JPH0332234B2 - - Google Patents

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JPH0332234B2
JPH0332234B2 JP55041125A JP4112580A JPH0332234B2 JP H0332234 B2 JPH0332234 B2 JP H0332234B2 JP 55041125 A JP55041125 A JP 55041125A JP 4112580 A JP4112580 A JP 4112580A JP H0332234 B2 JPH0332234 B2 JP H0332234B2
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JP
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drain
source
gate
drain region
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Ii Hendorikuson Toomasu
Jii Koerushu Ronarudo
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Honeywell Inc
Original Assignee
Honeywell Inc
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Publication date
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Publication of JPH0332234B2 publication Critical patent/JPH0332234B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気信号特にアナログ信号の制御と
スイツチングを行うための電界効果トランジスタ
装置の構造に関するものであり、更に詳しくいえ
ば電界効果トランジスタ・アナログ信号スイツチ
用の電界効果トランジスタ素子の設計上の形状構
造およびその他の重要な特性に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the structure of a field effect transistor device for controlling and switching electrical signals, particularly analog signals, and more specifically, the present invention relates to a field effect transistor device for controlling and switching electrical signals, particularly analog signals. It concerns the design geometry and other important characteristics of transistor elements.

電界効果トランジスタはアナログ信号のスイツ
チングを行うのに魅力的なある種の性質を有す
る。それらの性質のうちの1つは、どのような電
圧極性であつても、交流信号のスイツチングを行
うために、この電界効果トランジスタが同じ出力
特性を持ち、その電圧極性の時に交流電圧サイク
ル中の任意の点においてその電界効果トランジス
タの指定されたソース領域とドレイン領域が動作
させられるように、この電界効果トランジスタを
左右対称的な素子(bilateral device)にできる
ことである。第2に、ソース接地で動作させられ
ている電界効果トランジスタのソース−ドレイン
間電圧電流特性には、エミツタ接地で動作させら
れているバイポーラ・トランジスタのコレクタ電
圧−電流特性におけると同じように、オフセツト
電圧がないことである。
Field effect transistors have certain properties that make them attractive for switching analog signals. One of those properties is that no matter what the voltage polarity is, this field effect transistor has the same output characteristics to perform the switching of the alternating current signal; The field effect transistor can be made a bilateral device so that designated source and drain regions of the field effect transistor can be operated at any given point. Second, the source-drain voltage-current characteristic of a field-effect transistor operated with a common source has an offset, similar to the collector voltage-current characteristic of a bipolar transistor operated with a common emitter. There is no voltage.

しかし、電界効果トランジスタをアナログ・ス
イツチとして使用する場合には、そのドレインと
ソースとの間の導通抵抗値が、たとえばバイポー
ラ・トランジスタ出力抵抗値よりかなり高いのが
普通であるために、問題がある。そのような導通
時のドレイン−ソース間抵抗すなわちチヤンネル
領域抵抗はスイツチング動作に悪影響を及ぼす。
その悪影響の1つは、その導通抵抗がトランジス
タの導通時に生ずる電力消費量を増加させること
で、導通時に十分に大きな電流を流す電力素子と
して電界効果トランジスタを使用する時に特に問
題となる。第2の悪影響は、この導通抵抗が電界
効果トランジスタと負荷との組合わせのスイツチ
ング速度を低下させて、急速に変化するアナログ
信号を制御するためのスイツチの有用性を損うこ
とである。
However, the use of field-effect transistors as analog switches is problematic because the conduction resistance between their drain and source is typically much higher than, for example, the output resistance of a bipolar transistor. . The drain-source resistance, that is, the channel region resistance during such conduction adversely affects the switching operation.
One of its negative effects is that its conduction resistance increases the power consumption that occurs when the transistor is conductive, which is particularly problematic when field effect transistors are used as power devices that conduct a sufficiently large current when conductive. A second adverse effect is that this conduction resistance reduces the switching speed of the field effect transistor and load combination, reducing the usefulness of the switch for controlling rapidly changing analog signals.

第1A図に示されているような半導体基体中に
形成された電界効果トランジスタの場合には、導
通時におけるドレイン−ソース間抵抗の抵抗値
は、そのトランジスタを構成している材料の種々
のパラメータと、そのトランジスタの寸法とに関
係することが知られている。そしてトランジスタ
の寸法としては、使用する半導体材料中の電界効
果トランジスタの実効幅と実効長とに特に関係す
る。すなわち、電界効果トランジスタの導通時に
おけるチヤンネル抵抗の抵抗値は、そのドレイン
とソースとの間のチヤンネルの実効長と、そのチ
ヤンネルの実効幅とに関係する。電界効果トラン
ジスタの導通時におけるドレイン−ソース間抵抗
の抵抗値Rpoと、ドレインとソースとの間のチヤ
ンネルの実効長Lと、実効幅Wとの間には次のよ
うな関係があることが見出されている。
In the case of a field effect transistor formed in a semiconductor substrate as shown in FIG. is known to be related to the size of the transistor. The dimensions of the transistor are then particularly related to the effective width and effective length of the field effect transistor in the semiconductor material used. That is, the resistance value of the channel resistance when a field effect transistor is conductive is related to the effective length of the channel between its drain and source, and the effective width of the channel. The following relationship exists between the resistance value R po of the drain-source resistance when the field effect transistor is conducting, the effective length L of the channel between the drain and the source, and the effective width W. It has been discovered.

Rpo∝L/W パンチ・スルー電圧と、スイツチング時間パラ
メータとがチヤンネルの長さによつて決定され、
そのチヤンネルの長さLが短くなるとパンチ・ス
ルー電圧は低くなり、スイツチング時間が短くな
ることも知られている。したがつて、前記抵抗値
Rpoを満足できるほど低くするのに必要な範囲ま
でチヤンネルの幅のWを広くすると同時に、第1
A図に示されている帯状トランジスタのチヤンネ
ルの長さLを実際上可能な限り短くすべきである
との結論が下されるかもしれない。すなわち、そ
のトランジスタの製造方法により求められている
各構成要素の配置規則に従い、かつ非導通状態に
おける動作のために適切な最小パンチ・スルー電
圧を保ちつつ、チヤンネルの長さをできるだけ短
く保ち、それから導通時におけるドレイン−ソー
ス間の抵抗が満足できる値となるまでチヤンネル
の幅を広げるものである。このようにして作つた
電界効果トランジスタの構造の一例を第1B図に
示す。
R po ∝L/W where the punch-through voltage and switching time parameters are determined by the channel length;
It is also known that the shorter the length L of the channel, the lower the punch-through voltage and the shorter the switching time. Therefore, the resistance value
While widening the channel width W to the extent necessary to lower Rpo satisfactorily,
It may be concluded that the channel length L of the strip transistor shown in Figure A should be made as short as practically possible. That is, keeping the channel length as short as possible while following the component placement rules required by the transistor's manufacturing method and maintaining an adequate minimum punch-through voltage for operation in the non-conducting state, and then The width of the channel is widened until the resistance between the drain and source reaches a satisfactory value during conduction. An example of the structure of a field effect transistor made in this manner is shown in FIG. 1B.

第1A,1B図に示されている構造では、ソー
ス領域10は半導体基体の平らな主面の下方に、
その主面と交差して形成されている。この主面は
その上の絶縁層を支持する。ソース領域は記号S
によつても示されている。絶縁層に設けられてい
る穴11の中にはソース10への接点が入れられ
る。この接点は第1A図では外部の相互接続要素
12によつて作られている様子が示されている。
しかし、ソース領域10は半導体基体中を他の領
域まで延長させてそれ自身を相互接続させること
ができるから、外部コネクタは不要である。第1
B図にはそのような相互接続は示されておらず、
ソース10が適当に低い導通時チヤンネル抵抗値
が得られるWのある値に達するまでソース10が
不確定に延びている様子が示されている。第1B
図では外部相互接続要素を入れるための領域11
が実線の間に示されている。
In the structure shown in FIGS. 1A and 1B, the source region 10 is located below the flat major surface of the semiconductor body.
It is formed to intersect with its main surface. This major surface supports the insulating layer above it. The source area is symbol S
It is also shown by. A contact to the source 10 is inserted into the hole 11 provided in the insulating layer. This contact is shown in FIG. 1A as being made by an external interconnect element 12.
However, because source region 10 can extend to other regions in the semiconductor body and interconnect itself, no external connector is required. 1st
Diagram B does not show such interconnections;
The source 10 is shown extending indefinitely until it reaches a certain value of W that provides a suitably low conducting channel resistance. 1st B
In the figure, area 11 is for containing external interconnection elements.
is shown between the solid lines.

ドレイン領域13が第1A図および第1B図に
示されており、このドレイン領域は記号Dによつ
ても示されている。たとえば外部相互接続要素1
5をソース13へ接続させるための穴14が設け
られる。第1B図でも、十分に低いRpoを生ずる
チヤンネル幅が得られるまでドレイン領域13が
不確定に延びている様子が示されている。
A drain region 13 is shown in FIGS. 1A and 1B, and is also designated by the symbol D. For example external interconnection element 1
A hole 14 is provided for connecting 5 to the source 13. FIG. 1B also shows the drain region 13 extending indefinitely until a channel width is obtained that yields a sufficiently low R po .

第1A図および第1B図ではソース領域10と
ドレイン領域13との間にゲート構造部16が示
されている。このゲート構造部16は、
MOSFETの場合には絶縁層によりソースとドレ
イン領域から分離させられるゲート導体であり、
JFETの場合にはJFETに設けられているゲート
領域に電気的に接続するための相互接続要素の一
部である。
A gate structure 16 is shown between source region 10 and drain region 13 in FIGS. 1A and 1B. This gate structure section 16 is
In the case of a MOSFET, the gate conductor is separated from the source and drain regions by an insulating layer.
In the case of a JFET, it is part of an interconnect element for electrically connecting to a gate region provided in the JFET.

したがつて、第1B図は導通時のチヤンネル抵
抗値を低くするのに必要な程度までチヤンネル幅
Wを広くするための可能な方法を示すものであ
る。しかし、そのような構造では長いゲート・リ
ードと、おそらくは長いソース・リードおよび長
いドレインリードとのために抵抗値が高くなり、
その結果としてスイツチング時間が長くなり、電
力損失が増大するから、そのような構造の電界効
果トランジスタをアナログ信号スイツチとして用
いる場合の効果には疑問がある。更に、そのよう
な構造をモノリシツク集積回路に作るとその構造
は主面で広い面積を占め、面積を最適に使用して
いるとは言えない。
FIG. 1B therefore illustrates a possible method for increasing the channel width W to the extent necessary to reduce the conduction channel resistance. However, such structures have high resistance due to long gate leads and possibly long source and drain leads.
This results in longer switching times and increased power losses, making field effect transistors of such structure questionable in their effectiveness when used as analog signal switches. Furthermore, when such a structure is fabricated into a monolithic integrated circuit, the structure occupies a large area on the main plane, which is not an optimal use of area.

モノリシツク集積回路の主面でそのように広い
面積を使用することは経費のかかるやり方であ
る。与えられたモノリシツク集積回路を作る方法
から動作可能な集積回路チツプが得られる数は、
そのモノリシツク集積回路によつて占められる主
面の面積に逆比例する。そのために良いモノリシ
ツク集積回路チツプの価格は、ウエハーに作られ
たそれらのチツプの数と歩留りとの積に逆比例す
るから、集積回路の価格はモノリシツク集積回路
チツプの主面に占める面積の自乗に比例すること
になる。
Using such a large area on the main surface of a monolithic integrated circuit is an expensive practice. The number of operational integrated circuit chips that can be obtained from a given method of making a monolithic integrated circuit is
It is inversely proportional to the area of the major surface occupied by the monolithic integrated circuit. Therefore, the price of a good monolithic integrated circuit chip is inversely proportional to the product of the number of those chips made on a wafer and the yield, so the price of an integrated circuit is proportional to the square of the area occupied by the main surface of the monolithic integrated circuit chip. It will be proportional.

したがつて、モノリシツク集積回路の製造につ
いて考えると、チツプの主面に占める面積をでき
るだけ小さくすることが極めて重要である。モノ
リシツク集積回路チツプの主面に電界効果トラン
ジスタを作る場合には、与えられた導通時チヤン
ネル抵抗値に対してその主面に占める面積を最小
にすることは、導通時チヤンネル抵抗値とトラン
ジスタの占める面積との積RpoAを最小にするこ
とに等しい。その理由は、積RpoAがその電界効
果トランジスタを作るのに必要なモノリシツク集
積回路チツプの主面の面積を最終的に決定するか
らである。与えられた導通時チヤンネル抵抗値に
対して用いられる電界効果素子の表面積を最小に
することにより、チヤンネル領域上のゲートの面
積も最小となる。そのためにゲート抵抗の抵抗値
と容量値が小さくなつてスイツチング速度が高く
なる。
Therefore, when considering the manufacture of monolithic integrated circuits, it is extremely important to minimize the area occupied by the main surface of the chip. When fabricating a field effect transistor on the main surface of a monolithic integrated circuit chip, minimizing the area occupied by the main surface for a given channel resistance when conducting is the same as the channel resistance when conducting and the area occupied by the transistor. It is equivalent to minimizing the product R po A with the area. This is because the product R po A ultimately determines the area of the major surface of the monolithic integrated circuit chip required to make the field effect transistor. By minimizing the surface area of the field effect device used for a given conduction channel resistance value, the area of the gate over the channel region is also minimized. Therefore, the resistance value and capacitance value of the gate resistor become small, and the switching speed becomes high.

第1C図はチヤンネルの長さをできるだけ短く
保ちながら、チヤンネルの幅を効果的に広くする
別の方法を示す。すなわち、1つの長いソース
と、1つの長いドレインと、1つの長いゲートと
を設ける代りに、帯状のパターンで反覆される多
重ソースと、多重ドレインと、多重ゲートとが設
けられる。これは第1B図に示す構造をいくつか
に分割して、分割された部分を横に並べて置くの
と本質的には同じである。
FIG. 1C shows another method of effectively increasing the width of the channel while keeping the length of the channel as short as possible. That is, instead of having one long source, one long drain, and one long gate, there are multiple sources, multiple drains, and multiple gates repeated in a strip pattern. This is essentially the same as dividing the structure shown in FIG. 1B into several parts and placing the divided parts side by side.

第1C図に示す構造によつて達成されたRpo
積の減少値以上にRpo積を減少させるための別の
幾何学的配置が米国特許第3783349号に示されて
いる。この米国特許には、半導体の主面内でいく
つかの表面により分離したソース領域とドレイン
領域を長方形または正方形に配置し、それらの領
域にゲート部を組合わせて、互いに垂直な直線の
組合わせにより構成された格子状パターンの交差
部すなわち中心に沿つてソース領域とドレイン領
域を有する格子状すなわち長方形状の網目状構造
が開示されている。前記米国特許に開示されてい
るパターンの一部を第2図に示す。
R po A achieved by the structure shown in Figure 1C
Another geometry for reducing the R po product above the product reduction value is shown in US Pat. No. 3,783,349. This U.S. patent discloses that a source region and a drain region separated by several surfaces within the main plane of a semiconductor are arranged in a rectangular or square shape, and a gate region is combined with these regions to form a combination of straight lines perpendicular to each other. A lattice-like or rectangular network structure is disclosed having source and drain regions along the intersections or centers of a lattice-like pattern formed by the above. A portion of the pattern disclosed in said US patent is shown in FIG.

第2図において、半導体基体の表面に交差する
ソース領域は記号Sと番号10で示され、半導体
基体上のドレイン領域は記号Dと番号13で示さ
れ、ゲート部分に関連する部分は記号Gと番号1
6で示されている。ソース領域とドレイン領域は
破線で囲まれている。第2図に示す素子は半導体
基体の上に絶縁層が被覆されているものと仮定す
る。ソースとドレインに対する相互接続要素は示
していない。ソース領域とドレイン領域のうち電
気的接続を行う部分は実線の開口部11,14で
示されている。
In FIG. 2, the source region intersecting the surface of the semiconductor body is designated by the symbol S and the number 10, the drain region on the semiconductor body is designated by the symbol D and the number 13, and the part associated with the gate region is designated by the symbol G. number 1
6. The source and drain regions are surrounded by dashed lines. It is assumed that the device shown in FIG. 2 has an insulating layer coated on a semiconductor substrate. Interconnect elements for the source and drain are not shown. Portions of the source region and the drain region that are electrically connected are indicated by solid line openings 11 and 14.

この目的のための別の構造が米国特許第
4015278号に示されている。この米国特許に示さ
れている構造ではソースはYの字状に作られ、ド
レインは六角形状に作られている。
Another structure for this purpose is described in U.S. Patent No.
No. 4015278. In the structure shown in this US patent, the source is made in a Y shape and the drain is made in a hexagonal shape.

電界効果トランジスタのこれらの構造は第1A
図および第1B図に示されている構造のものより
もRpoA積を小さくするのに非常に効果があるよ
うである。しかし、RpoA積を更に小さくするこ
とは非常に望ましいことであり、とくに電界効果
トランジスタをモノリシツク集積積回路で作り、
しかもそのモノリシツク集積回路チツプを過熱さ
せることなしに大きあ電流を制御できるようにす
る場合にはRpoA積を更に小さくすることは最も
望ましいことである。
These structures of field effect transistors are the first A
It appears to be much more effective at reducing the R po A product than the structures shown in Figures and Figure 1B. However, it is highly desirable to further reduce the R po A product, especially when field effect transistors are fabricated in monolithic integrated circuits.
Moreover, it is most desirable to further reduce the RpoA product if large currents can be controlled without overheating the monolithic integrated circuit chip.

電界効果トランジスタでアナログ信号をスイツ
チングする場合に考慮せねばならない別の事柄
は、十分に高い逆バイアス電圧に耐えることがで
きなければならないことである。すなわち、この
電界効果トランジスタの最小パンチスルー電圧と
最小降伏電圧は十分でなければならない。しかし
これを達成することは困難であり、とくにモノリ
シツク集積回路で作られる素子の場合には困難で
ある。
Another consideration when switching analog signals with field effect transistors is that they must be able to withstand sufficiently high reverse bias voltages. That is, the minimum punch-through voltage and minimum breakdown voltage of this field effect transistor must be sufficient. However, this is difficult to achieve, especially for devices made of monolithic integrated circuits.

本発明によれば、半導体ソースあるいはドレイ
ン領域部の一方の近傍又は両領域部の近傍にシー
ルド電極を設けることによつて十分に行高い逆バ
イアス電圧に耐えることができる電界効果トラン
ジスタ素子が得られる。このようにすると半導体
のソースとドレイン領域には逆バイアスがかけら
れた時降伏する前に大きな空乏ができあるいは、
この空乏領域内の電界が変るほどの不純物濃度
(dopant concentrations)が生ずる。このような
シールド電極はある例においては電界効果トラン
ジスタ素子のゲート電極に接続される。また、ゲ
ート領域に関連したこの電界効果トランジスタ素
子の部分は高密度に実装されたマトリツクス構造
体内に作られる三角形領域を分離する働きをし、
導通状態時のチヤンネル抵抗値を低くし得る。電
界効果トランジスタ内にゲート領域とシールド領
域を共に有する電界効果トランジスタ素子を作る
方法を開示し、これらの領域としてソースとドレ
イン領域のさまざまな部分がセルフアライメント
なものを提供する。
According to the present invention, a field effect transistor element that can withstand a sufficiently high reverse bias voltage can be obtained by providing a shield electrode near one or both of the semiconductor source or drain regions. . In this way, the source and drain regions of the semiconductor can become heavily depleted before breaking down when reverse bias is applied, or
Dopant concentrations occur that alter the electric field within this depletion region. Such a shield electrode is connected to the gate electrode of a field effect transistor element in some examples. Also, the portion of this field effect transistor element associated with the gate region serves to separate the triangular regions created within the densely packed matrix structure.
The channel resistance value in the conductive state can be lowered. A method of making a field effect transistor device having both a gate region and a shield region within a field effect transistor is disclosed, providing that the regions are self-aligned at various portions of the source and drain regions.

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

電界効果トランジスタのRpoA積を従来の構造
のものよりも小さくする目的で行われた、本発明
のソース領域とドレイン領域との構造・配置の効
果は、可能な幾何学的配置を一般的に表す数学的
モデルによつて示すことができる。そのモデルを
取り扱うことによつてより良い幾何学的配置を見
つけることができる。モノリシツク集積回路また
はその他の小型構造で大きな電力を取り扱うのに
適当な素子のための電界効果トランジスタの構造
の問題をこのように理解し、取り扱うことは先行
技術では行われなかつたことであり、したがつて
成果も先行技術には見られない。
The effect of the structure and arrangement of the source and drain regions of the present invention, which is aimed at reducing the R po A product of field effect transistors compared to conventional structures, is that the possible geometries are generally This can be shown by the mathematical model shown below. By working with the model we can find better geometries. This understanding and treatment of the problem of field effect transistor construction for devices suitable for handling large amounts of power in monolithic integrated circuits or other compact structures has not been done in the prior art and is However, no results have been found in the prior art.

表面電界効果トランジスタのRpoA積をできる
だけ小さくする問題は、平面上に二次元図形を高
密度で描く問題によく似ている。その理由は、半
導体基体の主面に形成された表面電界効果トラン
ジスタはほぼ二次元素子だからである。換言すれ
ば、越えてはならない特定の導通時チヤンネル抵
抗値が与えられて、その素子を含む半導体基体の
主平面内における電界効果トランジスタの幾何学
的配置により占められる面積を最小にするという
問題と言える。
The problem of minimizing the R po A product of a surface field effect transistor is very similar to the problem of drawing a two-dimensional figure on a plane with high density. The reason is that the surface field effect transistor formed on the main surface of the semiconductor substrate is almost a secondary element element. In other words, the problem is to minimize the area occupied by the field effect transistor geometry in the main plane of the semiconductor body containing the device, given a certain conducting channel resistance value that must not be exceeded. I can say it.

前述したように、スイツチング速度を高くし、
導通状態時のチヤンネル抵抗値をできるだけ低く
するために、実効チヤンネル長Lはできるだけ短
くせねばならない。もちろん、最終的に選択され
るLの値は、電界効果素子を作るために用いられ
る方法が必要とする最小間隔についての配置設計
規則を満足させ、かつその素子が非導通状態にあ
る時に求められる最低パンチスルー電圧を満足さ
せる構造によつて決定される。したがつて、Lの
値は素子の面積を狭くする目的のためには変えら
れず、前記したように実効チヤンネル幅Wが変え
られる。このような状況の中では、素子のRpo
積を小さくする問題は、満足できるほど低い導通
時チヤンネル抵抗値を得るために必要な実効チヤ
ンネル幅を選択し、次にその結果得られた電界効
果トランジスタ素子の面積を最小にすることとい
いなおすことができる。もちろん、実効チヤンネ
ル幅Wは、チヤンネルの長さのところで述べた製
造方法によつて定められる同じ構造・配置則に従
う。
As mentioned above, increasing the switching speed and
In order to make the channel resistance value in the conductive state as low as possible, the effective channel length L must be made as short as possible. Of course, the final value of L selected satisfies the layout design rules for minimum spacing required by the method used to make the field effect device, and is determined when the device is in the non-conducting state. Determined by the structure that satisfies the minimum punch-through voltage. Therefore, the value of L cannot be changed for the purpose of narrowing the area of the device, but the effective channel width W can be changed as described above. In this situation, the element's R po A
The problem of reducing the product can be rephrased as selecting the effective channel width necessary to obtain a satisfactorily low conducting channel resistance, and then minimizing the area of the resulting field effect transistor element. be able to. Of course, the effective channel width W follows the same construction and layout rules determined by the manufacturing method described for channel length.

第1A,1B,1C図に示す配置は二次元格子
形幾何学図形群論における最下位の二次元点対称
群のみを基にしているものである。第2図に示さ
れている幾何学的配置はより高位の点対称群、す
なわち、4回回転対称(four−fold rotational
symmetry)を用いている。
The arrangements shown in Figures 1A, 1B, and 1C are based only on the lowest two-dimensional point symmetry group in two-dimensional lattice geometry group theory. The geometry shown in Figure 2 is based on a higher order point symmetry group, namely the four-fold rotational symmetry.
symmetry).

しかし、群論から、上記の問題の解は点群2,
4mm,6mmおよび2mm(すなわち、1,2,3,
4,6回回転対称を有する幾何学的図形)であ
る。表面に関連する電界効果トランジスタ素子は
2回回転対称自体を有するから、2回回転軸およ
びn回回転軸へ分解できる群だけがこの問題の実
際の解である。したがつて、この問題に対する2
回回転および4回回転対称の満足できる解を有す
る配置ばかりでなく、6回回転対象を有する配置
も適切でかつ高密度に実装された素子の構造につ
いての解を表す。実際には、金属の1つの層は2
回またはそれ以下の回転対称を必ず持つから、そ
れらの配置は、第2図の素子部分について示され
ているように4回回転対称の場合には長方形状に
構成し、第3A図に示されている6回回転対称の
場合には三角形状に構成せねばならない。
However, from group theory, the solution to the above problem is point group 2,
4mm, 6mm and 2mm (i.e. 1, 2, 3,
It is a geometric figure with 4- and 6-fold rotational symmetry). Since the surface-related field effect transistor elements have a two-fold rotational symmetry themselves, only groups that can be decomposed into two-fold and n-fold rotational axes are practical solutions to this problem. Therefore, 2 for this problem
Not only arrangements with satisfactory solutions for rotational and 4-fold rotational symmetry, but also arrangements with 6-fold rotational symmetry represent solutions for suitable and densely packed element structures. In reality, one layer of metal is 2
Since they always have a rotational symmetry of 1 or less, their arrangement should be rectangular in the case of 4-fold rotational symmetry, as shown for the element part in FIG. 2, and as shown in FIG. 3A. In the case of six-fold rotational symmetry, the structure must be triangular.

第3A図に示す素子部分も半導体基体の表面に
交差して形成されたソース領域とドレイン領域を
有する。それらの領域は破線で示されている。こ
の半導体基体の主面は絶縁層を支持する。ソース
領域とドレイン領域を主面に交差させることによ
つて、主面内に高密度に実装された三角形状の表
面部分が設けられる。第3A図ではそれらの三角
形表面部分は正三角形として示されているが、必
ずしも正三角形にする必要はない。実線で示す小
さな三角形はソース領域とドレイン領域とに電気
的接続を行うための部分で、それぞれの電気的接
続はソース相互接続要素とドレイン相互接続要素
とによつて行われる。
The device portion shown in FIG. 3A also has source and drain regions formed across the surface of the semiconductor substrate. Those areas are indicated by dashed lines. The main surface of this semiconductor body supports an insulating layer. By intersecting the source and drain regions with the major surface, densely packed triangular surface portions are provided within the major surface. Although these triangular surface portions are shown as equilateral triangles in FIG. 3A, they do not necessarily have to be equilateral triangles. The small solid triangles are for making electrical connections to the source and drain regions, each electrical connection being made by a source interconnection element and a drain interconnection element.

ソース三角形表面部分とドレイン三角形表面部
分との間の分離表面に沿つて延ばされ、網目が三
角形状であつてゲートに組合わされる網状組織を
形状する長い破線は、ソースまたはドレインを表
す各三角形状表面部分の周囲に大きな三角形を構
成する。それらの大きな三角形にはソースとドレ
インの各三角形表面部分に組合わされるゲートの
網状部分が含まれる。それらの大きあ三角形表面
部分を互いに関連させて考えると、大きな三角形
は(ここでは正三角形として示してある)高密度
に実装された六角形状のマトリツクス構造体にお
ける6回回転対称を明らかにしている。同様に、
第2図においても長方形または正方形の網目の中
大きな四辺形(実際には正方形)を形成するため
に長い破線がつけ加えられている。それらの大き
な正方形部分は高密度で実装された正方形マトリ
ツクス構造体の形成における4回回転対称を明ら
かにしている。
A long dashed line extending along the separation surface between the source triangular surface portion and the drain triangular surface portion and forming a network in which the mesh is triangular and is associated with the gate is used for each triangle representing the source or drain. Construct a large triangle around the shape surface area. These large triangles include gate meshes associated with source and drain triangular surface portions. Considering these large triangular surface areas in relation to each other, the large triangles (shown here as equilateral triangles) reveal a six-fold rotational symmetry in a densely packed hexagonal matrix structure. . Similarly,
In FIG. 2 as well, long dashed lines are added to form a large quadrilateral (actually a square) within a rectangular or square mesh. Their large square sections reveal a four-fold rotational symmetry in the formation of densely packed square matrix structures.

上記した群論的な解(group theoretical
solution)の範囲内で可能な種々の配置の相対的
な長所を決定するために、各配置についてRpo
積を評価せねばならない。そのために、評価され
る配置に関連する各電界効果トランジスタが、ド
レイン−ソース間電圧VDSが小さな値である直線
領域で動作しているものと仮定する。MOSFET
に対する導通時チヤンネル抵抗値を求めるための
周知の式がたとえば次の表現によつて与えられる Rpo=Leff/WeffμCpx(VGS−VT) この式において、用いられている記号の意味は
次の通りである。
The above group theoretical solution
R po A for each configuration to determine the relative merits of various possible configurations within
The product must be evaluated. To this end, it is assumed that each field effect transistor associated with the arrangement being evaluated is operating in the linear region, where the drain-source voltage V DS is of small value. MOSFET
For example, the well-known formula for finding the conducting channel resistance for R po = L eff / W eff μC px (V GS − V T ) The meaning is as follows.

Rpo△ =導通状態時のチヤンネル抵抗値 L△ =チヤンネルの長さ Weff△ =実効チヤンネル幅 Cpx△ =ゲート−酸化物コンデンサの単位面 積当りの容量 μ△ =チヤンネル・キヤリヤの移動度 VGS△ =ゲート−ソース間電圧 VT△ =しきい値電圧 解析を続けるために、前記した群論の範囲内で
見出される配置解を表す第1C,2,3A図に示
されている各配置における単位セルから得られた
値を前式のWeffにまず代入することによりRpo
積を求める。これら3つの図に示されている各単
位セルは、用いた群論により決定される各配置に
ついての関連する最小寸法の基本的なセルを表
す。第1C,2,3A図に示されている各配置に
ついてのRpoA積を求める作業は、前記した式の
Weffに適切な値を代入したものに対応する単位セ
ルの面積を掛け合わせることによつて終了する。
R po △ = Channel resistance value in conduction state L△ = Channel length W eff △ = Effective channel width C px △ = Capacitance per unit area of gate-oxide capacitor μ△ = Mobility of channel carrier V GS △ = Gate-source voltage V T △ = Threshold voltage To continue the analysis, we consider each of the configurations shown in Figures 1C, 2, and 3A, which represent the configuration solutions found within the scope of the group theory described above. By first substituting the value obtained from the unit cell in W eff in the previous equation, R po A
Find the product. Each unit cell shown in these three figures represents an elementary cell of the relevant minimum size for each configuration determined by the group theory used. The task of calculating the R po A product for each arrangement shown in Figures 1C, 2, and 3A is as follows:
Finish by substituting an appropriate value for W eff and multiplying it by the area of the corresponding unit cell.

下記の式は第1C,2,3A図に示されている
幾何学的配置についてのものである。
The equations below are for the geometries shown in Figures 1C, 2 and 3A.

(RpoA)1C図=L(L+wc+2d)/μCpx(VGS−VT
) (RpoA)2図= L(L+wc+2d)2/μCpx2(wc+2d)(VGS−VT
) (RpoA)3A図 =2(3)1/2L{We/2(3)1/2+d+L/2}2/μ
Cpx{wc+2(3)1/2d}(VGS−VT) これらの式においてwcはソース領域とドレイ
ン領域との各主面部分に対して相互接続要素素に
より行われる電気接点の幅、dはソース領域とド
レイン領域との各主面部分におけるチヤンネルの
縁部と電気接点との間の最小必要間隔である。。
(R po A) 1C diagram = L (L + wc + 2d) / μC px (V GS −V T
) (R po A) 2 diagram = L (L + wc + 2d) 2 / μC px 2 (wc + 2d) (V GS −V T
) (R po A) Figure 3A = 2(3) 1/2 L {We/2(3)1/2+d+ L/ 2} 2
C px {w c +2(3) 1/2 d} (V GS −V T ) In these equations, w c is the electrical charge performed by the interconnect element on each main surface portion of the source and drain regions. The contact width, d, is the minimum required spacing between the edge of the channel and the electrical contact in each major surface portion of the source and drain regions. .

第1C、2,3A図に示されている各配置の
RpoA積を求めるための上の3つの式の意味は、
ソース領域またはドレイン領域当りの実効チヤン
ネル領域幅wc+2dを表す定められたパラメータ
が実効チヤンネル長Lに関して変えられた時に、
式の値を比較することによつて知ることができ
る。チヤンネル幅がチヤンネル長よりはるかに大
きいとき、すなわちwc+2d≫Lの時であるよう
な限界においては、第2図の垂直な中心線格子を
表すRpoA積である。(RpoA)2図は、wc,d,
Lの同じ値に対する第1C図に示されている反覆
帯状構成のRpoA積すなわち(RpoA)1C図の半
分に近づく。一方、第3A図に示されている三角
形網状組織についてのRpoA積である(RpoA)3
A図は本発明により達成された改良のもので、第
1C図に示されている反覆帯状配置のたつた1/3
である。いいかえれば、以下に示す結果はできる
だけ短いチヤンネル長を用いるという希望の条件
で得られるものである。
For each arrangement shown in Figures 1C, 2 and 3A.
The meanings of the above three formulas for calculating the R po A product are:
When a defined parameter representing the effective channel region width per source or drain region w c +2d is varied with respect to the effective channel length L,
This can be determined by comparing the values of the expressions. In the limit, when the channel width is much larger than the channel length, ie when w c +2d≫L, the R po A product represents the vertical centerline grid of FIG. (R po A) Figure 2 shows w c , d,
The R po A product of the repeating band configuration shown in Figure 1C for the same value of L, ie (R po A) approaches half of Figure 1C. On the other hand, the R po A product for the triangular network shown in Figure 3A is (R po A) 3
Figure A shows the improvement achieved by the present invention, and shows a 1/3 of the repeating band arrangement shown in Figure 1C.
It is. In other words, the results shown below are obtained with the desired condition of using the shortest possible channel length.

(RpoA)2図→0.50(RpoA) 1C図,wc+2d≫L (RpoA)3A図→0.33(RpoA) 1C図,wc+2d≫L これらの同じ式に対して、wc+2dがLにほぼ
等しい時は、第1C,2,3A図に示されている
3種類の配置についてのRpoA積はほぼ等しい。
最後に、wc+2dがLよりはるかに小さい時は、
第1図に示す配置が最小のRpoA積を示すことが
判明する。
(R po A) Figure 2 → 0.50 (R po A) Figure 1C, w c +2d≫L (R po A) Figure 3A → 0.33 (R po A) Figure 1C, w c +2d≫L For these same equations Therefore, when w c +2d is approximately equal to L, the R po A products for the three configurations shown in Figures 1C, 2, and 3A are approximately equal.
Finally, when w c +2d is much smaller than L,
It turns out that the arrangement shown in FIG. 1 exhibits the lowest R po A product.

この関係を第4図のグラフに示す。このグラフ
には第1C,2,3A図に示されている各配置に
ついてのRpoA積がチヤンネル長Lの関数として
示されている。このグラフではRpoA積は係数Cpx
(VGS−VT)により正規化されており、配置則に
よりwc=5ミクロン,d=6ミクロンにできる
という仮定をしている。これらの式により第4図
に示されている結果は、三角形の網状構造、すな
わち、第3図A図の高密度で実装された六角形マ
トリツクス構造は、チヤンネルの長さが比較的短
かくなるとより小さいRpoA積を持つということ
であり、上述のものが最も望ましいということで
ある。もちろん、これはモノリシツク集積回路の
製造において通常使用される製造方法における制
限に合致するのに十分なほどの適度の大きさより
も大きくないように選択されているソース領域と
ドレイン領域との寸法によつて上記の状況は達成
される。
This relationship is shown in the graph of FIG. This graph shows the R po A product as a function of channel length L for each of the configurations shown in FIGS. 1C, 2, and 3A. In this graph, R po A product is the coefficient C px
(V GS -V T ), and it is assumed that w c =5 microns and d = 6 microns according to the placement rule. These equations give the results shown in Figure 4 that the triangular network structure, i.e., the densely packed hexagonal matrix structure of Figure 3A, becomes smaller when the channel length becomes relatively short. This means that it has a smaller R po A product, and the one described above is the most desirable. This, of course, depends on the dimensions of the source and drain regions being chosen to be no larger than a reasonable size, sufficient to meet the limitations of manufacturing methods commonly used in the manufacture of monolithic integrated circuits. Then the above situation is achieved.

もちろん、間隔を最小にするためのモノリシツ
ク集積回路の配置則は第1C,2,3A図に示さ
れている各配置における各単位セルの相対最小寸
法を指定しがちであるから、先に述べたRpoA積
を最小にする問題に対するそれらの対称群解の与
えられた一つの解に対して、Rpo積を十分に小さ
くできる可能性を実際の配置が達成できないこと
がある。したがつて、第4図のグラフで示されて
いる関係があつても、たとえば第2図に示されて
いる4回回転対称群配置のRpoA積は、比較的チ
ヤンネル長の短かいものに対してさえ、第3A図
に示されている6回回転対称群構造のRpoA積よ
りも小さいことが実際にはあり得る。したがつ
て、前記した解を選択する前に模擬試験構造また
は実際の試験構造によつて、それらの解のうちか
ら任意の相対的な結果を必ず調べなければならな
い。
Of course, since the layout rules for monolithic integrated circuits for minimizing spacing tend to specify the relative minimum dimensions of each unit cell in each layout shown in Figures 1C, 2, and 3A, For a given one of these symmetric group solutions to the problem of minimizing the R po A product, a practical arrangement may not achieve the possibility of making the R po product sufficiently small. Therefore, even if the relationship shown in the graph of Figure 4 exists, for example, the R po A product of the four-fold rotationally symmetric group configuration shown in Figure 2 has a relatively short channel length. It may actually be smaller than the R po A product of the 6-fold rotationally symmetric group structure shown in FIG. 3A even for . Therefore, before selecting the solution mentioned above, one must always check the relative results of any of these solutions by means of a mock test structure or an actual test structure.

たとえば、第1C,2,3A図に示されている
構成についての以上述べた解析は、ソース領域と
ドレイン領域とを電気的に接続するための相互接
続要素を解析において無視できるとの仮定の上に
立つて行つてきたものである。しかしそうではな
い場合、すなわち、ある配置が他の配置とは反対
に最小間隔則が比較的細いリード線を用いる相互
接続要素を必要とする場合には、相互接続要素の
ために比較的高い抵抗値が導入されることにな
る。そうすると、2つの配置、たとえば第2図と
第3A図に示されている配置の相対的な長所は、
上で行つた解析で結論づけられた長所とは全く逆
であることがある。しかし、理論と実際との両方
において、第3A図に示されている三角形網状配
置は、与えられた導通時チヤンネル抵抗値に対し
て、第2図に示されている垂直中心線格子の場合
におけるものよりも小さいモノリシツク集積回路
表面積を有することが判明している。実際には、
相互接続要素の抵抗値は、第3A図に示されてい
る三角形網状配置の方が、第2図に示されている
垂直中心線格子配置よりも比較的低くすることさ
えできる。
For example, the above analysis of the configurations shown in Figures 1C, 2, and 3A is based on the assumption that interconnect elements for electrically connecting the source and drain regions can be ignored in the analysis. I used to stand there. However, if this is not the case, i.e., if one arrangement, as opposed to another, requires the minimum spacing law to have interconnect elements with relatively thin leads, then a relatively high resistance is required for the interconnect elements. value will be introduced. The relative merits of the two arrangements, such as those shown in Figures 2 and 3A, are then:
The advantages concluded in the analysis conducted above may be completely contrary. However, both in theory and in practice, the triangular mesh arrangement shown in FIG. 3A, for a given conducting channel resistance, It has been found that monolithic integrated circuits have a surface area that is smaller than that of a monolithic integrated circuit. in fact,
The resistance values of the interconnect elements can even be relatively lower in the triangular mesh arrangement shown in FIG. 3A than in the vertical centerline grid arrangement shown in FIG.

モノリシツク集積回路の主面を占める面積の目
乗にコストが比例するのが普通であることについ
ては先に説明した。第5図は第1C図に示す反覆
帯状配置を基準コストとしてとり、他の配置の相
対的なコストを指数で示すグラフである。最低コ
ストの配置の選択は、チヤンネルの幅wcと長さ
dとの値が固定されているある特定の配置に関連
して選択されるチヤンネルの長さに、明らかに関
係することが注意されたい。チヤンネルの長さが
7.5ミクロンの時には、第2図に示されている垂
直中心線格子配置のコストは、第1C図に示され
ている反覆帯状配置のコストの約50%であること
が予測でき、三角形網状配置のコストは第1C図
に示す配置の37%であることを予測できる。
It was previously explained that cost is generally proportional to the area occupied by the main surface of a monolithic integrated circuit. FIG. 5 is a graph that takes the repeated strip arrangement shown in FIG. 1C as a standard cost and shows the relative costs of other arrangements using an index. It is noted that the choice of the lowest cost arrangement is clearly related to the length of the channel chosen in relation to a particular arrangement where the values of channel width w and length d are fixed. sea bream. channel length
At 7.5 microns, the cost of the vertical centerline grid arrangement shown in Figure 2 can be expected to be about 50% of the cost of the repeating band arrangement shown in Figure 1C, and the cost of the triangular mesh arrangement shown in The cost can be expected to be 37% of the arrangement shown in Figure 1C.

なお、先に示した諸式で用いたコストの解析に
おいては、実際ある配置の方が他の配置のものよ
り相互接続路の抵抗値が相対的に高くなるという
配置則を考慮に入れていない。
Note that the cost analysis used in the formulas shown above does not take into account the layout rule that the resistance value of the interconnection path is actually relatively higher in some layouts than in other layouts. .

高密度で実装される六角形マトリツクス構造を
用いて作られた別の電界効果トランジスタを第3
B図に示す。この素子では導通時チヤンネル抵抗
値と、ソース相互接続要素の金属化延長部とドレ
イン相互接続要素の金属化延長部の抵抗値とを共
に低くできる。更に、第3B図に示されている金
属化延長部は、第3A図に示されている構造パタ
ーンにおけるよりも、第3B図に示されているパ
ターンにおける方が少くともいくつかの金属化方
法によつて容易に設けることができる。
Another field-effect transistor made using a hexagonal matrix structure packed with high density is
Shown in Figure B. This device provides a low conduction channel resistance and a low resistance of the metallization extensions of the source and drain interconnect elements. Additionally, the metallization extensions shown in FIG. 3B may have at least some more metallization methods in the pattern shown in FIG. 3B than in the structural pattern shown in FIG. 3A. It can be easily provided by

第3B図に示されている構造では、ソース領域
の三角形表面部分10は三角形ゲート表面部分1
6の中にそれと一致した状態で設けられる。ドレ
イン領域の網状表面部分13は、ソース領域表面
部分とドレイン領域表面部分とを中に含む三角形
開口部を有する網状パターンを形成する。このよ
うにして、後者の領域は第3B図に示されている
素子の表面に密に配置され、そしてそれらの領域
は素子を覆うパツシペーシヨン層の下側に設けら
れる。
In the structure shown in FIG. 3B, the triangular surface portion 10 of the source region corresponds to the triangular gate surface portion 1.
6 in a state consistent with that. The reticulated surface portion 13 of the drain region forms a reticulated pattern with triangular openings containing therein the source region surface portion and the drain region surface portion. In this way, the latter regions are closely spaced on the surface of the device shown in FIG. 3B, and they are provided below the passivation layer covering the device.

第3B図において、実線で描かれている最小の
三角形は絶縁層に設けられた開口部を示すもの
で、その開口部の中にはソース相互接続要素によ
りソース領域10に対する電気的接続が行われ
る。平行な実線は絶縁層に設けられた開口部を示
し、それらの開口部の中ではドレイン相互接続要
素によるドレイン領域13への電気的接続が行わ
れる。ゲート領域16を相互接続するために別の
相互接続要素層も必要とする。その相互接続を行
うための開口部は第3B図には示していない。
In FIG. 3B, the smallest solid triangle represents an opening in the insulating layer into which an electrical connection to the source region 10 is made by the source interconnect element. . The parallel solid lines indicate openings provided in the insulating layer in which the electrical connection to the drain region 13 by the drain interconnection elements is made. Another interconnect element layer is also required to interconnect gate region 16. The openings for making the interconnections are not shown in FIG. 3B.

第3B図に示す分離されているゲート領域を電
気的に相互に接続するための別の相互接続要素層
を設ける必要を避けるために、第3C図の構造は
半導体中でゲート領域をソース領域の周囲に接続
するのに用いることができ、これにより接続され
たゲート領域の複数の列が形成される。そして、
それらの列も半導体中で接続されるならば半導体
中に1つの連続したゲート領域を作れる可能性が
得られるが、それらの列を半導体中で接続できな
いときはそれらの列を相互は接続するために必要
なもの以外のゲート相互接続は少くとも必要とし
ない。第3C図における半導体中でのゲート領域
16の相互接続の点以外は、この図に示されてい
る構造は第3B図に示されている構造とほぼ同じ
である。
To avoid the need for a separate interconnect element layer to electrically interconnect the separated gate regions shown in FIG. 3B, the structure of FIG. 3C connects the gate region to the source region in the semiconductor. It can be used to connect to the periphery, thereby forming multiple columns of connected gate regions. and,
If those columns are also connected in the semiconductor, there is a possibility to create one continuous gate region in the semiconductor, but if those columns cannot be connected in the semiconductor, the columns are connected to each other. No gate interconnections other than those required are required. Other than the interconnection of gate regions 16 in the semiconductor in FIG. 3C, the structure shown in this figure is substantially the same as the structure shown in FIG. 3B.

第3B図および第3C図において、三角形表面
部分を有するソース領域10と、三角形表面部分
を有するドレイン領域13としてそれぞれ示され
ている領域を、領域10と13としていずれを還
択するかは任意である。すなわち、ドレイン領域
13が三角形表面部分となり、ソース領域10が
ゲート部分とドレイン三角形表面部分を囲む網状
表面部分を形成するように、Dという記号がつけ
られている領域13とSという記号がつけられて
いる領域10とを入れかえることができる。
The regions shown in FIGS. 3B and 3C as a source region 10 having a triangular surface portion and a drain region 13 having a triangular surface portion, respectively, may be selected as regions 10 and 13 at will. be. That is, a region 13 labeled D and a region 13 labeled S are used so that the drain region 13 forms a triangular surface portion and the source region 10 forms a net-like surface portion surrounding the gate portion and the drain triangular surface portion. It is possible to replace the area 10 that is currently in use.

解析を行うために第3C図に示す構造を選択す
ることにする。この図には第1C,2,3C図に
示されている単位セルと同じ性質の単位セルが同
じやり方で示されている。第3C図に示されてい
る配置のRpoA積は次式で与えられる。
The structure shown in FIG. 3C will be selected for analysis. In this figure, unit cells of the same nature as the unit cells shown in Figures 1C, 2 and 3C are shown in the same way. The R po A product for the configuration shown in FIG. 3C is given by:

(RpoA)3C図=L{3L+3d1+2d2+(3)1/2/2wc1
wc2/μCpx6{2(3)1/2L+2(3)1/2d1+wc1}(VGS
VT) ×{2(3)1/2L+2(3)1/2d1+wc1+4/(3)1/2wd
} この式においてLはゲート領域を横切る長さ、
wdはドレイン領域のアームを横切る幅をそれぞ
れ表し、wc1,wc2はそれぞれソース領域10と
ドレイン領域13とに設けられる開口部の寸法、
d1,d2はそれぞれ関連する接続開口部の外側のソ
ース領域とドレイン領域とに残つている距離を表
す。
(R po A) 3C diagram = L {3L + 3d 1 + 2d 2 + (3) 1/2 /2w c1 +
w c2 /μC px 6 {2(3) 1/2 L+2(3) 1/2 d 1 +w c1 } (V GS
V T ) × {2(3) 1/2 L+2(3) 1/2 d 1 +w c1 +4/(3) 1/2 wd
} In this formula, L is the length across the gate region,
w d represents the width across the arms of the drain region, w c1 and w c2 are the dimensions of the openings provided in the source region 10 and the drain region 13, respectively;
d 1 and d 2 each represent the remaining distance of the source and drain regions outside the associated connection opening.

この式の解析を続行すれば、第1C図に示す構
造の性能に関し第3C図に示す構造の性能は、第
3A図に示す構造の性能にほぼ等しいことがわか
る。したがつて、第3A図に示す高密度に実装さ
れた六角形マトリツクス構造の性能は、第3B,
3C図に示す構造の性能にほぼ等しい。
Continuing the analysis of this equation, it can be seen that the performance of the structure shown in FIG. 3C is approximately equal to the performance of the structure shown in FIG. 3A with respect to the performance of the structure shown in FIG. 1C. Therefore, the performance of the densely packed hexagonal matrix structure shown in FIG. 3A is as follows:
The performance is almost equal to that of the structure shown in Figure 3C.

第6図はソース相互接続要素とドレイン相互接
続要素との上に設けられるパツシベーシヨン層の
ない、本発明の電界トランジスタ素子(第3A図
に関連する)の上面図である。いくつかのソース
領域およびドレイン領域と半導体基体の主面との
交差により生じた三角形の表面部分が第6図に示
されているが、それらが実際に使用できる素子に
設けられるソース領域とドレイン領域の数を示す
ものと解してはならない。実際の素子ではそれら
の三角形表面部分の数は通常は数千であり、5万
をこえることもしばしばある。
FIG. 6 is a top view of the field transistor device of the present invention (related to FIG. 3A) without a passivation layer provided over the source and drain interconnect elements. Triangular surface areas created by the intersection of several source and drain regions with the main surface of the semiconductor substrate are shown in FIG. shall not be construed as indicating the number of In actual devices, the number of these triangular surface portions is usually several thousand, and often exceeds 50,000.

通常はアルミニウムで作られるソース相互接続
要素12には記号Sがつけられている。やはり通
常アルミニウムで作られるドレイン相互接続要素
15には記号Dがつけられている。
The source interconnect element 12, which is typically made of aluminum, is designated with the symbol S. The drain interconnect element 15, which is also typically made of aluminum, is marked with the symbol D.

ゲート接続開口部17には記号Gがつけられて
いる。ゲート接続開口部17から電解効果トラン
ジスタのゲート部分の上を通つて延びる延長部に
は番号16がつけられており、その延長部は破線
で描かれている長方形の全てを含むが、ソース領
域とドレイン領域を含む三角形表面部分の上の部
分はほぼ除かれるJFETでは領域16は半導体基
体のうちソース領域およびドレイン領域の導電形
とは逆の導電形の部分を表す。この場合にはゲー
ト抵抗値を最低にする時に用いられるそのような
JFETのゲート領域の上を通つて、そのゲート領
域に接触する導体とすることもできる。
MOSFETにおいては、領域16は下側の絶縁層
の上のゲート導電材料を表す。その絶縁層は通常
は二酸化シリコンで作られ、半導体基体とゲート
導電層16を分離する。この場合には領域16は
ポリシリコンまたは金属で作られるのが普通であ
る。ポリシリコンはソース相互接続要素とドレイ
ン相互接続要素を含む上側の金属層を短絡させる
おそれが非常に少いために、配置の間隔則をきつ
くできるからポリシリコンは最もも小型の構造の
ものに選択される。しかし、ゲート16に金属が
用いられるとリードの抵抗値が低くなるから、高
速スイツチングが主な目的の場合にはゲート16
には金属が選択される。
The gate connection opening 17 is marked with the symbol G. The extension extending from the gate connection opening 17 over the gate portion of the field effect transistor is numbered 16 and includes all of the rectangle drawn in dashed lines, but does not include the source region. In a JFET, where the upper portion of the triangular surface portion containing the drain region is substantially excluded, region 16 represents that portion of the semiconductor body of a conductivity type opposite that of the source and drain regions. In this case, such a method is used to minimize the gate resistance value.
A conductor can also be passed over and in contact with the gate region of the JFET.
In a MOSFET, region 16 represents the gate conductive material over the underlying insulating layer. The insulating layer is typically made of silicon dioxide and separates the semiconductor body and the gate conductive layer 16. In this case, region 16 is typically made of polysilicon or metal. Polysilicon is chosen for the most compact structures because it has a much lower risk of shorting the upper metal layer containing the source and drain interconnect elements, allowing tighter placement spacing rules. Ru. However, if metal is used for the gate 16, the resistance value of the lead will be lower, so if high-speed switching is the main purpose, the gate 16
metal is selected.

半導体基体の主面内の三角形表面部分10は、
二酸化シリコン絶縁層の下に示されている交差す
るソース領域のために、第1A図においてソース
領域を示していた記号Sが第6図では表面部分1
0につけられている。また、三角形の表面部分1
3には第1A図でドレイン領域を示すために用い
られた記号Dがつけられている。
The triangular surface portion 10 within the main surface of the semiconductor substrate is
Because of the intersecting source regions shown below the silicon dioxide insulating layer, the symbol S that indicated the source regions in FIG. 1A is replaced by the surface portion 1 in FIG.
It is set to 0. Also, the triangular surface part 1
3 is marked with the symbol D used to indicate the drain region in FIG. 1A.

通常はドーブされた二酸化シリコンで作られる
別のパツシベーシヨン層が第6図に示されている
構造体の上に設けられているが、いまの場合には
図示を明確にするためにその層は示していない。
Another passivation layer, usually made of doped silicon dioxide, is provided over the structure shown in FIG. 6, but that layer is not shown in this case for clarity. Not yet.

第6図に示されている素子の一部をMOSFET
で構成した場合について第7図に示す。ソース相
互接続要素およびドレイン相互接続要素と半導体
基体との間には、ソース領域とドレイン領域への
電気接点を入れるための穴11,14が絶縁層を
除去して設けられる。
Some of the elements shown in Figure 6 are MOSFETs.
FIG. 7 shows a case configured as follows. Holes 11, 14 are provided between the source and drain interconnection elements and the semiconductor body by removing the insulating layer for making electrical contacts to the source and drain regions.

第8図は第7図の18線に沿う断面図である。
第8図に示す構造には、第6,7図に示す構造に
はなかつたりんけい酸塩(Phosphosilicate)ガ
ラスパツシベーシヨン層20が設けられている。
二酸化シリコン絶縁層19がゲートを保護すると
ともに、そのゲートを半導体基体の主面から分離
させる。
FIG. 8 is a sectional view taken along line 18 in FIG. 7.
The structure shown in FIG. 8 is provided with a phosphosilicate glass patency layer 20 which is not present in the structures shown in FIGS. 6 and 7.
A silicon dioxide insulating layer 19 protects the gate and isolates it from the main surface of the semiconductor body.

三角形表面部分13に関連するn形ドレイン領
域が半導体基体21の中へりんが拡散またはイオ
ン打込みにより約1018atoms/cm2の濃度に添加す
ることにより設けられ、表面部分10に関連する
ソース領域もそれと同様にして設けられる。これ
らのソース領域とドレイン領域の外側に当る半導
体基体はホウ素が約2×1015atoms/cm2の濃度で
添加されてp形となつている。ソース領域とドレ
イン領域との間の通常の間隔は前述したように
7.5ミクロンである。また、半導体基体部分21
とゲートとの間の距離は通常1000オングストロー
ムである。
An n-type drain region associated with the triangular surface portion 13 is provided by doping phosphorus into the semiconductor body 21 by diffusion or ion implantation to a concentration of approximately 10 18 atoms/cm 2 , and a source region associated with the surface portion 10 is provided. is also set up in the same way. The semiconductor substrate on the outside of these source and drain regions is doped with boron at a concentration of about 2×10 15 atoms/cm 2 to become p-type. The typical spacing between the source and drain regions is as described above.
It is 7.5 microns. In addition, the semiconductor base portion 21
and the gate is typically 1000 angstroms.

あるMOS素子は第8図に示すものとは多少異
なりやり方で作ることができる。すなわち、その
場合にはゲート領域16は第8図に示されている
通りに設けるが、ソース領域10とドレイン領域
13は、半導体基体の主面のうちゲートのすぐ近
くの部分にドーブされたポリシリコンを付着させ
て設ける。この場合には、ソース領域およびドレ
イン領域として機能させる高濃度にドープされた
領域は半導体基体中には設けられない。
Certain MOS devices can be made in a slightly different manner than that shown in FIG. That is, in that case, the gate region 16 is provided as shown in FIG. 8, but the source region 10 and the drain region 13 are formed by doping polygons on the main surface of the semiconductor body in the immediate vicinity of the gate. Provided by adhering silicon. In this case, highly doped regions functioning as source and drain regions are not provided in the semiconductor body.

第9図は第6図および第7図に対応するJFET
構造を示す。しかし、第9図に示す構造では、半
導体基体21はホウ素を5×1014atoms/cm2にド
ープされたp形シリコン基板の上に形成された、
りんを1015atoms/cm2の濃度に添加されたn形シ
リコン・エピタキシヤル層を表す。層21はその
主面に三角形表面部分を形成するソース領域とド
レイン領域を含む。ソース領域とドレイン領域が
ゲート領域16の下で連続であるように、すなわ
ちそれらの領域が互いに接触するように、それら
の領域はゲート領域16を部分的に囲む。ゲート
領域16はホウ素を1018atoms/cm2の濃度に添加
することにより形成される。
Figure 9 shows the JFET corresponding to Figures 6 and 7.
Show the structure. However, in the structure shown in FIG. 9, the semiconductor substrate 21 is formed on a p-type silicon substrate doped with boron at 5×10 14 atoms/cm 2 .
Represents an n-type silicon epitaxial layer doped with phosphorus to a concentration of 10 15 atoms/cm 2 . Layer 21 includes source and drain regions forming triangular surface portions on its major surface. The source and drain regions partially surround the gate region 16 such that they are continuous under the gate region 16, ie, the regions contact each other. Gate region 16 is formed by doping boron to a concentration of 10 18 atoms/cm 2 .

ゲート領域16の表面に付着されるゲート電気
接点として別の金属層23が第9図に破線で示さ
れている。この金属層23はゲート領域16の表
面にオーミツクに接触しているものであるが、半
導体基体内でゲート領域を唯一のゲート相互接続
要素として用いるよりはゲート抵抗値を低くする
ために用いることもできる。層21の中のゲート
領域として機能する領域をなくしたとすると、層
21に対して整流接触する金属層23はシヨツト
キー障壁電界効果トランジスタ素子におけるゲー
ト領域を形成する。
Another metal layer 23 is shown in dashed lines in FIG. 9 as a gate electrical contact deposited on the surface of gate region 16. This metal layer 23, which is in ohmic contact with the surface of the gate region 16, may be used to reduce gate resistance rather than using the gate region as the only gate interconnect element within the semiconductor body. can. If the region in layer 21 that functions as the gate region is eliminated, metal layer 23 in rectifying contact with layer 21 forms the gate region in the Schottky barrier field effect transistor device.

先に説明したように、望ましい電界効果トラン
ジスタ素子は導通時のチヤンネル抵抗値が低いば
かりでなく、非導通時において実際のドレインと
実際のソースとの間および実際のドレインと基板
との間にそれぞれかかる十分に高い電圧、すなわ
ち、パンチスル−電圧と降伏電圧とに耐えること
ができなければならない。このことは、十分に高
い電圧を取り扱う電力回路においてスイツチすな
わち制御素子として用いられる電界効果トランジ
スタの場合に特にそうである。
As explained earlier, a desirable field effect transistor device not only has a low channel resistance when conducting, but also has a high resistance between the actual drain and the actual source and between the actual drain and the substrate when non-conducting. It must be able to withstand such sufficiently high voltages, ie punch-through voltage and breakdown voltage. This is especially true in the case of field effect transistors used as switches or control elements in power circuits that handle sufficiently high voltages.

十分に高いパンチスルー電圧に耐えられるよう
にするためには、もちろん素子のチヤンネルの長
さを長くすることである。しかし、そうすると導
通時のチヤンネル抵抗値が高くなるとともに、ス
イツチング速度が低くなるし、ドレインと基板と
の間のpn接合の降伏電圧はほとんど上昇しない
という欠点が生ずる。この降伏電圧は、動かない
電荷により発生される電界の降伏への寄与を決定
するソース領域とドレイン領域におけるドーピン
グ・レベルと、それらの領域の幾何学的形状とに
よつて影響を受ける。ソース領域とドレイン領域
との幾何学的形状についていえば、それらの領域
の曲率は与えられた電位に対する実効電界を著し
く高くすることがあり、そのために降状の開始を
早めることになる。
In order to be able to withstand sufficiently high punch-through voltages, the channel length of the device must, of course, be increased. However, in this case, the channel resistance value during conduction increases, the switching speed decreases, and the breakdown voltage of the pn junction between the drain and the substrate hardly increases. This breakdown voltage is influenced by the doping level in the source and drain regions and the geometry of those regions, which determines the contribution of the electric field generated by immobile charges to the breakdown. Regarding the geometry of the source and drain regions, the curvature of those regions can significantly increase the effective electric field for a given potential, thereby accelerating the onset of descent.

また、ゲート領域を設けることによりその領域
がなかつた時のパンチスルー電圧と降伏電圧とが
大幅に変化することがある。そのような変化が起
る原因は、ゲート絶縁層へのホツト・キヤリヤの
注入、導電性ゲートによる表面電気力線の集中、
ゲートの下のアナモラス(anamolous)表面伝導
等である。
Further, by providing a gate region, the punch-through voltage and breakdown voltage may change significantly when the gate region is absent. The causes of such changes are injection of hot carriers into the gate insulating layer, concentration of surface electric lines of force due to the conductive gate,
Such as anamolous surface conduction under the gate.

第10図はパンチスルー電圧と降伏電圧との問
題を軽減したMOS素子の構造を示す。第10図
に示されている素子は多重ソースと多重ドレイン
を有する電界効果トランジスタの個々のMOS電
界効果トランジスタ素子の横断面を表すものと理
解すべきである。したがつて、第10図は、第6
図の一部からとられ、かつ第3A図に関連する第
7図の横断面18の多少広い変形例である。第1
0図にもパツシベーシヨン層20が設けられてい
る。
FIG. 10 shows the structure of a MOS device that alleviates the problems of punch-through voltage and breakdown voltage. The elements shown in FIG. 10 are to be understood as representing cross-sections of individual MOS field effect transistor elements of a field effect transistor with multiple sources and multiple drains. Therefore, FIG.
7 is a somewhat wider variant of the cross-section 18 of FIG. 7 taken from a portion of the figure and associated with FIG. 3A. 1st
A passivation layer 20 is also provided in FIG.

しかし、第10図では三角形表面部分10,1
3をそれぞれ形成するソース領域とドレイン領域
はもはや半導体基体内には形成されず、その代り
にドープされたポリシリコンの付着により半導体
の表面に形成される。第10図に示されている
MOS電界効果トランジスタ素子のチヤンネルは、
ゲート16の下の半導体21の中で起る反転によ
つてその半導体の中に再び起る。このチヤンネル
はドープされたポリシリコンの付着により作られ
るソースとドレイン間に形成される。
However, in FIG. 10, the triangular surface portions 10, 1
The source and drain regions forming respectively 3 are no longer formed within the semiconductor body, but instead are formed at the surface of the semiconductor by deposition of doped polysilicon. As shown in Figure 10
The channel of MOS field effect transistor element is
The inversion that occurs in the semiconductor 21 below the gate 16 causes it to occur again in that semiconductor. This channel is formed between the source and drain created by depositing doped polysilicon.

p形のシリコン半導体基体21にはホウ素原子
が約2×1015atoms/cm2の濃度でドープされてい
る。この半導体基体の主面には通常2×
1016atoms/cm2の濃度にホウ素をイオン注入によ
り添加されたきい値電圧調節領域21′を設ける
ことができる。この領域21′はこの電界効果ト
ランジスタのしきい値電圧を調節するためのもの
である。このしきい値電圧調節領域は先に説明し
た素子のいくつかにも設けることができる。三角
形表面部分10,13をそれぞれ形成するポリシ
リコンのソース領域とドレイン領域は、(第10
図に示す六角形マトリツクスの高密度に実装され
た構造に設けられた多重ソースおよび多重ドレイ
ン領域素子においては)、りんを1018atoms/cm2
の濃度にドービングすることによつてn形にされ
る。ゲート16はドープされたポリシリコンまた
は金属で構成できる。ドープされたポリシリコン
製のドレイン領域とソース領域の厚さは通常は
0.3〜0.4ミクロンであり、通常は4ミクロンの間
隔をおいて分離される。それらの領域のテーパー
をなす部分の長さは半導体基体21の表面に沿つ
て少くとも1ミクロンであるが、なるべく2ミク
ロンとする。二酸化シリコン層19の厚さは通常
2000オングストロームである。その他のパラメー
タの値は以下に説明する基準によつておそらく定
められる。
The p-type silicon semiconductor substrate 21 is doped with boron atoms at a concentration of approximately 2×10 15 atoms/cm 2 . The main surface of this semiconductor substrate is usually 2×
A threshold voltage adjustment region 21' may be provided in which boron is added to a concentration of 10 16 atoms/cm 2 by ion implantation. This region 21' is for adjusting the threshold voltage of this field effect transistor. This threshold voltage adjustment region can also be provided in some of the previously described devices. The polysilicon source and drain regions forming the triangular surface portions 10 and 13, respectively, are
In a multiple source and multiple drain region device in a densely packed hexagonal matrix structure as shown in the figure), the phosphorus concentration is 10 18 atoms/cm 2
It is rendered n-type by doping to a concentration of . Gate 16 can be comprised of doped polysilicon or metal. The thickness of the doped polysilicon drain and source regions is typically
0.3-0.4 microns, typically separated by 4 micron intervals. The length of the tapered portion of these regions is at least 1 micron along the surface of semiconductor body 21, but preferably 2 microns. The thickness of the silicon dioxide layer 19 is typically
It is 2000 angstroms. The values of other parameters are likely determined by the criteria described below.

もちろん、第10図は独立した電界効果素子、
または他のトランジスタあるいは各種のトランジ
スタを有するモノリシツク集積回路の中に含まれ
る1個の電界効素子のいずれかを表すことができ
る。この構造は第3A,6,7図に示す配置につ
いてはもちろんのこと、モノリシツク集積回路に
おける第1,2,3Bまた3C図の配置について
も用いることができる。
Of course, Fig. 10 shows an independent field effect element,
Alternatively, it can represent either another transistor or a single field effect element included in a monolithic integrated circuit having various transistors. This structure can be used with the arrangements shown in Figures 3A, 6 and 7 as well as with the arrangements of Figures 1, 2, 3B and 3C in monolithic integrated circuits.

非導通時には十分に高い正の電正すなわち逆バ
イアス電圧がドレイン領域13にかけられるか
ら、第10図に短に破線で示されている空乏領域
が形成される。低い逆バイアス電圧がかけられる
と第10図に長い破線で囲まれた空乏領域が生
じ、高い逆バイアス電圧がかけられると長い破線
で囲まれた空乏領域が生ずる。第1図に、第10
図に示されている構造はドレイン領域13とソー
ス領域10のそれぞれの周囲の空乏領域がいつし
よになる電圧、すなわち、それらの空乏領域の間
を突き抜けさせる最低電圧を高くする。その理由
は、チヤンネルに隣接する終端領域の端部におい
てドープされたポリシリコンドレイン領域13の
境界すなわち縁部の性質が急変するからである。
When non-conducting, a sufficiently high positive voltage or reverse bias voltage is applied to the drain region 13, so that a depletion region, shown briefly in broken lines in FIG. 10, is formed. When a low reverse bias voltage is applied, a depletion region surrounded by a long dashed line occurs in FIG. 10, and when a high reverse bias voltage is applied, a depletion region surrounded by a long dashed line occurs. In Figure 1,
The structure shown in the figure increases the voltage at which the depletion regions around each of drain region 13 and source region 10 meet, ie, the minimum voltage that will penetrate between those depletion regions. This is because the nature of the boundary or edge of the doped polysilicon drain region 13 changes abruptly at the end of the termination region adjacent to the channel.

そして、半導体層21の空乏領域部は、空乏領
域内の金属化接合の両側において等量の移動しな
い電荷の保持をほぼこの縁部で開始する。
The depletion region portion of the semiconductor layer 21 then starts retaining an equal amount of stationary charge on both sides of the metallization junction within the depletion region approximately at this edge.

この等量の電荷の保持と、比較的高濃度にドー
プされたドレイン領域13の比較的長い広がりは
また、逆バイアス電圧の上昇とともに起る空乏領
域の拡大が半導体層21の表面に垂直な方向にほ
とんど生じ、その表面に平行な方向には非常にわ
ずかしか生じないということを意味する。すなわ
ち、半導体層21の表面に垂直な方向への空乏領
域の拡大はドレイン領域内で起る空乏領域の中で
付加された移動しない電荷を平衝させる多くの電
荷を含むから、層21の表面に平行な方向へは層
21の内部で空乏領域が更に拡がることはほとん
どない。更に、ドレイン領域13の中における空
乏領域が拡大するとその一部はその境界から比較
的離れている所で起る。その理由はこのドレイン
領域の縁部がテーパーをなしているからである。
ソース領域10は通常は同様な構造である。
This retention of an equal amount of charge and the relatively long extent of the relatively heavily doped drain region 13 also means that the expansion of the depletion region that occurs as the reverse bias voltage increases is in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor layer 21. This means that most of it occurs in the direction parallel to the surface, and very little occurs in the direction parallel to the surface. That is, since the expansion of the depletion region in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor layer 21 includes many charges that balance out the immovable charges added in the depletion region occurring in the drain region, the surface of the layer 21 Further expansion of the depletion region inside layer 21 in the direction parallel to is almost impossible. Additionally, some of the expansion of the depletion region within drain region 13 occurs relatively far from its boundaries. This is because the edges of this drain region are tapered.
Source region 10 is typically of similar construction.

第10図に示す構造を用いることにより最低パ
ンチスルー電圧を高くできるばかりでなく、ドー
プされたポリシリコン・ドレイン領域13と基板
として機能する半導体基体21との間のpn接合
の降伏電圧も高くなる。この降伏電圧の上昇は、
第10図に示すように、ドレイン領域13のテー
パー状縁部の長さと厚さすなわちテーパーに直接
関係する。ドレイン領域13の終端縁部が半導体
層21の表面に垂直な平面状境界だとすると、層
21の中における空乏領域の拡がりがその表面に
平行であるから、ドレイン領域13のドープされ
たポリシリコン付着部がその表面に遭遇する点に
おける空乏領域の境界に比較的鋭い角度が存在す
る。空乏領域の形がそのように急に変化するため
に、その急に変化する点で空乏領域を横切つて比
較的急な電圧の傾きが生ずる。このことは与えら
れた電圧に対してその点の電界が比較的強くな
り、そのために降伏電圧が比較的低くなることを
意味する。一方、テーパ状の終端縁部を有するド
レイン領域13はその空乏領域の境界には鋭角が
生じないために電位の傾きはあまり大きくならな
い。したがつて、降伏電圧は平面状接合の場合の
降伏電圧とはあまり大幅には異ならない。
By using the structure shown in FIG. 10, not only the minimum punch-through voltage can be increased, but also the breakdown voltage of the pn junction between the doped polysilicon drain region 13 and the semiconductor body 21 serving as the substrate is increased. . This increase in breakdown voltage is
As shown in FIG. 10, the length and thickness of the tapered edge of drain region 13 are directly related to the taper. If the termination edge of drain region 13 is a planar boundary perpendicular to the surface of semiconductor layer 21, the extent of the depletion region in layer 21 is parallel to that surface, so that the doped polysilicon attachment of drain region 13 There is a relatively sharp angle at the boundary of the depletion region at the point where the surface meets its surface. Such an abrupt change in the shape of the depletion region results in a relatively steep voltage slope across the depletion region at the point of the abrupt change. This means that for a given voltage the electric field at that point will be relatively strong, and therefore the breakdown voltage will be relatively low. On the other hand, in the drain region 13 having a tapered terminal edge, since no acute angle is formed at the boundary of the depletion region, the gradient of the potential does not become very large. Therefore, the breakdown voltage does not differ significantly from the breakdown voltage for planar junctions.

第10図に示す構造の別の利点は、ドレイン領
域13内の空乏領域の縁部が、ドレイン領域13
に高い逆バイアス電圧がかかつた時に、ゲート1
6の実際の部分の下に出てくることである。その
結果として、降伏電圧を変化させるゲートの説明
に関連して先に述べた問題のいくつかを解消もし
くは軽くすることにより、降伏電圧を高くするこ
とができる。したがつて、ドレイン領域13と半
導体層21とのポリシリコン付着部内でのドーピ
ング分布と、ゲート導体16の実際部分の下のド
レイン領域13のテーパー部の範囲と、ゲート絶
縁層19の層さとは、ドレイン空乏領域が降伏の
起る以前にゲートにゲート導体16の実際の部分
の下のドレイン領域13のそれらの部分を通つて
拡がるように選択すべきである。
Another advantage of the structure shown in FIG. 10 is that the edges of the depletion region within drain region 13
When a high reverse bias voltage is applied to gate 1
It appears below the actual part of 6. As a result, the breakdown voltage can be increased by eliminating or mitigating some of the problems mentioned above in connection with the discussion of gates that vary the breakdown voltage. Therefore, the doping distribution within the polysilicon attachment of the drain region 13 and the semiconductor layer 21, the extent of the taper of the drain region 13 under the actual portion of the gate conductor 16, and the layer size of the gate insulating layer 19. , the drain depletion region should be selected to extend through those portions of the drain region 13 below the actual portions of the gate conductor 16 to the gate before breakdown occurs.

第10図に示す構造は任意の結晶学的平面を半
導体21の主面として用いることができるので、
ある特定の結晶学的方向においては高いキヤリア
の移動度が得られる。
Since the structure shown in FIG. 10 can use any crystallographic plane as the main surface of the semiconductor 21,
High carrier mobilities are obtained in certain crystallographic directions.

このことは、V溝をエツチングする必要がある
ために使用できる結晶学的方向が制限され、した
がつてキヤリアの移動度が低くて導通時の低抗値
が高く、そのためにスイツチング時間が長くなる
V−MOS素子と対照的である。
This limits the crystallographic orientations that can be used due to the need to etch the V-groove, resulting in lower carrier mobility and higher conduction resistance, which leads to longer switching times. This is in contrast to a V-MOS device.

第10図に示されている構造は拡散工程を含ま
ないために高温度処理を必要としない簡単な方法
で作ることができる。すなわち、ドープされたポ
リシリコンは高い温度を必要としない蒸着法によ
つて付着でき、既にドープされた半導体基体21
の中または上にはその他のドープされた領域は設
けられない。
The structure shown in FIG. 10 can be fabricated by a simple method that does not require high temperature treatment because it does not involve a diffusion step. That is, the doped polysilicon can be deposited by a vapor deposition method that does not require high temperatures, and can be deposited on an already doped semiconductor substrate 21.
No other doped regions are provided in or on the.

第8,9,10図に示されている横断面図は適
切に選択されるならば、第6図および第7図が第
3A図に関連するのとほぼ同様に第3B,3C図
に関連する。すなわち、第3A図に示されている
幾何学的形状配置から第3B,3C図に示さてい
る幾何学的形状配置へ変つても、その製造方法を
大幅に変える必要はない。
The cross-sectional views shown in Figures 8, 9, and 10, if appropriately chosen, relate to Figures 3B and 3C in much the same way that Figures 6 and 7 relate to Figure 3A. do. That is, even if the geometric configuration shown in FIG. 3A is changed to the geometric configuration shown in FIGS. 3B and 3C, there is no need to significantly change the manufacturing method.

第10図に示されている構造では、ドープされ
たポリシリコン・ソース領域10とドレイン領域
13とが基板構造の上に拡がつた(1ミクロンお
よびできれば2ミクロンの距離だけ)テーパー状
終端縁部を有することが必要である。しかし、こ
れはある種の製造方法では製造が困難となる構造
である。第11図は最低パンチスルー電圧と最低
降伏電圧を高くする別のMOS電界効果素子の構
造を示す。この第11図に示す構造は個々の
MOS電界効果トランジスタの横断面、またはい
くつかのソース領域といくつかのドレイン領域を
有するMOS電界効果素子の一部の横断面を表す
ものと理解されたい。したがつて、第11図に示
す横断面図はパツシベーシヨン層が付加された場
合の第7図における線18に沿う横断面および第
6,3A図に示されている横断面図の広い変形例
である。同様に、第11図は第2,3Bまたは3
C図に示されている構造にドレイン相互接続要素
とソース相互接続要素とパツシベーシヨン層とを
付加した場合の横断面と考えることができる。
In the structure shown in FIG. 10, doped polysilicon source regions 10 and drain regions 13 extend over the substrate structure (by a distance of 1 micron and preferably 2 microns) with tapered termination edges. It is necessary to have However, this is a structure that is difficult to manufacture using certain manufacturing methods. FIG. 11 shows another MOS field effect device structure that increases the minimum punch-through voltage and minimum breakdown voltage. The structure shown in Fig. 11 consists of individual
It is to be understood that it represents a cross section of a MOS field effect transistor or a part of a MOS field effect element having several source regions and several drain regions. The cross section shown in FIG. 11 is therefore a wide variation of the cross section along line 18 in FIG. 7 and the cross section shown in FIGS. 6 and 3A with the addition of a passivation layer. be. Similarly, FIG.
It can be considered a cross-section of the structure shown in Figure C with the addition of drain and source interconnect elements and passivation layers.

第10図に示されている構造とは対照的に、第
11図に示されている構造は半導体基体21の中
に形成されたソース領域10とドレイン領域13
を有する。しかし、このMOS電界効トランジス
タのドレイン−基板間のpn接合に高い逆バイア
ス電圧が加えられて(これは基板すなわち半導体
基体21の他の部分に対してドレイン領域13に
正電圧がかけられることを意味する)非導通状態
にされた時に、ドレイン−基板間のpn接合が電
子なだれ降伏を起す前にドレイン領域13から電
荷キヤリアが完全になくなるように、領域10と
13におけるドーピング・レベルは極めて低くさ
れる。その結果として、ドレイン−基板接合の周
囲の空乏領域のドレイン領域側が、十分に高い逆
バイアス電圧がかけられた時に、ドレイン相互接
続要素15の中まで延びる。これと同様な結果が
ソース領域10でも得られる。
In contrast to the structure shown in FIG. 10, the structure shown in FIG. 11 has a source region 10 and a drain region 13 formed in a semiconductor body 21.
has. However, a high reverse bias voltage is applied to the p-n junction between the drain and the substrate of this MOS field effect transistor (this means that a positive voltage is applied to the drain region 13 with respect to the other part of the substrate or semiconductor body 21). The doping level in regions 10 and 13 is very low so that when rendered non-conducting, drain region 13 is completely free of charge carriers before the drain-substrate p-n junction undergoes avalanche breakdown. be destroyed. As a result, the drain region side of the depletion region around the drain-substrate junction extends into the drain interconnect element 15 when a sufficiently high reverse bias voltage is applied. Similar results can be obtained in the source region 10 as well.

ソース領域10とドレイン領域13がそれぞれ
逆バイアス時に完全な空乏となる前に、臨界電界
に達してしまうほどの不純物ドーピングを含まな
いようにしておくと、降伏特性はほぼ関連の金属
化接合上の比較的長い通路上に拡がる空乏領域と
これらの領域に設けられる電気接点要素の周囲に
存在する条件とにより決まるようになる。これに
よつてゲート16が降伏に影響を及ばすことを大
幅に解消でき、金属化接合の基板側における空乏
領域の横方向の拡がりを制限する。
If the source region 10 and drain region 13 each do not contain enough impurity doping to reach the critical electric field before being fully depleted during reverse bias, the breakdown characteristics will be approximately equal to that of the associated metallization junction. It is determined by the depletion regions extending over relatively long paths and by the conditions existing around the electrical contact elements provided in these regions. This largely eliminates the contribution of gate 16 to breakdown and limits the lateral extent of the depletion region on the substrate side of the metallization junction.

それらの条件が確実に存在するようにするため
に、第11図に示す構造は高濃度にドープされた
ポリシリコン相互接続要素12と、高濃度にドー
プされたポリシリコンドレイン相互接続要素15
を用いる。領域10と13を設けたのに続いて相
互接続要素を設けることにより領域10,13の
中へわずかな拡散が行われることになる。その拡
散が行われる部分は半導体基体21とそれらの相
互接続要素との境界部のすぐ下に示されている。
この拡散の深さは非常に浅くて約0.1ミクロンま
たはそれ以下であるから、逆バイアスがかけられ
ている状態の下でも領域10,13の振舞いに大
きな影響を及ぼすものではない。
To ensure that those conditions exist, the structure shown in FIG.
Use. The provision of regions 10 and 13 followed by the provision of interconnect elements results in a slight diffusion into regions 10 and 13. The area where the diffusion takes place is shown just below the interface between semiconductor body 21 and their interconnect elements.
Since the depth of this diffusion is very shallow, about 0.1 microns or less, it does not significantly affect the behavior of regions 10 and 13 even under reverse bias conditions.

n形にドープされたポリシリコンのソース相互
接続要素12とドレイン相互接続要素15は1018
〜1019atoms/cm2の濃度でりんがドープされる。
n形のソース領域10とn形のドレイン領域13
へドープされるりんの濃度は約0.1〜4×
1016atoms/cm2程度である。このドーピングは慎
重に制御される不純物を用いて以下に述べるイオ
ン注入法により行われる。()ドープされたポ
リシリコン電気接点の高いドーピング・レベル
と、()ソース領域とドレイン領域との低いド
ーピング・レベルとによつて、ソース領域とドレ
イン領域との周囲のpn接合の電気接点側に含ま
れる接点乏領域部分が、それらのpn接合にかけ
られている逆バイアス電圧が高くなると、非常に
速やかにソース相互接続要素とドレイン相互接続
要素との中へ拡がることになる。半導体基体21
のドーピング・レベルはそれをP形にするような
レベルであり、通常は基体21のシリコン中へ約
5×1015atoms/cm2以下の濃度でホウ素をドープ
することにより得られる。
The source and drain interconnect elements 12 and 15 of n-doped polysilicon are 10 18
Doped with phosphorus at a concentration of ~10 19 atoms/cm 2 .
n-type source region 10 and n-type drain region 13
The concentration of phosphorus doped into is approximately 0.1 to 4×
It is about 10 16 atoms/cm 2 . This doping is performed by the ion implantation method described below using carefully controlled impurities. The high doping level of () the doped polysilicon electrical contact and the low doping level of () the source and drain regions on the electrical contact side of the p-n junction around the source and drain regions. The contact depleted region portions involved will spread into the source and drain interconnect elements very quickly as the reverse bias voltage applied to their pn junctions increases. Semiconductor substrate 21
The doping level of is such as to make it P-type, and is typically obtained by doping boron into the silicon of substrate 21 at a concentration of less than about 5 x 1015 atoms/ cm2 .

p形であるしきい値電圧調節領域21′は半導
体基体21の主面のすぐ近くに設けることもあれ
ば、そうでない場合もある。この領域は長い1点
鎖線で第11図に示されている。このMOS電界
効果トランジスタのしきい値電圧を調節するため
にこの領域21′が設けられる場合には、その領
域21は約2×1018atoms/cm2の濃度にホウ素原
子を注入することにより作られる。半導体基体2
1の主面の下におけるしきい値電圧調節領域2
1′の深さはソース領域10とドレイン領域13
との深さより浅く、またはそれに等しく、あるい
はそれより深くできる。
The p-type threshold voltage adjustment region 21' may or may not be provided in close proximity to the main surface of the semiconductor substrate 21. This area is indicated in FIG. 11 by a long dash-dotted line. When this region 21' is provided to adjust the threshold voltage of this MOS field effect transistor, it is formed by implanting boron atoms at a concentration of approximately 2×10 18 atoms/cm 2 . It will be done. Semiconductor substrate 2
Threshold voltage adjustment region 2 under the main surface of 1
1' depth is the source region 10 and drain region 13
It can be shallower than, equal to, or deeper than.

ドレイン−基板間のpn接合にかけられる逆バ
イアス電圧を高くした時の効果を第11図に破線
で示す。第11図に示す素子では、逆バイアスは
基板に対してドレイン相互接続要素15を正にす
るようなバイアスである。逆バイアス電圧が低い
時はドレイン領域13を半導体基体21の残りの
部分から分離する金属化pn接合を示す実線の両
側の一対の長い破線がこの条件における空乏領域
の限界を示す。すなわち、空乏領域は半導体基体
21の中でもつぱら生ずる。
The effect of increasing the reverse bias voltage applied to the pn junction between the drain and the substrate is shown by the broken line in FIG. In the device shown in FIG. 11, the reverse bias is such that the drain interconnect element 15 is positive with respect to the substrate. A pair of long dashed lines on either side of the solid line representing the metallized pn junction separating drain region 13 from the remainder of semiconductor body 21 at low reverse bias voltages indicates the limits of the depletion region under this condition. That is, depletion regions occur exclusively within the semiconductor substrate 21.

ドレイン−基板間の金属化接合の両側における
空乏領域内の動かない電荷は等しくしなければな
らないから、pn接合のわん曲している部分の周
囲の空乏領域はドレイン領域13の中へ延びる深
さより浅く半導体基体21の中へ延びる。その理
由は、逆バイアス電圧が高くなつて空乏領域の境
界がpn接合から後退すると、その空乏層の境界
のうちpn接合の半導体基体側の境界の曲率半径
が、pn接合のドレイン側の境界の曲率半径より
大きいために、pn接合の半導体基体側における
空乏領域内の方がpn接合のドレイン領域13の
側の空乏領域よりも早く別の動かない電荷を含む
ことになるからである。したがつて、空乏領域は
チヤンネル領域の中へはあまり迅速には延びず、
したがつて最低パンチスル−電圧が高くなる。
Since the stationary charges in the depletion region on both sides of the drain-substrate metallization junction must be equal, the depletion region around the curved portion of the p-n junction extends deeper into the drain region 13. It extends shallowly into the semiconductor body 21 . The reason is that when the reverse bias voltage increases and the boundary of the depletion region recedes from the pn junction, the radius of curvature of the boundary of the depletion layer on the semiconductor substrate side of the pn junction becomes smaller than that of the boundary on the drain side of the pn junction. This is because the depletion region on the semiconductor substrate side of the pn junction contains other stationary charges earlier than the depletion region on the drain region 13 side of the pn junction because it is larger than the radius of curvature. Therefore, the depletion region does not extend into the channel region very quickly;
Therefore, the minimum punch-through voltage becomes higher.

ドレイン相互接続要素15にかかる逆バイアス
電圧が高い場合には空乏領域は第11図に短い破
線で示すようなものとなる。この場合には、pn
接合のドレイン領域13側の空乏領域境界はドー
プされたポリシリコン相互接続要素15まで後退
していた。また、空乏領域の限界は、pn接合の
基板側ではチヤンネルの中へほんのわずかしか延
びないが、基板側の空乏領域は基板の中へ深く延
びる。そうなる理由は、ドレイン相互接続要素1
5における逆バイアス電圧を増大して行くと、半
導体基体21の主面に平行な方向においては移動
しない電荷はほとんどなくなる(完全に空乏化さ
れると、ドレイン領域13にはもはや移動しない
電荷はない)。従つて、金属化結合の両側の空乏
領域内の移動しない電荷を等量に保つために、逆
バイアス電圧が高くなるにつれ、この同一方向に
沿つたチヤンネル領域の基体側ではもはや移動し
ない電荷は見出せない。
If the reverse bias voltage across drain interconnection element 15 is high, the depletion region will be as shown by the short dashed line in FIG. In this case, pn
The depletion region boundary on the drain region 13 side of the junction was back to the doped polysilicon interconnect element 15. Also, the limit of the depletion region extends only slightly into the channel on the substrate side of the pn junction, whereas the depletion region on the substrate side extends deep into the substrate. The reason for this is that drain interconnection element 1
As the reverse bias voltage at 5 is increased, there are almost no charges that do not move in the direction parallel to the main surface of the semiconductor substrate 21 (when completely depleted, there are no charges that do not move in the drain region 13 anymore). ). Therefore, in order to keep the immobile charges in the depletion regions on both sides of the metallization bond equal, as the reverse bias voltage increases, no immobile charges can be found on the substrate side of the channel region along this same direction. do not have.

したがつて、第11図に示すMOS電界効果ト
ランジスタ素子では突き抜け現象を起すことなし
にチヤンネルの長さを非常に短くできる。チヤン
ネルを短くすることによつて導通時のチヤンネル
抵抗値を低くできるとともに、この素子により占
められる半導体基体の主面の面積を小さくでき
る。
Therefore, in the MOS field effect transistor device shown in FIG. 11, the length of the channel can be made very short without causing the punch-through phenomenon. By shortening the channel, the channel resistance value during conduction can be lowered, and the area of the main surface of the semiconductor substrate occupied by this element can be reduced.

また、第11図において一対の短い破線により
示されている状態では、ドレイン−基板間のpn
接合のドレイン13側の空乏領域がドレイン相互
接続要素15の中まで後退しているために、降伏
電圧の最低値も大幅に高くなる。第11図に示す
構造配置では電界がある程度わん曲しているが、
低い濃度でドープされているドレイン領域を使用
しているために、ドレイン相互接続要素15へか
けられた逆バイアス電圧は低濃度のさらされた動
かない電荷を有する空乏領域のかなりの長さの上
に伝えられて、ある特定の逆バイアス電圧に対す
る電界の強さを弱くする。ドレイン相互接続要素
の中の空乏領域のドレイン部分の境界により、降
伏に及ぼすゲートの影響ははるかに小さくなる。
このように、第11図に示されている構造は、ソ
ース領域とドレイン領域としてそれぞれ機能する
長くて細いテーパー状のドープされたポリシリコ
ン領域を形成することを必要としないやり方で、
最低パンチスルー電圧と最低降伏電圧とを高くす
ることができる。
Also, in the state shown by a pair of short broken lines in FIG. 11, the pn between the drain and the substrate is
Because the depletion region on the drain 13 side of the junction is recessed into the drain interconnect element 15, the minimum breakdown voltage is also significantly higher. In the structural arrangement shown in Figure 11, the electric field is curved to some extent;
Due to the use of a lightly doped drain region, the reverse bias voltage applied to the drain interconnect element 15 is over a significant length of the depletion region with a low concentration of exposed stationary charge. is transmitted to weaken the electric field strength for a particular reverse bias voltage. Due to the boundary of the drain portion of the depletion region in the drain interconnect element, the influence of the gate on breakdown is much smaller.
Thus, the structure shown in FIG. 11 can be used in a manner that does not require the formation of long, thin, tapered doped polysilicon regions that serve as source and drain regions, respectively.
The minimum punch-through voltage and minimum breakdown voltage can be increased.

第10図および第11図に示されている構造で
は、通常なされているような半導体基体中に高濃
度でドープされたソース領域と高濃度にドープさ
れたドレイン領域を設けるための拡散工程を用い
ないために、ゲート導体の有効部分と、ソース相
互接続要素接点およびドレイン相互接続要素接点
との間隔をより狭くできる。そうなる理由は、半
導体基体の主面内にMOS電界効果素子を形成す
る場合に、ソース領域とドレイン領域を側面方向
へ拡散させる必要がないからである。すなわち、
第10図に示す構造では、ソース相互接続要素と
ドレイン相互接続要素とはドープされたポリシリ
コンの付着により設けられ、半導体基体21の中
には側面へ拡散するような構造は設けられないか
らである。一方、第11図に示す構造では、低濃
度にドープされたソース領域と低濃度にドープさ
れたドレイン領域とは、ゲート導体16にセルフ
アラインさせるイオン注入法によつて半導体基体
21の中に設けることができる。このことは
MOS電界効果素子を形成するのに半導体基体の
主面の比較的小さな面積が使用されるだけでよい
ことを意味する。ゲートに対するソース接点とド
レイン接点とのこの狭い間隔のためにソース接点
とドレイン接点の間で素子を横切る距離を短くで
き、かつそれらの接点が実効的なソース領域およ
びドレイン領域として機能するため、実効的なソ
ースとドレインの間、および実効ゲート部分の間
の多少長い距離を相殺する傾向がある。
The structure shown in FIGS. 10 and 11 uses a conventional diffusion process to provide a heavily doped source region and a heavily doped drain region in a semiconductor substrate. This allows for closer spacing between the effective portion of the gate conductor and the source and drain interconnect element contacts. The reason for this is that when forming a MOS field effect element within the main surface of a semiconductor substrate, there is no need to diffuse the source region and the drain region in the lateral direction. That is,
In the structure shown in FIG. 10, the source and drain interconnect elements are provided by doped polysilicon deposition, since no lateral diffusion structures are provided in the semiconductor body 21. be. On the other hand, in the structure shown in FIG. 11, a lightly doped source region and a lightly doped drain region are provided in the semiconductor substrate 21 by ion implantation to self-align with the gate conductor 16. be able to. This thing is
This means that only a relatively small area of the main surface of the semiconductor body needs to be used to form the MOS field effect element. This narrow spacing of the source and drain contacts to the gate allows for a short distance across the device between the source and drain contacts, and because they act as the effective source and drain regions, the effective tend to compensate for the somewhat longer distances between the typical source and drain and between the effective gate portion.

第11図のソース領域10とドレイン領域13
が、それらの領域を基板の残りの部分から分離す
るpn接合が降伏する前に、空乏状態となるよう
にするために両方の領域におけるドーピング・レ
ベルを適切な値にする(少くとも大体対称的な性
能が望ましい)ことが重要なので、それらの領域
へのドーピングは比較的精密に行わなければなら
ない。濃度レベルのみを基準とするよりも、半導
体基体の主面のうちソース領域とドレイン領域と
が交差する部分の下側における単位面積当りの不
純物原子の総数を制御すべきである。すなわち、
イオン注入の正味の不純物量、つまり半導体基体
中における注入深さ全体にわたる濃度の積分を制
御せねばならず、そして、ソース領域10とドレ
イン領域13とにおけるりん原子の過剰量が領域
21′(またはしきい値調節領域21′が設けられ
ていない時は基板21)におけるホウ素原子より
約1×1013atoms/cm2より少い量であるようにす
る。
Source region 10 and drain region 13 in FIG.
However, the doping levels in both regions should be appropriate (at least roughly symmetrical) to ensure that they become depleted before the p-n junction separating them from the rest of the substrate breaks down. (desirable performance), the doping of these regions must be relatively precise. Rather than relying solely on the concentration level, the total number of impurity atoms per unit area below the intersection of the source and drain regions of the main surface of the semiconductor substrate should be controlled. That is,
The net impurity dose of the ion implantation, i.e. the integral of the concentration over the implant depth in the semiconductor body, must be controlled and the excess amount of phosphorus atoms in the source region 10 and drain region 13 can be When the threshold adjustment region 21' is not provided, the amount of boron atoms in the substrate 21) should be less than about 1×10 13 atoms/cm 2 .

第11図に示されているソース領域10とドレ
イン領域13との適切なドーピング・レベルが達
成されたかどうかは、逆バイアスをかけられた時
に接合が降伏することなしにたとえばドレイン領
域が完全に空乏状態にされたことを調べることに
より決定できる。そのためには25〜35Vの逆バイ
アスをかける必要がある。一方、pチヤンネル素
子の場合には、約80〜90Vという高い逆バイアス
電圧をかけてもドレイン−基板間のpn接合が降
伏することなしに、その接合が完全に空乏状態に
ならなければならない。実際には、それらの要求
を満す素子のたとえばドレイン−基板間のpn接
合の降伏電圧は、ソースと基板が基通接地された
場合には、約200Vかそれ以上であることが見出
されている。
Whether the appropriate doping levels of the source region 10 and drain region 13 shown in FIG. This can be determined by checking the state. To do this, it is necessary to apply a reverse bias of 25 to 35V. On the other hand, in the case of a p-channel device, the pn junction between the drain and the substrate must be completely depleted without breakdown even when a high reverse bias voltage of about 80 to 90 V is applied. In fact, it has been found that the breakdown voltage of a pn junction between the drain and the substrate of a device that satisfies these requirements is approximately 200V or more when the source and substrate are grounded. ing.

150KVの注入エネルギーを用いた場合には半
導体基体21の主面の約1ミクロン下側の深さに
設けられているpn接合によつて、第11図のソ
ース領域10とドレイン領域13は半導体基体2
1の残りの部分から分離させられる。ソース領域
10とドレイン領域13とはゲート16の下で2
〜4ミクロンだけお互いに分離させられる。ゲー
ト16はドープされたポリシリコンまたは金属で
作られ、厚さが約2000Åの二酸化シリコン絶縁層
19の一部により半導体基体21の主面から分離
させられる。
When an implantation energy of 150 KV is used, source region 10 and drain region 13 in FIG. 2
separated from the rest of 1. A source region 10 and a drain region 13 are formed under the gate 16.
Separated from each other by ~4 microns. Gate 16 is made of doped polysilicon or metal and is separated from the major surface of semiconductor body 21 by a portion of silicon dioxide insulating layer 19, approximately 2000 Å thick.

ドープされたポリシリコンは、第11図のソー
ス相互接続要素とドレイン相互接続要素とを作る
ために満足して使用できる唯一の材料ではない。
別の材料で作つた構造の例を第12図に示す。こ
の場合には、ドープされたソース相互接続要素1
2とドレイン相互接続要素15は多重金属層接点
を用いて作られる。それらの接点のうち第1の接
点は白金であつて、これはシリコン半導体基体2
1(およびしきい値調節領域21′が設けられて
いる場合にはその領域も)の中にあるそれらの相
互接続要素の下側に注入または拡散されている非
常に浅いn+形領域と白金との間の境界にけい化
白金を作るようなやり方で設けられる。この構造
においては、第12図にn+と配されている領域
は半導体基体21の主面から0.1ミクロンより浅
い位置へイオン注入によつて設けられる。それか
らこの金属の上に種々の金属層を設けて、周知の
モノリツシク集積回路用電気接点構造体の1つで
相互接続要素を形成する。その他の相互接続要素
構造体には、シリコンにアルミニウム接点を接触
させるような他の材料を用いたり、あるいはそれ
らの接点の下に設けられているn+領域を貫く針
状部を生じないその他の金属構造を使用できる。
Doped polysilicon is not the only material that can be used satisfactorily to make the source and drain interconnect elements of FIG.
An example of a structure made of another material is shown in FIG. In this case, the doped source interconnect element 1
2 and drain interconnect element 15 are made using multi-metal layer contacts. The first of these contacts is platinum, which is connected to the silicon semiconductor substrate 2.
1 (and threshold adjustment region 21', if provided) and platinum implanted or diffused into the underside of those interconnect elements. is provided in such a way as to create platinum silicide at the boundary between. In this structure, the region labeled n + in FIG. 12 is provided by ion implantation to a position shallower than 0.1 micron from the main surface of the semiconductor substrate 21. Various metal layers are then applied over this metal to form interconnect elements in one of the known electrical contact structures for monolithic integrated circuits. Other interconnect element structures may use other materials, such as aluminum contacts to silicon, or other materials that do not create a needle through the n + region provided below those contacts. Metal structures can be used.

第11および12図の素子は非導通時に生ずる
合成電界をより遠くまで拡げさせることによつて
降伏電圧を増大させ、これにより素子が非導通状
態にあるとき電場の任意の点における電界の強さ
を減らし、ソース領域あるいはドレイン領域が逆
電圧に耐えるのである。ソース又はドレイン位置
の電界の強さを減らす別の方法はこの電界を支承
する他の手段を設けることである。これは、半導
体基体中のソースやドレイン領域を囲むpn接合
を含むソースあるいはドレイン領域の近傍の絶縁
材の中に設けられるフイールドプレート、即ち、
シールド電極の使用によつて達成できる。ゲート
導体又はゲート領域が半導体基体の電極材から離
れているのと同じ距離だけ絶縁材の中でシールド
電極を半導体基体の電極材から離して使えば降伏
電圧は改善されるが、シールド電極を更に幾分半
導体基体から離したものほどの改善は得られな
い。
The devices of Figures 11 and 12 increase the breakdown voltage by extending the resultant electric field further when non-conducting, thereby increasing the field strength at any point in the field when the device is in the non-conducting state. The source or drain region withstands reverse voltage. Another way to reduce the strength of the electric field at the source or drain location is to provide other means of supporting this electric field. This is a field plate provided in an insulating material in the vicinity of a source or drain region, including a pn junction surrounding the source or drain region in a semiconductor body, i.e.
This can be achieved by using a shield electrode. Breakdown voltage is improved by using the shield electrode in the insulator the same distance from the electrode material of the semiconductor body as the gate conductor or gate region is separated from the electrode material of the semiconductor body; The improvement is not as great as that provided somewhat further from the semiconductor body.

第13図はシールド電極を用いて素子のパンチ
スルー電圧と降伏電圧の最低値を増大し得た別の
MOS電界効果素子の第1の変形を示す。
Figure 13 shows another example of increasing the minimum punch-through voltage and breakdown voltage of the device using a shield electrode.
A first modification of the MOS field effect device is shown.

第13図(および引続いて第14,15図の他
の変形)に示すように種々の変形がとれるこの構
造は、独立したMOS電界効果トランジスタ素子
の断面図あるいは幾つかのソースとドレイン領域
を有するMOS電界効果素子の一部の断面図を表
わすものと解されるべきである。結局、13図
(および第14,15図)に示す断面図は、第1
3図では幾分幅広く示されているがパツシベーシ
ヨ層を付加したとした場合の第7図の断面18の
変形であり、而して、また第6および3A図の変
形でもある。勿論D−MOS素子の第6,7図の
領域24は第10,11,12図で説明しなかつ
たようにここでも説明しない。かかるものはここ
では説明しない。第13図(および第14,15
図)の断面構造は、ドレインとソースの相互接続
手段とパツシベーシヨン層を第2,3B,3C図
に付加したとした場合の第2,3B又は3C図に
おける素子の断面であるとみてよい。
This structure, which can be modified in various ways as shown in FIG. 13 (and subsequently other variations in FIGS. 14 and 15), can be used to create a cross-sectional view of a separate MOS field effect transistor element or to separate several source and drain regions. It should be understood that FIG. In the end, the cross-sectional view shown in Figure 13 (and Figures 14 and 15)
Although shown somewhat wider in FIG. 3, it is a modification of the cross-section 18 of FIG. 7 if a passivation layer were added, and thus also of FIGS. 6 and 3A. Of course, the region 24 of FIGS. 6 and 7 of the D-MOS device will not be explained here, just as it was not explained in FIGS. 10, 11, and 12. Such items will not be explained here. Figure 13 (and Figures 14 and 15)
The cross-sectional structure of FIG. 2 may be considered to be the cross-section of the device in FIGS. 2, 3B, or 3C if drain and source interconnection means and passivation layers were added to FIGS. 2, 3B, or 3C.

第13A図のMOS電界効果トランジスタ素子
は半導体基体21に形成される一対の終端領域を
有する。勿論これらの領域は、第13A図におい
て、分割ゲート導体16あるいは分割ゲート領域
となつているものの下に現われるチヤンネル領域
とされるものに対する終端領域として機能する。
このゲート導体部を16′と16″で示す。終端領
域10はソース領域10として、また終端領域1
3はドレイン領域として説明を続ける。そして、
第13A図の素子はあたかも直流電圧を印加して
用いられているかの如く幾分独断的に表わしてあ
る。しかしながら、印加電圧の極性により領域1
0と領域13のどちらかが回路上動作の任意の特
定の時間において、ソース領域あるいはドレイン
領域として実際に働くかが決まるので、これらの
終端領域は回路上はソース領域又はドレイン領域
のいづれかとなつて実際には動作する。これらの
領域は、交流電圧回路に用いられたときは交番し
て両領域の働きをする。
The MOS field effect transistor device of FIG. 13A has a pair of termination regions formed in a semiconductor substrate 21. The MOS field effect transistor device of FIG. These regions, of course, function as termination regions for what appear in FIG. 13A to be channel regions appearing below what are now split gate conductors 16 or split gate regions.
These gate conductor portions are designated 16' and 16''. Termination region 10 serves as source region 10 and termination region 1
3 is a drain region and the explanation will be continued. and,
The device of FIG. 13A is somewhat arbitrarily represented as if it were being used with a DC voltage applied thereto. However, due to the polarity of the applied voltage, region 1
Since it is determined whether either region 0 or region 13 actually acts as a source region or a drain region at any particular time of circuit operation, these termination regions can be considered as either a source region or a drain region on a circuit. actually works. These regions alternate to act as both regions when used in an alternating voltage circuit.

外部相互接続手段12は、ソース領域10の開
口部11に設けられたものが示され、同じく外部
相互接続手段15はドレイン領域13の開口部1
4に設けられたものが示されている。二酸化シリ
コンの絶縁層19は、ゲート16′と16″の周り
に示され、パツシベーシヨン層20は、絶縁層1
9および相互接続手段12と15の上に示されて
いる。
External interconnect means 12 are shown provided in opening 11 of source region 10 , and external interconnect means 15 are shown provided in opening 1 of drain region 13 .
4 is shown. An insulating layer 19 of silicon dioxide is shown around gates 16' and 16'', and a passivation layer 20 covers insulating layer 1.
9 and interconnection means 12 and 15 are shown above.

また、二酸化シリコン絶縁層19は一対のシー
ルド電極28と29の周りに設けられているもの
が示されている。シールド電極28は完全に外部
相互接続手段12を囲み、絶縁層19内にあつ
て、ソース領域10と半導体基体21の他の部分
との間に生ずるpn接合のと直接向き合つている。
このpn接合は第13A図に示すように基体の主
面と交差する。同様にして、シールド電極29は
外部接続手段15を囲み、ドレイン領域13と半
導体基体21の他の部分間に生ずるpn接合と向
き合つており、この接合は基体の主面と交差す
る。
Further, a silicon dioxide insulating layer 19 is shown provided around a pair of shield electrodes 28 and 29. A shield electrode 28 completely surrounds the external interconnection means 12 and is located within the insulating layer 19 directly opposite the pn junction that occurs between the source region 10 and the rest of the semiconductor body 21.
This pn junction intersects the main surface of the substrate as shown in FIG. 13A. Similarly, the shield electrode 29 surrounds the external connection means 15 and faces a pn junction occurring between the drain region 13 and the other part of the semiconductor body 21, which junction intersects the main surface of the body.

シールド電極28と29の各々はゲート導体1
6′と16″のそれぞれが半導体基体21の主面か
ら離れている距離よりもこの主面から離れている
ものが示されている。シールド電極28と29の
主面からの離間距離は、通常、同じ主面とゲート
導体16′と16″のそれぞれの離間距離の2倍か
ら5倍である。
Each of the shield electrodes 28 and 29 is connected to the gate conductor 1
6' and 16'' are each shown to be farther from the main surface of the semiconductor substrate 21 than the distance from the main surface of the semiconductor substrate 21. The distance from the main surface of the shield electrodes 28 and 29 is usually , two to five times the distance between the same main surface and the respective gate conductors 16' and 16''.

MOS電界効果トランジスタ素子が非導通状態
にある場合、すなわち、ドレイン−基体間のpn
接合に大きな逆バイアスがかけられており(第1
3A図においてはドレイン領域13は基体。すな
わち、半導体基体21の他の部分に対し、正であ
ることを意味する)、かつシールド電極29とゲ
ート16″は、第13A図に破線で示すように相
接続され、更にドレイン領域13に接続されてい
る場合を考える。すると、シールド電極29とゲ
ート導体16″から発する追加的の電界は、ドレ
イン領域13の空乏領域縁部から発する電界を半
導体基体21の主面の下のより深い所に生ずる空
乏層内の電荷上で、終りにさせ、これにより半導
体基体21の主面内のドレイン領域のpn接合部
の電界強度を弱くする。上記主面とゲート導体1
6″間の距離に比し、シールド電極29と半導体
基体21の主面間の距離の方が、大きいことによ
りシールド電極29から発する電界に関連して降
伏電圧は大きくなる。それはこの電界が、導体1
6″に生ずる電界よりも遠い所まで拡がるからで
ある。それにも拘わらずシールド電極29は、ド
レイン領域13に生ずる空乏領域の縁部により近
い所に位置しているので、シールド電極29から
発する電界はこの空乏領域縁部から発する電界に
かなりの影響を及ぼす。
When the MOS field effect transistor element is in a non-conducting state, that is, the pn between the drain and the substrate
A large reverse bias is applied to the junction (first
In Figure 3A, the drain region 13 is the substrate. 13A), and the shield electrode 29 and the gate 16'' are connected in phase as shown by the broken line in FIG. 13A, and are further connected to the drain region 13. Then, the additional electric field generated from the shield electrode 29 and the gate conductor 16'' causes the electric field generated from the edge of the depletion region of the drain region 13 to be pushed deeper below the main surface of the semiconductor substrate 21. The charges in the resulting depletion layer are terminated, thereby weakening the electric field strength at the pn junction of the drain region in the main surface of the semiconductor body 21. The above main surface and gate conductor 1
Since the distance between the shield electrode 29 and the main surface of the semiconductor substrate 21 is larger than the distance between the shield electrodes 29 and the main surface of the semiconductor substrate 21, the breakdown voltage increases in relation to the electric field generated from the shield electrode 29. conductor 1
This is because the electric field generated from the shield electrode 29 spreads farther than the electric field generated at the drain region 13. However, since the shield electrode 29 is located closer to the edge of the depletion region generated in the drain region 13, the electric field generated from the shield electrode 29 has a considerable effect on the electric field emanating from the edge of this depletion region.

ゲート導体部16″と16′間の電気的接触を防
ぐ絶縁により、ゲート導体16″は第13A図に
示す素子が“オン”に切換えられることなくドレ
イン領域13と同じ電圧になる。同様の状態は外
部相互接続手段12に印加される逆電圧に対しソ
ース領域10にも存在する。
The insulation that prevents electrical contact between gate conductor portions 16'' and 16' causes gate conductor 16'' to be at the same voltage as drain region 13 without the device shown in FIG. 13A being switched "on". A similar condition exists in the source region 10 for a reverse voltage applied to the external interconnect means 12.

第13A図に示された破線の回路は、そつくり
そのままそこに示された素子を対称的に例えば、
交流回路に使用して、動作し得る。この構造体が
“オン”に切換えられるときは2つのスイツチバ
ー30と31は一緒に共通のスイツチ点33に切
換えられる。次にスイツチ点33は素子のしきい
値より大きい正の電圧源に接続される。この状態
においては第13A図の素子は、ゲート導体1
6′と16″がトランジスタゲートとして共に連帯
して機能する通常のMOS電界効果トランジスタ
の動作と同様に動作する。
The broken line circuit shown in FIG. 13A is constructed by symmetrically connecting the elements shown therein, for example.
It can be used in AC circuits to operate. When this structure is switched "on", the two switch bars 30 and 31 are switched together to a common switch point 33. Switch point 33 is then connected to a positive voltage source greater than the threshold of the device. In this state, the device of FIG. 13A has a gate conductor 1
The operation is similar to that of a normal MOS field effect transistor in which 6' and 16'' jointly function as transistor gates.

第13A図の構造体が、代つて“オフ”の状態
に切換えられることが望まれるときは、スイツチ
バー30は外部接続手段12に接続され、これに
よりゲート導体16′を外接接続手段12、而し
てソース領域10に接続される。同様にしてスイ
ツチバー31は、外部接続手段15而してドレイ
ン領域13に接続される。この接続関係により、
第13A図の素子は逆電圧が外部接続手段15而
してゲート導体16′に印加されるかあるいは外
部接続手段12而してゲート導体16′に印加さ
れるかして“オフ”状態に保たれる。たつた1つ
のゲートのみが逆電圧に接続され、他方のゲート
は上記の印加電圧とは逆極性なので、チヤンネル
はこの他方のゲートの下では完成されず従つて素
子は“オフ”である。
When the structure of FIG. 13A is instead desired to be switched to the "off" state, the switch bar 30 is connected to the external connection means 12, thereby connecting the gate conductor 16' to the external connection means 12 and to the external connection means 12. and is connected to the source region 10. Similarly, the switch bar 31 is connected to the external connection means 15 and to the drain region 13. Due to this connection,
The device of FIG. 13A is maintained in the "off" state by applying a reverse voltage to the gate conductor 16' through external connection means 15 or by applying it to gate conductor 16' through external connection means 12. drooping Since only one gate is connected to a reverse voltage and the other gate is of opposite polarity to the applied voltage, the channel is not completed under this other gate and the device is therefore "off".

第13B図は第13A図の素子のシールド電極
28とゲート導体16′間およびシールド電極2
9とゲート導体16″間の破線の相互接続を連続
した構造体で置き換えたものを示す。この構造体
は第13A図に示す破線の短絡に代つてゲート導
体とこれに対応するシールド電極間の短絡を効果
的に与える。かくして、第13A図のソース領域
10に関連するシールドとゲート導体は、第13
B図では同一の共通符号16′,28で示される。
同様にして、ドレイン領域13に関連のシールド
とゲート導体の共通符号は16″,29である。
FIG. 13B shows the area between the shield electrode 28 and the gate conductor 16' of the device shown in FIG. 13A and the shield electrode 2.
9 and gate conductor 16'' is replaced by a continuous structure. This structure replaces the dashed short circuit between the gate conductor and its corresponding shield electrode as shown in FIG. 13A. effectively providing a short circuit.Thus, the shield and gate conductor associated with the source region 10 of FIG.
In FIG. B, they are designated by the same common reference numerals 16' and 28.
Similarly, the common symbols for the shield and gate conductors associated with drain region 13 are 16'', 29.

第13B図の素子を使うと仮定すると、第13
A図の破線の回路は第13C図に示す回路を使う
ことにより一層実用上便利となる。第13A図の
スイツチングバー30は、第13C図では電界効
果トランジスタ30′と結合抵抗30″により与え
られる。同様にして、スイツチングバー31は電
界効果トランジスタ31′と結合抵抗31″により
与えられる。ある場合にはトランジスタスイツチ
ング回路が抵抗30″および31″の代りに用いら
れる。
Assuming that we use the element shown in Figure 13B,
The circuit indicated by the broken line in Figure A becomes more convenient in practice by using the circuit shown in Figure 13C. Switching bar 30 in FIG. 13A is provided in FIG. 13C by a field effect transistor 30' and a coupling resistor 30''.Similarly, switching bar 31 is provided by a field effect transistor 31' and a coupling resistor 31''. . In some cases, transistor switching circuits are used in place of resistors 30'' and 31''.

抵抗30″と31″を有する第13C図のものは
第13A図のスイツチング機能をほぼ果す。この
概略図は第13A図の破線の回路により遂行され
るスイツチング機能を示すのには十分なものであ
る。
The one in FIG. 13C with resistors 30" and 31" substantially performs the switching function of FIG. 13A. This schematic diagram is sufficient to illustrate the switching function performed by the dashed circuitry of FIG. 13A.

第13A,13B図においては、破線の構造体
がシールド電極28,29の近傍あるいは一体の
シールド−ゲート導体電極16′,28および1
6″,29に直結されて図の極く右端と左端に示
されている。これらの破線の構造体は第13A,
13B図の構造体が、第7,6,2,3A,3B
又は3C図に示した如き電界効果素子の断面であ
るとしたときに見える形で示してある。これらの
破線の構造体は同一の目的でまた第13D図およ
び第14,15図の断面図にみられる構造の中に
も示されている。これら破線の構造体については
これ以上の説明は行わない。
In FIGS. 13A and 13B, structures indicated by broken lines are in the vicinity of shield electrodes 28, 29 or integral with shield-gate conductor electrodes 16', 28 and 1.
6'', 29 and are shown at the far right and left ends of the figure.These broken line structures are directly connected to No. 13A,
The structure in Figure 13B is the 7th, 6th, 2nd, 3A, 3B
Alternatively, it is shown in a form that would appear if it were a cross section of a field effect element as shown in Figure 3C. These dashed structures are also shown for the same purpose in the structures seen in the cross-sectional views of FIGS. 13D and 14 and 15. These dashed structures will not be further explained.

第13A又は13B図の構造は、第11図又は
第12図の構造とうまく結合すれば、第13A図
又は第13B図の構造単独のものより一層高い降
伏電圧を得ることができる。第11図に示す構造
に第13A図に示す構造を結合させた結果のもの
は第13D図に示されている。なお、第13A又
は13B図のどちらかと第11および12図との
結合も示し得る。しきい値電圧調節領域は第13
A,13B又は13D図のいづれにも示されてい
ないが要すれば素子のしきい値電圧を調整できる
ように設けることができる。
If the structure of FIG. 13A or 13B is properly combined with the structure of FIG. 11 or 12, a higher breakdown voltage can be obtained than the structure of FIG. 13A or 13B alone. The result of combining the structure shown in FIG. 11 with the structure shown in FIG. 13A is shown in FIG. 13D. Note that a combination of either FIG. 13A or 13B with FIGS. 11 and 12 may also be shown. The threshold voltage adjustment region is the 13th
Although not shown in any of Figures A, 13B, or 13D, it may be provided to adjust the threshold voltage of the device if desired.

第13D図において、ソースおよびドレイン領
域外の半導体基体21の不純物の分布、ソースと
ドレイン領域の不純物の分布、半導体基体21と
ゲート基体16′,16″間の絶縁層の厚さおよび
ポリシリコンの外部接続手段12,15の不純物
のレベルは、ソースおよびドレイン領域を囲む
pn接合に逆バイアス電圧がかけられたとき雪崩
降伏が起る前にソースやドレイン領域から電荷キ
ヤリアが完全になくなるように決められる。通常
の場合、半導体基体21の不純物はホウ素原子が
2×1016atoms/cm2の濃度に達するようにされ
る。ポリシリコンがドープされたn形導電性のソ
ースおよびドレインの相互接続手段12,15は
通常りんが約1018〜1019atoms/cm2になるように
ドープされる。
In FIG. 13D, the impurity distribution in the semiconductor substrate 21 outside the source and drain regions, the impurity distribution in the source and drain regions, the thickness of the insulating layer between the semiconductor substrate 21 and the gate substrates 16' and 16'', and the thickness of the polysilicon layer are shown. The impurity level of the external connection means 12, 15 surrounds the source and drain regions.
It is determined that charge carriers are completely removed from the source and drain regions before avalanche breakdown occurs when a reverse bias voltage is applied to the pn junction. In a normal case, the impurity of the semiconductor substrate 21 is such that boron atoms reach a concentration of 2×10 16 atoms/cm 2 . The polysilicon doped n-type conductive source and drain interconnect means 12, 15 are typically doped with phosphorus to about 10 18 -10 19 atoms/cm 2 .

また、半導体基体21でn型導電性のソースお
よびドレイン領域10,13にドーピングするの
にりん原子が(0.1〜4)×1016atoms/cm2のオー
ダーで用いられる。これはイオン注入法により慎
重に制御された量が与えられ、半導体基体の単位
面積当りの正味の不純物原子の総数が注意深く制
御される。そして上記不純物が注入されるのはソ
ースとドレイン領域と交差する半導体基体の主面
部の下の半導体基体内にである。換言すればイオ
ン注入の正味の不純物量すなわち、半導体基体2
1中における注入深さ全体にわたる濃度の積分を
制御して、ホウ素の不純物原子に対するソース領
域10又はドレイン領域13のりん原子の過剰量
を約1×1013atoms/cm2以下の量としなければな
らない。また、この正味量は一般にソースとドレ
イン領域の外の半導体基体21に現われる不純物
濃度にわたつてもよいし、半導体基体21の主面
の近傍に設けられるしきい値調節領域にわたつて
もよい。
Further, phosphorus atoms are used in order of (0.1 to 4)×10 16 atoms/cm 2 to dope the n-type conductive source and drain regions 10 and 13 in the semiconductor substrate 21 . This is provided in carefully controlled amounts by ion implantation techniques, so that the total number of net impurity atoms per unit area of the semiconductor body is carefully controlled. The impurity is implanted into the semiconductor substrate below the main surface portion of the semiconductor substrate that intersects the source and drain regions. In other words, the net impurity amount of ion implantation, that is, the semiconductor substrate 2
The excess amount of phosphorus atoms in the source region 10 or drain region 13 relative to the boron impurity atoms must be controlled to be approximately 1×10 13 atoms/cm 2 or less by controlling the integration of the concentration over the entire implantation depth in 1. No. Further, this net amount may generally be spread over the impurity concentration appearing in the semiconductor body 21 outside the source and drain regions, or may be spread over the threshold adjustment region provided near the main surface of the semiconductor body 21.

また、ゲート導体16′又は16″はドープされ
たポリシリコンでも、金属でもよい。結局、ソー
ス領域10内に生ずる高濃度にドープされた領域
とドレイン領域13内に生ずる高濃度にドープさ
れた領域とはポリシリコンがドープされた外部接
続手段12と15の界面直下にそれぞれある。こ
れらの高濃度にドープされたn+形導電性の領域
の拡がりは通常半導体基体21の主面下において
0.3ミクロン以下である。
Also, the gate conductor 16' or 16'' may be doped polysilicon or metal. Consequently, a highly doped region occurring in the source region 10 and a highly doped region occurring in the drain region 13. are located directly below the interfaces of the polysilicon-doped external connection means 12 and 15, respectively.The extent of these heavily doped n + type conductive regions is usually below the main surface of the semiconductor body 21.
0.3 microns or less.

第13E図は半導体基体21にソース領域10
あるいはドレイン領域13の部分を作るのに用い
られた不純物量に対してプロツトした素子の降伏
電圧のグラフを示す。そして、上記の部分という
のはそれぞれポリシリコン外部相互接続手段12
および15の直下に現われる高濃度にドープされ
た部分を除いた部分をいう。これらの比較的低濃
度にドープされた領域10と領域13の部分は導
電性のより低い終端領域と称され、第13D図の
ソース領域10およびドレイン領域13として動
作する完全な終端領域部分である。下方の曲線は
導電性のより低い終端領域のみのものに対するも
ので、第13A,13B図に示すようなシールド
電極を設けずまた使用しない第11図または第1
2図に示す構造における不純物対降伏電圧を表わ
す。
FIG. 13E shows a source region 10 in a semiconductor substrate 21.
Alternatively, a graph of the breakdown voltage of the device plotted against the amount of impurity used to form the drain region 13 is shown. and each of the above portions is a polysilicon external interconnect means 12.
and 15 excluding the heavily doped portion appearing directly below. These relatively lightly doped regions 10 and 13 are referred to as lower conductivity termination regions and are the complete termination region portions that act as source and drain regions 10 and 13 in FIG. 13D. . The lower curve is for the lower conductivity termination region only, and is for Figure 11 or Figure 1 without the shield electrode as shown in Figures 13A and 13B.
2 represents the impurity versus breakdown voltage in the structure shown in Figure 2.

この下方の曲線の形は、次のように説明でき
る。すなわち、不純物量の低い方においては導電
性のより低い領域は半導体基部21の主たる部分
の一部のように実際上、みえるほど低濃度にドー
プされ、ポリシリコンの外部接続手段の下の高濃
度にドープされたn+領域のみが半導体基体21
における終端領域として実較的に動作する。かか
る場合の素子はソースおよびドレインとして動作
するn+形の導電性領域を有した通常のMOS電界
効果トランジスタのように見え、低濃度にドープ
された領域は一般的に動作に関与しない。第13
E図の下方の曲線の右端の不純物量の高い方では
終端領域の低濃度にドープされた部分においてな
されることになつているドーピング量は通常の
MOS電界効果トランジスタのソースおよびドレ
イン領域とそう変らないので全体のソース領域1
0とドレイン領域13は、そのようなトランジス
タの通常のソースおよびドレイン領域のように見
える。
The shape of this downward curve can be explained as follows. That is, at the lower doping level, the less conductive regions are so lightly doped that they actually appear to be part of the main part of the semiconductor base 21, and the more doped regions under the external connection means of the polysilicon are doped. Only the n + region doped in the semiconductor substrate 21
Acts effectively as a termination region in The device in such a case looks like a regular MOS field effect transistor with conductive regions of the n + type acting as source and drain, the lightly doped regions generally not participating in the operation. 13th
At the higher right end of the lower curve in Figure E, the amount of doping that is to be done in the lightly doped portion of the termination region is normal.
The entire source region 1 is not so different from the source and drain regions of a MOS field effect transistor.
0 and drain regions 13 look like normal source and drain regions of such a transistor.

第13E図の上方の曲線は少くとも第13D図
に示す構造に対し、適切なパラメータが選ばれた
ときは、上述の曲線に対しあらゆる不純物量にお
いて降伏電圧は大とし得る。従つて、第13A図
又は第13B図の構造に第11図又は第12図の
いづれかの構造を結合させれば降伏電圧のより高
い様子が得られる。上方の曲線の一般的な形は下
方の曲線の形と同じく説明される。
The upper curve in FIG. 13E shows that, at least for the structure shown in FIG. 13D, the breakdown voltage can be large for any impurity amount relative to the above curves when appropriate parameters are chosen. Therefore, if the structure shown in FIG. 11 or 12 is combined with the structure shown in FIG. 13A or 13B, a higher breakdown voltage can be obtained. The general shape of the upper curve is described as well as the shape of the lower curve.

第13図に示す構造の他の変形で、多くの同一
の利点が得られるものを第14図に示す。第14
A図においては第13A図が2つの分離ゲート導
体16′と16″であるのに対し、たつた1つのゲ
ート導体16のものである。また、第13A図が
2つのシールド電極28と29であるのに第14
A図ではたつた1つのシールド電極34のもので
ある。第14A図の構造は、第13図に示す構造
よりはモノリシツク集積回路に容易に作ることが
できる。また、第13A図の素子を動作させるた
めの破線で示したスイツチング回路の多くは第1
4A図の素子を動作させる上で必要としない。そ
の理由は、ゲート導体16が全体としてシールド
電極34と無関係に動作させられるからである。
シールド電極34は第14A図に示す素子のしき
い値電圧より大きい正の一定電圧で動作させられ
るが外部接続手段12又は15のいづれかにおけ
る“オフ”時の逆バイアス電圧ほど高い電圧で動
作させられる必要はない。
Another variation of the structure shown in FIG. 13, which provides many of the same advantages, is shown in FIG. 14th
In Figure A, Figure 13A has two separated gate conductors 16' and 16'', whereas Figure 13A has only one gate conductor 16. Even though there is a 14th
Figure A shows only one shield electrode 34. The structure of FIG. 14A can be more easily fabricated into a monolithic integrated circuit than the structure shown in FIG. Furthermore, many of the switching circuits shown by broken lines for operating the elements in FIG. 13A are
It is not necessary to operate the device shown in Figure 4A. This is because the gate conductor 16 as a whole is operated independently of the shield electrode 34.
The shield electrode 34 is operated at a constant positive voltage that is greater than the threshold voltage of the device shown in FIG. There's no need.

換言すれば、シールド電極34は、第14A図
の素子が“オン”状態が望まれようと“オフ”状
態が望まれようと一定の正の電圧で動作させられ
る。“オン”の時は、シールド電極34はゲート
電極16と同じく正の電圧にあり、これらの電極
は共に半導体基体のソース領域10とドレイン領
域13間のチヤンネル領域を形成するように動作
するが、ゲート電極16の方が半導体基体により
近いのでこのチヤンネル領域の形成に対する影響
が大きい。第14A図の素子造体が“オフ”状態
にあることが望まれるときは、シールド電極34
は第13A図のシールド電極28と29と全く同
様に動作する。シールド電極34から発する電界
は、それぞれソース領域10とドレイン領域13
の周りのpn接合の半導体基体の主面との交差点
で生ずる電界強度を弱め、これにより、第14A
図の素子の降伏電圧を高める。また、この目的上
シールド電極34に印加される電圧は最適値に選
ばれる。なんとなれば、シールド電極34は第1
3Aおよび13B図のシールド電極28,29の
ようにはソース領域10にもドレイン領域13に
も接続されないからである。第13図のこれらの
構造においては、シールド電極28,29に印加
される電圧はできるだけ最良の降伏電圧を達成す
るため非常に高くできるし、幾つかの構造におい
ては降伏電圧の増大に役立たせることもできる。
電圧源への接続のための破線の相互接続手段35
はシールド電極34に接続されたものが示されて
いる。しかし、勿論だがこの破線の相互接続回路
に関するスイツチング機能は示されていない。
In other words, shield electrode 34 is operated at a constant positive voltage whether the device of FIG. 14A is desired to be in an "on" or "off" state. When "on", shield electrode 34 is at a positive voltage as is gate electrode 16, and together these electrodes act to form a channel region between source region 10 and drain region 13 of the semiconductor body; Since the gate electrode 16 is closer to the semiconductor substrate, it has a greater influence on the formation of this channel region. When it is desired that the device structure of FIG. 14A be in the "off" state, the shield electrode 34
operate in exactly the same way as shield electrodes 28 and 29 of FIG. 13A. The electric field generated from the shield electrode 34 is applied to the source region 10 and the drain region 13, respectively.
weakens the electric field strength generated at the intersection of the pn junction with the main surface of the semiconductor substrate around the 14th A
Increase the breakdown voltage of the device shown in the figure. Further, for this purpose, the voltage applied to the shield electrode 34 is selected to be an optimum value. After all, the shield electrode 34 is the first
This is because the shield electrodes 28 and 29 in FIGS. 3A and 13B are not connected to either the source region 10 or the drain region 13. In these structures of FIG. 13, the voltage applied to the shield electrodes 28, 29 can be very high to achieve the best possible breakdown voltage, and in some structures it may be useful to increase the breakdown voltage. You can also do it.
Broken line interconnection means 35 for connection to a voltage source
is shown connected to the shield electrode 34. However, of course, the switching function for this dashed interconnect circuit is not shown.

また、第11図又は第12図に示されている構
造は、第14A図の構造と効果的に結合し得る。
その結合したものがpチヤンネル素子で第14B
図に示す。この場合、ソース領域10とドレイン
領域13以外の半導体基体21内の不純物分布と
ソース領域10とドレイン領域13の低濃度でド
ープされた部分の不純物分布と、ポリシリコンの
外部相互接続手段12および15のドーピングレ
ベルと、およびゲート導体16と半導体基体21
の主面間の絶縁層の厚さとはソース領域10又は
ドレイン領域13からこれらの領域に逆バイアス
電圧がかけられたとき、これらの領域を囲むpn
接合が雪崩降伏を起す前に完全に荷電キヤリアが
なくなるようにすべて選ばれる。第14B図の構
造の良好な素子のこれら種々のパラメータの代表
的な値は、第13D図の素子のそれと大体同じで
あるが、勿論第14B図の素子はpチヤンネル素
子であり、第11,12,13図のnチヤンネル
素子とは異なるため不純物の型は逆となつてい
る。このnチヤンネルからpチヤンネル素子への
変更は、どちらの型のものも作れるということを
単に示すためのもので、素子の特定の用途によつ
てはある型のものが他方の型より優るということ
があるかもしれない。
Also, the structure shown in FIG. 11 or 12 can be effectively combined with the structure of FIG. 14A.
The combined element is the p-channel element and the 14th B
As shown in the figure. In this case, the impurity distribution in the semiconductor body 21 other than the source region 10 and drain region 13 and the impurity distribution in the lightly doped portions of the source region 10 and drain region 13 and the external interconnection means 12 and 15 of polysilicon. and the doping level of gate conductor 16 and semiconductor body 21.
When a reverse bias voltage is applied to these regions from the source region 10 or the drain region 13, the thickness of the insulating layer between the main surfaces of the pn
All are chosen so that the junction is completely free of charge carriers before avalanche breakdown occurs. Typical values of these various parameters for the well-constructed device of FIG. 14B are approximately the same as those for the device of FIG. 13D, although of course the device of FIG. 14B is a p-channel device, and the Since this is different from the n-channel elements shown in Figures 12 and 13, the type of impurity is reversed. This change from n-channel to p-channel devices is simply to demonstrate that either type can be made, and that one type may be superior to the other depending on the specific application of the device. There may be.

第14C図に示す他の変形は、第11図又は第
12図の構造の一部分のみを変更したもので降伏
電圧の点を向上させたものである。すなわち、ソ
ース領域10あるいはドレイン領域13の低濃度
にドープされた部分がそれぞれ外部相互接続手段
12および15の下に生ずるp+領域を全体的に
囲むのではなくて(半導体基体21の主面に沿う
ところを除き)、低濃度にドープされた領域は、
第14C図ではP+領域の周りに環状領域として
生じており、この環状下の半導体基体21の残部
とも接触している。
Another modification shown in FIG. 14C is one in which only a part of the structure of FIG. 11 or FIG. 12 is changed, and the breakdown voltage is improved. That is, the lightly doped portions of the source region 10 or the drain region 13 do not entirely surround the p + region occurring under the external interconnect means 12 and 15, respectively (in the main surface of the semiconductor body 21). ), the lightly doped regions are
In FIG. 14C, it occurs as an annular region around the P + region, and is also in contact with the rest of the semiconductor body 21 under this annular region.

第14C図に示す構造のものは、第14B図に
示すものほど降伏電圧は高くないが、第14A図
に示すものよりは降伏電圧は高い。更に、第14
C図に示す構造のものは完全にセルフアライン法
で作ることができ、従つて、半導体基体21の主
面の占有面積に関する限り、同一の“オン”時の
チヤンネル抵抗の素子を作る必要な面積は、第1
4B図の場合に比べ小さく、より小さい素子が得
られる。かくして、特定の用途に関連し、第14
C図の素子で達成される降伏電圧で十分ならば、
第14C図の構造の単一素子又はモノリシツク集
積回路の製造が第14B図の構造によるものより
コストは安く、従つてチツプもより小さくてす
む。第14C図の構造のものの製法の詳細な説明
は後述する。この場合、不純物の分布や間隔等の
値は代表的な値のものである。
The structure shown in FIG. 14C has a breakdown voltage not as high as that shown in FIG. 14B, but it has a breakdown voltage higher than that shown in FIG. 14A. Furthermore, the 14th
The structure shown in Figure C can be made completely by the self-alignment method, and therefore, as far as the area occupied by the main surface of the semiconductor body 21 is concerned, the area required to create an element with the same "on" channel resistance is small. is the first
A smaller element can be obtained than in the case of Fig. 4B. Thus, in connection with a particular application, the fourteenth
If the breakdown voltage achieved by the device in diagram C is sufficient, then
Manufacturing a single element or monolithic integrated circuit of the structure of FIG. 14C is less costly and therefore requires a smaller chip than that of the structure of FIG. 14B. A detailed description of the manufacturing method for the structure shown in FIG. 14C will be given later. In this case, the values of impurity distribution, spacing, etc. are typical values.

第14D図は、第14B図又は第14C図の構
造のものについて導電性のより低い終端領域の不
純物量に対する素子の降伏電圧をプロツトしたも
のであるが、これら両図の実際の素子のプロツト
された曲線の値はお互いに異なる。導電性のより
低い終端領域のみと記してある最下方の曲線は、
第11図又は第12図、すなわち、第14B図又
は第14C図でシールド電極を設けないものおよ
び使用しないものの場合を示す。最上方の曲線は
第14B図または第14C図においてこれらの図
のpチヤンネル素子に対しては適切な極性である
マイナス60Vでシールド電極が動作させられた場
合を表わす。これらの曲線の形は、第13E図の
曲線の形のところで説明したのと全く同じ方法で
説明される。
FIG. 14D is a plot of the breakdown voltage of the device with respect to the amount of impurity in the lower conductivity termination region for the structure shown in FIG. 14B or FIG. 14C. The values of the curves are different from each other. The lowermost curve marks only the less conductive termination region.
FIG. 11 or 12, ie, FIG. 14B or 14C, shows the case where a shield electrode is not provided or is not used. The uppermost curve represents the case in Figures 14B or 14C when the shield electrode is operated at -60V, which is the appropriate polarity for the p-channel devices in these figures. The shapes of these curves are described in exactly the same manner as described for the curve shapes of FIG. 13E.

第14D図に示す真中の曲線は、第14B図又
は第14C図においてシールド電極34がゲート
導体16に又は終端領域を除く半導体基体すなわ
ち、サブストレートに電気的に直接接続された場
合を表わす。シールド電極34をゲート導体16
と短絡させると、シールド電極34がない場合よ
り降伏電圧は高く、しかし、シールド電極34が
適切な電圧にバイアスされたときに得られる降伏
電圧よりは高くはないが全く有用である。その理
由は、そのための電源が不要で、かかる電源の素
子への又はかかる素子を有するモノリシツク集積
回路チツプへの外部接続手段を設ける必要がない
からである。すなわち、シールド電極34は素子
のあるいは相互接続を別に必要としない素子を含
むモノリシツク集積回路チツプのゲート導体16
あるいはサブストレートに電気的に直接接続され
る。
The middle curve shown in FIG. 14D represents the case in which the shield electrode 34 is directly electrically connected to the gate conductor 16 or to the semiconductor substrate except for the termination region in FIG. 14B or 14C. The shield electrode 34 is connected to the gate conductor 16
When shorted to , the breakdown voltage is higher than without the shield electrode 34, but not quite as high as the breakdown voltage obtained when the shield electrode 34 is biased to the appropriate voltage, which is quite useful. This is because no power supply is required for it, and no means of external connection of such a power supply to the elements or to the monolithic integrated circuit chip containing such elements need be provided. That is, the shield electrode 34 is connected to the gate conductor 16 of a monolithic integrated circuit chip containing devices or devices that do not require additional interconnections.
Or directly electrically connected to the substrate.

シールド電極34とゲート導体16との短絡に
よつて降伏電圧はシールド電極34がない場合よ
り高くなる。このシールド電極34がない場合と
いうのは、シールド電極の存在がいかにより高い
降伏電圧を招来するかという今までの説明を考慮
すれば想定できそうにない。上述の説明では、シ
ールド電極にかかる電圧によりシールド電極から
発する電界は、半導体基体21の主面とソース領
域やドレイン領域との交差する所においてこれら
両領域の各々の周りのpn接合からソース領域あ
るいはドレイン領域の空乏領域の縁部を源とする
電界を駆逐するということを示した。シールド電
極34がゲート導体16に短絡されると、シール
ド電極34に生ずる電圧はほとんどないか全くな
くなると考えられる。その理由は、ゲート導体1
6は素子を“オフ”状態に保つためにゼロ電圧か
ゼロ電圧に近いからである。従つて、シールド電
極34から発する電界はない。むしろ、ソース領
域10とドレイン領域13のいづれに逆バイアス
電圧がかけられるかにより、ソース領域10とド
レイン領域15のいづれか一方の空乏層の縁部か
ら発する電界の一部はシールド電極34で終る。
Due to the short circuit between the shield electrode 34 and the gate conductor 16, the breakdown voltage becomes higher than that without the shield electrode 34. The case in which the shield electrode 34 is not present is unlikely to be envisaged, considering the previous explanation of how the presence of the shield electrode causes a higher breakdown voltage. In the above explanation, the electric field generated from the shield electrode due to the voltage applied to the shield electrode is generated at the intersection of the main surface of the semiconductor substrate 21 and the source region or the drain region from the pn junction around each of these regions to the source region or the drain region. It was shown that the electric field originating from the edge of the depletion region in the drain region is expelled. When shield electrode 34 is shorted to gate conductor 16, little or no voltage will be developed across shield electrode 34. The reason is that the gate conductor 1
6 is at or near zero voltage to keep the device in the "off" state. Therefore, no electric field is generated from the shield electrode 34. Rather, depending on whether a reverse bias voltage is applied to source region 10 or drain region 13, a portion of the electric field generated from the edge of the depletion layer in either source region 10 or drain region 15 ends at shield electrode 34.

実際シールド電極34がゲート導体16又はサ
ブストレートに短絡されているとき、逆バイアス
電圧がかかつているソース領域10とドレイン領
域13のどちらかを囲むpn接合を横切る電界が
なぜ弱まるのかの説明となる。シールド電極34
から発する電界はなく半導体基体21の主面上の
これらのpn接合の交差する所で生ずる電界には
変化はない。むしろ、ソース領域10又はドレイ
ン領域13のどちらに逆バイアス電圧がかかつて
も、空乏層の縁部から発する電界はシールド電極
34で終り、半導体基体21に生ずる空乏領域部
の電荷やゲート導体16で終らざるを得ないもの
と対照をなす。かくして、半導体基体21の電荷
やゲート導体16で電界の一部が終端しないよう
に転向させることにより、空乏領域の縁部から半
導体基体21およびゲート導体16に至る通路に
沿つて存在する所定の逆バイアス電圧に対する電
界はシールド電極がないとした場合に生ずるもの
より小さくなる。結局、この電界がソース領域お
よびドレイン領域の周りのpn接合に降伏を生じ
させてしまう前に、より大きな逆バイアス電圧が
ソース領域10又はドレイン領域13の一方の
pn接合に印加できる。また、シールド電極34
の相対的な位置とソース領域10あるいはドレイ
ン領域13の一層低濃度でドープされた部分によ
り降伏電圧を増大する電界の湾曲は小さくなる。
In fact, this explains why the electric field across the pn junction surrounding either the source region 10 or the drain region 13, which is subjected to a reverse bias voltage, is weakened when the shield electrode 34 is shorted to the gate conductor 16 or to the substrate. . Shield electrode 34
There is no electric field generated at the intersection of these pn junctions on the main surface of the semiconductor substrate 21, and there is no change in the electric field generated at the intersection of these pn junctions on the main surface of the semiconductor substrate 21. Rather, even if a reverse bias voltage is applied to either the source region 10 or the drain region 13, the electric field generated from the edge of the depletion layer ends at the shield electrode 34, and the electric field generated in the depletion region in the semiconductor substrate 21 and the gate conductor 16 end. Contrast with something that has no choice but to end. Thus, by diverting some of the electric field from terminating at the semiconductor body 21 charge and gate conductor 16, the predetermined inversion that exists along the path from the edge of the depletion region to the semiconductor body 21 and gate conductor 16 can be avoided. The electric field for the bias voltage is smaller than what would occur without the shield electrode. Eventually, a larger reverse bias voltage is applied to either the source region 10 or the drain region 13 before this field causes breakdown in the p-n junction around the source and drain regions.
Can be applied to p-n junction. In addition, the shield electrode 34
The relative position of the source region 10 or the more lightly doped portion of the drain region 13 reduces the curvature of the electric field that increases the breakdown voltage.

以下に示す3つの利点は、少くともゲート16
をシールド電極34に短絡したときに、第14B
図又は第14C図のいづれかに示す構造のものか
ら得られる。
The three advantages listed below are that at least gate 16
When short-circuited to the shield electrode 34, the 14th B
or FIG. 14C.

利点の第1は、これらいづれかの図の素子が
“オフ”のときサブストレートとゲート導体1
6/シールド電極34間に発生する電界がないと
いうことである。これはサブストレートとゲート
がほぼ同一電圧にあつて“オフ”状態を生じるの
で本当である。従つて、素子が“オフ”のときサ
ブストレートとゲート間には、フオーラ・ノルド
ハイム トンネル(Fowler−Mordheim
tunnelling)がほとんどない。このフオーラ・ノ
ルドハイムトンネルが生ずると異常な動作結果と
なる。
The first advantage is that when the device in either of these figures is “off,” the substrate and gate conductor 1
6/This means that there is no electric field generated between the shield electrodes 34. This is true because the substrate and gate are at approximately the same voltage, creating an "off" state. Therefore, when the device is “off,” there is a Fowler-Nordheim tunnel between the substrate and the gate.
tunnelling). If this Fuora Nordheim tunnel occurs, abnormal operation results will occur.

第2は、シールド電極34の存在によりソース
領域10又はドレイン領域13のいづれかの低濃
度にドープされた部分はこれらの領域と半導体基
体21間のpn接合に沿つてばかりでなく、半導
体基体21の主面に沿つてこの主面と、大体平行
な縁部を有する空乏領域を形成させる。結局、半
導体基体21中への接合に沿う空乏領域は増大す
る電圧に追髄するほど迅速には成長せず、従つて
ゲート導体16の所定の幅に対する素子のパンチ
スルー電圧はシールド電極34がない場合のもの
より増大する。
Second, due to the presence of the shield electrode 34, the lightly doped portion of either the source region 10 or the drain region 13 is not only located along the p-n junction between these regions and the semiconductor body 21, but also along the semiconductor body 21. A depletion region is formed along the major surface and having edges generally parallel to the major surface. Eventually, the depletion region along the junction into the semiconductor body 21 will not grow quickly enough to accommodate the increasing voltage, and therefore the punch-through voltage of the device for a given width of the gate conductor 16 will decrease without the shield electrode 34. increase than that of the case.

最後の利点は、降伏電圧を増大する目的で低濃
度にドープされたソース領域10とドレイン領域
13の部分と共にシールド電極34を使用する
と、第14B,第14C図に示す構造のものの
“オン”時のチヤンネル抵抗をシールド電極34
がない場合のものより減らせる。その理由は、こ
れらの図のいづれにもみられる素子を“オン”に
切換える目的で、ゲート領域16にかなりの電圧
を印加するとシールド電極34にはかなりの電圧
が現われるからである。シールド電極34にかか
るこの電圧はソース領域10とドレイン領域13
の一方又は他方の低濃度にドープされた部分で、
半導体基体21の主面に生ずるエンハンスメント
を増やし、これにより“オン”時のチヤンネル抵
抗を減らす。
A final advantage is that the use of shield electrode 34 with portions of source region 10 and drain region 13 that are lightly doped for the purpose of increasing breakdown voltage reduces the "on" state of the structure shown in FIGS. 14B and 14C. The channel resistance of shield electrode 34
It can be reduced compared to the case without it. The reason for this is that when a significant voltage is applied to gate region 16, a significant voltage appears at shield electrode 34 for the purpose of switching "on" the device seen in either of these figures. This voltage across shield electrode 34 is applied to source region 10 and drain region 13.
a lightly doped part of one or the other of
The enhancement produced on the major surface of semiconductor body 21 is increased, thereby reducing the channel resistance when "on".

第14B図又は第14C図のシールド電極34
をゲート導体16に接続しないで用いた場合は、
電界により誘起される接合降伏の可能性のため欠
点が生ずる。これは、シールド電極34の縁部の
直下の半導体基体21内に逆転層を誘起し、か
つ、仮想ソースとして働き比較的低い降伏電圧を
有する鋭いかどを有するシールド電極34に生ず
る電圧の所為である。しかしながら、適切な形状
のものを選んだり、シールド電極34に印加する
電圧を限定すればこの欠点が生ずるのを防止でき
る。
Shield electrode 34 in Figure 14B or Figure 14C
When used without connecting to the gate conductor 16,
Disadvantages arise due to the possibility of electric field induced junction breakdown. This is due to the voltage developed in the shield electrode 34, which has a sharp edge, which induces an inversion layer in the semiconductor body 21 just below the edge of the shield electrode 34 and which acts as a virtual source and has a relatively low breakdown voltage. . However, this drawback can be prevented by selecting an appropriate shape or by limiting the voltage applied to the shield electrode 34.

シールド電極34はゲート導体16に電気的に
直接接続することが望ましいので、第14B、第
14C図にこの短絡手段として破線相互接続36
が示されている。しかしながら、これは個別の外
部接続手段である必要はなく、素子自身あるいは
かかる素子を含むモノリシツク集積回路における
接続手段でもよい。実際、素子はドープされたポ
リシリコン又は金属からなるシールド電極34と
ゲート導体16を現実に相接合して個別の相互接
線、それが内部接続であろうと外部接続であろう
と一切必要としない方法で作ることができる。先
に述べたように、シールド電極34はサブストレ
ート、即ち、半導体基体21の部分に接続できる
が上述の利点を全て残しながら達成できるという
わけにはいかない。
Since it is desirable that the shield electrode 34 be directly electrically connected to the gate conductor 16, a broken line interconnect 36 is shown in FIGS. 14B and 14C as this shorting means.
It is shown. However, this need not be a separate external connection means, but may be a connection means on the element itself or on a monolithic integrated circuit containing such an element. In fact, the device can actually phase bond the shield electrode 34 of doped polysilicon or metal and the gate conductor 16 in a manner that does not require any separate mutual tangents, whether internal or external connections. can be made. As mentioned above, the shield electrode 34 can be connected to the substrate, i.e., to a portion of the semiconductor body 21, but it is not possible to achieve this while retaining all of the above-mentioned advantages.

第14B,14C図に示したようなシールド電
極34とゲート導体16間の電気的直結を達成す
る別の手段を第15図に示す。すなわち、シール
ド電極34とゲート導体16は第14A図の構造
に対し、第15A図に示すような共通の構造のも
のに作ることができる。この共通の構造体には組
符号16,34が付されている。同様にして、第
15B図は第14C図に対応する。
Another means of achieving a direct electrical connection between shield electrode 34 and gate conductor 16 as shown in FIGS. 14B and 14C is shown in FIG. 15. That is, the shield electrode 34 and the gate conductor 16 can be made to have a common structure as shown in FIG. 15A, as opposed to the structure shown in FIG. 14A. This common structure is labeled with group numbers 16 and 34. Similarly, FIG. 15B corresponds to FIG. 14C.

第15C図のものは、第14B図に示す構造体
に対応するが低濃度にドープされたソース領域1
0とドレイン領域13の部分に違いがある。この
違いというのは、ソース領域10とドレイン領域
13の各々の低濃度にドープされた部分の底部に
こぶを設けた点である。このこぶは第15C図に
示す構造体を作る別の製法により生ずる。この製
法においては、領域10と13の各々の低濃度に
ドープされた部分のこぶの所は領域10と13の
低濃度にドープされた部分の残部とは別個に作ら
れる。勿論、領域10と13の各々の低濃度にド
ープされた部分のこの2つの部分の製造は、第1
4B図に示す構造の所で述べた。シールド電極3
4の対応する破線の変形部分は、変更し得るとい
うことを示すために第15C図に表わしてある。
破線の変形部分は、第15C図の構造体の右端お
よび左端に生じているシールド電極部分から盛り
上つたものか反対に下つたものと共に示されてい
る。これらは、前述したように第15C図の断面
が先に述べたように複数のソース領域およびドレ
イン領域を有する電界効果素子のほんの一部の場
合にみられる構造を示すように表わされている。
15C corresponds to the structure shown in FIG. 14B but with a lightly doped source region 1.
0 and the drain region 13 are different. The difference is that the lightly doped portions of each of the source region 10 and drain region 13 are provided with a hump at the bottom. This hump results from an alternative method of making the structure shown in Figure 15C. In this method, the hump of the lightly doped portion of each of regions 10 and 13 is made separate from the remainder of the lightly doped portion of regions 10 and 13. Of course, the fabrication of these two portions of the lightly doped portions of each of regions 10 and 13
This was described in the structure shown in Figure 4B. Shield electrode 3
A corresponding dashed line variant of 4 is shown in FIG. 15C to show that it can be changed.
The dashed deformations are shown with either rising or falling from the shield electrode portions occurring at the right and left ends of the structure in FIG. 15C. These are shown in such a way that the cross-section of FIG. 15C shows the structure found in just a few of the field effect devices having multiple source and drain regions as described above. .

次に、第16図について述べる。ここには第1
4C図に示す素子を作る製法の工程結果が示され
る。この工程は半導体基体から始まり、この基体
は一般にシリコンで4ohm−cmの比抵抗を有する
程度にりんがドープされたものである。シリコン
は一般にツオクラルスキー成長(czochralski
grown)によるもので、主面を有し、主面内およ
び主面上に製造工程が施される。この平面は
(100)平面である。この半導体基体を第16A図
では110で示し、n型の導電性のものを示す。
Next, FIG. 16 will be described. Here is the first
The process results of the manufacturing method for manufacturing the element shown in Figure 4C are shown. The process begins with a semiconductor substrate, typically silicon doped with phosphorus to have a resistivity of 4 ohm-cm. Silicon is generally grown using czochralski growth.
It has a major surface, and manufacturing processes are performed in and on the major surface. This plane is the (100) plane. This semiconductor body is designated 110 in FIG. 16A and is of n-type conductivity.

二酸化シリコンの薄層111は半導体基体11
0を975℃の酸素雰囲気に2時間置くことにより
基体の表面に熱的に成長する。これにより薄層は
大体650Åの厚さとなる。次に窒化シリコン11
2の層が標準化学蒸着法(以下「SCVD」とい
う)により層111の表面に付着され、その層の
厚さはおおよそ2000Åである。その後、また
SCVDで層112上に大体1000Åの二酸化シリコ
ンの別の層113を付着させる。最後にフオトレ
ジスタ層が層113上に設けられ、次に、所望の
パターンに開口部がこの層に設けられる。これら
は全て標準法でなされる。
A thin layer of silicon dioxide 111 is applied to the semiconductor substrate 11
0 is placed in an oxygen atmosphere at 975°C for 2 hours to thermally grow on the surface of the substrate. This results in a thin layer approximately 650 Å thick. Next, silicon nitride 11
2 is deposited on the surface of layer 111 by standard chemical vapor deposition (hereinafter referred to as "SCVD"), and the thickness of the layer is approximately 2000 Å. Then again
Another layer 113 of approximately 1000 Å of silicon dioxide is deposited over layer 112 by SCVD. Finally, a photoresistor layer is provided on layer 113, and then openings are provided in this layer in the desired pattern. All of this is done using standard methods.

この二酸化フオトレジスト層の配置により二酸
化シリコン層113がエツチ液としてバツフア
HFを用いてフオトレジスタ層の開口部を通して
エツチングされる。次にフオトレジストは除去さ
れ、続いてH3PO4を用いる標準のウエツトエツ
チング法を用いて層113の開口部を通して窒化
シリコン層112をエツチングする。これらの開
口部は分離領域(field region)が形成される所
に当たり、形成される電子素子を互いに分離す
る。これらの分離領域は、素子領域(feature
region)を囲む、かつその素子領域の輪郭を形づ
くり、その中および下に個々の電子素子が作られ
る。
This arrangement of the photoresist dioxide layer allows the silicon dioxide layer 113 to be buffered as an etchant.
Etched through the opening in the photoresistor layer using HF. The photoresist is then removed, followed by etching silicon nitride layer 112 through the opening in layer 113 using standard wet etching techniques using H 3 PO 4 . These openings are where field regions are formed, separating the formed electronic components from each other. These isolation regions are called device regions (feature
region) and contours the device area within and beneath which individual electronic devices are fabricated.

単一のソースおよび単一のドレインのみを有す
るMOS電界効果トランジスタが、第15A図の
4つの素子領域に形成されているのが示されてい
るが、上述した類の多数のソースおよびドレイン
を有する電界効果素子も同一製法で作れる。
Although a MOS field effect transistor having only a single source and a single drain is shown formed in four device regions in FIG. 15A, it is possible to have multiple sources and drains of the type described above. Field effect devices can also be made using the same manufacturing method.

層113と112を貫通した分離領域開口部を
設けた後、層111の露出した部分とその下のシ
リコンは、120kevのネルギーを有するりんイオ
ンを用いてイオン打込みされる。この打込みは不
純物量1013ions/cm2でなされる。このイオン打込
みは分離領域のしきい値を調整すりのに用いら
れ、しきい値を高くして、隣接する素子領域の隣
接する電子素子間でのMOS電界効果トランジス
タの動作を防止する。イオン打込みにより、半導
体基体110の主面下約0.1ミクロンの所にn+
の導電性領域を作る。
After providing isolation region openings through layers 113 and 112, the exposed portions of layer 111 and the underlying silicon are implanted using phosphorous ions with an energy of 120 keV. This implantation is done with an impurity level of 10 13 ions/cm 2 . This ion implantation is used to adjust the threshold of the isolation region, raising the threshold to prevent operation of the MOS field effect transistor between adjacent electronic devices in adjacent device regions. The ion implantation creates an n + type conductive region approximately 0.1 microns below the major surface of the semiconductor body 110.

次に、酸化分離帯(field oxide)114を作
るためこの構造体を975℃の酸素雰囲気中に10時
間置く。これにより分離領域は層113と112
の開口部を通して熱成長によつて酸化される。同
時に分離領域に最初に打込まれたイオンは、拡散
により半導体基体110の中に深く浸透する。そ
の結果を第16B図に示す。図では分離領域に最
初に打込まれたりんイオンは0.1ミクロンの深さ
まで浸透しそれを番号115で示す。
The structure is then placed in an oxygen atmosphere at 975° C. for 10 hours to create a field oxide 114. This separates the layers 113 and 112.
oxidized by thermal growth through the openings of the At the same time, the ions initially implanted into the isolation region penetrate deep into the semiconductor body 110 by diffusion. The results are shown in FIG. 16B. In the figure, the phosphorus ions initially implanted into the separation region penetrate to a depth of 0.1 microns, which is indicated by the number 115.

次にマスクしないで二酸化シリコン層113の
残りがバツフアHFを用いて除去される。層11
3は酸化分離帯114より非常に薄く、層113
の除去と一緒にエツチングをしても領域114は
大して除去されないのでマスクをする必要がな
い。このエツチングをした層114を114′と
する。全ての窒化シリコン層112はH3PO4
エツチングすることにより除去される。
The remainder of the silicon dioxide layer 113 is then removed without a mask using buffer HF. layer 11
3 is much thinner than the oxidized separation zone 114, and the layer 113
Since region 114 is not significantly removed even if the etching is performed together with the removal of the region 114, there is no need to mask it. This etched layer 114 is designated as 114'. All silicon nitride layer 112 is removed by etching with H 3 PO 4 .

次に選択された開口部を有するフオトレジスト
層は標準法で酸化物層111の表面に設けられ
る。これらの開口部は素子領域上に層111の開
口部分を露出させるためフオトレジスト層に作ら
れる。素子領域には、デプレツシヨンの素子が形
成されるはずで従つて、デプレツシヨン形の領域
を形成すべくイオン打込みが施されることにな
る。第16図に示す製造法は、通常のMOS電界
効果トランジスタと高い降伏電圧のMOS電界効
果トランジスタとを作る場合を示す。また、一方
の通常のMOS電界効果トランジスタはエンハン
スメント形で、他方のはデプレツシヨンのもので
ある。高い降伏電圧のMOS電界効果トランジス
タに対するこれらの同一の代替物が示される。
A layer of photoresist with selected openings is then applied to the surface of oxide layer 111 using standard techniques. These openings are made in the photoresist layer to expose open portions of layer 111 over the device areas. A depletion element is to be formed in the element region, and therefore, ion implantation is performed to form a depression type region. The manufacturing method shown in FIG. 16 shows the case of manufacturing a normal MOS field effect transistor and a high breakdown voltage MOS field effect transistor. Also, one conventional MOS field effect transistor is of the enhancement type and the other is of the depletion type. These same alternatives to high breakdown voltage MOS field effect transistors are shown.

層111の上のフオトレジストに開口部が作ら
れた後イオン打込みが100Kevのエネルギーを有
し、不純物量が(0.5〜4.0)×1012ions/cm2のホウ
素を用いて行われる。その結果、半導体基体11
0の主面下の約0.3ミクロンの所にpn接合を有す
るデプレツシヨン形の領域ができる。この結果を
第16C図に示す。図においてフオトレジスト層
には番号116が付されている。高い降伏電圧の
MOS電界効果トランジスタのデプレツシヨン形
の領域を番号117で示し、他方、通常のMOS
電界効果トランジスタのデプレツシヨン形の領域
を118で示す。
After openings are made in the photoresist above layer 111, an ion implantation is performed using boron with an energy of 100 Kev and an impurity dose of (0.5-4.0)×10 12 ions/cm 2 . As a result, the semiconductor substrate 11
A depletion-shaped region with a pn junction is formed approximately 0.3 microns below the main surface of 0. The results are shown in FIG. 16C. The photoresist layer is numbered 116 in the figure. high breakdown voltage
The depletion-type region of the MOS field effect transistor is indicated by the number 117, while the normal MOS
The depression type region of the field effect transistor is indicated at 118.

デプレツシヨン形の領域のイオン打込み終了
後、フオトレジスト116は除かれる。次に素子
は、その構造体を975℃に半時間置くことにより
焼なましされる。その後、二酸化シリコン層11
1はまたバツフアHFを用いてエツチングで除か
れる。層111のエツチングは、酸化分離領域1
14が比較的厚いのでマスクなしで行われる。エ
ツチングにより酸化分離領域の一部は除去されそ
れを番号114″で示す。
After completing the ion implantation of the depression-shaped region, the photoresist 116 is removed. The device is then annealed by placing the structure at 975° C. for half an hour. After that, silicon dioxide layer 11
1 is also etched away using buffer HF. Etching of layer 111 includes oxidized isolation regions 1
14 is relatively thick so it is done without a mask. A portion of the oxidized isolation region is removed by etching and is designated by the numeral 114''.

次に、ゲート酸化物の厚さがその用途に照らし
て作られる素子の設計に従つて選ばれる1000Åと
2500Åの間のある値になるまで構造体を975℃の
4%のHCLを含む酸素雰囲気に置くことにより
ゲート酸化物を熱的成長させる。薄膜抵抗
(sheet resistance)が50オーム/□になるよう
にりんがドープされた5000Åのポリシリコンが
SCVDで付着される。勿論、ドープされないポリ
シリコンを付着し、その後不純物を打ち込んで、
高導電度にすることもできる。ポリシリコンの付
着後、二酸化シリコンがSCVDによつてドープさ
れたポリシリコン上に4000Åの厚さにまで付着さ
れる。最後に、この二酸化シリコンの付着に続い
て標準法により二酸化シリコンの上に所望の開口
部パターンをフオトレジスト層に作る。
Next, the gate oxide thickness is 1000 Å, which is chosen according to the design of the device made in light of its application.
The gate oxide is thermally grown by placing the structure in an oxygen atmosphere containing 4% HCL at 975° C. to a value between 2500 Å. 5000 Å polysilicon doped with phosphorus so that the sheet resistance is 50 ohms/□.
Deposited with SCVD. Of course, by depositing undoped polysilicon and then implanting impurities,
It can also be made highly conductive. After polysilicon deposition, silicon dioxide is deposited by SCVD onto the doped polysilicon to a thickness of 4000 Å. Finally, following the silicon dioxide deposition, the desired opening pattern is created in the photoresist layer over the silicon dioxide by standard techniques.

この最後に与えられたフオトレジスト層の開口
部はある位置に設けられ、その位置の下には作ら
れるMOS電界効果トランジスタのポリシリコン
ゲート領域部を設けることが望まれない。ポリシ
リコンの上に設けられた二酸化シリコンはフオト
レジストのこれらの開口部を通してバツフアHF
を用いてエツチングされ、次に標準プラスマエツ
チング法を用いて不要なドープされたポリシリコ
ンは除かれる。このプラスマエツチングの後、エ
ツチ液を用いてフオトレジストを除去する。その
結果を第16Dに示す。図ではドープされたポリ
シリコンを119で示し、このポリシリコンは作
られる個々のMOS電界効果トランジスタのゲー
トを作るために残されている。ポリシリコンゲー
トを作るためのマスクとして最初に用いられた残
つている二酸化シリコンを120で示す。半導体
基体110の主面からゲート119を分離するゲ
ート酸化物として用いられる二酸化シリコン層を
130で示す。
The opening in this last applied photoresist layer is located at a location under which it is not desired to provide the polysilicon gate region of the MOS field effect transistor to be fabricated. The silicon dioxide deposited on top of the polysilicon is exposed to the buffer HF through these openings in the photoresist.
The unwanted doped polysilicon is then removed using standard plasma etching techniques. After this plasma etching, the photoresist is removed using an etchant. The results are shown in No. 16D. The doped polysilicon is shown in the figure at 119, and this polysilicon is left to make the gates of the individual MOS field effect transistors being made. The remaining silicon dioxide, which was initially used as a mask to make the polysilicon gate, is shown at 120. A silicon dioxide layer used as a gate oxide separating gate 119 from the main surface of semiconductor body 110 is shown at 130 .

また、第16D図に示されているものは低伝導
度の終端領域部、すなわち、低伝導度のソースと
ドレイン領域部を作つた後のもので、それは、
100kevのエネルギーで1012〜1013ions/cm2の不純
物量を用い半導体基体110にホウ素イオンを打
ち込んで遂行される。この範囲で用いられる実際
の不純物量は作られる素子の用途による。酸化分
離領域114″と酸化シリコンキヤツプ120を
有するポリシリコンゲート119は打込みマスク
として用いられる。結局、このようにして設けら
れたイオンの打込まれた低伝導度の部分は作られ
る個々のMOS電界効果トランジスタにすでに設
けられている酸化分離帯およびゲートとセルフア
ラインされる。低伝導度のドレインとソース領域
部と半導体基体110の他の部との間のpn接合
はこの基体の主面の下に0.3ミクロンまで拡がる。
Moreover, what is shown in FIG. 16D is after forming the low conductivity termination region, that is, the low conductivity source and drain region.
This is performed by implanting boron ions into the semiconductor substrate 110 using an impurity amount of 10 12 to 10 13 ions/cm 2 at an energy of 100 keV. The actual amount of impurity used within this range will depend on the use of the device being made. A polysilicon gate 119 with an oxide isolation region 114'' and a silicon oxide cap 120 is used as an implant mask. Ultimately, the implanted low conductivity regions of ions provided in this way are affected by the individual MOS electric fields created. The pn junction between the low conductivity drain and source regions and the rest of the semiconductor body 110 is self-aligned with the oxide separator and gate already provided in the effect transistor. It spreads to 0.3 microns.

高い降伏電圧のエンハンスメント形のMOS電
界効果トランジスタの低伝導度のソースおよびド
レイン領域部、すなわち、終端領域を形成するイ
オンの打込まれる領域を121と122で示す。
高い降伏電圧のデプレツシヨン形のMOS電界効
果トランジスタの低伝導度の終端領域部を形成す
るイオンの打込まれる領域を123と124で示
す。このトランジスタのイオンの打込まれるデプ
レツシヨン形の領域を117′で示す。これは素
子のゲート領域119の真下にあるようにかなり
幅が狭められている。
The low conductivity source and drain regions of a high breakdown voltage enhancement type MOS field effect transistor, i.e. the regions into which ions are implanted forming the termination region, are indicated at 121 and 122.
Regions 123 and 124 are shown at 123 and 124, where ions are implanted to form the low conductivity termination region of a high breakdown voltage depletion type MOS field effect transistor. A depletion type region into which ions of this transistor are implanted is indicated by 117'. It is narrowed considerably so that it is directly below the gate region 119 of the device.

通常のエンハンスメント形のMOS電界効果ト
ランジスタのソースとドレイン領域が生ずる所に
位置した最後のイオン打ち込みが施される領域を
125と126で示す。最後に、通常のデプレツ
シヨン形のMOS電界効果トランジスタのソース
とドレイン領域が作られる所に位置したイオン打
込みされる領域を127と128で示す。デプレ
ツシヨン形の領域118は通常のデプレツシヨン
形の素子のゲート119の真下にあるようにかな
り幅が狭められていることを考慮して118′で
示す。
The regions for the final ion implantation, located where the source and drain regions of a conventional enhancement type MOS field effect transistor occur, are indicated at 125 and 126. Finally, the implanted regions are shown at 127 and 128, where the source and drain regions of a conventional depletion type MOS field effect transistor are to be created. Depletion-type region 118 is designated 118' in view of the fact that it is considerably narrower as it is directly below the gate 119 of a conventional depletion-type device.

次の工程として、二酸化シリコンがポリシリコ
ン119でカバーされていない所のゲート酸化物
130の上と、ゲートキヤツプ120でカバーさ
れていない所のポリシリコンゲート119の上お
よびゲートキヤツプ120の上に設けられる。
As a next step, silicon dioxide is applied over the gate oxide 130 where it is not covered by polysilicon 119, over the polysilicon gate 119 where it is not covered by gate cap 120, and over gate cap 120. It will be done.

この二酸化シリコンはこの構造体を975℃で4
%のHCLを含む酸素雰囲気中に3時間置くこと
により、半導体基体110とゲート119の露出
した表面に先ず熱的成長により1600Åの厚さに設
けられる。次にSCVDで1%のりんを含む厚さ
3000Åの二酸化シリコンをこの構造体に付着す
る。この構造配列体は950℃に半時間置かれて、
二酸化シリコンの“密集”が与えられる。結局、
二酸化シリコンはゲート領域119の周りに全て
現われ、ゲート酸化物層130を含むこのすべて
の酸化物は一般的に130′で示す。
This silicon dioxide cools this structure at 975℃.
The exposed surfaces of semiconductor body 110 and gate 119 are first thermally grown to a thickness of 1600 Å by being placed in an oxygen atmosphere containing 50% HCL for 3 hours. Next, the thickness containing 1% phosphorus is made by SCVD.
3000 Å of silicon dioxide is deposited on this structure. This structural array was placed at 950°C for half an hour and
A “crowding” of silicon dioxide is provided. in the end,
Silicon dioxide appears all around gate region 119, and all this oxide, including gate oxide layer 130, is indicated generally at 130'.

この工程のこの点で、シールド電極は50オー
ム/□の薄膜抵抗を持つと言つてもよい程度まで
りんをドープした厚さ5000Åのポリシリコン層を
SCVDで付着させて設けられる。勿論、後で拡散
又はイオン打込みによりドープし得るドープされ
ていないポリシリコンを付着させてもよい。この
付着の次に、この構造体を975℃の酸素雰囲気に
1時間置くことにより二酸化シリコンがドープさ
れたポリシリコン層の上に0.1ミクロンの厚さに
成長させられる。この二酸化シリコンの付着に続
いて標準法を用いて付着した二酸化シリコンの上
に所望のパターンの開口部を有するフオトレジス
ト層を設ける。これらの開口部はフオトレジスト
層のある位置に設けられる。次にこれらの開口部
の下の半導体基体110に不純物を入れると高い
降伏電圧のトランジスタ素子の高伝導度の終端領
域部、すなわち、高伝導度のドレインおよびソー
ス領域部と通常のトランジスタのソースとドレイ
ン領域とが得られる。この高伝導度の終端領域部
は半導体基体110の主面からみたとき、全体と
しては終端領域の低伝導度内に位置している。
At this point in the process, the shield electrode consists of a 5000 Å thick polysilicon layer doped with phosphorus to the extent that it can be said to have a thin film resistance of 50 ohms/□.
Provided by SCVD deposition. Of course, undoped polysilicon may also be deposited which can later be doped by diffusion or ion implantation. Following this deposition, silicon dioxide is grown to a thickness of 0.1 micron over the doped polysilicon layer by placing the structure in an oxygen atmosphere at 975° C. for one hour. This silicon dioxide deposition is followed by a layer of photoresist having a desired pattern of openings over the deposited silicon dioxide using standard techniques. These openings are provided at certain locations in the photoresist layer. Next, when impurities are introduced into the semiconductor substrate 110 under these openings, high conductivity termination regions of a high breakdown voltage transistor element, that is, high conductivity drain and source regions and the source of a normal transistor are formed. A drain region is obtained. This high-conductivity termination region is located within the low-conductivity termination region as a whole when viewed from the main surface of the semiconductor substrate 110.

フオトレジスト層のこれらの開口部の下の二酸
化シリコンはバツフアHFを用いて除かれる。次
にフオトレジストが除かれる。この二酸化シリコ
ンのエツチンングとフオトレジストの除去の後、
二酸化シリコン層の開口部を通してHF/
HNO3/CH3COOHが1:100:110の比で混合し
ている混合液を用いてホトレジスト層のこれら開
口部の下にある最後に付着したトーピングされた
ポリシリコンの二酸化シリコンに同心状の開口部
をエツチングし、続いて他のエツチ液を用いてポ
リシリコン層に同心状の開口部を設ける。シール
ド極として使う目的で設けられるこの第2のポリ
シリコン層は第16図の右方の2つの素子領域に
作られる通常のMOS電界効果トランジスタに対
しては必要とされない。なんとなればシールド電
極はこのような電子素子では用いられないからで
ある。ホトレジスト層はこのときに除去される。
The silicon dioxide under these openings in the photoresist layer is removed using buffer HF. The photoresist is then removed. After etching this silicon dioxide and removing the photoresist,
HF/
Using a mixture of HNO 3 /CH 3 COOH in a ratio of 1:100:110, a concentric layer of silicon dioxide was deposited on the last deposited doped polysilicon beneath these openings in the photoresist layer. Etch the openings and then use another etchant to create concentric openings in the polysilicon layer. This second polysilicon layer, which is provided for the purpose of serving as a shield pole, is not required for the normal MOS field effect transistors fabricated in the two device regions on the right in FIG. This is because shield electrodes are not used in such electronic devices. The photoresist layer is removed at this time.

これらの工程の結果を第16E図に示す。図に
おいてシールド電極のポリシリコン層の残部を1
31で示す。ポリシリコンのエツチング中マスク
として用いられるこれら残部のシールドポリシリ
コン131上の二酸化シリコンのキヤツプを13
2で示す。
The results of these steps are shown in Figure 16E. In the figure, the remaining part of the polysilicon layer of the shield electrode is
31. The silicon dioxide caps on these remaining shield polysilicon 131 are used as masks during polysilicon etching.
Shown as 2.

二酸化シリコン層132とポリシリコン層13
1を貫通する開口部を設けた後、二酸化シリコン
層130′はバツフアHFを用いかつエツチング
マスクとしてポリシリコンシールド電極131と
二酸化シリコンの分離領域114″を用いてエツ
チングされる。結局開口部はポリシリコンシール
ド電極131に現われる前記開口部の直下の半導
体基体110′の主面に達するよう二酸化シリコ
ン層130′を貫通して設けられる。開口部はま
た、通常の電界効果トランジスタの素子領域で酸
化分離領域114″に隣接したところおよびこれ
らの素子のゲート領域119に隣接したところに
生ずる。ゲート領域119はその上にある二酸化
シリコンがエツチングで除かれた後エツチングマ
スク部となる。同時に、二酸化シリコンの残物1
32は酸化分離領域114″の部分が除かれるに
つれ全体的に除去される。かくして、低伝導度の
終端領域121,122,123および124の
一部が半導体基体110の主面に露出する。低伝
導度の領域125,126,127および128
の全ては通常のトランジスタのソースとドレイン
が作られる場所に位置し、半導体基体110の主
面と交差するのであるが、露出する。酸化分離領
域114″は、これらの領域の一部がエツチング
工程で除去されるので114で示す。
Silicon dioxide layer 132 and polysilicon layer 13
1, the silicon dioxide layer 130' is etched using buffer HF and using the polysilicon shield electrode 131 and the silicon dioxide isolation region 114'' as an etch mask. The opening is provided through the silicon dioxide layer 130' to reach the main surface of the semiconductor body 110' directly below the opening appearing in the silicon shield electrode 131. This occurs adjacent to region 114'' and adjacent to gate region 119 of these devices. Gate region 119 becomes an etch mask after the overlying silicon dioxide is etched away. At the same time, silicon dioxide residue 1
32 is completely removed as portions of the oxidized isolation region 114'' are removed. Thus, portions of the low conductivity termination regions 121, 122, 123 and 124 are exposed on the main surface of the semiconductor body 110. Regions of conductivity 125, 126, 127 and 128
, which are located where the source and drain of a conventional transistor are made and which intersect the main surface of semiconductor body 110, are exposed. Oxidized isolation regions 114'' are shown at 114 as some of these areas are removed in the etch step.

次に高い降伏電圧のMOS電界効果トランジス
タの高伝導度の終端領域部を設けるためおよび通
常のMOS電界効果トランジスタの完全なソース
とドレイン領域を設けるためにイオン打込み工程
が遂行される。100kevのエネルギーを有するホ
ウ素イオンが4×1015ions/cm2の不純物量で打込
まれ、次に素子を950℃で半時間焼きなます。続
いてこの構造体を975℃の酸素雰囲気に1時間半
置いて半導体基体110の主面の露出部分の上と
ポリシリコンシールド電極131の上に二酸化シ
リコンを厚さ1000Åに熱成長させる。この熱成長
によつて得た酸化物の上に6%のりんを含む二酸
化シリコンをSCVDで6000Åの厚さに付着させ
る。これに続いてイオンが打込まれて設けられた
領域はこの素子を1025℃で2.5時間置くことによ
り半導体基体に深く拡散して行く。この拡散によ
り得たpn接合は半導体基体110の主面下で約
1.5ミクロンの深さに達する。先に設けられたデ
プレツシヨン形の領域117′と118′および先
に設けられた低伝導度の終端領域部121,12
2,123および124はこの拡散により半導体
基体110に深く浸透して行き、半導体基体11
0の主面下で約0.4ミクロンの深さに達する。
An ion implantation step is then performed to provide high conductivity termination regions for high breakdown voltage MOS field effect transistors and to provide complete source and drain regions for conventional MOS field effect transistors. Boron ions with an energy of 100 keV are implanted with an impurity dose of 4×10 15 ions/cm 2 and the device is then annealed at 950° C. for half an hour. Subsequently, this structure is placed in an oxygen atmosphere at 975° C. for one and a half hours to thermally grow silicon dioxide to a thickness of 1000 Å on the exposed portion of the main surface of the semiconductor substrate 110 and on the polysilicon shield electrode 131. On top of this thermally grown oxide, silicon dioxide containing 6% phosphorus is deposited to a thickness of 6000 Å by SCVD. Subsequently, the regions provided by the ion implantation are allowed to diffuse deeply into the semiconductor substrate by placing the device at 1025° C. for 2.5 hours. The pn junction obtained by this diffusion is approximately below the main surface of the semiconductor substrate 110.
Reach a depth of 1.5 microns. the previously provided depletion-shaped regions 117' and 118' and the previously provided low conductivity termination regions 121, 12;
2, 123 and 124 penetrate deeply into the semiconductor substrate 110 due to this diffusion, and the semiconductor substrate 11
It reaches a depth of about 0.4 microns below the main surface of 0.

これらの工程の結果を第16F図に示す。酸化
分離領域114はこの最後イオン打込み工程
後、ゲート119の周りの二酸化シリコン13
0′の残部が二酸化シリコンに溶け込むように二
酸化シリコンの中に溶け込む。それにも拘わらず
酸化分離領域114と二酸化シリコン130′
の残部は第16F図に破線で示す。この製法の工
程のこの段階で何が起つたのかをわかり易くする
ためである。この最後のイオン打込み工程の後設
けられた二酸化シリコンの新しい層を133で示
す。これは溶解した構造体の一般的な表示であ
る。
The results of these steps are shown in Figure 16F. Oxide isolation region 114 is formed after this final ion implant step by forming silicon dioxide 13 around gate 119.
It dissolves into the silicon dioxide so that the remainder of 0' dissolves into the silicon dioxide. Nevertheless, oxide isolation region 114 and silicon dioxide 130'
The remainder is shown in dashed lines in Figure 16F. This is to make it easier to understand what happened at this stage of the manufacturing process. The new layer of silicon dioxide applied after this last ion implant step is shown at 133. This is a common representation of dissolved structures.

高い降伏電圧のハンハンスメント形MOS電界
効果トランジスタの高伝導度の終端領域部すなわ
ち、ドレインとソース領域部を134と135で
示す。低伝導度の終端領域部は、これら領域の中
央部が領域134と135の存在によつて変つて
いることを考慮し、かつこれらの低伝導度領域が
達する深さが前より深いので121′と122′で
示される。
High conductivity termination regions, ie, drain and source regions, of a high breakdown voltage enhancement type MOS field effect transistor are shown at 134 and 135. The low-conductivity termination region is 121', taking into account that the central part of these regions is modified by the presence of regions 134 and 135, and because the depth reached by these low-conductivity regions is deeper than before. and 122'.

高い降伏電圧のデプレツシヨン形MOS電界効
果トランジスタの高伝導度の終端領域部を136
と137で示す。この素子の低伝導度の終端領域
部は、これら低伝導度の領域の中央部が領域13
6と137の一部になることを考慮し、かつ、こ
れら低伝導度の終端領域部が達する深さが深いの
で、123′と124′で示す。デプレツシヨン形
の領域はこの領域が半導体基体110の深い所ま
で達するので、117″で示す。
The high conductivity termination region of the depletion type MOS field effect transistor with high breakdown voltage is 136
and 137. The low-conductivity termination region of this element is such that the center of these low-conductivity regions is the region 13.
6 and 137, and the depth reached by these low-conductivity termination regions is deep, so they are indicated by 123' and 124'. The depression-shaped region is designated 117'' since this region extends deep into the semiconductor body 110.

通常のエンハンスメント形MOS電界効果トラ
ンジスタの終端領域すなわちドレインとソース領
域をこの領域がPの伝導度からP-の伝導度に変
ることを考慮して125′と126′で示す。通常
のデプレツシヨン形MOS電界効果トランジスタ
の終端領域も同じ理由により127′と128′で
示す。デプレツシヨン形の領域は、この領域が半
導体基体110の深い所まで達することを考慮し
て118″で示す。
The termination regions, ie, the drain and source regions, of a conventional enhancement type MOS field effect transistor are designated 125' and 126', taking into account that these regions change from P conductivity to P - conductivity. The termination regions of conventional depletion mode MOS field effect transistors are also designated 127' and 128' for the same reason. The depression-shaped region is designated by 118'', considering that this region extends deep into the semiconductor body 110.

標準法によるこの段階でフオトレジスト層は層
133の上に設けられ、層133内に設けられる
外部相互接続手段の所望位置に対応してフオトレ
ジスト層の開口部が設けられる。二酸化シリコン
層133はフオトレジスト層に設けられた開口部
の下に当る部分がバツフアHFを用いて除去され
る。外部相互接続手段は、ドーピングされたポリ
シリコンでもよいがここでは金属からなるものが
選ばれる。選ばれた金属は銅−アルミニウム合金
で、標準蒸着法を用いて厚さ2.0ミクロンの層と
して付着される。フオトレジスト層はこの金属層
の上に設けられ、金属のいらない位置に開口部が
設けられる。これらは全て標準法でなされる。
H3PO4/HNO3/CH3COOHが50:1:5の比で
混合している混合液がエツチ液としてこれらの位
置にある銅−アルミニウム合金を除くのに用いら
れる。その後、450℃で30分間焼なまし工程が行
われる。最終的には1%のりんを含む二酸化シリ
コンのバツシベーシヨン層がSCVDで素子上に付
着せられる。
At this stage, a photoresist layer is provided over layer 133 according to standard methods, and openings in the photoresist layer are provided corresponding to the desired locations of the external interconnect means to be provided within layer 133. The portion of the silicon dioxide layer 133 that corresponds to the bottom of the opening provided in the photoresist layer is removed using buffer HF. The external interconnection means are here chosen to be of metal, although they may be doped polysilicon. The metal chosen is a copper-aluminum alloy, deposited as a 2.0 micron thick layer using standard vapor deposition techniques. A photoresist layer is provided over this metal layer, with openings provided at locations where no metal is needed. All of this is done using standard methods.
A mixture of H 3 PO 4 /HNO 3 /CH 3 COOH in a ratio of 50:1:5 is used as an etchant to remove the copper-aluminum alloy at these locations. Then, an annealing process is performed at 450°C for 30 minutes. Finally, a 1% phosphorus-containing silicon dioxide bathibation layer is deposited over the device by SCVD.

これらの工程の結果を第16G図に示す。二酸
化シリコン層133、分離領域114△ =および残
部130′は第16F図に一体なものに示され、
上述の如く133と一緒である。この一緒になつ
た構造体から外部相互接続手段を設けるために一
部を除去した後のこの構造体を133′で示す。
外部相互接続手段を作るための銅−アルミニウム
合金体を第16G図では138で示す。外部相互
接続体138の上と、二酸化シリコン133′の
上のバツシベーシヨン層を139で示す。
The results of these steps are shown in Figure 16G. The silicon dioxide layer 133, the isolation region 114Δ and the remainder 130' are shown in one piece in FIG. 16F;
As mentioned above, it is the same as 133. This combined structure is shown at 133' after portions have been removed to provide external interconnection means.
A copper-aluminum alloy body for making the external interconnection means is shown at 138 in FIG. 16G. A buffering layer over external interconnect 138 and over silicon dioxide 133' is shown at 139.

第16G図に示す結果は、1つのモノリシツク
集積回路チツプにエンハンスメント形およびデプ
レツシヨン形の高い降伏電圧のMOS電界効果素
子と、エンハンスメント形およびデプレツシヨン
形の通常のMOS電界効果素子とをどのようにし
て同時に作り得るかを示したものである。
The results shown in Figure 16G show how to simultaneously incorporate enhancement type and depletion type high breakdown voltage MOS field effect elements and enhancement type and depletion type normal MOS field effect elements on one monolithic integrated circuit chip. This shows what can be done.

上述したように、高い降伏電圧のMOS電界効
果トランジスタが作られる素子領域における終端
領域すなわち、ソースとドレイン領域を幾つかの
素子の横断面図で示した。
As mentioned above, the termination regions, ie, the source and drain regions, in the device region where a high breakdown voltage MOS field effect transistor is fabricated are shown in cross-sectional views of several devices.

上述の製法により作られる比較的高い降伏電圧
素子は、エンハンスメント形であろうと、デプレ
ツシヨン形であろうと、40Vから100Vの降伏電
圧を持ち得る。他方、通常の素子は30V以下の降
伏電圧を有する。pチヤンネル素子の製法でnチ
ヤンネル素子も作れる。
Relatively high breakdown voltage devices made by the method described above, whether in enhancement or depletion mode, can have breakdown voltages from 40V to 100V. On the other hand, typical devices have a breakdown voltage of 30V or less. N-channel devices can also be made using the method for manufacturing p-channel devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1A,1B,1C,2図は、従来の電界効果
トランジスタのソース・ドレイン・ゲートの幾何
学的配置を示す図、第3A,3B,3C図は、
種々の電界効果トランジスタのソース・ドレイ
ン・ゲートの幾何学的配置を示す図、第4図は導
通時チヤンネル抵抗値・素子面積の積とチヤンネ
ルの長さとの関係を3種類の電界効果トランジス
タのソース・ドレイン・ゲートの幾何学的配置に
ついて示すグラフ、第5図は、3種類の電界効果
トランジスタのソース・ドレイン・ゲートの配置
の評価した相対コストを示すグラフ、第6図は、
電界効果トランジスタ素子を示し、第7図は、第
6図のトランジスタの一部を示し、第8図は、第
7図のトランジスタの別の実施例の一部の横断面
図、第9図は、第7図のトランジスタの別の実施
例の一部の横断面図、第10図は、高い逆バイア
ス電圧に耐え得るトランジスタの別の実施例の一
部の横断面図、第11,12,13A,13B,
13D図は、それぞれ高い逆バイアス電圧に耐え
得るトランジスタの更に他の実施例の一部の横断
面図、第13C図は、第13B図の素子の動作を
説明するための部分回路図、第13E図は素子間
の特性を比較したグラフ、第14A,14B,1
4C,15A,15B,15C図は高い逆バイア
ス電圧に耐え得るトランジスタの他の実施例の一
部の横断面図、第14D図は素子間の特性を比較
したグラフ、第16A〜16G図は第14C図に
示す種類のトランジスタの製造法における工程を
示すものである。 10……ソース、12……ソース相互接続要
素、13……ドレイン、15……ドレイン相互接
続要素、16……ゲート、17……ゲート接続開
口部、19……絶縁層、20……パツシベーシヨ
ン層、21……半導体基体、28,29……シー
ルド電極。
Figures 1A, 1B, 1C, and 2 are diagrams showing the geometrical arrangement of the source, drain, and gate of a conventional field effect transistor, and Figures 3A, 3B, and 3C are
Figure 4 shows the geometrical arrangement of the source, drain, and gate of various field effect transistors.・A graph showing the geometrical arrangement of drains and gates. FIG. 5 is a graph showing the evaluated relative cost of the arrangement of sources, drains and gates of three types of field effect transistors. FIG.
7 shows a part of the transistor of FIG. 6, FIG. 8 shows a cross-sectional view of a part of another embodiment of the transistor of FIG. 7, and FIG. 9 shows a cross-sectional view of a part of the transistor of FIG. , FIG. 7 is a cross-sectional view of a portion of another embodiment of the transistor of FIG. 7, and FIG. 10 is a cross-sectional view of a portion of another embodiment of the transistor that can withstand high reverse bias voltages. 13A, 13B,
13D is a cross-sectional view of a portion of still another embodiment of a transistor that can withstand a high reverse bias voltage, FIG. 13C is a partial circuit diagram for explaining the operation of the device in FIG. 13B, and FIG. 13E The figure is a graph comparing characteristics between elements, Nos. 14A, 14B, 1
Figures 4C, 15A, 15B, and 15C are cross-sectional views of parts of other embodiments of transistors that can withstand high reverse bias voltages, Figure 14D is a graph comparing characteristics between elements, and Figures 16A to 16G are 14C shows steps in a method for manufacturing a transistor of the type shown in FIG. 14C. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Source, 12... Source interconnection element, 13... Drain, 15... Drain interconnection element, 16... Gate, 17... Gate connection opening, 19... Insulating layer, 20... Passivation layer , 21... semiconductor substrate, 28, 29... shield electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ソースとドレインとゲートならびにチヤンネ
ルを有し、非導通状態時に前記ドレインと前記ネ
ヤンネルとの間および前記ドレインと前記ソース
との間の比較的高い電圧に耐えることができる電
界効果トランジスタが複数個、主面を有する半導
体基板に設けられてなる半導体装置であつて、 前記電界効果トランジスタは、それぞれ第1の
導電形のチヤンネル領域と、第2の導電形のドレ
イン領域と、前記第2の導電形のソース領域と、
ゲート導電要素と、シールド導電要素と、前記ド
レイン領域に電気的に接触するドレイン領域相互
接続要素と、前記ソース領域に電気的に接触する
ソース領域相互接続要素とを備え、 前記チヤンネル領域は、前記半導体基板の主面
と交差し、表面網状部を形成するとともに、前記
第1の導電形となるように第1の不純物分布を有
し、 前記第2の導電形のドレイン領域は、前記半導
体基板の主面と交差し、三角形表面部分を形成す
るとともに、ドレイン領域と前記チヤンネル領域
とを分離するドレインpn接合と、前記第2の導
電形となるように第2の不純物分布を有し、 前記第2の導電形のソース領域は、前記半導体
基板の主面と交差し、三角形表面部分を形成する
とともに、ソース領域と前記チヤンネル領域とを
分離するソースpn接合と、前記第2の導電形と
なるように第2の不純物分布を有し、 前記ゲート導電要素は、第1の厚さの第1の絶
縁層により前記チヤンネル領域から離隔し、か
つ、前記第1の絶縁層を隔ててチヤンネル領域の
向かいに配置され、 前記シールド導電要素は、第1の厚さより厚い
第2の厚さの第2の絶縁層により前記ドレイン領
域およびソース領域から離隔し、かつ、前記第2
の絶縁層を隔てて、前記ドレインおよびソースの
pn接合のほぼ全部の向かいに配置され、 前記ドレイン領域およびソース領域の各三角形
表面部分は主面において、前記チヤンネル領域の
表面網状部によつて分離され、各三角形表面部分
は、それらの表面部分の境界として機能する外側
縁部を有し、上記ドレイン領域の三角形表面部分
の外側縁部とソース領域の三角形表面部分の外側
縁部は、上記表面網状部の幅だけ隔てて隣合い、 前記ドレイン領域とソース領域は、前記ゲート
導電要素に関し、断面形状が実質的に対称である
ことを特徴とする半導体装置。 2 ソースとドレインとゲートならびにチヤンネ
ルを有し、非導通状態時に前記ドレインと前記チ
ヤンネルとの間および前記ドレインと前記ソース
との間の比較的高い電圧に耐えることができる電
界効果トランジスタが複数個、主面を有する半導
体基板に設けられてなる半導体装置であつて、 前記電界効果トランジスタは、それぞれ第1の
導電形のチヤンネル領域と、第2の導電形のドレ
イン領域と、前記第2の導電形のソース領域と、
ゲート導電要素と、シールド導電要素と、前記ド
レイン領域に電気的に接触するドレイン領域相互
接続要素と、前記ソース領域に電気的に接触する
ソース領域相互接続要素とを備え、 前記チヤンネル領域は、前記第1の導電形とな
ように第1の不純物分布を有し、 前記第2の導電形のドレイン領域は、ドレイン
領域と前記チヤンネル領域とを分離するドレイン
pn接合と、前記第2の導電形となるように第2
の不純物分布を有し、 前記第2の導電形のソース領域は、ソース領域
と前記チヤンネル領域とを分離するソースpn接
合と、前記第2の導電形となるように第2の不純
物分布を有し、 前記ゲート導電要素は、第1の厚さの第1の絶
縁層により前記チヤンネル領域から離隔し、か
つ、前記第1の絶縁層を隔ててチヤンネル領域の
向かいに配置され、 前記シールド導電要素は、第1の厚さより厚い
第2の厚さの第2の絶縁層により前記ドレイン領
域およびソース領域から離隔し、かつ、前記第2
の絶縁層を隔てて、前記ドレインおよびソースの
pn接合のほぼ全部の向かいに配置され、 前記ドレイン領域およびソース領域は、前記半
導体基板の主面と交差し、そのいずれか一方は、
三角形表面部分を形成し、他方は、表面網状部を
形成し、 前記チヤンネル領域は、前記半導体基板の主面
において、前記各三角形表面部分の全周囲を包囲
して、より大きな三角形表面部分を形成し、 より大きな三角形表面部分は、表面部分の境界
として機能する外側縁部を有するとともに、これ
らのより大きな三角形表面部分同士は、前記表面
網状部によつて分離され、外側縁部は、この表面
網状部の幅だけ隔てて向かい合い、 前記ドレイン領域とソース領域は、前記ゲート
導電要素に関し、断面形状が実質的に対称である
ことを特徴とする半導体装置。
[Claims] 1. An electric field having a source, a drain, a gate, and a channel, and capable of withstanding a relatively high voltage between the drain and the channel and between the drain and the source in a non-conducting state. A semiconductor device including a plurality of effect transistors provided on a semiconductor substrate having a main surface, each of the field effect transistors having a channel region of a first conductivity type, a drain region of a second conductivity type, the second conductivity type source region;
a gate conductive element, a shield conductive element, a drain region interconnect element in electrical contact with the drain region, and a source region interconnect element in electrical contact with the source region; The drain region of the second conductivity type intersects with the main surface of the semiconductor substrate, forms a surface net-like portion, and has a first impurity distribution so as to be of the first conductivity type, and the drain region of the second conductivity type is a drain region of the semiconductor substrate. a drain p-n junction that intersects with the main surface of and forms a triangular surface portion and separates the drain region and the channel region; and a second impurity distribution so as to have the second conductivity type; A source region of a second conductivity type intersects the main surface of the semiconductor substrate to form a triangular surface portion, and a source p-n junction separating the source region and the channel region; the gate conductive element has a second impurity distribution such that the gate conductive element is spaced from the channel region by a first insulating layer of a first thickness and is spaced apart from the channel region by a first insulating layer; the shield conductive element is spaced from the drain and source regions by a second insulating layer of a second thickness that is greater than the first thickness;
The drain and source are separated by an insulating layer.
disposed opposite substantially all of the p-n junction, each triangular surface portion of said drain region and source region being separated in a major plane by a surface reticulation of said channel region, each triangular surface portion having a surface portion thereof an outer edge of the triangular surface portion of the drain region and an outer edge of the triangular surface portion of the source region are adjacent to each other separated by the width of the surface reticular portion; A semiconductor device, wherein the region and the source region have substantially symmetrical cross-sectional shapes with respect to the gate conductive element. 2 a plurality of field effect transistors each having a source, a drain, a gate, and a channel and capable of withstanding relatively high voltages between the drain and the channel and between the drain and the source when in a non-conducting state; A semiconductor device provided on a semiconductor substrate having a main surface, wherein each of the field effect transistors includes a channel region of a first conductivity type, a drain region of a second conductivity type, and a drain region of the second conductivity type. and the source region of
a gate conductive element, a shield conductive element, a drain region interconnect element in electrical contact with the drain region, and a source region interconnect element in electrical contact with the source region; The drain region has a first impurity distribution so as to have a first conductivity type, and the drain region of the second conductivity type is a drain region separating the drain region and the channel region.
a p-n junction, and a second conductivity type
The source region of the second conductivity type has a source p-n junction separating the source region and the channel region, and a second impurity distribution so as to have the second conductivity type. the gate conductive element is spaced from the channel region by a first insulating layer of a first thickness and positioned opposite the channel region across the first insulating layer; and the shield conductive element is separated from the drain region and the source region by a second insulating layer having a second thickness that is thicker than the first thickness;
The drain and source are separated by an insulating layer.
The drain region and the source region intersect with the main surface of the semiconductor substrate, and either one of the drain region and the source region intersects the main surface of the semiconductor substrate.
one forming a triangular surface portion, the other forming a surface reticular portion, the channel region surrounding the entire periphery of each triangular surface portion on the main surface of the semiconductor substrate to form a larger triangular surface portion; and the larger triangular surface portions have an outer edge that serves as a boundary for the surface portions, and these larger triangular surface portions are separated by said surface reticulation, and the outer edge A semiconductor device, wherein the drain region and the source region face each other separated by the width of the mesh portion, and the cross-sectional shapes of the drain region and the source region are substantially symmetrical with respect to the gate conductive element.
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