JPH0722198B2 - 絶縁ゲ−ト形バイポ−ラトランジスタ - Google Patents
絶縁ゲ−ト形バイポ−ラトランジスタInfo
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- JPH0722198B2 JPH0722198B2 JP62176120A JP17612087A JPH0722198B2 JP H0722198 B2 JPH0722198 B2 JP H0722198B2 JP 62176120 A JP62176120 A JP 62176120A JP 17612087 A JP17612087 A JP 17612087A JP H0722198 B2 JPH0722198 B2 JP H0722198B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/66—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]
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-
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は絶縁ゲート形バイポーラトランジスタないしは
MOSゲート形バイポーラトランジスタと呼ばれるバイポ
ーラトランジスタと電界効果トランジスタとが一体化さ
れたトランジスタに関する。
MOSゲート形バイポーラトランジスタと呼ばれるバイポ
ーラトランジスタと電界効果トランジスタとが一体化さ
れたトランジスタに関する。
よく知られているように、一般にバイポーラトランジス
タは低出力インピーダンスであるが入力インピーダンス
も低い問題があり、逆に電界効果トランジスタは高入力
インピーダンスであるが出力インピーダンスが高い問題
がある。上述の絶縁ゲート形バイポーラトランジスタは
両種トランジスタのもつかかる欠点を補うように両種ト
ランジスタを一体化して高入力インピーダンスでかつ低
出力インピーダンスのトランジスタとしたものである。
このため、バイポーラトランジスタとしては縦形のもの
を用い、該縦形のバイポーラトランジスタのベース領域
を構成する一方の導電形の高抵抗領域を一方の側に，バ
イポーラトランジスタのエミッタ領域を構成する高濃度
の他方の導電形の領域を他方の側に備えた基板の一方の
表面側から、バイポーラトランジスタの他方の導電形の
コレクタ層と、該表面上に設けられた絶縁ゲートにより
制御される電界効果トランジスタとを作り込むことによ
って、バイポーラトランジスタと電界効果トランジスタ
とを一体化し、かつ電界効果トランジスタの電流をバイ
ポーラトランジスタのベース領域に注入して該注入電流
によりバイポーラトランジスタを制御するようにする。
第２図はこの絶縁ゲート形バイポーラトランジスタの構
成例を示すものである。
タは低出力インピーダンスであるが入力インピーダンス
も低い問題があり、逆に電界効果トランジスタは高入力
インピーダンスであるが出力インピーダンスが高い問題
がある。上述の絶縁ゲート形バイポーラトランジスタは
両種トランジスタのもつかかる欠点を補うように両種ト
ランジスタを一体化して高入力インピーダンスでかつ低
出力インピーダンスのトランジスタとしたものである。
このため、バイポーラトランジスタとしては縦形のもの
を用い、該縦形のバイポーラトランジスタのベース領域
を構成する一方の導電形の高抵抗領域を一方の側に，バ
イポーラトランジスタのエミッタ領域を構成する高濃度
の他方の導電形の領域を他方の側に備えた基板の一方の
表面側から、バイポーラトランジスタの他方の導電形の
コレクタ層と、該表面上に設けられた絶縁ゲートにより
制御される電界効果トランジスタとを作り込むことによ
って、バイポーラトランジスタと電界効果トランジスタ
とを一体化し、かつ電界効果トランジスタの電流をバイ
ポーラトランジスタのベース領域に注入して該注入電流
によりバイポーラトランジスタを制御するようにする。
第２図はこの絶縁ゲート形バイポーラトランジスタの構
成例を示すものである。
第２図において、基板10内は強いｐ形のエミッタ領域１
と強いｎ形のバッファ層２と高抵抗性でｎ形のベース領
域３とに大きく分割されている。ベース領域３には図の
上側にあたる基板10の一方の表面側から強いｐ形でコレ
クタ層13がベース領域３の表面側をまわりから囲むよう
に拡散されており、このコレクタ層13,ベース領域３お
よびエミッタ領域１が１個の縦形のpnpバイポーラトラ
ンジスタを構成している。さらに基板10のこの一方の表
面側には、コレクタ層13と連続したｐ形のウエルないし
はチャネル形成層14、およびコレクタ層13内に強いｎ形
で拡散されたソース層16が、いずれもベース領域３の一
方の表面側をまわりから囲むように作り込まれている。
またこの基板10の一方の表面上には薄いゲート酸化膜11
とさらにその上にゲート12が設けられており、ゲート12
に電圧が与えられたときにゲート酸化膜11の下面のチャ
ネル形成層14の表面にチャネル15が形成されるようにな
っている。ｎ形のソース層16,p形のチャネル形成層14お
よびｎ形のベース領域３はその上のゲート酸化膜11およ
びゲート12と１個のｎチャネル電界効果トランジスタを
構成し、上記の内の元来はバイポーラトランジスタ用の
ベース領域３はこの電界効果トランジスタのドレイン領
域としての役目を兼ねている。基板10の一方の表面は、
その上のゲート12を含めて酸化膜17によって覆われ、こ
の酸化膜17に明けた窓を通してゲート12と導電接触する
ゲート電極膜21とコレクタ層13およびソース層16と導電
接触するコレクタ電極膜22とが設けられ、ゲート電極膜
21からはゲート端子Ｇが，コレクタ電極膜22からはコレ
クタ端子Ｃが導出される。一方、基板10の図では下側に
あたる他方の表面上にはエミッタ電極膜23が被着され、
これからエミッタ端子Ｅが導出される。図示のようにコ
レクタ端子Ｃは電界効果トランジスタのソース端子Ｓ
と，エミッタ端子Ｅは電界効果トランジスタのドレイン
端子Ｄとそれぞれ共用になっている。
と強いｎ形のバッファ層２と高抵抗性でｎ形のベース領
域３とに大きく分割されている。ベース領域３には図の
上側にあたる基板10の一方の表面側から強いｐ形でコレ
クタ層13がベース領域３の表面側をまわりから囲むよう
に拡散されており、このコレクタ層13,ベース領域３お
よびエミッタ領域１が１個の縦形のpnpバイポーラトラ
ンジスタを構成している。さらに基板10のこの一方の表
面側には、コレクタ層13と連続したｐ形のウエルないし
はチャネル形成層14、およびコレクタ層13内に強いｎ形
で拡散されたソース層16が、いずれもベース領域３の一
方の表面側をまわりから囲むように作り込まれている。
またこの基板10の一方の表面上には薄いゲート酸化膜11
とさらにその上にゲート12が設けられており、ゲート12
に電圧が与えられたときにゲート酸化膜11の下面のチャ
ネル形成層14の表面にチャネル15が形成されるようにな
っている。ｎ形のソース層16,p形のチャネル形成層14お
よびｎ形のベース領域３はその上のゲート酸化膜11およ
びゲート12と１個のｎチャネル電界効果トランジスタを
構成し、上記の内の元来はバイポーラトランジスタ用の
ベース領域３はこの電界効果トランジスタのドレイン領
域としての役目を兼ねている。基板10の一方の表面は、
その上のゲート12を含めて酸化膜17によって覆われ、こ
の酸化膜17に明けた窓を通してゲート12と導電接触する
ゲート電極膜21とコレクタ層13およびソース層16と導電
接触するコレクタ電極膜22とが設けられ、ゲート電極膜
21からはゲート端子Ｇが，コレクタ電極膜22からはコレ
クタ端子Ｃが導出される。一方、基板10の図では下側に
あたる他方の表面上にはエミッタ電極膜23が被着され、
これからエミッタ端子Ｅが導出される。図示のようにコ
レクタ端子Ｃは電界効果トランジスタのソース端子Ｓ
と，エミッタ端子Ｅは電界効果トランジスタのドレイン
端子Ｄとそれぞれ共用になっている。
ゲート端子Ｇに電圧が掛かってないときチャネル形成層
14の表面にチャネルは形成されず、従ってバイポーラト
ランジスタは非導通状態にあるが、ソース端子Ｓに対し
て正のゲート電圧がゲート端子Ｇに掛けられると、チャ
ネル形成層14のゲート酸化膜11との界面にはチャネル15
が形成され、ソース層16とドレイン領域であるベース領
域３との間が導通状態になって、チャネル15を介してソ
ース層16からキャリア，今の場合は電子がベース領域３
に注入される。このキャリア注入によりベース領域３の
抵抗がやや下がると、これに応じてエミッタ領域1,バッ
ファ層２およびベース領域３からなるダイオードが導通
し、エミッタ領域１からキャリアつまり正孔がベース領
域３に注入され、これらによってベース領域がいわゆる
伝導度変調を受けて低抵抗状態になるので、コレクタ層
13,ベース領域３およびエミッタ領域１からなるバイポ
ーラトランジスタが低いオン抵抗で導通する。
14の表面にチャネルは形成されず、従ってバイポーラト
ランジスタは非導通状態にあるが、ソース端子Ｓに対し
て正のゲート電圧がゲート端子Ｇに掛けられると、チャ
ネル形成層14のゲート酸化膜11との界面にはチャネル15
が形成され、ソース層16とドレイン領域であるベース領
域３との間が導通状態になって、チャネル15を介してソ
ース層16からキャリア，今の場合は電子がベース領域３
に注入される。このキャリア注入によりベース領域３の
抵抗がやや下がると、これに応じてエミッタ領域1,バッ
ファ層２およびベース領域３からなるダイオードが導通
し、エミッタ領域１からキャリアつまり正孔がベース領
域３に注入され、これらによってベース領域がいわゆる
伝導度変調を受けて低抵抗状態になるので、コレクタ層
13,ベース領域３およびエミッタ領域１からなるバイポ
ーラトランジスタが低いオン抵抗で導通する。
この第２図に示された絶縁ゲート形バイポーラトランジ
スタは、高入力インピーダンスの絶縁ゲートにより低い
オン抵抗のバイポーラトランジスタを電圧駆動できる
が、そのターンオフ時間が電界効果トランジスタ等と比
べてかなり長い欠点がある。これはバイポーラトランジ
スタがオン状態のときそのベース領域３内が電子と正孔
からなるキャリアで充満されており、ゲート電圧を切っ
て電界効果トランジスタをオフさせてベース領域３への
チャネル15を介する電子の注入を断っても、ベース領域
内のキャリアが急には減少せず、しかも電子がベース領
域３からエミッタ領域１に流れ込んで消滅する際に、逆
にエミッタ領域１からベース領域３への正孔の追加的な
注入を引き起こすからである。
スタは、高入力インピーダンスの絶縁ゲートにより低い
オン抵抗のバイポーラトランジスタを電圧駆動できる
が、そのターンオフ時間が電界効果トランジスタ等と比
べてかなり長い欠点がある。これはバイポーラトランジ
スタがオン状態のときそのベース領域３内が電子と正孔
からなるキャリアで充満されており、ゲート電圧を切っ
て電界効果トランジスタをオフさせてベース領域３への
チャネル15を介する電子の注入を断っても、ベース領域
内のキャリアが急には減少せず、しかも電子がベース領
域３からエミッタ領域１に流れ込んで消滅する際に、逆
にエミッタ領域１からベース領域３への正孔の追加的な
注入を引き起こすからである。
このターンオフ時間を短縮するために従来から大別して
二つの手段が知られている。その一つは金や白金などの
重金属原子をいわゆるライフタイムキラーとして基板内
に導入する手段であって、このライフタイムキラーがベ
ース領域３内の電子と正孔の再結合中心となってこれら
のキャリアを短時間内に消滅させる。もう一つは電子
線，γ線，中性子線，プロトンなどの放射線で照射する
手段であって、これらの放射線は絶縁ゲート形バイポー
ラトランジスタの基板であるシリコン結晶中に深いトラ
ップ準位を導入し、このトラップ準位が同様にキャリア
に対する再結合中心となってそれを消滅させる。
二つの手段が知られている。その一つは金や白金などの
重金属原子をいわゆるライフタイムキラーとして基板内
に導入する手段であって、このライフタイムキラーがベ
ース領域３内の電子と正孔の再結合中心となってこれら
のキャリアを短時間内に消滅させる。もう一つは電子
線，γ線，中性子線，プロトンなどの放射線で照射する
手段であって、これらの放射線は絶縁ゲート形バイポー
ラトランジスタの基板であるシリコン結晶中に深いトラ
ップ準位を導入し、このトラップ準位が同様にキャリア
に対する再結合中心となってそれを消滅させる。
上述の二つの手段中のライフタイムキラー原子を導入す
る方はすでにサイリスタやダイオードなどの種々の素子
に適用されているが、重金属原子が比較的低温で基板内
を移動したり基板から抜け出てしまいやすく、とくに高
温下の長期の使用中に素子の特性が若干劣化して来るお
それがある。またとくに絶縁ゲート形バイポーラトラン
ジスタの場合、電界効果トランジスタ部のゲート酸化膜
が重金属原子により影響されてその膜質が下がり、これ
によって入力インピーダンス特性が悪化しやすいなやみ
がある。
る方はすでにサイリスタやダイオードなどの種々の素子
に適用されているが、重金属原子が比較的低温で基板内
を移動したり基板から抜け出てしまいやすく、とくに高
温下の長期の使用中に素子の特性が若干劣化して来るお
それがある。またとくに絶縁ゲート形バイポーラトラン
ジスタの場合、電界効果トランジスタ部のゲート酸化膜
が重金属原子により影響されてその膜質が下がり、これ
によって入力インピーダンス特性が悪化しやすいなやみ
がある。
一方、放射線照射は上と比べて、制御性や再現性が良好
でその導入時に高温処理が不要などの利点があって注目
されているが、これも絶縁ゲート形バイポーラトランジ
スタの場合そのゲート酸化膜に対する影響の問題があ
り、電界効果トランジスタの特性が放射線照射により変
化を受ける。例えば、これにより電界効果トランジスタ
の動作しきい値が減少してしまうので、照射後に300〜4
00℃のアニール処理が必要になる（A.Mogro-Campero他;
IEEE Elec.Dev.Lett.Vol.EDL-6,No.5,p224,1985を参
照）が、これによってゲート酸化膜11の膜質が変わって
動作しきい値がばらついたり、その動作信頼性が低下す
る問題がある。
でその導入時に高温処理が不要などの利点があって注目
されているが、これも絶縁ゲート形バイポーラトランジ
スタの場合そのゲート酸化膜に対する影響の問題があ
り、電界効果トランジスタの特性が放射線照射により変
化を受ける。例えば、これにより電界効果トランジスタ
の動作しきい値が減少してしまうので、照射後に300〜4
00℃のアニール処理が必要になる（A.Mogro-Campero他;
IEEE Elec.Dev.Lett.Vol.EDL-6,No.5,p224,1985を参
照）が、これによってゲート酸化膜11の膜質が変わって
動作しきい値がばらついたり、その動作信頼性が低下す
る問題がある。
また、ライフタイムキラー原子の導入および放射線照射
の両方ともトランジスタのオン抵抗を増加させる問題が
ある。これは再結合中心を導入することによりベース領
域内での伝導度変調が起こりにくくなるためであって、
放射線照射によるオン抵抗の増大の方がライフタイムキ
ラー原子の導入によるよりも大きい（B.J.Baliga他;Tra
ns.Elec.Dev.,Vol.ED-24,No.6,p685,1977およびR.O.Car
lson他;Trans.Elec.Dev.,ED-24,No.8,p1103,1977を参
照）。
の両方ともトランジスタのオン抵抗を増加させる問題が
ある。これは再結合中心を導入することによりベース領
域内での伝導度変調が起こりにくくなるためであって、
放射線照射によるオン抵抗の増大の方がライフタイムキ
ラー原子の導入によるよりも大きい（B.J.Baliga他;Tra
ns.Elec.Dev.,Vol.ED-24,No.6,p685,1977およびR.O.Car
lson他;Trans.Elec.Dev.,ED-24,No.8,p1103,1977を参
照）。
本発明はかかる問題点を解消して、放射線照射によりタ
ーンオフ時間を短縮しても電界効果トランジスタ部の特
性が悪化せず、またこれによるオン抵抗の上昇を少なく
抑えることができる絶縁ゲート形バイポーラトランジス
タを得ることを目的とする。
ーンオフ時間を短縮しても電界効果トランジスタ部の特
性が悪化せず、またこれによるオン抵抗の上昇を少なく
抑えることができる絶縁ゲート形バイポーラトランジス
タを得ることを目的とする。
この目的は本発明によれば、絶縁ゲート形バイポーラト
ランジスタの基板の電界効果トランジスタが作り込まれ
たとは反対側の面からプロトンをその飛程がバイポーラ
トランジスタ部のベース領域内に入るように照射するこ
とによって達成される。
ランジスタの基板の電界効果トランジスタが作り込まれ
たとは反対側の面からプロトンをその飛程がバイポーラ
トランジスタ部のベース領域内に入るように照射するこ
とによって達成される。
前述のプロトンはもちろん水素の原子核であって、その
粒子線はシンクロトロン等で作ることができ、加速電圧
が数MeVのときシリコン内で数百μｍの飛程をもってい
る。他の放射線と同様にプロトンはシリコン基板内に深
いトラップ準位となる主に結晶ひずみである結晶ダメー
ジを与えるが、他の放射線と異なりその飛程の近傍に結
晶ひずみを集中して惹き起こし、それ以外の場所にはあ
まり影響を与えない特質をもっている。本発明はプロト
ン線がもつこの特質を利用するもので、絶縁ゲート形バ
イポーラトランジスタのベース領域内に飛程が入るよう
な加速電圧で付勢されたプロトンを絶縁ゲート形バイポ
ーラトランジスタに当てることにより、ベース領域内に
集中して結晶ひずみを発生させ、これによる深いトラッ
プ準位を再結合中心として電子と正孔からなるキャリア
を捕獲消滅させる。この際プロトン線は上記の構成にい
うように、絶縁ゲート形バイポーラトランジスタの基板
の電界効果トランジスタが作り込まれているとは反対側
の面から照射されるので、プロトン線は電界効果トラン
ジスタを通り抜けることがなく、従ってそのゲート酸化
膜11等がプロトン線により影響されて電界効果トランジ
スタの特性が悪化するおそれがない。プロトン線により
結晶ひずみを集中して惹き起こさせる範囲としては、ベ
ース領域中でもエミッタ領域寄りの範囲が望ましい。ベ
ース領域の電界効果トランジスタ寄りの部分は電界効果
トランジスタのチャネルから注入されるキャリアが引き
金となって伝導度変調を生じる上での重要な役割りを果
たすから、この部分に結晶ひずみを与えるとバイポーラ
トランジスタのオン抵抗を増大させることになり、この
部分から最も離れたエミッタ領域寄りの範囲にプロトン
の飛程が来るようにするのが合理的である。また前述の
ようにバイポーラトランジスタのオフ動作時にはベース
領域からエミッタ領域に入力する電子により逆にエミッ
タ領域からベース領域への正孔の注入が起こりやすいか
ら、この正孔を早く捕捉するためにも、ベース領域のエ
ミッタ領域寄りの範囲にプロトン線による結晶ひずみを
集中して作り込むと好都合である。
粒子線はシンクロトロン等で作ることができ、加速電圧
が数MeVのときシリコン内で数百μｍの飛程をもってい
る。他の放射線と同様にプロトンはシリコン基板内に深
いトラップ準位となる主に結晶ひずみである結晶ダメー
ジを与えるが、他の放射線と異なりその飛程の近傍に結
晶ひずみを集中して惹き起こし、それ以外の場所にはあ
まり影響を与えない特質をもっている。本発明はプロト
ン線がもつこの特質を利用するもので、絶縁ゲート形バ
イポーラトランジスタのベース領域内に飛程が入るよう
な加速電圧で付勢されたプロトンを絶縁ゲート形バイポ
ーラトランジスタに当てることにより、ベース領域内に
集中して結晶ひずみを発生させ、これによる深いトラッ
プ準位を再結合中心として電子と正孔からなるキャリア
を捕獲消滅させる。この際プロトン線は上記の構成にい
うように、絶縁ゲート形バイポーラトランジスタの基板
の電界効果トランジスタが作り込まれているとは反対側
の面から照射されるので、プロトン線は電界効果トラン
ジスタを通り抜けることがなく、従ってそのゲート酸化
膜11等がプロトン線により影響されて電界効果トランジ
スタの特性が悪化するおそれがない。プロトン線により
結晶ひずみを集中して惹き起こさせる範囲としては、ベ
ース領域中でもエミッタ領域寄りの範囲が望ましい。ベ
ース領域の電界効果トランジスタ寄りの部分は電界効果
トランジスタのチャネルから注入されるキャリアが引き
金となって伝導度変調を生じる上での重要な役割りを果
たすから、この部分に結晶ひずみを与えるとバイポーラ
トランジスタのオン抵抗を増大させることになり、この
部分から最も離れたエミッタ領域寄りの範囲にプロトン
の飛程が来るようにするのが合理的である。また前述の
ようにバイポーラトランジスタのオフ動作時にはベース
領域からエミッタ領域に入力する電子により逆にエミッ
タ領域からベース領域への正孔の注入が起こりやすいか
ら、この正孔を早く捕捉するためにも、ベース領域のエ
ミッタ領域寄りの範囲にプロトン線による結晶ひずみを
集中して作り込むと好都合である。
このように本発明によれば、プロトンのもつ特質を利用
して電界効果トランジスタに影響を与えることなくベー
ス領域内に集中して基板を捕捉するトラップ準位を作り
込むことができ、またベース領域内の伝導度変調上の重
要な場所から離れてこのトラップ準位を作り込むことに
よりバイポーラトランジスタのオン抵抗の増大を最低に
することによって前述の課題を解決する。
して電界効果トランジスタに影響を与えることなくベー
ス領域内に集中して基板を捕捉するトラップ準位を作り
込むことができ、またベース領域内の伝導度変調上の重
要な場所から離れてこのトラップ準位を作り込むことに
よりバイポーラトランジスタのオン抵抗の増大を最低に
することによって前述の課題を解決する。
以下、第１図を参照しながら本発明の実施例を説明す
る。同図（ａ）にはプロトンＰの照射を受ける絶縁ゲー
ト形バイポーラトランジスタが第２図とは異なる姿勢で
示されており、同図（ｂ）にはこれに対応してシリコン
結晶内のプロトン密度Dpとその照射による結晶ひずみの
密度Ddが結晶内の深さｄの関数として示されている。
る。同図（ａ）にはプロトンＰの照射を受ける絶縁ゲー
ト形バイポーラトランジスタが第２図とは異なる姿勢で
示されており、同図（ｂ）にはこれに対応してシリコン
結晶内のプロトン密度Dpとその照射による結晶ひずみの
密度Ddが結晶内の深さｄの関数として示されている。
絶縁ゲート形バイポーラトランジスタの基板10の一方の
表面10aの側には、前述のようにバイポーラトランジス
タ用のコレクタ層13や電界効果トランジスタ用のソース
層16,チャネル形成層14,ゲート酸化膜11およびゲート12
が作り込まれており、これらは従来からのものととくに
変わるところはない。プロトンＰの照射はこの一方の表
面10a側に作り込まれているとくに電界効果トランジス
タ部に与える影響をなくすよう、基板10の他方の表面10
bの側から行なわれる。基板10内にはこのプロトン照射
側である一方の表面10b側から、ふつうは400〜500μｍ
の厚みの強いｐ形のエミッタ領域1,数μｍ程度の厚みの
強いｎ形のバッファ層２および50〜100μｍの厚みの高
抵抗性の弱いｎ形のベース領域３が重なっており、前述
のようにプロトンの照射範囲IRをベース領域３内のエミ
ッタ領域１寄りの図のハッチングされた範囲とするのが
望ましいので、プロトンのシリコン内の飛程Ｆを400〜5
00μｍとする要があり、このためのプロトンの加速電圧
は７〜8MeVである。
表面10aの側には、前述のようにバイポーラトランジス
タ用のコレクタ層13や電界効果トランジスタ用のソース
層16,チャネル形成層14,ゲート酸化膜11およびゲート12
が作り込まれており、これらは従来からのものととくに
変わるところはない。プロトンＰの照射はこの一方の表
面10a側に作り込まれているとくに電界効果トランジス
タ部に与える影響をなくすよう、基板10の他方の表面10
bの側から行なわれる。基板10内にはこのプロトン照射
側である一方の表面10b側から、ふつうは400〜500μｍ
の厚みの強いｐ形のエミッタ領域1,数μｍ程度の厚みの
強いｎ形のバッファ層２および50〜100μｍの厚みの高
抵抗性の弱いｎ形のベース領域３が重なっており、前述
のようにプロトンの照射範囲IRをベース領域３内のエミ
ッタ領域１寄りの図のハッチングされた範囲とするのが
望ましいので、プロトンのシリコン内の飛程Ｆを400〜5
00μｍとする要があり、このためのプロトンの加速電圧
は７〜8MeVである。
この飛程Ｆとシリコン単結晶に与える結晶ひずみの相関
はまだそれほどよく解明されているわけではないが、大
略は第１図（ｂ）に示すようになっている。すなわち、
シリコン内に打ち込まれるプロトン密度Dpは飛程Ｆの所
で最大となり、深さｄがこれより大な範囲では密度は急
激に下がるが、これよりも浅い範囲では密度の変化は比
較的緩やかである。この打ち込まれたプロトンの分布に
対応して、結晶ひずみ密度Ddも飛程Ｆの所で最大となる
ほぼ同形の分布を示すが、図からわかるようにプロトン
が通過したシリコン内の深さｄが浅い範囲においてもほ
ぼ一定のかなり高い密度で結晶ひずみが発生し、これが
プロトンを基板の電界効果トランジスタが作り込まれて
いる側から照射したときそのゲート酸化膜等が悪影響を
受ける原因である。本発明の場合、プロトン照射は基板
の他方の表面10b側からするので、電界効果トランジス
タがこれに影響されることはもちろんなく、飛程Ｆより
深い範囲で結晶ひずみ密度Ddが急激に減少するので、ベ
ース領域３内の電界効果トランジスタ部からのキャリア
注入に基づく伝導度変調作用が主に生じる一方の表面10
a側の範囲に対するプロトン照射の影響も非常に少なく
てすむ。
はまだそれほどよく解明されているわけではないが、大
略は第１図（ｂ）に示すようになっている。すなわち、
シリコン内に打ち込まれるプロトン密度Dpは飛程Ｆの所
で最大となり、深さｄがこれより大な範囲では密度は急
激に下がるが、これよりも浅い範囲では密度の変化は比
較的緩やかである。この打ち込まれたプロトンの分布に
対応して、結晶ひずみ密度Ddも飛程Ｆの所で最大となる
ほぼ同形の分布を示すが、図からわかるようにプロトン
が通過したシリコン内の深さｄが浅い範囲においてもほ
ぼ一定のかなり高い密度で結晶ひずみが発生し、これが
プロトンを基板の電界効果トランジスタが作り込まれて
いる側から照射したときそのゲート酸化膜等が悪影響を
受ける原因である。本発明の場合、プロトン照射は基板
の他方の表面10b側からするので、電界効果トランジス
タがこれに影響されることはもちろんなく、飛程Ｆより
深い範囲で結晶ひずみ密度Ddが急激に減少するので、ベ
ース領域３内の電界効果トランジスタ部からのキャリア
注入に基づく伝導度変調作用が主に生じる一方の表面10
a側の範囲に対するプロトン照射の影響も非常に少なく
てすむ。
一方、基板の他方の表面10b側のエミッタ領域１やバッ
ファ層２については、第１図（ｂ）からわかるようにプ
ロトン照射の影響をかなり受けることになる。しかし、
幸いエミッタ領域１は強いｐ形の高電導度領域であるか
ら、結晶ひずみがかなりの密度で発生してもその導電度
に対する影響は無視できる程度に過ぎない。またバッフ
ァ層２についても強いｎ形で、元来エミッタ領域１から
ベース領域３への正孔注入を抑制するように0.1〜0.2Ω
cmの低抵抗に形成される層であるから、これもその導電
度が結晶ひずみの影響を受けにくく、むしろ正孔を捕捉
しうるトラップ準位がそれにより形成された方が有利
で、プロトン照射により好影響を受けることはあっても
悪影響を蒙るおそれはない。
ファ層２については、第１図（ｂ）からわかるようにプ
ロトン照射の影響をかなり受けることになる。しかし、
幸いエミッタ領域１は強いｐ形の高電導度領域であるか
ら、結晶ひずみがかなりの密度で発生してもその導電度
に対する影響は無視できる程度に過ぎない。またバッフ
ァ層２についても強いｎ形で、元来エミッタ領域１から
ベース領域３への正孔注入を抑制するように0.1〜0.2Ω
cmの低抵抗に形成される層であるから、これもその導電
度が結晶ひずみの影響を受けにくく、むしろ正孔を捕捉
しうるトラップ準位がそれにより形成された方が有利
で、プロトン照射により好影響を受けることはあっても
悪影響を蒙るおそれはない。
実際のプロトン照射に当たっては、プロトン発生源とし
てのシンクロトロン等の加速電圧を前記の７〜8MeVに設
定した上で、必要な照射量が得られるように発生源の能
力に応じた時間を掛けて照射を行なう。この際第２図の
エミッタ電極膜23を基板10の他方の表面10b側に被着し
ない状態で照射をするのが有利である。照射後は絶縁ゲ
ート形バイポーラトランジスタの特性の初期変動を避け
るよう300℃程度の比較的低温でのアニールを数時間程
度行なうのがよい。
てのシンクロトロン等の加速電圧を前記の７〜8MeVに設
定した上で、必要な照射量が得られるように発生源の能
力に応じた時間を掛けて照射を行なう。この際第２図の
エミッタ電極膜23を基板10の他方の表面10b側に被着し
ない状態で照射をするのが有利である。照射後は絶縁ゲ
ート形バイポーラトランジスタの特性の初期変動を避け
るよう300℃程度の比較的低温でのアニールを数時間程
度行なうのがよい。
以上述べたように本発明においては、縦形のバイポーラ
トランジスタのベース領域を構成する一方の導電形の高
抵抗領域を一方の側にバイポーラトランジスタのエミッ
タ領域を構成する高濃度の他方の導電形の領域を他方の
側に備えた基板の一方の表面側からバイポーラトランジ
スタの他方の導電形のコレクタ層と該表面上に設けられ
た絶縁ゲートにより制御される電界効果トランジスタと
を作り込む絶縁ゲート形バイポーラトランジスタに対し
て、基板の電界効果トランジスタが作り込まれるとは逆
の表面側からプロトンをその飛程がバイポーラトランジ
スタのベース領域内に入るように照射して、ベース領域
内の狭い範囲に基板に対する再結合中心としてのトラッ
プ準位を集中して作り込むようにしたので、電界効果ト
ランジスタ部の特性を落とすことなく絶縁ゲート形バイ
ポーラトランジスタのターンオフ時間を短縮してその動
作可能周波数を向上させるとともに、そのオン抵抗の上
昇を最低に抑えることができる。
トランジスタのベース領域を構成する一方の導電形の高
抵抗領域を一方の側にバイポーラトランジスタのエミッ
タ領域を構成する高濃度の他方の導電形の領域を他方の
側に備えた基板の一方の表面側からバイポーラトランジ
スタの他方の導電形のコレクタ層と該表面上に設けられ
た絶縁ゲートにより制御される電界効果トランジスタと
を作り込む絶縁ゲート形バイポーラトランジスタに対し
て、基板の電界効果トランジスタが作り込まれるとは逆
の表面側からプロトンをその飛程がバイポーラトランジ
スタのベース領域内に入るように照射して、ベース領域
内の狭い範囲に基板に対する再結合中心としてのトラッ
プ準位を集中して作り込むようにしたので、電界効果ト
ランジスタ部の特性を落とすことなく絶縁ゲート形バイ
ポーラトランジスタのターンオフ時間を短縮してその動
作可能周波数を向上させるとともに、そのオン抵抗の上
昇を最低に抑えることができる。
本発明を実施した絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ
は、1000V程度の耐圧と数十Ａの電流容量をもつ中容量
トランジスタとして構成でき、通常のバイポーラトラン
ジスタと比較して絶縁ゲート形特有の高入力インピーダ
ンスをもち、またMOS形の中容量トランジスタよりはそ
の動作周波数が10〜20kHzでやや低いが、高耐圧で出力
インピーダンスが格段に低い特長をもつ。従来の絶縁ゲ
ート形バイポーラトランジスタと比べると、絶縁ゲート
の動作しきい値にばらつきが少なく、入力インピーダン
ス値がより高くかつ長期安定性に優れる。また、本発明
により絶縁ゲート形バイポーラトランジスタのオン抵抗
を従来より低めて、通常の縦形のバイポーラトランジス
タとほぼ同等のオン抵抗を持たせることができる。
は、1000V程度の耐圧と数十Ａの電流容量をもつ中容量
トランジスタとして構成でき、通常のバイポーラトラン
ジスタと比較して絶縁ゲート形特有の高入力インピーダ
ンスをもち、またMOS形の中容量トランジスタよりはそ
の動作周波数が10〜20kHzでやや低いが、高耐圧で出力
インピーダンスが格段に低い特長をもつ。従来の絶縁ゲ
ート形バイポーラトランジスタと比べると、絶縁ゲート
の動作しきい値にばらつきが少なく、入力インピーダン
ス値がより高くかつ長期安定性に優れる。また、本発明
により絶縁ゲート形バイポーラトランジスタのオン抵抗
を従来より低めて、通常の縦形のバイポーラトランジス
タとほぼ同等のオン抵抗を持たせることができる。
第１図は本発明による絶縁ゲート形バイポーラトランジ
スタへのプロトン照射の要領を示すその縦断面図および
プロトン照射により基板内に生じる結晶ひずみの分布を
示す線図である。第２図は本発明および従来技術におけ
る絶縁ゲート形バイポーラトランジスタの構造例を示す
縦断面図である。図において、 1:エミッタ領域、2:バッファ層、3:ベース領域、10:絶
縁ゲート形バイポーラトランジスタの基板、10a:基板の
一方の表面、10b:基板の他方の表面、11:ゲート酸化
膜、12:絶縁ゲート、13:コレクタ層、14:チャネル形成
層、15:チャネル、16:ソース層、17:酸化膜、21:ゲート
電極膜、22:コレクタ電極膜、23:エミッタ電極膜、d:シ
リコン基板内の深さ、C:コレクタ端子、D:ドレイン端
子、Dd:シリコンの結晶ひずみ密度、Dp:プロトン密度、
E:エミッタ端子、F:プロトンの飛程、G:ゲート端子、I
R:プロトンの照射範囲、P:プロトン、S:ソース端子、で
ある。
スタへのプロトン照射の要領を示すその縦断面図および
プロトン照射により基板内に生じる結晶ひずみの分布を
示す線図である。第２図は本発明および従来技術におけ
る絶縁ゲート形バイポーラトランジスタの構造例を示す
縦断面図である。図において、 1:エミッタ領域、2:バッファ層、3:ベース領域、10:絶
縁ゲート形バイポーラトランジスタの基板、10a:基板の
一方の表面、10b:基板の他方の表面、11:ゲート酸化
膜、12:絶縁ゲート、13:コレクタ層、14:チャネル形成
層、15:チャネル、16:ソース層、17:酸化膜、21:ゲート
電極膜、22:コレクタ電極膜、23:エミッタ電極膜、d:シ
リコン基板内の深さ、C:コレクタ端子、D:ドレイン端
子、Dd:シリコンの結晶ひずみ密度、Dp:プロトン密度、
E:エミッタ端子、F:プロトンの飛程、G:ゲート端子、I
R:プロトンの照射範囲、P:プロトン、S:ソース端子、で
ある。
Claims (2)
- 【請求項１】縦形のバイポーラトランジスタのベース領
域を構成する一方の導電形の高抵抗領域を一方の側に、
バイポーラトランジスタのエミッタ領域を構成する高濃
度の他方の導電形の領域を他方の側に備えた基板の一方
の表面側からバイポーラトランジスタの他方の導電形の
コレクタ層と該表面上に設けられた絶縁ゲートにより制
御される電界効果トランジスタとを作り込み、電界効果
トランジスタの電流をバイポーラトランジスタのベース
領域に注入して該注入電流によりバイポーラトランジス
タを制御するようにしたものにおいて、基板の他方の表
面側からプロトンがその飛程をバイポーラトランジスタ
のベース領域内に入れるように照射されたことを特徴と
する絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のトランジスタ
において、プロトンがその飛程をバイポーラトランジス
タのベース領域内のエミッタ領域寄りの範囲に入れるよ
うに照射されたことを特徴とする絶縁ゲート形バイポー
ラトランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62176120A JPH0722198B2 (ja) | 1987-07-15 | 1987-07-15 | 絶縁ゲ−ト形バイポ−ラトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62176120A JPH0722198B2 (ja) | 1987-07-15 | 1987-07-15 | 絶縁ゲ−ト形バイポ−ラトランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6419771A JPS6419771A (en) | 1989-01-23 |
| JPH0722198B2 true JPH0722198B2 (ja) | 1995-03-08 |
Family
ID=16008026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62176120A Expired - Lifetime JPH0722198B2 (ja) | 1987-07-15 | 1987-07-15 | 絶縁ゲ−ト形バイポ−ラトランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0722198B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0398120B1 (de) * | 1989-05-18 | 1993-10-13 | Asea Brown Boveri Ag | Halbleiterbauelement |
| JP2561963B2 (ja) * | 1989-11-27 | 1996-12-11 | 三菱電機株式会社 | 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタおよびその製造方法 |
| JPH03171777A (ja) * | 1989-11-30 | 1991-07-25 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| JP2963204B2 (ja) * | 1990-12-12 | 1999-10-18 | 三菱電機株式会社 | 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法 |
| US6774407B2 (en) * | 1996-11-13 | 2004-08-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Semiconductor device with a suppressed increase in turned-on resistance and an improved turn-off response |
| JPH10270451A (ja) * | 1997-03-25 | 1998-10-09 | Rohm Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| KR20010034362A (ko) * | 1998-11-26 | 2001-04-25 | 다니구찌 이찌로오 | 반도체 장치 및 그 제조방법 |
| JP3916793B2 (ja) * | 1999-03-15 | 2007-05-23 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
| DE10055446B4 (de) | 1999-11-26 | 2012-08-23 | Fuji Electric Co., Ltd. | Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung |
| CN101305470B (zh) * | 2005-11-14 | 2010-12-08 | 富士电机系统株式会社 | 半导体器件及其制造方法 |
| JP2010147239A (ja) | 2008-12-18 | 2010-07-01 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2014138173A (ja) * | 2013-01-18 | 2014-07-28 | Shi Exaination & Inspection Ltd | 半導体装置の製造方法、及び基板処理システム |
| CN108604602B (zh) | 2016-08-12 | 2021-06-15 | 富士电机株式会社 | 半导体装置及半导体装置的制造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52113686A (en) * | 1976-03-17 | 1977-09-22 | Westinghouse Electric Corp | Method of producing semiconductor device |
| JPS60207376A (ja) * | 1984-03-31 | 1985-10-18 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 高速静電誘導サイリスタおよびその製造方法 |
| JPS6276556A (ja) * | 1985-09-28 | 1987-04-08 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 高速静電誘導サイリスタ |
-
1987
- 1987-07-15 JP JP62176120A patent/JPH0722198B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52113686A (en) * | 1976-03-17 | 1977-09-22 | Westinghouse Electric Corp | Method of producing semiconductor device |
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| JPS6276556A (ja) * | 1985-09-28 | 1987-04-08 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 高速静電誘導サイリスタ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6419771A (en) | 1989-01-23 |
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