JP3533925B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3533925B2
JP3533925B2 JP02220998A JP2220998A JP3533925B2 JP 3533925 B2 JP3533925 B2 JP 3533925B2 JP 02220998 A JP02220998 A JP 02220998A JP 2220998 A JP2220998 A JP 2220998A JP 3533925 B2 JP3533925 B2 JP 3533925B2
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region
electrode
groove
insulating
channel
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林  哲也
善則 村上
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Nissan Motor Co Ltd
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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】本発明の背景となる従来技術として本出
願人が以前に出願した特開平6−252408号公報を
引用する。図8〜図11は前記公報から引用した半導体
装置の構造図である。なお、図中番号および部位の名称
などは説明のため適宜変更して記載する。図8は基本構
造を示す斜視図、図9は図8の前面と同じ部分を示す断
面図、図10は図8の上面と同じ部分を示す表面図、図
11は図8の側面と同じ断面図である。また、図10の
表面図中の線分A−Aに沿って紙面に垂直に切った断面
図が図9に相当し、同じく線分B−Bに沿って切った断
面図が図11に相当する。なお、図10および図11は
ともに図8に示した基本構造の4単位分を示している。
2. Description of the Related Art As the prior art which is the background of the present invention, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-252408 filed by the applicant of the present application is cited. 8 to 11 are structural views of the semiconductor device cited from the above publication. It should be noted that the numbers and names of parts in the drawings are appropriately changed for description. 8 is a perspective view showing the basic structure, FIG. 9 is a sectional view showing the same part as the front surface of FIG. 8, FIG. 10 is a surface view showing the same part as the upper surface of FIG. 8, and FIG. 11 is the same cross section as the side surface of FIG. It is a figure. Further, a cross-sectional view taken along line AA in the surface view of FIG. 10 perpendicular to the paper surface corresponds to FIG. 9, and a cross-sectional view taken along line BB similarly corresponds to FIG. 11. To do. 10 and 11 both show four units of the basic structure shown in FIG.

【0003】上記の図中、番号51はn+型の基板領
域、52はn型のドレイン領域、53はn+型のソース
領域、54はMOS型電極、55は絶縁膜である。MO
S型電極54は高濃度のp+型ポリシリコンよりなる。
61はドレイン電極で、基板領域51とオーミックコン
タクトしている。また、図9、図11に示した63はソ
ース電極で、ソース領域53およびMOS型電極54と
オーミックコンタクトしている。すなわち、MOS型電
極54はソース電位に固定されている。よって、このM
OS型電極54と絶縁膜55を合わせて「固定電位絶縁
電極」56と呼ぶ。この固定電位絶縁電極の断面構造は
図9に示すように例えば「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。
In the above figures, reference numeral 51 is an n + type substrate region, 52 is an n type drain region, 53 is an n + type source region, 54 is a MOS type electrode, and 55 is an insulating film. MO
The S-type electrode 54 is made of high-concentration p + -type polysilicon.
A drain electrode 61 is in ohmic contact with the substrate region 51. Reference numeral 63 shown in FIGS. 9 and 11 denotes a source electrode which makes ohmic contact with the source region 53 and the MOS type electrode 54. That is, the MOS electrode 54 is fixed at the source potential. Therefore, this M
The OS type electrode 54 and the insulating film 55 are collectively referred to as “fixed potential insulating electrode” 56. As shown in FIG. 9, 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9において、ドレイン領域52中
の固定電位絶縁電極56の間に挟まれた部分をチャネル
領域57と呼ぶ。また、チャネル領域内で対向する2つ
の固定電位絶縁電極間の距離を「チャネル厚みH」と呼
び、ソース領域3から固定電位絶縁電極6の底部までの
距離を「チャネル長L」と呼ぶことにする。このチャネ
ル長Lはチャネル厚みHの2乃至3倍以上と設定してあ
る。この条件により、チャネル領域7の遮断状態はアバ
ランシェ降伏条件まで保たれる。
Further, in FIG. 9, a portion sandwiched between the fixed potential insulating electrodes 56 in the drain region 52 is called a channel region 57. Further, the distance between two fixed potential insulated electrodes facing each other in the channel region is called “channel thickness H”, and the distance from the source region 3 to the bottom of the fixed potential insulated electrode 6 is called “channel length L”. To do. The channel length L is set to be 2 to 3 times or more the channel thickness H. Under this condition, the cutoff state of the channel region 7 is maintained until the avalanche breakdown condition.

【0005】さらに、図8ならびに図11に示すよう
に、絶縁膜55に接してソース領域53とは離れたとこ
ろに、p型のゲート領域58が存在する。図11中、6
8はこのゲート領域58とオーミックコンタクトする電
極で「ゲート電極」と呼ぶ。なお、60は層間絶縁膜で
ある。また、図11中の「破線」は図8との関係から分
かるように紙面の奥行き方向にある固定電位絶縁電極5
6の存在を示したものである。また、図10中の59は
ゲート電極68がゲート領域58とオーミックコンタク
トするゲートコンタクトホールである。
Further, as shown in FIGS. 8 and 11, there is a p-type gate region 58 in contact with the insulating film 55 and away from the source region 53. 6 in FIG.
Reference numeral 8 denotes an electrode which makes ohmic contact with the gate region 58 and is called a "gate electrode". Reference numeral 60 is an interlayer insulating film. Also, as can be seen from the relationship with FIG. 8, the “dashed line” in FIG. 11 indicates the fixed potential insulated electrode 5 in the depth direction of the paper surface.
6 shows the existence of 6. Reference numeral 59 in FIG. 10 denotes a gate contact hole where the gate electrode 68 makes ohmic contact with the gate region 58.

【0006】上記の半導体装置は、ゲート電流値によっ
てドレイン電流が制御される電流制御型の半導体装置で
あり、ゲート電極が接地されているとき遮断状態にな
る、いわゆるノーマリ・オフ型の素子である。
The above semiconductor device is a current control type semiconductor device in which the drain current is controlled by the gate current value, and is a so-called normally-off type element which is in a cutoff state when the gate electrode is grounded. .

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】電流制御型の半導体装
置の特性を示す一つ指標として、「ドレイン電流値/ゲ
ート電流値」の比、所謂「電流増幅率」がある。制御の
簡便さからすると電流増幅率は大きいほうが、すなわ
ち、同じドレイン電流値を流すために必要なゲート電流
値は小さいほうが望ましい。ゲート電流の成分は、
(1)p型のゲート領域58からn型領域へ注入された
正孔電流と、(2)n+型のソース領域53からp型の
ゲート領域58へ飛び込む電子電流とからなる。さら
に、前者(1)は、(1a)高水準注入状態のドレイン
領域52の中で対消滅する成分と、(1b)n+型のソ
ース領域53に飛び込んで消滅する成分に分類できる。
電流増幅率を向上させるためには、これら3種類の成分
を抑制する必要がある。
One of the indexes showing the characteristics of the current control type semiconductor device is a ratio of "drain current value / gate current value", that is, a so-called "current amplification factor". From the viewpoint of easiness of control, it is desirable that the current amplification factor is large, that is, the gate current value required to flow the same drain current value is small. The component of the gate current is
(1) A hole current injected from the p-type gate region 58 into the n-type region, and (2) an electron current jumping from the n + -type source region 53 to the p-type gate region 58. Furthermore, the former (1) can be classified into (1a) a component that disappears in the high-level-implanted drain region 52, and (1b) a component that disappears by jumping into the n + -type source region 53.
In order to improve the current amplification factor, it is necessary to suppress these three types of components.

【0008】この半導体装置をスイッチングデバイスと
して扱うことを考えると、前記(1a)の成分は、ドレ
イン電流密度が数十A/cm2以上の高電流モードにお
いては、支配的ではない。そして前記(1b)の成分を
抑制するためには、n+型のソース領域53のサイズを
小さくすればよい。これは比較的簡単に実現可能であ
り、図11などでもソース領域53を小さく形成した図
を示している。
Considering this semiconductor device as a switching device, the component (1a) is not dominant in the high current mode in which the drain current density is several tens A / cm 2 or more. To suppress the component (1b), the size of the n + type source region 53 may be reduced. This can be achieved relatively easily, and FIG. 11 and the like also show a diagram in which the source region 53 is formed small.

【0009】前記(2)の成分を抑制するためには、p
型のゲート領域58のサイズを小さくすればよいが、こ
れには限界があった。すなわち、図8〜図11に示した
従来例では、上述した遮断状態を実現すべく「チャネル
厚みH」に相当する固定電位絶縁電極56同士の間隔
は、素子特性を向上させるため、フォト装置で実現可能
な最小パターンサイズで形成することになる。そのた
め、ソース電極63と同電位の固定電位絶縁電極56同
士の間隙に、ゲート領域58とゲート電極68とを接続
するゲートコンタクトホール59を形成することはでき
ない。そこで、図10などに示すようにゲートコンタク
トホール59を形成する領域の部分だけ固定電位絶縁電
極56を途切れさせなければならず、固定電位絶縁電極
56に端部が生じる。このゲートコンタクトホール59
を前記と同様に必要最小限のサイズとしても、コンタク
トホール59と固定電位絶縁電極56との距離を上記の
最小単位は空けなければならない。したがって対面する
固定電位絶縁電極56の端部同士は図11の中央部に示
すように、比較的離れてしまう。そのため、これだけの
構造では遮断状態におけるドレイン電界がこの固定電位
絶縁電極56の端部に集中し、素子耐圧が劣化してしま
うという問題がある。
In order to suppress the above component (2), p
It is sufficient to reduce the size of the gate region 58 of the mold, but this has a limit. That is, in the conventional example shown in FIGS. 8 to 11, the gap between the fixed potential insulating electrodes 56 corresponding to the “channel thickness H” in order to realize the above-mentioned cutoff state is improved by the photo device in order to improve the element characteristics. It will be formed with the smallest feasible pattern size. Therefore, the gate contact hole 59 that connects the gate region 58 and the gate electrode 68 cannot be formed in the gap between the fixed potential insulating electrodes 56 having the same potential as the source electrode 63. Therefore, as shown in FIG. 10 and the like, the fixed potential insulating electrode 56 must be interrupted only in the region where the gate contact hole 59 is formed, and the fixed potential insulating electrode 56 has an end portion. This gate contact hole 59
In the same manner as described above, even if the size is set to the minimum size, the distance between the contact hole 59 and the fixed potential insulated electrode 56 must be set to the above minimum unit. Therefore, the end portions of the fixed potential insulated electrode 56 facing each other are relatively separated from each other, as shown in the central portion of FIG. Therefore, with such a structure, there is a problem that the drain electric field in the cutoff state is concentrated on the end portion of the fixed potential insulating electrode 56, and the breakdown voltage of the element deteriorates.

【0010】これを防ぐためには、素子の遮断状態にお
いてドレイン電圧が上昇してドレイン領域52内に強い
電界が発生しても、固定電位絶縁電極56の端部に電界
がかからない程度に深く濃いゲート領域58を形成し
て、固定電位絶縁電極56の端部を覆うようにする必要
があった。しかし、そうすることによりゲート領域58
は横方向にも広がってしまい、ゲート領域58が大きく
なってしまう。したがってゲート領域58のサイズを小
さくして、前記(2)のゲート電流の成分、すなわち導
通状態においてゲート領域58に飛び込む電子電流を抑
制するには限界がある、という問題があった。
In order to prevent this, even if the drain voltage rises and a strong electric field is generated in the drain region 52 in the cut-off state of the element, the gate is deep and dark enough that the electric field is not applied to the end of the fixed potential insulating electrode 56. It was necessary to form the region 58 so as to cover the end of the fixed potential insulating electrode 56. However, in doing so, the gate region 58
Also spreads laterally, and the gate region 58 becomes large. Therefore, there is a problem in that there is a limit to reducing the size of the gate region 58 and suppressing the component (2) of the gate current, that is, the electron current jumping into the gate region 58 in the conductive state.

【0011】本発明は上記のような問題点に着目し、素
子の耐圧を維持しつつ、電流増幅率の高い半導体装置を
提供することを目的としている。
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a high current amplification factor while keeping the breakdown voltage of the element in view of the above problems.

【0012】[0012]

【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、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(ここではn
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複数個有す
る。前記ソース領域を挟み込むためには一般には2つの
溝が必要だが、コの字型の一個の溝で挟んでもよい。ま
た、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、かつ、前記ソース領域と同電
位に保たれた第一の絶縁電極(例えば後記図1の固定電
位絶縁電極56に相当)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(たと
えばp型ポリシリコン)から成る。そして、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(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
されている。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厚みの、少なくとも2
乃至3倍以上となっている。
In order to achieve the above object, the present invention has a structure as set forth in the claims. That is, according to the first aspect of the invention, the semiconductor substrate of one conductivity type (for example, n type) that is the drain region is in contact with one main surface of the same conductivity type (here, n type).
A source region of the mold), having several double the first grooves which are arranged so as to sandwich the source region in contact with the main surface. Two grooves are generally required to sandwich the source region, but one source having a U-shape may be used. Further, inside the first groove, a first insulating electrode insulated from the drain region by a first insulating film and kept at the same potential as the source region (for example, fixed potential insulation shown in FIG. 1 described later). Corresponding to the electrode 56), and the first insulating electrode has a work function conductive material (for example, p-type polysilicon) that forms a depletion region in the drain region adjacent to the first insulating film. ) Consists of. 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. The depletion region forms a potential barrier that blocks the movement of majority carriers (conduction electrons here). Further, in order to prevent the electric field from the drain region side in the cutoff state from affecting 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, At least 2 of the distance between the side walls of the first groove facing each other in the channel region, that is, the channel thickness.
To 3 times or more.

【0013】さらに、前記主面に臨んで、前記第一の溝
ならびに前記ソース領域に接しない第二の溝を有し、前
記第二の溝の内部には、第二の絶縁膜によって前記ドレ
イン領域と絶縁された第二の絶縁電極(例えば後記図1
の可変電位絶縁電極16に相当)を有する。さらに、前
記遮断状態において、前記第一の溝の端部に前記ドレイ
ン領域からの電界が集中するのを緩和すべく、前記第二
の溝は前記第一の溝の端部の近傍に配置されている。
Further, it has a first groove and a second groove which is not in contact with the source region and faces the main surface. Inside the second groove, the drain is formed by a second insulating film. A second insulated electrode insulated from the area (see, for example, FIG.
Corresponding to the variable potential insulating electrode 16). Further, in the cutoff state, the second groove is arranged in the vicinity of the end of the first groove in order to reduce the concentration of the electric field from the drain region at the end of the first groove. ing.

【0014】さらに、前記主面に臨んで、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)を導入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前記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、前記第二
の絶縁膜に接して、前記ソース領域には接しない、反対
導電型(たとえばp型)のゲート領域を有し、このゲー
ト領域は前記第二の絶縁電極と接続されている構成とす
る。なお、上記の構成は、例えば後記、図1〜図7に示
す実施の形態に対応する。
Further, minority carriers (here, holes) are introduced into the interface of the first insulating film surrounding the first insulating electrode to face the main surface to form an inversion layer. In order to shield the electric field from the insulating electrode to the drain region and reduce or eliminate the potential barrier formed in the channel region to open the channel, the source region is in contact with the second insulating film. It has a gate region of the opposite conductivity type (for example, p-type) which is not in contact with the gate region and is connected to the second insulating electrode. The above configuration corresponds to, for example, the embodiment shown in FIGS.

【0015】このような構成による作用について説明す
る。前記ゲート領域が前記ソース領域と同電位に保たれ
状態、すなわち素子が遮断状態にあるとき、前記第二の
溝が前記第一の溝の端部の近傍に形成されているため、
ドレイン電位が上昇しても、前記第一の溝の前記端部に
電界が集中してアバランシェ降伏条件に達することはな
い。また、素子が導通状態にあるとき、前記同一導電型
(ここではn型)の前記ドレイン領域には、反対導電型
(ここではp型)の前記ゲート領域から少数キャリア
(ここでは正孔)が注入されて高水準注入状態になって
おり、多数キャリア(ここでは伝導電子)も随所に多数
存在する。その多数キャリア(ここでは伝導電子)の一
部は前記反対導電型(ここではp型)の前記ゲート領域
に飛び込んでゲート電流の一部を構成するが、前記ゲー
ト領域が浅くて横方向の広がりも小さく形成されていれ
ば、前記ゲート領域に飛び込んで消滅する多数キャリア
(ここでは伝導電子)の割合は比較的小さく、一定の主
電流を流すために必要なゲート電流値は低く抑えられ
る。
The operation of this structure will be described. A state in which the gate region is kept at the same potential as the source region, that is, when the element is in a blocking state, because the second groove is formed near the end of the first groove,
Even if the drain potential rises, the electric field is not concentrated on the end portion of the first groove and the avalanche breakdown condition is not reached. Further, when the element is in a conductive state, minority carriers (here, holes) are supplied from the gate region of opposite conductivity type (here, p type) to the drain region of the same conductivity type (here, n type). It is injected into a high-level injection state, and majority carriers (here, conduction electrons) also exist in many places. Some of the majority carriers (here, conduction electrons) jump into the gate region of the opposite conductivity type (here, p type) to form a part of the gate current, but the gate region is shallow and spreads in the lateral direction. If it is formed to be small, the proportion of majority carriers (conduction electrons here) that jump into the gate region and disappear is relatively small, and the gate current value required to flow a constant main current can be kept low.

【0016】また、請求項2に記載の発明においては、
前記第一の絶縁電極と前記第二の絶縁電極とは、その長
さ方向に一直線状に並んでおらず相互にずれた位置に配
列されている。なお、この構成は、例えば後記図5の実
施の形態に相当する。
Further, in the invention described in claim 2,
The first insulating electrode and the second insulating electrode are not aligned in a straight line in the length direction but are arranged at positions displaced from each other. Note that this configuration corresponds to, for example, the embodiment of FIG. 5 described later.

【0017】また、請求項3に記載の発明においては、
平行に配列された複数の第一の絶縁電極同士および平行
に配列された複数の第二の絶縁電極同士は、その端部の
位置が相互にずれた位置になるように配置されている。
なお、この構成は、例えば後記図6の実施の形態に相当
する。この場合には図6に示すように、第一の絶縁電極
同士の間に第二の絶縁電極の端部が入り込むこともあり
得る。
Further, in the invention described in claim 3,
The plurality of first insulated electrodes arranged in parallel and the plurality of second insulated electrodes arranged in parallel are arranged such that their end portions are displaced from each other.
Note that this configuration corresponds to, for example, the embodiment of FIG. 6 described later. In this case, as shown in FIG. 6, the end portion of the second insulated electrode may enter between the first insulated electrodes.

【0018】また、請求項4に記載の発明においては、
前記ゲート領域が前記第の絶縁電極の第の絶縁膜に
接していないものである。なお、この構成は、例えば後
記図7の実施の形態に相当する。
Further, in the invention described in claim 4,
In which the gate region is not in contact with the first insulating film of said first insulated electrode. Note that this configuration corresponds to, for example, the embodiment of FIG. 7 described later.

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明においては、ゲート領域のサイズ
を小さくすることができるため、電流増幅率が向上す
る。さらに、セルサイズも縮小されるため、電流増幅率
がさらに向上し、ターンオフ時間も短縮される、という
効果が得られる。また、請求項2〜請求項4に記載の発
明においては、上記の効果に加えて、設計の自由度が向
上し、さらにセルサイズを縮小することができる。その
ためセル密度が向上し、電流増幅率が向上するとともに
ターンオフ時間もさらに短縮される。
According to the present invention, since the size of the gate region can be reduced, the current amplification factor is improved. Further, since the cell size is reduced, the current amplification factor is further improved and the turn-off time is shortened. Further, in the inventions according to claims 2 to 4, in addition to the above effects, the degree of freedom in design is improved and the cell size can be further reduced. Therefore, the cell density is improved, the current amplification factor is improved, and the turn-off time is further shortened.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態よって
詳細に説明する。 (第一の実施の形態)図1〜図4は、本発明の第一の実
施の形態を示す図である。これは前記請求項1に相当す
る。図1は素子の基本構造を示す斜視図、図2は図1の
前面と同じ部分を示す断面図、図3は図1の上面と同じ
部分を示す表面図、図4は図1の側面と同じ断面図であ
る。図3の表面図中の線分A−Aに沿って紙面に垂直に
切った断面図が図2であり、同じく線分B−Bに沿って
切った断面図が図4である。なお図3と図4は、ともに
図1に示した基本構造の4単位分を示している。また、
上記図1と図3においては、説明のため表面の電極であ
る金属膜ならびに表面保護膜を除去した様子を描いてい
る。なお、この実施の形態では半導体をシリコンとして
説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below with reference to embodiments. (First Embodiment) FIGS. 1 to 4 are views showing a first embodiment of the present invention. This corresponds to claim 1. 1 is a perspective view showing the basic structure of the device, FIG. 2 is a sectional view showing the same part as the front surface of FIG. 1, FIG. 3 is a surface view showing the same part as the upper surface of FIG. 1, and FIG. 4 is a side view of FIG. It is the same sectional view. 2 is a sectional view taken along line AA in the front view of FIG. 3 and perpendicular to the paper surface, and FIG. 4 is a sectional view taken along line B-B. 3 and 4 both show four units of the basic structure shown in FIG. Also,
In FIG. 1 and FIG. 3 described above, a state in which the metal film which is the electrode on the surface and the surface protective film are removed is illustrated for the sake of explanation. In this embodiment, the semiconductor will be described as silicon.

【0021】初めに素子構造を説明する。まず図1〜図
4中において、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は第一のM
OS型電極、5は第一の絶縁膜である。第一の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とさらに第
一のMOS型電極4とオーミックコンタクトしている。
すなわち、第一のMOS型電極4はソース電位に固定さ
れている。よって、この第一のMOS型電極4と第一の
絶縁膜5を合わせて「固定電位絶縁電極」6(請求の範
囲における第一の絶縁電極に相当)と呼ぶ。この固定電
位絶縁電極6の断面構造は図2に示すように例えば
「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。また図中、ソース領域3は第一の絶縁膜5に接
しているように描いているが、ソース領域3が固定電位
絶縁電極6に挟み込まれるように配置されていれば接し
ていなくてもよい。さらに図2において固定電位絶縁電
極6相互間に挟まれたドレイン領域2をチャネル領域7
と呼ぶ。ここまでは前記の従来例と同様の構成である。
First, the device structure will be described. First, in FIGS. 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, and 4 is a first M region.
The OS type electrode 5 is a first insulating film. The first 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. A source electrode 13 is in ohmic contact with the source region 3 and further with the first MOS type electrode 4.
That is, the first MOS type electrode 4 is fixed to the source potential. Therefore, the first MOS type electrode 4 and the first insulating film 5 are collectively referred to as "fixed potential insulating electrode" 6 (corresponding to the first insulating electrode in the claims). As shown in FIG. 2, the cross-sectional structure of the fixed potential insulated electrode 6 is formed in a groove whose side wall is substantially vertical like a letter "U". Further, in the figure, the source region 3 is drawn so as to be in contact with the first insulating film 5, but if the source region 3 is arranged so as to be sandwiched between the fixed potential insulating electrodes 6, it does not have to be in contact. . Further, in FIG. 2, the drain region 2 sandwiched between the fixed potential insulating electrodes 6 is replaced by the channel region 7
Call. Up to this point, the configuration is similar to that of the conventional example.

【0022】さらに本実施の形態では、図1ならびに図
4に示すように、第一の絶縁膜5に接してソース領域3
から離れたところに、浅く形成された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。
Further, in this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 4, the source region 3 is in contact with the first insulating film 5.
There is a shallowly formed p-type gate region 8 at a position away from. In FIG. 4, reference numeral 18 denotes an electrode which makes ohmic contact with the gate region 8 and is called a “gate electrode”.

【0023】そして、図1ならびに図3に示すように、
ゲート領域8と接してソース領域3とは接しないように
第二のMOS型電極14と、それをドレイン領域2と絶
縁するための第二の絶縁膜15によって形成さた可変電
位絶縁電極16(請求の範囲における第二の絶縁電極に
相当)を有する。この可変電位絶縁電極16の断面構造
は前記固定電位絶縁電極6同様、「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。第二のMOS
型電極14は、図3に示すように、ゲート領域8と共通
のゲートコンタクトホール9を通じて、ゲート電極18
とオーミックコンタクトしている。また、第二のMOS
型電極14は第一のMOS型電極4と同じ導電性材料、
すなわち例えば高濃度のp+型ポリシリコンでもよい。
また、第二の絶縁膜も第一の絶縁膜と同じものでもよ
い。
Then, as shown in FIG. 1 and FIG.
The variable potential insulating electrode 16 formed by the second MOS electrode 14 so as to contact the gate region 8 and not to contact the source region 3 and the second insulating film 15 for insulating the second MOS electrode 14 from the drain region 2 ( (Corresponding to the second insulated electrode in the claims). Like the fixed potential insulating electrode 6, the variable potential insulating electrode 16 has a sectional structure in which a side wall is formed in a groove having a substantially vertical shape like a letter "U". Second MOS
As shown in FIG. 3, the mold electrode 14 is formed on the gate electrode 18 through the gate contact hole 9 common to the gate region 8.
Ohmic contact with. In addition, the second MOS
The type electrode 14 is the same conductive material as the first MOS type electrode 4,
That is, for example, high-concentration p + type polysilicon may be used.
The second insulating film may be the same as the first insulating film.

【0024】なお、10は層間絶縁膜である。また、図
4中の「破線」は図1との関係から分かるように、紙面
の奥行き方向にある固定電位絶縁電極6および可変電位
絶縁電極16の存在を示したものである。また、図1並
びに図4には、固定電位絶縁電極6並びに可変電位絶縁
電極16の端部が直角になるように描かれているが、端
部の形状は多角形状でも曲面形状でも構わない。
Reference numeral 10 is an interlayer insulating film. Also, as can be seen from the relationship with FIG. 1, the “broken line” in FIG. 4 indicates the existence of the fixed potential insulating electrode 6 and the variable potential insulating electrode 16 in the depth direction of the paper surface. 1 and 4, the fixed-potential insulated electrode 6 and the variable-potential insulated electrode 16 are drawn so that the ends thereof are at a right angle, but the ends may be polygonal or curved.

【0025】次に、動作を説明する。この素子は、例え
ばソース電極13を接地(0V)し、ドレイン電極11
には負荷を介してしかるべき正の電位を印加して使用す
る。 (遮断状態)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。図2を用いて説明すると、
固定電位絶縁電極6の周囲には第一のMOS型電極4の
ビルトイン電位に伴う空乏層が形成されているが、チャ
ネル領域7内で対向する2つの固定電位絶縁電極6間の
距離(以下、これを「チャネル厚みH」と呼ぶことにす
る)が充分狭ければ、チャネル領域7にはこの空乏領域
によって伝導電子に対する充分なポテンシャル障壁が形
成される。例えば絶縁膜5の厚さを100nm以下、チ
ャネル領域7の不純物濃度を1×1014cm~3以下、前
記「チャネル厚みH」を2μm以下に設定すれば、ソー
ス領域3の伝導電子がチャネル領域7を通ってドレイン
領域2側へ移動することを阻む充分なポテンシャル障壁
を形成することができる。
Next, the operation will be described. In this element, for example, the source electrode 13 is grounded (0 V) and the drain electrode 11 is
Is used by applying an appropriate positive potential via a load. (Blocking State) First, when the gate electrode 18 is grounded, the element is in a blocking state. Referring to FIG. 2,
A depletion layer due to the built-in potential of the first MOS electrode 4 is formed around the fixed potential insulating electrode 6, but the distance between two fixed potential insulating electrodes 6 facing each other in the channel region 7 (hereinafter, If this is called "channel thickness H"), the depletion region forms a sufficient potential barrier for conduction electrons in the channel region 7. For example, if the thickness of the insulating film 5 is 100 nm or less, the impurity concentration of the channel region 7 is 1 × 10 14 cm 3 or less, and the “channel thickness H” is 2 μm or less, conduction electrons in the source region 3 are generated. It is possible to form a sufficient potential barrier that prevents movement toward the drain region 2 side through 7.

【0026】また、ドレイン領域2からの電界の影響に
よってポテンシャル障壁が低下することのないように、
ソース領域3から固定電位絶縁電極6の底部までの距離
(以下、これを「チャネル長L」と呼ぶことにする)
は、チャネル厚みHの2〜3倍以上に設定されている。
Further, the potential barrier is not lowered by the influence of the electric field from the drain region 2,
Distance from the source region 3 to the bottom of the fixed potential insulating electrode 6 (hereinafter, referred to as "channel length L")
Is set to 2-3 times or more the channel thickness H.

【0027】本実施の形態を縦型トランジスタチップに
具現化した場合、チップの外周には電界集中を緩和すべ
くガードリングなどの耐圧構造を配することになるが、
その耐圧構造でアバランシェ降伏が起こるドレイン電圧
が素子耐圧になる。上記の条件より、チャネル領域7の
遮断状態はこの素子耐圧まで保持されるように設計する
ことができる。
When this embodiment is embodied in a vertical transistor chip, a breakdown voltage structure such as a guard ring is arranged on the outer periphery of the chip to reduce electric field concentration.
The drain voltage at which avalanche breakdown occurs in the breakdown voltage structure becomes the device breakdown voltage. Under the above conditions, the cutoff state of the channel region 7 can be designed to be maintained up to this element breakdown voltage.

【0028】また、例えば図4において、固定電位絶縁
電極6の端部は遮断状態においてドレイン領域2からの
電界にさらされているが、この実施の形態では、固定電
位絶縁電極6の端部の電界集中を緩和すべく、ごく近傍
に可変電位絶縁電極16を配して固定電位絶縁電極6の
端部でアバランシェ降伏が起きないようにしている。例
えば、隣接した固定電位絶縁電極6並びに可変電位絶縁
電極16の端部同士の距離がチャネル厚みH程度の距離
以下になるように配置すれば、固定電位絶縁電極6並び
に可変電位絶縁電極16の端部が素子耐圧までアバラン
シェ降伏条件に達しないことが実験によって明らかにな
っている。
Further, for example, in FIG. 4, the end portion of the fixed potential insulating electrode 6 is exposed to the electric field from the drain region 2 in the cutoff state, but in this embodiment, the end portion of the fixed potential insulating electrode 6 is exposed. In order to alleviate the electric field concentration, a variable potential insulating electrode 16 is arranged in the immediate vicinity so that avalanche breakdown does not occur at the end of the fixed potential insulating electrode 6. For example, if the fixed potential insulating electrode 6 and the variable potential insulating electrode 16 are arranged such that the distance between the end portions of the adjacent fixed potential insulating electrode 6 and the variable potential insulating electrode 16 is equal to or less than the channel thickness H, the ends of the fixed potential insulating electrode 6 and the variable potential insulating electrode 16 are arranged. It has been clarified by experiments that the part does not reach the avalanche breakdown condition up to the device breakdown voltage.

【0029】(導通状態)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の電位とし
て、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、これが接している第一の絶縁
膜5の界面へと流れ込んで反転層を形成し、ポテンシャ
ル障壁を作っている第一の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18の電位を上げてい
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、素子耐圧
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型の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。
(Conductive state) Next, in the conductive state, when +0.5 V, for example, is applied as the potential of the gate electrode 18, that is, the potential of the p-type gate region 8, holes are opposite to the above, and the p-type gate region is reversed. 8 flows into the interface of the first insulating film 5 in contact therewith to form an inversion layer, and shields the lines of electric force from the first MOS type electrode 4 forming the potential barrier to the channel region 7. , Lowers the potential barrier for conduction electrons in the channel region 7. That is, this brings the drain region 2 and the source region 3 into conduction. Further, as the potential of the gate electrode 18 is increased, a pn formed of the p-type gate region 8 and the peripheral n-type region is formed.
The junction is forward biased and holes are directly injected into the drain region 2 as well as the channel region 7. Then, the conductivity is increased in these n-type regions, which have been made to have a high impurity resistance and a low impurity concentration in order to maintain the breakdown voltage of the device, and the current flows with a low resistance.

【0030】このように、本実施の形態の半導体装置は
ゲート電流値によってドレイン電流値が制御される電流
制御型の半導体装置である。電流制御型の半導体装置の
特性を示すの一つ指標として、所謂「電流増幅率」があ
り、ここでは「ドレイン電流値/ゲート電流値」の比で
示される。制御の簡便さからすると電流増幅率は大きい
ほうが望ましい。すなわち、同じドレイン電流値を流す
ために必要なゲート電流値は小さいほうが望ましい。ゲ
ート電流の成分は、(1)p型のゲート領域8からn型
領域へ注入された正孔電流と、(2)n+型のソース領
域3からp型のゲート領域8へ飛び込む電子電流とから
なる。さらに、前記(1)は、(1a)高水準注入状態
のドレイン領域2の中で対消滅する成分と、(1b)n
+型のソース領域3に飛び込んで消滅する成分に分類で
きる。電流増幅率を向上するためには、これら3種類の
成分を抑制する必要がある。
As described above, the semiconductor device of this embodiment is a current control type semiconductor device in which the drain current value is controlled by the gate current value. There is a so-called “current amplification factor” as one index showing the characteristics of the current control type semiconductor device, and here, it is represented by the ratio of “drain current value / gate current value”. It is desirable that the current amplification factor is large in view of the ease of control. That is, it is desirable that the gate current value required to pass the same drain current value is small. The components of the gate current are (1) a hole current injected from the p-type gate region 8 to the n-type region, and (2) an electron current jumping from the n + -type source region 3 to the p-type gate region 8. Consists of. Further, the above (1) includes (1a) a component that causes pair annihilation in the drain region 2 in the high level implantation state, and (1b) n.
It can be classified as a component that jumps into the + type source region 3 and disappears. In order to improve the current amplification factor, it is necessary to suppress these three types of components.

【0031】この半導体装置をスイッチングデバイスと
して扱うことを考えると、前記(1a)の成分は、ドレ
イン電流密度が数十A/cm2以上の高電流モードにお
いては、支配的ではない。また、前記(1b)の成分を
抑制するためには、n+型のソース領域3のサイズを小
さくすればよい。これは従来技術においてでも比較的簡
単に実現可能であり、図4などでもソース領域3を小さ
く形成した図を示している。
Considering this semiconductor device as a switching device, the component (1a) is not dominant in a high current mode in which the drain current density is several tens A / cm 2 or more. Further, in order to suppress the component (1b), the size of the n + type source region 3 may be reduced. This can be realized relatively easily even in the conventional technique, and FIG. 4 and the like show the figure in which the source region 3 is formed small.

【0032】前記(2)の成分を抑制するためには、p
型のゲート領域8のサイズを小さくすればよい。前記従
来例ではゲート領域8を小さくできなかったが、本実施
の形態では可変電位絶縁電極16の存在により、ゲート
領域8が深く大きい必要がなくなり、実現可能な限り浅
く小さく形成できる。このことから、前記(2)の成分
は低減され、電流増幅率は向上する。また、ゲート領域
8を浅く形成することで、横方向の広がりも抑えられて
いることから、ゲート領域8が小さく形成できる分、セ
ルサイズも縮小することができる。すなわち、図1〜4
の構造を敷きつめたトランジスタチップにおいて、一定
面積に一定電流を流した場合、単位セル当たりのソース
領域3に流れる電流密度が低減され、結果的に電流増幅
率が向上する。
In order to suppress the above component (2), p
The size of the mold gate region 8 may be reduced. Although the gate region 8 cannot be made small in the above-mentioned conventional example, in the present embodiment, the presence of the variable potential insulating electrode 16 eliminates the need for the gate region 8 to be deep and large, and can be made as shallow and small as possible. From this, the component (2) is reduced and the current amplification factor is improved. Further, by forming the gate region 8 shallowly, the lateral expansion is suppressed, so that the gate region 8 can be formed smaller, and thus the cell size can be reduced. That is, FIGS.
In a transistor chip having the above structure, when a constant current is applied to a constant area, the density of the current flowing through the source region 3 per unit cell is reduced, and as a result, the current amplification factor is improved.

【0033】(ターンオフ)次に、ターンオフについて
説明する。導通状態にある素子をターンオフさせるため
に、本実施の形態の図1ではゲート電極18の電位を0
もしくは負電位に転じる。すると、ドレイン領域2やチ
ャネル領域7にあった過剰な正孔はp型ゲート領域8へ
と流れ込み始め、やがてチャネル領域7内の過剰な正孔
は全てなくなり、電子に対するポテンシャル障壁が復活
する。このとき、本実施の形態では、ゲート領域8を浅
く形成することで横方向の広がりも抑えられていること
から、セルサイズも縮小することができ、ソース領域3
からゲート領域8までの距離が短くなることから、素子
に溜まっていた過剰な正孔を全て素子外に排出するまで
の時間、すなわちターンオフ時間を短縮することができ
る。
(Turn Off) Next, turn off will be described. In order to turn off the element in the conductive state, the potential of the gate electrode 18 is set to 0 in FIG. 1 of this embodiment mode.
Or it turns to a negative potential. Then, excess holes in the drain region 2 and the channel region 7 begin to flow into the p-type gate region 8, and eventually, all the excess holes in the channel region 7 are eliminated, and the potential barrier for electrons is restored. At this time, in the present embodiment, since the lateral expansion is suppressed by forming the gate region 8 shallowly, the cell size can be reduced and the source region 3 can be reduced.
Since the distance from the gate region 8 to the gate region 8 is shortened, it is possible to shorten the time until all excess holes accumulated in the device are discharged to the outside of the device, that is, the turn-off time.

【0034】(第二の実施の形態)図5は第二の実施の
形態を示す図である。これは前記図3に対応する素子の
表面図であり、図中番号の同じものは同じ要素を示す。
図5に示すように、固定電位絶縁電極6と可変電位絶縁
電極16はその長さ方向に一直線状に並んでおらず相互
にずれた位置に配列されている。このような構成でも第
一の実施の形態と同様の効果をもたらす。前記図3の構
成では、固定電位絶縁電極6と可変電位絶縁電極16が
対向する部分には、製造上チャネル厚みHより広い領域
ができてしまうが、図5の配置にすれば、この空き領域
が小さくできるため、固定電位絶縁電極6並びに可変電
位絶縁電極16の端部の電界を緩和する効果が高い。
(Second Embodiment) FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment. This is a surface view of the element corresponding to FIG. 3 described above, and the same reference numerals in the figure indicate the same elements.
As shown in FIG. 5, the fixed potential insulating electrodes 6 and the variable potential insulating electrodes 16 are not aligned in a straight line in the length direction but are arranged at positions displaced from each other. With such a configuration, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In the structure shown in FIG. 3, a region wider than the channel thickness H is produced in the area where the fixed potential insulating electrode 6 and the variable potential insulating electrode 16 face each other, but in the arrangement shown in FIG. Since it can be made small, the effect of alleviating the electric field at the ends of the fixed potential insulating electrode 6 and the variable potential insulating electrode 16 is high.

【0035】(第三の実施の形態)図6は第三の実施の
形態を示す図である。これも、前記図3に対応する素子
の表面図であり、図中番号の同じものは同じ要素を示
す。図6に示すように、平行に配列された各可変電位絶
縁電極16同士と平行に配列された各固定電位絶縁電極
6同士は、その端部の位置が相互にずれた位置(一つ置
きに端部の位置がずれている)になるように配置されて
いる。このような場合でも第一の実施の形態と同様の効
果が得られる。この場合には図6に示すように、各固定
電位絶縁電極6同士の間に可変電位絶縁電極16の端部
が入り込むこともあり得る。
(Third Embodiment) FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment. This is also a surface view of the element corresponding to FIG. 3 described above, and the same reference numerals in the figure indicate the same elements. As shown in FIG. 6, the variable potential insulated electrodes 16 arranged in parallel with each other and the fixed potential insulated electrodes 6 arranged in parallel with each other have their end portions displaced from each other (alternatively every other position). The positions of the ends are displaced). Even in such a case, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In this case, as shown in FIG. 6, the end of the variable potential insulating electrode 16 may enter between the fixed potential insulating electrodes 6.

【0036】(第四の実施の形態)図7は第四の実施の
形態を示す図である。これも、前記図3に対応する素子
の表面図であり、図中番号の同じものは同じ要素を示
す。第四の実施の形態では、第一の実施の形態に対し
て、ゲート領域8が固定電位絶縁電極6と接していない
構造となっている。このような構造としても、遮断状態
における正孔の移動経路が遮断されることはなく、ゲー
ト領域8と固定電位絶縁電極6との間での正孔のやり取
りは行なうことができる。これは、固定電位絶縁電極6
と可変電位絶縁電極16の距離がチャネル厚みH程度以
下と狭いので、一部の絶縁膜界面で正孔が増加し界面ポ
テンシャルが低下すると、そこに溜まっていた正孔は容
易に対向する絶縁膜界面へと移動できるからである。す
なわち、ゲート領域8とソース領域3間の正孔の移動に
関する抵抗に違いはあるものの、ゲート領域8は第一の
絶縁膜5の界面に接していても接していなくても基本動
作に影響しない。しかし、このような配置とすることに
より、セルサイズを前記第一の実施の形態以上に縮小す
ることができる。このことから、セル密度が向上するた
め、単位セルのソース領域3に流れる電流密度を低減す
ることができ、さらに電流増幅率が向上する。また、セ
ルサイズの縮小により、ターンオフ時間もさらに短縮さ
れる。
(Fourth Embodiment) FIG. 7 is a diagram showing a fourth embodiment. This is also a surface view of the element corresponding to FIG. 3 described above, and the same reference numerals in the figure indicate the same elements. The fourth embodiment has a structure in which the gate region 8 is not in contact with the fixed potential insulating electrode 6 as compared with the first embodiment. Even with such a structure, the movement path of holes in the blocking state is not blocked, and holes can be exchanged between the gate region 8 and the fixed potential insulating electrode 6. This is a fixed potential insulated electrode 6
Since the distance between the variable potential insulating electrode 16 and the variable potential insulating electrode 16 is as short as about the channel thickness H or less, if holes increase at some interfaces of the insulating film and the interface potential decreases, the holes accumulated there are easily opposed to each other. This is because it can move to the interface. That is, although there is a difference in resistance related to the movement of holes between the gate region 8 and the source region 3, the gate region 8 may or may not be in contact with the interface of the first insulating film 5 and does not affect the basic operation. . However, with such an arrangement, the cell size can be reduced more than that of the first embodiment. From this, the cell density is improved, so that the current density flowing in the source region 3 of the unit cell can be reduced, and the current amplification factor is further improved. In addition, the turn-off time is further shortened by reducing the cell size.

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

【図1】本発明の第一の実施の形態の斜視図。FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第一の実施の形態の断面図。FIG. 2 is a sectional view of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第一の実施の形態における表面構造を
示す断面図。
FIG. 3 is a sectional view showing a surface structure in the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第一の実施の形態の他の角度から見た
断面図。
FIG. 4 is a sectional view of the first embodiment of the present invention viewed from another angle.

【図5】本発明の第二の実施の形態の表面図。FIG. 5 is a front view of a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第三の実施の形態の表面図。FIG. 6 is a front view of a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第四の実施の形態の表面図。FIG. 7 is a front view of a fourth embodiment of the present invention.

【図8】従来例の斜視図。FIG. 8 is a perspective view of a conventional example.

【図9】従来例の断面図。FIG. 9 is a sectional view of a conventional example.

【図10】従来例における表面構造を示す断面図。FIG. 10 is a sectional view showing a surface structure in a conventional example.

【図11】従来例の他の角度から見た断面図。FIG. 11 is a sectional view of the conventional example seen from another angle.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板領域 2…ドレイン領域 3…ソース領域 4…第一のMOS
型電極 5…第一の絶縁膜 6…固定電位絶縁
電極 7…チャネル領域 8…ゲート領域 9…ゲートコンタクトホール 10…層間絶縁膜 11…ドレイン電極 13…ソース電極 14…第二のMOS型電極 15…第二の絶縁
膜 16…可変電位絶縁電極 18…ゲート電極 51…基板領域 52…ドレイン領
域 53…ソース領域 54…MOS型電
極 55…絶縁膜 56…固定電位絶
縁電極 57…チャネル領域 58…ゲート領域 59…ゲートコンタクトホール 60…層間絶縁膜 61…ドレイン電極 63…ソース電極 68…ゲート電極 H…チャネル厚み L…チャネル長
1 ... Substrate region 2 ... Drain region 3 ... Source region 4 ... First MOS
Mold electrode 5 ... First insulating film 6 ... Fixed potential insulating electrode 7 ... Channel region 8 ... Gate region 9 ... Gate contact hole 10 ... Interlayer insulating film 11 ... Drain electrode 13 ... Source electrode 14 ... Second MOS type electrode 15 Second insulating film 16 Variable potential insulating electrode 18 Gate electrode 51 Substrate region 52 Drain region 53 Source region 54 MOS electrode 55 Insulating film 56 Fixed potential insulating electrode 57 Channel region 58 Gate Region 59 ... Gate contact hole 60 ... Interlayer insulating film 61 ... Drain electrode 63 ... Source electrode 68 ... Gate electrode H ... Channel thickness L ... Channel length

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 654 Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/78 654

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
た第一の溝を複数個有し、 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、かつ、前記ソース領域と同電位に
保た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、前記主面に臨んで、前記第一の溝ならびに前記
ソース領域に接しない第二の溝を有し、 前記第二の溝の内部には、第二の絶縁膜によって前記ド
レイン領域と絶縁された第二の絶縁電極を有し、 前記遮断状態において、前記第一の溝の端部に前記ドレ
イン領域からの電界が集中するのを緩和すべく、前記第
二の溝は前記第一の溝の端部の近傍にあり、さらに、前
記主面に臨んで、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導入して反転層を形
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前記ポテン
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、前記第二の絶縁膜に接して、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、 かつ、前記ゲート領域は前記第二の絶縁電極と接続され
ている、ことを特徴とする半導体装置。
1. A first region having a source region of the same conductivity type in contact with one main surface of a semiconductor substrate of one conductivity type, which is a drain region, and arranged so as to sandwich the source region in contact with the main surface. groove having several double of the inside of the first groove is insulated from the drain region by a first insulating film, and have a first insulating electrode which is kept at the same potential as the source region The first insulating electrode is made of a conductive material having a work function so as to form a depletion region in the drain region adjacent to the first insulating film, and the drain region in contact with the source region is formed. A part thereof has a channel region sandwiched by the first insulating electrode, and the depletion region formed around the first insulating electrode blocks movement of majority carriers in the channel region. Potential barrier The distance from the bottom of the first groove to the source region in the channel region, that is, the channel, so that the electric field from the drain region side in the cutoff state does not affect the vicinity of the source region. The length is at least 2 to 3 times or more the distance between the side walls of the first groove facing each other in the channel region, that is, the channel thickness. Further, the length of the first groove faces the main surface. And a second groove that is not in contact with the source region, and a second insulating electrode that is insulated from the drain region by a second insulating film inside the second groove, In order to reduce the concentration of the electric field from the drain region at the end of the first groove, the second groove is near the end of the first groove, and the main surface is Facing the The minority carriers are introduced into the interface of the first insulating film surrounding the first insulating electrode to form an inversion layer, and the electric field from the first insulating electrode to the drain region is shielded to the channel region. A gate region of opposite conductivity type, which is in contact with the second insulating film and is not in contact with the source region, so as to open or open a channel by reducing or eliminating the formed potential barrier; Is connected to the second insulating electrode.
【請求項2】前記第一の絶縁電極と前記第二の絶縁電極
とは、その長さ方向に一直線状に並んでおらず相互にず
れた位置に配列されている、ことを特徴とする請求項1
に記載の半導体装置。
2. The first insulated electrode and the second insulated electrode are not aligned in a straight line in the lengthwise direction but are arranged at positions displaced from each other. Item 1
The semiconductor device according to.
【請求項3】平行に配列された複数の第一の絶縁電極同
士および平行に配列された複数の第二の絶縁電極同士
は、その端部の位置が相互にずれた位置になるように配
置されている、ことを特徴とする請求項1に記載の半導
体装置。
3. A plurality of first insulated electrodes arranged in parallel and a plurality of second insulated electrodes arranged in parallel are arranged such that their end portions are displaced from each other. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
【請求項4】前記ゲート領域は、前記第の絶縁電極の
の絶縁膜に接していない、ことを特徴とする請求項
1に記載の半導体装置。
Wherein said gate region, the first is not in contact with the first insulating film of insulated electrodes, the semiconductor device according to claim 1, characterized in that.
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