JPS60117673A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS60117673A
JPS60117673A JP22408983A JP22408983A JPS60117673A JP S60117673 A JPS60117673 A JP S60117673A JP 22408983 A JP22408983 A JP 22408983A JP 22408983 A JP22408983 A JP 22408983A JP S60117673 A JPS60117673 A JP S60117673A
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Akio Nakagawa
明夫 中川
Hiromichi Ohashi
大橋 弘道
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Toshiba Corp
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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
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、電力スイッチング素子として用いられる導電
変調型の半導体装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、電力用スイッチング素子としてパワーMO8FE
Tが市場に現われているが、1000〔73以上の阻止
電圧で十分低いオン抵抗をもった素子は未だ実現されて
いない。その理由は、阻止電圧VBが高くなる程素子の
オン抵抗Ronが増大してしまうためで、この両者の間
には概路次の関係があることが知られている。
il 6 n6CV n ” このような状況を改善するため最近、導電変調型ノスイ
ッチング素子が提案されている。その基本構成を第1図
に示す。この構造は、通常縦型DMO8といわれるパワ
ーNi OS F E Tのドレイン領域となるn+層
1!−p+層におき換えたものということができる。即
ち、p 基板11(第1領域)に高抵抗のn″″層12
(第2領域)を形成し、このn′″層12の表面部に選
択的にp+層13(第3領域)を、更にこの2層130
表面部に選択的にn+層14(第4領域)を形成し、2
層13のn″″層1層管2 #14で挾まれた表面領域
をチャネル領域としてこの上にゲート絶縁膜15を介し
てゲート電極16を形成している。17はp 層13か
らn@i4上にまたがるように配設されたソース電極、
18はドレイン電極である。
この素子の動作は次のとおりである。ソース電極17を
アースし、ゲート電極16およびドレイン電極18に正
の電圧を与えると、MOSFETと同じ原理でゲート電
極16直下のp+層13表面が反転して電子のチャネル
ができるためにオンする。MOSFETと異なっている
のは、ドレイン側p 基板11からもn″′層12に正
孔の注入がおこることで、この注入された正孔1dn’
″層12に蓄積してこの領域の抵抗管低くする。この導
電変調の効果によって、MO8FETO場合に問題とな
った先の式と無関係にオン抵抗を十分低くすることがで
きる。
しかしながらこのスイッチング素゛子は、オン抵抗が゛
小さくなる反面、ターンオフ時間がMOSFETの場合
に比べて非常に長くなるという欠点をもつ。これは、n
一層12に蓄積されたキャリアが消滅するのに時間がか
かるためである。このターンオフのメカニズムを詳しく
説明する。第2図は、上記導電変調型スイッチング素子
の代表的なスイッチング波形である。
図から、ターンオフには二つのフェイズ1.Itがある
ことがわかる。第1のフェイズ■は、ゲート電圧が零に
なったことによってp 層13表面のチャネルが消え、
このチャネルを流れていた電子電流が零になるために、
その分だけ瞬時にドレイン電流が減少するものである。
これに続く第2のフェイズ…は、n一層12中に残留す
るキャリアによって、p 層13−n″″層12−p 
基板1ノのトランジスタ作用で流れる電流がキャリア寿
命τで減衰するものである。
n一層12を不純物縦度10CC1rL〕、淳み40〜
50〔μ罵〕とした従来の代表的な素子で、ターンオフ
時間t offは10(′pssc:lt−越えるもの
となる。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、低いオン
抵抗を維持しなからタ゛−ンオフ時間を十分短かくした
導電変調型の半導体装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は第1図に示す素子構造において、オン時のドレ
イン電流中の電子電流と正孔電流の比率かp 基板11
からの正孔の注入効率によりほぼ決まる点に着目し、n
一層12(第2領域)のp+基板1ノ(第1領域)に接
する部分に不純物の総量が3X101’[い 〕以上の
n+層を設けることを特徴とする。
各領域の導電型を逆にした素子の場合にも同様の位置に
不純物総量が3 X 10”(cIIL−”)以上のp
+層を設ければよい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ドレイン側からのキャリア注入を抑制
してドレイン電流中の電子電流と正孔電流の比率を変え
ることにより、前述したフェイズIで瞬時に電流の減少
する割合を大きくすることができ、この結果ターンオフ
時間の大幅な短縮が図られる。同時に本発明によれば、
高抵抗層がパンチスルーする電圧が増大し、素子の電圧
阻止能力も向上する。
〔発明の実施例〕
以下本発明の詳細な説明する。第3図は一実施例の素子
構造であり、第1図と対応する部分には第1図と同一符
号を付しである。これを製造工程に従って説明すると、
まずlXl0”CcIrL−”)程度ノル+基板11に
、6 X 10”[cm−”)、5μ翼厚のn 層19
と3X10”C口 〕、440μmのn″″層1層管2
オン注入法と気相成長法によって形成する。次に選択拡
散法によって約5〔μ簿〕の深さにp 層13を形成し
、史にその表面にn 層14を形成する。そして高温熱
酸化によりゲート絶縁膜15を形成し、n j@14と
p 層13にオーミック電極をとるためにゲート絶縁膜
15に穴あけを行い、アルミニウムを数〔μm〕蒸着し
、選択エツチングしてゲート電極16とソース電極17
を形成する。最後にウニ八裏面にV−Ni−Au膜を蒸
着してドレイン電極18を形成して完成する。
この実施例による素子のスイッチング波形を第4図に示
す。この素子では、n 層19の存在によってp 基板
11からn一層12への正孔注入効率が大幅に低下し、
従ってオン時にn′″層12を流れる電流のうち電子電
流の占める割合が大きくなっている。その結果、第2図
と比較して明らかなようにゲート電圧が零となって電子
電流がしゃ断されたときのフェイズ■での電流減少が大
きく、ターンオフ時間はt。ffz6〔μsec〕と従
来の約1/2にまで短縮される。
第5図は、第3図のn 層19に存在する不純物の総量
を変えたときのオン電流中に占める電子電流の割合を理
論計算によりめた結果で十 ある。このデータから、n 層ノ9の不純物量が4 x
 10” [cm−”)を越えるあたりから′電子電流
の割合が増大しはじめ、3 x 10” 〔cm−’ 
:)以上においてその増大傾向が顕著に現われている。
参考までに、第3図のn 層19の部分に2×1016
〔cm′″3〕、厚み15pm8度ノn Pt4 (不
純物総量3 X I O” (m−” ) )を設けて
n−J@12のパンチスルー耐圧を高める技術は知られ
ている。しかし仁の程度の不純物量のn I+¥1を設
けても、第5図から明らかなように電子電流の割合の増
大は殆んど認められない。即ちn 層19の不純物量を
3X1014(α 〕以上とすることによってはじめて
、ターンオフ時間の短縮という本発明の効果が得られる
のでおる。しかも、n+層19の不純物量が3 X 1
0”〜10” 〔crn−”)程度であれば、電子電流
の割合が多くなるとはいっても正孔電流も存在し、素子
のオン抵抗は従来の0MO8に比べて十分低く保たれる
【図面の簡単な説明】
第1図は導電変調型スイッチング素子の一例を示す図、
第2図はそのスイッチング動作波形を示す図、第3図は
本発明の一実施例の導電変調型スイッチング素子を示す
図、第4図はそのスイッチング動作波形を示す図、給5
図は本発明の詳細な説明するための図である。 11・・・p 基板(第1領域)、12・・・n一層(
第2領域)、13・・・pMli(第3領域)、14・
・・n+層(第4領域)、15・・・ゲート絶縁膜、1
6・・・ゲート電極、17・・・ソース電極、18・・
・ドレイン電極、19・・・n 層。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図 1g3図 第 4 図 手続補正書 1.事件の表示 特願昭58−224089号 2、発明の名称 半導体装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 (307ン株式会社 東芝 4、代理人 5、自発補正 6、?Ii正の対象 7、補正の内容 (1)特許請求の範囲を別紙の通り訂正する。 (2)明m書第5頁第15行及び第18行の1’ 3 
X 10五4」をr4x1023Jと訂正する。 (3)同第8頁第11行〜第13行の記載[3×10”
 [cm−2]以上とする・・・得られるのである。 」を「4×1013 [cm′2コを越えるあたりから
ターンオフタイムの短縮が図られ、3X101’[CI
I+”]以上どすることにより更に大きなターンオフタ
イムの短縮という効果が得られるのである。 j〜と訂正する。 2、特許請求の範囲 高不純物濃度でM1導電型の第1領域と、この領域上に
設(プられた低不純物濃度で第2導電型の第2領域と、
この第2領域表面部に選択的に形成された第1導電型の
第3領域と、この第3領域表面部に選択的に形成された
高不純物濃度で第2導電型の第4領域とを有し、前記第
3領域表面の第2領域と第4領域で挟まれた部分をヂャ
ネル領域としてこの上にゲート絶縁膜を介してゲート電
極が形成され、前記第3領域と第4領域表面に同時にコ
ンタクトするソース電極が形成され、かつ前記第1領域
表面にトレイン電極が形成された半導体装置において、
前記第2領域の第1領域と接する部分に不純物の総量が
4 X 10” Ecm’ ]以上である高濃度の第2
4電型層を設けたことを特徴とする半導体装−盲。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 高不純物濃度り;、第1導電型の第1領域と、この領域
    上に設けられた低不純物濃度て゛第2導電型の第2領域
    と、この第2領域表面部に選択的に形成された第1導電
    型の第3領域と、この第3領域表面部に選択的に形成さ
    れた高不純物濃度(℃第2導電型の第4領域とを有し、
    前記第3領域表面の第2領域と第4領域で挾まれた部分
    をチャネル領域としてこの上にゲート絶縁膜を介してゲ
    ート電極が形成され、前記第3領域と第4領域表面に同
    時にコンタクトするソース電極が形成され、かつ前記第
    1領域表面にドレイン電極が形球された半導体!Iii
    &において、前記鶴2領域の第1領域と接する部分に不
    純物の総量が3 X 10に4(cm−”)以上で16
    AI+l[(7)第2導電呈層を設けたことを特徴とす
    る半導体装置。
JP58224089A 1983-11-30 1983-11-30 半導体装置 Expired - Lifetime JPH0680831B2 (ja)

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DE3443854A DE3443854C2 (de) 1983-11-30 1984-11-30 Halbleiteranordnung mit isoliertem Gate
US06/858,854 US4689647A (en) 1983-11-30 1986-04-30 Conductivity modulated field effect switch with optimized anode emitter and anode base impurity concentrations
US07/807,752 US5212396A (en) 1983-11-30 1991-12-17 Conductivity modulated field effect transistor with optimized anode emitter and anode base impurity concentrations

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