JPH05267674A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH05267674A
JPH05267674A JP6488292A JP6488292A JPH05267674A JP H05267674 A JPH05267674 A JP H05267674A JP 6488292 A JP6488292 A JP 6488292A JP 6488292 A JP6488292 A JP 6488292A JP H05267674 A JPH05267674 A JP H05267674A
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JP
Japan
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region
type
channel
electrode
potential
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Pending
Application number
JP6488292A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshinori Murakami
善則 村上
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH05267674A publication Critical patent/JPH05267674A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce ON resistance, safely control a main current, and improve switching speed. CONSTITUTION:The MOS structure using an inversion layer which has been used for controlling an electron current in the conventional technique is not adopted but the following is used; as the channel structure, a region (channel region 100) having the same conductivity type as a source region 2 and a drain region 1 is sandwitched by an insulating gate 6 and a Schottky junction 8, and the potential height for the majority carrier in said region 100 is controlled by the potentials of the gate 6 and the junction 8. A region 10 of the opposite conductivity type for injecting minority carrier is individually formed to control the conductivity of the drain region 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、蓄積層をチャネルとし
て利用したノーマリ・オフ型のMOS型パワーデバイス
に関し、特にバイポーラモードで駆動する半導体装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a normally-off type MOS power device using a storage layer as a channel, and more particularly to a semiconductor device driven in a bipolar mode.

【0002】[0002]

【従来技術】パワーデバイスのオン抵抗は低いほど良
い。通常のパワーバイポーラトランジスタは伝導度変調
効果によってオン抵抗は低いのであるが、単体のトラン
ジスタではhFEが低い。すなわち、大抵の単体バイポー
ラトランジスタにおける低電圧大電流の動作領域では、
せいぜいhFE=10程度であるので、100Aの主電流
を流すには10Aのベース電流を必要とすることにな
る。一方、MOS型パワーデバイスは電圧制御型なの
で、主電流の制御に大きなエネルギーは必要としない。
そのかわり、ユニポーラ動作なのでオン抵抗はバイポー
ラトランジスタに比べると桁違いに高い。
2. Description of the Related Art The lower the on-resistance of a power device, the better. A normal power bipolar transistor has a low on-resistance due to the conductivity modulation effect, but a single transistor has a low h FE . That is, in a low voltage high current operation region of most single bipolar transistors,
Since h FE = 10 at most, a base current of 10 A is required to pass a main current of 100 A. On the other hand, since the MOS power device is a voltage control type, it does not require a large amount of energy to control the main current.
Instead, the on-resistance is orders of magnitude higher than that of bipolar transistors because it is unipolar.

【0003】この両者の長所を合わせ持ったデバイスと
して米国特許第4,364,073号に記載されているものがあ
る。これはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transis
tor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)と呼ばれ
るものである。図21は、上記のデバイスの典型的な断
面構造を示した図である。図21において、1はn型ド
レイン領域、2はn+型ソース領域、3はゲート絶縁
膜、4はゲート電極、5は層間絶縁膜、7はソース電
極、14はドレイン電極、15はp型ベース領域、16
はp型ベース領域を接地電位に保つためのコンタクトp
+領域、18はp型アノード領域である。上記の構造は
所謂DMOS構造である。このようなIGBTは、要約
すれば、DMOS構造のドレイン領域1にpn接合を接
続し、動作時にはこのpn接合から高抵抗のドレイン領
域1へ少数キャリアを注入し、高注入水準状態によって
低抵抗にするものである。p型アノード領域18はこの
ために設けたものである。
There is a device described in US Pat. No. 4,364,073 as a device having both advantages. This is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transis)
tor: Insulated gate type bipolar transistor). FIG. 21 is a diagram showing a typical cross-sectional structure of the above device. In FIG. 21, 1 is an n-type drain region, 2 is an n + type source region, 3 is a gate insulating film, 4 is a gate electrode, 5 is an interlayer insulating film, 7 is a source electrode, 14 is a drain electrode, and 15 is p-type. Base region, 16
Is a contact p for keeping the p-type base region at the ground potential.
The + region, 18 is a p-type anode region. The above structure is a so-called DMOS structure. In summary, such an IGBT connects a pn junction to the drain region 1 of the DMOS structure, and in operation, injects minority carriers from the pn junction into the drain region 1 having a high resistance, thereby reducing the resistance by the high injection level state. To do. The p-type anode region 18 is provided for this purpose.

【0004】以下、上記のデバイスの動作を簡単に説明
する。n型ドレイン領域1は比較的高抵抗であり、遮断
状態においては空乏層が広がって耐圧を保持している。
この状態からゲート電極4に然るべき電位を与え、MO
S構造からp型アノード領域18に向けて電子が流れ始
めると、p型アノード領域18からもn型ドレイン領域
1へ正孔が注入される。それによってn型ドレイン領域
1内が高注入水準状態になると導電率が高くなり、素子
のオン抵抗は急激に下がる。このようにMOSゲートに
よってバイポーラ動作を制御するところに、このデバイ
スの特徴がある。
The operation of the above device will be briefly described below. The n-type drain region 1 has a relatively high resistance, and in the cutoff state, the depletion layer spreads to maintain the breakdown voltage.
From this state, an appropriate electric potential is applied to the gate electrode 4, and MO
When electrons start flowing from the S structure toward the p-type anode region 18, holes are also injected from the p-type anode region 18 into the n-type drain region 1. As a result, when the inside of the n-type drain region 1 is in a high injection level state, the conductivity becomes high and the on-resistance of the device sharply drops. This device is characterized in that the bipolar operation is controlled by the MOS gate in this way.

【0005】しかし、このデバイスには以下のような避
けられない欠点もある。第1に、ターン・オフ時にドレ
イン領域1に存在する正孔は、p型ベース領域15を通
じてソース電極4に流れ去ることができるが、電子はp
型アノード領域18があるためにドレイン電極14へ流
れ去ることができず、ドレイン領域内で消え去らなけれ
ばならない。そのためターン・オフ時間が長くなってし
まうという欠点がある。 第2に、この素子の構造には、寄生デバイスとして(p
型アノード領域18)−(n型ドレイン領域1)−(p
型ベース領域15)−(n+型ソース領域2) からなるpnpnサイリスタが存在する。正常動作時に
おける正孔電流の流れは図21中に実線の矢印で示すよ
うに、(p型アノード領域18)→(n型ドレイン領域
1)→(p型ベース領域15)→(コンタクトp+領域
16)であるが、正孔電流量が増加するとn+型ソース
領域2周辺のp型ベース領域15の電位が高くなり、p
型ベース領域15とn+型ソース領域2の形成するpn
接合が順バイアス状態になってしまうと、図21中に破
線の矢印で示したように、正孔がn+型ソース領域2へ
と流れ込む。すると、上記の寄生サイリスタが作動し、
所謂ラッチアップ状態になって電流が流れ続け、ゲート
電極の制御能力を失ってしまう。上記の現象を防ぐため
に、n+ソース領域2周辺の各領域の配置を工夫した
り、p型アノード領域18とn型ドレイン領域1の間に
n+領域を挿入して正孔の注入量を抑えたり、n型ドレ
イン領域1にライフタイムキラーを導入するなどの方法
が取られている。ライフタイムキラーは第1のターン・
オフ時間短縮にも効果がある。しかし、これらの工夫に
よってラッチアップ現象は或る程度抑制できるが、これ
らの工夫のどれもが素子のオン抵抗を上昇させるという
逆効果を持ち、バイポーラ動作による低オン抵抗という
素子の特長を減じる結果となっている。
However, this device also has the following inevitable drawbacks. First, the holes existing in the drain region 1 at the time of turn-off can flow away to the source electrode 4 through the p-type base region 15, but the electrons can be emitted in the p-type region.
Due to the presence of the mold anode region 18, it cannot flow away to the drain electrode 14 and must disappear in the drain region. Therefore, there is a drawback that the turn-off time becomes long. Second, the structure of this device has a parasitic device (p
-Type anode region 18)-(n-type drain region 1)-(p
There is a pnpn thyristor consisting of the type base region 15)-(n + type source region 2). The flow of the hole current during the normal operation is, as indicated by the solid arrow in FIG. 21, (p-type anode region 18) → (n-type drain region 1) → (p-type base region 15) → (contact p + In the region 16), as the amount of hole current increases, the potential of the p-type base region 15 around the n + -type source region 2 increases,
Pn formed by the type base region 15 and the n + type source region 2
When the junction is in the forward bias state, holes flow into the n + type source region 2 as shown by the broken line arrow in FIG. Then, the above parasitic thyristor operates,
In the so-called latch-up state, current continues to flow and the controllability of the gate electrode is lost. In order to prevent the above phenomenon, the arrangement of each region around the n + source region 2 is devised, or the n + region is inserted between the p-type anode region 18 and the n-type drain region 1 to increase the amount of holes injected. Methods such as suppressing or introducing a lifetime killer into the n-type drain region 1 are taken. Lifetime Killer is the first turn
It is also effective in reducing the off time. However, although the latch-up phenomenon can be suppressed to some extent by these devices, all of these devices have the adverse effect of increasing the on-resistance of the device, and as a result, the feature of the device such as low on-resistance due to bipolar operation is reduced. Has become.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上に述べた通り、従
来の単体バイポーラトランジスタは、オン抵抗は低いが
素子の駆動に大きな電流が必要である、という問題があ
る。また、MOSトランジスタは電圧制御型で、僅かな
エネルギーで主電流を制御できるし、スイッチング速度
も速いが、オン抵抗が高い、という問題がある。
As described above, the conventional single bipolar transistor has a problem that the ON resistance is low but a large current is required to drive the element. Further, the MOS transistor is of the voltage control type, which can control the main current with a small amount of energy and has a high switching speed but a high on-resistance.

【0007】そして両者の性質を併せ持ったIGBT
は、制御電力はMOSトランジスタ並みであり、かつ原
理的にはオン抵抗は低いものの、寄生サイリスタのラッ
チアップを回避するためにオン抵抗を十分下げることが
できない、という問題がある。上記のように、従来のデ
バイスはそれぞれ一長一短があり、オン抵抗が低く、安
全に主電流を制御でき、かつスイッチング速度の速い素
子の実現は困難であった。
An IGBT having both properties
Although the control power is similar to that of a MOS transistor and the on-resistance is low in principle, there is a problem that the on-resistance cannot be lowered sufficiently in order to avoid latch-up of the parasitic thyristor. As described above, each of the conventional devices has advantages and disadvantages, has a low on-resistance, can safely control the main current, and is difficult to realize an element having a high switching speed.

【0008】本発明は、上記のごとき従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、オン抵抗が低く、
安全に主電流を制御でき、かつスイッチング速度の速い
半導体装置を提供する目的とする。
The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and has a low on-resistance.
An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of safely controlling a main current and having a high switching speed.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては特許請求の範囲に記載するように
構成している。すなわち、本発明においては、ドレイン
領域(例えば図1の1に相当)となる第1導電型の半導
体基体の一主面に接して形成された、表面を絶縁膜で被
覆されたゲート電極からなる絶縁ゲート(例えば図1の
6に相当)と、上記ドレイン領域と上記絶縁ゲートに接
して形成された第1導電型のチャネル領域(例えば図1
の100に相当)と、上記絶縁ゲートと上記チャネル領
域とに接して上記ドレイン領域に接しないように形成さ
れた第1導電型のソース領域(例えば図1の2に相当)
と、上記ソース領域とオーミックコンタクトし、かつ、
チャネル領域およびドレイン領域とはショットキー接合
を形成する金属からなるソース電極(例えば図1の7に
相当)と、上記ドレイン領域に接し、上記絶縁ゲートに
接するかもしくは近傍であって、かつ上記ソース領域な
らびに上記ソース電極とは接しないように形成された第
2導電型領域(例えば図1のp型領域10に相当)と、
を有し、上記第2導電型領域は上記ソース電極とは独立
の別電極(例えば図1の注入電極12に相当)とオーミ
ックコンタクトし、かつ、上記ゲート電極(例えば図1
の4に相当)は、金属もしくは高濃度の第2導電型の半
導体からなるように構成している。
In order to achieve the above object, the present invention is constructed as described in the claims. That is, in the present invention, the gate electrode is formed in contact with one main surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type, which is the drain region (e.g., corresponding to 1 in FIG. 1) and the surface of which is covered with an insulating film. An insulated gate (e.g., corresponding to 6 in FIG. 1) and a channel region of the first conductivity type formed in contact with the drain region and the insulated gate (e.g., FIG. 1).
100)) and a source region of the first conductivity type formed so as to be in contact with the insulated gate and the channel region and not with the drain region (e.g., corresponding to 2 in FIG. 1).
And makes ohmic contact with the source region, and
The channel region and the drain region are in contact with the source electrode (for example, 7 in FIG. 1) made of a metal forming a Schottky junction, the drain region, the contact with or in the vicinity of the insulated gate, and the source. A second conductivity type region (e.g., corresponding to the p-type region 10 in FIG. 1) formed so as not to contact the region and the source electrode;
The second conductivity type region is in ohmic contact with another electrode independent of the source electrode (e.g., corresponding to the injection electrode 12 of FIG. 1), and has the gate electrode (e.g., FIG. 1).
(Corresponding to No. 4) is composed of a metal or a high-concentration second-conductivity-type semiconductor.

【0010】[0010]

【作用】上記のように、本発明においては、従来技術で
は電子電流の制御に用いていた反転層を利用したMOS
構造を採らず、チャネル構造としてソース領域やドレイ
ン領域と同一導電型の領域を絶縁ゲートとショットキー
接合で挟み、両者のポテンシャルによって同領域の多数
キャリアに対するポテンシャルの高さを制御する構造と
し、さらに少数キャリア注入用の反対導電型の領域を別
途設けてドレイン領域の伝導度を制御するように構成し
たものである。上記のような構成としたことにより、I
GBTのような寄生サイリスタを持つことなく、絶縁ゲ
ートによってバイポーラ動作を制御することができる。
そのためオン抵抗を低くし、安全に主電流を制御するこ
とが出来、かつスイッチング速度を高速にすることがで
きる。
As described above, in the present invention, the MOS using the inversion layer used in the prior art for controlling the electron current.
Instead of adopting a structure, as a channel structure, a region of the same conductivity type as the source region and drain region is sandwiched between an insulated gate and a Schottky junction, and the potential of both is controlled to control the height of the potential for majority carriers in the same region. A region of opposite conductivity type for injecting minority carriers is separately provided to control the conductivity of the drain region. With the above configuration, I
The bipolar operation can be controlled by the insulated gate without having a parasitic thyristor such as GBT.
Therefore, the on-resistance can be reduced, the main current can be safely controlled, and the switching speed can be increased.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
図1は本発明の第1の実施例を示す断面図である。図1
において、1はn型ドレイン領域、2はn+型ソース領
域、3はゲート絶縁膜、4はゲート電極でp+型導電性
ポリシリコンもしくは金属からなる。5は層間絶縁膜で
ある。そして上記3、4、5を併せて「絶縁ゲート」と
呼ぶことにし、番号6を付す。なお、図1は模式図でな
ので、絶縁ゲート6の底部は角張って描いてあるが、実
際の角部は丸みを帯びた形状が形成しやすく、またその
方が電界集中を避けられて好ましい。また、7はソース
電極たる金属で、n+型ソース領域2とオーミックコン
タクトしている。絶縁ゲート6は基板表面から側壁がほ
ぼ垂直になるように掘られた溝に埋め込まれており、n
+型ソース領域2は絶縁ゲート6に接している。また、
ソース電極7は絶縁ゲート6の側壁から一定の距離をお
いてやはり側壁がほぼ垂直になるように掘られた溝のな
かに埋め込まれている。このソース電極7はn型ドレイ
ン領域1とショットキー接合を形成する。このショット
キー接合には番号8を付す。また、9はマスク材であ
り、図1の構造を実現するために用いたものである。1
4はドレイン電極であり、n+型基板領域13とはオー
ミックコンタクトしている。また、n型ドレイン領域1
において、絶縁ゲート6とショットキー接合8に挟まれ
た部分を、この半導体装置の「チャネル領域」と呼び、
符号100を付す。ゲート電極4はp+型のポリシリコ
ンもしくは金属からなり、ゲート電位が接地状態でも、
これとショットキー接合8との効果によってチャネル領
域100の電子に対するポテンシャルは引き上げられて
空乏化している。図1中で、Lはチャネル長であり、ゲ
ート絶縁膜3に沿ってn+型ソース領域6との境界から
ソース電極7の埋まっている溝の底部までの距離と定義
する。また、Hはチャネル厚であり、チャネル領域10
0の、ショットキー接合面からゲート絶縁膜界面までの
距離である。このチャネル厚は本発明の半導体装置に重
要な量である。また、詳細を後述するように、上記チャ
ネル長Lとチャネル厚Hの比は、ドレイン電位を所望の
値まで高めてもチャネルが開かないようにする値、例え
ばL/H>2程度に設定されている。
EXAMPLES The present invention will be described below based on examples.
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention. Figure 1
In the figure, 1 is an n-type drain region, 2 is an n + type source region, 3 is a gate insulating film, 4 is a gate electrode, and is made of p + type conductive polysilicon or metal. Reference numeral 5 is an interlayer insulating film. The above items 3, 4, and 5 will be collectively referred to as an "insulated gate" and will be numbered 6. Since FIG. 1 is a schematic view, the bottom of the insulated gate 6 is illustrated as square, but the actual corner is preferably rounded, and the electric field concentration can be avoided, which is preferable. Further, 7 is a metal serving as a source electrode, which is in ohmic contact with the n + type source region 2. The insulated gate 6 is embedded in a groove dug such that the side wall is substantially vertical from the surface of the substrate, and n
The + type source region 2 is in contact with the insulated gate 6. Also,
The source electrode 7 is buried in a groove that is dug such that the side wall thereof is substantially vertical with a certain distance from the side wall of the insulated gate 6. The source electrode 7 forms a Schottky junction with the n-type drain region 1. The Schottky junction is numbered 8. A mask material 9 is used to realize the structure of FIG. 1
A drain electrode 4 is in ohmic contact with the n + type substrate region 13. In addition, the n-type drain region 1
In FIG. 3, the part sandwiched between the insulated gate 6 and the Schottky junction 8 is called the “channel region” of this semiconductor device,
Reference numeral 100 is attached. The gate electrode 4 is made of p + type polysilicon or metal, and even if the gate potential is grounded,
Due to this and the effect of the Schottky junction 8, the potential of the channel region 100 for electrons is raised and depleted. In FIG. 1, L is a channel length, which is defined as the distance from the boundary with the n + type source region 6 along the gate insulating film 3 to the bottom of the groove in which the source electrode 7 is buried. H is the channel thickness, and the channel region 10
0 is the distance from the Schottky junction surface to the gate insulating film interface. This channel thickness is an important amount for the semiconductor device of the present invention. As will be described later in detail, the ratio of the channel length L to the channel thickness H is set to a value that prevents the channel from opening even if the drain potential is increased to a desired value, for example, L / H> 2. ing.

【0012】また、10はn型ドレイン領域1に正孔を
注入するためのp型領域である。p型領域10とn型ド
レイン領域1との間のpn接合には符号11を付す。1
2は注入電極でp型領域10とはオーミックコンタクト
している。p型領域10は絶縁ゲート6に接していても
接していなくてもよい。また、p型領域10を間に挟ん
だ2つの絶縁ゲート間の距離は、ソース電極を間に挟ん
だ2つの絶縁ゲート間の距離と同じでなくてもよい。た
だし、p型領域10の位置は、素子の遮断状態からチャ
ネルが開いて電子電流が流れたとき、p型領域10近傍
のドレイン領域の電位が低くなって、正電位を与えたp
型領域10からドレイン領域1へ向けて充分に正孔が注
入できるような場所になければならない。また、p型領
域10は絶縁ゲート6に接していてもよいが、接してい
ると、導通状態において絶縁ゲート6周辺に形成される
電子の蓄積層がp型領域10と接し、ソース電極7と注
入電極12間で無駄な電流が流れてしまう可能性があ
る。また、13はn+型の基板領域である。素子自身の
耐圧はn型ドレイン領域1に空乏層が形成されることで
実現されるので、素子が所望の耐圧を獲得するのに必要
な厚さはせいぜい数〜数十μmである。これに対してチ
ップが物理的強度を保つためには数百μmの厚さが必要
である。この領域をすべてドレイン領域と同じ低い不純
物濃度の領域で構成するとオン抵抗を増大させる事にな
る。よって耐圧保持に関与しない領域の不純物濃度はで
きるだけ高い方がよい。n+型基板領域13はこのため
に存在する領域であり、素子の機能にとっては本質的な
ものではない。
Numeral 10 is a p-type region for injecting holes into the n-type drain region 1. Reference numeral 11 is given to the pn junction between the p-type region 10 and the n-type drain region 1. 1
An injection electrode 2 is in ohmic contact with the p-type region 10. The p-type region 10 may or may not be in contact with the insulated gate 6. Further, the distance between the two insulated gates sandwiching the p-type region 10 may not be the same as the distance between the two insulated gates sandwiching the source electrode. However, at the position of the p-type region 10, when the channel opens from the cut-off state of the element and an electron current flows, the potential of the drain region near the p-type region 10 becomes low, and a positive potential is applied to the p-type region 10.
It must be located at a position where holes can be sufficiently injected from the mold region 10 to the drain region 1. The p-type region 10 may be in contact with the insulated gate 6, but when in contact, the electron storage layer formed around the insulated gate 6 in the conductive state is in contact with the p-type region 10 and the source electrode 7. There is a possibility that useless current may flow between the injection electrodes 12. Reference numeral 13 is an n + type substrate region. Since the breakdown voltage of the device itself is realized by forming a depletion layer in the n-type drain region 1, the thickness required for the device to obtain a desired breakdown voltage is at most several to several tens of μm. On the other hand, in order to maintain the physical strength of the chip, a thickness of several hundreds μm is required. If this region is made up of a region having the same low impurity concentration as the drain region, the on-resistance will be increased. Therefore, it is preferable that the impurity concentration of the region not involved in maintaining the breakdown voltage is as high as possible. The n + type substrate region 13 is a region that exists for this purpose and is not essential for the function of the device.

【0013】次に、従来の構造と比較して図1のチャネ
ル領域100の動作について説明する。図5および図6
は、前記図21中のB−B断面におけるバンド図、すな
わち従来のnチャネルMOS構造のチャネルのバンド構
造を示した図であり、図5はゲート電位が0Vで遮断状
態を、図6はゲート電位はしかるべき正電位で導通状態
を示したものである。なお、本発明と比較するため、ゲ
ート電極はp+型ポリシリコンとした。図5に示すごと
く、ゲート電位が0Vのとき、p型ベース領域は電子に
対してポテンシャルが高いので電子は流れることができ
ない。そして図6のごとく、ゲート電極にしかるべき正
の電位が印加されると、ゲート絶縁膜近傍のp型ベース
領域のポテンシャルは低くなり、反転層が形成され、ソ
ース領域とドレイン領域の間に電子電流が流れることが
できる。一方、図7および図8は、図1中のA−A断面
のバンド構造を示した図である。図7はゲート電位が0
Vで遮断状態を示したものであり、上記図5の状態に対
応する。また、図8はゲート電位がしかるべき正の電位
となった素子の導通状態を示したものであり、上記図6
の状態に対応する。図7の状態では、もともとn型であ
るチャネル領域100はショットキー接合8の障壁高φ
Bと、ゲート電極4であるp+型ポリシリコンの、フェル
ミ準位から計った伝導帯下端のポテンシャルφGとによ
り、ポテンシャルが引き上げられて電子が流れるのを阻
止している。図8の状態では、ゲート電極にしかるべき
正電位が印加され、ゲート絶縁膜に接するn型領域界面
のポテンシャルは低くなり、蓄積層が形成されて電子電
流が流れることができる。この蓄積層は通常のものと異
なり、近接するショットキー接合の効果によって圧縮さ
れている。従って図に示すチャネル領域100の断面に
は空乏層と蓄積層のみがあり、中性領域はない。ゲート
電位が取り除かれれば、チャネル領域100は空乏層の
みとなる。
Next, the operation of the channel region 100 of FIG. 1 will be described in comparison with the conventional structure. 5 and 6
21 is a band diagram in the B-B cross section in FIG. 21, that is, a diagram showing a band structure of a channel of a conventional n-channel MOS structure. FIG. 5 shows a cutoff state at a gate potential of 0 V, and FIG. The potential is an appropriate positive potential and indicates a conductive state. For comparison with the present invention, the gate electrode was p + type polysilicon. As shown in FIG. 5, when the gate potential is 0 V, the p-type base region has a high potential with respect to electrons, and therefore electrons cannot flow. Then, as shown in FIG. 6, when an appropriate positive potential is applied to the gate electrode, the potential of the p-type base region near the gate insulating film becomes low, an inversion layer is formed, and an electron is generated between the source region and the drain region. Electric current can flow. On the other hand, FIG. 7 and FIG. 8 are views showing the band structure of the AA cross section in FIG. In FIG. 7, the gate potential is 0
The V state indicates a cutoff state, which corresponds to the state shown in FIG. Further, FIG. 8 shows the conduction state of the element in which the gate potential becomes an appropriate positive potential.
Corresponding to the state of. In the state of FIG. 7, the channel region 100, which is originally n-type, has a barrier height φ of the Schottky junction 8.
B and the potential φ G at the bottom of the conduction band of the p + -type polysilicon that is the gate electrode 4 measured from the Fermi level increase the potential and prevent electrons from flowing. In the state of FIG. 8, an appropriate positive potential is applied to the gate electrode, the potential of the interface of the n-type region in contact with the gate insulating film becomes low, and an accumulation layer is formed so that an electron current can flow. This storage layer is different from the usual one and is compressed by the effect of the adjacent Schottky junction. Therefore, the cross section of the channel region 100 shown in the figure has only a depletion layer and an accumulation layer, and has no neutral region. If the gate potential is removed, the channel region 100 becomes a depletion layer only.

【0014】次に、図1の素子の動作を説明する。図1
の素子は、ソース電極7は接地し、ドレイン電極14に
は然るべき正電位を印加して使用する。まず、ドレイン
電位が比較的小さい場合について説明する。前述したよ
うにゲート電極4が接地状態の時は、チャネル領域10
0はショットキー障壁とゲート電極材の効果によるポテ
ンシャル障壁が存在し、電子電流は流れない。なお、ゲ
ート電極材のp+型ポリシリコンをn+型ポリシリコンに
することもできるが、その場合は素子はノーマリ・オン
型となり、主電流の遮断には負電位を与えなければなら
なくなる。次に、ゲート電極4に然るべき正電位を印加
すると、チャネル領域100のゲート絶縁膜界面に蓄積
層が形成され、電子電流が流れる。注入電極12が接地
状態の時は、素子はユニポーラ動作となる。しかし、注
入電極12に正電位が与えられ、pn接合11が順バイ
アスされると、p型領域10からn型ドレイン領域1へ
と正孔が注入され、比較的不純物濃度の低いn型ドレイ
ン領域1は伝導度が飛躍的に向上する。注入電極12に
は定常的に一定の正電位を与えておいて構わない。遮断
状態の時、あるいは導通状態でもドレイン電位が比較的
高く、pn接合11が逆バイアスである時は注入電流は
流れないので、主電流の動作には影響がない。ドレイン
電位が注入電極電位より低くなれば、pn接合は順バイ
アスされて正孔は自然に注入される。また、注入電極1
2の電位はスイッチング動作時に変化しても構わない。
従来、バイポーラトランジスタではターン・オフ時間を
早くするためにベース電位を負に振り込んで正孔の排除
を促進する方法がある。これと同様に本実施例の素子に
おいても、ターン・オフ時に注入電極12の電位を負に
してドレイン領域1から正孔を排除するのを助けること
もできる。このとき、ゲート・ターン・オフの直後に注
入電極電位を正から負に転じるようにすれば、スイッチ
ング時の消費電力を少なく抑えることもできる。なお、
このときの注入電極電位の変化は、ゲート電極電位の変
化と同期もしくはいくらか先んじても動作上は問題な
い。従来のバイポーラトランジスタでは正孔の流れ先は
ベース電極しかなかったが、本実施例の場合には、正孔
は注入電極12に加え、ドレイン領域1と直接ショット
キー接合するソース電極7へと流れることもできるの
で、速やかにデバイス内から出て行くことができる。
Next, the operation of the device shown in FIG. 1 will be described. Figure 1
In the element (1), the source electrode 7 is grounded, and the drain electrode 14 is applied with an appropriate positive potential. First, the case where the drain potential is relatively small will be described. As described above, when the gate electrode 4 is grounded, the channel region 10
At 0, a Schottky barrier and a potential barrier due to the effect of the gate electrode material exist, and no electron current flows. The p + type polysilicon of the gate electrode material may be replaced with n + type polysilicon, but in that case, the element becomes a normally-on type and a negative potential must be applied to cut off the main current. Next, when a proper positive potential is applied to the gate electrode 4, an accumulation layer is formed at the interface of the gate insulating film in the channel region 100, and an electron current flows. When the injection electrode 12 is grounded, the element operates in unipolar mode. However, when a positive potential is applied to the injection electrode 12 and the pn junction 11 is forward-biased, holes are injected from the p-type region 10 into the n-type drain region 1 and the n-type drain region having a relatively low impurity concentration is injected. In No. 1, the conductivity is dramatically improved. The injection electrode 12 may be constantly given a constant positive potential. The injection current does not flow when the drain potential is relatively high and the pn junction 11 is reverse-biased even in the cutoff state or in the conductive state, so that the operation of the main current is not affected. When the drain potential becomes lower than the injection electrode potential, the pn junction is forward biased and holes are naturally injected. In addition, the injection electrode 1
The potential of 2 may change during the switching operation.
Conventionally, in a bipolar transistor, there is a method of accelerating the elimination of holes by swinging the base potential negatively in order to shorten the turn-off time. Similarly, also in the device of this embodiment, the potential of the injection electrode 12 can be made negative at the time of turn-off to help eliminate holes from the drain region 1. At this time, if the injection electrode potential is changed from positive to negative immediately after the gate is turned off, the power consumption at the time of switching can be reduced. In addition,
The change in the injection electrode potential at this time may be synchronized with the change in the gate electrode potential, or may be ahead of the potential to some extent. In the conventional bipolar transistor, holes flow only to the base electrode, but in the case of the present embodiment, holes flow to the source electrode 7 that is in direct Schottky contact with the drain region 1 in addition to the injection electrode 12. You can also get out of the device quickly.

【0015】次に、素子の表面構造について説明する。
図18〜図20は、前記図1および以下に説明する他の
実施例を示す図2〜図4の断面図中、B−B線分を含み
紙面に垂直な平面で切った素子の断面図(表面パター
ン)である。表面パターンは、図18に示すようなスト
ライプ状の構成をとることができる。また、図19のよ
うに絶縁ゲート6が格子状のもの、図20のような蜂の
巣状のものなどが可能である。これらの図中のチャネル
領域(図ではソース領域2と同じ位置)とソース電極4
のなす4角形や六角形の角の部分は丸みを帯びている。
これはチャネル領域の厚さが均一になるようにするため
である。すなわち、チャネル領域の厚さH(ショットキ
ー接合8面から絶縁ゲート6表面までの最短距離)は至
るところほぼ一定になるように形成している。また、図
19および図20の場合、点在するp型領域10は、多
層配線技術によって相互に連結することができる。ま
た、p型領域10からn型ドレイン領域1へ注入された
正孔の濃度は、p型領域10から数十μmの範囲ではほ
ぼ均一と見なしてよいが、100μm以上離れると減衰
し始めることが数値計算によって明らかになっている。
したがって素子に効率的な動作をさせるためには、図1
9および図20に示すように、或るp型領域10から隣
のp型領域10までの間の距離が数十μm程度になるよ
うに適当な間隔を置いてp型領域10を配置するとよ
い。勿論、それ以上接近していてもかまわない。
Next, the surface structure of the device will be described.
18 to 20 are cross-sectional views of the device taken along a plane perpendicular to the plane of the drawing including the line BB in the cross-sectional views of FIGS. 2 to 4 showing the above-mentioned FIG. 1 and other embodiments described below. (Surface pattern). The surface pattern can have a striped configuration as shown in FIG. Further, the insulated gate 6 may have a lattice shape as shown in FIG. 19 or a honeycomb shape as shown in FIG. In these figures, the channel region (the same position as the source region 2 in the figure) and the source electrode 4
The quadrangular and hexagonal corners of are rounded.
This is to make the thickness of the channel region uniform. That is, the thickness H of the channel region (the shortest distance from the surface of the Schottky junction 8 to the surface of the insulated gate 6) is formed to be almost constant throughout. Further, in the case of FIGS. 19 and 20, the scattered p-type regions 10 can be connected to each other by a multilayer wiring technique. Further, the concentration of holes injected from the p-type region 10 to the n-type drain region 1 may be considered to be substantially uniform within a range of several tens of μm from the p-type region 10, but may start to attenuate when the distance is 100 μm or more. It has been revealed by numerical calculation.
Therefore, in order to make the device operate efficiently,
9 and FIG. 20, the p-type regions 10 may be arranged at appropriate intervals so that the distance between a certain p-type region 10 and the adjacent p-type region 10 is about several tens of μm. .. Of course, it doesn't matter if you are closer than that.

【0016】また、図1に示すように、ソース電極7の
埋め込まれている深さは絶縁ゲート6の深さよりも浅
い。これは素子の導通時にn型ドレイン領域1に充満し
ている正孔がいたずらにソース電極7に流れ込むことを
防ぐためである。以下、その理由について説明する。シ
ョットキー接合の近傍には障壁の存在に付随した空乏層
が存在する。一例を示すと、n型ドレイン領域1の不純
物濃度を1×1015cm~3、ショットキー障壁高さφB
を0.7eVとすると、空乏層の厚さは約0.75μmで
ある。従って、もしソース電極7の深さを絶縁ゲート6
と同等もしくはそれより深くすると、p型領域10から
注入された正孔はソース電極7付近に達するとソース電
極7に流れ込み、伝導度変調効果を低下させてしまう。
埋め込まれているソース電極7の深さはチャネル長の設
計によって決まるが、絶縁ゲート6の深さはこれよりさ
らに深く、およそ隣合う絶縁ゲート間の距離程度の深さ
分ほど深くすることより、正孔がショットキー接合に流
れ込むのを抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 1, the embedded depth of the source electrode 7 is shallower than the depth of the insulated gate 6. This is to prevent holes filling the n-type drain region 1 from unnecessarily flowing into the source electrode 7 when the device is conducting. The reason will be described below. A depletion layer associated with the existence of the barrier exists near the Schottky junction. As an example, the impurity concentration of the n-type drain region 1 is 1 × 10 15 cm to 3 and the Schottky barrier height φ B.
Is 0.7 eV, the thickness of the depletion layer is about 0.75 μm. Therefore, if the depth of the source electrode 7 is set to the insulated gate 6
If it is equal to or deeper than that, the holes injected from the p-type region 10 will flow into the source electrode 7 when reaching the vicinity of the source electrode 7, and the conductivity modulation effect will be reduced.
Although the depth of the buried source electrode 7 is determined by the design of the channel length, the depth of the insulated gate 6 is deeper than this, and by making the depth about the distance between adjacent insulated gates deeper, Holes can be suppressed from flowing into the Schottky junction.

【0017】次に、本実施例の素子の遮断状態におい
て、チャネルが良好な電流遮断特性を持つための条件に
ついて説明する。図9〜図11は、図1のA−A断面図
のバンド図であり、便宜的にショットキー障壁、半導体
領域の伝導帯の下端の線および絶縁膜の存在のみを示し
てある。なお、ゲート電極材料はp+型ポリシリコンと
して説明する。図9〜図11において、φBはショット
キー障壁の高さ、φGはフェルミ準位から計ったゲート
電極たるp+型ポリシリコンの伝導帯下端のポテンシャ
ル、Egはシリコンのバンドギャップ、tOXはゲート絶
縁膜厚である。なお、ゲート電位は0Vで遮断状態とす
る。図9は、図中の諸量およびチャネル厚H、n-領域
の不純物濃度NDなどの相乗効果により、チャネル領域
100断面のポテンシャル分布に極値がなく、チャネル
内に伝導電子の集中する場所がない条件である。図10
は、チャネル領域100断面のポテンシャル分布に極小
点があるが、フェルミ準位から計ったその極小値のポテ
ンシャルがEg/2より大きいので伝導電子が極小点付
近に存在しない条件である。図11は、チャネル領域1
00断面のポテンシャル分布に極小点があり、フェルミ
準位から計ったその極小値のポテンシャルがEg/2よ
り小さいので伝導電子が極小点付近に存在する条件であ
る。この条件では漏れ電流として相当の電流が流れてし
まうことになる。本発明はノーマリ・オフ型素子である
ことを前提としているので、チャネル領域100の不純
物濃度NDとチャネル厚Hなどの諸量は、図11のよう
な条件にならないように選ばなくてはならない。この条
件は単純なポアソン方程式を解くことによって容易に求
まる。一例を示すと、φB、φGがともに0.6V程度の
場合、ND=1×1015cm~3のとき、チャネル厚Hは1
μm以下であればよい。また、図1において、ソース領
域6と接するチャネル領域100のポテンシャルは、ソ
ース領域6の影響を受けて低くなる。この影響を受ける
部分は、ソース領域6の境界からチャネル領域100の
中心に向かって、およそチャネル厚H分の距離までであ
ることが数値計算によって明らかになっている。一方、
ドレイン電極14に耐圧近くまで電位を印加したとき、
ドレイン電極14に面するチャネル領域100の端も同
様の影響を受けてポテンシャルが下がる。この影響を受
ける領域も、やはりチャネル厚H分程度奥まった所まで
である。従って、素子耐圧までドレイン電位を印加して
もチャネルが開かないようにするためには、チャネル長
Lをチャネル厚Hの2倍以上にする必要があり、余裕を
見込んで3〜4倍とれば十分である。例えばチャネル厚
が300nmの場合、チャネル長Lは1μm程度で十分
である。
Next, the conditions for the channel to have good current cutoff characteristics in the cutoff state of the device of this embodiment will be described. 9 to 11 are band diagrams of the AA cross-sectional view of FIG. 1, and for convenience, only show the presence of the Schottky barrier, the bottom line of the conduction band of the semiconductor region, and the insulating film. The gate electrode material will be described as p + type polysilicon. 9 to 11, φ B is the height of the Schottky barrier, φ G is the potential at the bottom of the conduction band of p + -type polysilicon, which is the gate electrode, measured from the Fermi level, E g is the band gap of silicon, and t is t. OX is a gate insulating film thickness. Note that the gate potential is 0 V, which is the cutoff state. In FIG. 9, there is no extreme value in the potential distribution in the cross section of the channel region 100 due to the synergistic effect of various amounts in the figure, the channel thickness H, the impurity concentration N D of the n − region, etc., and conduction electrons are concentrated in the channel. There is no condition. Figure 10
Indicates that the potential distribution in the cross section of the channel region 100 has a minimum point, but the potential at the minimum value measured from the Fermi level is larger than E g / 2, so conduction electrons do not exist near the minimum point. FIG. 11 shows the channel region 1
There is a minimum point in the potential distribution of the 00 cross section, and the potential of the minimum value measured from the Fermi level is smaller than E g / 2, so it is a condition that conduction electrons exist near the minimum point. Under this condition, a considerable current will flow as a leakage current. Since the present invention is premised on a normally-off type element, various amounts such as the impurity concentration N D of the channel region 100 and the channel thickness H must be selected so as not to satisfy the conditions shown in FIG. .. This condition can be easily obtained by solving a simple Poisson equation. As an example, when both φ B and φ G are about 0.6 V, the channel thickness H is 1 when N D = 1 × 10 15 cm to 3
It may be μm or less. Further, in FIG. 1, the potential of the channel region 100 in contact with the source region 6 is affected by the source region 6 and becomes low. It has been clarified by numerical calculation that the affected portion is from the boundary of the source region 6 toward the center of the channel region 100 to a distance of about the channel thickness H. on the other hand,
When a potential is applied to the drain electrode 14 close to the breakdown voltage,
The end of the channel region 100 facing the drain electrode 14 is also affected by the same effect and the potential is lowered. The region affected by this is also deepened by the channel thickness H. Therefore, in order to prevent the channel from opening even if the drain potential is applied up to the device breakdown voltage, the channel length L needs to be at least twice the channel thickness H, and if the margin is set to 3 to 4 times, It is enough. For example, when the channel thickness is 300 nm, the channel length L of about 1 μm is sufficient.

【0018】次に、図12〜図17は、図1の構造を実
現する製造方法の一例を示す工程図である。まず、n+
型シリコン基板領域13の上にn型ドレイン領域1を所
望の厚さにエピタキシャル成長させ、その表面にマスク
材222をパターニングして、側壁がほぼ垂直なU字型
の溝を掘る。この状態が図12である。次に、この溝の
内壁にゲート絶縁膜3を形成し、ゲート電極4となるp
+型の導電性ポリシリコンもしくは然るべき金属を埋め
込み、上部に層間絶縁膜5を形成して絶縁ゲート6を形
成する。この状況が図13である。次に、図14に示す
ように、シリコンの表面をいくらか除去する。この量は
チャネル厚H以上ならよい。次に、図15に示すよう
に、ソース領域2のために砒素を所定の場所にイオン注
入し、正孔注入用のp型領域10のために硼素を所定の
場所にイオン注入し、熱処理して各領域を形成する。次
に、そのうえからマスク材を、平坦部も側壁も同じ厚さ
になるように堆積させ、異方性ドライエッチングでエッ
チングしてサイドウォール9を形成する。この状態が図
16である。次に、図17に示すように、p型領域10
の部分をマスク材200で保護しながら、今度はサイド
ウォール9をマスクにしてシリコン基板をほぼ垂直にエ
ッチングし、ソース電極7を埋め込む溝を形成する。そ
して、基板表面に金属を蒸着し、パターニングしてソー
ス電極7と注入電極12を形成する。最後に基板裏面に
ドレイン電極14を形成して図1の形状が完成する。
Next, FIGS. 12 to 17 are process drawings showing an example of a manufacturing method for realizing the structure of FIG. First, n +
The n-type drain region 1 is epitaxially grown to a desired thickness on the type silicon substrate region 13, and a mask material 222 is patterned on the surface thereof to form a U-shaped groove whose side wall is substantially vertical. This state is shown in FIG. Next, a gate insulating film 3 is formed on the inner wall of this groove to form a gate electrode 4 with p.
+ Type conductive polysilicon or an appropriate metal is buried, an interlayer insulating film 5 is formed on the upper portion, and an insulated gate 6 is formed. This situation is shown in FIG. Next, as shown in FIG. 14, some of the silicon surface is removed. This amount should just be channel thickness H or more. Next, as shown in FIG. 15, arsenic is ion-implanted in a predetermined place for the source region 2, boron is ion-implanted in a predetermined place for the p-type region 10 for hole injection, and heat treatment is performed. To form each region. Then, a mask material is deposited thereon so that the flat portion and the side wall have the same thickness, and the side wall 9 is formed by etching by anisotropic dry etching. This state is shown in FIG. Next, as shown in FIG. 17, the p-type region 10
While protecting the above portion with the mask material 200, the silicon substrate is etched almost vertically using the sidewall 9 as a mask this time to form a groove for filling the source electrode 7. Then, metal is deposited on the surface of the substrate and patterned to form the source electrode 7 and the injection electrode 12. Finally, the drain electrode 14 is formed on the back surface of the substrate to complete the shape of FIG.

【0019】次に、図2は、本発明の第2の実施例を示
す断面図である。この実施例は、先にも述べたn+型ソ
ース領域2とp型領域10との間に流れる無駄な電流を
なくすために、絶縁ゲート6を隔ててp型領域10と隣
り合う部分のソース領域(2'の部分)をなくしたもの
である。
Next, FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, in order to eliminate useless current flowing between the n + type source region 2 and the p type region 10 described above, the source of the portion adjacent to the p type region 10 with the insulated gate 6 interposed therebetween is removed. The area (2 'portion) is eliminated.

【0020】次に、図3は本発明の第3の実施例を示す
断面図である。この実施例は、ゲート絶縁膜3における
底部の厚さdを他の部分より厚くしたものである。これ
による効果は2つある。すなわち、1つは、チャネルが
導通状態のとき、ゲート絶縁膜3周辺には蓄積層が形成
されるが、絶縁ゲート6の底部の絶縁膜を厚くしておく
と、絶縁ゲート6の両サイドの蓄積層が分離されるの
で、n+型ソース領域2とp型領域10との間に無駄な
電流が流れるのを防ぐことができる。また、2つ目は、
遮断状態においては絶縁ゲート6の底部には強電界がか
かるので、この部分が分厚いことによって電気的破壊強
度が高まる、ことである。
Next, FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the thickness d of the bottom portion of the gate insulating film 3 is made thicker than other portions. This has two effects. That is, one is that the storage layer is formed around the gate insulating film 3 when the channel is in the conductive state. However, if the insulating film at the bottom of the insulating gate 6 is made thicker, the storage layer on both sides of the insulating gate 6 is increased. Since the storage layer is separated, useless current can be prevented from flowing between the n + type source region 2 and the p type region 10. The second is
In the cut-off state, a strong electric field is applied to the bottom of the insulated gate 6, and the thick electric breakdown portion increases the electric breakdown strength.

【0021】次に、図4は、本発明の第4の実施例であ
る。図1の実施例において、p型領域10が絶縁ゲート
6に接していると、n+型ソース領域2とp型領域10
との間に無駄な電流が流れてしまうことは以前に述べ
た。そのため本実施例においては、p型領域10に接す
る部分の絶縁ゲート6は別の絶縁電極19とし、この絶
縁電極19をフローティング状態、もしくは特定の定電
位に固定、もしくは注入電極12に接続する、ことによ
ってp型反転層の形成を回避するように構成したもので
ある。このとき、この絶縁電極19に接する場所にはソ
ース領域(2'の部分)を形成しないでおくこともでき
る。
Next, FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 1, when the p-type region 10 is in contact with the insulated gate 6, the n + -type source region 2 and the p-type region 10 are
It was mentioned earlier that a wasteful current will flow between and. Therefore, in this embodiment, the insulated gate 6 in the portion in contact with the p-type region 10 is another insulated electrode 19, and this insulated electrode 19 is in a floating state or fixed to a specific constant potential, or is connected to the injection electrode 12. Thus, the formation of the p-type inversion layer is avoided. At this time, the source region (2 'portion) may not be formed at the position in contact with the insulating electrode 19.

【0022】以上説明した本発明の特徴的な作用と効果
をまとめて記載すると下記のようになる。 1.従来のMOSFETがチャネル構造として反対導電
型領域を用いているために寄生デバイスの存在を余儀な
くされたのに対し、本発明によればチャネル構造はすべ
て同一導電型領域を用いているので、ゲート電極の制御
能力に影響を及ぼすような寄生デバイスをつくらない。 2.チャネルとして、反転層より抵抗の低い蓄積層を用
いているので、チャネル抵抗が小さい。 3.従来例のIGBT(例えば図21の装置)では、主
電流経路にpn接合が直列に存在していたため、ドレイ
ン電位はこのpn接合が順バイアス状態を保つための約
0.7V以下には下げることができず、オン抵抗低減の
限界の一要因であった。これに対して本発明では、高抵
抗のn型ドレイン領域に少数キャリアを注入するための
pn接合が主電流経路には存在しないため、電圧電流特
性における電圧0V付近の電流の立ち上がりは直線的で
あり、オン抵抗は単体バイポーラトランジスタ並みに低
い。 4.ターン・オフ時に電子と正孔が速やかに流れ去るこ
とができるので、ターン・オフ時間が短い。すなわち、
電子電流は絶縁ゲートによるチャネルで制御されている
ので、ゲート電位の変化とともに、電子電流は速やかに
遮断され、デバイス内に残った電子も速やかにドレイン
電極に流れ去ることができる。また、正孔はp型領域の
他、ドレイン領域と直接に接するショットキー接合を介
してソース電極へ流れることができる。よって、バイポ
ーラトランジスタやIGBTなどより速いターン・オフ
が可能である。 5.本発明の装置は4端子デバイスであるが、正孔を注
入するための電極は正の定電圧を印加しておけばよく、
取扱いは通常の3端子デバイスとほぼ同じである。
The characteristic actions and effects of the present invention described above are summarized below. 1. In contrast to the conventional MOSFET that uses the opposite conductivity type region as the channel structure, the existence of the parasitic device is unavoidable. On the other hand, according to the present invention, the channel structure uses the same conductivity type region. Do not create a parasitic device that affects the controllability of the. 2. Since the storage layer having a lower resistance than the inversion layer is used as the channel, the channel resistance is small. 3. In the conventional IGBT (for example, the device shown in FIG. 21), the pn junction exists in series in the main current path. Therefore, the drain potential should be lowered to about 0.7 V or less for maintaining the pn junction in the forward bias state. Could not be achieved, which was one of the factors limiting the reduction of on-resistance. On the other hand, in the present invention, since the pn junction for injecting the minority carriers into the high-resistance n-type drain region does not exist in the main current path, the current rise near the voltage 0 V in the voltage-current characteristic is linear. Yes, the on-resistance is as low as a single bipolar transistor. 4. Since the electrons and holes can quickly flow away at turn-off, the turn-off time is short. That is,
Since the electron current is controlled by the channel by the insulated gate, the electron current is promptly cut off as the gate potential changes, and the electrons remaining in the device can also quickly flow away to the drain electrode. In addition to the p-type region, holes can flow to the source electrode through the Schottky junction that is in direct contact with the drain region. Therefore, it is possible to turn off faster than a bipolar transistor or an IGBT. 5. The device of the present invention is a four-terminal device, but the electrode for injecting holes may be applied with a positive constant voltage,
The handling is almost the same as a normal three-terminal device.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上、説明したごとく本発明において
は、チャネル領域としてポテンシャルを外力によって強
制的に引き上げたn型領域を用いるように構成したこと
により、1.ゲート電極の制御能力に影響を及ぼすよう
な寄生デバイスができない、2.チャネル抵抗が小さ
い、3.オン抵抗が単体バイポーラトランジスタ並みに
低い、4.ターン・オフ時間が短い、5.取扱いは通常
の3端子デバイスとほぼ同じである、等の多くの優れた
効果が得られる。
As described above, in the present invention, since the n-type region in which the potential is forcibly raised by the external force is used as the channel region, 1. 1. A parasitic device that affects the controllability of the gate electrode cannot be created. Low channel resistance, 3. 3. On-resistance is as low as that of a single bipolar transistor. Short turn-off time 5. The handling is almost the same as a normal three-terminal device, and many excellent effects can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の素子構造を示す断面
図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an element structure of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例の素子構造を示す断面
図。
FIG. 2 is a sectional view showing an element structure of a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例の素子構造を示す断面
図。
FIG. 3 is a sectional view showing an element structure of a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施例の素子構造を示す断面
図。
FIG. 4 is a sectional view showing an element structure of a fourth embodiment of the present invention.

【図5】従来のnチャネルMOSのチャネル領域の遮断
状態を説明するためのエネルギーバンド図。
FIG. 5 is an energy band diagram for explaining a cutoff state of a channel region of a conventional n-channel MOS.

【図6】従来のnチャネルMOSのチャネル領域の導通
状態を説明するためのエネルギーバンド図。
FIG. 6 is an energy band diagram for explaining a conduction state of a channel region of a conventional n-channel MOS.

【図7】本発明の素子におけるチャネル領域の遮断状態
を説明するためのエネルギーバンド図。
FIG. 7 is an energy band diagram for explaining a cutoff state of a channel region in the device of the present invention.

【図8】本発明の素子におけるチャネル領域の導通状態
を説明するためのエネルギーバンド図。
FIG. 8 is an energy band diagram for explaining a conduction state of a channel region in the element of the present invention.

【図9】本発明の素子におけるチャネル領域の満たすべ
き条件を説明するためのエネルギーバンド図。
FIG. 9 is an energy band diagram for explaining conditions to be satisfied by a channel region in the device of the present invention.

【図10】本発明の素子におけるチャネル領域の満たす
べき条件を説明するためのエネルギーバンド図。
FIG. 10 is an energy band diagram for explaining conditions to be satisfied by the channel region in the device of the present invention.

【図11】本発明の素子におけるチャネル領域の満たす
べき条件を説明するためのエネルギーバンド図。
FIG. 11 is an energy band diagram for explaining conditions to be satisfied by the channel region in the device of the present invention.

【図12】本発明の素子の製造工程の1を示す断面図。FIG. 12 is a cross-sectional view showing the first manufacturing process of the element of the present invention.

【図13】本発明の素子の製造工程の2を示す断面図。FIG. 13 is a sectional view showing a second manufacturing step of the element of the present invention.

【図14】本発明の素子の製造工程の3を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view showing step 3 of the manufacturing process of the element of the present invention.

【図15】本発明の素子の製造工程の4を示す断面図。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a fourth manufacturing step of the element of the present invention.

【図16】本発明の素子の製造工程の5を示す断面図。FIG. 16 is a cross-sectional view showing step 5 of the manufacturing process of the element of the present invention.

【図17】本発明の素子の製造工程の6を示す断面図。FIG. 17 is a sectional view showing Step 6 of the manufacturing process of the element of the present invention.

【図18】本発明の素子の表面構造の一実施例を示す平
面図。
FIG. 18 is a plan view showing an example of the surface structure of the element of the present invention.

【図19】本発明の素子の表面構造の他の一実施例を示
す平面図。
FIG. 19 is a plan view showing another embodiment of the surface structure of the element of the present invention.

【図20】本発明の素子の表面構造の他の一実施例を示
す平面図。
FIG. 20 is a plan view showing another embodiment of the surface structure of the element of the present invention.

【図21】従来例の素子構造を示す断面図。FIG. 21 is a sectional view showing an element structure of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

L…チャネル長 H…チャネル厚み 1…n型ドレイン領域 2…n+型ソース領域 3…ゲート絶縁膜 4…ゲート電極 5…層間絶縁膜 6…絶縁ゲート 7…ソース電極 8…ショットキー接合 9…マスク材 10…p型領域 11…pn接合 12…注入電極 13…n+基板領域 14…ドレイン電極 15…p型ベース領域 16…コンタクトp+領域 18…p型アノード領域 19…絶縁電極 100…チャネル領域 200…マスク材 222…マスク材 L ... Channel length H ... Channel thickness 1 ... N-type drain region 2 ... N + type source region 3 ... Gate insulating film 4 ... Gate electrode 5 ... Interlayer insulating film 6 ... Insulated gate 7 ... Source electrode 8 ... Schottky junction 9 ... Mask material 10 ... P-type region 11 ... Pn junction 12 ... Injection electrode 13 ... N + substrate region 14 ... Drain electrode 15 ... P-type base region 16 ... Contact p + region 18 ... P-type anode region 19 ... Insulating electrode 100 ... Channel Area 200 ... Mask material 222 ... Mask material

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ドレイン領域となる第1導電型の半導体基
体の一主面に接して形成された、表面を絶縁膜で被覆さ
れたゲート電極からなる絶縁ゲートを有し、 上記ドレイン領域と上記絶縁ゲートに接して形成された
第1導電型のチャネル領域を有し、 上記絶縁ゲートと上記チャネル領域とに接して上記ドレ
イン領域に接しないように形成された第1導電型のソー
ス領域を有し、 上記ソース領域とオーミックコンタクトし、かつ、チャ
ネル領域およびドレイン領域とはショットキー接合を形
成する金属からなるソース電極を有し、 上記ドレイン領域に接し、上記絶縁ゲートに接するかも
しくは近傍であって、かつ上記ソース領域ならびに上記
ソース電極とは接しないように形成された第2導電型領
域を有し、 上記第2導電型領域は上記ソース電極とは独立の別電極
とオーミックコンタクトし、 かつ、上記ゲート電極は、金属もしくは高濃度の第2導
電型の半導体からなるものである、 ことを特徴とする半導体装置。
1. An insulated gate, which is formed in contact with one main surface of a semiconductor substrate of the first conductivity type to be a drain region and has a surface covered with an insulating film, comprising: the drain region; A first conductivity type channel region formed in contact with the insulated gate, and a first conductivity type source region formed in contact with the insulated gate and the channel region and not in contact with the drain region. And has a source electrode made of a metal that makes ohmic contact with the source region and forms a Schottky junction with the channel region and the drain region, is in contact with the drain region, is in contact with the insulated gate, or is in the vicinity thereof. And a second conductivity type region formed so as not to contact the source region and the source electrode, the second conductivity type region being the source. And another electrode and the ohmic contact is independent of the electrode, and the gate electrode is made of a semiconductor of metal or high-concentration second conductivity type, wherein a.
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