JP2002319675A - 埋設導電層を備えた高電圧トランジスタ - Google Patents
埋設導電層を備えた高電圧トランジスタInfo
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Abstract
電圧FETを提供する。 【解決手段】 P−型基板に形成されたN−ウエル内に
P−型埋設層領域を設け、これをN−ウエル領域に形成
された第1のP−型ドレイン拡散領域によってドレイン
電極に接続すると共に、PMOSゲート領域の一端で表
面から下方に延びる第2のP−型ドレイン拡散領域にも
接続し、ソース電極に接続されるP−型ソース拡散領域
でゲート領域の他端を定めるようにする。
Description
譲受人に譲渡されたRumennik等の1999年2
月5日に出願した米国特許出願第09/245,029
号に関連し、この出願は、本願明細書において参照とし
て組み入れられる。
する。より詳細には、本発明は、シリコン基板に製造さ
れた高電圧電界効果トランジスタの構造に関する。
ランジスタ(HVFET)は、高電圧接合電界効果トラ
ンジスタ(JFET)と直列に配置された絶縁ゲート電
界効果トランジスタ(IGFET)を用いて製造されて
いる。このIGFETは、装置の「オン」状態電流を制
御するために使用され、JFETは、「オフ」状態で高
電圧をサポートするために使用される。このHVFET
構造は、高電圧でスイッチングされることができ、低い
オン状態抵抗値を有し、絶縁ゲート制御を有している。
更に、単一の集積回路チップ上で低電圧ロジックトラン
ジスタの近くに有利に製造できる。
SURF)原理に従って一般に製造される。しかしなが
ら、RESURF原理は、高いブレークダウン電圧を得
るために、横方向JFETのチャンネルとして働く拡張
ドレイン領域中の電荷を注意深く制御する必要がある。
電子なだれブレークダウンが生じる臨界電界以下に最大
電界を保持するために、JFETチャンネルでの電荷量
は、典型的に約1×1012cm-2の最大値に制限され
る。HVFETが「オン」状態にあるときに、JFET
チャンネルの抵抗値は、HVFETのオン状態抵抗値の
大きな部分を構成する。従って、JFET中の最大電荷
についての制限もまた装置の最小固有オン抵抗値を決定
する。
の頂部層と共に拡張ドレイン領域を有するHVFET
は、米国特許第4,811,075号に開示されてい
る。この米国特許第4,811,075号は、頂部層が
装置のオン抵抗値の同程度の減少を伴って導電層の電荷
をほぼ2倍にすることを教示する。この頂部層もまた拡
張ドレインが高電圧をサポートしているときにJFET
導電領域を空乏化するのを助ける。
5,411,901号は、相補形高電圧トランジスタで
のJFETの導電部分として反対導電型頂部層を用いる
ことを教示する。しかしながら、1つの欠点は、この相
補形装置の構造が高電圧機能を達成するために追加の処
理を必要とすることである。更に、相補形装置のオン抵
抗値は、頂部領域に対する電荷要求(例えば、約1×1
012cm-2)によって制限される。他の困難性は、頂部
層が往々シリコン表面の酸化に先立って形成され、これ
は追加の処理を導入してしまうことである。
大し、かつ、オン抵抗値を減少するために、米国特許第
5,313,082号は、2つのJFETチャンネルが
平行して配列されるようなHVFET構造を教示する。
3つの別々の打ち込みおよび拡散ステップがN−型導電
頂部層、P−型中間層およびN−型導電底部層を有する
HVFETを形成する必要がある三重拡散プロセスが開
示されている。交互の導電型のこれら多数の層は、打ち
込みを行い、次いで拡散を行い、半導体基板にドーピン
グすることによって作成される。米国特許第5,31
3,082号は、また、三層拡張ドリフト領域に追加の
層を付加することによって形成される相補形高電圧トラ
ンジスタ(すなわち、P−チャンネル装置)をも記載し
ている。
は、各連続した層が対応領域の導電型を充分に補って変
化するために先行する層よりも高い表面濃度を持たなけ
ればならないことである。表面からのドーパントの拡散
は、層間で適切な電荷バランスを維持することを極めて
困難にする。更に、埋設層およびドレイン拡散領域間の
大きくドーピングしたP−N接合は、装置のブレークダ
ウン電圧を低下する。濃度もまた各層内の自由キャリア
の移動度を低下しようとし、それによってHVEFTの
オン抵抗値を悪化する。相補形装置を形成するために必
要な追加の層は、製造プロセスを複雑にする。
的なプロセスとの互換性があるP−チャンネルMOS装
置の設計は、米国特許第5,894,154号に記載さ
れている。
電界効果トランジスタを説明する。このHVFETは、
低い固有オン抵抗値を有し、かつ低電圧ロジック装置と
共に同一のチップ上に相補形横方向HVFETと容易に
集積化され得る。以下の説明において、本発明の完全な
理解を与えるために材料形式、ドーピングレベル、構造
的特徴、処理ステップ等のような多くの特定の詳細が述
べられる。半導体技術の当業者には、本発明がこれら詳
細の多くを持たずに実施され得ることが理解される。他
の例では、周知の要素、技術およびプロセスステップ
は、本発明が不明確にならないように詳細には記載され
なかった。
ャンネルHVFET装置構造の横断面側面図である。
(図中の要素は、描写的であり、明瞭化のため実寸では
描かれてはいないことも理解されるべきである。)N−
チャンネルトランジスタが図示の拡散領域の全てに反対
導電型を用いることによって実現され得る。図1の装置
は、ゲート22(例えば、ポリシリコンからなる)と二
酸化ケイ素あるいは他の適切な誘電性絶縁材料からなる
ゲート絶縁層30と軽くドーピングしたP−型基板領域
10中に設けられた下層のN−型ウエル領域12とを有
する絶縁ゲート電界効果トランジスタ(IGEFT)を
含んでいる。ゲート22の真下のN―型ウエル領域12
の区域は、トランジスタのIGEFTチャンネル領域3
1である。この実施例において、ゲート領域は、金属酸
化物半導体(MOS)であり、IGEFTは、PMOS
トランジスタである。
拡散領域19によって他端でP−型拡散領域16によっ
て定められ、これはN−ウエル12の基板表面から下方
に延びる。横方向高電圧P−チャンネルFETがPMO
S装置とN−ウエル領域12へのP−型ドーパント(例
えば、ホウ素)の高エネルギー打ち込みによって形成さ
れたP−型JFETトランジスタとの直列接続によって
形成される。この高エネルギー打ち込みは、P−型埋設
層14を形成し、これはP−型拡散領域16に接続され
る。埋設層14は、P−型JFET装置の拡張ドレイン
の導電部分を構成する。P−型埋設領域14の電荷は、
この実施例でほぼ2×1012cm-2であり、伝統的な装
置より約50%低いオン抵抗値となる。
領域がオフ状態において比較的に低電圧(<100V)
で完全に空乏化され得るように選択されるということは
当業者には認められる。これは、領域16がオフ状態で
は高電圧(〜700V)をサポートするためにトランジ
スタの能力を妨げないようにする。
9への電気接続を与える。同様に、ドレイン電極28
は、P+ドレイン拡散領域18に接続する。ドレイン拡
散領域18およびソース拡散領域19は、同一の打ち込
みステップを用いて形成されてもよい。ドレイン拡散領
域18と埋設層14との間の電気接続は、P−型拡散領
域17により確立される。領域17は、同一の処理ステ
ップを用いてP−型拡散領域16と同時に形成されても
よいことを理解される。別形態として、P+ドレイン拡
散領域18は、P−型埋設層14まで基板表面から垂直
方向下方に延びるように形成されてもよい。
および28は、多数の広く使われている金属または金属
合金で構成されてもよい。ソース電極29は、ゲート2
9の上方を延びるように示され、かつ、それから絶縁さ
れており、その際、それは電界板として働くことを留意
される。同様に、ドレイン電極28は、ドレイン拡散領
域18の上に配置され、かつ、それに近傍するポリシリ
コン電界板部材23の上方を延びる。電界板は、表面電
界を減少し、基板の空乏の有効半径を増大し、それによ
ってトランジスタのブレークダウン電圧を増大するよう
に働く。
は、P+ソース拡散領域19に近接して配置される。拡
散領域20は、N−ウエル領域12への良好な電気接続
を与えるので、寄生バイポーラ効果に対する装置の敏感
さを減少する。
態にあるときには、電流は、ソース拡散領域19からI
GFETチャンネル領域31次いでP−型領域16、1
4および17を介してP+ドレイン拡散領域18に流れ
る。上記のように、P−型埋没領域14の電荷は、従来
のP−チャンネル装置よりほぼ2倍大きい。このため、
拡張ドレイン領域の抵抗値は、従来の装置の約1/2に
減少される。
P−型埋設層領域14およびN−ウエル領域12は、自
由キャリアから共通に空乏化される。
それが相補形、高電圧N−チャンネルFETを作るため
に使用される同一のプロセスを用いて構成され得ること
である。1つの例を挙げると、このようなプロセスは、
本願明細書に組み入れられたRumennik等の米国
特許出願の図11a〜11iに示され、関連した説明が
行われている。重要なことは、P−領域16の追加以外
同一のマスキング層が両装置に対して使用され得るた
め、追加の処理の複雑性が導入されないことである。
の上述のプロセスに従って、同一のシリコン基板上に相
補形装置を製造することは、P−チャンネルおよびN−
チャンネル装置に関連したそれぞれのN−ウエル領域を
分離することによって達成される。P−チャンネル装置
のP−型埋設層領域14を形成するために使用されるマ
スキング層は、N−チャンネル装置構造の埋設層領域を
同時に形成するために使用される。N−チャンネル装置
においては、このP−型埋設層は、単一の導電性N−ウ
エルをJFETトランジスタの並列の導電性ドリフト領
域に分割する。並列に加えられて、各導電性領域は、H
VFET構造のオン抵抗を減少する。
0上に互いに近接して製造された高電圧PMOSおよび
NMOSトランジスタを示す。PMOS装置のN−ウエ
ル12を形成するために使用される同一の処理ステップ
もNMOS装置のN−ウエル52を製造するために使用
されてもよいことを特記する。同様に、PMOS装置の
埋設層14およびNMOS装置の埋設層74は、同一の
ステップを用いて形成されてもよい。同一の処理ステッ
プで形成可能なPMOSおよびNMOS装置の他の抵抗
は、それぞれP+領域19および69と、N+領域20
および70と、ゲート酸化物領域30および80とを含
んでいる。
−チャンネルおよびP−チャンネル装置のP−型埋設層
領域を形成する打ち込みステップの前あるいは後に形成
されてもよい。一例として、拡散領域16は、N−ウエ
ル12の形成に引き続く基板へのホウ素の打ち込みで形
成されてもよい。プロセスが電界酸化物層を形成するた
めのステップを随意に選択して含むならば、P−型拡散
領域16は、従来の処理技術を用いて、電界酸化物成長
の前あるいはその後にN−ウエル12に形成されてもよ
い。
これはN−ウエル領域12に分散された複数の垂直方向
に積み重ねられたP−型埋設層領域14a〜14cを具
備する。典型的な処理シーケンスにおいて、全ての埋設
層を定めるために単一の打ち込みマスクが使用される。
次いで、高エネルギー打ち込みが埋設層領域14a、1
4bおよび14cを形成するために使用される。図2の
装置構造は、チャンネル31の一端を定めるP−型拡散
領域26を含んでいる。拡散領域26は、基板表面から
下方に延び、埋設層領域14a〜14cのそれぞれと電
気的接続を行う。同様に、P−型拡散領域27は、P+
ドレイン拡散領域18から垂直方向下方に延び、埋設層
領域14a〜14cのそれぞれと接続する。個別のP−
型領域27を形成せずに、ドレイン拡散領域18の下の
埋設層領域14のそれぞれへの接続がP+ドレイン拡散
領域18を基板表面から垂直方向下方に埋設層領域14
a〜14cとの接続を行うための充分な深さまで単純に
延ばすことによって達成されてもよい。
て空間的に隔てられたP−型埋設層領域14は、並列導
電路を与える。それぞれの埋設層領域14の電荷を制御
することによって、高電圧をサポートするP−チャンネ
ル装置の能力が悪化されない。更にまた、上述の教示に
よれば、それぞれの追加導電層は、追加の2×1012c
m-2の電荷に寄与し、装置のオン抵抗値を一層低下させ
る。
VFET)装置構造の一実施例の横断面側面図。
例の横断面側面図である。
HVFETの横断面側面図である。
Claims (32)
- 【請求項1】 高電圧電界効果トランジスタ(HVFE
T)において、 第1の導電型の基板と、 前記基板に配置され、前記第1の導電型と反対の第2の
導電型のウエル領域と、 前記N−ウエル領域に配置され、前記第1の導電型のソ
ース拡散領域と、 前記ソース拡散領域から空間的に隔てられて前記N−ウ
エル領域に配置された前記第1の導電型の第1のドレイ
ン拡散領域であって、この第1のドレイン拡散領域と前
記ソース拡散領域との間でチャンネル領域を前記ウエル
領域に定めるようにする第1のドレイン拡散領域と、 前記第1のドレイン拡散領域から空間的に隔てられ、前
記ウエル領域に配置された前記第1の導電型の第2のド
レイン拡散領域と、 前記ウエル領域内に配置され、前記第1のドレイン拡散
領域の下から横方向に前記第2のドレイン拡散領域の下
まで延びる前記第1の導電型の埋設層領域であって、前
記HVFETがオン状態のときに電流が埋設層領域を通
って横方向に流れるように前記第1および第2のP−型
ドレイン拡散領域の両方に接続されている埋設層領域
と、 前記チャンネル領域の上方に形成された絶縁ゲートと、
を具備する高電圧電界効果トランジスタ。 - 【請求項2】 請求項1記載のHVEFTにおいて、 前記ソース拡散領域に接続されたソース電極と、 前記第2のドレイン拡散領域に接続されたドレイン電極
と、を更に具備するHVEFT。 - 【請求項3】 請求項2記載のHVEFTにおいて、 前記ソース拡散領域に近接して前記ウエル領域に配置さ
れ、前記ソース電極に接続された前記第2の導電型の拡
散領域を更に具備するHVEFT。 - 【請求項4】 請求項2記載のHVEFTにおいて、前
記第1の導電型は、P−型であり、前記第2の導電型
は、N−型であり、前記第2のドレイン拡散領域は、 前記ドレイン電極に接続されたP+拡散領域と、 前記P+拡散領域から前記埋設層領域まで延びる追加の
P−型拡散領域と、を具備するHVEFT。 - 【請求項5】 請求項2記載のHVEFTにおいて、前
記ソースおよびドレイン電極は、それぞれ、電界板とし
て働く横方向に広がった部分を備えるHVEFT。 - 【請求項6】 請求項5記載のHVEFTにおいて、 前記第2のドレイン拡散領域に近接し、かつ、これから
絶縁されて配置されたドレイン電界板部材を更に具備
し、このドレイン電界板部材も前記ドレイン電極の前記
横方向に広がった部分の下で、かつ、それから絶縁され
て配置されるHVEFT。 - 【請求項7】 請求項1記載のHVEFTにおいて、前
記埋設層領域は、複数の埋設層を備えるHVEFT。 - 【請求項8】 請求項7記載のHVEFTにおいて、前
記第1のドレイン拡散領域は、前記ウエル領域中を垂直
方向に延び、前記複数の埋設層のそれぞれに接続される
HVEFT。 - 【請求項9】 請求項8記載のHVEFTにおいて、前
記第2のドレイン拡散領域は、前記ウエル領域中を垂直
方向に延び、前記複数の埋設層のそれぞれに接続される
HVEFT。 - 【請求項10】 請求項1記載のHVEFTにおいて、
前記第1のドレイン拡散領域は、前記基板の表面と隣り
合う第1の表面を有するHVEFT。 - 【請求項11】 請求項1記載のHVEFTにおいて、
前記第1の導電型は、N−型であり、前記第2の導電型
はP−型であるHVEFT。 - 【請求項12】 請求項1記載のHVEFTにおいて、
前記第1のドレイン拡散領域は、比較的に低い電圧で空
乏化されるHVEFT。 - 【請求項13】 高電圧電界効果トランジスタ(HVF
ET)において、 第1の導電型の基板と、 前記基板に配置され、前記第1の導電型と反対の第2の
導電型のウエル領域と、 前記ウエル領域に配置され、前記第1の導電型のソース
拡散領域と、 前記ソース拡散領域から横方向に空間的に隔てられて前
記ウエル領域に配置された前記第1の導電型の第1のド
レイン拡散領域と、 前記第1のドレイン拡散領域と前記ソース拡散領域との
間で前記ウエル領域に配置された前記第1の導電型の第
2のドレイン拡散領域であって、この第2のドレイン拡
散領域と前記ソース拡散領域との間でチャンネル領域を
前記ウエル領域に定めるようにした第2のドレイン拡散
領域と、 前記ウエル領域内に配置され、前記第1のドレイン拡散
領域の下から横方向に前記第2のドレイン拡散領域の下
まで延びる前記第1の導電型の複数の平行な空間的に隔
てられた埋設層であって、前記HVFETがオン状態の
ときに電流が埋設層のそれぞれを通って横方向に流れる
ように前記第1および第2のドレイン拡散領域が埋設層
のそれぞれに接続するように前記ウエル領域中を垂直に
延びるようにする埋設層と、 前記チャンネル領域の上方に形成された絶縁ゲートと、
を具備する高電圧電界効果トランジスタ。 - 【請求項14】 請求項13記載のHVEFTにおい
て、 前記ソース拡散領域に接続されたソース電極と、 前記第1のドレイン拡散領域に接続されたドレイン電極
と、を更に具備するHVEFT。 - 【請求項15】 請求項14記載のHVEFTにおい
て、 前記ソース拡散領域に近接して前記ウエル領域に配置さ
れ、前記ソース電極に接続された前記第2の導電型の拡
散領域を更に具備するHVEFT。 - 【請求項16】 請求項14記載のHVEFTにおい
て、前記第1の導電型は、P−型であり、前記第2の導
電型は、N−型であり、前記第1のドレイン拡散領域
は、 前記ドレイン電極に接続されたP+拡散領域と、 前記P+拡散領域から下方に前記埋設層のそれぞれまで
垂直方向に延びる追加のP−型拡散領域と、を具備する
HVEFT。 - 【請求項17】 請求項14記載のHVEFTにおい
て、前記ソースおよびドレイン電極は、それぞれ、電界
板として働く横方向に広がった部分を備えるHVEF
T。 - 【請求項18】 請求項17記載のHVEFTにおい
て、 前記第1のドレイン拡散領域に近接し、かつ、これから
絶縁されて配置されたドレイン電界板部材を更に具備
し、このドレイン電界板部材も前記ドレイン電極の下
で、かつ、それから絶縁されて配置されるHVEFT。 - 【請求項19】 請求項13記載のHVEFTにおい
て、前記埋設層のそれぞれは、前記HVEFTがオフ状
態にあるときに比較的に低い電圧で完全に空乏化される
HVEFT。 - 【請求項20】 請求項14記載のHVEFTにおい
て、前記第1のドレイン拡散領域は、前記ドレイン電極
と接触し、かつ、前記ウエル領域中を下方に延びて前記
埋設層のそれぞれと接触する拡散領域を備えるHVEF
T。 - 【請求項21】 請求項13記載のHVEFTにおい
て、前記第2のドレイン拡散領域は、前記基板の一表面
と隣り合う第1の表面を有するHVEFT。 - 【請求項22】 請求項13記載のHVEFTにおい
て、前記第1の導電型は、N−型であり、前記第2の導
電型は、P−型であるHVEFT。 - 【請求項23】 第1の導電型の基板に高電圧電界効果
トランジスタ(HVEFT)を製造する方法において、 前記基板に前記第1の導電型と反対の第2の導電型のウ
エルを形成する段階と、 前記第1の導電型のドーパントを前記ウエルに打ち込
み、前記ウエル内に前記第1の導電型の横方向に広がっ
た埋設層領域を形成する段階と、 前記ウエルの上方に絶縁ゲートを形成する段階と、 前記ウエル領域中で空間的に隔てて前記第1の導電型の
第1のドレイン領域と前記第1の導電型のソース領域を
形成する段階と、 前記第1のドレイン領域から空間的に隔てられ、かつ、
前記第1のドレイン領域と前記ソース領域との間に位置
する前記第1の導電型の第2のドレイン領域を形成し、
前記ソース領域と前記第2のドレイン領域との間で前記
絶縁ゲートの下方にチャンネル領域を前記ウエル中に定
めるようにする段階と、を含み、前記第1および第2の
ドレイン領域は、前記ウエルを通って垂直方向下方に延
びて前記埋設層領域と接触し、前記HVEFTがオン状
態にあるときに電流が横方向に流れるように前記埋設層
領域は、その電流のための導通路を与えるようにする方
法。 - 【請求項24】 請求項23記載の方法において、前記
第1の導電型は、P−型であり、前記ドーパントは、ホ
ウ素からなる方法。 - 【請求項25】 請求項23記載の方法において、前記
埋設層領域は、前記ウエル内で種々の深さに配置された
複数の並列の空間的に隔てられた埋設層で構成される方
法。 - 【請求項26】 請求項23記載の方法において、前記
ウエル内に前記埋設層領域を形成するために前記ドーパ
ントを打ち込むことにより、前記基板に同様配置される
相補型HVEFTのための前記第1の導電型の他の埋設
層領域をも形成する方法。 - 【請求項27】 請求項23記載の方法において、 前記第1のドレイン領域に接続されるソース電極を形成
する段階と、 前記ソース領域に接続されるドレイン電極を形成する段
階と、を更に含む方法。 - 【請求項28】 請求項24記載の方法において、前記
第1の導電型は、P−型であり、前記第2の導電型は、
N−型であり、前記第1のドレイン領域を形成する段階
は、 前記ドレイン電極に接続されるP+領域を形成する段階
と、 前記P+領域から下方に前記埋設層領域に延びる追加の
P−型領域を形成する段階と、を更に含む方法。 - 【請求項29】 第1の導電型の基板に相補型高電圧電
界効果トランジスタ(HVFET)を製造する方法であ
って、 前記第1の導電型とは反対の第2の導電型の第1および
第2のウエル領域を前記基板に形成する段階と、 第1および第2の横方向に広がった埋設層領域を前記第
1および第2のウエル領域内にそれぞれ形成するため
に、前記第1および第2のウエル領域に前記第1の導電
型のドーパントを打ち込む段階と、 前記第1のウエル領域の上方に第1の絶縁ゲートを形成
し、前記基板の上方で前記第2のウエル領域に近接して
第2の絶縁ゲートを形成する段階と、 前記第1のウエル領域中で空間的に隔てられた前記第1
の導電型の第1のドレイン領域およびソース領域を形成
し、これら第1のドレイン領域およびソース領域が第1
のHVFETに関連するようにする段階と、 前記第1のドレイン領域から空間的に隔てられ、かつ、
前記第1のドレイン領域と前記第1のソース領域との間
に位置して前記第1のウエル領域中に前記第1の導電型
の追加のドレイン領域を形成し、前記絶縁ゲートの下方
にこの追加のドレイン領域と前記第1のソース領域との
間で前記第1のウエル領域中にチャンネル領域を定める
段階と、 前記第2のウエル領域に前記第2の導電型の第2のドレ
イン領域を形成し、かつ前記第2のウエル領域から空間
的に隔てられた前記第2の導電型の第2のソース領域を
形成し、これら第2のドレインおよびソース領域は、第
2のHVFETと関連し、前記第2の絶縁ゲートの下方
で前記第2のソース領域と前記第2のウエル領域間で第
2のチャンネル領域が定められるようにする段階を含
み、 前記第1のドレインおよび追加のドレイン領域は、前記
第1のウエル領域を通って垂直方向下方に延びて前記第
1の横方向広がった埋設層領域に接続され、前記第1の
HVFETがオン状態のときに前記第1の横方向に広が
った埋設層領域によって電流が横方向に流れるようにそ
の電流のための導電路が与えられ、前記第2のHVFE
Tがオン状態のときに前記第2の横方向に広がった埋設
層領域によって対応するJFET導通路が定められる方
法。 - 【請求項30】 請求項29記載の方法において、前記
第1の導電型は、P−型であり、前記ドーパントは、ホ
ウ素からなる方法。 - 【請求項31】 請求項28記載の方法において、前記
第1および第2の横方向に広がった埋設層領域は、前記
第1および第2のウエル領域内の種々の深さに配置され
た複数の平行な空間的に隔てられた埋設層領域をそれぞ
れ具備する方法。 - 【請求項32】 請求項29記載の方法において、前記
横方向に広がった第1および第2の埋設層領域は、打ち
込みによって同時に形成される方法。
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