JPS60177675A - 絶縁ゲ−ト半導体装置 - Google Patents
絶縁ゲ−ト半導体装置Info
- Publication number
- JPS60177675A JPS60177675A JP59032342A JP3234284A JPS60177675A JP S60177675 A JPS60177675 A JP S60177675A JP 59032342 A JP59032342 A JP 59032342A JP 3234284 A JP3234284 A JP 3234284A JP S60177675 A JPS60177675 A JP S60177675A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductivity type
- drain
- semiconductor device
- diffusion layer
- insulated gate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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]
- H10D30/64—Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
- H10D30/66—Vertical DMOS [VDMOS] FETs
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
- H10D62/17—Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
- H10D62/393—Body regions of DMOS transistors or IGBTs
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】
〔技術分野〕
本発明は毛−夕制御回路に使用するパワー用絶縁ゲート
電界効果トランジスタ(MOSFET)における破壊防
止技術に関する。
電界効果トランジスタ(MOSFET)における破壊防
止技術に関する。
モータ制御(駆動制御)回路の周波数増加に伴い、従来
のバイポーラトランジスタに代ってパワーMOS F
E Tが使用されるようになった。このパワーMO8F
ETによるモータ制御回路は第1図に示すように縦続接
続された対のMOSFETを複数対並列に接続し、交替
にオンオフ動作するように構成したものである。
のバイポーラトランジスタに代ってパワーMOS F
E Tが使用されるようになった。このパワーMO8F
ETによるモータ制御回路は第1図に示すように縦続接
続された対のMOSFETを複数対並列に接続し、交替
にオンオフ動作するように構成したものである。
このような複数のMOSFETを有するモータ制御回路
において、モータの起動停止時にMOSFETに内蔵す
るダイオードの一部が破壊される現象の生じることが発
明者の実験によりあきらかとされた。パワーMO8FE
Tの内部ダイオードの破壊はソース・チャネル部及びド
レインにより構成される寄生npn(Nチャネルの場合
)バイポーラトランジスタ動作が局部的にセルに集中す
るために生じることによるものである。
において、モータの起動停止時にMOSFETに内蔵す
るダイオードの一部が破壊される現象の生じることが発
明者の実験によりあきらかとされた。パワーMO8FE
Tの内部ダイオードの破壊はソース・チャネル部及びド
レインにより構成される寄生npn(Nチャネルの場合
)バイポーラトランジスタ動作が局部的にセルに集中す
るために生じることによるものである。
すなわち、第1図に示されるMO8FETQI 。
Q2.Q、・・・においてゲー)G、、G、をオンさせ
ると回生電流IPはQ3の内部ダイオードD。
ると回生電流IPはQ3の内部ダイオードD。
を順方向に流れる。次いでQlのゲートG、を0NIC
するとQ3の内部ダイオードD3の逆バイアスとなるた
め、第2図に示すようにリカバリ電流Trrが回復する
まで過電流IDrがダイオードD3に流れる。またこの
際に回路のLによって誘導起電力が発生し、Trrが回
復するまでにスパイク電圧Vpがダイオードに印加され
降伏に至る場合がある。
するとQ3の内部ダイオードD3の逆バイアスとなるた
め、第2図に示すようにリカバリ電流Trrが回復する
まで過電流IDrがダイオードD3に流れる。またこの
際に回路のLによって誘導起電力が発生し、Trrが回
復するまでにスパイク電圧Vpがダイオードに印加され
降伏に至る場合がある。
Trrが回復するまでの間にダイオードD3にかかる負
担は太き(過電流よりrによって破壊する場合と、ID
r−Vpによるパワーで破壊する場合とがあり、保護回
路対策と同時に素子自身のダイオード破壊耐量の向上が
要請されている。
担は太き(過電流よりrによって破壊する場合と、ID
r−Vpによるパワーで破壊する場合とがあり、保護回
路対策と同時に素子自身のダイオード破壊耐量の向上が
要請されている。
このようなセルへの局部的電流の集中を防止するためこ
れまで下記の対策が本発明者により考えられている。
れまで下記の対策が本発明者により考えられている。
(1)セルの配置を均一化すること。しかし、この方法
では等価回路上各セルをすべて均一に配列することはレ
イアウト上から不可能である。
では等価回路上各セルをすべて均一に配列することはレ
イアウト上から不可能である。
本発明は上記した問題を解決するためのものであって前
記の両者相反の関係を定量的に明らかにし、破壊耐量の
向上とオン抵抗増大の抑制のできるパワーMO8半導体
装置を提供することにある。
記の両者相反の関係を定量的に明らかにし、破壊耐量の
向上とオン抵抗増大の抑制のできるパワーMO8半導体
装置を提供することにある。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば下記のとおりである。
を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、縦形nチャネルMO8FETにおいて、チャ
ネル部を含むp型層直下の高比抵抗n−型ドレイン領域
をバラスト抵抗として、このn−型ドレイン領域の比抵
抗はMOSFETの耐圧特性とのパラメータによって適
合する比抵抗値を選ぶとともに上記p型層直下のn−型
ドレイン層の厚さは上記比抵抗値とのパラメータにより
示される非破壊領域の下限値を選ぶことにより、破壊耐
量が向上でき、しかもオン抵抗を増大することなく、前
記目的が達成できる。
ネル部を含むp型層直下の高比抵抗n−型ドレイン領域
をバラスト抵抗として、このn−型ドレイン領域の比抵
抗はMOSFETの耐圧特性とのパラメータによって適
合する比抵抗値を選ぶとともに上記p型層直下のn−型
ドレイン層の厚さは上記比抵抗値とのパラメータにより
示される非破壊領域の下限値を選ぶことにより、破壊耐
量が向上でき、しかもオン抵抗を増大することなく、前
記目的が達成できる。
第3図は本発明の一実施例を示すものであって、縦形パ
ワーnチャネルMO8FETの要部縦断面図である。】
はn−型シリコン基体(i層)でnチャネルMO8FE
Tのドレイン領域となる部分で、下面(裏面側)に高濃
度ドナ拡散によるn++層2が形成され、その表面に銀
等の金属膜3がドレイン電極(Dlとして形成される。
ワーnチャネルMO8FETの要部縦断面図である。】
はn−型シリコン基体(i層)でnチャネルMO8FE
Tのドレイン領域となる部分で、下面(裏面側)に高濃
度ドナ拡散によるn++層2が形成され、その表面に銀
等の金属膜3がドレイン電極(Dlとして形成される。
4は上記基体1の上面に部分的にアクセプタ拡散により
形成されたp型頭域でその表面の一部4aはチャネル部
となる。
形成されたp型頭域でその表面の一部4aはチャネル部
となる。
5はp型頭域の表面の一部に高濃度ドナ拡散により形成
されたn+型領領域ソース・コンタクト部となる。
されたn+型領領域ソース・コンタクト部となる。
6はゲート絶縁膜で薄いシリコン酸化膜(S t Ot
膜)からなり、その上にポリシリコン層等からなるゲー
ト電極7Dが設けられ、さらにその上を絶縁膜、例えば
CVD(気相化学堆積)によるシリコン酸化膜8で覆っ
である。
膜)からなり、その上にポリシリコン層等からなるゲー
ト電極7Dが設けられ、さらにその上を絶縁膜、例えば
CVD(気相化学堆積)によるシリコン酸化膜8で覆っ
である。
9はアルミニウムを蒸着してなるソース電極(81で、
n++ソース領域4に低抵抗接触するとともにp型頭域
に短絡接触し絶縁膜9を介してゲートの上を越えて他の
n++ソース領域5に低抵抗接触する。上記ゲート電極
Gへの電圧印加によってゲート直下のp型領域表面(チ
ャネル部)4aを流れるソース−ドレイン電流IDSは
制御される。
n++ソース領域4に低抵抗接触するとともにp型頭域
に短絡接触し絶縁膜9を介してゲートの上を越えて他の
n++ソース領域5に低抵抗接触する。上記ゲート電極
Gへの電圧印加によってゲート直下のp型領域表面(チ
ャネル部)4aを流れるソース−ドレイン電流IDSは
制御される。
このようなnチャネルパワーMO8FETにおいて、所
要とする破壊耐量に対してドレインとなるn−型シリコ
ン基体の比抵抗及びドレインバラスト抵抗となるn一層
(又はi層)の厚さは下記のようにして決定される。
要とする破壊耐量に対してドレインとなるn−型シリコ
ン基体の比抵抗及びドレインバラスト抵抗となるn一層
(又はi層)の厚さは下記のようにして決定される。
第4図は本発明者によっ実験データの結果よりパワーn
チャネルMO8FETにおけるドレイン耐圧とn−型層
(基体)の比抵抗との関係を示す曲線図である。
チャネルMO8FETにおけるドレイン耐圧とn−型層
(基体)の比抵抗との関係を示す曲線図である。
例えば500Vの耐圧を得るためには上記曲線によって
n−型ドレイン層の比抵抗をめドープされる不純物濃度
を決定する。
n−型ドレイン層の比抵抗をめドープされる不純物濃度
を決定する。
第5図は基体の比抵抗とi層(p型層直下のn−型層)
の厚さとの関係を示し、本発明者の実験により、ダイオ
ード破壊耐量に大きく保っていることが明らかになった
。
の厚さとの関係を示し、本発明者の実験により、ダイオ
ード破壊耐量に大きく保っていることが明らかになった
。
すなわち、第5図に示される曲線によって分けられる2
つの領域のうち工は非破壊領域、■は破壊領域となる。
つの領域のうち工は非破壊領域、■は破壊領域となる。
したがって、第4図でめられた比抵抗におけるn−型基
体の厚さを第5図の非破壊領域Iの中から選ぶ。
体の厚さを第5図の非破壊領域Iの中から選ぶ。
一方、パワーnチャネルMO8FETにおいてはオン抵
抗はn−型基体の厚さに比例して大きくなるから、オン
抵抗特性を向上するためにはn・7型層体をできるだけ
薄くすることがのぞましい。
抗はn−型基体の厚さに比例して大きくなるから、オン
抵抗特性を向上するためにはn・7型層体をできるだけ
薄くすることがのぞましい。
したがって、n−型層の厚さは第5図における非破壊領
域Iと破壊領域■の境界ラインより上限近くの厚さを用
いることになる。
域Iと破壊領域■の境界ラインより上限近くの厚さを用
いることになる。
第6図は第3図で示したパワーnチャネルMO8FET
の動作時において、リカバリー電流IDHの経路を同図
の等価回路で示すものである。
の動作時において、リカバリー電流IDHの経路を同図
の等価回路で示すものである。
この場合、IDRは次の4つの径路が考えられる。すな
わち、(al Cg dよりRgを経てD−+Sに流れ
るidd、(b1MO8がNしてD−+8に流れるic
h、(clpnダイオードのTrr が回復するまでK
Rbを通してD−+Sに流れるids、(di寄生バイ
ポーラトランジスタがオンしてD−+Sへ流れるicが
ある。(at〜(dlまでにバラストとして働く抵抗成
分のうちRnはすべての経路に渡り有効である。
わち、(al Cg dよりRgを経てD−+Sに流れ
るidd、(b1MO8がNしてD−+8に流れるic
h、(clpnダイオードのTrr が回復するまでK
Rbを通してD−+Sに流れるids、(di寄生バイ
ポーラトランジスタがオンしてD−+Sへ流れるicが
ある。(at〜(dlまでにバラストとして働く抵抗成
分のうちRnはすべての経路に渡り有効である。
第7図は内部ダイオードのiD、vds 波形を示し、
これを3つの領域t、、 tt* tIfに分解してそ
の動作を説明すると、Rd >Rbであるから電流it
l はソースル+層ドレインn一層によるダイオードと
Rdで決まる値が流れる。ダイオードは順方向にバイア
スされるため、ソースp 層とドレインn一層に形成さ
れる空乏層は狭くなっており、pn接合静電気容量cj
は非常に大きくなっている。ソース・ドレイン電流の流
れる方向によってダイオードにおけるホールの動作を説
明すると、ソース側が(+1、ドレイン側が(−1に印
加される場合、第8図に示すように(1)i層(n一層
)中にホール(hlが蓄積し、(2)ホールの分布はe
rrorfunc、で近似するからi層の厚さdiを十
分にとれば1個のMO8FETセル中に電流が集中する
ことがなく破壊を防止できる。
これを3つの領域t、、 tt* tIfに分解してそ
の動作を説明すると、Rd >Rbであるから電流it
l はソースル+層ドレインn一層によるダイオードと
Rdで決まる値が流れる。ダイオードは順方向にバイア
スされるため、ソースp 層とドレインn一層に形成さ
れる空乏層は狭くなっており、pn接合静電気容量cj
は非常に大きくなっている。ソース・ドレイン電流の流
れる方向によってダイオードにおけるホールの動作を説
明すると、ソース側が(+1、ドレイン側が(−1に印
加される場合、第8図に示すように(1)i層(n一層
)中にホール(hlが蓄積し、(2)ホールの分布はe
rrorfunc、で近似するからi層の厚さdiを十
分にとれば1個のMO8FETセル中に電流が集中する
ことがなく破壊を防止できる。
ここで電位が逆転し、第9図に示すようにソース側が(
−)、ドレイン側が(+)になった場合、(1)空乏層
のホールが矢印のように逆流(を外部)し、(2)空乏
層外のホールが逆流(拡散)する。i層を厚くすること
で拡散逆流のホール量を多くし、リカバリーをソフトに
することにより破壊耐量を上げることができる。
−)、ドレイン側が(+)になった場合、(1)空乏層
のホールが矢印のように逆流(を外部)し、(2)空乏
層外のホールが逆流(拡散)する。i層を厚くすること
で拡散逆流のホール量を多くし、リカバリーをソフトに
することにより破壊耐量を上げることができる。
〔効果]
以上実施例で述べた本発明によれば下記のように効果が
得られる。
得られる。
(1)n−基体の厚さを少なくとも非破壊領域内で選ぶ
ことKよりMOSFETの破壊耐量を大幅に向上するこ
とができる。在来のパワーMO8FETではかかる考慮
がなされないため0.2 Aで破壊したが、本発明によ
るパワーnチャネルMO8FETでは30A以上でも非
破壊であることが明かとなった。
ことKよりMOSFETの破壊耐量を大幅に向上するこ
とができる。在来のパワーMO8FETではかかる考慮
がなされないため0.2 Aで破壊したが、本発明によ
るパワーnチャネルMO8FETでは30A以上でも非
破壊であることが明かとなった。
(2) 非破壊領域の下限をとることにより、必要以上
オン抵抗特性を損うことなく、破壊耐量の向上を達成で
きるようになった。
オン抵抗特性を損うことなく、破壊耐量の向上を達成で
きるようになった。
(3)上記(1)、(2)によりモータ制御、インバー
タ等の回路に使用されるパワーMO8FETの品質向上
、信頼性向上に大きく寄与できる。
タ等の回路に使用されるパワーMO8FETの品質向上
、信頼性向上に大きく寄与できる。
本発明はモータ制御、インバータ用のパワーMOS’F
E T一般に利用することができる。
E T一般に利用することができる。
本発明はまた、高速ダイオードのツクトリカバリ−に応
用することができる。
用することができる。
第1図はパワーMO8FETを用いたモータ制御回路に
おける局部的電流集の形態を示す回路図である。 第2図はMO8FETKおける回生電流波形を示す波形
図である。 第3図は本発明の一実施例を示すものであって、パワー
〇チャネルMO8FETの要部拡大断面図である。 第4図は本発明者の実験データに基(MOSFETの耐
圧と比抵抗の関係を示す曲線図である。 第5図は同じくi層厚と比抵抗の関係を示す曲線図であ
る。 第6図は第3図に示したMOSFETにおけるノースド
レイン電流13路を示す等価回路図である。 第7図はソース・ドレイン電流電圧の波形図である。 第8図及び第9図はMO8FET内部ダイオードにおけ
るホールの動作を説明するための断面図である。 1・・・n−型シリコン基体(i層)、2・・・n 型
層、3・・・金属膜(ドレイン電極D)、4・・・p型
領域、4a・・・チャネル部、5・・・n+型領領域ソ
ース・コンタクト部)、6・・・ゲート絶縁膜、7・・
・ポリシリコンゲート電極(a、8・・・シリコン酸化
膜、9・・・アル゛ミニウム・ソース電極+S)。 第 1 図 第 2 図 Irと 第 3 図 ( 第 4 図 第 5 図 第 6 図 第 7 図
おける局部的電流集の形態を示す回路図である。 第2図はMO8FETKおける回生電流波形を示す波形
図である。 第3図は本発明の一実施例を示すものであって、パワー
〇チャネルMO8FETの要部拡大断面図である。 第4図は本発明者の実験データに基(MOSFETの耐
圧と比抵抗の関係を示す曲線図である。 第5図は同じくi層厚と比抵抗の関係を示す曲線図であ
る。 第6図は第3図に示したMOSFETにおけるノースド
レイン電流13路を示す等価回路図である。 第7図はソース・ドレイン電流電圧の波形図である。 第8図及び第9図はMO8FET内部ダイオードにおけ
るホールの動作を説明するための断面図である。 1・・・n−型シリコン基体(i層)、2・・・n 型
層、3・・・金属膜(ドレイン電極D)、4・・・p型
領域、4a・・・チャネル部、5・・・n+型領領域ソ
ース・コンタクト部)、6・・・ゲート絶縁膜、7・・
・ポリシリコンゲート電極(a、8・・・シリコン酸化
膜、9・・・アル゛ミニウム・ソース電極+S)。 第 1 図 第 2 図 Irと 第 3 図 ( 第 4 図 第 5 図 第 6 図 第 7 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、第1導電型半導体基体をドレインとして、この基板
の一主面の一部に第2導電型拡散層が形成され、この第
2導電型拡散層の表面の一部に第1導電型高濃度拡散層
がソースとして形成され、ソースの形成されない第2導
電型拡散層の表面に絶縁膜を介してゲート電極が形成さ
れ、このゲート電極への電圧印加によってゲート下の第
2導電型拡散層表面チャネル部のソース・ドレイン電流
を制御するように構成された縦形絶縁ゲート半導体装置
であって、第2導電型拡散層直下の第1導電型高比抵抗
半導体基体部分をドレインバラスト抵抗とし、その厚さ
は上記絶縁ゲート半導体装置の耐圧特性、電流特性を規
定するパラメータによって決定されることを特徴とする
絶縁ゲート半導体装置。。 2、 ドレインバラスト抵抗として使用される第1導電
型半導体基体の比抵抗は上記絶縁ゲート半導体装置の耐
圧特性とのパラメータによって示される最も適合する比
抵抗値を選ぶとともに、上記第2導電型拡散層直下の第
1導電型半導体基体の厚さは上記比抵抗値とのパラメー
タにより示される非破壊領域の下限値を選ぶ特許請求の
範囲第1項に記載の絶縁′ケート半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59032342A JPS60177675A (ja) | 1984-02-24 | 1984-02-24 | 絶縁ゲ−ト半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59032342A JPS60177675A (ja) | 1984-02-24 | 1984-02-24 | 絶縁ゲ−ト半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60177675A true JPS60177675A (ja) | 1985-09-11 |
Family
ID=12356281
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59032342A Pending JPS60177675A (ja) | 1984-02-24 | 1984-02-24 | 絶縁ゲ−ト半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60177675A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6457757A (en) * | 1987-08-28 | 1989-03-06 | Nec Corp | Vertical insulated-gate field-effect transistor |
US4967245A (en) * | 1988-03-14 | 1990-10-30 | Siliconix Incorporated | Trench power MOSFET device |
US5221850A (en) * | 1991-03-20 | 1993-06-22 | Fuji Electric Co., Ltd. | Conductivity-modulating mosfet |
JPH08102540A (ja) * | 1995-09-25 | 1996-04-16 | Toshiba Corp | 導電変調型mosfet |
-
1984
- 1984-02-24 JP JP59032342A patent/JPS60177675A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6457757A (en) * | 1987-08-28 | 1989-03-06 | Nec Corp | Vertical insulated-gate field-effect transistor |
US4967245A (en) * | 1988-03-14 | 1990-10-30 | Siliconix Incorporated | Trench power MOSFET device |
US5221850A (en) * | 1991-03-20 | 1993-06-22 | Fuji Electric Co., Ltd. | Conductivity-modulating mosfet |
JPH08102540A (ja) * | 1995-09-25 | 1996-04-16 | Toshiba Corp | 導電変調型mosfet |
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