JPS59149056A - 縦型mosトランジスタ - Google Patents

縦型mosトランジスタ

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JPS59149056A
JPS59149056A JP58023198A JP2319883A JPS59149056A JP S59149056 A JPS59149056 A JP S59149056A JP 58023198 A JP58023198 A JP 58023198A JP 2319883 A JP2319883 A JP 2319883A JP S59149056 A JPS59149056 A JP S59149056A
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JP
Japan
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type well
breakdown
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JP58023198A
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English (en)
Inventor
Tamotsu Tominaga
富永 保
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01Manufacture or treatment
    • H10D30/021Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
    • H10D30/028Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of double-diffused metal oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/0291Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of double-diffused metal oxide semiconductor [DMOS] FETs of vertical DMOS [VDMOS] FETs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/64Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/66Vertical DMOS [VDMOS] FETs
    • H10D30/665Vertical DMOS [VDMOS] FETs having edge termination structures
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/17Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
    • H10D62/393Body regions of DMOS transistors or IGBTs 
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/101Integrated devices comprising main components and built-in components, e.g. IGBT having built-in freewheel diode
    • H10D84/141VDMOS having built-in components
    • H10D84/148VDMOS having built-in components the built-in components being breakdown diodes, e.g. Zener diodes

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】 この発明は、リーク電流の発生やブレークダウンによる
素子領域の破壊を防止するための改良を施した縦型MO
8l−ランジスタに関する。
従来の縦型MO8l−ランジスタとしては、例えば第1
図に示すような構造のものが良く知られている。同図に
示す縦型MO8I−ランジスタは、ドレイン電極3が接
合されるN生型(N型高濃度)の半導体基板4と、この
N十型基板4の上面に積層されたN−型(N型紙S度)
領域5と、このN−型領域5内に所定間隔をおいて複数
形成されたP型ウェル領域7と、このP型ウェル領域7
内に形成されたN中型ソース領域8と、このN中型ソー
ス領域8と実質的なドレイン領域となる上記N−型領域
5の双方にまたがった状態でゲート酸化膜9を介して形
成されたゲート電極1oとを具備してなるものである。
また、ゲート電極10の引き出し部分を除く上面部分が
PSG膜12で被覆されており、更にソース電極11が
、P型ウェル領域内に形成されたP生型コンタクト領域
13とN中型ソース領域8に接合するように形成されて
いる。
この種のMOS l−ランジスタでは、比較的高圧・大
電流のスイッチングを行なう必要性から、素子の耐圧を
向上させる工夫が種々なされており、例えば第1図に示
す如く、複数のP型ウェル領域7が形成された素子形成
領域の周囲にガードリングと呼ばれるP小型の浅く拡散
形成されたリング状ウェル領域14を設けたものがある
これは、ソース・ドレイン間に高圧の逆方向電圧が印加
されたときに、素子形成領域周縁部のP型ウェル領域内
の曲率半径の小さい角部15において電界集中が起こっ
てブレークダウンを生じ易いことから、上記のガードリ
ンク14によって上記角部15における空乏層16の曲
率半径を大きくすることで素子の耐圧の向上を図ったも
のである。
ところが、このような従来の縦型MO8l−ランジスタ
にあっては、ソース・ドレイン間に更に高圧(第2図A
点で示す)が印加されると、ガードリング14とP型ウ
ェル領域7の間のN−型領域5表面にP型反転層17が
生じ、ガードリング14とP型ウェル領域7とが導通し
てしまう。すると、ガードリング14の角部18に電界
集中が起こって、この角部18でブレークダウンが起こ
り、上記P型層転層17を通ってリーク電流が素子領域
内へ流れる。このリーク電流の電流値は反転層17の抵
抗により制限されるため、それほど大きな値とはならな
いが、素子の耐圧特性上の信頼性を低下させることとな
る。
また、更に印加電圧が高くなると(第2図B点で示す)
、やはりP型ウェル領域内の角部15でブレークダウン
が起こり、素子領域が熱破壊される虞れがある。
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、上記のようなリーク電流の発生やブ
レークダウンによる素子破壊を防止することにある。
この発明は上記目的を達成するために、前記のような縦
型MO8l−ランジスタにおいて、素子形成領域の周囲
に基板の導電型とは逆の導電型で、かつ高濃度のウェル
領域(ガードリングに相当)を設けるとともに、該高濃
度つJル領域を基板側の電極とは反対の電極に導通させ
たことを特徴とするものである。
以下この発明の一実施例を第3図を用いて詳細に説明す
る。なお、同図において第1図に示した従来の縦型MO
8l−ランジスタと同一構成部分には同一の符号を付し
てその説明は省略する。
第3図に示す如く、この実施例の縦型MOSトランジス
タの各単位素子領域は、第1図に示した従来例の縦型M
O8I−ランジスタと同様にN−型ドレイン領域5と、
P型ウェル領域7と、N生型ソース領域8と、ゲート電
極10等から構成されている。
そして、前記従来例におけるガードリンク14の如く、
前記素子領域の周囲に、P小型のウェル領域20が形成
されており、このP生型ウェル領域20には、ソース電
極11が接合されている。
更に、上記P生型ウェル領域20は、その拡散の深さが
上記P型ウェル領域7の深さよりも深く形成されている
。ずなわら、前記P型ウェル領域7の底面からN中型領
域4までの距離をd+、前記P生型ウェル領域20の底
面からN生型領域45− までの距離をd2とすればd2<d+の関係が成り立つ
このように構成された縦型MO8l−ランジスタにおい
て、ソース・ドレイン間に高圧の逆方向電圧が印加され
ると、前記従来例におけるガードリンク14の場合と同
様にして、P生型ウェル領域20の角部21に電界集中
が起こり、この角部21でブレークダウンが起こる。
そして、P生型ウェル領域20がソース電極11に導通
しているため、上記ブレークダウンの発生によって流れ
るブレークダウン電流は、素子領域内は流れず、P十型
ウェル領域20内を通って   ・直接ソース電極11
へ導出されることとなり、素子領域の破壊を防止するこ
とができる。
また、上記P生型ウェル領域20の拡散深さをP型ウェ
ル領域7より深くしたことによって、上記高圧の逆方向
電圧が印加されても、P生型ウェル領域20とP型ウェ
ル領域7との間のN−型ドレイン領域5の表面にP型層
転層が形成されないため、従来例のようなリーク電流が
素子領域内を6一 流れることがない。
更に、上記P生型ウェル領域20を設【プたことによっ
て、素子の耐圧は、このP+型ウェル領域20とN中型
領域4との間の耐圧で決まることとなる。そして、上記
P生型ウェル領域20の下面からN中型領域4の上面ま
での距離d2をリーチスルー降伏の起こる距離よりも短
くすれば、素子の耐圧は素子のオン抵抗を変えることな
く、上記路IIItd2を変えることによって調整する
ことができる。
上記リーチスルー降伏とは、上記路111td2を、P
+型ウェル領域20の角部21でブレークダウンが起こ
るときの空乏層の拡がり幅よりも短くすることによって
、上記角部21でブレークダウンが起こる前にP+型ウ
ェル領域20の下面の空乏層16がN中型領域4に到達
することによってこの部分で先にブレークダウンが起こ
る現象を表わしており、このとき、ブレークダウン電流
はP+型ウェル領域20の底面の広い範囲を通って流れ
るため、熱集中を起こすことがなく、より効果的に素子
を保護することができる。
次に、上記の縦型MoSトランジスタの製造工程の一例
を第4図を用いて簡単に説明する。
まず第4図(a )に示す如く、N十型半導体基板4の
上面に例えばエピタキシャル成長法によってN−型領域
5を積層形成し、このN−型領域5の表面に熱酸化によ
ってゲート酸化膜9を形成する。
次に、所定のパターンのレジストをマスクとしてボロン
イオンをN−型領域5の表面に導入した後、熱拡散させ
て同図(b)に示ず如く、P生型つェル領[20を形成
する。
このとき、上記ボロンイオンの単位面積当りの導入数や
熱拡散処理時間を調整して、上記P生型ウェル領域20
の拡散深さを所定の深さに設定する。
次に同図(C)に示す如く、部分的にゲート酸化膜9を
成長させ、同じ(ポリシリコンをデポジットし、更にフ
ォトエツチング処理を行なって、所定の位置にゲート電
極10を形成する。
次に、上記ゲート電極10およびレジスト30をマスク
として、ボロンイオンをN−型領域5の表面に導入した
後、熱拡散を行ない、更に、レジスト31を用いてボロ
ンイオンの導入および熱拡散を行なって、同図(d )
に示す如く、P型ウェル領域7とP生型コンタクト領域
13を形成する。
次に、上記P型ウェル領域7の表面のソース形成予定領
域のみに所定パターンのレジストを用いてリンイオンの
導入を行なった後、熱拡散を行なって、N生型ソース領
域8を形成し、次に、素子表面にPSG膜12を形成し
た後、フォトエツチング処理によって、ソースコンタク
トホールの孔間けを行ない、アルミニウム蒸着によって
ソース電極11を形成することによって、同図(e)に
示すようなMOS トランジスタ構造を得ることができ
る。
なお以上の説明では、Nチャンネル型の縦型MOSトラ
ンジスタについて記述しであるが、この発明は、Pチャ
ンネル型の縦型MO8I−ランジスタにも同様にして適
用できることは明らかであり、−9= この場合NをPに又PをNに変更することによって容易
に形成できる。
以上詳細に説明したようにこの発明の縦型MOSトラン
ジスタにあっては、ソース・ドレイン間にサージ等の高
電圧が印加された場合に、ブレークダウン電流が素子領
域の周囲に設けられlζ高高濃ウェル領域内を通って導
出されることによって、リーク電流やブレークダウン電
流が素子領域内を流れることがなく、素子領域を熱破壊
から守り、また素子の耐圧特性の信頼性を向上させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の縦型MO8t−ランジスタを示す素子断
面図、第2図は同素子のドレイン電流とソース・ドレイ
ン間電圧の特性を示す図、第3図は本発明に係る縦型M
O8hランジスタの素子周縁部における構造を示す素子
断面図、第4図は同素子の製造工程図である。 3・・・ドレイン電極 4・・・N生型領域 10− 5・・・・・・N−型領域 7・・・・・・P型ウェル領域 8・・・・・・ソース領域 11・・・ソース電極 21・・・P十型ウェル領域 特許出願人 日産自動車株式会社 11− 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型半導体基板の上面側の素子形成領域内
    に形成された第2導電型ウエル領域と、該第2導電型ウ
    エル領域内に形成された第1導電型領域とを備え、前記
    第1導電型領域をソース電極またはドレイン電極の一方
    に導通させるとともに、他方の電極には前記基板の下面
    側が導通する縦型MOSトランジスタにおいて; 前記素子形成領域の周囲に第2導電型で、かつ高濃度の
    ウェル領域を設けるとともに、該高?11麿ウェル領域
    は前記第1導電型領域に導通する電極と同電位の電極に
    導通することを特徴とする縦型MOSトランジスタ。
JP58023198A 1983-02-15 1983-02-15 縦型mosトランジスタ Pending JPS59149056A (ja)

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