JPS62102555A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS62102555A
JPS62102555A JP60241323A JP24132385A JPS62102555A JP S62102555 A JPS62102555 A JP S62102555A JP 60241323 A JP60241323 A JP 60241323A JP 24132385 A JP24132385 A JP 24132385A JP S62102555 A JPS62102555 A JP S62102555A
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JP
Japan
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region
conductivity type
drain
semiconductor substrate
mos transistor
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JP60241323A
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English (en)
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Tsutomu Matsushita
松下 努
Koichi Murakami
浩一 村上
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/092Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
    • H01L27/0922Combination of complementary transistors having a different structure, e.g. stacked CMOS, high-voltage and low-voltage CMOS

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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、パワーMOSトランジスタと0MO8ICと
を一チツプに集積したパワーMO8ICに関するもので
ある。
〔従来技術〕
パワーMoSトランジスタと0MO8ICとを一チツプ
に集積したパワーMO8ICとしては、例えばパーカー
が提案しているものがある。
(R,Parker  “Power and log
ic devices aremerging on 
the same chip”COMPUTERDES
IGN。
C1rcle 21. p29〜p35. Augus
t’ 1984参照)第4図は、上記のパワーMO8I
Cの一例の断面図である。
第4図の半導体装置は、パワーMOSトランジスタとし
てはいわゆるL D M OS (Lateral 0
MO8)トランジスタを用いている。
すなわち、ポリシリコンゲート14をマスクとして、二
重拡散によりPウェル4、n+ソース5の順に形成し、
pウェル4がチャネルとなるものである。
また、0MO8ICとしては、MゲートCMO8構造を
用いている。
すなわち、n型エピタキシャル層2の中にpウェル7を
形成し、そこにnチャネルMOSトランジスタ(以下、
nMO3と略記する)を形成し、またn型エピタキシャ
ル層2の中に直接pチャネルMOSトランジスタ(以下
、9MO8と略記する)を形成している。
また、パワーMOSトランジスタ部とCMOSIC部と
を電気的に分離するために、全体をp型半導体基板1の
上のn型エピタキシャル層2中に形成し、パワーMOS
トランジスタ部とCMOSIC部との中間にp+アイソ
レーシゴン領域3を形成して接地することにより、両者
を分離するように構成している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のごとき従来のパワーMO8ICにおいては、次の
ごとき問題がある。
まず、パワーMOSトランジスタをスイッチング用途に
用いる場合には、誘動性の負荷によって生じる高圧のパ
ルス性ノイズ(サージ)に耐える必要がある。
そのため、パワーMO8)−ランジスタのドレイン・ソ
ース間の耐圧を電源電圧よりも遥かに高く設定したり、
或はパワーMOSトランジスタのドレイン・ソース間に
ツェナダイオードを外付けしたりする等の対策が必要で
あり、そのためパワーMoSトランジスタのオン抵抗が
増大したり、或は実装コストの増大を招くといった問題
があった。
また、パワーMOSトランジスタ部を形成する際に二重
拡散プロセスを用いており、そのためポリシリコンゲー
ト形成後に長時間の熱拡散プロセスを施す必要があるの
で、0MO8IC部にL○CO8構造を採用することが
回連であり、従って、集積度向上に有利なポリシリコン
ゲートCMO8を採用することが出来ず、素子面積の増
大を招くといった問題があった。
本発明は、上記のごとき従来技術の問題を解決するため
になされたものであり、C:Mo8  IC部にポリシ
リコンゲートCMO8を採用することが可能であり、か
つ、高圧のパルス性ノイズにも耐えることの出来るパワ
ーMO8IC構造の半導体装置を提供することを目的と
する。
〔問題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため本発明においては、パワーM
OSトランジスタ部のドレイン領域の周辺に比較的低濃
度のドレイン領域を設けることにより耐圧を向上させる
ように構成している。
また、パワーMOSトランジスタ部のドレイン・ソース
間にツェナダイオードを内蔵した構成とすることにより
高圧のパルス性ノイズの影響を除去するように構成して
いる。
また、上記のととくツェナダイオードを内蔵する構成と
した場合において、パワーMOSトランジスタ部と半導
体基板との間に半導体基板と同一導電型の埋込層を形成
することにより、ツェナダイオードのツェナ電圧を半導
体基板の不純物濃度と無関係に設定することが出来るよ
うに構成している。
また1本発明の構成においては、パワーMOSトランジ
スタ部の製造に際し、二重拡散プロセスを必要としない
ので0MO8IC部としてポリシリコンゲートCMO3
を採用することが出来、集積度を向上させることが出来
る。
〔発明の実施例〕
第1図は、本発明の一実施例の断面図であり。
左側がパワーMOSトランジスタ部、右側が0MO8I
C部である。
第1図において、まず、p型半導体基板25の上にエピ
タキシャル成長等でn領域(n型エピタキシャル層)2
6が形成されている。そして、パワーMOSトランジス
タ部には、P+埋込層27及びpウェル28が形成され
ている。
また、ポリシリコンゲート34をマスクとしてn+ソー
ス29、n+ドレイン30及びnドレイン31が形成さ
れている。
このnドレイン31は比較的低不純物濃度であり。
そのため、空乏層をドレイン側にも延ばす作用があり、
通常の横型MOSトランジスタよりもドレイン・ソース
間の耐圧を高くすることが出来る。
また、n+ドレイン30の下にはn領域32が設けられ
ており、P+埋込層27との間にpn接合を形成し、こ
れがツェナダイオード49として作用する。
なお、ツェナ電圧は、n領域32又はP+埋込層27の
不純物濃度によって自由に設定することが出来る。
上記のごとき構造においては、ポリシリコンゲート形成
後に、長時間の熱拡散工程を必要としないため、CMO
8IC部はLOGO8構造とすることが出来る。
そのため、第1図の実施例においては、右側の0MO8
IC部はポリシリコンゲートCMO8となっている。
すなわち、pウェル40の中にn M OSを形成し、
その他の部分にpMO3を形成しており、50.51が
ポリシリコンゲートである。
また、pウェル40は、pウェル28と同時に形成され
る。
なお、第1図の実施例においては、P+埋込層27を設
けた場合を示しているが、とのP+埋込層27を設けず
、pウェル28が直接p型半導体基板25に接する構造
でも良い。
その場合には、n領域32とp型半導体基板25との間
にpn接合が形成され、それがツェナダイオードとして
機能する。
次に、作用を説明する。
まず、第2図に基づいてnドレイン領域31の作用を説
明する。
第2図は、パワーMOSトランジスタ部の一部分の断面
図であり、(A)はnドレイン領域31が無い場合、(
B)はnドレイン領域31を設けた場合を示す。また、
Sはソース、Dはドレイン、Gはゲートである。
まず、第2図(A)の場合には、n+ドレイン領域30
は高不純物濃度であり、かつ拡散の深さが浅い(1−程
度)ため、n+ドレイン領域30とPウェル28とのp
n接合は階段状の濃度分布となっている。
そして、この場合には、ドレインの耐圧はn+ドレイン
領域30端部のpn接合の曲りのために低下し、通常は
20〜30V程度である。
これに対して、第2図(B)の場合には、n+ドレイン
領域30の周囲に比較的低濃度のnドレイン領域31が
存在するため、pウェル28とnドレイン領域31との
間に形成されるpn接合は、傾斜状の濃度分布となり、
その耐圧はpn接合の不純物濃度勾配によって決定され
る。
そのため、nドレイン領域31の濃度によってドレイン
耐圧を任意の値に設定することが出来る。
次に、n+ドレイン領域30の下に設けるツェナダイオ
ード形成用のn領域32の作用について説明する。
n領域32は、P+埋込層27又はp型半導体基板25
(P+埋込層27を設けない場合)との間でpn接合を
形成しており、かつn領域32は、n+ドレイン領域3
0を通じてドレイン電極37に接続され、P+埋込層2
7又はp型半導体基板25は接地されている。
従って、上記の構成は、パワーMOSトランジスタのド
レイン・ソース間にツェナダイオードを内蔵した形にな
っている。
上記のごとき構成においては、誘導性負荷のスイッチン
グ時に発生する高圧のサージは、上記のツェナダイオー
ドを通じて基板へ逃げるため、パワーMoSトランジス
タそのものの耐圧は電源電圧に耐える程度で良い。
一般にパワーMOSトランジスタの耐圧を高くするほど
そのオン抵抗が大きくなるという問題が生じるが、上記
のようにツェナダイオードを内蔵し、必要最小限の耐圧
とすることによって素子のオン抵抗を低くすることが出
来る。
また、同一のオン抵抗とする場合には、素子の面積を縮
小することが出来るので、小さな素子とすることが出来
る。
なお、上記のツェナダイオードのツェナ電圧は、n領域
32の不純物濃度によって任意の値に設定することが出
来る。
次に、P+埋込層27の作用について説明する。
P+埋込層27を設けない場合には、n領域32とp型
半導体基板25との間でツェナダイオードを形成するこ
とになる。
この場合には、ツェナ電圧を適当な値にするためには、
p型半導体基板25をかなり高不純物濃度にし、かつn
領域26の厚さを薄くする必要がある。
そのため、n領域26の仕上り層厚は非常に薄くなり、
PMO8のドレイン44とp型半導体基板25との間の
耐圧が低くなるという問題が生ずる。
しかし、前記のごとくパワーMOSトランジスタ部にの
みP+埋込層27を形成すれば、ツェナ電圧をp型半導
体基板25の不純物濃度と無関係に設定することが出来
、そのため、n領域26の層厚も厚くすることが出来る
ので、上記のごとき問題を解決することが出来る。
次に、第3図に基づいて本発明の半導体装置の製造工程
を説明する。
まず、(A)において、p型半導体基板25の表面を酸
化し、所定の部分にSiO□膜を形成した後。
P+埋込層27を形成するためボロンをイオン注入する
次に、(B)において、エピタキシャル成長によってn
領域26を形成する。
次に、(C)において、pウェル28及びpウェル40
を形成するために、所定のマスクを用いてボロンをイオ
ン注入する。
次に、(D)において、n領域32を形成するために所
定のマスクを用いてリンをイオン注入する。
次に、(E)において、熱拡散によりP+埋込層27、
pウェル28、n領域32、pウェル40を形成する。
次に、(F)において、CVD法によって表面にSL、
N4膜を形成し、フォトリングラフィによってLOGO
8のパターンを形成する。
次に、(G)において、寄生pMO8防止用にリンをイ
オン注入する。
次に、(H)において、寄生n M OS防止用にボロ
ンをイオン注入する。
次に、(I)において、LoCO8酸化膜39を形成す
る。
次に、(J)において、ポリシリコンゲート34゜50
.51を形成した後、nドレイン領域31を形成するた
めにリンをイオン注入する。
次に、(K)において、短時間の熱拡散によってnドレ
イン領域31を形成した後、n+ソース領域29、n+
ドレイン領域30、n M OSドレイン領域41゜n
 M OSソース領域42を形成するためにリンをイオ
ン注入する。
なお、この場合には熱拡散が短時間であるから、LOC
O8下の不純物分布の変化は少なく抑えることが出来る
次に、(L)におイテ、pMOs”/−X領域43.9
MOsドレイン領域44を形成するために、ボロンをイ
オン注入する。
次に、(M)、において、短時間の熱拡散によりn+ソ
ース領域29、n+ドレイン領域30、n M OSド
レイン領域41、n M OSソース領域42、pMO
sソース領域43.9MOsドレイン領域44を形成す
る。
次に、(N)において、CVD法によって中間絶縁膜3
5を形成した後、コンタクト部の孔開けを行なう。
次に、(O)において、真空蒸着法によって晟膜を表面
に形成した後、フォトリソグラフィによってソース電極
36、ドレイン電極37、n M OSドレイン電極4
5、n M OSソース電極46、PMOSソース電極
47、pMOsドレイン電極48を形成する。
次に、最終保護膜38を形成した後、パッド部の孔開け
を行なう。
また、p型半導体基板25の裏面全面に電極を形成し、
p型半導体基板25を接地する。
上記のごとき工程によって、前記第1図の半導体装置を
製造することが出来る。
〔発明の効果〕
以上説明したごとく本発明においては、パワーMOSト
ランジスタ部を二重拡散プロセスを用いることなしに製
造出来るように構成しているので、パワーMOSトラン
ジスタとポリシリコンゲートCMO8ICとを同一の基
板上に形成することが出来る。そのため、素子の集積度
を向上させることが出来る。
また、パワーMOSトランジスタ部の耐圧はドレイン周
辺の低濃度のn領域によって確保し、かつドレインと半
導体基板間にツェナダイオードを内蔵しているので、オ
ン抵抗が低く、シかも高圧のサージが発生しても、影響
を受けることのないパワーMOSトランジスタを形成す
ることが出来る。
又、p+埋込層27を設けることによってCMOSIC
部のn型エピタキシャル層26の層厚を充分大きくする
ことが出来るようにしているので。
9M05部のドレインと半導体基板間の耐圧が低下する
等の障害を生じるおそれも無い、等の優れた効果が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の断面図、第2図は本発明の
詳細な説明するための部分断面図、第3図は本発明の製
造工程図、第4図は従来装置の一例の断面図である。 〈符号の説明〉 25・・・p型半導体基板 26・・・n領域(n型エピタキシャル層)27・・・
P+埋込層     28・・・pウェル29・・・n
+ソース領域   3o・・・n+ドレイン領域31・
・・nドレイン領域  32・・・n領域代理人弁理士
  中 村 純之助 才2図 (A) GO (B) SG       D 1’3 (A) ヤ、−シイオ>注入 I′//  〆 l/l/1 (B) (D)             リニイオ>3主へ/
////   l   l   1 (G)1ル4オシ沌入

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1の導電型の半導体基板25の上に、第2の導電
    型の第1の領域26を形成し、上記第1の領域26の一
    部に、上記半導体基板25に接して第1の導電型の第3
    の領域28を形成し、上記第3の領域28中の浅い部分
    に高濃度の第2の導電型の第4の領域29及び第5の領
    域30を形成し、上記第2の領域28中の上記第5の領
    域30の周囲に比較的低濃度の第2の導電型の第6の領
    域31を形成することにより、上記第4の領域をソース
    、上記第5及び第6の領域をドレインとする、いわゆる
    パワーMOSトランジスタを形成し、更に上記第3の領
    域28中の上記第5の領域30と上記半導体基板25と
    の間に両者に接して第2の導電型の第7の領域32を形
    成し、上記第7の領域32と上記半導体基板25とでツ
    ェナダイオードとなる接合を形成し、また、上記第1の
    領域26の他の部分に、いわゆるCMOSトランジスタ
    を形成することを特徴とする半導体装置。  2、第1の導電型の半導体基板25の上に、第2の導
    電型の第1の領域26を形成し、上記両者の接触面近傍
    の一部に上記半導体基板25から上記第1の領域26に
    かけて連続して第1の導電型の第2の領域27を形成し
    、上記第1の領域26の一部に、上記第2の領域27に
    接して第1の導電型の第3の領域28を形成し、上記第
    3の領域28中の浅い部分に高濃度の第2の導電型の第
    4の領域29及び第5の領域30を形成し、上記第3の
    領域28中の上記第5の領域30の周囲に比較的低濃度
    の第2の導電型の第6の領域31を形成することにより
    、上記第4の領域をソース、上記第5及び第6の領域を
    ドレインとする、いわゆるパワーMOSトランジスタを
    形成し、更に上記第3の領域28中の上記第5の領域3
    0と上記第2の領域27との間に両者に接して第2の導
    電型の第7の領域32を形成し、上記第7の領域32と
    上記第2の領域27とでツェナダイオードとなる接合を
    形成し、また、上記第1の領域26の他の部分に、いわ
    ゆるCMOSトランジスタを形成することを特徴とする
    半導体装置。
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Cited By (6)

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