JPH07131037A - 半導体素子 - Google Patents

半導体素子

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JPH07131037A
JPH07131037A JP27172193A JP27172193A JPH07131037A JP H07131037 A JPH07131037 A JP H07131037A JP 27172193 A JP27172193 A JP 27172193A JP 27172193 A JP27172193 A JP 27172193A JP H07131037 A JPH07131037 A JP H07131037A
Authority
JP
Japan
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diode
type
base
drain
emitter
Prior art date
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Pending
Application number
JP27172193A
Other languages
English (en)
Inventor
Takao Arai
高雄 新井
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH07131037A publication Critical patent/JPH07131037A/ja
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ペレットサイズを拡大しないで順電流特性を
有するMOS構造のダイオードの提供。 【構造】 半導体基板の一主表面側にソース(S)およ
びドレイン(D)を有する絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタ部と、コレクタ(C)とエミッタ(E)とベース
(B)を有するバイポーラトランジスタ部とを形成し、
前記ソースとコレクタとを接続し、かつ、前記ドレイン
トベースとを接続し、さらに、前記エミッタトベース間
を短絡することにより、前記コレクタとエミッタ間に順
電流特性を有せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プレーナ型ダイオード
に関し、特に低動作抵抗、低電圧、サージ吸収を要する
定電圧ダイオードの構造に関する。
【0002】
【従来の技術】図5(a)、(b)は、それぞれ、従来
の二種類のPN接合構造のダイオードのペレットの断面
図、図6はパンチスルー構造の従来のダイオードのペレ
ットの断面図、図7(a),(b)および図8(a),
(b)は、それぞれ、従来のMOS構造のダイオードの
ペレットの断面図とその等価回路図を示している。
【0003】従来のPN接合構造のダイオードは、図5
(a)、(b)のようにN型半導体基板28a,28b
の表面に設けた酸化膜に選択的に窓をあけ、この窓を通
してP型不純物を導入してガードリング29a,29b
を形成する。 また、N型半導体基板28a,28bに
改めて酸化膜を形成した後、図5(a)に示すようにP
型ガードリング29aで囲まれる領域に高濃度のP型不
純物を導入して所要の降伏電圧のP+領域30を形成す
る。または、図5(b)に示すようにP型ガードリング
29bでかこまれた領域に所要の降伏電圧になる高濃度
のP型不純物を含んだ多結晶半導体(P+領域)31を
形成する。そして、アノード電極32a,32bとカソ
ード電極33a,33bを形成し、ペレットを作成す
る。
【0004】従来のパンチスルー構造のダイオードは、
図6のように高濃度のN型不純物を含むN型半導体基板
35上にN型領域層36を形成し、N型領域層36の表
面に設けられた酸化膜に選択的に窓をあけ、この窓を通
してP型不純物を導入して、P型領域37を形成する。
また、N型領域層36に改めて酸化膜を形成した後、酸
化膜に選択的に窓をあけ、この窓を通して、高濃度のN
型不純物を導入してN +型領域38、39を形成する。
N型領域層36の表面に設けた酸化膜を選択的に除去
し、カソード電極40とショート電極41とアノード電
極42を形成し、ペレットを作成する。
【0005】MOS構造の従来のダイオードは、図7
(a)、図8(a)のように高濃度のN型不純物を含む
+型半導体基板44a,44bを形成し、N型領域層
45a,45bの表面に設けられた酸化膜に選択的に窓
をあけ、P型不純物を拡散して、P型領域46a,46
b,47a,47bを形成する。
【0006】P型領域46a、46bはバイポーラトラ
ンイスタ部のベースおよびMOSトランジスタ部のドレ
インとなり、P型領域47a,47bはMOSトランジ
スタ部のソースとなる。同様にN+型領域48a,48
b,49a,49bを形成する。 N型領域48a,4
8bは、バイポーラトランジスタ部のエミッタとなり、
+型領域49a,49bは、P型領域47a,47b
とN型領域層45a,45bとを短絡させるためのN型
領域層45a,45bの取りだし部となる。酸化膜を選
択的に除去および形成し、酸化膜50a,50b,51
を形成する。酸化膜50(a),50(b)は、ゲート
酸化膜となる。
【0007】次に、MOSトランジスタ部のゲートとな
るチャネル領域に不純物をイオン注入し、MOSトラン
ジスタ部のターンオン電圧VTをコントロールし、電極
52a,52b,53a,53b,54,55a,55
bを形成し、ペレットを作成する。
【0008】図7(a)の等価回路は図7(b)に、図
8(a)の等価回路は図8(b)に示す。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】図7(a),図8
(a)に示すような従来のMOS構造のダイオードは、
図5(a),(b)に示すPN接合構造および図6に示
すパンチスルー構造に比べて動作抵抗および漏れ電流が
小さいという利点が有るが、ダイオードの順電流特性が
無い。
【0010】ダイオードの使われ方が低電圧・低電流回
路用の場合、図7(a)のMOS構造のダイオードを使
うと、動作抵抗および漏れ電流が小さいため、使用回路
の消費電力が小さくなるという利点があるが、ダイオー
ドの順電流特性がないので、ダイオードの順方向の向き
に静電気等によるサージ電流が回路に流れると、ダイオ
ードでサージが吸収されないため、回路上に静電気耐量
の弱い部分が壊れてしまうという欠点がある。
【0011】このように図7(a),図8(a)に示す
のMOS構造のダイオードは、順電流特性がないので、
サージ吸収を含んだ用途に使用できないという欠点があ
る。
【0012】本発明の目的は、上記の欠点を持たない、
MOS構造のトランジスタで、かつ、ダイオード特性を
有する半導体素子を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体素子は、
半導体基板の表面に、ソースとドレインを有する絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタ部と、コレクタとエミッタ
とベースを有するバイポーラトランジスタ部とを有し、
前記ソースと前記コレクタ間、および前記ドレインと前
記ベース間とがそれぞれ接続され、前記エミッタと前記
ベースとが短絡された構成を有している。
【0014】また、半導体基板の表面に、ソースとドレ
インを有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタ部と、
コレクタとエミッタとベースを有するバイポーラトラン
ジスタと部と、アノードとカソードを有するダイオード
部を有し、前記ソースと前記コレクタと前記カソードと
が接続され、かつ、前記ドレインと前記ベースとが接続
され、さらに前記エミッタと前記アノードが接続された
構造を有する半導体素子も本発明の半導体素子に含まれ
る。
【0015】
【作用】半導体基板にMOSトランジスタ部と、バイポ
ーラトランジスタ部と、ダイオード部、あるいはダイオ
ードの機能を有する部分を備えたことにより、ダイオー
ドの順電流特性を有し、静電気等のサージを吸収するこ
とができる。
【0016】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0017】図1(a),(b)は本発明の半導体素子
の第1の実施例のペレット断面図とその等価回路、図2
(a),(b)は、それぞれ、本発明の半導体装置の第
1の実施例と1部構造が変形された半導体素子のペレッ
ト断面図とその等価回路である。
【0018】図1(a),(b)と図2(a),(b)
に示す第1の実施例は、それぞれ、N型半導体基板1
a,1b上にN型領域層2a,2bを形成し、N型領域
層2a,2b上に酸化膜を設け、フォトレジストで酸化
膜に窓をあけ、P型不純物を拡散し、P型領域3a,3
b,4a,4b,5a,5bを形成する。
【0019】P型領域3a,3bは、MOSトランジス
タ部のソース(S)となり、P型領域4a,4bはバイ
ポーラトランジスタ部のベース(B)およびMOSトラ
ンジスタ部のドレイン(D)となり、P型領域5a,5
bはダイオード部のアノード(A)となる。同様にし
て、N+型領域6a,6b,7a,7bを形成する。
【0020】N+領域6a,6bは、バイポーラトラン
ジスタ部のエミッタ(E)となり、N+型領域7a,7
bは、P型領域3a,3bとN型領域層2a,2bを短
絡させるためのN型領域層2a,2bの取り出し部とな
る。
【0021】酸化膜を選択的に除去および形成し、酸化
膜8a,8b,9a,9b,10を形成する。酸化膜8
a,8bはゲート酸化膜となる。
【0022】次に、MOSトランジスタ部のゲート
(G)となるチャネル領域に不純物イオンを注入しMO
Sトタンジスタ部のターンオン電圧VT をコントロール
し、電極11a,11b,12a,12b,13,14
a,14bを蒸着し、ペレットを作成する。
【0023】次に、図1(b)および図2(b)を参照
して第1と第2の実施例の動作を説明する。
【0024】電極11a,11bに負の、電極14a、
11bに正の電圧を印加し、MOSトランジスタ部のド
レイン・ソース間にターンオン電圧を超える電圧が印加
されると、ドレイン電流が流れ、バイポーラトランジス
タ部のベースに電流が注入され、バイポーラトランジス
タ部がオンする。バイポーラトランジスタ部は電流増幅
をするので動作抵抗が小さくなる。
【0025】電極11a、11bに正の、電極14a、
14bに負の電圧を印加すると、ダイオード部に順電流
が流れる。
【0026】図3(a)、(b)は、それぞれ、本発明
の半導体素子の第2の実施例のペレット断面図とその等
価回路、図4(a)、(b)は、それぞれ、図3に示す
実施例と1部構造が変形された半導体素子のペレット断
面図とその等価回路である。
【0027】図3(b)、図4(b)を参照して第2の
実施例の動作を説明する。
【0028】電極23a、23bに負の、電極26a、
26bに正の電圧を印加し、MOSトランジスタ部のド
レイン・ソース間にターンオン電圧を超える電圧が印加
されると、ドレイン電流が流れる。ドレイン電流が流れ
ることによって、拡散抵抗27a,27bによる電圧降
下生じ、バイポーラトランジスタ部のエミッタ・ベース
間に電位差が生ずる。
【0029】この電位差がPN接合の拡散電圧(半導体
基板がSiの場合約0.6V)を超えると、バイポーラ
トランジスタがオンし、電流増幅が行われ、動作抵抗が
小さくなる。このため、定電圧ダイオードの使用電流の
下限値以下の電流でトランジスタ部がオンするように、
+領域19a,19bの深さを調節して拡散抵抗27
a27bを大きくすればよい。
【0030】電極23a、23bに正の、電極26a、
26bに負の電圧を印加すると、P型領域18a、、1
8bがダイオードのアノードとなり、順電流が流れる。
【0031】第2の実施例は、第1の実施例と比べて、
P形領域18a,18bがダイオードのアノードとバイ
ポーラトランジスタのベースを兼ねているので、ペレッ
トサイズを小さくすることができるという利点を有して
いる。
【0032】第1の実施例のペレットサイズを0.45
mm X 0.45mm とすると、第2の実施例のペ
レットサイズは約 0.40 X 0.40mm 程度
にすることができる。すなわち、第1の実施例に比べて
約20〜30%程度ペレットサイズを小さくすることが
できる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、半導体基
板にMOSトランジスタ部とバイポーラトランジスタ部
とダイオード部を形成したのでダイオードの順電流特性
を含むことになり静電気等のサージ吸収を要する用途に
使用が可能になったという効果が有る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)、(b)は、それぞれ、本発明の半導体
素子の第1の実施例のペレット断面図とその等価回路図
である。
【図2】(a),(b)は、それぞれ、図1に示す第1
の実施例と1部構造が変形された半導体素子のペレット
断面図と等価回路図である。
【図3】(a),(b)は、それぞれ、本発明の半導体
素子の第2の実施例のペレット断面図とその等価回路図
である。
【図4】(a)、(b)は、それぞれ、図3に示す第2
の実施例と1部構造が変形された半導体素子のペレット
断面図とその等価回路図である。
【図5】(a),(b)は、それぞれ、P+領域の構造
の異なる従来のPN接合構造のダイオードのペレット断
面図である。
【図6】従来のパンチスルー構造のダイオードのペレッ
ト断面図である。
【図7】(a)、(b)は、それぞれ、従来のMOS構
造のダイオードのペレット断面図とその等価回路図であ
る。
【図8】(a),(b)は、それぞれ、図7に示す例と
異なるMOS構造のダイオードのペレット断面図とその
等価回路図である。
【符号の説明】 1a,1b N+型半導体基板 2a,2b N型領域層 3a,3b P型領域 4a,4b P型領域 5a、5b P型領域 6a,6b N+型領域 7a、7b N+型領域 8a,8b 酸化膜 9a、9b 酸化膜 10 酸化膜 11a,11b 電極 12a、12b 電極 13 電極 14a、14b 電極 15a,15b N+型半導体基板 16a,16b N型領域層 17a,17b P型領域層 18a、18b P型領域層 19a、19b N+型領域 20a、20b N+型領域 21a、21b、 酸化膜 22 酸化膜 23a、23b 電極 24a、24b 電極 25、 電極 26a、26b 電極 27a、27b 拡散抵抗 (A) アノード (B) ベース (C) コレクタ (D) ドレイン (E) エミッタ (G) ゲート (K) カソード (S) ソース

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面に、ソースとドレイン
    を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタ部と、コレ
    クタとエミッタとベースを有するバイポーラトランジス
    タ部とを有し、 前記ソースと前記コレクタ間、および前記ドレインと前
    記ベース間とがそれぞれ接続され、前記エミッタと前記
    ベースとが短絡された構造を有する半導体素子。
  2. 【請求項2】 半導体基板の表面に、ソースとドレイン
    を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタ部と、コレ
    クタとエミッタとベースを有するバイポーラトランジス
    タ部と、アノードとカソードを有するダイオード部を有
    し、 前記ソースと前記コレクタと前記カソードとが接続さ
    れ、かつ、前記ドレインと前記ベースとが接続され、さ
    らに前記エミッタと前記アノードが接続された構造を有
    する半導体素子。
JP27172193A 1993-10-29 1993-10-29 半導体素子 Pending JPH07131037A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150249085A1 (en) * 2014-03-03 2015-09-03 International Business Machines Corporation High speed bipolar junction transistor for high voltage applications

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