KR100648276B1 - 역방향 다이오드가 구비된 수직형 디모스 소자 - Google Patents
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Abstract
역방향 다이오드가 구비된 수직형 디모스 소자가 개시된다. 이 소자는
드레인 영역으로 부터 이격된 복수개의 소오스 영역을 포함한다. 상기 드레인 영역에 이웃하는 소오스 영역은 제 2 도전형의 바디 영역 내에 제 2 도전형의 고농도 확산층이 형성된 제 1 확산 구조이고, 다른 소오스 영역은 제 2 도전형의 바디 영역 내에 제 1 도전형의 고농도 확산층 및 제 2 도전형의 고농도 확산층이 형성된 제 2 확산 구조이다. 상기 드레인 영역에 이웃하는 소오스 영역의 불순물 확산구조를 변경하여 다이오드로 동작하게 함으로써 ESD 또는 EOS에 강한 전류 경로를 형성함으로써 소자의 파괴를 방지할 수 있다.
Description
도 1 은 종래의 수직형 디모스 소자를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직형 디모스 소자를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직형 디모스 소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 수직형 디모스 소자를 나타낸 도면이다.
본 발명은 디모스 소자에 관한 것으로서, 더 구체적으로 역방향 다이오드를 구비함으로써 정전기(ESD; ElectroStatic Discharge) 및 과부하(EOS; Electrical OverStress)에 강한 내압을 가지는 수직형 디모스 소자에 관한 것이다.
디모스 소자는 적은 소비전력과 빠른 스피드를 가지는 고전압 소자이다. 디모스 소자는 그 구조에 따라 수평형 디모스(LDMOS)와 수직형 디모스(VDMOS)로 구분 된다. 수직형 디모스 소자는 수평형 디모스 소자에 비해 작은 면적으로 형성할 수 있는 장점을 가지는 반면 정전기 및 과부하에 취약한 단점을 가진다.
수십 볼트 이상의 높은 전압 범위의 동작전압을 가지는 디모스 소자는 동작전압이 높아질 수록 소오스 영역과 드레인 영역을 낮은 농도로 도우핑하여 항복전압을 높인다. 그러나, 소오스 영역과 드레인 영역의 낮은 도우핑 농도는 베이스 푸쉬-아웃 현상에 의해 유도되는 과도 전류(current crowding)을 야기하여 소자의 열적 파괴를 가져올 수 있다. 특히, VDMOS소자에서는 드레인 영역에 이웃하는 소오스 영역과 드레인 영역 사이에서 수평 바이폴라 트랜지스터가 먼저 동작하여 정상적인 경우보다 낮은 전압에서 강한 스냅백(strong snapback)이 발생하여 정전기 및 과부하에 더욱 더 취약해진다.
도 1은 종래의 수직형 디모스 소자의 구조와 파괴 메카니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 수직형 디모스 소자는 반도체 기판(10) 상에 제 1 도전형의 에피택시얼층(14)이 형성되고, 상기 에피택시얼층(14)과 상기 반도체 기판(10)의 경계 부분에 제 1 도전형의 매몰 확산층(12)이 형성되어 있다. 상기 에피택시얼층(14)에는 소자분리막(16)이 형성되어 소오스 영역과 드레인 영역을 횡 방향으로 분리한다. 상기 에피택시얼층(14) 표면에 제 1 도전형의 드레인 영역(18)이 형성되고, 상기 드레인 영역(18)으로부터 상기 매몰 확산층(12)까지 확장된 제 1 도전형의 싱크 영역(19)이 상기 에피택시얼층(14) 내에 형성되어 있다.
디모스 소자는 상기 드레인 영역(18)으로부터 횡 방향으로 이격된 복수개의 소오스 영역들(25)을 가진다. 각 소오스 영역들(25)은 상기 에피택시얼층(14)의 표면에 형성된 제 2 도전형의 바디 영역(20)과, 상기 바디 영역(20) 내에 형성된 제 1 도전형의 고농도 확산층(22) 및 제 2 도전형의 고농도 확산층(24)으로 이루어진다. 상기 제 1 도전형의 고농도 확산층(22)와 상기 에피택시얼층(14) 사이의 상기 바디 영역(20)의 표면은 디모스 트랜지스터의 채널로서 제공된다.
상기 에피택시얼층(14) 상에 게이트 절연막(26)을 개재하여 게이트 전극(30)이 형성되어 있다. 상기 게이트 전극(30)은 디모스 트랜지스터의 채널로 제공되는 바디 영역(20) 상부에 중첩된다. 상기 드레인 영역(18)과 상기 소오스 영역(25)에 각각 드레인 콘택 플러그(34)와 소오스 콘택 플러그(32)가 연결된다.
정상 동작 전압 하에서 디모스 소자는 저저항 경로인 드레인 영역(18), 싱크 영역(20) 및 매몰 확산층(12)를 통해 에피택시얼층(14)에 전압이 인가되고, 접지된 소오스 영역(25)의 제 1 고농도 확산층(22)과 에피택시얼층(14) 사이의 바디 영역(20)의 표면에 채널이 형성된다. 디모스 소자는 복수개의 소오스 영역(25)을 가지기 때문에 병렬로 연결된 복수개의 디모스 트랜지스터 셀로 구성된다. 병렬로 연결된 트랜지스터 셀들은 디모스 소자의 전체 전류를 재분배하여 임의의 셀에 집중되지 않게하여 소자의 파괴를 피할 수 있다.
상기 드레인 영역에 인가되는 전압이 증가하면 상기 제 1 도전형의 고농도 확산층(22)을 에미터 영역으로, 상기 제 2 도전형의 바디 영역(20)을 베이스 영역으로, 상기 제 1 도전형의 에피택시얼층(14)을 컬렉터 영역으로 구비하는 수직형 바이폴라 트랜지스터가 동작하여 상기 매몰 확산층(12) 및 상기 싱크 영역(19)을 통해 상기 드레인 영역(18)으로 전하가 이동된다. 그러나, 상기 드레인 영역(18)에 이웃한 소오스 영역(25a)과 상기 드레인 영역(18) 사이의 수평거리가 충분하지 않은 경우, ESD 또는 EOS와 같은 강한 전류가 디모스 소자로 유입될 때 수직형 바이폴라 트랜지스터의 턴온 전압 보다 낮은 전압에서 상기 드레인 영역(18) 및 이웃하는 소오스 영역(25a) 사이에 수평 바이폴라 트랜지스터(T1)가 먼저 턴온된다. 이로 인해, 정상적인 1차 스냅백 전압보다 낮은 전압에서 강한 스냅백(strong snapback)이 발생되어 순간적으로 많은 전류가 상기 수평 바이폴라 트랜지스터(T1)의 베이스 영역으로 유입된다. 특히, 높은 동작 전압 범위를 가지도록 소오스 영역(25)의 도우핑 농도가 낮은 경우 베이스 푸쉬 아웃에 의해 과다 전류(current crowding)가 유도되고 디모스 소자의 열적 파괴를 일으키는 결과를 가져온다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 ESD 및 EOS 등의 강한 전류 스트레스로부터 소자의 파괴를 방지할 수 있는 구조의 디모스 소자를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 순간적으로 발생하는 강한 전류를 재분배하여 전류 스트레스에 취약한 부분으로 집중되지 않는 구조의 디모스 소자를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제들을 달성하기 위하여 본 발명은 역방향 다이오드가 구비된 디모스 소자를 제공한다. 이 소자는 드레인 영역으로 부터 이격된 복수개의 소오스 영역을 포함한다. 상기 드레인 영역에 이웃하는 소오스 영역은 제 2 도전형의 바디 영역 내에 제 2 도전형의 고농도 확산층이 형성된 제 1 확산 구조이고, 다른 소오스 영역은 제 2 도전형의 바디 영역 내에 제 1 도전형의 고농도 확산층 및 제 2 도전형의 고농도 확산층이 형성된 제 2 확산 구조이다.
상기 소오스 영역들은 배선을 통해 서로 연결되어 접지전압이 인가될 수 있다. 본 발명에서 상기 제 1 확산구조의 소오스 영역과 상기 드레인 영역은 다이오드를 구성할 수 있고, 상기 제 2 확산 구조의 소오스 영역과 상기 드레인 영역은 바이폴라 트랜지스터를 구성할 수 있다. 상기 다이오드의 역방향 항복전압은 상기 바이폴라 트랜지스터의 턴온 전압보다 높다. 따라서, 상기 드레인 영역에 이웃한 소오스 영역에서 다이오드의 역방향 항복이 일어나기 전에 상기 드레인 영역으로 부터 충분히 이격된 다른 소오스 영역에서 바이폴라 트랜지스터가 턴온되어 스트레스 전류가 재분배될 수 있다.
본 발명의 디모스 소자의 게이트 전극은 상기 소오스 영역의 일부분 상에 중첩된다. 상기 게이트 전극에 의해 상기 제 2 확산 구조의 제 2 도전형 바디 영역에 모스 트랜지스터의 채널이 정의된다. 상기 모스 트랜지스터의 문턱전압은 상기 바이폴라 트랜지스터의 턴온 전압보다 낮고, 상기 바이폴라 트랜지스터의 턴온 전압은 상기 다이오드의 역방향 항복전압보다 낮다. 이러한 특성에 의해 정상 동작 전압하에서 상기 바디 영역에 형성된 채널을 가지는 고전력 디모스 트랜지스터가 동작하고, ESD 또는 EOS와 같은 강한 스트레스 전류의 발생시에는 드레인 영역으로 부터 충분히 이격된 소오스 영역에서 바이폴라 트랜지스터가 턴온되어 소자의 파괴 를 막을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디모스 소자는 기판 상에 형성된 제 1 도전형의 에피택시얼층과, 상기 에피택시얼층과 상기 기판의 경계부분에 형성된 제 1 도전형의 매몰 확산층과, 상기 에피택시얼층의 표면에 형성된 제 1 도전형의 드레인 영역과, 상기 드레인 영역으로부터 상기 매몰 확산층까지 신장된 제 1 도전형의 싱크 영역과, 상기 드레인 영역으로부터 이격되어 상기 에피택시얼층의 표면에 형성된 복수개의 소오스 영역들을 포함한다.
상기 소오스 영역들은 제 1 도전형의 제 1 바디 영역과 상기 제 1 바디 영역에 형성된 제 2 도전형의 제 1 고농도 확산층으로 구성된 제 1 소오스 영역과, 제 1 도전형의 제 2 바디 영역과 상기 제 2 바디 영역에 형성된 제 1 도전형의 고농도 확산층 및 제 2 도전형의 제 2 고농도 확산으로 구성된 제 2 소오스 영역으로 구분된다. 상기 드레인 영역과 이웃하는 소오스 영역은 제 1 바디 영역과 제 1 고농도 확산층으로 구성된 제 1 소오스 영역이다.
상기 소오스 영역들은 배선을 통해 연결되어 상기 제 1 소오스 영역 및 상기 제 2 소오스 영역에 접지전압이 인가될 수 있다. 제 1 도전형의 상기 에피택시얼층과 제 2 도전형의 상기 소오스 영역은 역방향 다이오드를 구성할 수 있고, 제 1 도전형의 상기 에피택시얼층과 상기 제 2 도전형의 제 2 바디 영역 및 상기 제 2 소오스 영역의 제 1 도전형 고농도 확산층은 바이폴라 트랜지스터를 구성할 수 있다. 상기 바이폴라 트랜지스터는 상기 제 1 도전형의 고농도 확산층을 에미터 영역으로, 상기 제 2 바디 영역을 베이스 영역으로, 상기 에피택시얼층을 컬렉터 영역으 로 구비한다. 상기 바이폴라 트랜지스터의 턴온 전압은 상기 다이오드의 역방향 항복 전압보다 낮기 때문에 상기 다이오드에서 항복이 일어나기 전에 바이폴라 트랜지스터들이 턴온되어 전류가 배분될 수 있다.
이 디모스 소자는 상기 에피택시얼층 상에 형성된 게이트 절연막과 게이트 전극을 더 포함한다. 상기 게이트 전극은 상기 제 2 도전형의 제 1 고농도 확산층과 상기 에피택시얼층 사이의 제 1 바디 영역에 중첩되과, 상기 제 1 도전형의 고농도 확산층과 상기 에피택시얼층 사이의 제 2 바디 영역에 중첩된다. 상기 게이트 전극은 상기 제 1 도전형의 고농도 확산층과 상기 에피택시얼층 사이의 제 2 바디 영역에 모스 트랜지스터의 채널을 정의한다. 상기 모스 트랜지스터의 문턱 전압은 상기 바이폴라 트랜지스터의 턴온 전압보다 낮다. 따라서, 정상 동작 전압 하에서 상기 모스 트랜지스터가 동작되고, 고전압 하에서는 상기 다이오드의 항복보다 앞서 바이폴라 트랜지스터가 턴온되어 전류가 배분된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직형 디모스 소자를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 수직형 디모스 소자는 반도체 기판(50) 상에 제 1 도전형의 에피택시얼층(54)가 형성되고, 상기 제 1 도전형의 에피택시얼층(54)와 상기 반도체 기판(50)의 경계부분에 제 1 도전형의 매몰 확산층(52)이 형성되어 있다. 상기 에패택시얼층(54)은 낮은 농도로 도우핑되고, 상기 매몰 확산층(52)은 디모스 소자의 저저항 경로를 제공하기 위하여 높은 농도로 도우핑되는 것이 바람직하다. 상기 에피택시얼층(54)에 소자분리막(56)이 형성되어 드레인 영역과 복수개의 소오스 영역을 횡방향으로 분리한다. 상기 에피택시얼층(54)에 제 1 도전형의 불순물을 주입되어 제 1 도전형의 드레인 영역(58)이 형성된다. 상기 드레인 영역(58) 하부에서 제 1 도전형의 싱크영역(59)이 상기 매몰 확산층(52)까지 확장되어 있다. 상기 드레인 영역(58)으로부터 이격된 에피택시얼층(54)의 표면에 복수개의 소오스 영역들이 형성된다. 상기 소오스 영역들은 두가지 구조로 구분된다. 제 1 소오스 영역(65a)은 상기 에피택시얼층(54)에 형성된 제 2 도전형의 제 1 바디 영역(60a)과, 상기 제 1 바디 영역(60a) 내에 형성된 제 2 도전형의 제 1 고농도 확산층(64a)로 구성되고, 제 2 소오스 영역(65b)는 상기 에피택시얼층(54)에 형성된 제 2 도전형의 제 2 바디 영역(60b)과, 상기 제 2 바디 영역(60b) 내에 형성된 제 1 도전형의 고농도 확산층(62) 및 제 2 도전형의 제 2 고농도 확산층(64b)로 구성된다. 복수개의 소오스 영역들 중에서, 상기 드레인 영역(58)에 이웃하는 소오스 영역들이 제 1 소오스 영역(65a)이고, 상기 드레인 영역(58)으로부터 멀리 이격된 다른 소오스 영역들이 제 2 소오스 영역(65b)이다.
상기 에피택시얼층(54) 상에 게이트 절연막(66)을 개재하여 게이트 전극(70)이 형성되어 있다. 상기 게이트 전극(70)은 상기 소오스 영역들의 일부분 상에 중첩된다. 도시된 것과 같이, 상기 게이트 전극(70)은 상기 제 1 도전형의 고농도 확산층(62)와 상기 에피택시얼층(54) 사이의 상기 제 2 바디 영역(60b) 상부에 중첩된다. 디모스 소자는 병렬로 연결된 복수개의 디모스 트랜지스터 셀들로 구성되는데, 디모스 트랜지스터의 채널은 상기 제 2 바디 영역(60b)의 표면에 정의된다. 상기 드레인 영역(58)에 드레인 콘택 플러그(74)가 연결되고, 상기 제 1 소오스 영역(65a) 및 상기 제 2 소오스 영역(65b)에 각각 소오스 콘택 플러그(72)가 연결된다.
상기 제 1 소오스 영역(65a)과 상기 제 2 소오스 영역(65b)는 배선으로 연결된다. 예컨대, 정상 동작전압 하에서 상기 드레인 콘택 플러그(74)에 부하 전압(Vd), 상기 게이트 전극(70)에 제어 신호(Vg), 상기 소오스 콘택 플러그(72)에 접지전압(Vs)가 인가될 때, 제 2 바디 영역(60b)의 표면에 채널이 형성되어 디모스 트랜지스터 셀이 턴-온된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직형 디모스 소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 이 디모스 소자는 제 1 소오스 영역(65a)과 상기 에피택시얼층(54)으로 구성되는 다이오드(D1)와, 상기 상기 제 2 소오스 영역(65b)과 상기 에피택시얼층(54)으로 구성되는 수직형 바이폴라 트랜지스터(T2)를 구성한다. 예컨대 n형 디모스 소자인 경우, 상기 다이오드(D1)은 제 2 도전형의 제 1 소오스 영역(65a)을 애노드영역으로, 제 1 도전형의 에피택시얼층(54)을 캐소드 영역로 구비한다. 또한, 상기 바이폴라 트랜지스터(T2)는 제 1 도전형의 고농도 확산층(62)을 에미터 영역으로, 제 2 도전형의 제 2 바디 영역(60b)을 베이스 영역으로, 상기 제 1 도전형의 에피택시얼층(54)을 컬렉터 영역으로 구비한다. 상기 제 1 소오스 영역(65a)과 상기 제 2 소오스 영역(64b)는 배선으로 연결되어 동일한 바이어스가 인가된다. 따라서, 상기 바이폴라 트랜지스터(T2)의 이미터 영역과 상기 다이오드(D1)의 애노드 영역이 전기적으로 연결된 등가회로 구조를 가진다.
정상 동작전압 하에서 상기 드레인 콘택 플러그(74)에 부하 전압(Vd), 상기 게이트 전극(70)에 제어 신호(Vg), 상기 소오스 콘택 플러그(72)에 접지전압(Vs)가 인가될 때, 상기 드레인 영역(58), 상기 싱크 영역(59) 및 상기 매몰 확산층(52)으로 구성되는 저저항 경로를 통하여 상기 에피택시얼층(54)에 부하 전압(Vd)이 인가되고, 상기 제 1 도전형의 고농도 확산층(62)와 상기 에피택시얼층(54) 사이의 상기 제 2 바디 영역(60b)의 표면에 채널이 형성되어 디모스 트랜지스터 셀이 턴-온된다. 상기 다이오드(D1)의 역방향 항복 전압이 상기 디모스 트랜지스터의 턴-온 전압보다 충분히 높기 때문에 상기 드레인 영역(58), 상기 싱크 영역(59) 및 상기 매몰 확산층(52)으로 연결되는 저저항 경로를 따라 전류가 흐르고, 상기 에피택시얼 층(54)에서 수직으로 전류 경로가 형성되어 디모스 트랜지스터의 채널을 통해 전류가 흐른다.
상기 드레인 영역(58)에 인가되는 전압이 상기 바이폴라 트랜지스터(T2)의 턴온 전압 이상으로 증가하면, 상기 게이트 전극(70)에 제어 신호(Vg)의 인가 여부와 관계없이, 상기 바이폴라 트랜지스터(T2)가 턴-온되어 상기 디모스 트랜지스터의 채널을 통해 흐르던 전류는 상기 제 2 바디 영역(60b)를 통하여 수직으로 흐르게된다. 고전압 하에서 상기 저저항 경로를 따라 전류가 흐르기 때문에 상기 드레인 영역(58)에 이웃한 소오스 영역으로 표면 전류밀도가 증가하는 것을 방지할 수 있다. 상기 다이오드(D1)의 항복전압은 상기 바이폴라 트랜지스터(T2)의 턴온 전압보다 높은 것이 바람직하다.
종래의 디모스 소자는 ESD 또는 EOS와 같은 강한 전류가 유입될 때 수직형 바이폴라 트랜지스터(T2)의 턴온 전압 보다 낮은 전압에서 상기 드레인 영역 및 이웃하는 소오스 영역 사이에 수평 바이폴라 트랜지스터(도 1의 T1)가 먼저 턴온된다. 이로 인해, 순간적으로 많은 전류가 상기 소오스 영역(25a)으로 집중되어 소자의 열적 파괴를 일으킨다. 그러나, 본 발명은 드레인 영역(58)에 가까운 소오스 영역(60a)와 상기 드레인 영역(58)이 역방향 다이오드 동작하기 때문에 상기 드레인 영역(58)에 가까운 제 1 소오스 영역(60a)으로 전류가 집중되지 않고, 매몰 확산층(52)을 통하여 제 2 소오스 영역(60b)으로 전류 경로가 형성된다.
따라서, 상기 수직형 바이폴라 트랜지스터(T2)의 턴-온으로 짧은 지속시간(duration time)을 가지는 ESD 펄스를 효과적으로 방전할 수 있다. 또한, 다량의 전하가 유입되는 EOS 서지(Electric OverStress surge)에 대해서는 바이폴라 트랜지스터(T2)와 다이오드(D1)로 전류가 분배되어 과다 전류(current crowding)의 발생이 억제될 수 있다. 즉, 바이폴라 트랜지스터(T2)에서 전류가 증가하여 도통 저항(on-resistance)이 증가하면 전류가 제한되고, 바이폴라 트랜지스터(T2)의 전류 제한 및 저항의 증가로 전압이 재상승하면 다이오드가 항복되어 전류 경로가 다이오드(D1)로 변경된다. 바이폴라 트랜지스터(T2)의 도통 저항이 감소하여 바이폴라 트랜지스터(T2)가 턴-온되면 전류 경로는 다이오드(D1)에서 바이폴라 트랜지스터(T2
)로 변경되고, 이 과정을 반복하면서 EOS 서지로 인한 과다전류의 발생이 억제될 수 있다.
다이오드(D1)의 항복전압은 도우핑 농도를 낮추어 높일 수 있다. 베이스 푸쉬-아웃으로 인한 과다 전류(current crowding)가 발생하는 문제로 인해, 종래의 구조에서는 바이폴라 트랜지스터의 베이스 영역으로 작용하는 바디 영역의 도우핑 농도를 낮추는 것이 제한적이었다. 그러나, 본 발명은 ESD 또는 EOS에 대해 취약한 소오스 영역이 다이오드로 동작하기 때문에 바이폴라 트랜지스터의 베이스 농도가 낮아지더라도 전류가 분배되어 소자의 열적파괴에 대해 충분한 내성을 가진다.
도 4는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 수직형 디모스 소자를 나타낸 도면 이다.
도 4를 참조하면, 이 디모스 소자는 도 2에 도시된 디모스 소자와 마찬가지로, 반도체 기판(150) 상에 제 1 도전형의 에피택시얼층(154), 제 1 도전형의 매몰 확산층(152)이 형성되고, 제 1 도전형의 드레인 영역(158) 및 싱크 영역(159)이 상기 에피택시얼층(154)에 형성되고, 상기 드레인 영역(158)으로 부터 소자 분리막(156)에 의해 분리된 복수개의 소오스 영역(165a, 165b)이 상기 에피택시얼층(154)에 형성된다. 상기 소오스 영역들(165a, 165b)은 상기 드레인 영역(158) 및 상기 싱크 영역(159)으로 한정된 에피택시얼층(154) 내에 형성된다. 평면적으로는 상기 드레인 영역으로 둘러싸여진 영역 내에 상기 소오스 영역들(165a, 165b)이 배치될 것이다.
본 발명의 특징은 상기 드레인 영역(158)에 이웃한 제 1 소오스 영역(156a)은 제 2 도전형의 제 1 바디 영역(160a) 내에 제 2 도전형의 제 1 고농도 확산층(164a)이 형성된 구조를 가지고, 상기 드레인 영역(158)으로부터 멀리 떨어진 제 2 소오스 영역(156b)은 통상의 디모스 소자와 같은 구조인, 제 2 도전형의 제 2 바디 영역(160b) 내에 제 1 도전형의 고농도 확산층(162) 및 제 2 도전형의 제 2 고농도 확산층(164b)이 형성된 구조를 가지는 것이다. 예컨대 메트릭스 또는 벌집 형상의 소오스 셀 구조를 가지는 디모스 소자를 제조하는 경우, 드레인 영역에 인접하는 가장자리의 소오스 셀들은 제 1 소오스 영역(156a)과 같은 구조로 형성하고, 그 이외의 중앙부분의 소오스 셀들은 제 2 소오스 영역(156b)과 같은 구조로 형성할 수 있다.
상기 에피택시얼층(154) 상에 게이트 절연막(166)을 개재하여 게이트 전극(170)이 형성된다. 평면적으로는 통상의 디모스 소자의 게이트 전극과 같이 소오스 영역들이 노출된 오프닝을 가지는 메사 구조의 게이트 전극 구조를 가질 수 있다.
상기 게이트 전극(170)은 상기 제 2 바디 영역(160b) 상에 중첩되어 상기 제 1 도전형의 고농도 확산층(162)과 상기 제 1 도전형의 에피택시얼층(154) 사이의 제 2 도전형의 제 2 바디 영역(160b) 표면에 채널을 가지는 복수개의 디모스 트랜지스터 셀들을 구성할 수 있다. 이 실시예에 따른 디모스 소자는 복수개의 바이폴라 트랜지스터를 구비하기 때문에 강한 스트레스 전류는 복수개의 바이폴라 트랜지스터 및 다이오드로 배분되어 디모스 소자의 열적 파괴를 방지할 수 있다.
상술한 것과 같이 본 발명에 따르면, 드레인 영역으로 부터 이격된 복수개의 소오스 영역을 가지는 디모스 소자에서, 상기 드레인 영역에 이웃하는 소오스 영역의 불순물 확산구조를 변경하여 다이오드로 동작하게 함으로써 ESD 또는 EOS에 강한 전류 경로를 형성함으로써 소자의 파괴를 방지할 수 있다.
즉, EOS 또는 ESD에 취약한 부분인 드레인 영역에 이웃하는 소오스 영역으로의 전류 경로를 다이오드 동작에 의해 차단하고, 드레인 영역으로부터 이격된 소오스 영역에 매몰 확산층을 경유하는 저저항 경로를 통하여 수직으로 전류를 흐르게함으로써, 전류가 집중되지 않고 배분되어 소자의 파괴를 막을 수 있다.
Claims (17)
- 제 1 도전형의 에피택시얼층에 형성된 제 1 도전형의 드레인 영역과, 상기 드레인 영역으로 부터 이격되어 상기 에피택시얼층에 형성된 복수개의 이중확산 소오스 영역들 및 상기 소오스 영역의 일부분 상부에 중첩된 게이트 전극을 포함하는 수직형 디모스 소자에 있어서,상기 드레인 영역에 이웃하는 소오스 영역은 제 2 도전형의 바디 영역 내에 제 2 도전형의 고농도 확산층이 형성된 제 1 확산 구조이고, 다른 소오스 영역은 제 2 도전형의 바디 영역 내에 제 1 도전형의 고농도 확산층 및 제 2 도전형의 고농도 확산층이 형성된 제 2 확산 구조이고, 상기 제 1 확산 구조의 소오스 영역 및 상기 제 2 확산 구조의 소오스 영역은 배선으로 서로 연결된 것을 특징으로 하는 수직형 디모스 소자.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 드레인 영역에 정전기 방전 또는 과부하가 인가될 때,상기 제 1 확산 구조의 소오스 영역과 상기 드레인 영역은 다이오드 동작하고, 상기 제 2 확산 구조의 소오스 영역과 상기 드레인 영역은 바이폴라 트랜지스터 동작하는 것을 특징으로 하는 수직형 디모스 소자.
- 제 3 항에 있어서,상기 다이오드의 항복전압은 상기 바이폴라 트랜지스터의 턴온 전압보다 높은 것을 특징으로 하는 수직형 디모스 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트 전극에 제어 신호가 인가될 때,상기 제 2 확산 구조의 제 2 도전형 바디 영역에 모스 트랜지스터의 채널이 형성되는 것을 특징으로 하는 수직형 디모스 소자.
- 제 5 항에 있어서,상기 드레인 영역에 정전기 방전 또는 과부하가 인가될 때,상기 제 1 확산 구조의 소오스 영역과 상기 드레인 영역은 다이오드 동작하고, 상기 제 2 확산 구조의 소오스 영역과 상기 드레인 영역은 바이폴라 트랜지스터 동작하되,상기 바이폴라 트랜지스터의 턴온 전압은 상기 모스 트랜지스터의 문턱 전압보다 높고, 상기 다이오드의 역방향 항복전압은 상기 바이폴라 트랜지스터의 턴온 전압보다 높은 것을 특징으로 하는 수직형 디모스 소자.
- 기판 상에 형성된 제 1 도전형의 에피택시얼층;상기 에피택시얼층과 상기 기판의 경계부분에 형성된 제 1 도전형의 매몰 확산층;상기 에피택시얼층의 표면에 형성된 제 1 도전형의 드레인 영역;상기 드레인 영역으로부터 상기 매몰 확산층까지 신장된 제 1 도전형의 싱크 영역; 및상기 드레인 영역으로부터 이격되어 상기 에피택시얼층의 표면에 형성된 복수개의 소오스 영역들을 포함하되,상기 소오스 영역들은 제 2 도전형의 제 1 바디 영역과 상기 제 1 바디 영역에 형성된 제 2 도전형의 제 1 고농도 확산층으로 구성된 제 1 소오스 영역과,제 2 도전형의 제 2 바디 영역과 상기 제 2 바디 영역에 형성된 제 1 도전형의 고농도 확산층 및 제 2 도전형의 제 2 고농도 확산으로 구성된 제 2 소오스 영역으로 구분되고,상기 드레인 영역과 이웃하는 소오스 영역은 제 1 소오스 영역이고, 상기 제 1 소오스 영역들과 상기 제 2 소오스 영역들은 배선을 통해 서로 연결된 것을 특징으로하는 수직형 디모스 소자.
- 삭제
- 제 7 항에 있어서,상기 드레인 영역에 정전기 방전 또는 과부하가 인가될 때,상기 에피택시얼층과 상기 제 1 소오스 영역이 다이오드 동작하는 것을 특징으로 하는 수직형 디모스 소자.
- 제 7 항에 있어서,상기 드레인 영역에 정전기 방전 또는 과부하가 인가될 때,상기 에피택시얼층과 상기 제 2 소오스 영역이 바이폴라 트랜지스터 동작하는 것을 특징으로 하는 수직형 디모스 소자.
- 제 10 항에 있어서,상기 바이폴라 트랜지스터는,상기 제 1 도전형의 고농도 확산층을 에미터 영역, 상기 제 2 바디 영역을 베이스 영역, 상기 에피택시얼층을 컬렉터 영역으로 구비하는 것을 특징으로 하는 수직형 디모스 소자.
- 제 7 항에 있어서,정전기 방전 또는 과부하가 인가될 때,상기 에피택시얼층과 상기 제 1 소오스 영역은 다이오드 동작하고,상기 에피택시얼층과 상기 제 2 소오스 영역은 바이폴라 트랜지스터 동작하되,상기 바이폴라 트랜지스터의 턴온 전압은 상기 다이오드의 역방향 항복 전압보다 낮은 것을 특징으로 하는 수직형 디모스 소자.
- 제 7 항에 있어서,상기 에피택시얼층 상에 형성된 게이트 절연막; 및상기 게이트 절연막 상에 형성되어 상기 제 2 도전형의 제 1 고농도 확산층과 상기 에피택시얼층 사이의 제 1 바디 영역과, 상기 제 1 도전형의 고농도 확산층 및 상기 에피택시얼층 사이의 제 2 바디 영역에 중첩된 게이트 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 디모스 소자.
- 제 13 항에 있어서,상기 게이트 전극에 제어 신호가 인가될 때,상기 제 1 도전형의 고농도 확산층과 상기 에피택시얼층 사이의 제 2 바디 영역에 모스 트랜지스터의 채널이 형성되는 것을 특징으로 하는 수직형 디모스 소자.
- 제 14 항에 있어서,정전기 방전 또는 과부하가 인가될 때,상기 에피택시얼층과 상기 제 1 소오스 영역은 다이오드 동작하고,상기 에피택시얼층과 상기 제 2 소오스 영역은 바이폴라 트랜지스터 동작하 되,상기 바이폴라 트랜지스터의 턴온 전압은 상기 다이오드의 역방향 항복 전압보다 낮은 것을 특징으로 하는 수직형 디모스 소자.
- 제 15 항에 있어서,상기 바이폴라 트랜지스터는,상기 에피택시얼층을 컬렉터 영역으로, 상기 제 2 바디 영역을 베이스 영역으로, 상기 제 1 도전형의 고농도 확산층을 이미터 영역으로 구비하는 것을 특징으로 하는 수직형 디모스 소자.
- 제 15 항에 있어서,상기 모스 트랜지스터의 문턱 전압은 상기 바이폴라 트랜지스터의 턴온 전압보다 낮고,상기 바이폴라 트랜지스터의 턴온 전압은 상기 다이오드의 역방향 항복전압 보다 낮은 것을 특징으로 하는 수직형 디모스 소자.
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