shows a path of an electron current flowing by the operation of the transistor.

【0074】IGBT400がオフ状態のときには、サ
ージ電圧などの高電圧が印加されると、寄生MOSトラ
ンジスタが動作する。つまり、p型ベース領域16は、
エミッタ電極44を介してグランドレベルに電位が固定
されているため、例えばコレクタ領域24にインダクタ
ンス負荷駆動時の逆起電力等の高電圧が印加された場合
に、n型ベース領域14の電位もそれに伴って上昇す
る。コレクタ領域14の電位が寄生MOSトランジスタ
のしきい値電圧に達すると、寄生MOSトランジスタが
オン状態となり、埋込み絶縁層30に近接したp型ベー
ス領域16内にチャネルが形成され電流IOFFが流れ
る。その結果、IGBT400がオフ状態のとき、高電
圧が印加されたとしても素子をブレークダウンさせるこ
とはない。そして、寄生MOSトランジスタは、そのし
きい値電圧が電源電圧より大きくエミッタ−コレクタ間
耐圧より小さい値となるように設定されているので、素
子に悪影響を及ぼさない。
When a high voltage such as a surge voltage is applied when IGBT 400 is off, the parasitic MOS transistor operates. That is, the p-type base region 16
Since the potential is fixed to the ground level via the emitter electrode 44, for example, when a high voltage such as a back electromotive force at the time of driving an inductance load is applied to the collector region 24, the potential of the n-type base region 14 is also changed to the same. It rises with it. When the potential of the collector region 14 reaches the threshold voltage of the parasitic MOS transistor, the parasitic MOS transistor is turned on, a channel is formed in the p-type base region 16 close to the buried insulating layer 30, and a current I OFF flows. As a result, when the IGBT 400 is off, the device does not break down even if a high voltage is applied. Since the threshold voltage of the parasitic MOS transistor is set to be higher than the power supply voltage and lower than the emitter-collector breakdown voltage, the parasitic MOS transistor does not adversely affect the element.

【0075】IGBT400では、上述したように、オ
フ時に寄生MOSトランジスタを動作させることによ
り、素子をブレークダウンの状態にさせずに高電圧を吸
収することができるため、ストレスの蓄積による素子破
壊を確実に回避することができる。
In the IGBT 400, as described above, by operating the parasitic MOS transistor when the IGBT 400 is off, a high voltage can be absorbed without causing the element to be in a breakdown state. Can be avoided.

【0076】また、IGBT400では、素子内部に埋
込み絶縁層30を埋込む構造を有するため、従来の保護
素子を設ける方法に比べ、チップ面積を犠牲にする必要
がないため、素子の微細化を図ることができる。
The IGBT 400 has a structure in which the buried insulating layer 30 is buried inside the device, so that it is not necessary to sacrifice the chip area as compared with the conventional method of providing a protection device, so that the device is miniaturized. be able to.

【0077】本実施の形態に係るIGBT400におい
ては、p型ベース領域16とコレクタ領域24との間に
埋込み絶縁層30を介在させ、しかもこの埋込み絶縁層
30をコレクタ領域24に接する状態で形成している。
そのため、埋込み絶縁層30によって、MOS素子の耐
圧が確保され、しかも、寄生サイリスタのラッチアップ
を防止することができる。そして、ドリフト電流はシリ
コン基板10の主面に対して垂直方向に流れる部分を有
するので、n型ベース領域14の平面領域の面積を相対
的に小さくすることができ、この点でも素子の微細化を
図ることができる。
In IGBT 400 according to the present embodiment, buried insulating layer 30 is interposed between p-type base region 16 and collector region 24, and buried insulating layer 30 is formed in a state of being in contact with collector region 24. ing.
Therefore, the buried insulating layer 30 ensures the withstand voltage of the MOS element and can prevent the latch-up of the parasitic thyristor. Since the drift current has a portion flowing in the direction perpendicular to the main surface of the silicon substrate 10, the area of the planar region of the n-type base region 14 can be relatively reduced. Can be achieved.

【0078】さらに、トレンチゲート構造を有すること
により、チャネル領域がシリコン基板10に対して縦方
向に形成されるため、その分、プレーナゲート構造に比
べて、素子の微細化が図れる。
Further, since the channel region is formed in the vertical direction with respect to the silicon substrate 10 by having the trench gate structure, the element can be miniaturized as compared with the planar gate structure.

【0079】このように、本実施の形態に係るIGBT
400によれば、寄生MOSトランジスタを動作させる
ことにより、オフ時のサージ電圧などの高電圧による素
子のブレークダウンを回避し、素子破壊を防止すること
ができる。さらに、埋込み絶縁層30により素子耐圧を
確保し、素子耐圧をきめるn型ベース領域14を確保し
ながら素子サイズの微細化を実現することが可能であ
る。
As described above, the IGBT according to the present embodiment
According to 400, by operating the parasitic MOS transistor, breakdown of the element due to a high voltage such as a surge voltage at the time of off can be avoided, and element destruction can be prevented. Further, it is possible to secure the element breakdown voltage by the buried insulating layer 30 and realize the miniaturization of the element size while securing the n-type base region 14 that can determine the element breakdown voltage.

【0080】IGBTにおいても、第2の実施の形態の
SOI基板および第3の実施の形態のプレーナゲート構
造を採用できる。
In the IGBT, the SOI substrate of the second embodiment and the planar gate structure of the third embodiment can be employed.

【0081】また、本発明はp型MOS素子を含む半導
体装置にも適用できる。
The present invention can be applied to a semiconductor device including a p-type MOS element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に係るトレンチゲー
トゲート構造を有する横型パワーMOSFETを模式的
に示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view schematically showing a lateral power MOSFET having a trench gate gate structure according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すMOSFETをA−A線に沿って模
式的に示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the MOSFET shown in FIG. 1 along line AA.

【図3】(a)〜(d)は、図1および図2に示すMO
SFETの製造方法を工程順に模式的に示す断面図であ
る。
FIGS. 3A to 3D show MOs shown in FIGS. 1 and 2;
It is sectional drawing which shows the manufacturing method of SFET typically in a process order.

【図4】(a)〜(d)は、図3に示す工程に続いて行
われる、MOSFETの製造方法を工程順に模式的に示
す断面図である。
4 (a) to 4 (d) are cross-sectional views schematically showing a MOSFET manufacturing method performed after the step shown in FIG. 3 in the order of steps.

【図5】(a)〜(c)は、図4に示す工程に続いて行
われる、MOSFETの製造方法を工程順に模式的に示
す断面図である。
FIGS. 5A to 5C are cross-sectional views schematically showing a method for manufacturing a MOSFET, which is performed subsequent to the step shown in FIG.

【図6】本発明の第2の実施の形態に係るトレンチゲー
ト構造を有する横型パワーMOSFETを模式的に示す
断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a lateral power MOSFET having a trench gate structure according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施の形態に係るプレーナゲー
ト構造を有する横型パワーMOSFETを模式的に示す
断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a lateral power MOSFET having a planar gate structure according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4の実施の形態に係るトレンチゲー
ト構造を有する横型IGBTを模式的に示す断面図であ
る。
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a lateral IGBT having a trench gate structure according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 シリコン基板 12 絶縁基板 14 ドリフト領域、ベース領域 16 ボディ領域、ベース領域 18 ソース領域、エミッタ領域 18a 第1のソース領域、第1のエミッタ領域 18b 第2のソース領域、第2のエミッタ領域 22 ドレイン領域、 24 コレクタ領域 30 埋込み絶縁層 44 ソース電極、エミッタ電極 46 ドレイン電極 48 コレクタ電極 70 ゲート電極 72 ゲート絶縁層 74 トレンチ 80 プレーナゲート 82 ゲート絶縁層 84 ゲート電極 Reference Signs List 10 silicon substrate 12 insulating substrate 14 drift region, base region 16 body region, base region 18 source region, emitter region 18a first source region, first emitter region 18b second source region, second emitter region 22 drain Region, 24 collector region 30 buried insulating layer 44 source electrode, emitter electrode 46 drain electrode 48 collector electrode 70 gate electrode 72 gate insulating layer 74 trench 80 planar gate 82 gate insulating layer 84 gate electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樹神 雅人 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 5F040 DA00 DA21 DA24 DC01 EB14 EC07 EC20 EE04 EF18 EK01 EM02 EM03 FC21 5F110 AA13 AA22 CC10 DD01 DD05 EE08 EE09 GG02 NN74  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Masato Kijin 41-1, Oku-cho, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi F-term in Toyota Central R & D Laboratories, Inc. (reference) 5F040 DA00 DA21 DA24 DC01 EB14 EC07 EC20 EE04 EF18 EK01 EM02 EM03 FC21 5F110 AA13 AA22 CC10 DD01 DD05 EE08 EE09 GG02 NN74

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体または絶縁体からなる基板、前記
基板の上に形成され、ドリフト領域を構成する第1導電
型の第1半導体層、 前記第1半導体層に接して形成され、ボディ領域を構成
し、かつ該ボディ領域にチャネル領域が形成される第2
導電型の第2半導体層、 前記第2半導体層に選択的に形成され、前記チャネル領
域に接してソース領域を構成する第1導電型の第3半導
体層、 前記第2半導体層との間に前記第1半導体層を介在させ
て形成され、ドレイン領域を構成する第1導電型の第4
半導体層、 少なくとも前記チャネル領域に接して形成された絶縁ゲ
ート、および前記第2半導体層と前記第4半導体層との
間に形成された埋込み絶縁層、を含み、 前記埋込み絶縁層は、その下端が少なくとも前記第2半
導体層の底部に達する深さで形成され、かつ該第2半導
体層において該埋込み絶縁層に沿って寄生MOS素子の
チャネル領域が形成される、横型MOS素子を含む半導
体装置。
1. A substrate made of a semiconductor or an insulator, a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the substrate and constituting a drift region, and formed in contact with the first semiconductor layer to form a body region. Forming a channel region in the body region.
A second semiconductor layer of a conductivity type, a third semiconductor layer of a first conductivity type selectively formed on the second semiconductor layer and forming a source region in contact with the channel region; A first conductive type fourth layer formed with the first semiconductor layer interposed and constituting a drain region.
A semiconductor layer, at least an insulated gate formed in contact with the channel region, and a buried insulating layer formed between the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer; Is formed at a depth reaching at least the bottom of the second semiconductor layer, and a channel region of a parasitic MOS element is formed in the second semiconductor layer along the buried insulating layer.
【請求項2】 半導体または絶縁体からなる基板、 前記基板の上に形成され、ベース領域を構成する第1導
電型の第1半導体層、前記第1半導体層に接して形成さ
れ、ベース領域を構成し、かつ該ベース領域にチャネル
領域が形成される第2導電型の第2半導体層、 前記第2半導体層に選択的に形成され、前記チャネル領
域に接してエミッタ領域を構成する第1導電型の第3半
導体層、 前記第2半導体層との間に第1半導体層に介在させて形
成され、コレクタ領域を構成する第2導電型の第4半導
体層、 少なくとも前記チャネル領域に接して形成された絶縁ゲ
ート、および前記第2半導体層と第4半導体層との間に
形成された埋込み絶縁層、を含み、 前記埋込み絶縁層は、その下端が少なくとも前記第2半
導体層の底部に達する深さで形成され、かつ該第2半導
体層において該埋込み絶縁層に沿って寄生MOS素子の
チャネル領域が形成される、横型MOS素子を含む半導
体装置。
A substrate made of a semiconductor or an insulator; a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the substrate and constituting a base region; and a first semiconductor layer formed in contact with the first semiconductor layer. A second conductive type second semiconductor layer having a channel region formed in the base region; a first conductive layer selectively formed in the second semiconductor layer and forming an emitter region in contact with the channel region; A third semiconductor layer of a type, a fourth semiconductor layer of a second conductivity type formed between the second semiconductor layer and the first semiconductor layer and constituting a collector region, formed at least in contact with the channel region A buried insulating layer formed between the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer, wherein the buried insulating layer has a lower end reaching at least a bottom of the second semiconductor layer. Formed by Is, and the channel region of the parasitic MOS devices along 該埋 included insulating layers in said second semiconductor layer is formed, a semiconductor device including a lateral MOS device.
【請求項3】 請求項1または2において、 少なくとも、前記埋込み絶縁層、前記第2半導体層およ
び前記第3半導体層を含んで構成される寄生MOS素子
のしきい値電圧は、電源電圧より大きくMOS素子のソ
ース−ドレイン耐圧より小さく設定された、横型MOS
素子を含む半導体装置。
3. The threshold voltage of a parasitic MOS device including at least the buried insulating layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer according to claim 1, wherein the threshold voltage is higher than a power supply voltage. Lateral MOS set smaller than the source-drain breakdown voltage of the MOS element
A semiconductor device including an element.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかにおいて、 前記絶縁ゲートは、前記第3半導体層、前記第2半導体
層および前記第1半導体層を貫通して形成されたトレン
チ、該トレンチの表面に沿って形成されたゲート絶縁
層、およびこのゲート絶縁層を介して該トレンチ内部に
形成されたゲート電極、を有する、横型MOS素子を含
む半導体装置。
4. The trench according to claim 1, wherein the insulated gate is a trench formed through the third semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the first semiconductor layer, and a surface of the trench. A semiconductor device including a lateral MOS element, having a gate insulating layer formed along the gate line, and a gate electrode formed inside the trench via the gate insulating layer.
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