JPH04261065A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH04261065A JPH04261065A JP915991A JP915991A JPH04261065A JP H04261065 A JPH04261065 A JP H04261065A JP 915991 A JP915991 A JP 915991A JP 915991 A JP915991 A JP 915991A JP H04261065 A JPH04261065 A JP H04261065A
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- region
- diode
- semiconductor
- semiconductor device
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
- H01L29/7803—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device
- H01L29/7806—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device the other device being a Schottky barrier diode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
- H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
- H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、特にモータ駆動用イ
ンバータ回路等の誘導負荷回路に用いられるパワーMO
SFET,コレクタ短絡型IGBT(絶縁ゲート型バイ
ポーラトランジスタ)等のパワースイッチングデバイス
内に逆回復時間の短いダイオードを作り込むための改善
に関する。
ンバータ回路等の誘導負荷回路に用いられるパワーMO
SFET,コレクタ短絡型IGBT(絶縁ゲート型バイ
ポーラトランジスタ)等のパワースイッチングデバイス
内に逆回復時間の短いダイオードを作り込むための改善
に関する。
【0002】
【従来の技術】図10は、パワーMOSFETを用いた
モータ駆動用の従来のハーフブリッジ回路を示す回路図
である。図において、正,負電源端子5,6間に、パワ
ーMOSFET1,2およびパワーMOSFET3,4
がそれぞれトーテムポール接続されている。正,負電源
端子5,6間にはまた、コンデンサ7が接続されている
。モータ8は、パワーMOSFET1,2の接続点とパ
ワーMOSFET3,4の接続点との間に接続されてい
る。パワーMOSFET1〜4にはそれぞれ、フリーホ
イールダイオード9〜12が並列に接続されている。 パワーMOSFET1〜4はそれぞれ、ゲート端子13
〜16に印加される制御電圧によってオン/オフが制御
される。
モータ駆動用の従来のハーフブリッジ回路を示す回路図
である。図において、正,負電源端子5,6間に、パワ
ーMOSFET1,2およびパワーMOSFET3,4
がそれぞれトーテムポール接続されている。正,負電源
端子5,6間にはまた、コンデンサ7が接続されている
。モータ8は、パワーMOSFET1,2の接続点とパ
ワーMOSFET3,4の接続点との間に接続されてい
る。パワーMOSFET1〜4にはそれぞれ、フリーホ
イールダイオード9〜12が並列に接続されている。 パワーMOSFET1〜4はそれぞれ、ゲート端子13
〜16に印加される制御電圧によってオン/オフが制御
される。
【0003】いま、FET1,4がオン状態であるとす
ると、電源電流I1がモータ8に流れる。次にFET1
がオフすると、還流電流I2 がフリーホイールダイオ
ード10を通じて流れる。そして、FET4をオフさせ
るとともにFET2,3をオンさせることにより、電源
電流I1 と逆向きの電源電流がモータ8に流れる。こ
の電源電流が流れる時点でフリーホイールダイオード1
0は逆回復過程に入り、蓄積された過剰キャリアが外部
に掃き出されることによりオフする。
ると、電源電流I1がモータ8に流れる。次にFET1
がオフすると、還流電流I2 がフリーホイールダイオ
ード10を通じて流れる。そして、FET4をオフさせ
るとともにFET2,3をオンさせることにより、電源
電流I1 と逆向きの電源電流がモータ8に流れる。こ
の電源電流が流れる時点でフリーホイールダイオード1
0は逆回復過程に入り、蓄積された過剰キャリアが外部
に掃き出されることによりオフする。
【0004】フリーホイールダイオード9〜12の逆回
復時間が長いとスイッチング損失が大きく効率が悪くな
る。このため、一般に、フリーホイールダイオード9〜
12として外付けの高速リカバリーダイオードを用い、
逆回復時間を短くすることが行われている。一方、MO
SFETではその構造上、素子内部にダイオードが寄生
的に形成されており、このダイオードをフリーホイール
ダイオードとして用いる試みが従来より行われている。
復時間が長いとスイッチング損失が大きく効率が悪くな
る。このため、一般に、フリーホイールダイオード9〜
12として外付けの高速リカバリーダイオードを用い、
逆回復時間を短くすることが行われている。一方、MO
SFETではその構造上、素子内部にダイオードが寄生
的に形成されており、このダイオードをフリーホイール
ダイオードとして用いる試みが従来より行われている。
【0005】図11は、従来の縦型nチャネルMOSF
ETの構造を示す断面図である。図において、N+ ド
レイン領域21上にN(あるいはN− )ドリフト領域
22が形成され、このドリフト領域22の表面にP+
ウェル領域23が形成されている。P+ ウェル領域2
3の表面にはN+ ソース領域24が形成され、このN
+ ソース領域24の表面とドリフト領域22の表面と
で挟まれたP+ ウェル領域23の表面近傍の領域25
がチャネル領域となる。チャネル領域25上にはゲート
絶縁膜26を介してゲート電極27が形成され、その上
を絶縁膜28で覆ってゲート電極27を絶縁している。 そして表面全面に、N+ソース領域24およびP+ ウ
ェル領域23に接続するソース電極29が設けられてい
る。またN+ ドレイン領域21の裏面にはドレイン電
極30が設けられている。
ETの構造を示す断面図である。図において、N+ ド
レイン領域21上にN(あるいはN− )ドリフト領域
22が形成され、このドリフト領域22の表面にP+
ウェル領域23が形成されている。P+ ウェル領域2
3の表面にはN+ ソース領域24が形成され、このN
+ ソース領域24の表面とドリフト領域22の表面と
で挟まれたP+ ウェル領域23の表面近傍の領域25
がチャネル領域となる。チャネル領域25上にはゲート
絶縁膜26を介してゲート電極27が形成され、その上
を絶縁膜28で覆ってゲート電極27を絶縁している。 そして表面全面に、N+ソース領域24およびP+ ウ
ェル領域23に接続するソース電極29が設けられてい
る。またN+ ドレイン領域21の裏面にはドレイン電
極30が設けられている。
【0006】図11のMOSFETでは、ゲート電極2
7に正電圧が印加されると、チャネル領域25がN型に
反転して反転層が形成され、この反転層を通って図示の
ようにドレイン電極30からソース電極29にドレイン
電流ID が流れる。ゲート電極27に負電圧が印加さ
れるとチャネル領域25の反転層は消滅し、MOSFE
Tはオフする。
7に正電圧が印加されると、チャネル領域25がN型に
反転して反転層が形成され、この反転層を通って図示の
ようにドレイン電極30からソース電極29にドレイン
電流ID が流れる。ゲート電極27に負電圧が印加さ
れるとチャネル領域25の反転層は消滅し、MOSFE
Tはオフする。
【0007】図11のMOSFETは、P+ ウェル領
域23,Nドリフト領域22およびN+ ドレイン領域
21より形成されるP+ IN+ ダイオード31を寄
生的に含んでいる。したがって、このダイオード31を
図10のフリーホイールダイオード9〜12として使う
ことが可能である。図11中、IR は還流電流の流れ
を示している。
域23,Nドリフト領域22およびN+ ドレイン領域
21より形成されるP+ IN+ ダイオード31を寄
生的に含んでいる。したがって、このダイオード31を
図10のフリーホイールダイオード9〜12として使う
ことが可能である。図11中、IR は還流電流の流れ
を示している。
【0008】図12は、従来のコレクタ短絡型IGBT
の構造を示す断面図である。このコレクタ短絡型IGB
Tは、図11のN+ ドレイン領域21に代え、交互に
配置されたP+ コレクタ領域32およびN+ コレク
タ短絡領域33がNドリフト領域22の裏面に設けられ
る点を除き、図11のMOSFETと同様の構造を有し
ている。そして、図11のダイオード31と同様なP+
IN+ ダイオード34が、P+ ウェル領域23,
Nドリフト領域22およびN+ コレクタ短絡領域33
により寄生的に形成されている。したがって、図10の
パワーMOSFET1〜4に代えて図7のコレクタ短絡
型IGBTを用いる場合にも、ダイオード34をフリー
ホイールダイオード9〜12として用いることが可能で
ある。
の構造を示す断面図である。このコレクタ短絡型IGB
Tは、図11のN+ ドレイン領域21に代え、交互に
配置されたP+ コレクタ領域32およびN+ コレク
タ短絡領域33がNドリフト領域22の裏面に設けられ
る点を除き、図11のMOSFETと同様の構造を有し
ている。そして、図11のダイオード31と同様なP+
IN+ ダイオード34が、P+ ウェル領域23,
Nドリフト領域22およびN+ コレクタ短絡領域33
により寄生的に形成されている。したがって、図10の
パワーMOSFET1〜4に代えて図7のコレクタ短絡
型IGBTを用いる場合にも、ダイオード34をフリー
ホイールダイオード9〜12として用いることが可能で
ある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】図11のダイオード3
1や図12のダイオード34をフリーホイールダイオー
ド9〜12として用いると、外付けのダイオードをフリ
ーホイールダイオード9〜12として別途設ける必要が
なくなる利点があるため、そのような試みは従来より行
われてきた。しかしながら、ダイオード31,34をフ
リーホイールダイオードとして用いるためには、ダイオ
ード31,34の逆回復時間が極めて短くなければなら
ない。したがって、過剰小数キャリアのライフタイムを
短くするために、重金属拡散や電子線照射等のライフタ
イム制御を行う必要がある。
1や図12のダイオード34をフリーホイールダイオー
ド9〜12として用いると、外付けのダイオードをフリ
ーホイールダイオード9〜12として別途設ける必要が
なくなる利点があるため、そのような試みは従来より行
われてきた。しかしながら、ダイオード31,34をフ
リーホイールダイオードとして用いるためには、ダイオ
ード31,34の逆回復時間が極めて短くなければなら
ない。したがって、過剰小数キャリアのライフタイムを
短くするために、重金属拡散や電子線照射等のライフタ
イム制御を行う必要がある。
【0010】そのようなライフタイム制御は、ドリフト
層22内のキャリアのライフタイムを短くするものであ
り、通常動作におけるオン状態でのドリフト層22での
電圧降下の増大(すなわちオン電圧の増大)を招くため
、十分な最適化が必要である。また、重金属拡散による
もれ電流の増大や、電子線照射による閾値電圧の変動等
、ライフタイム制御がオン電圧以外にも素子の電気的特
性に大きな影響を及ぼすことが知られており、このよう
なことをも考慮した上でライフタイム制御を行わなけれ
ばならない。したがって、素子の電気的特性を良好に保
ったままライフタイム制御によりダイオード31やダイ
オード34の逆回復時間を十分に低下させることは極め
て困難であり、結局は、十分な高速性が得られないため
に、外付けのフリーホイールダイオードを付加せざるを
得ないという問題点があった。
層22内のキャリアのライフタイムを短くするものであ
り、通常動作におけるオン状態でのドリフト層22での
電圧降下の増大(すなわちオン電圧の増大)を招くため
、十分な最適化が必要である。また、重金属拡散による
もれ電流の増大や、電子線照射による閾値電圧の変動等
、ライフタイム制御がオン電圧以外にも素子の電気的特
性に大きな影響を及ぼすことが知られており、このよう
なことをも考慮した上でライフタイム制御を行わなけれ
ばならない。したがって、素子の電気的特性を良好に保
ったままライフタイム制御によりダイオード31やダイ
オード34の逆回復時間を十分に低下させることは極め
て困難であり、結局は、十分な高速性が得られないため
に、外付けのフリーホイールダイオードを付加せざるを
得ないという問題点があった。
【0011】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、ライフタイム制御なしでも十分
に逆回復時間の短いダイオードを内蔵し、しかも高耐圧
用途にも適用可能な半導体装置を得ることを目的とする
。
ためになされたもので、ライフタイム制御なしでも十分
に逆回復時間の短いダイオードを内蔵し、しかも高耐圧
用途にも適用可能な半導体装置を得ることを目的とする
。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる半導体
装置は、少なくとも一部が第1導電型である第1の半導
体層とこの第1の半導体層の上に形成された第1導電型
の第2の半導体層とからなる基板と、この基板の主表面
に選択的に形成された第2導電型の第1の半導体領域と
、この第1の半導体領域の表面に選択的に形成された第
1導電型の第2の半導体領域と、前記第2の半導体層と
第2の半導体領域に挟まれた第1の半導体領域内に規定
されたチャネル領域と、このチャネル領域上に形成され
た絶縁膜と、この絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
を備える半導体装置において、前記基板の第2の半導体
層の表面で且つ前記対向する第1の半導体領域の間に、
第2の半導体層と接触するバリヤメタル層が形成された
ものである。
装置は、少なくとも一部が第1導電型である第1の半導
体層とこの第1の半導体層の上に形成された第1導電型
の第2の半導体層とからなる基板と、この基板の主表面
に選択的に形成された第2導電型の第1の半導体領域と
、この第1の半導体領域の表面に選択的に形成された第
1導電型の第2の半導体領域と、前記第2の半導体層と
第2の半導体領域に挟まれた第1の半導体領域内に規定
されたチャネル領域と、このチャネル領域上に形成され
た絶縁膜と、この絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
を備える半導体装置において、前記基板の第2の半導体
層の表面で且つ前記対向する第1の半導体領域の間に、
第2の半導体層と接触するバリヤメタル層が形成された
ものである。
【0013】
【作用】この発明による半導体装置は、バリヤメタル層
と第2半導体層によるショットキー接合部を内蔵する。 このショトッキー接合部は、多数キャリヤの移動に対し
て整流作用をもつショットキーバリヤダイオードを構成
する。このショットキーバリヤダイオードは、半導体装
置の本体部がターンオフした時、誘導性負荷の場合に一
時的に順バイアス状態となり、いわゆる環流電流を流す
ことができる。ショットキー接合部を流れる電流は基本
的に多数キャリヤによって担われるため、前記環流電流
も主に多数キャリヤによる電流となり、少数キャリヤの
蓄積は少ない。すなわち、この半導体装置には、過剰少
数キャリヤのライフタイムによる逆回復時間の増加が少
なく、逆回復時間は極めて短いダイオードが内蔵されて
いることになる。
と第2半導体層によるショットキー接合部を内蔵する。 このショトッキー接合部は、多数キャリヤの移動に対し
て整流作用をもつショットキーバリヤダイオードを構成
する。このショットキーバリヤダイオードは、半導体装
置の本体部がターンオフした時、誘導性負荷の場合に一
時的に順バイアス状態となり、いわゆる環流電流を流す
ことができる。ショットキー接合部を流れる電流は基本
的に多数キャリヤによって担われるため、前記環流電流
も主に多数キャリヤによる電流となり、少数キャリヤの
蓄積は少ない。すなわち、この半導体装置には、過剰少
数キャリヤのライフタイムによる逆回復時間の増加が少
なく、逆回復時間は極めて短いダイオードが内蔵されて
いることになる。
【0014】
【実施例】図1はこの発明による半導体装置の一実施例
である縦型nチャネルMOSFETの構造を示す断面図
であり、また図2は図1の平面図である。図1の断面図
は図2の平面図のA−A′線に沿った断面構造を示して
いる。
である縦型nチャネルMOSFETの構造を示す断面図
であり、また図2は図1の平面図である。図1の断面図
は図2の平面図のA−A′線に沿った断面構造を示して
いる。
【0015】図1に示すように、N+ ドレイン領域4
1上にN(あるいはN− )ドリフト領域42が形成さ
れ、このドリフト領域42の表面にP+ ウェル領域4
3が形成されている。P+ ウェル領域43は、図2の
平面図より明らかなように、正方形の環状構造となって
いる。P+ ウェル領域43の表面にはN+ ソース領
域44が選択的に形成され、このN+ ソース領域44
の表面とドリフト領域42の表面とで挟まれたP+ ウ
ェル領域43の表面近傍の領域45がチャネル領域とな
る。一方、P+ ウェル領域43の環状構造の中央部に
、バリヤメタル51が配設されている。このバリヤメタ
ル51は、P+ ウェル領域43の環状構造の中央部に
おいてドリフト領域42の表面に接触するとともに、前
記環状構造の内部でP+ ウェル領域43およびN+
ソース領域44の表面に接触している。なお、図2にお
いて、52はバリヤメタル51のためのコンタクトホー
ルである。
1上にN(あるいはN− )ドリフト領域42が形成さ
れ、このドリフト領域42の表面にP+ ウェル領域4
3が形成されている。P+ ウェル領域43は、図2の
平面図より明らかなように、正方形の環状構造となって
いる。P+ ウェル領域43の表面にはN+ ソース領
域44が選択的に形成され、このN+ ソース領域44
の表面とドリフト領域42の表面とで挟まれたP+ ウ
ェル領域43の表面近傍の領域45がチャネル領域とな
る。一方、P+ ウェル領域43の環状構造の中央部に
、バリヤメタル51が配設されている。このバリヤメタ
ル51は、P+ ウェル領域43の環状構造の中央部に
おいてドリフト領域42の表面に接触するとともに、前
記環状構造の内部でP+ ウェル領域43およびN+
ソース領域44の表面に接触している。なお、図2にお
いて、52はバリヤメタル51のためのコンタクトホー
ルである。
【0016】チャネル領域45上にはゲート絶縁膜46
を介してゲート電極47が形成され、その上を絶縁膜4
8で覆うことによりゲート電極47を絶縁している。そ
して表面全面に、バリヤメタル51に接続するソース電
極49が設けられている。またN+ ドレイン領域4
1の裏面にはドレイン電極50が設けられている。
を介してゲート電極47が形成され、その上を絶縁膜4
8で覆うことによりゲート電極47を絶縁している。そ
して表面全面に、バリヤメタル51に接続するソース電
極49が設けられている。またN+ ドレイン領域4
1の裏面にはドレイン電極50が設けられている。
【0017】図1のMOSFETの基本的な動作は図6
のMOSFETと同じである。すなわち、ゲート電極4
7に正電圧を印加すると、チャネル領域45がN型に反
転して反転層ができ、この反転層を通じてドレイン電極
50からソース電極49にドレイン電流が流れる。ゲー
ト電極47に負電圧を印加するとチャネル領域45の反
転層は消滅し、MOSFETはオフする。
のMOSFETと同じである。すなわち、ゲート電極4
7に正電圧を印加すると、チャネル領域45がN型に反
転して反転層ができ、この反転層を通じてドレイン電極
50からソース電極49にドレイン電流が流れる。ゲー
ト電極47に負電圧を印加するとチャネル領域45の反
転層は消滅し、MOSFETはオフする。
【0018】図1のMOSFETは、バリヤメタル51
とNドリフト領域42の接合領域を備えており、この接
合領域を備えることにより、図1に模式的に示すような
いわゆるショットキーバリヤダイオード53を内蔵して
いる。図中、IR は、このダイオード53をフリーホ
イールダイオードとして用いたときの還流電流の流れを
示す。前記接合領域を流れる電流は主に多数キャリヤに
担われた電流であり、もちろん前記環流電流IR も多
数キャリヤによる電流となる。すなわち、前記ダイード
53の逆回復過程において、過剰の少数キャリヤのライ
フタイムによる逆回復時間の増加は少なく、このダイオ
ード53の逆回復時間は速い。
とNドリフト領域42の接合領域を備えており、この接
合領域を備えることにより、図1に模式的に示すような
いわゆるショットキーバリヤダイオード53を内蔵して
いる。図中、IR は、このダイオード53をフリーホ
イールダイオードとして用いたときの還流電流の流れを
示す。前記接合領域を流れる電流は主に多数キャリヤに
担われた電流であり、もちろん前記環流電流IR も多
数キャリヤによる電流となる。すなわち、前記ダイード
53の逆回復過程において、過剰の少数キャリヤのライ
フタイムによる逆回復時間の増加は少なく、このダイオ
ード53の逆回復時間は速い。
【0019】ところで、ショットキーバリヤダイオード
53を構成する前記Nドリフト領域42はP+ ウェル
領域43に取り囲まれているため、ショットキーバリヤ
ダイオード53に対する順バイアス電圧が一定以上とな
ると、P+ ウェル領域43からNドリフト領域42に
ホールが注入されることとなる。したがって、Nドリフ
ト領域42における電導度変調の効果により低いオン電
圧が実現されることになる。しかも、この場合でも環流
電流IRは大部分がショットキーバリヤダイオード53
を介して流れる多数キャリヤに担われた電流である。し
たがって、図11に示す従来の半導体装置のように過剰
の少数キャリヤの流入はなく、逆回復時間は従来の半導
体装置に比べて極めて短い。
53を構成する前記Nドリフト領域42はP+ ウェル
領域43に取り囲まれているため、ショットキーバリヤ
ダイオード53に対する順バイアス電圧が一定以上とな
ると、P+ ウェル領域43からNドリフト領域42に
ホールが注入されることとなる。したがって、Nドリフ
ト領域42における電導度変調の効果により低いオン電
圧が実現されることになる。しかも、この場合でも環流
電流IRは大部分がショットキーバリヤダイオード53
を介して流れる多数キャリヤに担われた電流である。し
たがって、図11に示す従来の半導体装置のように過剰
の少数キャリヤの流入はなく、逆回復時間は従来の半導
体装置に比べて極めて短い。
【0020】バリヤメタル51は、このバリヤメタル5
1よりもN+ ドレイン領域41側に拡散し且つ互いに
対向しているP+ ウェル領域43,43の間に設けら
れている。このため、P+ ウェル領域43とNドリフ
ト領域42のPN接合に逆バイアスがかかると、P+
ウェル領域43とNドリフト領域42の界面よりNドリ
フト領域42内に伸びる空乏層によるシールディング効
果により、バリヤメタル51の耐圧に及ぼす影響が軽減
される。したがって、バリヤメタル51とNドリフト領
域42によるショットキーバリヤを設けたことにより、
高耐圧を実現するについて支障が生じることはない。
1よりもN+ ドレイン領域41側に拡散し且つ互いに
対向しているP+ ウェル領域43,43の間に設けら
れている。このため、P+ ウェル領域43とNドリフ
ト領域42のPN接合に逆バイアスがかかると、P+
ウェル領域43とNドリフト領域42の界面よりNドリ
フト領域42内に伸びる空乏層によるシールディング効
果により、バリヤメタル51の耐圧に及ぼす影響が軽減
される。したがって、バリヤメタル51とNドリフト領
域42によるショットキーバリヤを設けたことにより、
高耐圧を実現するについて支障が生じることはない。
【0021】このように、本実施例に係る図1のMOS
FETは、逆回復時間の短いダイオード53を内蔵して
いる上、高耐圧の用途においても十分に適用可能である
。したがって図10のインバータ回路において、パワー
MOSFET1〜4として図1のMOSFETを用いる
ことにより、外付けのフリーホイールダイオード9〜1
2が不要となる。
FETは、逆回復時間の短いダイオード53を内蔵して
いる上、高耐圧の用途においても十分に適用可能である
。したがって図10のインバータ回路において、パワー
MOSFET1〜4として図1のMOSFETを用いる
ことにより、外付けのフリーホイールダイオード9〜1
2が不要となる。
【0022】次に、図1のMOSFETの製造工程の一
例を図3〜図8示す断面図を参照しながら説明する。
例を図3〜図8示す断面図を参照しながら説明する。
【0023】まず、図3に示すような、N+ ドレイン
領域41となるN+ 型半導体基板上に、Nドリフト領
域42となるN型半導体層を形成した出発基板を準備す
る。
領域41となるN+ 型半導体基板上に、Nドリフト領
域42となるN型半導体層を形成した出発基板を準備す
る。
【0024】次に、図4に示すように、マスク101を
用いて、Nドリフト領域42の所定位置に、ボロン等の
P型不純物をイオン注入,ガス拡散等によって選択的に
導入し、比較的高不純物濃度のP+ ウェル領域43を
形成する。
用いて、Nドリフト領域42の所定位置に、ボロン等の
P型不純物をイオン注入,ガス拡散等によって選択的に
導入し、比較的高不純物濃度のP+ ウェル領域43を
形成する。
【0025】次に、酸化膜およびドープドポリシリコン
膜を順次形成した後、これらの膜を選択的にエッチング
することにより、図5に示すように、酸化膜でなるゲー
ト絶縁膜46およびドープドポリシリコン膜でなるゲー
ト電極47を形成するとともにソース領域44形成のた
めの窓を開ける。そして、前記窓を通じてヒソ,リン等
のN型不純物をイオン注入,ガス拡散等によりP+ ウ
ェル領域43の表面に選択的に導入することにより、N
+ ソース領域44を形成する。
膜を順次形成した後、これらの膜を選択的にエッチング
することにより、図5に示すように、酸化膜でなるゲー
ト絶縁膜46およびドープドポリシリコン膜でなるゲー
ト電極47を形成するとともにソース領域44形成のた
めの窓を開ける。そして、前記窓を通じてヒソ,リン等
のN型不純物をイオン注入,ガス拡散等によりP+ ウ
ェル領域43の表面に選択的に導入することにより、N
+ ソース領域44を形成する。
【0026】次に、図6に示すように、ゲート電極47
を絶縁するための絶縁膜48を全面に形成した後、これ
を選択的にエッチングし、P+ ウェル領域43,N+
ソース領域44、およびP+ ウェル領域43に挾ま
れたNドリフト領域42の表面に対するコンタクトのた
めのコンタクトホール52を開ける。
を絶縁するための絶縁膜48を全面に形成した後、これ
を選択的にエッチングし、P+ ウェル領域43,N+
ソース領域44、およびP+ ウェル領域43に挾ま
れたNドリフト領域42の表面に対するコンタクトのた
めのコンタクトホール52を開ける。
【0027】この後、絶縁膜48を含む全面にスパッタ
等によりモリブデン等のメタル膜を形成し、パターニン
グされたレジストマスクを用いてエッチングを行うこと
により、図7に示すように、上記コンタクトホール52
にのみバリヤメタル51を残す。これによって、P+
ウェル領域43の間に、バリヤメタル51とNドリフト
領域42の接合面、すなわちショットキー接合部が形成
される。
等によりモリブデン等のメタル膜を形成し、パターニン
グされたレジストマスクを用いてエッチングを行うこと
により、図7に示すように、上記コンタクトホール52
にのみバリヤメタル51を残す。これによって、P+
ウェル領域43の間に、バリヤメタル51とNドリフト
領域42の接合面、すなわちショットキー接合部が形成
される。
【0028】この後、図8に示すように、バリヤメタル
51と接続する金属のソース電極49を表面に形成する
とともに、金属のドレイン電極50を裏面に形成する。 このようにして、図1の構造のMOSFETが得られる
。
51と接続する金属のソース電極49を表面に形成する
とともに、金属のドレイン電極50を裏面に形成する。 このようにして、図1の構造のMOSFETが得られる
。
【0029】図9はこの発明による半導体装置の他の実
施例であるコレクタ短絡型nチャネルIGBTの構造を
示す断面図である。図において、図1のMOSFETと
の相違点は、図1のN+ ドレイン領域41に代え、交
互に配置されたP+ コレクタ領域54およびN+ コ
レクタ短絡領域55がNドリフト領域42の裏面に設け
られる点である。その他の構造は図1のMOSFETと
同様である。なお電極49,50はそれぞれエミッタ電
極,コレクタ電極となる。
施例であるコレクタ短絡型nチャネルIGBTの構造を
示す断面図である。図において、図1のMOSFETと
の相違点は、図1のN+ ドレイン領域41に代え、交
互に配置されたP+ コレクタ領域54およびN+ コ
レクタ短絡領域55がNドリフト領域42の裏面に設け
られる点である。その他の構造は図1のMOSFETと
同様である。なお電極49,50はそれぞれエミッタ電
極,コレクタ電極となる。
【0030】図9のIGBTでは、図1のMOSFET
におけるダイオード53と同様のショットキーバリヤダ
イオード56が、バリヤメタル51とNドリフト領域4
2の接合部に形成されている。したがって、上述したの
と同様の理由により、ダイオード56の逆回復時間は短
く、またこのIGBTを高耐圧の用途に適用することも
容易に可能である。したがって、図10のインバータ回
路において、パワーMOSFET1〜4の代りに図9の
IGBTを用いることにより、外付けのフリーホイール
ダイオード9〜12が不要となる。
におけるダイオード53と同様のショットキーバリヤダ
イオード56が、バリヤメタル51とNドリフト領域4
2の接合部に形成されている。したがって、上述したの
と同様の理由により、ダイオード56の逆回復時間は短
く、またこのIGBTを高耐圧の用途に適用することも
容易に可能である。したがって、図10のインバータ回
路において、パワーMOSFET1〜4の代りに図9の
IGBTを用いることにより、外付けのフリーホイール
ダイオード9〜12が不要となる。
【0031】図9のIGBTの動作において、ゲート電
極47に正電圧を印加するとチャネル領域45がN型に
反転して反転層ができ、この反転層を通じてコレクタ電
極50からエミッタ電極49にコレクタ電流が流れる。 このとき、ドリフト領域42における電導度変調の効果
により、この半導体の通常動作において低いオン電圧が
実現される。ゲート電極47に負電圧を印加するとチャ
ネル領域45の反転層は消滅し、IGBTはオフする。 このとき、N+ コレクタ短絡領域55を通じて残留キ
ャリアが高速に引き出されるため、速いターンオフ速度
が実現される。
極47に正電圧を印加するとチャネル領域45がN型に
反転して反転層ができ、この反転層を通じてコレクタ電
極50からエミッタ電極49にコレクタ電流が流れる。 このとき、ドリフト領域42における電導度変調の効果
により、この半導体の通常動作において低いオン電圧が
実現される。ゲート電極47に負電圧を印加するとチャ
ネル領域45の反転層は消滅し、IGBTはオフする。 このとき、N+ コレクタ短絡領域55を通じて残留キ
ャリアが高速に引き出されるため、速いターンオフ速度
が実現される。
【0032】なお、上記実施例では、図2の平面図で示
すような正方形の島状のセル構造について説明したが、
この発明は正方形以外の形状の島状のセル構造やストラ
イプのセル構造の場合などにも適用できる。ストライプ
セル構造では、図1や図9の断面構造が、紙面に垂直な
方向にストライプ状に延設されることになる。
すような正方形の島状のセル構造について説明したが、
この発明は正方形以外の形状の島状のセル構造やストラ
イプのセル構造の場合などにも適用できる。ストライプ
セル構造では、図1や図9の断面構造が、紙面に垂直な
方向にストライプ状に延設されることになる。
【0033】また、上記実施例では、nチャネル型のM
OSFETおよびIGBTについて説明したが、この発
明はpチャネル型のMOSFETおよびIGBTにも適
用できることは勿論である。
OSFETおよびIGBTについて説明したが、この発
明はpチャネル型のMOSFETおよびIGBTにも適
用できることは勿論である。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、この発明による半
導体装置は、誘導負荷回路に用いられた場合に、半導体
装置の本体部がターンオフしたとき多数キャリヤによる
環流電流を流すことができるところの逆回復時間の短い
ダイーオードを内蔵しているから、前記環流電流を流す
ためのフリーホイールダイードを外付けする必要をなく
すことができるという効果を奏する。また、この半導体
装置は前記ダイオードに逆バイアスがかかったときには
、第1の半導体領域から第2の半導体層への空乏層の広
がりによるシールディング効果により、ショットキー接
合部の耐圧に及ぼす影響が軽減され、高耐圧を実現する
ことが可能になる。このように、この発明によれば、ラ
イフタイム制御なしでも十分に逆回復時間の短いダイオ
ードを内蔵した高耐圧用途に適用可能な半導体装置を実
現できるという効果がある。
導体装置は、誘導負荷回路に用いられた場合に、半導体
装置の本体部がターンオフしたとき多数キャリヤによる
環流電流を流すことができるところの逆回復時間の短い
ダイーオードを内蔵しているから、前記環流電流を流す
ためのフリーホイールダイードを外付けする必要をなく
すことができるという効果を奏する。また、この半導体
装置は前記ダイオードに逆バイアスがかかったときには
、第1の半導体領域から第2の半導体層への空乏層の広
がりによるシールディング効果により、ショットキー接
合部の耐圧に及ぼす影響が軽減され、高耐圧を実現する
ことが可能になる。このように、この発明によれば、ラ
イフタイム制御なしでも十分に逆回復時間の短いダイオ
ードを内蔵した高耐圧用途に適用可能な半導体装置を実
現できるという効果がある。
【図1】この発明による半導体装置の一実施例であるM
OSFETの構造を示す断面図である。
OSFETの構造を示す断面図である。
【図2】図1のMOSFETの平面構造を示す平面図で
ある。
ある。
【図3】図1のMOSFETの製造工程を示す断面図で
ある。
ある。
【図4】図1のMOSFETの製造工程を示す断面図で
ある。
ある。
【図5】図1のMOSFETの製造工程を示す断面図で
ある。
ある。
【図6】図1のMOSFETの製造工程を示す断面図で
ある。
ある。
【図7】図1のMOSFETの製造工程を示す断面図で
ある。
ある。
【図8】図1のMOSFETの製造工程を示す断面図で
ある。
ある。
【図9】この発明による半導体装置の他の実施例である
コレクタ短絡型のIGBTの構造を示す断面図である。
コレクタ短絡型のIGBTの構造を示す断面図である。
【図10】従来のハーフブリッジ回路を示す回路図であ
る。
る。
【図11】従来のMOSFETの構造を示す断面図であ
る。
る。
【図12】従来のコレクタ短絡型のIGBTの構造を示
す断面図である。
す断面図である。
41 N+ ドレイン領域
42 Nドリフト領域
43 P+ ウェル領域
44 N+ ソース領域
45 チャネル領域
46 ゲート絶縁膜
47 ゲート電極
48 絶縁膜
49 ソース電極
50 ドレイン電極
51 バリヤメタル
Claims (1)
- 【請求項1】 少なくとも一部が第1導電型である第
1の半導体層とこの第1の半導体層の上に形成された第
1導電型の第2の半導体層とからなる基板と、この基板
の主表面に選択的に形成された第2導電型の第1の半導
体領域と、この第1の半導体領域の表面に選択的に形成
された第1導電型の第2の半導体領域と、前記第2の半
導体層と第2の半導体領域に挟まれた第1の半導体領域
内に規定されたチャネル領域と、このチャネル領域上に
形成された絶縁膜と、この絶縁膜上に形成されたゲート
電極と、を備える半導体装置において、前記基板の第2
の半導体層の表面で且つ対向する前記第1の半導体領域
の間に、第2の半導体層と接触するバリヤメタル層が形
成されていることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP915991A JPH04261065A (ja) | 1991-01-29 | 1991-01-29 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP915991A JPH04261065A (ja) | 1991-01-29 | 1991-01-29 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04261065A true JPH04261065A (ja) | 1992-09-17 |
Family
ID=11712842
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP915991A Pending JPH04261065A (ja) | 1991-01-29 | 1991-01-29 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04261065A (ja) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1991
- 1991-01-29 JP JP915991A patent/JPH04261065A/ja active Pending
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