JPH0418763A - デュアルゲート型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ - Google Patents

デュアルゲート型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ

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JPH0418763A
JPH0418763A JP12238990A JP12238990A JPH0418763A JP H0418763 A JPH0418763 A JP H0418763A JP 12238990 A JP12238990 A JP 12238990A JP 12238990 A JP12238990 A JP 12238990A JP H0418763 A JPH0418763 A JP H0418763A
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Naoki Kumagai
直樹 熊谷
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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、一つの半導体基板上にオンの際にキャリアを
供給するためのMO3構造のほかにオフの際にキャリア
を引抜くためのMO3構造を有するデボ、アルゲーI・
型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ (以下I GB
Tと記す)に関する。
〔従来の技術〕
ス・イツチング用半導体素子は、定常ロスとスイッチン
グしIスの双方が小さいことが理想であり、この目的の
ため各種の半導体素子が提案されている。しかしながら
、一般的には定常ロスとスイッチングロスはトレードオ
フの関係にあり、定常ロスを低減しようとするとスイッ
チングロスが増大するという問題がある。これは、定常
ロスを低下させるためには伝導度変調を利用したバイポ
ーラ動作を行わせる必要があるが、バイポーラ動作を行
う場合には小数キャリアが消滅するまでに時間がかかり
、ターンオフタイムの増大すなわちスイ・7ヂングロス
が増大することによる。この小数キャリアの再結合を促
進しスイッチングロスを低減するためにライフタイムキ
ラーを導入すると、伝導度変調が少なくなりオン電圧す
なわぢ、定常ロスが増大する。これを改炸する手段の一
つとしてデュアルゲート型IGBT、デュアルゲ−1へ
型Siサイリスタなどが提案されている。第2図は特開
昭64−57674号公報で公知のデュアルゲート型I
GBTO例で、n型あるいはp型シリコン基板10の上
にn−エピタキシャル層1が積層され、その表面部にp
型のベース領域21およびドレイン領域22が形成され
ている。さらにpベース領域21およびドレイン領域2
2表面部にそれぞれ第一・n゛ソース領域31および第
二n゛ソース領域32が形成されており、各ソース領域
31.32とn−層1にはさまれて露出しているpベー
ス領域21.ドレイン領域22の表面上にはゲート酸化
膜4を介して第一ゲート電極51.第二ゲート電極52
が設けられている。
そして、pベース領域21と第一ソース領域31に共通
にソース電極6が、ドレイン領域22と第二ソース領域
32に共通にドレイン電極7が接触している。
以下、本素子の動作を説明する。本素子をオンさせるに
は、n゛層1pベース領域21.第一ソース領域313
 ゲート酸化膜4および第一ゲート電極51により構成
される第−MO3FETのゲート電極51にゲートしき
い値以−トの電圧を印加してオン状態にする。第−MO
3FETがオンすることにより、ソース領域31からベ
ース領域21の表面反転層を通−って電子がn−層1に
流入する。n”層1乙こ電子が流入すると、p型ドレイ
ン領域22から正孔が注入され、n−層1 (および基
板10)がいわゆる伝導度変調を受け、本素子は従来の
シングルゲート型I G B Tとして動作する。一方
、本素子をオフさせるには、先ず第二ゲート電極52に
ゲートシきい値以上の電圧を印加し、n−層1.ドレイ
ン領域22.第二ソース領域32.ゲート酸化膜4およ
び第二ゲート電極52により構成される第二M OS 
F E Tをオンさせる。これにより、ドレイン領域2
20表面反転層よりn−層1中の電子が引抜かれ、ドし
・イン領域22からの正札の注入は急速に低トし2、素
子はMOSFETあるいはアノード11−1−型I G
 B Tとして動作する6したがって、n−層1 (お
よび基板)に生じていた伝導度変調はなくなり、このあ
と第−MO3FETをオフすることにより、素子を高速
度でターンオフすることができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
このようなデュアルゲーI・型I GBTを駆動するに
は、ソース電極6を接地し、ドレイン電極7に主回路電
源から正の電圧を印加し、デー1〜電極51にドレイン
電極に印加する電圧以下の正の電圧を印加して第一のM
OSFETをオンさせる。
方、第二のMOS F ETをオンさせるには、ドレイ
ン電極7に印加する電圧以トの高い正の電圧をゲート電
極52に印加する必要がある。従って、本素子を駆動す
るには、別の絶縁電源を使用するか、チャージポンプな
どの回路を付加することにより主回路電源より駆動電源
を作ることが必要である。
本発明の目的は、上記の欠点を除去し、第二MOSFE
Tの駆動電源を主回路側から簡単に得ることができ、使
用の際のコストダウンができるデュアルゲート型I G
BTを提供することにある。
〔課題を解決するだめの手段〕
l1記の目的を達成するために、第一の本発明は第二導
電型の半導体層の表面部に選択的に形成された第一導電
型の第一ベース領域と第二導電型で]1;j記半導体層
より高不純物濃度の第二ベース領域とをもう、第一ベー
ス領域の表面部に選択的に第導電型の第一ソース領域が
、第二ベース領域の表面部に選択的に第−i電型のドレ
イン領域および第一導電型の第二ソース領域がそれぞれ
形成され、第一−−z−ス領域および第一−ソース領域
に共通にソース電極が、ドレイン領域にドレイン電極が
それぞれ接触し、また第二ベース領域および第二ソース
領域に共通に短絡電極が接触し、第一ベース領域の第一
ソース領域および前記半導体層にはさまれた領域の表面
上に第一ゲート電極を、第二ベース領域のトレイン領域
および第二ソース領域にはさまれた領域の表面上に第二
ゲート電極をそれぞれゲート絶縁膜を介して備えたもの
とする。
第二の本発明は、第二導電型の半導体層の表面部にそれ
ぞれ選択的に形成された第一導電型の第一ベース領域と
第二ベース領域とをもち、第一ベース領域の表面部に選
択的に第二導電型の第一ソース領域が、第二ベース領域
の表面部に選択的に第二導電型の第二ソース領域がそれ
ぞれ形成され、さらに第二ベース領域の第二ソース領域
および前記半導体層にはさまれた領域の表面部に第二導
電型のチャネル層が形成され、第一ベース領域および第
一ソース領域に共通にソース電極が、ドレイン領域およ
び第二ソース領域に共通にドレイン電極が接触し、第一
ベース領域の第一ソース領域および前記半導体層にはさ
まれた領域の表面上に第一ゲート電極を、前記チャネル
層の表面上に第二ゲート電極をそれぞれゲート絶縁膜を
介して備えたものとする。
〔作用〕
第一の発明においては、ドレイン電極の接触する第一導
電型のドレイン領域、ドレイン領域を囲む第二導電型の
第二ベース領域、その第二ベース領域と短絡電極で短絡
される第一導電型の第二ソース領域および第二ゲート電
極からなる第二0MO3FETのチャネルは第一のMO
SFETと逆の第一導電型であり、ドレイン電極に印加
される電位よりもソース電極の電位に近い電位に第二ゲ
ート電極を印加することによりオンさせることができ、
第−MO3FETのオフに先立って高抵抗層のキャリア
を引抜くことができる。なお、第二ベース領域は、第二
導電型の半導体層と第一導電型のベース層との間に逆電
圧が印加されたときに、高抵抗の半導体層に空乏層が広
がってドレイン領域に達し一ζバンチスルーすることを
防ぐためのノ\ッファ層としても役立つ。また、短絡電
極はキャリア引抜き時のキャリア変換に役立つ。第二の
発明では、ドレイン電極の接触する第二導電型のドレイ
ン領域、第二導電型の半導体層、両者にはさまれた領域
の表面部に設けられた第二導電型のチャネル層および第
二ゲート電極により構成される第二MOSFETは、デ
プレッション型MO3FETであり、ドレイン電極に印
加される電位よりソース電極の電位に近い電位に第二ゲ
ート電極をすることによりオフさせることができる。す
なわち、いずれも主回路電源電位範囲内に駆動電圧範囲
を選定することが可能になり、駆動電源を主回路側から
簡単に得られる。
〔実施例〕
以下、第2図を含めて各図に共通の部分に同一の符号を
付した図を引用して本発明の実施例について説明する。
第1図に示す素子の第2図の素子と異なる点は、第二M
OSFETがn型第二ベース領域8をもっており、その
中央にp゛ ドレイン領域81、その両側にp゛第二ソ
ース領域82が形成され、第二ゲート電極52は、ドレ
イン領域81と第二ソース領域82にはさまれて露出し
ているnベース領域8の表面上にゲート酸化膜4を介し
て設けられていることである。p゛ ドレイン領域81
にはドレイン電極が接触し、第二ソース領域82は、第
二ベース領域8に形成されたn゛接触領域33に共通に
接触する短絡電極71により第二ベース領域と接続され
ている。この素子をオンするには、第二MOSFETを
オフしておき、第一ベース領域21第一ソース領域31
.n−層1、ゲート酸化膜4゜第−デー1〜電極51で
構成される第−MOS F ETをオンさせる。これに
より本素子はバッファとしてn eMMB2有するI 
GBTとして動作する。
方、本素子をオフするには、第二ゲート電極52にゲー
[・シきい値以上の電圧を印加して第二MOSFETを
オンさせることにより、nバッファ領域8中の電子を、
第二ベース領域8−・接触領域33−短絡電極71−第
二ソース領域82−ベース領域80表面反転層 (pチ
ャネル)−・ドレイン領域81−トレイン電極7の径路
により引き抜く。このため、第2図の素子と同様の効果
により、n−層1 くおよび基板10)に生じていた伝
導度変調がなくなり、このあと第−MOSFETをオフ
させることにより、本素子はM OS F E Tある
いはアノードショト型I GBTとして高速(こターン
オフさせることができる。な才?、電極71はp型9]
域通過のためにキャリアを電子から正孔へ変換する役を
する金属電極である。
第3図に示した実施例は、薄く一層多量にドープされた
エピタキシャル層を用いて高耐圧で低いオン抵抗を得る
公知のリサーフ (表面電界減少)技術を用いたもので
、ソース電極6に接触するp゛分離領域83および基板
10に達するp゛埋込領域84により、また基板の裏面
に接触する基板電極l]により、p”基板10をソース
電位としている。なお、このようにリサーフ技術を使用
した場合に番よ、素子がオフ状態になったときにn、、
g域1がすべて空乏化することから、pl ドレイン領
域81にバンチスルーを防止するバッファとして、第二
ベース領域8が役立つ。
第4図に示す実施例では、第2図の素子と異なる点は、
第二MOS F ETのドレイン領域22のゲート電極
52ムこ面するチャネル領域にn拡散層9を形成したこ
とである。これにより第二M OS F IF。
Tはデプレッション型になるので、デー1〜電極52に
電圧を印加しないときにオンしており、電圧を印加する
ことによりオフさせることにより、上記の各デュアルゲ
ート型IGBTと同様の動作をさせることができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、第二導電型のチャネルが形成される第
−MOSFETに対し、第二MO3FE′r゛に形成さ
れるチャネルを第一導電型とすることにより、あるいは
第二MOSFETをデプレッション型M OS F f
シ゛■゛とすることにより、第一1第−MO3FET双
方の駆動電圧を主回路電源電圧範囲内に設定できるよう
になった。この結果、別の絶縁電源あるいはチャージポ
ンプなどの回路の必要はなく、ゲート駆動電源を主回路
電源より簡単にGIることかでき、デュアルゲート型T
GBTを用いたシステムの総コストの低減が可能となっ
た。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の素子の要部断面図、第2図
は従来の素子の要部断面図、第3図、第4図はそれぞれ
本発明の異なる実施例の素子の要部断面図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)第二導電型の半導体層の表面部に選択的に形成され
    た第一導電型の第一ベース領域と第二導電型で前記半導
    体層より高不純物濃度の第二ベース領域とをもち、第一
    ベース領域の表面部に選択的に第一導電型の第一ソース
    領域が、第二ベース領域の表面部に選択的に第一導電型
    のドレイン領域および第一導電型の第二ソース領域がそ
    れぞれ形成され、第一ベース領域および第一ソース領域
    に共通にソース電極が、ドレイン領域にドレイン電極が
    それぞれ接触し、また第二ベース領域および第二ソース
    領域に共通に短絡電極が接触し、第一ベース領域の第一
    ソース領域および前記半導体層にはさまれた領域の表面
    上に第一ゲート電極を、第二ベース領域のドレイン領域
    および第二ソース領域にはさまれた領域の表面上に第二
    ゲート電極をそれぞれゲート絶縁膜を介して備えたこと
    を特徴とするデュアルゲート型絶縁ゲートバイポーラト
    ランジスタ。 2)第二導電型の半導体層の表面部にそれぞれ選択的に
    形成された第一導電型の第一ベース領域と第二ベース領
    域とをもち、第一ベース領域の表面部に選択的に第二導
    電型の第一ソース領域が、第二ベース領域の表面部に選
    択的に第二導電型の第二ソース領域がそれぞれ形成され
    、さらに第二ベース領域の第二ソース領域および前記半
    導体層にはさまれた領域の表面部に第二導電型のチャネ
    ル層が形成され、第一ベース領域および第一ソース領域
    に共通にソース電極が、ドレイン領域および第二ソース
    領域に共通にドレイン電極が接触し、第一ベース領域の
    第一ソース領域および前記半導体層にはさまれた領域の
    表面上に第一ゲート電極を、前記チャネル層の表面上に
    第二ゲート電極をそれぞれゲート絶縁膜を介して備えた
    ことを特徴とするデュアルゲート型絶縁ゲートバイポー
    ラトランジスタ。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0649175A1 (de) * 1993-10-15 1995-04-19 Siemens Aktiengesellschaft Laterales IGBT-Bauteil mit schaltbarer Anodenstruktur
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JPH01253278A (ja) * 1988-04-01 1989-10-09 Hitachi Ltd 半導体装置

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