JPH02154469A - 縦形電界効果トランジスタ - Google Patents

縦形電界効果トランジスタ

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JPH02154469A JP30828588A JP30828588A JPH02154469A JP H02154469 A JPH02154469 A JP H02154469A JP 30828588 A JP30828588 A JP 30828588A JP 30828588 A JP30828588 A JP 30828588A JP H02154469 A JPH02154469 A JP H02154469A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野] 本発明は個別素子や集積回路装置に組み込むに適するD
MO3(二重拡散MO3)の通称で知られている縦形電
界効果トランジスタに関する。
〔従来の技術〕
縦形電界効果トランジスタは通常のMo5t・ランジス
タのような横形構造のものと比較して高耐圧かつ大電流
用に適し、従来から主に高周波用のパワートランジスタ
として実用化され広範な用途で用いられている。この縦
形電界効果トランジスタは、集積回路技術を利用して作
られる微小トランジスタを多数個並列接続した構造をも
つので、上のパワートランジスタ等の個別素子に限らず
、負荷を直接駆動する集積回路装置への組み込み用にも
通ずる。第3図はこの代表的な従来例を示すもので、同
図(a)はその一部拡大平面図、同図(b)にはそのX
−X矢視断面図である。
この例での縦形電界効果トランジスタは、個別素子用の
nチャネル形のものであって、第3図(b)のドレイン
層2は高不純物濃度の低抵抗性のn形とされ、その上の
エピタキシャル層等の半導体領域3もn形で、動作上は
これかトレイン領域の役目を果たす。この半導体領域3
の表面をごく薄いゲート酸化膜4を介して覆うように多
結晶シリコン等のゲート5が設けられ、さらに同図(a
)に示すように、このゲート5にふつうは数〜10μ角
程度0正方形の窓5bがこの例では正方配列で多数個抜
かれる。なお、この窓5bは六角形に形成されることも
あり、この場合には窓5bはその形状に応して六方配列
される。
チャネル形成層6ば、ゲート5をマスクとしてその窓5
bからイオン注入法を利用してP形で拡散され、その周
縁部がゲート5の下にもぐり込むように作り込まれる。
ついで、同様にゲー1−5をマスクとするイオン注入法
により、強いn形のソース層7がチャネル形成層6より
は浅くかつその周縁が僅かにゲート5の下にちくり込む
ように拡散される。さらに窓5bの中央部に、強いP形
のコンタクト層8が、同図(b)かられかるようにソー
ス層7を突き抜けてチャネル形成層6に達するように拡
散される。以後は同図(b)に示すように、酸化膜等の
絶縁膜9がゲート5を覆うように設けられ、さらにその
上にソース電極10が窓5b内のソース層7およびコン
タクト層8の表面に導電接触するように設けられる。図
の下側のドレイン層2にはトレイン電極11が接続され
る。なお、同図(a)は図示の都合上ソース電極10が
ない状態で示されていることを留意されたい。
以上の構造をもつ縦形電界効果トランジスタでは、第3
図(b)に示すようにゲート5からゲート端子Gが、ソ
ース電極10からソース端子Sが、トレイン電極11か
らドレイン端子りがそれぞれ導出され、例えばドレイン
端子りを正の電位に、ソース端子Sを接地電位にそれぞ
れ置いた状態で使用される。ゲート端子Gに正の電圧が
与えられた時、ゲート5の下のn形のチャネル形成層6
の表面にn形のチャネルが形成され、図示のように多数
−トヤリアとしての電子eがn形のソース層7からこの
nチャネルを経てn形の半導体領域4に入り、この半導
体領域4内を縮方向に流れてn形のドレイン層2に至る
ソース層7とコンタクト層8はソース電極lOにより短
絡されており、これによってチャネル形成層6がソース
層7と実質上同電位に保たれて、この電界効果トランジ
ノ、夕のゲートしきい値が安定化される。オフ動作時に
掛かる電源電圧は、半導体領域4とチャネル形成層6と
の間のpn接合から半導体領域4内に延びる空乏層によ
って主に負担されるので、高耐圧値をこの縦形電界効果
トランジスタに持たせるごとができる。また、電流容量
は当然そのチャぶル幅ずなわちソース層7の周辺長によ
って決まるから、フ第1・プロセス精度から許される限
り並列接続する微小トランジスタのパターンを小形化し
て単位チップ面積あたりのソース層7の周辺長の合計を
増加させることにより、その電流容量の向上ないしはオ
ン抵抗の減少が図られる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述のように縦形電界効果l−ランジスタではそれに掛
かる電圧は主には半導体領域4内で負(1されるものの
、そのごく短いふつうは1〜2μ−程度のチャネル長に
過電圧が掛かると、チャネルのいわゆるパンチスルーが
発生し°C制御不能になり、このパンチスルー電圧を向
上しようとすると、電流容量の方が減少しやすい問題が
ある。
上述のパンチスルーは第3図(a)からもわかるように
、チャネル形成層6およびソース層7の方形の拡散パタ
ーンの角部に電界が集中するために発生じやすく、この
電界集中を極力緩和するため、例えば図では1個所にの
み示された連絡層6aを隣合う4個のチャネル形成層6
の角部を相互に結合するようにX形で設けるなどの上火
が従来からなされている。ところが、この角部に元来チ
ャネル電流が多く流れやすいこともあって、この1・段
では角部に流れる電流がなくなるから、ソース層7の有
効周辺長が減少し゛ζ電流容量がかなり減少してしまう
。また、連絡層6aはもちろんゲート5を設ける前に拡
散して置かねばならず、チャネル形成層6やソース層7
のようにゲートをマスクとづるいわゆる自己整合拡散が
できないから、フォトプロセスに非常な高精度を要する
ほか、工程数が増す問題を持し込むことになる。
チャネル形成層6および・ソース層7を前述のように六
角形に形成するものごは、角の角度が120度になるの
で電界集中は方形の90度の場合よりもかなり緩和され
るが、実験結果でも上述の連絡層6aを設ける程の効果
は得られない。また、縦形電界効果トランジスタを集積
回路装置に作り込む場合、その微小トランジスタの並列
接続数かふつう数十個程度なので、それらを合理的に六
方配列するのがかなり困難である。すなわち、各微小ト
ランジスタの大きさには利用できるフォトプロセスの精
度Qこよって下限があるから、予定の面積内に必要個数
を納めようとすると寸法が半端になって面積の利用効率
が落ちたり、やむなく予定面積を広げなけれはならなく
なっ−Cしまう。
本発明は従来技術がもつかかる問題を解決し、チャネル
部内に電界集中がほとんどなく、大きな電流容量をとる
ことができる縦形電界効果トランジスタを得ることを目
的とする。
(課題を解決するだめの手段〕 この目的は本発明によれば縦形電界効果1ランジスタを
、電界効果トランジスタを作り込むべき一方の導電形を
もつ半導体領域の一方の表面をゲート酸化膜を介しζ覆
うように設けられ半導体領域の一方の表面に通じる細長
な窓が明4jられたゲー1−と、ゲートの窓から周縁部
分をゲート士に入り込ませて他方の導電形で拡散された
チャネル形成層と、ゲートの窓からチャネル形成層に重
ねてそれよりも浅く一方の導電形で拡散されたソース層
と、ソース層内にゲートの細長な窓が延びる方向に分布
して複数個配置されソース層の表面からチャネル形成層
に達するように他方の導電形で拡散されたコンタクト層
と、ゲートの窓内のコンタクト層およびソース層の少な
くともコンタクト層相互間部分に導電接触して両層の表
面を短絡するように設けられたソース電極と、半導体領
域の他方の面側から導出されたドレイン電極とで構成す
ることによって達成される。
上記構成において、チャネル形成層およびソス層はそれ
ぞれゲートをマスクとしてその窓から従来と同様に自己
整合的に拡散されるので、いずれも窓の形状に応した細
長ムパターンに形成される。縦形電界効果トランジスタ
に持たせるへき電流容量は、ソース層1個の細長なパタ
ーンの長さすなわちその周辺長によっても変わるが、主
には従来と同様にチャネル形成層の個数によって決まり
、従って本発明においてもソース層はふつう複数個ない
し多数個がその細長なパターンの側方に並べて並設され
る。
さて、縦形電界効果トランジスタ用に割り当てられたあ
る一定の面積から最大の電流容量を得るには、各ソース
層の細長なパターンの幅ないしゲトに明りる窓のパター
ンの幅をフォトプロセスの精度1語される限り小さくし
て、できるだけ多数個のソース層をこの面積内に作り込
む必要かある。しかし、」−記の構成にいうように、ソ
ース電極がケー[の窓内でソース層およびコンタクト層
に導電接触され、フォトプロセス」二はこのソース電極
またはコンタクト層の幅が最小寸法になる。
このため、本発明においては、このソース電極またはコ
ンタクト層の幅を)Aトプロセス精度から許される最小
寸法に選定するのが、最大の電流容量を得る上で最も望
ましいことになる。
〔作用〕
本発明では前述の構成にいつように、デートには細長な
窓が明けられ、ゲートをマスクjる拡散によりソース層
およびチャネル形成層も細長なストライプ状のパターン
に形成され、ソース層内にはその細長なパターンに沿っ
てコンタクト層が複数個分布配置されるので、従来の所
定力量に並ぶ微小トランジスタを複数個相互にストライ
ブ状にいわば連結した構造になる。従って、従来の各微
小トランジスタごとにあったソース層等の角部が消失し
、チャネル部内に電界集中かほとんどなくなってバンチ
スルー電圧が格段に向上される。もちろん、ストライプ
の端には適宜に例えは半円状の丸みをもたせることによ
って、ストライブ状パターンの端部における電界集中も
実用上問題がない程度に緩和でき、場合によっては複数
個のストライブの端同志を連結して端のない1個のルー
プに形成することもできる。
一方、上述のように微小トランジスタが相互連結される
ので、連結されたソース層部分の周辺長が利用できない
ごとになるが、実施例で述べるように各ストライブの幅
を狭めて単位面積あたりこれを多数個並べることにより
、全体としてはソース層の周辺長を従来よりも長くとっ
て電流容量をむしろ増加さゼることかできる。また、集
積回路装置に作り込む縦形電界効果トランジスタでは、
フォトプロセス精度に制約されることなく与えられた面
積−杯にストライブないしループの長さを取れるから、
面積の利用効率が向上してその結果電流客足が増加する
〔実施例〕
以下、図を参照しながら本発明の詳細な説明する。第1
図は本発明によるnチャネル形の縦形電界効果トランジ
スタを集積回路装置内に作り込んだ例を示すもので、同
図(a)にはその要部拡大平面図が、同図(b)にはそ
のX−x矢視断面図が、同図(C)にはそのY−Y矢視
断面図がそれぞれ示されている。この図中の前に説明し
た第3図に対応する部分には同じ符号が付されている。
第1図(b)および(C)に示すように、集積回路装置
用の半導体基板1は通例のように例えばp形であって、
その表面にいわゆる埋込層として強いn形の1147層
2がまず拡散され、その上に半導体領域3として通常の
ようにエピタキシャル層が例えば10〜20plの厚み
にn形で成長される。このエピタキシャル層は、その表
面から強いp形の接合分離層を図示の範囲を囲むパター
ンで基板1に達するまで深く拡散することによって、図
の半導体領域3に接合分離される。ドレインN2から外
部にドレイン端子を導出するには、通例のように強いn
形の接続層を半導体領域3の図示しない個所の表面から
埋込層としてのドレイン層2に達するように拡散した上
で、その表面に導電接触する電極膜を設りる。
半導体領域3に縦形電界効果トランジスタを作り込むに
当たっては、まずその表面を0.1n程度の薄いゲート
酸化膜4で覆った上で、ゲート5用に例えば多結晶シリ
コン層を0.5〜1μ璽の厚みに全面成長させ、それを
フォI・エツチングすることによって第1図(a)に示
すように細長な窓5aを明ける。この実施例における窓
5aの大きさは、例えばその図の上下方向の幅が10μ
璽程度、左右方向の長さが60μ墓程度とされ、その両
端部の形状は図示のように半円形とされる。なお、この
第1図(a)は図示の都合上、第3図の場合と同様にソ
ース電極10を取り除いた状態で示されている。
ついで、p形のチャネル形成層6を、通例のようなゲー
ト5をマスクとする自己整合方式のイオン注入とそれに
引き続く熱拡散とにより、所定の不純物濃度で例えば3
 pm程度の深さに拡散し、同時にその周縁をゲート5
の下に2〜3μ程度入り込ませる。次に、不純物濃度が
1020原子/ cl程度の強いn形のソース層7を、
上と同様にゲート5をマスクとするイオン注入法により
、チャネル形成層6に重ねてただしそれよりは浅い例え
ば1.5μmの深さに拡散し、この際その周縁をゲート
5の下に若干入り込ませて、ゲート5の下のチャネル形
成層6が例えば1〜1.5μmのチャネル長を持りよう
にする。以上によっ“C、チャイ、ル形成層1iおよび
ソース層7は、ゲート5の窓5aと同形の細長なストラ
イブ状パターンで拡散される。
p形のコンタクI・層8は1019原子/(艷程度の高
不純物濃度とされ、この実施例ではそれぞれ5μ−角程
度の大きさの方形パターンで、上のよっに細長なパター
ンに形成されたソース層7内に複数個図示のように並べ
て、それぞれそのF側のチャネル形成層に接続する深さ
に拡散され、それらの相互間隔は例えば5μ霧程度とさ
れる。なお、この実施例では、コンタクト層8か)A1
プロセス上の最小寸法となる。
以上で半導体層の拡散が終わり、ついで酸化膜等の絶縁
v!、9を1〜2μ朧の厚みに全面に被着した上で、そ
れにゲートの窓5aよりもやや小さいめの同形のパター
ンで窓をフォI・エツチングで抜き、さらにその上を覆
って第1図(b)および(C)に示すように、ソース電
極10用にアルミ等の金属膜を1n程度の]Vみて真空
蒸着ないしはスパンタする。このソース電極JOは、上
述の窓内でソース層7およびコンタクト層8に導電接触
して両層の表面を短絡し、これによってコンタクト層8
に接続されているチャネル形成層6はソース層7とほぼ
同電位に置かれる。
第2図は本発明の異なる実施例を第1図(a)に対応す
る平面図で示すものである。この実施例ではゲート5に
明けられる窓5aは第1図の場合と同じく細長であるが
、その幅がさらに狭く例えば7μ墓程度とされる。n形
のチャネル形成層6およびn形のソース層7をゲート5
をマスクとしてストライプ状に拡散する要領は第1図の
場合と同しで、両層のケー1−5の下への入り込み量も
同程度とされる。しかしこの実施例では、これらの層の
拡散の次に絶縁膜9が設けられ、それにゲートの窓5a
と同形であるがその幅が例えば3p程度の狭い窓が抜か
れる。これがこの実施例におけるフォトプロセス−トの
最小寸法になる。
ついで、コンタクト層8がソース層7内に複数個並べて
第1図の実施例と同様な要領で、ただし絶縁膜9をマス
クの一部として拡散される。各コンタクト層8の図の左
右方向の長さは前と同しく例えば5−程度とされるが、
その図の上下方向の幅は絶縁膜9の窓の幅と同し37n
から5μm程度までとなる。この第2図には図示されて
いないが、ソース電極10は絶縁膜9の窓内でコンタク
(・層8とソース層7のコンタクト層相互間部分に導電
接触するように設けられる。
この実施例では、ソース電極1oが絶縁膜9の窓内の半
導体層に導電接触する幅をフォトプl」セス上許容され
る最小寸法、この例では3μ墓とすることにより、ソー
ス層7のストライプの幅を狭くして単位面積あたり作り
込むストライプ数を増し、電流容量を第1図の実施例の
場合よりもさらに20%程度増加させることができる。
また、この実施例の場合、ソース電極のソース層7およ
びコンタクト層8との導電接触面積が前の実施例の場合
よりも減少するが、両層7および8をほぼ同電位に保つ
ことができる。
より高い精度のフォトプロセスを利用できる場合、この
最小寸法をさらに小さく取って電流容量を高めることが
できるが、ソース層7のストライプの端部の半径が小さ
くなって電界集中の問題が若干出てくるので、第2図に
鎖線Cで示すようにストライプの端を相互に連結し、全
体では例えば前述のようにループ状として、ストライプ
端での電界集中のおそれをなくすことができる。
以上のように構成された本発明による縦形電界効果トラ
ンジスタは例えば15.0〜200Vの回路電圧で使用
可能な耐圧値とチップ面積100平方μあたり50mA
以上の電流容量を持ち、1ないし4MHzまでの高周波
の用途に用いるごとができる。また、ゲートしきい値に
ついては、2■程度の低い値を安定して保証することが
できる。
なお、以上説明した実施例はあくまで例示であり、本発
明はその要旨内で種々の態様で実施をすることができる
〔発明の効果] 以上の記載のとおり本発明では、縦形電界効果トランジ
スタのゲートに明ける窓を細長な形状とし、このゲート
の窓から従来と同様にチャネル形成層とその内側のソー
ス層とを順次それらの周縁部分をゲート下に入り込ませ
て拡散して両層を重構造のストライプ状のパターンに形
成し、ストライプ状状のソース層内にコンタクト層を複
数個分布配置して拡散した上で、ソース電極をゲートの
窓内のソース層およびコンタクト層に導電接触するよう
に設けたので、チャネル部を従来の方形ないし六角形の
微小トランジスタを集積化した構造のように電界集中が
起こりやすい角部が全くない形状に形成でき、ノぐンチ
スルー電圧を格段に向上して縦形電界効果トランジスタ
の使用電圧を従来の100V級から200V級にまで上
げるとともに、ストライプ状パターンの幅を狭くして単
位面積あたりのストライプ数を増すことによりソース層
の周辺長を増加させて、フォトプロセスの精度Gこよっ
て若干具なるがトランジスタの電流容量を従来より20
〜30%程度向上することができる。
また、フォトプロセス上の最小寸法を絶縁膜の窓明けに
用いる第2図の実施例に述べた態様によれば、コンタク
ト層を含めて各半導体層の拡散のためのフォトプロセス
に高精度を要せず、かつフォトプロセス上杵される最小
寸法を最大限利用して縦形電界効果トランジスタに大き
な電流容量を持たせることができる。
以上の特長をもつ本発明は、集積回路装置内に比較的小
形の縦形電界効果トランジスタを複数個組み込む場合に
最適である。すなわち、かかる場合には各トランジスタ
に割り当てうる面積には常に制約があるが、本発明によ
る縦形電界効果トランジスタはそのストライプ長を任意
に設定できるので、割当面積を最も有効に利用して面積
あたりの電流容量を大きくとることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図が本発明に関し、第1図は本発明に
よる縦形電界効果トランジスタの実施例の要部拡大平面
図および断面図、第2図は本発明の異なる実施例の要部
拡大平面図である。第3図は従来技術による縦形電界効
果トランジスタの要部拡大平面図である。図において、 1:集積回路装置用半導体基板、2;ドレイン層、3:
半導体領域ないしはエビクキシャル層、4:ゲート酸化
膜、5ニゲ−I・、5a、5bニゲ−1−の窓、6:チ
ャネル形成層、6a;連結層、7二ソ一ス層、8:コン
タクト層、9.絶縁膜、lO:ソース電極、11;ドレ
イン電極、Cニスドライブの連結路、Dニドレイン端子
、e:電子、G:ケト端子、S:ソース端子、である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電界効果トランジスタを作り込むべき一方の導電形をも
    つ半導体領域の一方の表面をゲート酸化膜を介して覆う
    ように設けられ半導体領域の一方の表面に通じる細長な
    窓が明けられたゲートと、ゲートの窓から周縁部分をゲ
    ート下に入り込ませて他方の導電形で拡散されたチャネ
    ル形成層と、ゲートの窓からチャネル形成層に重ねてそ
    れよりも浅く一方の導電形で拡散されたソース層と、ソ
    ース層内にゲートの細長な窓が延びる方向に分布して複
    数個配置されソース層の表面からチャネル形成層に達す
    るように他方の導電形で拡散されたコンタクト層と、ゲ
    ートの窓内のコンタクト層およびソース層の少なくとも
    コンタクト層相互間部分に導電接触して両層の表面を短
    絡するように設けられたソース電極と、半導体領域の他
    方の面側から導出されたドレイン電極とを備えてなる縦
    形電界効果トランジスタ。
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