JPS61164263A - 導電変調型mosfet - Google Patents
導電変調型mosfetInfo
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- JPS61164263A JPS61164263A JP487685A JP487685A JPS61164263A JP S61164263 A JPS61164263 A JP S61164263A JP 487685 A JP487685 A JP 487685A JP 487685 A JP487685 A JP 487685A JP S61164263 A JPS61164263 A JP S61164263A
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- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
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- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
- H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
- H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
- H01L29/0692—Surface layout
- H01L29/0696—Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
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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。
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MOSFETに関する。
近年、電力用スイッチング素子としてDSA(Di−f
fusion 5elf Align )法によシソー
スおよびチャンネル領域を形成するパワーMOSFET
が市場に現われている。しかしこの素子は1ooov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4図に示す。11はP+−
8i基板であ・て、この上に低不純物濃度の高抵抗n一
層12が形成され、とのn一層12の表面にDSA法に
よp、pベース層13とn+メソ一層14が形成てれて
いる。
fusion 5elf Align )法によシソー
スおよびチャンネル領域を形成するパワーMOSFET
が市場に現われている。しかしこの素子は1ooov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4図に示す。11はP+−
8i基板であ・て、この上に低不純物濃度の高抵抗n一
層12が形成され、とのn一層12の表面にDSA法に
よp、pベース層13とn+メソ一層14が形成てれて
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
+メソ一層14の拡散窓の一部として用いて二重拡散す
ることによシ、Pペース層13の端部に自己整合的にチ
ャンネル領域19を残した状態でn+ソース層14が形
成される。そして、チャンネル領域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が形成きれている。
+メソ一層14の拡散窓の一部として用いて二重拡散す
ることによシ、Pペース層13の端部に自己整合的にチ
ャンネル領域19を残した状態でn+ソース層14が形
成される。そして、チャンネル領域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が形成きれている。
この導電変調型MOSFETでは、ソース層14からチ
ャンネル層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に注入源れた正孔電流はPペー
ス層13のソース層14直下を通シ、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ペース層13とn十
ソース層14を短絡してサイリスタ動作を阻止しておシ
、ゲート・ソース間電圧を零とすれば、素子はクーンオ
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。
ャンネル層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に注入源れた正孔電流はPペー
ス層13のソース層14直下を通シ、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ペース層13とn十
ソース層14を短絡してサイリスタ動作を阻止しておシ
、ゲート・ソース間電圧を零とすれば、素子はクーンオ
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ペース層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シ
、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。
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ペース層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シ
、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。
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、パターン設
計によシ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MO8PETを提供するこ
とを目的とする。
計によシ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MO8PETを提供するこ
とを目的とする。
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DiSA法によシ
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N08F’BTにおいて、ドレイ
ン側からベース層に注入されるキャリアのうち、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シ、よって大電流までラッチア
ッ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く第1導電型ペース層内に
ソース拡散層を形成しない部分を第1図(a)(b)に
示すように周期的に設け、且つ、ソース電極とコンタク
トする部分のソース拡散層の幅(第1図(b)のl、の
長さ)を10μm以下に設定したことを特徴とする。
半導体層が形成され、この半導体層にDiSA法によシ
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N08F’BTにおいて、ドレイ
ン側からベース層に注入されるキャリアのうち、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シ、よって大電流までラッチア
ッ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く第1導電型ペース層内に
ソース拡散層を形成しない部分を第1図(a)(b)に
示すように周期的に設け、且つ、ソース電極とコンタク
トする部分のソース拡散層の幅(第1図(b)のl、の
長さ)を10μm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(a)に示すよう力導電変調型MO8F’E’l’
において、オン時にはn一層12の全体で導電変調が起
とシ、一様に電流が流れる。この時に単にベース拡散層
13内にソース拡散層を形成しない部分を周期的に設け
る構造では、ドレインから注入される正孔電流が前記ソ
ース拡散層を形成しない部分に効果的に流れず、前記ソ
ース拡散層14下に流れてしまうので、大電流までラッ
チアップ現象を効果的に防ぐことができない。そこでソ
ース電極とコンタクトする部分のソース拡散層幅を小さ
くすることで、前記ソース拡散層を形成しない部分に正
孔電流が流れ易くなシ、ラフチアツブ現象を生じ難くす
ることができるのである〇このソース電極17とコンタ
クトする部分のソース拡散層の幅11を10μm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。
1図(a)に示すよう力導電変調型MO8F’E’l’
において、オン時にはn一層12の全体で導電変調が起
とシ、一様に電流が流れる。この時に単にベース拡散層
13内にソース拡散層を形成しない部分を周期的に設け
る構造では、ドレインから注入される正孔電流が前記ソ
ース拡散層を形成しない部分に効果的に流れず、前記ソ
ース拡散層14下に流れてしまうので、大電流までラッ
チアップ現象を効果的に防ぐことができない。そこでソ
ース電極とコンタクトする部分のソース拡散層幅を小さ
くすることで、前記ソース拡散層を形成しない部分に正
孔電流が流れ易くなシ、ラフチアツブ現象を生じ難くす
ることができるのである〇このソース電極17とコンタ
クトする部分のソース拡散層の幅11を10μm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MOSFETの2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MOSF
ETが得られる。
に導電変調型MOSFETの2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MOSF
ETが得られる。
本発明の実施例を以下に説明する。第1図(a) (b
)は一実施例の導電変調型MOSFETの例である。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(a)(b)、第4図と対応する部
分にはそれらと同じ符号を付しである。これを製造工程
に従・て説明する。P+Si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50Ω
礪以上のn一層12を100μm程度形成する。次にと
のn一層12の表面を酸化してゲート酸化酸15を形成
し、その上に5000λのポリSi膜によるゲート電極
16を形成する。
)は一実施例の導電変調型MOSFETの例である。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(a)(b)、第4図と対応する部
分にはそれらと同じ符号を付しである。これを製造工程
に従・て説明する。P+Si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50Ω
礪以上のn一層12を100μm程度形成する。次にと
のn一層12の表面を酸化してゲート酸化酸15を形成
し、その上に5000λのポリSi膜によるゲート電極
16を形成する。
その後ゲート電極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5xlo
15/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。第1図(b)から明ら体な゛よ
うにソース層14は周期的に一部を除去している。この
後、Pベース層工3内に高濃度のP+十層0を拡散形成
し、こ十 のP 層20とn+十層4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
によシトレイン電極18を形成する。
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5xlo
15/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。第1図(b)から明ら体な゛よ
うにソース層14は周期的に一部を除去している。この
後、Pベース層工3内に高濃度のP+十層0を拡散形成
し、こ十 のP 層20とn+十層4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
によシトレイン電極18を形成する。
ここで、本発明におけるソース電極17とコンタクトす
る部分のソース拡散層14の幅を10μm以下にする理
由を説明する。ソース拡散N14の幅やゲート電極16
の幅が十分小さければ、素子内にはほぼ一様な電流が流
れる。第1図(b)において線分a −a ’の中点を
点Cとし、線分a ’a /、点Cを通シ、ソース電
極17とゲート電極16に垂直な線分b−b’、線分a
−b 、線分b−cの距離を各々7. 、12. l
、 、 14 とする。点すへ流れ込んだ正孔電流がソ
ース層14の下を通ってソース電極17へぬけるが、こ
の通路の抵抗が充分小はい必要がある。21の部分は高
濃度であり、充分抵抗が低いので、a点に至るまでの距
離7sがb′までの距離の半分以下であれば、ソースの
一部を除いた効果が充分大きくなる。すなわち JIB <112/2 ・・・・・・・・(1)であ
る。笑際には、7728度、マスク合せ精度、横方向拡
散等による余裕を設計時に考慮し、12=12μm、1
4=3μmが限界値である。ここで、前記ソース電極1
7とコンタクトする部分のソース拡散層14の幅11を
(1)式の関係から10μmとすると、線分a−bの距
離lsは 11s =v’ ((l+ / 2)2+l!< 2)
+5.83 <132/2・・・・・・(2) となシ、(1)式を満たす。
る部分のソース拡散層14の幅を10μm以下にする理
由を説明する。ソース拡散N14の幅やゲート電極16
の幅が十分小さければ、素子内にはほぼ一様な電流が流
れる。第1図(b)において線分a −a ’の中点を
点Cとし、線分a ’a /、点Cを通シ、ソース電
極17とゲート電極16に垂直な線分b−b’、線分a
−b 、線分b−cの距離を各々7. 、12. l
、 、 14 とする。点すへ流れ込んだ正孔電流がソ
ース層14の下を通ってソース電極17へぬけるが、こ
の通路の抵抗が充分小はい必要がある。21の部分は高
濃度であり、充分抵抗が低いので、a点に至るまでの距
離7sがb′までの距離の半分以下であれば、ソースの
一部を除いた効果が充分大きくなる。すなわち JIB <112/2 ・・・・・・・・(1)であ
る。笑際には、7728度、マスク合せ精度、横方向拡
散等による余裕を設計時に考慮し、12=12μm、1
4=3μmが限界値である。ここで、前記ソース電極1
7とコンタクトする部分のソース拡散層14の幅11を
(1)式の関係から10μmとすると、線分a−bの距
離lsは 11s =v’ ((l+ / 2)2+l!< 2)
+5.83 <132/2・・・・・・(2) となシ、(1)式を満たす。
これよシ、ソース電極17とコンタクトする部分のソー
ス拡散層14の幅11を10μm以下にすることによシ
、点すからはソース拡散層14の距離に比べて、ソース
拡散層を形成していない部分21までの距M11jsが
半分以下とな夛、チャネル部分の点すにある正孔電流は
ソース拡散層14の下を通シ抜けるよシ、ソース拡散層
を形成していない部分21に流れ込み易くなる。
ス拡散層14の幅11を10μm以下にすることによシ
、点すからはソース拡散層14の距離に比べて、ソース
拡散層を形成していない部分21までの距M11jsが
半分以下とな夛、チャネル部分の点すにある正孔電流は
ソース拡散層14の下を通シ抜けるよシ、ソース拡散層
を形成していない部分21に流れ込み易くなる。
こうして本実施例によれば、ベース拡散層13内にソー
ス拡散層を形成しない部分14bを周期的に設け、且つ
ソース電極17とコンタクトする部分のソース拡散層1
4の幅11を10μm以下にすることにより、従来の構
造に比べてソース拡散層14の幅11を10μm以下に
することにより、従来の構造に比べてソース拡散層14
下の横方向抵抗が実効的に小さくなシ、大電流までラッ
チアップ現象を生じない。
ス拡散層を形成しない部分14bを周期的に設け、且つ
ソース電極17とコンタクトする部分のソース拡散層1
4の幅11を10μm以下にすることにより、従来の構
造に比べてソース拡散層14の幅11を10μm以下に
することにより、従来の構造に比べてソース拡散層14
下の横方向抵抗が実効的に小さくなシ、大電流までラッ
チアップ現象を生じない。
なお、第1図(a)(b)ではn土層14けソース電極
の下で分離されているものとしたが、例えば第2図に示
すようにつながうていてもよい。この場合でもソース電
極17とコンタクトするソース拡散層の幅l、を10μ
m以下で設計すれば、上記実施例と同様の効果が期待で
きる。
の下で分離されているものとしたが、例えば第2図に示
すようにつながうていてもよい。この場合でもソース電
極17とコンタクトするソース拡散層の幅l、を10μ
m以下で設計すれば、上記実施例と同様の効果が期待で
きる。
第3図では、n土層をストライプ状の島にした実施例の
模式的平面図である。この場合も、前記と同様にソース
電極17とコンタクトする前記ソース拡散層の幅A、を
10μm以下にすれば、19bへ流れ込んだ正孔電流は
ソース拡散層14a下を通らず、ソース電極17に流れ
るだめ大電流までラッチアップしない導電変調型MOS
FETが得られる0
模式的平面図である。この場合も、前記と同様にソース
電極17とコンタクトする前記ソース拡散層の幅A、を
10μm以下にすれば、19bへ流れ込んだ正孔電流は
ソース拡散層14a下を通らず、ソース電極17に流れ
るだめ大電流までラッチアップしない導電変調型MOS
FETが得られる0
第1図は本発明の一実施例の導電変調型MO8FE’I
’を説明するだめの平面図、第2図、第3図は本発明の
他の実施例の導電変調型MOSFETを説明するための
平面図、第4図は一般的な導に変調型λ4−O5FET
を説明するための断面図である。 11・・P+8i基板、12・・・n一層、13・・・
Pペース層、14・・・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・・・チャネル領域、1
9a・・・実効的チャネル部分、19b・・・MOSF
ET動作に寄与しないチャネル部分、20・・・P+層
、21・・・ソース拡散層を形成酸しない部分。 代理人弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名)第 3
図 一′212− 第 4 図
’を説明するだめの平面図、第2図、第3図は本発明の
他の実施例の導電変調型MOSFETを説明するための
平面図、第4図は一般的な導に変調型λ4−O5FET
を説明するための断面図である。 11・・P+8i基板、12・・・n一層、13・・・
Pペース層、14・・・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・・・チャネル領域、1
9a・・・実効的チャネル部分、19b・・・MOSF
ET動作に寄与しないチャネル部分、20・・・P+層
、21・・・ソース拡散層を形成酸しない部分。 代理人弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名)第 3
図 一′212− 第 4 図
Claims (2)
- (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
内に拡散形成された第2導電型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、前記基板の裏面に形成されたドレイン電極を備
えた導電変調型MOSFETにおいて、前記ベース拡散
層内にソース層を形成しない部分を周期的に設けること
で、ソース電極とコンタクトする部分のソース拡散層の
幅を10μm以下としたことを特徴とする導電変調型M
OSFET。 - (2)上記ソース拡散を形成しない部分の形を長方形と
する特許請求の範囲第1項記載の導電変調型MOSFE
T。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60004876A JPH0783112B2 (ja) | 1985-01-17 | 1985-01-17 | 導電変調型mosfet |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60004876A JPH0783112B2 (ja) | 1985-01-17 | 1985-01-17 | 導電変調型mosfet |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61164263A true JPS61164263A (ja) | 1986-07-24 |
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