JPS6241427B2 - - Google Patents

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JPS6241427B2
JPS6241427B2 JP13014379A JP13014379A JPS6241427B2 JP S6241427 B2 JPS6241427 B2 JP S6241427B2 JP 13014379 A JP13014379 A JP 13014379A JP 13014379 A JP13014379 A JP 13014379A JP S6241427 B2 JPS6241427 B2 JP S6241427B2
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JP13014379A
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Hiroshi Sakuma
Toshuki Suzuki
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
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    • H01L29/1079Substrate region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/1087Substrate region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate characterised by the contact structure of the substrate region, e.g. for controlling or preventing bipolar effect
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    • 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
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    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は絶縁ゲート形電界効果トランジスタ、
特に高ドレイン耐圧MOS形電界効果トランジス
タに関するものである。
MOS形電界効果トランジスタは、ドレイン電
流の温度係数が、負のため熱暴走を起こさない、
多数キヤリア動作のため特に、大振幅時のスイツ
チングスピードが速い、ゲート入力抵抗が高いか
ら電力利得が大きい等の本質的特徴があり、近
年、高耐圧・高出力素子としての開発が進められ
ている。
第1図は、同目的のために開発されている、オ
フセツトゲーム型高耐圧MOSトランジスタの断
面を示したものである。本構造のトランジスタで
はドレイン2とゲート電極4間にドレインと同導
電性の低不純物濃度領域6が設けられており、高
ドレイン電圧印加時には、同領域6が空乏層化し
て、ドレイン2、ソース3間の耐圧を高める働き
をする。
ところで、第1図から、わかるようにMOS形
電界効果トランジスタは、NMOSを仮定した場
合、ソース3のN形拡散領域、基板1のP形領
域、ドレイン2のN形拡散領域からなつており、
これは、ソース3をエミツタ、基板1をベース、
ドレイン2とコレクタとするNPNバイポーラト
ランジスタ構造とみることもできる。すなわち、
第1図のMOS型電界効果トランジスタには、上
記NPN形バイポーラトランジスタが寄生してい
ると考えられる。
基板比抵抗の高い高耐圧MOSトランジスタ
や、寄生バイポーラトランジスタのベース幅が狭
いことに相当するシヨートチヤンネル型MOSト
ランジスタでは、この寄生バイポーラ素子による
効果が顕著となり、たとえば、第2図に示すよう
な、ドレイン電圧VD、ドレイン電流IDの特性が
観測されることが知られている。
このような負性抵抗現象は、ドレイン−基板間
PN接合の雪崩降伏をトリガーとし、ソース領域
から、バイポーラ動作における少数キヤリアが基
板側に注入されることによつて生ずる、いわゆる
寄生バイポーラ効果であると説明されており、雪
崩増倍係数の大きな電子を電流キヤリアとするN
形MOSトランジスタで特に顕著である。更に、
高耐圧MOSトランジスタでは、ドレイン拡散層
領域2と基板領域1との間のPN接合耐圧を上げ
るため、より低不純物濃度の基板、すなわち、よ
り比抵抗の高い基板が用いられる。これは、寄生
バイポーラトランジスタにおけるベース抵抗が高
くなつたことに相当し、わずかのドレイン−基板
間雪崩電流、すなわちコレクターベース間電流に
よつても、ソース−基板間PN接合、すなわち、
寄生バイポーラトランジスタのエミツタ−ベース
間接合が容易に順バイアスされ、ますます負性抵
抗現象が現われやすいことになる。その上、高耐
圧MOSトランジスタは高いドレイン電圧印加状
態で使用されるから、上記負性抵抗状態への遷移
過程でドレイン接合に電流集中が生ずると、そこ
に大電力が加わることになり、容易に素子の熱破
壊に至る欠点があつた。このような負性抵抗現象
や、熱破壊現象(バイポーラ素子でのいわゆる2
次降伏)を防ぐ有効な手段としては、これまでに
たとえば第3図に示す構造が試みられている。
すなわち、低抵抗P形シリコン基板上に、高比
抵抗のP形シリコン層をエピタキシヤル成長さ
せ、同層表面に高耐圧NMOSトランジスタを形成
する。本構造のデバイスでは、ドレインの雪崩降
伏をオフセツトゲート端でなくむしろドレイン拡
散層と低抵抗基板側間で生じさせることにより雪
崩注入されたホールを低抵抗基板部に吸収し、ソ
ース領域3近傍の基板電位の上昇を抑えて、寄生
バイポーラ効果を除去している。実際、同構造に
よつて、ドレイン耐圧220V程度の耐破壊性に優
れた高耐圧NMOSトランジスタを得ることができ
る。
しかし、同構造の実現には十数μm以上の高比
抵抗シリコン層のエピタキシヤル成長が必要であ
り、デバイスのコスト高の原因となつている。
又、より高いドレイン耐圧を有するNMOSトラン
ジスタを得たい場合には、前述の例に比して、よ
り高比抵抗で、より厚いエピタキシヤル層を成長
させる必要がある。しかし、現在のシリコンエピ
タキシヤル技術では、せいぜい20〜30μm厚のエ
ピタキシヤル成長が実用上限度であり、高比抵抗
層のための1014cm-3オーダーの不純物密度の制御
も、容易でない。
従つて低抵抗P形基板上に、高抵抗エピタキシ
ヤル層を成長させた構造の基板を利用した、より
高耐圧で耐破壊性に優れたNMOSトランジスタの
実現は、従来、困難であつた。
本発明の目的は、MOSトランジスタにおける
寄生バイポーラ効果を抑制でき、製造が容易でし
かも、特により高いドレイン耐圧でかつ負性抵抗
現象を抑制せしめた絶縁ゲート形電界効果トラン
ジスタを提供するところにある。
本発明によれば、絶縁ゲート形電界効果トラン
ジスタの第1の導電性のソース領域を、少なくと
もゲート電極下の導電チヤンネル形成部を除き、
基板と同じ第2の導電性の高不純物濃度領域で囲
み、該第2の導電性の高不純物濃度領域と前記第
1の導電性のソース領域とをオーム性接続により
電気的に短絡してなることを特徴とする絶縁ゲー
ト形電界効果トランジスタが得られる。
以下に、本発明を図面を用いて詳細に説明す
る。
第4図は、本発明による高耐圧MOS形電界効
果トランジスタの一実施例を示す断面図であり、
同図で第3図と同一の構成要素は同一記号で示し
ている。12は、基板と同じ第2の導電性の高不
純物濃度領域であり、13は同第2の導電性の高
不純物濃度領域と該ソース領域3とを金属働極で
オーム性接続するためのコンタクト孔領域を示
す。
本構造のデバイスにおいては、MOSトランジ
スタにおけるソース領域3が、ゲート電極4直下
のMOSチヤンネル形成部9を除き、ソース領域
と同電位のソース領域とは異なる導電性の高不純
物濃度領域12(NMOSの場合、P+層)で囲ま
れているために、寄生バイポーラ効果に寄与する
有効エミツタ領域がほとんど存在しなくなつてい
る。すなわち、本デバイスの寄生バイポーラ素子
における有効エミツタ領域はMOSチヤンネル形
成部側に開いているソース拡散領域3の側面部1
4のみであり該側面部の深さは高々数千Å〜4μ
m程度であるから、第1図に示す従来のMOSト
ランジスタに比し、極めて少なくなつている。し
かも該ソース拡散領域側面部14近傍の基板領域
は、基板と同導電性で低抵抗の高不純物濃度領域
12によりソース電位にしつかりと接地されてお
り、基板への雪崩注入ホールは、該高不純物濃度
領域12に吸収されてしまうため、該ソース拡散
領域側面部14が、基板領域に対して、順バイア
スされることはなく、従つて寄生バイポーラ効果
は、まつたく抑制される。
第5図a〜eは第4図の実施例のトランジスタ
を実現するための製造方法を説明するための図で
各主要工程における素子断面を示す。NMOSトラ
ンジスタの場合、まず高比抵抗P形基板1の将
来、ソース領域を設ける部分にたとえば、1×
1018cm-3以上の不純物濃度で、深さ約1.5μmの
P+領域12を選択拡散する(第5図a)。次に同
基板全面に、薄いP形シリコン層16をエピタキ
シヤル成長させる(同図b)。その後基板接地と
埋め込みP+層12用電極取り出しのために、P+
拡散領域12′を設ける(同図c)。以下、ドレイ
ン、ソース領域2および3、オフセツトゲート低
不純物濃度領域6等を設ける工程は、従来の高耐
圧MOSトランジスタの製造工程と同様である
(第5図d,e)。
このようにして得られた高耐圧NMOSトランジ
スタは、第1図の構造のトランジスタで生じた如
き負性抵抗現象や二次破壊現象を、まつたく起さ
ず、安定した動作特性を示した。第6図a〜bは
第4図の実施例構造を実現する他の製造方法を説
明するための図で各主要工程における素子断面を
を示す。本製造方法ではまず、基板接地のための
P+拡散領域12′を設け(第6図a)、次にソー
ス領域を形成する領域直下に、ボロンイオンの高
加速電圧イオン注入により高不純物濃度領域12
を形成する(第6図b)。以下は、第5図のd,
eと同様従来の高耐圧MOSトランジスタの製造
工程に準じて製造される。本製造方法では、エピ
タキシヤル成長が不用であるところが第5図の例
と異なる。
第7図a,bは第4図の実施例のトランジスタ
を作るための更に別の製造方法を説明するための
図で、各主要工程における素子断面を示す。本製
造方法では、まず、本発明にかかる基板と同導電
性の高不純物濃度領域12および電極取り出し領
域12′を設けるため、ソース領域となる領域近
傍に、NMOSトランジスタの場合、P+拡散を行
なう(第7図a)。
次に、新たな酸化膜拡散マスク15′を用い
て、ドレインおよびソース領域2および3を、第
7図bに示す如く、N+拡散により形成する。
ここで、N+拡散領域3は、同領域の不純物濃
度をP+拡散領域12の不純物濃度よりも高くな
るように選ぶことにより形成できる。また、酸化
膜拡散マスク15および15′の相対的位置関係
や、N+およびP+拡散の温度条件等は、同図bに
示す如く、N+拡散領域3のMOSチヤンネル形成
部側面14が、横方向に拡散するP+拡散領域1
2で完全に包み込まれてしまうことなく、最終的
に同側面14が、MOSチヤンネルに接続される
よう設定する必要がある。以下、従来の高耐圧
MOSトランジスタの製造工程に準じて製造され
る。
以上本発明による絶縁ゲート形電界効果トラン
ジスタを実現する製造方法を述べたがこれから理
解されるように、MOSトランジスタの各製造に
おいては、エピタキシヤル成長工程が不用か、も
しくは高々、数μmの薄いエピタキシヤル成長を
行なうだけであり、その実現は、いたつて、簡単
である。又、高耐圧MOSトランジスタの場合ド
レイン拡散領域2の近傍に第3図の従来型トラン
ジスタのような低抵抗層11が、無いから、ドレ
イン耐圧は、充分高い比抵抗の基板と用いること
により、従来よりも容易に高めることができる。
しかも、前述の如く、寄生バイポーラ効果は、
高不純物濃度領域12の存在によつて、エミツタ
として働くソース領域の面積が同部MOSチヤン
ネル部側面14のみに限られ、かつ該ソース領域
側面14自身の近傍の基板電位も、ソース電位に
固定されるために、まつたく抑制される。
以上、本発明による絶縁ゲート形電界効果トラ
ンジスタを、特に効果が顕著であるオフセツトゲ
ート構造高耐圧NMOSトランジスタによる実施例
において、説明したが本発明は、高耐圧PMOSト
ランジスタの場合にも適用できることは明らかで
あり、又他の高耐圧MOSトランジスタ、もしく
は寄生バイポーラ効果を抑制したい一般のMOS
トランジスタ等の絶縁ゲート形電界効果トランジ
スタにも適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の絶縁ゲート形電界効果トランジ
スタとしてのオフセツトゲート構造高耐圧MOS
トランジスタの断面図、第2図は、該オフセツト
ゲート構造高耐圧MOSトランジスタの代表的、
ドレイン電圧−電流特性、第3図は第1図に示す
構造における寄生バイポーラ効果を防ぐために提
案されている従来の改良構造を示す断面図、第4
図は本発明の一実施例を示す断面図、第5図a〜
e、第6図a,b、第7図a,bは、本発明を実
現するためのそれぞれ異なる製造方法を説明する
ための図で、各主要工程における素子断面図であ
る。 各図において、1は半導体基板、2および3
は、MOSトランジスタのドレインおよびソース
領域、4は、ゲート電極、5は絶縁膜、6は低不
純物濃度ドレイン領域、7および8は、ソースお
よびドレイン用金属配線、9は実効MOSチヤン
ネル領域、11は低抵抗基板層、12および1
2′は、基板と同じ第2の導電性の高不純物濃度
領域、13は、ソース拡散領域と、該第2の導電
性の高不純物濃度領域とをオーム性接続するため
の金属配線用コンタクト孔、14はソース拡散領
域のMOSチヤンネル形成部側面、15および1
5′は酸化膜拡散マスク、16はエピタキシヤル
半導体層をそれぞれ示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 絶縁ゲート形電界効果トランジスタの第1の
    導電性のソース領域を、少なくとも、ゲート電極
    下の導電チヤンネル形成部を除き、基板と同じ第
    2の導電性の高不純物濃度領域で囲み、該第2の
    導電性の高不純物濃度領域と前記第1の導電性の
    ソース領域とを、オーム性接続により、電気的に
    短絡してなることを特徴とする絶縁ゲート形電界
    効果トランジスタ。
JP13014379A 1979-10-09 1979-10-09 Insulated gate field-effect transistor Granted JPS5654071A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13014379A JPS5654071A (en) 1979-10-09 1979-10-09 Insulated gate field-effect transistor
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JP13014379A JPS5654071A (en) 1979-10-09 1979-10-09 Insulated gate field-effect transistor

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JPS5654071A JPS5654071A (en) 1981-05-13
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JPS5654071A (en) 1981-05-13

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