JP2003218348A - 二重拡散型mosfetおよびこれを用いた半導体装置 - Google Patents
二重拡散型mosfetおよびこれを用いた半導体装置Info
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Abstract
なく、また素子面積の増大を招くことなく、高い静電破
壊耐量を得ることができるL−DMOSFETを提供す
る。 【解決手段】 半導体基板11上に形成されたN型半導
体層からなるドレイン領域13と、ドレイン領域13内
に形成されたP型半導体領域からなるボディ領域15
と、ボディ領域15内に形成されたN型ソース領域16
と、ボディ領域15表面に形成されたゲート電極21と
を含み、ドレイン領域13内に、N+型ドレインコンタ
クト領域18とP+型領域19とを同電位となるように
形成してなることを特徴とする。
Description
OSFETおよびこれを用いた半導体装置にか係り、特
に、静電破壊耐量が高く、オン抵抗の低い横型二重拡散
型MOSFETの構造に関する。
一般的に用いられる、ICやディスクリートのFETと
して、横型二重拡散MOSFET、いわゆるL−DMO
Sがある。これは通常の拡散工程で形成でき、縦形二重
拡散MOSFETと異なり、すべての端子がチップ上面
から取り出せることから、IC化に好適であり、特に低
いオン抵抗が求められる用途で、広く用いられている。
図5に従来の横型二重拡散MOSFETの斜視的断面図
を示す。この横型二重拡散MOSFET(以下、L−D
MOSFETと記す。)は、P型半導体基板101上
に、N+型埋込領域102を介して、N型半導体層をエ
ピタキシャル成長させることによりドレイン領域103
が形成されている。そして、ドレイン領域103に、N
型不純物を拡散することによりN+型ドレインコンタク
ト領域104が形成され、P型不純物を拡散することに
よりボディ領域105が形成されている。ボディ領域1
05の表面部には、ボディ領域105の外縁から一定の
間隙を隔ててN+型ソース領域106が形成され、さら
にN+型ソース領域106の内側にはP+型領域107
が形成されている。N+型ソース領域106とN+型ド
レインコンタクト領域104との間にはドリフトチャネ
ル領域が形成されている。そして、N+型ソース領域1
06の外縁部からドリフトチャネル領域の内縁部にかけ
ての表面部分を覆うようにしてゲート酸化膜を介してゲ
ート電極が設けられている。
OSFETと比較して高耐圧な割にオン抵抗(動作抵
抗)が低いため、数ボルト〜100ボルトまでの幅広い
電圧域でよく用いられ、とくに電源ICやモータドライ
バーなどに広く用いられている。
うに、L−DMOSFETには、寄生NPNトランジス
タ(ドレイン領域103とボディ領域105とN+型ソ
ース領域106とからなるNPN構造)が存在し、この
寄生NPNトランジスタが、本来の種々の正常動作を阻
む原因となることがある。
ンドレインで使用する場合、出力端子(ドレイン)に外
部より静電気が印加されると、この静電気は逃げ場が無
いため、すべてL−DMOSFET内部を電流が流れる
ことになる。このとき寄生NPNトランジスタが温度に
対して正帰還をかけるように動作するため、製造上のば
らつきにより出来た弱い部分に電流が集中することにな
り、容易にデバイスが破壊されてしまう。
PNトランジスタの利得を下げたり、保護回路を付加し
たりすることが試みられている。しかし、寄生NPNト
ランジスタの利得を下げるとL−DMOSFETの特性
の悪化を招くことになり、保護回路を付加するとチップ
面積の増大を招くことになる。
7に示すような構造の絶縁ゲート型バイポーラトランジ
スタ(以下、IGBTと記す。)がよく知られている。
図7に示すようにIGBTは、図5に示したL−DMO
SFETのN+型ドレインコンタクト領域104を、P
+型ドレインコンタクト領域110に置き換えた構造に
なっている。
リスタ(ドレイン領域103とボディ領域105とN+
型ソース領域106とからなるNPNトランジスタ、お
よびボディ領域105とドレイン領域103とP+型ド
レインコンタクト領域110とからなるPNPトランジ
スタ)が存在している。静電気のような過大な電流が流
れるとき、寄生サイリスタがオンし、極めて低い動作抵
抗で膨大な電流を処理することができるため、IGBT
は極めて高い静電破壊耐量を有する。
03にP型不純物を拡散させて形成したP+型ドレイン
コンタクト領域110からドレイン領域103に注入さ
れる正孔によりドレイン領域103の伝導度を変化させ
て抵抗成分を下げるため、ドリフト長(d)の比較的長
い100ボルト以上の高耐圧素子として使用されること
が多いが、逆にパンチスルーデバイスであるため、ドリ
フト長をあまり小さくすることができず、100ボルト
以下の比較的低圧の領域ではほとんど使用されない。と
くにICとして集積するにはL−DMOSFETに対し
てメリットが見出せないため、IGBTが使用されるこ
とはまず無い。
(順方向電圧)値のロスが大きいため、低電流域ではL
−DMOSFETよりもオン抵抗が高く、不利な場合が
多い。しかも大電流域では寄生サイリスタのラッチアッ
プが起こりやすいため、使用条件に注意が必要である。
さらに、小数キャリアが動作上介在することにより、L
−DMOSFETより周波数特性が悪いということも、
IGBTの大きな欠点として認識されている。
のL−DMOSFETは、高耐圧化しやすく、かつ、オ
ン抵抗が低いという利点を有する反面、静電気破壊耐量
が低いという欠点を有していた。一方、IGBTは、静
電気破壊耐量が極めて高い反面、L−DMOSFETと
比較して高集積化に適さない、低電流域でオン抵抗が高
い、周波数特性が悪いというような種々の欠点を有して
いる。
で、L−DMOSFET本来の特性を損なうことなく、
また素子面積の増大を招くことなく、高い静電破壊耐量
を得ることができるL−DMOSFETおよびこれを用
いた半導体装置を提供することを目的とする。
に、本発明のL−DMOSFETは、半導体基板上に形
成されたN型半導体層からなるドレイン領域と、前記ド
レイン領域内に形成されたP型半導体領域からなるボデ
ィ領域と、前記ボディ領域内に形成されたN型ソース領
域と、前記ボディ領域表面にゲート絶縁膜を介して形成
されたゲート電極とを含み、前記ドレイン領域内に、ド
レイン領域表面に形成されたN+型ドレインコンタクト
領域、および前記N+型ドレインコンタクト領域と同電
位となるように電気的に接続されたP型領域とを具備し
てなることを特徴とする。
+型ドレインコンタクト領域とP+型領域とを同電位す
ることで、L−DMOSFETにPNPトランジスタが
寄生することになり、このPNPトランジスタが、元々
存在している寄生NPNトランジスタとともに寄生サイ
リスタ構造を構成するようになる。
クト領域とP+型領域とが互いに同電位となるので、通
常動作時に寄生サイリスタがターンオンしないようにす
ることができる。したがって、本発明のL−DMOSF
ETによれば、寄生NPNトランジスタの利得を下げる
必要がないため、L−DMOSFET本来の特性を損な
うことなく、また破壊耐量を向上させるために保護回路
等を設ける必要がないため、素子面積の増大を招くこと
なく、高い静電破壊耐量を得ることができる。
て、前記N+型ドレインコンタクト領域にコンタクトす
るように形成されるドレイン電極は、前記P型領域表面
まで延在しており、前記N+型ドレインコンタクト領域
とP型領域とが電気的に接触するように構成される。こ
の構成によれば、このドレイン電極により前記N+型ド
レインコンタクト領域とP型領域とが電気的に接触せし
められ、電極のひきまわしのみで容易に同電位とするこ
とが可能となる。
ト領域は、くし歯状に形成されており、前記P型領域は
前記くし歯間の領域に形成されている。すなわち、前記
N+型ドレインコンタクト領域を前記N型ソース領域に
沿って等間隔に複数カ所切り欠き、その切り欠いた部分
に前記P+型領域を設けることが望ましい。さらに望ま
しくは、前記N+型ドレインコンタクト領域は、ゲート
側に歯が位置するように形成された、くし歯状をなすよ
うに形成する。この構成によれば、N+型ドレインコン
タクト領域内にP+型領域を設けて、容易にサイリスタ
を寄生させることができる。
は、前記N+型ドレインコンタクト領域の前記ボディ領
域側の端部よりも前記ボディ領域から離間(セットバッ
ク)していることが望ましい。この構成によれば、従来
のL−DMOSFETと同じドリフト長でも十分高いパ
ンチスルー降伏耐圧を確保することができる。したがっ
て、素子面積の増大を招くことなく、従来のL−DMO
SFET特性を維持したまま、静電破壊耐圧を大幅に向
上させることができる。
ンタクト領域に囲まれた領域に形成されてもよい。この
構成によれば、容易にサイリスタを寄生させることがで
きるとともに、P+型領域のボディ領域側の端部が、N
+型ドレインコンタクト領域のボディ領域側の端部より
もボディ領域から離間(セットバック)した状態になる
ため、従来のL−DMOSFETと同じドリフト長でも
十分高いパンチスルー降伏耐圧を確保することができ
る。したがって、素子面積の増大を招くことなく、従来
のL−DMOSFET特性を維持したまま、静電破壊耐
圧を大幅に向上させることができる。
コンタクト領域は、前記ドレイン領域内に形成されたN
−バッファ層内に形成されていることが望ましい。この
構成によれば、パンチスルー耐圧をさらに向上させ、オ
ン抵抗をさらに低くすることができる。
に構成された本発明のL−DMOSFETを他の素子と
共に集積してなる。すなわち、半導体基板と、前記半導
体基板表面に形成されたN型半導体領域からなるドレイ
ン領域と、前記ドレイン領域内に形成されたP型半導体
領域からなるボディ領域と、前記ボディ領域内に形成さ
れたN型ソース領域と、前記ボディ領域表面にゲート絶
縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ドレイン領
域内に、ドレイン領域表面に形成されたN+型ドレイン
コンタクト領域、および前記N+型ドレインコンタクト
領域と同電位となるように電気的に接続されたP型領域
と、N+型ドレインコンタクト領域から前記P型領域表
面まで延在せしめられたドレイン電極と、前記N型ソー
ス領域にコンタクトするように形成されたソース電極と
を含むことを特徴とする。望ましくは、ソース電極は、
前記P型ボディ領域表面まで延在するように形成されて
いることを特徴とする。この構成によれば、他の素子と
共に集積されるL−DMOSFETのドリフト長やP+
型領域のセットバック長を変更することにより、そのL
−DMOSFETの降伏耐圧を容易に調整することがで
きるため、他の素子の耐圧に合わせた保護素子としてL
−DMOSFETを備えた半導体装置を得ることができ
る。
明のL−DMOSFETについて説明する。
−DMOSFETの斜視的断面図である。このL−DM
OSFET10は、P型半導体基板11上に、N+型埋
込領域12を介して、N型半導体層をエピタキシャル成
長させることによりドレイン領域13が形成されてい
る。そして、そのドレイン領域13にN型不純物を拡散
することによりN−バッファ層14が形成され、P型不
純物を拡散することによりボディ領域15が形成されて
いる。
15の外縁から一定の間隙を隔ててN+型ソース領域1
6が形成され、さらにN+型ソース領域16の内側には
P+型領域17が形成されている。N−バッファ層14
内には、N+型ドレインコンタクト領域18とP+型領
域19とが互いに接触させて、N+型ソース領域16に
沿って交互に配置されている。N+型ソース領域16と
N−バッファ層14との間にはドリフトチャネル領域2
0が形成されている。
らチャネル領域20の内縁部にかけての表面部分を覆う
ようにして、ゲート酸化膜を介してゲート電極21が設
けられている。N+型ドレインコンタクト領域18にコ
ンタクトするように形成されるドレイン電極22は、N
+型ドレインコンタクト領域18とP+型領域19とが
互いに同電位となるように形成されている。ソース電極
23は、N+型ソース領域16とP+型領域17の両方
にまたがって形成されている。
クト領域18をN型ソース領域に沿って等間隔に複数カ
所切り欠き、その切り欠かれた部分に設けられている。
そして、P+型領域19は、そのボディ領域15側の端
部が、N+型ドレインコンタクト領域18のボディ領域
15側の端部よりもボディ領域15から例えば1.0μ
m程セットバックされるようにレイアウトされている。
+型ドレインコンタクト領域18とP+型領域19とを
互いに接触させて形成することで、L−DMOSFET
10にPNPトランジスタが寄生することになり、この
PNPトランジスタが、元々存在している寄生NPNト
ランジスタとともに寄生サイリスタを構成するようにな
る。
によれば、寄生NPNトランジスタの利得を下げる必要
がないため、L−DMOSFET本来の特性を損なうこ
となく、また破壊耐量を向上させるために保護回路等を
設ける必要がないため、素子面積の増大を招くことな
く、高い静電破壊耐量を得ることができる。
コンタクト領域18よりもボディ領域15から離れる側
にセットバックさせてレイアウトしたことにより、ソー
ス−ドレイン間に広がる空乏層がドレイン側のP+型領
域19に達することにより起こるパンチスルー降伏の耐
圧を向上させることができる。
とP+型領域19とがN−バッファ層14で覆われた構
造としたことにより、ドレイン側に延びる空乏層が徐々
に抑制されるため、ドレイン側のP+型領域19に対す
るパンチスルー降伏耐圧を更に向上させることができ
る。その上、ドレイン側のN+型ドレインコンタクト領
域18をくし歯状をなすように、間欠的に切り欠いた構
造としたことによる導電能力の欠落を、N+型ドレイン
コンタクト領域18がN−バッファ層14で覆われた構
造により完全に補うことができる。
図2に示す。図示するように、L−DMOSFET10
の寄生サイリスタを構成するPNPトランジスタはエミ
ッタとベースがショートされているため、通常は動作す
ることはない。したがって、このL−DMOSFET1
0は、オンしているときは、従来のL−DMOSFET
と何ら変わりなく動作することができ、大電流域でも寄
生サイリスタの存在を全く気にする必要はない。また、
同じ理由により、IGBTのような立ち上がり時のVf
損失もなく、低電流域でも低いオン抵抗を確保すること
ができる。
14表面まで延在させた構造により、ドレイン側のP+
型領域19とドレイン領域13とが同一電位になるた
め、IGBTのようにP+型領域19からの正孔注入が
無い。したがって、このL−DMOSFET10は、ス
イッチングスピード(周波数特性)も従来のL−DMO
SFETと何ら変わらない。
ひとたび静電気が印加されると、その大電圧により寄生
サイリスタのPNPトランジスタが無理やり降伏し、寄
生サイリスタが動作を開始するため、極めて低いオン抵
抗で非常に大きな電流を処理することができ、静電破壊
耐量が大幅に向上する。
T10の構成によれば、何ら新しい製造技術を用いるこ
となく、また従来のL−DMOSFETの特性を損なう
ことなく、静電破壊耐量を例えば人体モデルで従来1.
5kV程度であったものを、3〜10倍の4.5kV〜
15kVにまで大幅に向上させることができる。
DMOSFETの斜視的断面図である。この例では、ド
レイン側のN+型ドレインコンタクト領域18を等間隔
に所々切り欠いた構造とするのではなく、N+型ドレイ
ンコンタクト領域18を等間隔に所々くり抜いた構造と
し、そのくり抜いた部分にP+型領域19を埋め込むこ
とにより、N+型ドレインコンタクト領域18で囲まれ
た領域にP+型領域19を形成している。この図3の構
成によっても、図1に示した実施の形態のL−DMOS
FETと同様の効果を得ることができる。
を示す回路図である。この半導体装置25は、上記のよ
うに構成されたL−DMOSFET10を他の素子26
と共に集積してなる。この構成によれば、他の素子26
と共に集積されるL−DMOSFET10のドリフト長
dやP+型領域19のセットバック長を変更することに
より、L−DMOSFET10の降伏耐圧を簡単に調節
することができるため、L−DMOSFET10を他の
素子26の耐圧に合わせた保護素子として利用すること
ができる。
MOSFETによれば、そのドレイン領域内に、N+型
ドレインコンタクト領域とP+型領域とを互いに同電位
となるように形成したことにより、寄生サイリスタを有
することになり、寄生NPNトランジスタの利得を下げ
る必要がないため、L−DMOSFET本来の特性を損
なうことなく、また破壊耐量を向上させるために保護回
路等を設ける必要がないため、素子面積の増大を招くこ
となく、高い静電破壊耐量を得ることができる。
型二重拡散MOSFETを内部回路(又は内部素子)の
保護素子として用いることにより、高い静電破壊耐量を
得ることができる。
SFETの斜視的断面図である。
である。
FETの斜視的断面図である。
図である。
ある。
回路図である。
断面図である。
タの等価回路図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 半導体基板上に形成されたN型半導体層
からなるドレイン領域と、前記ドレイン領域内に形成さ
れたP型半導体領域からなるボディ領域と、前記ボディ
領域内に形成されたN型ソース領域と、前記ボディ領域
表面にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを
含み、 前記ドレイン領域内に、ドレイン領域表面に形成された
N+型ドレインコンタクト領域、および前記N+型ドレ
インコンタクト領域と同電位となるように電気的に接続
されたP型領域とを具備してなることを特徴とする二重
拡散型MOSFET。 - 【請求項2】 前記N+型ドレインコンタクト領域にコ
ンタクトするように形成されるドレイン電極は、前記P
型領域表面まで延在していることを特徴とする請求項1
に記載の二重拡散型MOSFET。 - 【請求項3】 前記N+型ドレインコンタクト領域は、
くし歯状に形成されており、前記P型領域は前記くし歯
間の領域に形成されていることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の二重拡散型MOSFET。 - 【請求項4】 前記N+型ドレインコンタクト領域は、
ゲート側に歯が位置するように形成された、くし歯状を
なすように形成されており、前記P型領域は前記くし歯
間の領域に形成されていることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の二重拡散型MOSFET。 - 【請求項5】 前記P型領域の前記ボディ領域側の端部
は、前記N+型ドレインコンタクト領域の前記ボディ領
域側の端部よりも前記ボディ領域から離間していること
を特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の二重拡
散型MOSFET。 - 【請求項6】 前記P型領域は、前記N+型ドレインコ
ンタクト領域に囲まれた領域に形成されていることを特
徴とする請求項1または2に記載の二重拡散型MOSF
ET。 - 【請求項7】 前記P型領域および前記N+型ドレイン
コンタクト領域は、前記ドレイン領域内に形成されたN
バッファ層内に形成されていることを特徴とする請求項
1乃至6のいずれかに記載の二重拡散型MOSFET。 - 【請求項8】半導体基板と、 前記半導体基板表面に形成されたN型半導体領域からな
るドレイン領域と、 前記ドレイン領域内に形成されたP型半導体領域からな
るボディ領域と、 前記ボディ領域内に形成されたN型ソース領域と、 前記ボディ領域表面にゲート絶縁膜を介して形成された
ゲート電極と、 前記ドレイン領域内に、ドレイン領域表面に形成された
N+型ドレインコンタクト領域、および前記N+型ドレ
インコンタクト領域と同電位となるように電気的に接続
されたP型領域と、 N+型ドレインコンタクト領域から前記P型領域表面ま
で延在せしめられたドレイン電極と、 前記N型ソース領域にコンタクトするように形成された
ソース電極とを含むことを特徴とする半導体装置。
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