JPH036671B2 - - Google Patents

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JPH036671B2
JPH036671B2 JP58040923A JP4092383A JPH036671B2 JP H036671 B2 JPH036671 B2 JP H036671B2 JP 58040923 A JP58040923 A JP 58040923A JP 4092383 A JP4092383 A JP 4092383A JP H036671 B2 JPH036671 B2 JP H036671B2
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conductivity type
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gate
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JP58040923A
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JPS58169974A (ja
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Junichi Nishizawa
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1066Gate region of field-effect devices with PN junction gate

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Thyristors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、静電誘導サイリスタ及び主動作領域
においてベースがパンチスルーしかかつたサイリ
スタの高集積密度化のための構造に関するもので
ある。
SITを含む集積回路は、高速度動作、低消費エ
ネルギー、低雑音さらに高集積密度を有すること
で、一躍脚光を浴びている。
第1図に、従来のSITを含むI2L型論理集積回
路の1構造例を示す。aは、bの平面図において
A−A′線に沿つた断面図であり、横柄
pnpBPTT1と倒立型nチヤンネルSITT2とから
成つている。入力信号は、SITT2のゲート端子
4に入れられ、それに応じてpnpBPTT1のエミ
ツタ(インジエクタ)p+領域15から正孔が
SITT2のゲートp+領域14に注入される。入力信
号電圧に応じてSITT2のチヤンネルn-領域(ま
たは真性領域)13内に形成される電位障壁の谷の
高さまたは幅、または両方を変化させてソース端
子2、ソースn+領域12とドレイン出力端子1、
ドレインn+領域11間の抵抗を変化させて論理動
作をするものである。1ゲートあたりの消費電力
と遅延時間の積p×τは、このSITT2の全容量
に比例するもので、n-領域13の不純物密度は低
い方が望ましく例えば1×1013cm-3のとき厚みを
約10μとすることによつて、ゲート面積1000μ2
p×τは約0.01pJ/1ゲートを得ることができ
る。しかしながら、この時SITのゲートp+領域14
には順方向電圧を加えるので、少ないながら正孔
がn-領域13に注入され、キヤリア蓄積効果を生
じて速度を遅くする。これは、不純物密度が低い
程、少数キヤリアの寿命が長いので顕著となる。
また、SITT2のゲートp+領域14によつて囲まれ
たn-領域13の幅Wcは、オフ状態のとき、チヤン
ネルはすべて空乏層化して電位障壁を形成し、オ
ン状態のときには、チヤンネルに電荷中性近似領
域を形成させて動作させることが多いので、n-
領域13の不純物密度が低いと、Wcの値を大きく
する必要がある。すなわち、Wcの値は、この場
合、ゲート4が0バイアスで拡がる空乏層の厚み
の2倍以下にすることが多いので、n-領域13の
不純物密度の平方根の逆数にほぼ比例して大きく
なる。勿論この値は、このI2L型に限らず、他の
集積回路もしくはサイリスタなどの他の半導体装
置においてもオフ状態のときのゲート電圧、ドレ
イン電圧もしくはアノード電圧に応じて選ばれる
が、不純物密度が低い程幅広く選ばれる。また、
第1図に示したI2L型の場合、インジエクタ用
BPTT1のベースもn-領域13に形成されるわけ
で、ベース幅Wbはパンチスルーしないように幅
広く選ばれ、やはりn-領域13の不純物密度が低
い程幅広く選ばれる。さらに第1図bに示したよ
うに、I2L型においては、例えばSITのドレイン
端子14が隣りのSITのゲート端子4Bに接続さ
れているとき、最初のSITがオフの時、次段の
SITはオンとなるので、二つのSITのゲートp+
域14、14Bの間には論理振幅に近い電位差を生
じ、各SITの間隔Wiが狭いと各ゲートが横型
pnpBPTとして働いて、オンのSITのゲートp+
域に正孔が注入して、オフのSITのゲート電位が
上昇してまう。それ故、各SITのゲート同志の間
隔Wiは、インジエクタBPTのベース幅Wbよりも
広くとつてある。勿論、各ゲート間をn+領域で
囲むいわゆる分離層を形成することができるが、
工程が長くなり、必要以上に容量を増加させてし
まう。以上の様に、n-領域の不純物密度を低く
することにより、SITおよび静電誘導サイリスタ
の高速度性、低消費電力性は向上するが、集積密
度が低下してしまう。
この問題は、第1図に示した倒立型SITに限ら
ず、第2図に示したカソード電極22がゲート電
極44と一表面に形成されるいわゆる正立型静電
誘導サイリスタ(SIサイリスタ)においても同様
であり、Wcは、n-領域13の不純物密度が低い程
広く選ばれる。第2図では、p+領域41がアノー
ド領域であり、アノード電極10は、埋め込み
p+領域111を介してゲート電極44と同一表面に
形成してあり、基板104はn-領域となつてい
る例を示している。さらに、SIサイリスタに限ら
ず、主動作領域においてパンチスルーしかかつた
ビームベース・サイリスタ、同様なゲート構造、
ベース構造を有する他の半導体装置も同様な問題
を有している。
本発明は叙上の欠点を改善した集積回路を提供
するもので、従来の低容量性を大きく損じない
で、高集積密度を有することを可能にするもので
ある。本発明の要旨は、ゲートが形成される低不
純物密度領域に階段状もしくは、なだらかな不純
物密度分布をもたせ、ゲートが形成される主表面
側の不純物密度を比較的高くして、ゲート間隔を
狭くすると共に、ゲートの下には不純物密度のよ
り低い層もしくは真性半導体層を形成して、ゲー
ト周辺の容量を低下するものである。
以下に図面を用いて本発明を詳述する。
第3図は、本発明の構造例を示すもので、半導
体装置、特に集積回路中の一部に含まれている状
態を示している。a及びbは、平面ゲート構造を
有するSIサイリスタの例であり、10,22,4
4はそれぞれアノード電極、カソード電極、ゲー
ト電極各端子であり、それぞれp型高不純物密度
領域41,14及びn型高不純物密度領域122に
接している。チヤンネルが形成されるn型低不純
物密度領域は、主表面に相対的に不純物密度の高
いn型層の第1チヤンネル領域133、その下に相
対的に不純物密度の低いn型層または真性半導体
層の第2チヤンネル領域113から成つている。図
には、表面を保護するための酸化膜や窒化膜等の
絶縁膜は省略されている。aは、いわゆる正立型
と称するもので、カソード電極22とゲート電極
44が同一主表面に形成され、bはいわゆる倒立
型でアノード電極10とゲート電極44が同一主
表面で形成されている。aは、ゲートp+領域が、
n-第1チヤンネル領域133の内部に形成されてい
る例であり、bはn-(またはi)第2チヤンネル
領域113まで達している例である。cおよびdは、
ステツプ・カツト型構造を有するSIサイリスタに
本発明を適用した例であり、チヤンネルの形成さ
れるn型低不純物密度領域は、より不純物密度の
高い第1チヤンネル領域133と低い第2チヤンネ
ル領域113とに分れている。cは凹部底面にゲー
トp+領域14が形成された正立型の例であり、d
は凹部側壁にゲートp+領域14が形成されゲート
電極44が凹部底面と絶縁物20を介して絶縁さ
れている倒立型の例である。これらの例も正立
型、倒立型を問わず各主電極10及び22を逆に
することができる。dの場合、凹部底面はn+
域122まで達していても構わない。また、n-第1
チヤンネル層133とn-(またはi)第2チヤンネ
ル層113との境界は、c,dの例のみでなく、a,
bの例のようにゲートp+領域と接していてもよ
い。
eは、埋め込みゲート構造を有するSIサイリス
タの例であり、ゲートp+領域14はn-第1チヤン
ネル層133の内部に形成されている。以上、本発
明を接合型nチヤンネルSIサイリスタに適用した
例をいくつか示したが、pチヤンネルも同様に適
用でき、又本発明者により提案された他のSIサイ
リスタの構造すべてに適用できるものである。ま
た、主電極のとり出し方は、裏面だけでなく、主
表面側から埋め込み層の主電極領域までのエツチ
によつても行なえる。相対的に高い不純物密度を
有する低不純物密度の第1チヤンネル領域133は、
1017cm-3以下の不純物密度を有し、厚みは目的に
より適宜選ばれる。より低密度の低不純物密度の
第2チヤンネル領域113の不純物密度は1015cm-3
以下が望ましい。第1チヤンネル中に形成される
最も狭い部分のチヤンネル幅Wc、ゲートp+領域
14の厚み及びn-第1チヤンネル領域133、n-(ま
たはi)第2チヤンネル領域113の不純物密度、
厚みは目的に応じ適宜選ばれるが、例えばゲート
電極44に電圧のかからない状態(0バイアスま
たはオープン)をオフ状態として用いるノーマ
リ・オフ型SIサイリスタでは、ゲート接合の拡散
電位でチヤンネルに電位障壁が形成される如く、
いいかえれば空乏層がチヤンネル領域を閉じてい
る如く、n-第1チヤンネル層133の不純物密度と
チヤンネル幅Wcを選ぶことが望ましく、またn-
第2チヤンネル(またはi)層113もすべて空乏
層化していることが少数キヤリア蓄積効果を少な
くする上でさらに望ましい。ノーマリ・オン型で
は逆に、チヤンネルに電荷中性近似領域が形成さ
れていることが望ましく、各領域の不純物密度、
寸法が選ばれる。本発明によれば、n-第1チヤ
ンネル層133の存在により、チヤンネル幅Wcを狭
くでき、集積回路化した時に集積密度を向上する
ことができる。さらに、ノーマリ・オフ型SIサイ
リスタにおいては、ゲートp+領域14と第1チヤ
ンネル領域133の拡散電位がより高くなるので少
数キヤリアの第1チヤンネル領域への注入をさら
に少なくでき高速度化に有利となる。
第4図a,b,cに示した構造例は、ビームベ
ース・サイリスタの例であるが、pベース領域
114は主動作領域でパンチスルーしかかつている
ごとく不純物密度、厚みが選ばれている。主電極
10及び22は、それぞれアノード及びカソード
であり交換可能である。チヤンネルの形成される
n型低不純物密度領域は、第3図に示したSIサイ
リスタの例と同様に相対的に高不純物密度の第1
チヤンネル領域133と低不純物密度(または真性
半導体)の第2チヤンネル領域113から成つてい
る。このサイリスタはベースがパンチスルーしか
かつているのでベースの電位障壁は静電誘導によ
つて制御され、SIサイリスタと同様な利点をもつ
ている。特に、ノーマリ・オフ型動作においては
有効である。SITとほぼ同様な動作機構をもつの
で、第1チヤンネル層133の存在によつてp+ベー
ス電極取り出し領域24の間隔Wcを狭くすること
ができるので、高集積密度化が可能である。aは
主電極n+領域122にpベース領域114を接触させ
た例、bはn-第1チヤンネル層133を介した例、
cはステツプ・カツト構造に適用した例である。
cでは第1チヤンネル領域133の内部にpベース
領域114が把持されている。このサイリスタの構
造はこれらに限らずSIサイリスタの構造すべてに
導入できる。さらに、これらの具体例を適宜組み
合わせたサイリスタも実現できる。
これらのサイリスタは集積回路に組み込んだ場
合第1チヤンネル領域133によつてチヤンネル幅
Wcが狭くできているので集積密度が向上すると
ともに、低不純物密度(または真性半導体)の第
2チヤンネル領域113の存在のため容量が少なく
できる。しかも高速スイツチング、低制御電力で
あり、ノーマリ・オフ型、ノーマリ・オン型の両
方が実現できる。
本発明によるサイリスタは高速度動作、低消費
電力動作が可能でしかも高集積密度を有する特徴
をもつものである。以上の様に、本発明により改
善された特性を有する高集積度用半導体装置は工
業的価値は高いものである。
【図面の簡単な説明】
第1図a及びbは従来のI2L型SITLの構造例で
aはbのA−A′に沿つた断面図、第2図は従来
の正立型SIサイリスタの1構造例、第3図a乃至
eは本発明によるSIサイリスタの1単位を示す構
造断面図、第4図a乃至cは本発明をビームベー
スサイリスタに応用した断面構造例(1単位)で
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1導電型高不純物密度のアノード領域
    (41)と、第2導電型高不純物密度のカソード領
    域(122)と、前記アノード領域および前記カソ
    ード領域との間に互いに隣接して形成された第2
    導電型の不純物密度N1の第1チヤンネル領域
    (133)および不純物密度N2の第2チヤンネル領
    域(113)と、前記第1チヤンネル領域の少なく
    共一部をはさんで形成された少なく共一対の第1
    導電型高不純物密度のゲート領域(14)とで少な
    く共構成されたノーマリ・オフ型サイリスタにお
    いて、前記第1チヤンネル領域内に、前記ゲート
    領域間隔の最も狭い幅Wcが存在し、Wcがゲート
    0バイアスにおけるゲート接合の拡散電位による
    空乏層の厚みの2倍以下になる如く、WcとN1
    の値が選ばれ、かつN1≫N2であることを特徴と
    する半導体装置。 2 第1導電型高不純物密度のアノード領域
    (41)と、第2導電型高不純物密度のカソード領
    域(122)と、前記アノード領域及び前記カソー
    ド領域との間に互いに隣接して形成された第2導
    電型の不純物密度N1の第1チヤンネル領域
    (133)および不純物密度N2の第2チヤンネル領
    域(113)と、前記第1チヤンネル領域の少なく
    共一部をはさんで形成された少なく共一対の第1
    導電型高不純物密度のゲート領域(14)とで少な
    く共構成されたノーマリ・オン型サイリスタにお
    いて、前記第1チヤンネル領域内に前記ゲート領
    域間隔の最も狭い幅Wcが存在し、ゲート0バイ
    アスにおいて第1チヤンネル中に電荷中性近似領
    域が残る如く、WcとN1との値が選ばれ、かつ
    N1≫N2であることを特徴とする半導体装置。 3 第1導電型高不純物密度のアノード領域
    (41)と、第2導電型高不純物密度のカソード領
    域(122)と、前記アノード領域および前記カソ
    ード領域との間に共に配置された第2導電型の不
    純物密度N1の第1チヤンネル領域(133)および
    不純物密度N2の第2チヤンネル領域(113)と、
    前記第1チヤンネル領域の少なく共一部をはさん
    で形成された第1導電型高不純物密度の少なく共
    一対のベース電極取り出し領域(24)と、前記ベ
    ース電極取り出し領域間に架設され、かつ、前記
    第1チヤンネル領域と隣接した第1導電型のベー
    ス領域(114)とで少なく共構成されたサイリス
    タにおいて、N1≫N2であり、前記ベース領域が
    主動作領域の一部でパンチスルーしかかつた状態
    であることを特徴とする半導体装置。 4 前記ベース領域が、前記第1チヤンネル領域
    の内部に把持されていることを特徴とする前記特
    許請求の範囲第3項記載の半導体装置。
JP4092383A 1983-03-12 1983-03-12 半導体装置 Granted JPS58169974A (ja)

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JPS58169974A JPS58169974A (ja) 1983-10-06
JPH036671B2 true JPH036671B2 (ja) 1991-01-30

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5179588A (ja) * 1974-12-27 1976-07-10 Stanley Electric Co Ltd Denkaikokatoranjisuta

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JPS5179588A (ja) * 1974-12-27 1976-07-10 Stanley Electric Co Ltd Denkaikokatoranjisuta

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