JPS63173365A - ラテラル形絶縁ゲート半導体装置とその製法 - Google Patents

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】 関連出願との関係 この出願は、１９８５年１１月２９日に出願された係属
中の米国特許出願通し番号節８０３，０４９号、発明の
名称「ラッチ・アップ防止性能を改良したラテラル形絶
縁ゲート・トランジスタ」と関連を有する。

発明の背景 陰極と陽極の間に横方向のダイオード電流通路を設定す
る為に、分割又は二重導電度の陽極を追加することによ
り、導電度を改善したラテラル形（横形）絶縁ゲート・
トランジスタを達成することが出来ることが提案されて
いる。この出願の第１図及び第２図には、別の形のこう
いう装置を示している。この様な横方向ダイオード電流
を設定する従来の試みは、横方向の電流の流れを設定す
るには、装置の性能を犠牲にする他ない為に、不成功に
終った。

第１図は従来提案されたこの様な二重陽極絶縁ゲート・
トランジスタの１例であって、普通のダイオードが、図
面ではＰ及びＮ形の導電型を持つ陽極として示された交
互の導電型を持つエミッタ領域で構成される陽極に置換
えられている。Ｐ＋十形−ス領域からＮ十形陽極領域へ
横方向ダイオード電流を設定することが出来ると提案さ
れている。金属層をＮ十形及びＰ十形エミッタ領域の両
方の上に配置して、それらと電気的にオーミック接触さ
せ、陽極電極として作用させると共に、エミッタ領域を
互いに短絡して、その間のダイオード作用を防止する。

然し、この特定の構造は、絶縁ゲート・トランジスタの
動作も低下させずに、提案された横方向ダイオード作用
を達成するには不適切であることが判った。具体的に云
うと、陽極のＮ十形部分がコレクタとして作用し、陽極
のＰ十形部分の有効性を短絡するのに十分な量の横方向
電子電流を収集し、こうして装置のオン状態の動作中、
Ｐ十形陽極からＮ形ドリフト層への少数担体の注入を抑
圧する。従って、従来提案されたこの装置は、少数担体
の注入によって達成される、バイポーラ導電に帰因する
ラテラル形絶縁ゲ−ト・トランジスタの導電度が高いと
云う特性を損わずに、抵抗値の小さい逆方向の導電を達
成することが出来ない。従来提案された構造は、ラテラ
ル形絶縁ゲート・トランジスタの性能にとって不可欠な
ドリフト層の導電度の変調を低下させる。

テクニカル・ダイジェスト・オブ・ジ・インターナショ
ナル・エレクトロン中デバイス・ミーティング（１９８
５年）、第７４０頁乃至第７４３頁所載のＭ、　Ｒ，シ
ンプソン、Ｔ、　Ａ、ガフ、Ｆ。

■、フシイ及びＶ、グメニクの論文「ラテラル形絶縁ゲ
ート・トランジスタの解析」に別の設計が提案されてい
る。この論文の第１図をこの出願の第２図に示しである
。特にこの論文は、約３００ミクロンの厚さ及び接地用
の電気端子を持つ基板を提供することを提案している。

基板の上に薄いドリフト層を設ける。強くドープした大
きな深いＰ十形領域が一層小さく、一層浅く、強くドー
プしたＮ十形領域に隣接して、ドリフト層の中に設けら
れる。この論文は、提案された装置の電流電圧特性が約
１，２ボルトに目立ったオン状態の二一を持つことを記
載している。電圧が１．２ボルトを越えて増加すると、
電流が徐々に増加する。

この為、この提案された装置の動作特性は、オン状態の
ニーが０．　７ボルトで起り、その後電流が急速に増加
する従来のラテラル形絶縁ゲート・トランジスタの動作
特性と著しい対照をなす。この論文に記載された設計の
オン状態のニー電圧が一層高いことは、電子電流がＰ十
形領域及びＮ形ドリフト層の間の陽極接合を側路するこ
とによるものである。電子電流がＰ十形陽極領域の下を
Ｎ＋十形陽極領域で流れる。従来のこの装置では、Ｐ＋
十形領域前縁はＮ十形領域に極く接近して配置していた
。陽極の下にあるドリフト領域内のピンチ抵抗Ｒ，が小
さく、従って、接合が順バイアスされる前に、大きな電
子電流が流れなければならない。前掲の論文は、陰極及
び陽極の間の横方向電圧降下が１．２ボルトを越えると
、Ｐ十形陽極及びＮ形ドリフト層の間のＰＮ接合が十分
に順バイアスされて、ドリフト層に少数担体を注入し、
ラテラル形絶縁ゲート・トランジスタ装置にパイポーラ
導電を設定することを報告している。然し、この提案に
よる装置が１，２ボルトの降下を達成する前には、Ｐ十
形陽極及びドリフト層の間のＰＮ接合は、ドリフト層の
導電度を変調するのに十分な少数担体を注入しない。従
って、従来のこの装置は、少数担体の接合が設定される
前に、大きなレベルの電流の流れを必要とするから、電
流制御形である。

この為、ラテラル形絶縁ゲート・トランジスタの順方向
導電特性を低下させずに、逆方向導電ダイオードのその
内部に一体に持つラテラル形絶縁ゲート・トランジスタ
構造を提供すると云う要望は、依然として満たされない
ま＼である。

発明の目的 この発明の主な目的は、縦形ダイオードをその中に一体
に持っていて、逆方向導電能力を持つ新規で改良された
ラテラル形絶縁ゲート半導体装置を提供することである
。

この発明の別の目的は、約０６７ボルトのオン状態の閾
値を持つ様な動作特性を有し、この閾値より」−では電
流レベルが急速に増加する様な改良されたラテラル形絶
縁ゲート半導体装置を提供することである。

この発明の別の目的は、陽極及び基板の陰極の領域の間
に、縦形の通常逆バイアスされたダイオードを持ってい
て、装置に逆バイアス電圧が印加されたことに応答して
、装置が逆方向の電流導電をすることが出来る様な改良
された半導体装置を提供することである。

この発明の別の目的は、横方向電流通路の抵抗値を最小
限に抑えると共に、装置のオン状態の閾値を最小限に抑
える為に、ラテラル形絶縁ゲート半導体装置の種々の領
域のドーピング濃度及び深さを制御することである。

発明の要約 この発明の上記並びにその他の目的及び特徴が、一方の
導電型の基板を持つと共に、反対の導電型のドリフト層
がその」−に設けられた絶縁ゲート・トランジスタの様
なラテラル形絶縁ゲート被制御半導体装置で達成される
。基板の内、装置の第１の面に隣接した一部分を強くド
ープして、基板の陰極電極に対するオーミック接触を容
易にすることが出来、これに対して、装置の第１の面よ
り内側の基板の第２の部分は軽くドープすることが出来
る。ドリフト層を基板の上にエピタキシャル成長させ、
軽くドープすることが出来る。装置の陽極部分は第１及
び第２の領域で構成される。第１の領域は一方の導電型
であって、ドリフト層の中に配置される。第２の領域は
反対の導電型であって、これもドリフト層の中に配置さ
れる。第１の領域は２つの区域で構成される。第１の区
域は第２の区域を取囲む中心区域であり、ボンディング
・パッドの場所に設けることが好ましい。第１の領域の
第２の区域がフィンガ状付属部であって、第１の区域即
ち中心区域から外向きに、第２の領域から遠ざかる向き
に突出する。第１の領域が、フィンガ状の第２の区域の
長さに沿って、電子がドリフト領域の中を流れることに
応答して、０゜７ボルトを越える電圧降下を設定するの
に十分な横方向の長さしを持つことが好ましい。０．７
ボルトを越える電圧降下により、第１の領域が、絶縁ゲ
ート・トランジスタ装置の少数担体注入特性を持つ。好
ましくは、第１及び第２の領域とドリフト層が、装置の
第２の面の一部分を形成するのが有利であり、陽極電極
が第１及び第２の領域の両方と電気的にオーミック接触
するのが有利である。陽極電極を第２の面の上に、第１
及び第２の領域と電気的にオーミック接触する様に配置
することが出来る。第１及び第２の領域は、それ自体が
装置のドリフト層の中に配置された反対の導電型を持つ
バッファ領域内に配置することが出来る。

装置が２つの陰極領域をも持っている。第１の陰極領域
が縦形ダイオードに関連していて、一方の導電型を持つ
基板の一部分で構成され、第２の陰極が第３及び第４の
領域で構成される。第３の領域は一方の導電型であって
、第１の層の中に配置され、第１の層とＰＮ接合を形成
する。反対の導電型を持つ第４の領域が第３の領域の中
に配置される。好ましい実施例では、第３の領域は強く
ドープした、深い中心部分であり、これが軽くド一プし
た浅い付属部に取囲まれている。第２の陰極電極が第３
及び第４の領域と電気的にオーミック接触し、絶縁ゲー
ト構造が第３の領域の上に配置されると共に、これは第
４の領域及びドリフト層の一部分の４二にも配置するこ
とが有利であり、こうすることによって、ゲートに適当
なバイアスが印加されたことに応答して、第３の領域に
は、反対の導電型の担体が第４の領域から第３の領域の
チャンネルを通ってドリフト層へ、そしてそこから陽極
電極へ流れることが出来る様にするチャンネルが設定さ
れる。今述べた反対の導電型の担体の電流の流れの結果
として、電圧降下がドリフト層内で発生し、第１の領域
とドリフト層の間に電圧が設定されて、第１の領域とド
リフト層の間のＰＮ接合が順バイアスされ、第１の領域
がドリフト層に一方の導電型の担体を注入して、バイポ
ーラ導電を容易にする。この時、一方の導電型の担体の
電流が第１の領域からドリフト層を通って第３の領域へ
、そしてそこから第２の陰極電極へ流れる。

好ましい実施例では、第１の陰極電極が基板の内、装置
の第１の面を形成する部分とオーミック接触し、第１の
陰極電極を装置の第２の面の上に配置された第２の陰極
に結合する手段を設ける。

この結合手段は、装置の基板を通る電気接続部、並びに
／又は基板の外部の回路で構成して、第１及び第２の陰
極を相互接続することが出来、こうして装置の基板と第
２の領域の間の縦形ダイオードの電流通路を設定する。

装置の陽極と第１及び第２の陰極電極の間に逆バイアス
電圧が印加されたことに応答して、縦形ダイオードが順
バイアスされ、大きな電流が基板の層、ドリフト層及び
第２の領域を通って、第１の陰極及び陽極電極の間に流
れる。

この発明は導電度を改善した絶縁ゲート半導体装置を提
供する。独特な構成の陽極の結果として、装置のドリフ
ト層は、少数担体の注入によって導電度が高くなり、装
置の導電度に対して実質的な寄与を持つ。特に、陽極は
、装置の陽極端子のボンディング・パッドの下に配置さ
れた反対の導電型を持つ第２の領域を持つ様に特別に構
成されて、この領域に要求される装置の面積を最小限に
抑える。第１の領域は、陽極から装置の第１の陰極に向
かって外向きに伸びる複数個の反対向きの、大体平行な
付属部又はフィンガを持つ様に特別の形にする。好まし
い実施例では、第２の領域、特にそのフィンガが、装置
の第２の面から、第２の領域の最大の深さより小さい深
さまで拡がる。こういう一方の導電型を持つフィンガが
、各々のフィンガと装置のドリフト層の間の少数担体の
注入を容易にし、ドリフト抵抗を減少する。装置の陰極
及びゲート領域は、第１の領域のフィンガに対してくし
形にすることが出来る。この為、こ＼で提案する構造は
、順バイアス状態では、特性的なラテラル形絶縁ゲート
・トランジスタの導電をし、逆バイアス状態ではダイオ
ード形の導電をする。

この発明の別の一面として、改良された半導体装置を製
造する方法を提供する。最初に、一方の導電型を持つ半
導体基板を用意する。例えばドーピング方法又はエピタ
キシャル成長を用いて、基板の上に反対の導電型を持つ
軽くドープした第１の層を形成する。やはり反対の導電
型であるが、第１の層よりも強くドープされたバッファ
領域も第１の層の中に設定することが出来る。第１の層
の中に、一方の導電型を持つ第１の領域を形成し、第１
の領域及び第１の層の中に反対の導電型を持つ第２の領
域を形成する。バッファ領域がある場合、第１及び第２
の領域がバッファ領域の中に形成されることが好ましい
。第１の層には一方の導電型を持つ第３の領域も形成さ
れる。第３の領域は、強くドープした中心領域を軽くド
ープした一方の導電型の付属部で取囲んで構成すること
が好ましい。第３の領域の中に第４の領域が配置される
。第４の領域は、第１の層と組合さって、その間に第３
の領域のチャンネル部分を構成する。第１の陰極電極が
第３及び第４の領域とオーミック接触する様に配置され
る。絶縁ゲート構造が第３の領域のチャンネル部分の上
に設けられ、好ましくは第４の領域及び第１の層と重な
る。絶縁ゲート構造は絶縁層と、この絶縁層の上のゲー
ト電極とで構成される。第２の陰極電極が基板とオーミ
ック接触する様に配置され、第１及び第２の陰極電極の
間の電気接続を作る。第１の領域の一部分を第３の領域
の一部分に対してくし形にすること、並びに第２の領域
は第１の領域の深さよりも一層大きな深さで作ることが
好ましい。

こうしてこの発明は縦形ダイオードをその内部に持つ改
良されたラテラル形絶縁ゲート半導体装置を提供する。

導電度が改善されることにより、セルの寸法が減少し、
セルの反復距離が減少し、この為、所定の面積単位の中
に一層多数のセルを配置することが出来、こ＼で説明す
るラテラル形絶縁ゲート・トランジスタは電流密度を改
善して動作させることが出来る。更に、こういう改良が
、オン抵抗又はオン電圧の閾値の様な装置の他のパラメ
ータに著しい低下又は悪影響を与えずに達成される。

この発明の新規と考えられる特徴は特許請求の範囲に具
体的に記載しであるが、この発明の構成と作用、並びに
二重作用の陽極及び縦形の一体のダイオードを持つ改良
されたラテラル形絶縁ゲート・トランジスタのその他の
特徴、目的及び利点は、以下図面について詳しく説明す
る所から、最もよく理解されよう。

好ましい実施例の詳しい説明 この発明の二重作用陽極構造は、ラテラル形絶縁ゲート
・トランジスタの中に一体の縦形ダイオードを持つもの
であるが、多種多様な半導体材料で製造することが出来
る広い範囲の絶縁ゲート半導体装置に応用することが出
来る。以下の説明では、シリコン基板に作ったこの発明
の幾つかの好ましい実施例の改良されたラテラル形絶縁
ゲート半導体装置を開示するが、これはシリコン装置、
又はシリコン基板内に製造された装置が、現在利用し得
る半導体装置の内の圧倒的な多数であるからである。従
って、この発明で最も普通の用途は、シリコン基板であ
る。然し、こ＼で説明する発明が、ゲルマニウム又は砒
化ガリウムの様な他の半導体材料にも有利に用いること
が出来るし、その他の半導体技術にも同じ様に応用し得
る。従って、この発明はシリコン基板に製造された装置
に制約されるものではなく、任意の材料に製造された装
置を包括することを承知されたい。

更に、以下の説明は、シリコン基板を含む多数の例を示
すが、こういう例は好ましい実施例の具体例であって、
この発明の範囲又はその利用性に対する制約と解しては
ならない。更に、こ−で示す例は、ラテラル形絶縁ゲー
ト・トランジスタ内に改良された二重作用の陽極の縦形
ダイオード構造を持っているが、この発明はこの他の横
形構造にも応用出来ることを承知されたい。更に、この
発明は電流の導電度並びに電流密度を改善するが、セル
の寸法が縮小し、セルの反復距離が縮小すると云うそれ
に伴う利点により、セルの密度も改善される。

第１図乃至第４図の対応関係で、同様な部分には、この
発明の説明を判り易くする為に、同じ参照数字を用いて
いる。然し、半導体素子のセルの部分は実入ではない。

この発明が判り易い様に、ある寸法は他の寸法に比べて
誇張しである。例示の為、この発明の二重作用の陽極及
び一体の縦形ダイオードを持つ好ましい実施例の改良さ
れたラテラル形絶縁ゲート・トランジスタが、どの特定
の実施例でも、特定のＰ形及びＮ影領域を持つものとし
て示されているが、こ＼で説明することが、種々の領域
の導電型を逆にして、例えば図面に示した装置と対をな
す様なラテラル形絶縁ゲート装置にも同じ様に用いるこ
とが出来ることを承知されたい。

更に、図示の実施例は２次元の図で示されているが、装
置の種々の領域は幅、長さ及び深さを持っている。これ
らの領域は、３次元構造内に配置された複数個のセルで
構成される装置の１個のセルの一部分を示すに過ぎない
。従って、実際の装置で製造する時、これらの領域が一
般的には、長さ、幅及び深さを持つ３つの次元を有する
複数個のこういう領域で構成される。

第３図には、この発明の二重作用の陽極及び一体の縦形
ダイオード１０を持つ好ましい実施例のラテラル形絶縁
ゲート・トランジスタの垂直断面＝　　２４　− 図が示されている。この断面は第５図の線３−３で切っ
たものであり、第５図については後で説明する。装置１
０が、Ｐ形層として示した一方の導電型を持つ基板１２
を有する。基板１２は、後で説明する様な良好なダイオ
ード導電が出来る様に薄くすることが出来る。図面では
軽くドープしたＮ形の導電型を持つドリフト層として示
した反対の導電型のドリフト層１４がその上に配置され
る。

基板１２が装置１０の第１の面２２を形成する。

基板１２は、第１の面２２に隣接して強くドープした第
１の部分１６、及びその上に配置された軽くドープした
第２の部分１８を持っていてよい。

第１の陰極電極２０を基板１２の第１の面２２上で、基
板１２にオーミック接続するのが有利である。好ましい
実施例では、ドリフト層１４が装置１０の第２の面２４
の一部分を形成しており、エピタキシャルＪ※であるの
が有利であるが、この代りに打込み又は拡散の様なドー
ピング方法によって、ドリフト層１４を作ってもよい。

ドリフト層１４の一部分を一層強くドープして、反対の
導電型を持つバッファ領域１５を作り、基板１２から陽
極３２へのパンチスルーを防止することが出来る。この
発明の改良されたラテラル形絶縁ゲート・トランジスタ
の陽極構造３０が、何れも第２の面２４から伸びる第１
及び第２の領域３２．３４を有する。第１の領域３２は
Ｐ十形領域として示したが、一方の導電型を持つ強くド
ープした領域で構成され、これが中心に配置されたＮ十
形領域として示した反対の導電型を持つ強くドープされ
た第２の領域３４の周りに配置されている。第１の領域
３２がバッファ領域１５とＰＮ接合３７を形成する。

第１の領域３２の形がこの発明の作用を有効に得る為に
何よりも重要である。これは、それが装置１０が前に述
べた多くの問題を解決して、装置１０のドリフト層１４
に対して少数担体の注入が出来る様にするからである。

第２の領域３４の周縁に沿って配置された特別な形の第
１の領域３２が、フィンガに沿って電圧降下を発生する
。この電圧降下は、接合３７を順バイアスし、こうして
少数担体の注入を行なうのに十分である。この為、特別
な形の第１の領域は、この発明の一体の縦形ダイオード
を持つ改良されたラテラル形絶縁ゲート・トランジスタ
が、装置のオン電圧の閾値を表わす比較的高い電圧のニ
ーを解決する為に、大きな電流の流れを必要とせずに動
作出来る様にする。

第１の領域３２が、第２の領域３４の周縁の周りに配置
されていてそれと接する中心部分３５を有する。第１の
領域３２は周辺領域をも持ち、この周辺領域は複数個の
付属部３６で構成される。

図面では、この付属部が、第２の領域３４の周縁から外
向きに伸び、後で説明する第２の陰極４０に全体的に向
かい、それとくし形になる様な、大体平行に向い合う様
に配置された複数個のフィンガとして示されている。第
１の領域が第２の領域３４よりも浅く、第２の領域３４
の下に拡がらないことが好ましい。各々の付属部３６の
長さしは、付属部の長さに沿って、通常の動作状態で、
第１の領域３２及びドリフト層１４の間のＰＮ接合３３
を順バイアスするのに十分な大きさを持つ電圧降下を生
ずる様に設計される。好ましい実施例では、第１の領域
３２は、約０．７ボルトを若干越える電圧降下を生ずる
様に作られる。１００アンペア／　ｃｍの実施例では、
付属部８０の縦横比は大体２５に等しい。これは長さし
と幅Ｗ（第６図に示す）との比である。好ましい実施例
では、付属部の長さＬは大体１０乃至１００ミルであり
、幅Ｗは大体０．　５乃至１ミルに選ぶ。

第２の領域３４全体は陽極電極パッド４６（後で説明す
る）の下に配置することが出来、この為、この発明の装
置１０内に第２の領域３４を追加すると共に、陽極領域
２４の下のＰＮ接合１９によって表わされる縦形ダイオ
ードを含めるには、余分の装置の表面積又は「不動産」
を使う必要がない。この代りに、この発明の改良された
半導体装置は、一体のセルとして構成することが出来、
標準的な単位セルの寸法を持っている。

横形装置１０の第２の陰極４０は全般的に、図面では特
別な形のＰ影領域として示した、ドリフト層１４内に配
置される一方の導電型を持つ第３の領域４２で４７ｙ成
される。第３の領域４２は強くドープした中心部分を、
軽くドープした付属部で取囲むことによって構成するこ
とが出来る。第３の領域４２の形が、１９８５年１１月
１９日に出願された係属中の米国特許出願通し番号第８
０３゜０４９号に詳しく記載されており、必要であれば
それを参照されたい。図面では強くドープしたＮ十形領
域として示した反対の導電型を持つ第４の領域４４が第
３の領域４２の中に配置される。アルミニウムの様な金
属で構成された第２の陰極電極４５が、夫々第３及び第
４の領域４２．４４とオーミック接触する様に配置され
る。

図示の実施例では、第１、第２）第３、第４の領域、バ
ッファ領域及びドリフト領域３２，３４゜４２．４４．
１５及び１４が、何れもこの発明のラテラル形絶縁ゲー
ト・トランジスタ装置の第２の而２４の一部分を形成す
る。

アルミニウムの様な金属で構成された陽極電極４６が、
第１及び第２の領域３２．．３４の上に配置されて、そ
れらとオーミック接触し、こうして第１及び第２の領域
３２．３４の間のＰＮ接合を短絡して、その間に望まし
くないダイオード作用が発生しない様にする。

第２の陰極電極４５がアルミニウムの様な金属で構成さ
れ、第３及び第４の領域４２．４４の上に配置され、そ
れらと電気的にオーミック接触する。陰極電極４５は、
これらの領域の間のＰＮ接合を短絡して、装置のラッチ
アップの原因になる様な、この接合の誤った順バイアス
を避けるのに役立つ。前に説明した第１の陰極電極２０
を、装置１０の中の接続部（図面に示してない）並びに
／又はその代りに装置１０の外部の接続部（図面に示し
てない）によって第２の陰極電極４５と電気接続し、こ
の発明の二重作用の陽極及び一体の縦形ダイオードを持
つ改良されたラテラル形絶縁ゲート・トランジスタを作
ることが出来る。この点、前に引用した継続中の米国特
許出願通し番号第８０３，０４９号に記載された装置で
は、陰極電極がＰＮＰ領域及び２つのＰＮ阻止接合の様
な３つの半導体領域によって、陽極から隔てられている
が、これと対照的に、この発明の装置では、第１の陰極
電極２０が、２つの異なる半導体層１２．１４及びその
間にある１個のＰＮ接合１９だけによって、陽極電極４
６から隔てられている。

即ち、この発明は基板の陰極−陽極電流通路（垂直の矢
印で示す）を利用して、逆バイアス状態でのこの発明の
ラテラル形絶縁ゲート・トランジスタに於ける小さいオ
ン閾値電流が容易に得られる様にする。図示の実施例で
は、電子電流が第２の領域３４から第１の陰極２０に流
れることに注意されたい。この為、典型的な逆バイアス
の動作状態では、陽極電極４６に負の電圧が印加された
時、基板１２とドリフト層１４の間のＰＮ接合１９が順
バイアスされ、電流の導電が行なわれる。装置の順バイ
アスの動作状態では、装置１０の高インピーダンスの絶
縁ゲート制御が保たれる。この時、陽極４６に正の電圧
が印加され、第２の陰極４５及び第１の陰極２０に負の
電圧が印加される。これは、縦形ダイオードが逆バイア
スされ、順方向電流の目立った部分が縦形ダイオードを
流れない＝　３１− からである。

順バイアス動作の間、第３の領域４２の上に配置されて
いて、好ましくはドリフト層１４及び第４の領域４４の
一部分の上をも伸びる絶縁ゲート構造６０により、装置
１０の高インピーダンスの絶縁ゲート制御が行なわれる
。適当なバイアスが印加されたことに応答して、絶縁ゲ
ート６０が第３の領域４２内に、陰極電極４５から第４
の領域４４及びゲートによって誘起されたチャンネルを
介して、ドリフト領域１４及びバッファ領域１５に、そ
してそこから第２の領域３４及び陽極電極４６に反対の
導電型の担体を導電結合するチャンネルを設定する。更
に、絶縁ゲート電極６０からバイアス電圧が消滅したこ
とに応答して、絶縁ゲート電極６０が再びチャンネルを
抑圧し、装置をターンオフする。適当な印加バイアスに
応答して、チャンネルが、縦形バイポーラ・トランジス
タのベースとしても作用し得るドリフト層１４に反対の
導電型の担体電流を供給する。このトランジスタが、図
面では、第１の領域３２）バッファ領域及びドリフト層
１４，１５、及び基板１２で構成された縦形ＰＮＰＩ−
ランジスタとして示されている。全体的な装置の電流の
かなりの部分が、第１の陰極２０が陽極３０よりも負に
バイアスされた時に、この縦形トランジスタを流れるこ
とが出来る。

絶縁ゲート構造６０が、絶縁層６２を含む。この絶縁層
は半導体の酸化物であってよく、図式例では、これは二
酸化シリコン層６２であって、第３の領域４２の内、第
４の領域４４及びドリフト層１４の間を伸びる部分の上
に配置されている。

絶縁層６２が第４の領域４４及びドリフト層１４に重な
ってもよい。ゲート電極６４が絶縁層６２の−にに配置
され、これはポリシリコン材料の様な多結晶シリコン材
料又はポリ珪化物材料の様な珪化物材料で構成するのが
有利である。ゲート電極６４は絶縁層６２と略同長にす
ることが出来、第３の領域４２の内、ドリフト層１４及
び第４の領域４４に接する部分の上に伸びてもよいし、
或いはその代りに絶縁層６２と、第３の領域４２と共に
第４の領域４４及びドリフト１４の一部分に重なってい
てもよい。

第４図、及び第４図の一部分を拡大した第５図には、こ
の発明の二重作用の陽極及び一体の縦形ダイオードを持
つ導電度を改善したラテラル形絶縁ゲート・トランジス
タ１０が平面図で示されている。具体的に云うと、第１
の領域３２が、その境界を破線で示したバッファ領域１
５の内側で、第２の領域３４の周縁に沿って配置される
ことが示されている。

第２の陰極の複数個のフィンガ９０が陽極の複数個のフ
ィンガ８０に対してくし形になっている。

各々のフィンガの構造が第６図に詳しく示されている。

好ましい実施例では、これから第６図について説明する
様に、絶縁ゲート電流の実質的な部分が、装置１０の夫
々陽極及び陰極部分３０，４０（第３図に示す）のくし
形部分８０．９０の間に設定される。第４図に示す様に
、陰極電極６５及び絶縁ゲート６０は、第１の領域３２
のフィンガ３６を取囲む蛇行の形である。更に、第１及
び第２の領域３２．３４が陽極電極４６によって短絡さ
れるから、第１の領域３２の中心部分３５（第３図に示
す）が、順バイアス状態に於ける装置１０の導電度に実
質的な寄与を持たないことに注意されたい。

第５図の装置を第５図の線６−６で切った垂直断面図で
ある第６図と共に第５図を考えれば、この装置の構造が
特にはっきりと理解されよう。第１の領域３２の陽極の
付属部８０が、装置１０の向い合う第２の陰極４５の近
くに配置されていて、それと密接な関係を持つ。陰極４
５は、陽極の付属部８０に対してくし形になったフィン
ガ状の付属部９０と見なすことも出来る。陽極の付属部
８０は、第１の領域３２からドリフト層１４に少数担体
を注入して、装置１０の陽極領域及び陰極領域３０．４
０の間の導電を容易にするのに役立つ。

具体的に云うと、第１の領域３２の付属部３６が装置の
陰極４０の近くに配置されていて、ドリフト層１４の内
、その間にある部分の担体濃度を高めると共に、ドリフ
ト層の抵抗値を下げて、装置＝　３５− の陽極及び陰極領域のくし形部分の間に担体を流れ易く
する。この為、ドリフト層１４の内、くシ形電極の間に
ある領域は少数担体で溢れ、第６図に示す向い合った付
属部８０．９０の間のバイポーラの導電を全面的に支援
する。然し、第１の領域３２の順バイアス状態が、前に
第３図について説明した様に、付属部８０と略平行な通
路に沿って反対の導電型の担体が流れることによって設
定される電圧降下によって達成されることに注意された
い。

下記の表に従って、この発明の好ましい実施例を作るこ
とが出来る。この表は、種々の領域の寸法とそのドーピ
ング濃度／導電度を示している。

領域／層　　　　厚さ／深さ　ドーピング濃度基板１６
　　　　２５０ミクロン　ｌＸｌ０”’ａｍ−３基板１
８５０ミクロン　ｌＸ１０１４ｃｍ’ドリフト層　　　
　５ミクロン　２×１０１５０ｍ−３バツフア領域　　
　４ミクロン　ｌＸ１０’ｃｍ−３第１の領域　　　　
１ミクロン　ｌＸ１０１９ｃｍ’第２の領域　　　　１
ミクロン　１×１０１９ｃｍ−３第３の領域 の中心部分　　　　４ミクロン　ｌＸｌ０１９ｃｍ’第
３の領域 の付属部　　　　３ミクロン　ＬＸ１０１７ｃｍ’第４
の領域　　　　１ミクロン　ＩＸＩＯ１９ａｍ−３動作
について説明すると、第１及び第２の陰極電極２０．４
５が大地又は基準電位に保たれる。

典型的には、陽極電極２６は約２ボルトの電圧で正にバ
イアスされる。約１５ボルトの適当なゲート電圧がゲー
ト電極６０に印加されたことに応答して、第３の領域４
２には、第４の領域４４をドリフト層１４に導電結合す
る反対導電型のチャンネルが設定されて、実施例では電
子として示した反対導電型の担体が、第４の領域４４か
ら第３の領域４２）ドリフト層１４、第２の領域３４を
通って陽極電極４６に流れ易くする。反対導電型又は多
数担体が引続いて陰極４０から陽極３０に流れると、ド
リフト層１４に沿って電圧降下が発生する。一旦この電
圧降下が約０．　７ボルトを越えると、第１の陽極領域
３２及びドリフト層１４の間のＰＮ接合３３が順バイア
スされ、第１の領域３２が一方の導電型又は少数担体（
図示の実施例では正孔）をドリフト層１４に注入して、
第２の陰極領域と陽極９０．８０の間の横方向の導電度
並びに第１の陰極２０と陽極の３６の間の垂直方向の導
電度を高める。この少数担体注入メカニズムは従来のラ
テラル形絶縁ゲート・トランジスタ装置でも起ることが
認識されているが、この発明の装置では、基板の陰極電
極と陽極の間に前に述べた一体の縦形ダイオードを含め
ても、この少数担体注入メカニズムが非常に効率よく起
って、順バイアス状態のもとで、陰極４０と陽極３０の
間のゲートによって制御された大きさの大きい電流を流
すと共に、逆バイアス状態では、ダイオード形の全面的
な電流の流れを達成することを十分に認識されたい。

第７図はこの発明の一体の縦形ダイオードを持つ絶縁ゲ
ート・トランジスタの動作特性を示す。

順バイアス状態では、装置はオン状態ニーか約０７ボル
トであり、一旦電圧二一を越えると、適当なゲート・バ
イアス電圧が印加されたことに応答して、装置がターン
オンし、ゲート・バイアス電圧のレベルか高くなればな
る程、電流レベルが高くなる。

逆バイアス状態では、この発明の絶縁ゲート・トランジ
スタは、一旦約０．７ボルトのオン状態ニーを越えると
、やはり電流を通す。この発明の逆バイアスでの動作は
、第７図に破線で示した従来の装置の逆バイアス特性と
はかなり異なる。即ち、従来のラテラル形絶縁ゲート・
トランジスタは、逆方向阻止特性を持ち、逆方向導電特
性を持たない。従来の絶縁ゲート・トランジスタは、約
２０ボルトの様な予め特定された電圧を越えた逆電圧で
降伏する。装置の動作の降伏モードは、装置を損傷する
ことがあり、長期間の動作には信頼性をもって使うこと
が出来ない。

この発明の改良されたラテラル形絶縁ゲート・トランジ
スタは、基板に」二に特定した領域を作る為に、従来の
拡散方法又は打込み方法を用いることによって製造する
ことが出来る。第３図乃至第６図に示した好ましい実施
例では、この発明の導電度を改善した絶縁ゲート・トラ
ンジスタを形成する方法は、一方の導電型の基板１２を
用意する工程を含む。この基板は、好ましい実施例は、
Ｐ形の様な一方の導電型を持つ強くドープされた第１の
層１６と、その上に配置された軽くドープされた一方の
導電型の第２の層１８とで構成される。

その後、例えばエピタキシャル成長により、基板１２の
上に反対の導電型を持つ軽くドープした第１のドリフト
層１４が形成される。次に、例えば打込み又は拡散ドー
ピングの何れかにより、軽くドープされたドリフト層１
４の中に反対の導電型を持つバッファ領域１５が形成さ
れる。第１の領域３２が装置の略平面状の第２の面２４
の一部分を形成する。例えば打込み又は拡散ドーピング
により、第１の領域３２の中に、反対の導電型を持つ第
２の領域３４が設定され、バッファ領域１５及び第２の
領域３４が装置１０の略平面状の第２の面２４の一部分
を形成する。例えば打込み又は拡散ドーピングにより、
ドリフト層１４内に前記一方の導電型を持つ第３の領域
４２が設定される。

第３の領域が装置１０の略平面状の第２の面２４の一部
分を形成する。例えば打込み又は拡散ドーピングにより
、第３の領域４２の中に反対の導電型を持つ第４の領域
４４が設定され、第４の領域４４か装置１０の略平面状
の第２の面２４の一部分を形成する。第３の領域のチャ
ンネル部分が第４の領域４４と第１の層１４の間で第２
の面２４の近くを伸びる。アルミニウムの様な陰極電極
４５を、第３及び第４の領域の一部分と整合させて、そ
れとオーミック接触する様に沈積する。絶縁層６２を第
３の領域４２のチャンネル部分の上に成長させ、ゲート
電極層６４を絶縁層６２の上に、少なくとも第３の領域
４２のチャンネル部分と同長に適用する。例えば真空沈
積により、メタライズ電極２０を基板１２と接触する様
に適用して、第２の陰極電極４５と電気接続する。例え
ば真空沈積により、第３のメタライズ陽極電極４６を適
用して、夫々第１及び第２の領域３２．３４と電気的に
接触させる。

この発明の好ましい実施例をラテラル形絶縁ゲート・ト
ランジスタについて説明したが、この発明の二重作用を
持つ陽極及び一体の縦形ダイオードの考えはその場合に
限られず、この他のラテラル形絶縁ゲート装置にも同じ
様に用いることが出来ることを承知されたい。更に、ラ
テラル形絶縁ゲート装置に一体の縦形ダイオードを含め
ると、電流の導電度が改善されるだけでなく、セルの寸
法が縮小し、導電度が改善され、オン抵抗が減少すると
云うその他の改良が得られ、こうして全体として装置の
動作特性及び装置のパラメータを改善することが認めら
れよう。

この発明の好ましい実施例を図面に示して説明したが、
この発明がこれに限らないことは明らかである。以上の
説明から、当業者にはこの発明の範囲内で種々の変更が
考えられよう。従って、この発明が特許請求の範囲のみ
によって限定されることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】 第１図は横形ダイオードを用いた従来提案されたあるラ
テラル形絶縁ゲート・トランジスタの平面図、 第２図は従来提案された別のラテラル形絶縁ゲート・ト
ランジスタの断面図、 第３図はこの発明の二重作用を持つ陽極及び一体の縦形
ダイオードを持つ改良されたラテラル形絶縁ゲート・ト
ランジスタの断面図で、これは第５図の線３−３で切っ
た断面図である。 第４図はこの発明の二重作用を持つ陽極及び一体の縦形
ダイオードを持つラテラル形絶縁ゲート・トランジスタ
の平面図、 第５図は第４図の平面図の一部分の拡大図、第６図はこ
の発明の二重作用を持つ陽極及び一体の縦形ダイオード
を持つ改良されたラテラル形絶縁ゲート・トランジスタ
を第５図の線６−６で切った断面図、 第７図はこの発明の二重作用を持つ陽極及び−４３一 体の縦形ダイオードを持つラテラル形絶縁ゲート・トラ
ンジスタの電流−電圧動作特性を示すグラフである。 主な符号の説明 １２：基板 １４ニドリフト層 ２０：第１の陰極電極 ２２：第１の面 ２４：第２の面 ３２：第１の領域 ３４：第２の領域 ４２：第３の領域 ４４：第４の領域 ４５：第２の陰極電極 ４６：陽極電極 ６０：絶縁ゲート

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）第１及び第２の面を持つ一方の導電型の基板と、 該基板の第１の面に配置された第１の陰極電極と、 前記基板の前記第２の面に配置されていて、当該ラテラ
   ル形絶縁ゲート半導体装置の第２の面を形成する反対の
   導電型を持つ第１の層と、 該第１の層の中に配置されていて、当該半導体装置の前
   記第２の面の第１の部分を限定する前記一方の導電型を
   持つ第１の領域と、 前記第１の層の中に配置されていて、当該半導体装置の
   前記第２の面の第２の部分を限定する前記反対の導電型
   を持つ第２の領域と、 前記第１の層の中に配置されていて、当該半導体装置の
   第２の面の第３の部分を限定する前記一方の導電型を持
   つ第３の領域と、 該第３の値域の中に配置されていて、当該半導体装置の
   前記第２の面の第４の部分を限定すると共に前記第３の
   領域と共にＰＮ接合を形成する前記反対の導電型を持つ
   第４の領域と、 前記第３の領域の一部分の上方で当該半導体装置の前記
   第２の面の上に配置されていて、適当なバイアスに応答
   して、前記第４の領域からの反対の導電型を持つ担体を
   該第３の領域を介して前記第１の層に結合する為の、前
   記第３の領域を通るチャンネルを設定する絶縁ゲートと
   、 前記第３及び第４の領域とオーミック接触する様に配置
   されていて、前記第３の領域を前記第４の領域に短絡し
   て、該第３及び第４の領域の間のＰＮ接合の順方向のバ
   イアスを禁止する第２の陰極電極と、 前記第１及び第２の領域とオーミック接触する様に配置
   された陽極電極と、 前記第１の陰極及び陽極電極の間に逆バイアス電圧が印
   加されたことに応答して、前記基板、第１の層及び第２
   の領域で構成される縦形ダイオードに電流が流れる様に
   、前記第２の陰極電極を前記第１の陰極電極に接続する
   手段とを有するラテラル形絶縁ゲート半導体装置。 ２）特許請求の範囲１）に記載したラテラル形絶縁ゲー
   ト半導体装置に於て、前記基板が、前記第１の面に隣接
   した前記一方の導電型を持つ強くドープされた層と、該
   強くドープされた層の上に配置された前記一方の導電型
   の軽くドープされた層とで構成されるラテラル形絶縁ゲ
   ート半導体装置。 ３）特許請求の範囲１）に記載したラテラル形絶縁ゲー
   ト半導体装置に於て、前記絶縁ゲートが、半導体装置の
   前記第２の面の上に配置され、前記第３の領域の前記一
   部分を覆うと共に、前記第４の領域に隣接する絶縁層と
   、該絶縁層の一部分及び前記第３の領域の一部分に重な
   るゲート電極とで構成されているラテラル形絶縁ゲート
   半導体装置。 ４）特許請求の範囲１）に記載したラテラル形絶縁ゲー
   ト半導体装置に於て、前記第１の層が軽くドープされて
   いるラテラル形絶縁ゲート半導体装置。 ５）特許請求の範囲１）に記載したラテラル形絶縁ゲー
   ト半導体装置に於て、前記第２の領域が強くドープされ
   ていて、前記第１の領域の深さよりも一層大きな深さに
   まで、前記第１の領域の中を伸びており、前記第１及び
   第２の領域が第２のＰＮ接合を形成しているラテラル形
   絶縁ゲート半導体装置。 ６）特許請求の範囲１）に記載したラテラル形絶縁ゲー
   ト半導体装置に於て、前記第１の領域が複数個の付属部
   を持ち、各々の付属部は長さＬ及び幅Ｗを持っていて、
   比Ｌ／Ｗが各々の付属部と第１の層の間に０．７ボルト
   を越える電圧降下を生ずるのに十分である様なラテラル
   形絶縁ゲート半導体装置。 ７）特許請求の範囲６）に記載したラテラル形絶縁ゲー
   ト半導体装置に於て、前記比Ｌ／Ｗが約２５に等しいラ
   テラル形絶縁ゲート半導体装置。 ８）特許請求の範囲１）に記載したラテラル形絶縁ゲー
   ト半導体装置に於て、前記第１の領域が、前記第２の領
   域から遠ざかって前記第３の領域の離れた部分に向かっ
   て伸びる複数個の付属部を有し、該付属部は互いに大体
   平行であって、整合した対の付属部が前記第３の領域の
   前記離れた部分に向かって反対向きに伸びているラテラ
   ル形絶縁ゲート半導体装置。 ９）特許請求の範囲１）に記載したラテラル形絶縁ゲー
   ト半導体装置に於て、前記第３の領域が前記第１の領域
   に対してくし形であるラテラル形絶縁ゲート半導体装置
   。 １０）特許請求の範囲１）に記載したラテラル形絶縁ゲ
   ート半導体装置に於て、前記第１及び第３の領域の一部
   分が横に並べて配置されているラテラル形絶縁ゲート半
   導体装置。１１）特許請求の範囲１０）に記載したラテ
   ラル形絶縁ゲート半導体装置に於て、前記第４の領域及
   び絶縁ゲートが前記第１の領域の一部分と横に並べて配
   置されているラテラル形絶縁ゲート半導体装置。 １２）特許請求の範囲１１）に記載したラテラル形絶縁
   ゲート半導体装置に於て、前記第１の領域が第２の領域
   を取囲んでいるラテラル形絶縁ゲート半導体装置。 １３）特許請求の範囲１２）に記載したラテラル形絶縁
   ゲート半導体装置に於て、前記第２の領域が全部前記陽
   極電極の下に配置されているラテラル形絶縁ゲート半導
   体装置。 １４）特許請求の範囲１）に記載したラテラル形絶縁ゲ
   ート半導体装置に於て、前記第３の領域、第４の領域及
   び絶縁ゲートがオリフィス形領域を構成していて、前記
   第１の領域が該オリフィス形領域の中を伸びているラテ
   ラル形絶縁ゲート半導体装置。 １５）特許請求の範囲１）に記載したラテラル形絶縁ゲ
   ート半導体装置に於て、前記第１の領域が陽極を構成し
   、前記第３の領域が横方向陰極を構成し、前記陽極が該
   横方向陰極に対してくし形であるラテラル形絶縁ゲート
   半導体装置。 １６）電流の導電度が改善された絶縁ゲート半導体装置
   を製造する方法に於て、 一方の導電型を持つ基板層を用意し、 該基板層の上に反対の導電型の軽くドープされた第１の
   層を形成し、 該軽くドープされた第１の層の中に前記一方の導電型を
   持つ第１の領域を形成し、 該第１の領域の中に前記反対の導電型を持つ第２の領域
   を形成し、 前記軽くドープされた第１の層の中に前記一方の導電型
   の第３の領域を形成し、 該第３の領域の中に前記反対の導電型を持つ第４の領域
   を形成して、該第４の領域が前記第４の領域及び前記第
   １の層の間に前記第３の領域のチャンネル部分を限定す
   る様にし、前記第３及び第４の領域の間にＰＮ接合が構
   成され、 前記第３及び第４の領域の間のＰＮ接合の順バイアスを
   禁止する為に、前記第３及び第４の領域の一部分と整合
   し且つそれと電気的に接触する第１のメタライズ電極を
   適用し、 前記チャンネル部分の上に絶縁層を形成し、該絶縁層及
   びチャンネル部分の上にゲート電極を適用して該部分に
   導電チャンネルを誘起し、前記基板と電気的に接触する
   第２の電極を適用し、 前記第１及び第２の領域と電気的に接触する第３の電極
   を適用する工程を含む方法。 １７）特許請求の範囲１６）に記載した方法に於て、前
   記第１の層を形成する工程が、前記第１の層の中に反対
   の導電型を持つバッファ領域を形成して、前記第１及び
   第２の領域を受入れることを含む方法。 １８）特許請求の範囲１６）に記載した方法に於て、前
   記第１の電極を前記第２の電極に電気結合する工程を含
   む方法。 １９）特許請求の範囲１６）に記載した方法に於て、前
   記第１及び第３の領域が互いにくし形に形成される方法
   。 ２０）特許請求の範囲１６）に記載した方法に於て、前
   記第２の領域が、前記第１の領域の深さよりも一層大き
   な深さに形成される方法。