JP4845293B2 - Field effect transistor - Google Patents

Field effect transistor Download PDF

Info

Publication number
JP4845293B2
JP4845293B2 JP2001209140A JP2001209140A JP4845293B2 JP 4845293 B2 JP4845293 B2 JP 4845293B2 JP 2001209140 A JP2001209140 A JP 2001209140A JP 2001209140 A JP2001209140 A JP 2001209140A JP 4845293 B2 JP4845293 B2 JP 4845293B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
field effect
effect transistor
disposed
electrode film
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2001209140A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002252350A (en
Inventor
宣樹 宮腰
寿樹 松原
秀幸 中村
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.)
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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 Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2001209140A priority Critical patent/JP4845293B2/en
Publication of JP2002252350A publication Critical patent/JP2002252350A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4845293B2 publication Critical patent/JP4845293B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電界効果トランジスタに関し、特に、高耐圧低抵抗の電界効果トランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、電流を基板の厚み方向に流す電界効果トランジスタが電力制御素子として用いられている。
【0003】
図26を参照し、符号105は、従来型の電界効果トランジスタの一例であり、シリコン単結晶基板111を有している。単結晶基板111の表面に、エピタキシャル成長によって形成されたドレイン領域112が配置されている。
【0004】
シリコン単結晶基板111内には、N型の不純物が高濃度にドープされており、その裏面には、ドレイン電極膜148が形成されている。また、ドレイン領域112内には、N型の不純物が低濃度にドープされており、その表面近傍には、P型のベース領域154が形成されている。
【0005】
ベース領域154内には、更に、その表面からN型の不純物が拡散され、ソース領域161が形成されている。
【0006】
符号110は、ソース領域161の縁部分とベース領域154の縁部分との間に位置するチャネル領域である。このチャネル領域110の上部には、ゲート絶縁膜126とゲート電極膜127とがこの順序で配置されている。
【0007】
ゲート電極膜127の表面及び側面には、層間絶縁膜141が形成されており、その表面には、ソース電極膜144が配置されている。
【0008】
上記のようなベース領域154は、ドレイン領域112表面近傍に島状に配置されており、1個のベース領域154と、そのベース領域154内に配置されたソース領域161及びチャネル領域110とで、1個のセル101が形成されている。
【0009】
図27は、ドレイン領域112の表面を示す平面図であり、矩形形状のセル101が複数個行列状に配置されている。
【0010】
この電界効果トランジスタ105を使用する場合、ソース電極膜144を接地電位に置き、ドレイン電極膜148に正電圧を印加し、ゲート電極膜127にスレッショルド電圧以上のゲート電圧(正電圧)を印加すると、P型のチャネル領域110表面にN型の反転層が形成され、ソース領域161と導電領域112とがその反転層によって接続され、電界効果トランジスタ105は導通する。
【0011】
その状態からゲート電極膜127にスレッショルド電圧以下の電圧(例えば接地電位)を印加すると、反転層は消滅し、電界効果トランジスタ105は遮断する。
【0012】
しかしながら上記のようなセル101を多数配置した場合、耐圧を上げようとするとセル101間の距離が小さくなり、ゲート電極幅が小さくなるため、導通抵抗が増大してしまう。
【0013】
また、耐圧はセル101の角部分で決定されてしまい、セル101間の距離を小さくしても、期待するほど耐圧は向上しないという問題がある。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、高耐圧低抵抗の電界効果トランジスタを提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、第1導電型の高抵抗層内に形成され、前記高抵抗層の表面側に配置された第2導電型の主拡散領域と、前記主拡散領域内に形成され、その表面に配置された第1導電型のソース領域と、前記主拡散領域の一部であって、該主拡散領域の縁と前記ソース領域との縁との間に位置し、環状に形成された環状チャネル領域と、前記環状チャネル領域で囲われたドレイン領域と、少なくとも前記環状チャネル領域表面に配置されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜表面に配置されたゲート電極膜とを有し、前記ソース領域は前記環状チャネル領域の外周に配置され、前記ゲート電極膜に印加された電圧により、前記環状チャネル領域表面が第1導電型に反転すると、前記ソース領域と前記ドレイン領域とが電気的に接続される電界効果トランジスタであって、前記ドレイン領域は、細長の幹部を少なくとも一本と、前記幹部に一端が接続された複数の細長の枝部とを有し、前記環状チャネル領域は、前記幹部と前記枝部の周囲を取り囲んで配置され、前記枝部と枝部の間に位置する幹部は、前記幹部自身の内側に向けて円形に膨出され、前記主拡散領域は、第2導電型のベース領域と、前記ベース領域よりも拡散深さが深い第2導電型のオーミック領域とを有し、前記幹部の前記円形に膨出された部分では、前記ベース領域の内周よりも前記オーミック領域の内周の方が前記ドレイン領域内に侵入し、前記オーミック領域と前記ドレイン領域とがpn接合を形成する電界効果トランジスタである。
請求項記載の発明は、請求項記載の電界効果トランジスタであって、前記枝部先端の前記環状チャネル領域は、四角形の三辺を構成するように、略直角に折れ曲がって構成された電界効果トランジスタである。
請求項記載の発明は、前記ドレイン領域内部の表面側には、前記高抵抗層よりも抵抗が低い第1導電型の導電層を有する請求項1又は請求項のいずれか1項記載の電界効果トランジスタである。
請求項記載の発明は、前記ドレイン領域内部の表面側には、前記チャネル領域とは非接触の第2導電型の浮遊電位領域が配置された請求項1乃至請求項のいずれか1項記載の電界効果トランジスタである。
請求項記載の発明は、前記高抵抗層の裏面側には、第1導電型で前記高抵抗層よりも抵抗が低い低抵抗層が配置され、前記低抵抗層の表面には、前記低抵抗層とオーミック接合を形成するドレイン電極膜が配置された請求項1乃至請求項のいずれか1項記載の電界効果トランジスタである。
請求項記載の発明は、前記高抵抗層の裏面には、該高抵抗層とショットキー接合を形成するアノード電極膜が配置され、前記アノード電極膜をアノードとし、前記高抵抗層をカソードとするダイオードが形成された請求項1乃至請求項のいずれか1項記載の電界効果トランジスタ。
請求項記載の発明は、前記高抵抗層の裏面側には、第2導電型のコレクタ層が配置され、前記コレクタ層の表面には、前記コレクタ層とオーミック接合を形成するコレクタ電極膜が配置された請求項1乃至請求項のいずれか1項記載の電界効果トランジスタである。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の電界効果トランジスタを図面を用いて説明する。
図20(a)、(b)を参照し、符号1は本発明の第1例の電界効果トランジスタを示している。この図20(a)と同図(b)は、電界効果トランジスタ1の互いに直角な方向の断面図である。
【0017】
この電界効果トランジスタ1は、シリコンウェハーである基板9を有している。該基板9は、不純物が比較的高濃度に添加されたシリコン単結晶から成る低抵抗層11と、その低抵抗層11上にエピタキシャル法によって成長され、比較的高抵抗の高抵抗層12とで構成されている。
【0018】
この基板9の高抵抗層12内部の表面側には、図21に示すように、比較的高濃度のN型の導電層26が配置されている。導電層26の平面形状は櫛状になっており、その外周の表面近傍には、P型のチャネル領域40が位置している。
【0019】
チャネル領域40の更に外周の基板9内部の表面側には、N型のソース領域39が位置している。ソース領域39は、チャネル領域40と連通するP型の領域内に形成されており、チャネル領域40の表面近傍がN型に反転した場合にソース領域39と導電層26とが電気的に接続されるようになっている。ソース領域39はチャネル領域40と接し、チャネル領域40を取り囲んでいる。
【0020】
この電界効果トランジスタの製造工程を説明する。図1(a)〜(c)を参照し、先ず、N型の低抵抗層11と、N型の高抵抗層12とが積層された基板9を用意し、高抵抗層12の表面に、部分的にP型の不純物を注入し、拡散してP型の第1、第2のガードリング領域13、14と、浮遊電位領域15とを形成した後、表面にシリコン酸化膜を形成し、パターニングしてフィールド絶縁膜16を形成する。図1(a)〜(c)はその状態の基板9を示しており、図1(a)は、基板9の高抵抗層12表面側の平面図であり、図1(b)は、基板9のA−A線截断面図、図1(c)は、B−B線截断面図である。
【0021】
第1、第2のガードリング領域13、14と、浮遊電位領域15とは、同じ深さに拡散されており、その底面は、低抵抗層11とは接触しないようになっている。第2のガードリング領域14は、後述するソース電極膜に接続され、ソース領域と同電位にされるが、第1のガードリング領域13と浮遊電位領域15とは、ソース電極膜やゲート電極膜には接続されず、浮遊電位に置かれる。
【0022】
第1、第2のガードリング領域13、14は、それぞれリング形状になっており、第1のガードリング領域13が基板外周に配置され、第2のガードリング領域14は、第1のガードリング領域13の内側に配置されている。
【0023】
符号17は、この基板9内で、1個の電界効果トランジスタを構成させる領域の縁部分を示している。基板9内には、電界効果トランジスタは複数形成され、ダイシング工程において、その縁部分17よりも外側の位置で互いに切り離されるようになっている。
【0024】
第1、第2のガードリング領域13、14は、縁部分17の近傍に配置されており、第2のガードリング領域14の内側が、後述するベース領域やソース領域等を配置する活性領域になっている。
【0025】
浮遊電位領域15は細長の矩形形状になっており、この浮遊電位領域15は、第2のガードリング領域14の内側の活性領域内に配置されている。ここでは浮遊電位領域15は2本設けられており、それぞれ互いに離間した位置に平行に配置されている。
【0026】
フィールド絶縁膜16は、浮遊電位領域15の表面を覆う部分と、第1のガードリング領域13の表面と第2のガードリング領域14の一部表面とを覆う部分に分かれている。
【0027】
そのフィールド絶縁膜16は、大面積に形成されたパット部27を有しており、このパット部27上に、後述するゲートパッドが形成されるようになっている。
【0028】
次に、フィールド絶縁膜16をマスクとし、基板9の表面にN型の不純物を照射すると、高抵抗層12の表面にその不純物が注入される。図2(a)は、その状態の高抵抗層12の表面の平面図であり、符号18は、N型の不純物の注入によって形成された高濃度不純物層を示している。第1のガードリング拡散領域13と浮遊電位領域15の表面には、フィールド絶縁膜16が配置されているため、その部分には、高濃度不純物層18は形成されない。
【0029】
図2(b)、(c)は、それぞれ図2(a)のA−A線截断面図、B−B線截断面図である。
【0030】
このN型の不純物の濃度は、第2のガードリング領域14の表面濃度よりも薄いので、第2のガードリング領域14の表面はN型にはならない。従って、高濃度不純物層18は、第2のガードリング領域14よりも内側の活性領域内に位置している。
【0031】
次に、熱酸化法によって基板9の表面を酸化すると、図3(a)〜(c)に示すように、第2のガードリング領域14の内周側表面部分と高濃度不純物層18表面に、酸化膜から成るゲート絶縁膜19が形成される。
【0032】
図3(b)、(c)は、それぞれ図3(a)のA−A線截断面図、B−B線截断面図である。
【0033】
この状態の基板9の表面に、CVD法により、ポリシリコン薄膜を全面成膜した後、パターニングし、ゲート電極膜を形成する。図4(a)〜(c)の符号21a、21bは、そのゲート電極膜を示しており、2個に分離されている。
【0034】
2個のゲート電極膜21a、21bのうち、一方のゲート電極膜21aは、第2のガードリング領域14の内側の活性領域内に位置し、ゲート絶縁膜19上に配置されている。この部分のゲート電極膜21aは、それぞれ細長に形成された二本の幹部221、222と一本の接続部23と複数本の枝部24とで構成されている。
【0035】
二本の幹部221、222は互いに平行に配置されており、その一端部に、接続部23が接続されている。各幹部221、222には、複数の枝部24の端部が接続されている。接続部23と各枝部24とは幹部221、222に対して垂直に、なっている。
【0036】
幹部221、222は、第2のガードリング領域14の内側の活性領域内に位置するフィールド絶縁膜16上に配置されている。従って、幹部221、222の下方には、それぞれ浮遊電位領域15が位置している。
【0037】
他方のゲート電極膜21bは、外周付近のフィールド絶縁膜16上に配置されており、フィールド絶縁膜16の内側の活性領域を取り囲むように、リング状に形成されている。このゲート電極膜21bは、フィールド絶縁膜16のパッド部27上では、大面積に形成されている。
【0038】
次に、ゲート絶縁膜19上に配置されたゲート電極膜21aをマスクとして用い、ゲート絶縁膜19をエッチングすると、ゲート絶縁膜19は、図5(a)、(b)に示すように、ゲート電極膜21aと同じ平面形状にパターニングされる。この図5や、後述する図6〜図8等では、平面図は省略する。
【0039】
次いで、熱処理により、高濃度不純物層18を拡散すると、図6(a)、(b)に示すような導電層26が形成される。この導電層26は、高抵抗層12と同じ導電型であるが、高抵抗層12よりも不純物濃度が高いため、高抵抗層12よりも低抵抗になっている。
【0040】
高濃度不純物層18は、ゲート絶縁膜19の下方にも配置されているので、導電層26は、第2のガードリング領域14の内側の活性領域内の浮遊電位領域15が位置する部分を除いた領域内に形成される。
【0041】
導電層26の形成後、基板9の表面にP型の不純物を照射する。不純物はゲート電極膜21a、21bやフィールド絶縁膜16を透過しないので、フィールド絶縁膜16の内側では、ゲート電極膜21aがマスクとなり、第2のガードリング領域14の内周部分の表面や導電層26が露出した部分に、その不純物が注入される。
【0042】
その結果、図7(a)、(b)に示すように、ゲート絶縁膜19の周囲に、P型の高濃度不純物層28が形成される。即ち、ゲート絶縁膜19及びその表面のゲート電極膜21aや、ゲート絶縁膜19直下の導電層26の部分は、高濃度不純物層28で取り囲まれる。
【0043】
次いで、熱処理により、高濃度不純物層28を拡散させると、図8(a)、(b)に示すように、P型のベース領域29が形成される。このベース領域29の外周部分は第2のガードリング層14に接続される。
【0044】
高濃度不純物層28は横方向にも拡散するので、ベース領域29の内周端部は、ゲート絶縁膜19の外周端部の下方まで潜り込む。
【0045】
次に、基板表面に、図9(a)〜(c)に示すように、パターニングしたレジスト膜31を形成し、ゲート電極膜21a、21bの表面と、活性領域内のゲート電極膜21a近傍に位置するベース領域29の表面とを覆っておく。
【0046】
この状態では、ベース領域29の表面は、部分的に基板上に露出しており、その状態の基板9の表面にP型不純物を照射すると、図10(a)〜(c)に示すように、ベース領域29の露出部分に不純物が注入され、P型の高濃度不純物層32が形成される。
【0047】
次に、レジスト膜31を除去した後、熱処理し、P型の高濃度不純物層32を拡散させると、図11(a)、(b)に示すように、P型のオーミック領域33が形成される。このオーミック領域33は、ベース領域29と同じく第2の導電型であり、ベース領域29に接続され、ベース領域29とオーミック領域33とで主拡散領域が構成されている。
【0048】
このオーミック領域33とゲート電極膜21a及びゲート酸化膜19とは、ほぼレジスト膜31の幅だけ離れている。
【0049】
また、このオーミック領域33の底部は、導電層26内に位置しているが、ベース領域29の底部よりも深い位置まで拡散されている。
【0050】
なお、オーミック領域33の表面濃度はベース領域29の表面濃度よりも大きくなっており、後述するソース電極膜は、このオーミック領域33とオーミック接続され、その結果、ベース領域29が低抵抗でソース電極膜に接続されるようになっている。
【0051】
次に、図12(a)〜(c)に示すように、基板9の表面にパターニングしたレジスト膜35を形成し、その窓部36内に、ゲート絶縁膜19上に配置されたゲート電極膜21aの表面と、そのゲート電極膜21aから所定距離だけ離れた領域とを露出させる。即ち、この窓部36の形状は、ゲート電極膜21aよりも一回り大きな相似形になっている。
【0052】
符号wは、窓部36内に露出するゲート電極膜21aの端部と窓部36の縁部分との距離である。
【0053】
この距離wの範囲には、ベース領域29の表面と、オーミック領域33の一部表面が露出している。
【0054】
その状態で基板上にN型の不純物を照射すると、レジスト膜35とゲート電極膜21aとがマスクとなり、それらで覆われていない部分にN型不純物が注入される。図13(a)、(b)の符号38は、その不純物の注入によって形成されたN型の高濃度不純物層を示している。
【0055】
このN型の高濃度不純物層38は、ベース領域29とオーミック領域33の内部の表面近傍に配置されている。
【0056】
次に、レジスト膜35を除去した後、熱処理し、高濃度不純物層38を拡散させると、図14(a)、(b)に示すように、N型のソース領域39が形成される。ゲート絶縁膜19上のゲート電極膜21aは、幹部221、222と接続部23と枝部24とが互いに接続されており、N型の高濃度不純物層38は、ゲート電極膜21aの周囲に形成されているから、ソース領域39は、ゲート絶縁膜19とその表面に配置されたゲート電極膜21aとを取り囲んでおり、従って、ソース領域39は、全体がリング状に連続して形成されている。この状態ではオーミック領域33の中央部分は露出している。
【0057】
また、横方向拡散により、ソース領域39のゲート絶縁膜19側の端部、即ちリング状のソース領域の内周側の端部は、ゲート絶縁膜19の下方位置まで潜り込んでいるが、ベース領域29よりも内側の位置に止まっている。
【0058】
従って、N型のソース領域39全体が、ベース領域29とオーミック領域33とが形成するP型の領域の内部に位置している。
【0059】
このソース領域39の内周側の端部とベース領域29の縁部分との間には、ベース領域29の外周部分が存しており、この部分の表面には、ゲート絶縁膜19とゲート電極膜21aとが配置されている。
【0060】
符号40は、ソース領域39の内周側の端部とベース領域29の縁部分との間のベース領域29であり、ゲート電極膜21aに正電圧が印加されると表面がN型に反転し、ソース領域39と導電層26とが電気的に接続されるので、チャネル領域と呼ばれている。
【0061】
チャネル領域40は、活性領域内のゲート電極膜21aの縁部分に沿って配置されており、従って、チャネル領域40は、ゲート電極膜21aの形状に従った凹凸を有するリング形状になっている。
【0062】
チャネル領域40で囲まれた部分の導電層26は、ゲート電極膜21aの幹部221、222の下方位置と、接続部23の下方位置と、複数の枝部24の下方位置が、それぞれ幹部221、222、接続部23、枝部24と同じ形状の幹部、接続部、枝部となっているが、その大きさは、チャネル領域40がゲート絶縁膜19の下方に横方向拡散した分だけ、ゲート電極膜21aよりも小さくなっている。
【0063】
次に、CVD法によって基板表面にシリコン酸化膜を形成した後、エッチングによってパターニングし、層間絶縁膜を形成する。図15(a)、(b)の符号41は、その層間絶縁膜を示しており、三種類の開口42a、42b、42cが形成されている。
【0064】
三種類の開口42a、42b、42cは、互いに分離されており、第1の開口42aは、フィールド絶縁膜16よりも内側の活性領域内に配置されており、その底面には、オーミック領域33の表面と、ソース領域39の表面とが露出されている。
【0065】
第2の開口42bは、フィールド絶縁膜16上のゲート電極膜21b上に配置されており、その底面には、フィールド絶縁膜16上に配置されたゲート電極膜21bの表面が露出されている。
【0066】
また、第3の開口42cは、幹部221、222上に部分的に配置されており、その底面には、活性領域内に位置するゲート電極膜21a表面が露出されている。
【0067】
次に、基板9の表面にアルミニウム薄膜を全面成膜し、パターニングし、図16に示すように、ソース電極膜45とゲート接続膜46とを形成する。ソース電極膜45とゲート接続膜46とは、パターニングの際に互いに分離されており、電気的に絶縁されている。ソース電極膜45とゲート接続膜46の間には、層間絶縁膜41表面が露出している。
【0068】
図17(a)、(b)は、図16のA−A線、B−B線の截断面図である。この図17(a)、(b)に示されるとおり、ソース電極膜45は、オーミック領域33とソース領域39とに接続されている。従って、チャネル領域40を含むベース領域29とオーミック領域33とから成るP型の主拡散領域と、N型のソース領域39とは電気的に短絡されている。
【0069】
ソース電極膜45は、第3の開口42cをよけるように配置されており、開口42cが位置する部分ではくびれて形成されている。ソース電極膜45はゲート電極膜21aとは接触しないようになっている。
【0070】
くびれた部分には、ゲート接続膜46が張り出しており、第3の開口42c内に充填されている。従って、ゲート接続膜46は、幹部221、222の位置でゲート電極膜21aに接続されている。符号51は、幹部221、222上に張り出した部分のゲート接続膜46を示している。
【0071】
また、ゲート接続膜46は、第2の開口42b内にも充填され、その底面に位置するゲート電極膜21bにも接続されている。従って、ゲート電極膜21a、21b同士は、ゲート接続膜46によって接続されている。
【0072】
また、ゲート接続膜46は、フィールド絶縁膜16の大面積に形成されたパッド部分27の上では大面積に形成されており、この部分がゲートパッドとして用いられるようになっている。
【0073】
次に、CVD法により、基板9の表面(ソース電極膜45とゲート接続膜46と層間絶縁膜41の表面)にシリコン酸化物薄膜を形成し、パターニングして図18、図19(a)、(b)に示すように、保護膜48を形成する。この保護膜48は、開口を2個有しており、一方の開口53の底面に、ソース電極膜45を露出させてソースパッドとし、他方の開口54の底面にゲート接続膜46表面を露出させ、ゲートパッドとすると、後工程において、ソースパッドとゲートパッドにそれぞれ金属細線の一端を接続し、他端をリードに接続すると、ソース電極膜45とゲート電極膜21aとが外部回路に接続できるようになる。
【0074】
保護膜48の形成後、基板9の裏面側に露出した低抵抗層11の表面に、低抵抗層11とオーミック接合を形成する金属膜を成膜し、図20(a)、(b)に示すように、ドレイン電極膜49とすると、本発明の電界効果トランジスタ1が得られる。
【0075】
この電界効果トランジスタ1は、1枚のシリコンウェハー内に複数個形成されており、各電界効果トランジスタ1は、後工程であるダイシング工程において、バラバラに切り離される。
【0076】
本発明の電界効果トランジスタ1の、ソース領域39と、チャネル領域40と、導電層26との相対的な位置関係を図21(a)に示す。チャネル領域40で囲われた部分はドレイン領域になっており、ドレイン領域内の、幹部221、222の下方位置には、図21(b)に示すように、浮遊電位領域15が配置されている。
【0077】
この電界効果トランジスタ1は、ソース電極膜45が接地電位に接続され、ドレイン電極膜49に正電圧が印加された状態で、ゲート電極膜21aに、スレッショルド電圧以上の正電圧を印加すると、P型のチャネル領域40表面にN型の反転層が形成され、ドレイン領域とソース領域39とが反転層で接続され、電界効果トランジスタ1が導通する。
【0078】
その導通した状態からゲート電極膜21aを接地電位に接続すると、反転層は消滅し、電界効果トランジスタ1は遮断する。
【0079】
ソース電極膜45が接地電位に接続され、ドレイン電極膜49に正電圧が印加された状態では、チャネル領域40と、ベース領域29と、オーミック領域33と、第2のガードリング領域14とを含むP型の主拡散領域と、N型の導電層26及び高抵抗層12の間のPN接合は逆バイアスされており、空乏層は導電層26側に向かって伸びている。即ち、空乏層は、チャネル領域40で囲まれたドレイン領域の内部に向かって伸びている。
【0080】
上述のように、ゲート電極膜21aの幹部221、222下方位置には、図21(b)に示すように、浮遊電位領域15が配置されている。この浮遊電位領域15の両端部は、チャネル領域40には接しておらず、浮遊電位に置かれている。
【0081】
また、第1のガードリング領域13も浮遊電位に置かれており、浮遊電位拡散層15は、第1のガードリング領域13が高抵抗層12内に形成される空乏層の表面を伸ばすのと同じように、導電層26内に形成される空乏層を伸ばし、耐圧を向上させる。
【0082】
上記実施例では、導電層26を形成させるN型の不純物は、図3(a)〜(c)に示したように、フィールド絶縁膜16が配置された部分を除き、基板9の表面に全面的に注入し、高濃度不純物層18を形成し、その高濃度不純物層18の拡散によって導電層26を形成した。
【0083】
従って、上記実施例の電界効果トランジスタ1では、チャネル領域40の内側のドレイン領域の内部の表面側には、導電層26が全面的に配置されてたが、本発明の電界効果トランジスタは、それに限定されるものではなく、ドレイン領域内部の表面側には、導電層26を部分的に配置することができる。
【0084】
例えば、N型の高濃度不純物を注入する際に、パターニングしたレジストマスクを配置しておき、高抵抗層12の表面に選択的に注入すると、N型の高濃度不純物層18を、チャネル領域40で環状に囲われたドレイン領域内に部分的に形成することができる。
【0085】
図22は、その場合のチャネル領域40と導電層26との位置関係を示す図である。チャネル領域40の、ドレイン領域の内側に突き出た角部分55の近傍には、導電層26が配置されておらず、高抵抗層12表面が露出している。従って、角部分55では、チャネル領域40と高抵抗層12との間にPN接合が形成されるため、そのPN接合が逆バイアスされた場合には、角部分55から高抵抗層12内に向かい、空乏層が伸びやすくなっている。そのため、この構造の電界効果トランジスタでは耐圧が高くなる。
【0086】
次に、一層耐圧が高い電界効果トランジスタについて説明する。
その電界効果トランジスタは、図23に示すように上記電界効果トランジスタ1と同じ構造であり、異なる点は、活性領域内のゲート絶縁膜と、ゲート電極膜の平面形状である。
【0087】
各拡散層や薄膜は、上記工程と同じ工程で形成されるので、同じ符号を付すと、符号70は、二重の環を形成するソース領域39及びチャネル領域40と、チャネル領域40で囲われた高抵抗層12と、導電層26と、浮遊電位領域15とが形成する平面形状を示している。
【0088】
高抵抗層12と導電層26とが形成するN型の領域のうち、チャネル領域40で囲われた部分の平面形状は、上記実施例と同様に、2本の幹部221、222と、一本の接続部23と複数本の枝部24とで構成されている。幹部221、222のうち、枝部24の間では、チャネル領域40が、チャネル領域40で囲んだN型の領域の内側に向けて膨出されており、膨出部分71が形成されている。
【0089】
従って、チャネル領域40とN型の領域とが形成するpn接合は、この部分71では、球状接合よりも緩やかに曲がっており、球状接合のアバランシェ降伏電圧よりも大きな耐圧が得られるようになっている。
【0090】
他方、枝部24の先端部分72では、枝部24を構成する導電層26の表面の三辺75a、76、75bは直角に交わっている。即ち、先端部分72では、チャネル領域40は直角に折れ曲がっており、従って、チャネル領域40と導電層26とが形成するpn接合の表面部分も、直角に折れ曲がっている。
【0091】
この先端部分72では、空乏層は導電層26の内側に広がるから、三辺75a、76、75bの交点が形成する2個の頂点77a、77bの部分でも、アバランシェ降伏電圧は円筒接合よりも大きくなっている。
【0092】
導電層26は、各枝部24の先端部分72から膨出部分71近傍まで配置されており、膨出部分71の付近には配置されていない。従って、膨出部分71ではチャネル領域40と高抵抗層12とがpn接合を形成するので、空乏層が高抵抗層12側に広がりやすく、アバランシェ降伏電圧が高くなっている。
【0093】
また、この平面形状70では、枝部24の、ソース領域39で囲われた領域の内側に向けて突き出された先端部分72が半円形ではなく、矩形になっているため、チャネル領域40の長さが、半円形にした場合よりも長く、導通抵抗が低くなっている。
【0094】
図24の符号80は、ソース電極膜、ゲート電極膜、及びシリコン酸化膜等の薄膜を省略した状態の基板9表面であり、枝部24の先端が半円形にされた場合の平面形状を示している。また、符号73は、その円形部分を示している。この円形部分73の半径をRとすると、この円形部73のチャネル幅はπ×Rであるのに対し、図23の平面形状70の先端部分72では、チャネル長は4×Rになるから、枝部24の先端は、矩形である方が優れている。
【0095】
上記実施例では、ベース領域33の内周の縁とオーミック領域33の内周の縁との間の間隔は一定であったが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、オーミック領域33の内周の縁の一部が、ベース領域32の内周を超えて、チャネル領域40で囲われたN型の領域に突き出た構造の電界効果トランジスタも含まれる。
【0096】
図28の符号81は、その一例の平面形状であり、ソース電極膜、ゲート電極膜、及びシリコン酸化膜等の薄膜と、第1、第2のガードリング領域13、14は省略してある。この平面形状81では、オーミック領域33の平面形状が異なる他は、基板9の深さ方向の構造は、上記各実施例と同じであるので、拡散層の符号や薄膜の符号は、上記実施例と同じ符号を付す。
【0097】
図28の符号88は、チャネル領域40で囲われたN型の領域の内側に向けて突き出された膨出部分であり、この膨出部分は半円形にされ、且つ、半円形の膨出部分88の一部であるオーミック領域33は、他の部分のオーミック領域33の幅よりも広がっている。
【0098】
即ち、この平面形状では、膨出部分88のオーミック領域33の方が、枝部24の直線部分の間に位置するオーミック領域33よりも、チャネル領域40で囲われたN型の領域の内側に向けて膨らんでおり、膨出部分88のオーミック領域33の縁は、少なくともソース領域39の内周の縁を超えてN型の領域の内側に向けて広がっている。
【0099】
膨出部分88以外の形状は、第1の実施例の電界効果トランジスタ1と同じ形状である。従って、この平面形状81を構成する枝部24の側辺部分のC−C線断線面の製造工程を説明するための図面は、図1、2等のA−A線断面図の部分の製造工程を説明するための図面と同じである。
【0100】
この平面形状81の形成手順を説明すると、先ず、基板9の高抵抗層12内部の表面側に、P型の第1、第2のガードリング領域13、14が形成された状態は、C−C線断面図の部分については図1(b)に示されており、D−D線断面図については図34(a)に示されている。この状態では、図1(c)の部分に相当する部分には、浮遊電位領域15が形成されている。
【0101】
図34〜図39は、D−D線断面図の部分を説明するための工程図である。
その状態から、図2(b)と図34(b)に示すように、高抵抗層12内部の表面近傍にN型の高濃度不純物層18を形成し、図3(b)と図34(c)に示すように、熱酸化法によってゲート絶縁膜19を形成する。
【0102】
次に、図4(b)と図35(a)に示すように、ゲート絶縁膜19表面に、パターニングされたポリシリコン薄膜から成るゲート電極膜21a、21bを形成した後、そのゲート電極膜21a、21bをマスクに用いて、図5(a)と図35(b)に示すように、ゲート絶縁膜19をエッチングした後、高濃度不純物層18を拡散し、図6(a)と図35(c)に示すように、N型の導電層26を形成する。この導電層26の深さは、上記各実施例と同様に、第1、第2のガードリング領域13、14の深さよりも浅く形成する。
【0103】
次に、ゲート電極膜21a、21bをマスクに用い、導電層26表面にP型の不純物を注入し、図7(a)と図36(a)に示すように、導電層26内部の表面側に、P型の高濃度不純物層28を形成した後、その高濃度不純物層28を拡散し、図8(a)と図36(b)に示すように、P型のベース領域29を形成する。
【0104】
次に、図9(b)と図36(c)に示すように、ゲート電極膜21a、21b上にパターニングしたレジスト膜31を形成する。このとき、膨出部分88となる部分では、レジスト膜31は、ゲート電極膜21a上にだけ配置し、ゲート電極膜21aの側方位置に露出するベース領域29上にははみ出ないようにしておく。
【0105】
上記第1の実施例では、図9(c)に示すように、ゲート電極膜21aの端部から、ベース領域29上に位置するレジスト膜31の幅D1だけ離れた位置までレジスト膜31で覆われている。
【0106】
この状態で、ベース領域29の内側にP型の不純物を注入し、図10(b)と図37(a)に示すように、ベース領域29内の表面近傍に、P型の高濃度不純物層32を形成し、レジスト膜31を除去した後拡散すると、図11(a)と図37(b)に示すようにオーミック領域33が形成される。
【0107】
オーミック領域33の横方向拡散により、オーミック領域33の端部は、ゲート電極膜21aの下に位置するゲート絶縁膜19の下方位置まで潜り込むが、上記第1の実施例では、P型の高濃度不純物層32の端部は、ベース領域29上のレジスト膜31の幅D1だけゲート絶縁膜19の端部から離れていたため、オーミック領域33の端部は、横方向拡散の距離から、幅D1だけ差し引いた距離だけ、ゲート絶縁膜19の下方に潜り込む。
【0108】
他方、膨出部分88では、ベース領域29上のレジスト膜31の幅D2は、上記幅D1よりも小さく、ゼロに近くなっているため、オーミック領域33の端部は、横方向拡散の距離だけゲート絶縁膜19の下方に潜り込む。
【0109】
この状態では、オーミック領域33とベース領域29とが接続され、1個の櫛形のパターンの主拡散領域が形成される。
【0110】
その状態で、図12(b)と図37(c)に示すように、オーミック領域33の表面に、パターニングしたレジスト膜35を形成する。このレジスト膜35の端部は、ゲート電極膜21aの端部から所定距離だけ離間しており、レジスト膜35の端部とゲート電極膜21aの間には、オーミック領域33又はベース領域29の表面が露出している。
【0111】
その状態で、N型の不純物を注入すると、図13(a)と図38(a)に示すように、レジスト膜35とゲート電極膜21aの間の位置に、N型の高濃度不純物層38が形成され、次いで、レジスト膜35を除去した後、拡散すると、図14(a)と図38(b)に示すように、オーミック領域33とベース領域29とで形成されるP型の領域内に、ソース領域39が形成される。
【0112】
このソース領域39は、ゲート電極膜21aの内周の縁に沿った櫛形のリング形状になっている。リング形状のソース領域39の内側の縁は、ゲート電極膜21aの下のゲート絶縁膜19の下方位置に潜り込んでいる。
【0113】
また、膨出部分88を除く枝部24や幹部221、222及び接続部23では、ソース領域39の内側の縁よりも内側の基板9内部の表面側には、ベース領域29が位置しており、ソース領域39の内側の縁とベース領域29の内側の縁との間は、チャネル領域40になっている。
【0114】
膨出部分88では、ソース領域39の内側の縁よりも内側の基板9の表面には、ベース領域29の内周の縁を超えてオーミック領域33が横方向拡散されている。従って、膨出部分88では、オーミック領域33及びベース領域29が形成するP型の領域の内側の縁と、ソース領域39の内側の縁との間の位置の、基板9内部の表面近傍には、オーミック領域33が存している。
【0115】
符号52は、膨出部分88のソース領域39の内周の縁とオーミック領域33の内周の縁との間のオーミック領域33の表面近傍部分で形成されるチャネル領域を示している。このチャネル領域52の表面がN型に反転すれば、膨出部分88においても、ソース領域39とチャネル領域40、52で囲われた部分のN型の領域26とが反転層によって接続される。
【0116】
膨出部分88のチャネル領域52では、オーミック領域33とチャネル領域29とが、少なくとも一部は重なっているが、オーミック領域33の表面濃度の方がベース領域29の表面濃度よりも高いため、ベース領域29の表面濃度は無視することができる。従って、膨出部分88のチャネル領域52の閾電圧は、オーミック領域33の横方向拡散した部分の表面濃度で決まり、膨出部分88のチャネル領域52の閾電圧は、ベース領域29の横方拡散した部分の表面濃度で決まる他の部分のチャネル領域40の閾電圧よりも高くなっている。
【0117】
図29は、オーミック領域33の形状を説明するための図面であり、同図の符号331は、オーミック領域33の内側の縁を示している。また、図30は、2種類のチャネル領域40、52間の平面形状と位置関係を説明するための図であり、図31は、ソース領域39の平面形状を説明するための図である。
【0118】
符号391、392は、それぞれソース領域39の表面の内周の縁と外周の縁を示しており、符号291はベース領域29の表面の内周の縁を示している。
【0119】
ベース領域29の表面近傍の部分で構成されるチャネル領域40は、ソース領域39の内周の縁391とベース領域29の内周の縁291とで確定され、オーミック領域33の表面近傍の部分で構成されるチャネル領域52は、膨出部分88のオーミック領域33の内周の縁331と、ソース領域39の内周の縁391とで確定される。
【0120】
2種類のチャネル領域40、52は、ソース領域39の内周の縁391に沿って連続しており、2種類のチャネル領域40、52により、リング形状の1個の櫛形の領域が形成されている。
【0121】
上記のように、ソース領域39を形成した後、表面に層間絶縁膜を形成した後、その層間絶縁膜をパターニングし、図15(a)と図38(c)に示すように、ソース領域39の内側の縁391の近傍部分と、その縁391で囲われたオーミック領域33の部分が露出させる。同図の符号41は、その状態の層間絶縁膜を示している。
【0122】
次いで、図17(a)、図19(a)、図20(a)と、図39(a)〜(c)とに示すように、パターニングしたソース電極膜45及び保護膜48と、基板9裏面のドレイン電極膜49を形成すると、本発明の電界効果トランジスタ5が得られる。
【0123】
この電界効果トランジスタ5では、チャネル領域40、52の内側全部に導電層26が配置されており、膨出部分88の位置のpn接合は、オーミック領域33と導電領域26とで形成されている。
【0124】
オーミック領域33の深さはベース領域29に比べて拡散深さが深くなっているので、膨出部分88の耐圧は、他の部分の耐圧と同程度まで高くなっている。膨出部分88の周囲に導電領域26を配置しなければ、更に耐圧は高くなるが、チャネル領域40、52の内側全部に導電領域26を配置した場合でも、膨出部分によって耐圧が著しく低下するようなことはない。従って、導電領域26を形成するためのN型の不純物を注入する際に、チャネル領域40、52の内側となる部分の表面にはレジスト膜を配置する必要がないため、図23、24の平面形状70、80を形成する場合に比べて写真工程が1回少なくて済む。
【0125】
上記膨出部分88は半円形であったが、枝部24や幹部221、222、又は接続部23の直線部分のオーミック領域33が徐々に膨らみ、オーミック領域33の表面近傍の部分で構成されるチャネル領域52が形成されるようにしてもよい。
【0126】
図32の符号82は、オーミック領域33が徐々に膨らんだ場合の平面形状を示しており、膨出部分89の先端では、オーミック領域33が、ベース領域29の内周の縁を超えて導電領域26の内側に向けて拡散されており、膨出部分89の根本部分に向かうに連れ、オーミック領域33の内周の縁は、ベース領域29の内側に向けて徐々に後退している。この平面形状82のオーミック領域33の形状を図33に示す。
【0127】
図41(a)〜(c)は、図32の膨出部分89の先端部分であるE1−E1線と、オーミック領域の膨らみが変化する部分であるE2−E2線と、根本位置の部分であるE3−E3線の断面図である。膨出部分89のオーミック領域33は、先端部分で導電領域26内に大きく横方向拡散しており、根本部分では、枝部24の直線部分や、幹部221、222及び接続部23におけるオーミック領域33の内周の縁とベース領域29の内周の縁との間の間隔と同じになっている。
【0128】
上記のように、オーミック領域33が徐々に膨らむ膨出部分89を形成する場合には、オーミック領域33の拡散源となるP型の高濃度領域32を形成する際に、P型不純物のマスクとなるレジスト膜31のゲート電極膜21a上からのはみ出し量を変化させればよい。
【0129】
図40(a)〜(c)は、図32のE1−E1線、E2−E2線、及びE3−E3線に対応する断面を形成する際のレジスト膜31の、はみ出し量D3〜D5を示す図である。ここでは、D3<D4<D5になっている。
【0130】
このように、レジスト膜31のはみ出し量を、膨出部分89の根本方向から先端方向に向けて徐々に少なくすることで、オーミック領域33が徐々に膨らんだ形状を作ることができる。
【0131】
この場合には、膨出部分89の根本部分ではベース領域29によってチャネル領域40が形成され、先端部分ではオーミック領域33によってチャネル領域52が形成される。根本部分と先端部分の間の位置では、オーミック領域33によるチャネル領域52がソース領域39と接し、そのチャネル領域52と導電領域26との間に、ベース領域29によるチャネル領域40が配置される。
【0132】
また、本発明の電界効果トランジスタでは、膨出部分の先端において、必ずしも上記のように、オーミック領域33がベース領域29を超えて横方向まで伸びている必要はない。
【0133】
図42の符号90に示した平面パターンのオーミック領域33は、図28に示した平面パターン81と同様の形状であり、チャネル領域40で囲われたN型の領域の内側に向けて膨出部分91が突き出されている。この膨出部分91のオーミック領域33は、膨出部分91以外の他の部分のオーミック領域33の幅よりも広がっており、半円形になっている。
【0134】
この図42の膨出部分91のオーミック領域33は、図28の平面パターン81が有する膨出部分88とは異なり、ベース領域29を超えてN型の領域内には広がっていない。
【0135】
膨出部分91のF1−F1線断面図を図44(a)に示す。また、膨出部分91以外の部分として、枝部24間に位置し、ベース領域29やオーミック領域33が直線的に伸びている部分のF2−F2線断面図を同図(b)に示す。
【0136】
図44(b)から分かるように、枝部24と幹部221、222と接続部23に含まれるベース領域29の直線部分の内周の縁部分と、オーミック領域33の直線部分の内周の縁部分との間の距離をS0とし、膨出部分91におけるベース領域29の内周の縁部分と、オーミック領域33の内周の縁部分との間の距離をS1とすると、この平面パターン90では、S1<S0にされている。
【0137】
特に、距離S1が負の値である場合(S1<0の場合)は、図39(a)〜(c)や図41(a)に示すように、オーミック領域33がベース領域29の内周の縁を超えてN型領域まで伸びている場合である。
【0138】
このような膨出部分91を形成するためには、オーミック領域33の拡散源となるP型の高濃度不純物層32を形成する際に、図43(a)に示すように、膨出部分におけるレジスト膜31のゲート電極膜21aからのはみ出し距離D7を、図43(b)に示すようなレジスト膜31の直線部分におけるはみ出し距離D8よりも小さくすればよい。
【0139】
本発明の典型的なベース領域29とソース領域39の形成方法としては、ゲート電極膜21aをマスクとして、P型不純物とN型不純物を注入し、P型の高濃度不純物層32とN型の高濃度不純物層38とを、それぞれベース領域29とソース領域39の拡散源としているから、ゲート電極膜21aの下方におけるベース領域29とソース領域39の潜り込み量は、ドレイン領域の全外周に亘って一定である。
【0140】
それに対し、本発明では、オーミック領域33の拡散源となるP型の高濃度不純物層32は、レジスト膜31をマスクとするイオン注入によって形成されているから、オーミック領域33内周の端部と、ゲート電極膜21aの縁部分との相対的な位置関係は、レジスト膜31のゲート電極膜21aからのはみ出し距離S1によって調整することができる。
【0141】
このように、本発明の電界効果トランジスタは、膨出部分のレジスト膜31のはみ出し距離S1を調節することでオーミック領域33の内周の縁部分とベース領域29の内周の縁部分との間の距離を調節することができる。
【0142】
本発明は、オーミック領域33の内周の縁部分のうち、球状接合を形成する膨出部分91の縁部分を、円筒接合を形成する幹部221、222や接続部23や枝部24の縁部分よりも内側に伸ばした平面パターンを持つ電界効果トランジスタを広く含むものである。
【0143】
なお、以上は、電界効果トランジスタを製造する場合について説明したが、図25(a)に示すように、低抵抗層11に代え、高抵抗層12を、N型で厚みが薄いダイオード構成層34上に形成し、そのダイオード構成層34の裏面に、ダイオード構成層34とショットキー接続する金属膜を形成し、アノード電極膜50とすると、ショットキー接合を用いたIGBT型の電界効果トランジスタ2が得られる。
【0144】
この場合、アノード電極膜50とダイオード構成層34との間に形成されるショットキーダイオードは、ドレイン電極膜50がアノードとなり、ダイオード構成層34がカソードとなる。高抵抗層34に、エピタキシャル成長させたシリコン単結晶層ではなく、引き上げ法によって形成した単結晶のシリコンウェハーそのものを用いる場合には、ダイオード構成層34を設けず、高抵抗層34の裏面にアノード電極膜50を形成し、ショットキーダイオードを構成させてもよい。
【0145】
また、図25(b)に示すように、N型のシリコン単結晶層11に替え、P型のシリコン単結晶基板を用いてコレクタ層20とし、コレクタ層20に、コレクタ層20とオーミック接続するコレクタ電極56を形成すると、PN接合を用いたIGBT型の電界効果トランジスタ3が得られる。この電界効果トランジスタ3も本発明に含まれる。
いずれの電界効果トランジスタ1、2、3についても、ソース領域39やチャネル領域40は1個である。
【0146】
また、上記の高抵抗層12は、低抵抗層11上にエピタキシャル成長させたものを用いたが、高抵抗のシリコンウェハー自体で高抵抗層12を構成させ、その高抵抗層12の裏面側から高抵抗層12と同じ導電型の不純物を拡散させ、高抵抗層12よりも低抵抗の低抵抗層11を構成させてもよい。
【0147】
以上は、n型を第1の導電型、p型を第2の導電型とした実施例について説明したが、その逆に、p型を第1の導電型、n型を第2の導電型にしてもよい。この場合は、例えば高抵抗層とソース領域はp型になり、ベース領域はn型になる。
【0148】
【発明の効果】
導通抵抗が低く、耐圧が高い電界効果トランジスタが得られる。
オーミック領域の深さはベース領域に比べて拡散深さが深くなっているので、膨出部分の耐圧は、他の部分の耐圧と同程度まで高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c):本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(1)
【図2】(a)〜(c):本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(2)
【図3】(a)〜(c):本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(3)
【図4】(a)〜(c):本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(4)
【図5】(a)、(b):本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(5)
【図6】(a)、(b):本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(6)
【図7】(a)、(b):本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(7)
【図8】(a)、(b):本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(8)
【図9】(a)〜(c):本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(9)
【図10】(a)〜(c):本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(10)
【図11】(a)、(b):本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(11)
【図12】(a)〜(c):本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(12)
【図13】(a)、(b):本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(13)
【図14】(a)、(b):本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(14)
【図15】(a)、(b):本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(15)
【図16】本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(16)
【図17】(a)、(b):図16の断面図であり、本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(17)
【図18】本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(18)
【図19】(a)、(b):図18の断面図であり、本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(19)
【図20】(a)、(b):本発明の一例の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(20)
【図21】(a):導電層とチャネル領域とソース領域の位置関係を説明するための図 (b):その部分拡大図であり、浮遊電位領域の位置を説明するための図
【図22】ドレイン領域内に導電層を部分的に形成した状態を説明するための図
【図23】本発明の電界効果トランジスタのチャネル領域とその内側の拡散層の平面形状の例
【図24】本発明の電界効果トランジスタのチャネル領域とその内側の拡散層の平面形状の例
【図25】(a):本発明の他の例であり、ショットキー接合を用いたIGBT型の電界効果トランジスタを説明するための図 (b):本発明の他の例であり、PN接合を用いたIGBT型の電界効果トランジスタを説明するための図
【図26】従来技術の電界効果トランジスタを説明するための図
【図27】その電界効果トランジスタのセルの配置を説明するための図
【図28】本発明の電界効果トランジスタのうち、オーミック領域が一部膨らんだ場合のパターンを説明するための図
【図29】そのオーミック領域のパターンを説明するための図
【図30】そのチャネル領域のパターンを説明するための図
【図31】そのソース領域のパターンを説明するための図
【図32】本発明の電界効果トランジスタのうち、オーミック領域の一部が徐々に膨らんだパターンを説明するための図
【図33】そのオーミック領域のパターンを説明するための図
【図34】(a)〜(c):オーミック領域が一部膨らんだパターンの電界効果トランジスタの製造工程を説明するための図(1)
【図35】(a)〜(c):その工程の続きを説明するための図(2)
【図36】(a)〜(c):その工程の続きを説明するための図(3)
【図37】(a)〜(c):その工程の続きを説明するための図(4)
【図38】(a)〜(c):その工程の続きを説明するための図(5)
【図39】(a)〜(c):その工程の続きを説明するための図(6)
【図40】膨出部分のオーミック領域が徐々に膨らんだパターンの作成方法を説明するための図であって、(a):先端部分、(b):中間部分、(c):根本部分
【図41】膨出部分のオーミック領域が徐々に膨らんだパターンの(a):先端部分の断面図、(b):中間部分の断面図、(c):根本部分の断面図
【図42】本発明の他の平面パターンを説明するための図
【図43】(a)、(b):その断面図
【図44】(a)、(b):その膨出部分の形成方法を説明するための図
【符号の説明】
1、2、3……電界効果トランジスタ
11……第1導電型の低抵抗層
12……第1導電型の高抵抗層
19……ゲート絶縁膜
20……コレクタ層
21a……ゲート電極膜
26……第1導電型の導電層
29……第2導電型のベース領域
34……ダイオード構成層
39……第1導電型のソース領域
40……チャネル領域
45……ソース電極膜
49……ドレイン電極膜
50……アノード電極膜
56……コレクタ電極膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a field effect transistor, and more particularly, to a high withstand voltage low resistance field effect transistor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a field effect transistor that allows current to flow in the thickness direction of a substrate has been used as a power control element.
[0003]
Referring to FIG. 26, reference numeral 105 is an example of a conventional field effect transistor, and includes a silicon single crystal substrate 111. A drain region 112 formed by epitaxial growth is disposed on the surface of the single crystal substrate 111.
[0004]
The silicon single crystal substrate 111 is doped with N-type impurities at a high concentration, and a drain electrode film 148 is formed on the back surface thereof. The drain region 112 is doped with an N-type impurity at a low concentration, and a P-type base region 154 is formed in the vicinity of the surface thereof.
[0005]
In the base region 154, an N-type impurity is further diffused from the surface to form a source region 161.
[0006]
Reference numeral 110 denotes a channel region located between the edge portion of the source region 161 and the edge portion of the base region 154. A gate insulating film 126 and a gate electrode film 127 are arranged in this order on the channel region 110.
[0007]
An interlayer insulating film 141 is formed on the surface and side surfaces of the gate electrode film 127, and a source electrode film 144 is disposed on the surface.
[0008]
The base region 154 as described above is arranged in an island shape in the vicinity of the surface of the drain region 112, and includes one base region 154, and a source region 161 and a channel region 110 disposed in the base region 154. One cell 101 is formed.
[0009]
FIG. 27 is a plan view showing the surface of the drain region 112, in which a plurality of rectangular cells 101 are arranged in a matrix.
[0010]
When this field effect transistor 105 is used, when the source electrode film 144 is placed at the ground potential, a positive voltage is applied to the drain electrode film 148, and a gate voltage (positive voltage) higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode film 127, An N-type inversion layer is formed on the surface of the P-type channel region 110, the source region 161 and the conductive region 112 are connected by the inversion layer, and the field-effect transistor 105 becomes conductive.
[0011]
When a voltage lower than the threshold voltage (for example, ground potential) is applied to the gate electrode film 127 from this state, the inversion layer disappears and the field effect transistor 105 is cut off.
[0012]
However, when a large number of the cells 101 are arranged as described above, if the breakdown voltage is increased, the distance between the cells 101 is reduced and the gate electrode width is reduced, so that the conduction resistance is increased.
[0013]
Further, the withstand voltage is determined at the corners of the cells 101, and there is a problem that the withstand voltage is not improved as expected even if the distance between the cells 101 is reduced.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention was created in order to solve the above-described disadvantages of the prior art, and an object thereof is to provide a field effect transistor having a high breakdown voltage and a low resistance.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is characterized in that the second conductivity type main diffusion region formed in the first resistance type high resistance layer and disposed on the surface side of the high resistance layer, A source region of a first conductivity type formed in the main diffusion region and disposed on a surface thereof; a part of the main diffusion region; an edge of the main diffusion region and an edge of the source region An annular channel region formed in an annular shape, a drain region surrounded by the annular channel region, a gate insulating film disposed at least on the surface of the annular channel region, and a surface of the gate insulating film The source region is disposed on the outer periphery of the annular channel region, and when the surface of the annular channel region is inverted to the first conductivity type by a voltage applied to the gate electrode film, the source region Area and said drain A field effect transistor region and is electrically connectedThe drain region has at least one elongated trunk and a plurality of elongated branches having one ends connected to the trunk, and the annular channel region includes the trunk and the branches. A trunk that surrounds the trunk and is located between the branches is bulged in a circular shape toward the inside of the trunk itself, and the main diffusion region includes a base region of a second conductivity type, A second conductivity type ohmic region having a diffusion depth deeper than that of the base region, and the portion of the trunk that is bulged in a circular shape has an inner circumference of the ohmic region rather than an inner circumference of the base region. Enters the drain region, and the ohmic region and the drain region form a pn junction.It is a field effect transistor.
  Claim2The described invention is claimed.1The field effect transistor according to claim 1, wherein the annular channel region at the tip of the branch isBend almost at right angles to form three sides of the rectangleThis is a configured field effect transistor.
  Claim3The invention described in claim 1 has a conductive layer of a first conductivity type having a resistance lower than that of the high resistance layer on the surface side inside the drain region.OrClaim2The field effect transistor according to any one of the above.
  Claim4The invention according to any one of claims 1 to 3, wherein a floating potential region of a second conductivity type that is not in contact with the channel region is disposed on a surface side inside the drain region.3The field effect transistor according to any one of the above.
  Claim5In the described invention, a low resistance layer having a first conductivity type and lower resistance than the high resistance layer is disposed on a back surface side of the high resistance layer, and the surface of the low resistance layer includes the low resistance layer and the low resistance layer. The drain electrode film for forming an ohmic junction is disposed.4The field effect transistor according to any one of the above.
  Claim6In the described invention, an anode electrode film that forms a Schottky junction with the high-resistance layer is disposed on the back surface of the high-resistance layer, and a diode having the anode electrode film as an anode and the high-resistance layer as a cathode is provided. Claims 1 to Claims formed4The field effect transistor according to any one of the above.
  Claim7In the described invention, a collector layer of a second conductivity type is disposed on the back side of the high resistance layer, and a collector electrode film that forms an ohmic junction with the collector layer is disposed on the surface of the collector layer. Claims 1 to4The field effect transistor according to any one of the above.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The field effect transistor of the present invention will be described with reference to the drawings.
Referring to FIGS. 20A and 20B, reference numeral 1 denotes a field effect transistor according to a first example of the present invention. FIG. 20A and FIG. 20B are cross-sectional views of the field effect transistor 1 in directions perpendicular to each other.
[0017]
The field effect transistor 1 has a substrate 9 which is a silicon wafer. The substrate 9 includes a low resistance layer 11 made of a silicon single crystal to which impurities are added at a relatively high concentration, and a high resistance layer 12 that is grown on the low resistance layer 11 by an epitaxial method and has a relatively high resistance. It is configured.
[0018]
A relatively high concentration N-type conductive layer 26 is disposed on the surface side of the substrate 9 in the high resistance layer 12 as shown in FIG. The planar shape of the conductive layer 26 is comb-like, and a P-type channel region 40 is located in the vicinity of the outer peripheral surface.
[0019]
An N-type source region 39 is located on the surface side inside the substrate 9 on the outer periphery of the channel region 40. The source region 39 is formed in a P-type region communicating with the channel region 40. When the vicinity of the surface of the channel region 40 is inverted to N-type, the source region 39 and the conductive layer 26 are electrically connected. It has become so. The source region 39 is in contact with the channel region 40 and surrounds the channel region 40.
[0020]
The manufacturing process of this field effect transistor will be described. Referring to FIGS. 1A to 1C, first, a substrate 9 in which an N-type low resistance layer 11 and an N-type high resistance layer 12 are laminated is prepared. After partially injecting P-type impurities and diffusing to form P-type first and second guard ring regions 13 and 14 and a floating potential region 15, a silicon oxide film is formed on the surface, The field insulating film 16 is formed by patterning. FIGS. 1A to 1C show the substrate 9 in that state. FIG. 1A is a plan view of the surface of the high resistance layer 12 of the substrate 9, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 9, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line BB.
[0021]
The first and second guard ring regions 13 and 14 and the floating potential region 15 are diffused to the same depth, and their bottom surfaces are not in contact with the low resistance layer 11. The second guard ring region 14 is connected to a source electrode film, which will be described later, and has the same potential as that of the source region. The first guard ring region 13 and the floating potential region 15 are formed of a source electrode film or a gate electrode film. Is not connected to, but is placed at a floating potential.
[0022]
The first and second guard ring regions 13 and 14 each have a ring shape, the first guard ring region 13 is disposed on the outer periphery of the substrate, and the second guard ring region 14 is the first guard ring. It is arranged inside the region 13.
[0023]
Reference numeral 17 denotes an edge portion of a region in which one field effect transistor is formed in the substrate 9. A plurality of field effect transistors are formed in the substrate 9 and are separated from each other at positions outside the edge portion 17 in the dicing process.
[0024]
The first and second guard ring regions 13 and 14 are disposed in the vicinity of the edge portion 17, and the inner side of the second guard ring region 14 is an active region in which a base region, a source region, and the like, which will be described later, are disposed. It has become.
[0025]
The floating potential region 15 has an elongated rectangular shape, and the floating potential region 15 is disposed in the active region inside the second guard ring region 14. Here, two floating potential regions 15 are provided, and are arranged in parallel at positions separated from each other.
[0026]
The field insulating film 16 is divided into a portion that covers the surface of the floating potential region 15 and a portion that covers the surface of the first guard ring region 13 and the partial surface of the second guard ring region 14.
[0027]
The field insulating film 16 has a pad portion 27 formed in a large area, and a gate pad described later is formed on the pad portion 27.
[0028]
Next, when the field insulating film 16 is used as a mask and the surface of the substrate 9 is irradiated with an N-type impurity, the impurity is implanted into the surface of the high resistance layer 12. FIG. 2A is a plan view of the surface of the high-resistance layer 12 in this state, and reference numeral 18 indicates a high-concentration impurity layer formed by implantation of N-type impurities. Since the field insulating film 16 is disposed on the surfaces of the first guard ring diffusion region 13 and the floating potential region 15, the high concentration impurity layer 18 is not formed there.
[0029]
FIGS. 2B and 2C are a cross-sectional view taken along line AA and a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2A, respectively.
[0030]
Since the concentration of the N-type impurity is lower than the surface concentration of the second guard ring region 14, the surface of the second guard ring region 14 is not N-type. Therefore, the high concentration impurity layer 18 is located in the active region inside the second guard ring region 14.
[0031]
Next, when the surface of the substrate 9 is oxidized by a thermal oxidation method, as shown in FIGS. 3A to 3C, the inner peripheral surface portion of the second guard ring region 14 and the surface of the high concentration impurity layer 18 are formed. A gate insulating film 19 made of an oxide film is formed.
[0032]
3B and 3C are a cross-sectional view taken along line AA and a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 3A, respectively.
[0033]
A polysilicon thin film is formed on the entire surface of the substrate 9 in this state by CVD, followed by patterning to form a gate electrode film. Reference numerals 21a and 21b in FIGS. 4A to 4C denote the gate electrode films, which are separated into two.
[0034]
Of the two gate electrode films 21 a and 21 b, one gate electrode film 21 a is located in the active region inside the second guard ring region 14 and is disposed on the gate insulating film 19. This portion of the gate electrode film 21a has two elongated portions 22 each formed in an elongated shape.1, 222And one connecting portion 23 and a plurality of branch portions 24.
[0035]
Two executives 221, 222Are arranged in parallel to each other, and a connecting portion 23 is connected to one end thereof. Each executive 221, 222The ends of the plurality of branch portions 24 are connected to the. The connecting portion 23 and each branch portion 24 are the trunk portion 22.1, 222Is perpendicular to.
[0036]
Executive 221, 222Is disposed on the field insulating film 16 located in the active region inside the second guard ring region 14. Therefore, executive 221, 222The floating potential regions 15 are located below the respective regions.
[0037]
The other gate electrode film 21 b is disposed on the field insulating film 16 near the outer periphery, and is formed in a ring shape so as to surround the active region inside the field insulating film 16. The gate electrode film 21 b is formed on a large area on the pad portion 27 of the field insulating film 16.
[0038]
Next, when the gate insulating film 19 is etched using the gate electrode film 21a disposed on the gate insulating film 19 as a mask, the gate insulating film 19 becomes a gate as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). It is patterned in the same planar shape as the electrode film 21a. The plan view is omitted in FIG. 5 and FIGS.
[0039]
Next, when the high-concentration impurity layer 18 is diffused by heat treatment, a conductive layer 26 as shown in FIGS. 6A and 6B is formed. The conductive layer 26 has the same conductivity type as the high resistance layer 12, but has a lower resistance than the high resistance layer 12 because the impurity concentration is higher than that of the high resistance layer 12.
[0040]
Since the high-concentration impurity layer 18 is also disposed below the gate insulating film 19, the conductive layer 26 excludes the portion where the floating potential region 15 in the active region inside the second guard ring region 14 is located. Formed in the region.
[0041]
After the formation of the conductive layer 26, the surface of the substrate 9 is irradiated with P-type impurities. Since impurities do not pass through the gate electrode films 21a and 21b and the field insulating film 16, the gate electrode film 21a serves as a mask inside the field insulating film 16, and the surface of the inner peripheral portion of the second guard ring region 14 and the conductive layer The impurity is implanted into the portion where 26 is exposed.
[0042]
As a result, as shown in FIGS. 7A and 7B, a P-type high concentration impurity layer 28 is formed around the gate insulating film 19. That is, the gate insulating film 19, the gate electrode film 21 a on the surface thereof, and the conductive layer 26 immediately below the gate insulating film 19 are surrounded by the high concentration impurity layer 28.
[0043]
Next, when the high-concentration impurity layer 28 is diffused by heat treatment, as shown in FIGS. 8A and 8B, a P-type base region 29 is formed. The outer peripheral portion of the base region 29 is connected to the second guard ring layer 14.
[0044]
Since the high-concentration impurity layer 28 also diffuses in the lateral direction, the inner peripheral end portion of the base region 29 sinks below the outer peripheral end portion of the gate insulating film 19.
[0045]
Next, as shown in FIGS. 9A to 9C, a patterned resist film 31 is formed on the surface of the substrate, and on the surfaces of the gate electrode films 21a and 21b and in the vicinity of the gate electrode film 21a in the active region. The surface of the base region 29 is covered.
[0046]
In this state, the surface of the base region 29 is partially exposed on the substrate, and when the surface of the substrate 9 in that state is irradiated with P-type impurities, as shown in FIGS. Then, impurities are implanted into the exposed portion of the base region 29, and a P-type high concentration impurity layer 32 is formed.
[0047]
Next, after removing the resist film 31 and performing a heat treatment to diffuse the P-type high concentration impurity layer 32, a P-type ohmic region 33 is formed as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b). The The ohmic region 33 is of the second conductivity type, like the base region 29, is connected to the base region 29, and the base region 29 and the ohmic region 33 constitute a main diffusion region.
[0048]
The ohmic region 33 is separated from the gate electrode film 21 a and the gate oxide film 19 by substantially the width of the resist film 31.
[0049]
The bottom of the ohmic region 33 is located in the conductive layer 26, but is diffused to a position deeper than the bottom of the base region 29.
[0050]
The surface concentration of the ohmic region 33 is higher than the surface concentration of the base region 29, and a source electrode film, which will be described later, is ohmically connected to the ohmic region 33. As a result, the base region 29 has a low resistance and a source electrode. It is designed to be connected to the membrane.
[0051]
Next, as shown in FIGS. 12A to 12C, a patterned resist film 35 is formed on the surface of the substrate 9, and a gate electrode film disposed on the gate insulating film 19 in the window portion 36. The surface of 21a and the region separated from the gate electrode film 21a by a predetermined distance are exposed. That is, the shape of the window 36 is a similar shape that is slightly larger than that of the gate electrode film 21a.
[0052]
The symbol w is the distance between the end portion of the gate electrode film 21 a exposed in the window portion 36 and the edge portion of the window portion 36.
[0053]
In the range of this distance w, the surface of the base region 29 and a partial surface of the ohmic region 33 are exposed.
[0054]
In this state, when the substrate is irradiated with N-type impurities, the resist film 35 and the gate electrode film 21a serve as a mask, and N-type impurities are implanted into portions not covered with them. Reference numeral 38 in FIGS. 13A and 13B denotes an N-type high concentration impurity layer formed by the impurity implantation.
[0055]
The N-type high concentration impurity layer 38 is disposed in the vicinity of the surfaces inside the base region 29 and the ohmic region 33.
[0056]
Next, after removing the resist film 35 and performing heat treatment to diffuse the high-concentration impurity layer 38, an N-type source region 39 is formed as shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b). The gate electrode film 21 a on the gate insulating film 19 is formed of the trunk portion 22.1, 222And the connecting portion 23 and the branch portion 24 are connected to each other, and the N-type high concentration impurity layer 38 is formed around the gate electrode film 21a. The source electrode 39 surrounds the gate electrode film 21a disposed on the surface. Therefore, the entire source region 39 is continuously formed in a ring shape. In this state, the central portion of the ohmic region 33 is exposed.
[0057]
Further, due to the lateral diffusion, the end of the source region 39 on the gate insulating film 19 side, that is, the end on the inner peripheral side of the ring-shaped source region, is buried under the gate insulating film 19. It stops at a position inside 29.
[0058]
Therefore, the entire N-type source region 39 is located inside the P-type region formed by the base region 29 and the ohmic region 33.
[0059]
An outer peripheral portion of the base region 29 exists between an end portion on the inner peripheral side of the source region 39 and an edge portion of the base region 29, and the gate insulating film 19 and the gate electrode are formed on the surface of this portion. A membrane 21a is disposed.
[0060]
Reference numeral 40 denotes a base region 29 between an inner peripheral end of the source region 39 and an edge portion of the base region 29. When a positive voltage is applied to the gate electrode film 21a, the surface is inverted to N-type. Since the source region 39 and the conductive layer 26 are electrically connected, it is called a channel region.
[0061]
The channel region 40 is disposed along the edge portion of the gate electrode film 21a in the active region. Therefore, the channel region 40 has a ring shape having irregularities according to the shape of the gate electrode film 21a.
[0062]
The portion of the conductive layer 26 surrounded by the channel region 40 is the trunk portion 22 of the gate electrode film 21a.1, 222, The lower position of the connecting portion 23, and the lower positions of the plurality of branch portions 24 are respectively the trunk portion 22.1, 222The connection portion 23 and the branch portion 24 have the same shape as the trunk portion, the connection portion, and the branch portion. However, the size of the gate electrode is equivalent to the amount of lateral diffusion of the channel region 40 below the gate insulating film 19. It is smaller than the film 21a.
[0063]
Next, after a silicon oxide film is formed on the substrate surface by the CVD method, patterning is performed by etching to form an interlayer insulating film. Reference numeral 41 in FIGS. 15A and 15B denotes the interlayer insulating film, and three types of openings 42a, 42b, and 42c are formed.
[0064]
The three types of openings 42a, 42b, and 42c are separated from each other, and the first opening 42a is disposed in the active region inside the field insulating film 16, and the bottom surface of the ohmic region 33 is formed on the bottom surface thereof. The surface and the surface of the source region 39 are exposed.
[0065]
The second opening 42b is disposed on the gate electrode film 21b on the field insulating film 16, and the surface of the gate electrode film 21b disposed on the field insulating film 16 is exposed at the bottom surface.
[0066]
Further, the third opening 42c is formed by the trunk portion 22.1, 222The surface of the gate electrode film 21a located in the active region is exposed on the bottom surface of the gate electrode film 21a.
[0067]
Next, an aluminum thin film is formed on the entire surface of the substrate 9 and patterned to form a source electrode film 45 and a gate connection film 46 as shown in FIG. The source electrode film 45 and the gate connection film 46 are separated from each other during patterning, and are electrically insulated. The surface of the interlayer insulating film 41 is exposed between the source electrode film 45 and the gate connection film 46.
[0068]
17A and 17B are cross-sectional views taken along lines AA and BB in FIG. As shown in FIGS. 17A and 17B, the source electrode film 45 is connected to the ohmic region 33 and the source region 39. Therefore, the P-type main diffusion region including the base region 29 including the channel region 40 and the ohmic region 33 and the N-type source region 39 are electrically short-circuited.
[0069]
The source electrode film 45 is disposed so as to avoid the third opening 42c, and is constricted at a portion where the opening 42c is located. The source electrode film 45 is not in contact with the gate electrode film 21a.
[0070]
A gate connection film 46 projects from the constricted portion and fills the third opening 42c. Therefore, the gate connection film 46 is formed by the trunk portion 22.1, 222Is connected to the gate electrode film 21a. Reference numeral 51 denotes the executive 22.1, 222A portion of the gate connection film 46 protruding upward is shown.
[0071]
The gate connection film 46 is also filled in the second opening 42b and is also connected to the gate electrode film 21b located on the bottom surface thereof. Therefore, the gate electrode films 21 a and 21 b are connected to each other by the gate connection film 46.
[0072]
The gate connection film 46 is formed in a large area on the pad portion 27 formed in a large area of the field insulating film 16, and this portion is used as a gate pad.
[0073]
Next, a silicon oxide thin film is formed on the surface of the substrate 9 (surfaces of the source electrode film 45, the gate connection film 46, and the interlayer insulating film 41) by CVD, and patterned to obtain FIGS. As shown in (b), a protective film 48 is formed. The protective film 48 has two openings. The source electrode film 45 is exposed on the bottom surface of one opening 53 to serve as a source pad, and the surface of the gate connection film 46 is exposed on the bottom surface of the other opening 54. When the gate pad is used, in a later step, one end of a thin metal wire is connected to the source pad and the gate pad respectively, and the other end is connected to the lead so that the source electrode film 45 and the gate electrode film 21a can be connected to an external circuit. become.
[0074]
After the formation of the protective film 48, a metal film that forms an ohmic junction with the low resistance layer 11 is formed on the surface of the low resistance layer 11 exposed on the back side of the substrate 9, and FIGS. 20 (a) and 20 (b). As shown, when the drain electrode film 49 is used, the field effect transistor 1 of the present invention is obtained.
[0075]
A plurality of field effect transistors 1 are formed in one silicon wafer, and each field effect transistor 1 is separated in a dicing process, which is a subsequent process.
[0076]
FIG. 21A shows the relative positional relationship between the source region 39, the channel region 40, and the conductive layer 26 of the field effect transistor 1 of the present invention. A portion surrounded by the channel region 40 is a drain region, and the trunk portion 22 in the drain region.1, 222As shown in FIG. 21 (b), the floating potential region 15 is disposed at a lower position of.
[0077]
In the field effect transistor 1, when a positive voltage higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode film 21a in a state where the source electrode film 45 is connected to the ground potential and a positive voltage is applied to the drain electrode film 49, the P-type An N-type inversion layer is formed on the surface of the channel region 40, the drain region and the source region 39 are connected by the inversion layer, and the field effect transistor 1 becomes conductive.
[0078]
When the gate electrode film 21a is connected to the ground potential from the conductive state, the inversion layer disappears and the field effect transistor 1 is cut off.
[0079]
In a state where the source electrode film 45 is connected to the ground potential and a positive voltage is applied to the drain electrode film 49, the channel region 40, the base region 29, the ohmic region 33, and the second guard ring region 14 are included. The PN junction between the P-type main diffusion region and the N-type conductive layer 26 and the high resistance layer 12 is reverse-biased, and the depletion layer extends toward the conductive layer 26 side. That is, the depletion layer extends toward the inside of the drain region surrounded by the channel region 40.
[0080]
As described above, the trunk portion 22 of the gate electrode film 21a.1, 222A floating potential region 15 is disposed at the lower position as shown in FIG. Both ends of the floating potential region 15 are not in contact with the channel region 40 and are placed at a floating potential.
[0081]
The first guard ring region 13 is also placed at a floating potential, and the floating potential diffusion layer 15 extends the surface of the depletion layer in which the first guard ring region 13 is formed in the high resistance layer 12. Similarly, the depletion layer formed in the conductive layer 26 is extended to improve the breakdown voltage.
[0082]
In the above embodiment, the N-type impurity for forming the conductive layer 26 is formed on the entire surface of the substrate 9 except for the portion where the field insulating film 16 is disposed, as shown in FIGS. The high concentration impurity layer 18 was formed, and the conductive layer 26 was formed by diffusion of the high concentration impurity layer 18.
[0083]
Therefore, in the field effect transistor 1 of the above embodiment, the conductive layer 26 is entirely disposed on the inner surface side of the drain region inside the channel region 40. However, the field effect transistor of the present invention has the same Without being limited thereto, the conductive layer 26 can be partially disposed on the surface side inside the drain region.
[0084]
For example, when an N-type high-concentration impurity is implanted, a patterned resist mask is placed and selectively implanted on the surface of the high-resistance layer 12, so that the N-type high-concentration impurity layer 18 is transferred to the channel region 40. Can be partially formed in the drain region surrounded by the ring.
[0085]
FIG. 22 is a diagram showing the positional relationship between the channel region 40 and the conductive layer 26 in that case. In the vicinity of the corner portion 55 of the channel region 40 protruding inside the drain region, the conductive layer 26 is not disposed, and the surface of the high resistance layer 12 is exposed. Accordingly, since a PN junction is formed between the channel region 40 and the high resistance layer 12 at the corner portion 55, when the PN junction is reverse-biased, the corner portion 55 faces into the high resistance layer 12. The depletion layer is easy to grow. Therefore, the breakdown voltage is increased in the field effect transistor having this structure.
[0086]
Next, a field effect transistor having a higher breakdown voltage will be described.
The field effect transistor has the same structure as the field effect transistor 1 as shown in FIG. 23, and the difference is the planar shape of the gate insulating film in the active region and the gate electrode film.
[0087]
Each diffusion layer and thin film is formed in the same process as the above process. Therefore, when the same reference numeral is given, the reference numeral 70 is surrounded by the source region 39 and the channel region 40 that form a double ring, and the channel region 40. The planar shape formed by the high resistance layer 12, the conductive layer 26, and the floating potential region 15 is shown.
[0088]
The planar shape of the portion surrounded by the channel region 40 in the N-type region formed by the high-resistance layer 12 and the conductive layer 26 is the same as that of the above-described embodiment.1, 222And a single connection portion 23 and a plurality of branch portions 24. Executive 221, 222Among these, between the branch portions 24, the channel region 40 bulges toward the inside of the N-type region surrounded by the channel region 40, and a bulge portion 71 is formed.
[0089]
Therefore, the pn junction formed by the channel region 40 and the N-type region is bent more gently than the spherical junction in this portion 71, and a breakdown voltage larger than the avalanche breakdown voltage of the spherical junction can be obtained. Yes.
[0090]
On the other hand, at the distal end portion 72 of the branch portion 24, the three sides 75a, 76, 75b of the surface of the conductive layer 26 constituting the branch portion 24 intersect at right angles. That is, at the tip portion 72, the channel region 40 is bent at a right angle, and therefore the surface portion of the pn junction formed by the channel region 40 and the conductive layer 26 is also bent at a right angle.
[0091]
In the tip portion 72, the depletion layer extends inside the conductive layer 26. Therefore, the avalanche breakdown voltage is larger than that of the cylindrical junction even at the two apexes 77a and 77b formed by the intersections of the three sides 75a, 76, and 75b. It has become.
[0092]
The conductive layer 26 is disposed from the distal end portion 72 of each branch portion 24 to the vicinity of the bulging portion 71, and is not disposed near the bulging portion 71. Accordingly, since the channel region 40 and the high resistance layer 12 form a pn junction in the bulging portion 71, the depletion layer tends to spread toward the high resistance layer 12 and the avalanche breakdown voltage is high.
[0093]
Further, in the planar shape 70, the tip portion 72 of the branch portion 24 protruding toward the inside of the region surrounded by the source region 39 is not semi-circular but rectangular, so that the length of the channel region 40 is increased. However, it is longer than the semicircular shape and the conduction resistance is low.
[0094]
Reference numeral 80 in FIG. 24 denotes the surface of the substrate 9 in a state where thin films such as a source electrode film, a gate electrode film, and a silicon oxide film are omitted, and shows a planar shape when the tip of the branch portion 24 is made semicircular. ing. Reference numeral 73 denotes a circular portion. If the radius of the circular portion 73 is R, the channel width of the circular portion 73 is π × R, whereas the channel length is 4 × R at the tip portion 72 of the planar shape 70 in FIG. The tip of the branch part 24 is better if it is rectangular.
[0095]
In the above embodiment, the distance between the inner peripheral edge of the base region 33 and the inner peripheral edge of the ohmic region 33 is constant, but the present invention is not limited thereto. For example, a field effect transistor having a structure in which a part of the inner peripheral edge of the ohmic region 33 projects beyond the inner periphery of the base region 32 and protrudes into an N-type region surrounded by the channel region 40 is also included.
[0096]
Reference numeral 81 in FIG. 28 denotes a planar shape of the example, and thin films such as a source electrode film, a gate electrode film, and a silicon oxide film, and the first and second guard ring regions 13 and 14 are omitted. In the planar shape 81, the structure in the depth direction of the substrate 9 is the same as in each of the above embodiments except that the ohmic region 33 has a different planar shape. The same reference numerals are attached.
[0097]
Reference numeral 88 in FIG. 28 denotes a bulging portion protruding toward the inside of the N-type region surrounded by the channel region 40. The bulging portion is formed into a semicircular shape, and the semicircular bulging portion. The ohmic region 33 which is a part of 88 is wider than the width of the ohmic region 33 of the other part.
[0098]
That is, in this planar shape, the ohmic region 33 of the bulging portion 88 is more inside the N-type region surrounded by the channel region 40 than the ohmic region 33 located between the straight portions of the branch portions 24. The edge of the ohmic region 33 of the bulging portion 88 extends toward the inside of the N-type region at least beyond the inner peripheral edge of the source region 39.
[0099]
The shape other than the bulging portion 88 is the same as that of the field effect transistor 1 of the first embodiment. Accordingly, the drawings for explaining the manufacturing process of the CC line disconnection surface of the side portion of the branch portion 24 constituting the planar shape 81 are the manufacture of the portion of the AA line sectional view of FIGS. It is the same as the drawing for explaining the process.
[0100]
The procedure for forming the planar shape 81 will be described. First, the state in which the P-type first and second guard ring regions 13 and 14 are formed on the surface side of the high resistance layer 12 of the substrate 9 is C−. A section taken along the line C is shown in FIG. 1 (b), and a section taken along the line DD is shown in FIG. 34 (a). In this state, a floating potential region 15 is formed in a portion corresponding to the portion of FIG.
[0101]
34 to 39 are process diagrams for explaining a part of the sectional view taken along the line DD.
From this state, as shown in FIGS. 2B and 34B, an N-type high concentration impurity layer 18 is formed in the vicinity of the surface inside the high resistance layer 12, and FIGS. 3B and 34B are formed. As shown in c), a gate insulating film 19 is formed by a thermal oxidation method.
[0102]
Next, as shown in FIGS. 4B and 35A, gate electrode films 21a and 21b made of a patterned polysilicon thin film are formed on the surface of the gate insulating film 19, and then the gate electrode film 21a is formed. 21b as masks, as shown in FIGS. 5A and 35B, after the gate insulating film 19 is etched, the high-concentration impurity layer 18 is diffused, and FIGS. 6A and 35B are diffused. As shown in (c), an N-type conductive layer 26 is formed. The depth of the conductive layer 26 is formed shallower than the depths of the first and second guard ring regions 13 and 14 as in the above embodiments.
[0103]
Next, using the gate electrode films 21a and 21b as a mask, a P-type impurity is implanted into the surface of the conductive layer 26, and as shown in FIGS. 7A and 36A, the surface side inside the conductive layer 26 is formed. After the P-type high concentration impurity layer 28 is formed, the high-concentration impurity layer 28 is diffused to form a P-type base region 29 as shown in FIGS. 8A and 36B. .
[0104]
Next, as shown in FIGS. 9B and 36C, a patterned resist film 31 is formed on the gate electrode films 21a and 21b. At this time, the resist film 31 is disposed only on the gate electrode film 21a in the portion that becomes the bulging portion 88, and does not protrude from the base region 29 exposed to the side position of the gate electrode film 21a. .
[0105]
In the first embodiment, as shown in FIG. 9C, the width D of the resist film 31 located on the base region 29 from the end of the gate electrode film 21a.1It is covered with the resist film 31 up to a position far away.
[0106]
In this state, a P-type impurity is implanted inside the base region 29, and as shown in FIGS. 10B and 37A, a P-type high-concentration impurity layer is formed near the surface in the base region 29. When 32 is formed and the resist film 31 is removed and then diffused, an ohmic region 33 is formed as shown in FIGS. 11 (a) and 37 (b).
[0107]
Due to the lateral diffusion of the ohmic region 33, the end portion of the ohmic region 33 sinks to a position below the gate insulating film 19 located under the gate electrode film 21a. In the first embodiment, however, the P-type high concentration The end of the impurity layer 32 has a width D of the resist film 31 on the base region 29.1Therefore, the end of the ohmic region 33 has a width D from the distance of the lateral diffusion.1Only the distance subtracted is submerged below the gate insulating film 19.
[0108]
On the other hand, in the bulging portion 88, the width D of the resist film 31 on the base region 29.2Is the width D1Since it is smaller and close to zero, the end portion of the ohmic region 33 sinks below the gate insulating film 19 by the distance of the lateral diffusion.
[0109]
In this state, the ohmic region 33 and the base region 29 are connected to form a main diffusion region having a single comb pattern.
[0110]
In this state, a patterned resist film 35 is formed on the surface of the ohmic region 33 as shown in FIGS. 12 (b) and 37 (c). The end of the resist film 35 is separated from the end of the gate electrode film 21a by a predetermined distance, and the surface of the ohmic region 33 or the base region 29 is between the end of the resist film 35 and the gate electrode film 21a. Is exposed.
[0111]
In this state, when an N-type impurity is implanted, as shown in FIGS. 13A and 38A, the N-type high-concentration impurity layer 38 is formed between the resist film 35 and the gate electrode film 21a. Then, after the resist film 35 is removed and diffused, as shown in FIGS. 14A and 38B, the P-type region formed by the ohmic region 33 and the base region 29 is formed. Then, a source region 39 is formed.
[0112]
The source region 39 has a comb-shaped ring shape along the inner peripheral edge of the gate electrode film 21a. The inner edge of the ring-shaped source region 39 is embedded in a position below the gate insulating film 19 below the gate electrode film 21a.
[0113]
Further, the branch portion 24 and the trunk portion 22 excluding the bulging portion 88 are used.1, 222In the connection portion 23, the base region 29 is located on the surface side inside the substrate 9 inside the inner edge of the source region 39, and the inner edge of the source region 39 and the inner edge of the base region 29 are arranged. The channel region 40 is between the two.
[0114]
In the bulging portion 88, the ohmic region 33 is laterally diffused beyond the inner peripheral edge of the base region 29 on the surface of the substrate 9 inside the inner edge of the source region 39. Therefore, in the bulging portion 88, the position between the inner edge of the P-type region formed by the ohmic region 33 and the base region 29 and the inner edge of the source region 39 is near the surface inside the substrate 9. The ohmic region 33 exists.
[0115]
Reference numeral 52 denotes a channel region formed in the vicinity of the surface of the ohmic region 33 between the inner peripheral edge of the source region 39 of the bulging portion 88 and the inner peripheral edge of the ohmic region 33. If the surface of the channel region 52 is inverted to N-type, the source region 39 and the portion of the N-type region 26 surrounded by the channel regions 40 and 52 are connected to each other in the bulging portion 88 by the inversion layer.
[0116]
In the channel region 52 of the bulging portion 88, the ohmic region 33 and the channel region 29 at least partially overlap, but the surface concentration of the ohmic region 33 is higher than the surface concentration of the base region 29. The surface concentration of the region 29 can be ignored. Accordingly, the threshold voltage of the channel region 52 of the bulging portion 88 is determined by the surface concentration of the laterally diffused portion of the ohmic region 33, and the threshold voltage of the channel region 52 of the bulging portion 88 is the lateral diffusion of the base region 29. This is higher than the threshold voltage of the channel region 40 of the other part determined by the surface concentration of the part.
[0117]
FIG. 29 is a drawing for explaining the shape of the ohmic region 33. Reference numeral 33 in FIG.1Indicates the inner edge of the ohmic region 33. FIG. 30 is a diagram for explaining the planar shape and positional relationship between the two types of channel regions 40 and 52, and FIG. 31 is a diagram for explaining the planar shape of the source region 39.
[0118]
Reference 391, 392Denote the inner and outer peripheral edges of the surface of the source region 39, respectively.1Indicates the inner peripheral edge of the surface of the base region 29.
[0119]
A channel region 40 composed of a portion in the vicinity of the surface of the base region 29 has an inner peripheral edge 39 of the source region 39.1And an inner peripheral edge 29 of the base region 291The channel region 52 constituted by the portion in the vicinity of the surface of the ohmic region 33 is defined by the inner peripheral edge 33 of the ohmic region 33 of the bulging portion 88.1And the inner peripheral edge 39 of the source region 39.1And will be confirmed.
[0120]
The two types of channel regions 40 and 52 are arranged on the inner peripheral edge 39 of the source region 39.1The ring-shaped one comb-shaped region is formed by the two types of channel regions 40 and 52.
[0121]
As described above, after the source region 39 is formed, an interlayer insulating film is formed on the surface, and then the interlayer insulating film is patterned. As shown in FIGS. 15A and 38C, the source region 39 is formed. Inside edge 391And its edge 391A portion of the ohmic region 33 surrounded by is exposed. Reference numeral 41 in the figure indicates an interlayer insulating film in that state.
[0122]
Next, as shown in FIGS. 17 (a), 19 (a), 20 (a), and FIGS. 39 (a) to 39 (c), the patterned source electrode film 45 and protective film 48, and the substrate 9 are formed. When the drain electrode film 49 on the back surface is formed, the field effect transistor 5 of the present invention is obtained.
[0123]
In this field effect transistor 5, the conductive layer 26 is disposed inside the channel regions 40 and 52, and the pn junction at the position of the bulging portion 88 is formed by the ohmic region 33 and the conductive region 26.
[0124]
Since the depth of the ohmic region 33 is greater than the diffusion depth of the base region 29, the breakdown voltage of the bulging portion 88 is as high as the breakdown voltage of other portions. If the conductive region 26 is not disposed around the bulging portion 88, the withstand voltage is further increased. However, even when the conductive region 26 is disposed inside the channel regions 40 and 52, the withstand voltage is significantly reduced by the bulging portion. There is no such thing. Therefore, when an N-type impurity for forming the conductive region 26 is implanted, it is not necessary to dispose a resist film on the surface of the portion inside the channel regions 40 and 52. Compared with the case where the shapes 70 and 80 are formed, the photographic process can be reduced once.
[0125]
The bulging portion 88 has a semicircular shape, but the branch portion 24 and the trunk portion 22.1, 222Alternatively, the ohmic region 33 in the straight portion of the connecting portion 23 may gradually swell, and a channel region 52 constituted by a portion near the surface of the ohmic region 33 may be formed.
[0126]
32 shows a planar shape when the ohmic region 33 gradually bulges. The ohmic region 33 extends beyond the inner peripheral edge of the base region 29 at the tip of the bulging portion 89. The inner edge of the ohmic region 33 gradually recedes toward the inner side of the base region 29 as it goes toward the base portion of the bulging portion 89. The shape of the ohmic region 33 having the planar shape 82 is shown in FIG.
[0127]
41 (a) to 41 (c) show E as a tip portion of the bulging portion 89 of FIG.1-E1E, where the line and the bulge of the ohmic region change2-E2E, the part of the line and the root positionThree-EThreeIt is sectional drawing of a line. The ohmic region 33 of the bulging portion 89 is largely diffused in the lateral direction in the conductive region 26 at the tip portion, and in the root portion, the straight portion of the branch portion 24 and the trunk portion 22 are spread.1, 222The distance between the inner peripheral edge of the ohmic region 33 and the inner peripheral edge of the base region 29 in the connection portion 23 is the same.
[0128]
As described above, when forming the bulging portion 89 in which the ohmic region 33 gradually bulges, when forming the P-type high concentration region 32 serving as a diffusion source of the ohmic region 33, The amount of protrusion of the resist film 31 from the gate electrode film 21a may be changed.
[0129]
40 (a) to (c) are illustrated in FIG.1-E1Line, E2-E2Line and EThree-EThreeThe amount of protrusion D of the resist film 31 when forming a cross section corresponding to the lineThree~ DFiveFIG. Here, DThree<DFour<DFiveIt has become.
[0130]
In this way, by gradually reducing the amount of protrusion of the resist film 31 from the root direction to the tip direction of the bulging portion 89, a shape in which the ohmic region 33 is gradually swollen can be formed.
[0131]
In this case, the channel region 40 is formed by the base region 29 at the base portion of the bulging portion 89, and the channel region 52 is formed by the ohmic region 33 at the tip portion. At the position between the root portion and the tip portion, the channel region 52 formed by the ohmic region 33 is in contact with the source region 39, and the channel region 40 formed by the base region 29 is disposed between the channel region 52 and the conductive region 26.
[0132]
Moreover, in the field effect transistor of the present invention, the ohmic region 33 does not necessarily extend beyond the base region 29 in the lateral direction at the tip of the bulging portion as described above.
[0133]
The ohmic region 33 having the planar pattern indicated by reference numeral 90 in FIG. 42 has the same shape as the planar pattern 81 illustrated in FIG. 28, and bulges toward the inside of the N-type region surrounded by the channel region 40. 91 is protruded. The ohmic region 33 of the bulging portion 91 is wider than the width of the ohmic region 33 other than the bulging portion 91 and is semicircular.
[0134]
The ohmic region 33 of the bulging portion 91 in FIG. 42 does not extend beyond the base region 29 into the N-type region, unlike the bulging portion 88 of the planar pattern 81 in FIG.
[0135]
F of the bulging portion 911-F1A line sectional view is shown in FIG. Further, as a portion other than the bulging portion 91, the portion F located between the branch portions 24 and the portion in which the base region 29 and the ohmic region 33 extend linearly is provided.2-F2A line sectional view is shown in FIG.
[0136]
As can be seen from FIG. 44 (b), the branch portion 24 and the trunk portion 22.1, 222The distance between the inner peripheral edge portion of the straight portion of the base region 29 included in the connecting portion 23 and the inner peripheral edge portion of the straight portion of the ohmic region 33 is S0And the distance between the inner peripheral edge portion of the base region 29 in the bulging portion 91 and the inner peripheral edge portion of the ohmic region 33 is S1Then, in this planar pattern 90, S1<S0Has been.
[0137]
In particular, the distance S1Is negative (S1In the case of <0>, as shown in FIGS. 39A to 39C and FIG. 41A, the ohmic region 33 extends beyond the inner peripheral edge of the base region 29 to the N-type region. It is.
[0138]
In order to form such a bulging portion 91, when the P-type high-concentration impurity layer 32 serving as a diffusion source of the ohmic region 33 is formed, as shown in FIG. The protruding distance D of the resist film 31 from the gate electrode film 21a7Is a protrusion distance D in a straight portion of the resist film 31 as shown in FIG.8Smaller than that.
[0139]
As a typical method for forming the base region 29 and the source region 39 of the present invention, a P-type impurity and an N-type impurity are implanted using the gate electrode film 21a as a mask, and a P-type high concentration impurity layer 32 and an N-type impurity are implanted. Since the high-concentration impurity layer 38 is used as a diffusion source for the base region 29 and the source region 39, respectively, the sinking amount of the base region 29 and the source region 39 below the gate electrode film 21a extends over the entire outer periphery of the drain region. It is constant.
[0140]
On the other hand, in the present invention, the P-type high-concentration impurity layer 32 serving as the diffusion source of the ohmic region 33 is formed by ion implantation using the resist film 31 as a mask. The relative positional relationship with the edge portion of the gate electrode film 21a is that the protrusion distance S of the resist film 31 from the gate electrode film 21a is as follows.1Can be adjusted by.
[0141]
As described above, the field effect transistor of the present invention has the protruding distance S of the bulged portion of the resist film 31.1The distance between the inner peripheral edge portion of the ohmic region 33 and the inner peripheral edge portion of the base region 29 can be adjusted.
[0142]
In the present invention, of the inner peripheral edge portion of the ohmic region 33, the edge portion of the bulging portion 91 that forms the spherical joint is used as the trunk portion 22 that forms the cylindrical joint.1, 222And a wide range of field effect transistors having a planar pattern extending inward from the edge portions of the connecting portion 23 and the branch portion 24.
[0143]
In the above description, the case of manufacturing a field effect transistor has been described. However, as shown in FIG. 25A, the high resistance layer 12 is replaced with the N-type thin diode constituent layer 34 instead of the low resistance layer 11. When a metal film that is formed on the back surface of the diode constituent layer 34 and is Schottky-connected to the diode constituent layer 34 is formed as an anode electrode film 50, an IGBT field effect transistor 2 using a Schottky junction is obtained. can get.
[0144]
In this case, in the Schottky diode formed between the anode electrode film 50 and the diode constituent layer 34, the drain electrode film 50 serves as an anode and the diode constituent layer 34 serves as a cathode. When the single crystal silicon wafer formed by the pulling method is used for the high resistance layer 34 instead of the epitaxially grown silicon single crystal layer, the diode component layer 34 is not provided and the anode electrode is formed on the back surface of the high resistance layer 34. The film 50 may be formed to constitute a Schottky diode.
[0145]
Further, as shown in FIG. 25B, the collector layer 20 is formed by using a P-type silicon single crystal substrate instead of the N-type silicon single crystal layer 11 and is ohmically connected to the collector layer 20. When the collector electrode 56 is formed, an IGBT field effect transistor 3 using a PN junction is obtained. This field effect transistor 3 is also included in the present invention.
Each of the field effect transistors 1, 2 and 3 has one source region 39 and one channel region 40.
[0146]
The high resistance layer 12 is epitaxially grown on the low resistance layer 11, but the high resistance silicon wafer itself is used to form the high resistance layer 12, and the high resistance layer 12 has a high resistance from the back side. An impurity having the same conductivity type as that of the resistance layer 12 may be diffused to form the low resistance layer 11 having a lower resistance than the high resistance layer 12.
[0147]
In the above description, the n-type is the first conductivity type and the p-type is the second conductivity type. Conversely, the p-type is the first conductivity type and the n-type is the second conductivity type. It may be. In this case, for example, the high resistance layer and the source region are p-type, and the base region is n-type.
[0148]
【The invention's effect】
  A field effect transistor having low conduction resistance and high breakdown voltage can be obtained.
  Since the depth of the ohmic region is deeper than that of the base region, the breakdown voltage of the bulging portion can be increased to the same level as the breakdown voltage of other portions.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C are diagrams for explaining a manufacturing process of a field effect transistor according to an example of the present invention.
FIGS. 2A to 2C are diagrams (2) for explaining a manufacturing process of a field effect transistor according to an example of the present invention;
FIGS. 3A to 3C are diagrams (3) for explaining a manufacturing process of a field effect transistor according to an example of the present invention;
FIGS. 4A to 4C are views for explaining a manufacturing process of a field effect transistor according to an example of the present invention.
FIGS. 5A and 5B are views for explaining a manufacturing process of a field effect transistor according to an example of the present invention.
FIGS. 6A and 6B are diagrams (6) for explaining the manufacturing process of the field effect transistor of the example of the present invention;
FIGS. 7A and 7B are views for explaining a manufacturing process of a field effect transistor according to an example of the present invention. FIG.
FIGS. 8A and 8B are views for explaining a manufacturing process of a field effect transistor according to an example of the present invention. FIG.
FIGS. 9A to 9C are diagrams (9) for explaining the manufacturing process of the field effect transistor according to the example of the present invention;
FIGS. 10A to 10C are views for explaining a manufacturing process of a field effect transistor according to an example of the present invention.
FIGS. 11A and 11B are views for explaining a manufacturing process of a field effect transistor according to an example of the present invention.
FIGS. 12A to 12C are views for explaining a manufacturing process of a field effect transistor according to an example of the present invention.
FIGS. 13A and 13B are diagrams (13) for explaining the manufacturing process of the field effect transistor of the example of the present invention;
FIGS. 14A and 14B are views for explaining a manufacturing process of a field effect transistor according to an example of the present invention.
FIGS. 15A and 15B are views for explaining a manufacturing process of a field effect transistor according to an example of the present invention.
FIG. 16 is a view (16) for explaining the manufacturing process of the field effect transistor of the example of the present invention;
FIGS. 17A and 17B are cross-sectional views of FIG. 16, and are views (17) for explaining the manufacturing process of the field effect transistor of the example of the present invention;
FIG. 18 is a view (18) for explaining the manufacturing process of the field effect transistor according to the example of the invention;
FIGS. 19A and 19B are cross-sectional views of FIG. 18, and are diagrams (19) for explaining a manufacturing process of a field effect transistor according to an example of the present invention;
FIGS. 20A and 20B are diagrams for explaining the manufacturing process of the field effect transistor according to the example of the present invention.
21A is a diagram for explaining a positional relationship among a conductive layer, a channel region, and a source region. FIG. 21B is a partial enlarged view thereof, and is a diagram for explaining a position of a floating potential region.
FIG. 22 is a diagram for explaining a state in which a conductive layer is partially formed in the drain region;
FIG. 23 shows an example of the planar shape of the channel region and the diffusion layer inside the field effect transistor of the present invention.
FIG. 24 shows an example of the planar shape of the channel region and the diffusion layer inside the field effect transistor of the present invention.
25A is another example of the present invention and is a diagram for explaining an IGBT type field effect transistor using a Schottky junction. FIG. 25B is another example of the present invention and is a PN junction. FIG. 6 is a diagram for explaining an IGBT type field effect transistor using a TFT
FIG. 26 is a diagram for explaining a conventional field effect transistor;
FIG. 27 is a diagram for explaining the cell arrangement of the field-effect transistor;
FIG. 28 is a diagram for explaining a pattern in a case where an ohmic region is partially expanded in the field effect transistor of the present invention.
FIG. 29 is a diagram for explaining the pattern of the ohmic region;
FIG. 30 is a diagram for explaining the pattern of the channel region;
FIG. 31 is a diagram for explaining the pattern of the source region;
FIG. 32 is a diagram for explaining a pattern in which a part of the ohmic region gradually bulges among the field effect transistors of the present invention.
FIG. 33 is a diagram for explaining the pattern of the ohmic region;
FIGS. 34A to 34C are diagrams (1) for explaining a manufacturing process of a field effect transistor having a pattern in which an ohmic region is partially expanded;
FIGS. 35A to 35C are diagrams (2) for explaining the continuation of the process.
36A to 36C are diagrams for explaining the continuation of the process (3).
FIGS. 37A to 37C are diagrams for explaining the continuation of the process (4);
38A to 38C are diagrams for explaining the continuation of the process (5).
FIG. 39A to FIG. 9C are diagrams for explaining the continuation of the process (6).
FIGS. 40A and 40B are diagrams for explaining a method for creating a pattern in which the ohmic region of the bulging portion gradually bulges, wherein (a): a tip portion, (b): an intermediate portion, and (c): a root portion.
41A is a cross-sectional view of a tip portion, FIG. 41B is a cross-sectional view of an intermediate portion, and FIG. 41C is a cross-sectional view of a root portion.
FIG. 42 is a view for explaining another plane pattern of the present invention.
FIGS. 43A and 43B are cross-sectional views thereof.
FIGS. 44A and 44B are diagrams for explaining a method of forming the bulge portion;
[Explanation of symbols]
1, 2, 3, ... Field effect transistor
11 ... Low resistance layer of the first conductivity type
12 …… High resistance layer of the first conductivity type
19 …… Gate insulation film
20 …… Collector layer
21a …… Gate electrode film
26 …… First conductive type conductive layer
29 …… Base region of second conductivity type
34 …… Diode component layer
39 …… Source region of the first conductivity type
40 …… Channel area
45 …… Source electrode film
49 …… Drain electrode film
50 …… Anode electrode membrane
56 …… Collector electrode film

Claims (7)

第1導電型の高抵抗層内に形成され、前記高抵抗層の表面側に配置された第2導電型の主拡散領域と、
前記主拡散領域内に形成され、その表面に配置された第1導電型のソース領域と、
前記主拡散領域の一部であって、該主拡散領域の縁と前記ソース領域との縁との間に位置し、環状に形成された環状チャネル領域と、
前記環状チャネル領域で囲われたドレイン領域と、
少なくとも前記環状チャネル領域表面に配置されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜表面に配置されたゲート電極膜とを有し、
前記ソース領域は前記環状チャネル領域の外周に配置され、
前記ゲート電極膜に印加された電圧により、前記環状チャネル領域表面が第1導電型に反転すると、前記ソース領域と前記ドレイン領域とが電気的に接続される電界効果トランジスタであって、
前記ドレイン領域は、細長の幹部を少なくとも一本と、
前記幹部に一端が接続された複数の細長の枝部とを有し、
前記環状チャネル領域は、前記幹部と前記枝部の周囲を取り囲んで配置され、
前記枝部と枝部の間に位置する幹部は、前記幹部自身の内側に向けて円形に膨出され、
前記主拡散領域は、第2導電型のベース領域と、前記ベース領域よりも拡散深さが深い第2導電型のオーミック領域とを有し、
前記幹部の前記円形に膨出された部分では、前記ベース領域の内周よりも前記オーミック領域の内周の方が前記ドレイン領域内に侵入し、前記オーミック領域と前記ドレイン領域とがpn接合を形成する電界効果トランジスタ。
A second conductivity type main diffusion region formed in the first conductivity type high resistance layer and disposed on the surface side of the high resistance layer;
A source region of a first conductivity type formed in the main diffusion region and disposed on the surface thereof;
An annular channel region that is part of the main diffusion region and is located between the edge of the main diffusion region and the edge of the source region, and is formed in an annular shape;
A drain region surrounded by the annular channel region;
A gate insulating film disposed at least on the surface of the annular channel region;
A gate electrode film disposed on the surface of the gate insulating film,
The source region is disposed on an outer periphery of the annular channel region;
A field effect transistor in which the source region and the drain region are electrically connected when the surface of the annular channel region is inverted to the first conductivity type by a voltage applied to the gate electrode film ;
The drain region has at least one elongated trunk,
A plurality of elongated branches having one end connected to the trunk,
The annular channel region is disposed surrounding the trunk and the branch;
The trunk located between the branches is bulged in a circular shape toward the inside of the trunk itself,
The main diffusion region has a second conductivity type base region and a second conductivity type ohmic region having a diffusion depth deeper than the base region,
In the portion of the trunk that bulges in a circular shape, the inner periphery of the ohmic region penetrates into the drain region rather than the inner periphery of the base region, and the ohmic region and the drain region form a pn junction Field effect transistor to be formed .
請求項記載の電界効果トランジスタであって、前記枝部先端の前記環状チャネル領域は、四角形の三辺を構成するように、略直角に折れ曲がって構成された電界効果トランジスタ。2. The field effect transistor according to claim 1 , wherein the annular channel region at the tip of the branch portion is bent at a substantially right angle so as to form three sides of a quadrangle . 前記ドレイン領域内部の表面側には、前記高抵抗層よりも抵抗が低い第1導電型の導電層を有する請求項1又は請求項のいずれか1項記載の電界効果トランジスタ。It said drain region in the interior of the surface, the field effect transistor of any one of claims 1 or claim 2 having a conductive layer resistance is lower the first conductivity type than the high resistance layer. 前記ドレイン領域内部の表面側には、前記チャネル領域とは非接触の第2導電型の浮遊電位領域が配置された請求項1乃至請求項のいずれか1項記載の電界効果トランジスタ。Said drain region within the surface-side field effect transistor according to any one of the channel region and the first to third aspects floating potential region of the second conductivity type of the non-contact is placed. 前記高抵抗層の裏面側には、第1導電型で前記高抵抗層よりも抵抗が低い低抵抗層が配置され、
前記低抵抗層の表面には、前記低抵抗層とオーミック接合を形成するドレイン電極膜が配置された請求項1乃至請求項のいずれか1項記載の電界効果トランジスタ。
On the back side of the high resistance layer, a low resistance layer having a first conductivity type and lower resistance than the high resistance layer is disposed,
The field effect transistor according to any one of claims 1 to 4 , wherein a drain electrode film that forms an ohmic junction with the low resistance layer is disposed on a surface of the low resistance layer.
前記高抵抗層の裏面には、該高抵抗層とショットキー接合を形成するアノード電極膜が配置され、前記アノード電極膜をアノードとし、前記高抵抗層をカソードとするダイオードが形成された請求項1乃至請求項のいずれか1項記載の電界効果トランジスタ。An anode electrode film that forms a Schottky junction with the high resistance layer is disposed on a back surface of the high resistance layer, and a diode having the anode electrode film as an anode and the high resistance layer as a cathode is formed. 1 to the field effect transistor of any one of claims 4. 前記高抵抗層の裏面側には、第2導電型のコレクタ層が配置され、
前記コレクタ層の表面には、前記コレクタ層とオーミック接合を形成するコレクタ電極膜が配置された請求項1乃至請求項のいずれか1項記載の電界効果トランジスタ。
On the back side of the high resistance layer, a collector layer of the second conductivity type is disposed,
The field effect transistor according to any one of claims 1 to 4 , wherein a collector electrode film that forms an ohmic junction with the collector layer is disposed on a surface of the collector layer.
JP2001209140A 2000-08-30 2001-07-10 Field effect transistor Expired - Lifetime JP4845293B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001209140A JP4845293B2 (en) 2000-08-30 2001-07-10 Field effect transistor

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000-260598 2000-08-30
JP2000260598 2000-08-30
JP2000260598 2000-08-30
JP2000390830 2000-12-22
JP2000-390830 2000-12-22
JP2000390830 2000-12-22
JP2001209140A JP4845293B2 (en) 2000-08-30 2001-07-10 Field effect transistor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002252350A JP2002252350A (en) 2002-09-06
JP4845293B2 true JP4845293B2 (en) 2011-12-28

Family

ID=27344462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001209140A Expired - Lifetime JP4845293B2 (en) 2000-08-30 2001-07-10 Field effect transistor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4845293B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4878739B2 (en) * 2004-05-12 2012-02-15 新電元工業株式会社 Manufacturing method of semiconductor device

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS545674A (en) * 1977-06-15 1979-01-17 Sony Corp Semiconductor device
US4206469A (en) * 1978-09-15 1980-06-03 Westinghouse Electric Corp. Power metal-oxide-semiconductor-field-effect-transistor
DK157272C (en) * 1978-10-13 1990-04-30 Int Rectifier Corp MOSPHET WITH HIGH POWER
US4705759B1 (en) * 1978-10-13 1995-02-14 Int Rectifier Corp High power mosfet with low on-resistance and high breakdown voltage
JPH03155677A (en) * 1989-08-19 1991-07-03 Fuji Electric Co Ltd Mosfet of conductivity modulation type
JP2817536B2 (en) * 1991-09-27 1998-10-30 日本電気株式会社 Semiconductor device
US5798554A (en) * 1995-02-24 1998-08-25 Consorzio Per La Ricerca Sulla Microelettronica Nel Mezzogiorno MOS-technology power device integrated structure and manufacturing process thereof
EP0961325B1 (en) * 1998-05-26 2008-05-07 STMicroelectronics S.r.l. High integration density MOS technology power device
JP3402198B2 (en) * 1998-05-26 2003-04-28 松下電工株式会社 Semiconductor device
JP2000077663A (en) * 1998-09-02 2000-03-14 Mitsubishi Electric Corp Field-effect semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002252350A (en) 2002-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7649223B2 (en) Semiconductor device having superjunction structure and method for manufacturing the same
US6573559B2 (en) Transistor and method of manufacturing the same
US6998315B2 (en) Termination structure for trench DMOS device and method of making the same
JP6914624B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and its manufacturing method
CN109417089B (en) Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same
JP4955958B2 (en) Semiconductor device
JP7420485B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and its manufacturing method
JP4274771B2 (en) Semiconductor device
KR100958561B1 (en) Semiconductor device and process for fabricating the same
JP3998454B2 (en) Power semiconductor device
JP2019220727A (en) Semiconductor device
JP5134746B2 (en) Method for manufacturing field effect transistor
JP4794546B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR101098208B1 (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
EP1184908B1 (en) Field effect transistor
JP4845293B2 (en) Field effect transistor
JP4125864B2 (en) Field effect transistor
JP4406535B2 (en) Transistor with Schottky diode
TWI538055B (en) Method of manufacturing junction barrier schottky diode
JP4666708B2 (en) Field effect transistor
JP4133548B2 (en) Semiconductor device
JP3913043B2 (en) Field effect transistor
JP2686125B2 (en) Static induction type switching element and method of manufacturing the same
JP2005093479A (en) Semiconductor device and its fabricating process
JP2002110982A (en) Field-effect transistor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070823

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110608

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110621

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20110810

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110810

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111004

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111011

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141021

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4845293

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term