JPH081956B2 - 保護機能を備えた縦型ｍｏｓｆｅｔ - Google Patents

保護機能を備えた縦型ｍｏｓｆｅｔ

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JPH081956B2
JPH081956B2 JP62279099A JP27909987A JPH081956B2 JP H081956 B2 JPH081956 B2 JP H081956B2 JP 62279099 A JP62279099 A JP 62279099A JP 27909987 A JP27909987 A JP 27909987A JP H081956 B2 JPH081956 B2 JP H081956B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明は、保護機能を備えた縦型MOSFETに関し、主
として素子温度の上昇による素子破壊を防止する保護機
能に関する。
〔従来技術〕
従来の縦型MOSFETとしては、例えば第５図に示すよう
なものがある（例えば、特開昭60−258967号に記載）。
第５図において、低抵抗基板11（図ではｎ型の場合を
例示）の上に高抵抗エピタキシャル層12（図ではｎ型）
が形成されている。また、高抵抗エピタキシャル層12の
上部の所定の場所に高抵抗エピタキシャル層12と異なる
導電型のベース領域13（図ではｐ型）が形成され、その
ベース領域13内に高抵抗エピタキシャル層12と同じ導電
型を有するソース領域14（図ではｎ型）が形成されてい
る。また、前記ソース領域14の表面上の所定の場所には
ゲート絶縁膜16が形成され、そのゲート絶縁膜16の上に
ゲート電極17がソース領域14と自己整合的に形成されて
いる。更に、ベース・コンタクト領域15が形成され、ソ
ース領域14とベース・コンタクト領域15に跨ってソース
電極18が形成されている。
次に、第６図は前記第５図に示した従来の縦型MOSFET
の安全動作領域（ASO＝Area of Safety Operation）を
示す図である。
第６図において、21は最大電流による制限、22は最大
消費電力による制限、23は最大電圧による制限を示す特
性線である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前記のごとき従来の縦型MOSFETにおいては、短絡負荷
等のような過負荷の場合に、過大電流が縦型MOSFETを流
れ、消費電力が安全動作領域を越えてしまう。そのため
に素子の温度が上昇し、縦型MOSFETが破壊されることに
なる。
上記のごとに過負荷による素子の破壊を防止するた
め、従来は外部保護回路等を付加する必要があり、コス
ト高になると共に素子の取り扱いが困難になるという問
題があった。
本発明は、上記のごとき従来技術の問題を解決するた
めになされたものであり、簡単な構成で素子の破壊を防
止する保護機能を備えた縦型MOSFETを提供することを目
的とする。
〔問題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、本発明においては、第１
導電型の半導体層の表層部分に設けられた第２導電型の
ベース領域と、該ベース領域中に設けられた第１導電型
のベース領域と、該ソース領域と上記ベース領域と上記
半導体層との上に、該ソース領域と上記半導体層との間
にチャネルを形成するようにゲート絶縁膜を介して形成
されたゲート電極とを有する、いわゆる縦型MOSFETにお
いて、上記ゲート電極と上記ソース領域間で、かつ上記
縦型MOSFETと熱接触するように形成されたpn接合または
ショットキ接合と、上記ゲート電極と入力端子間に設け
られた抵抗素子とを備えるように構成している。
すなわち、本発明においては、上記のpn接合またはシ
ョットキ接合により、過負荷等によって素子温度が上昇
した際に、縦型MOSFETのゲート電極とソース電極間のリ
ーク電流を増大させ、それによる抵抗素子での電圧降下
によってゲート電圧を下げることにより、素子に流れる
電流を減少させて、自動的に素子の消費電力を減少させ
るように構成したものである。
なお、ゲート電極とソース領域間に挿入されたpn接合
またはショットキ接合のアバランシェ耐圧を制御するこ
とにより、縦型MOSFETを過温度による破壊から保護する
のと同時に、縦型MOSFETのゲート絶縁膜を静電破壊から
保護することも出来る。
〔発明の実施例〕
第１図は、本発明の第１の実施例の断面図である。
第１図において、低抵抗基板31（図ではｎ型を例示）
の上に高抵抗エピタキシャル層32（図ではｎ型）が形成
され、高抵抗エピタキシャル層32の上部の所定の場所に
高抵抗エピタキシャル層32と異なる導電型のベース領域
33（図ではｐ型）が形成され、更に、そのベース領域33
内に高抵抗エピタキシャル層32と同じ導電型を有するソ
ース領域34（図ではｎ型）が形成されている。また、ソ
ース領域34の表面上の所定の場所にゲート絶縁膜36が形
成され、そのゲート絶縁膜36の上にソース領域34と同じ
導電型の多結晶シリコン膜37（ゲート電極）が自己整合
的に形成されている。さらに、多結晶シリコン膜37（図
ではｎ型）の上に、それと異なる導電型の多結晶シリコ
ン膜39（図ではｐ型）が形成されている。
ベース領域33の表面部分の所定の場所には、ソース領
域34と接してベース・コンタクト領域35が形成されてい
る。そしてソース領域34とベース・コンタクト領域35に
跨ってソース電極38が形成され、このソース電極38は多
結晶シリコン膜39と電気的に接続されている。その他、
Ｇはゲート端子、Ｓはソース端子、Ｄはドレイン端子で
ある。
次に作用を説明する。
第２図は、上記第１図に示した縦型MOSFETの等価回路
図である。
第２図において、41は前記第１図の31〜38で構成され
た縦型MOSFET、42は前記第１図の多結晶シリコン膜37と
多結晶シリコン膜39とによって構成された保護用ダイオ
ード、43はゲート電圧制限用の入力抵抗（第１図では図
示を省略）である。
第１図の構成から判るように、多結晶シリコン膜37と
多結晶シリコン膜39とによって構成された保護用ダイオ
ード42は縦型MOSFETの素子と熱接触しているので、過負
荷等によって縦型MOSFETの素子温度が上昇した場合、保
護用ダイオード42の接合温度が上昇する。そして保護用
ダイオード42の接合温度が上昇すると、第２図の等価回
路における保護用ダイオード42を流れるリーク電流Ｉが
指数関数的に増大するため、縦型MOSFET41のゲート電圧
が減少し、それによって縦型MOSFET41を流れる電流及び
その消費電力が減少するので、素子温度の上昇が防止さ
れる。その結果、縦型MOSFET41は素子温度上昇による破
壊から保護されることになる。
この実施例における保護用ダイオード42は、ゲート電
極領域上に形成されているため、縦型MOSFET構造の外部
に保護回路を設ける構造に比べて面積を小さくすること
が出来、また、素子温度の上昇に対する感度も良くする
ことが出来る。
なお、第１図においては、ゲート電極として多結晶シ
リコン膜37を用いているが、ゲート電極として第５図の
ごとき金属電極（例えばAl電極）を用いることも出来
る。その場合は、その金属電極と多結晶シリコン膜39と
はショットキ接合を形成することになるが、作用は前記
と同様である。
次に、第３図は他の構成例の断面図であり、前記第１
図と同符号は同一物を示す。
第３図の構造は、保護用pnダイオードをベース・コン
タクト領域上に形成した構造である。
第３図において、ベース・コンタクト領域35（図では
ｐ型）の上の所定の場所には、そのベース・コンタクト
領域35と異なる導電型の多結晶シリコン膜40（図ではｎ
型）が形成されている。そして、この多結晶シリコン膜
40はゲート電極37′と電気的に接続されている。
第３図の構造においては、ベース・コンタクト領域35
と多結晶シリコン膜40とによって構成されたダイオード
が前記第２図の保護用ダイオード42に相当し、素子温度
の上昇に伴って、それを流れるリーク電流Ｉが指数関数
的に増大し、ゲート電圧が減少する。従って、素子の消
費電力が減少し、素子温度の上昇による素子破壊から縦
型MOSFETを保護することができる。
次に、第４図は本発明の第２の実施例の断面図であ
り、第３図と同符号は同一物を示す。
第４図においては、前記第３図と同様に、ベース・コ
ンタクト領域35上に保護用pnダイオードが形成されてい
る。ただし、この実施例においては、第３図の多結晶シ
リコン膜40の代わりに、ベース・コンタクト領域35内に
それと異なる導電型の保護ダイオード形成用領域41（図
ではｎ型）が形成され、ベース・コンタクト領域35と保
護ダイオード形成用領域41とでpn接合が形成されてい
る。
第４図に示す実施例の基本的な作用は、前記第３図の
構成例の作用と同様であり、縦型MOSFETを過温度から保
護することができる。
なお、この構成においては、保護ダイオード形成領域
41をソース領域34と同一工程で形成できるため、プロセ
スやマスクを増やすことなく、容易に実現できるという
利点もある。
また、前記第１、第２の実施例において、各実施例の
ゲート電極とソース領域間に挿入された保護用ダイオー
ド（第２図に示す等価回路の保護用ダイオード42に相当
するもの）のアバランシェ耐圧を制御することにより、
縦型MOSFETを過温度による破壊から保護するのと同時
に、縦型MOSFETのゲート絶縁膜を静電破壊から保護する
ことも出来る。この場合、保護用ダイオード42はゲート
電圧を制限するためのツェナ・ダイオードとしても働
き、静電荷はこのツェナ・ダイオードを通してソースへ
流れ出す。従って、ゲート絶縁膜の静電気による破壊を
減少させることができる。
〔発明の効果〕
以上説明してきたように、この発明によれば、縦型MO
SFETと熱結合し、そのゲートとソースとの間におけるpn
接合またはショットキ接合により、過負荷等によって素
子温度が上昇した際に、縦型MOSFETのゲート電極とソー
ス電極間のリーク電流を増大させ、それによってゲート
電圧を下げることにより、素子に流れる電流を減少させ
て、自動的に素子の消費電力を減少させるように構成し
ているので、簡単な構成で縦型MOSFETを過温度による破
壊から保護することが出来る。また、保護部が素子と一
体として形成されているため、縦型MOSFET構造の外部に
保護回路を設ける構造に比べて面積を小さくすることが
出来、また、素子温度の上昇に対する感度も良くするこ
とが出来ると共に取扱が容易になる、という効果が得ら
れる。
また、過負荷によって温度が上昇するのは、大電流が
流れるチャネル領域付近から始まるので、第１図の実施
例のように、チャネル領域の直上に極めて薄いゲート絶
縁膜とゲート電極を介して保護ダイオードを設けること
により、大電流による温度の上昇時には速やかに保護機
能を発揮し、縦型MOSFETを安全に保護することが出来
る、という効果が得られる。
また、第４図の実施例においては、ベース・コンタク
ト領域内に、ソース領域と同じ導電型の保護ダイオード
形成領域を設けることによってpn接合（保護用ダイオー
ド）を形成するように構成しているので、保護ダイオー
ド形成領域をソース領域と同一工程で形成することが出
来、そのためプロセスやマスクを増やすことなく、容易
に製造することが出来る、という効果が得られる。
また、保護用ダイオードのアバランシェ耐圧を制御す
ることによって、縦型MOSFETを過温度による破壊から保
護するのと同時に縦型MOSFETのゲート絶縁膜を静電破壊
から保護することが出来る、という効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は第１図の
装置の等価回路図、第３図は他の構成例の断面図、第４
図は本発明の他の実施例の断面図、第５図は従来装置の
一例の断面図、第６図は縦型MOSFETの安全動作領域を示
す特性図である。 ＜符号の説明＞ 31……低抵抗基板 32……高抵抗エピタキシャル層 33……ベース領域33 34……ソース領域 35……ベース・コンタクト領域 36……ゲート絶縁膜 37……多結晶シリコン膜（ゲート電極） 38……ソース電極 39……多結晶シリコン膜 Ｇ……ゲート端子 Ｓ……ソース端子 Ｄ……ドレイン端子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１導電型の半導体層の表層部分に設けら
    れた第２導電型のベース領域と、該ベース領域中に設け
    られた第１導電型のソース領域と、該ソース領域と上記
    ベース領域と上記半導体層との上に、該ソース領域と上
    記半導体層との間にチャネルを形成するようにゲート絶
    縁膜を介して形成されたゲート電極とを有する、いわゆ
    る縦型MOSFETにおいて、 上記ゲート電極と上記ソース領域間で、かつ上記縦型MO
    SFETと熱接触するように形成されたpn接合またはショッ
    トキ接合と、上記ゲート電極と入力端子間に設けられた
    抵抗素子と、を備え、 かつ、上記ゲート電極は、上記ゲート絶縁膜を介して少
    なくとも上記ベース領域に熱接触した高不純物濃度で第
    １導電型の多結晶シリコン膜または金属膜からなり、 上記pn接合またはショットキ接合は、上記ゲート電極の
    上に設けられた高不純物濃度で第２導電型の多結晶シリ
    コン膜と上記ゲート電極との間で形成されたものであ
    る、ことを特徴とする保護機能を備えた縦型MOSFET。
  2. 【請求項２】第１導電型の半導体層の表層部分に設けら
    れた第２導電型のベース領域と、該ベース領域中に設け
    られた第１導電型のソース領域と、該ソース領域と上記
    ベース領域と上記半導体層との上に、該ソース領域と上
    記半導体層との間にチャネルを形成するようにゲート絶
    縁膜を介して形成されたゲート電極とを有する、いわゆ
    る縦型MOSFETにおいて、 上記ゲート電極と上記ソース領域間で、かつ上記縦型MO
    SFETと熱接触するように形成されたpn接合と、上記ゲー
    ト電極と入力端子間に設けられた抵抗素子と、を備え、 かつ、上記pn接合は、上記ベース領域と上記ソース領域
    とに接して設けられた高不純物濃度で第２導電型のベー
    ス・コンタクト領域と、上記ベース・コンタクト領域の
    表層部分に設けられた高不純物濃度で第１導電型の保護
    ダイオード形成領域との間で形成されたものである、 ことを特徴とする保護機能を備えた縦型MOSFET。
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