JPS59132671A - 縦型mosトランジスタ - Google Patents

縦型mosトランジスタ

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JPS59132671A
JPS59132671A JP58006912A JP691283A JPS59132671A JP S59132671 A JPS59132671 A JP S59132671A JP 58006912 A JP58006912 A JP 58006912A JP 691283 A JP691283 A JP 691283A JP S59132671 A JPS59132671 A JP S59132671A
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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】 この発明は、ブレークダウンによる素子破壊を防止する
ための改Qを施したMOSトランジスタに関する。
近年、電力用MOSトランジスタの出現によって、第1
図に示す如く、電力負荷2のスイッチング素子としてM
OS l−ランジスタ1が利用されるようになり、例え
ば車両においても、各種車載電力負荷のスイッチングに
適用することが提案されている。
従来のMOS l−ランジスタとしては、例えば第2図
に示すような構造のものが良く知られている。
同図に示すMOS l−ランジスタは、いわゆる縦型M
O8t−ランジスタであり、ドレイン電極3が接合され
るN甲高*痕の半導体基板(以下、N+型嵩高8I麿領
域称す)4と、このN半型高濃度領域4の一ヒ面に積層
された、N型低淵度領域5と、このN型低m度領域5内
に所定間隔をおいて複数形成されたP型つI小領域7と
、このP型ウェル領域7内に形成されたN中型ソース領
域8と、このN+型ソース領域8と実質的なドレイン領
域となる上記N型低濃度領域5の双方に跨がった状態で
ゲート酸化膜9を介して形成されたゲート電極10とを
具備してなるものである。また、ゲート電極10の引き
出し部分を除く上面部分がPSG膜12で被覆されてお
り、更にソース電極11が、P型ウェル領域7中に形成
されたP中型コンタクト領域13とN中型ソース領域8
に接合するように形成されている。
この秤のMOSトランジスタでは、比較的高圧・大電流
のスイッチングを行なう必要性から、素子の耐圧につい
て充分な配慮が必要であるとともに、特に、電力負荷2
がモータやソレノイド等の誘導性の負荷である場合には
、負荷電流を遮断した際に高電圧のサージが発生するた
め、このサージで素子が破壊されないように充分なサー
ジ耐性を持たす必要がある。
周知のように、MOS t−ランジスタでは、その構造
上ソースSとドレインDとの間に寄生ツェナダイオード
が存在する。第1図のツェナダイオードがこれを示して
いる。この奇生ツエブダイオードは、第2図においてP
型ウェル領域7とN型低濃度領域5とのPN接合によっ
て構成されるものである。
そして、ドレイン/ソース間に上記PN接合に対する逆
方向電圧が印加されると、N型紙81麿領域5とウェル
領域7の接合部に空乏層14が発生する。この空乏層1
4は、ドレイン/ソース間の電圧を大きくするにつれて
広がっていく。
この現印について詳述すると、第2図に示す如く、空乏
層14の広がりがある程麿まで小さい状態では、N型低
Wa度領域5における空乏層14には、隣合う2つのウ
ェル領域7.7に対応する谷間aが生じており、空乏層
14に加わる電界は矢Epbで示すように、空乏層14
の谷間aとP型ウェル領域7のコーナ一部を結ぶ部分に
最も集中し易い。これは空乏層に加わる電界は曲率半径
の小さな部分に集中し易いためである。
このように、空乏層14に加わる電界に局部集中が生じ
ていると、ブレークダウンを起こしたときの電流はその
部分に集中して流れ、電流集中による発熱で素子を破壊
してしまう原因になる。
更に換言して説明すると、PN接合に逆方向電圧VFI
を印加したときの接合面からの空乏層の広がり幅Wは、 で表わされることが知られている。ここでεは半導体の
比誘電率、ε0は真空の誘電率、7は電子の電荷、Ni
はP型あるいはN型の不純物濃度である。
この式(1)から、上記空乏層の広がり幅Wは、半導体
の不純物濃度によって大きく左右されることが分かる。
従って、第2図に示す従来のMOS l−ランジスタに
おいては、P型つェル領Fa7の周囲には同じ濃度のN
型紙111!麻領域5があるため、空乏層の広がり幅W
は、各部とも同じ幅となり、結局電界は曲率半径の小さ
な部分に集中してしまうこととな5一 つて前述した問題が生ずるのである。
この発明は上記の問題に鑑み−(なされたもので、その
目的とするところは、サージ等の高圧が印加されてブレ
ークダウンが生じても、ブレークダウン電流が素子内に
おいて集中せず、比較的広い部分を均一に流れるように
して、ブレークダウン電流による素子破壊を防止し、サ
ージに対する耐性を向上させた縦型MOSトランジスタ
を提供することにある。
上記の目的を達成するために、この発明は、前記従来例
の如き縦型のMOSトランジスータにおいて、高?11
度第1導電型基板と、第2導電型つIル領域が形成され
た低濃度第1導電型半導体層との間に中濃度第1導電型
半導体關を設けるとともに、前記第2導電型ウエル領域
の底部が前記中濃度第1導電型半導体層に達しているこ
とを特徴とするものである。
以下、この発明の実施例を第3図以下の図面を用いて詳
細に説明する。
第3図は、この発明に係る縦型MO8t−ランジ6− スタの一実施例の構造を示す図である。なお、同図の縦
型MOSトランジスタの基本構造は、第2図に示した従
来のものと同じであるため、従来のものと同一構成部分
には同−符丹を付してその説明は省略する。
第3図に示す縦型MO8t−ランジスタにおいては、そ
のドレイン領域が三層構造となっており、ドレイン電極
3に接合されたN小型高濃度領域4と、このN小型高濃
度領域4の上面に積層され、かつN十型高I!麿領域4
よりも低い不純物濃度のN*型中′a度領域15と、こ
のN8型中濃度領域15の上面に積層され、かつN8型
中濃度領域よりも低い不純物濃度のN−型低濃度領域1
6とから構成されている。
そして、上記N−型型紙1度領域16内に、P型ウェル
領域7が形成されており、かつこのP型ウェル領域7の
底部が前記N*型中11度領域15に達して接合されて
いる。
その他、N生型ソース領域やゲート電極10等が、第2
図に示した従来のものと同様にして形成されている。
上記のような三層構造のドレイン領域を形成するには、
例えばドナー不純物m度Noが約1X1o18cm’r
、厚さが約400.czmのN型シリコン単結晶からな
るN十型高濃度半導体基板4の上に、ドナー不純物濃度
Noが約3X1016c「3で、厚さが約5μlのN型
シリコン単結晶を化学気相成長法によって成長させてN
*型中濃度領域15を形成し、更に、このN8型中瀧度
領域15の上に、ドナー不純物濃度Noが約2X10”
cm’で、厚さが約4μlのNテ1シリコン単結晶を化
学気相成長法によって成長させてN−型低濃度領域16
を形成することによって、各々異なる濃度の三層構造が
出来上がる。
上記の如く構成された縦型MOSトランジスタにおいて
は、P型つ■ル領域7のコーナ一部における耐圧よりも
P型ウェル領域7の底部とN*型中濃度領域15とのP
N”接合部の耐圧の方が低くなり、このため、ドレイン
/ソース間にサージ等の高圧の逆方向電圧が印加された
場合には、上記PN”接合部で先にブレークダウンが起
こることとなる。
これは、N5型中濃度領域15の不純物濃度が、N−型
低濃度領域16の不純物濃度よりも濃いために、前記式
(1)から分かるように、高圧の逆方向電圧によって発
生した空乏層は、N8型中濃麿領域中では余り広がらず
、仙の部分よりも薄くなり、この空乏層の薄い部分に電
界が集中するからである。
そして、このとき流れるブレークダウン電流Cは、PN
”接合部の広い範囲を均一に流れるため、従来のように
P型ウェル領域7のコーナ一部にブレークダウンが集中
する現象がなくなる。この結束、多量のブレークダウン
電流が流れても熱集中が起こらず、素子が熱破壊される
ことがなくなる。
上記PN’接合部の耐圧は、N8型中瀧度領域16の不
純物m度Caを調節することによって所望の値に設定す
ることができる。すなわち、上記不純物va度CBとブ
レークダウン電圧BVとの間には、次の式(2)に示す
関係がある。
−〇− BV牟ε−Emax  2 /2$Ce    ”12
)但し、εは半導体の誘電率、Emaxはアバランシェ
ブレークダウンを引き起こす空乏層中の臨界電界、2は
電子の電荷である。
従って、上記不純物濃度Caを濃くする程、PN*接合
部の耐圧は低くなる。
次に、第4図は本発明の伯の実施例を示す素子断面図で
あり、同図に示す縦型MOSトランジスタは、第3図に
示した縦型MO8l−ランジスタにおけるN−型低濃度
領域16内に、P型つ■ル領域7から所定間隔を隔てて
N÷型高m喰拡散領域17を設けたものである。
上記N中型高濃度拡散領域17とP型ウェル領域7との
間隔は、ドレイン/ソース間に高圧の逆方向電圧が印加
されて、P型ウェル領域7の側部に生じた空乏層が、前
記P N ”接合部でブレークダウンが起こる時点で、
N十型高濃度拡散領域17に到達しないような距離に設
定されている。
また、上記N十型高?1度拡散領域17は、P型ウェル
領域7を形成するための熱処理の前に、イ10− オン注入法によってゲート酸化膜9を通して、所定の位
置にN型不純物濃度を添加しておき、上記P型つェル領
域形成時の熱処理によってP型ウェル領域と同時に形成
される。
このとき、第3図中では上記N十型高濃度拡散領域17
の先端がN*型中淵度領域15に達しているものが示し
であるが、これは、N*型中濃度領域15に達していな
くてもよい。
このように構成された縦型MOSトランジスタによれば
、前記第3図に示した縦型MOSトランジスタと同様の
効果を呈するとともに、N8型中11関領域15を設け
たことを利用して、更に上記N十型高濃度拡散領域17
を設けたことによって、通常動作時の電流が流れる電流
通路の抵抗をより低くすることができる。
なお、以上の説明では、Nヂャンネル型の縦型MO8t
−ランジスタについて記述しであるが、この発明は、P
チャンネル型の縦型MO8t−ランジスタにも同様にし
て適用できることは明らかである。
まL:、この発明は図示したlhM 造の縦型MO8)
−ランジスタのみに適用されるね1.1で・はなく、仙
の構造1例えば同じ縦τ!のVM(’)Sトランジスタ
にも同様にして適用することがで゛きる。
以ト詳細に説明したように、この発明の縦へ11M0S
トランジスタにあっては、電力誘導0荷からのサージ電
圧等の高電圧がドレイン/ソース間に印加されて、ブレ
ークダウンが起こった場合に、このブレークダウン電流
が局部的に集中することなく広い範囲に亙ってほぼ均一
に流れ、ブレークダウン電流によって素子が熱破壊され
ることを防止できる。
この結甲、リーンに対する耐性が向上し、高圧のサージ
が発生する電力誘導負荷のスイッチングに好適なしのと
なり、索子保護のためのツェナダイA−−ドを外付けす
る必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
第1図はMOS l〜ランジスタを用いたスイッチング
回路図、第2図は従来の縦型MOSトランジスタの構造
を示す素子断面図、第3図は本発明に係るMOSトラン
ジスタの一実施例を示す素子断面図、第4図は本発明の
他の実施例を示す素子断面図である。 3・・・ドレイン電極 4・・・N十型高濃度領域 7・・・P型ウェル領域 8・・・ソース領域 9・・・ゲート酸化膜 10・・・ゲート電極 11・・・ソース電極 15・・・N8型中濃度領域 16・・・N−型紙潤度領域 特許出願人 日産自動車株式会社 13− 第1図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ソースまたはドレインとなる一対の主電極の一方
    に導通する高濃度第1導電型基板と;前記高濃度第1導
    電型基板上に積層された中濃度第1導電型半導体層と: 前記中S度第1導電型半導体層上に積層された低濃度第
    1導電型半導体層と: 前記低濃度第1導電型半導体層中に形成され、かつその
    底部が前記中濃度第1導電型半導体層に達する第2導電
    型半導体ウェル領域と:前記第2導電型半導体ウェル領
    域内に形成され、かつ前記一対の主電極の他方へと導通
    する高濃度第1導電型半導体領域と: 少なくとも前記高澹度第1導電型半導体領域と前記低濃
    度第1導電型半導体層との間の第2導電型半導体ウェル
    領域上に、絶縁膜を介して形成されたゲート電極層とを
    具備することを特徴とする縦型MO8t−ランジスタ。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0445323A1 (en) * 1988-09-07 1991-09-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Field effect semiconductor device having current paths formed in conductive layer of semiconductor substrate
JPH04276663A (ja) * 1991-03-05 1992-10-01 Nec Yamagata Ltd 半導体装置
JPH08250731A (ja) * 1994-12-30 1996-09-27 Siliconix Inc 高いブレークダウン電圧と低いオン抵抗を兼ね備えたトレンチ型mosfet
WO1996032749A1 (fr) * 1995-04-11 1996-10-17 Rohm Co., Ltd. Semiconducteur dote de dispositifs verticaux de type plan a tension de tenue elevee et procede de production dudit semiconducteur
JP2000507394A (ja) * 1996-03-27 2000-06-13 エービービー リサーチ リミテッド SiCの電界制御型半導体デバイスおよびその生産方法
US6384431B1 (en) 1999-10-08 2002-05-07 Denso Corporation Insulated gate bipolar transistor
US6465839B2 (en) 2000-04-07 2002-10-15 Denso Corporation Semiconductor device having lateral MOSFET (LDMOS)
JP2019125621A (ja) * 2018-01-12 2019-07-25 トヨタ自動車株式会社 半導体装置

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0445323A1 (en) * 1988-09-07 1991-09-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Field effect semiconductor device having current paths formed in conductive layer of semiconductor substrate
JPH04276663A (ja) * 1991-03-05 1992-10-01 Nec Yamagata Ltd 半導体装置
JPH08250731A (ja) * 1994-12-30 1996-09-27 Siliconix Inc 高いブレークダウン電圧と低いオン抵抗を兼ね備えたトレンチ型mosfet
WO1996032749A1 (fr) * 1995-04-11 1996-10-17 Rohm Co., Ltd. Semiconducteur dote de dispositifs verticaux de type plan a tension de tenue elevee et procede de production dudit semiconducteur
JP2000507394A (ja) * 1996-03-27 2000-06-13 エービービー リサーチ リミテッド SiCの電界制御型半導体デバイスおよびその生産方法
JP4708512B2 (ja) * 1996-03-27 2011-06-22 クリー、インコーポレイテッド SiCの電界制御型半導体デバイスおよびその生産方法
US6384431B1 (en) 1999-10-08 2002-05-07 Denso Corporation Insulated gate bipolar transistor
US6465839B2 (en) 2000-04-07 2002-10-15 Denso Corporation Semiconductor device having lateral MOSFET (LDMOS)
US6573144B2 (en) 2000-04-07 2003-06-03 Shigeki Takahashi Method for manufacturing a semiconductor device having lateral MOSFET (LDMOS)
JP2019125621A (ja) * 2018-01-12 2019-07-25 トヨタ自動車株式会社 半導体装置

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