JPS60236265A - 導電変調型mosfet - Google Patents

導電変調型mosfet

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JPS60236265A
JPS60236265A JP9244484A JP9244484A JPS60236265A JP S60236265 A JPS60236265 A JP S60236265A JP 9244484 A JP9244484 A JP 9244484A JP 9244484 A JP9244484 A JP 9244484A JP S60236265 A JPS60236265 A JP S60236265A
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Akio Nakagawa
明夫 中川
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    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
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    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395Vertical transistors, e.g. vertical IGBT

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、導電変調型MO8FET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、DSA(Dif
fusion 3elf Align)法によりソース
およびチャネル領域を形成するパワーMO8FETが市
場に現れている。しかしこの素子は1000V以上の高
耐圧ではオン抵抗が高くなってしまい、大電流を流すこ
とが難しい。
これに代わる有力な素子として、ドレイン領域にソース
とは逆の導電型層を設iノることにより高抵抗層に導電
変調を起こさせてオン抵抗を下げるようにした、いわゆ
る導電変調型MO8FETが知られている。その基本的
な構造を第1図に示す。
11はp+−8i基板であって、この上に低不純物濃度
の高抵抗n一層12が形成され、このn−1i12の表
面にDSA法によりpベース層13とn“ソース層14
が形成されている。即ちpベース層13を拡散形成した
拡散窓をそのままn+ソース層14の拡散窓の一部とし
て用いて二重拡散することにより、pベース層13の端
部に自己整合的にチャネル領域19を残した状態でn+
ソース層14が形成される。そして、チャネル領域19
上にはゲート絶縁1115を介してゲート電極16が形
成され、ソース層14下にはベース層13に同時にオー
ミックコンタクトするソース電極17が形成される。基
板11の裏面にはドレイン電極18が形成されている。
この導電変調型MO8FETでは、ソース層14からチ
ャネル領域19を通ってn一層12に注入される電子電
流に対して、p+基板11から正孔注入が起こり、この
結果n一層12には多量のキャリア蓄積による導電変調
が起こる。n一層12に注入された正孔電流はpベース
層13のソース層14直下を通り、ソース電極17へ抜
ける。
この構造はサイリスタと似ているがサイリスタ動作はし
ない。ソース電極17がpベース層13とn+ソース層
14を短絡してサイリスタ動作を阻止しており、ゲート
・ソース間電圧を零とすれば素子はターンオフする。ま
たこの構造は従来のパワーMO8FETとも似ているが
、ドレイン領域にパワーMO8FETとは逆の導電型層
を設けて、バイポーラ動作を行なわせている点で異なる
この導電変調型MO8FETは、高耐圧化した場合にも
、従来のパワーMO8FETに比べて導電変調の結果と
して十分低いオン抵抗が得られる。
しかしながらこの導電変調型MO8FETにも未だ問題
がある。即ち素子を流れる電流密度が大きくなると、ソ
ース層14下の横方向抵抗による電圧降下が大きくなる
。そしてpベース層13とn+ソース層14の間が順バ
イアスされるようになるとサイリスタ動作に入り、ゲー
ト・ソース間バイアスを零にしても素子がオフしない、
いわゆるラッチアップ現象を生じる。
この問題を解決するために従来は、第2図に示すように
、深い01層20を拡散形成して、pベース層13の抵
抗を下げることが行われている。
しかしこの方法だけでは、十分高い電流密度までラッチ
アップ現象を防ぐことができない。
(発明の目的) 本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、パターン設
計により効果的に大電流領域までラッチアップ現象を生
じないようにした導電変調型MO8FETを提供するこ
とを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、第1導電型半導体基板に高抵抗の第2導電型
半導体層が形成され、この半導体層にDSA法により第
1導電型ベース層とその表面に第2導電型ソース層が形
成される導電変調型MO8FETにおいて、ゲート電極
下の第2導電型半導体層により隔てられて対向する第1
導電型ベース層の間隔を20μTrL以下に設定したこ
とを特徴とする。
本発明は次のような考察から導かれたものである。第1
図、第2図に示すような導電変調型MO3FETにおい
て、オン時にはn一層12の全体で導電変調が起こり、
一様に電流が流れる。この電流の内ラッチングに寄与す
るのは、前述のようにゲート電極16下のpベース層1
3がない領域からpベース層13に注入されてn1ソ一
ス層14下を横方向に流れる電流成分である。このこと
から、ゲート電極16下のベース113の対向開隔を小
さくすればラッチアップ現象を生じ難くすることができ
るのである。このベース層間隔を20μm以下に限定す
る理由については、以下の実施例で明らかにする。
〔発明の効果〕
本発明によれば、パターン設計によって簡単且つ効果的
に導電変調型MO8FETのラッチアップ現象を抑制す
ることができる。
(発明の実施例) 本発明の実施例を以下に説明する。第3図は一実施例の
導電変調型MO8FETを示すもので、(a)は平面図
(但し電極は省略)、(b)は(a)のA−/M断面図
である。この実施例はベース層がストライプ状に基板上
に形成された例である。第1図、第2図と対応する部分
にはそれらと同じ符号を付しである。これを1造工程に
従って説明する。p”s+基板11を用意し、これにエ
ピタキシャル成長により低不純物濃度で比抵抗50Ωυ
以上のn一層12を100μm程度形成する。次にこの
n一層12の表面を酸化してゲート駿化膜15を形成し
、その上に5000人のポリS1膜によるゲート電極1
6を形成する。この後ゲート電極16をマスクとしてボ
ロンを8μm程度拡散してpベース層13を形成する。
次いでゲート電極16による窓の中央部のみを酸化膜(
゛図示せず)で覆い、この酸化膜とゲート電極16をマ
スクとしてソース層形成のためのドーズ量5X1016
/iのAsイオン注入を行ない、熱処理してn+ソース
層14を形成する。この後CVDにより全面に酸化膜(
図示せず)を形成し、これにコンタクトホールを開けて
Aβ膜の蒸着、バターニングによりソース電極17を形
成する。
最後に基板裏面にV−Ni−Au膜の蒸着によりドレイ
ン電極18を形成する。
この実施例では、ゲート電極16下のpベース層13の
対向距離aを20μm以下と小さく設定したことが特徴
である。第4図はベース層13間の対向距離a(μm)
とラッチアップを生じることなくゲートでターンオフす
ることができる電流密度IL (A/cj)の関係を測
定した実験データである。この関係は本発明者らが始め
て明らかにしたものであり、このデータからa−20μ
m以下であれば、lt−750A/cdまで流してもラ
ッチングを生じない。IL−750A/(Jlは次のよ
うな意味がある。即ちこの種の導電変調型MO8FET
は通常動作電流密度が100A/iである。これに3倍
の動作余裕を見込んで300A/dまで流せることが必
要となる。一方、周囲濃度が高くなるとラッチアップを
生じ易くなり、125℃では、常温(25℃)での電流
密度の1/2゜5でラッチアップを生じる。従って12
5℃までラッチアップを生じないで動作させるための最
大定格電流密度として、300X2.5−750(A/
aりが必要となるのである。
こうして本実施例によれば、ベース層間距離を20μm
以下とすることによって、750A/a+1までラッチ
アップを生じない導電変調型MO8FETが得られる。
また例えば、上記実施例においてゲート電極16の幅を
20μmに設定すれば、pベース層13間の対向距離a
は7〜10μmとなり、第4図から、約1500A/c
Iiまで流せる導電変調型MO3FETが得られる。
第5図は本発明の別の実施例を示すもので、(a)は平
面図、(b)は(a)のB−8膜断面図である。この実
施例でも第1図、第2図と対応する部分にはそれらと同
じ符号を付しである。この実施例ではpベース層13が
ストライブ状ではなく、島状に複数個配列されている。
この場合には周期的に現れるpベース層13の相対向す
る距離のうち、第5図(a)に示すように最大値となる
距離aを20μm以下にすればよい。同様に第6図のよ
うなpベース層の配置の場合には、図中に示した対向距
離aを20μm以下にすればよい。
また本発明は、第2図のようにソース層下にp“層を拡
散形成する技術を組合わせた場合も有効である。
また以上では、p”Si基板11を出発基板とする場合
を説明したが、n一層12を出発基板としてドレインと
なるp+層を拡散により形成する場合にも本発明は有効
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は一般的な導電変調型MO8FETを示す断面図
、第2図はこれを改良した導電変調型MO8FETを示
す断面図、第3図(a)、(b)は本発明の一実施例の
導電変調型MO8FETを示す平面図とそのA−A−断
面図、第4図は本発明の詳細な説明するための実験デー
タを示す図、第5図(a>、(b)は本発明の別の実施
例の導電変調型MO8FETを示す平面図とそのB−B
′断面図、第6図は更に別の実施例の導電変調型MO3
FETを示す平面図である。 11−= l) ” S i基板、12−n一層、13
−。 ベース層、14・・・n1ソ一ス層、15・・・ゲー]
・酸化膜、16・・・ゲート電極、17・・・ソース電
極、18・・・ドレイン電極、19・・・チャネル領域
。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第3図 第4図 a(P兜) 第5図 第6図 手続補正書 昭和 昨o、1.c1 日 特許庁長官 志賀 学 殿 1、事件の表示 特願昭59−92444 号 2、発明の名称 導電変調型MO8F E T 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 (307)株式会社 東芝 4、代理人 5、自発補正 明細園、図@ 1゛\ 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)明細書第5頁第8行の「第1導電型ベース層」を
[ストライプ状の第1導電型ベース層」と訂正する。 (3)同第9頁第5行〜第11行の記載「第5図は・・
・すればよい。」を削除する。 (4)同第10頁第9行〜第13行の「実験データを示
す図、第5図は・・・平面図である。」を[実験データ
を示す図である。、I5と訂正する。 (5)図面中、第5図(a)、(b)及び第6図を削除
する。 □ 2、特許請求の範囲 第1導電型半導体基板と、この基板上に形成さhた高抵
抗の第2導電型半導体層と、この半導体−の表面に拡散
形成された入ヒΣL乙児1第1導電型ベース層と、この
ベース層形成に用いた拡散叡を用いて拡散形成された第
2導電型ソース層と、二のソース層と前記ベース層の不
純物拡散深さの旧違により基板表面に形成されるチャネ
ル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極
と、特記ソース層とベース層の双方にオーミックコンタ
クトするソース電極と、前記基板の裏面に形成きれたト
レイン電極とを備えた導電変調型MO8FETにおいて
、前記ゲート電極下の第2導電型寥導体層により隔てら
れて対向する前記ベース履用の距離を20μm以下に設
定したことを特徴とする導電変調型MO8FET0

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1導電型半導体基板と、この基板上に形成された高抵
    抗の第2導電型半導体層と、この半導体層の表面に拡散
    形成された第1導電型ベース層と、このベース層形成に
    用いた拡散窓を用いて拡散形成された第2導電型ソース
    層と、このソース層と前記ベース層の不純物拡散深さの
    相違により基板表面に形成されるチャネル領域上にゲー
    ト絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ソース
    層とベース層の双方にオーミックコンタクトするソース
    ?を極と、前記基板の裏面に形成されたトレイン電極と
    を備えた導電変調型MO8F E Tにおいて、前記ゲ
    ートN極下の第2導電型半導体層により隔てられて対向
    する前記ベース層間の距離を20μm以下に設定したこ
    とを特徴とする導電変調型MO8FET。
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