JPS6380569A - Conductivity modulation lateral mos-fet - Google Patents
Conductivity modulation lateral mos-fetInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明はドレイン側にソースと逆導電型の領域を付加し
てバイポーラ動作を利用するMOS−FETに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical field to which the invention pertains] The present invention relates to a MOS-FET that utilizes bipolar operation by adding a region of a conductivity type opposite to that of the source on the drain side.
例えばバイポーラ動作を利用するたて型NチャンネルM
OS−FETは第3図に示すような構造をもっている。For example, vertical N-channel M using bipolar operation
The OS-FET has a structure as shown in FIG.
第3図はその模型的な要部断面図を示したものであり、
主要な構成部はソース電極1゜ゲート電極2.ドレイン
電極3. N−ベース層4゜2層5.PベースWIb
*P ドレイン層7. N ソースI醤8.ゲー
トポリシリコン層9.絶縁酸化膜10、Nバ、ファー層
1】、ゲー[化膜12からなっている。記号Sはソース
、Gはゲート、Dはドレインである。Figure 3 shows a schematic cross-sectional view of the main parts.
The main components are source electrode 1, gate electrode 2. Drain electrode 3. N-base layer 4° 2 layers 5. P base WIb
*P drain layer 7. N sauce I sauce8. Gate polysilicon layer 9. It consists of an insulating oxide film 10, an N+F layer 1, and a Ga oxide film 12. The symbol S is a source, G is a gate, and D is a drain.
このような構造をもつ素子のソースt41に対して、ゲ
ート電極2に一定のしきい値以上の電圧を印加すると、
ゲートポリシリコン層9の下のPベースrti6の表面
が反転して電子のチャンネルを形成し、ソースとドレイ
ンは導通状態となる。このチャンネルを通ってN−ベー
ス層4に流入した電子はPドレイン層7に達するとホー
ルの注入を引き起こす。ホールの注入によってNベース
へ4は伝導度変調を受け、伝導度が著しく太き(なり、
大電流を流すことが可能となる。なおこの動作のために
はNバッファー層11は必ずしも必要としないが、耐圧
を向上するために形成している。得られる電流はP ド
レインJfl 7を付コしてない通常のたて型パワーM
(JS−FETの10〜20倍にもなるこおが大きな利
点となっている。When a voltage higher than a certain threshold value is applied to the gate electrode 2 of the source t41 of an element having such a structure,
The surface of the P base rti6 under the gate polysilicon layer 9 is inverted to form an electron channel, and the source and drain are brought into conduction. When electrons flowing into the N-base layer 4 through this channel reach the P drain layer 7, they cause hole injection. 4 undergoes conductivity modulation to the N base by hole injection, and the conductivity becomes significantly thicker (becomes
It becomes possible to flow a large current. Although the N buffer layer 11 is not necessarily required for this operation, it is formed to improve the withstand voltage. The current obtained is P, normal vertical type power M without drain Jfl 7 attached.
(The fact that it is 10 to 20 times larger than JS-FET is a big advantage.
このような伝導度変調型のMOS−FETの問題点の一
つは、バイポーラ動作をさせているために、チャンネル
を切った後もなお電子およびホールが伝導度変調を受け
ていたN−ベース層4に多数存在しており、これらが消
滅するまで電流が流れ続けるので、ターンオフタイムが
長くなってしまうことである。すなわち、N−ベース層
4に残存している電子とホールを如何に速(消滅させる
かが、ターンオフタイムを短か(し得るかどうかにかか
っており、この素子に対しての重要な課題となっている
。One of the problems with such conductivity-modulated MOS-FETs is that due to bipolar operation, electrons and holes are still subject to conductivity modulation in the N-base layer even after the channel is cut off. 4, and the current continues to flow until they disappear, resulting in a long turn-off time. In other words, how quickly the electrons and holes remaining in the N-base layer 4 can be annihilated depends on whether the turn-off time can be shortened, which is an important issue for this device. It has become.
その対策として例えばライフタイムキラーと呼ばれるよ
うな元素をN−ベース層4に故意に導入しておき、伝導
度変調に係わる電子およびホールの再結合を促進させる
ことにより、これらを速(消滅させることが行なわれて
いる。しかしこの方法は導通状態にふけるキャリアーの
ライフタイムを劣化させるために、N−ベース層4の抵
抗が高(なり、その結果ソース、ドレイン間に生ずるオ
ン電圧が上昇し、パワー撰失が犬となるという不都合を
生ずる。したがって、キャ1)アーのライフタイムを低
下させるこさにのみ依存するのは好ましくない。As a countermeasure, for example, an element called a lifetime killer is intentionally introduced into the N-base layer 4, and by promoting the recombination of electrons and holes involved in conductivity modulation, these can be quickly (disappeared). However, this method degrades the lifetime of carriers in a conductive state, resulting in a high resistance of the N-base layer 4, which increases the on-voltage generated between the source and drain. The loss of power causes the inconvenience of becoming a dog.Therefore, it is undesirable to rely solely on the strength of reducing the carrier's lifetime.
このような観点から残存する電子およびホールを引き抜
(方法として例えばサイ11スタなどに用い己れでいる
アノードショート法が知ちれている。From this point of view, the anode shorting method, which is used for example in Cy-11 stars, is known as a method for extracting the remaining electrons and holes.
第4図は第3図に示した素子にこのアノードショートを
適用した場合の構造断f図を表わしたものであり、第3
図と共通部分に同一符号を用いである。第4図ではNバ
、ファー層11にP ドレイン層7を部分的に埋込んだ
形をとり、Nバッファー層11とP ドレイン層7をド
レイン’:!Ei3でショートさせている。Figure 4 shows a structural cross-sectional diagram when this anode short circuit is applied to the element shown in Figure 3.
The same reference numerals are used for parts common to those in the figure. In FIG. 4, the P drain layer 7 is partially buried in the N buffer layer 11 and the P drain layer 7, and the N buffer layer 11 and the P drain layer 7 are drained. I am shorting it with Ei3.
このようにすると、この素子のターンオフ時にN−ベー
ス層4において伝導度変調を受けていた電子とホールが
ドレイン電極3およびソース″:Jt極1を通って抜け
て行く経路は第3図のものとは異なる。すなわち、ター
ンオフ時には第3図では′電子は、電子にとってボテン
シアルバリアの高いP+層7を通ってドレインに抜けて
行くが、第4図のアノードショート構造では電子は2層
7を介することなく、第3図の場合より速(ドレイン側
から抜けることができる。一方ホールは電子が抜けるの
番こ伴ってソース側から抜けることになる。したがって
アノードショートによってN−ベース層4に残存する電
子とホールは速やかに消滅し、ターンオフ時間を短くす
ることが可能となる。In this way, when the device is turned off, the electrons and holes that have been subjected to conductivity modulation in the N-base layer 4 pass through the drain electrode 3 and the source ":Jt pole 1, and the path is as shown in Fig. 3. In other words, at turn-off, in FIG. 3, the electrons pass through the P+ layer 7, which has a high potential barrier, to the drain, but in the anode short structure shown in FIG. Holes can escape from the drain side faster than in the case of FIG. The electrons and holes that occur quickly disappear, making it possible to shorten the turn-off time.
しかしながら、以上述べてきたたて型のパワーMOS−
FETに対してアノードショート法を適用することは実
際上は極めて困難なのである。すなわち、第3図、第4
図は説明の便宜上水した模型図であって、寸法を明らか
にしていないが実際にはP領域7は350〜500μm
以上の厚さを持つから、第4図のよっにNバ、ファー層
11を加工するのは事実上容易なことではない。However, the vertical power MOS described above
It is actually extremely difficult to apply the anode short method to FETs. That is, Figures 3 and 4
The figure is a model diagram for convenience of explanation, and the dimensions are not disclosed, but in reality, the P region 7 is 350 to 500 μm.
Because of the thickness above, it is actually not easy to process the N/F layer 11 as shown in FIG.
一方伝導度変調型MOS−FETには横型構造のものも
知られており第5図にその模型的な要部断面図を示した
が、便宜上第3図、第4図と同じ機能を有する部分に同
一符号を用いた。第5図はN−ベース層4のソース領域
と同一平面上にNバッファ層1]とP ドレイン層7を
形成し、その上にドレイン電極3を設けて横型として構
成したものであり、ソース、ゲートおよびドレインがN
−ベース層4のいずれも同じ側に位置している。N−ベ
ース層4の下のP層は単に基板として用いたものである
。On the other hand, a conductivity modulation type MOS-FET with a horizontal structure is also known, and a schematic cross-sectional view of its main parts is shown in Figure 5, but for convenience, the parts having the same functions as those in Figures 3 and 4 are shown. The same symbols were used for In FIG. 5, an N buffer layer 1] and a P drain layer 7 are formed on the same plane as the source region of the N base layer 4, and a drain electrode 3 is provided thereon to form a horizontal structure. Gate and drain are N
- Both of the base layers 4 are located on the same side. The P layer below the N-base layer 4 is simply used as a substrate.
なお横型の場合もNバ、ファー層11は必要に応じて設
ければよく、素子の動作はたて型の場合と基本的には同
様であるから説明を省略する。横型構造では耐圧電流値
など、たて型構造に比べて劣るものの、基板裏面の電極
が不要であり、全体さして薄くできるという利点がある
。Note that even in the case of the horizontal type, the N-bar and fur layers 11 may be provided as necessary, and the operation of the element is basically the same as in the case of the vertical type, so a description thereof will be omitted. Although the horizontal structure is inferior to the vertical structure in terms of withstand voltage and current, it has the advantage of not requiring electrodes on the back of the substrate and can be made thinner overall.
そこでアノードショートの着想を活かしてターンオフ時
間の短い伝導度変調型MOS−FETを得るには、たて
型では前述のように実際上極めて困難であるのに対し、
横型構造とすることによって比較的容易にアノードショ
ートが可能になると考えられた。Therefore, in order to obtain a conductivity modulated MOS-FET with a short turn-off time by utilizing the idea of anode shorting, it is actually extremely difficult to obtain a vertical type MOS-FET as mentioned above.
It was thought that the horizontal structure would make it possible to short-circuit the anode relatively easily.
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は伝導度変調型MOS−FETにアノードショート構
造の採用を可能とし、ターンオフ時間が短く実用上価値
ある半導体素子を提供することにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and its purpose is to enable the adoption of an anode short structure in a conductivity modulation type MOS-FET, and to provide a practically valuable semiconductor device with a short turn-off time. be.
本発明はソース領域、チャンネル形成領域、ゲート領域
およびドレイン領域を半導体板の同一平面上に形成する
横型の伝導度変調型MOS−FETのドレイン領域で、
ドレイン電極がベース層とこれと逆導電型のドレイン層
との双方に接続するアノードショート構造とし、ベース
層に蓄積されたキャリアを抜けやすくすることにより、
ターンオフ時間を短縮できるようにしたものである。The present invention relates to a drain region of a horizontal conductivity modulation type MOS-FET in which a source region, a channel forming region, a gate region, and a drain region are formed on the same plane of a semiconductor substrate.
By adopting an anode short structure in which the drain electrode is connected to both the base layer and the drain layer of the opposite conductivity type, carriers accumulated in the base layer can easily escape.
This allows the turn-off time to be shortened.
以下本発明を実施例に基づき説明する。 The present invention will be explained below based on examples.
本発明の横型の伝導度変調型MOS−FETの構造を示
すために第1図はその要部断面図、第2図は対応する平
面図で示したものである。両図さも第5図と共通する部
分を同一符号を用いである。In order to show the structure of the horizontal conductivity modulation type MOS-FET of the present invention, FIG. 1 is a sectional view of a main part thereof, and FIG. 2 is a corresponding plan view. In both figures, the same reference numerals are used for parts common to FIG. 5.
第1図と第5図との比較から明らかなように、本発明の
特徴はアノードショート構造とするためにドレイン[極
3を素子表面でP ドレイン層7と+ 。As is clear from a comparison between FIG. 1 and FIG. 5, the feature of the present invention is that in order to create an anode short structure, the drain [pole 3 is connected to the P drain layer 7 and + at the element surface.
Nハ、ファー層11の双方にわたって接続してあり、そ
のため電子がドレイン領域ではP ドレイン層7を介す
ることなく抜けることができるようにしたものである。It is connected across both the N and Far layers 11, so that electrons can escape to the drain region without passing through the P drain layer 7.
このときNバ、ファー層11はなくてもよく、その場合
はドレイン電極3 LiP ドレイン層7七N−ベース
層4に接するように設ければ同様の効果が得られる。第
1図、WfJ2図の構造は第4図のようなたて型素子で
は容易になし得なかったアノードショートを横型に適用
したために、従来の横型構造のものを拡散のマスクパタ
ーンを変更するだけで行なうことができ、Nバ、2フア
一層11とドレイン電極3との接触面積も任意に調整す
ることも可能である。本発明は、たて型では350μm
もの掘り込み加工を必要とするのに対して横型とするこ
とによって、平面的な簡単な加工技術で済ませることが
できるのである。At this time, the N-bar and far layers 11 may not be provided, and in that case, the same effect can be obtained by providing them so as to be in contact with the drain electrode 3, the LiP drain layer 7, and the N-base layer 4. The structures shown in Figure 1 and WfJ2 apply the anode short circuit to the horizontal type, which could not be easily achieved with the vertical type element as shown in Figure 4, by simply changing the diffusion mask pattern of the conventional horizontal structure. It is also possible to arbitrarily adjust the contact area between the N-bar, 2-fa single layer 11 and the drain electrode 3. The present invention has a vertical type with a thickness of 350 μm.
Whereas it requires digging, by making it horizontal, it can be done with simple flat processing techniques.
かくして素子のターンオフ時間は第3図に示したたて型
伝導度変調型MOS−FETではおよそ数10μ式であ
ったにも拘らず、第1図の本発明の横型MOS−FET
にアノードショートを適用したものは数8式以下とする
ことができ、しかも横型固有の利点である素子の厚さが
薄くなるこきや裏面電極を必要としないことなどたて型
に比べてすぐれた面を併せもつものである。Thus, although the turn-off time of the device was approximately several tens of microns in the vertical conductivity modulation type MOS-FET shown in FIG.
By applying the anode short circuit to the above, it is possible to reduce the number of equations to less than 8, and in addition, the horizontal type has advantages over the vertical type, such as the thinness of the element and the fact that it does not require a back electrode. It has both aspects.
伝導度変調型MOS−FETの欠点の一つは従来ターン
オフ時間が長くなることであり、これを解決するために
、ライフ4イムキラーを用いるだけでなく、アノードシ
ョート構造をとるのが有効であるが、たて型の電子に適
用するのは加工上の点で極めて国難であったのに対し、
本発明では実施例で述べたように、横型MOS−FET
に惰単な製造手順の変更だけでアノードショート構造を
とれるように構成したため、ターンオフ時間を短縮する
ことができ、併せて横型構造の長所をも発揮するように
したものである。One of the drawbacks of conventional conductivity modulated MOS-FETs is the long turn-off time, and to solve this problem, it is effective not only to use a life 4-im killer but also to adopt an anode short structure. However, applying it to vertical type electrons was extremely difficult in terms of processing.
In the present invention, as described in the embodiment, horizontal MOS-FET
Since the anode short structure can be achieved by simply changing the manufacturing procedure, the turn-off time can be shortened, and the advantages of the horizontal structure can also be utilized.
第1図は本発明による伝導度変調型MOS−FETの要
部断面図、第2図は同じく平面図、第3図は従来の伝導
度変調型たて型M(JS−FETの要部断面図、第4図
は同じくアノードショート構造としたときの要部断面図
、第5図は従来の伝導度変調型MOS−NETの要部断
面図である。
l・・・ソース成極、2・・・ゲート電極、3・・・ド
レイン電i、4・・・N−ベース層、5・・・P層、6
・・・p ベース層、7・・・P ドレイン層、8・・
・Nソース層、9・・・ゲートポリシリコン層、10・
・・絶縁酸化膜、11・・・Nバ、ファー層、12・・
・ゲートd化暎。
第1図
第2図
第3図Fig. 1 is a sectional view of the main part of the conductivity modulated MOS-FET according to the present invention, Fig. 2 is a plan view of the same, and Fig. 3 is a sectional view of the main part of the conventional conductivity modulated vertical type M (JS-FET). Figure 4 is a sectional view of the main part when the anode short structure is also used, and Fig. 5 is a sectional view of the main part of a conventional conductivity modulation type MOS-NET.l... Source polarization, 2. ...Gate electrode, 3...Drain electrode i, 4...N-base layer, 5...P layer, 6
...P base layer, 7...P drain layer, 8...
・N source layer, 9...gate polysilicon layer, 10・
...Insulating oxide film, 11...N bar, fur layer, 12...
・Gate d. Figure 1 Figure 2 Figure 3
Claims (1)
ル形成領域、酸化膜の介在するゲートおよびドレイン領
域を形成してなる伝導度変調型横型MOS−FETであ
って、前記ドレイン領域に一導電型ベース層と逆導電型
ドレイン層との双方にわたって表面で接続するドレイン
電極を備えたことを特徴とする伝導度変調型横型MOS
−FET。1) A conductivity-modulated lateral MOS-FET in which a source region, a channel formation region, a gate with an oxide film interposed therebetween, and a drain region are formed on one main surface of a semiconductor substrate of one conductivity type, wherein the drain region is A conductivity-modulated lateral MOS characterized by having a drain electrode connected at the surface across both a conductivity type base layer and an opposite conductivity type drain layer.
-FET.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22561186A JPS6380569A (en) | 1986-09-24 | 1986-09-24 | Conductivity modulation lateral mos-fet |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP22561186A JPS6380569A (en) | 1986-09-24 | 1986-09-24 | Conductivity modulation lateral mos-fet |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6380569A true JPS6380569A (en) | 1988-04-11 |
Family
ID=16832033
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22561186A Pending JPS6380569A (en) | 1986-09-24 | 1986-09-24 | Conductivity modulation lateral mos-fet |
Country Status (1)
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JP (1) | JPS6380569A (en) |
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