JPH02192158A - 半導体装置 - Google Patents

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、半導体装置に関し、特にバイポーラトランジ
スタとＭＯＳ）ランジスタとを複合させたトランジスタ
を含む半導体装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、バイポーラトランジスタとＭＯＳ）ランジスタと
を複合させたトランジスタとして絶縁ゲートバイポーラ
トランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　ＧａｔｅＢｉｐｏ
ｌｏｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が良く知られている。

これは、第５図に示す様な断面構成をもち、第６図に示
すような回路構成と等価であり、ＭＯＳＦＥＴと比べて
大幅な導通抵抗の低減を図れる利点により主にパワーデ
バイスとして利用される。

一般に、パワーデバイスの分野では、上述の絶縁ゲート
バイポーラトランジスタ以外に、第７図に示すような回
路で表わされる複合素子が知られている。

一方、主に小信号用のデバイスについては、例えば第８
図に示すようなバイポーラトランジスタ構造、あるいは
第９図に示すようなＭＯＳ）ランジスタ構造が用いられ
ているが、回路的にバイポーラトランジスタとＭＯＳ）
ランジスタを混在して用いることはあっても、パワーデ
バイスで見られる様に、バイポーラトランジスタとＭＯ
Ｓ）うンジスタを複合して用いることは行なわれていな
い 〔発明が解決しようとする課題〕 上述した従来の小信号用トランジスタは、高利得、高速
動作を実現するための手法の一端として、第８図に示す
トランジスタのベース幅ＷＢを薄くすることが試みられ
ている。このために、通常、製造工程あるいは構造の変
更により薄いベース幅を実現しているが、ベース幅を薄
くすることは、ベースの拡散及びエミッタの拡散の深さ
を浅くしながら相対的な差を厳密に制御する必要があり
、製造が困難でばらつきが多く、安定した特性を得るの
が難しい欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体装置は、コレクタとなる一導電型半導体
基板の一主面に設けられた逆導電型ベース領域と、前記
ベース領域に対して絶縁膜を介して設けられ導体層から
成るゲート領域と、前記ベース領域内でかつ前記ゲート
領域の両側に設けられた二つの一導電型エミッタ領域と
を含んで構成される絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
を有している。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例の断面図である。

Ｎ型半導体基板１に、高濃度にドープしたＮ＋型コレク
タ領域２を設け、半導体基板１の表面に深い領域を有し
中央部が浅くなっているベース領域３を設け、深いベー
ス領域内の表面層にそれぞれエミッタ領域４を設ける。

このエミッタ領域４に接してゲート酸化膜８を設けて半
導体基板と絶縁し、その上に多結晶シリコンで形成れた
ゲート９をベース領域３の浅い部分全体を露うように設
ける。上記の各領域と外部との接続を行なうため、コレ
クタ電極Ｃ，ベース電極Ｂ、エミッタ電極Ｅ、ゲート電
極Ｇを設ける。

この状態で、エミッタ電極Ｅをアースに接続し、ベース
電極Ｂとコレクタ電極Ｃに正の電圧（ともに＋０．５Ｖ
以上）を与えれば、このトランジスタは順方向にバイア
スされ、矢印で示す電流１１が流れる。この場合は、ベ
ース幅ＷＢ１は深いベース領域に当るため、電流増幅率
は大きくとれない。

更に、この状態で、ゲート電極Ｇに電圧を印加すると、
反転層に１２が、浅いベース領域のゲート９の下の部分
に形成され、エミッタ領域４とつながる。この場合、新
たに電流の流れとして、反転層１２を通って浅いベース
領域を通る電流１２か形成される。この場合、グー１〜
電圧を上げれば、それに応じて反転層］２の厚さが厚く
なり、ベース幅ＷＢ２が薄くなるため、ゲート電圧によ
って電流増幅率ｈＦＦ、が制限でき、また高いｈＦＥが
容易に得られる様になる。

第１図の構成において、深いベース領域のベース幅Ｗ８
、を約２μｒｎ、浅いベース領域のベース幅Ｗ８□を約
０．８μｍ、エミッタ領域４の深さを０．４μｍ、ゲー
ト酸化膜の厚さを１１００ｎ、ゲー１へ領域の長さを２
．５μｍ、トランジスタの奥行きを２．５μｎ１、半導
体基板の厚さを５μｍとした場合に、第３図及び第４図
に示すような、ゲート電圧に対するエミッタ電流ＩＥと
ベース電流ＩＢの特性が得られる。ここで、エミッタ電
位はＯ■、ゲート電位は０．５５Ｖ、コレクタ電圧は３
Ｖに固定されている。

グーｌ−電圧を０〜１５Ｖまで変化させた時、エミッタ
電流は１．５μＡ→３，７μＡと大幅に増加しているが
、ベース電流は２．５μＡ−２，９μＡとほとんど増え
ておらず、ゲート電圧の効果により新たに形成された反
転層のため、ベース幅が薄くなりｈＦＥの増大が実現で
きていることかわかる。また、ゲート電位によってｈＦ
Ｅの制御かできるためＡ　Ｇ　Ｃ（Ａｕｔｏ−Ｇａｉｎ
　Ｃｏｎｔｒｏｌ）等の回路上のさまざまな応用が可能
となる。

第２図は本発明の第２の実施例の断面図である。

第１の実施例と同様に、Ｎ＋型コレクタ領域２を有する
半導体基板１の表面上に通常の拡散形状をもつＰ型ベー
ス領域３を設け、このベース領域３の内側にＮ＋型エミ
ッタ領域４を形成する。このエミッタ領域４の内側に基
板表面からエミッタ領域４を突抜けてペース領域に達す
る深さをもった７字形溝１６を異方性エツチングにより
形成する。この７字形溝１６の表面にゲート酸化膜８で
基板と絶縁された多結晶シリコンて形成されたゲート９
を設ける。半導体基板１の表面には外部との電気的接続
を行なうためのコレクタ電極Ｃ，ベース電極Ｂ、エミッ
タ電極Ｅ、ゲート電極Ｇを設ける。

この状態で、エミッタ電極Ｅをアースに接続し、ベース
電極、コレクタ電極に正の電圧を与えれば、トランジス
タは順方向にバイアスされ、矢印で示された電流１１が
流れる。さらにゲート電極Ｇに電圧を印加すると、反転
層１２が７字形溝１６に沿って形成され、図に示した様
に、ベース幅１７が大幅に薄くなり、■講１６にそって
新たに電流１２が流れる様になり、１〕Ｐ６の増大が図
れる。

このような構成とした場合、第１の実施例と比べ、ベー
ス領域３の形状が単純になり、製造性が向上する外、■
字形溝を設けることによりゲートが基板の表面より下側
に入り込むため、よりベース幅を薄くでき、ｈｐｇをよ
り高くすることができ、またより高速な動作をするトラ
ンジスタか得られる。尚、表面に設けた溝の形状につい
ては７字形の溝の場合についてのみ説明したが、Ｕ字形
あるいはトレンチ形状の溝であっても同様な効果が得ら
れることは明らかである。

今までの説明では、バイポーラトランジスタと比較して
本発明のトランジスタの特徴を述べたが、絶縁ゲート型
トランジスタと比較した場合、同一のゲート形状のデバ
イスであった場合、チャネル長が短かくなる（電流の流
れる方向が基板表面から基板の下側に向う）ため、相互
コンダクタンスは大きくなる。従って、従来のＭＯＳト
ランジスタ比較しても優れている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、バイポーラトランジス
タにベース幅を任意に制御できるケート電極を設けたの
で高性能で、かつ、多方面に応用可能なトランジスタを
得ることができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の断面図、第２図は本発
明の第２の実施例の断面図、第３図は本発明によるトラ
ンジスタのゲート電圧とエミッタ電流との関係を示す特
性図、第４図は本発明によるトランジスタのゲート電圧
とベース電流との関係を示す特性図、第５図は従来の絶
縁ゲートバイポーラトランジスタの断面図、第６図は第
５図に示すトランジスタの等価回路図、第７図（ａ）。 （ｂ）は従来のバイポーラ・ＭＯ３複合トランジスタの
例の等価回路図、第８図は従来のバイポーラトランジス
タの一例の断面図、第９図は従来のＭＯＳ）ランジスタ
の一例の断面図である。 １・・・Ｎ型半導体基板、２・・Ｎ＋型コレクタ領域、
３・・・Ｐ型ベース領域、４・・・Ｎ＋型エミッタ領域
、５・・Ｐ型ソース・ドレンイン領域、８・・・ゲート
酸化膜、９・・・ゲート、１０・・・Ｐ＋型領域、１２
・・反転層、Ｂ・・ベース電極、Ｃ・・・コレクタ電極
、Ｄドレイン電極、Ｅ・・・エミッタ電極、Ｇ・・グー
１−電極、Ｓ・・・ソース電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コレクタとなる一導電型半導体基板の一主面に設けられ
   た逆導電型ベース領域と、前記ベース領域に対して絶縁
   膜を介して設けられ導体層から成るゲート領域と、前記
   ベース領域内でかつ前記ゲート領域の両側に設けられた
   二つの一導電型エミッタ領域とを含んで構成される絶縁
   ゲートバイポーラトランジスタを有することを特徴とす
   る半導体装置。