JPH027473A - 導電変調型mosfet - Google Patents

導電変調型mosfet

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JPH027473A
JPH027473A JP63156874A JP15687488A JPH027473A JP H027473 A JPH027473 A JP H027473A JP 63156874 A JP63156874 A JP 63156874A JP 15687488 A JP15687488 A JP 15687488A JP H027473 A JPH027473 A JP H027473A
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好広 山口
Akio Nakagawa
明夫 中川
Kiminori Watanabe
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D12/00Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/411Insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/13Semiconductor regions connected to electrodes carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. source or drain regions
    • H10D62/141Anode or cathode regions of thyristors; Collector or emitter regions of gated bipolar-mode devices, e.g. of IGBTs
    • H10D62/142Anode regions of thyristors or collector regions of gated bipolar-mode devices

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  • Bipolar Transistors (AREA)

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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、ドレイン、ソースおよびゲートが半導体ウェ
ハの一方の面に形成された横型の導電変調型MOSFE
、Tに関する。
(従来の技術) 第3図は、従来の横型の導電変調型 MOSFETの要部構造を示す。半導体ウェハは。
p生型シリコン基板1にp−型層2をエピタキシャル成
長させたものを用いている。この半導体ウェハの表面に
第1ベース層としてp型ベース層7が形成され、その表
面部に選択的にn十型ソース層9が形成されている。ま
たp型ベース層7に隣接して第2ベース層として、n−
型高抵抗ベース層(ドリフト層)4とn型低抵抗ベース
層(バ・ソファ層)3が形成されている。n型層(、、
ファ層3の表面には選択的にp十型ドレイン層が形成さ
れている。n十型ソース9とn−型ドリフト層4で挟ま
れた領域の半導体ウエノ)表面にはゲート絶縁膜5を介
してゲート電極6が形成されている。
ソース電極10はソース層9とp型ベース層7に同時に
コンタクトするように配設され、ドレイン電極11はp
中型ドレイン層8にコンタクトさせている。
この導電変調型MO3FETにおいて、ゲート電極6に
ソース電極10に対して正のバイアスを印加すると、ゲ
ート電極6下のp型ベース層7およびp″″型層2の表
面が反転してソース層7からn−型ドリフト層4に電子
が注入される。この電子電流がn型バッファ層3を介し
ドレイン層8に入ると、そのpn接合が順バイアスされ
る結果。
ドレイン層8から正孔がn型バッファ層3を介してn−
)Mドリフト層4に注入される。こうしてn−型ドリフ
ト層4内に電子および正孔が蓄積されて導電変調が起こ
る。この導電変調の効果により、n−型ドリフト層4を
高抵抗として高耐圧化を図った場合にもオン時には実質
的にその抵抗を十分小さくでき、低いオン電圧を得るこ
とができる。ゲート電極6をソース電極10に対して負
または零にバイアスすることにより、チャネルの反転層
が消失してターンオフする。
この様な横型の導電変調型MOSFETにおいて、ター
ンオフ時のスイ・ソチング速度を速くするためには、n
−型ドリフト層4に蓄積したキャリアを速やかに掃出す
ことが必要である。n−型ドリフト層4内の電子が速や
かにドレイン層8側に抜けないと、p中型ドレイン層8
−n型層く・ソファ層3およびn″″型ドリフト層4−
p型ベース層7からなるpnp トランジスタが動作し
、大きいテール電流が流れる。ターンオフ動作を速くす
る一つの方法は、n−型ドリフト層4でのキャリア寿命
を小さくすることである。しかしこの方法は。
ターンオフ特性を改善する反面、素子のオン電圧の上昇
をもたらす、という難点がある。
この様な問題を解決するため、p中型ドレイン層8の中
央部にp十型層を設けず、ここにn十型層を設けて所謂
アノード・ショート構造とすることが提案されている(
例えば、IEDM85゜pp74G−743)。しかし
ながら、アノード・ショート構造とした場合には、ター
ンオン時、ソース側から供給される電子電流がドレイン
電極に短絡されるため、ドレインのpn接合を順バイア
ス状態にして導電変調を起こすためには2 p十型ドレ
イン層の下のn−型層の横方向抵抗を大きくすることが
必要になる。この横方向抵抗を大きくする方法には、■
短絡部までのp十型ドレイン層の幅を大きくする。■n
−型ベース層の不純物濃度を下げる。■p+型ドリドレ
イン層下−型ベース層の厚みを小さくする1等が考えら
れる。しかし、■の方法は、素子面積を大きくする原因
となる。また■、■の方法は、素子の耐圧を十分なもの
とするトで制限がある。
また、導電変調型MOSFETをモータ駆動用のインバ
ータ回路等に用いる場合、第4図に示すように逆;1列
にダイオードを接続することが一般に行われる。これは
、モータのインダクタンス成分に蓄積されるエネルギー
を回生ずるためである。
しかし、この様にダイオードを接続しなければならない
ことは、装置の大型化、コスト高の原因となる。
(発明が解決しようとする課題) 以上のように従来の横型の導電変調型 MO3FETは、ターンオフ特性とオン特性がトレード
オフの関係にあり、特にモータ駆動用インバータ回路等
に適用した場合には別途ダイオードの付加を必要する等
、小型で且つ高耐圧のものを得ることが難しいという問
題があった。
本発明は、この様な問題を解決した横型の導電変調型M
O5FETを提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、横型の導電変調型MO3FETにおいて、ド
レイン層に複数の開口を設け、この開口を介してドレイ
ン電極を第2ベース層にコンタクトさせたことを特徴と
する。
(作用) この様な構成とすれば、アノード・ショート構造となり
、ターンオフ時、第2ベース層に蓄積したキャリアを直
接ドレイン電極に排出することができる。従ってベース
層内のキャリア寿命を小さくすることなく、換言すれば
オン電圧を高くすることなく、高速のターンオフが可能
となる。更にドレイン層に設けた開口部ではドレイン電
極が第2ベース層に直接コンタクトしているため、ドレ
イン・ソース間に等価的に逆並列ダイオードが入ったこ
とになり、モータ駆動用インバータなどに適用した場合
にも別途ダイオードを用意する必要がなくなる。そして
特に本発明では、短絡部が複数個に分散されて形成され
るため、ターンオン時、p十型ドレイン層下を通って短
絡部のドレイン電極に流れる電子電流が密度の高いもの
となり。
この電流密度の向上によってp十型ドレイン層下の横方
向抵抗を大きくしたと等価の効果、即ち容易にドレイン
側のpn接合を順バイアスするに必要な横方向電位差を
得ることが可能になる。従って、高耐圧で小型、且つオ
ン電圧の低い素子が得られる。
(実施例) 以下2本発明の詳細な説明する。
第1図(a)(b)は、一実施例の導電変調型MO3F
ETの要部構造を示す平面図とそのA−A″断面図であ
る。従来例である第3図と対応する部分には第3図と同
一符号を付して詳細な説明は省略する。この実施例では
、ドレイン電極11下のドレイン層8に複数の開口部1
2が設けられ、ここでn型バッファ層3は半導体ウェハ
表面に露出してドレイン電極11と直接コンタクトして
いる。開口部12には、ドレイン電極11とn型バッフ
ァ層3間で低抵抗オーミック・コンタクトをとるために
、高不純物濃度のn上型層13が拡散形成されている。
この導電変調型MOSFETの基本動作は従来のものと
変わらない。ターンオンは、ゲート電極6にソース電極
10に対して正バイアスを与え。
ソース層10から電子をn−型ドリフト層を介してn型
バッファ層3に注入することにより行われる。このとき
電子電流はn型バッファ層3内に横方向電位差をもたら
し、これがpn接合を順バイアスする値になると、p型
ドレイン層8からn型バッファ層3に正孔が注入される
。なおこの素子では、ショート部が複数個に分散配置さ
れているから、n型バッファ層3を横方向に流れる電子
電流は各ショート部近傍で密度の高いものとなり。
この結果効果的に大きい横方向電位差が得られる。
これにより、n−型ドリフト層4で導電変調が起こって
低いオン電圧が得られる。ターンオフ動作は、ゲート電
極6に負バイアスまたは零バイアスを与えることにより
行われる。これにより、ゲート電極6下のチャネルが消
失してソース層9からの電子注入がなくなり、やがてオ
フに至る。このターンオフに際し、n−型ドリフト層4
内の蓄積キャリアのうち正孔は、p″″型層2およびp
型ベース層7を通ってソース電極10に排出され。
また電子はp型ドレイン層8に設けた開口12を介して
ドレイン電極11に排出される。
こうしてこの実施例によれば、アノード・ショート構造
の採用により、蓄積電子の掃出しが速やかに行われ、高
速のターンオフ動作が行われる。また、ショート部を複
数個に分散させることにより、素子を大きくすることな
く、また高耐圧特性を損うことなく、オン特性を改善す
ることができる。キャリア寿命を短くすることなく高速
のターンオフが可能であるから、低いオン電圧特性を維
持することができる。また開口部12でn型バッファ層
3はドレイン電極11と接続されているから、ソース電
極10とドレイン電極11間に。
p型ベース層7およびp−型層2−Q−型ドリフト層4
.n型バッファ層3およびn上型層13からなるpn接
合ダイオードが構成されている。このダイオードは等価
的に第4図に示すように素子に逆並列に入る。従ってこ
の実施例によれば、この素子をモータ駆動用のインバー
タ回路等に適用した場合にも外部にダイオードを接続す
る必要がない。更にこの実施例の構造では、短絡部のn
+型層13とp+型ドレイン層8は一部オーバラツプさ
せており、この部分に着目すると、9層13−1層8−
n層3.4−p層7のpnpnサイリスタとなり、これ
がソース、ドレイン間に入ることになる。従ってこれが
ラッチアップすれば。
単なる逆導通ダイオードの場合に比べより確実な短絡が
できることになる。
第2図(a)(b)(c)は1本発明の他の実施例の導
電変調型MO9FETの要部構造を、先の実施例と対応
させて示す。第2図(C)は、第2図(a)のB−B−
断面である。第1図の実施例と異なる点は、p中型ドレ
イン層8に設けた複数の開口部12に対して、n十型層
13をそれぞれ開口部12のみでなく、複数の開口部1
2にまたがって連続的に形成していることである。この
点を除き、第1図の実施例と同じである。
この実施例によっても、先の実施例と同様の効果が得ら
れる。またこの実施例の場合、開口12がなく、且つn
十型層13が設けられている部分についてソース電極1
0とドレイン電極11間の構造を第1図と比較して明ら
かなように、n÷型層13−p中型ドレイン層8−n型
バッファ層3およびn−型ドリフト層4−p−型層2お
よびp型ベース層7からなるpnpnサイリスタが大き
い面積をもって入る構造となっている。このサイリスク
は先の実施例のダイオードと同様、素子に並列に入るか
ら、優れた逆導通機能を発揮する。
本発明は上記各実施例に限られるものではない。
例えば、素子各部の導電型を実施例とは逆にすることも
できる。また高速化のために電子線照射によるライフタ
イム制御を行うことは有効である。
[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、横型の導電変調型M
O5FETにおいて、ドレイン層に複数の開口を設けて
ここで表面に露出する第2ベース層にドレイン電極をコ
ンタクトさせることにより、オン電圧を高くすることな
くターンオフ動作を高速化することができる。またその
構成上、内部に逆導通ダイオード或いは逆導通サイリス
タが自動的に組込まれた形になり、モータ駆動用イシバ
ータなどの小形化、低コスト化が図られる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)(b)は本発明の一実施例の導電変調型M
O3FETの要部構造を示す平面図とそのA−A−断面
図、第2図(a)(b)(c)は、他の実施例の導電変
調型MO3FETの要部構造を示す平面図とそのA−A
−およびB−B断面図、第3図は従来の横型の導電変調
型MOSFETの要部構造を示す断面図、第4図は導電
変調型MO8FETをモータ駆動用インバータ回路に適
用した場合の逆導通ダイオード接続の様子を示す等価回
路図である。 1−p十型シリコン基板、2・・・p−型層。 3・・・n型バッファ層(低抵抗第2ベース層)。 4・・・n″″型ドリフト層(高抵抗第2ベース層)。 5・・・ゲート絶縁膜、6・・・ゲート電極、7・・・
p型ベース層(第1ベース層)、8・・・p+型ドレイ
ン層、9・・・n十型ソース層、10・・・ソース電極
。 11・・・ドレイン電極。 12・・・開口、13・・・n十型 層。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第2図 第3 図 J$4 図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体ウェハと、この半導体ウェハの表面に選択
    的に形成された第1導電型の第1ベース層と、この第1
    ベース層表面に選択的に形成された第2導電型のソース
    層と、前記半導体ウェハの表面に前記第1ベース層に隣
    接して選択的に形成された第2導電型の第2ベース層と
    、この第2ベース層表面に選択的に形成された第1導電
    型のドレイン層と、前記ソース層と第2ベース層に挟ま
    れた領域にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極
    と、前記ソース層と第1ベース層に同時にコンタクトす
    るソース電極と、前記ドレイン層にコンタクトするドレ
    イン電極とを有する導電変調型MOSFETにおいて、
    前記ドレイン層は、前記第2ベース層が表面に露出する
    複数の開口部を有し、この開口部を介して前記ドレイン
    電極が前記第2ベース層とコンタクトすることを特徴と
    する導電変調型MOSFET。
  2. (2)前記複数の開口部のそれぞれに第2導電型高不純
    物濃度層が形成されている請求項1記載の導電変調型M
    OSFET。
  3. (3)前記複数の開口部にまたがって連続的に第2導電
    型高不純物濃度層が形成されている請求項1記載の導電
    変調型MOSFET。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0496377A (ja) * 1990-08-13 1992-03-27 Matsushita Electron Corp 半導体装置
JPH04174562A (ja) * 1990-02-14 1992-06-22 Fuji Electric Co Ltd 伝導度変調型misfetを備えた半導体装置
JP2006287250A (ja) * 2006-05-29 2006-10-19 Rohm Co Ltd 二重拡散型mosfetおよびこれを用いた半導体装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63173365A (ja) * 1986-11-26 1988-07-16 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ ラテラル形絶縁ゲート半導体装置とその製法

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