JPH01305557A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH01305557A
JPH01305557A JP63137048A JP13704888A JPH01305557A JP H01305557 A JPH01305557 A JP H01305557A JP 63137048 A JP63137048 A JP 63137048A JP 13704888 A JP13704888 A JP 13704888A JP H01305557 A JPH01305557 A JP H01305557A
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JP
Japan
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groove
electrode
layers
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JP63137048A
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English (en)
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Naoki Kumagai
直樹 熊谷
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/07Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common
    • H01L27/0705Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type
    • H01L27/0711Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with bipolar transistors and diodes, or capacitors, or resistors
    • H01L27/0716Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with bipolar transistors and diodes, or capacitors, or resistors in combination with vertical bipolar transistors and diodes, or capacitors, or resistors

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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、バイポーラトランジスタと電力用MO3FE
Tの組合わせによる自己消弧型スイッチング動作を行う
半導体装置に関する。
〔従来の技術〕
従来の自己消弧型スイッチング素子としては、バイポー
ラトランジスタや電力用MOSFET等が知られている
。しかし、バイポーラトランジスタは大きな電流密度が
得られるもののスイッチング速度が遅く高周波で使用す
ることができない。
一方、電力用MOS F ETはスイッチング速度が速
いため、高周波で使用することが可能な反面、特に高耐
圧の素子では電流密度が低く、同一容量の素子ではチッ
プサイズが大きくなってコスト高になるという欠点があ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
この欠点を除くため、バイポーラトランジスタとMOS
FETとを組合わせて高耐圧、高速、大電流密度を得よ
うとすることが試みられている。
第2図は、そのようなスイッチング装置の例のカスコー
ドバイモスと呼ばれるものの回路図である。
第2図において本装置の動作を説明する。すなわちバイ
ポーラトランジスタ21とパワーMO3FET22は直
列接続されており、バイポーラトランジスタ21のベー
ス24とMOS F ETのソース25の間には複数の
ダイオード23が直列接続されている。
阻止状態ではMO5FET22のゲート2Gにはしきい
値以下の電位が印加されておりMOSFETはオフ状態
となっている。このためバイポーラトランジスタ21の
エミッタは開放状態であり、したがってバイポーラトラ
ンジスタ21はコレクタ27とベース24の間の接合の
みのダイオードと等価となっている。バイポーラトラン
ジスタ21のベース24に接続されたダイオード23は
コレクタ27に正電位、ソース25に負電位が加えられ
た状態では順方向バイアスされており、この状態では2
7と25の間に印加された電圧の大部分は、バイポーラ
トランジスタ21のコレクタベース間の接合によるダイ
オードの逆方向バイアスとして印加される。このためこ
のスイッチング装置の耐圧はバイポーラ1〜ランジスタ
21の■。Bo となり、バイポーラトランジスタを単
独で使用した場合の耐圧■、。よりも−船釣に高くなる
。またMO5FET22には高い電位が印加されないた
め、大きな電流密度が得られる低耐圧のMOSFETが
使用できる。この素子をオン状態にするにはMO3FE
T22のゲート26にしきい値以上の電圧を印加しMO
SFETをオン状態にすれば良い。MO3FET22が
オン状態となると、バイポーラ1ヘランジスタ1のベー
ス24.エミツタ28間はベース電源29によって順方
向バイアスされ、ベース電流が流れることによりバイポ
ーラ!・ランジスタがオンする。この状態では、伝導−
度変調によりオン電圧が非常に低くなるバイポーラトラ
ンジスタ2Iとオン電圧の低い低耐圧の電力用MO3F
ET22が直列接続されているため、装置全体としても
オン電圧は低くすなわち大きな電力密度が得られる。次
に、このスイッチング装置を再度オフ状態にする場合に
は、MO3FET22のゲート26の電位を再度ゲート
シきい値以下にすれば良い。これによりMO3FET2
2はオフ状態になる。このためハイボーラトランジスク
21のコレクタ27から画素子2]、22を介してM 
OS F F、 Tのソース25へ流れていた電流の径
路がなくなり、バイポーラトランジスタ21のコレクタ
27からベース24を経て直列接続ダイオード3を介す
る径路で電流が流れる。この電流により、伝導度変調が
生じていたバイポーラトランジスタ21の内の過剰キャ
リアは強制的に引き抜かれバイポーラトランジスタ21
のコレクタベース間の接合が逆回復することにより完全
にオフ状態となる。したがって、本装置はバイポーラト
ランジスタを単独で使用した場合に比較して非常に高速
でスイッチングすることができる。ダイオード23はベ
ース電源の電圧よりも高い順方向電圧を持たせ、ベース
電源をバイパスすることなしにターンオフ時の電流を流
すために挿入されている。このようにバイポーラトラン
ジスタと電力用MOS F ETを組合わせた本装置は
、高耐圧で高電流密度であり、高速スイッチングが可能
という大きな特徴を持っている。しかしながら、バイポ
ーラトランジスタと電力用MO3F IE Tをそれぞ
れ別チップで作成し組合わせるため、コスI・が非常に
高くなるという欠点がある。
そこで第2図に示した回路の直列接続のバイポーラ)・
ランジスタ21と電力用MO3FET22を等価回路と
して持つ1チツプの自己消弧型スイッチング素子が望ま
れている。
本発明の課題は、このような要望に応じて高耐圧、高電
流密度、高速スイッチングが可能であるという大きな利
点を持−つカスコードハイモスのバイポーラ1−ランジ
スクと電力用M OS F E Tを1チツプに形成し
、自己消弧型スイッチング装置の低コス1−化を可能に
する半導体装置を提供することにある。
〔課題を解決するだめの手段〕
上記の課題の解決のために、本発明の半導体装置は、半
導体基板の一生面から順に第一、第二。
第三、第四、第五の交互に異なる導電形をもって隣接す
る五層を存し、前記一主面から第二層を越える深さの第
一の溝と第四層に達する深さの第二の溝が形成され、両
溝の内面ば絶縁膜により被覆され、第一の溝の内面の絶
縁膜上には第二層をチャネル領域とするMo5tパ)3
Tのゲート電極が、第二の溝の底面においては第三、第
四および第五層からなるバイポーラトランジスタのベー
ス電極として絶縁膜の開口部で第四層に接触する電極が
、さらに半導体基板の両生面において第一層および第五
層に接触する電極がそれぞれ設けられたものとする。
〔作用〕
五層の・うち第三、第四、第五層でバイポーラトランジ
スタのエミッタ、ベース、コレクタを構成し、第一、第
二、第三層でMOSFETのソース。
チャネル形成領域、ドレインを構成するもので、バイポ
ーラ)・ランジスタとMOS F ETは、共有する第
三層によって、第五層に接触するバイポーラトランジス
タのコレクタ電極と第一層に接触するMOSFETのソ
ース電極の間に直列接続される。
〔実施例〕
第1図+8j〜(1)は本発明の一実施例における製造
工程概略を素子断面図によって示したもので、この実施
例はNPN トランジスタとNチャネルMO3F rr
、 i’を組合わせた例である。第1図falはn゛基
板6の上に順にエピタキシャル成長させられたn−61
域1.peff域2.n1lf域3およびp ?J域4
と、p Tij域4の上に」二面から拡散によって形成
された浅いn゛拡散領域5を示ず。次に図Falの基板
に対しフォトリソグラフィ技術により選択エツチングを
行いp FJ域2まで到達する溝7を形成する(図b)
。次いで、デーl−酸化膜8および多結晶Si層90を
溝7の内面を含む全面に順次形成し (図C)、多結晶
Si層90をフォトエツチングによりパターンニングし
て多結晶Si層90を除去した溝71.除去しないでゲ
ート多結晶Si層9とした溝72とを形成する (図d
)。次にPSG等の眉間絶縁膜81を形成しく図C)、
これをフォトエツチングして電極接触部を設ける (図
f)。さらに全面にAI膜10をスパッタリングにより
形成し (図g)、フォトエツチングを行う (図h)
。これにより溝71において層1,2゜3で形成される
NPNトランジスタのpベース領域2に接触する電極1
1と溝72において層3,4゜5により形成されるたて
型のNチャネルMO3FETのソース領域5に接触する
電極12に分離される。最後に裏面電極13を形成し、
バイポーラトランジスタのコレクタ領域1にn゛基板6
を介して接触させる (図i)。以上の工程により第2
図の回路におけるバイポーラトランジスタ21および電
力用MO3FET22が1チツプで形成される。なお1
1171.72は工程上同じ深さにしたが、溝72は層
4より下に達すればよく、溝71より浅くてもよい。
第3図は本発明の別の実施例で第1図の実施例における
2種類の溝領域7172の作用を同一の溝7で行うもの
である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、複数のダイオードと共に使用されて自
己消弧型スイッチング動作を行うカスコードバイモスを
構成する直列接続のバイポーラトランジスタと電力用M
O3FETとをそれぞれ五層半導体基板の三層と基板の
一面よりの溝を利用して1チツプ内に形成することによ
り従来の別個のチップを使用する場合に比し、低価格、
小占有面積の半導体装置としてスイッチング装置に用い
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(al〜(11は本発明の一実施例の半導体装置
の製造工程を順次示す断面図、第2図は本発明により1
チツプ化されるカスコードバイモスを用いたスイッチン
グ装置の回路図、第3図は本発明の別の実施例の半導体
装置の断面図である。 1+3:n層、2.4:p層、5:rl”層、6:p”
N、?、 71.72=溝、8ニゲート酸化膜、81:
N間絶縁膜、9:ゲート多結晶Si層、lQ:A/膜、
11.12. i3:電極。 第2図 (S’?′L。 第一3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板の一主面から順に第一、第二、第三、
    第四、第五の交互に異なる導電形をもって隣接する五層
    を有し、前記一主面から第二層を越える深さの第一の溝
    と第四層に達する深さの第二の溝が形成され、両溝の内
    面は絶縁膜により被覆され、第一の溝の内面の絶縁膜上
    には第二層をチャネル領域とするMOSFETのゲート
    電極が、第二の溝の底面においては第三、第四および第
    五層からなるバイポーラトランジスタのベース電極とし
    て絶縁膜の開口部で第四層に接触する電極が、さらに前
    記半導体基板の両主面において第一層および第五層に接
    触する電極がそれぞれ設けられたことを特徴とする半導
    体装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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