JP2001044431A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】低コストで耐圧低下を防止できる半導体装置を
提供すること。 【解決手段】p型の高抵抗半導体基板であるp基板1上
に、ソース領域5およびドレイン領域6となるn+
と、ソース領域5を内包しドレイン領域6側にチャネル
部を形成するpベース領域2と、ドレイン領域6を内包
しソース領域5側へ拡張形成されたn型のnオフセット
領域3と、nオフセット領域3の表面側に形成されたp
型のpオフセット領域4(ソース電位に固定)と、pオ
フセット領域4上に形成されたフィールド酸化膜8と、
チャネル部上に形成されたゲート酸化膜7と、ゲート酸
化膜7上のゲート電極9と、ソース領域5上のソース電
極11と、ドレイン領域6上のドレイン電極12と、層
間膜13および保護膜14より構成され、フィールド酸
化膜8上には、ポリシリコンで形成された1本の渦巻き
状の薄膜層10が配置され、一端がドレイン電極12
に、もう一端がソース電極11に接続され、この薄膜層
をpnダイオード16で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、横方向に主電流
経路のある横型パワーMOSFETなどのMIS型(絶
縁ゲート型)の半導体装置に関し、特に、この半導体装
置の耐圧安定化および低オン抵抗化に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体基板表面側からのプレーナ型拡散
技術を用いて製造し、横方向に主電流経路をもついわゆ
る横型パワーMOSFETがある。この横型パワーMO
SFETは、リサーフ技術等を用い、ソースとドレイン
に逆バイアス印加時には、空乏層を横方向に延ばし耐圧
を確保するのが特徴である。この横型パワーMOSFE
Tは、標準的なICプロセスで構成できることから、制
御回路と横型パワーMOSFETをモノリシック化した
パワーICとしても製品化されている。
【0003】図19に、n型チャネル横型パワーMOS
FETの従来例(従来例1)を示す。この従来例はUSP4
811075号に開示されている。図19において、p型の1
25Ω・cm程度の高抵抗半導体基板であるp基板10
1上に、互いに80μm程度の間隔をおいて形成された
ソース領域105およびドレイン領域106となるn+
層と、ソース領域105を内包しドレイン領域106側
にチャネル部を形成するp型のベース領域102と、ド
レイン領域106を内包しソース領域105側へ拡張形
成されたnオフセット領域103と、nオフセット領域
103の表面側に形成されたpオフセット領域104
(ソース電位に固定)と、pオフセット領域104上に
形成されたフィールド酸化膜108と、チャネル部上に
形成されたゲート酸化膜107と、ゲート酸化膜107
上のゲート電極109と、ソース領域105上のソース
電極111と、ドレイン領域106上のドレイン電極1
12と、層間膜113および保護膜114より構成され
ている。本素子のソースとドレイン間に逆バイアスが印
加されると、p基板とnオフセットとの間と、nオフセ
ットとpオフセットとの間との2つのpn接合にバラン
スよく空乏層が伸び、2つの空乏層がつながることで電
界を緩和し高耐圧化を達成している。図19の場合は、
750V印加した状態を示し、150V間隔で等電位線
を示してある。
【0004】ところで実際の製品はプラスチックモール
ドでパッケージされているものが普通であるが、このプ
ラスチックモールド中にはイオン性のもの(イオン11
5または電荷)が内在しており、これが原因で以下に示
すような不都合な現象が起こる。つまり、プラスチック
モールドでパッケージされた状態で横型パワーMOSF
ETのソースとドレイン間に(特に高温下で)高電圧が
印加されると、プラスチックモールド中の+イオン11
5aや正電荷はソース電極111側に引き寄せられ、−
イオン115bや負電荷はドレイン電極112側に引き
寄せられる。この結果、図20に示すように、+イオン
115aや正電荷が集まった部分では保護膜114と層
間膜113とフィールド酸化膜108をコンデンサとし
て基板側に−電荷115cが誘起され、pオフセット層
104を部分的にn転させる方向に作用する。また、−
イオン115bや負電荷が集まった部分では+電荷11
5dが誘起され、pオフセット層104を部分的にp転
させる方向に作用する。従って、当初のpオフセット層
104は変形してpオフセット層104aのようにな
る。そうすると、空乏層の延びのバランスが崩れ、局部
的に電界が強くなり、ソースとドレイン間の耐圧の低下
を招く。
【0005】一方、図19の従来例1において、オン状
態でのソースとドレイン間での主電流経路はnオフセッ
ト領域103であるが、nオフセット領域103の表面
層には逆バイアス時の空乏化を促す目的でpオフセット
層104が形成されているため、ドレイン電圧上昇につ
れて容易にピンチオフ(JFET効果)し、オン抵抗増
大の原因となっている。
【0006】これに対して、従来例1の素子構造からp
オフセット層104を削除したものを従来例2として図
21に示す。この場合はpオフセット層がないためにピ
ンチオフしにくく、オン抵抗を小さく抑えられるが、p
n接合がp基板とnオフセットの接合のみとなるため、
ソースとドレイン間に逆バイアス印加時にnオフセット
の空乏化が進まず、従来例1より耐圧が低下してしまう
(約450V)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上の説明から、課題
を2つに整理する。第1の課題は、プラスチックモール
ドされた従来例1の素子において、高温下でソースとド
レインの間に高電圧を印加したときに、プラスチックモ
ールド中のイオンや電荷がソース電極側およびドレイン
電極側に引き寄せられて偏析し、保護膜等をコンデンサ
として基板側に逆の極性の電荷を誘起し、pオフセット
層を部分的にp転させ空乏化のバランスを崩し、ソース
とドレイン間の耐圧低下をもたらすことである。
【0008】第2の課題は、従来例1の素子構造ではオ
ン状態での主電流経路であるnオフセットがp基板とp
オフセットに挟まれているために、ドレイン電圧の上昇
とともに容易にピンチオフするためオン抵抗が高いとい
う課題であり、一方、オン抵抗を下げるためにpオフセ
ットを取り除いた構造においては、nオフセットが空乏
化しにくくなり耐圧の低下を招くという課題がある。こ
の発明の目的は、前記の課題を解決し、低コストで耐圧
低下を防止できる半導体装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、第1導電型の半導体基板の表面層に選択的にそれ
ぞれ形成された第1導電型のベース領域および第2導電
型で低濃度のオフセット領域と、前記ベース領域の表面
層に選択的に形成された第2導電型の高濃度のソース領
域と、前記オフセット領域の表面層に選択的に形成され
た第2導電型の高濃度のドレイン領域と、前記ソース領
域と前記オフセット領域に挟まれた前記ベース領域上に
少なくとも形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜
上に形成されたゲート電極と、前記ソース領域上に形成
されたソース電極と、前記ドレイン領域上に形成された
ドレイン電極と、前記オフセット領域上に選択的に形成
されたフィールド絶縁膜とからなるMIS(Metal
Insulator Semiconductor)
型半導体装置や、第1導電型の半導体基板の表面層に選
択的に形成された第2導電型で低濃度のオフセット領域
と、該オフセット領域の表面層に互いに離して選択的に
形成された第1導電型のべース領域と第2導電型の高濃
度のドレイン領域と、前記ベース領域の表面層に選択的
に形成された第2導電型のソース領域と、該ソース領域
と前記オフセット領域に挟まれた前記ベース領域上に形
成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に形成され
たゲート電極と、前記ソース領域上に形成されたソース
電極と、前記ドレイン領域上に形成されたドレイン電極
と、前記オフセット領域上に選択的に形成されたフィー
ルド絶縁膜とからなるMIS型半導体装置や、第1導電
型の半導体基板の表面層に選択的にそれぞれ形成された
第1導電型のベース領域および第2導電型で低濃度のオ
フセット領域と、前記ベース領域の表面層に選択的に形
成された第2導電型の高濃度のソース領域と、前記オフ
セット領域の表面層に選択的に形成された第2導電型の
高濃度のドレイン領域と、該オフセット領域の表面層に
第2導電型を保つ濃度で第1導電型不純物を拡散して形
成されたカウンタドープ領域と、前記ソース領域と前記
オフセット領域に挟まれた前記ベース領域上に少なくと
も形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に形成
されたゲート電極と、前記ソース領域上に形成されたソ
ース電極と、前記ドレイン領域上に形成されたドレイン
電極と、前記カウンタドープ領域上に選択的に形成され
たフィールド絶縁膜とからなるMIS型半導体装置や、
第1導電型の半導体基板の表面層に選択的に形成された
第2導電型で低濃度のオフセット領域と、該オフセット
領域の表面層に互いに離して選択的に形成された第1導
電型のべース領域と第2導電型の高濃度のドレイン領域
と、前記ベース領域の表面層に選択的に形成された第2
導電型のソース領域と、該ソース領域と前記ドレイン領
域に挟まれたオフセット領域の表面層に第2導電型を保
つ濃度で第1導電型不純物を選択的に形成されたカウン
タドープ領域と、前記ソース領域と前記オフセット領域
に挟まれた前記ベース領域上に形成されたゲート絶縁膜
と、該ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記
ソース領域上に形成されたソース電極と、前記ドレイン
領域上に形成されたドレイン電極と、前記カウンタドー
プ領域上に選択的に形成されたフィールド絶縁膜とから
なるMIS型半導体装置や、第1導電型の半導体基板の
表面層に選択的にそれぞれ形成された第1導電型のベー
ス領域および第2導電型で低濃度の第1オフセット領域
と、前記ベース領域の表面層に選択的に形成された第2
導電型の高濃度のソース領域と、前記第1オフセット領
域の表面層に選択的に形成された第2導電型の高濃度の
ドレイン領域と、前記第1オフセット領域の表面層に選
択的に形成された第1導電型の第2オフセット領域と、
前記ソース領域と前記第1オフセット領域に挟まれた前
記ベース領域上に少なくとも形成されたゲート絶縁膜
と、該ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記
ソース領域上に形成されたソース電極と、前記ドレイン
領域上に形成されたドレイン電極と、前記第2オフセッ
ト領域上に選択的に形成されたフィールド絶縁膜とから
なるMIS型半導体装置や、第1導電型の半導体基板の
表面層に選択的に形成された第2導電型で低濃度の第1
オフセット領域と、該第1オフセット領域の表面層に互
いに離して選択的に形成された第1導電型のべース領域
と第2導電型の高濃度のドレイン領域と、前記ベース領
域の表面層に選択的に形成された第2導電型のソース領
域と、該ソース領域と前記ドレイン領域に挟まれた第1
オフセット領域の表面層に選択的に形成された第1導電
型の第2オフセット領域と、前記ソース領域と前記第1
オフセット領域に挟まれた前記ベース領域上に形成され
たゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に形成されたゲー
ト電極と、前記ソース領域上に形成されたソース電極
と、前記ドレイン領域上に形成されたドレイン電極と、
前記第2オフセット領域上に選択的に形成されたフィー
ルド絶縁膜とからなるMIS型半導体装置であって、一
方の端が前記ドレイン電極に接続され、他方の端が前記
ソース電極に接続された複数段のpnダイオードからな
る薄膜層が、前記フィールド絶縁膜上に形成され、且
つ、前記ドレイン電極を取り囲むように渦巻き状に形成
された構成とする。
【0010】前記渦巻き状で複数段のpnダイオードか
らなる薄膜層の代わりに、抵抗体からなる薄膜層を用い
た構成としてもよい。前記ドレイン電極と前記ソース電
極の間に前記薄膜層が少なくとも1周以上にわたって形
成された構成とするとよい。前記薄膜層がポリシリコン
で形成されると効果的である。
【0011】1段の前記pnダイオードの逆阻止電圧値
と、前記pnダイオードの段数の積が、前記MIS型半
導体装置のソース・ドレインの間のブレイクダウン電圧
より大きな値で形成されることが好ましい。前記薄膜層
が複数本から構成されてもよい。1本の前記薄膜層に、
前記薄膜層の複数段のpnダイオードの中間段に、前記
ドレイン電極と前記ソース電極に沿って形成された薄膜
抵抗体層が接続された構成としてもよい。
【0012】前記薄膜抵抗体層がpnダイオードのp型
層もしくはn型層のどちらかであるとよい。このよう
に、ソース電極とドレイン電極の間のフィールド酸化膜
上に渦巻き状のポリシリコン薄膜層を形成し、このポリ
シリコン薄膜層を複数のpnダイオードで構成しても、
数MΩ以上の高抵抗薄膜層で構成しても、あるいはpn
ダイオードと高抵抗薄膜層と混合された薄膜層で構成し
てもよく、また、渦巻き状の薄膜が、1本を渦巻き状に
形成しても、複数本から構成してもよい。
【0013】こうすることで、ソースとドレインに逆バ
イアスを印加した際に、この薄膜層を通してダイオード
の逆バイアス飽和電流あるいは抵抗電流が流れること
で、薄膜層自体がほぼ均等な電位勾配を持つ。実際の素
子においては、ある幅と間隔をもった薄膜層が周期的に
フィールド酸化膜上に配置されることとなり、1周毎に
電位が変動するフィールドプレートとして作用する。こ
のフィールドプレート効果により、渦巻き状の薄膜層の
下の基板電位は強制的に薄膜層の電位に近づくため、素
子内部の空乏層内の電位勾配は概ね均等となる。さら
に、この薄膜層自体が、プラスチックモールド中のイオ
ンや電荷等の外乱に対するシールド効果をもつため、高
温下での高電圧印加時でも耐圧の変動は極めて起こりに
くくなる。
【0014】一方、渦巻き状のポリシリコン薄膜層を形
成することによりフィールドプレート効果が得られるた
め、オン抵抗増大の原因であるpオフセットの濃度は、
ポリシリコン薄膜層なしでの最適濃度条件(耐圧を確保
できる条件)よりも低濃度化できる。図22と図23に
耐圧とオン抵抗のpオフセット濃度依存性を示す。ここ
で、Bvdssは耐圧で、Ronはオン抵抗であり、図
22はnオフセット濃度が3×1016cm-3の場合で、
図23はnオフセット濃度が7×1015cm-3の場合で
ある。また、Bvdss(w/oFP)は渦巻き状の薄
膜層がない場合(従来素子の場合)でBvdss(wF
P)は渦巻き状の薄膜がある場合(本発明素子の場合)
である。
【0015】図23から、pオフセット濃度を下げてい
き、nオフセット領域の表面濃度を多少落とす程度(つ
まりp転させない程度に拡散形成)でも、なお所望の耐
圧を確保できる条件がある。さらにnオフセットがより
低濃度で浅い拡散層の場合には(図23)、pオフセッ
トなしでも所望の耐圧を確保できる場合もある。つま
り、渦巻き状のポリシリコン薄膜層を形成することによ
り、オン抵抗増大の要因であったpオフセット層の濃度
をさげることが可能となり、実質nオフセット抵抗を低
減し、素子の低オン抵抗化を実現する。
【0016】前記のように、ソース電極とドレイン電極
の間のフィールド酸化膜上に渦巻き状の薄膜層を形成す
ることで、ソースドレイン間逆バイアス印加時には、p
nダイオードの飽和電流や抵抗体を流れる電流により、
薄膜層内にほぼ均等な電位勾配が得られ、基板側の電位
が渦巻き状の薄膜層の電位とほぼ等しくなり、安定した
耐圧を得ることができる。
【0017】さらに、渦巻き状の薄膜層がプラスチック
モールド中のイオンや電荷等の外乱に対するシールド効
果をもつため、高温下での高電圧印加時でも耐圧の変動
は極めて起こりにくくなり、高信頼性のデバイスを提供
可能とする。一方、渦巻き状の薄膜層を形成することに
よりフィールドプレート効果が得られるため、オン抵抗
増大の原因であるpオフセットの濃度は、ポリシリコン
薄膜層なしでの最適濃度条件(耐圧を確保できる条件)
よりも低濃度化できる。
【0018】つまり、オン時の主電流経路となるnオフ
セット抵抗を実質低減できるため、素子の低オン抵抗化
を実現できる。具体的には図22、図23から40%程
度低減可能となる。これにより、同一オン抵抗の場合に
は、パワーMOS面積を40%程度縮小できるため、大
幅なコストダウンを達成可能とする。また、第1導電型
の半導体基板の表面層に選択的にそれぞれ形成された第
1導電型のベース領域および第2導電型で低濃度のオフ
セット領域と、前記ベース領域の表面層に選択的に形成
された第2導電型の高濃度のソース領域と、前記オフセ
ット領域の表面層に選択的に形成された第2導電型の高
濃度のドレイン領域と、前記ソース領域と前記オフセッ
ト領域に挟まれた前記ベース領域上に少なくとも形成さ
れたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に形成されたゲ
ート電極と、前記ソース領域上に形成されたソース電極
と、前記ドレイン領域上に形成されたドレイン電極と、
前記オフセット領域上に選択的に形成されたフィールド
絶縁膜とからなるMIS型半導体装置であって、前記ソ
ース電極と前記ドレイン電極がどちらかを囲むように形
成され、前記ソース電極と一端が接続する第1の薄膜層
の複数段のpnダイオードと、該第1の薄膜層の複数段
のpnダイオードの他端と一端が接続する第1の薄膜抵
抗層と、該第1の薄膜抵抗層の他端と、一端が接続し、
他端が前記ドレイン電極と接続する第2の薄膜層の複数
段のpnダイオードとを有する構成とする。
【0019】前記第1および第2の薄膜層の複数段のp
nダイオード上に第1の層間絶縁膜を形成し、該第1の
層間絶縁膜上に前記第1の薄膜抵抗層を形成し、前記第
1および第2の薄膜層の複数段のpnダイオードの中間
段上の前記第1の層間絶縁膜に接続孔をそれぞれ形成
し、該接続孔を介して、前記第1および第2の薄膜層の
複数段のpnダイオードの中間段と前記第1の薄膜抵抗
層を電気的に接続し、前記第1の薄膜抵抗層が、前記ソ
ース電極もしくは前記ドレイン電極に沿って形成される
とよい。
【0020】前記ソース電極および前記ドレイン電極
が、前記ソース領域および前記ドレイン領域を延出し、
前記第1の薄膜抵抗層と投影的に重なり合い、前記第1
の薄膜層の複数段のpnダイオードの一端が、前記ソー
ス領域近傍の前記ソース電極と接続し、前記第1の薄膜
層の複数段のpnダイオードの他端が、前記ドレイン領
域近傍の前記ドレイン電極と接続するとよい。
【0021】前記第1の薄膜抵抗層が低抵抗のポリシリ
コンで形成されるとよい。前記第1の薄膜抵抗層がアル
ミ抵抗膜で形成されると効果的てある。前記第1および
第2の薄膜層の複数段のpnダイオード上と、前記薄膜
抵抗層上に第2の層間絶縁膜を形成し、該第2の層間絶
縁膜上に前記ソース電極と前記ドレイン電極がどちらか
を囲むように形成され、前記ソース電極と前記ドレイン
電極に挟まれた箇所の前記第2の層間絶縁膜内に第2の
薄膜抵抗層を形成するとよい。
【0022】前記ソース電極および前記ドレイン電極
が、前記ソース領域および前記ドレイン領域を延出し、
前記第2の薄膜抵抗層と投影的に重なり合い、前記第1
の薄膜層の複数段のpnダイオードの一端が、前記ソー
ス領域近傍の前記ソース電極と接続し、前記第1の薄膜
層の複数段のpnダイオードの他端が、前記ドレイン領
域近傍の前記ドレイン電極と接続するとよい。
【0023】前記第2の薄膜抵抗層が、前記第1、第2
の薄膜層の複数段のpnダイオードもしくは前記第1の
薄膜抵抗層に、接続孔を介して接続するとよい。前記ソ
ース電極および前記ドレイン電極の側面が直線部分と半
円部分からなり、該直線部分同士が対向し、前記半円部
分が対向する平面パターンで、前記半円部分のソース電
極とドレイン電極に挟まれた箇所に前記第1の薄膜抵抗
層が配置され、該第1の薄膜抵抗層の幅が、前記半円部
分の両端部の箇所より、前記半円部分の中央部の箇所が
広くすると効果的である。
【0024】第1導電型の半導体基板の表面層に選択的
にそれぞれ形成された第1導電型のベース領域および第
2導電型で低濃度のオフセット領域と、前記ベース領域
の表面層に選択的に形成された第2導電型の高濃度のソ
ース領域と、前記オフセット領域の表面層に選択的に形
成された第2導電型の高濃度のドレイン領域と、前記ソ
ース領域と前記オフセット領域に挟まれた前記ベース領
域上に少なくとも形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート
絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ソース領域上
に形成されたソース電極と、前記ドレイン領域上に形成
されたドレイン電極と、前記オフセット領域上に選択的
に形成されたフィールド絶縁膜とからなるMIS型半導
体装置であって、前記ソース電極と前記ドレイン電極が
どちらかを囲むように形成され、前記ソース電極と前記
ドレイン電極に挟まれた箇所で、前記ソース電極と前記
ドレイン電極に沿うように一周して形成される第3の薄
膜抵抗層と、前記ソース電極と一端が接続する第1の薄
膜層の複数段のpnダイオードと、該第1の薄膜層の複
数段のpnダイオードの他端と第1箇所で接続する第3
の薄膜抵抗層と、該第3の薄膜抵抗層の他箇所と、一端
が接続し、他端が前記ドレイン電極と接続する第2の薄
膜層の複数段のpnダイオードとを有する構成とする。
【0025】前記ソース電極および前記ドレイン電極の
側面が直線部分と半円部分からなり、該直線部分同士が
対向し、前記半円部分が対向する平面パターンで、前記
半円部分のソース電極とドレイン電極に挟まれた箇所の
第3の薄膜抵抗層の幅が、前記半円部分の両端部の箇所
より、前記半円部分の中央部の箇所が広くするとよい。
【0026】前記第3の薄膜抵抗層が低抵抗のポリシリ
コンで形成されるとよい。前記第3の薄膜抵抗層がアル
ミ抵抗膜で形成されると効果的てある。前記の第1の薄
膜抵抗層を前記の薄膜層の複数段のpnダイオードの中
間段から接続孔を介して上層に形成することで、寄生容
量を低減できる。また、モールド中のイオンの影響を抑
制するために、前記のように第1または第3の薄膜抵抗
層を端部より中央部の方を広くする。また、ソース電
極,ドレイン電極を第1、第2および第3の薄膜抵抗層
に張り出すことでイオンの影響を大幅に低減できる。
【0027】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1実施例の半
導体装置の要部平面図、図2は図1のA−A’線で切断
した要部断面図である。この実施例では、p型の125
Ω・cm程度の高抵抗半導体基板であるp基板1上に、
互いに80μm程度の間隔をおいて形成されたソース領
域5およびドレイン領域6となるn+ 層と、ソース領域
5を内包しドレイン領域6側にチャネル部を形成するp
ベース領域2と、ドレイン領域6を内包しソース領域5
側へ拡張形成されたn型のnオフセット領域3と、nオ
フセット領域3の表面側に形成されたp型のpオフセッ
ト領域4(ソース電位に固定)と、pオフセット領域4
上に形成されたフィールド酸化膜8と、チャネル部上に
形成されたゲート酸化膜7と、ゲート酸化膜7上のゲー
ト電極9と、ソース領域5上のソース電極11と、ドレ
イン領域6上のドレイン電極12と、層間膜13および
保護膜14より構成されている。尚、図2に示されるイ
オン15(または電荷)はプラスチックモールド内に存
在するものを示す。
【0028】フィールド酸化膜8上には、ポリシリコン
で形成された1本の渦巻き状の薄膜層10が配置され、
一端がドレイン電極12に、もう一端がソース電極11
に接続されている。この薄膜層は、図1の拡大部分に示
すようにpnダイオード16から構成されており、薄膜
層全体ではpnダイオード16が200段程度の直列構
造となっている。pnダイオード1段あたりのブレイク
ダウン電圧は5V程度であり、薄膜層10全体では5V
×200=1000V程度の耐圧を有する。
【0029】この渦巻き状の薄膜層10は図2に示され
るように、ある断面で見た場合には6つの薄膜層が周期
的にフィールド酸化膜8上に配置されることとなる。ソ
ースとドレインの間に逆バイアス印加時(この例の場合
750V)には、ソース側が0V、ドレイン側が750
Vとなり、中間に配置された薄膜層はpnダイオードの
飽和電流による電圧降下によって、1周あたり約150
Vの差を持つことになる。
【0030】ソースとドレインの間に750V印加した
ときの様子を図13に示す。図中の曲線は等電位線を示
し、0Vと750Vの線は空乏層端も兼ねている(太線
表示)。前記第1実施例においては、渦巻き状の薄膜層
10により、基板側の電位が渦巻き状の薄膜層10の電
位とほぼ等しくなり、安定した耐圧を得ることができ
る。さらに、渦巻き状の薄膜層10がプラスチックモー
ルド中のイオン15(または電荷)等の外乱に対するシ
ールド効果をもつため、高温下での高電圧印加時でも耐
圧の変動は極めて起こりにくくなり、高信頼性のデバイ
スを提供可能とする。
【0031】図3は、本発明の第2実施例の半導体装置
の要部平面図、図4は図3のA−A’線で切断した要部
断面図である。この実施例では、p型の125Ω・cm
程度の高抵抗半導体基板であるp基板1上に、互いに8
0μm程度の間隔をおいて形成されたソース領域25お
よびドレイン領域6となるn+ 層と、ソース領域25を
内包しドレイン領域6側にチャネル部を形成するp型の
ベース領域22と、ドレイン領域6を内包しソース領域
25側へベース領域22を内包するまで拡張形成された
n型のnオフセット領域3と、nオフセット領域3の表
面側に形成されたpオフセット領域24(ソース電位に
固定)と、pオフセット領域24上に形成されたフィー
ルド酸化膜8と、チャネル部上に形成されたゲート酸化
膜27と、ゲート酸化膜27上のゲート電極29と、ソ
ース領域25上のソース電極31と、ドレイン領域6上
のドレイン電極13と、層間膜13および保護膜14よ
り構成されている。尚、図4に示されるイオン15(ま
たは電荷)はプラスチックモールド内に存在するものを
示す。
【0032】フィールド酸化膜8上には、ポリシリコン
で形成された1本の渦巻き状の薄膜層10が配置され、
一端がドレイン電極13に、もう一端がソース電極31
に接続されている。この薄膜層10は、図3の拡大部分
に示すようにpnダイオード16から構成されており、
薄膜層全体ではpnダイオード16が200段程度の直
列構造となっている。pnダイオード1段あたりのブレ
イクダウン電圧は5V程度であり、薄膜層全体では5V
×200=1000V程度の耐圧を有する。
【0033】この渦巻き状の薄膜層10は図4に示され
るように、ある断面で見た場合には6つの薄膜層が周期
的にフィールド酸化膜上に配置されることとなる。ソー
スとドレインの間に逆バイアス印加時(この例の場合7
50V)には、ソース側が0V、ドレイン側が750V
となり、中間に配置された薄膜層はpnダイオードの飽
和電流による電圧降下によって、1周あたり約150V
の差を持つことになる。
【0034】ソースとドレインの間に750V印加した
ときの様子を図14に示す。図中の曲線は等電位線を示
し、0Vと750Vの線は空乏層端も兼ねている(太線
表示)。前記の第2実施例においても 第1実施例と同
様に、渦巻き状の薄膜層10により、基板側の電位が渦
巻き状の薄膜層10の電位とほぼ等しくなり、安定した
耐圧を得ることができる。さらに、渦巻き状の薄膜層1
0がプラスチックモールド中のイオン15(または電
荷)等の外乱に対するシールド効果をもつため、高温下
での高電圧印加時でも耐圧の変動は極めて起こりにくく
なり、高信頼性のデバイスを提供可能とする。
【0035】図5は、本発明の第3実施例の半導体装置
の要部平面図、図6は図5のA−A’線で切断した要部
断面図である。この実施例は、第1実施例においてpオ
フセット領域4を削除した構造のものである。前記した
図23から、nオフセット領域3がある程度低濃度で浅
い場合には、pオフセット領域4なしで耐圧を確保で
き、図15に示すような電位分布を得ることができる。
この例の場合は、耐圧の安定化、高信頼性化に加えて、
さらに低オン抵抗化を可能とする。つまり、図23のp
オフセット領域なしの条件では従来のpオフセット領域
ありの条件(Ron規格化値1の条件)にくらべて40
%オン抵抗を低減できる。
【0036】図7は、本発明の第4実施例の半導体装置
の要部平面図、図8は図7のA−A’線で切断した要部
断面図である。この実施例は、実施例2においてpオフ
セット領域4を削除した構造のものである。前記した図
22から、nオフセット領域3がある程度低濃度で浅い
場合には、pオフセット領域なしで耐圧を確保でき、図
16に示すような電位分布を得ることができる。この例
の場合も、耐圧の安定化、高信頼性化に加えて、さらに
低オン抵抗化を可能とする。つまり、図22のpオフセ
ット領域なしの条件では従来のpオフセット領域ありの
条件(Ron規格化値1の条件)にくらべて40%オン
抵抗を低減できる。
【0037】図9は、本発明の第5実施例の半導体装置
の要部平面図、図10は図9のA−A’線で切断した要
部断面図である。この実施例は、第1実施例においてp
オフセット領域4を低濃度化し、p転させない程度にカ
ウンタードープしたカウンタドープ領域44を設けた構
造のものである。前記した図22から、nオフセット領
域3がある程度高濃度で深い場合でも、pオフセット領
域を低濃度化した状態のカウンタードープ領域44を設
けることで耐圧を確保でき、図17に示すような電位分
布を得ることができる。この例の場合も、耐圧の安定
化、高信頼性化に加えて、さらに低オン抵抗化を可能と
する。つまり、図22のpオフセット濃度(カウンタド
ープ領域44のp型不純物濃度)を3×1016cm-3
条件にすることで、従来のpオフセット領域4のp型不
純物濃度が4×1016cm-3の条件(Ron規格化値1
の条件)の場合にくらべて35%オン抵抗を低減でき
る。
【0038】図11は、本発明の第6実施例の要部平面
図、図12は図11のA−A’線で切断した要部断面図
である。この実施例は、第2実施例においてpオフセッ
ト領域24を低濃度化し、p転させない程度にカウンタ
ードープしたカウンタードープ領域64を設けた構造の
ものである。前記した図22から、nオフセット領域3
がある程度高濃度で深い場合でも、pオフセット領域を
低濃度化した状態のカウンタードープ領域64を設ける
ことで耐圧を確保でき、図18に示すような電位分布を
得ることができる。この例の場合も、耐圧の安定化、高
信頼性化に加えて、さらに低オン抵抗化を可能とする。
つまり、図22ののpオフセット濃度(カウンタドープ
領域44のp型不純物濃度)を3×1016cm-3の条件
にすることで、従来のpオフセット領域4のp型不純物
濃度が4×1016cm-3の条件(Ron規格化値1の条
件)の場合にくらべて35%オン抵抗を低減できる。
【0039】図24は、本発明の第7実施例の半導体装
置の渦巻き状の薄膜層の平面構造図である。この薄膜層
70は、一端をソース電極11、もう一端をドレイン電
極12に接続した一本のpnダイオード群73(ドレイ
ン電極12を取り囲むように渦巻き状に形成してもよ
い)と、pnダイオード群73の中間から枝分かれし、
ソース電極11とドレイン電極12に平行に抵抗体74
を形成した例である。抵抗体74はpnダイオード群7
3を形成しているn型層で形成されている。この場合で
も、第1実施例から第6実施例で説明した効果が得られ
る。
【0040】図25は、本発明の第8実施例の半導体装
置の渦巻き状の薄膜層の平面構造図である。この薄膜層
80は、渦巻き状のpnダイオード薄膜層を1本ではな
く複数本(図26では、81と82の各1本の薄膜層が
2本形成された状態を示す)にしたもので、この場合も
第1実施例から第6実施例で説明した効果が得られる。
【0041】図26は 本発明のダイオードの第9実施
例の半導体装置の渦巻き状の薄膜層の平面構造図であ
る。この薄膜層91は、渦巻き状のpnダイオード薄膜
層の代わりに、高抵抗体薄膜層を用いたものである。こ
の場合も第1実施例1から第6実施例で説明した効果が
得られる。前記のソース・ドレイン間に渦巻き状のpn
ダイオード、薄膜抵抗を形成した構造において、寄生容
量と寄生抵抗によりスイッチング特性の劣化が懸念され
る。
【0042】また、pnダイオードのp層、またはn
層、そして薄膜抵抗層自体はほぼ同電位となるため、そ
の幅が大きすぎると初期耐圧を低下させる因子となりう
る。上記寄生容量、寄生抵抗を低減し、スイッチング特
性を改善する。また、端部耐圧向上のため、端部のソー
ス電極・ドレイン電極間距離の大きい高耐圧MOSFE
Tにおいて、端部耐圧を劣化させずに薄膜抵抗幅を広
げ、モールド中のイオンの影響を抑制する。
【0043】図27は、この発明の第10実施例の半導
体装置であり、同図(a)は要部平面図、同図(b)は
同図(a)のA部拡大図、同図(c)は同図(a)のX
−X線で切断した要部断面図である。ここで、700V
耐圧クラスの横型高耐圧MOSFETのソース電極20
2とドレイン電極210の間に、半円状のアルミ抵抗層
207とこれに接続する斜めに配置される薄膜層の複数
個のpnダイオード205が形成される。このpnダイ
オード205はポリシリコンツェナーダイオードであ
り、アルミ抵抗層207(シリコンなどが微量に混入さ
れたアルミニウム層で、アルミシリコン層といわれるも
の。若干、アルミニウム金属より抵抗が高い)とこのp
nダイオード205の接続は、pnダイオード205の
両端に形成されるn型ポリシリコン抵抗層206a、2
06b(p型でも構わない)とアルミ抵抗層207とで
行われる。具体的には、ソース電極202とn型ポリシ
リコン抵抗層206bがB部で接続し、n型ポリシリコ
ン抵抗層206aとアルミ抵抗層207が接続孔208
を介して接続し、さらに、ドレイン電極204とn型ポ
リシリコン抵抗層206bがC部で接続する。接続孔2
08を介して、n型ポリシリコン抵抗層の直線部分bと
アルミ抵抗層の直線部分cが接続する。
【0044】ソース電極202とドレイン電極204
が、pnダイオード205とn型ポリシリコン抵抗層2
06a、206bとアルミ抵抗層207を介して、丁度
半周して接続される。pnダイオード205とn型ポリ
シリコン抵抗層206a、206bは、同一のポリシリ
コンからなり、このポリシリコンにp型およびn型不純
物を配置的に交互に導入することでポリシリコンツェナ
ーダイオードが形成され、端部の直線部分b(ソース電
極202またはドレイン電極204と平行する部分)
に、一方の型、例えばn型の不純物を導入することでn
型ポリシリコン抵抗層206a、206bが形成され
る。
【0045】また、ソース電極内周端209とドレイン
電極外周端210はソース領域201とドレイン領域2
03に近接して形成される。はみ出し部は第2の層間絶
縁膜212およびフィールド絶縁膜である第1の層間絶
縁膜211で、半導体基板200とは絶縁される。前記
のpnダイオード205とn型ポリシリコン抵抗層20
6a、206bとアルミ抵抗層207で薄膜フィールド
プレートを構成する。この薄膜フィールドプレートはソ
ース電極202とドレイン電極204に接続されてお
り、ソース電極202とドレイン電極204の間に電圧
が印加されると、pnダイオード205を構成するそれ
ぞれのダイオード片(pn接合一個分)に逆バイアスが
かかり、個々のpn接合部(接合容量部)が電位を担う
働きをする。このとき1つ1つのダイオード片の耐圧は
5V程度であるが、複数個、例えば、700V耐圧では
280個形成することで、ダイオード片1個当たりにか
かる電圧は2.5Vとなる。この薄膜フィールドプレー
トを用いることで、安定した耐圧を確保することができ
る。
【0046】また、同図(c)において、pnダイオー
ド205(n型ポリシリコン抵抗層206a)と半導体
基板200の間隔を600nm、アルミ抵抗層207と
半導体基板200の間隔を1200nmとなるように、
pnダイオード205(n型ポリシリコン抵抗層206
a)とアルミ抵抗層207で構成される薄膜フィールド
プレートを形成する。尚、アルミ抵抗層207の抵抗値
を35mΩ/□である。
【0047】この薄膜フィールドプレートは、アルミ抵
抗層207ではなく、約250Ω/□の抵抗値のn型ポ
リシリコン抵抗層にして、半導体基板200との間隔が
600nmにした薄膜フィールドプレートと比べると、
寄生抵抗を約1/7000に低減できる。つまり、本発
明の薄膜フィールドプレートを用いることで、抵抗成分
による応答特性が向上し、薄膜フィードプレート内の過
渡的な電位分布の不均一性が防止できて、高周波動作時
の耐圧の低下を抑制することができる。前記のアルミ抵
抗層207は抵抗値が小さい程効果があがる。しかし、
金属アルミニウムでは層間絶縁層との密着性などの問題
があり、採用が困難である。
【0048】また、アルミ抵抗層207を約250Ω/
□の抵抗値のn型ポリシリコン抵抗層にして、前記の半
導体基板200との間隔を600nmから1200nm
にした薄膜フィールドプレートに比べると、本発明の薄
膜フィールドプレートの寄生抵抗は約1/2に低減でき
る。尚、前記の寄生抵抗Rとは、薄膜フィールドプレー
トが有する抵抗成分である。またこの薄膜フィールドプ
レートと半導体基板200との間に生じる浮遊容量とp
n接合容量を合わせた寄生容量Cが存在する。そのため
に、薄膜フィールドプレートの電位分布が半導体基板2
00に反映されるに時定数τ=RCの時間がかかる。
【0049】そのため、本発明の薄膜フィールドプレー
トを用いると、素子が100kHz以上の高周波スイッ
チング動作した場合でも薄膜フィールドプレートの均一
な電位分布を半導体基板200に反映させることができ
て、半導体基板200の電位分布の歪みを防止できて、
耐圧低下を抑制できる。図28はこの発明の第11実施
例の半導体装置の要部断面図である。図27との違い
は、半円状の部分がアルミ抵抗層207の代わりに、p
nダイオード205と直接接続するn型ポリシリコン抵
抗層206cで形成され、このn型ポリシリコン抵抗層
206cの両方の端部の幅Wa より中央部の幅Wb が1
μmから5μm程度広くなっている点である。こうする
ことで、半円状の箇所のソース電極202(図17参
照)とドレイン電極204(図27参照)の間隔が、直
線箇所の間隔より広くすることができて、半円状の箇所
での耐圧低下を抑制できる。また、半円状の箇所で、半
導体基板200上のn型ポリシリコン抵抗層206cの
幅を広げることで、半導体基板200の剥き出し領域
(n型ポリシリコン抵抗層206cが投影的に覆ってい
ない箇所)を極力少なくし、半導体チップを封止するモ
ールド樹脂に起因するイオンの影響を抑制する効果があ
る。
【0050】しかし、n型ポリシリコン抵抗層206c
の場合に幅Wb を20μm程度に広げると、n型ポリシ
リコン抵抗層206c直下の電位を強制的に歪めてしま
い、n型ポリシリコン抵抗層206cのエッジ部で電界
強度が高くなり、耐圧が低下する。尚、このn型ポリシ
リコン抵抗層206cは、pnダイオード205を形成
するポリシリコンと同一で、n型ポリシリコン抵抗層2
06bの形成時に作られる。従って、半導体基板200
との間隔はpnダイオード205、n型ポリシリコン抵
抗層206bと同じである。また、図27のソース電極
202とドレイン電極204は省かれている。
【0051】図29はこの発明の第12実施例の半導体
装置の要部断面図である。図27との違いは、アルミ抵
抗層207の代わりに、両方の端部の幅Wa より中央部
の幅Wb が、広くなっているアルミ抵抗層213が形成
されている点である。これは、図28のn型ポリシリコ
ン抵抗層206cと平面形状が同じである。図28との
比較において、n型ポリシリコン抵抗層206cの代わ
りにアルミ抵抗層213を用い、さらに、半導体基板2
00との間隔を広げることで、図28より薄膜フィール
ドプレートの寄生抵抗を低減できる。また、アルミ抵抗
層213を用いることで、図28で示したような電位の
歪みが緩和されるために、薄膜フィールドプレートの幅
(アルミ抵抗層の幅Wb)を広げるても、耐圧の低下を抑
制できる。
【0052】また、図27との比較において、半円状の
箇所で、半導体基板200上のアルミ抵抗層213の幅
が広がることで、半導体基板200の剥き出し領域(ア
ルミ抵抗層213が投影的に覆っていない箇所)を極力
少なくし、半導体チップを封止するモールド樹脂に起因
するイオンの影響を、より一層抑制することができる。
【0053】図30はこの発明の第13実施例の半導体
装置であり、同図(a)は要部平面図、同図(b)は要
部断面図である。図28との違いは、ソース電極202
とドレイン電極4が、ソース領域201とドレイン領域
203から大幅に張り出し、n型ポリシリコン抵抗層2
06cおよびpnダイオード205に投影的に重なって
いる点である。尚、図中、214はソース電極内周端、
215はドレイン電極外周端である。
【0054】薄膜フィールドプレートにより、半導体基
板200内(バルク内)の電位分布は矯正されるため、
ソース電極202、ドレイン電極204の影響を受けな
い。そのため、700Vクラスのデバイスでは、ソース
電極202とドレイン電極204の間の距離の初期的に
は2μm程度まで縮めることができる。信頼性的には電
極間に埋め込まれるパッシベーション膜の電界強度に対
する寿命を考慮すると7μm程度と推定される。これに
よりモールドからのイオンの影響を極力減少させること
が可能となる。
【0055】図31はこの発明の第14実施例の半導体
装置であり、同図(a)は要部平面図、同図(b)は要
部断面図である。図29との違いは、ソース電極202
とドレイン電極204が、ソース領域201とドレイン
領域203から大幅に張り出し、アルミ抵抗層213お
よびpnダイオード205に投影的に重なっている点で
ある。効果は第13実施例と同じである。
【0056】図32はこの発明の第15実施例の半導体
装置であり、同図(a)は要部平面図、同図(b)は要
部断面図である。図30との違いは、モールドからのイ
オンの影響を完全に遮断するために、電極間は7μmの
下方(または上方)にn型ポリシリコン抵抗層217を
第2の層間絶縁膜212内に形成した点である。このn
型ポリシリコン抵抗層217はp型でもよく、またアル
ミ抵抗層でもよい。また、このn型ポリシリコン抵抗層
217は図のように、フローティングでもよく、接続孔
を介して薄膜フィードプレートの中間電位に固定しても
よい。
【0057】このn型ポリシリコン抵抗層217が、ソ
ース電極202とドレイン電極204に挟まれた領域を
ドーナッツ状で投影的に覆うことで、ソース・ドレイン
間に逆バイアスを印加した時には、pnダイオード20
5の飽和電流やn型ポリシリコン抵抗層206cを流れ
る電流により、薄膜フィールドプレート内にほぼ均等な
電位勾配が得られ、半導体基板200側の電位がn型ポ
リシリコン抵抗層217の電位とほぼ等しくなり、安定
した耐圧を得ることができる。
【0058】さらに、このn型ポリシリコン抵抗層21
7がプラスチックモールド中のイオンや電荷等の外乱に
対するシールド効果をもつため、高温下での高電圧印加
時でも耐圧の変動は極めて起こりにくくなり、素子の高
信頼性を向上できる。図33はこの発明の第16実施例
の半導体装置であり、同図(a)は要部平面図、同図
(b)は要部断面図である。図31との違いは、モール
ドからのイオンの影響を完全に遮断するために、電極間
は7μmの下方(または上方)にn型ポリシリコン抵抗
層218を第3の層間絶縁膜217内に形成した点であ
る。このn型ポリシリコン抵抗層218はp型でもよ
く、またアルミ抵抗層でもよい。また、このn型ポリシ
リコン抵抗層218は図のように、フローティングでも
よく、接続孔を介して薄膜フィードプレートの中間電位
に固定してもよい。効果は第15実施例と同じである。
【0059】図34はこの発明の第17実施例の半導体
装置であり、同図(a)は要部平面図、同図(b)は要
部断面図である。図27との違いは、アルミ抵抗層20
7がアルミ抵抗層220と接続し、ドーナッツ状にアル
ミ抵抗層が形成される点である。このアルミ抵抗層22
0によりモールドからのイオンの影響を図27よりさら
に減少させることが可能となる。尚、この発明は、図2
9、図31、図33にも適用できる。
【0060】
【発明の効果】本発明のように、ソース電極とドレイン
電極の間のフィールド酸化膜上に渦巻き状の薄膜層を形
成することで、ソースドレイン間逆バイアス印加時に
は、pnダイオードの飽和電流や抵抗体を流れる電流に
より薄膜層内にほぼ均等な電位勾配が得られ、基板側の
電位が渦巻き状の薄膜層の電位とほぼ等しくなり、安定
した耐圧を得ることができる。
【0061】さらに、渦巻き状の薄膜層がプラスチック
モールド中のイオンや電荷等の外乱に対するシールド効
果をもつため、高温下での高電圧印加時でも耐圧の変動
は極めて起こりにくくなり、高信頼性のデバイスを提供
可能とする。一方、渦巻き状の薄膜層を形成することに
よりフィールドプレート効果が得られるため、オン抵抗
増大の原因であるpオフセットの濃度は、ポリシリコン
薄膜層なしでの最適濃度条件(耐圧を確保できる条件)
よりも低濃度化できる。つまり、オン時の主電流経路と
なるnオフセット抵抗を実質低減できるため、素子の低
オン抵抗化を実現できる。具体的には図22、図23か
ら40%程度低減可能となる。これにより、同一オン抵
抗の場合には、パワーMOS面積を40%程度縮小でき
るため、大幅なコストダウンを達成可能とする。
【0062】尚、本発明の実施例において、ドレイン電
極の形状は楕円形をしているが、必ずしも楕円形である
必要はなく、実際の素子適用においては指先を含む手の
ひら状の形状であっても同様の効果が得られるものであ
る。また、本発明のパワーMOSと制御回路部をモノリ
シック化したパワーICへの適用についても、何ら制限
されるものではない。
【0063】また、薄膜層の複数個のpnダイオード/
n型ポリシリコン抵抗層/アルミ抵抗層で薄膜フィール
ドプレートを形成し、円弧部のアルミ抵抗層の幅を広
げ、また半導体基板からの距離を離すことで、素子の高
速なスイッチング動作を可能とし、且つ、円弧部の初期
耐圧の低下を抑制する。また、アルミ電極の張り出し、
また、アルミ抵抗層やポリシリコン抵抗層で、ソース・
ドレイン電極間隙にシールド層を追加することにより、
モールド中のイオンの影響をシャットアウトすることが
できて、素子耐圧の信頼性が向上する。
【0064】また、前記の寄生容量、寄生抵抗を低減す
ることで、スイッチング特性を改善することができる。
また、円弧部のソース電極・ドレイン電極間距離を大き
くすることで、円弧部の耐圧低下を防止できる。また、
ソース電極・ドレイン電極を薄膜フィールドプレート側
に張り出させたり、ソース電極・ドレイン電極間にシー
ルド用の薄膜抵抗層を配置することで、モールド中のイ
オンの影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の半導体装置の要部平面図
【図2】図1のA−A’線で切断した要部断面図
【図3】本発明の第2実施例の半導体装置の要部平面図
【図4】図3のA−A’線で切断した要部断面図
【図5】本発明の第3実施例の半導体装置の要部平面図
【図6】図5のA−A’線で切断した要部断面図
【図7】本発明の第4実施例の半導体装置の要部平面図
【図8】図7のA−A’線で切断した要部断面図
【図9】本発明の第5実施例の半導体装置の要部平面図
【図10】図9のA−A’線で切断した要部断面図
【図11】本発明の第6実施例の半導体装置の要部平面
【図12】図11のA−A’線で切断した要部断面図
【図13】第1実施例の半導体装置の等電位線図
【図14】第2実施例の半導体装置の等電位線図
【図15】第3実施例の半導体装置の等電位線図
【図16】第4実施例の半導体装置の等電位線図
【図17】第5実施例の半導体装置の等電位線図
【図18】第6実施例の半導体装置の等電位線図
【図19】従来例2の要部断面図(初期状態)と等電位
線図
【図20】従来例1の要部断面図(耐圧変動時)
【図21】従来例2の要部断面図とと等電位線図
【図22】耐圧とオン抵抗のpオフセット濃度依存性を
示す図
【図23】耐圧とオン抵抗のpオフセット濃度依存性を
示す図
【図24】本発明の第7実施例の半導体装置の薄膜層の
平面構造図
【図25】本発明の第8実施例の半導体装置の薄膜層の
平面構造図
【図26】本発明の第9実施例の半導体装置の薄膜層の
平面構造図
【図27】この発明の第10実施例の半導体装置であ
り、(a)は要部平面図、(b)は(a)のA部拡大
図、(c)は(a)のX−X線で切断した要部断面図
【図28】この発明の第11実施例の半導体装置の要部
断面図
【図29】この発明の第12実施例の半導体装置の要部
断面図
【図30】この発明の第13実施例の半導体装置であ
り、(a)は要部平面図、(b)は要部断面図
【図31】この発明の第14実施例の半導体装置であ
り、(a)は要部平面図、(b)は要部断面図
【図32】この発明の第15実施例の半導体装置であ
り、(a)は要部平面図、(b)は要部断面図
【図33】この発明の第16実施例の半導体装置であ
り、(a)は要部平面図、(b)は要部断面図
【図34】この発明の第17実施例の半導体装置であ
り、(a)は要部平面図、(b)は要部断面図
【符号の説明】
1 p基板 2 ベース領域 3 nオフセット領域 4 pオフセット領域 5 ソース領域 6 ドレイン領域 7 ゲート酸化膜 8 フィールド酸化膜 9 ゲート電極 10 薄膜層 11 ソース電極 12 ドレイン電極 13 層間膜 14 保護膜 15 イオン 15a +イオン 15b −イオン 15c −電荷 15d +電荷 22 ベース領域 24 pオフセット領域 25 ソース領域 27 ゲート絶縁膜 29 ゲート電極 31 ソース電極 44 カウンタードープ領域 64 カウンタードープ領域 73 pnダイオード群 74 抵抗体 80 薄膜層 81、82 1本の薄膜層 91 薄膜層 200 半導体基板 201 ソース領域 202 ソース電極 203 ドレイン領域 204 ドレイン電極 205 薄膜層の複数個のpnダイオード 206a、206c、217、218 n型ポリシリコ
ン抵抗層 206b p型ポリシリコン抵抗層 207、213、220 アルミ抵抗層 208 接続孔 209、214 ソース電極内周端 210、215 ドレイン電極外周端 211 第1の層間絶縁膜 212 第2の層間絶縁膜 216 第3の層間絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 俊 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 藤島 直人 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型の半導体基板の表面層に選択的
    にそれぞれ形成された第1導電型のベース領域および第
    2導電型で低濃度のオフセット領域と、前記ベース領域
    の表面層に選択的に形成された第2導電型の高濃度のソ
    ース領域と、前記オフセット領域の表面層に選択的に形
    成された第2導電型の高濃度のドレイン領域と、前記ソ
    ース領域と前記オフセット領域に挟まれた前記ベース領
    域上に少なくとも形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート
    絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ソース領域上
    に形成されたソース電極と、前記ドレイン領域上に形成
    されたドレイン電極と、前記オフセット領域上に選択的
    に形成されたフィールド絶縁膜とからなるMIS(Me
    tal Insulator Semiconduct
    or)型半導体装置であって、一方の端が前記ドレイン
    電極に接続され、他方の端が前記ソース電極に接続され
    た複数段のpnダイオードからなる薄膜層が、前記フィ
    ールド絶縁膜上に形成され、且つ、前記ドレイン電極を
    取り囲むように渦巻き状に形成されたことを特徴とする
    半導体装置。
  2. 【請求項2】第1導電型の半導体基板の表面層に選択的
    に形成された第2導電型で低濃度のオフセット領域と、
    該オフセット領域の表面層に互いに離して選択的に形成
    された第1導電型のべース領域と第2導電型の高濃度の
    ドレイン領域と、前記ベース領域の表面層に選択的に形
    成された第2導電型のソース領域と、該ソース領域と前
    記オフセット領域に挟まれた前記ベース領域上に形成さ
    れたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に形成されたゲ
    ート電極と、前記ソース領域上に形成されたソース電極
    と、前記ドレイン領域上に形成されたドレイン電極と、
    前記オフセット領域上に選択的に形成されたフィールド
    絶縁膜とからなるMIS型半導体装置であって、一方の
    端が前記ドレイン電極に接続され、他方の端が前記ソー
    ス電極に接続された複数段のpnダイオードからなる薄
    膜層が、前記フィールド絶縁膜上に形成され、且つ、前
    記ドレイン電極を取り囲むように渦巻き状に形成された
    ことを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】第1導電型の半導体基板の表面層に選択的
    にそれぞれ形成された第1導電型のベース領域および第
    2導電型で低濃度のオフセット領域と、前記ベース領域
    の表面層に選択的に形成された第2導電型の高濃度のソ
    ース領域と、前記オフセット領域の表面層に選択的に形
    成された第2導電型の高濃度のドレイン領域と、該オフ
    セット領域の表面層に第2導電型を保つ濃度で第1導電
    型不純物を拡散して形成されたカウンタドープ領域と、
    前記ソース領域と前記オフセット領域に挟まれた前記ベ
    ース領域上に少なくとも形成されたゲート絶縁膜と、該
    ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ソース
    領域上に形成されたソース電極と、前記ドレイン領域上
    に形成されたドレイン電極と、前記カウンタドープ領域
    上に選択的に形成されたフィールド絶縁膜とからなるM
    IS型半導体装置であって、一方の端が前記ドレイン電
    極に接続され、他方の端が前記ソース電極に接続された
    複数段のpnダイオードからなる薄膜層が、前記フィー
    ルド絶縁膜上に形成され、且つ、前記ドレイン電極を取
    り囲むように渦巻き状に形成されたことを特徴とする半
    導体装置。
  4. 【請求項4】第1導電型の半導体基板の表面層に選択的
    に形成された第2導電型で低濃度のオフセット領域と、
    該オフセット領域の表面層に互いに離して選択的に形成
    された第1導電型のべース領域と第2導電型の高濃度の
    ドレイン領域と、前記ベース領域の表面層に選択的に形
    成された第2導電型のソース領域と、該ソース領域と前
    記ドレイン領域に挟まれたオフセット領域の表面層に第
    2導電型を保つ濃度で第1導電型不純物を選択的に形成
    されたカウンタドープ領域と、前記ソース領域と前記オ
    フセット領域に挟まれた前記ベース領域上に形成された
    ゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に形成されたゲート
    電極と、前記ソース領域上に形成されたソース電極と、
    前記ドレイン領域上に形成されたドレイン電極と、前記
    カウンタドープ領域上に選択的に形成されたフィールド
    絶縁膜とからなるMIS型半導体装置であって、一方の
    端が前記ドレイン電極に接続され、他方の端が前記ソー
    ス電極に接続された複数段のpnダイオードからなる薄
    膜層が、前記フィールド絶縁膜上に形成され、且つ、前
    記ドレイン電極を取り囲むように渦巻き状に形成された
    ことを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項5】第1導電型の半導体基板の表面層に選択的
    にそれぞれ形成された第1導電型のベース領域および第
    2導電型で低濃度の第1オフセット領域と、前記ベース
    領域の表面層に選択的に形成された第2導電型の高濃度
    のソース領域と、前記第1オフセット領域の表面層に選
    択的に形成された第2導電型の高濃度のドレイン領域
    と、前記第1オフセット領域の表面層に選択的に形成さ
    れた第1導電型の第2オフセット領域と、前記ソース領
    域と前記第1オフセット領域に挟まれた前記ベース領域
    上に少なくとも形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶
    縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ソース領域上に
    形成されたソース電極と、前記ドレイン領域上に形成さ
    れたドレイン電極と、前記第2オフセット領域上に選択
    的に形成されたフィールド絶縁膜とからなるMIS型半
    導体装置であって、一方の端が前記ドレイン電極に接続
    され、他方の端が前記ソース電極に接続された複数段の
    pnダイオードからなる薄膜層が、前記フィールド絶縁
    膜上に形成され、且つ、前記ドレイン電極を取り囲むよ
    うに渦巻き状に形成されたことを特徴とする半導体装
    置。
  6. 【請求項6】第1導電型の半導体基板の表面層に選択的
    に形成された第2導電型で低濃度の第1オフセット領域
    と、該第1オフセット領域の表面層に互いに離して選択
    的に形成された第1導電型のべース領域と第2導電型の
    高濃度のドレイン領域と、前記ベース領域の表面層に選
    択的に形成された第2導電型のソース領域と、該ソース
    領域と前記ドレイン領域に挟まれた第1オフセット領域
    の表面層に選択的に形成された第1導電型の第2オフセ
    ット領域と、前記ソース領域と前記第1オフセット領域
    に挟まれた前記ベース領域上に形成されたゲート絶縁膜
    と、該ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記
    ソース領域上に形成されたソース電極と、前記ドレイン
    領域上に形成されたドレイン電極と、前記第2オフセッ
    ト領域上に選択的に形成されたフィールド絶縁膜とから
    なるMIS型半導体装置であって、一方の端が前記ドレ
    イン電極に接続され、他方の端が前記ソース電極に接続
    された複数段のpnダイオードからなる薄膜層が、前記
    フィールド絶縁膜上に形成され、且つ、前記ドレイン電
    極を取り囲むように渦巻き状に形成されたことを特徴と
    する半導体装置。
  7. 【請求項7】前記渦巻き状で複数段のpnダイオードか
    らなる薄膜層の代わりに、抵抗体からなる薄膜層を用い
    たことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載
    の半導体装置。
  8. 【請求項8】前記ドレイン電極と前記ソース電極の間に
    前記薄膜層が少なくとも1周以上にわたって形成された
    ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の
    半導体装置。
  9. 【請求項9】前記薄膜層がポリシリコンで形成されたこ
    とを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の半
    導体装置。
  10. 【請求項10】1段の前記pnダイオードの逆阻止電圧
    値と、前記pnダイオードの段数の積が、前記MIS型
    半導体装置のソース・ドレインの間のブレイクダウン電
    圧より大きな値で形成されていることを特徴とする請求
    項1ないし6のいずれかに記載の半導体装置。
  11. 【請求項11】前記薄膜層が複数本からなることを特徴
    とする請求項1ないし7のいずれかに記載の半導体装
    置。
  12. 【請求項12】1本の前記薄膜層に、前記薄膜層の複数
    段のpnダイオードの中間段に、前記ドレイン電極と前
    記ソース電極に沿って形成された薄膜抵抗体層が接続さ
    れたことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記
    載の半導体装置。
  13. 【請求項13】前記薄膜抵抗体層がpnダイオードのp
    型層もしくはn型層のどちらかであることを特徴とする
    請求項12に記載の半導体装置。
  14. 【請求項14】第1導電型の半導体基板の表面層に選択
    的にそれぞれ形成された第1導電型のベース領域および
    第2導電型で低濃度のオフセット領域と、前記ベース領
    域の表面層に選択的に形成された第2導電型の高濃度の
    ソース領域と、前記オフセット領域の表面層に選択的に
    形成された第2導電型の高濃度のドレイン領域と、前記
    ソース領域と前記オフセット領域に挟まれた前記ベース
    領域上に少なくとも形成されたゲート絶縁膜と、該ゲー
    ト絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ソース領域
    上に形成されたソース電極と、前記ドレイン領域上に形
    成されたドレイン電極と、前記オフセット領域上に選択
    的に形成されたフィールド絶縁膜とからなるMIS型半
    導体装置であって、前記ソース電極と前記ドレイン電極
    がどちらかを囲むように形成され、前記ソース電極と一
    端が接続する第1の薄膜層の複数段のpnダイオード
    と、該第1の薄膜層の複数段のpnダイオードの他端と
    一端が接続する第1の薄膜抵抗層と、該第1の薄膜抵抗
    層の他端と、一端が接続し、他端が前記ドレイン電極と
    接続する第2の薄膜層の複数段のpnダイオードとを有
    することを特徴とする半導体装置。
  15. 【請求項15】前記第1および第2の薄膜層の複数段の
    pnダイオード上に第1の層間絶縁膜を形成し、該第1
    の層間絶縁膜上に前記第1の薄膜抵抗層を形成し、前記
    第1および第2の薄膜層の複数段のpnダイオードの中
    間段上の前記第1の層間絶縁膜に接続孔をそれぞれ形成
    し、該接続孔を介して、前記第1および第2の薄膜層の
    複数段のpnダイオードの中間段と前記第1の薄膜抵抗
    層を電気的に接続し、前記第1の薄膜抵抗層が、前記ソ
    ース電極もしくは前記ドレイン電極に沿って形成される
    ことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
  16. 【請求項16】前記ソース電極および前記ドレイン電極
    が、前記ソース領域および前記ドレイン領域を延出し、
    前記第1の薄膜抵抗層と投影的に重なり合い、前記第1
    の薄膜層の複数段のpnダイオードの一端が、前記ソー
    ス領域近傍の前記ソース電極と接続し、前記第1の薄膜
    層の複数段のpnダイオードの他端が、前記ドレイン領
    域近傍の前記ドレイン電極と接続することを特徴とする
    請求項14または15に記載の半導体装置。
  17. 【請求項17】前記第1の薄膜抵抗層が低抵抗のポリシ
    リコンで形成されることを特徴とする請求項15または
    16に記載の半導体装置。
  18. 【請求項18】前記第1の薄膜抵抗層がアルミ抵抗膜で
    形成されることを特徴とする請求項14ないし17のい
    ずれかに記載の半導体装置。
  19. 【請求項19】前記第1および第2の薄膜層の複数段の
    pnダイオード上と、前記薄膜抵抗層上に第2の層間絶
    縁膜を形成し、該第2の層間絶縁膜上に前記ソース電極
    と前記ドレイン電極がどちらかを囲むように形成され、
    前記ソース電極と前記ドレイン電極に挟まれた箇所の前
    記第2の層間絶縁膜内に第2の薄膜抵抗層を形成するこ
    とを特徴とする請求項14ないし18のいずれかに記載
    の半導体装置。
  20. 【請求項20】前記ソース電極および前記ドレイン電極
    が、前記ソース領域および前記ドレイン領域を延出し、
    前記第2の薄膜抵抗層と投影的に重なり合い、前記第1
    の薄膜層の複数段のpnダイオードの一端が、前記ソー
    ス領域近傍の前記ソース電極と接続し、前記第1の薄膜
    層の複数段のpnダイオードの他端が、前記ドレイン領
    域近傍の前記ドレイン電極と接続することを特徴とする
    請求項19に記載の半導体装置。
  21. 【請求項21】前記第2の薄膜抵抗層が、前記第1、第
    2の薄膜層の複数段のpnダイオードもしくは前記第1
    の薄膜抵抗層に、接続孔を介して接続することを特徴と
    する請求項19または20に記載の半導体装置。
  22. 【請求項22】前記ソース電極および前記ドレイン電極
    の側面が直線部分と半円部分からなり、該直線部分同士
    が対向し、前記半円部分が対向する平面パターンで、前
    記半円部分のソース電極とドレイン電極に挟まれた箇所
    に前記第1の薄膜抵抗層が配置され、該第1の薄膜抵抗
    層の幅が、前記半円部分の両端部の箇所より、前記半円
    部分の中央部の箇所が広いことを特徴とする請求項14
    ないし21のいずれかに記載の半導体装置。
  23. 【請求項23】第1導電型の半導体基板の表面層に選択
    的にそれぞれ形成された第1導電型のベース領域および
    第2導電型で低濃度のオフセット領域と、前記ベース領
    域の表面層に選択的に形成された第2導電型の高濃度の
    ソース領域と、前記オフセット領域の表面層に選択的に
    形成された第2導電型の高濃度のドレイン領域と、前記
    ソース領域と前記オフセット領域に挟まれた前記ベース
    領域上に少なくとも形成されたゲート絶縁膜と、該ゲー
    ト絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ソース領域
    上に形成されたソース電極と、前記ドレイン領域上に形
    成されたドレイン電極と、前記オフセット領域上に選択
    的に形成されたフィールド絶縁膜とからなるMIS型半
    導体装置であって、前記ソース電極と前記ドレイン電極
    がどちらかを囲むように形成され、前記ソース電極と前
    記ドレイン電極に挟まれた箇所で、前記ソース電極と前
    記ドレイン電極に沿うように一周して形成される第3の
    薄膜抵抗層と、前記ソース電極と一端が接続する第1の
    薄膜層の複数段のpnダイオードと、該第1の薄膜層の
    複数段のpnダイオードの他端と第1箇所で接続する第
    3の薄膜抵抗層と、該第3の薄膜抵抗層の他箇所と、一
    端が接続し、他端が前記ドレイン電極と接続する第2の
    薄膜層の複数段のpnダイオードとを有することを特徴
    とする半導体装置。
  24. 【請求項24】前記ソース電極および前記ドレイン電極
    の側面が直線部分と半円部分からなり、該直線部分同士
    が対向し、前記半円部分が対向する平面パターンで、前
    記半円部分のソース電極とドレイン電極に挟まれた箇所
    の第3の薄膜抵抗層の幅が、前記半円部分の両端部の箇
    所より、前記半円部分の中央部の箇所が広いことを特徴
    とする請求項23に記載の半導体装置。
  25. 【請求項25】前記第3の薄膜抵抗層が低抵抗のポリシ
    リコンで形成されることを特徴とする請求項15または
    16に記載の半導体装置。
  26. 【請求項26】前記第3の薄膜抵抗層がアルミ抵抗膜で
    形成されることを特徴とする請求項23または24のい
    ずれかに記載の半導体装置。
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