JP3073056B2 - 静電誘導半導体装置 - Google Patents

静電誘導半導体装置

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JP3073056B2
JP3073056B2 JP03234342A JP23434291A JP3073056B2 JP 3073056 B2 JP3073056 B2 JP 3073056B2 JP 03234342 A JP03234342 A JP 03234342A JP 23434291 A JP23434291 A JP 23434291A JP 3073056 B2 JP3073056 B2 JP 3073056B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、静電誘導半導体装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、図7や図8に示すようなスイッチ
ング素子として使われる表面ゲート型の静電誘導半導体
装置がある。図7に示す表面ゲート型の静電誘導半導体
装置80は、n型の半導体基板81一側の表面部分に、
+ 型のカソード領域82とp+ 型のゲート領域84と
をカソード領域82をゲート領域84が挟む形で備え、
半導体基板81他側に、p+ 型のアノード領域83を備
え、これらカソード領域82とアノード領域83の間は
- 型のベース領域85になっている。そして、カソー
ド領域82にはカソード電極87が、アノード領域83
にはアノード電極88が、ゲート領域84にはゲート電
極89がそれぞれ設けられている。
【0003】この静電誘導半導体装置80は、ゲート電
極89へ印加する電圧信号でカソード前面のポテンシャ
ル障壁を変化させオン・オフ(導通・遮断)させるよう
になっている。しかし、静電誘導半導体装置80は、タ
ーンオフの際のゲート駆動電力が大きいという欠点があ
る。ターンオフ時には、ベース領域85内に残留するホ
ールがゲート領域84に入り込みゲート電流が流れるこ
とになるが、この電流量が意外と大きいのである。
【0004】これに対し、図8に示す静電誘導半導体装
置90は、ターンオフ時のゲート駆動電力が少なくて済
むという利点がある。この静電誘導半導体装置90は、
n型の半導体基板91一側の表面部分にp+ 型のカソー
ド領域92を備えるとともに半導体基板91他側にp+
型(第1導電型)のアノード領域93を備え、カソード
領域92とアノード領域93の間はn - 型のベース領域
95となり、カソード領域92の側方にはp+ 型のゲー
ト領域94を備えていて、このゲート領域94とカソー
ド領域92の間にn+ 型(第2導電型)のソース領域9
6を備えている。そして、アノード領域93にはアノー
ド電極98が、ゲート領域94にはゲート電極99がそ
れぞれコンタクトするように設けられ、カソード領域9
2とソース領域96には両方にコンタクトするようにカ
ソード電極97が設けられている。静電誘導半導体装置
90は、図7の静電誘導半導体装置80において右側の
ゲート領域84とカソード電極87が短絡した短絡ゲー
ト型構造とみることもできるであろう。
【0005】静電誘導半導体装置90も、ゲート電極9
9へ印加する電圧信号でカソード前面のポテンシャル障
壁を変化させオン・オフ(導通・遮断)させるようにな
っている。ゲート領域94の静電誘導作用でソース領域
前面のポテンシャル障壁を変化させてソース領域96か
らの電子(キャリア)注入をコントロールし、この注入
電子をベース電流として動作する主電流経路を構成する
縦型pnpトランジスタ、すなわちカソード領域(p)
92、ベース領域(n)95およびアノード領域(p)
93からなる縦型pnpトランジスタをオン・オフして
スイッチング動作させるのである。そして、ターンオフ
時にベース領域95内に残留するホールはカソード領域
92にも流れ、その分、ゲート領域94に入るホールは
少なくなってゲート電流は減少するため、ゲート駆動電
力が少なくなる。
【0006】また、アノード・カソード間電流は、カソ
ード領域92およびソース領域96の両方を流れるた
め、電流容量の点でも有利であるし、ターンオン時に
は、横型pnpトランジスタ、すなわち、ゲート領域
(p)94、ベース領域(n)95およびカソード領域
(p)92からなる横型pnpトランジスタが導通し効
率良くホール注入が行えるため、低オン電圧化の点でも
有利である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のように静電誘導
半導体装置90は様々な特徴を有するが、十分なゲート
・カソード間耐圧を持たせた上でノーマリイオフタイプ
とすることが難しいという欠点がある。通常、スイッチ
ング素子はノーマリイオフモードで回路設計される事が
多いため、ノーマリイオフタイプに適していないようだ
と有用性は低い。また、ゲート・カソード間耐圧が十分
でないと故障の恐れが高くて信頼性は薄い。ゲート・カ
ソード間耐圧は横型pnpトランジスタを構成するカソ
ード領域92とゲート領域94の距離に支配され、距離
が長いほど耐圧は高い。横型pnpトランジスタのパン
チスルー耐圧でゲート・カソード間耐圧が決まるのであ
る。一方、ノーマリイオフタイプにはカソード領域92
とゲート領域94が近接していることが必要であり、両
領域92,94が余り離れているとノーマリイオンタイ
プだけしか採れなくなる。このように、静電誘導半導体
装置90では、ゲート・カソード間耐圧を向上させるこ
ととノーマリイオフタイプを実現することとはトレード
オフの関係にあるのである。
【0008】この発明は、上記事情に鑑み、十分なゲー
ト・カソード間耐圧とノーマリイオフタイプが両立させ
られる静電誘導半導体装置を提供することを課題とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明にかかる静電誘導半導体装置は、半導体基
板一側の表面部分に第1導電型のカソード領域を備える
とともに半導体基板他側に第1導電型のアノード領域を
備え、前記カソード領域とアノード領域の間は第2導電
型のベース領域となっており、前記カソード領域を挟む
形でベース領域中に第1導電型のゲート領域が埋め込み
形成され、このゲート領域とカソード領域の間に第2導
電型のソース領域を備え、前記カソード領域とソース領
域の両方にコンタクトするようにしてカソード電極を設
けた構成となっている。
【0010】この発明の静電誘導半導体装置におけるベ
ース領域中に埋め込み形成された第1導電型のゲート領
域としては、半導体基板のゲート領域形成位置に予めト
レンチ溝を穿設しておいて、このトレンチ溝の底面のみ
から選択的に不純物を導入し形成した第1導電型不純物
高濃度半導体領域が挙げられるが、これに限らないこと
は言うまでもない。
【0011】また、この発明の静電誘導半導体装置にお
いて、ゲート領域の間の間隔が、カソード領域とゲート
領域の間隔の2倍よりも小さくなっていると、十分なゲ
ート・カソード間耐圧とノーマリイオフタイプの両立に
より適したものとなるため、好ましい。この発明の静電
誘導半導体装置は、サイリスタモードのスイッチング駆
動形態の素子が普通であるが、単なるスイッチング駆動
でなくアノード・カソード間を流れる電流を連続的に変
化させるトランジスタモードでの駆動形態の素子であっ
てもよい。
【0012】なお、第1導電型がp型である場合は第2
導電型はn型であり、逆に、第1導電型がn型である場
合は第2導電型はp型であることは言うまでもない。
【0013】
【作用】この発明の静電誘導半導体装置では、ゲート領
域がベース領域内に埋め込まれ半導体基板の表面とは距
離があり、半導体基板一側の表面部分にあるカソード領
域との間に十分に距離をあけられるようになる。そのた
め、十分なゲート・カソード間耐圧をもたせることがで
きる。
【0014】この発明の静電誘導半導体装置では、この
ように、ゲート領域とカソード領域の間が十分に離れて
いても、ノーマリイオフタイプとすることに何ら支障は
ない。これは、カソード領域を挟む形でゲート領域があ
り、ゲート領域だけで遮断状態を維持することが可能だ
からである。ゲート領域とカソード領域が離れていて
も、ゲート領域の間隔を調節することにより、ノーマリ
イオフタイプが実現できるのである。また、逆に、ノー
マリイオフタイプであることに拘束されずにゲート領域
とカソード領域の間の距離を決め、所望のゲートカソー
ド間耐圧をもたせることができるのである。デバイス設
計の自由度は飛躍的に増す。
【0015】つまり、この発明の静電誘導半導体装置で
は、ゲートカソード間耐圧の向上とノーマリイオフタイ
プの実現とは実質的に独立の関係にあり、もはや従来の
ようなトレードオフの関係ではないのである。
【0016】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照しなが
ら詳しく説明する。この発明は下記の実施例に限らな
い。図1は、実施例にかかる静電誘導半導体装置の要部
構成をあらわす。実施例の静電誘導半導体装置では、同
一構造の静電誘導半導体素子のセルS多数が同一の半導
体基板1に形成されている集積化構成である。
【0017】各セルSは、n型の半導体基板1一側の表
面部分にp+ 型のカソード領域2を備えるとともに半導
体基板1他側にp+ 型のアノード領域3を備え、カソー
ド領域2とアノード領域3の間はn- 型のベース領域5
となっている。ゲート領域4は、カソード領域2を挟む
形でベース領域5中にp+ 型の埋め込み形成されてお
り、カソード領域2とゲート領域4は十分に離れてい
る。また、ゲート領域4とカソード領域2の間にn+
のソース領域6を備える。なお、ゲート領域4,4は図
外で一つに繋がった枠状であってカソード領域2を囲む
ように設けられ、その間にソース領域6が枠状で設けら
れている形態でもよい。逆に、カソード領域が一つに繋
がった枠状であってゲート領域を囲むように設けられ、
その間にソース領域が枠状で設けられている形態もあ
る。
【0018】そして、この静電誘導半導体装置では、カ
ソード領域2およびソース領域6の両方にコンタクトす
るカソード電極7を備えるとともに、アノード領域3に
コンタクトするアノード電極8とゲート領域4にコンタ
クトするゲート電極9とをそれぞれ備える。この静電誘
導半導体装置のゲート領域4は、以下のようにして形成
されたものである。半導体基板1にカソード領域位置を
間に挟む形でトレンチ溝16を形成し、トレンチ溝16
の底面をp型不純物の拡散窓21にしてp型不純物を選
択的に導入してゲート領域4用のp+ 型不純物半導体領
域を形成しているのである。半導体基板1には、以上の
ような構造のセルSが多数設けられていて、電流容量の
大きな装置となっている。
【0019】次に、実施例の静電誘導半導体装置の製造
例について説明する。勿論、この発明の静電誘導半導体
装置は以下の製造例以外の方法で作製されてもよいこと
は言うまでもない。まず、図2にみるように、n型半導
体基板1裏面側(他側)にアノード領域3用p+ 型不純
物拡散領域を形成する。
【0020】その後、図3にみるように、半導体基板1
の表面に形成された酸化膜12に拡散用窓を開けておい
て、n型不純物(例えば、砒素)を導入して通常の熱処
理で拡散・酸化すると、ソース領域6用のn+ 型不純物
拡散領域が出来る。続いて、図4にみるように、ソース
領域6用のn+ 型不純物拡散領域の上の酸化膜12にト
レンチ溝形成用窓15を開けておいて、エッチングを施
し、トレンチ溝16を穿設する。
【0021】トレンチ溝16形成後、トレンチ溝16の
内面全面に酸化膜18を形成してから、図5にみるよう
に、トレンチ溝16の底面の酸化膜だけを選択的に除去
しトレンチ溝16の底面を拡散窓21にするとともに、
酸化膜12の一部を選択的に除去してカソード領域形成
用の拡散窓22を設ける。なお、拡散窓21,22は同
じ工程で開口するようにしてもよいし、別々の工程で開
口するようにしてもよい。
【0022】そして、図6にみるように、両拡散窓2
1,22からp型不純物(例えば、ボロン)を導入して
通常の熱処理を行いカソード領域2用のp+型不純物拡
散領域およびゲート領域4用のp+ 型不純物拡散領域を
同時に形成する。なお、カソード領域2用およびゲート
領域4用の両p+ 型不純物拡散領域は必ずしも同一の工
程で形成する必要はない。両p+ 型不純物拡散領域を別
個の工程で形成すれば、異なる拡散長の領域にすること
も可能である。
【0023】最後に、例えばアルミニウムを用いて半導
体基板1表側にカソード電極7およびゲート電極9を形
成するとともに、半導体基板1裏側にアノード電極8を
形成すれば、図1に示す静電誘導半導体装置が完成す
る。
【0024】
【発明の効果】以上に述べたように、この発明の静電誘
導半導体装置では、ゲート・カソード間耐圧の向上とノ
ーマリイオフタイプの実現とが実質的に独立の関係にあ
って、十分なゲート・カソード間耐圧とノーマリイオフ
タイプを両立させることが出来るため、非常に有用であ
る。
【0025】また、ゲート領域の間の間隔が、カソード
領域とゲート領域の間隔の2倍よりも小さい場合は、加
えて、ゲート・カソード間耐圧より十分でノーマリイオ
フタイプにより適したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の静電誘導半導体装置の要部構成をあら
わす断面図である。
【図2】実施例の装置のアノード領域形成工程をあらわ
す断面図である。
【図3】実施例の装置のソース領域形成工程をあらわす
断面図である。
【図4】実施例の装置のトレンチ溝形成工程をあらわす
断面図である。
【図5】実施例の装置の拡散窓形成工程をあらわす断面
図である。
【図6】実施例の装置のゲート領域・カソード領域形成
工程をあらわす断面図である。
【図7】従来の静電誘導半導体装置の要部構成をあらわ
す断面図である。
【図8】従来の他の静電誘導半導体装置の要部構成をあ
らわす断面図である。
【符合の説明】
1 半導体基板 2 カソード領域 3 アノード領域 4 ゲート領域 5 ベース領域 6 ソース領域 7 カソード電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/74 H01L 29/80 H01L 29/812 H01L 21/338

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板一側の表面部分に第1導電型
    のカソード領域を備えるとともに半導体基板他側に第1
    導電型のアノード領域を備え、前記カソード領域とアノ
    ード領域の間は第2導電型のベース領域となっており、
    前記カソード領域を挟む形でベース領域中に第1導電型
    のゲート領域が埋め込み形成され、このゲート領域とカ
    ソード領域の間に第2導電型のソース領域を備え、前記
    カソード領域とソース領域の両方にコンタクトするよう
    にしてカソード電極が設けられている静電誘導半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 ゲート領域の間の間隔が、カソード領域
    とゲート領域の間隔の2倍よりも小さい請求項1記載の
    静電誘導半導体装置。
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Edwin S.Oxner(山崎 浩訳),パワーFET(丸善)(昭62−6−30)p.48−53

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