JPS59121979A - 高耐圧絶縁ゲ−ト型半導体装置 - Google Patents

高耐圧絶縁ゲ−ト型半導体装置

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JPS59121979A
JPS59121979A JP22900782A JP22900782A JPS59121979A JP S59121979 A JPS59121979 A JP S59121979A JP 22900782 A JP22900782 A JP 22900782A JP 22900782 A JP22900782 A JP 22900782A JP S59121979 A JPS59121979 A JP S59121979A
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JP
Japan
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gate
region
conductor layer
difference
oxide film
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JP22900782A
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English (en)
Inventor
Kazuo Kunimasa
国政 一男
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric 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
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42364Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity
    • H01L29/42368Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity the thickness being non-uniform
    • 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
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    • 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

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 不発8Aは、高耐圧絶縁ゲート型半導体装置にかがり、
特に絶縁ゲート電界効果トランジスタの両耐圧化に関す
る。
〔従来技術〕
一一般VCMO8FB’I’ のドレイン耐圧は、ゲー
ト下のドレイン端における電界集中によるアバランシュ
破壊で決まっている。このため、MOSFET のドレ
イン耐圧全向上する為には、ドレイン拡散層の周囲にド
レインと同一伝導型で不純物濃度の少ない低濃度層全形
成して、半導体基板とドレインの接合耐圧を向上する方
法、あるいは、ゲート酸化膜の膜厚を大きくして、ゲー
ト−ドレイン間の電界全緩和する方法が一般にとられて
いる。以下に従来の高耐圧MO8FETの構造を詳述す
る。
第1図は、従来の耐圧全向上させたMU 8 ]1” 
E Tを示す断面図である。図において、1はN型シリ
コン基板、2はソース高濃度拡散層、3はドレイン高濃
度拡散層、4はドレイン低濃度拡散層、5はゲート酸化
膜、6はN型ポリシリコン層、7はフィールド酸化膜、
8はCVDPSG膜、9はソース電極、10はドレイン
電極、11はゲート電極である。本M(J8FETでは
N型シリコン基板1とドレイン3の接合耐圧をP型低濃
度層4全設けることにより向上させたものである。
しかしながら、このような構造においては、P型低濃度
領域がピンチ抵抗としてはたらくためVC1相互コンダ
クタンスが小さくなる難点がある。
第2図は、スタックドゲートを用いた従来のMO−8F
ET  の構造4示す断面図である。ゲート電極6をオ
フセット構造として、オフセット領域全スタックドゲー
ト12でコントロールする。この構造をとるとスタック
ドゲート12の下のゲート酸化膜が厚い為耐圧は向上す
るが、オフセット領域VC尚い電圧をかける必要があり
、また電極端子13が増えるという欠点がある。
第3図は、従来のゲート酸化膜厚を部分的に変えて高側
圧化したMOSFETの断面図である。図において、ゲ
ート酸化膜のドレイン側15をソース側140領域より
厚くした階段状のゲート構造をとるものでゲート−ドレ
イン間の電界全緩和し、MOSFETの耐圧全回上する
ものである。しかしながら本構造をとるとゲート酸化膜
厚の薄い領域14と厚い領域15で、MOSFETのし
きい値■Tが異なり、ゲート酸化膜厚が厚い部分での■
Tが筒くなるため印加ゲート電圧に対して、十分な太〔
発明の目的〕 不発明は、以上の問題点全改良した高耐圧絶縁ゲート型
半導体装置、特に階段状のゲート構造4有するMOSF
ETにおいて耐圧全向上し、かつしきい値電圧をコント
ロールし、相互コンダクタンスのバラツキの少ない高耐
圧t5縁ゲート型半導体装置を提供するにある。
〔発明の構成〕
本第1の発明は、MO8型電界効果トランジスタにおい
て、ゲート絶縁膜が膜厚の薄い第1領域と膜厚の厚い第
2領域よりなる階段構造を有し、該ゲート絶縁膜の第1
領域の表面上に形成する第1のゲート導体層と、第2の
ゲート絶縁膜表面VC形成する前記第1のゲート導体層
とは異なる材料からなる第2のゲート導電体層とを有し
、第1のゲート導電体層と半導体基板との仕事関数の差
が第2のゲート導電体層と半導体基板との仕事関数の差
よりも大きいこと全特徴とする高耐圧絶縁ゲート型半導
体装置にある。
また、本第2の発明は、MO8型電界効果型トランジス
タにおいて、ゲート絶縁膜がソース側の第1領域、チャ
ンネル中央部表面の第2領域、ドレイン側の第3領域か
らなり、該ゲート絶縁膜の第1及び第3領域が厚く、第
2領域が薄い凹形構造をなし、該ゲート絶縁膜の第1及
び第3領域表面に形成する第1及び第3のゲート導電体
層と、第2のゲート絶縁膜表面に形成する前記第1のゲ
ート導電体層とは異なる材料からなる第2のゲート導電
体層とを有し%第1及び第3のゲート導電体層と半導体
基板との仕事関数の差が第2のゲート導電体層と半導体
基板との仕事関数の差よ−りも小さいこと全特徴とする
高耐圧絶縁ゲート型半導体装置にある。
〔実施例〕
以下、実施例にそって図面を参照し、本発明全具体的に
説明する。
第4図は、不法1の発明の一実施例によるMO8型電界
効果トランジスタの断面図である。図においてIt′i
N型シリコン基板、2はソース高濃度拡散層、3はドレ
イン高濃度拡散層、7はフィールド酸化膜、8はCVD
P8G膜、 9はソース電極。
10Fiドレイン電極、11はゲート電極である。
ゲート酸化膜はソース側の薄い領域16とドレイン側の
厚い領域17よフなり、ゲー)[化膜の博い領域16上
には、N型シリコン基板1との仕事関数差φM80大き
い導電体層(例えばPt )18を形成し、またゲート
酸化膜の厚い領域17上には、N型シリコン基板1との
仕事関数差φM8が、はとんどOeVに近い導電体層(
しUえはN型ポリシリコン)19を形成する。このよう
な階段状のゲート酸化膜上の導電体層18.19にそれ
ぞれPtN型ポリシリコンとすれば、N型シリコン基板
1とPt及びN型ポリシリコンの仕事関数差φM8は、
それぞれ1.3eV、QeVであり、ゲート酸化膜15
.16の膜厚をそれぞれ100OA、1350Aとする
ことにより階段状のゲートのしきい値電圧vTが膜厚の
異なる2領域において等しくなる。従って従来の方法に
よる第2図VC示すようにゲート酸化膜の厚い領域VC
高電圧全印加する必要がなくなる。また前述のように膜
厚の異なる2領域において、しきい値電圧VTが等しい
ので、相互コンダクタンスgmが低下することはない。
第5図は不法1の発明の他の実施例によるMO8型電界
効果トランジスタの断面図である。図tζおいて構成は
第4図に準するが、異なる点はどレイン高濃度層3の周
囲に図示されている様に、これと同一の伝導型の低濃度
層4が設けであることである。このようにすることによ
り第4図の第1の実施例に比較して相互コンダクタンス
gmは低下するが、ドレイン耐圧はさらに高くできる効
果がある。
第7図は不法2の発明の一実施例によるMO8型電界効
果トランジスタの断面図を示す。MOSFET では第
6図に示すトランスミ、ジョンゲート回路のような双方
向性の回路があり、このような回路ではMO8FE’l
’のソース及びドレインが対称形である。
従って、双方向性MO8FETを高耐圧化するためVC
は、以上述べたような高耐圧化したドレイン側ゲート構
造をソース側にも適用する必要がある。
第7図において1〜11は第1の発明の第4図に準する
。本実施例ではソース高濃度拡散層2側にもドレイン側
と対称形になるように厚いゲート酸化膜20を設け、そ
の表面にN型シリコン基板と仕事関数差がほぼOeVと
なるN型ポリシリコン19’tゲート電極として設ける
。18はチャンネル中央の薄いゲート酸化Jll!21
上に設けられたPi電極である。このような双方向性M
O8FETにおいても前述したように、しきい値電圧V
Tは、ソース及びドレイン側の厚いゲート酸化膜領域と
チャンネル中央の薄いゲー)[化膜領域で同じ値となり
、耐圧も向上する。
第8図は不法2の発明による他の実施例によるMO8型
電界効果トランジスタの断面図である。
第7図の構成の双方向性M(JSFETの耐圧全史VC
向上するだめのもので、第5図の実施例で述べたように
不実施例ではソース拡散層2、ドレイン拡散層3の周囲
に同一不純物で、かつ低濃度のソース領域22及びドレ
イン領域4が設けられている。
従って耐圧向上7更に進めることができる。
〔発明の効果〕
以上説明したとお9本発明によれば階段状のゲート構造
?有するMOS  FETにおいて、耐圧全向上させ、
かつしきい値電圧をコントロールし、相互コンダクタン
スのバラツキを少なくした高耐圧絶縁ゲート型半導体装
置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は耐圧を向上さぜた従来のMO8FET
l/)18′r面図、第4図及び第5図は不用1の発明
の実施例V(よるMOSFETの断面図、第6図はトラ
ンスミッションゲート回路を示す図、第7図及び第8図
は不用2の発明の実施例によるMO8F E Ill 
の断面図である。 1、・、N型シリコン基板、2 ・・ P型ソース筒濃
度拡散層、3・ ・P型ドレイン高濃度拡散層、4.2
2 ・・P型ソース及びドレイン低濃度拡散層、5・・
・・ゲートi化膜、6−−・N型ポリシリコン層、7 
 ・フィールド酸化膜、8 ・ CVL)PSO膜、9
・−・−ソース電極、10・・ ドレイン電極、11・
・ ゲート電極、12・・・スタックドゲート、13.
1.5.21・・・−・薄いゲート酸化膜、14゜17
.20・・・・jlいゲート酸化膜、]8 ・・白金#
l 図 第2 図 第3 z 第4 図 、第2s図 一牟 7 ゾ /l 草8 回

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)MO8型電界効果トランジスタにおいて、ゲート
    絶縁膜が膜厚の薄いil領域と膜厚の厚い第2領域より
    なる階段構造を有し、該ゲート絶縁膜の第1領域の表面
    上に形成する第1のゲート導電体層と、第2のゲート絶
    縁膜表面に形成する前記第1のゲート導電体層とは異な
    る材料からなる第2のゲート導電体層とを有し、第1の
    ゲート導電体層と半導体基板との仕事関数の差が第2の
    ゲート導電体層と半導体基板との仕事関数の差よりも大
    きいことを特徴とする高耐圧絶縁ゲート型半導体装置。
  2. (2)  ドレイン領域が、基板と異なる導電型を示す
    不純物を高濃度に有する第1の領域と、前記第1の領域
    に接し前記不純物ft第1の領域より低い濃度で有し、
    かつ少なくともチャンネル領域に接する第2の領域とか
    らなることを特徴とする特徴請求の範囲第(1)項記載
    の高耐圧絶縁ゲートを半導体装置。
  3. (3)MO8型電界効果トランジスタにおいて、ゲート
    絶縁膜がソース側の第1領域、チャネル中央部表面の第
    2領域、ドレイン側の第3領域からなり、該ゲート絶縁
    膜の第4及び第3領斌が厚く、第2領域が薄い凹型構造
    全なし、該ゲート絶縁膜の第1及び第3領域表面に形成
    する第1及び第3のゲート導電体層と、第2のゲート絶
    縁膜表面に形成する前記第1のゲート4電体層とは異な
    る材料からなる第2のゲート4電体層とを有し、第1及
    び第3のゲート導電体層と半導体基板との仕事関数の差
    が、第2のゲート導電体層と半導体基板との仕事関数の
    差よりも小さいことを特徴とする高耐圧絶縁ゲート型半
    導体装置。
  4. (4)  ソース及びドレイン領域が、基板と異なる導
    電型を示す不純物を高濃度VC有する第1の領域と、前
    記第1の領域に接し前記不純物を第1の領域よう低い濃
    度で有し、かつ少なくともチャネル領域VC接する第2
    領域とからなることを特徴とする特許請求の範囲第(3
    )項記載の高耐圧絶縁ゲート型半導体装置。
JP22900782A 1982-12-28 1982-12-28 高耐圧絶縁ゲ−ト型半導体装置 Pending JPS59121979A (ja)

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Cited By (5)

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