JPH07263667A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH07263667A
JPH07263667A JP6053761A JP5376194A JPH07263667A JP H07263667 A JPH07263667 A JP H07263667A JP 6053761 A JP6053761 A JP 6053761A JP 5376194 A JP5376194 A JP 5376194A JP H07263667 A JPH07263667 A JP H07263667A
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JP
Japan
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region
type
channel forming
concentration impurity
forming region
Prior art date
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Pending
Application number
JP6053761A
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English (en)
Inventor
Takayuki Kito
孝之 鬼頭
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Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • HELECTRICITY
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    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1095Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、縦型パワーMOSFETを有する
半導体装置に関し、特にサージ電圧等が印加した場合の
素子破壊耐量の向上を図る構造を得ることを目的とす
る。 【構成】 n型半導体基板1上に形成されたn- 型のエ
ピタキシャル層2からなるドレイン領域と、エピタキシ
ャル層2の表層部にされたp型のチャネル形成領域3
と、このチャネル形成領域3の略中央部の下部に形成さ
れたp+ 型の高濃度不純物領域4と、チャネル領域3の
表層部に形成されたn型のソース領域5と、チャネル領
域3とソース領域5の上部にゲート絶縁膜6を介して配
置されてゲート電極7を有する縦型パワーMOSFET
において、高濃度不純物領域4の深さの距離がチャネル
形成領域3の幅の距離の1/2より大きくしたので、サ
ージ電圧が印加した場合でも、ブレークダウン電流が高
濃度不純物領域4を経てそのままソース電極9に流れ
て、寄生バイポーラトランジスタは導通しににくくな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、縦型パワーMOSFE
Tを有する半導体装置に関し、特にサージ電圧等が印加
された場合の素子破壊耐量の向上を図る構造に関する。
【0002】
【従来の技術】縦型パワーMOSFETは、周波数特性
に優れ、しかも低電力で駆動できる等多くの特徴を有す
ることから、幅広い分野で利用されている。従来の縦型
パワーMOSFETは、図3の概略図に示されるような
構造となっている。従来の縦型パワーMOSFETは、
n型半導体基板1とその主面に形成されたn- 型のエピ
タキシャル層2とがドレイン領域を形成している。この
エピタキシャル層2の表層部にはp型のチャネル形成領
域3が形成され、その略中央部の下部にはp型のチャネ
ル形成領域3より高濃度のp+ 型の高濃度不純物領域4
が設けられている。このチャネル形成領域3内にはn+
型のソース領域4が形成されている。チャネル形成領域
3とソース領域4の上部には薄い酸化膜からなるゲート
絶縁膜6が設けられ、このゲート絶縁膜6上にゲート電
極7が形成されている。このゲート電極7と他の電極が
短絡しないように層間絶縁膜8がゲート電極7を覆うよ
うに形成され、その上にはソース電極9が配設されてい
る。半導体基板1下部には金属を被着したドレイン電極
10が設けられている。
【0003】係る縦型パワーMOSFETは、大電流高
速スイッチングが可能なので、モータ制御、スイッチン
グレギュレータ、照明インバータ用として多用されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この種の縦型パワーM
OSFETを複数用いてモータ制御等を行う場合、駆動
電流を瞬間的に遮断した際に大きなサージ電圧が発生す
る場合が多い。特に、このサージ電圧が縦型パワーMO
SFETのソース・ドレイン間に印加されると、n-
のエピタキシャル層2とp型のチャネル形成領域3のP
N接合部でアバランシェ降伏が起き、アバランシェ降伏
によるブレークダウン電流がp型のチャネル形成領域3
を通ってソース電極9に流れ込む。
【0005】ところで、縦型パワーMOSFETは、図
3中に回路図を模式的に示すように、その内部に、n-
型のエピタキシャル層2をコレクタに、p型のチャネル
形成領域3をベースに、n+ 型のソース領域5をエミッ
タとする寄生バイポーラトランジスタ11が形成されて
しまう構造になっている。このため、前述のようなブレ
ークダウン電流が寄生バイポーラトランジスタ11のベ
ース領域に当たるp型のチャネル形成領域3に流れ込ん
だ場合、ブレークダウン電流による電圧降下で、寄生バ
イポーラトランジスタ11のエミッタに当たるn+ 型の
ソース領域5とベース領域に当たるp型のチャネル形成
領域3が順方向にバイアスされ、結果的に寄生バイポー
ラトランジスタ11は導通状態となる。
【0006】そして一旦、寄生バイポーラトランジスタ
11が導通状態になると、寄生バイポーラトランジスタ
11が形成された領域が発熱し、これによりさらに電流
が増大するといった現象により縦型パワーMOSFET
素子自体が破壊に至る問題がある。本発明の目的は、縦
型パワーMOSFETにおいて素子破壊の生じにくい構
造を得ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、次のような構成をとる。すなわち、本
発明の半導体装置は、第1導電型の半導体基板上に形成
された前記半導体基板より低い不純物濃度の第1導電型
のエピタキシャル層からなるドレイン領域と、前記エピ
タキシャル層の表層部に形成された第2導電型のチャネ
ル形成領域と、前記第2導電型のチャネル形成領域の略
中央部の下部に形成された該第2導電型のチャネル形成
領域より高濃度の第2導電型の高濃度不純物領域と、前
記第2の導電型のチャネル形成領域の表層部に形成され
た第1の導電型のソース領域と、第2の導電型のチャネ
ル形成領域と第1の導電型のソース領域の上部にゲート
絶縁膜を介して配置されてゲート電極を有する半導体装
置において、前記第2導電型の高濃度不純物領域の深さ
の距離が前記チャネル形成領域の幅の距離の1/2より
大きいことを特徴とするものである。
【0008】
【作用】本発明の縦型パワーMOSFETによれば、第
2導電型の高濃度不純物領域の深さを第2導電型のチャ
ネル形成領域の幅の1/2より大きくしたので、サージ
電圧が印加された場合、深く拡散された第2導電型の高
濃度不純物領域に加わり易くなり、第2導電型の高濃度
不純物領域と第1導電型のエピタキシャル層の接合部で
起きるアバランシェ降伏によるブレークダウン電流がそ
のまま第2導電型の高濃度不純物領域を経てソース電極
に流れる。従って、寄生バイポーラトランジスタのベー
スとなる第2導電型のチャネル形成領域へはブレークダ
ウン電流が流れにくくなり、結果として寄生バイポーラ
トランジスタの導通は妨げられる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。図1は本発明のNチャネルの縦型パワーMOSFE
Tのの断面を示す概略図である。本発明の縦型パワーM
OSFETは、従来と同様、n型のシリコンからなる半
導体基板1の主面にn- 型のエピタキシャル層2が形成
されており、縦型パワーMOSFETのドレイン領域を
形成している。
【0010】エピタキシャル層2の表層部にはp型のチ
ャネル形成領域3が形成されている。このチャネル形成
領域3は平面的にみて略矩形状となり、エピタキシャル
層2の主面に縦横に規則正しく設けられている。チャネ
ル形成領域3の略中央部の下部にはp型のチャネル形成
領域3より高濃度のp+ 型の高濃度不純物領域4が設け
られている。高濃度不純物領域4は、ドレイン・ソース
間の耐圧の向上ために設けられるが、本願においては、
特に高濃度不純物領域4の深さの距離aをチャネル形成
領域3の幅の距離bの1/2よりを大きくしてるので、
サージ電圧が印加されたされた時に発生するアバランシ
ェ降伏によるブレークダウン電流が流れ易くなってい
る。チャネル形成領域3内にはn+ 型のソース領域5が
リング状に形成されている。
【0011】チャネル領域3とソース領域4の上部のエ
ピタキシャル層2の主面には、薄い酸化膜からなるゲー
ト絶縁膜6が設けられており、このゲート絶縁膜6上に
はポリシリコン等からなるゲート電極7が設けられてい
る。ゲート電極7と他の電極が短絡しないように酸化
膜、シリケートガラス(PSG)膜、ナイトライド膜等
からなる層間絶縁膜8がゲート電極7を覆うように形成
され、層間絶縁膜8の上にはアルミ等からソース電極9
が配設されている。さらに、半導体基板1下部には金属
を被着したドレイン電極10が設けられている。
【0012】このような縦型パワー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
を取り扱う縦型パワーMOSFETのチップが形成され
る。上記のように本発明では、p+ 型の高濃度不純物領
域4の深さをp型のチャネル領域3の幅の1/2より大
きくしたので、サージ電圧が印加されても高濃度不純物
領域4でアバランシェ降伏によるブレークダウン電流が
高濃度不純物領域4を経てそのままソース電極9に流れ
込み、寄生バイポーラトランジスタ11のベース領域に
当たるチャネル形成領域には導通しにくくなる。
【0013】つぎに、本発明の縦型パワーMOSFET
の製造方法について図2により説明する。まず、n型半
導体基板1に、n- 型のエピタキシャル層2を成長させ
た後、その表面に酸化膜12を形成する。次に、この酸
化膜12を選択的にエッチングすることにより開口を形
成し、この開口からp+ 型の不純物となるボロン等をイ
オン注入して熱処理することにより所定深さの高濃度不
純物領域4を形成する。ここでは後に形成されるチャネ
ル領形成域の幅の距離の1/2の深さとなるように高濃
度不純物領域4を形成する必要がある。この熱処理によ
り開口が形成された半導体基板の表面には薄い酸化膜が
形成される(図2(a))。
【0014】次に、前記酸化膜12を除去した後、再び
酸化膜を成長させた後、ゲート領域の酸化膜を選択的に
除去し、所定厚さの酸化膜からなるゲート絶縁膜6を成
長させる。ゲート絶縁膜6の上に選択的にポリシリコン
等からなるゲート電極7を形成する。このゲート電極7
をマスクにして、ボロン等をイオン注入し熱処理するこ
とによって、p型のチャネル形成領域3を形成する(図
2(b))。
【0015】次に、前記ゲート電極7とマスク13をマ
スクにして、n型の不純物となるリン等をイオン注入
し、熱処理することによってn+ 型のソース領域5を形
成する(図2(c))。最後に、前記マスク13を除去
し、ゲート電極7と他の電極が短絡しないように酸化
膜、シリケートガラス(PSG)膜、ナイトライド膜等
からなる層間絶縁膜8をゲート電極7とゲート絶縁膜6
を覆うように形成し、所定の位置にコンタクトホールと
してエッチング除去し、アルミ等のからなるソース電極
9を設ける。最後に、半導体基板1を所定の厚さに研削
した後、金属からなるドレイン電極10が形成されて、
縦型パワーMOSFETが完成する(図2(d))。
【0016】尚、上述の実施例では、Nチャネルの縦型
パワーMOFETを例に採って説明したが、本発明はP
チャネルの縦型パワーMOFETにも適用することがで
きる。
【0017】
【発明の効果】本発明の縦型パワーMOSFETによれ
ば、第2導電型の高濃度不純物領域の深さを第2導電型
のチャネル形成領域の幅の1/2より大きくしたので、
サージ電圧が印加した場合、深く拡散された第2導電型
の高濃度不純物領域に加わり易くなり、第2導電型の高
濃度不純物領域と第1導電型のエピタキシャル層の接合
部でアバランシェ降伏が起き、ブレークダウン電流がそ
のまま第2導電型の高濃度不純物領域を経てソース電極
に流れるので、寄生バイポーラトランジスタのベースと
なる第2導電型のチャネル形成領域へは流れにくくな
り、結果として寄生バイポーラトランジスタの導通は妨
げられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の縦型パワーMOSFETのチップの断
面を示す概略図。
【図2】本発明の縦型パワーMOSFETの製造方法を
示す説明図。
【図3】従来の縦型パワーMOSFETのチップ周辺部
の断面を示す概略図。
【符号の説明】
1:半導体基板 2:エピタキシャル層 3:チャネル形成領域 4:高濃度不純物領域 5:ソース領域 6:ゲート絶縁膜 7:ゲート電極 8:層間絶縁膜 9:ソース電極 10:ドレイン電極 11:寄生バイポーラトランジスタ 12:酸化膜 13:マスク

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体基板と前記半導体基
    板上に形成された前記半導体基板より低い不純物濃度の
    第1導電型のエピタキシャル層からなるドレイン領域
    と、前記エピタキシャル層の表層部に形成された第2導
    電型のチャネル形成領域と、前記第2導電型のチャネル
    形成領域の略中央部の下部に形成された該第2導電型の
    チャネル形成領域より高濃度の第2導電型の高濃度不純
    物領域と、前記第2の導電型のチャネル形成領域の表層
    部に形成された第1の導電型のソース領域と、第2の導
    電型の不純物領域と第1の導電型のソース領域の上部に
    ゲート絶縁膜を介して配置されてゲート電極を有する半
    導体装置において、前記第2導電型の高濃度不純物領域
    の深さが前記チャネル形成領域の幅の距離の1/2より
    大きいことを特徴とする半導体装置。
JP6053761A 1994-03-24 1994-03-24 半導体装置 Pending JPH07263667A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100320882B1 (ko) * 1998-04-10 2002-02-04 가네꼬 히사시 비트선의 폭이 감소하고 미세화한 경우에도 저항의 증가없이 충분한 on 전류를 확보할 수 있는 콘택트리스 어레이 구조를 가진 비활성 메모리와 그 제조 방법

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KR100320882B1 (ko) * 1998-04-10 2002-02-04 가네꼬 히사시 비트선의 폭이 감소하고 미세화한 경우에도 저항의 증가없이 충분한 on 전류를 확보할 수 있는 콘택트리스 어레이 구조를 가진 비활성 메모리와 그 제조 방법

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