JPS60117673A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPS60117673A JPS60117673A JP58224089A JP22408983A JPS60117673A JP S60117673 A JPS60117673 A JP S60117673A JP 58224089 A JP58224089 A JP 58224089A JP 22408983 A JP22408983 A JP 22408983A JP S60117673 A JPS60117673 A JP S60117673A
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- JP
- Japan
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- layer
- conductivity type
- impurity concentration
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
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。
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。
変調型の半導体装置に関する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
不純物総量が3 X 10”(cIIL−”)以上のp
+層を設ければよい。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
〔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
。
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
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)
- 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。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58224089A JPH0680831B2 (ja) | 1983-11-30 | 1983-11-30 | 半導体装置 |
GB8430147A GB2150753B (en) | 1983-11-30 | 1984-11-29 | Semiconductor device |
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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58224089A JPH0680831B2 (ja) | 1983-11-30 | 1983-11-30 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60117673A true JPS60117673A (ja) | 1985-06-25 |
JPH0680831B2 JPH0680831B2 (ja) | 1994-10-12 |
Family
ID=16808372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58224089A Expired - Lifetime JPH0680831B2 (ja) | 1983-11-30 | 1983-11-30 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0680831B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60260152A (ja) * | 1984-06-07 | 1985-12-23 | Nec Corp | 半導体装置 |
JPS61198781A (ja) * | 1985-02-28 | 1986-09-03 | Toshiba Corp | 導電変調型mosfet |
JPH02148767A (ja) * | 1988-11-29 | 1990-06-07 | Fuji Electric Co Ltd | 伝導度変調型mosfet |
WO2013088544A1 (ja) * | 2011-12-15 | 2013-06-20 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置および電力変換装置 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56150870A (en) * | 1980-03-25 | 1981-11-21 | Rca Corp | Vertical mos-fet device |
-
1983
- 1983-11-30 JP JP58224089A patent/JPH0680831B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56150870A (en) * | 1980-03-25 | 1981-11-21 | Rca Corp | Vertical mos-fet device |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60260152A (ja) * | 1984-06-07 | 1985-12-23 | Nec Corp | 半導体装置 |
JPS61198781A (ja) * | 1985-02-28 | 1986-09-03 | Toshiba Corp | 導電変調型mosfet |
JPH02148767A (ja) * | 1988-11-29 | 1990-06-07 | Fuji Electric Co Ltd | 伝導度変調型mosfet |
WO2013088544A1 (ja) * | 2011-12-15 | 2013-06-20 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置および電力変換装置 |
US9349847B2 (en) | 2011-12-15 | 2016-05-24 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor device and power converter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0680831B2 (ja) | 1994-10-12 |
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