JPH0254969A - Mos型半導体装置 - Google Patents

Mos型半導体装置

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JPH0254969A
JPH0254969A JP63206107A JP20610788A JPH0254969A JP H0254969 A JPH0254969 A JP H0254969A JP 63206107 A JP63206107 A JP 63206107A JP 20610788 A JP20610788 A JP 20610788A JP H0254969 A JPH0254969 A JP H0254969A
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JP63206107A
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Kenya Sakurai
建弥 桜井
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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    • H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/64—Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/66—Vertical DMOS [VDMOS] FETs
    • H—ELECTRICITY
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    • H10D62/124—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of semiconductor bodies or of junctions between the regions
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    • H—ELECTRICITY
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    • H10D89/601—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs

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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

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】 (座業上の利用分野) 本発明は、ソースとチャネルが半導体基板の一主面側に
ありドレインが他主面側にあるMOS型単位セルが同一
半導体基板内に複数形成されて、大電流を扱うのに適し
たMOS型半導体装置に関する。
(従来の技術) 電力用MO3FETとして、半導体基板の一面側におい
て、ドレイン領域に設けたベース層のソース層とドレイ
ン領域の間のチャネル形成領域上にMO3構造を備え、
ソース層および高不純物濃度のベース層領域に接触する
ソース電極と基板他面側のドレイン電橋の間に主電流を
流すものが知られている。このような電力用MO3FE
Tは、方形の単位セルを多数同一基板内に形成し、並列
接続して電流容量を増大させる構造となっている。
第2図は電力用MOSFETの単位セルを図式的に示し
、ドレイン領域となるn形シリコン基板1の一面側にp
0ウェル21およびそれをとり囲む方形のp°ベース層
22を設け、さらにその表f層にやはり方形のn°ソー
ス層3をそれぞれ形成し、両ソース層3とドレイン領域
1の間のベース層22上にゲート酸化膜4を介して、例
えば多結晶シリコンからなるゲート電極5を設けたもの
である。
ソース層3およびp°ウェル21には、ゲート電極5と
絶縁lI41で絶縁されるソース電極6が、また基FL
1の他面側にはn°層7を介してドレイン電極8が接触
している。この単位セルのゲート電極5にソース電極6
に対して正の電圧を印加すると、n゛ソース領域3とn
ドレイン領域10間のp−ベース層22の表面部23が
反転してnチャネルが生じ、ソース層3から電子がその
チャネルを遣ってドレイン領域に注入されることにより
ソース電極。
ドレイン電極間が導通状態になる。そして、ゲート電極
5をソース電極6と同電位または負にバイアスすること
によって阻止状態となるのでスイッチング素子としての
動作を行う。
〔発明が解決しようとする課題〕 第2図に示した単位セルの複数個からなるMOSFET
が電気機器に使用される場合、その機器間の配線のイン
ダクタンスあるいはデータなどのような機器の場合の誘
導性負荷により、どのような機器でも少なからずスパイ
ク電圧あるいは高い電圧上昇率(dv/dt)の発生が
おこる。そして、これらの電気的ストレスが、しばしば
MOSFETを破壊に導くことがある。第3図はそのよ
うな破壊現象を示すもので、L負荷時の最もきびしいス
トレス条件は高エネルギをもったスパイク電圧であり、
最悪の場合その電力用MO3FETのブレークダウン電
圧をこえる電圧が印加され、そのエネルギをすべてMO
SFETが吸収する能力がないと破壊に至る。このよう
なアバランシェ領域における電流は図に頭具を破線で示
した空乏層9内でアバランシェ増倍により発生し、正孔
電流はソース電極6に流れこみ、また電子電流はドレイ
ン電極8に流れこむ、この時、n″ソース層3直下の拡
散抵抗Rhを通して正孔電流Jpが流れるため、n°ソ
ース層3直下に(Jp X Rb)の電位差が生じる。
この電位差が約0.6vのn゛ソース層3p−ベース層
22との間の拡散電位をこえると、n゛ソース層3ら電
位注入が開始され、ソース層3.2−ベース層22.n
−ドレイン頚Mlからなる寄生rhpn)ランリスタが
ターンオンし、ゲートコントロールがきかない状態にお
ちいり、破壊にいたる。
これまで、破壊耐量を上げるために、p″領域21の濃
度増加、拡散深さの増大およびpベース層22の濃度増
加、潔さの増大がおこなわれてきた。
しかしこれらの対策は、MOS F ETの主特性であ
るオン抵抗R0,特性の増大及び降伏電圧BV*s s
の低下などの逆効果が生ずるという問題があつた。
また、第4図に示す各セルのpベース層22の間隔Lg
は、第5図に示すようにオン抵抗R1,に影響を及ぼす
0図で線51は降伏電圧Vans −500Vの場合、
線52はMass −100V(D場合を示す、 40
0 V以上の高耐圧MO3FETではReaを低減する
ためにより広いLgを設定する必要があることがわかる
。しかし、Lgが小さい間は、両セルの空乏層9が連結
されるが、Llを広くとると、ゲート電極5の下の空乏
層体積の増大と、両セルの空乏層が離れて空乏層の湾曲
部が生ずることによるpベース層22における電界強度
の増大により、n・ソース層3直下を通過するアバラン
シェ正孔電流が大幅に増大し、前述の寄生バイポーラト
ランジスタのターンオン現象を促進させ、容易に破壊に
至らしめる。これらの破壊は、一つの半導体基板に集積
された何万個の単位セルのうちの不特定のセル内の弱い
部分に生ずる。これは多数の単位セルが、きびしいスト
レス下で全く同一に動作するように製造することは困難
だからである。
本発明の課題は、上述の問題を解決し、Ro+mの増大
やBVss *の低下を招くことなく、破壊耐量の大き
い複数の単位セルからなるMO3型半導体装置を提供す
ることにある。
(!illを解決するための手段〕 上記の課題の解決のために、本発明は、第−導電形のド
レイン領域の表面部に方形の第二導電形のベース層を有
し、そのベース層にはドレイン領域との間にチャネル形
成領域をはさむ方形の高不純物濃度の第−導電形のソー
ス層およびそのソース層のドレイン領域より遠い側に高
不純物濃度のベース層領域を有し、前記チャネル形成領
域上にはゲート絶縁膜を介してのゲート電極とそのゲー
ト電極に絶縁され前記ソース層および前記高不純物濃度
のベース層領域に接触するソース電極とを備えた単位セ
ルの複数個が同一半導体基板に形成されるMO3型半導
体装置において、ソース層の4隅の直下のベース層にベ
ース層と同一導電形で高不純物濃度の領域が設けられた
ものとする。
〔作用〕
電流の増大により寄生バイポーラトランジスタがターン
オンし、破壊に至る領域は、各セルの4隅にあることが
わかった。第6図は表面のソース電極、ゲート電極およ
びゲート酸化膜を除いた一つの単位セルについて示した
もので、ソース層3の4隅に電流が集中しやすく、そこ
に破壊部10が生じている。従って高不純物濃度のベー
ス層の外側のソース層の4隅の下に高不純物濃度を形成
すれば、その部分の拡散抵抗Rhが低減し、アバランシ
ェ電流をバイパスするため、寄生バイポーラトランジス
タのターンオン現象の発生が抑止される。
〔実施例〕
第1図+a)〜to+は本発明の一実施例を示し、第2
図と共通の部分には同一の符号が付されている。
第1図(alは第6図と同様表面のソース電極、ゲート
電極およびゲート酸化膜を除いて示した二つの単位セル
の平面図であり、第1図(bl、(0)はそれぞれ第1
図+a)のA−AI、B−B線にそっての断面!t!!
!、き1咳 図と表面上のゲート酸化膜、4の斜視図を合わせて示し
た図である0図から明らかなように、ソース電極6の下
の高不純物濃度のpウェル21のほかにソース層3の4
隅にp“コーナ層24が設けられ、Rhを低減させる構
造となっている。
このような構造にした電力用MO3FETを第7図に示
す試験回路で測定した0図で被試験MO3FETIIに
は100 μHの誘導負荷12を介して電![13によ
りVss−50Vの直流電圧が印加され、ゲート端子1
4にはIOVの矩形波状のゲート電圧がゲート電極とソ
ース電極の間に供給される。第8図は、&I81に電流
プローブ15によって図られた電流。
線82は端子16により測定されるドレイン・ソース間
電圧を示し、MO3FET11のドレイン・ソース間に
流れる電流はゲート遮断により点83で低下しはじめる
が、誘導負荷12によりドレイン・ソース間電圧は上昇
する。しかし、本発明による構造によりアバランシェ電
圧に耐えることは!82の水平部分が示し、それ以後電
圧は低下してVj6に戻る。この試験により従来のMO
SFETの10倍もの耐量をもつ高破壊耐量の電力用M
O3FETが得られたことを示す。
さらに本発明の効果を高めるには、第9図に示すように
pウェル21とpベース層22にソース層3と重なるp
ウェルより浅い別のp形高不純物濃度頌域25を形成す
ることも有効である。
〔発明の効果〕
本発明は、複数の単位セルを集積したMO3型半導体装
置をL負荷で使用する時に発生するスパイク電圧あるい
は高いdv/dtによるアバランシェ電流が方形ソース
層の4隅に集中し、それが破壊の原因になることに着目
して各ソース層の4隅にのみベース層と同一導電形の高
不純物濃度領域を形成することにより、各単位セル間の
破壊耐量の差を超越して高破壊耐量のMO3型半導体装
置を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
第1図(al、 (b)、 (C1は本発明の一実施例
を示し、(5)は半導体基板のみの平面図、(bl、+
8)はそれぞれ(alのA−A11.B−Blに沿って
の断面図と基板上部構造の斜視図を併せ示した図、第2
図は従来の電力用MOS F ETの単位セルの断面図
、第3図は第2図のMOS F ETの破壊現象の説明
図、第4図は二つの単位セル間の部分を示す断面図、第
5図は第4図に示したLg、!、MOS F ET(7
)R,。 ・Aとの関係線図、第6図は単位セルでの破壊状態を示
す平面図、第7図は電力用MO3FETの試験回路図、
第8図は第7図の回路での試験によって得られた電流お
よび電圧の線図、第9図は本発明の別の実施例を示す断
面図である。 1ニドレイン領域、21:p”ウェル、22:p−ベー
ス層、24+P”コーナ層、3【ソース層、4:ゲート
酸化膜、5:ゲート電極、6:ソース電極、     
             4)L3(p) 喝S閃 蔦ε口 術q図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第一導電形のドレイン領域の表面部に方形の第二
    導電形のベース層を有し、そのベース層にはドレイン領
    域との間にチャネル形成領域をはさむ方形の高不純物濃
    度の第一導電形のソース層およびそのソース層のドレイ
    ン領域より遠い側に高不純物濃度のベース層領域を有し
    、前記チャネル形成領域上にはゲート絶縁膜を介しての
    ゲート電極とそのゲート電極に絶縁され前記ソース層お
    よび前記高不純物濃度のベース層領域に接触するソース
    電極とを備えた単位セルの複数個が同一半導体基板に形
    成されるものにおいて、ソース層の4隅の直下のベース
    層にベース層と同一導電形で高不純物濃度の領域が設け
    られたことを特徴とするMOS型半導体装置。
JP63206107A 1988-08-19 1988-08-19 Mos型半導体装置 Pending JPH0254969A (ja)

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