JPH11274495A - Vdmosトランジスタ - Google Patents

Vdmosトランジスタ

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JPH11274495A JP11013370A JP1337099A JPH11274495A JP H11274495 A JPH11274495 A JP H11274495A JP 11013370 A JP11013370 A JP 11013370A JP 1337099 A JP1337099 A JP 1337099A JP H11274495 A JPH11274495 A JP H11274495A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合分離された集積回路の能動領域に形成さ
れたVDMOSトランジスタのゲート誘電体を損傷又は
破壊するおそれのあるソース及びゲート間の過電圧を回
避する。 【解決手段】 前記能動領域13にMOSトランジスタ
を形成し、そのゲート電極をVDMOSトランジスタの
ゲート電極17に接続し、MOSトランジスタのソース
領域をVDMOSトランジスタのソース領域9と共通に
し、MOSトランジスタのドレイン領域30,31を接
合分離領域14に結合する。MOSトランジスタのしき
い値電圧をVDMOSトランジスタのゲート誘電体のブ
レークダウン電圧よりも低くし、MOSトランジスタが
電圧リミッタとして作用するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、第2導電型の基板
上の第1導電型の半導体材料の層内に形成された集積回
路のVDMOSトランジスタであって、このVDMOS
トランジスタが、前記基板側とは反対側の前記層の主表
面からこの層内に延在する第1導電型の第1領域と、こ
の第1領域を囲んで前記主表面から前記層内に延在し、
この層を横方向で画成する第2導電型の第2領域と、前
記主表面から前記第1領域内に延在する第2導電型の第
3領域と、前記主表面から前記第3領域内に延在し、こ
の第3領域のエッジと相俟って第1チャネルを規定する
第1導電型の第4領域と、少なくとも前記第1チャネル
の全体に亙って前記主表面上に延在する絶縁材料の第1
薄肉層と、少なくとも前記第1チャネルの全体に亙って
絶縁材料の前記第1薄肉層上に延在する導電材料の第1
層と、前記第1領域より低い固有抵抗を有し、前記主表
面からこの第1領域内に延在する第5領域と、この第5
領域と接触する第1電極と、導電材料の前記第1層と接
触する第2電極と、前記第3領域及び第4領域と接触す
る第3電極と、前記第2領域に接続された第4電極とを
具え、前記第1領域と前記第5領域とが相俟ってVDM
OSトランジスタのドレイン領域を構成し、前記第3領
域がVDMOSトランジスタの本体領域を構成し、前記
第4領域がVDMOSトランジスタのソース領域を構成
し、導電材料の前記第1層がVDMOSトランジスタの
ゲート電極を構成しており、前記第2領域が前記第1領
域の接合分離領域であり、前記第1電極と、前記第2電
極と、前記第3電極とがそれぞれVDMOSトランジス
タのドレイン端子、ゲート端子及びソース端子に接続さ
れ、前記第4電極が前記第2領域のバイアス端子に接続
されている当該VDMOSトランジスタに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】バーチカル二重拡散MOS(VDMO
S)トランジスタに対するある回路分野では、ゲート電
極とソース電極との間の電圧がゲート誘電体のブレーク
ダウン電圧に極めて近い値に達してこのゲート誘電体を
劣化させるか、或いは、ゲート誘電体のブレークダウン
電圧値さえにも達してトランジスタが使用できないもの
となるおそれがある。
【0003】VDMOSトランジスタを用いる既知の回
路を図1に線図的に示す。この回路は、npnバイポー
ラトランジスタT1と、このnpnバイポーラトランジ
スタT1に“カスコード"配置に接続されているnチャ
ネルVDMOSトランジスタT2とを有する電流発生器
である。npnトランジスタのエミッタは、接地符号で
示す第1電源端子に接続され、VDMOSトランジスタ
のドレイン端子は負荷RLを経て第2電源端子VDDに
接続されている。npnトランジスタのベースには予め
決定した電圧VRが与えられ、VDMOSトランジスタ
のゲート端子は、定電流発生器Gと直列のツェナーダイ
オードDZで示す基準電圧発生器に接続されている。n
pnトランジスタT1のコレクタと接地端子との間には
寄生ダイオードD1があり、この寄生ダイオードはn型
コレクタ領域と、トランジスタのエミッタとして接地端
子に接続された集積回路のp型基板との間の逆バイアス
接合を表す。VDMOSトランジスタT2のドレイン及
びソース端子間には、他の寄生ダイオードD2があり、
この寄生ダイオードは、ソース電極と接触するトランジ
スタの本体領域とトランジスタのドレイン領域との間の
逆バイアス接合を表す。
【0004】上述した回路は、電源電圧VDDと、電圧
VRと、ツェナーダイオードDZの逆導通しきい値電圧
とに依存する値の電流を負荷RLに供給しうる。トラン
ジスタT1が遮断すると、特に臨界的な動作状態が生じ
る。この状態では、電流発生器の電流は2つのダイオー
ドの漏洩電流からのみ得られる。電源電圧VDDと、2
つの逆バイアスダイオードの等価抵抗とに依存する電圧
が、トランジスタT1のコレクタとトランジスタT2の
ソースとの間の接続点である回路ノードNと、大地との
間に形成される。これらの等価抵抗は、製造パラメータ
の不可避な変動のために集積回路の例毎に変化するおそ
れがあり、ある場合には、所定の電源電圧VDDに対し
ノードNの電位が極めて高い値に達するおそれがある。
従って、ノードN、すなわちトランジスタT2のソース
端子とこのトランジスタT2のゲート端子との間の電圧
がゲート誘電体のブレークダウン電圧に近付く或いは達
する状態が生じるおそれがある。
【0005】上述した危険な状態を回避する既知の手段
は、VDMOSトランジスタのソース及びゲート端子間
に電圧制限装置、例えば、予め決定した逆導通電圧を有
し、VDMOSトランジスタに対し危険であるとみなさ
れる電圧よりも低い、ゲート及びソース間の電圧で導通
するダイオードを接続することである。この解決策は上
述した電流発生器のみに適用されるものではなく、一般
に、ソース及びゲート間の電圧が危険な値に達するおそ
れがあるあらゆる分野におけるVDMOSトランジスタ
の保護にも適用されること勿論である。
【0006】しかし、電圧制限装置(電圧リミッタ)や
それらの接続線を設けるには、集積回路を設ける半導体
チップ上の追加の領域を要する。
【0007】既知のVDMOSトランジスタの構造を図
2に示す。このVDMOSトランジスタは、p導電型の
単結晶シリコン基板11上に形成されたn導電型のエピ
タキシャルシリコン層10内に形成され、主表面12を
有する。このVDMOSトランジスタは、本質的にエピ
タキシャル層の一部であり、トランジスタのドレイン領
域を構成するn型の第1領域13と、多量にドーピング
され、従ってPで示すp型の第2領域14であって、
第1領域13を横方向で制限するとともにこの第1領域
13をエピタキシャル層10の他の部分から分離するた
めにこの第1領域13を囲んで主表面12からエピタキ
シャル層10内に延在する当該第2領域14と、主表面
12から第1領域13内に延在し、トランジスタの本体
領域を構成するp型の第3領域15と、主表面12から
第3領域15内に延在し、この第3領域15のエッジと
相俟ってトランジスタのチャネル16を規定するn型の
第4領域9と、絶縁材料、例えば二酸化シリコンの薄肉
層18により主表面12から分離されて、チャネル16
の上方に位置し且つトランジスタのゲート電極を構成す
るように主表面の上方に延在する導電材料、例えば多結
晶シリコンの層17と、多量にドーピングされ、従って
第1領域13よりも固有抵抗が低い、Nで示すn型の
第5領域19であって、この例では、第1領域13より
も固有抵抗が低く且つこの第1領域13と基板11との
間に延在するn型の埋込み層20に連結するように第1
領域13の厚さ全体に亙ってこの第1領域13内に延在
する当該第5領域19と、第5領域19とオーム接触
し、トランジスタのドレイン端子Dに接続されている第
1金属電極21と、導電性のゲート層17と接触し、ト
ランジスタのゲート端子Gに接続されている第2金属電
極22と、ソース領域9の表面とオーム接触するととも
に、低固有抵抗のp型領域8により本体領域15の表面
とオーム接触し、トランジスタのソース端子Sに接続さ
れている第3金属電極23と、基板の主表面とオーム接
触し、集積回路全体に対し共通な、接地記号で示す端子
に接続されている第4金属電極24とを具える。図2に
示されるように、トランジスタはエピタキシャル層10
の、いわゆる能動領域内に形成されており、この能動領
域は、p型の第2領域14をn型の第1領域13の電位
よりも低い電位、通常接地電位にバイアスすることによ
り達成される接合分離によりエピタキシャル層の他の部
分から電気的に分離されている。更に、この能動領域
は、エピタキシャル層中に部分的に埋込まれた二酸化シ
リコンの比較的厚肉のプレート、いわゆるフィールド酸
化物7により他の能動領域から表面的に分離されてい
る。この構造体は、高温度での選択酸化による既知のシ
リコン成長技術により達成される。電極21、22及び
23の接点に必要とする開口のみを除いてこの構造体全
体に他の二酸化シリコン層6が被覆されている。
【0008】高電圧に対するトランジスタの耐圧性を改
善するために、すなわち、本体/ドレイン接合における
ブレークダウン電圧を高めるために、通常多結晶シリコ
ンより成る“フィールドプレート"として既知の導電性
プレートを用いることが知られており、これら導電性プ
レートは本体/ドレイン接合とエピタキシャルシリコン
層との交差線を越えて延在するとともに、電気力線が局
部的に集中しないように表面上の電界の形状を変更する
ようにバイアスされる。
【0009】更に、本体/ドレイン接合にまたがって高
い逆電圧が印加された状態では、薄肉のゲート酸化物層
から厚肉のフィールド酸化物層への遷移領域の下側に配
置された表面領域内にも強い電界が生じる為、これら領
域の上方にもフィールドプレートを形成することも既知
である。このようにするためには、実際に、ゲート電極
を、図2の例に示すようにフィールド酸化物の上方に延
在させるのがしばしば有利となる。
【0010】電界を局部的に更に減少させるためには、
フィールド酸化物の下側に延在するとともに能動領域を
その周囲全体に沿って囲む拡散領域を形成する他の既知
の手段が講じられている。この種類のp型領域を図2に
30で示す。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特に
ソース及びゲート間の過電圧に対するVDMOSトラン
ジスタの保護に追加の領域を用いる必要がないように、
このVDMOSトランジスタを上述した種類の集積回路
に設けることにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、第2導電型の
基板上の第1導電型の半導体材料の層内に形成された集
積回路のVDMOSトランジスタであって、このVDM
OSトランジスタが、前記基板側とは反対側の前記層の
主表面からこの層内に延在する第1導電型の第1領域
と、この第1領域を囲んで前記主表面から前記層内に延
在し、この層を横方向で画成する第2導電型の第2領域
と、前記主表面から前記第1領域内に延在する第2導電
型の第3領域と、前記主表面から前記第3領域内に延在
し、この第3領域のエッジと相俟って第1チャネルを規
定する第1導電型の第4領域と、少なくとも前記第1チ
ャネルの全体に亙って前記主表面上に延在する絶縁材料
の第1薄肉層と、少なくとも前記第1チャネルの全体に
亙って絶縁材料の前記第1薄肉層上に延在する導電材料
の第1層と、前記第1領域より低い固有抵抗を有し、前
記主表面からこの第1領域内に延在する第5領域と、こ
の第5領域と接触する第1電極と、導電材料の前記第1
層と接触する第2電極と、前記第3領域及び第4領域と
接触する第3電極と、前記第2領域に接続された第4電
極とを具え、前記第1領域と前記第5領域とが相俟って
VDMOSトランジスタのドレイン領域を構成し、前記
第3領域がVDMOSトランジスタの本体領域を構成
し、前記第4領域がVDMOSトランジスタのソース領
域を構成し、導電材料の前記第1層がVDMOSトラン
ジスタのゲート電極を構成し、前記第2領域が前記第1
領域の接合分離領域であり、前記第1電極と、前記第2
電極と、前記第3電極とがそれぞれVDMOSトランジ
スタのドレイン端子、ゲート端子及びソース端子に接続
され、前記第4電極が前記第2領域のバイアス端子に接
続されている当該VDMOSトランジスタにおいて、こ
のVDMOSトランジスタが、前記主表面から前記第1
領域内に、前記第2領域と接触するように延在し、前記
第3領域のエッジと相俟って第2チャネルを規定する第
6領域と、少なくとも前記第2チャネル全体に亙って延
在する第2薄肉層と、少なくとも前記第2チャネル全体
に亙って延在し、前記第2電極に接続されている導電材
料の第2層とを具え、前記第3領域と前記第6領域とが
それぞれMOSトランジスタのソース領域及びドレイン
領域を構成し、導電材料の前記第2層がこのMOSトラ
ンジスタのゲート電極を構成し、幾何学的及び物理的パ
ラメータは、集積回路を動作させた際に、前記MOSト
ランジスタのしきい値電圧が前記VDMOSトランジス
タのソース及びゲート間のブレークダウン電圧よりも低
くなり、前記MOSトランジスタが電圧リミッタとして
作用するように選択されていることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明は、以下の実施例の説明か
ら一層良好に理解しうるであろう。しかし、本発明はこ
の実施例に限定されるものではない。本発明によれば、
図2の素子と同じ素子に図2と同じ符号を付してある図
3に示すように、領域30をその周囲の一部に対し31
で示すように拡大し、分離領域14と一体となるように
する。拡散領域30,31はpチャネルラテラルMOS
トランジスタのドレイン領域を構成し、このトランジス
タはそのソース領域としてnチャネルVDMOSトラン
ジスタの本体領域15と、そのチャネルとして本体領域
15のエッジ及び拡散領域30,31間に配置されたエ
ピタキシャル層の表面領域とを有すること明らかであ
る。このラテラルMOSトランジスタは、VDMOSト
ランジスタのゲート及びソース電極にそれぞれ接続され
たゲート及びソース電極と、分離領域14及び基板11
によりこの基板11の底面上の第4電極24に接続され
たドレイン電極とを有する。
【0014】VDMOSトランジスタとして図3のVD
MOSトランジスタを用いる図1の電流発生器のような
電流発生器の場合、その等価回路は、図4に示すよう
に、図中Tで示す上述したpチャネルMOSトランジ
スタを有する。幾何学的及び物理的パラメータ、すなわ
ち、種々の領域の寸法、これらの固有抵抗及びこれらの
相互間隔を適切に選択することにより、pチャネルMO
Sトランジスタのしきい値があらゆる動作状態の下でV
DMOSトランジスタのソース及びゲート間のブレーク
ダウン電圧(Vgs)よりも低くなるように構成すること
ができる。代表的な100V処理、すなわち、ソース及
びドレイン間で100Vまでの電圧に耐えうるVDMO
Sトランジスタを製造するような処理では、許容最大電
圧Vgsは約20Vであり、pチャネルMOSトランジス
タのしきい値電圧は、その本体領域、すなわちVDMO
Sトランジスタのドレイン領域13をソース領域よりも
100V高くした場合に10Vに達した。従って、VD
MOSトランジスタが保護されること明らかである。そ
の理由は、そのソース及びゲート間の電圧は決してゲー
ト誘電体のブレークダウン電圧に近い値に達しえない為
である。この点は通常の製造処理に特別な工程を付加す
ることなく達成されることも明らかである。その理由
は、図3から明らかなように電圧制限装置、すなわちp
チャネルMOSトランジスタがVMOSトランジスタの
構造内にある為に、集積回路の更なる領域を使用するこ
となく、“レイアウト"を簡単に変更することにより、
このpチャネルMOSトランジスタが形成される為であ
る。
【0015】このpチャネルMOSトランジスタは、特
殊化した固有抵抗の、より正確に言えば、チャネルに隣
接する領域において固有抵抗を大きくした(ドーピング
濃度を少なくした)ドレイン領域を有する為に、本質的
に高電圧型であり、従ってVDMOSトランジスタの電
圧強度を全く拘束しないことに注意すべきである。
【0016】上述したところでは、本発明の一実施例の
みを説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく、種
々の変形が可能である。例えば、誘電体及びゲート電極
はVDMOSトランジスタとpチャネルMOSトランジ
スタとで別々に形成することができ、又上述した実施例
におけるようにそれぞれ同じ二酸化シリコン及び多結晶
層で形成せずに異なる厚さにすることができ、更に、全
ての領域を上述した実施例の導電型とは逆の導電型に
し、pチャネルMOS保護トランジスタを有するnチャ
ネルVDMOSトランジスタの代わりに、nチャネルM
OS保護トランジスタを有するpチャネルVDMOSト
ランジスタが得られるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】既知の電流発生器を示す回路線図である。
【図2】既知のVDMOSトランジスタの構造を示す、
集積回路の一部の断面図である。
【図3】本発明により保護されたVDMOSトランジス
タの構造を示す、集積回路の一部の断面図である。
【図4】本発明により保護されたVDMOSトランジス
タを有する電流発生器を示す回路線図である。
【符号の説明】
T1 npnバイポーラトランジスタ T2 nチャネルVDMOSトランジスタ RL 負荷 DZ ツェナーダイオード G 定電流発生器 D1,D2 寄生ダイオード T pチャネルMOSトランジスタ G ゲート端子 S ソース端子 D ドレイン端子 6 二酸化シリコン層 8 p型領域 9 n型の第4領域 10 エピタキシャルシリコン層 11 単結晶シリコン基板 12 主表面 13 n型の第1領域 14 p型の第2領域 15 p型の第3領域 16 チャネル 17 導通材料の層 18 絶縁材料の薄肉層 19 n型の第5領域 20 埋込み層 21 第1金属電極 22 第2金属電極 23 第3金属電極 24 第4金属電極 30,31 拡散領域

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第2導電型(p)の基板(11)上の第
    1導電型(n)の半導体材料の層(10)内に形成され
    た集積回路のVDMOSトランジスタであって、このV
    DMOSトランジスタが、 前記基板側とは反対側の前記層(10)の主表面(1
    2)からこの層(10)内に延在する第1導電型(n)
    の第1領域(13)と、 この第1領域(13)を囲んで前記主表面(12)から
    前記層(10)内に延在し、この層を横方向で画成する
    第2導電型(p)の第2領域(14)と、 前記主表面(12)から前記第1領域(13)内に延在
    する第2導電型(p)の第3領域(15)と、 前記主表面(12)から前記第3領域(15)内に延在
    し、この第3領域のエッジと相俟って第1チャネル(1
    6)を規定する第1導電型(n)の第4領域(9)と、 前記主表面(12)上で少なくとも前記第1チャネル
    (16)の全体に亙って延在する絶縁材料の第1薄肉層
    (18)と、 絶縁材料の前記第1薄肉層(18)上で少なくとも前記
    第1チャネル(16)の全体に亙って延在する導電材料
    の第1層(17)と、 前記第1領域(13)より低い固有抵抗を有し、前記主
    表面(12)からこの第1領域(13)内に延在する第
    5領域(19)と、 この第5領域(19)と接触する第1電極(21)と、 導電材料の前記第1層(17)と接触する第2電極(2
    2)と、 前記第3領域(15)及び第4領域(9)と接触する第
    3電極(23)と、 前記第2領域(14)に接続された第4電極(24)と
    を具え、 前記第1領域(13)と前記第5領域(19)とが相俟
    ってVDMOSトランジスタのドレイン領域を構成し、
    前記第3領域(15)がVDMOSトランジスタの本体
    領域を構成し、前記第4領域(9)がVDMOSトラン
    ジスタのソース領域を構成し、導電材料の前記第1層
    (17)がVDMOSトランジスタのゲート電極を構成
    しており、前記第2領域(14)が前記第1領域(1
    3)の接合分離領域であり、前記第1電極(21)と、
    前記第2電極(22)と、前記第3電極(23)とがそ
    れぞれVDMOSトランジスタのドレイン端子(D)、
    ゲート端子(G)及びソース端子(S)に接続され、前
    記第4電極(24)が前記第2領域(14)のバイアス
    端子に接続されている当該VDMOSトランジスタにお
    いて、 このVDMOSトランジスタが、 前記主表面(12)から前記第1領域(13)内に、前
    記第2領域(14)と接触するように延在し、前記第3
    領域(15)のエッジと相俟って第2チャネルを規定す
    る第6領域(30,31)と、 少なくとも前記第2チャネル全体に亙って延在する第2
    薄肉層(18)と、 少なくとも前記第2チャネル全体に亙って延在し、前記
    第2電極(22)に接続されている導電材料の第2層
    (17)とを具え、 前記第3領域(15)と前記第6領域(30,31)と
    がそれぞれMOSトランジスタのソース領域及びドレイ
    ン領域を構成し、導電材料の前記第2層(17)がこの
    MOSトランジスタのゲート電極を構成し、 幾何学的及び物理的パラメータは、集積回路を動作させ
    た際に、前記MOSトランジスタのしきい値電圧が前記
    VDMOSトランジスタのソース及びゲート間のブレー
    クダウン電圧(Vgs)よりも低くなり、前記MOSトラ
    ンジスタが電圧リミッタとして作用するように選択され
    ていることを特徴とするVDMOSトランジスタ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のVDMOSトランジス
    タにおいて、このVDMOSトランジスタが、主表面
    (12)上で第6領域(30,31)上にほぼそのエッ
    ジまで延在する比較的厚肉の絶縁材料の層を有し、この
    比較的厚肉の絶縁材料の層上に導電材料の前記第2層
    (17)が延在していることを特徴とするVDMOSト
    ランジスタ。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載のVDMOSトラ
    ンジスタにおいて、導電材料の前記第1層(17)と導
    電材料の前記第2層(17)とで単一片を構成している
    ことを特徴とするVDMOSトランジスタ。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか一項に記載のV
    DMOSトランジスタにおいて、このVDMOSトラン
    ジスタが第1導電型(n)の埋込み層(20)を有し、
    この埋込み層は前記第1領域(13)よりも低い固有抵
    抗を有するとともに、この第1領域(13)と前記基板
    (11)との間に延在していることを特徴とするVDM
    OSトランジスタ。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載のVDMOSトランジス
    タにおいて、前記第5領域(19)が前記埋込み領域
    (20)まで延在していることを特徴とするVDMOS
    トランジスタ。
  6. 【請求項6】 バイポーラトランジスタ(T1)を具
    え、このバイポーラトランジスタ(T1)に、請求項1
    〜5のいずれか一項に記載のVDMOSトランジスタ
    (T2)がカスコード配置で接続されていることを特徴
    とする集積回路の電源発生器。
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