TW591806B - Semiconductor device - Google Patents

Description

591806 欢、發明說明 [發明所屬之技術領域] ^本發明之半導體裝置，係具有低ON(導通）電阻、低電 L驅動、及具有渴流保護功能之’主要由電壓驅動所形成 之元件。 [先如技術] 在先行之半導體裝置中，正常斷開（n〇rmally 〇ff)型， 制丨生k良，且開關操作時之導通電阻低之電晶體，有例 馨 如，日本特開平06-252408號公報所公開之構造為所周 知〇 第6圖（A)係顯示先行之半導體元件之構造之斜視 圖，第6圖（B)則為顯示綺之半導體元件之構造之俯視 圖。=第6圖（A)所示，N+型半導體基板51上沈積有n_ 型=蟲晶I 52。此蟲晶層52，形成有由表面成等間隔互為 平仃之複數之溝渠57。而基板51係做為取出汲極區域用， 主要以磊晶層52做為汲極區域53使用。而且，溝渠57 φ :由磊晶層52表面大致垂直挖掘側壁，並在其内壁形成有 系巴緣膜56。並且，在溝渠57植入有，p型雜質而沈積例 如多晶矽(P〇l”ilic〇n)。而，溝渠57内之多晶矽在磊晶 層52表面介由例如|g(A1)電性連接於源極區域％因而， 溝木5 7内之p型多晶石夕，做為與源極電極$同電位之固 定電位絕緣電極5 S ^ ., 5使用。而位於複數之溝渠57間之磊晶 層52，則做為通道區域58使用。 如第6圖⑷及第6圖（B)所示’閘極區域59係與源極 314656 5 591806 區域54相離，且於靠接絕緣膜5 間隔設置有複數個。如第6圖叫所H52相隔一定之 55為梳齒狀，並以γ軸方向之 命口疋電位絕緣電極 稱為軸部分)為中心往乂軸之左疋电位絕緣電極55(以下 閑極區域59之形成領域與固:電申Γ齒。亦即， 兩端部之-部分為重疊 、-極55之梳齒之 之形態。 成與絕緣膜56靠接 其次’參照第7圖說明先行 及其動作。第7圖㈧為第6圖（6)=:兀件之剖視構造 第7圖為第6W(B)之γ_γ -線方向之剖視圖， 1十 綠方向之剖視圖。 如弟7圖（Α)所示，磊晶層52 η所圍之區域即為通道區域58，並以费=域之中，溝渠 箭號L為通道之長度。在用以做為、及為通道厚度， 型之基板51之背面，例如… 二區域使用之 (咖~补介由此_6/形===接觸 晶層52表面^層61與源極區域 亟D。在蟲 55成歐姆式接觸，而固定電位絕緣電極：二 源極電極s之電位 電位固疋為 士第7圖（Β)所示’在包含閘極區域59上面夕石 5:表面，沈積有氧賴62。而在閘極區 ：以 由設：氧化…2之接觸孔，形成有例如 面^ 閘極電極G。2，圖中之虛線表示 /之 存在。 电1立絕緣電極55之 其次，說明先行之半導體元件之動作原理。 3J4656 6 百先，就半導體元件之qFF m以說明。如上所 ，，半導體元件之電流通路，係由，沒極取出區域之n+ ::，51、由N-型之磊晶，52所形成之汲極區域、位 於-晶層52表面區域之複數溝渠57間之N_型通道區域π 、、形成於N_型通道58區域表面之源極區域54所構 成。亦即，全部之區域由N型區域所構成，乍看之下，似 乎，在&極電極D施加正電壓，以源極電極s接地之狀態 動作時，無法形成〇FF狀態。 ’但是，如上所述，由源極區域54及通道區域所形成之 N型區域與固定電位絕緣電極55之p型區域，介由Μ層 61、連接而形成相同f位。因❿’在固定電位絕緣電極55s 周邊之通道區域58，藉由P +型之多晶矽與N_型之磊晶層 Y之功函數差，而缺乏層以狀似圍住固定電位絕緣電極5 5 般地擴大。亦即，以調整形成固定電位絕緣電極Η之溝渠 57間之寬度，纟就是說經調整通道寬度H，而使得通道區 域58被由兩側之固定電位絕緣電極55所延伸之缺乏層所 完全掩埋。此被缺乏層所完全掩埋之通道區域58形成擬似 性之p型區域。 藉由此構造，使N-型之汲極區域53與N+型之源極區 域54，以擬似性之p型區域之通道區域，形成pN接合 分離構造。，先行之半導體元件，以％成擬似性之p 型區域之通道區域58 ’而自當初起即為斷路狀態（〇FF狀 態）。 其次，對於半導體元件，由 0FF時轉換為ON時之狀 314656 7 591806 態予以說明。首先，對於閘極電極G由接地狀態施加正之 電壓。此時，由閘極區域59將有自由載子（電洞）引入，但， 如上所述，自由載子（電洞）將被離子化的受體所吸引而流 入絕緣膜56界面。而，自由載子（電洞）充填於通道區域58 之絕緣膜56界面，僅使p +型之多晶矽區域内之離子化的 叉體與自由載子（電洞）成對，而形成電場。由此，與通道 區域5 8之、、、邑緣膜6隶為运離之區域，亦即，由通道區域8 中央區域形成有自由載子（電子）之存在，而出現中性區 域。其結果，通道區域58之缺乏層減速，由中央區域通道 開通，自由載子（電子）由源極區域54往汲極區域53移動， 於是主電流開始流動。 亦即自由載子（電’同）以溝渠57壁面為通路瞬時通 過，由固定電位絕緣電極55往通道區域58擴展之缺乏層 減退，而使通道開通。而且，當施加所定值以上之電壓於 閘極電極G時，則閘極區域59與通道區域58以及汲極區 域53所形成之PN接合成為正向偏壓。於是，自由載子（電 洞）直接注入通道區域58及汲極區域53。其結果，在通道 區域5 8及沒極區域5 3形成分佈較多的自由載子（電洞）而 發生導電度調變（conductivity modulation)，形成主電流以 低導通電阻流通。 最後’說明半導體元件由ON時轉換為〇FF時之狀 態。為將半導體元件斷開，需將閘極電極G之電位設定於 接地狀態（OV)或負電位。於是由於導電度調變，使大量存 在於汲極區域53及通道區域58之自由載子（電洞）消滅或 314656 8 591806 經過閘極區域排除於元件外。於是，通道區域5 8又被缺乏 層所充滿’再度形成擬似性P型區域，而維持耐壓，並使 主電流停止。 [發明所欲解決之課題] 如上所述，在先行之半導體裝置，係由閘極區域59 使自由載子（電洞）流入及流出以使先行之半導體裝置動作 之電流驅動型之半導體裝置。然而，在電流驅動型之半導 體裝置時，由於因存在驅動電路之電力損失等難以解決之 籲 問題而不好驅動，以致在今日之半導體市場有 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transi stor，金屬氧化半導體場效應電晶體）等之電壓驅動型之半 導體裝置之需求。因而，先行之半導體裝置雖有低電壓驅 動、低ON電阻等之優點，但，因係電流驅動，而有無法 滿足用戶需求之問題存在。 [發明内容] [用以解決課題之手段] _ 本發明之半導體裝置為有鑑於上述諸情形而為之者， 係包括：設置於構成汲極區域之一導電型半導體基體之一 個主面且以等間隔配置成互為平行之複數條溝渠、在上 述溝渠之内壁具有絕緣膜且用以充填上述溝渠内之由反向 導電型之半導體材料所形成之可變電位絕緣電極、位於上 述一個主表面之上述溝渠間之一導電型之源極區域、在上 述半導體基體為與上述源極區域相離且設置成與各上述絕 緣膜至少有一部分相鄰接之反向導電型之閘極區域，以ε 314656 9 591806 及，在上述半導體基體為位 源極區域之下部之通道區域 電位絕緣電極保持相同電位 域連接之閘極電極之電壓以 其特徵。 本發明之半導體裝置， 閘極電極施加正電壓，且在 周圍之與上述絕緣膜相鄰接 通路，為其特徵者為佳。 於上述溝渠間i至少位於上述 ，而上述閘極區域與上述可變 ，且經由施加於與上述閘極區 形成ON動作或〇FF動作，為 係以上述ON動作，是在上述 形成於上述可變電位絕緣電極 之上述通道形成一導電型之導 再者本㉟日月之半導體裝置，係以施加於上述可變電 位絕緣電極之電壓，被由上述閘極區域與上述汲極區域之 順向電壓，予以控制最大電壓，為其特徵者為佳。 再者，本發明之半導體裝置 通路為南遭度之一導電型區域， ，係以上述一導電型之導 且在上述ON動作時之上 不同之一導電型之濃度區域 述通道區域至少有2種互為 為其特徵者為佳。 [實施方式] 以下，對於本發明之半導體裝置，參照第丨至第5圖 詳細說明之。 第1圖（A)顯示本發明之半導體元件之構造之斜視 圖。第1圖（B)顯示本發明之半導體元件之構造之俯視圖。 如第1圖（A)所示，N+型之半導體基板i上面沈積有小型 之磊晶層2。此磊晶層2，由表面形成有成等間隔互為平行 之複數條溝渠7。基板1使用為汲極取出區域，磊晶層2 10 314656 591806 主要使用為汲極區域3。溝渠7之側壁由磊晶層2表面大 致垂直挖掘，其内壁形成有絕緣膜6。而且，溝渠7沈積 有，植入有p型雜質之，例如多晶矽（p〇lysilic〇n)。而，如 後所詳述，溝渠7内之多晶石夕，係在蠢晶層2表面，介由 例如鋁（A1)電性連接於閘極區域9。由此，溝渠7内之p 型多晶矽，使用為藉由閘極電極G而成電壓可變化之可變 電位絕緣電極5。另一方面，位於複數條溝渠7間之蠢晶 層2使用為通道領域8。通道區域8之表面形成有由n+型 之擴政區域所形成之源極區域4。至於，申請專利範圍内 所述之半導體基體，在本f & < 仕+貝施例係由基板1及磊晶層2所 構成。 。如第1圖（A)及第i圖⑻所示，閘極區域9,係與源 極，域4相離，且於靠接在絕緣膜6之蟲晶層2隔離一定 間^1 5又置有複數個。而，可變電彳立0 @ + 』义私位絶緣電極5，如第1圖 示，形成梳齒狀，並以γ轴方向之可變電位 下稱為轴部分）為中心而梳齒往左右X軸方向延 '、即，在本實施例，閘極區域9 位絕緣電極5之梳齒之兩端部之_:部分域與可變電 域形成與絕緣膜6為鄰接之架構。換古之，在其區 電極5之軸部分與相鄰接：電位絕緣 置，而在細部人 似_£域9為等距離之位 其次W離開希望之距離設置源極區域4。 苓照第2圖說明本發明之半邮— 造及其動作。第2 _ 牛寺肢兀件之剖面構 圖…： （)為弟1圖(b)“-a線方向之叫視 圖，第2 2圖⑻為第1圖⑻…線方向之剖視 314656 11 591806 圖（c)為第1圖（B)之c-c線方向之剖視圖。 ”帛2圖⑷所不’在磊晶層2之表面區域之中，被溝 朱7所包圍之區域即為通道區 彳 产，鼓 匕硃8，亚以前頭H為通道厚 :頭：為通道長度。亦即，通道厚度H，係 广之中之相面對之溝渠7間之間隔，通道長度L，传 才曰，沿溝渠7之側壁之由 兩托< ^ 匕兑4底面至可變電位絕緣 :之底面為止之距離。用為汲極取出區域之以型之美 反乂之月面’以例如A1層10予以有歐姆式接觸，介由此 二層丨。形成沒極電極D。另—方面，蟲晶層2表面:： 有、吧緣層之氧化矽膜12， 之接觸孔13而令A1# n A 1又在此孔化石夕膜12 、 曰11軚姆式接觸於源極區域4。為了 ^糟％成在通道區域8之導通路將電流予 量’所以’只要滿足其條件，則構成單元件二 之可受電位絕緣電極5之形狀及源極區域4之 =待後另有詳述，但，在申請專利範圍所述之導通路為 貝施例即為形成於通道區域8之主電流之通過路徑。 "圖(B)所不’在包括閘極區域9上面在内之磊晶 -、面沈積有氧化矽膜12。而在閘極區域9 :=上面形成有A1層15,並介由設在氧化…之 緣電極5之存在^ 圖中之虛線表示可變電位絕 在。如圖所不，部視圖及俯視圖中之絕緣膜 之角W雖繪成直角，但，此等為模式圖，實際上則帶圓 2亦可Y亦即，為抑制電場集中，使此等角部帶圓弧為一 般所廣範採用之作法。 — 12 314656 如第2圖（C)所 層2表面十藉古—^括閘極區域9上面在内之磊晶 存在右 石夕膜12。而在此剖面之氧化如2 4Γ形成在閑極區域9上面之接觸孔Η及形成在可變 Γ緣電極5上面之接觸跡亦即，如第二: 亦同：==係延伸Μ轴方向而形成，但，15 1…變電閘極區域9°A1層15介由接觸孔14、 而使可κ Γ、彖電極5及閘極區域9形成歐姆式接觸， -立系巴緣電極5及間極區域9保持於相同電位。 表=施^如第2圖⑷至第2_所說明，在蟲晶層2 配'、有’介由氧化梦膜12而與源極區域4大致成平行 —j A1層11及與間極區域9大致成平行配置之八丨層 5 °坪細内容雖將在後面動作原理予以敘述，但在本發明 之+導體裝置形成有，介由^層1〇之汲極端子，介由Μ 層11之源極端子，及介由^層15之開極端子的外部端 子。經在半導體裝置之外部給予源極端子、閉極端子、及 ;及極端子施加電壓而形成半導體裝置之⑽動作及OK動 作。 其次，說明本發明之半導體元件之動作原理。 首先對於半導體元件之OFF狀態予以說明。如上所 述’半導體元件之電流路徑，係由，汲極取出區域之n + i之基板1 N-型之蟲晶層2所形成之沒極區域3、在蟲 晶層2之表面區域位於複數之溝渠7間之N_型之通道區^或 8,以及N +型之源極區域4,所構成。亦即，所有之區域 均由N型區域所構成，乍看之下，在汲極電極〇施加正之 314656 13 591806 電壓1㈣電極8接地之狀態動作，則似乎無法 ff 狀態。 m /，如上所述’由源極區域4及通道區域8所形成之 N!區域與可變電位絕緣電極5之卩型區域，於⑽狀賤 時將問極電極G做成接地狀態形成與源極電極8為實質同 電位，或使閘極電極G對於源極電極8為負電位。因而， 在可變電位絕緣電極5周邊之通道區域8，由於p +型多晶 =N·型之蟲晶層2之功函數差而將使缺乏層狀似將擴大 ^圍住可變電位絕緣電極5。亦即，經將形成可變電位絕 緣電極5之溝渠7間之寬度，亦即調整通道寬度H，即藉 由從兩側之可變電位絕緣電極5所延伸之缺之層而全部掩 埋通道區域8。如後所詳述，此被缺乏層所全部掩理之通 道區域8則成為擬似性之ρ型區域。 藉由此構造，將Ν-型之沒極區域3與Ν+型之源極區 域4,以擬似性之ρ型區域之通道區域8，形成ρΝ接合分 離構造。亦即，本發明之半導體裝置，係經由在通道區域 &成擬4U生之Ρ型區域，而自當初起即為斷路狀態（〇FF 狀恶）。且’半導體元件為〇FF時，則在汲極電極有正之 電壓施加，而源極電極為接地。此時， 由：似性ρ型區域之通道區域8#N型區域之汲極區域3 f界面’有反向偏虔之施加’而在紙面下方向形成缺乏 s而此缺之層之形成狀態將左右半導體元件之 性。 其次，蒼照第3圖，對於申請專利範圍中所述之擬似 314656 14 591806 性P型區域，說明如下。第3圖（A)顯示〇ff時在通道區 域8之能帶，第3圖（B)係將〇FF時形成於通道區域8之 缺乏層模式性顯示之圖。可變電位絕緣電極5之p +型之多 晶矽區域與通道區域8之N-型之磊晶層2區域’介由絕緣 膜6形成對峙。而且，㈣極電極G形成接地狀態，將源 極電極S形成實質同電位，或使閘極電極〇對於源極電極 S為負電位。“匕’在溝渠7周邊部，由於兩者之功函數

差而形成缺乏層，而且，藉由在缺乏層内僅僅存在之少數 之自由載子（電洞）而形成P型區域。 ，具體而言，介由則u使p +型之多晶矽區域與N 型之磊晶層2區域形成相同電位，則如第3圖所示形天 能帶圖。首先，於P +型之多晶石夕區域之中，在絕緣膜二 面由於負之傾斜而形成價帶（valenceband)，而對於自由章 子（電洞）則絕緣膜6之界面顯示高電位能。亦即，ρ + ^

多晶石夕區域之自由載子（電洞）無法存在於絕緣膜6界面， 而被赴彺运離絕緣膜6之方向。苴纟士果 ^ ^ 八π°果在Ρ+型之多晶石j :或之絕緣膜6界面形成殘留由離子化受體所形成

荷之狀態。於是，在P+型之多曰々 N +丄 ^•之夕日日石夕£域之絕緣膜6界面启 離子化受體所形成之貞電荷。因而，在曰 2區域需要有’與由離子化受體所形成之負電荷成：：層 由離子化施體所形成之正電荷。所以，通道以或 由絕緣膜6界面形成缺乏層化。 、'斤 然而，由於通道區域8之雜質濃度為1〇χ 1〇 / ， 程度’厚度為！ ”程度，所以變成由以包圍通道區 314656 15 的方式所形成的可變電位絕緣電極 全 — ^ m ®之缺乏層所完 =有。貫際上之情形是，僅在通道區域8的缺乏層化之 狀恶下’仍無法確保可與離子化受體平衡之正電荷，所以 通道區域8内也形成尚存在少數 廿隹ν数之自由載子（電洞）。因而， 曰°圖所不’ Ρ +型之多晶⑦區域内之離子化受體與Ν-型之蠢 ::2内之自由載子(電洞)或離子化施體成對，形成電場。 —果，由絕緣膜6界面所形成之缺乏層成為ρ型區域， 而被此缺乏層所充滿之通道區域8亦成為ρ型之區域。 处其次，對於半導體元件之由0冗時轉換為ON時之狀 :::次明。貫先’在閘極電極G介由閘極端子由接地狀 純加正之電壓。此時，如第2圖（〇所示，〜層Η，介 由接觸孔Μ、16而與可變電位絕緣電極$及閘極區域$ 為有歐姆式接觸。目而，可變電位絕緣電極5介由閑極電 極G而〜加有電壓。而’在擬似性ρ型區域之通道區域8 乂、巴、、彖膜6為絕緣層使用，而在與可變電位絕緣電極$鄰 :之：道區域8形成導通路。於是’汲極區域3與源極區 知、“由通道區域8之導通路而導通，隨之自由載子(電子 由源極區域4往沒極區域3移動，主電流開始流動。 兹就形成導通路之通道區域8予以說明。如上所述， 於OFF時介由閘極端子經將閘極電極g做成接地狀綠或认 予問極電極G施加負電&，則通道區域8成為擬似性之°ρ 型區域。而為使半導體裝置執行ON動作，則在閘極電極 G她加正之電壓。此時，在閘極電極g施加正之電位 P +型之多晶石夕區域之電位形成較N-型之蠢晶層2區域之 314656 16 591806 電位為正電位之狀態。因而，於半導體元件之0N時，在 與擬似性之P型區域之通道區域8之料膜6鄰接之面將 圯成N型之導通路’介由該導通路而自由載子(電子)由源 極區域4往汲極區域3移動，於是主電流開始流動。此時’，、 在通道區48至少形成2個濃度不同之n型區域，而上述 之導通路存在有高濃度之電子形成低電阻，所以 必應介由導電路流動。 ^，丨L5厅' 本發明之半導體元件，在與上述〇N時之動作之同 時，對於閘極電極G由接地狀態施加正之電壓，而且，藉 由給予閉極電極G施加所定值以上之電壓，則由閉極㈣ 9’有自由載子（電洞）之導入。亦即，由間極區域9旬及極 區域3所形成之PN接合成為正向偏墨。於是，自由載子（電 洞）直接注入汲極區域3 ’使汲極區域3有較多自由載子（電 洞)分佈而產生導電度調變，以使主電流變成以低〇n電阻 流動。如待後有所詳述’由於此〇N時之動作，本發明之 半冷體兀件然主要為電壓驅動，但亦可謂兼具有電流 驅動功能之元件。 最後°兒明，半導體元件由〇N時轉換為off時之狀 態。欲將半導體it件關斷，可將閘極電極G之電位做成接 地狀恶（OV)或負電位。此時，與一般之M〇SFET 一樣，形 成方、L L區域8之導通路消滅，而再度由於汲極區域3與 擬似）1 P型區域之通道區域8所形成之PN接合分離構 ^而回到斷路狀態（OFF狀態）。至於在汲極區域3，由於 導電度調變而大量存在之自由載子(電洞），則有消滅或經 314656 由閘極區域9排除於元件外。 本發明，由於呈亡L、ι、 之效果，it 7¾ r^、，、 A之構造，可獲得，低電壓驅動 極二::::時之電阻為低電阻之效果，以及，在閘 護功能之效果。《間形成PN接合而可獲得具有湧流保 第1胃於本發明之半導體裝置為低電壓驅動之效 果，予以說明。如上所 所述，本發明之半導體裝置，以通道 為擬似性p型區域形成PN接合分離構造，自杏初 起即為斷路狀態（〇FF狀態）。然m行之技術述^ :已说明’擬似性P型區域之通道區域8,於⑽動作中， "由閘極端子給閘極電極施加正電位而回到N型區域。因 而，在ON動作剛完成後之通道區域8 域形成N型之導通路，但，1德， 、 八後在已形成N型區域之通 道區域8形成高濃度之N型之導通路。於是，汲極區域3 與源極區域4介由通道區域8之導通路而導通，自由載子 (電子）由源極區域4往汲極區域3移動，主電流開始流通。 具體而言，第4圖為電壓_電流特性圖，顯示本發明之 以貝線表示之導電度調變型MOSFET，以一點間斷線表示 之 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transist〇r，絕緣閘極雙載 子電晶體），及以二點間斷線表示之MOSFET。其中，IGB丁 及MOSFET為電壓驅動型之半導體元件，而本發明之導電 度調變型MOSEET則主要為電壓驅動型，並兼具電流驅動 型之特性之半導體兀件。例如圖中所示，先行之電壓驅動 型之半導體元件之情形時，雖然亦有使用目的、用途等之 314656 18 :碭，但均以一點間斷線與二點間斷線之交又點之電壓為 土準。在閘極-源極間之電壓為〇到該交又點所示之電壓為 二二利用MOSFET，而在交叉點以上之電壓時則利用 然而，如圖所*，本發明之導電度調變s M0SFET主 要為電壓驅動型，且為低電壓 , ^又在弟2之效果中亦 ΠΓ說明，於⑽時之電阻極低，且兼具有電流驅動 之特性，所以可以低電麼而獲得大電流。例士。，與具有

相冋程度之能力特性之M0SFET比較時，相對於M0SFET 之驅動動電壓為1GV程度，而本發明之導電度調變型 M〇SFET之驅動電壓僅為1V程度。亦即，本發明，妳使 通道區域8變化為擬似性P型區域❹型區域，而 了低電壓驅動之效果。 ' 、第2,對於本發明之〇N時之電阻為低電阻之效果， 予以^明。如第2圖（B)所示，本發明之半導體裝置，經於 〇::時及0N時剛實施後，在與擬似性P型區域之通道區 或之絕緣膜6鄰接之面形成導通路，使源極區域*旬及 極區域3導通而完成⑽時之動作。於是，自由載子(電子 介由導通路由源極區域4往沒極區域3移動而產… ^此時…般之溝渠閘極型之_fet，由於位於溝準 :域下部之沒極區域，亦即漂移區域之寄生電阻，形成〇: k之電阻無法降到一定值以下之構造。 極(/施加之半裝置’則，如上所述，在閘極電 ^ 17 &以上之電壓’則由閘極區域9導入自由載 314656 19 子（電洞）。而由閘極區域9與汲極區域3所形成之PN接合 成為正向偏壓，使自由載子（電洞）直接注入汲極區域3。於 是，在漂移區域之汲極區域3分佈許多的自由載子（電洞） 而產生導電度調變，使主電流以低ON電阻流動。 具體而言，第5圖（A)係，為求第4圖中以實線顯示之 導電度調變型MOSFET之電壓-電流特性之實驗資料。第5 圖（B)係為求第4圖二點間斷線顯示之MOSFET的電壓-電 流特性之實驗資料。如第5圖（A)所示，導電度調變型 MOSFET，於流動1.0A之電流時，大約有137mV之ON電 壓。所以導電度調變型MOSFET於ON動作時之電阻值為 0.137Ω程度。另一方面，如第5圖（B)所示，MOSFET則 於流動1 ·0Α之電流時，約有8.09V之ON電壓。所以， MOSFET於ON動作時之電阻值為8.09Ω程度。由此實驗 資料亦可知，本發明之導電度調變型MOSFET於ON時之 電阻為低電阻。 亦即，按本發明，則形成於通道區域8之導通路的ON 時之寄生電阻雖與通常之MOSFET —樣會發生，但，可實 現降低寄生電阻之最大起因之，於漂移區域之寄生電阻。 其結果，按本發明，則主要雖為電壓驅動，但，由於兼具 電流驅動之特性，所以，可實施於ON時之電阻為低電阻 之效果。 第3，說明本發明由於在閘極區域與源極區域之間形 成PN接合而具有湧流電流保護功能之效果。首先，如通常 之MOSFET般之電壓驅動型之半導體元件，係按施加於閘 20 314656 591806 極:源極間之電壓而調整主電流。而由於在閘極_源極間施 加過夕之私壓，則會發生湧流電流而導致破壞半導體裝置 之問題。因而，通常之MOSFET等之半導體元件，則靠 用保險絲等之保護電路，來因應湧流電流。 但，按本發明之半導體元件，則如上所述，介由A1 層15與可變電位絕緣電極5及閘極區域9形成歐姆式接 觸而可、艾電位絕緣電極5則隨施加於閘極電極G之電壓 而义動如第2圖(C)所示，由閘極區域9與汲極區域 3所七成之PN接合區域’與介由絕緣膜6而可變電位絕緣 電極5與問極區域9對峙之區域，形成並聯電路。亦即、， 在可又電位、、、巴緣電極5，到_ ^值為纟，雖會藉由在問極 電極G絲電壓以施加電壓，但，在州接合之正向偏壓 值以上打，則不會施加該電壓值以上之電壓。 具體而言，如第5圖（A)所示，可知，按本發明 度調變型MOSFET，則與主雷、、古 ^ J 一王冤/瓜之大小無關，即使施加一 定Ϊ以上之驅動電壓，所流之主電流之大小Μ乃受限於所 設疋之上限之一定值。 因而，可變電位絕緣電極5不致於被施加一定電舞以 上之電壓’而形成於通道區域8之導通路寬度亦受到：定 =制。其結果…導通路而流於源極區域4與汲極區 主電流:不致於流過-定之電流容量以上。所以， 心本兔明之半導體兀件，則無需與保險絲等之保護 用’即可實現渴流電流的保護功能。 主電流，亦可按絕緣膜6之膜厚等來調整，可按所需 314656 21 591806 用途’以任意之設計變更來加以因應。而且， 雖係按申請專利範圍中所述’將一導電型為心反向導 電型為P型予以說明，但，相反的，將—導電型做為p型， 反向¥電型做為N型’亦可獲得同樣之效果。盆 逸脫本發明之要旨之範圍内，可有種種之變更。 [發明之效果] 如上所述，第U，本發明之半導體裳置 電極施加正電壓或負電壓(或接地問： 形成+導體裂置之ON動作或〇FF動作。然後， 極做成接地狀態或負電位1 電 之P型區域即做成⑽動作。另—方t域形成擬似性 面給與閘極電極施 加正電壓，則使通道區域由擬似 衿 孓區域回到N型區 按本發明剛做成^時及⑽ 為Μ似性之P型區域，但直 曼隹 ,,.^ x ，、後即形成N型區域。藉由上述 做法’在N-型區域之通道區域 曲 31 使源極區域與沒極區域導通…；N型導電路’ 電奚即可在通道區域形成導 · 動。 峪所以，可貫現低電壓驅 第2為，按本發明之半導 雷炻芬. 千V肢扁置，則因可變電位絕緣 電位㈣同—A1層形成歐姆式接觸，所以，可變 電位、、、巴緣電極之電壓隨施加於間極電極之電麼 。 而，經在與覆蓋可變電位絕緣 " 通道區祕V Λ、f S 家私極周圍之絕緣膜相鄰接之 作⑽動作。此時，由閉極區域將：由域導通，做 -飞财自由載子（電洞）注入漂 314656 22 591806 私區域之及極區域，則在汲極區域發生導電度調變為其特 U。藉上述方式，本發明由於可大幅度抑制汲極區域之寄 生甩阻所以，就半導體元件全體而言，亦可實現0N時 之低電阻動作。 第3為，本發明之半導體裝置，施加於可變電位絕緣 電極之電壓與施加於閘極之電壓有所不同，以一定值以上 之电I不致於被施加為其特徵。亦即，閘極區域與汲極區 域所形成之PN接合區j：或’與介由絕緣膜而可變電位絕緣 電極^與閘極區域對峙之區域為並聯電路。而I，施加於 可變電位絕緣電極之電壓受此pN接合之正向偏壓所控 制形成PN接合之正向偏壓以上之電壓不致施加於可變 電位、、、巴緣电極之構造。因而，一定電壓以上之電壓不致施 加於可k電位、絕緣電才虽，形成於通道區域《導通路寬度亦 =、定之限制。其結果’介由導通路流於源極區域與沒極 :域之主電流，不致於流過一定以上之電流容量。所以， 按本卷月之半導體元件，無需併用保險絲等之保護電路即 可實現湧流電流的保護功能。 [圖式簡單說明] 、第1圖··為說明本發明之半導體裝置之（A)斜視圖、（B) 俯視圖。 、第2圖·為說明本發明之半導體裝置之（A)剖視圖、（B) 剖視圖、（C)剖視圖。 第3圖·為說明本發明之半導體裝置之（a)能帶圖、（B) 用以說明OFF時之通道區域之圖。 314656 23 591806 第4圖·為說明本發明之半導體裝置之電壓-電流特性 圖。 第5圖··為說明第4圖所示特性圖之（A)實驗資料、（b) 實驗資料。 第6圖為說明先行之半導體裝置之（A)斜視圖、（b) 俯視圖。 、弟7圖··為說明先行之半導體裝置之（a)剖視圖、（b) 剖視圖。 2 Ν-型磊晶層 4 源極區域 6 絕緣膜 8 通道區域 Α1層 氧化矽膜 接觸孔 52 Ν-型磊晶層 54 源極區域 56 絕緣膜 58 通道區域 G 閘極電極 S 源極電極 L 通道長度 1 Ν+型半導體基板 3 沒極區域 5 可變電位絕緣電極 7 溝渠 9 閘極區域 10、 11 、15 、 60 、 61 12、 62 13 > 14 、16 51 Ν+型半導體基板 53 汲極區域 55 固定電位絕緣電極 57 溝渠 59 閘極區域 D 及極電極 Η 通道厚度 314656

Claims (1)

1. 591806 拾、申諝蓴利範菌 1· 一種半導體裝置，包括： 設置於構成汲極區域之一導電型半導體基體之一 個主面，且以等間隔配置成互為平行之複數條溝渠； 在上述溝渠之内壁具有絕緣膜，且用以充填上述溝 渠内之由反向導電型之半導體材料所形成之可變 絕緣電極； 源極區域； 在上述半導體基體為與上述源極區域相離，且設置 成與各上述絕緣膜至少有一部分相鄰接《反向導電型 之閘極區域，以及， 、，在上述半導體基體為位於上述溝渠間，且至少位於 上述源極區域之下部之通道區域，其中， 上述間極區域與上述可變電位絕緣電極保持相同 且經由施加於與上述問極區域連接之閘 -壓以形成ON動作或0FF動作者。 才之 '::請:使：第1項之半導雜裝置，其中，上述- 位或 I閘極電極對於上述源極電極形成相同電 之：6t ’以使上述一導電型之通道區域形成擬似性 之反向導電型區域者。 u 3· t申請專利範㈣Μ之半導體裝置 動作，係在上述閉極電極施加正電 上：〇Ν 且在形成於上述 3J4656 25 了鲶電位絕緣電極周圍之與上述絕緣膜相鄰接之上述 通道形成一導電型之導通路者。 4.如申請專利範圍第3項之半導體裝置，其中，上述 ^之導通路為高濃度之—導電型區域，在上述ON動 守之上述通道區域至少有2種互為不同之一導電型 之》辰度區域者。 5 ·如申請專利範圍第3項 n以 只心千V月豆裝置，其中，施加於上 迷可受電位絕緣電極之«，被由上述閘極區域盘上述 及極區域之順向電壓’予以控制最大電壓者。 6·如申請專利範圍第3項之半導 . ^ ^ ^ V體哀置，其中，上述汲極 &域為導電度調變者。 7 ·如申請專利範圍第1項半 丁守饈衷置，其中，上述閘極 極區域與上述可變電位絕緣電極，係在上述一主表面上 介由金屬材料連接者。 ^ 314656 26