JPH02189927A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH02189927A
JPH02189927A JP1009032A JP903289A JPH02189927A JP H02189927 A JPH02189927 A JP H02189927A JP 1009032 A JP1009032 A JP 1009032A JP 903289 A JP903289 A JP 903289A JP H02189927 A JPH02189927 A JP H02189927A
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JP
Japan
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transistor
semiconductor device
electrode
voltage
potential
Prior art date
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Pending
Application number
JP1009032A
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English (en)
Inventor
Kazumasa Satsuma
薩摩 和正
Takeshi Oda
剛 黄田
Masao Yoshizawa
吉澤 正夫
Tomohide Terajima
知秀 寺島
Hiroshi Yamaguchi
博史 山口
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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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】 [産業上の利用分野] この発明は、一般に半導体装置に関し、特に、高耐圧ト
ランジスタ構造を有する半導体装置に関する。
[従来の技術] 第4A図ないし第4D図は、従来の高耐圧トランジスタ
構造を有する半導体装置の製造工程を示す断面構造図で
ある。
従来の製造工程では、まず、第4A図に示すように、高
比抵抗のp型シリコン基板1を準備し、この基板1にア
ンチモンを拡散することによりn型の埋込拡散層2を形
成する。
次に、第4B図に示すように、シリコン基板1全面にリ
ンをドープして、n型の半導体層3をエピタキシャル成
長させる。それに加えて、素子間分離のために、ボロン
を拡散することによって半導体層3の表面からp型層に
まで達する深い分離拡散領域41.42を形成する。
さらに、第4C図に示すように、ボロン拡散によって接
合型npn )ランジスタのp型ベース領域51とゲー
ト領域52とを形成し、リンの拡散によりエミッタ領域
61とコレクタコンタクト領域62とを形成する。
最後に、第4D図に示すように、酸化膜98に電極取出
用の穴を形成し、アルミニウムを使用して配線71ない
し74を設ける。
第4D図に示す半導体装置では、コレクタCに高電圧が
印加されるにつれて、コレクタ・ベース接合、分離・エ
ピタキシャル層接合、シリコン基板・エピタキシャル接
合、およびゲート・エピタキシャル層接合のそれぞれに
おいて空乏領域が成長し始める。しかし、ベース・コレ
クタ接合の空乏領域83における電界がシリコンの臨界
電界に達して、このnpn)ランジスタで降伏が起こる
前に、ゲートおよびシリコン基板1の各々から空乏領域
84.82が互いに接触、すなわち、ピンチオフするよ
うエピタキシャル層の厚みと濃度が設計されている。
このため、コレクタ・ベース空乏領域83における電界
はピンチオフ時の値に保たれ、これ以降に印加される電
圧はゲート、シリコン基板1、および分離領域からの空
乏領域84.82により保持されることになる。その結
果、npn)ランジスタの耐圧に関係なく、素子全体と
してのコレクタC・エミッタE間耐圧は、ゲート・エピ
タキシャル層接合、シリコン基板・エピタキシャル層接
合、および分離・エピタキシャル層接合耐圧により決定
される。そして、これらの接合構造にはnpnl−ラン
ジスタ構造におけるような高濃度のn型埋込層がないた
め、接合耐圧を容易に向上させることができ、高耐圧ト
ランジスタを実現できる。
[発明が解決しようとする課題] 第5A図は、第4D図に示す半導体装置の等価回路図を
示す。第5A図に示すように、第4D図に示す半導体装
置は、電源電位Vccと接地電位との間に直列に接続さ
れた高耐圧nチャネル接合型電界効果!・ランジスタQ
1と低耐圧n p n l・ランジスタQ2とを含む。
以下の説明では、トランジスタQ1のドレイン電流を1
.%  ドレイン電位をVccとし、トランジスタQ2
のベース電位をVE & 、コレクタ電位をV。[、コ
レクタ電流をIcとする。また、トランジスタQ1のタ
ーンオフ電圧(またはしきい電圧)をvthとし、トラ
ンジスタQ2のコレクタ・エミッタ間降伏電圧をBVc
E、とする。
第5B図は、Vth<BV(Eoの場合における第5A
図に示すトランジスタQ]およびQ2の出力特性を示す
特性図である。この特性図では、ベース電位VERがパ
ラメータとして示されている。トランジスタQ1のゲー
ト・ソース間に加わる電圧は、(VE a  Vc E
 )となるが、これはほぼ電位−VCEとみなすことか
できる。電位■CCが十分に大きく、かつ、トランジス
タQ1か飽和領域にあるとすると、この図に示すように
トランジスタQ1のドレイン電流I、も電位VCEのみ
の関数で表わすことかできる。一方、トランジスタQ1
およびQ2が直列に接続されているので、■D=■oで
ある。この条件からコレクタ電位V。Eが決定され、そ
の値は、第5B図中のO印aないしdにより囲まれた交
点で示すように、電位VEBの減少に伴って増加する。
そして、電位V。Eすなわちnpn トランジスタQ2
に印加される最大電圧はvthとなる。電位VEBが一
定とすると電位VCE も一定であり、トランジスタQ
2に印加される電圧は、電位Vccの大きさにかかわら
ず電位VCHの値に固定される。そして、残された電圧
(Vc c  Vc E )は、すべてl・ランジスタ
Q1により保持される。しかし、トランジスタQ2に印
加される電圧を小さくするために、しきい電圧vthの
値を小さくしすぎると、第5C図に示すようにトランジ
スタQ2により制御することのできる電流範囲が狭くな
ってしまう(a−b)。すなわち、通電能力を考慮する
ならば、電圧vthはできるだけ大きいことが望ましい
第5D図は、Vth>BVeE、の場合における第5A
図に示すトランジスタQ1およびQ2の出力特性を示す
特性図である。第5D図に示す場合も、第5B図に示す
場合と同様に、電位VERの減少に伴って電位vcEが
増加してい< (ab−c−d)が、ココテはVth>
BVcEoであるので、電位vEBが或る値以下に下が
るとトランジスタQ2が降伏状態となる(d)。
上記のように、第4D図に示す構造を有する半導体装置
では、トランジスタQ1のターンオフ電圧の設定が最も
重要となる。すなわち、ターンオフ電圧vthがnpn
)ランジスタQ2の降伏電圧BVcEoよりも大きいと
、トランジスタQ2が降伏してしまい、これに対し、タ
ーンオフ電圧vthが小さくなりすぎるとトランジスタ
Q2の電流制御能力が低下することになる。
第4D図に示す構造では、第5A図に示す等価回路のト
ランジスタQ1のゲートに相当するのは、ベース拡散に
よって形成されたゲート領域52とシリコン基板1であ
り、それぞれ、上部ゲートと下部ゲートを構成している
。ゲート領域52は、npn )ランジスタのベース領
域と電気的に接続されているので、ベース電極Bによっ
て制御されている。一方、下部ゲートに相当するシリコ
ン基板1は、回路の最低電位に設定しなければならない
ので、独立して電位を与えることができない。
このためnpn トランジスタのエミッタ電位が上昇す
ると、ベース電位にかかわらずシリコン基板1側から空
乏領域が延びてきて、接合型電界効果トランジスタのチ
ャネル高さが変調されてしまう。
すなわち、第4D図に示す半導体装置では、電界効果ト
ランジスタのターンオフ電圧vthは一定でなく、エミ
ッタ電位によって変動する。具体的には、エミッタ電位
が高くなると、電界効果トランジスタのチャネルが狭く
なるので、トランジスタの電流制御能力が著しく低下す
ることになる。
したがって、従来の高耐圧トランジスタ構造を有する半
導体装置は、実際にはエミッタ電位が固定されているよ
うな回路にしか使用できないという制限があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされ
たもので、高耐圧トランジスタ構造を有する半導体装置
において、その動作特性を安定化させることを目的とす
る。
[課題を解決するための手段] この発明に係る半導体装置は、基板の主表面上に形成さ
れた絶縁層と、絶縁層を介して基板中に形成された或る
導電型の第1のトランジスタと、絶縁層上に形成された
能動素子層と、能動素子層中に形成された或る導電型の
第2のデプレッション型電界効果トランジスタと、第2
のトランジスタのしきい電圧を第1のトランジスタの一
方電極および他方電極間の降伏電圧よりも小さく設定す
る電圧設定手段とを含む。第1および第2のトランジス
タの各制御電極は一体接続され、各一方電極が一体接続
される。
[作用] この発明における半導体装置では、第2のトランジスタ
は、絶縁膜により第1のトランジスタが形成されている
基板から分離された能動素子層中に形成されているので
、第1のトランジスタの空乏領域の拡大が第2のトラン
ジスタのしきい電圧の変化に影響を与えない。
[発明の実施例コ 第1図は、この発明の一実施例を示す高耐圧トランジス
タ構造を示す半導体装置の断面構造図である。第2A図
ないし第2C図は、第1図に示す半導体装置の製造工程
を示す断面構造図である。
以下、これらの図を参照して、第1図に示す半導体装置
の製造工程について説明する。
まず、既に説明した第4B図に示す工程まで製造が進ん
だ基板1を準備する。酸化膜98上に多結晶シリコン膜
を成長させ、基板1を加熱しながらこの多結晶シリコン
膜にCW−Arレーザを照射することにより、第2A図
に示すように単結晶シリコン膜9を形成する。
次に、第2B図に示すように、ボロンの拡散によってn
pn )ランジスタQ2のベース領域51を形成し、同
時に、単結晶シリコン膜9中にnチャネル接合型電界効
果トランジスタQ1のゲート10  。
領域53を形成する。
さらに、第2C図に示すように、リンのエミッタ拡散に
よってnpn)ランジスタQ2のエミッタ領域61とコ
レクタコンタクト領域62とを形成し、同時に、単結晶
シリコン膜9中にトランジスタQ1のソース領域63お
よびドレイン領域64を形成する。
最後に、第1図に示すように、酸化膜98に電極用のコ
ンタクト穴を形成した後、アルミニウムによって配線7
1ないし76を施す。
第1図に示す構造を有する半導体装置は、第5A図に示
す回路と同じ等価回路で表わすことができるが、第4D
図に示す構造と比較して、電圧を保持するためのトラン
ジスタQ1かシリコン基板1中に形成されず、酸化膜9
8上に形成されているところが異なる。これによって、
トランジスタQ1のチャネル高さがnpn トランジス
タQ2のエミッタ電位により変動することがなくなり、
安定した電流制御能力と高い耐圧を得ることができる。
第3A図は、この発明の別の実施例を示す半導体装置の
断面構造図である。第3A図に示す構造は、第1図に示
す構造と比較して、単結晶シリコン膜9の下に酸化膜9
8を介してシリコン基板1中にn型層10か形成されて
いる点が異なる。このn型層10にソース電位を与える
ことにより、単結晶シリコン層9の下面からもMO8効
果によって空乏領域を拡げることができ、トランジスタ
Q]のコンダクタンスを改善している。コンダクタンス
が改善されると、トランジスタQ]のゲト・ソース短絡
時のドレイン電流■88.か同じであってもターンオフ
電圧vthか小さくなり、npn)ランジスタQ2に加
わる電圧を小さくすることができる。
第3B図は、第3A図に示す構造を有する半導体装置に
おける改善されたコンダクタンスによる効果を説明する
ための特性図である。曲線a1ないしelはコンダクタ
ンスか大きい場合を示し、曲線a2ないしe2はコンダ
クタンスが小さい場合(すなわち改善された場合)を示
す。これとは逆に、ターンオフ電圧vthを同じにすれ
ば、コンダクタンスが大きいと電流制御能力を大きくす
ることができる。
なお、上記の実施例では、デプレッション型電界効果ト
ランジスタとして、nチャネル接合型電界効果トランジ
スタQ1を用いて説明したか、MOS型を用いても当然
に同様の効果が得られる。
また、シリコン基板1中に形成されるトランジスタとし
て、バイポーラ型n p n トランジスタを用いて説
明したが、電界効果トランジスタを用いても同様の効果
が得られる。その場合、トランジスタQ1のターンオフ
電圧vthが電界効果トランジスタのドレイン・ソース
間降伏電圧BV8.よりも小さく設定されることになる
さらに、npn)ランジスタQ2の代わりに、pnp 
トランジスタを用いても全く同じ効果が得られる。
[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、第1のトランジスタ
が形成されている基板から分離された能動素子層中に第
2のトランジスタが形成されているので、第2のトラン
ジスタ動作特性を安定化させることかできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例を示す高耐圧トランジス
タ構造を有する半導体装置の断面構造図である。第2A
図ないし第2C図は、第1図に示す半導体装置の製造工
程を示す断面構造図である。 第3A図は、この発明の別の実施例を示す半導体装置の
断面構造図である。第3B図は、第3A図に示す構造を
有する半導体装置における改善されたコンダクタンスに
よる効果を説明するための特性図である。第4A図ない
し第4D図は、従来の高耐圧トランジスタ構造を有する
半導体装置の製造工程を示す断面構造図である。第5A
図は、第1図および第4D図に示す半導体装置の等価回
路を示す回路図である。第5B図は、Vth<BV。E
Oの場合の第5A図に示すトランジスタQ1およびQ2
の出力特性を示す特性図である。第5C図は、vthが
小さく設定された場合の第5A図に示すトランジスタQ
1およびQ2の出力特性を示す特性図である。第5D図
は、Vth>BV。EOの場合の第5A図に示すQlお
よびQ2の出力特性を示す特性図である。 図において、1はp型シリコシ基板、2はn型埋込拡散
層、9は単結晶シリコン膜、31.32はn型得層、4
1,42.43はp型分離領域である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 主表面を有する或る導電型の半導体基板上に形成された
    半導体装置であって、 前記基板の主表面上に形成された絶縁層と、前記絶縁層
    を介して前記基板中に形成された一方電極、他方電極、
    および制御電極を有する或る導電型の第1のトランジス
    タと、 前記絶縁層上に形成された能動素子層と、 前記能動素子層中に形成された一方電極、他方電極、お
    よび制御電極を有する或る導電型の第2のトランジスタ
    とを含み、 前記第2のトランジスタは、デプレッション型電界効果
    トランジスタであり、 前記第1および第2のトランジスタの各制御電極が一体
    接続され、 前記第1および第2のトランジスタの各一方電極が一体
    接続され、 前記第2のトランジスタのしきい電圧を前記第1のトラ
    ンジスタの一方電極および他方電極間の降伏電圧よりも
    小さく設定する電圧設定手段とを含む、半導体装置。
JP1009032A 1989-01-18 1989-01-18 半導体装置 Pending JPH02189927A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6034413A (en) * 1997-02-27 2000-03-07 Texas Instruments Incorporated High speed biCMOS gate power for power MOSFETs incorporating improved injection immunity
JP2017092474A (ja) * 2015-11-10 2017-05-25 アナログ デバイシス グローバル Fet−バイポーラトランジスタの組み合わせ

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