JPS63168051A - 相補ｓｏｉ型横方向絶縁ゲート整流器 - Google Patents

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】 本発明はシリコンオンインシュレータ（Ｓｏｌ）装置の
分野、特に放電灯の電子制御のような電力回路の用途に
用いられる相補型横方向絶縁ゲート整流器に関するもの
である。

既知の電力制御回路には、２個の同一のスイッチングト
ランジスタを直列に接続し、一方のトランジスタのソー
スを他方のトランジスタのドレインに接続して共通の出
力端子を形成するようにしたハーフブリッジ構体が用い
られている。この型の構体は代表的には集積化電力回路
に対して用いられている。その理由はこれらトランジス
タの所望の電圧規格が最低であるからである。しかしこ
の場合にもかかる構体には成る欠点がある。例えば、一
方のトランジスタがソースホロワとして作動し、標準の
構造を用いる場合固有の゛オン゛抵抗が共通ソース構体
よりも高く、且つ基板に対する降服電圧が高くなる。こ
れらの欠点は、例えば米国特許願第７６６．６６５号明
細書に示すソースホロワ構体を用いることにより解消で
き、従って構造が一層複雑となり、製造が困難となる。

個別の回路に対して代表的に用いられる他の手段では相
補ＭＯ３ＦＥＴ装置を共通ドレイン構体で用いるように
している。しかし、かかる構体は集積化構造には実際的
ではない。その理由は製造が困難であり、集積化を行う
際２つの装置が著しく異なる“オン゛抵抗を呈し、その
結果、出力抵抗が不平衡となるからである。

これらの欠点は同時出願の関連の発明によって解消する
ことができる。この同時出願の発明には同等の“オン°
′抵抗を有する２つの相補スイッチング装置を具え、容
易且つ廉価に集積化し得る電力回路構体に用いるに好適
な相補型ＭＯ３横方向絶縁ゲート整流器（ＬＩＧＲ）が
記載されている。

しかし、電力集積回路のスイッチング特性及び制御機能
に悪影響を与える基板電流をほぼ除去し得るようにした
構造として一層簡単な横方向絶縁ゲート整流器構体を得
る必要がある。

本発明の目的は、ソースホロワ回路を必要とすることな
く、ハーフブリッジ構体を必要とするような電力回路に
用いるに好適な相補型装置を提供せんとするにある。

本発明の他の目的は容易且つ廉価に集積化し得ると同時
に同等の“オン”抵抗を設けた２個の相補型スイッチン
グ装置を有する簡単な構成の電力回路に好適な相補型装
置を提供せんとするにある。

本発明の更に他の目的は、スイッチング特性又は電力集
積回路の制御回路の作動に影響を及ぼす基板電流を充分
除去し得るようにした相補装置を提供せんとするにある
。

この目的のため、本発明によれば、特定の構成の相補Ｓ
ｏｌ型横方向絶縁ゲート整流器体を用いる。この横方向
絶縁ゲート整流器は高電力スイッチングの用途に好適な
比較的新規な型の装置である。個別の横方向絶縁ゲート
整流装置の数個の例は例えばヨーロッパ特許願第８３１
１２１８６．８号（米国特許願第４４９．３２１号）明
細書に示されている。

このヨーロッパ特許出願から明らかなように別個の横方
向絶縁ゲート整流器の構成は、横方向ＭＯ３）ランジス
タと全く同様であり、且つかかる２個の装置を相補型集
積回路構体に集積化する際の問題も前述した所と全く同
様である。

これらの問題点は上述した同時出願の特定の集積化相補
型横方向絶縁ゲート整流器構体によってほぼ解消するこ
とができる。この構体では第１導電型の半導体基板に、
第２の反対導電型の第１及び第２の互に隣接し、且つ表
面まで延在する半導体ウェルを設け、この際基板の１部
分によって２つの隣接ウェルを分離する。次いで２つの
隣接するウェル内に相補型横方向絶縁ゲート整流器素子
を形成し、基板に対する接合分離を半導体ウェルとその
導電型とは逆の導電型の半導体基板と間に形成されたρ
ｎ接合によって行っている。かかる装置により形成した
構体は同等の性能の従来の構体よりも簡単且つ一層容易
に形成し得るが、基板電流を制限するための装置−基板
間の分離を一層簡単且つ容易に行う必要がある。

これらの他の改善は本発明による特定の集積化された相
補ＳＯＩ型横型開方向絶縁ゲート整流器構体って達成す
ることができる。この構体では主表面を有するほぼ絶縁
された基板の上記主表面に単結晶シリコン層を設け、こ
のシリコン層に多数の隣接する共平面のドープ層部分を
形成する。相補Ｓｏｌ型横型開方向絶縁ゲート構体隣接
する接触層部分により共通ソース領域を有する２つの相
補型横方向絶縁ゲート整流素子を構成することによって
得ることができる。本発明によれば共通ソース領域及び
装置の両ドレイン領域を第１及び第２導電型の領域で構
成する。かようにして、簡単且つ容易に製造し得る平衡
の高性能相補型横方向絶縁ゲート整流器構体を得ること
ができる。

図面につき本発明を説明する。

第１図は、電力回路の用途、特に基板電流を充分に除去
する必要のある用途に用いるに好適な５Ｏｆ（絶縁体上
に設けたシリコン）型の相補横方向絶縁ゲート整流装置
（ＬＩ（、Ｒ）の構成を示す。

第１図において、Ｓｏｌ型横方向絶縁ゲート整流装置ｌ
にはほぼ絶縁された基板１０を設けその主表面を１１で
示す。基板材料は、酸化珪素、石英その他多数の好適な
絶縁材料から選択することができる。この絶縁基板の主
表面１１上に単結晶シリコン層１２を設け、この単結晶
シリコンＪＷ１２内に多数の隣接する同一平面のドープ
層部分を形成する。後に更に詳細に説明するようにこれ
ら隣接層部分によって横方向絶縁ゲート整流器装置の能
動領域を形成する。このシリコン１１２は、シリコンの
レーザ／ランプ再結晶化及び、２つの酸化されたシリコ
ンウェファを酸化雰囲気中で接着し、次いで１方のウェ
ファを適宜の寸法に薄層化する接着／エッチバックを含
む多数の既知の製造技術の任意の技術によって形成する
ことができる。

単結晶シリコンｊＷ１２はその厚さを、特定の設計に必
要なパラメータに応じてほぼ１０００Å以下から数μま
で著しく変化させることができ、しかもドープされた層
部分を形成する前は不純物がほぼドープされていない材
料とする。特に層の厚さのような種々のパラメータを広
範囲に亘って選択し得、従って広範囲の用途に好適な基
本的な構成を形成することはＳＯＩ技術の特定の利点で
ある。

単結晶シリコン層１２には第１導電型（ｐ型）及び第２
導電型（ｎ型）の領域を有する第１層部分１３を設け、
これら両扉電型の領域によって横方向絶縁ゲート整流器
装置を構成する。第１ドレイン領域の構造を第２図の説
明によって以下に詳細に説明する。第１層部分のｐ型及
びｎ型領域のドーピングレベルをＩＱｌａ原子／ｃｒｔ
ｂ３とする。

第１導電型（ｐ型）の第２層部分１４は第１層部分の種
々の領域に接触させ、これにより横方向絶縁ゲート整？
Ｘ器装置の第１ドリフト領域を形成する。第２層部分１
４のｐ型材料のドーピングレベルをほぼ１０′５原子／
ｃｍ″とする。第２導電型の第３層部分１６（ｎ型）は
第２層部分１４に接触させるとと共にそのドーピングレ
ベルを約１０′５原子／Ｃｌ１１１とする。作動時には
第３層部分１６に第１チャネル領域を形成する。上述し
た所及び以下説明すべき層部分の全部はほぼ同一の厚さ
とする。その理由はこれら層部分の全部が単結晶シリコ
ン層１２の種々の部分を適当にドープすることによって
１）られるからである。上述したようにこの層の厚さは
、製造すべき装置の特定の用途に依存して１０００Å以
下から数μまで変化させることができる。

第１導電型（Ｐ型）及び第２導電型（ｎ型）の領域を有
する第４層部分２０は、第３層部分１６と接触し、これ
によって相補型の横方向絶縁ゲート整流器装置の両半部
に対する共通ソース領域を形成する。第４１部分２０の
ｎ型及びｐ型頭域は、双方共そのドーピング濃度レベル
をほぼ１０１ｓ原子／　ＣＴ１１　’とし、これを第４
層部分２０の断面で示す第３図により以下詳細に説明す
る。

第１図に示す横方向絶縁ゲート整流器装置の第２半部、
即ち、第４層部分２０により形成される共通ソース領域
から出発した装置の部分は前述した装置の第１部分のほ
ぼ鏡像関係にあるが、各層部分の導電型は逆とする。こ
れがため、第１導電型（ｐ型）の第５層部分２２は第４
１１１部分２０に接触させると共にこの層部分２２内に
作動中第２チャネル領域を形成する。この第５層部分２
２のドーピング濃度レベルをほぼ１０′５原子／ｃｍ３
とすると共にこの層部分２２及び絶縁基板の主表面の残
存する層部分は前述した層部分と同一の厚さとする。

はぼ１０′５原子／　ｃｍ　’のドーピング濃度レベル
を有する第２ドーピング（ｎ型）の第６層部分２４は第
５層部分２２と接触させると共にこれにより作動中相補
横方向絶縁ゲート整流器装置の第２ドリフト領域を形成
する。

単結晶シリコン層１２に設けた装置構体の最後の部分を
、第１Ｉ電型（ｐ型）及び第２導電型（ｎ型）の領域を
有する第７層部分２６とする。この第７層部分２６は第
６層部分２４と接触させると共にこれにより相補型横方
向絶縁ゲート整流器装置の第２ドレイン領域を形成する
。この第７層部分２６の構成は第２ドレイン領域の断面
で示す第４図につき後に詳細に説明する。

本発明装置の構体は、単結晶シリコン層１２の種々の部
分上に絶縁層２８を設け、その絶縁層部分２８ａ及び２
８ｂによって少くとも第３層部分１６及び第５層部分２
２を夫々被覆することにより、はぼ完成する。次いでこ
れら絶縁層部分２８ａ及び２８ｂ上の前記層部分１６及
び２２の上方に第１及び第２ゲート電極Ｇ１及びＧ２を
設ける。次いで第４府部分２０にソース電極Ｓを接続し
、且つ第１層部分１３及び第７層部分２６に夫々第１ド
レイン電極り、及び第２ドレイン電極Ｄ２を接続するこ
とにより装置を完成する。

上述したように、相補型装置のドレイン領域を形成する
層部分１３及び２６並びに共通ソース領域を形成する層
部分２０は種々の異る導電型の複数の領域によって構成
する。これら層部分１３．２０及び２６の断面を第２図
、第３図及び第４図に夫々示す。

第２図から明らかなように第１層部分１３は第１導電型
（ｐ型）の領域１３ｃと、その両側の第２導電型（ｎ型
）の１対の領域１３ａ、　１３ｂとを具え、領域１３ｃ
は領域１３ａ及び１３ｂから僅かだけ埋設する。

第２図には便宜上３領域の構体を示したが、この領域１
３を実際上多数のかかる交互の構造で造ることもできる
。同様に第４層部分２０も第２導電型（ｎ型）の少（と
も１領域２０ａと第１導電型（ｐ型）の１ｊｒｒ４域２
０ｂを具えるように構成することができる。又、第４層
部分２０は図面では２　？ＩＪｔ域のみで構成したが、
これに交互に異なる導電型の領域を追加することができ
ることは勿論である。最後に第４図に示すように第７層
部分２６は本質的には第２図に示す第４層部分２０の構
造と鏡像関係にある構体とするが、この場合２つの領域
２６ａ、　２６ｂを第１導電型（ｐ型）とし、これによ
り囲まれる領域２６ｃを第２導電型（ｎ型）とする。第
４層部分１３の場合と同様に第７層部分２６も交互に異
なる導電型の領域を追加し、第４図に示すパターンの繰
返しを設けることができる。これら層部分１３．２０及
び２６の領域の全部は高濃度にドープすることかでき、
この際、ドーピング濃度をほぼ１０１ｓ原子／ｃｍ３　
とすることができる。これら層部分１３．２０および２
６の交互の異る導電型の領域は厳しい製造工程は必要と
しない。その理由はこれに層部分を通常のマスク処理に
より容易に形成し得るからである。

作動上の観点からすると、第１図に示す装置は２つの装
置の素子を接続する共通のソース領域２０を有する２個
の相補型（即ちｐチャネル）横方向絶縁ゲート整流器装
置とみなすことができる。かかる装置の作動上の利点即
ち平衡化された゛オン”抵抗及び製造の容易性は同時出
願の装置の場合と同様である。更にほぼ絶縁された基板
上に能動装置の構体を設けることにより基板電流をほぼ
除去することができ、従ってスイッチング特性を高め、
且つ同一の基板上の制御回路からの分離を充分に行うこ
とができる。

ｐ型頭域及びｎ型領域の双方を有する本発明指金状ドレ
イン構造は同時出願の第２図に示す多重ドレイン領域２
０．２０ａ及び３０．３０ａと同様であり同一の機能を
呈する。これがため、ソース及びドレイン間の電流導通
レベルが低い場合にはソース及びドレイン間の電流導通
路の残部と同一導電型のドレイン領域に電流の全部が流
れるようになる。

電流が充分に増大してドレイン領域の両端間の電圧降下
が０．７ｖ以上になると、関連するドレイン領域と相俟
ってｐｎ接合を形成するドレインの反対導電型の領域が
順方向にバイアスされて少数電荷を注入し始めるように
なる。

更に本発明ではソース領域２０も、第３図に示すように
少（とも１個のＰ壁領域及び１個のｎ型の領域を有する
上台状構造とすることができ、この場合、第１図に示す
ソース電極Ｓによってｐ壁領域及びｎ型領域の双方を接
続し得るようにする。

従ってチャネル領域１６と接触するソースのｎ型領域に
よって動作中ｐチャネルを形成するが、ソースのＰ壁領
域は装置を経てドレインに流れる正孔源として作用する
。これがため、ドレインのｎ型領域から流れる電子はｎ
型チャネル領域を流れ、ソース２０のｎ型領域を経て捕
捉されるようになる。

第１図の右側部分に示す装置の右側素子の作動は極性が
反転している以外、上述した所と全く同様である。

要するに本発明によれば、容易且つ廉価に集積化し得、
且つ同等の“オン”抵抗を有する２つの相補型スイッチ
ング装置を得ることのできる相補Ｓｏｌ型横方向絶縁ゲ
ート整流器スイッチング装置供することができる。更に
、こりらの利点は、基板電流をほぼ除去する装置におい
てソースホロワ回路を必要とすることなく、得ることが
できる。

本発明は上述した例にのみ限定されるものではなく、要
旨を変更しない範囲内に種々の変更を加えることがでる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明相補ＳＯＩ型横方向絶縁ゲート整流器装
置成を示す断面図、 第２．３及び４図は夫々第１図の■−■線、■−■線及
びＩＶ−ＩＶ綿線上断面図である。 １・・・相補横方向絶縁ゲート整流器 １０・・・絶縁基板　　　　　１１・・・主表面１２・
・・単結晶シリコンＮ１３・・・第１層部分１４・・・
第２層部分　　　　１６・・・第３層部分２０・・・第
４層部分　　　　２２・・・第５層部分２４・・・第６
層部分　　　　２６・・・第７層部分２８・・・絶縁層
　　　　　　Ｓ・・・ソース電極Ｇ＋　、Ｇｚ・・・ゲ
ート電極 り、、Ｄ、・・・ドレイン電極 特許出願人　　　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイ
ランペンファブリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主表面を有する絶縁基板と、この主表面上に設けら
   れ複数の隣接共平面ドープ層部分を有する単結晶シリコ
   ン層と、第１及び第２の互に反対の導電型の領域を有し
   相補型の横方向絶縁ゲート整流器の第１ドレイン領域を
   形成する第１の層部分と、この第１層部分に接触し、相
   補型横方向絶縁ゲート整流器の第１ドリフト領域を有す
   る第１導電型の第２の層部分と、この第２層部分に接触
   し、相補型横方向絶縁ゲート整流器の第１チャネル領域
   を有する第２導電型の第３の層部分と、第３層部分に接
   触し、相補型横方向絶縁ゲート整流器の共通ソース領域
   を形成する第１及び第２２電型の領域を有する第４の層
   部分と、この第４層部分に接触し相補型の横方向絶縁ゲ
   ート整流器の第２チャネル領域を有する第１導電型の第
   ５層部分と、この第５層部分に接触し相補型の横方向絶
   縁ゲート整流器の第２ドリフト領域を有する第２導電型
   の第６の層部分と、この第６層部分に接触し相補型横方
   向絶縁ゲート整流器の第２ドレイン領域を形成する第１
   及び第２導電型の領域を有する第７の層部分と、前記単
   結晶シリコン層の部分全体の上に設けられ少なくとも第
   ３及び第５の層部分を被覆する絶縁層と、この絶縁層上
   に設けられ、且つ前記第３及び第５の層部分上に夫々設
   けられた第１及び第２のゲート電極と、前記第４の層部
   分に接続されたソース電極と、第１及び第７の層部分に
   夫々接続された第１及び第２ドレイン電極とを具えるこ
   とを特徴とする相補ＳＯＩ型横方向絶縁ゲート整流器。 ２、前記第１の層部分は、第１導電型の少なくとも１つ
   の領域及びその両側の第２導電型の領域を具え、第１層
   部分のこれら領域の各々は横方向に延在させて前記第２
   の層部分に接触させ；前記第７の層部分は第２導電型の
   少くとも１つの領域及びその両側の第１導電型の領域を
   具え、第７層部分のこれら領域の各々は横方向に延在さ
   せて第６層部分に接触させ；前記第４の層部分は第１導
   電型の少くとも１つの領域及び第２導電型の１領域を具
   え、第４層部分のこれら領域の各々は前記第３層部分か
   ら前記第５層部分に向って横方向に延在させるようにし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の相補
   ＳＯＩ型横方向絶縁ゲート整流器。