JP3528393B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3528393B2
JP3528393B2 JP01062196A JP1062196A JP3528393B2 JP 3528393 B2 JP3528393 B2 JP 3528393B2 JP 01062196 A JP01062196 A JP 01062196A JP 1062196 A JP1062196 A JP 1062196A JP 3528393 B2 JP3528393 B2 JP 3528393B2
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善則 村上
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、バイポーラ型でノ
ーマリ・オフ型の縦型パワー素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bipolar normally-off vertical power device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術として、当発明者が考案し、特
公平6−252408号公報に開示された半導体装置を
紹介する。図9は素子の基本構造を説明する斜視図、図
10は図9の前面と同じ部分を示す断面図、図11は素
子の表面図、図12は図9の側面と同じ断面図である。
上記図9と図11においては説明のため表面の電極であ
る金属膜ならびに層間絶縁膜などを除去した様子を描い
ている。
2. Description of the Related Art As a conventional technique, a semiconductor device devised by the present inventor and disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-252408 will be introduced. 9 is a perspective view for explaining the basic structure of the device, FIG. 10 is a sectional view showing the same part as the front surface of FIG. 9, FIG. 11 is a surface view of the device, and FIG. 12 is a same sectional view as the side surface of FIG.
For the sake of explanation, FIGS. 9 and 11 show a state in which the metal film as an electrode on the surface and the interlayer insulating film are removed.

【0003】初めに素子構造を説明する。なお、各部名
称については便宜上、上記公報の記載とは適宜変更して
いる。上記の図中、番号1はn+ 型の基板領域、2はn
型のドレイン領域、3はn+ 型のソース領域、4はMO
S型電極、5は絶縁膜である。MOS型電極4は高濃度
のp+ 型ポリシリコンよりなる。11はドレイン電極
で、基板領域1とオーミックコンタクトしている。13
はソース電極で、ソース領域3とMOS型電極4の両者
とオーミックコンタクトしてる。すなわち、MOS型電
極4はソース電位に固定されている。よってこのMOS
型電極4と絶縁膜5を合わせて「固定電位絶縁電極」6
と呼ぶ。この固定電位絶縁電極の断面構造は図10に示
すようにたとえば「U」の字のように側壁がほぼ垂直な
溝の中に形成されている。
First, the device structure will be described. Note that the names of each part are appropriately changed from those described in the above publication. In the above figure, the number 1 is an n + type substrate region, and the number 2 is n.
Type drain region, 3 is n + type source region, 4 is MO
S-type electrodes 5 are insulating films. The MOS type electrode 4 is made of high concentration p + type polysilicon. A drain electrode 11 is in ohmic contact with the substrate region 1. Thirteen
Is a source electrode, which is in ohmic contact with both the source region 3 and the MOS type electrode 4. That is, the MOS electrode 4 is fixed at the source potential. Therefore this MOS
Formed electrode 4 and insulating film 5 are combined to form "fixed potential insulating electrode" 6
Call. As shown in FIG. 10, the sectional structure of this fixed potential insulated electrode is formed in a groove whose side wall is substantially vertical like a letter "U".

【0004】さらに図10において固定電位絶縁電極6
の間に挟まれたドレイン領域2を、チャネル領域7と呼
ぶ。固定電位絶縁電極6の周辺のドレイン領域2には、
この状態でMOS型電極4から、仕事関数差に起因する
電界によって空乏領域が形成されているが、この固定電
位絶縁電極6に挟まれたチャネル領域7にはこの空乏領
域によって主電流を形成する伝導電子に対してポテンシ
ャル障壁が形成されており、このままではソース領域3
とドレイン領域2とは遮断状態になっている。なお、チ
ャネル領域の構造はこのポテンシャル障壁を形成するた
め、チャネル厚みHはできるだけ狭くしてあり、例えば
Hは2μm以下である。さらに、ドレイン電界がソース
領域近傍の電位分布に影響を及ぼさないよう、図10中
に示すチャネル長Lはチャネル厚みHの2〜3倍以上に
設定されている。さらに、図9ならびに図12に示すよ
うに、絶縁膜5に接してソース領域3とは離れたところ
に、p型のゲート領域8が存在する。図12中、18は
このゲート領域8とオーミックコンタクトする電極で
「ゲート電極」と呼ぶ。10は層間絶縁膜である。さら
に、図中の「破線」は図11との関係からわかるよう
に、紙面の奥行き方向にある固定電位絶縁電極の存在を
示したものである。
Further, in FIG. 10, a fixed potential insulating electrode 6 is provided.
The drain region 2 sandwiched between the two is called a channel region 7. In the drain region 2 around the fixed potential insulating electrode 6,
In this state, a depletion region is formed from the MOS type electrode 4 by the electric field resulting from the work function difference. In the channel region 7 sandwiched by the fixed potential insulating electrodes 6, the depletion region forms a main current. A potential barrier is formed for the conduction electrons, and the source region 3 is left as it is.
And the drain region 2 are cut off. Since the structure of the channel region forms this potential barrier, the channel thickness H is made as small as possible, for example, H is 2 μm or less. Further, the channel length L shown in FIG. 10 is set to 2 to 3 times or more the channel thickness H so that the drain electric field does not affect the potential distribution near the source region. Furthermore, as shown in FIGS. 9 and 12, a p-type gate region 8 is present in contact with the insulating film 5 and away from the source region 3. In FIG. 12, reference numeral 18 denotes an electrode which makes ohmic contact with the gate region 8 and is called a “gate electrode”. Reference numeral 10 is an interlayer insulating film. Further, as can be seen from the relationship with FIG. 11, the “dashed line” in the figure shows the existence of the fixed potential insulated electrode in the depth direction of the paper surface.

【0005】次に動作を説明する。この素子は、例えば
ソース電極13は接地(0Vに)され、ドレイン電極1
3は負荷を介してしかるべき正の電位を与えて使用す
る。まず、ゲート電極18が接地されているとき、素子
は遮断状態にある。また、この状態ではドレイン領域2
には正のドレイン電位によって空乏層がのびていて、空
乏層中では微量ながらキャリアが対発生する。そのう
ち、伝導電子はn+ 型基板領域1を通ってドレイン電極
へ流れ去り、正孔は表面の絶縁膜6の界面に到達する。
しかし、それによって絶縁膜界面の電位が上昇すると、
そのままではチャネル領域内の電子に対するポテンシャ
ル障壁は低下するが、正孔はこの絶縁膜界面に接する、
接地されたp型ゲート領域8へと移動し、ゲート電極1
8を通ってへ流れ去る。よって、チャネル領域に正孔が
停滞することはなく、素子は遮断状態を保ち続ける。
Next, the operation will be described. In this element, for example, the source electrode 13 is grounded (at 0 V) and the drain electrode 1
3 is used by applying an appropriate positive potential via the load. First, when the gate electrode 18 is grounded, the device is in a cutoff state. In this state, the drain region 2
Has a depletion layer extending due to the positive drain potential, and a small amount of carriers are generated in the depletion layer. Among them, conduction electrons flow away to the drain electrode through the n + type substrate region 1, and holes reach the interface of the insulating film 6 on the surface.
However, if the potential of the insulating film interface rises as a result,
As it is, the potential barrier for electrons in the channel region lowers, but holes are in contact with this insulating film interface,
The gate electrode 1 is moved to the grounded p-type gate region 8.
Run off through 8. Therefore, holes do not stagnate in the channel region, and the element keeps the cutoff state.

【0006】次に導通状態であるが、ゲート電極18の
電位すなわちp型ゲート領域8の電位に例えば+0.5
Vを印加すると正孔は上記とは逆にp型ゲート領域8か
ら、これが接している絶縁膜6の界面へと流れ込んで反
転層を形成し、界面の電位を上昇させる。するとこの正
孔はMOS型電極4からチャネル領域7への電気力線を
遮蔽し、チャネル領域7中の伝導電子に対するポテンシ
ャル障壁高を低下させる。すなわち、これによってドレ
イン領域2とソース領域3は導通状態となる。さらに、
ゲート電極の電位を上げてゆくと、p型ゲート領域8と
周辺のn型領域からなるpn接合が順バイアスされ、正
孔は直接ドレイン領域2ならびにチャネル領域7へと注
入される。すると耐圧を保つために不純物濃度を薄く、
高抵抗に作られていたこれらn型領域は伝導度が高めら
れ、電流は低い抵抗で流れるようになる。このようにチ
ャネル領域7を正孔の導電路として使用するため、固定
電位絶縁電極6は図9〜図12に示すようにストライプ
状に形成されている。
Next, in the conductive state, the potential of the gate electrode 18, that is, the potential of the p-type gate region 8 is, for example, +0.5.
On the contrary to the above, when V is applied, holes flow from the p-type gate region 8 into the interface of the insulating film 6 in contact therewith to form an inversion layer, and raise the potential of the interface. Then, the holes block the lines of electric force from the MOS electrode 4 to the channel region 7, and lower the potential barrier height for conduction electrons in the channel region 7. That is, this brings the drain region 2 and the source region 3 into conduction. further,
When the potential of the gate electrode is raised, the pn junction composed of the p-type gate region 8 and the surrounding n-type region is forward biased, and holes are directly injected into the drain region 2 and the channel region 7. Then, in order to maintain the breakdown voltage, reduce the impurity concentration,
The conductivity of these n-type regions, which have been made to have a high resistance, is increased, and the current flows with a low resistance. Since the channel region 7 is used as a hole conduction path in this manner, the fixed potential insulating electrode 6 is formed in a stripe shape as shown in FIGS.

【0007】次に、この素子をターンオフさせるために
は、ゲート電極に印加した正電位を解除し、接地状態も
しくは負電位を印加すればよい。すると、ドレイン領域
内にあった過剰キャリアは逆にp型ゲート領域へと流れ
込み、ついにはドレイン領域ならびにチャネル領域内の
過剰キャリアが枯渇し、チャネル領域にはポテンシャル
障壁が復活し、主電流は遮断される。
Next, in order to turn off this element, the positive potential applied to the gate electrode may be released and the grounded state or a negative potential may be applied. Then, the excess carriers in the drain region flow into the p-type gate region in reverse, and finally the excess carriers in the drain region and the channel region are exhausted, the potential barrier is restored in the channel region, and the main current is cut off. To be done.

【0008】しかし、上記のような構造では、次のよう
な問題点があった。すなわち、素子のオン抵抗を効率的
に低くしようとすると、ゲート領域とソース領域との間
はある程度距離を置く必要がある。きわめてドレイン電
位が低い導通状態においては、p型ゲート領域8から注
入された正孔はn- 型ドレイン領域2に行き渡り、満遍
なくその伝導度を高める。両者の距離があまりに狭い
と、n型領域に注入された正孔の大半が、ドレイン領域
に行き渡ることなくすぐにn+ 型ソース領域3へと流れ
込んでしまうことになる。逆に、この距離を大きくする
とターンオフの際、絶縁膜界面に形成される反転層の距
離が長くなってしまい、正孔がこの反転層を伝ってゲー
ト領域へ流れ込む時間が長くなってしまう。
However, the above structure has the following problems. That is, in order to efficiently reduce the on-resistance of the device, it is necessary to set a certain distance between the gate region and the source region. In the conductive state where the drain potential is extremely low, the holes injected from the p-type gate region 8 spread to the n -type drain region 2 and evenly increase the conductivity thereof. If the distance between the two is too small, most of the holes injected into the n-type region will immediately flow into the n + -type source region 3 without reaching the drain region. On the contrary, if this distance is increased, the distance of the inversion layer formed at the interface of the insulating film becomes long at the time of turn-off, and the time for holes to flow through the inversion layer to the gate region becomes long.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】このように従来の構造
では、オン抵抗を効率的に低下させるべく、ソース領域
とゲート領域との間の距離を長くすると、ターンオフ時
間が増加してしまう傾向にあった。本発明はこのような
問題点に着目し、素子のオン抵抗特性などを良好に保持
しながら、ターンオフ時間の短い電流制御型素子を提供
することを目的としている。
As described above, in the conventional structure, when the distance between the source region and the gate region is increased in order to efficiently reduce the on-resistance, the turn-off time tends to increase. there were. The present invention pays attention to such a problem, and an object thereof is to provide a current control element having a short turn-off time while maintaining good on-resistance characteristics of the element.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては特許請求項の範囲に記載するよう
な構成をとる。すなわち、前記請求項1に記載の発明に
おいては、ドレイン領域である一導電型(たとえばn
型)の半導体基体の一主面に接して同一導電型(n型)
のソース領域を有し、前記主面に接してこのソース領域
を挟み込むように配置された第一の溝を有し、その溝の
側壁は前記主面に対してほぼ直角に形成されていて、内
部には第一の絶縁膜によって前記ドレイン領域と絶縁さ
れた第一の絶縁電極を有し、この第一の絶縁電極は前記
第一の絶縁膜を介して隣接する前記ドレイン領域に空乏
領域を形成するような仕事関数の導電性材料(例えばp
+ 型ポリシリコン)から成り、かつ、前記ソース領域と
同電位に保たれている。また、前記ソース領域に接する
前記ドレイン領域の一部であって、前記第一の絶縁電極
によって挟み込まれたチャネル領域を有し、前記チャネ
ル領域には前記第一の絶縁電極の周囲に形成された前記
空乏領域によって多数キャリア(ここでは伝導電子)の
移動を阻止するポテンシャル障壁が形成されていて、さ
らに遮断状態における前記ドレイン領域側からの電界が
前記ソース領域近傍に影響を及ぼさないように、前記チ
ャネル領域にあって前記第一の溝の底部から前記ソース
領域までの距離すなわちチャネル長は、前記チャネル領
域にあって対面する前記第一の溝の側壁同士の距離すな
わちチャネルの厚みの、少なくとも2乃至3倍以上とな
っている。さらに、前記第一の絶縁電極を取り囲む前記
第一の絶縁膜の界面に少数キャリア(ここでは正孔)を
供給して反転層を形成し、前記第一の絶縁電極から前記
ドレイン領域への電界を遮蔽して前記チャネル領域に形
成されたポテンシャル障壁を減少もしくは消滅させてチ
ャネルを開くべく、前記第一の絶縁膜ならびに前記ドレ
イン領域に接して、前記ソース領域には接しない、反対
導電型(p型)のゲート領域を有し、前記ゲート領域と
電気的に接続するゲート電極を少なくとも有する。さら
に、前記主面に接した前記チャネル領域に、少なくとも
前記ゲート領域とは接しない、反対導電型(p型)のオ
フ・ゲート領域を有し、前記オフ・ゲート領域は金属電
極によって反対導電型(p型)のアノード領域と接続
し、前記アノード領域は同一導電型(n型)のカソード
領域と接続して整流性整合を形成し、前記カソード領域
は前記ゲート電極と電気的に接続する構成とする。
In order to achieve the above object, the present invention has a structure as set forth in the claims. That is, in the invention according to claim 1, the drain region of one conductivity type (for example, n
Type) semiconductor substrate in contact with one main surface of the same conductivity type (n type)
A source region, and has a first groove arranged in contact with the main surface so as to sandwich the source region, the side wall of the groove is formed substantially perpendicular to the main surface, Inside, there is a first insulating electrode insulated from the drain region by a first insulating film, and the first insulating electrode has a depletion region in the drain region adjacent to the drain region through the first insulating film. A conductive material with a work function such as forming (eg p
+ Type polysilicon) and is kept at the same potential as the source region. In addition, a part of the drain region in contact with the source region has a channel region sandwiched by the first insulating electrode, and the channel region is formed around the first insulating electrode. A potential barrier that blocks the movement of majority carriers (conduction electrons here) is formed by the depletion region, and the electric field from the drain region side in the cutoff state does not affect the vicinity of the source region. The distance from the bottom of the first groove to the source region in the channel region, that is, the channel length, is at least 2 of the distance between the sidewalls of the first groove facing each other in the channel region, that is, the channel thickness. To 3 times or more. Further, minority carriers (here, holes) are supplied to the interface of the first insulating film surrounding the first insulating electrode to form an inversion layer, and an electric field from the first insulating electrode to the drain region is formed. Of the opposite conductivity type, which is in contact with the first insulating film and the drain region but not the source region, in order to reduce or eliminate the potential barrier formed in the channel region to open the channel by shielding and a gate electrode electrically connected to the gate region. Further, the channel region in contact with the main surface has an off-gate region of an opposite conductivity type (p-type) that is not in contact with at least the gate region, and the off-gate region has an opposite conductivity type by a metal electrode. A structure in which the anode region is connected to a (p-type) anode region, the anode region is connected to a cathode region of the same conductivity type (n-type) to form rectifying matching, and the cathode region is electrically connected to the gate electrode. And

【0011】さらに前記請求項2に記載の発明において
は、前記請求項1の発明を具現化する一手段として、前
記主面に接して第二の溝を有し、その内部に第二の絶縁
膜を介して前記アノード領域と前記カソード領域を有す
る構成とする。ちなみに、これは後記、図1〜図5に示
す半導体装置に対応する。
Further, in the invention of the second aspect, as one means for embodying the invention of the first aspect, a second groove is provided in contact with the main surface, and a second insulation is provided inside thereof. The anode region and the cathode region are provided through a film. By the way, this corresponds to the semiconductor device shown in FIGS.

【0012】さらに前記請求項3に記載の発明において
は、前記請求項1の発明を具現化する別の手段として、
前記主面に第3の絶縁膜を介して第2の半導体領域を有
し、そこに前記アノード領域と前記カソード領域とを有
する構成とする。ちなみに、これは後記、図7に示す半
導体装置に対応する。
Further, in the invention described in claim 3, as another means for embodying the invention of claim 1,
A second semiconductor region is provided on the main surface via a third insulating film, and the anode region and the cathode region are provided therein. Incidentally, this corresponds to the semiconductor device shown in FIG. 7, which will be described later.

【0013】さらに前記請求項4に記載の発明において
は、前記請求項1の構成に加え、前記第一の溝の両端に
前記ゲート領域が接していて、前記主面に接して2つの
前記第一の溝の側壁に挟まれ、かつ、前記ゲート領域と
前記チャネル領域との形成する2つの接合に囲まれた領
域にあって、前記2つの接合からほぼ等距離にあたる領
域に前記オフ・ゲート領域を有し、前記オフ・ゲート領
域と前記ゲート領域との間に前記ソース領域を有する構
成とする。ちなみに、これは後記、図8に示す半導体装
置に対応する。
Further, in the invention according to claim 4, in addition to the structure according to claim 1, the gate region is in contact with both ends of the first groove, and the two first regions are in contact with the main surface. The off-gate region is located in a region sandwiched by the sidewalls of one groove and surrounded by two junctions formed by the gate region and the channel region, and at a substantially equal distance from the two junctions. And has the source region between the off-gate region and the gate region. Incidentally, this corresponds to the semiconductor device shown in FIG. 8 described later.

【0014】[0014]

【作用】まず、前記請求項1に記載した構成とすると、
素子を導通状態とすべく、ゲート電極に正電位を印加す
ると、前記ゲート領域(ここではp型)からドレイン領
域ならびにチャネル領域へ少数キャリア(正孔)が注入
され、チャネル領域は開き、ソース領域からドレイン領
域へ多数キャリア(伝導電子)が流れる。この時、前記
アノード領域と前記カソード領域の形成するpn接合は
逆バイアスとなっており、よって前記アノード領域とつ
ながる前記オフ・ゲート領域を通じての電流の行き来は
ない。
First, when the configuration described in claim 1 is adopted,
When a positive potential is applied to the gate electrode to make the device conductive, minority carriers (holes) are injected from the gate region (here, p-type) into the drain region and the channel region, the channel region is opened, and the source region is opened. Majority carriers (conduction electrons) flow from the drain to the drain region. At this time, the pn junction formed by the anode region and the cathode region is reverse-biased, so that no current flows back and forth through the off-gate region connected to the anode region.

【0015】そして素子を遮断状態に転じるためにゲー
ト電極の電位を負にすると、ドレイン領域内に蓄積して
いる少数キャリア(正孔)は反対導電型(p型)のゲー
ト領域に流れ込む。この時、前記カソード領域と前記ア
ノード領域の形成するpn接合は順バイアスとなり、前
記ソース領域近傍に存在する過剰少数キャリアは、オフ
・ゲート領域を通ってソース領域近傍からいち早く排除
され、よってターンオフ時間は短縮される。
When the potential of the gate electrode is made negative in order to turn the element to the cutoff state, the minority carriers (holes) accumulated in the drain region flow into the gate region of opposite conductivity type (p type). At this time, the pn junction formed by the cathode region and the anode region is forward-biased, and excess minority carriers existing in the vicinity of the source region are quickly removed from the vicinity of the source region through the off-gate region. Is shortened.

【0016】次に請求項2に記載の発明によれば、この
カソード領域とアノード領域とを、固定電位絶縁電極と
同じ形状の溝の中に形成するので、チップ領域は節約さ
れる。
Next, according to the second aspect of the present invention, since the cathode region and the anode region are formed in the groove having the same shape as the fixed potential insulating electrode, the chip region can be saved.

【0017】次に請求項3に記載の発明によれば、この
カソード領域とアノード領域とを、チップ表面にあって
絶縁された第2の半導体領域たとえば膜状ポリシリコン
領域上に形成することにより、簡便に本発明を実現する
ことが出来る。
According to the third aspect of the present invention, the cathode region and the anode region are formed on the second semiconductor region on the chip surface, which is insulated, for example, a film-like polysilicon region. The present invention can be easily realized.

【0018】次に請求項4に記載の発明によればソース
領域を、チャネル領域に接する2つのp型ゲート領域か
ら等距離の地点を避けて設けることにより、特に誘導性
負荷を駆動する際、ターンオフの途中で前記チャネル領
域の中央に集中しようとする主電流をいち早く遮断し、
かつ、この中央部分に前記オフ・ゲート領域を設けるこ
とにより、集中する電流の成分である正孔をいち早く除
去し、ターンオフ時間を短縮し、さらに素子がターンオ
フ出来る電流値をあげることが出来る。
Next, according to the invention described in claim 4, by providing the source region avoiding a point equidistant from the two p-type gate regions in contact with the channel region, particularly when driving an inductive load, The main current that tends to concentrate in the center of the channel region during the turn-off is quickly cut off,
Moreover, by providing the off-gate region in the central portion, holes which are concentrated current components can be removed quickly, turn-off time can be shortened, and the current value at which the element can be turned off can be increased.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本発明を図面に基づいて詳細に説
明する。
The present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0020】〔実施の形態1〕まず、本発明の実施の形
態1を図1〜図5を用いて説明する。なお、これは前記
請求項1ならびに請求項2を具現化したものである。図
1は本発明の実施の形態1である半導体装置の鳥瞰図、
図2は図1の前面と同じ断面図、図3は図1の上面と同
じ表面図で、図中A−Aによる断面が図2である。図4
は図1の側面と同じ断面図、そして図5は図3中の線分
B−Bにて斬った断面図である。なお、図1と図3にお
いては、説明のため表面電極である金属膜をならびに層
間絶縁膜などを除去した様子を描いている。
[First Embodiment] First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. It should be noted that this embodies claims 1 and 2. 1 is a bird's-eye view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention,
2 is the same sectional view as the front surface of FIG. 1, FIG. 3 is the same surface view as the upper surface of FIG. 1, and the sectional view taken along line AA in FIG. 2 is FIG. Figure 4
3 is the same sectional view as the side surface of FIG. 1, and FIG. 5 is a sectional view taken along line BB in FIG. Note that, in FIGS. 1 and 3, for the sake of explanation, a state in which the metal film as the surface electrode, the interlayer insulating film, and the like are removed is drawn.

【0021】構造を説明する。図1〜図4において、図
中、番号1はn+ 型の基板領域、2はn型のドレイン領
域、3はn+ 型のソース領域、4はMOS型電極、5は
絶縁膜である。MOS型電極4は高濃度のp+ 型ポリシ
リコンよりなる。11はドレイン電極で、基板領域1と
オーミックコンタクトしている。13はソース電極で、
ソース領域3とMOS型電極4とオーミックコンタクト
している。すなわち、MOS型電極4はソース電位に固
定されている。よってこのMOS型電極4と絶縁膜5を
合わせて「固定電位絶縁電極」6と呼ぶ。
The structure will be described. 1 to 4, reference numeral 1 is an n + type substrate region, 2 is an n type drain region, 3 is an n + type source region, 4 is a MOS type electrode, and 5 is an insulating film. The MOS type electrode 4 is made of high concentration p + type polysilicon. A drain electrode 11 is in ohmic contact with the substrate region 1. 13 is a source electrode,
The source region 3 and the MOS electrode 4 are in ohmic contact. That is, the MOS electrode 4 is fixed at the source potential. Therefore, the MOS type electrode 4 and the insulating film 5 are collectively referred to as "fixed potential insulating electrode" 6.

【0022】この固定電位絶縁電極の断面構造は図1な
らびに図2に示すように、たとえば「U」の字のように
側壁がほぼ垂直な溝の中に形成されている。さらに固定
電位絶縁電極6の間に挟まれたドレイン領域2をチャネ
ル領域7と呼ぶ。固定電位絶縁電極6の周辺のドレイン
領域2には、この状態でMOS型電極4から、仕事関数
差に起因する電界によって空乏領域が形成されている
が、この固定電位絶縁電極6に挟まれたチャネル領域7
にはこの空乏領域によって主電流を形成する伝導電子に
対してポテンシャル障壁が形成されており、このままで
はソース領域3とドレイン領域2とは遮断状態になって
いる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the sectional structure of this fixed potential insulated electrode is formed in a groove whose side wall is substantially vertical like a letter "U". Further, the drain region 2 sandwiched between the fixed potential insulating electrodes 6 is called a channel region 7. In this state, a depletion region is formed in the drain region 2 around the fixed potential insulating electrode 6 from the MOS type electrode 4 due to the electric field due to the work function difference. Channel region 7
At this point, a potential barrier is formed by the depletion region for conduction electrons that form the main current, and the source region 3 and the drain region 2 are in a cutoff state as they are.

【0023】なお、チャネル領域の構造はこのポテンシ
ャル障壁を形成するため、図2中のチャネル厚みHはで
きるだけ狭くしてあり、例えばHは2μm以下である。
さらに、ドレイン電界がソース領域近傍の電位分布に影
響を及ぼさないよう、図2中に示すチャネル長Lはチャ
ネル厚みHの2〜3倍以上に設定されている。さらに、
図1ならびに図4に示すように、絶縁膜5に接してソー
ス領域3とは離れたところに、p型のゲート領域8が存
在する。図4中、18はこのゲート領域8とオーミック
コンタクトする電極で「ゲート電極」と呼ぶ。10は層
間絶縁膜である。さらに、図中の「破線」は図3との関
係からわかるように、紙面の奥行き方向にある固定電位
絶縁電極の存在を示したものである。
Since the structure of the channel region forms this potential barrier, the channel thickness H in FIG. 2 is made as small as possible, for example, H is 2 μm or less.
Further, the channel length L shown in FIG. 2 is set to 2 to 3 times or more the channel thickness H so that the drain electric field does not affect the potential distribution near the source region. further,
As shown in FIGS. 1 and 4, a p-type gate region 8 exists in a position in contact with the insulating film 5 and away from the source region 3. In FIG. 4, reference numeral 18 denotes an electrode which makes ohmic contact with the gate region 8 and is called a “gate electrode”. Reference numeral 10 is an interlayer insulating film. Further, as can be seen from the relationship with FIG. 3, the “dashed line” in the figure shows the existence of the fixed potential insulated electrode in the depth direction of the paper surface.

【0024】ここまでは前記従来例と同じ構成である。
さらに本実施の形態においては図1ならびに図4に示す
通り、p+ 型のオフ・ゲート領域40を有し、さらに第
二の溝に絶縁膜55を介してp型のアノード領域44、
そしてその内部にn型のカソード領域48を有し、カソ
ード領域48はゲート電極18とオーミックコンタクト
している。図4ならびに図5において、番号9はオフ・
ゲート領域40とp型アノード領域44とを接続するバ
イパス電極である。
Up to this point, the configuration is the same as that of the conventional example.
Further, in the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 4, a p + type off-gate region 40 is provided, and a p-type anode region 44 is further provided in the second groove via an insulating film 55.
Then, it has an n-type cathode region 48 therein, and the cathode region 48 is in ohmic contact with the gate electrode 18. 4 and 5, the number 9 is off.
It is a bypass electrode that connects the gate region 40 and the p-type anode region 44.

【0025】なお、本実施の形態ではアノード領域44
の存在する溝を固定電位絶縁電極6と同形につくってい
るが、固定電位絶縁電極6と第二の溝との間にはソース
領域3は形成していない。また、図5はアノード領域4
4ならびにカソード領域48の構成を示す断面図であ
る。図中、バイパス電極9はカソード領域44とオーミ
ックコンタクトしている。また、番号8で示されるp型
ゲート領域は、図4に示すように別の領域でゲート電極
18とコンタクトしている。
In this embodiment, the anode region 44 is used.
Although the groove in which is present is formed in the same shape as the fixed potential insulating electrode 6, the source region 3 is not formed between the fixed potential insulating electrode 6 and the second groove. Further, FIG. 5 shows the anode region 4
4 is a cross-sectional view showing the configurations of 4 and a cathode region 48. FIG. In the figure, the bypass electrode 9 is in ohmic contact with the cathode region 44. Further, the p-type gate region indicated by number 8 is in contact with the gate electrode 18 in another region as shown in FIG.

【0026】動作を説明する。この素子は例えばソース
電極13は接地(0Vに)され、ドレイン電極13は負
荷を介して然るべき正の電位を与えて使用する。まず、
ゲート電極18が接地されているとき、素子は遮断状態
にある。この状態ではドレイン領域2にはこのドレイン
電位によって空乏層がのびていて、空乏層中では微量な
がらキャリアが対発生する。そのうち、伝導電子はn+
型基板領域1を通ってドレイン電極へ流れ去り、正孔は
表面の絶縁膜6の界面に到達する。しかし、それによっ
て絶縁膜界面の電位が上昇すると、このままではチャネ
ル領域内の電子に対するポテンシャル障壁は低下する
が、正孔は絶縁膜界面が接する、接地されたp型ゲート
領域8へと移動し、ゲート電極18を通ってへ流れ去
る。よって、チャネル領域に正孔が停滞することはな
く、素子は遮断状態を保ち続ける。
The operation will be described. In this device, for example, the source electrode 13 is grounded (at 0 V), and the drain electrode 13 is used by giving an appropriate positive potential via a load. First,
When the gate electrode 18 is grounded, the device is in the cutoff state. In this state, a depletion layer extends in the drain region 2 due to this drain potential, and a small amount of carriers are generated in the depletion layer. Among them, conduction electrons are n +
After passing through the mold substrate region 1 to the drain electrode, the holes reach the interface of the insulating film 6 on the surface. However, if the potential at the interface of the insulating film rises as a result, the potential barrier for electrons in the channel region lowers as it is, but holes move to the grounded p-type gate region 8 where the interface of the insulating film contacts. It flows away through the gate electrode 18. Therefore, holes do not stagnate in the channel region, and the element keeps the cutoff state.

【0027】次に導通状態であるが、まずゲート電極1
8の電位すなわちp型ゲート領域8の電位に例えば+
0.5Vを印加すると正孔は上記とは逆にp型ゲート領
域8から、これが接している絶縁膜6の界面へと流れ込
んで反転層を形成し、MOS型電極4からチャネル領域
7への電気力線を遮蔽し、その結果として絶縁膜界面の
電位を上昇させて、チャネル領域7中の伝導電子に対す
るポテンシャル障壁高を低下させる。すなわち、これに
よってドレイン領域2とソース領域3は導通状態とな
る。
Next, in the conductive state, first, the gate electrode 1
8 to the potential of the p-type gate region 8, for example, +
On the contrary to the above, when 0.5 V is applied, holes flow from the p-type gate region 8 to the interface of the insulating film 6 in contact therewith to form an inversion layer, and from the MOS-type electrode 4 to the channel region 7. The lines of electric force are shielded, and as a result, the potential at the interface of the insulating film is raised, and the potential barrier height for conduction electrons in the channel region 7 is lowered. That is, this brings the drain region 2 and the source region 3 into conduction.

【0028】さらに、ゲート電極の電位を上げてゆく
と、p型ゲート領域8と周辺のn型領域からなるpn接
合が順バイアスされ、正孔は直接ドレイン領域2ならび
にチャネル領域7へと注入される。すると耐圧を保つた
めに不純物濃度を薄く、高抵抗に作られていたこれらn
型領域は伝導度が高められ、電流は低い抵抗で流れるよ
うになる。このようにチャネル領域7を正孔の導電路と
して使用するため、固定電位絶縁電極6は図1もしくは
図2に示すようにストライプ状に形成されている。この
状態においては、p型アノード領域44とn型カソード
領域48との間のpn接合は逆バイアス状態にあり、従
ってp型のオフ・ゲート領域からは正孔は注入されな
い。なお、ゲート領域に印加される正の電位はせいぜい
1V内外なので、p型アノード領域44とn型カソード
領域48をポリシリコンで形成しても、十分機能する。
When the potential of the gate electrode is further raised, the pn junction composed of the p-type gate region 8 and the peripheral n-type region is forward biased, and holes are directly injected into the drain region 2 and the channel region 7. It Then, in order to maintain the breakdown voltage, the impurity concentration is made thin and these n
The conductivity of the mold region is increased, and the current flows with low resistance. Since the channel region 7 is used as a hole conduction path in this manner, the fixed potential insulating electrode 6 is formed in a stripe shape as shown in FIG. 1 or 2. In this state, the pn junction between the p-type anode region 44 and the n-type cathode region 48 is in a reverse bias state, so no holes are injected from the p-type off-gate region. Since the positive potential applied to the gate region is at most 1 V inside and outside, even if the p-type anode region 44 and the n-type cathode region 48 are made of polysilicon, they sufficiently function.

【0029】主電流を効率的に、すなわち少ないゲート
電流でもって低抵抗で流すためには、注入した正孔が満
遍なくドレイン領域に行き渡って伝導度変調しなければ
ならない。そのためには、ゲート領域とソース領域との
間の距離をある程度離しておかなければならない。一例
としては、この距離はソース領域から基板領域までの距
離程度である。あまりにこの距離が近いと、注入された
正孔の大半が、すぐさま電位の低いソース領域へと流れ
込んでしまい、所謂、電流増幅率が低下してしまう。
In order to allow the main current to flow efficiently, that is, with a low gate current and a low resistance, the injected holes must be evenly distributed to the drain region for conductivity modulation. For that purpose, the distance between the gate region and the source region must be separated to some extent. As an example, this distance is about the distance from the source region to the substrate region. If this distance is too short, most of the injected holes immediately flow into the source region having a low potential, and the so-called current amplification factor decreases.

【0030】次に、この素子をターンオフさせるために
は、ゲート電極に印加した正電位を解除し、接地状態も
しくは負電位を印加すればよい。すると、ドレイン領域
内にあった過剰キャリアは逆にp型ゲート領域へと流れ
込み、ついにはドレイン領域ならびにチャネル領域内の
過剰キャリアが枯渇し、チャネル領域内のポテンシャル
障壁が復活し、再び主電流は遮断される。
Next, in order to turn off this element, the positive potential applied to the gate electrode may be released and the grounded state or a negative potential may be applied. Then, the excess carriers in the drain region flow into the p-type gate region in reverse, and finally the excess carriers in the drain region and the channel region are depleted, the potential barrier in the channel region is restored, and the main current is restored again. Be cut off.

【0031】ここで、ターンオフ時のドレイン領域なら
びにチャネル領域内の過剰正孔の挙動について説明す
る。ターンオフ直前の導通状態においては、過剰正孔は
p型ゲート領域8からドレイン領域ならびにチャネル領
域に注入され、あまねく行き渡って高注入水準状態にあ
る。ひとたびゲート電極の電位が正から負に転じると、
この過剰正孔は逆にp型ゲート領域8に吸い込まれて、
濃度はその近傍から順々に減少してゆく。チャネル領域
においては正孔の供給が停止し、正孔密度が低下してく
ると、正孔は絶縁膜界面に反転層を形成し、以後は反転
層中を伝ってp型ゲート領域へと流れ込む。
Now, the behavior of excess holes in the drain region and the channel region at the time of turn-off will be described. In the conductive state immediately before the turn-off, excess holes are injected from the p-type gate region 8 into the drain region and the channel region, and are generally in a high injection level state. Once the potential of the gate electrode changes from positive to negative,
On the contrary, the excess holes are sucked into the p-type gate region 8,
The concentration gradually decreases from its vicinity. When the supply of holes is stopped in the channel region and the hole density is reduced, the holes form an inversion layer at the interface of the insulating film, and then flow through the inversion layer into the p-type gate region. .

【0032】図6はチャネル領域のp型ゲート領域8と
の接合近傍のポテンシャル分布を計算した立体グラフで
ある。図示した場所はチャネル領域を、図2中の線分C
に沿って素子表面と平行にスライスした平面であり、縦
軸はチャネル領域の電子に対するポテンシャルで、電位
としては上方へ向かって負電位が増加している。図の手
前の辺はソース領域直下のチャネル領域に当たるが、既
にチャネル全域に渡って伝導電子に対するポテンシャル
が高くなっていて空乏化していて、すなわちチャネルが
遮断状態になっている。ゲート領域には−10Vの負電
位を印加してある。通常の1次元pn接合であれば、p
型ゲート領域8の電界はn- 領域側に10数μmに及ぶ
ものが、本発明の場合は、チャネル領域のn- 領域は両
側の接地されたp+ 型MOS型電極の影響により、接合
からせいぜいチャネル厚み(たとえば2μm)程度しか
及ばない。すなわち、本発明の半導体装置においては、
ゲート電極を負電位にしてもその効果は通常のJFET
のように素直にソース領域近傍まで届くことはなく、チ
ャネル領域の正孔の移動は、反転層中のキャリアの濃度
勾配による。よって、チャネル領域中のキャリアの移動
は、抵抗の高いバルク領域ではなく、比較的低抵抗であ
る反転層を伝っている。とはいえ、その距離が長くなれ
ば相対的にはソース領域近傍の正孔濃度の低下には時間
が掛かってしまうことになる。
FIG. 6 is a three-dimensional graph in which the potential distribution in the vicinity of the junction between the channel region and the p-type gate region 8 is calculated. The position shown is the channel region, and the line segment C in FIG.
Is a plane sliced in parallel with the element surface along the vertical axis, and the vertical axis is the potential for electrons in the channel region, and the negative potential increases upward. The side in the front of the figure corresponds to the channel region immediately below the source region, but the potential for conduction electrons has already become high and depleted over the entire region, that is, the channel is in the cutoff state. A negative potential of -10V is applied to the gate region. If it is a normal one-dimensional pn junction, p
Although the electric field of the type gate region 8 reaches a few 10 μm on the side of the n region, in the case of the present invention, the n region of the channel region is affected by the grounded p + type MOS type electrodes so that the n region is separated from the junction. At most, the channel thickness (for example, 2 μm) is reached. That is, in the semiconductor device of the present invention,
Even if the gate electrode has a negative potential, the effect is normal JFET
As described above, the holes do not reach the source region in a straightforward manner, and the movement of holes in the channel region depends on the concentration gradient of carriers in the inversion layer. Therefore, the movement of carriers in the channel region is not in the bulk region having high resistance, but in the inversion layer having relatively low resistance. However, if the distance is long, it takes a relatively long time to reduce the hole concentration in the vicinity of the source region.

【0033】そこで、本実施の形態ではソース領域とゲ
ート領域との間の距離よりソース領域に近い距離にp型
のオフ・ゲート電極40を設けた。ゲート電極に負電位
を印加すると、先のp型アノード領域44とn型カソー
ド領域48との間のpn接合は順バイアスされるので、
チャネル領域7内の過剰正孔は、p型オフ・ゲート領域
40→バイパス電極9→p型アノード領域44→n型カ
ソード領域48→ゲート電極18という経路でも流れる
ことになり、より迅速にソース領域近傍の正孔を排除す
ることが出来るという効果を得る。また、オフ・ゲート
領域40は導通時には何ら機能しないので、ソース領域
3に接触していてもよい。
Therefore, in this embodiment, the p-type off-gate electrode 40 is provided at a distance closer to the source region than the distance between the source region and the gate region. When a negative potential is applied to the gate electrode, the pn junction between the p-type anode region 44 and the n-type cathode region 48 is forward biased.
Excess holes in the channel region 7 also flow through the path of the p-type off-gate region 40 → the bypass electrode 9 → the p-type anode region 44 → the n-type cathode region 48 → the gate electrode 18, so that the source region can be more quickly formed. An effect that holes in the vicinity can be eliminated is obtained. Further, since the off-gate region 40 does not function at all during conduction, it may be in contact with the source region 3.

【0034】また、本実施の形態のように、p型アノー
ド領域44とn型カソード領域48とを、固定電位絶縁
電極6と同形の溝につくりこんである。このような構成
は、素子の製造工程を増やす事なく実現できるという利
点がある。たとえば、オフ・ゲート領域40はp型ゲー
ト領域8とゲート電極18とをオーミックコンタクトさ
せるための高濃度領域の形成(図示していない)と、n
型カソード領域の形成はn+ 型ソース領域3の形成と同
時に形成可能である。
Further, as in the present embodiment, the p-type anode region 44 and the n-type cathode region 48 are formed in the groove having the same shape as the fixed potential insulating electrode 6. Such a structure has an advantage that it can be realized without increasing the number of manufacturing steps of the device. For example, the off-gate region 40 forms a high concentration region (not shown) for making ohmic contact between the p-type gate region 8 and the gate electrode 18, and n
The formation of the type cathode region can be performed simultaneously with the formation of the n + type source region 3.

【0035】〔実施の形態2〕次に、図7は本発明の実
施の形態2を説明する鳥瞰図である。なお、これは前記
請求項3に対応する。これはp型アノード領域44とn
型カソード領域48とを、素子の表面の層間絶縁膜10
の上に新たに形成したポリシリコン膜によって実現した
ものである。ポリシリコン膜はCVD法によって形成可
能であるが、もちろん、別の手法による単結晶シリコン
膜でもよい。このようにすれば、従来例の図1の構造に
付加するだけで簡単に同様の効果が実現できる。また、
p型アノード領域44とn型カソード領域48の不純物
条件などを、その他の半導体領域のパラメータと独立に
設定することができる。
[Second Embodiment] Next, FIG. 7 is a bird's-eye view for explaining a second embodiment of the present invention. This corresponds to claim 3. This is p-type anode region 44 and n
The cathode region 48 and the interlayer insulating film 10 on the surface of the device.
It is realized by a polysilicon film newly formed on the above. The polysilicon film can be formed by the CVD method, but needless to say, it may be a single crystal silicon film formed by another method. In this way, the same effect can be easily realized by simply adding to the structure of FIG. 1 of the conventional example. Also,
Impurity conditions for the p-type anode region 44 and the n-type cathode region 48 can be set independently of the parameters of other semiconductor regions.

【0036】〔実施の形態3〕次に、図8に本発明の実
施の形態3を示す。なお、これは前記請求項4に対応す
るものである。図8は前記図4に対応する側面図であ
る。この実施の形態では、ソース領域とオフ・ゲート領
域の位置に特徴がある。オフ・ゲート領域はちょうど2
つのゲート領域の中間点に位置し、ソース領域はその場
所から離れたところに位置する。これは主に誘導負荷を
駆動する時のことを考慮したものである。抵抗負荷を駆
動する回路において本半導体装置が電流を遮断する際
は、ドレイン電位は主電流の低下と対称的に上昇する
が、誘導負荷を駆動する回路で電流を遮断しようとする
と、誘導負荷は電流値を保持しようとする性質を持つの
で、まずドレイン電位が電源電圧付近まで上昇し、それ
から電流が低下する。この期間、半導体内ではまずp型
ゲート領域8の近傍から過剰キャリアがなくなって徐々
に抵抗が高くなってゆくので、電流はいきおいゲート領
域から等距離に当たる領域に集中することになる。それ
でも全体の電流値は低下しないので、非常に高い電流密
度が局所的にこの領域に集中する。
[Third Embodiment] FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention. This corresponds to claim 4. FIG. 8 is a side view corresponding to FIG. This embodiment is characterized by the positions of the source region and the off gate region. Off gate area is just 2
It is located at the midpoint of the two gate regions and the source region is located away from that location. This is mainly for driving an inductive load. When the semiconductor device cuts off the current in the circuit driving the resistive load, the drain potential rises symmetrically with the decrease in the main current, but if the circuit driving the inductive load tries to cut off the current, the inductive load Since it has the property of holding the current value, the drain potential first rises to near the power supply voltage, and then the current drops. During this period, first, in the semiconductor, excess carriers disappear from the vicinity of the p-type gate region 8 and the resistance gradually increases, so that the current concentrates in a region equidistant from the gate region. However, since the total current value does not decrease, a very high current density is locally concentrated in this area.

【0037】ドレイン領域内に空乏層を形成して主電流
を構成する電荷をかき集め、それも出来なくなると初め
て電流値が低下する。そこで、この電流が最後に集中す
る領域にオフ・ゲート領域を配置し、いち早くこの周辺
の伝導度を下げてしまうことにより、さらに早い主電流
のターンオフが可能となる。また、この電流値と遮断時
のドレイン電圧がある程度高くなると、ターンオフの瞬
間には急峻な電位勾配を持つ領域を高密度の電流が走行
することでキャリア対発生が起こり、チャネルを開く正
孔が供給されターンオフしづらくなる。が、本実施の形
態では将にその正孔電流がチャネル領域に到達する部分
にオフ・ゲート領域を配置してこれを排除するので、到
達した正孔はソース領域前面のチャネル領域を通らず、
チャネルは迅速に遮断される。すなわち、所謂デバイス
の逆バイアス安全動作領域(RBSOA)を広げること
ができる。なお、ソース領域とオフ・ゲート領域との間
の距離は、チャネル長Lと同程度以上あればよい。
The current value drops only when the depletion layer is formed in the drain region to collect the electric charge which constitutes the main current and the electric current cannot be collected. Therefore, by arranging the off-gate region in the region where this current is finally concentrated and quickly lowering the conductivity around this region, it is possible to turn off the main current even earlier. Further, when the current value and the drain voltage at the time of cutoff become high to some extent, a high-density current travels in a region having a steep potential gradient at the moment of turn-off, carrier pair generation occurs, and holes opening the channel are generated. It is supplied and it is difficult to turn off. However, in the present embodiment, since the off-gate region is arranged in a portion where the hole current reaches the channel region and is excluded, the reached hole does not pass through the channel region in front of the source region,
The channel is shut off quickly. That is, it is possible to widen the so-called reverse bias safe operation area (RBSOA) of the device. The distance between the source region and the off-gate region may be equal to or longer than the channel length L.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、タ
ーンオフ時に排除される過剰少数キャリアを、デバイス
の他の特性を損なうことなく素早く除去することがで
き、デバイスのターンオフ時間を短縮することが出来
る。
As described above, according to the present invention, excess minority carriers eliminated at turn-off can be quickly removed without impairing other characteristics of the device, and the turn-off time of the device can be shortened. Can be done.

【0039】さらに前記実施の形態1によれば、上記の
基本的効果の他に、前記アノード領域と前記カソード領
域を前記固定電位絶縁電極と同じ工程によって形成する
溝の中につくり込むことで、チップ面積を節約し、また
新たな製造工程を付加せずにつくることができる。
Further, according to the first embodiment, in addition to the above basic effects, the anode region and the cathode region are formed in the groove formed in the same step as the fixed potential insulated electrode, It saves the chip area and can be manufactured without adding a new manufacturing process.

【0040】また、前記実施の形態2によれば、上記の
基本的効果の他に、前記アノード領域と前記カソード領
域を表面に形成した膜状半導体領域につくることによ
り、簡便に実現することができる。さらに、これらの形
成パラメータを他の構造の製造パラメータとは独立して
設定する事が出来る。
Further, according to the second embodiment, in addition to the basic effects described above, the anode region and the cathode region can be easily realized by forming them in the film-shaped semiconductor region formed on the surface. it can. Furthermore, these formation parameters can be set independently of the manufacturing parameters of other structures.

【0041】また、前記実施の形態3によれば、上記の
基本的効果の他に、誘導負荷を駆動する際の少なくとも
逆バイアス時安全動作領域(RBSOA)を広げること
ができる。
Further, according to the third embodiment, in addition to the above basic effects, it is possible to widen at least the reverse bias safe operation area (RBSOA) when driving an inductive load.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態1を説明する鳥瞰図であ
る。
FIG. 1 is a bird's-eye view illustrating a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の前面と同じ断面図である。FIG. 2 is the same sectional view as the front surface of FIG.

【図3】図1の上面と同じ表面図である。FIG. 3 is the same surface view as the top surface of FIG.

【図4】図1の側面と同じ断面図である。4 is the same cross-sectional view as the side surface of FIG.

【図5】図3中の線分B−Bに沿った断面図である。5 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.

【図6】チャネル領域のポテンシャル分布を説明するグ
ラフである。
FIG. 6 is a graph illustrating a potential distribution in a channel region.

【図7】本発明の実施の形態2を説明する側面図であ
る。
FIG. 7 is a side view illustrating a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態3を説明する側面図であ
る。
FIG. 8 is a side view explaining a third embodiment of the present invention.

【図9】従来例を説明する鳥瞰図である。FIG. 9 is a bird's-eye view illustrating a conventional example.

【図10】図9の前面と同じ断面図である。10 is the same cross-sectional view as the front surface of FIG.

【図11】図9の上面と同じ断面図である。FIG. 11 is the same cross-sectional view as the top surface of FIG.

【図12】図9の側面と同じ断面図である。FIG. 12 is the same cross-sectional view as the side surface of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・・・n+ 型基板領域 11・・・・・・ドレイン電極 2・・・・・・n- 型ドレイン領域 3・・・・・・n+ 型ソース領域 4・・・・・・p+ 型MOS電極 44・・・・・・p型アノード領域 48・・・・・・n型カソード領域 5,55・・・絶縁膜 6・・・・・・固定電位絶縁電極 7・・・・・・チャネル領域 8・・・・・・p型ゲート領域 18・・・・・・ゲート電極 9・・・・・・バイパス電極 10・・・・・・層間絶縁膜 L・・・・・・チャネル長 H・・・・・・チャネル厚み1 ...... n + -type substrate region 11 · · drain electrode 2 ...... n - -type drain region 3 ...... n + -type source region 4 ... ..P.sup. + Type MOS electrode 44..p type anode region 48..n type cathode region 5, 55..insulating film 6..fixed potential insulating electrode 7 .. Channel region 8 P-type gate region 18 Gate electrode 9 Bypass electrode 10 Interlayer insulating film L ... Channel length H ... Channel thickness

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/78 301G 658H ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 29/78 301G 658H

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ドレイン領域である一導電型の半導体基
体の一主面に接して同一導電型のソース領域を有し、 前記主面に接して前記ソース領域を挟み込むように配置
された第一の溝を有し、 前記第一の溝の側壁は前記主面に対してほぼ直角に形成
されていて、 前記第一の溝の内部には、第一の絶縁膜によって前記ド
レイン領域と絶縁された第一の絶縁電極を有し、 前記第一の絶縁電極は、前記第一の絶縁膜を介して隣接
する前記ドレイン領域に空乏領域を形成するような仕事
関数の導電性材料から成り、 前記第一の絶縁電極は前記ソース領域と同電位に保たれ
ていて、 前記ソース領域に接する前記ドレイン領域の一部であっ
て、前記第一の絶縁電極によって挟み込まれたチャネル
領域を有し、 前記チャネル領域には前記第一の絶縁電極の周囲に形成
された前記空乏領域によって多数キャリアの移動を阻止
するポテンシャル障壁が形成されていて、 遮断状態における前記ドレイン領域側からの電界が前記
ソース領域近傍に影響を及ぼさないように、前記チャネ
ル領域にあって前記第一の溝の底部から前記ソース領域
までの距離すなわちチャネル長は、前記チャネル領域に
あって対面する前記第一の溝の側壁同士の距離すなわち
チャネル厚みの、少なくとも2乃至3倍以上となってお
り、 さらに、前記第一の絶縁電極を取り囲む前記第一の絶縁
膜の界面に少数キャリアを供給して反転層を形成し、前
記第一の絶縁電極から前記ドレイン領域への電界を遮蔽
して前記チャネル領域に形成されたポテンシャル障壁を
減少もしくは消滅させてチャネルを開くべく、前記第一
の絶縁膜ならびに前記ドレイン領域に接して、前記ソー
ス領域には接しない、反対導電型のゲート領域を有し、 前記ゲート領域と電気的に接続するゲート電極を少なく
とも有する半導体装置において、 前記主面に接した前記チャネル領域に、前記ゲート領域
と前記ソース領域との間に、少なくとも前記ゲート領域
とは接しない、反対導電型のオフ・ゲート領域を有し、 前記オフ・ゲート領域は金属電極によって反対導電型の
アノード領域と接続し、 前記アノード領域は同一導電型のカソード領域と接続し
て整流性接合を形成し、 前記カソード領域は前記ゲート電極と電気的に接続して
いる、ことを特徴とする半導体装置。
1. A source region of the same conductivity type is in contact with one main surface of a semiconductor substrate of one conductivity type which is a drain region, and a first region is arranged in contact with the main surface so as to sandwich the source region. And a sidewall of the first groove is formed substantially at a right angle to the main surface, and the inside of the first groove is insulated from the drain region by a first insulating film. A first insulating electrode, the first insulating electrode is made of a conductive material having a work function such that a depletion region is formed in the drain region adjacent to the first insulating film, The first insulated electrode is kept at the same potential as the source region, is a part of the drain region in contact with the source region, and has a channel region sandwiched by the first insulated electrode, In the channel region of the first insulated electrode A potential barrier that blocks the movement of majority carriers is formed by the depletion region formed in the enclosure, and the channel region is formed so that the electric field from the drain region side in the cutoff state does not affect the vicinity of the source region. And the distance from the bottom of the first groove to the source region, that is, the channel length, is at least 2 to 3 times the distance between the sidewalls of the first groove facing each other in the channel region, that is, the channel thickness. Further, minority carriers are supplied to the interface of the first insulating film surrounding the first insulating electrode to form an inversion layer, and an electric field from the first insulating electrode to the drain region is formed. To open the channel by blocking or blocking the potential barrier formed in the channel region and opening the channel. A semiconductor device having a gate region of an opposite conductivity type that is in contact with the drain region and not in contact with the source region, and has at least a gate electrode electrically connected to the gate region, wherein the semiconductor device is in contact with the main surface. In the channel region, between the gate region and the source region, there is at least an off-gate region of opposite conductivity type that is not in contact with the gate region, and the off-gate region is of opposite conductivity type due to a metal electrode. A semiconductor device, which is connected to an anode region, the anode region is connected to a cathode region of the same conductivity type to form a rectifying junction, and the cathode region is electrically connected to the gate electrode. .
【請求項2】 前記主面に接して第二の溝を有し、 前記第二の溝の内部には第二の絶縁膜を介して前記アノ
ード領域と前記カソード領域を有する、ことを特徴とす
る、前記請求項1に記載の半導体装置。
2. A second groove is provided in contact with the main surface, and the inside of the second groove has the anode region and the cathode region with a second insulating film interposed therebetween. The semiconductor device according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記主面に接して第三の絶縁膜を有し、 前記第三の絶縁膜上に形成された第二の半導体領域に、
前記アノード領域と前記カソード領域とを有する、こと
を特徴とする、前記請求項1に記載の半導体装置。
3. A third insulating film is provided in contact with the main surface, and in a second semiconductor region formed on the third insulating film,
The semiconductor device according to claim 1, comprising the anode region and the cathode region.
【請求項4】 前記第一の溝の両端に前記ゲート領域が
接していて、 前記主面に接して、2つの前記第一の溝の側壁に挟ま
れ、かつ、前記ゲート領域と前記チャネル領域との形成
する2つの接合に囲まれた領域にあって、前記2つの接
合からほぼ等距離にあたる領域に前記オフ・ゲート領域
を有し、 前記オフ・ゲート領域と前記ゲート領域との間に前記ソ
ース領域を有する、ことを特徴とする、前記請求項1に
記載の半導体装置。
4. The gate region is in contact with both ends of the first groove, is in contact with the main surface, and is sandwiched between two sidewalls of the first groove, and the gate region and the channel region. The off-gate region is located in a region surrounded by two junctions formed by the two junctions, and the region is substantially equidistant from the two junctions, and the off-gate region is provided between the off-gate region and the gate region. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a source region.
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