JPH0447986B2 - - Google Patents

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JPH0447986B2
JPH0447986B2 JP20479382A JP20479382A JPH0447986B2 JP H0447986 B2 JPH0447986 B2 JP H0447986B2 JP 20479382 A JP20479382 A JP 20479382A JP 20479382 A JP20479382 A JP 20479382A JP H0447986 B2 JPH0447986 B2 JP H0447986B2
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JP
Japan
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substrate
diffusion region
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region
electrode
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JP20479382A
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English (en)
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JPS5994874A (ja
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Tamotsu Tominaga
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、サージに対する耐性を向上させる
ための改良を施したMOSトランジスタに関する。
近年、電力用MOSトランジスタの出現によつ
て、第1図に示す如く、電力負荷2のスイツチン
グ素子としてMOSトランジスタ1が利用される
ようになり、例えば車両においても、各種車載電
力負荷のスイツチングに適用することが提案され
ている。
従来のMOSトランジスタには、例えば第2図
に示すような構造のものがある。同図に示す
MOSトランジスタは、所謂横型のMOSトランジ
スタであり、P型半導体基板4の一主面側に形成
されたn+型のソース拡散領域5およびn+型のド
レイン拡散領域6と、アルミニウムによつて形成
されたソース電極7とドレイン電極8と、これら
ソース電極7とドレイン電極8の間に設けられた
ゲート電極9を具備してなるものである。
また、上記MOSトランジスタにおいては、ソ
ース電極7の下にP+型の基板コンタクト領域1
1が形成されており、ソース電極7はソースSと
基板4との共通電極となつている。
ところで、上記のような電力用MOSトランジ
スタにおいては、比較的高圧・大電流のスイツチ
ングを行なう必要性から、耐圧向上の工夫が種々
なされている。
ところが、例えば上記電力負荷2がモータやソ
レノイド等の誘導負荷である場合には、負荷電流
を遮断した際に高圧のサージが発生するが、従来
のMOSトランジスタでは、このサージに対する
充分な耐性を有していないために、所謂パンチス
ルーやブレークダウンが起こり、素子の特性が変
化したり、あるいは素子破壊が起こる虞れがあ
る。
このことを第2図を用いて具体的に説明する。
今、ドレイン・ソース間に高圧のサージが印加さ
れたとすると、ドレイン拡散領域6と基板4との
接合部に空乏層12が発生する。このとき、サー
ジ電圧が高いために、空乏層12が拡がり過ぎ
て、ソース拡散領域5に達してしまい、パンチス
ルーが起こる。このとき流れるサージ電流SIは、
基板4の表面近傍を流れるため、ゲートGが劣化
したり破壊されたりすることとなる。
このパンチスルーを防止するためには、ドレイ
ン拡散領域6とソース拡散領域5の間のゲート長
Lを長くすれば良いのであるが、逆にON抵抗が
高くなつて大電力用として不向きとなつたり、ゲ
ートGの面積が大となつて素子面積が大きくなる
等の不都合が生じる他に、ブレークダウンが起こ
つて素子が破壊される虞れがあるため、ゲート長
を必要以上に長くすることはできない。
上記ブレークダウンは、ドレイン拡散領域6の
底部周縁の比較的小さな曲率半径を有する部分
(以下、エツジ部と称す)、特にゲートG側のエツ
ジ部13に起こり易く、ブレークダウン電流B
は、エツジ部13の狭い領域を通じて流れるた
め、熱集中が起こり、素子破壊を起こすこととな
る。殊に、このブレークダウン電流Bも基板4
の表面近傍を流れるために、ゲートGが熱破壊さ
れることが多い。
この発明は上記の背景に基づいてなされたもの
で、その目的とするところは、上記パンチスルー
やブレークダウンによる素子の特性変化や破壊を
防止し、サージに対する耐性を向上させたMOS
トランジスタを提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するために、第1導
電型の半導体基板の一主面側に該基板とは異なる
導電型のソース拡散領域およびドレイン拡散領域
を形成してなる横型のMOSトランジスタにおい
て; 前記基板の主面側に形成され、基板電極と電気
的に接続された、第1導電型で、かつ基板より高
濃度の基板電極側高濃度領域Aと; 前記ドレイン拡散領域の下面に接して積層形成
された第1導電型で、かつ基板より高濃度のドレ
イン側高濃度領域Bと; 前記2つの高濃度領域A,Bの間で、かつ基板
表面から所定の深さに埋め込まれてなり、その端
部が前記2つの高濃度領域A,Bに近接あるいは
連接するように形成された第1導電型で、かつ基
板より高濃度の埋め込み高濃度領域Cとを設け、 ソース・ドレイン間に高電圧が印加された場
合、パンチスルーが起こる以前に、前記ドレイン
拡散領域と前記ドレイン側高濃度領域Bとの接合
部でブレークダウンを起こすとともに、該ブレー
クダウン電流は前記埋め込み高濃度領域C内を流
れて、前記基板電極側高濃度領域Aを通じて前記
基板電極へ達するように構成したことを特徴とす
る。
以下本発明の実施例を第3図以下の図面を用い
て詳細に説明する。
第3図は本発明に係るMOSトランジスタの一
実施例の構造を示す図である。
同図に示す如く、このMOSトランジスタは、
P型(これを第1導電型とする)半導体基板21
の一主面側に形成されたn+型のソース拡散領域
22のn+型のドレイン拡散領域23と、アルミ
ニウムによつて形成されたソース電極24および
ドレイン電極25と、、これらソース電極24と
ドレイン電極25との間に酸化膜27で絶縁され
たゲート電極26とを具備している。ここまでは
従来の横型のnチヤンネルMOSトランジスタと
同様の構造となつている。
そして、この実施例のMOSトランジスタは、
更に、上記ソース電極24の下に、このソース電
極24と電気的に接続され、前記基板21と同じ
P型で、かつ基板21より高濃度、すなわちP+
型のソース側P+型拡散領域(これは特許請求の
範囲中の高濃度領域Aに相当する)28が形成さ
れて、ソース電極24はソースSと基板21との
共通電極となつており、またドレイン拡散領域2
3の下面に接して、P+型拡散領域(これは特許
請求の範囲中の高濃度領域Bに相当する)29が
形成されている。
更に、上記2つのP+型拡散領域28,29の
間で、かつ基板21の表面から所定の深さに埋め
込まれてなるP+型の埋め込みP+型拡散領域(こ
れは特許請求の範囲中の埋め込み高濃度領域Cに
相当する)30a,30bが形成されており、こ
れらの埋め込みP+型拡散領域30a,30bの
ソース側の端部は上記ソース側P+型拡散領域2
8の下部に連接されているとともに、ドレイン側
の端部はドレイン側P+型拡散領域29の下面に
近接するように拡張形成されている。
なお、上記埋め込みP+型拡散領域30a,3
0bのドレイン側端部とドレイン側P+型拡散領
域29との間隔は、上記サージによつて、ドレイ
ン拡散領域23とドレイン側P+型領域29との
接合部がブレークダウンする際に空乏層31が、
埋め込みP+型拡散領域に到達する距離に設定さ
れている。
このように構成されたMOSトランジスタにお
いては、電力負荷からサージが発生して、ソー
ス・ドレイン間に高電圧が加えられた場合に、ド
レイン拡散領域23側に発生した空乏層31がソ
ース拡散領域22に達してパンチスルーを起こす
以前に、ドレイン拡散領域23とドレイン側P+
型拡散領域29との接合部でブレークダウンが起
こる。これは、上記接合部の耐圧が、パンチスル
ー電圧やドレイン拡散領域23のソース側エツジ
部23aの耐圧よりも低いためである。
そして、上記ブレークダウンによつて流れるブ
レークダウン電流Bは、上記埋め込みP+型拡
散領域30a,30bの抵抗が基板21よりも低
いために、この埋め込みP+型拡散領域30a,
30b内を流れることとなり、ソース側P+型拡
散領域28を通じてソース電極24へ達する。
次に、上記のMOSトランジスタの製造工程を
第4図を用いて簡単に説明する。
まず、同図aに示す如く、P型半導体基板41
にP+型拡散領域42を形成した後、同図bに示
す如く、基板41と同じP型層43をエピタキシ
ヤル成長させて、上記P+型拡散領域42を埋め
込む。
次に同図cに示す如く、上記P型層43の表面
にフイールド酸化膜(6000〜7000Å)を形成し、
公知の手法によりドレイン側P+型拡散領域44
およびソース側P+型拡散領域45の形成予定部
分に孔をあけ、次にボロンを選択拡散してドレイ
ン側P+型拡散領域44および、ソース側P+型拡
散領域45を形成する。このとき、ソース側P+
型拡散領域45は、上記埋め込みP+型拡散領域
42に連接するように拡散させ、また、フイール
ド酸化膜は除去する。
次に同図dに示す如く、基板表面の素子形成領
域にゲート酸化膜46を形成し、更にポリシリコ
ンをCVD等で全面に形成し、ゲート電極47を
形成するようにエツチングした後、n+型のソー
ス拡散領域48およびn+型のドレイン拡散領域
49を形成する。
そして、同図eに示す如く、全面をPSG層5
0で覆つた後、ソース拡散領域48とドレイン拡
散領域49のコンタクト面の前記PSG層50及
びゲート酸化膜46を除去し、アルミニウムのパ
ターンニングを行なつてソース電極51とドレイ
ン電極52を形成する。
なお、上記実施例においては、埋め込みP+
拡散領域30a,30bの一端が基板電極(上記
実施例では、ソース電極24が基板電極と共通電
極となつている)に電気的に接続されたソース側
P+型拡散領域28に連接しているとともに、他
端はドレイン側P+型拡散領域29に近接するよ
うに構成されているが、本発明はこれに限らず、
埋め込みP+型拡散領域の一端がドレイン側P+
拡散領域に連接し、他端がソース側P+型拡散領
域に近接する構造や、両端が両P+型拡散領域に
近接する構造あるいは、両端が両P+型拡散領域
に連接するとともに、埋め込みP+型拡散領域の
中央部に間隙が設けられた構造としても同様の効
果を得ることができる。
また、上記実施例では横型のnチヤンネル
MOSトランジスタについて記載してあるが、同
様にして横型のPチヤンネルMOSトランジスタ
にも適用できることは明らかであり、アルミニウ
ムゲートのものでも良いことは言うまでもない。
以上詳細に説明したように、本発明のMOSト
ランジスタにあつては、電力負荷からサージが発
生して、ソース・ドレイン間に高電圧が印加され
た場合に、パンチスルーが起こる以前に、ドレイ
ン拡散領域とドレイン側高濃度領域との接合部で
ブレークダウンが起こるとともに、ブレークダウ
ン電流は埋め込み高濃度領域内を流れて、基板電
極側高濃度領域を通じて基板電極へ達するように
構成したことによつて、ブレークダウン電流が基
板表面近傍を流れることがなくなり、またブレー
クダウンがドレイン拡散領域の底部周縁のように
狭い領域で起こらず、ドレイン拡散領域底面の広
い領域で起こり、ブレークダウン電流が低抵抗の
流路を流れるために熱集中が発生することを防止
できる。
従つて、パンチスルーやブレークダウンによる
素子の特性変化や破壊を防止し、サージに対する
耐性を向上させることができる。
また、パンチスルーを防止できるため、ゲート
長を短くすることが可能となり、素子面積を小さ
くすることができる。
更に、上記MOSトランジスタを車両の車載電
力誘導負荷のスイツチング素子として適用すれ
ば、素子の信頼性を向上させ、延いては、車両の
性能、安全性の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はMOSトランジスタを用いたスイツチ
ング回路図、第2図は従来のMOSトランジスタ
の構造を示す素子断面図、第3図は本発明に係る
MOSトランジスタの一実施例の構造を示す素子
断面図、第4図は同MOSトランジスタの製造工
程を示す図である。 21……半導体基板、22……ソース拡散領
域、23……ドレイン拡散領域、24……ソース
電極(基板電極)、28……ソース側P+型拡散領
域、29……ドレイン側P+型拡散領域、30a,
30b……埋め込みP+型拡散領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1導電型の半導体基板の一主面側に該基板
    とは異なる導電型のソース拡散領域およびドレイ
    ン拡散領域を形成してなる横型のMOSトランジ
    スタにおいて; 前記基板の主面側に形成され、基板電極と電気
    的に接続された、第1導電型で、かつ基板より高
    濃度の基板電極側高濃度領域Aと; 前記ドレイン拡散領域の下面に接して積層形成
    された第1導電型で、かつ基板より高濃度のドレ
    イン側高濃度領域Bと; 前記2つの高濃度領域A,Bの間で、かつ基板
    表面から所定の深さに埋め込まれてなり、その端
    部が前記2つの高濃度領域A,Bに近傍あるいは
    連接するように形成された第1導電型で、かつ基
    板より高濃度の埋め込み高濃度領域Cとを設け、 ソース・ドレイン間に高電圧が印加された場
    合、パンチスルーが起こる以前に、前記ドレイン
    拡散領域と前記ドレイン側高濃度領域Bとの接合
    部でブレークダウンを起こすとともに、該ブレー
    クダウン電流は前記埋め込み高濃度領域C内を流
    れて、前記基板電極へ側高濃度領域Aを通じて前
    記基板電極達するように構成したことを特徴とす
    るMOSトランジスタ。 2 前記基板電極はソース電極との共通電極とな
    つていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載のMOSトランジスタ。
JP20479382A 1982-11-22 1982-11-22 Mosトランジスタ Granted JPS5994874A (ja)

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JPS5994874A JPS5994874A (ja) 1984-05-31
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JP4979212B2 (ja) * 2005-08-31 2012-07-18 オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド 半導体装置及びその製造方法

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