JPS6187374A - 高電圧集積回路 - Google Patents

高電圧集積回路

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JPS6187374A
JPS6187374A JP20916384A JP20916384A JPS6187374A JP S6187374 A JPS6187374 A JP S6187374A JP 20916384 A JP20916384 A JP 20916384A JP 20916384 A JP20916384 A JP 20916384A JP S6187374 A JPS6187374 A JP S6187374A
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JP
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layer
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drain
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Hiroo Wakaumi
若海 弘夫
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NEC Corp
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、高速スイッチング、高電圧で動作させる高電
圧集積回路に関する。
(従来技術) スイッチングレギュレータ及びAC−PDP 、 EL
等の駆動回路には、数百Vの耐圧を有し、高速のスイッ
チングを行う集積回路例えば高耐圧MO8FETが必要
である。この種の高耐圧MO8FETとしては、従来よ
り第4図に示す如きオフセットダート構造のものや、p
基板上に積層したエピタキシャル層上に形成したもの、
さらにはDSA構造とオフセットゲート構造とを組合せ
たもの等が開発されている。
(発明が解決しようとする問題点) しかし、nチャネル型の高耐圧MO8FETにおいては
、いわゆる寄生バイポーラ現象が生じるために、オン時
のドレイン耐圧が著しく低下してしまうという問題があ
った。この現象の生じる原因としては、次のように解釈
されている。即ち、第4図に 。
おいて、ゲートG(15)にトランジスタがターンオン
するレベルのバイアスを印加すると、ソースS(n+拡
散層12)から、ドリフト層14を介してドレインD端
(n+拡散層12′)へ電子が流れる。この場合、チャ
ネル領域端がら空乏層の拡がるドリフト層14へ電子が
入ると、これがドレインD端に印加された高電界により
加速され、ドレインD端近値にて格子に衝突し、電離を
引き起こす。この時、発生した電子はドレインDへ吸収
されるが、ホールは基板11内へ掃き出される。衝突電
離係数は、高電界になる程、またチャネルに流れる電流
が大きい程、太きい。図中13はpガードリング層、1
6はSiO2膜、17 、17’は導電層を示している
。一方、高抵抗基板11を用いる高耐圧MO8FETで
は、基板抵抗R8が大きいので、R8を流れるこのホー
ルによる基板電流により、基板表面付近即ちソース端層
近傍の電位が基板11の底の電位(OV)よシも高くな
る。この場合、この電位差がダイオードのビュルトイン
電位(約0.6 V )を越えると、ソースSと基板1
1とからなるp−n接合がターンオンするので、ソース
Sから基板11へ電子が注入される。この電子は、ドレ
インDiで流れ込み、先程と同様にドレイン端近傍の空
乏層内で衝突電離をおこし、再びホールを基板11へ掃
き出す。このような寄生トランジスタがオンする現象が
、正帰還のループを形成しながら助長され、基板11内
に大きな電流を流し、素子破壊を引き起こすに致る。こ
の為、オン時の耐圧がオフ時の耐圧よシも著しく低下す
る。
例えば、800■のオフ耐圧の素子では、ゲートGに5
■を印加すると約400■までオン耐圧が低下する。こ
の為に、従来は400vの耐圧で動作させるICにおい
ては、800v程度の耐圧を持たせるように、ドリフト
層14の長さを長くしていた。これによシ、1個のトラ
ンジスタの占有面積が大きくなるばか9でなく、オン抵
抗も大きくならざるを得なかった。この為、この種の高
耐圧MO3FETの鞭数個をIC化しようとすると、チ
ア1面積が大きくなる結果、ICのコスト高を招いてい
た。
本発明の目的は、かかる従来の欠点を除去せしめるため
に、基板バイアスを供給せしめるようにした高電圧集積
回路を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明は高耐圧絶縁ダート型電界効果トランジスタを含
む高電圧集積回路において、基板と、該基板上に形成さ
れた高耐圧構造の電界効果トランジスタにおけるソース
との間にバ、クグート′屯圧を印加する手段を備えたこ
とを特徴とする高電圧集積回路である。
(作用・原理) 本発明では、例えば前記絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタにおけるソースの拡散層をガードリング層から離し
て基板バイアスを供給する手段を設け、従来技術のオン
耐圧の低下という問題点を解決した。このようにするこ
とにより、高耐圧MOSFET部の占有面積を小さくで
き、ICのチップコストを低減できるようになる。
以下、本発明に関して図面を参照しながら詳細に説明す
る。
第1図は、本発明を適用した高耐圧MO8FETの基本
構成図である。同図において、第4図と同−記号及び番
号は、同一構成要素を表わす。図において、p−半導体
基板11上に、ソースSの層拡散層12、ドレインDの
n 拡散層12′、n−ドリフト/i;W 14、si
o□絶縁膜16を介して設けた多結晶St層15(ゲー
トG)からなる高耐圧MO8FETを形成し、層拡散層
12とp ガードリング層13との間は数μm以上離さ
れている。この基板11とソースSのn拡散層12との
間に、基板バイアスvIlsを印加する手段を設け、基
板電位をソースS(電位OV)に対して負の電位に設定
する。例えば、−5V程度の値に設定する。尚、17,
17’は、At等の高導電性の物質よりなる導電性であ
り、それぞれn拡散層12 、12’とのオーミックコ
ンタクトをと9、外部配線を引き出すための取シ出し口
として、また他の回路との電気的結線を行うために設け
たものである。
このような構成よシ彦るIC構造では、基板11と同電
位のp+ガードリング層13が?ソース拡散層12と直
接接触しないので、このp  −p −n  接合での
ブレークタウンは生じない。今、ケ”−)Gに閾値電圧
vT以上のバイアスを印加して、チャネルに電流を流し
た時を考えると、前述したようにドレイン近傍の高電界
領域で、電子が格子に衝突して電離を起こし、ホールを
基板へ掃き出す。この現象は、特に数百Vという高電圧
がドレインDに印加される高耐圧MO8FETでは著し
くこの電離で生じるホールの量も大きなものとなる。こ
の時、基板抵抗R8を介してこのホールの流れによる基
板電流が基板11の底へ流れるので、界面付近の電位は
基板の電位vBsよシもΔVだけ高くなる。しかし、通
常の100〜400vのドレイン耐圧、IA以下のドレ
イン電流を有する高耐圧?、(O8FETでは、ΔVは
数V以下と考えられるので、■8.の値をこの電位以上
に設定しておけば、ソースのn+層とp−基板間のpn
ダイオードがターンオンすることはあり得ない。
−5Vの基板バイアスを供給すれば、十分と考えられる
。これによれば、ドレイン端で電離が起こっても、ソー
スのダイオードがオンしないので、ソース、p−基板、
ドレインからなるnpnの寄生バイポーラトランジスタ
はターンオン状態にならない。即ち、チャネル下での)
やンチスルー現象がない限り、基板11ヲ介してソース
SからドレインDへ、電流は流れない。従って、2次破
壊に到ることはなく、ドレイン端でのpn接合の雪崩ブ
レークダウン耐圧まで、オン耐圧を保持することができ
る。即ち、ダートバイアス電圧に依存したチャネル電流
によらず、オン時の耐圧もオフ耐圧と同じになる。これ
は、同じ耐圧を得るのに、従来構造のFETよりも小さ
なドリフト層の長さくオフセットゲ−ト長t)で済むこ
とを意味する0ちなみに1400■のオン耐圧を得るの
に、従来構造では100〜150μmのオフセットゲー
ト長tが必要であるが、本構造では40μm程度で済む
。即ち、オン抵抗も半分以下になるばかりでなく、1個
のFET当pの占有面積を大幅に低減できる。。
尚、高耐圧MO8FETのチャネル部の閾値電圧は基、
板バイアス■B3ヲ印加すると高くなるが、この場合基
板バイアスを印加した時点で最適値(例えば、約1■)
になるように、チャネル部の不純物ドーズ量を設定して
やればよい。
(実施例) 以下に本発明の実施例を示す。
(実施例1) 第2図は、本発明の第1の実施例を示すもので、第1図
の具体的な構成を示す図である。vBSの基板バイアス
は、発生回路30で発生され、基板11の底Aに供給さ
れる。この基板バイアス発生回路30は、インバータ2
0、抵抗R1キャノ臂シタC4で構成される矩形パルス
発振回路とバッファ21、キャパシタC2及びダイオー
ドDI 、 D2とからなる。
これらの回路の電源電圧は、5〜10v程度でよい。
これらの構成要素は、全て容易にIC化できる構成であ
るから、前述した高耐圧MO3FETと同一チップ上に
IC化される。この発生回路30の動作原理は、次のと
おりである。
まず、電源を投入した開開に、矩形パルス発振回路で高
周波の矩形状パルス(数百kHz〜IMHz)が発生さ
れる。このパルスは、バッファ21で波形整形され、結
合容fFcc2とダイオードDI 、 D2及び基板容
量C,(Aの端子から、接地端子に対して付く容量)と
で整流され、負のバイアスvB8がA点に供給される。
安定化したこの基板バイアスが印加されるまでの時間は
、十数μ安程度である。このバイアスが印加されるよう
になれは、高耐圧MO8FETの動作上、寄生バイポー
ラ効果が生じなくなる。
(実施例2) 第3図は、本発明の第2の実施例を示したものである。
同図において、第4図と同一番号及び記号は、同一構成
要素を表わす。本実施例では、DSA構造の高耐圧MO
8FETに基板バイアス発生回路が内蔵されている。こ
の場合には、チャネル部となるp形不純物層18がソー
スSのn+拡散層12と同一マスクを用いて自己整合で
形成される。但し、このp形不純物層18とれ拡散層1
2間の接合耐圧は、10V以上あるように、p層の濃度
を制御することが望ましい。このような構造の高耐圧M
O3FETにおいても、f−)バイアスを印加時に、ド
レイン近傍の高電界領域で衝突電離により発生したホー
ルが基板抵抗を流れ、ソースSの工、ジ部のp形不純物
層18の電位を接地されたソースSのn+拡散層12の
電位よりも正のレベルとする。しかし、基板に逆バイア
ス電圧VBl! (約−5V程度)が印加されているの
で、p(18) −n” (12)接合がオンすること
はなく、寄生バイポーラ効果は生じない。この構造によ
るときには、チャネル長を短くできるので、単位面積当
りの電流を@1の実施例よりも大きくとれる。即ち、面
積効率が高いので、IC化時に有利である。このような
構造のICでも、オン時の耐圧をドレイン端のpn接合
ブレイクダウンで決まるオフ耐圧と同じにすることがで
きる。
尚、vBllの値は、−5Vに限定されず、使用する半
導体基板の抵抗、ドレインに印加する電圧、チャネル電
流の大きさ等により、基板に生じる電位差が異なるので
、その使用するFET構造によジ最適設計することが望
ましい。
(発明の効果) 以上、実施例で詳述したように、本発明の構成によれば
高電圧で動作する高耐圧MO8FETを含む高電圧集積
回路における寄生バイポーラ効果を防止することができ
る。このことは、一般的に高耐圧MO8FETの占有面
積の小形化を可能とすることでありて、FETを多数個
IC化する場合にICチップ面槓の低減に非常に有益で
ある。即ち、ICチップのコストを従来技術よりも低下
できることを意味する。
本発明を適用するICの構造は、S1半導体だけでなく
、CaAa 、 InP 等の加合物半導体にも適用で
きることは云うまでもない。また、実施例では、オフセ
ラ) P −トM造、DASfA造の場合について述べ
たが、本発明は、寄生パイ?−ラ効果が生じる他のどの
ようなFET構造にも適用できる・また、本発明は寄生
npn )ランジスタをオンにしない為CMO8のラッ
チアップ防止にも有効である。
従って、CMOSロジック回路を内蔵した高耐圧MO8
FETのアレイからなるICにも適用できる。この場合
、CMO8部にも基板バイアスが印加されるので、低電
圧トランジスタの閾値電圧をvBsの印加された状態で
最適になるように、チャネル部の不純物を決めればよい
更に、基板バイアス発生回路の構成は、本実施例に示し
た構成に限定されず、他の回路であってもよい。璧は、
数7以上の基板/4イアスを供給できるものであれば、
どのような構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明な高耐圧MO8FETに適用したときの
基本原理を示す図、第2図は本発明になる高耐圧MO3
FETの第1の実施例の具体的な構成を示す図、第3図
は本発明になる高耐圧MO8FETの第2の実施例を示
す図、第4図は従来の高耐圧MO8FETの構成を示す
図である。 11:p型半導体基板、12 、12’: n+拡散層
、13:p+ガードリング層、14:n−ドリフト層、
15:多結晶St、16:5IO2膜、17 、17’
:導電層、18:p型不純物層、20:インバータ、2
1:ノ櫂ツファ、30:基板バイアス発生回路。 鳴4図 ン 第1図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)高耐圧絶縁ゲート型電界効果トランジスタを含む
    高電圧集積回路において、基板と、基板上に形成された
    高耐圧構造の電界効果トランジスタにおけるソースとの
    間にバックゲート電圧を印加する手段を備えたことを特
    徴とする高電圧集積回路。
JP20916384A 1984-10-05 1984-10-05 高電圧集積回路 Pending JPS6187374A (ja)

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