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JP3523458B2 - High avalanche withstand MOSFET and method of manufacturing the same - Google Patents
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JP3523458B2 - High avalanche withstand MOSFET and method of manufacturing the same - Google Patents

High avalanche withstand MOSFET and method of manufacturing the same

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JP3523458B2
JP3523458B2 JP22738297A JP22738297A JP3523458B2 JP 3523458 B2 JP3523458 B2 JP 3523458B2 JP 22738297 A JP22738297 A JP 22738297A JP 22738297 A JP22738297 A JP 22738297A JP 3523458 B2 JP3523458 B2 JP 3523458B2
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junction
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俊和 手塚
徹 黒崎
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • 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
    • H10D30/662Vertical DMOS [VDMOS] FETs having a drift region having a doping concentration that is higher between adjacent body regions relative to other parts of the drift region

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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、パワーMOSFETの技
術分野に係り、特に、誘導性負荷を駆動するパワーMOSF
ETのアバランシェ耐量を向上させる技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the technical field of power MOSFETs, and more particularly, to a power MOSF driving an inductive load.
The present invention relates to a technique for improving the avalanche resistance of ET.

【0002】[0002]

【従来の技術】絶縁ゲート形半導体素子の一つであるMO
SFETは、低電力で駆動でき、高速スイッチング動作が可
能であり、バイポーラトランジスタと比べて誘導性負荷
に対する破壊耐量が高い等の利点があることから、近年
では、スイッチング電源をはじめとする大電流、高耐圧
が要求される多数の装置に用いられている。
2. Description of the Related Art MO, which is one of the insulated gate semiconductor devices
SFET can be driven with low power, can perform high-speed switching operation, and has advantages such as high breakdown resistance against inductive load compared to bipolar transistors, so in recent years, large currents such as switching power supplies, It is used in many devices that require high breakdown voltage.

【0003】そのようなパワーMOSFETのアバランシェ破
壊耐量を測定する回路を、図8(a)の符号200に示
す。
A circuit for measuring the avalanche breakdown resistance of such a power MOSFET is shown by reference numeral 200 in FIG. 8 (a).

【0004】この測定回路200は、nチャネルパワー
MOSFET202のアバランシェ破壊耐量を測定する回路で
あり、該nチャネルパワーMOSFET202のドレイン端子
に誘導性負荷205の一端を接続し、その他端とソース
端子との間に直流電源204を接続し、ゲート端子とソ
ース端子の間に抵抗207を介してパルス電源206を
接続する。
This measuring circuit 200 has an n-channel power
This is a circuit for measuring the avalanche breakdown withstanding capacity of the MOSFET 202. One end of the inductive load 205 is connected to the drain terminal of the n-channel power MOSFET 202, the DC power supply 204 is connected between the other end and the source terminal, and the gate terminal is connected. A pulse power supply 206 is connected between the source terminals via a resistor 207.

【0005】直流電源204を動作させ、ドレイン端子
とソース端子の間に直流電圧を印加し、その状態でパル
ス電源206を起動し、ゲート端子に正電圧を印加する
と、nチャネルパワーMOSFET202がON状態になる。
When the DC power supply 204 is operated, a DC voltage is applied between the drain terminal and the source terminal, the pulse power supply 206 is activated in that state, and a positive voltage is applied to the gate terminal, the n-channel power MOSFET 202 is turned on. become.

【0006】nチャネルパワーMOSFET202のドレイン
端子に図示しない電圧計と電流計を接続し、ドレイン電
圧VDとドレイン電流(誘導性負荷205に流れる電流)
Dを測定すると、MOSFET202の動作状態は、同図
(b)に示すようになる。VGはゲート電圧である。
A voltmeter and an ammeter (not shown) are connected to the drain terminal of the n-channel power MOSFET 202, and the drain voltage V D and the drain current (current flowing through the inductive load 205)
When I D is measured, the operating state of the MOSFET 202 is
As shown in (b). V G is the gate voltage.

【0007】MOSFET202がOFF状態では、ドレイン
電圧VDは直流電源204の電圧であり、OFF状態か
らON状態に転じると、MOSFET202の導通電圧まで低
下する。ON状態になった後は、ドレイン電流IDは徐
々に増加する。ドレイン電流IDが定格電流まで上昇し
たところで、ゲート電圧VGをゼロ(V)にすると、MOSFE
T202はON状態からOFF状態に転じる。
When the MOSFET 202 is in the OFF state, the drain voltage V D is the voltage of the DC power source 204, and when it turns from the OFF state to the ON state, it falls to the conduction voltage of the MOSFET 202. After being turned on, the drain current I D gradually increases. When the gate voltage V G is set to zero (V) when the drain current I D has risen to the rated current, the MOSFE
T202 changes from the ON state to the OFF state.

【0008】このとき、誘導性負荷205に大きな逆起
電力が生じ、ドレイン・ソース間に逆バイアス電圧が印
加され、ドレイン電圧VDは直流電源204の電圧を大
きく超え、MOSFET202のドレイン・ソース間にアバラ
ンシェ電流が流れる。
At this time, a large counter electromotive force is generated in the inductive load 205, a reverse bias voltage is applied between the drain and source, the drain voltage V D greatly exceeds the voltage of the DC power source 204, and the drain and source of the MOSFET 202 are An avalanche current flows through.

【0009】このMOSFET202は、同図(c)に示すよう
な拡散構造となっており、シリコン基板221のN-
シリコン単結晶層によってドレイン領域222が形成さ
れている。該MOSFET202は、p+形の主拡散領域22
4とp-形のチャネル拡散層225と、主拡散領域22
4表面とチャネル拡散層225表面とから拡散されたn
+形のソース拡散層226とを有しており、その表面に
は、ゲート絶縁膜231、ゲート電極膜232、層間絶
縁膜233、ソース電極膜234がこの順で形成され、
裏面にはドレイン電極膜235が形成されている。
The MOSFET 202 has a diffusion structure as shown in FIG. 1C, and the drain region 222 is formed by the N --type silicon single crystal layer of the silicon substrate 221. The MOSFET 202 includes a p + type main diffusion region 22.
4 and p - the form of the channel diffusion layer 225, the main diffused region 22
N diffused from the surface 4 and the surface of the channel diffusion layer 225.
A + type source diffusion layer 226, and a gate insulating film 231, a gate electrode film 232, an interlayer insulating film 233, and a source electrode film 234 are formed in this order on the surface thereof.
A drain electrode film 235 is formed on the back surface.

【0010】また、MOSFET202内では、ソース拡散層
226と主拡散層224とがソース電極膜234によっ
て短絡されており、チャネル拡散層225は、その主拡
散領域224を介してソース電極膜234と導電位に置
かれるように構成されている。
In the MOSFET 202, the source diffusion layer 226 and the main diffusion layer 224 are short-circuited by the source electrode film 234, and the channel diffusion layer 225 is electrically conductive with the source electrode film 234 via the main diffusion region 224. It is configured to be placed in position.

【0011】ドレイン領域であるシリコン基板221の
-層とチャネル拡散層225とで形成されるpn接合
の耐圧は低いので、MOSFET202がON状態からOFF
状態に転じ、高電圧が印加された際、そのpn接合が降
伏し、アバランシェ電流230がチャネル拡散層225
内を流れる。
Since the breakdown voltage of the pn junction formed by the N layer of the silicon substrate 221 which is the drain region and the channel diffusion layer 225 is low, the MOSFET 202 changes from the ON state to the OFF state.
When the high voltage is applied to the channel diffusion layer 225, the pn junction breaks down and the avalanche current 230 is generated.
Flowing in.

【0012】チャネル拡散層225上にはソース拡散層
226が拡散されているため、アバランシェ電流230
がチャネル拡散層225内を流れる際には、ソース拡散
層226とドレイン領域222とで挟まれた潜り抵抗2
40の部分を通るが、その潜り抵抗240の抵抗値は大
きいので、アバランシェ電流230が流れることによっ
て、チャネル拡散層225の端部とソース電極234と
の間の電位差は大きくなり易い。
Since the source diffusion layer 226 is diffused on the channel diffusion layer 225, an avalanche current 230 is generated.
When flowing in the channel diffusion layer 225, the latent resistance 2 sandwiched between the source diffusion layer 226 and the drain region 222 is
Although passing through the portion 40, the latent resistance 240 has a large resistance value, so that the potential difference between the end portion of the channel diffusion layer 225 and the source electrode 234 tends to increase due to the flow of the avalanche current 230.

【0013】他方、このMOSFET202では、ドレイン領
域222をコレクタとし、チャネル拡散層225をベー
スとし、ソース拡散層226をエミッタとする寄生NP
Nトランジスタ241が形成されているが、アバランシ
ェ電流230が流れることによって生じるチャネル拡散
層225とソース電極234との電位差は、寄生NPN
トランジスタ241のベース・エミッタ間を順バイアス
する極性であり、その電位差がベース電流を流す程大き
くなった場合には、寄生NPNトランジスタ241がO
Nしてしまう。
On the other hand, in this MOSFET 202, a parasitic NP having the drain region 222 as a collector, the channel diffusion layer 225 as a base, and the source diffusion layer 226 as an emitter.
Although the N-transistor 241 is formed, the potential difference between the channel diffusion layer 225 and the source electrode 234 caused by the flow of the avalanche current 230 causes the parasitic NPN.
The polarity is such that the base-emitter of the transistor 241 is forward-biased, and when the potential difference becomes large enough to allow the base current to flow, the parasitic NPN transistor 241 turns on.
I will do N.

【0014】その寄生NPNトランジスタ241がON
し、コレクタ電流が流れた場合には、ドレイン領域22
2からソース拡散層226に瞬間的に大きな電流が流れ
てしまう。
The parasitic NPN transistor 241 is turned on.
However, when the collector current flows, the drain region 22
A large current instantaneously flows from 2 to the source diffusion layer 226.

【0015】パワーMOSFETは、平面とそのM−M線断面
を示す図10のように、一般に、主拡散層224とチャ
ネル拡散層225とで矩形セル228が形成されてお
り、シリコン基板221表面に、そのセル228が島状
に多数配置されて構成されており、寄生NPNトランジ
スタ241は、各セル228のチャネル拡散層225の
全周に亘って形成されている。
In the power MOSFET, a rectangular cell 228 is generally formed by a main diffusion layer 224 and a channel diffusion layer 225 as shown in FIG. 10 showing a plane and a cross section taken along line MM, and a rectangular cell 228 is formed on the surface of a silicon substrate 221. , The cells 228 are arranged in an island shape, and the parasitic NPN transistor 241 is formed over the entire circumference of the channel diffusion layer 225 of each cell 228.

【0016】この場合、各チャネル拡散層225は矩形
形状の窓部からの拡散によって形成されており、ドレイ
ン領域222と形成するpn接合は、断面から見た場
合、各セル228の四隅部分241で球状接合となり、
四辺部分242で円筒状接合となる。
In this case, each channel diffusion layer 225 is formed by diffusion from the rectangular window portion, and the pn junction formed with the drain region 222 is at the four corners 241 of each cell 228 when viewed from the cross section. Spherical connection,
The four side portions 242 form a cylindrical joint.

【0017】そのpn接合の球状接合部分の降伏電圧
は、円筒状接合の降伏電圧に比べて低いので、MOSFET2
02がONからOFFに転じた際、球状接合部分が降伏
し、その部分にアバランシェ電流が流れる。そのため、
寄生NPNトランジスタ241の四隅部分がONし、球
状接合部分に集中して電流が流れ、四隅部分241が破
壊してしまう。
Since the breakdown voltage of the spherical junction portion of the pn junction is lower than the breakdown voltage of the cylindrical junction, the MOSFET 2
When 02 turns from ON to OFF, the spherical bonding portion breaks down and an avalanche current flows in that portion. for that reason,
The four corners of the parasitic NPN transistor 241 are turned on, current concentrates on the spherical junction, and the four corners 241 are destroyed.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたもので、その目的
は、アバランシェ破壊耐量の高いMOSFETを提供すること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention was created in order to solve the above-mentioned disadvantages of the prior art, and an object thereof is to provide a MOSFET having a high avalanche breakdown resistance.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明は、半導体基板と、前記半導体
基板で構成されるドレイン領域とを有し、前記ドレイン
領域とは異なる導電型である主拡散層が前記半導体基板
表面から互いに離間して島状に拡散され、前記主拡散層
と同じ導電型であるチャネル拡散層が前記各主拡散層周
囲に拡散され、前記ドレイン領域と同じ導電型であるソ
ース拡散層が前記各主拡散層と前記各チャネル拡散層表
面から拡散され、前記チャネル拡散層上に設けられたゲ
ート電極膜に電圧を印加し、前記チャネル拡散層表面を
反転させると前記ドレイン領域と前記各ソース拡散層と
の間に電流を流せるように構成されたMOSFETであって、
前記各チャネル拡散層と前記ドレイン領域とで形成され
るpn接合の円筒状接合部分の間のドレイン領域に、該
ドレイン領域と同じ導電型で、該ドレイン領域よりも不
純物濃度の高いアバランシェ降伏誘起層が設けられ、前
記アバランシェ降伏誘起層の不純物濃度が前記ドレイン
領域の不純物濃度の二倍まで低下した位置を拡散深さと
した場合、その拡散深さは2.5×10 -6 m以上にされ
ていることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 has a semiconductor substrate and a drain region formed of the semiconductor substrate, and the conductivity is different from that of the drain region. Type main diffusion layers are separated from the semiconductor substrate surface and are diffused in an island shape, and channel diffusion layers of the same conductivity type as the main diffusion layers are diffused around the respective main diffusion layers to form the drain regions. Source diffusion layers of the same conductivity type are diffused from the surfaces of the main diffusion layers and the channel diffusion layers, and a voltage is applied to the gate electrode film provided on the channel diffusion layers to invert the surface of the channel diffusion layers. A MOSFET configured to allow a current to flow between the drain region and each of the source diffusion layers,
An avalanche breakdown inducing layer having the same conductivity type as the drain region and a higher impurity concentration than the drain region is provided in the drain region between the cylindrical junction portions of the pn junction formed by the channel diffusion layers and the drain region. Is provided in front
The impurity concentration in the avalanche breakdown inducing layer is
The position where the impurity concentration in the region is reduced to twice the
The diffusion depth is 2.5 × 10 -6 m or more,
It is characterized by

【0020】請求項2記載の発明は、請求項1記載のMO
SFETであって、前記アバランシェ降伏誘起層の表面濃度
は、前記ドレイン領域の濃度の10倍以上にされている
ことを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the MO according to claim 1.
In the SFET, the surface concentration of the avalanche breakdown inducing layer is 10 times or more the concentration of the drain region.

【0021】請求項3記載の発明は、半導体基板と、前
記半導体基板で構成されるドレイン領域とを有し、前記
ドレイン領域とは異なる導電型である主拡散層が前記半
導体基板表面から拡散され、前記主拡散層と同じ導電型
であるチャネル拡散層が前記各主拡散層周囲に拡散さ
れ、前記ドレイン領域と同じ導電型であるソース拡散層
が前記各主拡散層と前記各チャネル拡散層表面から拡散
され、前記チャネル拡散層上に設けられたゲート電極膜
に電圧を印加し、前記チャネル拡散層表面を反転させる
と前記ドレイン領域と前記各ソース拡散層との間に電流
を流せるように構成された互いに離間するセルを複数有
し、前記セルは正方形に形成され、前記各セルは行列状
に配置された MOSFET であって、前記ドレイン領域と同じ
導電型で、該ドレイン領域よりも不純物濃度の高いアバ
ランシェ降伏誘起層を複数有し、前記各アバランシェ誘
起層は、前記各セルの一辺の長さと略等しく形成され、
前記各セルの前記チャネル拡散層と前記ドレイン領域と
で形成されるpn接合の円筒状接合部分の間の前記ドレ
イン領域の中央に前記各セルに対して平行に配置され、
前記アバランシェ誘起層により、前記各セルの前記チャ
ネル拡散層と前記ドレイン領域とで形成されるpn接合
の円筒状接合部分の降伏電圧が球状接合部分の降伏電圧
以下にされていることを特徴とする
According to a third aspect of the invention, a semiconductor substrate and
And a drain region composed of a semiconductor substrate,
The main diffusion layer having a conductivity type different from that of the drain region is
The same conductivity type as the main diffusion layer, diffused from the surface of the conductive substrate
Channel diffusion layer is diffused around each of the main diffusion layers.
And a source diffusion layer having the same conductivity type as the drain region.
Diffuse from the surface of each of the main diffusion layers and each of the channel diffusion layers
And a gate electrode film provided on the channel diffusion layer
Voltage is applied to the surface to invert the surface of the channel diffusion layer.
Current between the drain region and each of the source diffusion layers
Multiple cells spaced apart from each other configured to allow
However, the cells are formed in a square shape, and the cells are arranged in a matrix.
The MOSFET located in the same area as the drain region.
The conductivity type is higher in impurity concentration than the drain region.
Having a plurality of Lanche breakdown inducing layers, each of the avalanche inducement layers
The raised layer is formed to have a length substantially equal to one side of each cell,
The channel diffusion layer and the drain region of each cell,
Between the cylindrical joint portions of the pn junction formed by
It is arranged in parallel to each of the cells in the center of the in-region,
The avalanche inducing layer causes the cha of each cell to
Pn junction formed by the drain diffusion layer and the drain region
Breakdown voltage of a cylindrical junction is that of a spherical junction
It is characterized by the following .

【0022】請求項4記載の発明は、半導体基板と、前
記半導体基板で構成されるドレイン領域とを有し、前記
ドレイン領域とは異なる導電型である主拡散層が前記半
導体基板表面から拡散され、前記主拡散層と同じ導電型
であるチャネル拡散層が前記各主拡散層周囲に拡散さ
れ、前記ドレイン領域と同じ導電型であるソース拡散層
が前記各主拡散層と前記各チャネル拡散層表面から拡散
され、前記チャネル拡散層上に設けられたゲート電極膜
に電圧を印加し、前記チャネル拡散層表面を反転させる
と前記ドレイン領域と前記各ソース拡散層との間に電流
を流せるように構成された互いに離間するセルを複数有
し、前記セルは正方形に形成され、前記各セルは横一列
に並べられると共に、縦方向は互い違いに配置された MO
SFET であって、前記ドレイン領域と同じ導電型で、該ド
レイン領域よりも不純物濃度の高いアバランシェ降伏誘
起層を複数有し、前記各アバランシェ誘起層は、前記各
セルの前記チャネル拡散層と前記ドレイン領域とで形成
されるpn接合の円筒状接合部分の間のドレイン領域で
あって、前記各セルの辺の対向する部分の間の中央の位
置に前記各セルに対して平行に配置され、前記アバラン
シェ誘起層により、前記各セルの前記チャネル拡散層と
前記ドレイン領域とで形成されるpn接合の円筒状接合
部分の降伏電圧が球状接合部分の降伏電圧以下にされて
いることを特徴とする
According to a fourth aspect of the present invention, a semiconductor substrate and
And a drain region composed of a semiconductor substrate,
The main diffusion layer having a conductivity type different from that of the drain region is
The same conductivity type as the main diffusion layer, diffused from the surface of the conductive substrate
Channel diffusion layer is diffused around each of the main diffusion layers.
And a source diffusion layer having the same conductivity type as the drain region.
Diffuse from the surface of each of the main diffusion layers and each of the channel diffusion layers
And a gate electrode film provided on the channel diffusion layer
Voltage is applied to the surface to invert the surface of the channel diffusion layer.
Current between the drain region and each of the source diffusion layers
Multiple cells spaced apart from each other configured to allow
However, the cells are formed in a square shape, and the cells are arranged in a row.
MOs that are arranged side by side and staggered in the vertical direction
SFET , which has the same conductivity type as the drain region,
Avalanche breakdown with higher impurity concentration than the rain region
Each of the avalanche inducing layers has a plurality of initiating layers.
Formed by the channel diffusion layer and the drain region of the cell
In the drain region between the cylindrical junctions of the pn junction
The center position between the facing parts of each cell
Placed parallel to each of the cells
A channel inducing layer of each cell and
Cylindrical junction of pn junction formed with the drain region
The breakdown voltage of the part is kept below the breakdown voltage of the spherical junction.
It is characterized by being

【0023】MOSFETを上記の構成にしておくと、チャネ
ル拡散層とドレイン領域とで形成されるpn接合の円筒
状接合部分の降伏電圧を低下させることができる。
When the MOSFET has the above structure, the breakdown voltage of the cylindrical junction portion of the pn junction formed by the channel diffusion layer and the drain region can be reduced.

【0024】上述した本発明の構成によれば、半導体基
板をドレイン領域としてMOSFETを構成する際、ドレイン
領域とは異なる導電型の主拡散層と、その主拡散層と同
じ導電型のチャネル拡散層と、ドレイン領域と同じ導電
型であるソース拡散層とを半導体基板表面から拡散させ
ており、チャネル拡散層上に設けられたゲート電極に電
圧を印加してチャネル拡散層表面を反転させた場合、ド
レイン領域とソース拡散層との間に電流を流すことがで
きるようになっている。
According to the above-described structure of the present invention, when a MOSFET is formed by using a semiconductor substrate as a drain region, a main diffusion layer having a conductivity type different from that of the drain region and a channel diffusion layer having the same conductivity type as the main diffusion layer are formed. And a source diffusion layer having the same conductivity type as the drain region are diffused from the semiconductor substrate surface, and when a voltage is applied to the gate electrode provided on the channel diffusion layer to invert the channel diffusion layer surface, A current can be passed between the drain region and the source diffusion layer.

【0025】このMOSFETに接続される負荷が誘導性であ
る場合、MOSFETがON状態からOFF状態に転じる際
に、誘導性負荷に生じる起電力によって、ドレイン領域
とチャネル拡散層とで形成されるpn接合がアバランシ
ェ降伏をし、OFF状態にあるMOSFETにアバランシェ電
流を流してしまう。
When the load connected to this MOSFET is inductive, the pn formed by the drain region and the channel diffusion layer is formed by the electromotive force generated in the inductive load when the MOSFET turns from the ON state to the OFF state. The junction undergoes avalanche breakdown, causing an avalanche current to flow through the MOSFET in the OFF state.

【0026】一般に、パワーMOSFETの主拡散層は矩形形
状の窓部から拡散され、半導体基板中に多数個がそれぞ
れ独立して島状に配置されており、チャネル拡散層は、
各主拡散層と接し、略一定の幅で主拡散層の周囲に設け
られている。
Generally, the main diffusion layer of the power MOSFET is diffused from the rectangular window portion, and a large number of them are independently arranged in an island shape in the semiconductor substrate, and the channel diffusion layer is
It is provided in contact with each main diffusion layer and has a substantially constant width around the main diffusion layer.

【0027】従って、チャネル拡散層とドレイン領域と
で形成されるpn接合は、辺部分では円筒状接合にな
り、角部分では球状接合となる。同じ拡散層で形成され
るpn接合の降伏電圧を比較した場合、そのpn接合の
球状接合部分の降伏電圧は、円筒状接合部分の降伏電圧
よりも低いので、誘導性負荷の起電力によってアバラン
シェ電流が流れる場合、pn接合の降伏は球状接合部分
に集中して発生し、その部分に電流が集中して流れ、チ
ャネル領域の四隅部分が破壊に到ってしまう。
Therefore, the pn junction formed by the channel diffusion layer and the drain region becomes a cylindrical junction at the side portion and a spherical junction at the corner portion. When the breakdown voltage of the pn junction formed by the same diffusion layer is compared, the breakdown voltage of the spherical junction portion of the pn junction is lower than the breakdown voltage of the cylindrical junction portion, so that the avalanche current is generated by the electromotive force of the inductive load. When the current flows, the breakdown of the pn junction is concentrated in the spherical junction portion, and the current is concentrated in the spherical junction portion, and the four corners of the channel region are destroyed.

【0028】本発明のMOSFETでは、チャネル拡散層とド
レイン領域とで形成されるpn接合の円筒状接合部分の
降伏電圧が、球状接合部分の降伏電圧以下の電圧にされ
ているので、球状接合部分に比較して面積の大きい円筒
状接合部分にアバランシェ降伏が生じ、その部分に電流
が流れるようになるので、MOSFETの破壊耐量が向上す
る。
In the MOSFET of the present invention, the breakdown voltage of the cylindrical junction portion of the pn junction formed by the channel diffusion layer and the drain region is set to be equal to or lower than the breakdown voltage of the spherical junction portion. Avalanche breakdown occurs in a cylindrical junction portion having a larger area than that of, and a current flows in that portion, so that the breakdown resistance of the MOSFET is improved.

【0029】円筒状接合部分の降伏電圧を、球状接合部
分の降伏電圧よりも低くするためには、例えば、ドレイ
ン領域の、各セルの円筒状接合部分の間に、ドレイン領
域と同じ導電型で、そのドレイン領域よりも不純物濃度
が高いアバランシェ降伏誘起層を設けることができる。
この場合、ドレイン領域の球状接合部分の間にはアバラ
ンシェ降伏誘起層を設けないでおくと、円筒接合部分の
空乏層の広がりが抑制され、その部分の降伏電圧が低く
なる。
In order to make the breakdown voltage of the cylindrical junction portion lower than the breakdown voltage of the spherical junction portion, for example, the same conductivity type as that of the drain region is provided between the cylindrical junction portions of the cells in the drain region. It is possible to provide an avalanche breakdown inducing layer having an impurity concentration higher than that of the drain region.
In this case, if the avalanche breakdown inducing layer is not provided between the spherical junction portions of the drain region, the expansion of the depletion layer at the cylindrical junction portion is suppressed, and the breakdown voltage at that portion is lowered.

【0030】これを図7(a)、(b)を用いて説明する
と、図7(a)に示すように、チャネル拡散層が形成する
円筒状接合の間のドレイン領域にアバランシェ降伏誘起
層を設けた場合には、チャネル拡散層とドレイン領域と
で形成されるpn接合に逆バイアス電圧が印加され、空
乏層が広がる際に、その空乏層はアバランシェ降伏誘起
層に向け、セルA1とセルA2とからドレイン領域内に伸
びるが、アバランシェ降伏誘起層内では伸びずらくな
り、その部分の電界強度が増加し、アバランシェ降伏を
生じやすくなるため、降伏電圧が低下する。
This will be described with reference to FIGS. 7A and 7B. As shown in FIG. 7A, an avalanche breakdown inducing layer is formed in the drain region between the cylindrical junctions formed by the channel diffusion layers. When provided, a reverse bias voltage is applied to the pn junction formed by the channel diffusion layer and the drain region, and when the depletion layer spreads, the depletion layer is directed toward the avalanche breakdown inducing layer, and the cell A 1 and the cell Although it extends from A 2 and into the drain region, it becomes difficult to extend in the avalanche breakdown inducing layer, the electric field strength at that portion increases, and avalanche breakdown easily occurs, so that the breakdown voltage decreases.

【0031】他方、球状接合部分の間にアバランシェ降
伏誘起層が設けられていなければ、その部分の空乏層の
伸びは抑制されず、降伏電圧に変化はない。
On the other hand, if the avalanche breakdown inducing layer is not provided between the spherical junction portions, the extension of the depletion layer in that portion is not suppressed and the breakdown voltage does not change.

【0032】従来技術のように、アバランシェ降伏誘起
層を設けない場合には、図7(b)に示すように、隣り合
うセルB1とセルB2とからドレイン領域内に伸びた空乏
層は、円筒状接合部分の中間位置で接し、一体となって
基板裏面方向に広がるようになる。空乏層同士が接する
と、ドレイン領域の表面には空乏層端部が存在しなくな
り、ドレイン領域の下方に向かって伸びやすく、ドレイ
ン領域表面では電界強度が上昇しにくくなる。従って、
ドレイン領域表面でのアバランシェ降伏が発生しずらく
なる。
When the avalanche breakdown inducing layer is not provided as in the prior art, the depletion layer extending from the adjacent cells B 1 and B 2 into the drain region is formed as shown in FIG. 7B. , And they come into contact with each other at an intermediate position of the cylindrical joint portion and integrally spread with each other toward the back surface of the substrate. When the depletion layers contact each other, the end of the depletion layer does not exist on the surface of the drain region, the depletion layer ends easily extend downward, and the electric field strength hardly increases on the surface of the drain region. Therefore,
Avalanche breakdown does not easily occur on the surface of the drain region.

【0033】それに対し、対向する球状接合部分間で
は、チャネル拡散層間の距離が大きいため、円筒状接合
部分の空乏層が接していても、球状接合部分では接して
おらず、ドレイン領域表面に空乏層端部が存在している
状態になっている。その状態では空乏層端部の電界強度
が高くなりやすいため、一般に、球状接合部分の降伏電
圧は、円筒状接合部分の降伏電圧よりも低くなる。従っ
て、円筒状接合部分で空乏層が接しないか、接しても下
方に向かって伸びずらくしておけば、円筒状接合部分の
降伏電圧を低下させることができる。
On the other hand, since the distance between the channel diffusion layers is large between the opposing spherical junctions, even if the depletion layer of the cylindrical junction is in contact, it is not in contact with the spherical junction, and the drain region surface is depleted. The layer ends are present. In that state, since the electric field strength at the edge of the depletion layer tends to be high, the breakdown voltage of the spherical junction is generally lower than the breakdown voltage of the cylindrical junction. Therefore, if the depletion layer does not come into contact with the cylindrical junction portion, or if the depletion layer does not extend downward even if it comes into contact, the breakdown voltage of the cylindrical junction portion can be reduced.

【0034】接合部分が降伏し、MOSFET内をアバランシ
ェ電流が流れる場合、電流は降伏している球状接合部分
だけに集中して流れる。MOSFET全体では、球状接合部分
の面積は、円筒状接合部分の面積よりも小さいため、球
状接合部分だけが降伏していると、アバランシェ破壊を
生じやすくなる。
When the junction breaks down and an avalanche current flows in the MOSFET, the current concentrates only on the broken spherical junction. In the MOSFET as a whole, the area of the spherical junction is smaller than the area of the cylindrical junction. Therefore, if only the spherical junction yields, avalanche breakdown is likely to occur.

【0035】それに対し、円筒状接合部分の降伏電圧を
球状接合部分の降伏電圧よりも低くし、アバランシェ電
流が円筒状接合部分を流れるようにすれば、MOSFET内の
電流密度が小さくなるので、アバランシェ破壊耐量が向
上する。
On the other hand, if the breakdown voltage of the cylindrical junction is made lower than the breakdown voltage of the spherical junction and the avalanche current is allowed to flow through the cylindrical junction, the current density in the MOSFET is reduced, so that the avalanche current is reduced. Breakage resistance is improved.

【0036】この場合、全ての円筒状接合部分の降伏電
圧を、球状接合部分の降伏電圧よりも低くする必要はな
い。アバランシェ電流が分散し、破壊しない程度に電流
を分散させればよい。
In this case, it is not necessary that the breakdown voltage of all the cylindrical junctions be lower than the breakdown voltage of the spherical junctions. It is sufficient to disperse the avalanche current to such an extent that the avalanche current is dispersed and is not destroyed.

【0037】また、円筒状接合部分の降伏電圧が、球状
接合部分の降伏電圧よりも低くなくてもよい。円筒状接
合部分の降伏電圧を、球状接合部分の降伏電圧近くまで
低下させておけば、球状接合部分と円筒状接合部分の両
方が降伏し、流れるアバランシェ電流が分散されるの
で、MOSFETの破壊耐量は向上する。
Further, the breakdown voltage of the cylindrical junction portion may not be lower than the breakdown voltage of the spherical junction portion. If the breakdown voltage of the cylindrical junction is lowered to near the breakdown voltage of the spherical junction, both the spherical junction and the cylindrical junction will break down, and the flowing avalanche current will be dispersed. Will improve.

【0038】本発明では、各チャネル拡散層とドレイン
領域とで形成されるpn接合の円筒状接合部分の間に、
ドレイン領域よりも高濃度のアバランシェ降伏誘起層を
設け、ドレイン領域表面での空乏層の広がりを抑制する
ことで、円筒状接合部分の降伏電圧を低下させている。
In the present invention, between the cylindrical junction portion of the pn junction formed by each channel diffusion layer and the drain region,
By providing an avalanche breakdown inducing layer having a higher concentration than that of the drain region and suppressing the spread of the depletion layer on the surface of the drain region, the breakdown voltage of the cylindrical junction portion is lowered.

【0039】そのアバランシェ降伏誘起層の表面濃度と
アバランシェ降伏電圧の関係を図9のグラフに示す。縦
軸は降伏電圧、横軸は濃度であり、アバランシェ降伏誘
起層の表面濃度をドレイン領域の濃度の倍率で表してい
る。この図9では、アバランシェ降伏誘起層の不純物濃
度が、ドレイン領域の不純物濃度の二倍まで低下した位
置を拡散深さとした場合に、拡散深さが2μm、2.5
μm、3μmの3つのアバランシェ降伏誘起層について
示している。
The relationship between the surface concentration of the avalanche breakdown inducing layer and the avalanche breakdown voltage is shown in the graph of FIG. The vertical axis represents the breakdown voltage, and the horizontal axis represents the concentration. The surface concentration of the avalanche breakdown inducing layer is represented by the magnification of the concentration of the drain region. In FIG. 9, the diffusion depth is 2 μm, 2.5 when the diffusion depth is set at a position where the impurity concentration of the avalanche breakdown inducing layer is reduced to twice the impurity concentration of the drain region.
Shown are three avalanche breakdown-inducing layers of μm and 3 μm.

【0040】このグラフから分かるように、アバランシ
ェ降伏誘起層の表面濃度は高いほど効果的であり、ドレ
イン領域の10倍以上であれば、円筒状接合部分の降伏
電圧を、アバランシェ電流が集中しない程度に低下させ
ることができる。
As can be seen from this graph, the higher the surface concentration of the avalanche breakdown inducing layer, the more effective it is. If the surface concentration of the avalanche breakdown inducing layer is 10 times or more that of the drain region, the breakdown voltage of the cylindrical junction will not be concentrated by the avalanche current. Can be reduced to

【0041】図9の3つのグラフは、隣り合う円筒状接
合部分間の距離を一定にし、アバランシェ降伏誘起層の
拡散深さを変化させているため、拡散深さが深い場合、
アバランシェ降伏誘起層と円筒状接合部分とが近接する
ため、拡散深さが深いほど降伏電圧が低くなっており、
このグラフでは、2.5μm(2.5×10-6m)以上が
効果的であることが分かる。
In the three graphs of FIG. 9, the distance between adjacent cylindrical joint portions is made constant and the diffusion depth of the avalanche breakdown inducing layer is changed.
Since the avalanche breakdown inducing layer and the cylindrical junction are close to each other, the breakdown voltage becomes lower as the diffusion depth becomes deeper.
In this graph, it can be seen that 2.5 μm (2.5 × 10 −6 m) or more is effective.

【0042】[0042]

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を製造工程
と共に図面を用いて説明する。図1(a)の符号51は、
シリコン半導体基板であり、N+単結晶サブストレート
上にN-エピタキシャル層が堆積されて構成されてい
る。そのシリコン基板51表面(N-エピタキシャル層
側)には、シリコン熱酸化膜から成る一次酸化膜52が
全面成膜されている(この図、及び以下の図において、
裏面に形成されるシリコン熱酸化膜等の薄膜は省略す
る)。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described together with manufacturing steps with reference to the drawings. Reference numeral 51 in FIG.
It is a silicon semiconductor substrate and is formed by depositing an N epitaxial layer on an N + single crystal substrate. A primary oxide film 52 made of a silicon thermal oxide film is formed on the entire surface of the surface of the silicon substrate 51 (N epitaxial layer side) (in this figure and the following figures,
A thin film such as a silicon thermal oxide film formed on the back surface is omitted.)

【0043】次に、フォトリソグラフ工程とエッチング
工程とを経て、その一次酸化膜52の所定位置に正方形
形状の多数の窓部53を等間隔で形成し(同図(b))、一
次酸化膜52をマスクとし、イオンインプランテーショ
ンによってボロンを打ち込み、熱拡散を行って、p+
の主拡散層54を形成する(同図(c))。次いで、一次酸
化膜52を除去し、シリコン基板51表面のN-エピタ
キシャル層(ドレイン領域)表面と主拡散層54表面とを
露出させる(同図(d))。
Next, through a photolithography process and an etching process, a large number of square windows 53 are formed at predetermined positions on the primary oxide film 52 at equal intervals (FIG. 9B), and the primary oxide film is formed. Using 52 as a mask, boron is implanted by ion implantation and thermal diffusion is performed to form a p + -type main diffusion layer 54 (FIG. 7C). Then, the primary oxide film 52 is removed to expose the surface of the N epitaxial layer (drain region) on the surface of the silicon substrate 51 and the surface of the main diffusion layer 54 (FIG. 3D).

【0044】その表面にレジスト膜55を形成し、フォ
トリソグラフ工程によって各主拡散層54の対向する辺
の間に長方形形状の窓部56を開け、その部分のN-
ピタキシャル層を露出させ、レジスト膜55をマスクと
してイオンインプランテーションによってリンを打ち込
み、n+型の不純物層57を形成する(図2(e))。
A resist film 55 is formed on the surface of the main diffusion layer 54, and a rectangular window 56 is formed between the opposite sides of each main diffusion layer 54 by a photolithography process to expose the N - epitaxial layer at that portion. Phosphorus is implanted by ion implantation using the film 55 as a mask to form an n + -type impurity layer 57 (FIG. 2E).

【0045】レジスト膜55を除去した後、不純物層5
7を熱拡散してアバランシェ降伏誘起層58を形成し、
次いで、熱酸化によってシリコン酸化膜を形成し、ゲー
ト絶縁膜59とする(同図(f))。そのアバランシェ降伏
誘起層58の濃度は、N-層の不純物濃度より高い。
After removing the resist film 55, the impurity layer 5 is formed.
7 is thermally diffused to form an avalanche breakdown inducing layer 58,
Then, a silicon oxide film is formed by thermal oxidation to form a gate insulating film 59 ((f) in the figure). The concentration of the avalanche breakdown inducing layer 58 is higher than the impurity concentration of the N layer.

【0046】次に、ゲート絶縁膜59の表面に、高導電
性のポリシリコン膜から成るゲート電極膜60を形成
し、フォトリソグラフ工程とエッチング工程を経て窓部
61、67を設け、ゲート絶縁膜59とゲート電極膜6
0とをパターニングすると共に、各主拡散層54表面と
各アバランシェ降伏誘起層58表面とを露出させる(同
図(h))。
Next, a gate electrode film 60 made of a highly conductive polysilicon film is formed on the surface of the gate insulating film 59, windows 61 and 67 are formed through a photolithography process and an etching process, and the gate insulating film is formed. 59 and gate electrode film 6
0 is patterned, and at the same time, the surface of each main diffusion layer 54 and the surface of each avalanche breakdown inducing layer 58 are exposed ((h) in the same figure).

【0047】窓部61は主拡散層54表面よりも大きい
正方形形状にされており、主拡散層54の周囲のN-
ピタキシャル層表面52が四角リング状に露出されてい
る。その状態で、パターニングされたゲート電極膜60
をマスクとし、イオンインプランテーションによってボ
ロンを打ち込み、露出しているN-エピタキシャル層5
2表面にp型不純物を導入させ、熱拡散を行うと、各主
拡散層54の周囲に、主拡散層54の不純物濃度よりも
低濃度のp-型のチャネル拡散層63が形成される(図3
(i))。このとき、チャネル拡散層63は横方向拡散に
よってゲート絶縁膜59の下に入り込んでいる。
The window portion 61 has a square shape larger than the surface of the main diffusion layer 54, and the N epitaxial layer surface 52 around the main diffusion layer 54 is exposed in a square ring shape. In that state, the patterned gate electrode film 60
The N - epitaxial layer 5 exposed by implanting boron by ion implantation using the mask as a mask
2 When p-type impurities are introduced into the surface and thermal diffusion is performed, a p -type channel diffusion layer 63 having a lower concentration than the impurity concentration of the main diffusion layers 54 is formed around each main diffusion layer 54 (( Figure 3
(i)). At this time, the channel diffusion layer 63 enters under the gate insulating film 59 by lateral diffusion.

【0048】次いで、その表面にパターニングされたレ
ジスト膜64を形成し、該レジスト膜64に設けられた
窓部65によって各主拡散層54の周辺部分とチャネル
拡散層63とを露出させ(同図(j))、イオンインプラン
テーションによってリンを打ち込んで不純物層66を形
成し(同図(k))、レジスト膜64を除去した後、熱拡
散を行ってソース拡散層69を形成すると、横方向拡散
によって、ゲート絶縁膜59の下にチャネル拡散層63
とソース拡散層69とが入り込む(同図(l))。
Next, a patterned resist film 64 is formed on the surface of the main diffusion layer 54 and the channel diffusion layer 63 is exposed by the window portion 65 provided in the resist film 64 (see FIG. (j)) Phosphorus is implanted by ion implantation to form the impurity layer 66 ((k) in the figure), and after removing the resist film 64, thermal diffusion is performed to form the source diffusion layer 69. By diffusion, the channel diffusion layer 63 is formed under the gate insulating film 59.
And the source diffusion layer 69 enter ((l) in the same figure).

【0049】以上により拡散工程は終了し、シリコン基
板51のN-層によって、ドレイン領域72が構成され
る。
The diffusion process is completed as described above, and the drain region 72 is formed by the N layer of the silicon substrate 51.

【0050】この図3(l)の状態をA−A線断面図とし
て平面図を図5に示す。主拡散層54は、同じ大きさ
で、互いに平行に等間隔で配置された正方形形状の窓部
53から拡散されており、各主拡散層54は互いに等間
隔の島状に配置されている。
FIG. 5 is a plan view showing the state of FIG. 3 (l) as a sectional view taken along the line AA. The main diffusion layers 54 have the same size and are diffused from the square-shaped window portions 53 that are arranged parallel to each other at equal intervals, and the main diffusion layers 54 are arranged in islands at equal intervals.

【0051】また、前述のN-層の四角リング形状の露
出部分62は略同じ幅になるようにされているので、そ
の部分から拡散された各チャネル拡散層63の幅も略等
しくなっている。従って、これら各主拡散層54とチャ
ネル拡散層63とで構成されたセル80も等間隔で島状
に配置されている。
Further, since the square ring-shaped exposed portions 62 of the N layer are made to have substantially the same width, the widths of the channel diffusion layers 63 diffused from the portions are also substantially equal. . Therefore, the cells 80 composed of the main diffusion layers 54 and the channel diffusion layers 63 are also arranged in an island shape at equal intervals.

【0052】各セル80間にはゲート電極膜59が格子
状に形成されており、また、アバランシェ降伏誘起層5
8は各セル80間の中央に配置されている。そのアバラ
ンシェ降伏誘起層58の長さは、各セル80の一辺の長
さと略同じ長さである。
A gate electrode film 59 is formed in a lattice pattern between the cells 80, and the avalanche breakdown inducing layer 5 is formed.
8 is arranged in the center between the cells 80. The length of the avalanche breakdown inducing layer 58 is substantially the same as the length of one side of each cell 80.

【0053】なお、各アバランシェ降伏誘起層58表面
上のゲート絶縁膜59とゲート電極膜60とを除去した
のは、ゲート入力容量が大きくならないようにするため
である。
The gate insulating film 59 and the gate electrode film 60 on the surface of each avalanche breakdown inducing layer 58 are removed in order to prevent the gate input capacitance from increasing.

【0054】この図3(l)に示す状態から、表面にPS
G膜を全面成膜し、パターニングして窓部69を設け、
層間絶縁膜68を形成する(同図(m))。
From the state shown in FIG. 3 (l), PS is applied to the surface.
A G film is formed on the entire surface and patterned to provide a window 69,
An inter-layer insulation film 68 is formed ((m) in the figure).

【0055】その層間絶縁膜68に設けられた窓部69
によって主拡散層54表面上のソース拡散層69表面
と、ソース拡散層69が形成されていない主拡散層54
の中央部分とが露出されており、表面にアルミニウム薄
膜から成るソース配線膜70を形成すると、ソース拡散
層69と主拡散層54とが短絡され、本発明の一例のMO
SFET2ができる(同図(n):ソース配線膜70表面の保
護膜は省略した)。なお、裏面には金属薄膜から成るド
レイン電極膜71を形成しておく。
Window portion 69 provided in the interlayer insulating film 68
The surface of the source diffusion layer 69 on the surface of the main diffusion layer 54 and the main diffusion layer 54 on which the source diffusion layer 69 is not formed
When the source wiring film 70 made of an aluminum thin film is formed on the surface of the source diffusion layer 69 and the main diffusion layer 54, the source diffusion layer 69 and the main diffusion layer 54 are short-circuited, and the MO of one example of the present invention is exposed.
The SFET 2 is formed ((n) in the figure: the protective film on the surface of the source wiring film 70 is omitted). A drain electrode film 71 made of a metal thin film is formed on the back surface.

【0056】このMOSFET2では、N-層がドレイン領域
72となっており、ソース配線膜70を接地し、ドレイ
ン電極膜71に正電圧を印加し、ゲート配線膜60に閾
値電圧以上の正電圧を印加すると、p-型のチャネル拡
散層63表面がn+に反転し、ドレイン領域72とソー
ス拡散層69とが電気的に接続され、電流を流すことが
できる。
In this MOSFET 2, the N layer is the drain region 72, the source wiring film 70 is grounded, a positive voltage is applied to the drain electrode film 71, and a positive voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to the gate wiring film 60. When applied, the surface of the p type channel diffusion layer 63 is inverted to n + , the drain region 72 and the source diffusion layer 69 are electrically connected, and a current can flow.

【0057】このMOSFET2では、図3(l)を平面図に表
した図5から分かる通り、窓部53(主拡散層54の不
純物を導入した部分)は正方形形状にされ(図1(b))、
各主拡散層54の周囲に設けられたチャネル拡散層63
は、主拡散層54表面の大きさよりも大きい正方形形状
の窓部61から拡散されている。従って、各チャネル拡
散層63がドレイン領域72と形成するpn接合は、四
隅部分で球状接合を形成し、四辺部分で円筒状接合を形
成する。
In this MOSFET 2, as can be seen from FIG. 5 which is a plan view of FIG. 3 (l), the window portion 53 (the portion of the main diffusion layer 54 into which the impurities are introduced) is formed in a square shape (FIG. 1 (b)). ),
A channel diffusion layer 63 provided around each main diffusion layer 54.
Are diffused from the square window portion 61 larger than the surface of the main diffusion layer 54. Therefore, the pn junction formed by each channel diffusion layer 63 and the drain region 72 forms a spherical junction at the four corners and a cylindrical junction at the four sides.

【0058】アバランシェ降伏誘起層58は、各セル8
0の中央に、各セル80と平行に配置されており、チャ
ネル拡散層63とドレイン領域72とで形成するpn接
合の円筒状接合部分92で、できるだけ均一にアバラン
シェ降伏が生じ、電流集中が起きないようにされてい
る。
The avalanche breakdown inducing layer 58 is formed in each cell 8
The cylindrical junction portion 92 of the pn junction formed by the channel diffusion layer 63 and the drain region 72, which is arranged in parallel with each cell 80 in the center of 0, causes avalanche breakdown as uniformly as possible and causes current concentration. It is supposed not to.

【0059】次に、本発明の他のMOSFET製造方法を説明
する。この製造方法では、図1(a)〜(d)までは同じ工
程であり、上記実施例と同じ薄膜、同じ拡散層等には同
じ符号を付して説明する。
Next, another MOSFET manufacturing method of the present invention will be described. In this manufacturing method, the steps shown in FIGS. 1A to 1D are the same, and the same thin film, the same diffusion layer, and the like as those in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals.

【0060】図1(d)に示したように主拡散層54を形
成した後、表面が露出したシリコン基板51に、ゲート
絶縁膜59とゲート電極膜60とをこの順で形成し(図
4(p))、次いで、フォトリソグラフ工程とエッチング
工程とを行い、ゲート絶縁膜59とゲート電極膜60と
をパターニングし、主拡散層54間のN-エピタキシャ
ル層(ドレイン領域)表面上に窓部76を形成し、また、
主拡散層54表面上に窓部77を形成する(同図(q))。
After forming the main diffusion layer 54 as shown in FIG. 1D, a gate insulating film 59 and a gate electrode film 60 are formed in this order on the silicon substrate 51 whose surface is exposed (see FIG. 4). (p)), and then, a photolithography process and an etching process are performed to pattern the gate insulating film 59 and the gate electrode film 60, and a window portion is formed on the surface of the N epitaxial layer (drain region) between the main diffusion layers 54. 76, and also
The window portion 77 is formed on the surface of the main diffusion layer 54 ((q) in the figure).

【0061】主拡散層54表面上の窓部77の形状は、
主拡散層54よりも大きな正方形形状にし、主拡散層5
4表面と共に、その周囲の符号62で示す部分のN-
ピタキシャル層表面が露出される。また、窓部76は各
主拡散層54の対向する辺の間で、長手方向が各辺に沿
った長方形形状を成している。
The shape of the window 77 on the surface of the main diffusion layer 54 is
The main diffusion layer 5 has a square shape larger than that of the main diffusion layer 54.
Along with the four surfaces, the surface of the N - epitaxial layer at a portion indicated by reference numeral 62 around the four surfaces is exposed. In addition, the window portion 76 has a rectangular shape whose longitudinal direction is along each side between the opposing sides of each main diffusion layer 54.

【0062】次いで、レジスト膜を全面形成し、パター
ニングし、主拡散層54上の窓部77表面に形成された
レジスト膜は残し、N-エピタキシャル層上の窓部76
表面に形成されたレジスト膜は除去する。このとき、窓
部76を形成するゲート電極膜60表面のレジスト膜
は、窓部76周囲の部分が除去される。
Next, a resist film is formed on the entire surface and patterned, leaving the resist film formed on the surface of the window portion 77 on the main diffusion layer 54, and leaving the window portion 76 on the N - epitaxial layer.
The resist film formed on the surface is removed. At this time, in the resist film on the surface of the gate electrode film 60 forming the window portion 76, the portion around the window portion 76 is removed.

【0063】このように、パターニングされたレジスト
膜75をマスクとし、イオンインプランテーションによ
ってリンを打ち込み、シリコン基板51表面に不純物層
57を形成する(同図(r))。このとき、N-エピタキシ
ャル層表面の窓部76では、ゲート電極膜60がマスク
となり、n+型の不純物層57が形成される。
Thus, using the patterned resist film 75 as a mask, phosphorus is implanted by ion implantation to form an impurity layer 57 on the surface of the silicon substrate 51 (FIG. 7 (r)). At this time, in the window portion 76 on the surface of the N epitaxial layer, the gate electrode film 60 serves as a mask to form the n + type impurity layer 57.

【0064】次いで、レジスト膜75を除去した後、熱
拡散を行うと、アバランシェ降伏誘起層58が形成され
る(同図(s))。この状態は図2(h)の状態と同じであ
り、その後、主拡散層54周囲にボロンを打ち込み、熱
拡散によってチャネル拡散層63を形成し(図3(i))、
以後は上述した3図に示した工程と同じ製造工程を経
て、MOSFET2が形成される(図3(n))。
Next, after removing the resist film 75, thermal diffusion is performed to form an avalanche breakdown inducing layer 58 (FIG. 7 (s)). This state is the same as that of FIG. 2 (h), and thereafter, boron is implanted around the main diffusion layer 54 to form the channel diffusion layer 63 by thermal diffusion (FIG. 3 (i)),
After that, the MOSFET 2 is formed through the same manufacturing process as the process shown in FIG. 3 described above (FIG. 3 (n)).

【0065】以上説明したMOSFET2では、主拡散層54
とチャネル拡散層63とで形成されるセル80が島状に
配置される際、図5に示すような、アレイ状にされてい
たが、図3(l)がB−B線断面図となる図6に示す平面
図のように、セル80が互い違いに平行に配置されたも
のについても、各セル80の対向する辺の間の中央に、
各辺と平行してアバランシェ降伏誘起層58を設けてお
けば、チャネル拡散層63の円筒状接合部分92の降伏
電圧が低下し、球状接合部分91にアバランシェ電流が
集中して流れることがなくなるので、MOSFETの破壊耐量
を向上させることができる。
In the MOSFET 2 described above, the main diffusion layer 54
When the cells 80 formed of the channel diffusion layer 63 and the channel diffusion layer 63 are arranged in an island shape, they are arranged in an array as shown in FIG. 5, but FIG. 3 (l) is a sectional view taken along line BB. As shown in the plan view of FIG. 6, even in the case where the cells 80 are arranged in parallel in an alternating manner, in the center between the opposite sides of each cell 80,
If the avalanche breakdown inducing layer 58 is provided in parallel with each side, the breakdown voltage of the cylindrical junction portion 92 of the channel diffusion layer 63 is reduced, and the avalanche current is not concentrated and flows in the spherical junction portion 91. The breakdown resistance of the MOSFET can be improved.

【0066】図4、図5のいずれの配置のMOSFETについ
ても、各チャネル拡散層63の球状接合部分91の間に
はアバランシェ降伏誘起層を設けず、球状接合部分91
の降伏電圧が低くならないようにする必要がある。
4 and 5, the avalanche breakdown inducing layer is not provided between the spherical junction portions 91 of the respective channel diffusion layers 63, and the spherical junction portions 91 are not provided.
It is necessary to prevent the breakdown voltage of the device from decreasing.

【0067】なお、前述のアバランシェ降伏誘起層58
は、不純物層57を拡散する工程を独立に設けて形成し
ていたが、後で行われるシリコン熱酸化膜を形成する際
や、ソース拡散層69を拡散する際に不純物層57を拡
散できるので、独立した不純物層57の拡散工程を省略
することも可能である。
The avalanche breakdown inducing layer 58 described above is used.
Has been formed by independently providing the step of diffusing the impurity layer 57, but the impurity layer 57 can be diffused when the silicon thermal oxide film is formed later or when the source diffusion layer 69 is diffused. It is also possible to omit the independent diffusion step of the impurity layer 57.

【0068】[0068]

【発明の効果】アバランシェ降伏による電流が球状接合
部分に集中して流れることがないので、破壊耐量の高い
MOSFETを得ることができる。
EFFECT OF THE INVENTION Since the current due to avalanche breakdown does not flow concentratedly to the spherical joint portion, the breakdown resistance is high.
MOSFET can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)〜(d):本発明のMOSFETの製造工程の一例
を説明するための図
1A to 1D are views for explaining an example of a manufacturing process of a MOSFET of the present invention.

【図2】(e)〜(h):その続きの製造工程を説明するた
めの図
2 (e) to (h): Diagrams for explaining the subsequent manufacturing process.

【図3】(i)〜(n):更にその続きの製造工程を説明す
るための図
FIG. 3 (i) to (n): diagrams for further explaining the subsequent manufacturing process.

【図4】(p)〜(s):他の製造工程の一部を説明するた
めの図
4 (p) to (s): a diagram for explaining a part of another manufacturing process.

【図5】本発明のMOSFETの一例の平面図FIG. 5 is a plan view of an example of the MOSFET of the present invention.

【図6】本発明のMOSFETの他の例の平面図FIG. 6 is a plan view of another example of the MOSFET of the present invention.

【図7】(a):本発明のMOSFETの破壊耐量が向上する原
理を説明するための図(b):従来技術のMOSFETの破壊耐
量が低い理由を説明するための図
FIG. 7A is a diagram for explaining the principle of improving the breakdown resistance of the MOSFET of the present invention. FIG. 7B is a diagram for explaining the reason that the breakdown resistance of the MOSFET of the prior art is low.

【図8】(a):MOSFETの破壊耐量の測定回路(b):誘導
性負荷を有するMOSFETがONからOFFに転じるときの
電流・電圧波形(c):MOSFETのアバランシェ破壊を説明
するための図
FIG. 8 (a): Circuit for measuring breakdown strength of MOSFET (b): Current / voltage waveform when a MOSFET having an inductive load turns from ON to OFF (c): Avalanche breakdown of MOSFET Figure

【図9】表面濃度とアバランシェ降伏電圧の関係を示す
グラフ
FIG. 9 is a graph showing the relationship between surface concentration and avalanche breakdown voltage.

【図10】従来技術のMOSFETの平面図FIG. 10 is a plan view of a prior art MOSFET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2……MOSFET 51……半導体基板 54……主拡
散層 58……アバランシェ降伏誘起層 60……ゲ
ート電極膜 63……チャネル拡散層 69……ソー
ス拡散層 72……ドレイン領域 91……球状接合
部分 92……円筒状接合部分
2 ... MOSFET 51 ... Semiconductor substrate 54 ... Main diffusion layer 58 ... Avalanche breakdown induction layer 60 ... Gate electrode film 63 ... Channel diffusion layer 69 ... Source diffusion layer 72 ... Drain region 91 ... Spherical junction Part 92 ... Cylindrical joint

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 652 Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/78 652

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板と、前記半導体基板で構成され
るドレイン領域とを有し、 前記ドレイン領域とは異なる導電型である主拡散層が前
記半導体基板表面から互いに離間して島状に拡散され、 前記主拡散層と同じ導電型であるチャネル拡散層が前記
各主拡散層周囲に拡散され、 前記ドレイン領域と同じ導電型であるソース拡散層が前
記各主拡散層と前記各チャネル拡散層表面から拡散さ
れ、 前記チャネル拡散層上に設けられたゲート電極膜に電圧
を印加し、前記チャネル拡散層表面を反転させると前記
ドレイン領域と前記各ソース拡散層との間に電流を流せ
るように構成されたMOSFETであって、 前記各チャネル拡散層と前記ドレイン領域とで形成され
るpn接合の円筒状接合部分の間のドレイン領域に、該
ドレイン領域と同じ導電型で、該ドレイン領域よりも不
純物濃度の高いアバランシェ降伏誘起層が設けられ 前記アバランシェ降伏誘起層の不純物濃度が前記ドレイ
ン領域の不純物濃度の二倍まで低下した位置を拡散深さ
とした場合、その拡散深さは2.5×10 -6 m以上にさ
れている ことを特徴とするMOSFET。
1. A main diffusion layer having a semiconductor substrate and a drain region formed of the semiconductor substrate, the main diffusion layer having a conductivity type different from that of the drain region is separated from the surface of the semiconductor substrate and diffuses in an island shape. A channel diffusion layer having the same conductivity type as the main diffusion layer is diffused around each main diffusion layer, and a source diffusion layer having the same conductivity type as the drain region is each main diffusion layer and each channel diffusion layer. When a voltage is applied to the gate electrode film which is diffused from the surface and is provided on the channel diffusion layer and the surface of the channel diffusion layer is inverted, a current can flow between the drain region and each source diffusion layer. A configured MOSFET, wherein a drain region between a cylindrical junction portion of a pn junction formed by each of the channel diffusion layers and the drain region has the same conductivity type as the drain region, A high impurity concentration avalanche breakdown inducing layer is provided than the drain region, the impurity concentration of the avalanche breakdown inducing layer is the drain
Diffusion depth at the position where the impurity concentration in the drain region is doubled
, The diffusion depth is 2.5 × 10 -6 m or more.
MOSFET, characterized by being.
【請求項2】 前記アバランシェ降伏誘起層の表面濃度
は、前記ドレイン領域の濃度の10倍以上にされている
ことを特徴とする請求項1記載のMOSFET。
2. The MOSFET according to claim 1 , wherein the surface concentration of the avalanche breakdown inducing layer is 10 times or more the concentration of the drain region.
【請求項3】半導体基板と、前記半導体基板で構成され
るドレイン領域とを有し、 前記ドレイン領域とは異なる導電型である主拡散層が前
記半導体基板表面から拡散され、 前記主拡散層と同じ導電型であるチャネル拡散層が前記
各主拡散層周囲に拡散され、 前記ドレイン領域と同じ導電型であるソース拡散層が前
記各主拡散層と前記各チャネル拡散層表面から拡散さ
れ、 前記チャネル拡散層上に設けられたゲート電極膜に電圧
を印加し、前記チャネル拡散層表面を反転させると前記
ドレイン領域と前記各ソース拡散層との間に電流を流せ
るように構成された互いに離間するセルを複数有し、前
記セルは正方形に形成され、前記各セルは行列状に配置
された MOSFET であって、 前記ドレイン領域と同じ導電型で、該ドレイン領域より
も不純物濃度の高いアバランシェ降伏誘起層を複数有
し、 前記各アバランシェ誘起層は、前記各セルの一辺の長さ
と略等しく形成され、前記各セルの前記チャネル拡散層
と前記ドレイン領域とで形成されるpn接合の円筒状接
合部分の間の前記ドレイン領域の中央に前記各セルに対
して平行に配置され、 前記アバランシェ誘起層により、前記各セルの前記チャ
ネル拡散層と前記ドレイン領域とで形成されるpn接合
の円筒状接合部分の降伏電圧が球状接合部分の降伏電圧
以下にされていることを特徴とする MOSFET
3. A semiconductor substrate, and the semiconductor substrate.
A main diffusion layer having a conductivity type different from that of the drain region.
The channel diffusion layer diffused from the surface of the semiconductor substrate and having the same conductivity type as the main diffusion layer is
A source diffusion layer diffused around each main diffusion layer and having the same conductivity type as the drain region
The diffusion from the surface of each main diffusion layer and each channel diffusion layer
Is, voltage to the gate electrode film provided on the channel diffusion layer
When the surface of the channel diffusion layer is inverted by applying
Apply a current between the drain region and each of the source diffusion layers.
A plurality of spaced apart cells configured to
The cells are formed in a square shape, and the cells are arranged in a matrix.
A MOSFET having the same conductivity type as the drain region,
Also has multiple avalanche breakdown-inducing layers with high impurity concentration.
The avalanche inducing layer has a length of one side of each cell.
And the channel diffusion layer of each of the cells.
And a cylindrical contact of a pn junction formed by the drain region
A pair of cells is formed in the center of the drain region between the junctions.
Are arranged in parallel with each other, and the avalanche inducing layer causes
Pn junction formed by the drain diffusion layer and the drain region
Breakdown voltage of a cylindrical junction is that of a spherical junction
MOSFET, characterized in that it is below.
【請求項4】半導体基板と、前記半導体基板で構成され
るドレイン領域とを有し、 前記ドレイン領域とは異なる導電型である主拡散層が前
記半導体基板表面から拡散され、 前記主拡散層と同じ導電型であるチャネル拡散層が前記
各主拡散層周囲に拡散され、 前記ドレイン領域と同じ導電型であるソース拡散層が前
記各主拡散層と前記各チャネル拡散層表面から拡散さ
れ、 前記チャネル拡散層上に設けられたゲート電極膜に電圧
を印加し、前記チャネル拡散層表面を反転させると前記
ドレイン領域と前記各ソース拡散層との間に電流を流せ
るように構成された互いに離間するセルを複数有し、 前記セルは正方形に形成され、前記各セルは横一列に並
べられると共に、縦方向は互い違いに配置された MOSFET
であって、 前記ドレイン領域と同じ導電型で、該ドレイン領域より
も不純物濃度の高いアバランシ ェ降伏誘起層を複数有
し、 前記各アバランシェ誘起層は、前記各セルの前記チャネ
ル拡散層と前記ドレイン領域とで形成されるpn接合の
円筒状接合部分の間のドレイン領域であって、前記各セ
ルの辺の対向する部分の間の中央の位置に前記各セルに
対して平行に配置され、 前記アバランシェ誘起層により、前記各セルの前記チャ
ネル拡散層と前記ドレイン領域とで形成されるpn接合
の円筒状接合部分の降伏電圧が球状接合部分の降伏電圧
以下にされていることを特徴とする MOSFET
4. A semiconductor substrate, and the semiconductor substrate.
A main diffusion layer having a conductivity type different from that of the drain region.
The channel diffusion layer diffused from the surface of the semiconductor substrate and having the same conductivity type as the main diffusion layer is
A source diffusion layer diffused around each main diffusion layer and having the same conductivity type as the drain region
The diffusion from the surface of each main diffusion layer and each channel diffusion layer
Is, voltage to the gate electrode film provided on the channel diffusion layer
When the surface of the channel diffusion layer is inverted by applying
Apply a current between the drain region and each of the source diffusion layers.
A plurality of cells that are spaced apart from each other and are formed in a square shape, and the cells are arranged in a horizontal row.
MOSFETs that are stacked and staggered in the vertical direction
A is, with the same conductivity type as the drain region, than the drain region
More have a high avalanche E surrender inducing layer an impurity concentration higher
The avalanche inducing layer is connected to the channel of each cell.
Of the pn junction formed by the diffusion layer and the drain region.
The drain region between the cylindrical joints,
In each of the cells at the central position between the opposite sides of the
Parallel to each other, the avalanche inducing layer causes
Pn junction formed by the drain diffusion layer and the drain region
Breakdown voltage of a cylindrical junction is that of a spherical junction
MOSFET, characterized in that it is below.
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