JP2007535813A - アバランシェを阻止できる大電流mosデバイスおよび動作方法。 - Google Patents

アバランシェを阻止できる大電流mosデバイスおよび動作方法。 Download PDF

Info

Publication number
JP2007535813A
JP2007535813A JP2007510747A JP2007510747A JP2007535813A JP 2007535813 A JP2007535813 A JP 2007535813A JP 2007510747 A JP2007510747 A JP 2007510747A JP 2007510747 A JP2007510747 A JP 2007510747A JP 2007535813 A JP2007535813 A JP 2007535813A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
body region
impedance
channel
source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007510747A
Other languages
English (en)
Inventor
ケイ. ケムカ、ビシュヌ
ボース、アミタバ
パーササラシー、ビジェイ
チュー、ロングア
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NXP USA Inc
Original Assignee
NXP USA Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NXP USA Inc filed Critical NXP USA Inc
Publication of JP2007535813A publication Critical patent/JP2007535813A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/07Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common
    • H01L27/0705Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type
    • H01L27/0711Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with bipolar transistors and diodes, or capacitors, or resistors
    • H01L27/0722Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with bipolar transistors and diodes, or capacitors, or resistors in combination with lateral bipolar transistors and diodes, or capacitors, or resistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7833Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with lightly doped drain or source extension, e.g. LDD MOSFET's; DDD MOSFET's
    • H01L29/7835Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with lightly doped drain or source extension, e.g. LDD MOSFET's; DDD MOSFET's with asymmetrical source and drain regions, e.g. lateral high-voltage MISFETs with drain offset region, extended drain MISFETs
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/112Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor
    • H01L31/113Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor being of the conductor-insulator-semiconductor type, e.g. metal-insulator-semiconductor field-effect transistor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42364Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity
    • H01L29/42368Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity the thickness being non-uniform

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

特に大電流を使用する場合、MOSトランジスタ(51)のドレイン(74)中に、衝撃イオン化によって、電子‐正孔の対が生成されて、それによって寄生バイポーラトランジスタ(38)が破壊的に導電性になる。正孔は、内在の抵抗を有するMOSトランジスタ(51)の本体領域(76)を通過してソース(80)に達し、ソース(80)はグランドのように比較的低電圧で保持される。正孔電流は本体領域(76)中に電圧を発生させてベース(42)として作用する。この増大したベース電圧は寄生バイポーラトランジスタ(38)を導電性にする。この可能性は、エミッタ(44)として作用するソース(80)と本体領域(76)との間のインピーダンスを介してチャネル電流を流すことによって、ソース(80)と本体領域(76)の間に電圧発生させることによって大幅に減少する。これによって、ベース電圧の増大に伴ってエミッタ電圧が増加し、それによって、寄生バイポーラトランジスタ(38)が導電性になるのを防止する。

Description

本発明は半導体に関し、特には、アバランシェを阻止できる大電流MOSデバイスおよびその動作方法に関する。
パワーデバイスの小型化か絶え間なく進む中で、エネルギー機能は大きな関心事である。実際に、パワーMOSデバイスのサイズは、オン抵抗の面ではまだ限界になっていないが、エネルギー機能の面で限界に来ている。自動車への応用においては、パワーMOSデバイスに課せられたエネルギーへの要求によって、デバイス温度が急激に上昇して、その跳ね返りによって対応するデバイスが電気的に機能しなくなることもある。更に、パワーMOSデバイス中の内在の寄生バイポーラトランジスタが特定のデバイスを電熱破壊して、そのデバイスの純粋な熱的限界を実現するのを妨害する。
図1は、従来技術のLDMOSFETデバイス10の断面図である。このLDMOSFETは、P型基板12、N型井戸領域14、P型本体領域16、N+拡散領域18と20およびP+拡散領域22からなる。N型+拡散領域20はP+拡散領域22と一部重複している。N+拡散領域18とN型井戸領域14はドレイン領域を形成している。N型+拡散領域20とP+拡散領域22とはデバイスのソース領域を形成している。P+拡散領域22はP型本体領域16と接続している。
LDMOSFETデバイス10は更に、酸化物絶縁領域24、誘電体領域26(ゲート電極28の下部のゲート誘電体を含む)、およびゲート電極28も含む。LDMOSFETデバイス10は更に、ドレインとソースの電気接続30および32(例えばシリサイド)を含む。ソース接続領域32は、N型+拡散領域20の上に拡がって接続している。参照番号34および36で示される導電材料は、デバイス10の上面で、ドレイン領域とソース領域に接続している。
LDMOSFETデバイス10の不利な点は、内在の寄生バイポーラトランジスタ38も含むことである。寄生バイポーラトランジスタ38は、コレクタ40(N型井戸40とN+拡散領域18に相当)、ベース42(P型本体領域16に相当)、およびエミッタ44(N型+拡散領域20に相当)からなる。ベース42とエミッタ44との間に、RB1で示される抵抗体46がある(P型本体領域16内のN型+拡散領域20の側面に沿って伸びている、P型本体領域16の一部に相当)。エミッタ44はP+本体接続22とN型+拡散領域20との両方に有効に接続している。大電流伝導と高ドレインーソース電圧で動作する際、寄生バイポーラトランジスタ38はデバイス10を電熱破壊して、純粋な熱的限界に達するのを妨害する。
必要とされているのは、改良された大電流MOSデバイスであり、上述の問題を克服する方法である。
一実施例によると、半導体デバイスは、基板、P型背面ドープと上部表面を有する基板中の活性領域、第1のPレベルを有するP本体領域、表面でP型領域中に形成され、トランジスタのチャネルの第1境界を形成するN型領域、P本体領域から離れてチャネルの第2境界を形成するN型ドリフト領域、およびP本体領域と、P本体領域中に形成されたN型領域との間で接続されたインピーダンスを含む。
大電流を流すと、電子と正孔との対はMOSトランジスタのドレインで生成され、それによって、内在の寄生バイポーラトランジスタが破壊的導電性になる。正孔は、固有の抵抗値を有するMOSトランジスタの本体領域を通過してソースに行き、グランドのような比較的に低電圧を維持する。正孔の電流によって、本体領域中で電圧が増加して、ベースとして作用する。この増加したベース電圧が、寄生バイポーラトランジスタを導電性にする。この現象は、チャネル電流が本体領域との間のインピーダンスを通過することによって、エミッタとして作用するソースと本体領域との間に電圧を発生させることによって、大幅に減少する。これによって、ベース電圧の増加に伴ってエミッタ電圧が増大し、それによって、寄生バイポーラトランジスタが導電性になるのを防止する。
したがって、パワーLDMOSFETデバイスの真の熱的能力を実現するためには、LDMOSFETデバイスに内在する寄生バイポーラトランジスタは不活性になる必要がある。内在する寄生バイポーラトランジスタが不活性になると、LDMOSFETデバイスの電力分散能力に対する電気的影響が除去される。一実施例において、ソースの接続は浮遊状態であり、抵抗体または低電圧ツェナーダイオードはソースと本体接続の間に置かれる。更に、本体接続は最終デバイスの有効ソース端子として扱われる。
本発明の実施例で、電流はLDMOSFETデバイスを流れるので、電流によって、ソースを通って本体の接続に逆バイアスが生ずる。それによって、内在する寄生バイポーラトランジスタが、エネルギー能力テストの際に発生するのを妨げる。更に、エネルギー能力も、従来公知のデバイスよりも40%向上する。
図2は、本発明の実施例による、インピーダンス62を含むLDMOSFET50の概略的ダイアグラムである。LDMOSFET50は、ゲート52、ドレイン54、およびソース56を含み、更に、ソース56から離れた本体接続58を含む。ここで本体接続58は、デバイス50の実効的ソース60に接続している。インピーダンス62は本体接続58と真のソース56を接続して、実効的ソース60を有効にしている。インピーダンス62は、特定のLDMOSFETの実行への必要性に応じて、能動インピーダンスや受動インピーダンスからなる。
図3は、本発明の実施例による、ツェナーダイオード64を含むLDMOSFET51の概略的ダイアグラムである。LDMOSFET51は、ゲート52、ドレイン54、およびソース56を含み、更に、ソース56から離れた本体接続58を含む。ここで本体接続58は、デバイス51の実効的ソース60に接続している。ツェナーダイオード64は本体接続58と真のソース56を接続して、実効的ソース60を有効にしている。
図4は、本発明の実施例による、ツェナーダイオード64を含む図3のLDMOSFET51の断面図である。LDMOSFET51は、P型基板72、N井戸領域74、P型本体領域76、N+拡散78と80およびP+拡散領域82からなる。N+拡散80は一部分がP+拡散領域82と重複している。更に、N+拡散78とN井戸領域74とはLDMOSFET51のドレイン領域を形成する。N+拡散80はLDMOSFET51の真のソース領域を形成する。
N+拡散80は一部分がP+拡散領域82と重複している。更に、両方の領域と接触している上部の電気接続がない場合、P+拡散領域82と一部分が重複しているN+拡散領域80の組合せが(図3の参照番号64で示される)ツェナーダイオードを形成する。ツェナーダイオード64は、真のソース80を本体82に接続して、実効ソース(図3の参照番号60)を生成する。更に、P+拡散領域82はP型本体領域76(図3の参照番号58に示される)と接続する。
図4において、LDMOSFET51は更に、酸化物絶縁領域84、誘電体86(ゲート電極88の下部にあるゲート誘電体を含む)、およびゲート電極88を含む。LDMOSFET51は更に、ドレインと実効ソース領域のための電気接続90と92を含む。電気接続92は、P+拡散領域82の上部領域内に完全に含まれる。換言すれば、電気接続92は、N+拡散領域80(デバイス51の真のソースに対応)にかかってもいないし、接続してもいない。従って電気接続92はツェナーダイオード64の邪魔をしない。更に、参照番号94と96で示された導電材料はドレインと実効ソース領域とに、デバイス51の上面で接続している。
図4のLDMOSFETデバイス51の利点は、内在する寄生バイポーラトランジスタ38は含むが、デバイスの電力処理能力は図1の実施例に比べて大きく向上することである。寄生バイポーラトランジスタ38はコレクタ40(N型井戸74とN+拡散78に相当)、ベース42(P型本体領域76に相当)、エミッタ44(N型拡散80に相当)、および、ベース42とエミッタ44との間に位置する、RB1で示される抵抗体46(P型本体領域76内のN+拡散領域80の側面に沿って伸びるP型本体領域76の一部分に相当)を含む。エミッタ44はツェナーダイオード64を介してP+拡散領域82と実効接続している。
LDMOSFETデバイス51を用いて大電流伝導と高ドレイン‐ソース電圧で動作する際、ツェナーダイオード64は寄生バイポーラトランジスタ38のベース42とエミッタ44との間に逆バイアスを生ずる。この逆バイアスが、寄生バイポーラトランジスタ38の早期の伝導性を防止する。換言すれば、逆バイアスが、寄生バイポーラトランジスタ38を抑制する。逆バイアスが、寄生バイポーラトランジスタ38の早期の伝導性を遅延させ、伝導性になることに応答したデバイス51の電熱破壊を抑制する。従って、ツェナーダイオード64による逆バイアスを可能にして、デバイス51の純粋な熱的限界近傍までの電力処理能力を達成する。
図5は、本発明の実施例による、抵抗体66を含むLDMOSFETデバイス53の概略ダイアグラム図である。LDMOSFETデバイス53は、ゲート52、ドレイン54およびソース56からなり、更に、ソース56から分離された本体接続58からなる。本体接続58はデバイス53の実効的ソース60に接続されている。抵抗体66は本体接続58と真のソース56とを接続して実効的ソース60を可能にしている。
図6は、本発明の実施例による、LDMOSFETデバイスの内部に抵抗体66を含む、図5のLDMOSFETデバイス53の断面図である。LDMOSFETデバイス53は、P型基板72、N井戸領域74、P型本体領域100、N+拡散78と102、およびP+拡散領域104からなる。N+拡散102はP+拡散領域104と重複しておらず、所定の間隔で離れている。N+拡散78とN井戸領域74とはLDMOSFET53のドレイン領域を形成する。N+拡散102はLDMOSFET53の真のソース領域を形成する。
N+拡散102はP+拡散領域104と重複しておらず、所定の間隔で離れている。しかしながら抵抗体110は、真のソース102wp本体接続104と接続して、実効ソースを活性化する(図5の参照番号60に示す)。図6の実施例において、抵抗体110はLDMOSFET53の内部にある。更に、P+拡散領域104はP型本体領域100と接続している(図5の参照番号58に示す)。
図6において、LDMOSFET53は更に、酸化物絶縁領域84、誘電体86(ゲート電極の下のゲート誘電体を含む)、およびゲート電極88を含む。LDMOSFET53は更に、ドレイン領域と実効ソース領域のため電気接続90と106(例えば適当なシリサイド)を含む。電気接続106はP+拡散領域104の上部にある領域内に完全に含まれる。換言すれば、電気接続106はN+拡散102(駄馬いす53の真のソースに相当)とは橋渡しされてもいず、接続されてもいない。更に、参照番号94と116で示される導電材料は、デバイス53の上面で、ドレイン領域と実効ソース領域に接続されている。
図6には更に、電気接続108、112および114がある。導電材料116が、電気接続112を介してデバイス53の上面で接続されている。導電材料118が、電気接続114を介してデバイス53の上面で抵抗体110の他端で接続され、電気接続108を介してデバイス53の上面で真のソース102と接続されている。
図7は、本発明の実施例による、LDMOSFET55の外部の抵抗体113を含む、図5のLDMOSFETの断面図である。図7の実施例は図6とは下記のような違いはあるが類似している。導電材料116がLDMOSFET55の上部で、外部の抵抗体113と接続している。従って導電材料116がデバイス55の実効ソースに接続されている。デバイス55の上面で、導電材料118は導電材料108を解して真のソース102と接続している。導電材料は更に外部の抵抗体113の他端に接続している。
図8は、公知のLDMOSFETと本発明の実施例によるLDMOSFETとを比較する、第1の温度25℃と第2の温度150℃での、ドレイン‐ソース電圧(ボルト)に対する電力(ワット)を示すグラフである。曲線122と124に関して、25℃での低温動作では、曲線122は、本発明の実施例によるLDMOSFETの電力処理能力を示し、曲線124は、公知のLDMOSFET電力処理能力を示す。25℃で約36ボルトでのVDSでは、ΔW(即ちエネルギー差分)は約10%のオーダーである。25℃で約54ボルトでのVDSでは、ΔW(即ちエネルギー差分)は約24%のオーダーである。
図8で更に、曲線126と128に関して、150℃での高温動作では、曲線126は、本発明の実施例によるLDMOSFETの電力処理能力を示し、曲線128は、公知のLDMOSFET電力処理能力を示す。150℃で約34ボルトでのVDSでは、ΔW(即ちエネルギー差分)は約33%のオーダーである。150℃で約54ボルトでのVDSでは、ΔW(即ちエネルギー差分)は約44%のオーダーである。従って、高温と低温でのエネルギー能力が明らかに改良した。更に、故障テストで、本発明の実施例によるLDMOSFETの中央で測定した温度は650Kから720Kに増大した。これはエネルギーの大幅な増加を示す。
図9は、温度(℃)での電力分散のグラフ130であり、本発明の実施例による本発明の実施例による本体/ソースを分離したLDMOSFETと、公知の本体/ソースをショートさせたLDMOSFETとの電力処理能力と比較した。曲線132と134とに関して、曲線132は本発明の実施例によるLDMOSFETの電力処理能力を示す。ここでは、本体接続と真のソースは分離されている(すなわち、相互に直接接続をしていない)。曲線134は、公知のLDMOSFETデバイスの電力処理能力を示す。ここでは、本体/ソースをショートされている(すなわち、相互に直接接続している)。25℃での低温動作では、ΔW(即ちエネルギー差分)は約44%のオーダーである。150℃での高温動作では、ΔW(即ちエネルギー差分)は約56%のオーダーである。
従って半導体デバイスの一実施例は、基板、P型の背面のドーピングと上部面を有する基板中の活性領域、第1のP領域を有するP型本体領域、上部面でP型本体領域中に形成された、トランジスタのチャネルの第1の境界を形成するN型領域、P型本体領域から離れて、チャネルの第2の境界を形成するNドリフト領域、P型本体領域間を接続するインピーダンス、およびP型本体領域中に形成されたN型領域からなる。P型本体領域は内在的な抵抗を有する。大電流がチャネルを通過するとき、N型本体領域は電子と正孔の対を生成する。P型本体領域を通過する電子と正孔の対のうち少なくとも幾つかの正孔は、P型本体領域中で電圧降下を起こす。チャネルを通過する電流はインピーダンスを通り、それによって、ソース領域とP型本体領域との間に逆バイアスが発生して、P型本体領域中の電圧降下を相殺する。
他の実施例において、寄生のバイポーラトランジスタを有するMOSトランジスタは、MOSトランジスタのチャネルを有し、内在抵抗を有する第1の導電タイプの第1の本体領域を含む。第1の本体領域は寄生バイポーラトランジスタのベースである。MOSトランジスタは更に、チャネルに隣接し、寄生バイポーラトランジスタのエミッタであるソース領域を含む。ドレイン領域はチャネル領域に隣接し、寄生トランジスタのコレクタである。更にインピーダンスが、第1の本体領域とソース領域との間を接続している。ドレイン領域はチャネル中の大電流が通ると電子と正孔の対を生成する。電子と正孔の対のうち少なくとも幾つかの正孔は第1の本体領域を通過してソース領域に達し、寄生バイポーラトランジスタのベースで電圧上昇を起こす。チャネルを通過する電流はインピーダンスを通る。最後に、寄生バイポーラトランジスタのエミッタ上でインピーダンスが充分に電圧を高めて、寄生バイポーラトランジスタが導電性になるのを防ぐ。
更に別の実施例において、ゲート、ドレイン、ソース、および本体領域にチャネルを有するトランジスタを動作する方法を下記する。チャネルを通って、ドレインからソースに大電流が流れる。チャネル中を大電流が通ると、ドレイン中に電子と正孔の対を生成する。電子と正孔の対のうち少なくとも幾つかの正孔は第1の本体領域を通過してソース領域に達し、本体領域中で電圧差を起こす。最後に、ソースと本体領域との間に電圧差が生じて、本体領域での電圧差を相殺する。ソースと本体領域との間に接続されたインピーダンスを大電流が通過することによって電圧差が生じる。
上述の明細書において、種々の実施例を参照として開示した。しかしながら、請求項に示された実施例の範囲を逸脱せずに種々の修正や改変が可能である。例えば、ここの実施例は集積回路の一部であってもよい。従って、明細書や図は説明のためになされたものであって、限定するものではない。すべての修正は本発明の範囲内に入る。
利点、他の特長、および問題解は、特定の実施例について記載されている。しかしながら、利点、他の特長、問題解、および他の、利点、他の特長、および問題解を生じる要素は、すべての請求項の必須の特長としては構成されていない。ここで使用されている言葉「からなる」「備える」およびその派生語は、プロセス、方法、事項、装置を限定するものではなく、プロセス、方法、事項、装置に固有ではない他の要素を含んでも良い。
従来技術によるLDMOSFETの断面図。 本発明の一実施例による、インピーダンスを含むLDMOSFETの概略図。 本発明の一実施例による、ツェナーダイオードを含むLDMOSFETの概略図。 本発明の一実施例による、ツェナーダイオードを含むLDMOSFETの断面図。 本発明の一実施例による、抵抗体を含むLDMOSFETの概略図。 本発明の一実施例による、LDMOSFETの内部に抵抗体を含む図5のLDMOSFETの断面図。 本発明の一実施例による、LDMOSFETの外部に抵抗体を含む図5のLDMOSFETの断面図。 25℃と150℃とでの公知のLDMOSFETと本発明のLDMOSFETとの電力処理能力を比較した、ドレインからソースへの電圧(V)に対する電力(W)のグラフ表示。 本体とソースがショートしている公知のLDMOSFETと本体とソースが分離している本発明のLDMOSFETとの電力処理能力を比較した、温度(℃)に対する電力消費(W)のグラフ表示。

Claims (20)

  1. 基板(72)と、
    P型背面ドーピングと上部面とを有する、基板(72)上の活性領域と、
    第1のPレベルを有するP型本体領域(76、100)と、
    P型本体領域(76、100)中の上部面に形成され、トランジスタのチャネルの第1境界を形成するN型領域(80,102)と、
    P型本体領域(76、100)から離れて、チャネルの第2境界を形成するNドリフト領域(74)と、
    P型本体領域(76、100)と同P型本体領域中に形成されたN型領域(80,102)とを接続するインピーダンス(62)と、
    からなる半導体デバイス(50,51,53、55)。
  2. ドレイン接続になるためにNドリフト領域(74)の重ドープ領域(78)を含む請求項1に記載の半導体デバイス。
  3. P型本体領域(76、100)は内在の抵抗体を有することと、
    大電流がチャネルを通過することによって、Nドリフト領域(74)が電子‐正孔の対を生成することと、
    P型本体領域(76、100)を通過する電子‐正孔の対のうちの正孔の少なくとも幾つかが、P型本体領域(76、100)中で電圧を降下させることと、
    チャネルを通過する電流はインピーダンス(62)を通過し、それによって、ソース領域とP型本体領域との間に逆バイアスが生じて、P型本体領域中での電圧降下をオフセットする、請求項1に記載の半導体デバイス。
  4. インピーダンス(62)は抵抗体(66)またはツェナーダイオード(64)からなる請求項3に記載の半導体デバイス。
  5. P型本体領域(76、100)はP型の下面(72)よりもドーピング濃度が高い請求項1に記載の半導体デバイス。
  6. インピーダンス(62)とP型本体領域(76、100)との間を接続するために、P型本体領域中にP型の重ドープ領域(82、104)を更に含む請求項5に記載の半導体デバイス。
  7. 集積回路の一部分であるインピーダンス(62)が集積回路の外部または集積回路の内部にある請求項1に記載の半導体デバイス。
  8. 寄生バイポーラトランジスタ(38)を有するMOSトランジスタ(50,51、53、55)であって、
    MOSトランジスタのチャネルおよび内在抵抗を有する第1の導電型で、かつ、寄生バイポーラトランジスタのベースである、第1の本体領域(76,100)と、
    チャネルに隣接して、寄生バイポーラトランジスタ(38)のエミッタになる、MOSトランジスタのソース領域(80、102)と、
    チャネル領域に隣接して、寄生バイポーラトランジスタ(38)のコレクタになる、MOSトランジスタのドレイン領域(74)と、
    第1の本体領域(76,100)とソース領域(80、102)との間を接続するインピーダンス(62)と、
    からなるトランジスタ。
  9. チャネル中の大電流に応答して、電子‐正孔の対を発生するドレイン領域(74)と、
    第1の本体領域(76,100)3を通過してソース領域(80、102)に達し、寄生バイポーラトランジスタ(38)ベース上で電圧を増大させる、電子‐正孔の対のうちの正孔の少なくとも幾つかと、
    チャネルを通過してインピーダンス(62)を通過する電流と、
    寄生トランジスタ(38)が導電性になるのを妨げるために、寄生バイポーラトランジスタのエミッタ上に充分な電圧を発生させるインピーダンス(62)と、からなる請求項8に記載のMOSトランジスタ。
  10. インピーダンス(62)は抵抗体(66)またはツェナーダイオード(64)からなる請求項9に記載の半導体デバイス。
  11. インピーダンス(62)と第1の本体領域(76、100)との間を接続するために、第1の本体領域(76、100)中に第1の導電型の重ドープ領域(104)を更に含む請求項9に記載の半導体デバイス。
  12. 集積回路の一部分であるインピーダンス(62)が集積回路の外部または集積回路の内部にある請求項9に記載の半導体デバイス。
  13. 基板(72)と、
    上部面を有する基板(72)上の活性領域と、
    第1の導電型である、MOSトランジスタのチャネルを有する第1本体領域(100)と、
    第2の導電型である、チャネルに隣接するMOSトランジスタのソース領域(102)と、
    第2の導電型である、チャネル領域に隣接するドレイン領域(74)と、
    集積回路の外部の第1接続を受けて、第1本体領域と接続するための第1端子(116)と、
    集積回路の外部の第2接続を受けて、ソース領域(102)と接続するための第2端子(118)と、
    からなる、MOSトランジスタ(53,55)を有する集積回路。
  14. 更に、第1端子(116)と第2端子(118)との間を接続するインピーダンス(62)からなり、
    Nドリフト領域(74)が、チャネル中の大電流に応答して、電子‐正孔の対を生成することと、
    第1本体領域(100)を通過する電子‐正孔の対のうちの正孔の少なくとも幾つかが、第1本体領域(100)中で電圧差分を発生させることと、
    電流がチャネルを通過してインピーダンス(62)を通過することと、
    インピーダンス(62)が電圧を発生して、第1本体領域(100)中の電圧差分をオフセットすることと、
    からなる請求項13に記載の半導体デバイス。
  15. インピーダンスは抵抗体またはツェナーダイオードからなる請求項14に記載の半導体デバイス。
  16. 基板(72)と、
    上部面を有する基板(72)上の活性領域と、
    上部面での第1本体領域であって、MOSトランジスタのチャネルを有する第1本体領域(76、100)と、
    上部面でのソース領域であって、チャネルに隣接するMOSトランジスタのソース領域(82、102)と、
    上部面での第1ドレイン領域であって、チャネル領域に隣接するMOSトランジスタのドレイン領域(74)と、
    ソース領域(82、102)と第1本体領域(76、100)との間でインピーダンスを接続するためのインピーダンス手段(62)と、
    からなる、MOSトランジスタを有する集積回路。
  17. 更に、ソース(80,102)と第1本体領域(76、100)との間を接続するインピーダンス(62)であって、
    チャネル中の大電流に応答して、電子‐正孔の対を発生するドレイン領域(74)と、
    第1の本体領域(80,102)を通過してソース領域(76、100)に達し、第1本体領域中に電圧差分を発生させる、電子‐正孔の対のうちの正孔の少なくとも幾つかと、
    チャネルを通過してインピーダンス(62)を通過する電流と、
    第1本体領域中の電圧差分をオフセットするために電圧を降下させるインピーダンス(62)と、
    からなる請求項16に記載のMOSトランジスタ。
  18. 本体領域(100)はグランドに接続され、インピーダンス手段(62)は、ソース領域(80,102)とグランドとの間に電圧差分を発生させるためである請求項16に記載のMOSトランジスタ。
  19. ゲート(88)、ドレイン(74)、ソース(80,102)および本体領域(76、100)中にチャネルを有するトランジスタ(50、51、53、55)を動作する方法であって、
    チャネルを介してドレイン(74)からソース(80、102)に大電流を流す工程と、
    チャネル中の大電流に応答してドレイン(74)中に、電子‐正孔の対を生成させる工程と、
    本体領域(76,100)を介してソース領域(80、102)に、電子‐正孔の対のうちの正孔の少なくとも幾つかが通って、本体領域に電圧差分を生じさせる工程と、
    ソース領域(80、102)と本体領域との間に電圧差分を生じさせて、本体領域中の電圧差分をオフセットする工程と、からなる方法。
  20. 電圧差分を生じさせる工程は、前記ソース領域(80、102)と本体領域(76、100)との間を接続するインピーダンス(62)を介して大電流を通過させる工程による請求項19に記載の方法。
JP2007510747A 2004-04-30 2005-04-06 アバランシェを阻止できる大電流mosデバイスおよび動作方法。 Pending JP2007535813A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/836,730 US20050242371A1 (en) 2004-04-30 2004-04-30 High current MOS device with avalanche protection and method of operation
PCT/US2005/011278 WO2005112134A2 (en) 2004-04-30 2005-04-06 High current mos device with avalanche protection and method of operation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007535813A true JP2007535813A (ja) 2007-12-06

Family

ID=35186187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007510747A Pending JP2007535813A (ja) 2004-04-30 2005-04-06 アバランシェを阻止できる大電流mosデバイスおよび動作方法。

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20050242371A1 (ja)
JP (1) JP2007535813A (ja)
KR (1) KR20070004935A (ja)
CN (1) CN1947259A (ja)
TW (1) TW200618325A (ja)
WO (1) WO2005112134A2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010016155A (ja) * 2008-07-03 2010-01-21 Seiko Epson Corp 半導体装置
US7768067B2 (en) 2008-04-21 2010-08-03 Sanyo Electric Co., Ltd. DMOS transistor

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2479372B (en) * 2010-04-07 2013-07-24 Ge Aviat Systems Ltd Power switches for aircraft
US8608376B2 (en) * 2010-05-26 2013-12-17 Board Of Trustees Of The University Of Arkansas Method for modeling and parameter extraction of LDMOS devices
CN104716178A (zh) * 2013-12-11 2015-06-17 上海华虹宏力半导体制造有限公司 具有深孔的ldmos器件及其制造方法
US20210408270A1 (en) * 2020-06-24 2021-12-30 Texas Instruments Incorporated Silicide-block-ring body layout for non-integrated body ldmos and ldmos-based lateral igbt

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59210668A (ja) * 1983-05-16 1984-11-29 Fujitsu Ltd 半導体装置
US4989058A (en) * 1985-11-27 1991-01-29 North American Philips Corp. Fast switching lateral insulated gate transistors
US6372586B1 (en) * 1995-10-04 2002-04-16 Texas Instruments Incorporated Method for LDMOS transistor with thick copper interconnect
US6140184A (en) * 1998-06-01 2000-10-31 Motorola, Inc. Method of changing the power dissipation across an array of transistors
US6593605B2 (en) * 1998-06-01 2003-07-15 Motorola, Inc. Energy robust field effect transistor
US6552406B1 (en) * 2000-10-03 2003-04-22 International Business Machines Corporation SiGe transistor, varactor and p-i-n velocity saturated ballasting element for BiCMOS peripheral circuits and ESD networks
US6882023B2 (en) * 2002-10-31 2005-04-19 Motorola, Inc. Floating resurf LDMOSFET and method of manufacturing same
JP4225177B2 (ja) * 2002-12-18 2009-02-18 株式会社デンソー 半導体装置およびその製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7768067B2 (en) 2008-04-21 2010-08-03 Sanyo Electric Co., Ltd. DMOS transistor
JP2010016155A (ja) * 2008-07-03 2010-01-21 Seiko Epson Corp 半導体装置
JP4587003B2 (ja) * 2008-07-03 2010-11-24 セイコーエプソン株式会社 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005112134A3 (en) 2006-07-27
US20050242371A1 (en) 2005-11-03
WO2005112134A2 (en) 2005-11-24
TW200618325A (en) 2006-06-01
KR20070004935A (ko) 2007-01-09
CN1947259A (zh) 2007-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6605844B2 (en) Semiconductor device
JP5473848B2 (ja) 電気回路中にて静電気放電保護素子として用いるためのゲート制御されたフィン型抵抗素子、および、電気回路内部を静電気放電から保護するための保護装置
US6794719B2 (en) HV-SOI LDMOS device with integrated diode to improve reliability and avalanche ruggedness
US6855586B2 (en) Low voltage breakdown element for ESD trigger device
US9559170B2 (en) Electrostatic discharge protection devices
CN101283452B (zh) 静电放电保护器件
US20090268357A1 (en) Hybrid ESD Clamp
TWI418011B (zh) 電晶體式保護裝置及半導體積體電路
US20100084711A1 (en) Electrostatic discharge projection semiconductor device and method for manufacturing the same
JP4421073B2 (ja) 半導体デバイスの保護回路および方法
JP5232377B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2007535813A (ja) アバランシェを阻止できる大電流mosデバイスおよび動作方法。
US9865586B2 (en) Semiconductor device and method for testing the semiconductor device
US7112852B2 (en) Semiconductor device
JP2002016485A (ja) 過電流制限型半導体素子
JP2022003683A (ja) 短絡回路性能を改良した4H−SiC電子装置及びその製造方法
US20140139957A1 (en) Integrated circuit electrical protection device
JPH09199675A (ja) CMOS/BiCMOS技術におけるESD保護のための集積化された横型構造体
JP4123318B2 (ja) 静電放電保護回路を有する半導体素子
KR20030035209A (ko) 정전방전 보호 회로용 반도체 제어 정류기
US6780722B2 (en) Field effect transistor on insulating layer and manufacturing method
JP2001102575A (ja) 半導体装置とその温度検出方法
JP4547872B2 (ja) スイッチング素子の製造方法
JP2001168321A (ja) 半導体保護装置とその保護方法
JP3187773B2 (ja) 入力保護素子を備えた半導体装置