JPS61159767A - 絶縁ゲ−ト型電界効果トランジスタ - Google Patents

絶縁ゲ−ト型電界効果トランジスタ

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JPS61159767A
JPS61159767A JP60000208A JP20885A JPS61159767A JP S61159767 A JPS61159767 A JP S61159767A JP 60000208 A JP60000208 A JP 60000208A JP 20885 A JP20885 A JP 20885A JP S61159767 A JPS61159767 A JP S61159767A
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JP
Japan
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drain
electrode
concentration
region
channel
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Pending
Application number
JP60000208A
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English (en)
Inventor
Kikuo Ono
記久雄 小野
Yoshiteru Shimizu
清水 喜輝
Takahiro Nagano
隆洋 長野
Masami Naito
正美 内藤
Masahiro Okamura
岡村 昌弘
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体素子の構造に係シ、特に高速性に好適
な絶縁ゲート型電界効果トランジスタに関するものであ
る。
〔発明の背景〕
従来、MO8型電界効果トランジスタにおいて電流容量
が大きくとれる素子構造として第2図に示すような断面
構造を有するいわゆる縦型構造が用いられている。第2
図の構造によればドレイン電極8につらなるドレイン領
域2の表面に対向して全体にゲート電極5がある。この
ためゲート電極5下のドレイン接合の電界集中を緩和で
きると共に、ゲート電極に正極性の電圧を印加して、チ
ャネル領域3を導通状態にした場合、ドレイン領域の表
面は電子の蓄積層となって導電率が高くなり、電流はド
レイン領域表面全面に広がるようKなる。この結果、実
効的なノース・ドレイン間抵抗、いわゆるオン抵抗を低
減することができる。
一般に、MO8型電界効果トランジスタの動作を決定す
る時定数は、MO8型電界効果トランジスタのソース・
ドレイン間抵抗と、素子に寄生する静電容量によシ決ま
る。第2図に示す素子構造ではソース・ドレイン間抵抗
を低減することができるが、素子に寄生する静電容量が
太きくなってしまう。即ち、第2図の構造ではゲート電
極5とドレイン電極8との対向長が長くなるためゲート
・ドレイン間容蓋が犬きくなる。この結果、素子の駆動
入力が犬きくなり、且つスイッチング速度も遅くなるな
どの欠点があった。
この問題を解決するため第3図のような構造が昭和56
年度電子通信学会総合全国大会において、“V−MOS
FETの整流素子の動作特性”という文献で論じられて
いる。この構造の特徴は図に示すようにゲート電極の一
部を除去した構造とする′ことでゲート・ソース間容量
及びゲート・ドレイ、ン間容量を小さくすることにより
入力容量の低減を図ったものである。しかし、この構造
では入力容量を低減できるが、ゲート電極の一部が除去
された領域のドレイン領域表面は、ゲート電圧印加によ
る電子の蓄積効果が無い九め、電流がドレイン領域表面
全体に広がらずオン抵抗の増大につながるという欠点を
もつ。
オン抵抗の増大を防止する方法として、例えば第4図に
見られるような構造が、特開昭52−99788で提案
されている。この構造の特徴は、チャネル基板間表面に
は高濃度ドナ一層10があるためこの領域の導電率は高
く、この部分にゲート電極が無いにもかかわらず、チャ
ネル基板3からの電子の流れは、チャネル基板間全体に
拡がる。
このためオン抵抗が低減できる。電力用絶縁ゲート型電
界効果素子は、例えば、第4図に示す構造を1ユニツト
として、これを1チツプ上で多数個形成しこれらを電標
配線により連結して1つの素子として動作している。チ
ャネル基板3の直下のる次めには第4図の寸法比w /
 Lを太きくとる、すなわちWを犬きくとる必要がある
第4図に示す素子構造においては、ドレイン表面に高濃
度層を設はオン抵抗の増大を防止しているが、Wが大き
くなると高濃度層の横方向の拡がシ抵抗が無視できない
ため電流がチャネル間のドレインの幅W全域に拡がらず
オン抵抗低減、チャネルの有効利用という点で問題があ
る。またこれらの素子は対向するチャネル基板から延び
た空乏層がドレイン領域で重なるピンチオフ効果を利用
して耐圧を維持しており前記の点と併せてWは数10μ
m程度に限定されている。
〔発明の目的〕
本発明の目的は入力容量、オン抵抗が小さく、チップの
有効利用効率の高いMO8型電界効果トランジスタを提
供することにある。
〔発明の概要〕
MO8型電界効果素子において、チャネル基板−間のド
レイ/領域表面に高濃度層を設けここに電、−源)と接
続されていない浮遊電極を形成することにン′ よシトレイン領域表面の横方内拡がり抵抗を大幅に低減
させることを可能にし、チャネル基板間のドレイン幅W
を100μm以上と大きくしても電流がチャネル基板間
のドレイン全域に拡がシ、結果としてオン抵抗、入力容
量が小さく、チップの有効利用効率の高いMO8型電界
効果素子を得ることができろう 〔発明の実施例〕 上記目的を達成するため、第1図に示すようなMOSF
ETを提案する。チップサイズ5X5mm。
頭方向電流i0A、素子耐圧500vの定格の素子を例
にとった。以下、第1図を用いて本発明の詳細な説明す
る。高濃度ドレイン基板1は、例えばN型でドナー型不
純物濃度Noが5X10”crrl−”であり、この上
に低濃度のドナー型基板で形成したドレイン領域2があ
る。ドナー不純物濃度は5X 10”cm−”であ)、
この領域は通常エピタキシャル成長により形成される。
チャネルを形成するス領域4は、N型で表面濃度がI 
X 10”cm−”以上で深さは1〜2μmである。チ
ャネル基板3の間の距離Wはチップサイズ5■×5閣、
順方向電流10A定格で数100μm〜1000μmで
あり、このドレイン領域2にはソース領域4と同じ高濃
度のドナ一層lOが形成されている。ドレイン表面にお
いて、この高濃度ドナ一層10は定格500Vの耐圧を
維持する次め各々のP型のチャネル基板から30μm程
度離されている。ゲート電極5はP型のチャネル基板と
高濃度ドナ一層の無いドレイン領域を覆っている。ソー
ス電極7はドレイン電極8に対向している。また高濃度
ドナ一層表面には、例えばAtによって電源と接続され
ない浮遊電極11が形成されておフ、これが特徴的な構
造となっている。
この構造のM08FE’rの動作を以下に述べる。
本構造では、ゲート電極はP型チャネル部分と低濃度の
ドレイン領域上にしかない。またチャネル間の距離Wが
従来のMOSFETの数10μm程度に比べて10倍以
上大きいため1チツプあたりのユニット数が少なく、1
チツプあた列のゲート表面積が著しく小さく、そのため
にソース・ゲート間容址、ゲート・ドレイン間容盆が低
減できる。
ドレインゲート間容量低減により、入力容量が低減され
るため素子の駆動入力が少なくて済む。また、ドレイン
・ゲート間容量が低減される九め素子の帰還容量が低減
され、入力容量の減少と相俟って素子のスイッチング速
度が速くなシ、周波数特性が向上する。P型チャネル反
転層から低濃度のドレイン領域表面の電子の蓄積層へ流
れる電子電流は高濃度ドナ一層表面の抵抗率の非常に低
い浮遊電極11に流れるため、電流はチャネル基板間の
幅Wを持つドレイン領域全体に拡がる。前記同様本浮遊
電極構造によクチャネル間のドレイン幅Wを非常に大き
くできるため、電子電流の回シこみにくいP型チャネル
基板とドナー基板1に挾まれたトンイン領域をチップ全
体で小さくできるため、オン抵抗低減、チップの利用効
率向上が達成できる。
次に、この発明の実施例によるMOSFETの製造工程
を第5図(a)〜(h)に示す。ドナー不純物濃度ND
が5 X 10”cm−”であるN型のシリコン基体上
1に、ドナー不純物濃度が5 X 1014cm−3で
あるN型シリコ7層2を40μmの厚さにエピタキシャ
ル成長により形成する(a)。次にこの8層2の表面上
に熱酸化膜6を約1000人形成し、その上に更に多結
晶シリコン5を約5000人形成し、これを選択的に除
去する(b)。次にボロンイオン12を打込みエネルギ
Eが50に1!iV、打込み量φが5 X 10′2a
n−”で打込み、加湿酸素中、1150C,3時間熱処
理し九。その結果チャネル基板3となるP型ドープ層が
8μmの深さになった(C)。
次に多結晶シリコン5を選択的に除去してゲート電極5
を形成する(ψ。
次に、CVD法により約4000人のシリコン膜を形成
し、これを選択的に除去して、リンイオンを試料に打込
む(e)。該イオンの打込みエネルギEは50KeV、
打ち込み量は5 X 10”cm−”であり、これによ
)ソース領域4とチャネル基板間の高濃度ドナー領域1
0を形成する。次にこれにCVD法によリシリコン酸化
膜を形成し、熱処理により、ソース領域4およびチャネ
ル基板間高S度ドナ一層10を表面濃度I X 10”
cm−”以上、深さ1.5μm程度に形成する(f)。
次に、CVD法により、リンのモル濃度比が4モル%の
リンガラス膜9を約9000人形成し、1050Cの窒
素中で5分間熱処理する。さらに電極コンタクト用エツ
チングを施す(ロ)。アルミニウムを真空蒸着法により
、約1.0μm被着する。この工程によりソース電極7
、浮遊電極11、ゲート取り出し電極が形成される。
基板の裏面は約100μmエツチングし次後、金を真空
蒸着により200人形成し、400Cでアロイしてドレ
イン電極8を形成する(h)。
〔発明の効果〕
従来の素子ではチャネル基板間の距離は横方向抵抗増加
防止のため数10μmであった。本発明では高濃度ドレ
イン表面に抵抗率の非常に低い、例えばAt[極を覆着
しているため横方向の拡がシ抵抗は無視しうる程小さい
。例えば、Atの抵抗率zssxto−’[:Ω・備]
、電極厚み1μmとして、横方向電圧降下が熱エネルギ
0.025 V以下程度と小さく押えても、順方向電流
10A1チップサイズ5×5W程度の定格素子で前記チ
ャネル基板間距離Wは1ユニツトあたり最大1000μ
m程度までとれる。
MO8型電界効果素子は基本構造を満足する、例えば、
第1図、第4図の構造を1ユニツトとして多数個組み合
せて1素子を構成している。また素子の入力容量はゲー
ト表面積にほぼ比例する。
本発明では1ユニツトあたシの入力容量は第4図に示す
ような従来の素子に比べて、チャネル基板と高濃度ドナ
一層までの距離が大きいため数倍大きいが、上記のよう
にチャネル基板間の距離を1ユニツトあたり少なくとも
10倍以上にできるため、1累子あたりのユニット数を
1/10以下となるため、結論的に1素子あたシの入力
容量が1/10以下と大幅低減できる。
さらに本発明では、断面構造からみたチャネル基板とド
レイン基板間のドレイン領域が、チャネル基板間距離が
大きいため1チツプあたシ少なくてすむ。この領域は電
流の回シこみにくいため抵抗率が高く、ここはチップの
無駄領域である。ドレイン領域の深さを61表面から見
たドレイン有効面積を81 ドレイン平均抵抗率をρと
するとオン抵抗はR=ρd/Sとなり有効面積が1チツ
プあたり2倍程度になっているためオン抵抗も1/2程
度に低減できる。また同一オン抵抗を定格に持つ素子で
はチップサイズを縮小できることになる。
製作上は浮遊電極はソース電極と同時に形成できるため
問題はない。ここまでの実施例ではいずれもNチャネル
型のMOSFETについてであるが、本発明は全く同様
にPチャネル型のMOSFETについても適用できる。
また実寸法等も素子の定格によって変更できることは言
うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の絶縁ゲート型電界効果トランジスタの
実施例の断面図、第2図、第3図、第4図はそれぞれ従
来のMOSFETの断面図、第5図(a)〜(h)は第
1図のMOSFETの製造工程順の説明図である。 1・・・ドレイン基板、2・・・ドレイン領域、3・・
・チャネル基板、4・・・ソース領域、5・・・ゲート
電極、9第2目 I14 固 茅 、5″ 目

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、第1の導電型を有する半導体基体上に、第2の導電
    型の基板領域が設けられ、該基板領域内に設けられた第
    1の導電型を有するソース領域、および該基板領域に囲
    まれたドレイン領域を有し、また該ソース・ドレイン領
    域間に絶縁膜を介してゲート電極を有し、上記ドレイン
    電極が裏面から取り出される構造を有する絶縁ゲート型
    電界効果トランジスタにおいて、該ドレイン領域上のゲ
    ート電極の一部或いは全部が欠除され、その欠除された
    電極下のドレイン領域の不純物濃度が他のドレイン領域
    よりも高濃度でありこの高濃度ドレイン領域表面に浮遊
    電極を有することを特徴とする絶縁ゲート型電界効果ト
    ランジスタ。
JP60000208A 1985-01-07 1985-01-07 絶縁ゲ−ト型電界効果トランジスタ Pending JPS61159767A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60000208A JPS61159767A (ja) 1985-01-07 1985-01-07 絶縁ゲ−ト型電界効果トランジスタ

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60000208A JPS61159767A (ja) 1985-01-07 1985-01-07 絶縁ゲ−ト型電界効果トランジスタ

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JPS61159767A true JPS61159767A (ja) 1986-07-19

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ID=11467547

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60000208A Pending JPS61159767A (ja) 1985-01-07 1985-01-07 絶縁ゲ−ト型電界効果トランジスタ

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JP (1) JPS61159767A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4898835A (en) * 1988-10-12 1990-02-06 Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. Single mask totally self-aligned power MOSFET cell fabrication process
US5192989A (en) * 1989-11-28 1993-03-09 Nissan Motor Co., Ltd. Lateral dmos fet device with reduced on resistance
US6114726A (en) * 1998-03-11 2000-09-05 International Rectifier Corp. Low voltage MOSFET

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5192989A (en) * 1989-11-28 1993-03-09 Nissan Motor Co., Ltd. Lateral dmos fet device with reduced on resistance
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