DE4405682A1

DE4405682A1 - Struktur einer Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE4405682A1
Application number: DE4405682A
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Murakami
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-02-23
Filing date: 1994-02-22
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2014-02-23
Also published as: JP2561413B2; DE4405682C2; FR2703512A1; JPH06252408A; US5378911A

Description

Hintergrund der Erfindung (1) Gegenstand der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Struktur einer Halbleiteranordnung, und insbesondere ist sie auf eine Struktur eines bipolaren Typs gerichtet, normalerweise ein gesperrter (normally off), und ein vertikaler Typ einer Leistungshalbleiteranordnung.

(2) Beschreibung des Standes der Technik

Verschiedene Typen von Bipolar-Mode-Halbleiteranordnungsstrukturen sind vorgeschlagen worden. Nachfolgend werden drei Typen solcher Halbleiteran ordnungen als diejenigen nach dem Stand der Technik vorgestellt.

(Erste Referenz)

Die Anordnungsstruktur einer ersten Referenz ist in dem Dokument mit dem Titel "Characteristics of Trench j-MOS Power Transistors" von Bernard A. MacIver, Stephen J. Valeri, Kailash C. Jain, James C. Erskine, Rebecca Rossen, IEEE Electron Device Letters, Vol. 10, Nr. 8, Seiten 380 bis 382, veröfffentlicht im August 1989, beschrieben.

Die Fig. 27 bis 29 stellen die Struktur der Anordnung der ersten Re ferenzanordnung, die in dem angegebenen Dokument angegeben ist, dar.

Die Fig. 27 zeigt eine Draufsicht der Anordnung. Fig. 28 und Fig. 29 zeigen Querschnittsansichten, die entlang der Linie A-A′ und B-B′ in Fig. 27 jeweils geschnitten sind und entlang der Pfeile, die diesen Linien zugeordnet sind, betrachtet werden.

Gemäß dem Dokument, das vorstehend angegeben ist, ist das gesamte Halb leitermaterial Silizium. Ein Substrat 81 vom n⁺-Typ ist ein Drain-Be reich vom n⁺-Typ. Und ein Kanal-Bereich 82, der aus einem Bereich vom n-Typ erstellt ist, ist auf der Hauptoberfläche des Substrats 81 in Form einer Schicht gebildet. Zusätzlich sind Source-Bereiche 83 vom n⁺-Typ auf der Oberfläche des Kanal-Bereichs 82 vom n-Typ gebildet. Weiterhin sind, wie in den Fig. 27 bis 29 gezeigt ist, Grabenabträge von der Oberfläche der Anordnung vorhanden, die in einem Streifen angeordnet sind. Seitenflächen dieser Gräben verlaufen etwa vertikal und deren Bo denflächen sind bis zu dem Substrat 81 reichend ausgeführt.

Jeder der Isolierfilme 84 ist auf einer inneren Oberfläche des entspre chenden Grabens gebildet, und leitendes, polykristallines Silizium 85, das in jeden Innenraum des Grabens gefüllt ist, bildet die Gate-Elektro den. Eine Zwischenschicht 86 deckt eine obere Oberfläche des leitenden, polykristallinen Siliziums 85 ab. Eine Einheit, die durch die Elemen te 84, 85 und 86 gebildet ist, wird als ein "isoliertes Gate 87" (iso liertes Gatter) dieser Einrichtung nachfolgend bezeichnet, wie dies in Fig. 29 dargestellt ist. Jeder Source-Bereich 83 des n⁺-Typs ist zwi schen den isolierten Gates 87 sandwichartig zwischengeschichtet. Auch ist, wie in den Fig. 27 und 28 dargestellt ist, ein Bereich 88 vom p-Typ auf dem Kanal-Bereich gebildet und er ist angrenzend an die iso lierten Gates 87 angeordnet. Eine Source-Elektrode "S", die aus einer metallischen Schicht 93 hergestellt ist, verbindet jeden Source-Be reich 83. Eine Metall-Elektrode 95, die sich mit der Gate-Elektrode 85 verbindet, wird als das "MOS-Gate" bezeichnet, und die Metall-Elektro de 98, die sich mit dem Bereich 88 des p-Typs verbindet, wird als "Ver bindungs-Gate" (Junction-Gate) nachfolgend bezeichnet. Eine Drain-Elek trode "D" ist aus einer metallischen Schicht 91 gebildet, die den Drain- Bereich 81 verbindet, und sie ist nicht in dem Dokument, das vorstehend angegeben ist, beschrieben, sondern ist in diesen Darstellungen für ein besseres Verständnis hinzugefügt. Und alle diese Kontakte zwischen dem Metall und dem Halbleiter, die vorstehend beschrieben sind, bilden ohm′sche Kontakte.

Eine Widerstandsfähigkeit des Kanal-Bereichs 82 zeigt 0,98 Ω/cm an, die einer Störstellenkonzentration von etwa 5×10¹⁵ cm⁻³ entspricht. Eine Kanallänge L, die in Fig. 29 dargestellt ist, beträgt 6 µm, eine Kanaldicke a zeigt 3 µm und eine Dicke b in jedem isolierten Gate 87 selbst beträgt 2 µm.

(Die Betriebsweise der ersten Referenzanordnung)

Allgemein wird ein positives Potential zu der Drain-Elektrode 91 zuge führt und die Source-Elektrode 93 wird geerdet (auf 0 V gesetzt). Diese Anordnung ist eine Anordnung mit vier Anschlüssen, die zwei Steuerelek troden besitzt, das "MOS"-Gate 95 und das "Verbindungs"- (Junction)- Gate 98. Allerdings kann die Anordnung als eine Anordnung mit drei An schlüssen arbeiten, indem die zwei Steuerelektroden miteinander verbunden werden.

Fig. 30 zeigt Kennlinienkurven I-V (Drain-Strom I_D über Drain-Spannung : VD) dieser Anordnung als Anordnung mit drei Anschlüssen, die aus dem Dokument, das vorstehend angeführt ist, herangezogen ist.

Es bestehen verschiedene Kurven, wenn das Potential von beiden Gates V_G von -16 V bis 0 V in Schritten von 2 V variiert wird.

Anhand Fig. 30 ist festzustellen, daß diese Anordnung eine sogenannte Anordnung vom normalerweise On-Typ ist. Diese "Anordnung" vom normaler weise "On-Typ" ist allgemein als eine Halbleiteranordnung definiert, bei der der Hauptstrom fließen kann, wenn deren Steuer-Gate geerdet ist. Und es ist auch anzumerken, daß dann, wenn das Gate-Potential negativer wird, der Drain-Strom unterdrückt wird.

Andererseits zeigt Fig. 31 die Kennlinienkurven I-V der Anordnung, die als Anordnung mit vier Anschlüssen betrieben wird, die von dem Dokument, das vorstehend angegeben ist, herangezogen wird. In Fig. 31 ist das Potential des MOS-Gates festgelegt und das Potential des Verbindungs- Gates wird variiert.

Wenn +16 V an das MOS-Gate angelegt werden, erhält die Anordnung einen sehr geringen Einschaltwiderstand (die am weitesten links liegende, abge stufte Linie der Fig. 31). Dieses Phänomen bewirkt eine Anreicherungs schicht, die an einer Zwischenfläche der isolierenden Filme erzeugt wird, und der Kanal-Bereich arbeitet als Stromdurchgangsweg mit einem niedrigen Widerstand zwischen dem Drain-Bereich 81 vom n⁺-Typ und dem Source-Be reich 83 vom n⁺-Typ. Und in diesem Fall wird das Potential des Verbin dungs-Gates kaum die Kennlinien I-V der Anordnung beeinflussen.

In Fig. 31 sind verschiedene Kennlinienkurven I-V gezeigt, die das Po tential des Verbindungs-Gates von 0 bis -3,5 V zu jedem Schritt von 0,5 V variieren.

Nachfolgend wird der Zustand der Anordnung in diesem Fall (das Potential des MOS-Gates liegt auf -16V) in Einzelheiten beschrieben. In einem Fall, wo das Potential des Verbindungs-Gates 0 V beträgt, d. h. der line are Bereich der Kennlinienkurven, was bedeutet, daß in diesem Fall das Drain-Potential relativ niedrig ist, wird der Verarmungsbereich benach bart zu dem MOS-Gate 87 in dem Kanal-Bereich 82 durch das negative Poten tial des MOS-Gates erzeugt, und es wird auch die Inversionsschicht von Löchern (Fehlstellen) auf der Oberfläche des Isolierfilms in dem Kanal- Bereich erzeugt. Die Inversionsschicht dient dazu, ein elektrisches Feld von der Gate-Elektrode 85 zu dem Kanal-Bereich hin abzuschirmen, wodurch eine Größe einer Streubreite der Verarmungsschicht in einem konstanten Bereich gehalten wird, wie dies gegenüber dem Fall eines JFET′s unter schiedlich ist.

In dem Fall der Vorrichtung, die in dem Dokument beschrieben ist, das vorstehend angegeben ist, kann die konstante Breite der Verarmungsschicht auf etwa 0,4 µm unter Verwendung der Daten, die aus dem Dokument her angezogen werden, abgeschätzt werden, so daß die Gesamtbreite des neutra len Kanal-Bereichs auf etwa 2 µm verbleibt. Unter solchen Zuständen strömt der Hauptstrom über den neutralen Kanal-Bereich. Wenn die Drain- Elektrode ein hohes Potential erhält, gelangt der Kanal-Bereich zu einem "Einschnür-Zustand" (Pinch-Off-Zustand) entsprechend dem JFET mit im allgemeinen langen Kanal und der Wert des Hauptstroms sättigt sich, wie dies in Fig. 31 dargestellt ist. Als nächstes erreicht, wenn das Poten tial des Verbindungs-Gates negativ erhöht wird, nämlich unter Zuführung einer umgekehrten Vorspannung zu dem Verbindungsbereich zwischen dem Bereich 88 vom p-Typ und dem Kanal-Bereich 84, der Verarmungs-Bereich, der sich von der Verbindung aus erstreckt, die Oberfläche des isolierten Gates 87. Dann wandert ein Teil der Löcher in der Inversionsschicht auf die Oberfläche des Isolations-Films 84 des isolierten Gates 87 zu dem Bereich 88 des p-Typs heraus, wodurch bewirkt wird, daß das Potential der Inversionsschicht variiert wird. Anders ausgedrückt synchronisiert das Potential der Zwischenfläche der Isolations-Filme mit dem Potential des Verbindungs-Gates 98. Um es detaillierter anzugeben, wird, wenn sich die umgekehrte Vorspannung des Verbindungsbereichs erhöht, das Potential der Zwischenfläche niedrig und der Verarmungsbereich dehnt sich aus und der Kanal-Bereich wird enger und der Wert des Hauptstroms steigt an.

(Merkmale der ersten Referenzanordnung)

Die Hauptvorteile der ersten Referenzanordnung, die als Anordnung mit vier Anschlüssen verwendet wird, sind nachfolgend aufgelistet:

(1) niedriger Einschaltwiderstand;
(2) Erhalten eines hohen, gemeinsamen Übertragungswirkleitwerts, der durch das Verbindungs-Gate 98 bewirkt wird;
(3) hohe Sperrzunahme;
(4) hohe Umschaltgeschwindigkeit;
(5) betreibbar als eine Halbleiteranordnung mit drei Anschlüssen; usw.

Allerdings unterliegt die vorstehend beschriebene, erste Referenzanord nung den nachfolgenden Einschränkungen.

Als erstes ist die erste Referenzvorrichtung nicht für eine solche Anwen dung geeignet, die eine hohe Durchschlagspannung erfordert.

Wie vorstehend beschrieben ist, ist der Grund für die erste Referenzan ordnung, daß sie eine Struktur mit einem niedrigen Einschaltwiderstand bildet, diejenige, daß jedes Isolations-Gate 87 mit sowohl dem Source-Be reich 83 vom n⁺-Typ als auch mit dem Substrat 81 vom n⁺-Typ in Berüh rung steht, um so zwischen beiden Bereichen vom n⁺-Typ über die Anrei cherungsschicht in Verbindung zu treten, die entlang der Gate-Isolations- Filme 84 gebildet wird. Eine vorgegebene Durchschlagspannung der ersten Referenzanordnung betrug 60 Volt. Allerdings ist es hinsichtlich der vorstehend angegebenen, ersten Referenzanordnung unmöglich, daß sie in weiterem Umfang in Bezug auf Anforderungen für höhere Durchschlagspan nungen angewandt wird, da die Isolations-Gates 87, die vorstehend be schrieben sind, mit dem n⁺-Drain-Bereich (Substrat) 81 in Kontakt ste hen.

Als nächstes dient die vorstehend beschriebene, erste Referenzanordnung im wesentlichen für eine Anordnung mit vier Anschlüssen. Es ist im we sentlichen für das Ansteuerverfahren davon unvermeidbar, daß es komplex wird. Obwohl, wie vorstehend beschrieben ist, die erste Referenzanordnung als Anordnung mit drei Anschlüssen betrieben werden kann, wobei das Ver bindungs-Gate 98 und das MOS-Gate 95 miteinander verbunden sind, kann sie nicht zu einem geringen Einschaltwiderstand führen, wie dies aus einem Vergleich der Fig. 30 mit der Fig. 31 erkennbar ist, was einen Vorteil hinsichtlich der Verwendung der ersten Referenzanordnung, die vorstehend beschrieben ist, für einen Halbleiter-Modus mit drei Anschlüssen dar stellt.

Schließlich besitzt die Referenzanordnung die normale Einschaltcharakte ristik und deshalb fließt der Hauptstrom natürlich dann, wenn nicht ir gendein Steuersignal zugeführt wird.

(Zweite Referenz)

Die Anordnung der zweiten Referenz wird in der japanischen Patentanmel dung, Erstveröffentlichung No. Showa 57-172765, veröffentlicht am 23. Ok tober 1982, mit dem Titel "Electrostatic Induction Thyristor", beschrie ben.

Fig. 32 zeigt eine Querschnittsdarstellung der zweiten Referenzanord nung, die aus der vorstehend angegebenen japanischen Patentanmeldung herangezogen ist. Um dies zu verstehen, besitzt die Struktur ein "U" -förmiges, durch einen Graben isoliertes Gate, wobei Fig. 32 aufei nanderfolgend drei Einheiten derjenigen Anordnung darstellt, die in der Patentanmeldung, die vorstehend angegeben ist, beschrieben ist.

(Die Struktur der zweiten Referenz)

In Fig. 32 ist ein Substrat 61 vom p⁺-Typ ein Anoden-Bereich dieser Anordnung. Ein Basis-Bereich 62 vom n⁻-Typ ist auf dem Anoden-Be reich 61 vom n⁺-Typ gebildet. Weiterhin ist der Kathoden-Bereich 63 vom n⁺-Typ auf dem Basis-Bereich 62 vom n⁻-Typ gebildet. Dort sind Gra benabträge von der Oberfläche des Basis-Bereichs 62 vom n⁻-Typ ausge bildet. Der Isolations-Film 64, der auf der inneren Oberfläche der Gräben gebildet ist, erreicht den Basis-Bereich 62 vom n⁻-Typ. Isolations-Fil me 64 sind auf der inneren Oberfläche der Gräben gebildet. Und die Metal le 65, die auf den Isolations-Filmen 64 gebildet sind und die miteinander in Verbindung stehen, bilden die Gate-Elektroden. Auch sind Gate-Berei che 68 vom p⁺-Typ auf jeder Zwischenfläche zwischen dem Basis-Be reich 62 vom n⁻-Typ und den Isolations-Filmen 64 an jedem Boden der Gräben gebildet. Auch verbinden sie jedes Gate-Elektroden-Metall 65 über die Kontaktlöcher an jedem Boden der Gräben. Eine Anoden-Elektrode 71 und eine Kathoden-Elektrode 73 sind jeweils mit dem p⁺-Anoden-Bereich 61 und den p⁺-Kathoden-Bereichen 63 verbunden. Diese Kontakte zwischen dem Metall und dem Halbleiter-Bereich bilden ohm′sche Kontakte. Der Bereich vom n⁻-Typ, der durch die Gräbenseitenwände sandwichartig zwischenge schichtet ist, wird nachfolgend als der "Kanal"-Bereich bezeichnet. Die Gate-Elektrode 65 auf dem Isolations-Film 64 wirkt als ein "isoliertes Gate" für den Kanal-Bereich.

(Betriebsweise der zweiten Referenz)

Allgemein wird ein positives Potential zu der Anoden-Elektrode 71 zuge führt und die Kathoden-Elektrode 73 wird geerdet (auf 0 V gesetzt). Der Off-Zustand der Anordnung wird durch Zuführung eines negativen Potentials zu der Gate-Elektrode erhalten, um einen Verarmungsbereich für die Poten tialsperre gegen die leitenden Elektroden zu bilden. Dies bedeutet, daß diese Anordnung des normalerweise On-Typs (Durchlaß-Typ) in der gleichen Art und Weise wie die erste Referenzanordnung gebildet ist.

Um die Anordnung einzuschalten, wird das Potential der Gate-Elektrode 65 auf ein positives Potential gesetzt werden. Dann wird der Verarmungsbe reich in dem Basis-Bereich verschwinden und die Kanäle werden sich öff nen. Zur gleichen Zeit wird die Anreicherungsschicht aus Elektronen auf der Oberfläche der Isolations-Filme in dem Kanal-Bereich vor dem Katho den-Bereich vom n⁺-Typ erzeugt und dieses Phänomen beschleunigt den Einschaltvorgang (Turn-On-Zustand) der Anordnung. Der Abstand zwischen dem isolierten Gate und dem Hauptstromdurchgangsweg sollte geringer als die Diffusionslänge der Träger sein, um diesen Effekt zu erhalten. Auch ist die Einschaltzeit dieser Struktur schneller als ein anderer, allge meiner, elektrostatischer Induktionsthyristor, der nicht diese "U"-för mige, isolierte Gate-Struktur besitzt, da die Anreicherungsschicht eine höhere Leitfähigkeit besitzt und der Gate-Strom schneller fließen kann.

Nachdem das Einschalten der Anordnung abgeschlossen ist, wird der On-Zu stand der Anordnung ohne irgendein Gate-Signal aufrechterhalten. Und um die Anordnung abzuschalten (turn-off) wird ein negatives Potential an die Gate-Elektrode angelegt, um die überschüssigen Minoritätsträger in dem Basis-Bereich abzusaugen und um wieder den Verarmungsbereich in dem Ka nal-Bereich zu erzeugen.

(Merkmale der zweiten Referenz)

Der Gedanke dieser Anordnung ist die Hinzufügung des isolierten Gates, das mit dem Verbindungs-Gate 68 in dem elektrostatischen Induktionsthy ristor synchronisiert ist. Und sie beinhaltet die nachfolgenden Vorteile:

(1) Kurze Einschaltzeit durch die Unterstützung der Anreicherungsschicht;
(2) Kurze Ausschaltzeit, die von dem erzeugten Verarmungsbereich erhal ten wird, der angrenzend zu dem Isolations-Film vorhanden ist, der den Einschnür-Zustand des Hauptstroms beschleunigt.

Allerdings besitzt die Struktur verschiedene Nachteile wie folgt:

Zuerst handelt es sich hierbei um eine normalerweise eingeschaltete An ordnung, bei der es sich um dieselbe wie die erste Referenzanordnung handelt.

Zweitens hält sie, wenn sich die Anordnung einschaltet, einen On-Zustand mit der Ausnahme der Zuführung eines Off-Signals in positiver Form bei, wobei es sich hier um das wesentliche Charakteristikum des Thyristors handelt. Der letztere Nachteil betrifft das wesentliche Merkmal dieser Anordnung aus der Sicht der Fabrikation. In dieser Anordnungsstruktur müssen die Kontaktöffnung für den Gate-Bereich vom p⁺-Typ und die Gate-Elektrode an dem Boden eines tiefen Grabens gebildet werden. Und für eine ausreichende Blockierverstärkung muß die Anordnung den Graben besit zen, der einige µm in der Tiefe aufweist. Gerade dann, wenn die Breite des Grabens beträchtlich breit gewählt wird und das Längenverhältnis des Grabens auf einen niedrigen Wert gesetzt wird, wird es sehr schwierig sein, eine Kontaktöffnung an dem Boden des Grabens durch allgemeine Her stelltechniken eines IC′s zu bilden. Und die Schwierigkeit wird noch größer werden, wenn das Anordnungsmuster zum Zwecke der Erhöhung der momentanen Trägerkapazität der Anordnung schrumpft.

(Dritte Referenz)

Die Anordnung der dritten Referenz ist ein "IGBT", der ein "U"-förmiges, isoliertes Gate besitzt. Dieser ist zum Beispiel in dem Dokument mit dem Titel "500-V n-channel Insulated-Gate Bipolar Transistor with a Trench Gate Structure", von H. R. Chang, B. Jayant, Beliga, IEEE Transaction of Electron Devices, Vol. 36, No. 9, September 1989, angegeben.

(Struktur der dritten Referenz)

Fig. 33 zeigt eine Querschnittsansicht der dritten Referenzanordnung. Der p⁺-Substrat-Bereich 40 ist ein Kollektor-Bereich der Anordnung. Die Drift-Schicht 41 vom n-Typ wird auf dem p⁺-Typ-Bereich in einer Schicht gebildet. Und der Basis-Bereich vom p-Typ wird auf dem n-Typ-Bereich 41 ebenfalls in einer Schicht gebildet. Es sind Grabenabträge auf der Ober fläche des p-Typ-Bereichs gebildet, deren Böden den n-Typ-Bereich errei chen. Die isolierenden Filme 44 sind auf der inneren Oberfläche der Grä ben gebildet und jeder Graben ist durch den leitenden, polykristallinen Silizium-Bereich 45 aufgefüllt, bei dem es sich um die Gate-Elektrode handelt. Und die Zwischenschicht-Isolations-Filme 46 decken die obere Oberfläche der Gate-Elektrode 45 ab. Die Einheit besteht aus den Isola tions-Filmen 44, der Gate-Elektrode 45 und dem Zwischenschicht-Isola tions-Film 46, die nachfolgend als das "isolierte Gate 47" der Anordnung bezeichnet werden. Die Emitter-Bereiche 43 vom n⁺-Typ sind auf dem Basis-Bereich des p-Typs gebildet, der die Oberfläche des Isolations- Films 44 berührt. Auch steht die Kollektor-Elektrode 50 mit dem Kollek tor-Bereich 40 in Kontakt und die Emitter-Elektrode 50 steht mit dem Kollektor-Bereich 40 in Kontakt und die Emitter-Elektrode 53 verbindet sich sowohl mit dem Emitter-Bereich 43 und dem p⁺-Kontakt-Bereich 48, der auf dem Basis-Bereich gebildet ist. Diese Kontakte zwischen einem Metall und einem Halbleiter-Bereich sind ohm′sche Kontakte. Der Bereich "ch", der als unterbrochene Linie in Fig. 33 angegeben ist, ist der Kanal.

(Betriebsweise der dritten Referenz)

Allgemein wird ein positives Potential zu der Kollektor-Elektrode zuge führt und die Emitter-Elektrode wird geerdet (auf 0 V gesetzt). Wenn die Gate-Elektrode geerdet wird, wird der Kanal geschlossen und der Haupt strom fließt nicht. Deshalb wird diese Anordnung normalerweise als Off- Typ bezeichnet. Um die Anordnung einzuschalten, wird ein vorgegebenes, positives Potential zu der Gate-Elektrode zugeführt. Dann wird die Inver sionsschicht durch Elektroden auf der Oberfläche der Isolations-Filme angrenzend an den Basis-Bereich vom p-Typ erzeugt, was bedeutet, daß sich der Kanal öffnet, und die Elektronen strömen von dem n⁺-Emitter-Bereich zu dem Drift-Bereich vom n-Typ. Diese Elektronen verringern die Poten tialbarriere zwischen dem Drift-Bereich vom n-Typ und dem p⁺-Kollek tor-Bereich, wodurch eine Injektion der Löcher von dem p⁺-Bereich zu dem Drift-Bereich vom n-Typ bewirkt wird. Und die Leitfähigkeit des Drift-Bereichs vom n-Typ, dessen Störstellenkonzentration so ausgewählt ist, daß sie auf einem sehr niedrigen Niveau liegt, um so einer vorgege benen, hohen Durchschlagspannung zu widerstehen, wird moduliert und der Hauptstrom fließt mit einem sehr niedrigen Einschalt-Widerstand. Und um die Anordnung abzuschalten (zu sperren) wird die Gate-Elektrode nur auf 0 V gesetzt, und es ist kein Erfordernis vorhanden, daß irgendeine nega tive Spannung ähnlich der ersten oder der zweiten Referenzanordnungs struktur zugeführt wird. Gemäß dieser Betriebsweise schließt sich der Kanal und der Elektronenstrom bricht ab. Deshalb hält die Injektion der Löcher an. Auf diese Weise wird der gesamte Strom unterbrochen.

(Merkmale der dritten Referenz)

Die Vorteile der dritten Referenz sind wie folgt:

(1) normalerweise Off-Charakteristik;
(2) kein Erfordernis einer negativen Spannungszuführung zum Abschalten;
(3) Spannungssteueranordnung, das bedeutet, sie besitzt eine hohe Ein gangsimpedanz;
(4) keine Beschränkung hinsichtlich einer Musterminiaturisierung zum Erhöhen der Stromtreiberkapazität.

Auf der anderen Seite sind einige Schwachstellen wie folgt vorhanden:

Erstens besitzt diese Anordnungsstruktur einen parasitären Zustand. Wie in Fig. 33 dargestellt ist, bilden der p⁺-Kollektor-Bereich 40, der Drift-Bereich 41 vom n-Typ, der Basis-Bereich vom p-Typ und der Drift-Be reich 41 vom n⁺-Typ, der Basis-Bereich vom p-Typ und der n⁺-Emitter- Bereich eine p-n-p-n-Thyristorstruktur. Diese Tatsache bedeutet, daß dort eine Möglichkeit besteht, den parasitären Thyristor durch eine sehr ab rupte Änderung des Kollektorpotentials oder eine übermäßige Zuführung eines Löcherstroms einzuschalten. Falls dies auftritt, wird die Gate- Elektrode ihre Stromsteuereigenschaft verlieren.

Weiterhin besitzen die Kennlinien I-V im wesentlichen eine Grenze für den niedrigen On-Widerstand (Einschaltwiderstand). Da diese Anordnung eine p-n-Verbindung in dem Hauptstromdurchgangsweg besitzt, kann der Haupt strom nicht strömen, wenn das Kollektor-Potential unter 0,7 V liegt. Diese Grenze besteht auch in der Anordnung der zweiten Referenz, die in Fig. 32 dargestellt ist.

(Zusammenfassung der Referenzen)

Wie vorstehend beschrieben ist, besitzt die Anordnung der ersten Referenz einen sehr niedrigen On-Widerstand, allerdings besitzen sie Grenzen beim Erhöhen der momentanen Kapazität auf dem Chip und beim Erhöhen der Durch schlagspannung.

Zusätzlich besitzt die Anordnung der zweiten Referenz keine Einschränkung der Eigenschaft, einer hohen Umkehrvorspannung zu widerstehen, allerdings besitzt sie ein Problem hinsichtlich einer Musterminiaturisierung, um deren Stromkapazität zu erhöhen.

Zusätzlich ist die Anordnung der dritten Referenz sehr leicht aufgrund der normalerweise Off-Charakteristik und der Spannungssteuerausführung zu betreiben. Allerdings weist sie eine parasitäre Komponente auf.

Weiterhin besitzt die zweite und die dritte Referenz Grenzen bei einem niedrigen Einschaltwiderstand.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Anord nungsstruktur zu schaffen, die eine normalerweise Off-Charakteristik, einen niedrigen Einschaltwiderstand und eine gute Steuerbarkeit besitzt, und um die Einschränkungen, die vorstehend beschrieben sind, zu lösen.

Die vorstehend angegebene Aufgabe kann durch Bildung einer Struktur einer Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst werden, die umfaßt: a) ein Halbleitersubstrat, das einen leitenden Typ besitzt, der einen Drain-Bereich bildet; b) mindestens einen Grabenabtrag von der Oberfläche des Substrats; c) mindestens einen Source-Bereich, der densel ben Leitfähigkeitstyp wie der Drain-Bereich besitzt, der auf einem Haupt substrat gebildet ist und der so aufgebaut ist, daß er durch den Graben sandwichartig zwischengeschichtet ist; d) mindestens eine in ihrem Poten tial festgelegte, isolierte Elektrode, deren Potential zu dem Potential des Source-Bereichs festgelegt ist und die einen Isolations-Film, der die gesamte innere Oberfläche des Grabens abdeckt, und leitendes Material umfaßt, das eine Austrittsarbeit dahingehend besitzt, um einen Verar mungsbereich in dem Drain-Bereich nahe dem Isolations-Film zu bilden; e) einen Kanal-Bereich, der einen Teil des Drain-Bereichs bildet, der an den Source-Bereich angrenzt und der so aufgebaut ist, daß er durch den Graben sandwichartig zwischengeschichtet wird; und f) mindestens einen Injektor- Bereich, bei dem es sich um einen Typ von entgegengesetzter Leitfähigkeit handelt, der auf dem Drain-Bereich gebildet ist und der mit dem Isolati ons-Film der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode in Kontakt steht, allerdings der nicht mit dem Source-Bereich in Kontakt steht.

Der Aus-Zustand der Halbleiteranordnung wird durch Einstellen des Poten tials des Injektor-Bereichs erhalten, bei dem es sich um dasselbe, wie dasjenige des Source-Bereichs handelt. Dann wird die Potentialbarriere gegen die Majoritätsträger, die durch den Verarmungsbereich gebildet werden, in dem Kanal-Bereich gebildet, so daß der Source-Bereich von dem neutralen Bereich des Drain-Bereichs elektrisch unterbrochen wird. Und das Einschalten der Halbleiteranordnung wird durch Beaufschlagen eines vorgegebenen Potentials auf den Injektor-Bereich realisiert. Dann werden die Minoritätsträger in die Oberfläche des Isolations-Films eingebracht, da der Injektor-Bereich mit der Zwischenfläche in Berührung steht. Die Minoritätsträger bilden eine Inversionsschicht, die das elektrische Feld von der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode zu dem Kanal-Bereich hin abschirmt, um die Höhe der Potentialbarriere zu ver ringern. Demzufolge verbindet sich der Source-Bereich mit dem Drain-Be reich elektrisch. Weiterhin wird die Leitfähigkeit des Drain-Bereichs durch die Minoritätsträgerinjektion von dem Injektor-Bereich zu dem Drain-Bereich erhöht. Die Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, den Kanal-Zustand nicht durch das Potential der isolierten Elek trode zu steuern, sondern durch das Potential der Inversionsschicht auf der Oberfläche des isolierenden Films, der die isolierte Elektrode ab deckt. Das Potential der isolierten Elektrode ist auf dasjenige des Source-Bereichs festgelegt, allerdings arbeitet die isolierte Elektrode virtuell als ein Gate des Kanals durch das Potential der Inversions- Schicht, die mit dem Potential des Injektor-Bereichs synchronisiert ist, der die Oberfläche des isolierenden Films berührt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Struktur einer Halblei teranordnung in einer ersten, bevorzugten Ausführungsform gemäß der vor liegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht der Struktur der Halbleiteranord nung, die dieselbe wie in Fig. 1 ist, und sie ist entlang der Linie A-A′ in Fig. 3 geschnitten.

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht der Struktur der Halbleiteranord nung, die ein Oberflächenmuster darstellt, und sie ist entlang der Schnittlinie A-A′ in Fig. 2 geschnitten.

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht der Struktur der Halbleiteranord nung, die entlang einer Schnittlinie B-B′ der Fig. 3 geschnitten ist.

Fig. 5 stellt eine Potentialverteilung in dem Kanal-Bereich entlang der Schnittlinie C-C′ in Fig. 3 dar.

Fig. 6 zeigt eine ausgedruckte Darstellung von Verhältnissen zwischen einer Störstellenkonzentration, einer Isolierfilmdicke und einer Kanal dicke in den Kanal-Bereichen der ersten Ausführungsform, die in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist.

Fig. 7 zeigt einen dreidimensionalen Ausdruck der Potentialverteilung in den Kanalbereichen der ersten, bevorzugten Ausführungsform, die in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist.

Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht eines abweichenden Musters einer Oberflächenstruktur in der ersten, bevorzugten Ausführungsform, wobei es sich um dieselbe Situation wie in Fig. 2 handelt.

Fig. 9 zeigt eine Querschnittsansicht einer anderen Modifikation einer Oberflächenstruktur in der ersten, bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, die in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist.

Fig. 10 zeigt eine Querschnittsansicht einer Struktur einer Halbleiteran ordnung in einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorlie genden Erfindung.

Fig. 11 zeigt eine Querschnittsansicht einer Modifikation der zweiten, bevorzugten Ausführungsform, die in Fig. 10 dargestellt ist.

Fig. 12 bis 17 zeigen jeweils perspektivische Ansichten der aufeinander folgenden Zustände des Herstellverfahrens der Halbleiteranordnung in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Modifikation der Basisstruktur der Anordnung realisiert.

Fig. 18 bis 20 zeigen Querschnittsansichten eines Teils der aufeinander folgenden Zustände des Herstellverfahrens der Halbleiteranordnung in der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Modifikation der Basisstruktur der Anordnung realisiert.

Fig. 21 bis 24 zeigen Querschnittsansichten eines Teils der aufeinan derfolgenden Zustände des Herstellverfahrens der Halbleiteranordnung in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine andere Modifika tion der Basisstruktur der Anordnung realisiert.

Fig. 25 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer periphären Struktur der Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 26 zeigt eine Querschnittsansicht eines anderen Beispiels der peri phären Struktur der Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 27 bis 29 sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten der ersten Referenzanordnung, die zum Stand der Technik beschrieben sind.

Fig. 30 und 31 sind Kennlinien-Kurven des Stroms über der Spannung in dem Fall der ersten Referenzanordnung, die in den Fig. 27 bis 29 dar gestellt ist.

Fig. 32 zeigt eine Querschnittsansicht der zweiten Referenz, die in dem Stand der Technik beschrieben ist.

Fig. 33 zeigt eine Querschnittsansicht der dritten Referenz, die in dem Stand der Technik beschrieben ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Fig. 27 bis 33 wurden bereits unter Hintergrund der Erfindung erläutert.

(Erste Ausführungsform)

Die Fig. 1 bis 4 stellen eine erste, bevorzugte Ausführungsform einer Struktur einer Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung dar.

Fig. 1 stellt eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung einer Basis struktur der Halbleiteranordnung in der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dar.

Fig. 2 stellt eine Querschnittsansicht der Halbleiteranordnung dar, die denselben Teil eines von der Vorderseite aus gesehenen Bereichs aus Sicht der Fig. 1 zeigt.

Fig. 3 stellt eine Querschnittsansicht der Struktur der Halbleiteranord nung, die entlang der Schnittlinie A-A′ in Fig. 2 geschnitten ist, dar.

In den Fig. 1 und 3 ist eine Struktur der Halbleiteranordnung mit Ausnahme einer Oberflächenelektrode (metallischer Film) dargestellt.

Dies bedeutet, daß Fig. 3 eine Querschnittsansicht darstellt, die entlang einer Schnittlinie A-A′ der Fig. 2 vertikal zu einer Papieroberfläche der Fig. 2 geschnitten ist. Im Gegensatz hierzu stellt die Fig. 2 eine Querschnittsansicht dar, die vertikal entlang einer Schnittlinie A-A′ der Fig. 3 geschnitten ist. Zusätzlich stellt Fig. 4 eine Querschnittsan sicht dar, die vertikal entlang einer Schnittlinie B-B′ der Fig. 3 geschnitten ist. In derselben Weise wie Fig. 2 entspricht die Quer schnittsansicht, die entlang einer Linie B-B′ der Fig. 4 geschnitten ist, der Fig. 3. Es sollte angemerkt werden, daß in der ersten Ausfüh rungsform das Halbleitermaterial aus Silizium hergestellt ist.

Als nächstes wird die Struktur der Halbleiteranordnung in der ersten Ausführungsform nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 erläutert.

In den Fig. 1 bis 4 besitzt ein Halbleitersubstrat 1 vom n⁺-Typ zwei Hauptoberflächen. Der Drain-Bereich 2 vom n-Typ ist eine Schicht, die auf einer der Hauptoberflächen des Substrats 1 gebildet ist. Die Störstellen konzentration des Drain-Bereichs 2 ist auf ein niedriges Niveau gelegt, um einer hohen Spannung standzuhalten. Es sind verschiedene Grade graben förmiger Abträge auf der Oberfläche des Drain-Bereichs 2 vorhanden, und deren Seitenoberflächen verlaufen etwa vertikal und sie sind in Streifen angeordnet. Auch sind verschiedene Source-Bereiche 3 vom n⁺-Typ auf der oberen Oberfläche des Drain-Bereichs 2 vorgesehen, und sie sind zwischen den streifenförmigen Gräben sandwichartig zwischengeschichtet. Isola tions-Filme 5 sind mit den gesamten, inneren Oberflächen der Gräben abge deckt, und die Gräben sind mit den polykristallinen Silizium-Bereichen 4 vom p⁺-Typ aufgefüllt. Und das Potential der polykristallinen Sili zium-Bereiche 4 ist auf dasjenige der Source-Bereiche 3 durch das Source-Metall 13 festgelegt, das beide Bereiche kontaktiert, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Daher wird die Einheit, die den polykristallinen Silizium-Bereich 4 vom p⁺-Typ bildet und den Isolations-Film 5 in einem Graben aufweist, als "in ihrem Potential festgelegte, isolierte Elektro de" 6 nachfolgend bezeichnet. Der Bereich des Drain-Bereichs, der durch die in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektroden sandwichartig zwischengeschichtet ist, wird nachfolgend als der "Kanal" 7 bezeichnet. Verarmungsbereiche sind in dem n-Typ-Bereich angrenzend an die in ihrem Potential festgelegte Elektrode durch die unterschiedlichen Austrittsar beitswerte zwischen dem Drain-Bereich 2 vom n-Typ oder dem Kanal-Be reich 7 und dem polykristallinen Silizium-Bereich 4 vom p⁺-Typ gebil det. Die Barriere für die leitenden Elektronen, die einen Hauptstrom bilden, wird in dem Kanal-Bereich 7 durch diesen Verarmungsbereich gebil det. Dann werden der n⁺-Source-Bereich 3 und der neutrale Drain-Be reich 2 anfänglich voneinander elektrisch unterbrochen (gesperrt).

Weiterhin ist der Injektor-Bereich 8 vom p-Typ auf der Oberfläche der Anordnung gebildet, der eine p-n-Verbindung mit dem Drain-Bereich 2 vom n-Typ bildet, und er steht mit jedem Isolations-Film 5 an jedem Ende der Gräben in Verbindung, er steht allerdings nicht mit den Source-Berei chen 3 vom n⁺-Typ in Verbindung, wie dies in Fig. 3 und Fig. 4 darge stellt ist. Auch gibt in Fig. 4 die unterbrochene Linie das Vorhandensein einer in dem Potential festgelegten, isolierten Elektrode über den Ka nal-Bereich hinaus an. Und die Schicht 15 ist der Zwischenschicht-Isola tions-Film.

Zusätzlich verbindet sich das Drain-Elektrodenmetall 11 mit dem Sub strat 1 an der Bodenfläche davon. Weiterhin steht das Metall 18 mit dem Injektor-Bereich vom p-Typ in Verbindung, der als die "Injektor-Elektro de" bezeichnet wird. Und alle Kontakte zwischen solchen Metallen und Halbleiter-Bereichen, wie sie vorstehend beschrieben sind, sind ohm′sche Kontakte.

Die Länge, die mit einem Buchstaben "L" in dem Kanal in Fig. 2 angegeben ist, ist der Abstand zwischen dem Source-Bereich und dem Bodenflächen- Niveau entlang der Seitenfläche des Grabens. Die Länge "L" wird als die "Kanallänge" der Anordnung nachfolgend bezeichnet. Und auch ist die Län ge, die als Buchstabe "H" in demselben Kanalbereich angegeben ist, der Abstand zwischen den Isolations-Filmen, die sich gegenseitig in dem Kanal gegenüberliegend angeordnet sind. Die Länge "H" wird nachfolgend als die "Kanaldicke" bezeichnet.

In der ersten Ausführungsform besitzt jedes Oberflächenmuster der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode 6 eine Balkenform, und eine Mehrzahl von in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektro den 6 sind in Streifenform angeordnet. Und jedes Ende der Elektroden 6 berührt den Injektor-Bereich 8 vom p-Typ. Demzufolge kann ein Kanal, der durch einige in ihrem Potential festgelegte, isolierte Elektroden 6 umge ben wird, und ein gewisser Injektor-Bereich vom p-Typ eine "Einheitszel le" der Anordnung bilden (im Fall der Fig. 3 sind vier Einheitszellen dargestellt). Auf diese Weise können, falls der Zustand vorliegt, daß der "Kanal den Strom durch seinen Zustand unterbrechen oder steuern kann", erfüllt wird, die Querschnittsform der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode und die Form des Source-Bereichs, die beide zusammen eine Einheitszelle bilden, willkürlich sein.

Zum Beispiel stellt Fig. 8 einen anderen Typ einer "Einheitszelle" dar, der zu derjenigen der Fig. 3 unterschiedlich ist. In Fig. 8 ist jedes Ende der balkenförmig geformten Gräben, die an derselben Seite angeordnet sind, miteinander verbunden und bilden ein Muster ähnlich von Zähnen eines Kamms. Der Vorzug dieses Musters ist derjenige, daß der p-Typ-Be reich 8 nur an einer Seite der Einheitszelle benötigt wird, obwohl das Muster der Fig. 3 zwei p-Typ-Bereiche 8 erfordert.

Weiterhin kann das Muster, das in Fig. 9 dargestellt wird, auch als "Ein heitszelle" bezeichnet werden. In diesem Muster ist der besondere Punkt die Form des Source-Bereichs, so daß die äußeren Seiten des Grabens mit angrenzenden Einheitszellen verbunden werden können.

Es ist anzumerken, daß in den Darstellungen der Querschnitte der Halblei teranordnungen Ecken des Isolations-Films scharfkantig gezeichnet sind. Allerdings ist dies nicht für die vorliegende Erfindung wesentlich. Sol che Ecken können in den tatsächlichen Ausführungsformen oft abgerundet hergestellt werden. Das Abrunden dieser Kanten, um die Konzentration des elektrischen Felds zu verringern, ist eine ausreichend bekannte Technik in der Halbleitertechnologie.

(Betriebsweise der Anordnung)

Die Betriebsweise der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend erläutert. Und die Zustände, um die normalerweise Off-Charak teristik zu erfüllen, werden auch erläutert werden.

Ein positives Potential wird zu der Drain-Elektrode D zugeführt und die Source-Elektrode S wird geerdet (auf 0 V gelegt). Wenn das Potential der Injektor-Elektrode 18 geerdet wird, hält die Anordnung ihren Off-Zustand bei. Wie vorstehend erwähnt ist, sind der Source-Bereich 3 und der neu trale Drain-Bereich 2 miteinander elektrisch über den Verarmungsbereich in dem Kanal verbunden, der durch den unterschiedlichen Wert der Aus trittsarbeiten zwischen dem p⁺-Typ-Bereich der in ihrem Potential fest gelegten Isolationselektrode und dem Kanal-Bereich vom n-Typ gebildet wird.

Allgemein wird in einer solchen einer MOS-Diode ähnlichen Struktur, wenn eine hohe, umgekehrte Vorspannung an die Struktur angelegt wird, um den Verarmungsbereich auszudehnen, die Breite des Verarmungsbereichs in einem Bereich durch das Vorhandensein einer Inversionsschicht auf der Isola tionsfläche des Isolations-Films gehalten. Wenn der Verarmungsbereich gebildet wird, werden die Minoritätsträger, d. h. Löcher in diesem Fall, darin erzeugt, und sie sammeln sich an der Oberfläche des Isolations- Films an und bilden eine Inversionsschicht. Die Inversionsschicht dient dazu, das elektrische Feld von der isolierten Elektrode abzuschirmen, um den Halbleiterbereich in einem Bereich zu halten. Und gemäß dem Ansammeln der Löcher (Fehlstellen) kann das Oberflächenpotential des Isolations- Films ansteigen. Allerdings wird bei der Struktur der vorliegenden Erfin dung und unter diesem Zustand das Oberflächenpotential festgelegt und der Verarmungsbereich wird mit dem angelegten Potential ausgedehnt, da der geerdete p-Typ-Bereich 8 mit der Oberfläche des Isolations-Films 5 in Berührung steht, so daß die Öffnungen, die an der Oberfläche des Isola tions-Films 5 angesammelt werden, durch den p-Typ-Bereich fließen können.

Die Struktur der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung muß zwei Zustände erfüllen, um die normalerweise Off-Charakteristiken zu erhalten. Einer betrifft die "Kanaldicke" H, die vorstehend definiert und in Fig. 2 mit einer Störstellendichte des Kanal-Bereichs dargestellt ist. Fig. 5 stellt die berechnete Potentialverteilung in dem Kanal entlang der Schnittlinie C-C′ in Fig. 2 dar, die etwa durch den Mittelpunkt des Kanals verläuft. Die vertikale Achse der Fig. 5 bezeichnet ein Energiepo tential eines mittleren Punkts des Energiebands, und zwar "das Energiepo tential an einem mittleren Punkt des Energiebands gemessen von dem Fer mi-Niveau aus", das einfach als das "Potential" mit "Anführungszeichen" bezeichnet ist, um es von einem elektrischen Potential zu unterscheiden. In Fig. 5 wurde die Potentialverteilung berechnet, indem vorausgesetzt wurde, daß das "Potential" des p⁺-Typ-Bereichs der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode 0,6 eV betrug, und jeder Isolations- Film 5 ist aus Siliziumdioxid hergestellt und seine Dicke betrug 100 nm.

Die gestrichelten Linien in Fig. 5 geben die Potentialverteilungen in dem Isolations-Film an. Die strichpunktierte Linie gibt das Potentialniveau des Halbleiters des Kanal-Bereichs an seinem neutralen Zustand an.

In Fig. 5 ist, wenn das Potential der Injektor-Elektrode V_j 0 V ist, das "Potential" des gesamten Bereichs des Kanals positiv, so daß die leitenden Elektronen dort nicht existieren können. Um einen solchen Zu stand zu erfüllen, müssen die Störstellenkonzentrationen in dem Kanal-Be reich N_D, die Kanaldicke H und die Dicke des Isolations-Films t_OX folgende Formeln erfüllen.

Erstens muß, wenn das "Potential" des p-Typ-Bereichs der in ihrem Poten tial festgelegten, isolierten Elektrode P darstellt, und das "Potential" der Zwischenfläche zwischen dem Isolations-Film und dem Kanal-Bereich Q darstellt, die nachfolgende Gleichung (1) erfüllt werden, da das elektri sche Feld in dem Isolations-Film konstant ist.

wobei t_OX die Dicke des Isolations-Films und E_OX die Stärke des elek trischen Felds darin ist.

Andererseits kann, da der gesamte Kanal-Bereich in dem Aus-Zustand ver armt ist, die "Potential" -Verteilung V_ch durch eine quadratische Glei chung (2) angenähert werden.

wobei q die elektrische Ladungseinheit ist, ε_si eine Dielektrizitäts konstante des Siliziums bezeichnet, X ein Abstand von dem Mittelpunkt zu einem Punkt des Kanals bedeutet, der entlang der Linie C-C′ in Fig. 2 gemessen ist und der den Abstand zwischen der Mitte des "Bereichs 7" zu einer Stelle in irgendeiner Richtung der horizontalen Achse in Fig. 5 bezeichnet, R den Minimalwert des "Potentials" in dem Kanal-Bereich be zeichnet. Und Q, d. h. das "Potential" der Zwischenfläche zwischen dem Kanal-Bereich und dem Isolations-Film, muß der nachfolgenden Gleichung (3) genügen.

Weiterhin wird das elektrische Feld an dieser Stelle E_si ausgedrückt wie folgt:

Weiterhin muß, da der elektrische Feldfluß an jeder Grenzfläche im allge meinen kontinuierlich sein muß, die nachfolgende Gleichung (5) erfüllt sein.

ε_OX · E_OX = ε_si · E_si (5)

In der Gleichung (5) bezeichnet ε_OX die Dielektrizitätskonstante des Isolations-Films in der vorstehenden Gleichung, Fig. 6 zeigt die Bezie hung zwischen N_D, der Störstellendichte in dem Kanal und H, der Kanal dicke und t_ox, der Dicke des Isolations-Films, der alle diese vorste henden Gleichungen (1) bis (5) erfüllen muß. Und bei der Berechnung gemäß Fig. 6 wird das "Potential" des p-Typ-Bereichs der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode auf 0,6 eV gesetzt, und R, das Minimum des "Potentials" in dem Kanal, wird auf 0,3 eV gesetzt, unter der Annahme eines zufälligen Störrauschens, um den Kanal nicht leicht zu öffnen. Fig. 6 stellt zwei Linien dar. Eine ist diejenige im Fall von t_ox = 50 nm und die andere ist diejenige in dem Fall von t_ox = 100 nm. Die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung muß in jedem Fall an dem Punkt in der untersten, linken Zone irgendeiner Linie in Fig. 6 gegeben sein, um die normalerweise Off-Charakteristik zu erhal ten. Zum Beispiel erfüllt, wenn N_D 1×10¹⁴ cm⁻³ ist und H 2 µm ist, dieser Parametersatz den Zustand irgendeines T_ox von zwei, wie vorstehend beschrieben ist.

Ein zweiter Zustand der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, um die normalerweise Off-Charakteristik zu erhalten, liegt um die Kanal dicke H und die Kanallänge L. Fig. 7 stellt ein Ergebnis einer numeri schen Berechnung der "Potential"-Verteilung in dem Kanal-Bereich 7 dar. In dieser perspektivischen Ansicht des "Potentials" ist die Basisebene des Kanal-Bereichs in Fig. 2 im wesentlichen aus Sicht etwa von der Seite des Source-Bereichs zu der Mitte des Kanals hin virtuell betrachtet, wobei die Linie C-C′, die an der oberen Seite (die Seite der Tiefe) der Fig. 7 angezeigt ist, die gleiche wie diejenige in der Fig. 2 ist. Und die vertikale Achse bezeichnet das "Potential". Die Linien, die die colo rierten Zonen in Fig. 7 sandwichartig einschließen, stellen Äquipoten tiallinien dar. Das Potential angrenzend an den Source-Bereich (nicht in Fig. 7 dargestellt) wird in Folge des Effekts des Source-Bereichs herun terverlegt. Allerdings ist an dem Bereich angrenzend an die Linie C-C′, der mittlere Bereich des Kanals, kein wesentlicher Einfluß auf den Source-Bereich vorhanden, und die "Potential"-Verteilung dort ist die gleiche wie diejenige der Fig. 7 von V_j = 0 V.

Aus den Ergebnissen derselben Berechnungen an unterschiedlichen Stellen, die den ersten Zustand in Fig. 6 erfüllen, wird ersichtlich, daß sich der Einfluß des Source-Bereichs an dem Kanal-Bereich entlang der Länge auf 1 oder höchstens auf 1,5 von H, der Kanaldicke entlang der Oberfläche des Isolations-Films in dem Kanal, ausdehnt. Andererseits ist an dem Bereich des Kanal-Bereichs, der zu dem Drain-Bereich hin gerichtet ist, das "Po tential"-Herabsetzen durch das elektrische Feld von dem Drain-Bereich etwa dieselbe Situation, wie sie vorstehend beschrieben ist. Deshalb ist der Zustand, daß sich der Kanal nicht aufgrund des Einflusses des elek trischen Felds von dem Drain-Bereich öffnen würde, L/H (das Verhältnis der Kanallänge zu der Kanaldicke), das mehr als 2 oder 3 wird.

Als nächstes wird der Mechanismus der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, um deren Zustand von dem Off-Zustand zu dem On-Zustand zu ändern, nachfolgend erläutert.

Wenn das Potential der Injektor-Elektrode V_j = 0 V ist, befindet sich der Kanal in dem Off-Zustand, wie dies vorstehend beschrieben ist. Dann tritt, wenn das Potential, das zu der Injektor-Elektrode zugeführt wird, auf 0,3 V ansteigt, ein negativer "Potential"-Bereich in dem mittleren Abschnitt des Kanal-Bereichs auf, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, so daß die Elektronen in dem Kanal-Bereich fließen können, das bedeutet, die Anordnung schaltet zu dem On-Zustand um. Der Grund, warum die "Potenti al"-Verteilung des Kanals abnimmt, wenn das Potential der Injektor-Elek trode ansteigt, ist der folgende:

Wenn das Potential der Injektor-Elektrode ansteigt, steigt das Potential des Injektor-Bereichs 8 des p-Typs, bei dem es sich um den ohm′schen Kontakt mit der Injektor-Elektrode 18 handelt, an. Dann werden Löcher zu der Oberfläche des Isolationsfilms in dem Kanal zugeführt, da der Injek tor-Bereich 8 vom p-Typ den Isolationsfilm 5 jeder in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode 6 berührt. Die zugeführten Löcher, die Minoritätsträger des Kanal-Bereichs, schirmen das elektrische Feld von dem p-Typ-Bereich 4 der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elek trode zu dem Kanal-Bereich vom n-Typ hin ab. Dadurch verringert sich die Breite des Verarmungsbereichs in dem Kanal und der neutrale Bereich tritt auf.

Wenn das Potential der Injektor-Elektrode auf mehr als 0,5 V angehoben wird, wird die negative "Potential"-Fläche in dem Kanal in Fig. 5 nie driger als die strichpunktierte Linie, die in Fig. 5 angegeben ist, wobei die strichpunktierte Linie das "Potential" des neutralen Zustands des Kanal-Bereich-Halbleiters angibt. Und das Profil der "Potential"-Vertei lung in dem Kanal wird flach. Dies rührt daher, daß die p-n-Verbindung zwischen dem Injektor-Bereich 8 des p-Typs und dem n-Typ-Bereich in Vor wärtsrichtung vorgespannt wird, und der Kanal-Bereich vom n-Typ (und der Drain-Bereich vom n-Typ) geht in den Injektions-Zustand mit einem höheren Niveau über. In diesem Zustand werden die Löcher nicht nur von dem p-Typ- Bereich 8 zugeführt, sondern auch von der Oberfläche des Isolations- Films 5 der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode 6. Dies bedeutet, daß die Oberfläche des Isolations-Films als ein hoch leitfähi ger Öffnungsstromdurchgangsweg wirkt.

An dieser Stelle ist es einfacher zu verstehen, daß die Steuerung der Anordnung durch den "Injektionsstrom" im Gegensatz zu dem Injektor-Elek trodenpotential, ähnlich einem allgemeinen, bipolaren Verbindungstran sistor (Junction-Transistor), erfolgt. Dies rührt daher, daß die Leitfä higkeit des Drain-Bereichs durch die Größe des Injektorlöscherstroms gesteuert wird.

Als nächstes wird der Mechanismus der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, um seinen Zustand von dem On-Zustand zu dem Off-Zustand zu ändern, nachfolgend erläutert.

Um die Anordnung abzuschalten, ist es ausreichend, das Potential der Injektor-Elektrode auf 0 V zu setzen. Weiterhin kann eine negative Span nung als ein Abschaltsignal dienen. Dann hält die Löcher-Injektion an und der Überschuß an Löchern, der in dem Drain-Bereich des n-Typs vorhanden ist, und der Kanal-Bereich können durch Rekombination oder einer Strömung aus der Anordnung über den Injektor-Bereich 8 vom p-Typ aussterben bzw. sich neutralisieren. Und der Kanal wird durch den Verarmungsbereich wie der gefüllt.

Nebenbei gesagt ist in Fig. 4 der p-Typ-Bereich 8 so gezogen, daß er sich bis zu einem Bereich der Anordnung tiefer als der Boden der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode erstreckt, was durch die unterbrochenen Linien dargestellt ist. Eine solche Bildung besitzt den Vorzug dahingehend, das Abschalten der Anordnung zu beschleunigen, wenn ein negatives Potential zu der Injektor-Elektrode zugeführt wird.

Allerdings besteht in dem Fall einer flachen Verbindung ähnlich Fig. 1 kein Problem bei den anderen Charakteristiken bzw. Kennlinien und der Betriebsweise der Anordnung.

Diese Kennlinie I-V ist ähnlich einer Pentode, und zwar annähernd ähnlich eines einzelnen, bipolaren Junction-Transistors (Verbindungs-Transistor). Der Drain-Strom kann ausreichend durch die Steuerung des "Injektorstroms" gerade dann fließen, wenn das Drain-Potential niedrig ist. Wenn das Drain-Potential ansteigt, wird der Drain-Strom gesättigt, und zwar auf grund der Abschnürung entsprechend des Verarmungsbereichs, der sich von der Oberfläche des Isolations-Films in den Drain-Bereich ausdehnt. Zu sätzlich kann h_FS (ein Stromverstärkungsfaktor in dem Fall, wo die Source geerdet ist und sie dieselbe wie diejenige eines bipolaren Junc tion-Transistors h_FE ist) aufgrund des Injektionsstroms festgelegt werden, der den Hauptstrom steuert. Die Anordnung kann ein hohes h_FS bewirken, da die Einheitszellengröße sehr klein ist und das Potential des Kanalbereichs direkt mit demjenigen der Injektor-Elektrode 18 blockiert.

(Herstellverfahren)

Als nächstes werden bevorzugte Herstellungsverfahren der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung nachfolgend erläutert.

Die Fig. 12 bis 17 stellen perspektivische Ansichten der aufeinander folgenden Herstellstufen der Anordnung, die in den Fig. 1 bis 11 ge zeigt ist, dar.

(1) Wie in Fig. 12 dargestellt ist, wird der Drain-Bereich 2 vom n-Typ auf der Hauptoberfläche des n⁺-Typ-Substrats gebildet, bei dem es sich um den Substrat-Bereich 1 handelt, der durch epitaktisches Wachstum ge bildet ist. Weiterhin sind auf einer oberen Oberfläche des Drain-Bereichs vom n-Typ ein n⁺-Typ-Bereich, der als der Source-Bereich 3 dient, und ein p-Typ-Bereich, der als Injektor-Bereich 8 dient, gebildet und vonei nander beabstandet. Um das Verständnis des Aufbaus zu erleichtern, ist die Tiefe des p-Typ-Bereichs 8 so gezeichnet, daß sie flacher als jede voneinander beabstandete, in ihrem Potential festgelegte Isolations-Elek trode 6 wird (nicht in den Fig. 12 dargestellt).
(2) Wie in Fig. 13 dargestellt ist, wird ein Maskierungsmaterial 100 auf den oberen Oberflächen der Source-Bereiche 3, des Drain-Bereichs 2, des Injektor-Bereichs 8 gebildet, um ein Muster zu schaffen, um die Gräben für die in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektroden 6 zu bil den. Dies wird durch ein anisotropisches Trockenätzen durchgeführt, um so die Gräben zu bilden, deren Seitenwände etwa vertikal zu der Hauptober fläche verlaufen, wie dies in Fig. 14 dargestellt ist. Die Tiefe jedes Grabens entspricht zweimal, dreimal oder einem Mehrfachen eines räumli chen Intervalls zwischen den gegenseitig aneinandergrenzenden Gräben.

Ein Querschnittsprofil jedes Grabens, d. h. die Form jeder in ihrem Po tential festgelegten, isolierten Elektroden 6, ist beispielhaft durch die Fig. 2 oder 14 dargestellt, in denen U-förmig geformte Gräben gebildet sind. Jede Seitenwand ist vertikal zu der Hauptoberfläche des Substratbe reichs 1 ausgedehnt. Wenn die vorstehend beschriebenen zwei Kanalzustände erfüllt werden, um die Anordnung vom normalerweise Off-Typ zu bilden, kann das Querschnittsprofil jeder in ihrem Potential festgelegten, iso lierten Elektrode 6, d. h. jeder Kanal, alternativ eine trommelförmige Form, eine keilförmige Form, eine Rhombus-Form oder eine schräg zulaufen de "U"-Form besitzen. Falls es physikalisch möglich ist, können die in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektroden 6 vollständig in den Substrat-Bereich 1 eingebettet sein.

Zusätzlich ist, um die Oberflächenmuster herum, soweit die Kanal-Off-Zu standsbedingungen, die vorstehend beschrieben sind, erfüllt sind, die Gleichmäßigkeit der Kanaldicke und die der Kanalbreite nicht wesentlich.

(3) Wie in Fig. 15 dargestellt ist, sind die inneren Oberflächen der Gräben oxidiert, um die Isolations-Filme 5 zu bilden, und die Gräben sind mit einer hohen Dotierung eines polykristallinen Siliziums vom p-Typ aufgefüllt. Gleichzeitig wirkt das Maskierungsmaterial 100 als eine Maske gegen eine Oxidation.
(4) Dann wird das polykristalline Silizium zurückgeätzt, um nur die Grä ben zu erhalten, wie dies in Fig. 16 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt wirkt das Maskierungsmaterial 100 wieder als Maskierung gegen das Ätzen des Siliziums.
(5) Wie in Fig. 24 dargestellt ist, wird das Maskierungsmaterial 100 entfernt und danach werden die isolierenden Zwischenschicht-Filme 15 (in Fig. 3 dargestellt) und die metallischen Elektroden gebildet, um die Struktur der Halbleiteranordnung zu erhalten, die in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist.

Es ist anzumerken, daß die leitenden Bereiche der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektroden 6 alternativ aus demselben Metall sein können, wie die Source-Elektrode, falls die Zustände vorliegen, daß der Kanal nicht durch das elektrische Feld von dem Drain-Bereich offen sein würde, wenn sich das Potential der Injektor-Elektrode 18 in dem Aus-Zustand befindet.

Als nächstes wird ein anderes Herstellverfahren der Anordnung der ersten Ausführungsform unter Verwendung der aufeinanderfolgenden Querschnittsan sichten der Fig. 18 bis 20 erläutert.

Dieses Verfahren kann realisieren, daß die Kanaldicke H noch feiner wird. Es ist anzumerken, daß die Fig. 18 bis 22 die Querschnittsansichten der Oberflächenbereiche darstellen, die sich nur auf die nachfolgenden Erläuterungen beziehen.

Ein dreilagiger Film, der aus einem dünnen, oxidierten Siliziumfilm 101, einem Siliziumnitridfilm 102 und einem CVD-Oxidfilm 103 besteht, wird als Maskierungsmaterial 100 verwendet, wie dies in Fig. 13 dargestellt ist. Und als erstes werden nur der CVD-Oxidfilm 103 und der Siliziumnitrid film 102 dem Musterbildungsverfahren unterworfen. Als nächstes wird nur der Siliziumnitridfilm 102 mittels eines isotropischen Ätzens in einem solchen Umfang geätzt, wie dies in Fig. 19 dargestellt ist. Danach wird der CVD-Oxidationsfilm 103 entfernt, so daß der verbleibende Siliziumni tridfilm 102 als Maske dient, um die Gräben auf dem Siliziumsubstrat zu bilden, wie dies in Fig. 20 dargestellt ist.

Entsprechend dieser Schritte der Herstellverfahren kann die Kanalbrei te H, wenn ein Seitenätzen von 1 µm für den Siliziumnitridfilm 102 in einem Herstellungsverfahrensschritt entsprechend Fig. 19 ausgeführt wird, 2 µm haben, gerade dann, wenn eine normale, minimale Grenze beispiels weise für die Photomusterbildung 4 µm ist.

Die Vorteile der Herstellungsverfahren, deren Bearbeitungsschritte in den Fig. 18 bis 20 dargestellt sind, sind die folgenden:

Die Kanalstruktur kann in der Größe kleiner gestaltet werden. Insbeson dere die Kanaldicke H wird kleiner und die Kanallänge L kann dementspre chend kürzer sein.

(1) Das Herstellverfahren wird einfacher, da die Tiefe der Gräben flacher gestaltet werden kann.
(2) Der Einschaltwiderstand wird geringer, da die Kanallänge verkürzt werden kann.
(3) Die h_FS kann sich erhöhen, da der gesamte Oberflächenbereich der Isolations-Filme kleiner wird, so daß die Oberflächenrekombination darin herabgesetzt wird.

Als nächstes wird noch ein anderes Herstellverfahren der Anordnung, um die Charakteristiken zu verbessern, unter Verwendung der Fig. 21 bis 24 erläutert.

Nach der Herstellstufe in Fig. 18 wird eine Oxidation von LOCOS (LOCalized Oxidization of Silicon) durchgeführt, um eine Anordnung zu bilden, wie sie in Fig. 21 dargestellt ist. Die "Vogelschnäbel" sind unter den Maskierungsfilmen 102 gebildet.

Dann wird ein anisotropisches Trockenätzen für die "Dicke des Oxidfilms", der durch LOCOS gebildet wird, und für den Drain-Bereich, um Gräben aus zunehmen, durchgeführt, wie dies in Fig. 22 dargestellt ist. Der Her stellverfahrensschritt, wie er in Fig. 21 dargestellt ist, kann während des Verfahrens, das vorstehend angegeben ist, ausgeführt werden oder nicht.

Als nächstes werden die Verfahrensschritte durchgeführt, wie sie in den Fig. 14 bis 16 dargestellt sind, wobei die Maskierungsfilme 103, 102, 101 entfernt werden, um den Teil des Drain-Bereichs zu belichten, der mit dem dünnen, oxidischen Silizium 101 in Berührung stand, wie dies in Fig. 23 dargestellt ist. Ein polykristalliner Siliziumfilm 14 wird auf der Oberfläche davon niedergeschlagen, und Störstellenatome werden an der Oberfläche des polykristallinen Siliziumfilms 14 ionenimplantiert. Nach diesem Verfahrensschritt werden die Bereiche des Films 14 auf dem poly kristallinen Silizium 4 vom p⁺-Typ in den Gräben lokal entfernt, um den Bereich 4 zu entfernen, und es wird eine Lichtausglühung durchgeführt, um die n-Typ-Störstellen in den Film 14 zu diffundieren, und weiterhin um in dem Drain-Bereich 2 (Kanal-Bereich) den Source-Bereich 3 vom n⁺-Typ zu bilden, wie dies in Fig. 24 dargestellt ist.

Die Vorteile dieses Verfahrens, das vorstehend beschrieben ist, sind wie folgt:

(1) Die Größe der Source-Bereiche kann durch die Breite der Vogelschnäbel geschrumpft werden.
(2) Die Trägerrekombinationsrate kann aufgrund des Intervalls, das zwi schen dem Source-Bereich 3 und der Oberfläche des Isolations-Films 5 gebildet wird, verringert werden.
(3) Der Drain-Strom kann durch einen niedrigeren Injektionsstrom gesteu ert werden, da es sich hierbei um eine sogenannte "Polysilizium-Emitter- Struktur" handelt, so daß die Injektion der Minoritätsträger in dem Source-Bereich unterdrückt wird.

(Zweite Ausführungsform)

Fig. 10 stellt die Anordnung der zweiten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. In dieser Ausführungsform ist zusätzlich ein p-Typ-Bereich in dem Kanal-Bereich 7 vorhanden, der einem "Basis" -Be reich von bipolaren Transistoren entspricht.

Die Störstellendichte des p-Typ-Bereichs 9 kann wesentlich dünner als diejenige der Basis eines BJT′s sein, dies bedeutet zum Beispiel 1×10¹⁶ cm⁻³.

Unabhängig davon, wie dünn die Störstellendichte des p-Typ-Bereichs 9 ist, kann der Off-Zustand der Anordnung gegen ein hohes, elektrisches Drain-Feld aufrechterhalten werden, da er durch die in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektroden sandwichartig zwischengeschichtet ist, wie dies in Fig. 17 dargestellt ist. Und der p-Typ-Bereich 9 kann mit dem Injektor-Bereich 8 vom p-Typ verbunden werden oder nicht. Auf irgendeine Weise können sich die Ladungsträger (Löcher) zwischen sowohl den p-Typ-Bereichen durch den Durchgangsweg auf den Oberflächen der Iso lations-Filme 5 bewegen, und da sie dieselben wie im Fall der ersten Ausführungsform sind, kann der Vorteil eines hohen h_FS auch in dieser zweiten Ausführungsform erhalten werden. In dieser Struktur wird eine Anreicherungsschicht der Löcher an der Zwischenfläche zwischen dem Isola tions-Film 5 und dem p-Typ-Bereich 9 gebildet, die als ein wirkungsvoller Durchgangsweg für die Löcher wirkt, die von der Injektor-Elektrode 18 her kommen.

Dies bedeutet, daß die in ihrem Potential festgelegte, isolierte Elektro de 6 im Grunde genommen einer "Basis" -Elektrode von im allgemeinen bipolaren Transistoren entspricht, und sie befindet sich sehr nahe zu dem "Emitter"-Bereich (der Source-Bereich dieser Anordnung). Demzufolge kann ein hohes h_FS erwartet werden.

Nebenbei gesagt ist die Tatsache, daß der Boden der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode 6 den Drain-Bereich des n-Typs be rührt, nicht wesentlich. So kann der p-Typ-Bereich 9 die gesamte Ober fläche der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode ab decken, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist. Allerdings wird in diesem Fall die "Basislänge" länger als in dem Fall der Fig. 10, so daß die elektrischen Kennlinien der Anordnung beeinflußt werden können.

(Die periphere Struktur der Anordnung)

Als nächstes wird die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung die peripheren Strukturen betreffend nachfolgend erläutert.

Allgemein kann sich an solchen Bodenecken der in ihrem Potential festge legten, isolierten Elektroden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, das elektrische Feld darauf konzentrieren, insbesondere auch dann, wenn sie tatsächlich so hergestellt sind, daß sie abgerundet verlaufen. Und dieses Phänomen kann die Durchschlagspannung der Anordnung verringern. Aller dings können in der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, da die in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektroden 6 miteinander unter einem sehr kleinen, räumlichen Intervall aneinandergrenzen, das bedeutet die Kanaldicke H, die elektrischen Felder an den Ecken, die gemeinsam aneinandergrenzen, unterteilt werden. Auf diese Weise kann die Konzentra tion der elektrischen Felder vernachlässigbar werden. Allerdings ist es, wenn die Zellen, wie dies in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, auf der Oberfläche eines Chips angeordnet werden, nicht vermeidbar, daß die in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektroden bestehen, die keinen Partner besitzen, um das elektrische Feld davon an der Kante des aktiven Bereichs zu unterteilen.

Allgemein wird, um die Konzentration des elektrischen Felds darin zu vermeiden, ein p-Typ-Bereich 10, der eine gekrümmte Verbindung bildet, die einen großen Krümmungsradius besitzt, darin eingebaut, wie dies in Fig. 25 dargestellt ist. Dieser p-Typ-Bereich 10 kann mit der Injektor- Elektrode verbunden werden, da sie die gleiche ist, wie ein Injektor-Be reich 8 vom p-Typ, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Und zum Beispiel entspricht dieser p-Typ-Bereich 10 einem ersten Schutzring der Anordnung.

Allerdings ist eine solche Gegenmaßnahme nicht für die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet. Dies rührt daher, daß unter dem On-Zustand der Anordnung die Löcherdichte in dem Kanal-Bereich, der sich näher zu dem p-Typ-Bereich 10 befindet, höher als diejenige in anderen Kanal-Bereichen wird, die zu einer Ungleichmäßigkeit der Leitfähigkeit und derjenigen der Stromdichte führt. So wird es besser sein, für diese Problematik ein Muster zu verwenden, wie es in Fig. 26 dargestellt ist. Fig. 26 stellt eine Oberflächenansicht des peripheren Bereichs der Anord nung dar, die als eine geeignete Gegenmaßnahme vorgenommen wird. In die ser Figur ist der p-Typ-Bereich 8 der Injektor-Bereich, der derselbe ist wie in Fig. 3, und der Isolations-Film 5 ist in dieser Darstellung für ein besseres Verständnis weggelassen. An der Seite der am weitesten außen liegenden Seite der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode sind viele Unterverzweigungen bzw. -abschnitte vorhanden, die in Streifen in der gleichen Art und Weise wie die normalen Zellen angeordnet sind.

Jedes Ende der Unterverzweigung besteht aus dem p-Typ-Bereich 8, bei dem es sich um denselben handelt wie das Ende einer normalen, in ihrem Poten tial festgelegten, isolierten Elektrode, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. In einer solchen Struktur ist keine Bodenecke der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode vorhanden, die keinen Partner besitzt, um das elektrische Feld zu unterteilen. Die Länge "D" in Fig. 26 ist der Abstand zwischen einem Source-Bereich 3 vom n⁺-Typ und einem Injektor- Bereich 8 vom p-Typ, und die Länge "D′" ist der Abstand zwischen dem Anfang der Unterverzweigung und dem p-Typ-Bereich 8.

Es ist anzumerken, daß sämtliche vorstehenden Erläuterungen auf der Tat sache basieren, daß der Störstellentyp des Halbleitersubstrats ein n-Typ ist, allerdings ist es als bevorzugt anzusehen, daß die Störstellen-Typen sämtlicher Halbleiter-Bereiche vom umgekehrten Typ sind.

(Effekte, die durch die vorstehende Erfindung erreicht werden)

Als nächstes werden die Unterschiede in der Funktionsweise der Struktur zwischen der Anordnung gemäß der vorstehenden Erfindung und der ersten, zweiten und dritten Referenz-Anordnung, die unter dem Hintergrund der Erfindung beschrieben worden sind, nachfolgend zusammengefaßt.

Zuerst werden die Unterschiede zwischen der vorliegenden Erfindung und der Anordnung gemäß der ersten Referenz, die in den Fig. 27 bis 29 dargestellt ist, nachfolgend beschrieben.

In der ersten Referenz-Anordnung ist ein Potential an der Isolationselek trode (Gate 95 vom MOS-Typ) variabel und das Potential der Isolations elektrode 84 ist positiv, so daß die Anreicherungsschicht der Elektronen auf der Zwischenfläche zu dem Isolationsfilm 84 gebildet wird. Demzufolge kann ein niedriger Kanalwiderstand erreicht werden und die Isolations elektrode 87 wird als Steuer-Elektrode verwendet.

Andererseits ist gemäß der vorstehenden Erfindung die isolierte Elektro de (die in ihrem Potential festgelegte(n) Elektrode(n) 6) auf das Source-Potential festgelegt. Daher ist die auf das Potential festgelegte Elektrode 6 grundsätzlich nicht die "Steuer-Elektrode". Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu der ersten Referenz-Anordnung, die in den Fig. 27 bis 29 dargestellt ist.

Zusätzlich ist in der ersten Referenz-Anordnung die Halbleiteranordnung von dem normalerweise On-Typ. Um den Hauptstrom zu unterbrechen, ist es erforderlich, daß ein negatives Potential positiv zu dem Verbindungs- Gate 98 und dem MOS-Gate 95 zugeführt wird.

Allerdings ist gemäß der vorstehenden Erfindung die Halbleiteranordnung im wesentlichen ein normalerweise Off-Typ. Um jedoch den Aus-Zustand zu erhalten, kann die Elektrode 18 für die Injektionssteuerung auf dasselbe Potential wie der Source-Bereich 3 gesetzt werden, d. h. auf Erdungspoten tial.

In der vorstehenden Erfindung ist ein wesentlicher Punkt, daß die Injek tor-Elektrode 8 mit dem Isolationsfilm 5 in Berührung kommt. Dadurch wird das Potential der Oberfläche des Isolatonsfilms durch das Beaufschla gungspotential zu der Injektor-Elektrode 18 gesteuert. Andererseits lie fert das Verbindungs-Gate 98 in der ersten Referenz-Anordnung keinen Beitrag zu dem On-Zustand der Anordnung. So kann, gerade dann, wenn das Potential des Verbindungs-Gates 98 auf ein positives Potential gesetzt wird, der Zustand der Oberfläche des Isolationsfilms dadurch nicht beein flußt werden.

Weiterhin wird gemäß der vorstehenden Erfindung der On-Zustand der Halb leiteranordnung durch Zuführung der Minoritätsträger von dem (den) Injek tor-Bereich(en) 8 bewirkt werden, um den Kanal so zu öffnen, daß die Leitfähigkeiten sowohl des Drain-Bereichs als auch des Kanal-Bereichs moduliert werden.

Andererseits kann in der Anordnung der ersten Referenz, gerade dann, wenn ein positives Potential zu dem Verbindungs-Gate 98 zugeführt wird, um die Minoritätsträger in den Kanal-Bereich zu injizieren, dies nicht irgendei nen Einfluß auf den Kanal-Bereich 98 bewirken, der eine hohe Störstellen dichte besitzt, um einen monopolaren Strom unter einem niedrigen Wider stand zu bewirken. Die Phänomene einer Modulation (oder Erhöhung) der Leitfähigkeit eines Halbleiterbereichs mit einer Injektion in einem hohen Niveau von dessen Minoritätsträgern wird nachfolgend erläutert. Die inji zierten Minoritätsträger wirken als zusätzliche Störstellenionen davon, so daß die Leitfähigkeit des Halbleiterbereichs temporär ansteigt. Dieses Phänomen ist in einer niedrigen Störstellendichte in dem Halbleiterbe reich bemerkbar. Dies bedeutet z. B. der Drain-Bereich der Anordnung der ersten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dessen Störstellendichte ist auf 10¹⁴ cm⁻³ eingestellt, um einer hohen Span nung standzuhalten. So ist das Phänomen der "Leitfähigkeitsmodulation" feststellbar und der Hauptstrom kann mit einem niedrigen Widerstand in dem Drain-Bereich strömen, der ursprünglich eine niedrige Leitfähigkeit besitzt. Allerdings wird in einer in Vorwärtsrichtung vorgespannten pn-Diode oder einer ähnlichen Struktur die Dichte der im hohen Maße inji zierten Minoritätsträger höchstens in der Größenordnung von 10¹⁶ cm⁻³ liegen. Und in diesem Fall der ersten Referenz-Anordnung ist die Stör stellendichte so eingestellt, um einen monopolaren Strom unter niedrigem Widerstand zu bewirken. Da dieser Wert mit der maximalen Dichte der Über schußminoritätsträger in einer logarithmischen Einteilung vergleichbar ist, ist dort dieses Phänomen vernachlässigbar. Auf diese Weise ist, während die erste Referenz-Anordnung eine monopolare Anordnung ist, die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung eine bipolare Anordnung. Es wird deutlich, daß beide Anordnungen in großem Umfang zueinander unter schiedlich sind.

Als nächstes werden die Unterschiede zwischen der zweiten Referenz-Anord nung, die in Fig. 32 dargestellt ist, und derjenigen gemäß der vorlie genden Erfindung nachfolgend beschrieben.

In der zweiten Referenz-Anordnung besteht der p-Typ-Bereich (p⁺-Gate- Bereich 68), der als Steuer-Elektrode dient, unter dem Bodenteil des Grabens, in dem die isolierte Elektrode (Gate-Elektrode 65) besteht, und sie besitzt einen ohm′schen Kontakt mit der isolierten Elektrode an dem Boden des Grabens. Entsprechend der ersten Referenz-Anordnung ist der Punkt, daß die isolierte Elektrode der zweiten Referenz-Anordnung die Steuerelektrode ist, der wesentliche Unterschied zu der Anordnung der vorliegenden Erfindung. Und die Stelle des p-Typ-Bereichs ist unter schiedlich. Und die Tatsache, daß in der zweiten Referenz-Anordnung das Potential des p-Typ-Bereichs mit der isolierten Elektrode verriegelt (gesperrt) ist, ist ein Unterscheidungspunkt. Weiterhin ist der Mechanis mus, um einen niedrigen Einschaltwiderstand zu erhalten, offensichtlich unterschiedlich. In der zweiten Referenz-Anordnung werden die Minoritäts träger, um die Leitfähigkeit des Basis-Bereichs 62 vom n⁻-Typ zu modu lieren, von dem Anoden-Bereich 61 des p⁺-Typs injiziert. Da der Ano den-Bereich des p⁺-Typs das Substrat der Anordnung und ein Teil des Hauptstromdurchgangswegs ist, besteht der Hauptstrom sowohl aus Elektro nen als auch aus Löchern. Andererseits werden in der Anordnung der vor liegenden Erfindung die Minoritätsträger, um die Leitfähigkeit des Drain-Bereichs vom n⁻-Typ zu modulieren, von dem p-Typ-Bereich 8 aus injiziert, der auf der Oberfläche des Drain-Bereichs besteht und der keinen Teil des Hauptstromdurchgangswegs ist. So besteht das Element, das aus dem Hauptstrom besteht, immer aus Elektronen.

Als nächstes werden die Unterschiede zwischen der dritten Referenz-Anord nung, die in Fig. 33 dargestellt ist, und der Struktur der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung nachfolgend beschrieben.

Die Anordnung der Struktur der dritten Referenz ähnelt auf den ersten Blick der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Allerdings ist in dem Aufbau der dritten Referenz-Anordnung das Potential des iso lierten Gates (Gate-Elektrode 45) variabel und stellt die Steuer-Elektro de dar, und das Potential des p-Typ-Bereichs (der Basis-Bereich) ist anfänglich festgelegt. Im Gegensatz hierzu ist in der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung das Potential des p-Typ-Bereichs (der Injektor-Be reich 8) variabel, und das Potential der isolierten Elektrode (die in ihrem Potential festgelegte, isolierte Elektrode 6) ist festgelegt. Dies sind die offensichtlichen Unterschiede in den Ausbildungen. Weiterhin ist in der dritten Referenz-Anordnung der Hauptstromdurchgangsweg in dem Kanal-Bereich die Inversionsschicht auf der Zwischenfläche zwischen dem Kanal-Bereich und dem Isolationsfilm. Allerdings ist in der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung der Stromdurchgangsweg in den Kanal-Be reich der Bereich an der Mittellinie oder die Gesamtheit des Kanal-Be reichs.

Zusätzlich sind die Verfahrensweisen der Leitfähigkeitsmodulation eines hochwiderstandsfähigen Bereichs zwischen der vorliegenden Erfindung und der zweiten oder der dritten Referenz-Anordnung unterschiedlich. Wie vorstehend beschrieben ist, ist in der zweiten und der dritten Referenz- Anordnung eine p-n-Verbindung in dem Hauptstromdurchgangsweg vorgesehen, so daß ein ausreichender Stromwert nicht erhalten werden kann, wenn die Spannung zwischen den Haupt-Elektroden unterhalb von 0,7 V liegt. Im Gegensatz hierzu ist im Falle der vorliegenden Erfindung keine p-n-Ver bindung in dem Hauptstromdurchgangsweg vorhanden, so daß der Hauptstrom im wesentlichen gleichmäßig unter einer niedrigen Spannung strömen kann.

Die Vorteile der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung sind zusam mengefaßt wie folgt:

(1) normale Off-Charakteristik;
(2) eine Anordnung mit drei Anschlüssen vom Stromsteuertyp;
(3) die einen niedrigen Einschaltwiderstand besitzt;
(4) die zur Steuerung eines hohen Hauptstroms durch einen niedrigen Steuerstrom geeignet ist;
(5) bei der es sich um eine geeignete Struktur für eine Musterbildungs miniaturisierung handelt;
(6) bei der es sich um eine geeignete Struktur für den Aufbau hinsicht lich einer hohen Durchschlagspannung handelt;
(7) die keine parasitäre Anordnung besitzt;
(8) die mit herkömmlichen LSI-Herstelltechnologien gefertigt werden kann.

Es wird für den Fachmann ersichtlich werden, daß die vorstehende Be schreibung in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen vorgenommen wurde und daß verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den allgemeinen Erfindungsgedanken zu verlassen, der durch die beigefügten Ansprüche festgelegt ist.

Claims

1. Struktur einer Halbleiteranordnung, die folgende Merkmale aufweist:

a) ein Halbleitersubstrat, das einen Leitfähigkeitstyp besitzt, der einen Drain-Bereich bildet;
b) mindestens eine Grabenausnehmung aus der Oberfläche des Substrats;
c) mindestens einen Source-Bereich, der von demselben Leitfähig keitstyp wie der Drain-Bereich ist, der aus einem Hauptsubstrat gebildet ist, und der so aufgebaut ist, daß er durch den Graben sandwichartig zwischengeschichtet ist;
d) mindestens eine in ihrem Potential festgelegte, isolierte Elek trode, deren Potential auf das Potential des Source-Bereichs festge legt ist und die einen Isolations-Film umfaßt, der die gesamte, innere Oberfläche des Grabens abdeckt, und ein leitfähiges Material, das eine Austrittsarbeitsfunktion so besitzt, um einen Verarmungsbe reich in dem Drain-Bereich nahe dem Isolations-Film zu bilden;
e) einen Kanal-Bereich, der ein Teil des Drain-Bereichs ist, der angrenzend an den Source-Bereich gebildet ist und der so aufgebaut ist, daß er durch den Graben sandwichartig zwischengeschichtet ist; und
f) mindestens einen Injektor-Bereich, der einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp besitzt, der auf dem Drain-Bereich gebildet ist und der den Isolations-Film der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode berührt, allerdings nicht den Source-Bereich, und wobei, während des Off-Zustands der Halbleiteranordnung, der durch Einstellen des Potentials des Injektor-Bereichs aufrechterhal ten wird, der derselbe ist, wie derjenige des Source-Bereichs, eine Potentialbarriere gegen die Majoritätsträger, die durch den Verar mungsbereich gebildet wird, so geformt ist, daß der Source-Bereich mit dem neutralen Bereich des Drain-Bereichs elektrisch unterbrochen wird, und wobei während des On-Zustands der Halbleiteranordnung, der durch Beaufschlagung des vorgegebenen Potentials auf den Injektor- Bereich realisiert wird, die Minoritätsträger in die Zwischenfläche zwischen dem Isolations-Film und dem Drain-Bereich, mit dem der Injektor-Bereich in Berührung steht, eingeführt werden, und die Minoritätsträger eine Inversions-Schicht bilden, die das elektrische Feld gegen die in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektro den zu dem Kanal-Bereich hin abschirmen, um die Höhe der Potential barriere zu verringern, so daß der Source-Bereich mit dem Drain-Be reich elektrisch in Berührung steht, und

wobei weiterhin die Leitfähigkeit des Drain-Bereichs durch die Mino ritätsträger-Injektion von dem Injektor-Bereich zu dem Drain-Bereich erhöht wird.

2. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, wobei beide Seitenwände des Grabens annähernd vertikal zu der Hauptoberfläche des Drain-Bereichs verlaufen, wobei die "Kanallänge", die als ein Abstand zwischen dem Source-Bereich und der Bodenfläche des Grabens festgelegt ist, mindestens zweimal oder mehr der "Kanaldicke" ent spricht, die als ein Abstand zwischen den Isolations-Filmen, die gegenseitig zu dem Kanal-Bereich hin gerichtet sind, festgelegt ist.

3. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, wobei einige der Gräben als Einheit miteinander verbunden sind.

4. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, die weiterhin einen Basis-Bereich eines entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps auf weist, der zwischen dem Source-Bereich und dem Kanal-Bereich einge setzt ist.

5. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, wobei der Basis-Bereich so aufgebaut ist, um mit dem Injektor-Bereich in Be rührung zu stehen.

6. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, wobei der Basis-Bereich so aufgebaut ist, um mit dem Injektor-Bereich in Be rührung zu stehen.

7. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, wobei die Ver bindung, die zwischen dem Injektor-Bereich und dem Drain-Bereich gebildet ist, hoch bis zu dem Punkt vorhanden ist, der tiefer als die Bodenfläche der Gräben liegt.

8. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, wobei der Leit fähigkeitstyp des Drain-Bereichs ein p-Typ ist und wobei der Injek tor-Bereich ein n-Typ ist.

9. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, wobei der Leit fähigkeitstyp des Drain-Bereichs ein p-Typ ist und wobei der Injek tor-Bereich ein n-Typ ist.

10. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, wobei die Stör stellenkonzentration des Drain-Bereichs geringer als 1×10¹⁴ cm⁻³ ist und wobei die Kanaldicke etwa 2 µm beträgt, wobei die Dicke des Isolations-Films mehr als 50 nm beträgt.

11. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 10, wobei die Ka nallänge annähernd 6 µm beträgt.

12. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, wobei eine Draufsicht auf jeden Graben etwa balkenförmig erscheint und der Source-Bereich mit dem Isolations-Film an dem Mittenbereich des balkenförmig geformten Grabens in Berührung steht, und wobei der Injektor-Bereich mit dem Isolations-Film an dem Kantenbereich des balkenförmigen Grabens in Berührung steht.

13. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, wobei in einer Draufsicht jeder Graben annähernd "C"-förmig erscheint und ein Source-Bereich mit dem Isolations-Film an dem inneren Bereich der "C"-Form in Berührung steht, und wobei der Injektor-Bereich mit dem Isolations-Film an den Endkanten der "C"-Form in Berührung steht.

14. Struktur einer Halbleiteranordnung, die folgende Merkmale aufweist:

a) ein Halbleitersubstrat vom n-Typ, das einen Drain-Bereich be sitzt;
b) mindestens eine Grabenausnehmung aus der Oberfläche des Sub strats;
c) mindestens einen Source-Bereich, der einen n-Typ besitzt, der derselbe ist wie derjenige des Drain-Bereichs, der an der Hauptober fläche des Substrats gebildet ist und der so aufgebaut ist, daß er durch den Graben sandwichartig zwischengeschichtet ist;
d) mindestens eine in ihrem Potential festgelegte, isolierte Elek trode, deren Potential auf das Potential des Source-Bereichs festge legt ist und die einen Isolations-Film, der die gesamte innere Ober fläche des Grabens abdeckt, und ein leitfähiges Material umfaßt, das eine Austrittsarbeitsfunktion dahingehend besitzt, um einen Verar mungsbereich in dem Drain-Bereich nahe dem Isolations-Film zu bilden;
e) mindestens einen Kanal-Bereich, der ein Teil des Drain-Bereichs ist, der an den Source-Bereich angrenzt und der so aufgebaut ist, daß er durch den Graben sandwichartig zwischengeschichtet ist; und
f) einen Injektor-Bereich vom p-Typ, der auf dem Drain-Bereich und dem Isolations-Film jeder der in ihrem Potential festgelegten, iso lierten Elektroden gebildet ist, allerdings nicht mit dem Source-Be reich in Berührung steht, und

wobei während des Off-Zustands der Halbleiteranordnung, der durch Einstellen des Potentials des Injektor-Bereichs aufrechterhalten wird, der derselbe ist wie derjenige der Source-Bereiche, eine Po tentialbarriere gegen die Majoritätsträger durch den Verarmungsbe reich so gebildet wird, daß der Source-Bereich von dem neutralen Bereich des Drain-Bereichs elektrisch unterbrochen wird, und
wobei während des On-Zustands der Halbleiteranordnung, der durch Beauf schlagung eines vorgegebenen, positiven Potentials auf den Injek tor-Bereich realisiert wird, Löcher in die Oberflächen zwischen den Isolations-Filmen und dem Drain-Bereich, mit dem der Injektor-Be reich in Berührung steht, eingeführt werden, und wobei die Löcher eine Inversionsschicht bilden, die das elektrische Feld von der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode zu dem Kanal-Be reich hin abschirmt, um die Höhe der Potentialbarriere zu ver ringern, wodurch folglich der Source-Bereich mit dem Drain-Bereich elektrisch in Berührung kommt, und
wobei weiterhin die Leitfähigkeit des Drain-Bereichs durch die Löcherinjektion aus dem Injektor-Bereich zu dem Drain-Bereich an steigt.

15. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 14, wobei das leit fähige Material der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode ein polykristalliner Halbleiter vom p-Typ ist.

16. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 14, wobei das leit fähige Material der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode irgendein Metall ist.

17. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 14, wobei beide Seitenwände jedes Grabens im wesentlichen vertikal zu der Hauptober fläche des Drain-Bereichs verlaufen, wobei die "Kanallänge", die als Abstand zwischen dem Source-Bereich und der Bodenoberfläche des Grabens festgelegt ist, auf mindestens zweimal oder mehr der "Kanal dicke", die als Abstand zwischen den Isolations-Filmen, die sich gegenseitig in dem Kanal-Bereich gegenüberliegen, festgelegt ist.

18. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 14, die weiterhin einen Basis-Bereich vom p-Typ umfaßt, der an jeder Zwischenfläche der Source-Bereiche und der Kanal-Bereiche eingefügt ist.

19. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 15, wobei die Ba sis-Bereiche so aufgebaut sind, daß sie mit dem Injektor-Bereich in Berührung stehen.

20. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 15, wobei die Ba sis-Bereiche so aufgebaut sind, daß sie die in ihrem Potential fest gelegte, isolierte Elektrode umschließen und einander angrenzen.

21. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 14, wobei eine Verbindung zwischen dem Injektor-Bereich vom p-Typ und dem Drain-Be reich vom n-Typ hoch bis zu der Stelle vorhanden ist, die tiefer als die Bodenfläche der Gräben liegt.

22. Struktur einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 14, wobei der Leit fähigkeitstyp sämtlicher Halbleiterelemente vom umgekehrten Typ ist.

23. Struktur einer Halbleiteranordnung, die folgende Merkmale aufweist:

a) ein Halbleitersubstrat, das einen Leitfähigkeitstyp besitzt, der einen Drain-Bereich bildet;
b) mindestens eine Grabenausnehmung aus der Oberfläche des Sub strats;
c) mindestens einen Source-Bereich, der denselben Leitfähigkeitstyp wie der Drain-Bereich besitzt, der auf einem Hauptsubstrat gebildet ist und der so aufgebaut ist, daß er durch den Graben sandwichartig zwischengeschichtet ist;
d) mindestens eine in ihrem Potential festgelegte, isolierte Elek trode, deren Potential auf das Potential des Source-Bereichs ausge legt ist und die einen Isolations-Film, der die gesamte, innere Oberfläche des Kanals abdeckt, und ein leitfähiges Material umfaßt, das eine Arbeitsfunktion so besitzt, um einen Verarmungsbereich in dem Drain-Bereich nahe dem Isolations-Film zu bilden;
e) einen Kanal-Bereich, der ein Teil des Drain-Bereichs ist, der an den Source-Bereich angrenzt und der so aufgebaut ist, daß er durch den Graben zwischengeschichtet ist; und
f) mindestens einen Injektor-Bereich, der einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp besitzt, der auf dem Drain-Bereich gebildet ist und der den Isolations-Film der in ihrem Potential festgelegten, isolierten Elektrode berührt, allerdings nicht den Source-Bereich.