JPH0656891B2 - 伝導度変調型たて型mosfet - Google Patents

伝導度変調型たて型mosfet

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JPH0656891B2
JPH0656891B2 JP29788686A JP29788686A JPH0656891B2 JP H0656891 B2 JPH0656891 B2 JP H0656891B2 JP 29788686 A JP29788686 A JP 29788686A JP 29788686 A JP29788686 A JP 29788686A JP H0656891 B2 JPH0656891 B2 JP H0656891B2
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    • 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types 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
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H01L29/7397Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はドレイン側にソースと逆導電形の領域を付加し
てバイポーラ動作を利用したたて型MOSFETに関する。
〔従来の技術〕
例えばバイポーラ動作を利用するNチヤンネルMOSFETは
一般に第17図に示すような構造をもっている。第17図は
その模型的な要部断面図を示したものであり、主要な構
成部はソース電極1,ゲート電極2,ドレイン電極3,
-ベース層4,P+層5,Pベース層6,P+ドレイン
層7,N+ソース層8,ゲートポリシリコン層9,絶縁
酸化膜10からなっている。15はゲート酸化膜である。記
号Sはソース,Gはゲート,Dはドレインを表わす。
このような構造をもつ素子のソース電極1に対してゲー
ト電極2に一定のしきい値以上の電圧を印加すると、ゲ
ートポリシリコン層9の下のPベース層6の表面が反転
して電子のチヤンネルを形成し、ソースとドレインは導
通状態となる。このチヤンネルを通ってN-ベース層4
に流入した電子はP+ドレイン層7に達するとホールの
注入を引き起こす。ホールの注入によってN-ベース層
4は伝導度変調を受け、伝導度が著しく大きくなり、大
伝流を流すことが可能となる。この電流はP+ドレイン
層7を付加してない通常のたて型パワーMOSFETの10〜20
倍にもなることが大きな利点となっている。
次に第17図の構造をもつ素子を等価回路で示した第18図
を参照して上記の素子動作を説明する。第18図の回路は
ベースショート抵抗RP,PNPトランジスタ12,NPNトラ
ンジスタ13,MOSFET14からなる。PNPトランジスタ12は
第17図のPベース層6,N-ベース層4,P+ドレイン層
7により形成され、NPNトランジスタ13は第17図のN+
ース層8,Pベース層6,N-ベース層4により形成さ
れる。ベースショート抵抗RPは第17図のPベース層6
とP+層5を直列にソースにつないだときの抵抗であ
る。素子動作はゲートにしきい値以上の電圧を印加して
MOSFETがオン状態になるとPNPトランジスタ12のベース
にソースから電子が流れ込んで素子はオン状態となるも
のである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、前述のような大電流を流すことができる
という利点をもつこの伝導度変調形のたて型MOSFETは第
18図から明らかなように、NPNトランジスタ13とPNP
トランジスタ12とから形成される寄生サイリスタに由来
するラッチアップ現象を伴うことが一つの欠点となって
いる。すなわち、ソースドレイン間の電流が少ない領域
ではベースショート抵抗RPによる電圧降下は小さいの
でNPNトランジスタ13はほとんど電流を流すことがで
きず、PNPトランジスタ12のみが電流を流している。
MOSFET14のゲート電圧を大きくしてPNPトランジスタ
12に電流を多く流し始めると、ベースショート抵抗RP
による電圧降下が大きくなり、遂に寄生サイリスタがオ
ン状態となる。この状態になるとMOSFET14のゲート電圧
を加えなくても寄生サイリスタ部分で自発的に電流をラ
ッチしているために主電流をしゃ断することができなく
なる。この現象をラッチアップ現象と呼んでおり、この
ラッチアップ現象のためにたて型MOSFETに流し得る最大
電流値が制限される。
このラッチアップ現象は特にゲート電圧を切った直後の
ターンオフ時に生じやすい。すなわち第18図においてMO
SFET14をオフ状態にすると、PNPトランジスタ12のベ
ースへ流入していたMOSFET14からの電子は急に流れを止
められるのでベースで再結していた電子がなくなり、そ
の結果多量のホールが再結合することなくショート抵抗
Pに流れてしまう。このため寄生サイリスタが動作し
やすくなるからである。
このようにたて型MOSFETのスイッチオフの際、すなわち
ターンオフ状態においてラッチアップ現象が起きやすい
ことから、ターンオフ時間を速くすることができないな
ど、このたて型MOSFETをスイッチング素子として用いる
ときの大きな問題となっている。
したがって本発明は上述の点に鑑みてなされたものであ
り、その目的は寄生サイリスタによるラッチアップ現象
を抑制して最大動作電流を増し、しかも素子のスイッチ
ング動作を確実に行なうことができるたて型MOSFETを提
供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
通常の伝導度変調型MOSFETではホールはすべて第18図に
示すようにショート抵抗RPを通りソースへ抜けて行
く。そのため前述したようにとくにターンオフ時にはホ
ールが急激に増加してショート抵抗RPを通過し、NP
Nトランジスタ13のベース電位が上昇してトランジスタ
13が動作し始め、その結果もはやゲートではスイッチン
グが不可能となり、ラッチアップ状態に入ってしまうの
であり、したがって本発明ではホールの流れをこれとは
異なる場所から引き抜くようにして、ショート抵抗RP
を通過するホールを減少させNPNトランジスタ13のベ
ース電位の上昇を抑制することにより、ラッチアップが
起きるのを防ぐことができるという着想のもとに、本発
明は例えば第1図に示した構造の素子としたものであ
る。説明の便宜上第1図も第17図と同じ機能を有する部
分を同一符号で表わしてあるが、第1図の素子構成が第
17図と異なる点はN-ベース層4の主表面でチヤンネル
とソース以外の領域にホールの引き抜き孔16とその直下
にP+ホール引き抜き層17を設けたことと、このホール
引き孔16を形成すると所定の面積内に占めることができ
るセル数が減ってしまうので、ソース領域を断面がV字
状となるように堀り込んだことにある。第1図はホール
引き抜き層17を引き抜き孔16の直下にのみ形成したもの
であるが第2図のようにN-ベース層4主表面のソース
以外の領域の全域に形成してもよい。
〔作用〕
本発明は第1図および第2図のごとく、例えばNチヤン
ネルの伝導度変調型MOSFETのN-ベース層4の主表面の
チヤンネルとソース以外の領域にホール引き抜き孔16と
その直下にP+ホール引き抜き層17を設けたことによ
り、ドレイン層7から注入されるホールがホール引き抜
き層17を通って抜けることができ、とくにゲートを通過
してN-ベース層4に流入する密度の高い電子に静電的
に引き寄せられ、ホールの最も多くなる領域のホールを
逃がすように作用するので、第18図のショート抵抗RP
を通るホールの数は減少し、NPNトランジスタ13のベー
ス電位が上昇することなくトランジスタ13が作動しにく
くなることから本発明の素子はラッチアップの発生を抑
えることができる。
〔実施例〕
本発明は第1図または第2図のような構成と上記の作用
をもつものであり、以下のごとく製造される。はじめに
第1図の素子の主要な工程順を第3図〜第9図に示すが
第1図と共通部分は同一符号で表わしてある。
まずP+基板7上にN-エピタキシアル層4を形成したシ
リコンウエハの表面に酸化膜18をつけて必要な部分を窓
明けし、ホール引き抜き孔16を形成した後、P+ホール
引き抜き層17を形成する(第3図)。次にP+層17間の
酸化膜を除去し、N-ベース層4の表面をエッチングに
より断面V字型に堀り込み、V字型の底部にマスクを用
いてP+層5を拡散形成し(第4図)、V字型内面に沿
ってN-ベース層4の表面に達するゲート酸化膜15を形
成する(第5図)。ゲート酸化膜15上にゲートポリシリ
コン層9を形成した後、セルフアラインでBをイオン注
入し、Pベース層6を形成する(第6図)。次いでレジ
ストマスク19と20を用いてAsのイオン注入を行ないN
+ソース層8を形成する(第7図)。レジストマスク19
と20を除去し、ポリシリコンゲート9上に絶縁酸化膜10
を形成し、これをフォトエッチングにより部分的に除去
する(第8図)。そして最後に表面に電極をつけ、フォ
トエッチングでソース電極1とゲート電極2を分離し、
また裏面にドレイン電極3を設ける(第9図)。
次に第2図の構成をもつ素子の主要な工程順を第10図〜
第16図に示す。前述のように第2図の素子はホール引き
抜き孔16をN-ベース層4の主表面でチヤンネルとソー
ス以外の領域の全域に形成してあるので、製造過程で最
も異なる所は第3図に対応する第10図において、P+
板7上にN-エピタキシアル層4を形成したシリコンウ
エハの表面に酸化膜をつけることなく、ホール引き抜き
層17のP+層を形成するために例えばBをイオン注入法
を用いて全面に不純物導入を行なうことである。以後ほ
ぼ第4図以降と同様の過程を経て断面V字型に堀り込み
+層5(第11図),ゲート酸化膜15(第12図),ゲー
トポリシリコン層9とPベース層6(第13図)を形成す
る。次いでレジストマスク19を用いてN+ソース層8を
形成した後(第14図)、絶縁酸化膜10を形成し、これを
部分的に分離し、このときホール引き抜き孔16を設ける
(第15図)。最後にソース電極1,ゲート電極2および
裏面電極3を設ける(第16図)。
以上の製造過程からわかるように、N-ベース層4にホ
ール引き抜き層17を形成するのに第2図の構成の素子で
は酸化膜の形成を必要としないから、第1図の構成の素
子より工程上は有利である。しかし、ホール引き抜き層
17が余り深くなるとチヤンネル領域をつぶす恐れがある
が、第1図の素子を製造するときはホール引き抜き層17
は部分的にしか形成していないので、チヤンネル層をつ
ぶすことなくかなり深い拡散も可能であるという利点も
あり、これら両素子の得失を堪案して実状に応じて素子
構成を定めるのがよい。
〔発明の効果〕
バイポーラ動作を利用したたて型MOSFETは大きな電流を
とることが可能である反面、寄生サイリスタに起因する
ラッチアップ現象のために電流が制限されるという欠点
をもっていたのに対し、本発明では既に述べたように、
ソース以外の領域でN-ベース層の主表面にホールの引
き抜き孔とホール吹き抜き層を設けるとともにセル数を
減少させないようソース領域を断面V字状に堀り込んだ
構造としたために、ホールが最も多く存在する領域のホ
ールを、ホール引き抜き層を通ってホール引き抜き孔か
ら逃がすことができ、その結果チヤンネル領域の下のP
ベース層を流れるホールの数が減少し、寄生サイリスタ
が作動しにくくなることから、この素子のラッチアップ
現象の発生を抑制することができたものである。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はそれぞれ本発明のたて型MOSFETの
例を示した要部断面図,第3図ないし第9図は第1図に
示した構造をもつMOSFETの主要な製造工程図,第10図な
いし第16図は第2図に示した構造をもつMOSFETの主要な
製造工程図,第17図は従来のたて型MOSFETの要部
断面図,第18図は同じく等価回路図である。 1……ソース電極、2……ゲート電極,3……ドレイン
電極,4……N-ベース層、5……P+層,6……Pベー
ス層、7……P+ドレイン層,8……N+ソース層,9…
…ゲートポリシリコン層,10……絶縁酸化膜,12……P
NPトランジスタ,13……NPNトランジスタ,14……
MOSFET,15……ゲート酸化膜,16……ホール引き抜き
孔,17……ホール引き抜き層,18……酸化膜,19,20…
…レジストマスク。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型半導体基板と、該基板表面に形
    成された第2導電型ベース層と、該第2導電型ベース層
    の表面に形成された第1導電型ベース層と、該第1導電
    型ベース層に形成された第2導電型ソース層と、該ソー
    ス層と前記第2導電型ベース層の間のチヤンネル領域の
    表面上にゲート酸化膜を介して形成したゲートポリシリ
    コン層とを備えた伝導度変調型たて型MOSFETであって、
    チヤンネル領域とソース領域を表面に開口する断面V字
    状の底部に位置するように形成し、チヤンネルおよびソ
    ース以外の領域で第2導電型ベース層の表面にキヤリア
    の引き抜き層および引き抜き孔を設けたことを特徴とす
    る伝導度変調型たて型MOSFET。
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JPS63150969A (ja) 1988-06-23

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