JPH05121746A - 絶縁ゲート形電界効果トランジスタ - Google Patents

絶縁ゲート形電界効果トランジスタ

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JPH05121746A
JPH05121746A JP28311391A JP28311391A JPH05121746A JP H05121746 A JPH05121746 A JP H05121746A JP 28311391 A JP28311391 A JP 28311391A JP 28311391 A JP28311391 A JP 28311391A JP H05121746 A JPH05121746 A JP H05121746A
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JP
Japan
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resistor
source region
field effect
effect transistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP28311391A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuo Kitahira
康雄 北平
Toshimaro Koike
理麿 小池
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.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP28311391A priority Critical patent/JPH05121746A/ja
Publication of JPH05121746A publication Critical patent/JPH05121746A/ja
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パワーMOSFETのアバランシェ耐量、絶
縁ゲート形バイポーラトランジスタ(IGBT)のラッ
チアップ耐量を増大した、絶縁ゲート形電界効果トラン
ジスタを提供する。 【構成】 ドレイン領域を構成する半導体基板(1)
に、チャネル領域(2)と、チャネル領域内のソース領
域(3)と、該ソース領域とドレイン領域の導通を制御
するゲート電極(5)と、半導体基板表面のソース領域
及びチャネル領域と接続する金属電極(9)とを具備す
る縦型の絶縁ゲート形電界効果トランジスタにおいて、
半導体基板表面のソース領域(3)及び該ソース領域と
チャネル領域の接合(12)は、抵抗体(11)に覆わ
れ、抵抗体(11)を介して、前記金属電極(9)と接
続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は絶縁ゲート形電界効果ト
ランジスタに係り、特に二重拡散型のパワーMOSFE
T、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)
等の縦型の絶縁ゲート形電界効果トランジスタに関す
る。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来の縦型絶縁ゲート形電界効
果トランジスタ(以下、縦型MOSFETという)のセ
ル部分の断面図である。符号1は、N-型のシリコン半
導体基板であり、縦型のMOSFETのドレン領域を構
成する。符号2は、P型の縦型MOSFETのチャネル
領域である。符号3は、N+ 型の拡散層であり、ソース
領域を形成する。符号4は、薄い酸化膜からなるゲート
絶縁膜であり、符号5は多結晶シリコンからなるゲート
電極であり、このゲート電極5に電圧が印加されること
によって、ソース領域3とドレイン領域1とがゲート絶
縁膜4を介して導通が制御される。符号8は、リンガラ
ス等の酸化膜からなる層間絶縁膜であり、符号9は、ア
ルミ等の金属電極であり、縦型MOSFETのソース電
極を形成する。このような縦型MOSFETのセルが例
えば、数千個、1チップに集積され、高速、大電流を取
り扱うパワーMOSFET等のチップが形成される。
【0003】係る縦型MOSFETには、ソース領域3
をエミッタ領域、チャネル領域2をベース領域、ドレイ
ン領域1をコレクタ領域とする寄生バイポーラトランジ
スタが形成される。このため、パワーMOSFETにお
いては、アバランシェ破壊という現象が生じる。このア
バランシェ破壊は、縦型MOSFETが誘導性負荷を切
断するときに生じる高い電圧によって、ドレイン領域と
チャネル領域のPN接合がブレイクダウンを起こし、あ
る一定量以上のアバランシェ電流が流れることによって
起こる破壊現象である。この時ソース領域3の直下のチ
ャネル領域2の抵抗が問題であり、この抵抗とブレイク
ダウンによる電流との積の電圧、即ちチャネル領域の電
位が0.6V を越えると、少数キャリアが注入され、寄
生バイポーラトランジスタがON状態となる。これによ
って、ドレイン領域と金属電極9との間には大きなアバ
ランシェ電流が流れ縦型MOSFETは破壊に至る。
【0004】又、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
(IGBT)においては、ラッチアップ破壊という現象
がある。これは、ON状態のIGBTに、ある一定量以
上のON電流が流れると、ラッチアップし、破壊に至る
現象である。ラッチアップの機構は、アバランシェ破壊
と同じである。つまり、ソース領域3の直下のチャネル
領域2の抵抗が問題であり、ON電流によってチャネル
領域2のソース3に対する電位が0.6Vを越えると小
数キャリアが注入され、寄生バイポーラトランジスタが
ON状態となる。これにより、PNPNのサイリスタ構
造がON状態となり、ラッチアップする。
【0005】係るアバランシェ破壊、ラッチアップ破壊
に対する耐量を増大するためには、ソース領域3の直下
のチャネル領域の抵抗を減らし、チャネル領域の電位が
ソース領域に対して、0.6V以上にならないようにす
ることが必要である。ソース領域直下のチャネル領域の
抵抗を下げるためには、まず、微細加工技術によって、
できるだけソース幅を狭くすることが考えられる。ま
た、凸形のボディ領域6はこの対策の一つであり、高濃
度のP+形領域をソース領域3の直下に設けることによ
り、ソース領域3直下のチャネル領域の抵抗が減少し、
かつ電極に流れる電流を、凸形のボディ領域6の中央部
に集めることが可能となり、チャネル領域2の電位の上
昇を防止することが出来る。
【0006】しかしながら、微細加工技術によってソー
ス幅を狭くすることには、製造技術上の限界がある。ま
た凸形のボディ領域6により抵抗値を下げるため、大き
な高濃度領域を設けると、縦型MOSFETの耐圧を低
下させ、耐圧を下げないためには、深いN-層を必要と
する。深いN-層を設けると、電流容量を小さくしてし
まうという問題が生じる。このため、特開昭62−12
3771号公報、特開昭63−21876号公報、特開
昭63−164473号公報等に種々の縦型MOSFE
Tのアバランシェ破壊、ラッチアップ破壊の耐量増大に
関する技術が公開されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、係る現状技
術の問題点に鑑み、アバランシェ耐量、ラッチアップ耐
量を増大した縦型MOSFETを提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】ドレイン領域を構成する
半導体基板に、チャネル領域と、チャネル領域内のソー
ス領域と、ソース領域とドレイン領域の導通を制御する
半導体基板上に設けられたゲート電極と、半導体基板表
面のソース領域及びチャネル領域に接続する金属電極と
を具備する縦型のMOSFETにおいて、半導体基板表
面のソース領域及び該ソース領域とチャネル領域の接合
は、抵抗体に覆われ、その抵抗体を介して、金属電極に
接続される。
【0009】
【作用】本発明によれば、半導体基板表面の各セルのソ
ース領域及びソース領域とチャネル領域の接合は、抵抗
体に覆われ、その抵抗体を介して、金属電極に接続され
ている。この抵抗体は、縦型MOSFETの各セルのソ
ースに接続されたバラスト抵抗と考えられ、縦型MOS
FETチップを構成する多数のセルを均一に動作させ
る。更に、抵抗体により、抵抗体を流れる電流による電
位降下が生ずることから、ソース領域の電位がチャネル
領域に対して上昇するので、寄生バイポーラトランジス
タがON動作を起こしづらくなり、アバランシェ、ラッ
チアップ耐量を増大する。
【0010】
【実施例】図1は、本発明の一実施例の縦型MOSFE
Tのセル部分の断面図である。ドレイン領域を構成する
-型の半導体基板1に、P型のチャネル領域2と、高
濃度P型の凸形のボディ領域6が形成されている。そし
てP型領域2,6には、N + 型のソース領域3が、ゲー
ト電極5をマスクとした二重拡散により形成されてい
る。ゲート電極5は、ソース領域3とドレイン領域との
導通を、ゲート絶縁膜4を介して制御する。抵抗体11
は、半導体基板1の表面のソース領域3及びチャネル領
域との接合12を覆い、ソース領域3は抵抗体11を通
して、電気的に金属電極9と接続されている。これに対
して、P型領域2,6は、直接、金属電極9と接続され
ている。
【0011】図2は、本発明の一実施例の縦型MOSF
ETのセル部分の平面図である。ゲート電極5は四角の
開口を有し、その開口の内側に、抵抗体11が四角の形
状で、内部に四角の開口を有して配置されている。抵抗
体11は、半導体基板1の表面のソース領域3とP型領
域2,6とのPN接合12を完全に覆っている。抵抗体
11は、多結晶シリコン膜から構成されており、N形の
不純物をドープされ、その金属電極9とソース電極3の
間の抵抗値は、10〜100Ωに制御されている。抵抗
体11は、内部に四角の開口を有しているので、P型領
域2,6の表面は、直接、金属電極9に接続される。
【0012】この抵抗体11を具備する縦型MOSFE
Tは、次の工程によって製造される。従来の工程に従っ
て、半導体基板1にP型の凸形のボディ領域6を形成
し、次に、チャネル領域2を形成する。そしてN+ 型の
ソース領域を形成し、層間絶縁膜8を被着し、コンタク
トの開口を行う。抵抗体11は、コンタクト開口後、多
結晶シリコンをCVD等により被着し、フォトリソグラ
フィにより図2に示すようなパターンに形成する。抵抗
体11の抵抗値は、10〜100Ω程度に、多結晶シリ
コン成長時にリンドープされるか、多結晶シリコン膜を
成長後、リンドープされ調整される。以上により抵抗体
11が、所定の位置に形成され、以降の工程は従来の技
術と同じである。即ちアルミ等の金属電極9が形成さ
れ、パッシベイション等の被膜が形成されることによっ
て、抵抗体11を各セルに具備する縦型MOSFETが
完成する。
【0013】パワーMOSFET等のチップは、例え
ば、数千の縦型MOSFETのセルから構成されてお
り、各セルには、ソース領域と金属電極9との間に抵抗
体11が接続されている。このため、多数のセルからな
るパワーMOSFET等のチップにおいて、この抵抗体
11はバラスト抵抗として作用する。それ故、抵抗体1
1は各セル間の電流の分布を均一にする働きを有する。
アバランシェ、ラッチアップの破壊現象は、多数のセル
の内で、電流が何らかの原因で集中するセルにまず発生
するので、抵抗体11が各セル間の電流分布を均一にす
ることによって、パワーMOSFETにおけるアバラン
シェ耐量、IGBTにおけるラッチアップ耐量を増大す
ることができる。
【0014】パワーMOSFETにおいて、アバランシ
ェ降伏が生ずると、電流はP型領域2,6を通って、金
属電極9に流れる。この時、この電流がソース領域の直
下のチャネル領域2を流れることによって、チャネル領
域2の抵抗により、電位差が生じ、金属電極9から見
て、0.6V以上になると、寄生バイポーラトランジス
タがON状態となる。従来は、この状態で大電流が流
れ、破壊に至るが、本実施例においては、抵抗体11で
電位差が生じ、ソース領域の電位は、その電位差分だけ
上昇する。そうすると、チャネル領域2と、ソース領域
の電位差は0.6V以下となり、寄生バイポーラトラン
ジスタはOFF状態となる。このように、ソース領域3
に流入する電流は、抵抗体11によって、ソース領域の
電位を上昇させ、相対的にチャネル領域のソース領域に
対する電位が下がることから、寄生バイポーラトランジ
スタがON動作を起こしにくくなる。したがって、より
大きなアバランシェ降伏電流が流れないと、寄生バイポ
ーラトランジスタはON動作を起こさない。即ち、アバ
ランシェ耐量は増大する。以上の説明は、パワーMOS
FETのアバランシェ耐量について説明したが、絶縁ゲ
ート型バイポーラトランジスタ(IGBT)について
も、同様の作用効果により、ラッチアップ耐量が増大す
る。しかしながら、ソース領域3に抵抗体11が接続さ
れているため縦型MOSFETのON電圧、RDS(ON)
大きくなる。数百V系のパワーMOSFETにおいて
は、抵抗体11の抵抗値を100Ω程度を選択すると、
これによるON電圧の上昇は僅か2%程度であるが、こ
れに対してアバランシェ耐量は2〜3倍に増大する。
【0015】
【発明の効果】本発明は半導体基板表面のソース領域
を、抵抗体を介して金属電極に接続したものである。し
たがって、抵抗体は多数のセルから成るMOSFETチ
ップの各セルの電流分布を均一にする。破壊現象は、何
らかの原因で電流の集中したセルから発生するので、各
セルの電流分布を均一にすることによりアバランシェ、
ラッチアップの耐量が増大する。さらに、ソース領域を
流れる電流による抵抗体の電位差によって、ソース領域
のチャネル領域に対する電位が上がることから、寄生バ
イポーラトランジスタがON動作を起こしにくくなり、
アバランシェ耐量、ラッチアップ耐量が増大する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の縦型MOSFETのセル部
分の断面図。
【図2】本発明の一実施例の縦型MOSFETのセル部
分の平面図。
【図3】従来の縦型MOSFETのセル部分の断面図。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ドレイン領域を構成する半導体基板に、
    チャネル領域と、該チャネル領域内のソース領域と、該
    ソース領域とドレイン領域の導通を制御する半導体基板
    上に設けられたゲート電極と、半導体基板表面のソース
    領域及びチャネル領域に接続する金属電極とを具備する
    縦型の絶縁ゲート形電界効果トランジスタにおいて、前
    記半導体基板表面のソース領域及び該ソース領域とチャ
    ネル領域の接合は、抵抗体に覆われ、該抵抗体を介し
    て、前記金属電極と接続されていることを特徴とする絶
    縁ゲート形電界効果トランジスタ。
JP28311391A 1991-10-29 1991-10-29 絶縁ゲート形電界効果トランジスタ Pending JPH05121746A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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