JP2000294783A - 電力用mosトランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
電力用mosトランジスタ及びその製造方法Info
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Abstract
Sトランジスタ及びその製造方法を提供すること。 【解決手段】 ゲート電極130とゲート絶縁膜に形成
された開口部200下のドリフト領域の上部一定領域で
はボディ領域140が第1導電型と反対導電型の第2導
電型で形成されるが、ボディ領域140のサイド部分は
ゲート電極130と重畳され、ゲート電極130と重畳
された部分中開口部200の少なくとも二つの相互隣接
しないサイド部分ではチャンネルが形成されない。ソー
ス領域はボディ領域140内に形成され、ボディ領域1
40内のチャンネルが形成される部分と接してストライ
プ型で形成された第1ソース領域151と、相互対向し
た第1ソース領域151を相互連結する第2ソース領域
152とを含む。
Description
スタ及びその製造方法に係り、より詳細には低いオン抵
抗と高い信頼性を有する電力用MOSトランジスタ及びそ
の製造方法に関する。
イポーラトランジスタに比べて低い入力インピーダン
ス、速いスイッチング速度及び優れた安全動作領域など
の多くの長所を有している。しかし電力用MOSトランジ
スタは寄生バイポーラトランジスタを有している。その
寄生バイポーラトランジスタがターンオンされれば、オ
ン状態でラッチされて結局素子自体が破損される場合が
発生する。従って寄生バイポーラトランジスタがターン
オンされる可能性を最大限抑制する必要がある。
を抑制するためのいろいろな方法が提案されたが、その
うち代表的な方法の一つはエミッタバラスト(emitter b
allast)抵抗を作る方法である。この方法はN+型ソース
領域内でソースコンタクトを通じて流れる電流の移動距
離を長く形成してN+型ソース領域内の電位を増やし、こ
れによりN+型ソース領域とP-型ボディ領域との接合での
電位差を減らすことによって寄生バイポーラトランジス
タのターンオンを抑制する方法である。
よって寄生バイポーラトランジスタのターンオンが抑制
されるように提案された従来の電力用MOSトランジスタ
のセルレイアウト図である。図1を参照すれば、ゲート
電極10が一定の開口部5を有して形成されているし、
P-型ボディ領域(図面で点線で示された内部領域)11は
前記ゲート電極10をマスクとしてイオン注入工程及び
拡散工程を実施することによって形成される。N+型ソー
ス領域12は前記P-型ボディ領域11の表面一定領域で
前記ゲート電極10の縁部に沿って四角輪状で形成され
ているサイド領域を含む。またN+型ソース領域12は、
前記縁部領域中で水平方向に相互対向している二つの領
域を連結すると同時にソースコンタクト13を通じてソ
ース電極とコンタクトされるコンタクト領域も含む。
において、電流の一部分はN+型ソース領域12のサイド
領域に沿って流れてコンタクト領域を通じてソースコン
タクト13に流れる。従ってN+型ソース領域12の全領
域がソース電極とコンタクトされている既存の電力用MO
Sトランジスタに比べてN+型ソース領域12内での電流
の移動距離が長くなって電圧降下量が増加し、結果的に
N+型ソース領域12とP-型ボディ領域11との相対的な
電位差を低めることによって寄生バイポーラトランジス
タのターンオンを抑制することができる。
な従来の電力用MOSトランジスタはチャンネルがP-型ボ
ディ領域11の回りに沿って連続的に形成される構造
で、これにより寄生バイポーラトランジスタもP-型ボデ
ィ領域11の回りに沿って連続的に存在する構造であ
る。結局エミッタバラスト抵抗成分によって寄生バイポ
ーラトランジスタのターンオンを抑制するには効果があ
るが、究極的には寄生バイポーラトランジスタの密度が
増加して寄生バイポーラトランジスタのターンオンを抑
制するには限界がある。さらにN+型ソース領域12内で
の電流の移動通路が並列に形成されているのでエミッタ
バラスティング効果が低下される恐れもある。
バイポーラトランジスタの密度を減らすべきであるが、
この場合には同時にチャンネル密度も減少されて素子の
オン抵抗が増加し素子のサイズも大きくなる。従って寄
生バイポーラトランジスタのターンオンを十分に抑制で
きる高い信頼性と素子特性の重要な要素の一つである低
いオン抵抗とはトレード-オフ(trade-off)の関係にあ
る。
その目的は、ボディ領域とソース領域の構造を変えるこ
とによって低いオン抵抗と高い信頼性を同時に有するこ
とができる電力用MOSトランジスタを提供することにあ
る。さらに、本発明の他の目的は、前記電力用MOSトラ
ンジスタを製造する方法を提供することにある。
トランジスタは、第1導電型の半導体基板を使用して備
えられたドレイン領域上に同一導電型のドリフト領域が
配置される。このドリフト領域上にはゲート絶縁膜を介
在してゲート電極が形成されるが、このゲート電極は前
記ドリフト領域の一部を露出させながら相互一定間隔で
離隔した多角形状の開口部を有する。前記ドリフト領域
の上部一定領域ではボディ領域が前記第1導電型と反対
導電型の第2導電型で形成されるが、このボディ領域は
前記開口部から拡張されて縁部が前記ゲート電極と重畳
されるように形成され、ゲート電極と重畳された部分中
前記開口部の少なくとも相互対向する二つの辺と隣接し
た部分ではチャンネルが形成されない。ソース領域は前
記ボディ領域内に形成され、ボディ領域内のチャンネル
が形成される部分と接してストライプ型で形成された第
1ソース領域と、相互対向した第1ソース領域を相互連
結する第2ソース領域とを含む。そしてソース電極は前
記ソース領域と電気的に連結されるように形成され、ド
レイン電極は前記ドレイン領域と電気的に連結されるよ
うに形成される。
面と接しながら前記ゲート電極と重畳されるが、前記第
1ソース領域と接してチャンネルが形成される第1ボデ
ィ領域と、前記ドリフト領域の表面と接しながら前記ゲ
ート電極と重畳されるが、前記第1ソース領域と接しな
くチャンネルが形成されない第2ボディ領域と、前記ド
リフト領域の表面と接しながら前記開口部により露出さ
れるが、前記第1ボディ領域との間には前記第1ソース
領域が介在され、前記第2ボディ領域とは直接接する第
3ボディ領域と、前記ドリフト領域内で前記第1及び第
2ソース領域を取り囲みながら前記第1、第2及び第3
ボディ領域を相互連結する第4ボディ領域とを含むこと
が望ましい。前記第2及び第3ボディ領域での不純物濃
度は、前記第1ボディ領域での不純物濃度より高いこと
が望ましい。前記第2ボディ領域は前記第2ソース領域
と並んで形成されることができ、前記ソース電極は前記
第2ソース領域と直接連結されることができる。
造方法は次のような段階を含む。第1導電型の半導体基
板を使用してドレイン領域を形成する。前記ドレイン領
域上に同一導電型のドリフト領域を形成する。前記ドリ
フト領域上にゲート絶縁膜を介在してゲート電極を形成
するが、前記ドリフト領域の一部を露出させる多角形状
の開口部を有するようにする。前記ゲート電極をマスク
としたイオン注入及び拡散工程を遂行して第2導電型の
ボディ領域を形成するが、前記開口部から拡張されて前
記ボディ領域の全縁部が前記ゲート電極と重畳されるよ
うにする。前記ゲート電極及びマスクパターンをマスク
としたイオン注入及び拡散工程を遂行して前記ボディ領
域の縁部中一部だけチャンネルが形成されるように第1
導電型のソース領域を形成する。前記ソース領域と電気
的に連結するようにソース電極を形成する。そして前記
ドレイン領域と電気的に連結されるようにドレイン電極
を形成する。
マスクパターンは前記開口部の相互対向する少なくとも
二つの辺と接触され、残りの辺とは一定幅で離隔した第
1開口部を有し、さらにこの第1開口部を相互連結する
第2開口部を有することが望ましい。
発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。しかし、
本発明の実施の形態は様々な形態に変形させることがで
きるから、本発明の範囲が後述する実施形態に限定され
ると解釈してはいけない。本発明の実施形態は当業界で
平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明する
ために提供されるものである。図面で層や領域の厚さは
明細書の明確性のために誇張されている。図面上で同じ
符号は同じ要素を示す。また"ある層が他の層または基
板の上部にある"と記載された場合、前記ある層が前記
他の層または基板の上部に直接存在する場合もあり、そ
の間に第3の層が介在される場合もある。
しい実施形態に係る電力用MOSトランジスタは複数個の
隣接したセルを含む。各々のセルはドレイン領域10
0、ドリフト領域110、ゲート絶縁膜120、ゲート
電極130、ボディ領域140、n+型第1ソース領域1
51、n+型第2ソース領域152、ソース電極160及
びドレイン電極170を含む。
導電型、例えばn型で不純物ドーピングされた半導体基
板を使用して備えられたドレイン領域100上に配置さ
れる。ドリフト領域110はエピタキシャル成長法を使
って形成でき、不純物濃度はドレイン領域100内の不
純物濃度より低濃度である。ドリフト領域110上には
ゲート絶縁膜120を介在してゲート電極130が形成
される。ゲート電極130は各セルごとに開口部200
を有するが、各開口部200は隣接セルの開口部200
と一定の間隔dで離隔される。ゲート電極130はドー
ピングされたポリシリコン膜を使用して形成できる。ゲ
ート電極130により形成された開口部200は四角形
または六角形のような多角形状でなされているが、本実
施形態では四角形状を例として説明する。
形内部)140は第1導電型と反対導電型の第2導電
型、例えばp型で不純物ドーピングがなされ、ドリフト
領域110の上部一定領域に形成される。このボディ領
域140は第1ボディ領域141、第2ボディ領域14
2、第3ボディ領域143及び第4ボディ領域144の
4つの領域に区別できる。第1ボディ領域141はチャ
ンネルが形成される領域である。図3に示したように、
第1ボディ領域141はドリフト領域110の表面17
5と接しながらゲート電極130と重畳される。望まし
くは、前記第1ボディ領域141は低い不純物濃度を有
する。
2は、第1ボディ領域141のようにドリフト領域11
0の表面175と接しながらゲート電極130と重畳さ
れる領域であるが、その不純物濃度が高濃度で形成され
てチャンネルが形成されない領域である。図3及び図4
に示したように、第3ボディ領域143はドリフト領域
110の表面175と接しながら前記開口部200によ
り露出される領域であって、第1ボディ領域141とは
所定間隔離隔していて第2ボディ領域142とは直接接
する領域である。第3ボディ領域143での不純物濃度
は第2ボディ領域142での不純物濃度のように高濃度
である。第4ボディ領域144はドリフト領域110内
で前記第1、第2及び第3ボディ領域141、142、
143を相互連結する領域である。
域143との間にはn+型第1ソース領域151がストラ
イプ型で配置され、相互対向する第1ソース領域151
を連結するn+型第2ソース領域152が第3ボディ領域
143の表面を横切って形成される。このように第1ソ
ース領域151が第1ボディ領域141と第3ボディ領
域143との間でのみ形成され第2ボディ領域141と
第3ボディ領域143との間では形成されないので、第
1ボディ領域141では寄生バイポーラトランジスタが
相変らず存在するが第2ボディ領域142では寄生バイ
ポーラトランジスタが存在しなくなる。従って全体的に
寄生バイポーラトランジスタの密度が減少して素子の信
頼性が増加する。
領域151を相互連結する役割以外にもコンタクト領域
でソース電極160と連結される。従って第1ソース領
域151でエミッタバラスティング効果が発生して第1
ボディ領域141と第1ソース領域151との電位差を
低められ、これにより寄生バイポーラトランジスタによ
るラッチ-アップが抑制される。さらに従来の場合とは
違って第1ソース領域151内での電流移動経路が直列
でなされているのでエミッタバラスティング効果もさら
に顕著に示される。
と電気的に連結され、第2ソース領域152を通して第
1ソース領域151とも電気的に連結される。ドレイン
電極170はドレイン領域100と電気的に連結され
る。
タで、寄生バイポーラトランジスタの密度が減少して素
子の信頼性は増加するが、相対的にチャンネル密度は減
少する。チャンネル密度の減少によって一番影響を受け
る素子の特性はオン抵抗である。一般的にチャンネル密
度が減少すれば素子のオン抵抗も減少する。素子のオン
抵抗はトランジスタ内部のいろいろな抵抗成分の組合で
なされる。例えば素子のオン抵抗はチャンネル抵抗、蓄
積抵抗、JFET抵抗、ドリフト抵抗などの合計で示すこと
ができる。ところが、このようないろいろな抵抗成分が
素子のオン抵抗に影響をおよぼす程度は素子の定格電圧
に従って変わる。
素子の定格電圧に従って素子のオン抵抗にどのように影
響を及ぼすかを示すグラフである。図5を参照すれば、
素子の定格電圧が約50Vの場合に素子のオン抵抗はチ
ャンネル抵抗RCHにより大きく左右される。そして素子
の定格電圧が約100Vの場合に素子のオン抵抗はチャ
ンネル抵抗RCH及びドリフト抵抗RDRIFTにより大きく左
右される。即ち、チャンネル抵抗RCHの比重はやや減少
し、ドリフト抵抗RDRIF Tの比重は大きく増加し、他の残
りの抵抗成分の基板抵抗RSUB、JFET抵抗RJFET及びソー
ス抵抗RSOURCEの比重はほとんど影響を及ぼさない程度
になる。一方、本発明に係る電力用MOSトランジスタが
適用されうる素子の定格電圧が約500Vの場合には、
素子のオン抵抗がほとんどドリフト抵抗RDRIFTにより左
右され、チャンネル抵抗RCHは素子のオン抵抗に大きい
影響を及ぼさない。従って本発明に係る電力用MOSトラ
ンジスタでは、チャンネル密度が減少してチャンネル抵
抗が増加しても素子のオン抵抗はほとんど増加しないの
で素子の電気的な特性を良好に維持できる。
ィ領域142での不純物濃度制限がないという点であ
る。即ち、第2ボディ領域142はチャンネルが形成さ
れる必要がない領域であるので不純物濃度を高く維持し
ても素子の特性に悪い影響を及ぼさない。従って本発明
に係るMOSトランジスタは、第2ボディ領域142での
不純物濃度を第3ボディ領域143でのように高濃度で
形成することによって第3ボディ領域143を拡張させ
たことと同じ効果を示すことができる。これによる長所
を図面を参照して説明すれば次の通りである。
スタの等価回路図である。この等価回路図には寄生バイ
ポーラトランジスタ600、電力用MOSトランジスタ7
00及びダイオード800が示されている。MOSトラン
ジスタ700は図2乃至図4を参照して上述された。寄
生バイポーラトランジスタ600はnpnトランジスタで
ある。この寄生バイポーラトランジスタ600でソース
領域151、152はエミッタEを形成し、ボディ領域
141、142、143、144とドリフト領域110
は各々ベースBとコレクタCを形成する。ダイオード80
0はアノードとしてのボディ領域142、143、14
4とカソードとしてのドリフト領域110との間に形成
される。
ジスタ600のコレクタ端子Cは電力用MOSトランジスタ
700のドリフト/ドレイン領域(図3及び図4の11
0、100)を通してドレイン端子Dと連結され、エミッ
タ端子Eは第1ソース領域(図2乃至図4の151)と第
1ソース領域内のエミッタバラスティング抵抗R1を通
してソース端子Sと連結され、そしてベース端子Bはボデ
ィ領域(図2乃至図4の140)とボディ領域内の抵抗R
2を通してソース端子Sと連結される。一方、ソース端
子Sとドレイン端子Dとの間にはソース端子S側をアノー
ドとしドレイン端子D側をカソードとするダイオード8
00が形成される。
スタ700がスイッチング動作を遂行する場合に外部の
インダクタ負荷に貯蔵されたエネルギを放出するのに使
われる。従ってダイオード800の容量は素子の安全性
に大きい影響を及ぼす。例えばダイオード800の容量
が小さくてMOSトランジスタの逆方向電流を十分に排出
できなければ素子に致命的な損傷が加わる恐れがある。
本発明では前記ダイオード800のアノード端子に連結
される第3ボディ領域143が第2ボディ領域142ま
で拡張されたことと同じ効果が示されるので、ダイオー
ド800を通した逆方向電流を十分に排出して素子の安
全性を改善することができる。
本発明に係る電力用MOSトランジスタを製造する方法を
説明すれば次の通りである。先ず第1導電型、例えばn
型の半導体基板を使用してドレイン領域100を形成す
る。次いでドレイン領域100上に同一導電型のドリフ
ト領域110を形成する。このドリフト領域110はエ
ピタキシャル成長法を使用して形成できるがこれに限ら
れない。次に、ドリフト領域110の表面175上にゲ
ート絶縁膜120を介在してゲート電極130を形成す
る。このためにドリフト領域110の表面上に絶縁膜及
びゲート導電層を順次に形成した後パターニングを遂行
する。すると、前記ゲート絶縁膜120及びゲート電極
130はドリフト領域110の表面175を露出させる
多角形状の開口部200を有する。
ト電極130をマスクとしたイオン注入を遂行して第2
導電型、例えばp型の第1不純物領域140'を形成す
る。この第1不純物領域140'はドリフト領域110
の上部一定領域で前記開口部200から拡張されて、拡
散工程が遂行された後は全縁部がゲート電極130と重
畳される。
ート電極130及び開口部200の一部上にフォトレジ
スト膜パターンPRを形成する。図9に示したように、こ
のフォトレジスト膜パターンPRは開口部200の全長さ
を露出させるが、開口部200の幅は一部だけ露出させ
る。図10は開口部200の幅の断面を示す一方、図1
1は開口部200の長さの断面を示す。
としたイオン注入により、高濃度の第2導電型、例えば
p+型の第2不純物領域140"をドリフト領域110の
露出された部分に形成する。
ォトレジスト膜パターンPRを除去し、拡散工程を遂行し
てドリフト領域110内の第1及び第2不純物領域14
0'、140"から注入されたイオンを拡散させる。する
と第1乃至第4ボディ領域141、142、143、1
44が形成される。
パターン180を開口部200内に形成する。次に、ゲ
ート電極130及びマスクパターン180をマスクとし
たイオン注入及び拡散工程を遂行してn型の第1及び第
2ソース領域151、152を同時に形成する。ここ
で、前記マスクパターン180は前記開口部200の相
互対向する少なくとも二つの辺と接触し、残りの辺とは
一定幅で離隔した第1開口部181を有し、さらにこの
第1開口部181を相互連結する第2開口部182を有
するものを使用する。したがって、前記第1開口部18
1を通じて第1ソース領域151が形成され、前記第2
開口部182を通じては第2ソース領域152が形成さ
れる。
結されるようにソース電極160を形成し、ドレイン領
域100と電気的に連結されるようにドレイン電極17
0を形成すれば本発明に係る電力用MOSトランジスタが
完成する。
域の縁部に沿って一部分にだけチャンネルが形成される
ように形成することによって全体的に寄生バイポーラト
ランジスタ密度が減少し、素子の信頼性が大きく増加す
る。またチャンネルが一部分形成されることによってチ
ャンネル密度が減少しても素子のオン抵抗はほとんど増
加しないので素子の電気的な特性には大きい影響を及ぼ
さない。
アウト図である。
ランジスタを示すセルレイアウト図である。
ランジスタの内部抵抗成分が素子のオン抵抗に影響を及
ぼす程度を示す図である。
路図である。
形成する段階での電力用MOSトランジスタの平面図であ
る。
る。
形成する段階での電力用MOSトランジスタの平面図であ
る。
拡散段階での電力用MOSトランジスタの平面図である。
ある。
る。
形成段階での電力用MOSトランジスタの平面図である。
る。
ある。
Claims (8)
- 【請求項1】 第1導電型の半導体基板を使用して備え
られたドレイン領域と、 このドレイン領域上に形成された同一導電型のドリフト
領域と、 このドリフト領域上で、このドリフト領域の一部を露出
させながら相互一定間隔で離隔した多角形状の開口部を
有するゲート絶縁膜と、 このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 前記開口部下の前記ドリフト領域の上部一定領域で前記
第1導電型と反対導電型の第2導電型で形成されるが、
サイド部分が前記ゲート電極と重畳されるように形成さ
れ、前記ゲート電極と重畳された部分中少なくとも二つ
のサイド部分ではチャンネルが形成され、少なくとも相
互隣接しない二つのサイド部分ではチャンネルが形成さ
れないボディ領域と、 このボディ領域内に形成されるが、前記ボディ領域内の
チャンネルが形成される部分と接してストライプ型で形
成された第1ソース領域と、相互対向した第1ソース領
域を相互連結する第2ソース領域とを含む第1導電型の
ソース領域と、 このソース領域と電気的に連結されるように形成された
ソース電極と、 前記ドレイン領域と電気的に連結されるように形成され
たドレイン電極とを含むことを特徴とする電力用MOSト
ランジスタ。 - 【請求項2】 前記ボディ領域は、 前記ドリフト領域の表面と接しながら前記ゲート電極と
重畳されるが、前記第1ソース領域と接してチャンネル
が形成される第1ボディ領域と、 前記ドリフト領域の表面と接しながら前記ゲート電極と
重畳されるが、前記第1ソース領域と接しなくチャンネ
ルが形成されない第2ボディ領域と、 前記ドリフト領域の表面と接しながら前記開口部により
露出されるが、前記第1ボディ領域との間には前記第1
ソース領域が介在され、前記第2ボディ領域とは直接接
する第3ボディ領域と、 前記ドリフト領域内で前記第1及び第2ソース領域を取
り囲みながら前記第1、第2及び第3ボディ領域を相互
連結する第4ボディ領域とを含むことを特徴とする請求
項1に記載の電力用MOSトランジスタ。 - 【請求項3】 前記第2及び第3ボディ領域での不純物
濃度は、前記第1ボディ領域での不純物濃度より高いこ
とを特徴とする請求項2に記載の電力用MOSトランジス
タ。 - 【請求項4】 前記第2ボディ領域は前記第2ソース領
域と並んで形成されたことを特徴とする請求項2に記載
の電力用MOSトランジスタ。 - 【請求項5】 前記ソース電極は前記第2ソース領域と
直接連結されることを特徴とする請求項1に記載の電力
用MOSトランジスタ。 - 【請求項6】 前記開口部は四角形状であることを特徴
とする請求項1に記載の電力用MOSトランジスタ。 - 【請求項7】 (a) 第1導電型の半導体基板を使用して
ドレイン領域を形成する段階と、 (b) 前記ドレイン領域上に同一導電型のドリフト領域を
形成する段階と、 (c) 前記ドリフト領域上にゲート絶縁膜を介在してゲー
ト電極を形成するが、前記ドリフト領域の一部を露出さ
せる多角形状の開口部を有するようにする段階と、 (d) 前記ゲート電極をマスクとしたイオン注入及び拡散
工程を遂行して第2導電型のボディ領域を形成するが、
前記開口部から拡張されて前記ボディ領域の全縁部が前
記ゲート電極と重畳されるようにする段階と、 (e) 前記ゲート電極及びマスクパターンをマスクとした
イオン注入及び拡散工程を遂行して前記ボディ領域の縁
部中一部だけチャンネルが形成されるように第1導電型
のソース領域を形成する段階と、 (f) 前記ソース領域と電気的に連結するようにソース電
極を形成する段階と、 (g) 前記ドレイン領域と電気的に連結されるようにドレ
イン電極を形成する段階とを含むことを特徴とする電力
用MOSトランジスタの製造方法。 - 【請求項8】 前記ソース領域を形成するのに用いられ
るマスクパターンは前記開口部の相互対向する少なくと
も二つの辺と接触され、残りの辺とは一定幅で離隔した
第1開口部を有し、さらにこの第1開口部を相互連結す
る第2開口部を有することを特徴とする請求項7に記載
の電力用MOSトランジスタの製造方法。
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