JPS61222260A - 導電変調型mosfet - Google Patents

導電変調型mosfet

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JPS61222260A
JPS61222260A JP6442685A JP6442685A JPS61222260A JP S61222260 A JPS61222260 A JP S61222260A JP 6442685 A JP6442685 A JP 6442685A JP 6442685 A JP6442685 A JP 6442685A JP S61222260 A JPS61222260 A JP S61222260A
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明夫 中川
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好広 山口
Kiminori Watanabe
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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。

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MOSFETTに関する。
(発明の技術的背景とその問題点) 近年、電力用スイッチング素子として、DSA(Dif
fusion  5elf  Align)法によりソ
ース及びチャネル領域を形成するパワーMOSFETT
が市場に現われている。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MOSFETTが知られ
ている。
この様な導電変調型MOSFETTの基本構造を第7図
に示す、11はドレイン層となるp+型3i基板であり
、この上に低不純物濃度の高抵抗n−型層12が形成さ
れ、このn−型層の表面にDSA法によりp型代−ス層
13とn+型ソース層14が形成されている。即ちp型
代−ス層13を拡散形成した拡散窓をそのままn”型ソ
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型代−ス層13に自己整合的にチャネル領
域19を残した状態でn+型ソース層14が形成される
。そしてチャネル領域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接触するソース電極17
が形成される。
基板11の裏面にはドレイン電@18が形成されている
この導電変調型MOSFETTでは、ソース層14から
チャネル領域19を通ってn−型B12に注入される電
子電流に対して、p+型基板11から正孔注入が起り、
この結果n−型層12には多量のキャリア蓄積による導
電変調が起こる。
n″″型層12に注入された正孔電流はp型代−ス層1
3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がベース層13とソース層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MOSFETTとも似ているが、
ドレイン領域にパワーMOSFETTとは逆の導電型層
を設けてバイポーラ動作を行わせている点で異なる。
この導電変調型MOSFETTでは、高耐圧化した場合
にも、従来のパワーMOSFETT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MOSFETTにも未だ問
題がある。即ち素子を流れる電流が大きくなると、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型代−ス層13とn+型ソース層14の間が順
方向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・ソース間電圧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。
この問題を解決するために従来は、第8図に示すように
、深いp+型層20を拡散形成して、p型代−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ッチアップ現象を防ぐ
ことはできない。
〔発明の目的〕
本発明は上記した点に鑑みなされたもので、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MOSFETTを提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、第1導電型ドレイン層の上に第2導電型の高
抵抗層を有し、この高抵抗層にDSA法により第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MOSFETT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内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
下を小さくし、もって大電流領域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
分を少なくするために本発明では、複数のベース層の内
にソース層を形成しないベース層を設け、このようなベ
ース層上に補助電極を設けて、この補助電極から高抵抗
層内の過剰なキャリアを排出し、ソース層の形成された
ベース層へ流入するキャリアの量を少なくする。ところ
でこの様な構成とすると、ラッチアップする時の電流密
度を増大させることができるが、スイッチング時でない
定常のオン状態の時もソース層のないベース層から電流
が流出し、高抵抗層に蓄積する過剰キャリア量を少なく
してしまい、順方向電圧降下が少し高くなる。これを避
けるためには、キャリアがソース層のないベース素子か
ら補助電極を介してソース電極へ抜ける時にpn接合や
ショットキー障壁を通過するように構成することが有効
である。このようにすれば、定常状態ではこのバリアの
ためキャ°リアの流れが少なくなるので、オン電圧低下
は防止される。過剰キャリアを収集するための上述の補
助電極は、ソース電極ではなくゲート電極に接続しても
よい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、簡単かつ効果的に導電変調型MOSF
ETTのラッチアッ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MOSFETTが得られる。
〔発明の実施例〕
以下本発明の詳細な説明する。
第1図は一実施例の導電変調型MOSFETTの断面図
である。第7図及び第8図と対応する部分にはそれらと
同一符号を付してある。これを製造工程に従って説明す
る。ドレイン層となるp+型3i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5
0Ω・m以上の高抵抗n−型層12を100μm程度形
成する。
次にこのn−型層12の表面を酸化してゲート酸化膜1
5を形成し、その上に5000人の多結晶3i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4μm程度拡散してp型ベース層
13 (131,132。
・・・)を形成する。次いでゲート電極16による拡散
窓の中にソース形成用の開口を持つ酸化膜(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5X 101’ /ct
/lのASイオン注入を行ない、熱処理してn+型ソー
ス層14を形成する。図では二個のベース層131,1
32の内一方131にはソース層14を形成し、他方1
32にはソース層を形成しない。即ち複数個のベース層
のうち、所定個数のベース層にはソース層を形成し、他
のベース層にはソース層を形成しないようにする。この
後ベース層13内に高濃度のp+型層20を形成し、ソ
ース層14が形成されたベース層131にはソース層1
4とベース層131の両方にオーミック接触するソース
電極171を形成し、ソース層のないベース層132に
はこれにオーミック接触する。過剰キャリア排出のため
の補助電極172を形成する。補助電極172はソース
電極171に接続される。基板11の裏面にはV−Ni
−Aulaの蒸着によりドレイン電極18を形成する。
これにより、チャネル領域19(191゜192、・・
・)は、MOSFETT動作をする実効的チャネル領域
191と、ソース層がないためにMOSFETT動作を
しない部分192とが規則性をもって配列された状態と
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下に開口するn′″型層12からp型ベース
層13に注入される正孔電流のうち、チャネル部分19
2を通るものはソース層14の下を通らず補助電極17
2に流れる。従って従来の構造に比べてソース層14下
で横方向に流れる正孔の量が減り、大電流までラッチア
ップ現象を生じない。
第2図は別の実施例のMOSFETの断面図を第1図に
対応させて示す。この実施例では、補助電極172とソ
ース電極171の間に補助電極172側をアノードとす
るダイオード21を接続している。それ以外は第1図と
同じである。
このように構成すれば、補助電極172の電位がソース
電極171のそれより高くなり、この補助電極172を
介して流出する電流が抑制される即ち補助電極172を
介しての正孔の流出を素子のスイッチング時に限ること
ができ、素子がオンの定常状態での順方向電圧降下を増
大させることなく、ラッチアップ現象を抑制することが
できる第3図は更に別の実施例のMOSFETの断面図
で必る。この実施例では、ソース層のないベース層13
2にp+型層を設けず、このベース層132と補助電極
172の間にショットキー障壁22を形成している。こ
のショットキー障壁22は第2図の実施例のダイオード
21と同じ働きをし、従って第2図の実施例と同様にオ
ン電圧の増大をもたらすことなくラッチアップ現象を抑
制できる、という効果が得られる。
第4図は第2図の実施例を変形した実施例で、補助電極
172をダイオード21を介してゲート電極16に接続
している。ゲート電極16の電位は素子のオン状態では
正であるため、ここからの正孔の流出はなく、またダイ
オード21が逆バイアスされるのでゲート電流も素子内
に流れ込まな。  い。一方、素子のスイッチングオフ
時には、ゲート電極16の電位は零または負になり、補
助電極172からダイオード21を介して過剰な正孔電
流が排出される。従ってこの実施例によっても先。  
の実施例と同様の効果が得られる。
第5図は第3図の実施例を変形した実施例である。この
実施例では、ショットキー障壁22を形成する補助電極
172をゲート電極16に接続している。この実施例に
よっても先の実施例の説明から明らかなように、オン電
圧の増大を伴うことなくラッチアップ現象を抑制するこ
とができる。
第6図は第1図の実施例を変形した実施例である。この
実施例では、補助電極172とソース電極171の間に
スイッチ素子としてMO8FET23を設けている。こ
のような構成として、MO5FET23を、素子がオン
の定常状態ではオフとし、素子がスイッチングオフ時に
のみオンとなるように制御する。これにより先の実施例
と同様、オン電圧の増大を伴うことなく、大電流までラ
ッチアップ現象を生じないようにすることかで・きる。
本発明はその他、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の導電変調型MOSFETT
を示す断面図、第2図は他の実施例の導電変調型MOS
FETTを示す断面図、第3図〜第6図は更に他の実施
例の導電変調型MOSFETTを示す断面図、第7図及
び第8図は従来の導電変調型MO8FETを示す断面図
である。 11・・・p+型Si基板(ドレイン層)、12・・・
高抵抗n−型層、13 (131,132・・・)・・
・p型ベース層、14・・・n+型ソース層、15・・
・ゲート絶縁膜、16・・・ゲート電極、171・・・
ソース電極、172・・・補助電極、18・・・ドレイ
ン電極、19 (191,192、・・・)・・・チャ
ネル領域、20・・・p+型層、21・・・ダイオード
、22・・・ショットキー障壁、23・・・MOSFE
T (スイッチ素子)。 第1図 第3図 S 第4図 第7図 第8図

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型のドレイン層と、このドレイン層上に
    連続してある第2導電型の高抵抗層と、この高抵抗層表
    面部に拡散形成された複数個の第1導電型のベース層と
    、これら複数個のベース層のうち所定個数のベース層の
    表面部にベース層と自己整合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高抵抗層に挟ま
    れたベース層表面に絶縁膜を介して形成されたゲート電
    極と、前記ソース層が形成されたベース層内でソース層
    とベース層の両方にオーミック接触するように形成され
    たソース電極と、ソース層が形成されていないベース層
    表面に形成された、ドレイン層から注入されたキャリア
    による過剰電流を収集する補助電極と、前記ドレイン層
    にオーミック接触するドレイン電極とを備えたことを特
    徴とする導電変調型MOSFET。
  2. (2)前記補助電極は、ベース層とオーミック接触し、
    かつソース電極に接続されている特許請求の範囲第1項
    記載の導電変調型MOSFET。
  3. (3)前記補助電極は、ベース層とオーミック接触し、
    かつ素子のオン状態での電流を抑制するダイオードを介
    してソース電極と接続されている特許請求の範囲第1項
    記載の導電変調型MOSFET。
  4. (4)前記補助電極は、ベース層との間でショットキー
    障壁を形成するものであり、かつソース電極に接続され
    ている特許請求の範囲第1項記載の導電変調型MOSF
    ET。
  5. (5)前記補助電極は、ベース層とオーミック接触し、
    かつ素子のオン状態での電流を抑制するダイオードを介
    してゲート電極に接続されている特許請求の範囲第1項
    記載の導電変調型MOSFET。
  6. (6)前記補助電極は、ベース層との間でショットキー
    障壁を形成するものであり、かつゲート電極と接続され
    ている特許請求の範囲第1項記載の導電変調型MOSF
    ET。
  7. (7)前記補助電極とソース電極の間に、素子をオフに
    する時にオンになるように制御されるスイッチを有する
    特許請求の範囲第1項記載の導電変調型MOSFET。
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