JPH0620141B2 - 導電変調型mosfet - Google Patents

導電変調型mosfet

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JPH0620141B2
JPH0620141B2 JP60064426A JP6442685A JPH0620141B2 JP H0620141 B2 JPH0620141 B2 JP H0620141B2 JP 60064426 A JP60064426 A JP 60064426A JP 6442685 A JP6442685 A JP 6442685A JP H0620141 B2 JPH0620141 B2 JP H0620141B2
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明夫 中川
好広 山口
君則 渡辺
弘通 大橋
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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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]
    • H10D12/441Vertical IGBTs
    • 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
    • H10D62/17Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
    • H10D62/393Body regions of DMOS transistors or IGBTs 

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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、導電変調型MOSFETに関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、電力用スイッチング素子として、DSA(Diffu
sion Self Align)法によりソース及びチャネル領
域を形成するパワーMOSFETが市場に現われてい
る。しかしこの素子は1000V以上の高耐圧ではオン
抵抗が高くなってしまい、大電流を流すことが難しい。
これに代わる有力な素子として、ドレイン領域にソース
とは逆の導電型層を設けることにより高抵抗層に導電変
調を起こさせてオン抵抗を下げるようにした、いわゆる
導電変調型MOSFETが知られている。
この様な導電変調型MOSFETの基本構造を第7図に
示す。11はドレイン層となるp型Si基板であり、
この上に低不純物濃度の高抵抗n型層12が形成さ
れ、このn型層の表面にDSA法によりp型ベース層
13とn型ソース層14が形成されている。即ちp型
ベース層13を拡散形成した拡散窓をそのままn型ソ
ース層14の拡散窓の一部として用いて二重拡散するこ
とにより、p型ベース層13に自己整合的にチャネル領
域19を残した状態でn型ソース層14が形成され
る。そしてチャネル領域19上にはゲート絶縁膜15を
介してゲート電極16が形成され、ソース層14上には
ベース層13に同時にオーミック接触するソース電極1
7が形成される。基板11の裏面にはドレイン電極18
が形成されている。
この導電変調型MOSFETでは、ソース層14からチ
ャネル領域19を通ってn型層12に注入される電子
電流に対して、p型基板11から正孔注入が起り、こ
の結果n型層12には多量のキャリア蓄積による導電
変調が起こる。n型層12に注入された正孔電流はp
型ベース層13のソース層14直下を通り、ソース電極
17へ抜ける。
この構造はサイリスタと似ているが、サイリスタ動作は
しない。ソース電極17がベース層13とソース層14
を短絡してサイリスタ動作を阻止しており、ゲート・ソ
ース間電圧を零とすれば素子はターンオフする。またこ
の構造は従来のパワーMOSFETとも似ているが、ド
レイン領域にパワーMOSFETとは逆の導電型層を設
けてバイポーラ動作を行わせている点で異なる。
この導電変調型MOSFETでは、高耐圧化した場合に
も、従来のパワーMOSFETに比べて導電変調の結果
として十分低いオン抵抗が得られる。
しかしながらこの導電変調型MOSFETにも未だ問題
がある。即ち素子を流れる電流が大きくなると、ソース
層14下の横方向抵抗による電圧降下が大きくなる。そ
してp型ベース層13とn型ソース層14の間が順方
向バイアスされるようになるとサイリスタ動作に入り、
ゲート・ソース間電圧を零にしても素子がオフしない、
いわゆるラッチアップ現象を生じる。
この問題を解決するために従来は、第8図に示すよう
に、深いp型層20を拡散形成して、p型ベース層1
3の抵抗を下げることが行われている。しかしこの方法
だけでは、十分高い電流密度までラッチアップ現象を防
ぐことはできない。
〔発明の目的〕
本発明は上記した点に鑑みなされたもので、効果的に大
電流領域までラッチアップ現象を生じないようにした導
電変調型MOSFETを提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、第1導電型ドレイン層の上に第2導電型の高
抵抗層を有し、この高抵抗層にDSA法により第1導電
型ベース層とその表面に第2導電型ソース層が形成され
る導電変調型MOSFETにおいて、ドレイン側からベ
ース層に注入されるキャリアの内ソース層下を通る成分
を少なくして、ソース層下の横方向抵抗による電圧降下
を小さくし、もって大電流領域までラッチアップを生じ
ないようにする。このようにソース層下を通る電流成分
を少なくするために本発明では、複数のベース層の内に
ソース層を形成しないベース層を設け、このようなベー
ス層上に補助電極を設けて、この補助電極から高抵抗層
内の過剰なキャリアを排出し、ソース層の形成されたベ
ース層へ流入するキャリアの量を少なくする。ところで
この様な構成とすると、ラッチアップする時の電流密度
を増大させることができるが、スイッチング時でない定
常のオン状態の時もソース層のないベース層から電流が
流出し、高抵抗層に蓄積する過剰キャリア量を少なくし
てしまい、順方向電圧降下が少し高くなる。これを避け
るためには、キャリアがソース層のないベース素子から
補助電極を介してソース電極へ抜ける時にpn接合やシ
ョットキー障壁を通過するように構成することが有効で
ある。このようにすれば、定常状態ではこのバリアのた
めキャリアの流れが少なくなるので、オン電圧低下は防
止される。過剰キャリアを収集するための上述の補助電
極は、ソース電極ではなくゲート電極に接続してもよ
い。
〔発明の効果〕
本発明によれば、簡単かつ効果的に導電変調型MOSF
ETのラッチアップ現象を抑制することができ、大電流
または動作する導電変調型MOSFETが得られる。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を説明する。
第1図は一実施例の導電変調型MOSFETの断面図で
ある。第7図及び第8図と対応する部分にはそれらと同
一符号を付してある。これを製造工程に従って説明す
る。ドレイン層となるp型Si基板11を用意し、こ
れにエピタキシャル成長により低不純物濃度で比抵抗5
0Ω・cm以上の高抵抗n型層12を100μm程度形
成する。次にこのn型層12の表面を酸化してゲート
酸化膜15を形成し、その上に5000Åの多結晶Si
膜によるゲート電極16を形成する。この後ゲート電極
16をマスクとしてボロンを4μm程度拡散してp型ベ
ース層13(13,13,…)を形成する。次いで
ゲート電極16による拡散窓の中にソース形成用の開口
を持つ酸化膜(図示せず)を形成し、この酸化膜とゲー
ト電極16をマスクとしてソース層形成のためのドーズ
量5×1015/cm2のAsイオン注入を行ない、熱処
理してn型ソース層14を形成する。図では二個のベ
ース層13,13の内一方13にはソース層14
を形成し、他方13にはソース層を形成しない。即ち
複数個のベース層のうち、所定個数のベース層にはソー
ス層を形成し、他のベース層にはソース層を形成しない
ようにする。この後ベース層13内に高濃度のp型層
20を形成し、ソース層14が形成されたベース層13
にはソース層14とベース層13の両方にオーミッ
ク接触するソース電極17を形成し、ソース層のない
ベース層13にはこれにオーミック接触する,過剰キ
ャリア排出のための補助電極17を形成する。補助電
極17はソース電極17に接続される。基板11の
裏面にはV−Ni−Au膜の蒸着によりドレイン電極1
8を形成する。これにより、チャネル領域19(1
,19,…)は、MOSFET動作をする実効的
チャネル領域19と、ソース層がないためにMOSF
ET動作をしない部分19とが規則性をもって配列さ
れた状態となる。
この実施例のMOSFETでは、素子がオンの時にゲー
ト電極16下に開口するn型層12からp型ベース層
13に注入される正孔電流のうち、チャネル部分19
を通るものはソース層14の下を通らず補助電極17
に流れる。従って従来の構造に比べてソース層14下で
横方向に流れる正孔の量が減り、大電流までラッチアッ
プ現象を生じない。
第2図は別の実施例のMOSFETの断面図を第1図に
対応させて示す。この実施例では、補助電極17とソ
ース電極17の間に補助電極17側をアノードとす
るダイオード21を接続している。それ以外は第1図と
同じである。
このように構成すれば、補助電極17の電位がソース
電極17のそれより高くなり、この補助電極17
介して流出する電流が抑制される。即ち補助電極17
を介しての正孔の流出を素子のスイッチング時に限るこ
とができ、素子がオンの定常状態での順方向電圧降下を
増大させることなく、ラッチアップ現象を抑制すること
ができる。
第3図は更に別の実施例のMOSFETの断面図であ
る。この実施例では、ソース層のないベース層13
型層を設けず、このベース層13と補助電極17
の間にショットキー障壁22を形成している。このシ
ョットキー障壁22は第2図の実施例のダイオード21
と同じ働きをし、従って第2図の実施例と同様にオン電
圧の増大をもたらすことなくラッチアップ現象を抑制で
きる、という効果が得られる。
第4図は第2図の実施例を変形した実施例で、補助電極
17をダイオード21を介してゲート電極16に接続
している。ゲート電極16の電位は素子のオン状態では
正であるため、ここからの正孔の流出はなく、またダイ
オード21が逆バイアスされるのでゲート電流も素子内
に流れ込まない。一方、素子のスイッチングオフ時に
は、ゲート電極16の電位は零または負になり、補助電
極17からダイオード21を介して過剰な正孔電流が
排出される。従って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。
第5図は第3図の実施例を変形した実施例である。この
実施例では、ショットキー障壁22を形成する補助電極
17をゲート電極16に接続している。この実施例に
よっても先の実施例の説明から明らかなように、オン電
圧の増大を伴うことなくラッチアップ現象を抑制するこ
とができる。
第6図は第1図の実施例を変形した実施例である。この
実施例では、補助電極17とソース電極17の間に
スイッチ素子としてMOSFET23を設けている。こ
のような構成として、MOSFET23を、素子がオン
の定常状態ではオフとし、素子がスイッチングオフ時に
のみオンとなるように制御する。これにより先の実施例
と同様、オン電圧の増大を伴うことなく、大電流までラ
ッチアップ現象を生じないようにすることができる。
本発明はその他、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の導電変調型MOSFETを
示す断面図、第2図は他の実施例の導電変調型MOSF
ETを示す断面図、第3図〜第6図は更に他の実施例の
導電変調型MOSFETを示す断面図、第7図及び第8
図は従来の導電変調型MOSFETを示す断面図であ
る。 11……p型Si基板(ドレイン層)、12……高抵
抗n型層、13(13,13…)……p型ベース
層、14……n型ソース層、15……ゲート絶縁膜、
16……ゲート電極、17……ソース電極、17
…補助電極、18……ドレイン電極、19(19,1
,…)……チャネル領域、20……p型層、21
……ダイオード、22……ショットキー障壁、23……
MOSFET(スイッチ素子)。
フロントページの続き (72)発明者 大橋 弘通 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−120369(JP,A)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型のドレイン層と、このドレイン
    層上に連続してある第2導電型の高抵抗層と、この高抵
    抗層表面部に拡散形成された第1導電型のベース層と、
    このベース層の表面にベース層と自己整合的に拡散形成
    された第2導電型のソース層と、このソース層と前記高
    抵抗層に挟まれたベース層表面に絶縁膜を介して形成さ
    れたゲート電極と、前記ソース層が形成されたベース層
    内でソース層とベース層の両方にオーミック接触するよ
    うに形成されたソース電極と、ソース層が形成されてい
    ない領域でベース層表面に形成された,ドレイン層から
    注入されたキャリアによる過剰電流を収集する補助電極
    と、前記ドレイン層にオーミック接触するドレイン電極
    とを備えたことを特徴とする導電変調型MOSFET。
  2. 【請求項2】前記補助電極は、ベース層とオーミック接
    触し、かつソース電極に接続されている特許請求の範囲
    第1項記載の導電変調型MOSFET。
  3. 【請求項3】前記補助電極は、ベース層とオーミック接
    触し、かつ素子のオン状態での電流を抑制するダイオー
    ドを介してソース電極と接続されている特許請求の範囲
    第1項記載の導電変調型MOSFET。
  4. 【請求項4】前記補助電極は、ベース層との間でショッ
    トキー障壁を形成するものであり、かつソース電極に接
    続されている特許請求の範囲第1項記載の導電変調型M
    OSFET。
  5. 【請求項5】前記補助電極は、ベース層とオーミック接
    触し、かつ素子のオン状態での電流を抑制するダイオー
    ドを介してゲート電極と接続されている特許請求の範囲
    第1項記載の導電変調型MOSFET。
  6. 【請求項6】前記補助電極は、ベース層との間でショッ
    トキー障壁を形成するものであり、かつゲート電極と接
    続されている特許請求の範囲第1項記載の導電変調型M
    OSFET。
  7. 【請求項7】前記補助電極とソース電極の間に、素子を
    オフにする時にオンになるように制御されるスイッチを
    有する特許請求の範囲第1項記載の導電変調型MOSF
    ET。
  8. 【請求項8】前記ベース層は、ソース層が形成された領
    域とソース層が形成されていない領域を含む複数領域か
    らなる特許請求の範囲第1項記載の導電変調型MOSF
    ET。
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