JPS59130472A - Insulated gate type field effect transistor - Google Patents

Insulated gate type field effect transistor

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JPS59130472A
JPS59130472A JP21618783A JP21618783A JPS59130472A JP S59130472 A JPS59130472 A JP S59130472A JP 21618783 A JP21618783 A JP 21618783A JP 21618783 A JP21618783 A JP 21618783A JP S59130472 A JPS59130472 A JP S59130472A
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JP
Japan
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region
drain
substrate
voltage
effect transistor
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Application number
JP21618783A
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Japanese (ja)
Inventor
Isao Yoshida
功 吉田
Takeaki Okabe
岡部 健明
Tatsu Toriyabe
達 鳥谷部
Mineo Katsueda
勝枝 嶺雄
Masatomo Furuumi
古海 正友
Yukio Shirota
代田 幸夫
Hideshi Ito
伊藤 秀史
Shikayuki Ochi
越智 鹿之
Minoru Nagata
永田 穣
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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

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Abstract

PURPOSE:To prevent a negative feedback loop generated when avalanche multiplies and thus prevent the phenomenon of negative resistance generated after drain withstand breakdown by a method wherein the resistance value of a substrate in a high withstand MOSFET is reduced, thus putting the transistor in a structure wherein the drain withstand voltage is determined by the junction voltage between the drain and the substrate. CONSTITUTION:A P type epitaxial layer 1' has the impurity concentration NA at 1.3X10<15>cm<-3> and the thickness at 12mum, and the P type high impurity concentration substrate 1'' has NA at 5X10<18>cm<-3>. A source region 2 and a drain region 3 is 1.5mum deep, and a gate insulation film 6 is 130mum thick. An N type high specific resistance region 5 is formed by ion implantation; the length LR is 13mum, and the amount of ion implantation NDS is 1X10<12>cm<-2>. An N type drain intermediate region is 8mum deep. The dimensions of this element are: 4.3X4.3mm. in chip size, 8mum in channel length, and 18cm in channel width. For assembly, a chip is attached and wired by means of an Al wire of 300mum phi. The breakdown characteristic between the drain and source of this MOSFET does not generate negative resistance phenomenon at all.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の利用分野] 本発明は絶縁ゲート形電界効果トランジスタ(以下、I
GFETと省絡する)、とくにドレイン耐圧の高いL 
G E F Tに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as an I
GFET), especially L with high drain breakdown voltage
Regarding G E F T.

[発明の背景] 一般にI n5ulated−G ate F E T
と称されてし)るIGFETは、今まテニ主に10〜2
0v以下の低電圧、数mA以下の小電流のスイッチング
素子として使われていた。
[Background of the Invention] In general, I n5ulated-Gate FET
Currently, IGFETs, which are called
It was used as a switching element for low voltages below 0V and small currents below several milliamps.

しかしながら、次の理由でICEFTはこのような今ま
での低電圧、小電流の用途のみならず、高電圧、大電流
の用途にも適用されることが望ましい。例えば、ICE
FTは、比較的大きいドレイン電流においてこのドレイ
ン電流が負の温度係数を持ち、電極に流れる電流によっ
て大きい半導体ペレット上に電位差が生じても電流集中
現象が起らないため、熱暴走による破壊が発生しにくい
However, for the following reasons, it is desirable that the ICEFT be applied not only to such conventional low voltage and small current applications but also to high voltage and large current applications. For example, ICE
In FT, when the drain current is relatively large, this drain current has a negative temperature coefficient, and even if a potential difference is generated on a large semiconductor pellet due to the current flowing through the electrode, a current concentration phenomenon does not occur, so destruction due to thermal runaway occurs. It's hard to do.

IGEFTは高入力インピーダンスであり、しがもドレ
イン電流がゲート・ソース間電圧の自乗に比例し、高次
の成分をほとんどもたない。したがってICEFTは高
電力利得であり、しかもより低歪率の特性を示す。また
IG”EFT、は、ドレイン電圧対ドレイン電流特性が
飽和特性、いわゆる五極管特性を示すので、電源電圧の
変動に対し良好な特性を示す。工GEFTはゲート・ソ
ース遮断電圧の値及び範囲を自由に選択できる。また、
ゲート電圧、ドレイン電圧等の変動に対するゲート・ソ
ース間容量の変動及びゲート・ドレイン間容量の変動は
、接合型電界効果トランジスタよすも少ない。
IGEFT has a high input impedance, and the drain current is proportional to the square of the gate-source voltage, and has almost no high-order components. Therefore, ICEFT has high power gain and exhibits characteristics of lower distortion. In addition, the drain voltage vs. drain current characteristic of the IG"EFT exhibits saturation characteristics, so-called pentode characteristics, so it exhibits good characteristics against fluctuations in power supply voltage. You can freely choose.Also,
Changes in gate-source capacitance and gate-drain capacitance due to changes in gate voltage, drain voltage, etc. are much smaller than in junction field effect transistors.

それゆえ、IGEFTを高電圧、大電流で使用するため
、高耐圧構造が開発された。第1図はその構造の断面図
を示し、所謂オフセットゲート構造である。同図におい
て、1はP型シリコン基板、2はN型ソース領域、3は
N型ドレイン低比抵抗領域、41.iN型トレイン中間
領域、5はドレイン中間領域に接続するN型高比抵抗領
域、いわゆるオフセットゲート領域、6はシリコン酸化
膜、7はシリコン酸化膜6を介してソース、ドレイン領
域間のシリコン基板1の表面、すなわちチャンネル領域
上に形成された例えば多結晶シリコンからなるゲート電
極、8,9はそれぞれソース電極。
Therefore, in order to use IGEFTs at high voltages and large currents, high voltage structures have been developed. FIG. 1 shows a cross-sectional view of the structure, which is a so-called offset gate structure. In the figure, 1 is a P-type silicon substrate, 2 is an N-type source region, 3 is an N-type drain low resistivity region, 41. An iN-type train intermediate region, 5 an N-type high resistivity region connected to the drain intermediate region, a so-called offset gate region, 6 a silicon oxide film, and 7 a silicon substrate 1 between the source and drain regions via the silicon oxide film 6. A gate electrode made of, for example, polycrystalline silicon is formed on the surface of the channel region, and 8 and 9 are source electrodes, respectively.

ドレイン電極である。This is the drain electrode.

この高耐圧用のオフゼット・ゲート構造のMO8型IG
EFTのドレイン・ソース間のブレークダウン特性を第
2図の8曲線で示す。同曲線から明らかにように、本構
造においては200vでブレークダウンし、ブレークダ
ウン電流IDSが流れた後、負性抵抗現像が顕著に現わ
れている。特に、Nチャンネル素子で顕著である。この
ため、この高耐圧用のMO5型ICEFTにおいては、
印加電圧が高いため負性抵抗現象により、一度負性抵抗
領域に入ると大電流が流れ、非常に破壊しゃすい欠点を
有し、高電圧、大電流の素子製作上大きな問題であった
This MO8 type IG with offset gate structure for high voltage
The breakdown characteristic between the drain and source of the EFT is shown by curve 8 in FIG. As is clear from the curve, this structure breaks down at 200V, and after the breakdown current IDS flows, negative resistance development appears prominently. This is particularly noticeable in N-channel devices. Therefore, in this MO5 type ICEFT for high voltage,
Due to the high applied voltage, a large current flows due to the negative resistance phenomenon, and once it enters the negative resistance region, it has the disadvantage of being extremely susceptible to destruction, which is a major problem in the production of high voltage, large current devices.

[発明の目的コ 本発明の目的は、上述した従来の高耐圧用のMOSFE
Tの負性抵抗現象を全く除去した、耐破壊性に優れたM
OSFETを提供することにある。
[Object of the Invention] The object of the present invention is to improve the conventional high voltage MOSFE described above.
M with excellent destruction resistance that completely eliminates the negative resistance phenomenon of T.
Our goal is to provide OSFETs.

[発明の概要] 上記目的を達成するため、本発明においては、高耐圧用
MO8FETの基板として、ソース領域。
[Summary of the Invention] In order to achieve the above object, the present invention uses a source region as a substrate of a high voltage MO8FET.

ドレイン領域を設けた半導体領域を含む半導体に、該半
導体より抵抗小なる半導体もしくは導体をオーム接触に
より接続した基板を使用し、かつ高比抵抗領域の長さを
所定値以上にすることによりドレイン耐圧がドレイン基
板間の接合耐圧によって制限される構成とする。
By using a substrate in which a semiconductor including a semiconductor region with a drain region is connected to a semiconductor or a conductor having a lower resistance than the semiconductor through ohmic contact, and by making the length of the high resistivity region more than a predetermined value, the drain breakdown voltage can be increased. is limited by the junction breakdown voltage between the drain and substrate.

以下、本発明の原理について詳述する。まず、第1図の
構造で負性抵抗現象が存在する理由について本発明者が
解析した結果について述べる。第3図は第1図の構造の
動作説明のための模式図であり、同図(a)は断面構造
図、同図(b)はその等価回路図である。同図において
、ソース領域2、基板1、ドレイン領域3′、5からな
る寄生NPNバイポーラ・トランジスタ(Eはエミッタ
、Bはベース、Cはコレクタを示している。)が構成さ
れる。今、ゲート電極7の近傍の基板表面部分、すなわ
ち高比抵抗領域5にアバランシェ増倍が生じると、発生
した正孔電流は基板1に流れて基板1に存在する抵抗R
8IJBに電圧を発生させる。そのため、基板1の電位
はソース領域2の電位よりも約0.5v程度高くなり、
寄生NPNバイポーラ・トランジスタのE−B間が癩バ
イアスとなりソース領域2から基板lへの電子の流入が
起こる。この注入電子が再びゲート電極7の近傍の基板
表面部分の高電界中でアバランシェ増倍を起こすと正帰
還ループを構成し、この結果、負性抵抗が生じるン考え
られる。その他、基板表面部分のアバランシェ増倍で発
生した正孔電流がソース領域2へも流入し、やはり正帰
還ループを構成すると考えられる。
The principle of the present invention will be explained in detail below. First, the results of the inventor's analysis of the reason why the negative resistance phenomenon exists in the structure shown in FIG. 1 will be described. 3 is a schematic diagram for explaining the operation of the structure shown in FIG. 1, FIG. 3(a) is a cross-sectional structural diagram, and FIG. 3(b) is an equivalent circuit diagram thereof. In the figure, a parasitic NPN bipolar transistor (E is an emitter, B is a base, and C is a collector) is constituted by a source region 2, a substrate 1, and drain regions 3' and 5. Now, when avalanche multiplication occurs in the substrate surface area near the gate electrode 7, that is, the high resistivity region 5, the generated hole current flows to the substrate 1, and the resistance R existing in the substrate 1
Generate voltage at 8IJB. Therefore, the potential of the substrate 1 becomes about 0.5V higher than the potential of the source region 2,
A leprosy bias is applied between E and B of the parasitic NPN bipolar transistor, causing electrons to flow from the source region 2 to the substrate l. When the injected electrons again undergo avalanche multiplication in the high electric field on the substrate surface near the gate electrode 7, they form a positive feedback loop, and as a result, it is thought that negative resistance occurs. In addition, the hole current generated by avalanche multiplication in the substrate surface portion also flows into the source region 2, which is considered to form a positive feedback loop.

なお、Pチャンネル型のMOSFETで負性抵抗現象が
生じにくいのは、ソース領域から基板に注入されるキャ
リアが電子よりもイオン化率の小さい正孔なので上記正
帰還ループが発生しにくいためと説明できる。
The reason why the negative resistance phenomenon is less likely to occur in P-channel MOSFETs can be explained by the fact that the carriers injected from the source region into the substrate are holes, which have a lower ionization rate than electrons, so the positive feedback loop described above is less likely to occur. .

以上の負性抵抗現象発生理由の認識に基づき。Based on the above recognition of the reason for the occurrence of negative resistance phenomenon.

本発明者は次の2点が負性抵抗現象の防止に有効である
ことを発見した。すなわち、その1として、基板lに存
在する抵抗R9uaの値を実質的に低下させることによ
り、ソース領域2と基板lとの間のPN接合が順方向に
バイアスされにくくする。その2として、基板表面付近
での電界強度を基板内部での電界強度より弱くすること
により、表面でアバランシェ増倍が発生せず、基板内部
で発生するようにし、ソース領域2から注入されたキャ
リアがアバランシェ増倍に関係しないようにする。
The present inventor discovered that the following two points are effective in preventing the negative resistance phenomenon. That is, as a first step, by substantially lowering the value of the resistor R9ua present in the substrate l, the PN junction between the source region 2 and the substrate l is made less likely to be biased in the forward direction. Second, by making the electric field strength near the substrate surface weaker than the electric field strength inside the substrate, avalanche multiplication does not occur at the surface but occurs inside the substrate, and carriers injected from source region 2 is not related to avalanche multiplication.

以上の2点により、上述した正帰還ループ、ひいては負
性抵抗現象の発生を防止できることになる。
The above two points make it possible to prevent the above-mentioned positive feedback loop and, by extension, the occurrence of the negative resistance phenomenon.

上述の第1点に対しては、基板を低比抵抗層と高比抵抗
層の2層とする。例えば、低比抵抗半導体基板上に高比
抵抗層をエピタキシャル成長で形成し、この層中にソー
ス領域、ドレイン領域などを形成する。また、上述の第
2点に対しては、高比抵抗領域の長さく以下、LRとす
る。)を所定値以上の値とする。これは次のように説明
できる。
Regarding the above-mentioned first point, the substrate has two layers, a low resistivity layer and a high resistivity layer. For example, a high resistivity layer is formed by epitaxial growth on a low resistivity semiconductor substrate, and a source region, a drain region, etc. are formed in this layer. Furthermore, regarding the second point mentioned above, the length of the high resistivity region is hereinafter referred to as LR. ) shall be a value greater than or equal to a predetermined value. This can be explained as follows.

すなわち、ドレイン耐圧をドレイン・基板間の接合耐圧
によって決定するためには、ドレインにある電圧を印加
したとき、電界強度が最大となる部分をドレイン・基板
間の接合部分に存在させれば良い。そのためには基板表
面において伸びる空乏層の長さをドレイン・基板間の接
合部分で伸びる空乏層より長くすれば良いから、基板表
面部分に形成する高比抵抗領域の長さLl12を所定値
以上にすることにより、基板表面において伸びる空乏層
の長さを長くする。
That is, in order to determine the drain breakdown voltage by the junction breakdown voltage between the drain and the substrate, it is sufficient to create a portion where the electric field strength is maximum when a certain voltage is applied to the drain at the junction between the drain and the substrate. To achieve this, the length of the depletion layer extending on the substrate surface should be made longer than the depletion layer extending at the junction between the drain and the substrate, so the length Ll12 of the high resistivity region formed on the substrate surface should be set to a predetermined value or more. By doing so, the length of the depletion layer extending on the substrate surface is increased.

[発明の実施例] 以下1本発明を実施例を用いて詳述する。[Embodiments of the invention] The present invention will be explained in detail below using examples.

第4図は、本発明の一実施例の断面図を示す。FIG. 4 shows a cross-sectional view of one embodiment of the invention.

1′はP形のエピタキシャル層で、不純物濃度NAが1
.3X10  cm  で、厚さが12μmである。
1' is a P-type epitaxial layer with an impurity concentration NA of 1.
.. It is 3×10 cm and has a thickness of 12 μm.

+8−3 1#はP形の高不純物濃度基板でNAが5X10cmで
ある。ソース領域2.ドレイン領域3は深さが1.5μ
m、ゲート絶縁膜6は厚さが130nmである。N型高
比抵抗領域5はりん(P)イオン打込みによって形成さ
れ、長さLRが13μm、そのイオンの打込み量NDS
がI X 1012on−”である。N形ドレイン中間
領域は深さが8μmである。本素子の寸法は、チンプサ
イ坏が4.3X4.3mmチャンネル長が8μm、チャ
ンネル幅が18cmであり組み立てはTO−3ステムに
チップ付けをし、300μmφのAQ線で配線をした。
+8-3 1# is a P-type high impurity concentration substrate with NA of 5×10 cm. Source area 2. Drain region 3 has a depth of 1.5μ
m, the gate insulating film 6 has a thickness of 130 nm. The N-type high resistivity region 5 is formed by phosphorus (P) ion implantation, has a length LR of 13 μm, and an ion implantation amount NDS.
is I x 1012on-''.The depth of the N-type drain intermediate region is 8 μm.The dimensions of this device are 4.3 x 4.3 mm for chimney size, 8 μm for channel length, and 18 cm for channel width. -3 A chip was attached to the stem, and wiring was done with an AQ wire of 300 μmφ.

このM、08FETのドレイン・ソース間のブレークダ
ウン特性を第2図の5曲線に示す。200Vでブレーク
ダウンし、ブレークダウン電流IDSが流れた後も、従
来の8曲線と異なり、負性抵抗現象が全く生じていない
。これは、基板が高不純物濃度基板1#とエピタキシャ
ル層1′とで形成されていること、及び高比抵抗領域5
の長さLRを13μmとしたため゛、ドレイン領域4の
下のエピタキシャル層1′の厚さxp = 4μmより
大きくなり、ドレイン・基板間で伸びる空乏層に比べて
基板表面での空乏層はそれ以上の値となり、アバランシ
ェ増倍は基板内部でおこることから負帰還ループが発生
しないためである。
The drain-source breakdown characteristic of this M,08 FET is shown in curve 5 in FIG. Even after breakdown occurs at 200V and breakdown current IDS flows, no negative resistance phenomenon occurs at all, unlike the conventional 8 curves. This is because the substrate is formed of the high impurity concentration substrate 1# and the epitaxial layer 1', and the high resistivity region 5
Since the length LR is set to 13 μm, the thickness xp of the epitaxial layer 1' under the drain region 4 is larger than 4 μm, and the depletion layer on the substrate surface is larger than the depletion layer extending between the drain and the substrate. This is because avalanche multiplication occurs inside the substrate, so no negative feedback loop occurs.

さらに、本発明の効果を他の特性でも示すことができる
。第5図に、MOSFETの耐破壊特性に相当する安全
動作領域(ASO)について、第1図の従来例と本発明
の上記実施例との比較を示す。
Furthermore, the effects of the present invention can also be exhibited by other characteristics. FIG. 5 shows a comparison between the conventional example shown in FIG. 1 and the above-described embodiment of the present invention with respect to the safe operating area (ASO) corresponding to the breakdown resistance characteristics of a MOSFET.

この測定は、To−3ステムを無限大放熱器にセットし
、直流パワーを印加し、素子が破壊する点をプロットし
たものである。aは、従来例の素子で、電圧VDSが1
00■以上で急激に電流1o5が減少している。これは
、第2図aの特性に現われている負性抵抗現象のためで
ある。これに対して、bは、上記実施例の素子で、Vo
Sが、ブレークダウン電圧の200vまで、II)Sの
急激な低下は現われていない。つまり、本発明によりA
SO範囲が格段に増加した訳である。
In this measurement, the To-3 stem was set in an infinite heat sink, DC power was applied, and the point at which the element broke was plotted. a is a conventional element with a voltage VDS of 1
00■ or more, the current 1o5 decreases rapidly. This is due to the negative resistance phenomenon appearing in the characteristics shown in FIG. 2a. On the other hand, b is the element of the above example, Vo
II) No sudden drop in S appears until S reaches the breakdown voltage of 200V. That is, according to the present invention, A
This means that the SO range has increased significantly.

次に本発明の他の実施例を第6図に示す。同図は第4図
からみて、高比抵抗領域5を、りん(P)をドープした
絶縁膜(PSG膜)10で覆った点、及びソース電極8
′がソース・フィールドプレートをもかね、高比抵抗領
域5の上を覆っている点のみ相違し、他は全て同一であ
る。本実施例では先の負帰還ループ防止効果に加え、高
温逆バイアスによる信頼度テストにおいても良好な結果
が得られた。ソース・フィールドプレートの有する効果
については特願昭50−141653号などを参照され
たい。
Next, another embodiment of the present invention is shown in FIG. The figure shows, when viewed from FIG.
The only difference is that ' also serves as a source field plate and covers the high resistivity region 5, and everything else is the same. In this example, in addition to the negative feedback loop prevention effect described above, good results were also obtained in a reliability test using high temperature reverse bias. Regarding the effects of the source field plate, please refer to Japanese Patent Application No. 141653/1983.

第7図は、第6図に示した本発明のMOSFETにおい
て、高比抵抗領域5の長さLRを変化させた場合、ドレ
イン耐圧B VpSの変化を示す実験結果である。なお
、以下の事実は第4図の実施例のみならず、本発明の構
造を有するMOSFET全てに通用する。高比抵抗領域
5へのりん(P)のイオン打込み量N、sを7.5〜1
2.!5 X 10”cm−”の間で変化させたが、は
ぼ同様な傾向を示している。共通している事項はLRが
6.5μmまではB VD5がLRに依存して増加し、
6.5μm以上ではL に依存せずほぼ一定値を示すこ
とである。これは先に述べた、L、が所定値以上の時(
本発明の領域S)、耐圧を制限する領域が基板表面から
ドレイン・基板間の接合部分に変化する事を意味してい
る。
FIG. 7 shows experimental results showing changes in drain breakdown voltage B VpS when the length LR of the high resistivity region 5 is changed in the MOSFET of the present invention shown in FIG. Note that the following facts apply not only to the embodiment shown in FIG. 4 but also to all MOSFETs having the structure of the present invention. The amount N, s of ion implantation of phosphorus (P) into the high resistivity region 5 is 7.5 to 1.
2. ! Although it was varied between 5 x 10"cm-", it shows almost the same trend. The common points are that BVD5 increases depending on LR until LR is 6.5 μm.
At 6.5 μm or more, it does not depend on L and exhibits a substantially constant value. This is mentioned earlier, when L is greater than a predetermined value (
Region S) of the present invention means that the region that limits the breakdown voltage changes from the substrate surface to the junction between the drain and the substrate.

この事実を理論的に裏づけするために行なった計算機シ
ュミレーションの結果を第8図、第9図に示す。第8図
、第9図は第6図の実施例においてLRがそれぞれ6μ
m、20μmの場合のMO8FET断面の電界分布の計
算結果であり、ドレイン・ソース間に140vの電圧を
印加している。
The results of computer simulations conducted to theoretically support this fact are shown in FIGS. 8 and 9. Figures 8 and 9 show that LR is 6μ in the embodiment shown in Figure 6.
This is the calculation result of the electric field distribution in the cross section of MO8FET when m is 20 μm, and a voltage of 140 V is applied between the drain and source.

第8図において、電界集゛中は、ゲート電極7の端部の
基板表面21′にて生じている。つまりLRが短い場合
には、高耐圧形のMOSFETの耐圧は、これら基板表
面部分の電界集中により製限され、この基板表面でアバ
ランシェ増倍をおこすことを示している。これに対し、
第9図の本発明の構造において、電界集中はドレイン・
基板間の接合部分22に生じている。つまり、LRが所
定値以上の場合には、高耐圧形のMOSFETの耐圧は
、ドレイン・基板間の接合耐圧で制限され、アバランシ
ェ増倍もこの部分でおこる。
In FIG. 8, the electric field concentration occurs at the substrate surface 21' at the end of the gate electrode 7. In FIG. In other words, when LR is short, the breakdown voltage of the high voltage MOSFET is limited by electric field concentration on the surface of the substrate, and avalanche multiplication occurs on the surface of the substrate. On the other hand,
In the structure of the present invention shown in FIG. 9, the electric field concentration is
This occurs at the joint portion 22 between the substrates. That is, when LR is greater than a predetermined value, the breakdown voltage of the high voltage MOSFET is limited by the junction breakdown voltage between the drain and the substrate, and avalanche multiplication also occurs in this portion.

この高比抵抗領域5の長さLRが必要とする長さは、基
板すなわち第6図におけるエピタキシャル層1′の不純
物濃度Naに依存する。第10図はNaを5X10 −
3X10  cm の間で変化させたときのLRとB 
VDsの関係を示している。同図から明らかなように、
Naが減少するにしたがってLRの臨界点は大きい方へ
変化する。これに次のよう説明される。本発明の領域、
すなわちドレイン・基板間の接合耐圧でドレイン耐圧B
 VCl5が制限されている領域においては、Naが減
少するにつれ、基板へのびる空乏層は増大するため、ド
レイン耐圧は増大する。一方、基板表面でドレイン耐圧
BVDSが制限されている領域においては、Naが減少
するにつれ、基板表面で形成される空乏層がゲート電極
の端部の下に到達し、空乏層がそれ以上伸びなくなるド
レイン電圧が小さくなるため、ドレイン耐圧87匹は減
少する。すなわち、第10図において、基板表面でドレ
イン耐圧BVl)Sが制限されている領域において、基
板の不純物濃度Naが増加するにつれて、曲線の傾きは
増加してくる。よって、それぞれの交点である臨界点は
Naが減少するにつれて増大することとなる。本発明の
実施にあたってはこの臨界点の基板不純物濃度依存性を
考慮する必要がある。
The length LR required of this high resistivity region 5 depends on the impurity concentration Na of the substrate, that is, the epitaxial layer 1' in FIG. Figure 10 shows Na 5X10 −
LR and B when changing between 3X10 cm
It shows the relationship between VDs. As is clear from the figure,
As Na decreases, the critical point of LR changes to a larger value. This is explained as follows. Area of the invention:
In other words, the drain breakdown voltage B is the junction breakdown voltage between the drain and the substrate.
In the region where VCl5 is limited, as Na decreases, the depletion layer extending to the substrate increases, and thus the drain breakdown voltage increases. On the other hand, in a region where the drain breakdown voltage BVDS is limited on the substrate surface, as Na decreases, the depletion layer formed on the substrate surface reaches below the edge of the gate electrode, and the depletion layer no longer extends. Since the drain voltage becomes smaller, the drain breakdown voltage of 87 fish decreases. That is, in FIG. 10, in the region where the drain breakdown voltage BVl)S is limited at the substrate surface, as the impurity concentration Na of the substrate increases, the slope of the curve increases. Therefore, the critical point, which is the intersection of each, increases as Na decreases. In implementing the present invention, it is necessary to consider the dependence of this critical point on the substrate impurity concentration.

第11図、第12図に本発明の他の実施例を示している
。基本的な構造は第4図、第6図の実施例と同一である
。ただ、第11図において、ドレイン領域3′が、N形
の高不純物濃度領域のみで形成され、ゲート電極7とソ
ース領域3との間に、11のN形低不純物領域が介在し
ている。この構造の特徴は製作プロセス・が簡略化され
ること、ゲート電極7の長さが短い場合でも歩留り良く
製作できることにある。又、第12図においては、基板
をN形不純物半導体12とP形の高不純物濃度を有する
埋込み領域13とP形のエピタキシャル成長層1′によ
って構成した。本構造は集積化に適し、同一基板上にバ
イポーラトランジスタをも配置することができる。
Other embodiments of the present invention are shown in FIGS. 11 and 12. The basic structure is the same as the embodiments shown in FIGS. 4 and 6. However, in FIG. 11, drain region 3' is formed only of N-type high impurity concentration regions, and eleven N-type low impurity regions are interposed between gate electrode 7 and source region 3. The feature of this structure is that the manufacturing process is simplified and that even if the length of the gate electrode 7 is short, it can be manufactured with good yield. In FIG. 12, the substrate is composed of an N-type impurity semiconductor 12, a P-type buried region 13 having a high impurity concentration, and a P-type epitaxial growth layer 1'. This structure is suitable for integration, and bipolar transistors can also be placed on the same substrate.

以上、本発明の実施例を述べてきたが、それらに本発明
は何ら限定されるものではない。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto.

[発明の効果] 本発明は、高耐圧MO3FETにおいて実質的に基板が
有する抵抗値を減少し、かつドレイン耐圧をドレイン・
基板間の接合耐圧で決定する構造とすることにより、ア
バランシェ増倍時に発生する負帰還ループを防止し、ド
レイン耐圧破壊後発生する負性抵抗現象を防止すること
を初めて可能とした。
[Effects of the Invention] The present invention substantially reduces the resistance value of the substrate in a high breakdown voltage MO3FET, and increases the drain breakdown voltage to the drain voltage.
By adopting a structure determined by the junction breakdown voltage between the substrates, we have made it possible for the first time to prevent the negative feedback loop that occurs during avalanche multiplication and to prevent the negative resistance phenomenon that occurs after drain breakdown voltage breakdown.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の高耐圧形MO8FETの断面図、第2図
、第5図は従来例と本発明の効果を比較するための図、
第3図は従来の高耐圧形MO8FETにおける負性抵抗
現象を説明するための図、第4図、第6図、第11図、
第12図は本発明の実施例図、第7図、第8図、第9図
、第10図は本発明を説明するための図である。 同図において、 1は基板、1′はエピタキシャル成長層、1“番ま高不
純物濃度基板、2はソース領域、3.3’ tまドレイ
ン領域、4はトレイン中間領域、5.目」ま高比低抗領
域、6はゲート絶縁膜、7番よゲート電極、8,8′は
ソース電極、9tまドレイン電極、第 1 図 第 2 図 ドしイン噛Z圧 VDs[V〕 第 3 図 第4図 7 第  乙   図 第 51″2I 電圧VD5〔V〕 第 7 図 一−→ZR〔/lL′In〕 $ 8  図 第9u 第 lO図 1θ0 Nos   l メ(/θ″ン:〃乙−2.−″′β・
・・・・ / り                    /   
        15 −3/JI10  C広 暢 東 200 1旨 ′、−/       3 X 10′5(f−3−3 ! ! /θθ      I 第1/ I’/1 第  12   図 値/F胱%3u噸域蓑乙候〔μ川 高崎市西横手町111番地株式会 社日立製作所高崎工場内 の発 明 者 代田幸夫 豊川市白鳥町野口前9番の5株 式会社日立製作所豊川工場内 0発 明 者 伊藤秀史 高崎市西横手町111番地株式会 社日立製作所高崎工場内 0発 明 者 越智鹿之 国分寺市東恋ケ窪1丁目280番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 0発 明 者 永田穣 国分寺市東恋ケ窪1丁目280番 地株式会社日立製作所中央研究 所内
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional high-voltage MO8FET, and FIGS. 2 and 5 are diagrams for comparing the effects of the conventional example and the present invention.
Fig. 3 is a diagram for explaining the negative resistance phenomenon in a conventional high voltage MO8FET, Fig. 4, Fig. 6, Fig. 11,
FIG. 12 is an embodiment diagram of the present invention, and FIGS. 7, 8, 9, and 10 are diagrams for explaining the present invention. In the figure, 1 is the substrate, 1' is the epitaxial growth layer, 1' is the high impurity concentration substrate, 2 is the source region, 3' is the drain region, 4 is the train intermediate region, and 5 is the high ratio. Low resistance region, 6 is the gate insulating film, 7 is the gate electrode, 8 and 8' are the source electrodes, 9t is the drain electrode, Fig. 1, Fig. 2, and Z pressure VDs [V], Fig. 3, Fig. 4. Figure 7 Figure 51''2I Voltage VD5 [V] Figure 7 Figure 1-→ZR [/lL'In] $ 8 Figure 9u Figure 10 Figure 1θ0 Nos l Main (/θ''n:〃B-2. −″′β・
···· / the law of nature /
15 -3/JI10 C Guangnobu Higashi 200 1', -/ 3 Minoto-kou [Mukawa, Takasaki Factory, Hitachi, Ltd., 111 Nishiyokote-cho, Takasaki City, Inventor Yukio Shirota, 9-5 Noguchi-mae, Shiratori-cho, Toyokawa City, Toyokawa Factory, Hitachi, Ltd. Author: Hidefumi Ito Takasaki 111 Nishiyokote-cho, Hitachi, Ltd. Takasaki Factory, Hitachi, Ltd. Author: Shikano Ochi, 1-280 Higashi-Koigakubo, Kokubunji City, Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory: Minoru Nagata, 1-280 Higashi-Koigakubo, Kokubunji City Inside the manufacturing center laboratory

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、第1導電形半導体基板上に、互いに離れて設けられ
た第2導電形のソース領域、ドレイン領域と、該ソース
領域、ドレイン領域間の上記半導体基板上に形成された
絶縁膜上の一部に設けられたゲート電極とを有し、該ゲ
ート電極と上記ドレイン領域間の上記基板表面部分に第
2導電形の高比抵抗領域が形成されている絶縁ゲート形
電界効果トランジスタ・において、上記半導体基板が、
上記半導体基板の抵抗値より小なる抵抗値を有する半導
体もしくは導体にオーム接触により接続され、かつ上記
高比抵抗領域の長さLえを上記ドレイン領域下の上記半
導体基板の厚さXpより大きな所定値に設定することに
より、ドレイン耐圧がドレイン・基板間の接合耐圧によ
り制限されるよう構成したことを特徴とする絶縁ゲート
形電界効果トランジスタ。 2、上記半導体基板が上記半導体上に形成されたエピタ
キシャル成長層であることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の絶縁ゲート形電界効果トランジスタ。 3、上記ドレイン領域が、低比抵抗領域と該領域よりも
比抵抗の高い中間領域とからなり、上記厚さX−よ、該
中間領域から上記半導体もしくは導体までの距離である
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載
の絶縁ゲート形電界効果トランジスタ。
[Claims] 1. A source region and a drain region of a second conductivity type provided apart from each other on a semiconductor substrate of a first conductivity type, and a source region and a drain region of a second conductivity type formed on the semiconductor substrate between the source region and the drain region. an insulated gate type electric field comprising: a gate electrode provided on a part of the insulating film; and a high specific resistance region of a second conductivity type is formed in a surface portion of the substrate between the gate electrode and the drain region. In the effect transistor, the semiconductor substrate is
The high resistivity region is connected by ohmic contact to a semiconductor or conductor having a resistance value smaller than the resistance value of the semiconductor substrate, and the length L of the high specific resistance region is set to a predetermined value larger than the thickness Xp of the semiconductor substrate under the drain region. An insulated gate field effect transistor characterized in that the drain breakdown voltage is limited by the junction breakdown voltage between the drain and the substrate by setting the drain breakdown voltage to a certain value. 2. The insulated gate field effect transistor according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is an epitaxial growth layer formed on the semiconductor. 3. The drain region is composed of a low resistivity region and an intermediate region having a higher resistivity than the region, and the thickness X− is the distance from the intermediate region to the semiconductor or conductor. An insulated gate field effect transistor according to claim 1 or 2.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04225530A (en) * 1990-12-27 1992-08-14 Matsushita Electron Corp Semiconductor device
US5512769A (en) * 1992-05-25 1996-04-30 Matsushita Electronics Corporation High breakdown voltage semiconductor device and method of fabricating the same

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