JPH1041402A - 過電流保護形dmos fet - Google Patents

過電流保護形dmos fet

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JPH1041402A
JPH1041402A JP8189231A JP18923196A JPH1041402A JP H1041402 A JPH1041402 A JP H1041402A JP 8189231 A JP8189231 A JP 8189231A JP 18923196 A JP18923196 A JP 18923196A JP H1041402 A JPH1041402 A JP H1041402A
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JP
Japan
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drain
current
type
fet
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP8189231A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Ishiguro
宏 石黒
Nobuyuki Hamamatsu
伸到 浜松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Publication of JPH1041402A publication Critical patent/JPH1041402A/ja
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】過電流を防止するために、流れ込む電流の上限
値を決める保護構造を内蔵させた高耐圧DMOS FE
Tを実現する。 【解決手段】本発明の過電流保護形DMOS FET
は、第1種不純物半導体基板の上に形成した第2種不純
物半導体層の中に形成した第2種不純物濃度の濃いドレ
ーン層及びこれに接続されたドレーン電極と、前記第2
種不純物半導体層内であって前記ドレーン層と離れた位
置に形成された第1種不純物半導体層と、この第1種不
純物半導体層内の前記ドレーン層に近い側に形成された
第1種不純物濃度の濃い半導体層と、同じく遠い側に形
成された第2種不純物濃度の濃いソース層と、このソー
ス層と前記1種不純物濃度の濃い半導体層とに共通に接
続されたソース電極と、このソース電極のドレーン電極
から遠い側にあって前記ソース層及び前記第1種不純物
半導体層とに対向して絶縁膜を介して形成されたゲート
電極とから構成した接合型FETと、DMOS FET
とを直列接続の一体化構造にしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、過電流が流れるの
を防止する高耐圧DMOS FETの構造にする関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来型の二重拡散構造をとる高耐圧DM
OS FETでは、ゲートON(チャネルが導通の状
態)のときに負荷等に異常があり過電流が発生すると、
その電流はそのまま高耐圧DMOS FETを通過して
下流にある素子を破壊する可能性があった。図3は従来
型の高耐圧DMOS FETの構造を示す断面図であ
る。1は伝導型がp型の不純物でできたシリコン基板で
ある。2はp型基板1の上に作成したエピタキシャル層
または拡散層でできたn型半導体層である。3はn型半
導体層2内に形成したp型半導体領域でる。4は前記p
型半導体領域3内に形成した高濃度n形半導体のソース
領域である。以下それぞれに不純物を拡散した領域を形
成する。5は高濃度p型半導体のソース領域、6は高濃
度n型半導体のドレーン領域である。7はドレーン電
極、8はゲート電極、9はソース電極でありそれぞれの
不純物層から引き出されている。10は絶縁膜(シリコ
ン酸化膜)である。ゲート電極8は絶縁膜を隔ててp型
半導体領域3、ソース層4の上まで広がる。このような
構造において、ゲート電極8に正の電圧を印加するとゲ
ート電極8に対向して絶縁膜で隔てられた部分のp型半
導体領域3の極性がn型に反転する。この部分をn型チ
ャンネルという。この部分の不純物濃度(ド−ピング濃
度)と層の形状寸法により耐圧とチャンネルのON抵抗
(RON)が決まる。このようにしてドレーン層6からn
型半導体層2、極性がn型に反転したチャンネル部を経
てソース領域4へと経路の全てがn型半導体でつながれ
電流の経路が形成される。そこでドレーン電極7に高電
圧が加えられると高濃度n型半導体のドレーン領域6に
流れ込んだ電流は先に説明した経路を流れてソース電極
9へと流れ込む。この電流はドレイン領域6に加えた電
圧VDと前記のRONの値からVD/RONにより求めること
ができる。この電流はVDとRONの値により過大になる
ので制限する必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
のような過電流を防止するために、流れ込む電流の上限
値を決める保護構造を内蔵させた高耐圧DMOS FE
Tを実現することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の過電流保護形D
MOS FETは、第1種不純物半導体基板(1)の上
に形成した第2種不純物半導体層(2)の中に形成した
第2種不純物濃度の濃いドレーン層(6)及びこれに接
続されたドレーン電極(7)と、前記第2種不純物半導
体層(2)内であって前記ドレーン層(6)と離れた位
置に形成された第1種不純物半導体層(3)と、この第
1種不純物半導体層(3)内の前記ドレーン層(6)に
近い側に形成された第1種不純物濃度の濃い半導体層
(5)と、同じく遠い側に形成された第2種不純物濃度
の濃いソース層(4)と、このソース層(4)と前記1
種不純物濃度の濃い半導体層(5)とに共通に接続され
たソース電極(9)と、このソース電極(9)のドレー
ン電極(7)から遠い側にあって前記ソース層(4)及
び前記第1種不純物半導体層(3)とに対向して絶縁膜
を介して形成されたゲート電極(8)とから構成した接
合型FETと、DMOS FETとを直列接続の一体化
構造にしたことを特徴とする。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明は、先に説明した従来型の
高耐圧DMOS FETと電流制限特性のある接合型F
ET(以下J FETと記す)を一体として構成するこ
とにより電流保護構造をもつ高耐圧DMOS FETを
実現したものである。以下図面を用いて本発明を説明す
る。図1(a)は本発明の実施の形態の一例を示した過
電流保護型高耐圧DMOSFETの断面図である。第1
種不純物をp型不純物、第2種不純物をn型不純物とし
た場合の例について説明する。p、nを入れ代えて製作
することもできる。1は伝導形式がp型の不純物ででき
たシリコン基板である。2はp型基板の上に作成したエ
ピタキシャル層または拡散層のn型半導体層である。こ
の不純物濃度(ド−ピング濃度)と層の形状により耐圧
とON抵抗(チャンネル抵抗RON)が決まる。3はp型
半導体領域であり適宜マスキング、エッチング処理を経
て例えばボロンを拡散して形成する。4は高濃度n形半
導体のソース領域であり例えばリンを高濃度に拡散した
領域である。5は高濃度p型半導体のソース領域、6は
高濃度n型半導体のドレーン領域である。7はドレーン
電極でありドレン領域6に接続されている。8はゲート
電極であり絶縁膜を隔ててp型半導体領域3に対向して
いる。この部分をチャンネルという。9はソース電極で
ありソース領域4及び5に接続されている。10は絶縁
膜である。ゲート電極8は絶縁膜(シリコン酸化膜)を
隔ててドレイン層の上まで広がる。
【0006】図1(a)の構造の特徴は、図3で示した
p型半導体領域3の表面に形成した高濃度n型半導体領
域4と高濃度p型半導体領域5の位置及びゲート電極8
の位置が入れ代わっている点にある。このように配置し
たことによりドレーン電流IDはJ FET及びDMO
SFETを直列に通過するので次に示す理由により最大
電流が制限される点に特徴がある。図1(b)は、図1
(a)に示すドレイン電極7の電位がソース電極9の電
位より高くなるに連れて空乏層(e)、(f)が広がる
ことを示す図である。ゲートに正の電圧が印加されてい
ると、ゲート電極8と絶縁膜で隔てられたp型半導体領
域3のチャンネル部分の極性がn型に反転するので、n
型のソース領域4、n型半導体層2、p型半導体領域3
の極性反転したチャンネル部分、ドレーン領域6とから
なるn型半導体でできた経路が構成される。そこでドレ
ーン電極7に高電圧が加えられるとドレーン領域6に流
れ込んだ電流IDは先に説明した経路を流れて、n型半
導体層2の中にできた空乏層(e)、(f)の間隙を通
り(g)点を通りゲート電極8に対向するn型反転層を
通ってソース電極9へと流れ込む。電流経路の途中の
(g)点から後は電流がチャンネル部分を流れる時にゲ
ート電極8により制御されソース領域4へと流れる高耐
圧DMOS FET部分であり、前記のJ FETの後
段に直列接続されている構造である。前記の空乏層
(e)と(f)との間隙の大きさはドレーン電極7に加
えられる電圧が大きくなると逆に狭くなり電流の通路の
抵抗を増加させるのでドレーン電流IDを制限するよう
になる。従ってドレーン電流IDは0<ID<VDsat/R
ON(=IMAX)の範囲に上限を持ってくることができ
る。また構造及び不純物濃度に従って電流が飽和する電
圧VDsatも次の式により求めることができる。(VG
0) q:電子電荷量、ND:チャンネル領域の不純物濃度 d:J FETチャンネルの幅、KS=Siの比誘電
率、ε0:真空の誘電率、ΦB:ゲート接合の拡散電圧
(A.S.Grove著 半導体デバイスの基礎(オー
ム社刊)第8章に関連する記載がある。)
【0007】図2は前記の高耐圧DMOS FETとJ
FETとが直列になった等価回路を示す。図2のドレ
ーン(D)、ゲート(G)、ソース(S)は図1の7、
8、9に対応するので符号を併記した。(g)点は図1
(b)の(g)点で示す同電位点である。一般にJ F
ETは、ソース及びゲート電位をゼロにしてドレーン電
圧VDを増加させてゆくとドレーン電流IDは増加してゆ
くが一定の値VDsatに達するとそれ以上の電圧を与えて
もドレーン電流IDは飽和して増加しなくなる。その理
由は、ドレーン電圧VDを大きくするにしたがって、J
FET部のゲート(図の場合はp型半導体領域3がゲ
ートとして作用する)の近傍にできた空乏層(e)と、
p型基板の表面のn型層2内にできた空乏層(f)との
間隙が狭くなり電流の通路の抵抗を増加させるためドレ
ーン電流IDが制限されからである。この効果により高
耐圧DMOS FETが過電流から保護されるのであ
る。
【0008】
【発明の効果】本発明によれば、従来の高耐圧DMOS
FETのゲートがONの場合に流れる過電流が、J
FETを直列に挿入する一体構造にしたことにより任意
の設計値に制限することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示した高耐圧DM
OS FETの断面図である。
【図2】本発明の高耐圧DMOS FETの等価回路で
ある。
【図3】従来の高耐圧DMOS FETの断面図であ
る。
【符号の説明】
1はp型シリコン基板 2はn型半導体層 3はp型半導体領域 4は高濃度n形半導体ソース領域 5は高濃度p型半導体ソース領域 6は高濃度n型半導体ドレーン領域 7はドレーン電極 8はゲート電極 9はソース電極 10は絶縁膜 gは図1と図2の同電位の点を示す。 eはp型半導体領域3を取り巻く空乏層 fはn型半導体層2内に発生する空乏層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/808 9447−4M H01L 29/80 P 21/338 29/812

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1種不純物半導体基板の上に形成した第
    2種不純物半導体層の中に形成した第2種不純物濃度の
    濃いドレーン層及びこれに接続されたドレーン電極と、
    前記第2種不純物半導体層内であって前記ドレーン層と
    離れた位置に形成された第1種不純物半導体層と、この
    第1種不純物半導体層内の前記ドレーン層に近い側に形
    成された第1種不純物濃度の濃い半導体層と、同じく遠
    い側に形成された第2種不純物濃度の濃いソース層と、
    このソース層と前記1種不純物濃度の濃い半導体層とに
    共通に接続されたソース電極と、このソース電極のドレ
    ーン電極から遠い側にあって前記ソース層及び前記第1
    種不純物半導体層とに対向して絶縁膜を介して形成され
    たゲート電極とから構成した接合型FETと、DMOS
    FETとを直列接続の一体化構造にしたことを特徴と
    する過電流保護形DMOS FET。
JP8189231A 1996-07-18 1996-07-18 過電流保護形dmos fet Pending JPH1041402A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007027228A (ja) * 2005-07-13 2007-02-01 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置
JP2008520089A (ja) * 2004-11-09 2008-06-12 フルテック・セミコンダクター・インコーポレイテッド 高電圧に適合した過渡変化遮断集積装置
US11282946B2 (en) 2020-05-29 2022-03-22 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device

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JP2007027228A (ja) * 2005-07-13 2007-02-01 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置
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