JP2508826B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2508826B2 JP63295006A JP29500688A JP2508826B2 JP 2508826 B2 JP2508826 B2 JP 2508826B2 JP 63295006 A JP63295006 A JP 63295006A JP 29500688 A JP29500688 A JP 29500688A JP 2508826 B2 JP2508826 B2 JP 2508826B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に関し、特にドレインとソース
間の破壊耐量を向上するための保護用のダイオードを備
えた電界効果ドランジスタを含む半導体装置に関する。
〔従来の技術〕
従来この種の半導体装置では、保護用ダイオードを備
えた場合の例として、特開昭59−98557号公報に示され
ているように、縦型電界効果トランジスタの構造に対し
て、半導体基板内部にツェナーダイオードを形成してい
るものがあった。第６図は、この従来の半導体装置の断
面図ぜある。この縦型電界効果トランジスタは、N+導電
型の基板21″及びこのN+導電型基板21″の上に形成され
たＮ導電型のドレイン領域22″からなる半導体基板４″
の下面部にドレイン電極９″が接合され、Ｎ型ドレイン
領域22″内には半導体基板４″の上面側、すなわちドレ
イン電極９″が接合されている側とは反対の表面側から
複数のＰ導電型のベース領域３″が互いに所定間隔をあ
けて拡散形成されている。又、各Ｐ型ベース領域３″内
には一対のN+導電型のソース領域10″が互いに所定間隔
をあけて表面側から拡散形成され、この一対のソース領
域10″の間にはP+導電型のベースコンタクト拡散領域1
1″が形成されている。Ｐ型ベース領域３″が形成され
ていないＮ型ドレイン領域22″の表面部分22a″とＰ型
ベース領域３″の表面及びソース領域10″の表面にゲー
ト酸化膜６″を介してゲートポリシリコン電極５″が形
成されている。又、ソース領域10″及びP+型ベースコン
タクト拡散領域11″にはソース電極８″が形成されソー
ス電極８″とゲート電極５″との間には、層間絶縁膜1
2″が形成されている。このようにして、ソース電極
８″、N+ソース領域10″,P型ベース領域３″,N型トレイ
ン領域22″,N+ドレイン領域21″及びドレイン電極９″
を有する縦型電界効果トランジスタが形成されている。
また、ベース領域３″の底部はN+ドレイン領域21″と
接するように形成されているので、各ベース領域３″の
底部にはツェナーダイオードが形成される。このように
して、ドレイン領域22″とベース領域３″とで決定され
る耐圧より低いソースドレイン間耐圧でブレークダウン
するツェナーダイオードが、ソース，ドレイン間に形成
され、縦型電界効果トランジスタのソース・ドレイン間
の破壊耐量を増加させている。すなわち、この例の半導
体装置の等価回路は、第７図に示すように、FET70のド
レインＤとソースＳとの間に保護用ツェナーダイオード
DZを接続した構成となっている。なお、14″はフィール
ド熱酸化膜である。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来技術は、縦型電界効果トランジスタ構造
では比較的容易に実現できるが、一つの半導体基板上に
多数の電界効果トランジスタを構成できる横型電界効果
トランジスタにおいては、実現が困難である。又従来技
術においてツェナーダイオードの電圧を変化させるため
にはＰ型ベース領域３″の濃度を変化させる必要があ
る。しかし、従来技術の電界効果トランジスタのチャン
ネル領域はＰ型ベース領域３″の表面に形成されるの
で、このベース領域３″の濃度を変化させるとスレッシ
ュホルド電圧VTも変化してしまう。よって従来技術では
ツェナーダイオードの電圧を変化させるのは困難であっ
た。
また、横型電界効果トランジスタにおいては、第８図
に示すように、半導体基板に独立に形成した電界効果ト
ランジスタ（以降FETと称す）とツェナーダイオードと
を接続した構造とすることが考えられる。この構造は、
Ｐ型の半導体基板81″にＮ型のウェル82″及び86″を設
け、ウェル82″表面にＰ型のベース83″,N型高濃度のソ
ース84″及びＮ型高濃度の不純物領域85″を設け、少く
ともベース83″のチャネル形成領域上にはゲート絶縁膜
を介してゲート88″を設け、ウェル86″表面にはＰ型高
濃度領域83a″及びＮ型高濃度の不純物領域85″を設
け、ソース84″，ベース83″，及びウェル86″内のＰ型
高濃度領域83a″はソース電極89″Ｓに接続され、ウェ
ル82″内のＮ型高濃度のドレイン接続領域85″とウェル
86″内のＮ型高濃度の不純物領域85″には、ドレイン電
極89d″が接続している。ここで、Ｎ型のウェル86″と
Ｐ型高濃度の不純物領域83a″とはそれぞれをカソード
とアノードとする保護用のツェナーダイオードを構成し
ている。
従って、この半導体装置の等価回路も、第７図に示す
ように、FET70のドレインＤとソースＳとの間に保護用
のツェナーダイオードDZを接続した構成となっている。
上述した半導体装置では、FETとサージに対する保護
用のツェナーダイオードとを半導体基板に独立に形成し
ているので、ツェナーダイオードの破壊耐量を充分に大
きくしようとすると素子面積が大きくなり高密度化を阻
害すると共に構造が複雑になって寄生素子効果によるラ
ッチアップが起こるなど動作が不安定になり易いという
欠点がある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の半導体装置は、第１導電型の半導体層からな
るドレインと、このドレイン表面に設けた第２導電型の
ベースと、このベース表面の所定の位置に設けた第１導
電型のソースと、ベース表面のベースとドレインとに挟
まれた部分からなるチャネル形成領域上にゲート絶縁膜
を介して設けたゲートとを備えた電界効果トランジスタ
を含む半導体装置において、ベース表面のチャネル形成
領域以外の部分にドレインに連なる第１導電型でドレイ
ンより高濃度の不純物領域を形成してベースとこの不純
物領域とからなる保護用のダイオードを設けて成る。
〔実施例〕
次に本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
第１図は、本発明の第１の実施例の断面図である。こ
の実施例は、Ｐ型の半導体基板１にＮ型のウェル２から
なるドレイン領域を設け、ウェル２の表面にＰ型のベー
ス3,N型高濃度のソース10,P型高濃度不純物領域11,及び
ゲート絶縁膜を介して形成したゲート電極５を設け、ベ
ース３をアノードとする保護用のツェナーダイオードの
カソードのＮ型高濃度の不純物領域13を設け、更にベー
ス３とソース10とをソース電極８で接続し、不純物領域
７を介してドレイン電極９にウェル２からなるドレイン
領域とツェナーダイオードのカソードとなる不純物領域
13とを接続している。上記の実施例についてソース，ド
レイン間耐圧25V電流容量1Aの横型電界効果トランジス
タの場合を取り上げ数値を用いて説明する。
Ｐ型基板１は比抵抗が11.0〜15.0Ωcm程度のものでそ
の表面から拡散によりＮ型のウェル領域２が形成されて
いる。ウェル領域２は深さ６μｍ程度であり表面濃度は
２〜４×1016atm/cm2である。ベース領域３は、深さ2,5
μｍ程度で表面濃度は５〜８×1017atm/cm2である。こ
の表面濃度によりトランジスタのスレッシュホルド電圧
VTがコントロールされる。ソース領域10及びＰ型高濃度
不純物領域11は両方とも深さ1.0μｍ程度，表面濃度１
×1020程度である。ドレイン領域のＮ型高濃度領域７は
ソース10と同時に形成される。ここで重要な点は、ツェ
ナー電圧を決定する領域13の濃度だがこれはイオン注入
法によって正確にコントロールできる。耐圧25Vの場合
は、加速電圧50KeVドーズ量２×1013cm-2で形成され深
さは２μｍ程度，表面濃度は、１×1017atm/cm2程度に
コントロールされる。横方向の寸法はゲート電極５の幅
は10μｍ間隔は15μｍであり、コンタクト孔の寸法はソ
ース側10μｍドレイン側６μｍアルミニウム電極の幅は
ドレイン側10μｍソース側15μｍである。第２図は本実
施例の平面図である。各領域はそれぞれ第１図に対応し
ている。ツェナー形成用の高濃度不純物領域13はゲート
電極５をとり囲む様に形成してある。この領域は巾５〜
10μｍ程度で十分でありこの領域を形成する為に新たに
素子面積が増加する事はない。それはドレインとソース
間の耐圧を十分確保するためには、高濃度領域７とベー
ス領域３の間は10μｍ以上離す必要がある為、その領域
を使用して、ツェナーダイオードを形成できるからであ
る。この図において15はドレインコンタクト領域、16は
ソースコンタクト領域でありその他は第１図の各領域に
対応している。
第３図は本発明の第２の実施例の断面図である。
この実施例では、Ｐ型の半導体基板31′表面のＮ型高
濃度の埋込層32a′上のＰ型の不純物領域31a′からなる
素子分離領域によって仕切られたＮ型のエピタキシャル
層32′からなるドレイン領域を設け、埋込層32a′から
エピタキシャル層32′表面に至るＮ型高濃度の不純物領
域35′からなるドレイン引出し領域を設け、エピタキシ
ャル層32′表面にＰ型のベース38′,N型高濃度のソース
34′及びゲート絶縁膜を介して形成したゲート38′並び
にＮ型高濃度の不純物領域36′からなるツェナーダイオ
ードのカソードを設け、更にソース34′及びベース33′
を接続したソース電極39s′と不純物領域35′に接続し
たドレイン電極39d′とを設けている。
第４図は本発明の第３の実施例の断面図である。これ
は、本発明を縦型電界効果トランジスタに適用した場合
である。この第４図は、N+導電型の基板21′及びこのN+
導電型基板21′の上に形成されたＮ導電型のドレイン領
域22′からなる半導体基板４′からなりこの基板の下面
部にドレイン電極９′が接合され、上部には、ベース領
域３′ソース領域10′及びゲートポリシリコン電極
５′，ソースアルミニウム電極８′がある。12′は層間
絶縁膜,11′は高濃度ベース領域である。本実施例の特
徴は、不純物領域13′を有していることであり、ベース
領域３′と不純物領域13′接触させてソースとドレイン
間にツェナーダイオードを形成している。この実施例に
おいても、ツェナーダイオードの電圧をＮ型不純物領域
13′の濃度を変化させることによって、縦型電界効果ト
ランジスタの閾価電圧VTと独立に制御できる。
なお、第１〜第３の実施例の半導体装置の等価回路
も、第７図に示すように、FET70のドレインＤとソース
４との間に保護用のツェナーダイオードDZを接続した構
成となっている。
第５図は、イオンの加速エネルギーが100KeVのとき
の、イオン注入のドーズ量−ツェナー電圧特性図であ
る。
従って、第１〜第３図の実施例の不純物領域13,6′及
び13′を、イオン注入法によって形成する場合には、第
５図に示すような関係によりツェナー電圧を所望の値に
設定することが出来る。
〔発明の効果〕
以上説明した様に本発明の半導体装置では、ソース及
びドレイン間に接続するサージに対する保護用のツェナ
ーダイオードをベースとベースに接する反対導電型の不
純物領域とで構成することによって、破壊耐量の十分に
ある保護用のツェナーダイオードを占有面積をほとんど
とらずに素子内に面積効率良く形成出来て素子の高濃度
化をより一層進めることができる。また、ベースと反対
導電型の不純物領域を付加することによりツェナーダイ
オードを形成しているので構造がより単純になり、寄生
素子によるラッチアップ等の誤動作が起きにくい安定動
作が可能になるという効果がある。さらに、従来の様
に、半導体基板内部に形成するのに対して、本発明にお
いては、不純物領域を表面に設けているので、イオン注
入等により耐圧コントロールが容易にでき、又内部に高
濃度領域がいらない為その分低価格にする事ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例を説明するための断面
図、第２図は第１図の平面図であり、第１図は第２図の
AA′線断面図である。第３図は本発明の第２の実施例を
説明するための断面図、第４図は本発明の第３の実施例
を説明するための断面図、第５図は本発明の第１〜第３
の実施例の半導体装置におけるドーズ量とツェナー電圧
との関係を示した図、第６図は従来の半導体装置の断面
図、第７図は本発明の第１〜第３の実施例及び従来の半
導体装置の等価回路図、第８図は本発明と関連する半導
体装置の断面図である。 １……半導体基板、２……ウェル領域、3,3′,3″……
ベース領域、４′,4″……ドレイン基板領域、5,5′,
5″……ゲートポリシリ電極、6,6′,6″……ゲート酸化
膜、７……高濃度ドレイン領域、8,8′,8″……ソース
アルミ電極、9,9′,9″……ドレインアルミ電極、10,1
0′,10″……ソース領域、11,11′,11″……高濃度ベー
ス領域、12,12′,12″……層間絶縁膜、13,13′……ツ
ェナー形成用不純物領域、14,14′,14″……フィールド
酸化膜、15……ドレインコンタクト領域、16……ソース
コンタクト領域、21,21′……N+導電型基板、22′,22″
……Ｎ導電型ドレイン領域、31′,81″……半導体基
板、31a′……不純物領域、32′……エピタキシャル
層、32a′……埋込層、82″……ウェル、33′,83″……
ベース、83a″……不純物領域、34′,84″……ソース、
35′,85″,36′……不純物領域、86″……ウェル、3
7′,37″……酸化膜、38′,88″……ゲート、39d′,89
d″……ドレイン電極、39s′,89s″……ソース電極、70
……FET、Ｄ……ドレイン、DZツェナーダイオード、Ｇ
……ゲート、Ｓ……ソース。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１導電型の半導体層からなるドレイン
    と、該ドレイン表面に設けた第２導電型のベースと、該
    ベース表面の所定の位置に設けた前記第１導電型のソー
    スと、前記ベース表面の前記ベースと前記ドレインとに
    挟まれた部分からなるチャネル形成領域上にゲート絶縁
    膜を介して設けたゲートとを備えた電界効果トランジス
    タを含む半導体装置において、前記ベース表面のチャネ
    ル形成領域以外の部分に前記ドレインに連なる第１導電
    型で前記ドレインより高濃度の不純物領域を形成しで前
    記ベースと前記不純物領域とからなる保護用のダイオー
    ドを設けたことを特徴とする半導体装置
JP63295006A 1987-11-24 1988-11-21 半導体装置 Expired - Lifetime JP2508826B2 (ja)

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