JP3217488B2 - 高耐圧半導体装置 - Google Patents

高耐圧半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は縦型MOSトランジスタ
の高耐圧MOSFETに関するものである。高耐圧MO
SFETは、他の半導体素子とともに同じ半導体基板に
集積化されて用いられたり、電力用半導体装置などとし
て個別素子としても用いられる。
【0002】
【従来の技術】シリコン基板表面にソース領域とドレイ
ン領域が対向して形成された高耐圧MOSFETでは、
例えば高耐圧MOSトランジスタと低耐圧MOSトラン
ジスタとを1つの半導体基板に混載させる場合などにお
いて、高耐圧MOSトランジスタのソース領域につなが
るメタル配線を引き出したときにその配線はソース領域
とドレイン領域の基板上を横切る。ドレインに高電圧を
印加したとき、ソース領域につながる配線直下の基板が
空乏化し、ソースとドレインが短絡することがある。そ
のような不具合を解消する1つの手段としてフィールド
プレートを設けるのが有効であることが知られている。
【0003】図5に高耐圧MOSFETでフィールドプ
レートを設けたとした場合のフィールドプレート部分を
示す。ドレイン領域のN型高濃度拡散領域4につながる
低濃度N型基板領域2上にはシリコン酸化膜の層間絶縁
膜6を介してポリシリコン薄膜にてなるフィールドプレ
ート8が形成されており、フィールドプレート8はドレ
イン領域4と接続されている。フィールドプレート8上
にはシリコン酸化膜の層間絶縁膜10を介してソース領
域につながるメタル配線12が形成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】フィールドプレート8
を備えた高耐圧MOSFETでは耐圧が高くなるが、フ
ィールドプレート8の端部ではその電界分布が等電位線
14で示されるように電界集中が起こり、それが高耐圧
化の効果を小さくしている。電界集中の問題を解決する
方法としては、層間絶縁膜6の膜厚を厚くする方法が考
えられるが、層間絶縁膜6を厚くすれば段差部でのメタ
ルカバレッジや層間絶縁膜中の電荷の問題が新たに生じ
てくる。他の解決方法としては、フィールドプレート先
端から他の電極までの間に抵抗材料シートを形成するこ
とである。ただし、その方法はバイポーラトランジスタ
について行なわれている(特公昭52−24833号公
報参照)。しかし、この引例の手段を本発明の対象とす
るMOSFETに適用すれば、ソースとドレイン間にリ
ーク電流が流れる不都合が生じる。本発明は引例とは異
なる他の手段によってフィールドプレート先端部での電
界集中を緩和する手段を備えた高耐圧MOSFETを提
供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板表
面にソース領域とドレイン領域が対向して形成され、ソ
ース領域と接続された第1導電体配線がドレイン領域と
絶縁されてドレイン領域上を横切っている縦型MOSト
ランジスタの高耐圧半導体装置を対象にし、その第1導
電体配線の直下に第2導電体配線のフィールドプレート
が前記基板及び第1導電体配線とは絶縁膜を介して形成
されている。本発明の第1の局面では、フィールドプレ
ートはドレインの高濃度拡散領域にではなく、ドレイン
の高濃度拡散領域とソース拡散領域との間の基板領域で
あってドレインの高濃度拡散領域と同じ導電型の領域
で、第1導電体配線の直下を除く部分において接続す
る。本発明の第2の局面でフィールドプレートがドレイ
ンの高濃度拡散領域に接続されている態様では、フィー
ルドプレートと基板の間にさらに絶縁膜を介して絶縁さ
れた第3導電体層のフローティングプレートを設ける。
そのフローティングプレートには負電荷を蓄積しておく
ことが好ましい。
【0006】
【作用】フィールドプレートがドレインの高濃度拡散領
域とソース拡散領域との間の基板領域であってドレイン
の高濃度拡散領域と同じ導電型の領域で、第1導電体配
線の直下を除く部分において接続されている場合は、フ
ィールドプレートが接続されている基板領域の電位はド
レインの高濃度拡散領域の電位より低いため、フィール
ドプレートのソース側の端部直下の基板内に拡がる空乏
層への電界が緩和される。これによりアバランシェブレ
ークダウン電圧が大きくなる。
【0007】フィールドプレートと基板の間にそれらか
ら絶縁されたフローティングプレートを設けた場合、フ
ローティングプレートに負電荷を蓄積しておくと電気力
線がフローティングプレートに引かれることによってフ
ィールドプレート直下の基板の等電位線の間隔が拡が
り、電界が緩和される。その結果、耐圧が向上する。フ
ィールドプレートは予め負電荷を蓄積していない場合で
も、使用中にドレインに高電圧が印加されることにより
フローティングプレートに負電荷が蓄積される。
【0008】
【実施例】図1は第1の実施例を表わし、図2は図1の
A−A’線位置での断面図である。低濃度N型シリコン
基板20にソース領域22が形成され、基板表面でソー
ス領域22を取り囲んで高濃度P型拡散領域によるガー
ドリング24が形成されている。ガードリング24は空
乏層の延びを防ぐための領域である。ガードリング24
よりも外側にはソース領域を取り囲む形状に高濃度N型
拡散領域によるドレイン領域26が形成されている。ソ
ース領域22にはドレイン領域26の外側からドレイン
領域26とソース領域22の間の基板上を横切ってソー
ス領域22につながるメタル配線28が基板20とは絶
縁されて形成されている。基板20とメタル配線28の
間には、基板20とはシリコン酸化膜30によって分離
され、メタル配線28とはシリコン酸化膜の層間酸化膜
32によって分離されたポリシリコン膜にてなるフィー
ルドプレート34が形成されている。フィールドプレー
ト34は、ガードリング24とドレイン領域26の間の
基板領域でメタル配線28直下を除く部分において、コ
ンタクトホール37を介して基板20と接続されてい
る。層間絶縁膜32上にはゲート電極につながるゲート
配線36も形成されている。
【0009】図1と図2に示される実施例では、ドレイ
ン領域26に電圧が印加されると、ドレイン電圧の上昇
にともなってソース側の主接合から空乏層が始まり、メ
タル配線28直下の基板表面は反転のためにそれ以外の
基板領域よりも早くドレイン領域26の近傍まで空乏化
が進む。フィールドプレート34が設けられているた
め、空乏層がドレイン領域26に到達するのが妨げられ
て耐圧が高まる。このとき、フィールドプレート34の
ソース側の端部直下の基板で電界が集中するが、フィー
ルドプレート34の電位は基板20の電位であるので、
ドレイン領域26の電位より低く、フィールドプレート
34のソース側の端部直下の基板内に拡がる空乏層への
電界が緩和されてアバランシェブレークダウン電圧が大
きくなる。
【0010】図3は第2の実施例を表わし、図4は図3
のB−B’線位置での断面図を表わす。図1、図2と同
一部分には同一の符号を用いる。縦型高耐圧MOSトラ
ンジスタの構造は図1と同じである。フィールドプレー
ト34はSiO2膜40,42を介して基板20上に形
成され、フィールドプレート34の基端部においてドレ
イン領域26と接続されている。フィールドプレート3
4と基板20の間には、基板20とはSiO2膜40を
介して絶縁され、フィールドプレート34とはSiO2
膜42を介して絶縁されたポリシリコン膜にてなるフロ
ーティングプレート44が形成されている。フローティ
ングプレート44の厚さは例えば約2000Åであり、
横方向にはフィールドプレート34から離れ、ソース側
の端部はフィールドプレート34のソース側の端部より
もさらにソース側に突出する大きさ及び位置に形成され
ている。フローティングプレート44には負電荷を蓄積
させるため、基板20との間のSiO2膜40の膜厚は
約1000Å程度とする。フローティングプレート44
にはドレイン領域26に高電圧をかけることによってE
PROMと同様に初期状態において負電荷を蓄積してお
くことができる。
【0011】この実施例では、等電位線14が図4中に
示されているように、電気力線がフローティングプレー
ト44に引かれてドレイン領域26側に引っ張られる結
果として、フィールドプレート34直下の基板の等電位
線14の間隔が拡がり、基板での電界が緩和される。そ
の結果、高耐圧縦型MOSトランジスタの耐圧が向上す
る。フローティングプレート44には初期状態で電荷を
蓄積しておくのが好ましいが、仮りに初期状態で電荷を
蓄積しておかなくても、使用中に電荷が蓄積され、結果
として初期状態で蓄積したのと同じ状態が得られる。
【0012】
【発明の効果】請求項1の本発明によってフィールドプ
レートの電位を高濃度ドレイン領域の電位よりも低くす
ることによって、フィールドプレートのソース側の端部
直下の基板での電界集中を緩和することができる。請求
項2及び3の本発明によってフィールドプレートと基板
の間にフローティングプレートを設けることにより、フ
ィールドプレートのソース側の端部直下での基板の電界
集中を緩和することができる。このように、本発明では
フィールドプレートによってソース用のメタル配線直下
の基板反転を防止しつつ、かつフィールドプレートのソ
ース側の端部直下の基板の電界集中を緩和することによ
って、高耐圧MOSFETを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例を示す平面図である。
【図2】図1のA−A’線位置での断面図である。
【図3】第2の実施例を示す平面図である。
【図4】図3のB−B’線位置での断面図である。
【図5】提案されているフィールドプレートを備えた高
耐圧MOSトランジスタのフィールドプレート部分を示
す断面図である。
【符号の説明】
20 シリコン基板 22 ソース領域 24 ガードリング 26 ドレイン領域 28 ソース用のメタル配線 30,32,40,42 SiO2膜 34 フィールドプレート 44 フローティングプレート

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板表面にソース領域とドレイン
    領域が対向して形成され、ソース領域と接続された第1
    導電体配線がドレイン領域と絶縁されてドレイン領域上
    を横切っており、かつその第1導電体配線の直下に第2
    導電体配線が前記基板及び第1導電体配線とは絶縁膜を
    介して形成されており、前記第2導電体配線は、ドレイ
    ンの高濃度拡散領域とソース拡散領域との間の基板領域
    であってドレインの高濃度拡散領域と同じ導電型の領域
    で、前記第1導電体配線の直下を除く部分において接続
    されていることを特徴とする縦型MOSトランジスタの
    高耐圧半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板表面にソース領域とドレイン
    領域が対向して形成され、ソース領域と接続された第1
    導電体配線の直下にドレインの高濃度拡散領域と接続さ
    れた第2導電体配線が前記基板及び第1導電体配線とは
    絶縁膜を介して形成されており、前記第2導電体配線と
    前記基板の間にはさらに絶縁膜を介して絶縁された第3
    導電体層のフローティングプレートが形成されているこ
    とを特徴とする縦型MOSトランジスタの高耐圧半導体
    装置。
  3. 【請求項3】 前記フローティングプレートには負電荷
    を蓄積した請求項2に記載の高耐圧半導体装置。
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