JPH01270357A - 伝導度変調型mosfet - Google Patents

伝導度変調型mosfet

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、バイポーラ動作を利用した伝導度変調型MO
3FETに関する。
〔従来の技術〕
例えばNチャネルMO5−FETによる伝導度変調型i
型MO5FETは一般に第2vllに示すような構造を
もっている。その主要な構成部はソース電8i1.ゲー
ト電極2.ドレイン電極3.N−ベース@4.P’層5
.Pベース層6.P9 ドレイン層7.N4ソース11
8.ゲート多結晶シリコン層9、ゲート酸化1!110
.PSG絶縁層11からなっている。ソース電極1には
ソース端子S、ゲート電極2にはゲート端子G、ドレイ
ン電極にはドレイン端子りが接続されている。
このような構造をもつ素子のソース電ifに対して、ゲ
ート電極2に一定のしきい値以上の電圧を印加すると、
ゲート多結晶シリコン層9の下のPベース層6の表面が
反転して電子のチャネルを形成し、ソースとドレインは
導通状態となる。このチャネルを通ってN−ベース層4
に流入した電子はP・ ドレイン層7に達すると正孔の
注入を引き起こす、正孔の注入によってN−ベース層4
は伝導度変調を受け、伝導度が著しく大きくなり、大電
流を流すことが可能となる。この電流はP゛ド14フ層
7付加してない通常のたて型電力用MO3FETの10
〜20倍にもなることが大きな利点となっている。
次に第2図の構造をもつ素子を等価回路で示した第3図
を参照して上記の素子動作を説明する。
第3図の回路MO3FET31のほかにベースシ四−ト
抵抗R,,PNP)ランジスタ32.NPN)ランジス
タ33からなる。PNP)ランジスタ32は第2図のP
ベース層6.N−ベース層4.P0ドレイン層7により
形成され、NPNトランジスタ33は第2図のN0ソ一
ス層8.Pベース層6.N−ベース層4により形成され
る。ペースシテート抵抗R1は第2図のPベース層6と
20層5とを直列にソース電極につないだときの抵抗で
ある。素子動作はゲートにしきい値以上の電圧を印加し
てMO3FET31がオン状態になるとPNP )ラン
素子はオン状態となるものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、このように大電流を流すことができると
いう利点をもつこの伝導度変調型のたて型MO3FET
は第3図から明らかなようにNPNトランジスタ33と
PNP トランジスタ32とから形成される寄生サイリ
スクに由来するラッチアンプ現象を伴うことが一つの欠
点となっている。すなわち、ソース、ドレイン間の電流
が少ない領域ではベースシッート抵抗R2による電圧降
下は小さいのでNPN )ランジスタ33はほとんど電
流を流すことができず、PNP )ランジスタ32のみ
が電流を流している。ゲート9に印加されるMO3FE
T31のゲート電圧を大きくしてPNP )ランジスタ
32に電流を多く流し始めると、ベースショート抵抗R
1による電圧降下が大きくなり、遂に寄生サイリスクが
オン状態となる。この状態になると、MO5FET31
のゲート電圧を加えなくても寄生サイリスク部分で自発
的に電流をラッチしているために主電流をしゃ断するこ
とができなくなる。この状態をランチアップ現象と呼ん
でおり、このラッチアップ現象のためにたて型MO5F
ETに流し得る最大電流値が制限される。
このラッチアップ現象は特にゲート電圧を切った直後の
ターンオフ時に生じやすい、すなわち第3図においてM
O5FET31をオフ状態にすると、PNP )ランジ
スタ32のベースへ流入していたMO3FBT31から
の電子は急に流れを止められるので、ベースで再結合し
ていた電子がなくなり、その結果多量の正孔が再結合す
ることなくシ1−ト抵抗R9に流れてしまう、このため
寄生サイリスクが動作しやすくなるからである。
このように伝導度変調型MO3FETのスイッチオフの
際、すなわちターンオフ状態においてランチアップ現象
が起きやすいことから、ターンオフ時間を速くすること
ができないなど、この伝導度変調型MOS F ETを
スイッチング素子として用いるときの大きな欠点となっ
ている。
本発明の課題は、上述の欠点を除いて寄生サイリスクに
よるランチアップ現象が起こらず、しかも大電流を流す
ことのできる利点を維持した伝導度変調型MO3FET
を提供することにある。
CURBを解決するための手段〕 上記の課題の解決のために、本発明の伝導度変調型MO
S F ETは、第一導電形の眉の一面側に第二導電形
の層が隣接し、他面側の表面層に第二導電形のsJl域
を存してなるバイポーラトランジスタ半導体基板の表面
に、第二導電形領域上に酸化膜を介しての第二導電形の
多結晶シリコン層と、その層に基板面方向の両側に隣接
し、その層より違い部分てそれぞれ第二導電形のSN域
および第一導電形の層に接触する第一導電形の多結晶シ
リコン暦とが積層され、さらにそれら多結晶シリコン層
の上に酸化膜を介してゲート多結晶シリコン層が積層さ
れ、第二導電影領域およびその領域に接触する第一導電
形の多結晶シリコン層に接してソース電極、ゲート多結
晶シリコン層に接してゲート電極、第二導電形の層に接
してドレイン1極がそれぞれ設けられたものとする。
〔作用〕
半導体基板上に酸化膜を介して積層される二層の多結晶
シリコン層を用いたSol技術によるMOSFETと半
導体基板内に形成されるたて型のバイポーラトランジス
タにより伝導度変調型MO3FF、Tを構成するため、
電子と正孔は全く別のルートで流れ、MOSFETを半
導体基仮に内蔵した場合のように寄生サイリスクが形成
されることがなく、従ってラッチアップ現象の起こるお
それがない。
〔実施例〕
第1図は本発明の一実施例の断面構造を示し、第2rg
Jと共通の部分には同一の符号が付されている。この場
合は、シリコン基板にはN−ベース層4の下面側にN゛
バッファ層41を介して隣接するPl ドレインJii
7、上面側の一部に形成されるP4エミッタ頭域5によ
って構成されるたて型PNPバイポーラトランジスタの
みが存在する。これは第3図の等価回路のPNP トラ
ンジスタ32に対応する。このシリコン基板の上面に形
成された酸化多結晶シリコン層を600℃での減圧CV
Dにより0.5〜1μの厚さに形成したのちイオン注入
により酸化膜12の外でそれぞれP゛エミフタ領域5お
よびN−ベース層に接触するN゛およびN多結晶シリコ
ン基板 13.15ならびにP3エミンタ領域5と酸化
11a12で絶縁されるP多結晶シリコン7114にす
る6次いで、熱酸化によるゲート酸化膜10を介してド
ープされたゲート多結晶シリコン層9を積層する。さら
に表面を被覆するPSG絶縁層11の開口部でP+エミ
ッタ領域5およびN゛多結晶シリコン層13に接触する
ソース電極1およびゲート多結晶シリコン層9に接触す
るゲート電極2、またPo ドレイン層7に接触するド
レイン118i3を形成する。N’ PN多結晶シリコ
ン11113,14.15とゲート酸化膜lO上のゲー
ト多結晶シリコンN9によって構成されるMOSFET
が第3図のMO3FET31に対応する。第3図のNP
N )ランジスタ33は形成されない、この伝導度変調
型MO3FETは、ゲート9への電圧印加によってオン
状匙になると電子がソース電極1から多結晶シリコン層
13.14.15を通ってベースN4へ抜ける。N形多
結晶シリコンFJ15はN−ベース層4と同程度の比抵
抗とするが、オン状態ではゲート酸化膜10直下の′M
積層を通じて電子は移動しうるため、多結晶シリコン層
15は比抵抗を高くしてもオン電圧の上昇とならない、
また正孔は、N−ベースM4からP9エミッタ領域5を
通ってソースを極1へと抜ける。
このように電子と正孔を全く異なった径路で流しつるた
めランチアンプは生じない。
オフ状態では、多結晶シリコン層13.14.15のN
0PN構造で耐圧を持たなければならないが、N層15
の比抵抗が高いためP!!14とNJ115の間では容
易に保持し得る。
なおSO■技術で一般に行われているように、MO3F
I!Tの半導体層となる多結晶シリコン層を形成後レー
ザアニール等で単結晶化すれば、層13.14.15の
移動度も著しく向上し、オン電圧が低下することは言う
までもない。
〔発明の効果〕
本発明によれば、伝導度変調型MO3FETのMOSF
ETをバイポーラトランジスタと分離し、トランジスタ
の半導体基板上にSOI技術を用いて形成することによ
り、電子、正孔の径路が全く別になってランチアップの
全く生じない伝導度変調型MO3FETを得ることがで
きた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の断面図、第2図は従来の伝
導度変調型MOS F ETの断面図、第3図は第2図
の素子の等価回路図である。 1:ソース電極、2:ゲート電極、3ニドレイン’tt
t8iil、4:N−ベース層、5:P0エミッタ領域
、7:Po ドレイン層、9:ゲート多結晶シリコン層
、10.12:酸化膜、13:N’多結晶シリコン層、
148P多結晶シリコン層、15:N多結晶シリコン層
。 号緋晶Si層 第1図 第2図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第一導電形の層の一面側に第二導電形の層が隣接
    し、他面側の表面層に第二導電形の領域を有してなるバ
    イポーラトランジスタ半導体基板の表面に、前記第二導
    電形領域上に酸化膜を介しての第二導電形の多結晶シリ
    コン層と、該層に基板面方向の両側に隣接し該層より遠
    い部分でそれぞれ前記第二導電形の領域および第一導電
    形の層に接触する第一導電形の多結晶シリコン層とが積
    層され、さらにそれら多結晶シリコン層の上に酸化膜を
    介してゲート多結晶シリコン層が積層され、前記第二導
    電形領域およびその領域に接触する前記第一導電形の多
    結晶シリコン層に接してソース電極、前記ゲート多結晶
    シリコン層に接してゲート電極、前記第二導電形の層に
    接してドレイン電極がそれぞれ設けられたことを特徴と
    する伝導度変調型MOSFET。
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