JP2973583B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2973583B2
JP2973583B2 JP3130123A JP13012391A JP2973583B2 JP 2973583 B2 JP2973583 B2 JP 2973583B2 JP 3130123 A JP3130123 A JP 3130123A JP 13012391 A JP13012391 A JP 13012391A JP 2973583 B2 JP2973583 B2 JP 2973583B2
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    • 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
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
寄生バイポーラトランジスタの動作を抑えて破壊耐量を
向上させた半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図2に従来の縦型電界効果トランジスタ
の一例を示す。図2Aは平面図、図2Bは図2AのY−
Yに沿った断面図である。
【0003】図2Aにおいて、セル領域4には、縦型電
界効果トランジスタを形成している多数のセルが並列接
続されている。これらの並列接続されたセルは、ゲート
電極11をゲートパッド1から、ソース電極をソースパ
ッド3から、それぞれ外部に取り出す様になっている。
ゲート電極11はポリシリコンからなっており、比抵抗
が比較的高いためゲートパッド1から遠い位置のセルに
対してはゲート直列抵抗が増大してしまうので、アルミ
ニウムのゲートフィンガー2を延ばしてゲート直列抵抗
の低減をはかっている。この時、ゲートフィンガー2下
にはセルを形成できないため、セル間での空乏層の接続
を確保するためのP型拡散層(図2Bの9)が設けられ
ている。また、外周部5には、ソース・ドレイン間の過
電圧から素子を保護するとともにdv/dt耐量を増す
保護ダイオードが形成されている。
【0004】図2Bは図2AのY−Yに沿った断面図で
ある。図2Bにおいてセル領域103は、ソース電極1
5,層間絶縁膜14,ゲート電極11,ゲート酸化膜1
0,N+ 型ソース領域13,P型ベース領域12,N-
型ドレイン領域7,N+ 型ドレイン領域6,ドレイン電
極18を有し、縦型電界効果トランジスタを形成してい
る。ゲート電極11はポリシリコンで形成されており、
ゲートパッドの近傍まで延びている。ゲートフィンガー
16はアルミニウムで形成されゲートパッドと連続して
ゲート電極11上に延在形成されている。これらゲート
パッド及びゲートフィンガー16の下には絶縁膜8を介
して、ドレイン領域7上にP型拡散層9が形成されてい
る。これはゲートフィンガー16下にセル領域103か
形成できないため、この部分でセル領域間が広がり、空
乏層がセル領域間で分離してしまうのを防ぐためにドレ
イン領域7とは反対の導電型で形成したものである。従
来の縦型電界効果トランジスタでは、このP型拡散層9
が外周部105で外周部に形成された保護ダイオードと
してのP型拡散層と連続しており、この外周部でソース
電極17と電気的に接続されて接地電位が支えられてい
た。すなわち、P型拡散層9が外周部105における保
護ダイオードの部分まで連続的に形成されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この従来の縦型電界効
果トランジスタは、フル・ブリッジ回路によるDCサー
ボモータの駆動回路(図3)等においては、P型領域9
からの電荷の注入による寄生トランジスタ現象が生じて
破壊することがしばしばあった。
【0006】すなわち、図3に示すトランジスタQ1
4 がオンし、トランジスタQ2 ,Q4 がオフした時電
流I1 ,I2 が流れ、モーターMが作動する。この時モ
ーターMの回転方向を逆にするためにはトランジスタQ
2 ,Q3 をオンしてトランジスタQ1 ,Q4 をオフする
ように切り換えれば良いが、例えば、トランジスタ
1 ,Q4 をオフした直後、インダクタンス負荷である
モーターがある期間電流を流しつづけようとするため逆
起電圧が発生し、これによりトランジスタQ3 におい
て、ソース・ドレイン間の保護ダイオードが順バイアス
されダイオード電流I3 が流れる。この電流I3 は、切
り換えスピード(di/dt)が速いとさらに大きくな
る。このソース・ドレイン間の保護ダイオードが順バイ
アスされると、図2BにおけるP型拡散層9より少数キ
ャリアがN- 型ドレイン領域7内に注入される。その後
ドレイン領域7に注入された少数キャリアが逆回復状態
で拡散層9に引きもどされる場合、拡散層9の内部の抵
抗によりセル領域103に近い部分では効率良く吸収さ
れず、ゲートパッド1及びゲートフィンガー2の近傍の
セルに流れ込み、ソース13,ベース12,ドレイン7
よりなる寄生バイポーラトランジスタをターンオンさせ
セル破壊に至らしめるという問題点があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば一導電型
の半導体基板上に形成された他の厚電型のゲート領域
と、このゲート領域に隣接して形成された一導電型のソ
ース領域と、ゲート領域上に形成されたゲート電極と、
このゲート電極に電気的に接続された任意のゲートフィ
ンガーと、ゲートフィンガーに電気的に接続されたゲー
ト電極取り出し用ゲートパッドと、ソース領域に電気的
に接続されたソース電極取り出し用ソースパッドと、半
導体基板上に形成され、半導体基板とともに保護ダイオ
ードを形成する他の導電型の第1の半導体領域と少くと
もゲートフィンガー直下に形成された他の導電型の第2
の半導体領域とを有し、第2の半導体領域と第1の半導
体領域が離間していることを特徴とする半導体装置が得
られる。
【0008】また、本発明によれば、前述の半導体基板
底面にドレイン電極を有し、縦型電界効果トランジスタ
を構成することを特徴とする半導体装置が得られる。
【0009】寄生バイポーラトランジスタによる破壊を
防止するには、半導体基板中へのキャリアの注入を抑え
る様にすればよい。ゲートパッド及びゲートフィンガー
直下の拡散層が外周部の保護ダイオードと連続的に形成
されていると、少数キャリアは、ゲートパッド及びゲー
トフィンガーの下の拡散層からも注入される。しかし、
前述の拡散層と保護ダイオードを隔離すると、少数キャ
リアは保護ダイオード部の拡散層からしか注入しないの
で、キャリアの注入が低減する。その結果、スイッチン
グスピードを上げることも可能となる。
【0010】従来は、ゲートパッド及びゲートフィンガ
ー直下の拡散層を保護ダイオードと連続的に形成して、
ソース電極に接続することにより、ゲートフィンガー下
でのセル領域間での空乏層の接続を確保していた。しか
しながら、外周部の保護ダイオードとゲートフィンガー
下の拡散層を分離しても、実際に動作する時にはこれら
の領域とドレインとの間には逆バイアス電圧がかかり、
これらの領域からドレイン領域に延びる空乏層がつなが
り、これらの領域は同電位となる。したがって、空乏層
が連続的に形成される距離内で離間していれば、これら
の領域がドレイン領域と順バイアスされる時には空乏層
が延びないので自動的に離間し、ゲートフィンガー下の
拡散層から少数キャリアが注入されることがなくなる。
したがって、ゲートフィンガー直下の拡散層と外周部保
護ダイオードにおける拡散層とがこのような距離内で隔
離していても、ゲートフィンガー下の拡散領域の本来の
目的を損うことはなく、セル領域近傍での少数キャリア
の注入もなくなる。
【0011】更にまた前述の第1の半導体領域と第2の
半導体領域との間隔が1μm以上60μm以下であるこ
とを特徴とする半導体装置が得られる。
【0012】ゲートパッド及びゲートフィンガー直下の
拡散層と、外周部の保護ダイオードを隔離する際に、空
乏層が連続して形成される様な距離であれば耐圧を上げ
ることができる。なぜなら、空乏層が出来る際に、それ
ぞれの空乏層が独立していると、形成された空乏層の曲
率が高くなり、電界が集中し易いからである。空乏層が
近隣に生成した空乏層と互いにつながれば、空乏層の曲
率は低くなり、耐圧が上がる。
【0013】生成する空乏層の幅は、片側階段接合で近
似すると、式(1)の様に表わされる。
【0014】
【0015】εS は基板シリコンの誘電率であり、1.
05×10-12 F/cmである。qは電荷素量で、1.
602×10-19 Cである。ND はN- ドレインの濃
度、VDSはドレイン・ソース間の電圧で、耐圧によって
決定される。600V耐圧の場合、空乏層幅を計算する
と、約62.8μmとなり、ゲートパッド及びゲートフ
ィンガー直下の拡散層と外周部の保護ダイオードとの間
隔は、それより短かく、約60μm以下に設定するのが
望ましい。前述の間隔は距離が短かい程好ましく、製造
限界の2μm程度から10μm程度までに設定するのが
特に好ましい。
【0016】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
【0017】図1Aは本発明の一実施例を示す縦型電界
効果トランジスタの平面図、図1Bは図1AのX−Xに
沿った断面図である。
【0018】エピタキシャル基板としては600V耐圧
の場合2×1018/cm3 程度にアンチモンをドープし
たN+ 型シリコン6に25Ωcm(2×1014/c
3 )程度にリンをドープさせた厚さ約65μmのN-
型ドレイン領域7をエピタキシャル成長させたものを用
いる。
【0019】拡散層9及び9′は、ドーズ量1×1014
/cm2 、打込みエネルギー70keVでボロンをイオ
ン注入し約1200℃で約60分押込みを行い形成す
る。この場合表面濃度は約1.3×1018/cm3 、接
合深さは約3μmである。
【0020】この後表面保護用に熱酸化膜8が約800
0オングストローム程度形成されゲート酸化膜10を形
成する領域のみフォトレジスト工程で選択的に熱酸化膜
8が除去される。続いて約1200オングストロームの
ゲート酸化膜10を形成後約6000オングストローム
のポリシリコンをLow Pressure Chem
ical Vapor Deposition(LPC
VD)により堆積し、約11Ω/□にリン拡散をし、フ
ォトレジスト工程により選択的にゲート電極11を形成
する。P型ベース領域にはゲート電極11をマスクにし
て、ドーズ量5×1013/cm2 、打込みエネルギー7
0keVでボロンをイオン注入し約1200℃で約60
分押込みを行い形成する。この場合表面濃度は約6.3
×1017/cm3 、接合深さは約2.8μmで、ゲート
電極11下にも一部広がる。
【0021】N+ 型ソース領域13は、マスク材を用い
て、ドーズ量1×1016/cm2 、打込みエネルギー8
0keVでヒ素イオンを注入し約1000℃オングスト
ロームで約30分押込みを行い形成する。この場合表面
濃度は約1×1020/cm3 、接合深さは約0.3μm
である。
【0022】約10000オングストロームの層間絶縁
膜14を気相成長法(CVD)により成長させ、フォト
レジスト工程によりコンタクトホールを形成し、約3.
5μmのアルミニウムが蒸着あるいはスパッタ法により
形成され、フォトレジスト工程によりアルミニウムをパ
ターニングし、ソース電極15、外周部ソース電極17
及びゲートフィンガー16が形成される。
【0023】P型拡散層9′はN- 型ドレイン領域7と
は接合分離され、ゲート電極11及びソース電極17と
電気的に接続されていないめ浮遊電位となっている。
【0024】
【発明の効果】本発明はゲートパット及びゲートフィン
ガーの下の拡散層がドレイン領域に対して順方向バイア
スされている時には浮遊電位となっているためダイオー
ドとして動作しない。このためN- ドレインに対しソー
スが正の電位をもつようなダイオードの順方向動作の場
合でも少数キャリアは注入されず、従って逆回復時に於
ても近傍のセル領域に少数キャリヤが流れ込むことがな
いためセル領域に寄生する寄生バイポーラトランジスタ
の動作が抑えられ破壊耐量は大幅に向上する、という効
果を有する。チップサイズ約2.8mm□の600V耐
圧の縦型電界効果トランジスタの例では従来の構造の破
壊耐量が2V/nS(順方向電流を4A流した後の逆回
復時のドレイン・ソース間の電圧傾き)であったものが
本構造では4V/nSと2倍以上向上した。
【0025】また寄生容量が低減されることにより、入
力容量,帰還容量,出力容量とも約30%低減され、こ
れによりスイッチングスピードも約30%高速化した。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1Aは本発明の一実施例を示す平面図であ
り、図1BはX−Xに沿った断面図である。
【図2】図2Aは従来の縦型電界効果トランジスタの平
面図であり、図2Bは図2AのY−Yに沿った断面図で
ある。
【図3】フルブリッジ回路によるDCサーボモータの駆
動回路図である。
【符号の説明】 1,101 ゲートパッド 2,102 ゲートフィンガー 3,103,203,303 ソースパッド 4 セル領域 5,105 外周部 6 N+ 型ドレイン領域 7 N- 型ドレイン領域 8 熱酸化膜 9,9′ P型拡散層 10 ゲート酸化膜 11 ゲート電極(ポリシリコン) 12 P型ベース領域 13 N+ 型ソース領域 14 層間絶縁膜 15 ソース電極(アルミニウム) 16 ゲートフィンガー,ゲートパッド(アルミニウ
ム) 17 外周部ソース電極(アルミニウム) 18 ドレイン電極 Q1 ,Q2 ,Q3 ,Q4 トランジスタ M モーター I1 ,I2 ,I3 電流 S ソース D ドレイン G ゲート

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型の半導体基板上に形成された他
    の導電型のゲート領域と、該ゲート領域に隣接する前記
    一導電型のソース領域と、前記ゲート領域上に形成され
    たゲート電極と、該ゲート電極と電気的に接続された任
    意のゲートフィンガー、前記ゲートフィンガーに電気的
    に接続されたゲート電極取り出し用ゲートパッドと、前
    記ソース領域に電気的に接続されたソース電極取り出し
    用ソースパッドと、前記半導体基板上に形成され前記半
    導体基板とともに保護ダイオードを形成する他の導電型
    の第1の半導体領域と、少くとも前記ゲートフィンガー
    直下に形成された前記他の導電型の第2の半導体領域と
    を有し、前記第2の半導体領域と前記第1の半導体領域
    とは離間していることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第1の半導体領域と前記第2の半導
    体領域との間隔が、前記第1の半導体領域と前記第2の
    半導体領域にそれぞれ生成する空乏層が接する距離より
    も短かいことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記第1の半導体領域と前記第2の半導
    体領域との間隔が1μm以上60μm以下であることを
    特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記半導体基板底面にドレイン電極を有
    し、縦型電界効果トランジスタを構成することを特徴と
    する請求項1記載の半導体装置。
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