JPH0512868B2 - - Google Patents

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JPH0512868B2
JPH0512868B2 JP59110244A JP11024484A JPH0512868B2 JP H0512868 B2 JPH0512868 B2 JP H0512868B2 JP 59110244 A JP59110244 A JP 59110244A JP 11024484 A JP11024484 A JP 11024484A JP H0512868 B2 JPH0512868 B2 JP H0512868B2
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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MOSFETに関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕 近年、電力用スイツチング素子として、DSA
(Diffusion Self Align)法によりソースおよび
チヤネル領域を形成するパワーMOSFET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つてしまい、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
け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MOSFET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+−Si基板(ドレイン
層)であつて、この上に低不純物濃度の高抵抗
n-層(第1ベース層)12が形成され、このn-
層12の表面にDSA法によりpベース層(第2
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1
3の端部に自己整合的にチヤネル領域19を残し
た状態でn+ソース層14が形成される。そして、
チヤネル領域19上にはゲート絶縁膜15を介し
てゲート電極16が形成され、ソース層14上に
はベース層13に同時にオーミツクコンタクトす
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MOSFETでは、ソース層14
からチヤネル領域19を通つてn-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-層12には多量のキ
ヤリア蓄積による導電変調が起こる。n-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MOSFETとも似ているが、ドレイン領域
にパワーMOSFET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MOSFETは、高耐圧化した場
合にも、従来のパワーMOSFET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MOSFET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
るラツチアツプ現象を生じる。
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p+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
でラツチアツ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ツチ
アツプ現象を生じないようにした導電変調型
MOSFETを提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、第1導通型ドレイン層に接して高抵
抗、第2導電型の第1ベース層が形成され、この
第1ベース層にDSA法により第1導電型の第2
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MOSFETにおいて、ドレイン
側からベース層に注入されるキヤリアのうちソー
ス層下を通る成分を少なくして、ソース層下の横
方向抵抗による電圧降下を少なくし、もつて大電
流までラツチアツプを生じないようにする。この
ようにソース層下を通る電流成分を少なくするに
は、ソース電極と、第2ベース層が形成されてい
ない第1ベース層開孔部の間にMOSFET動作を
しない部分を周期的に形成すればよい。より具体
的には、例えば、ソース層を不連続的に形成する
のが一つの方法である。またチヤネル領域をしき
い値の低い部分と高い部分が周期的に形成される
ようにしてもよい。そのためには、第2ベース層
内に、高濃度第1導電型層を、チヤネル領域に終
端する部分とソース層下に終端する部分が現れる
ように凹凸パターンのエツジをもつて形成すれば
よい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、パターン設計によつて簡単且
つ効果的に導電変調型MOSFETのラツチアツプ
現象を抑制することができ、大電流まで動作する
導電変調型MOSFETが得られる。
〔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MOSFETを示すもので、a
は模式的平面図、bはaのA−A′断面図である。
この実施例は第2ベース層であるp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
を付してある。これを製造工程に従つて説明す
る。p+Si基板(ドレイン層)11を用意し、これ
にエピタキシヤル成長により低不純物濃度で比抵
抗50Ωcm以上のn-層(第1ベース層)12を
100μm程度形成する。次にこのn-層12の表面
を酸化してゲート酸化膜15を形成し、その上に
5000ÅのポリSi膜によるゲート電極16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(第2ベース層)
13を形成する。次いでゲート電極16による窓
の中にソース層形成用の開孔を持つ酸化膜(図示
せず)を形成し、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5×
1015/cm2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。第3図aから明ら
かなようにソース層14は、チヤネル領域19及
びゲート16に沿つて不連続的に複数個配列形成
される。この後、pベース層13内に高濃度の
p+層20を拡散形成し、このp+層20とn+ソー
ス層14にコンタクトするソース電極17を形成
する。基板裏面にはV−Ni−Au膜の蒸着により
ドレイン電極18を形成する。チヤネル領域19
は、通常のMOSFET動作をする実効的チヤネル
部分19aと、ソースがないためにMOSFET動
作をしない部分19bとが交互に配列された状態
となる。
この実施例のMOSFETでは、素子がオンの時
に、ゲート電極16下に開孔するn-層12から
pベース層13にドレインから注入される正孔電
流の内、チヤネル部分19bを通るものはソース
層14の下を通らず直接ソース電極17に流れ
る。従つて従来の構造に比べてソース層下の横方
向抵抗が実効的に小さくなり、大電流までラツナ
アツプ現象を生じない。
第4図a,bは本発明の別の実施例の導電変調
型MOSFETを示す模式的平面図とそのB−B′断
面図である。先の実施例と対応する部分には同じ
符号を付して詳細な説明は省略する。この実施例
においては、pベース層13内に拡散形成する
p+層20を、そのエツジが凹凸パターンとなる
ように、即ち、チヤネル領域に終端するエツジと
ソース層14下に終端するエツジが交互に現れる
パターンとする。つまり、チヤネル領域19は
p+層20が形成された部分19bとp+層のない
部分19aが交互に形成される。なお、n+ソー
ス層14は従来と同様にpベース層13内の両側
に連続的に形成している。
この実施例では、チヤネル部分19bは、その
しきい値がチヤネル部分19aでのそれに比べて
高く実効的にはチヤネルとして寄与しない。即
ち、素子のしきい値はチヤネル部分19aで決ま
る。従つてゲート電極16にオンゲート信号を与
えた時、チヤネル部分19aがMOSFET動作に
よりオンし、チヤネル部分19bではオンしな
い。n-層12で導電変調が起こつて大電流が流
れるオン状態では、n-層12からの電流がチヤ
ネル部分19bをも流れるが、チヤネル部分19
aに比べると、p+層がソース層14の下全体に
渡つて形成されているため、ソース層14下の横
方向抵抗が小さく、従つてこのチヤネル部分19
bを通る電流による電圧降下は小さい。この結果
この実施例によつても、ラツチアツプを生じるこ
となく大電流を渡すことができる。
第4図の実施例では、n+ソース層14をpベ
ース層13の両側に連続的に形成しているが、こ
のソース層14を第3図の実施例と同様に実効的
にチヤネルとなる部分19aにのみ残して不連続
的に形成すれば、即ち第3図の実施例と第4図の
実施例を組合わせた構造とすれば、一層効果的で
ある。その実施例の模式的平面図を第5図に示
す。これにより、1500A/cm2程度までラツチアツ
プを生じない導電変調型MOSFETが得られる。
また第3図或いは第5図の実施例では、pベー
ス層13内の両側にそれぞれ複数のn+ソース層
14を設けたが、n+ソース層をpベース層の一
方の端部には連続的に設け、他方の端部には全く
設けないようにしてもよい。第6図はその実施例
で、aが模式的平面図、bはそのC−C′断面図で
ある。この実施例の場合、チヤネル領域19のう
ち、ソース層14のある側のチヤネル部分19a
のみ実効的なMOSFET動作のチヤネルとして寄
与し、もう一方のチヤネル部分19bは
MOSFET動作のチヤネルとしては働かない。そ
して先の各実施例と同じように、n-層12から
pベース層13に注入される電流のうちチヤネル
部分19bを通る成分はソース層14の下を通ら
ず直接ソース電極に流れるため、やはりラツプア
ツプ現象が効果的に抑制される。
以上の実施例は、第1導電型としてp型、第2
導電型としてn型を用いたが、各部の導電型を逆
にしても本発明は有効である。更に以上の実施例
において、n-型層12を出発基板としてp+型ド
レインを拡散により形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は一般的な導電変調型MOSFETを示す
断面図、第2図はこれを改良した導電変調型
MOSFET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MOSFETを示す平面図
とそのA−A′断面図、第4図a,bは本発明の
別の実施例の導電変調型MOSFETを示す平面図
とそのB−B′断面図、第5図は上記実施例を組
合わせた実施例の導電変調型MOSFETを示す平
面図、第6図a,bは更に別の実施例の導電変調
型MOSFETを示す平面図とそのC−C′断面図で
ある。 11……p+Si基板、12……n-層、13……
pベース層、14……n+ソース層、15……ゲ
ート酸化膜、16……ゲート電極、17……ソー
ス電極、18……ドレイン電極、19……チヤネ
ル領域、19a……実効的チヤネル部分、19b
……MOSFET動作に寄与しないチヤネル部分、
20……p+層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1導通型のドレイン層と、このドレイン層
    に接する低不純物濃度で第2導電型の第1ベース
    層と、この第1ベース層の表面に選択的に形成さ
    れた第1導通型の第2ベース層と、この第2ベー
    ス層の表面に選択的に拡散形成された第2導電型
    のソース層と、このソース層と前記第1ベース層
    に挟まれた領域の第2ベース層表面をチヤネル領
    域としてこの上にゲート絶縁膜を介して形成され
    たゲート電極と、前記ドレイン層にコンタクトす
    るドレイン電極と、前記ソース層と前記第2ベー
    ス層に同時にコンタクトするソース電極とを備え
    た導電変調型MOSFETにおいて、前記ソース電
    極と、前記第2ベース層が形成されていない第1
    ベース層の表面領域との間にMOSFET動作をし
    ない部分が周期的に形成されていることを特徴と
    する導電変調型MOSFET。 2 前記MOSFET動作をしない部分は、チヤネ
    ル領域に沿つてソース層を不連続的に形成するこ
    とにより、ドレイン側からのキヤリアがソース層
    の下を通らずソース電極に流れる通路を形成した
    ものである特許請求の範囲第1項記載の導電変調
    型MOSFET。 3 前記MOSFET動作をしない部分は、第2ベ
    ース層内に高濃度の第1導電型層を、チヤネル領
    域に終端する部分とソース層下に終端する部分が
    周期的に現れるような凹凸パターンのエツジをも
    つて形成することにより、しきい値を他の部分よ
    り高くしたものである特許請求の範囲第1項記載
    の導電変調型MOSFET。 4 前記MOSFET動作をしない部分は、ゲート
    電極に沿つてソース層を第2ベース層内に不連続
    的に形成することにより、ドレイン側からのキヤ
    リアがソース層の下を通らずソース電極に流れる
    通路を形成したものである特許請求の範囲第1項
    記載の導電変調型MOSFET。
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