JP3076082B2 - Shielded gate type static induction transistor - Google Patents
Shielded gate type static induction transistorInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は静電誘導トランジスタ
(以下、SIT という)に関する。さらに詳しくは、ゲー
ト領域を遮蔽して三極管特性を良好にした遮蔽ゲート型
SIT に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic induction transistor (SIT). More specifically, a shielded gate type that shields the gate area and improves triode characteristics
About SIT.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のSIT はたとえば、図18にその断面
図を示すような構造になっている。すなわち同図におい
て、11は不純物濃度が1013〜1014cm-3のn- 型のシリコ
ン結晶で形成した半導体基板、2は半導体基板1の一部
にさらにドナ不純物を高濃度に混入してn+ 型に形成し
たドレイン領域、3は同じくドナ不純物を高濃度に混入
してn+ 型に形成したソース領域、4はソース領域3の
周辺に硼素などのアクセプタ不純物を高濃度に混入して
p+型に形成したゲート領域、6はドレイン領域2とソ
ース領域3とのあいだに形成されたチャネル領域、7は
半導体基板11の表面に形成した保護膜、8はドレイン領
域2側に形成したドレイン電極、9、10はそれぞれ保護
膜7を目抜いて形成したソース電極およびゲート電極で
ある。2. Description of the Related Art A conventional SIT has, for example, a structure as shown in a sectional view of FIG. That is, in the figure, reference numeral 11 denotes a semiconductor substrate formed of n − -type silicon crystal having an impurity concentration of 10 13 to 10 14 cm −3 , and 2 denotes a semiconductor substrate 1 in which a donor impurity is further mixed at a high concentration. drain region formed on the n + -type, 3 a source region formed in the n + -type are also mixed with donor impurities at a high concentration, 4 are mixed in a high concentration an acceptor impurity such as boron around the source region 3 A gate region formed in the p + type, 6 is a channel region formed between the drain region 2 and the source region 3, 7 is a protective film formed on the surface of the semiconductor substrate 11, and 8 is formed on the drain region 2 side. The drain electrodes 9 and 10 are a source electrode and a gate electrode formed by punching out the protective film 7, respectively.
【0003】この従来のSIT で、ドレイン電極8とソー
ス電極9間に電圧を印加し、ソース電極8とゲート電極
9間にバイアス電圧を印加するとバイアス電圧に応じて
チャネル領域6に空乏層が広がってドレイン電極8とソ
ース電極9間の電流が制御される。このバイアス電圧を
0Vにするとチャネル領域6の空乏層は消滅してドレイ
ン電極8とソース電極9間に両極間の電圧に応じた電流
が流れる。こうしてゲート電極10のバイアス電圧に応じ
てドレイン電極8とソース電極9の間の電圧電流特性が
変り、三極真空管のような特性を示現する。In this conventional SIT, when a voltage is applied between the drain electrode 8 and the source electrode 9 and a bias voltage is applied between the source electrode 8 and the gate electrode 9, a depletion layer spreads in the channel region 6 according to the bias voltage. Thus, the current between the drain electrode 8 and the source electrode 9 is controlled. When this bias voltage is set to 0 V, the depletion layer in the channel region 6 disappears, and a current flows between the drain electrode 8 and the source electrode 9 according to the voltage between both electrodes. In this manner, the voltage-current characteristics between the drain electrode 8 and the source electrode 9 change according to the bias voltage of the gate electrode 10, and exhibit characteristics like a triode vacuum tube.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のこの種
のSIT では、チャネル領域6を形成している半導体基板
11の不純物濃度が1×1013〜1×1014cm-3と高いため、
ゲートに逆バイアスをかけて電流を0にしようとしても
空乏層が広がりにくい。そのため、電流を直ちに完全に
0にするには逆バイアスを高くしたり、ゲート間距離を
近づけなければならない。逆バイアスを高くするとトラ
ンジスタの動作効率が低下するし、ゲート間距離を近づ
けると、ソース領域も小さくしなければならず、製造上
困難であるとともに、電流の量も限られる。この制限さ
れた電流量を増すためには、一枚の基板上に沢山の素子
をつくって並列に動作させるなどの方法をとらざるをえ
なかった。However, in this type of conventional SIT, the semiconductor substrate on which the channel region 6 is formed is formed.
11 has a high impurity concentration of 1 × 10 13 to 1 × 10 14 cm -3 ,
Even if a reverse bias is applied to the gate to reduce the current to 0, the depletion layer does not easily spread. Therefore, in order to make the current completely zero immediately, the reverse bias must be increased or the distance between gates must be reduced. When the reverse bias is increased, the operation efficiency of the transistor is reduced, and when the distance between the gates is reduced, the source region must be reduced, which is difficult in manufacturing and limits the amount of current. In order to increase the limited amount of current, it was inevitable to take a method of producing many elements on one substrate and operating them in parallel.
【0005】また、チャネル領域を形成する半導体基板
の不純物濃度をただ単に低くするSIT は、ゲートバイア
ス電圧を0VにしてON状態にしても充分な電流がえら
れないため実用化されていない。[0005] Further, the SIT for simply lowering the impurity concentration of the semiconductor substrate forming the channel region has not been put to practical use because a sufficient current cannot be obtained even when the gate bias voltage is set to 0 V and the transistor is turned on.
【0006】本発明はかかる状況に鑑みなされたもの
で、ゲートのバイアス電圧を0VにしてON状態にした
ときは必要な電流がえられ、逆バイアスにしたときは、
電流を制限し、良好な真空管の三極管特性のえられるSI
T を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such a situation. When the bias voltage of the gate is set to 0V and the gate is turned on, a necessary current is obtained.
SI with limited current and good triode characteristics of vacuum tubes
The purpose is to provide T.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の遮蔽ゲート型SI
T は、低不純物濃度の一導電型で形成された半導体基板
と、該半導体基板に高不純物濃度の前記一導電型で形成
されたドレイン領域と、該ドレイン領域と対向して前記
半導体基板に高不純物濃度の前記一導電型で形成され前
記ドレイン領域とのあいだにチャネル領域を形成するソ
ース領域と、前記半導体基板の前記チャネル領域の周辺
に高不純物濃度の他の一導電型で形成され前記チャネル
領域の空乏層を調整するゲート領域とからなる静電誘導
トランジスタであって、前記ゲート領域の少なくとも前
記チャネル領域側に、前記半導体基板の不純物濃度より
高い不純物濃度の前記一導電型で形成された遮蔽領域を
設け、前記遮蔽領域の幅が拡散電位による空乏層幅に等
しくなるように、当該遮蔽領域の幅と遮蔽領域の不純物
濃度とを、次式 L HY =W DEP =[2e s /q・N HY ・V bi ] (ここでL HY は遮蔽領域の幅、W DEP は拡散電位による
空乏層幅、N HY は遮蔽領域の不純物濃度、e s は半導体
基板の誘電率、qは単位電荷量、V bi はゲート領域と遮
蔽領域の拡散電位を表わす。)により決定する ことによ
り、理想的な静電誘導動作による三極管特性を達成する
ものである。SUMMARY OF THE INVENTION A shielded gate type SI according to the present invention
T is a semiconductor substrate formed of one conductivity type having a low impurity concentration, a drain region formed of the one conductivity type having a high impurity concentration in the semiconductor substrate, and a semiconductor substrate having a high impurity concentration which is opposed to the drain region. A source region formed of the one conductivity type having an impurity concentration and forming a channel region between the drain region and the channel formed of the other conductivity type having a high impurity concentration around the channel region of the semiconductor substrate; A static induction transistor comprising a gate region for adjusting a depletion layer in a region, wherein the transistor is formed at least on the channel region side of the gate region with the one conductivity type having an impurity concentration higher than an impurity concentration of the semiconductor substrate. A shielding region is provided , and the width of the shielding region is equal to the width of a depletion layer due to a diffusion potential.
The width of the shielded area and the impurities in the shielded area
The concentration is expressed by the following formula: L HY = W DEP = [2 e s / q · N HY · V bi ] (where L HY is the width of the shielding region, and W DEP is the diffusion potential.
Depletion layer width, N HY impurity concentration of the shielding region, e s is the semiconductor
The dielectric constant of the substrate, q is the unit charge, V bi is the gate region and
It represents the diffusion potential of the shielding area. ) To achieve the triode characteristics by an ideal electrostatic induction operation.
【0008】[0008]
【作用】本発明に係る遮蔽ゲート型SIT によれば、チャ
ネル領域を形成する半導体基板の不純物濃度を非常に低
く真性に近い濃度にし、しかもゲート領域の前記チャネ
ル領域側に前記半導体基板の不純物濃度より高濃度の遮
蔽領域を形成しているため、バイアス電圧が0Vのとき
は空乏層は遮蔽領域内のみに形成されてチャネル領域に
は空乏層が形成されず、ドレイン電極とソース電極間の
電流に何ら影響を及ぼさず、充分な電流がえられる。According to the shielded gate type SIT according to the present invention, the impurity concentration of the semiconductor substrate forming the channel region is made extremely low and close to the intrinsic concentration, and the impurity concentration of the semiconductor substrate is provided on the channel region side of the gate region. Since a higher concentration shielding region is formed, when the bias voltage is 0 V, a depletion layer is formed only in the shielding region, no depletion layer is formed in the channel region, and the current between the drain electrode and the source electrode is reduced. The current is not affected at all, and a sufficient current can be obtained.
【0009】一方逆バイアスになるとチャネル領域の不
純物濃度は非常に低濃度に設定されているため、空乏層
はこの微小電圧で急激にこの領域に広がり、電流を制限
できる。On the other hand, when the reverse bias is applied, the impurity concentration in the channel region is set to a very low concentration. Therefore, the depletion layer rapidly spreads to this region with this minute voltage, and the current can be limited.
【0010】この遮蔽領域による空乏層形成の作用につ
いて、さらに詳細に説明する。この遮蔽領域の作用はp
+ −n−n- −n+ の超階段接合ダイオードの動作に基
づいている。すなわち、超階段接合ダイオードの接合部
に添加した不純物がn型かp型かの種類と不純物濃度の
分布ならびに電子濃度分布を図4に示す。同図において
横軸は超階段接合ダイオードのp+ 半導体層の端からの
距離で、縦軸は不純物濃度および電子濃度を示してい
る。同図に示したp+ 、n、n- 、n+ はそれぞれダイ
オードのアクセプタを高濃度たとえば1018cm-3程度以上
に添加したp+ 層、ドナを適量たとえば2×1015cm-3程
度添加したn型層、低不純物濃度のn- 層、ドナを高濃
度たとえば1018cm-3程度以上添加したn+ 層の領域を示
し、このn- 層は不純物濃度を4×1011cm-3とし、また
n層はゼロバイアス状態で空乏層がn領域中だけに存在
するように、その不純物濃度との関係で定めた厚さに形
成している。同図には接合に印加するバイアス電圧が0
V、 -1V、 -2V、 -3V、 -4Vのばあいにおける
ダイオード内での電子濃度分布を表わしている。ここで
電圧の値につけられたマイナス符号は接合の逆方向にバ
イアスを加えたことを意味する。同図からゼロバイアス
状態で空乏層はn領域中だけに存在し、逆バイアスにな
ると空乏層がn- 領域に急速に広がり電子濃度が急激に
低下することがわかる。The operation of forming a depletion layer by the shielding region will be described in more detail. The effect of this shielding area is p
Based on the operation of the + −n−n −− n + hyperabrupt junction diode. That is, FIG. 4 shows the type of the impurity added to the junction of the super step junction diode, whether the impurity is n-type or p-type, the impurity concentration distribution, and the electron concentration distribution. In the figure, the horizontal axis represents the distance from the end of the p + semiconductor layer of the super step junction diode, and the vertical axis represents the impurity concentration and the electron concentration. In the figure, p + , n, n − , and n + are a p + layer in which the acceptor of the diode is added at a high concentration, for example, about 10 18 cm −3 or more, and an appropriate amount of dona, for example, about 2 × 10 15 cm −3. A doped n-type layer, an n − layer with a low impurity concentration, and an n + layer to which a donor is added at a high concentration of, for example, about 10 18 cm −3 or more are shown. This n − layer has an impurity concentration of 4 × 10 11 cm − The n layer is formed to have a thickness determined in relation to the impurity concentration so that a depletion layer exists only in the n region under a zero bias state. The figure shows that the bias voltage applied to the junction is zero.
It shows the electron concentration distribution in the diode in the case of V, -1V, -2V, -3V, -4V. Here, a minus sign attached to the voltage value means that a bias was applied in the reverse direction of the junction. It can be seen from the figure that the depletion layer exists only in the n-region in the zero bias state, and that when the reverse bias is applied, the depletion layer rapidly spreads to the n − region and the electron concentration drops sharply.
【0011】もちろん、図4は超階段接合の原理を説明
するための一例であって、実際に用いる超階段接合の不
純物濃度分布ならびに印加電圧に対する電子濃度分布の
変化の度合はこの例と多少異なっても、これと同様の効
果がえられることはいうまでもない。Of course, FIG. 4 is an example for explaining the principle of the super-step junction, and the degree of change in the impurity concentration distribution and the electron concentration distribution with respect to the applied voltage of the actually used super-step junction is slightly different from this example. However, it goes without saying that the same effect can be obtained.
【0012】なお、図4からわかるようにn- 領域にお
いてゼロバイアス状態での電子濃度がn- 領域の不純物
濃度より高くなっている。この過剰分はn+ 領域から供
給された蓄積電子である。n- 領域の不純物濃度がこれ
より低くなってもこの電子濃度は減少しない。本発明で
は、このような蓄積電子を素子の導通時に積極的に利用
している。As can be seen from FIG. 4, in the n − region, the electron concentration in the zero bias state is higher than the impurity concentration in the n − region. This excess is stored electrons supplied from the n + region. This electron concentration does not decrease even if the impurity concentration of the n − region becomes lower than this. In the present invention, such accumulated electrons are positively used when the element is conducting.
【0013】この原理をSIT に適用することにより、ゼ
ロバイアスの素子のオン状態では遮蔽ゲート型SIT 中の
空乏層の広がりは遮蔽領域であるn領域内に制限され、
従来の接合ゲートSIT と比較して極端に小さい。したが
って、このときのチャネル電流は殆んどこの空乏層の制
限を受けずに流れることが可能となる。したがって素子
のオン抵抗は遮蔽領域がないばあい、すなわち標準接合
ゲートSIT と比較して実質的に減少する。By applying this principle to the SIT, the spread of the depletion layer in the shielded gate type SIT in the on state of the zero bias element is limited to the n region which is the shield region,
Extremely small compared to conventional junction gate SIT. Therefore, the channel current at this time can flow without being restricted by almost any depletion layer. Therefore, the on-resistance of the device is substantially reduced when there is no shielding area, that is, as compared with the standard junction gate SIT.
【0014】一方、ゲート電極に微小逆バイアスが印加
されたばあい、空乏層はn領域だけでなくn- 領域にも
広がる。この際n- 領域は4×1011cm-3位の真性キャリ
ア濃度に近い高純度シリコン結晶層を用いているため、
ゲート領域間およびゲート領域とドレイン領域間への空
乏層は非常に大きくなる。もちろんn- 領域の不純物濃
度はこれと異なってもよい。On the other hand, when a small reverse bias is applied to the gate electrode, the depletion layer spreads not only in the n region but also in the n − region. At this time, since the n − region uses a high-purity silicon crystal layer close to the intrinsic carrier concentration of about 4 × 10 11 cm −3 ,
The depletion layer between the gate regions and between the gate region and the drain region becomes very large. Of course, the impurity concentration of the n − region may be different from this.
【0015】したがって、不純物が低濃度のチャネル領
域を持つSIT に遮蔽ゲート構造を導入することにより、
オン抵抗が減少されるとともに、逆バイアスをゲート電
極に印加したばあいは充分な電流ブロッキングを達成で
きる。さらにチャネル領域のほぼ全域が、微小逆バイア
スで空乏化されるため、残存チャネル抵抗も充分に減少
でき低電流域での指数関数動作も容易になる。Therefore, by introducing a shield gate structure into an SIT having a channel region with a low impurity concentration,
On-resistance is reduced, and sufficient current blocking can be achieved when a reverse bias is applied to the gate electrode. Further, almost the entire channel region is depleted by a slight reverse bias, so that the remaining channel resistance can be sufficiently reduced and the exponential function operation in a low current region can be facilitated.
【0016】[0016]
【実施例】つぎに、図面により本発明の実施例について
説明する。図1に本発明の一実施例である溝型の遮蔽ゲ
ート型SIT の断面説明図を示す。同図において1は高純
度、すなわち不純物濃度が低い半導体基板でp型、n型
のいずれでもよいが本実施例ではn- 型で説明する。こ
の不純物濃度は1013cm-3以下であることが望ましい。こ
れは不純物濃度が1013cm-3より大きくなると逆バイアス
にしても空乏層の広がりが充分でなく電流制御ができな
いからである。また半導体基板は通常よく用いられるシ
リコン(Si)の他にGaAs、InP 、GaP などの化合物半導体
を用いることもできる。5はゲート領域4の周囲に設け
た遮蔽領域で、半導体基板1と同一導電型で不純物濃度
が濃いn型で形成したもので、他の2〜10は従来例と同
じ部分を示す。また同図においてLHYは遮蔽領域5のゲ
ート領域4とチャネル領域6との間隔、LSDはドレイン
領域2とソース領域3とで挟まれたチャネル領域6の長
さ、LGRはソース領域3の内面とゲート領域4の上面と
の距離、LG はゲート領域4の長さ、2Gはゲート領域
4間の距離、また2Dは図1に示すごとく遮蔽領域5の
あいだの距離すなわち遮蔽領域5のあいだに存在するn
- 領域の幅を表す。遮蔽ゲート型SIT ではゲート領域4
と遮蔽領域5とが一体となってSIT のゲートの働きをす
るので遮蔽領域5のあいだの距離2Dは遮蔽ゲートSIT
の実効的なゲート間隙とみなすことができる。以下で
は、この2Dを実効的ゲート間隙と呼ぶこととする。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional explanatory view of a grooved shield gate type SIT according to an embodiment of the present invention. 1 high purity, i.e., p-type is low semiconductor substrate impurity concentration, may be any of n-type n in the present embodiment in the drawing - described type. This impurity concentration is desirably 10 13 cm −3 or less. This is because if the impurity concentration is higher than 10 13 cm −3 , even if reverse bias is applied, the depletion layer does not spread sufficiently and current control cannot be performed. As the semiconductor substrate, a compound semiconductor such as GaAs, InP, or GaP can be used in addition to silicon (Si) which is usually used. Reference numeral 5 denotes a shielding region provided around the gate region 4, which is formed of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate 1 and of n-type having a high impurity concentration. In the same figure, L HY is the distance between the gate region 4 and the channel region 6 of the shielding region 5, L SD is the length of the channel region 6 interposed between the drain region 2 and the source region 3, and L GR is the source region 3 the inner surface and the distance between the upper surface of the gate region 4, L G is the length of the gate region 4, 2G is distance or shielding region between the shielding area 5 as the distance between the gate region 4, also 2D is shown in Fig. 1 5 N exists between
- represents the width of the area. Gate area 4 in shielded gate SIT
And the shielding area 5 work together as a gate of the SIT, so the distance 2D between the shielding area 5 and the shielding gate SIT
Can be regarded as an effective gate gap. Hereinafter, this 2D is referred to as an effective gate gap.
【0017】この一実施例である半導体結晶基板1がn
- タイプの溝型の遮蔽ゲート型SITの製造方法について
説明する。図2および図3はその製造工程を示す断面説
明図である。The semiconductor crystal substrate 1 according to this embodiment has n
A method for manufacturing a trench type shield gate type SIT will be described. 2 and 3 are cross-sectional explanatory views showing the manufacturing process.
【0018】まず図2のa工程に示すようにたとえば、
Siの低不純物濃度であるn- 型の半導体基板1の一面に
ドレイン領域2とするn+ 層を形成する。この形成法は
半導体基板1が非常に低濃度であるため、エピタキシャ
ル成長させるには特開昭63-81916号公報に開示されてい
るような溶質供給法により行うと効果的に形成できる。
もちろん、n- の領域およびn+ の領域はこれ以外の方
法を用いて形成することができる。たとえば、n- 基板
とn+ 基板とを貼りあわせて形成したり、n+ 基板上に
n- 層を低温気相成長法で形成することもできる。この
ドレイン領域2の厚さは動作時に素子の内部で発生する
熱に対する熱抵抗を小さくするために薄い方がよいが、
一方素子の活性領域を支持する必要があるため、素子の
大きさや熱損失、素子製作プロセスを考慮して適当な値
とする。通常はこれを50〜500μm程度に形成する。こ
こでn+ 型を形成するために添加する不純物は燐(P) と
か砒素(As)が用いられる。First, as shown in step a of FIG.
An n + layer serving as a drain region 2 is formed on one surface of an n − type semiconductor substrate 1 having a low impurity concentration of Si. In this formation method, since the semiconductor substrate 1 has a very low concentration, it can be formed effectively by performing a solute supply method as disclosed in JP-A-63-81916 for epitaxial growth.
Of course, the n − region and the n + region can be formed by other methods. For example, an n − substrate and an n + substrate may be bonded to each other, or an n − layer may be formed on the n + substrate by a low-temperature vapor deposition method. The thickness of the drain region 2 is preferably small in order to reduce the thermal resistance to heat generated inside the element during operation,
On the other hand, since it is necessary to support the active region of the element, an appropriate value is set in consideration of the element size, heat loss, and element manufacturing process. Usually, this is formed to a thickness of about 50 to 500 μm. Here, phosphorus (P) or arsenic (As) is used as an impurity added to form the n + -type.
【0019】つぎに、図2のb工程に示すように半導体
基板1の他面側を研磨して厚さが5〜30μmの範囲内の
適当な値となるようにし表面を鏡面に仕上げる。そのの
ち、図2のc工程に示すように鏡面に仕上げた半導体基
板1の表面を熱酸化などによって二酸化珪素( SiO2 )
21などで覆い、これをマスクとして選択的にPを高濃度
に1μm程度拡散してn+ 型のソース領域3を形成す
る。このソース領域3はこの工程でなくても、つぎのゲ
ート領域4を形成する工程ののちに形成してもよい。Next, as shown in step b of FIG. 2, the other surface of the semiconductor substrate 1 is polished so that the thickness becomes an appropriate value within the range of 5 to 30 μm, and the surface is mirror-finished. Thereafter, as shown in step c of FIG. 2, the surface of the semiconductor substrate 1 finished to a mirror surface is subjected to silicon dioxide (SiO 2 ) by thermal oxidation or the like.
Then, using this as a mask, P is selectively diffused to a high concentration of about 1 μm to form an n + -type source region 3. This source region 3 may be formed after the step of forming the next gate region 4 instead of this step.
【0020】つぎに、図2のd工程に示すように反応性
エッチングなどで2.5 μm程度の溝22を掘る。ここで溝
の形成はプラズマエッチングや溶液によるエッチングで
もできるが、反応性エッチング法が正確な溝構造の形成
に適している。そののち図2のe工程に示すようにCVD
法により表面全体に薄く SiO2 膜23を堆積する。このSi
O2 膜23は薄く、短時間で形成できるため、熱酸化法に
より形成してもよい。つぎに図3のf工程に示すように
SiO2 膜23を介して溝22の部分に選択的にPのイオン打
ち込みを行なって遮蔽領域5のn層を形成する。ここで
Pの代りにAsを用いてもよい。打ち込みの条件として、
投影飛程が2.5 μm、濃度が5×1015cm-3となるよう加
速電圧およびイオンドーズ量を調整することが好まし
い。このn層の形成はイオン打ち込みの方法でなくて
も、低濃度のPもしくはAsの拡散、または所定量のPも
しくはAsを添加したSi層の低温気相成長によっても形成
することができる。Next, as shown in step d of FIG. 2, a groove 22 of about 2.5 μm is dug by reactive etching or the like. Here, the groove can be formed by plasma etching or solution etching, but the reactive etching method is suitable for forming an accurate groove structure. Then, as shown in step e of FIG.
A thin SiO 2 film 23 is deposited on the entire surface by the method. This Si
Since the O 2 film 23 is thin and can be formed in a short time, it may be formed by a thermal oxidation method. Next, as shown in step f of FIG.
P ions are selectively implanted into the groove 22 via the SiO 2 film 23 to form an n layer in the shield region 5. Here, As may be used instead of P. As a condition for driving,
It is preferable to adjust the acceleration voltage and the ion dose so that the projection range is 2.5 μm and the concentration is 5 × 10 15 cm −3 . This n-layer can be formed not only by ion implantation but also by diffusion of low-concentration P or As or low-temperature vapor growth of a Si layer to which a predetermined amount of P or As is added.
【0021】つぎに図3のg工程に示すようにこの溝22
上の SiO2 膜23を除去して全面にフォトレジスト24を塗
布し、これをマスクとしてB(硼素)の打ち込みを行
い、ゲート領域4のp+ 層を形成する。ここで打ち込み
のマスクとして、 SiO2 膜23を除去してフォトレジスト
24を塗布して使用したが、 SiO2 膜23をそのままマスク
として使用することもできる。またこの打ち込みの条件
としてはPの打ち込みと異なり、なるべく投影飛程が短
く、濃度が1020cm-3程度の高濃度になるように加速電圧
およびイオンドーズ量を調整するのが望ましい。こうし
てn層の厚さを0.94μm位にする。もちろん図3のf工
程のn層の形成のばあいと同様に、Bの打ち込みの代わ
りに高濃度にBを添加したSi薄膜の低温成長または高濃
度Bの短時間の拡散を用いてもできることはいうまでも
ない。Next, as shown in step g of FIG.
After removing the upper SiO 2 film 23, a photoresist 24 is applied to the entire surface, and B (boron) is implanted using the photoresist 24 as a mask to form a p + layer of the gate region 4. Here, as a mask for implantation, the SiO 2 film 23 is removed and photoresist is removed.
Although the coating 24 is used, the SiO 2 film 23 can be used as a mask as it is. In addition, unlike the implantation of P, it is desirable to adjust the acceleration voltage and the ion dose so that the projection range is as short as possible and the concentration is as high as about 10 20 cm −3 . Thus, the thickness of the n-layer is set to about 0.94 μm. Of course, similarly to the case of forming the n-layer in the step f in FIG. 3, instead of implanting B, low-temperature growth of a Si thin film doped with B at a high concentration or short-time diffusion of a high concentration B can be used. Needless to say.
【0022】最後に図3のh工程に示すようにドレイン
領域2、ソース領域3、ゲート領域4に、それぞれ電極
8、9、10を形成する。このソース電極9とゲート電極
10は、再度半導体基板表面に SiO2 膜7を形成し、それ
ぞれの電極形成部分に窓を開け、Al(アルミニウム)を
蒸着することにより形成できる。Finally, electrodes 8, 9, and 10 are formed in the drain region 2, the source region 3, and the gate region 4, respectively, as shown in step h of FIG. The source electrode 9 and the gate electrode
10 can be formed by forming the SiO 2 film 7 again on the surface of the semiconductor substrate, opening windows at respective electrode formation portions, and depositing Al (aluminum).
【0023】前述のドレイン領域2やソース領域3のn
+ 領域は、前述のSiへの不純物混入でなく、Siよりもバ
ンドギャップが広い半導体であるGaAsやSiC またはSiよ
りもバンドギャップが狭い半導体であるGeやGeSiで形成
してもよく、またゲート領域4のp+ 領域はSiよりバン
ドギャップが広いSiC で形成することもできる。The n of the drain region 2 and the source region 3 described above
The + region may be formed of GaAs or SiC, which is a semiconductor having a wider band gap than Si, or Ge or GeSi, which is a semiconductor having a narrower band gap than Si, instead of mixing impurities described above with Si. The p + region of the region 4 can be formed of SiC having a wider band gap than Si.
【0024】また前述の実施例では半導体基板1として
n- 型を使用したが、反対の導電型であるp- の半導体
基板を使用することもでき、このばあい前述の例のp型
はn型に、n型はp型に代わって同様に形成できること
はいうまでもない。もちろん、以上とは異なった製作プ
ロセスを用いても差支えない。[0024] n as the semiconductor substrate 1 in the above examples - but using a mold, p is an opposite conductivity type - can also be used for the semiconductor substrate, p-type in this case above example n It goes without saying that the n-type can be formed similarly to the p-type instead of the p-type. Of course, a different fabrication process can be used.
【0025】以上は、チャネル領域が一個の場合を例に
とって述べたが、ゲート領域を格子状に配置したり、櫛
形に配置したりし、またチャネル領域も複数個構築した
素子構造をとるようにすることもできる。さらに、前述
の実施例では溝型SIT の例で説明したが、溝型以外の表
面ゲート型やゲート埋め込み型SIT でも同様に適用でき
ることはいうまでもない。また同一基板上に他の複数の
素子とともに集積化することも、もちろん可能である。In the above description, the case where the number of channel regions is one has been described as an example. However, an element structure in which gate regions are arranged in a grid or combs and a plurality of channel regions are constructed is adopted. You can also. Further, in the above-described embodiment, the example of the groove type SIT has been described. However, it goes without saying that the present invention can be similarly applied to a surface gate type or a gate buried type SIT other than the groove type. Of course, it is also possible to integrate with a plurality of other elements on the same substrate.
【0026】つぎに本発明による遮蔽ゲート型SIT の動
作について図5および図6により説明する。図において
1〜10は図1と同じ部分を表し、Kは空乏層の広がり部
分を示している。図5はゲート電極10のバイアス電圧を
0Vにしたときの状態で、図6はゲート電極10に微小逆
バイアス電圧を印加したときの状態を示している。この
空乏層Kの形成がこのように微小バイアス電圧の変化で
理想的な状態に形成され、本発明の遮蔽ゲート型SIT を
理想的に動作させるためには、 素子のオン状態では、空乏層は遮蔽ゲート部の薄いn
層内のみに存在する 微小ゲート逆バイアスで空乏層は高抵抗n- 領域に急
激に広がる の二条件を満たすことが必要である。この二つの条件
は、チャネル領域6が低不純物濃度で形成されていれ
ば、図1のLHYが拡散電位による空乏層幅WDEP に等し
くなるように遮蔽領域5の幅LHYと遮蔽領域5の不純物
濃度NHYとを決定することにより達成できる。このLHY
とNHY は一方を決めれば、他方は次式(1) により近似
的に決まる。Next, the operation of the shield gate type SIT according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the drawing, 1 to 10 represent the same portions as those in FIG. 1, and K represents a spreading portion of the depletion layer. FIG. 5 shows a state when the bias voltage of the gate electrode 10 is set to 0 V, and FIG. 6 shows a state when a small reverse bias voltage is applied to the gate electrode 10. The formation of the depletion layer K is thus formed in an ideal state by the change in the minute bias voltage. In order to operate the shielded gate type SIT of the present invention ideally, the depletion layer is formed in the ON state of the device. Thin n of shielding gate
It is necessary to satisfy the two conditions that the depletion layer rapidly spreads to the high-resistance n − region due to a small gate reverse bias existing only in the layer. These two conditions are such that if the channel region 6 is formed with a low impurity concentration, the width L HY of the shielding region 5 and the shielding region 5 are set so that L HY in FIG. 1 becomes equal to the depletion layer width W DEP due to the diffusion potential. Can be achieved by determining the impurity concentration N HY . This L HY
And N HY are determined, and the other is approximately determined by the following equation (1).
【0027】 LHY=WDEP =[2 es /q・NHY・Vbi] (1) ここでes は半導体基板1の誘電率、qは単位電荷量、
Vbiはゲート領域4と遮蔽領域5の拡散電位を表わす。L HY = W DEP = [2 e s / q · N HY · V bi ] (1) where e s is the dielectric constant of the semiconductor substrate 1, q is the unit charge,
V bi represents the diffusion potential of the gate region 4 and the shield region 5.
【0028】このLHYとNHYの関係を図7に示す。同図
において実線はLHY=WDEP の状態を示す線で、この線
より上側の領域AはLHY>WDEP となり前述の二条件の
を満足するが、下側の領域BはLHY<WDEP となり前
述のの条件を満たさない。同図ではLHY=0.54μmで
不純物濃度がそれぞれ6×1014、1×1015、2×1015、
4×1015、6×1015cm-3の点をそれぞれa、b、c、
d、eで示してある。また、LHY=0.54μmでNHYを前
述のa、b、c、d、eの濃度に変えたときのゲート間
における電子濃度分布を図8に示す。すなわち同図にお
いて、横軸はゲート領域間の距離を中心を0として示
し、縦軸には電子濃度を示している。同図よりa、bに
あたる不純物濃度が6×1014および1×1015cm-3のばあ
いの空乏層はn- 領域に侵入していることがわかる。ま
た、d、eにあたる不純物濃度が4×1015、6×1015cm
-3のばあいの空乏層は0.54μmの薄い領域のみに存在
し、n- 領域はまったく空乏化されていないことがわか
る。したがって、式(1) によって導出された領域Aは条
件を満たすことがわかる。FIG. 7 shows the relationship between L HY and N HY . In the figure, the solid line indicates the state of L HY = W DEP , and the area A above this line is L HY > W DEP and satisfies the above two conditions, but the area B below is L HY <W DEP . It becomes W DEP and does not satisfy the above conditions. In the figure, L HY = 0.54 μm and the impurity concentrations are 6 × 10 14 , 1 × 10 15 , 2 × 10 15 ,
Points 4 × 10 15 and 6 × 10 15 cm −3 are respectively denoted by a, b, c,
This is indicated by d and e. FIG. 8 shows the electron concentration distribution between gates when L HY = 0.54 μm and N HY is changed to the aforementioned concentrations of a, b, c, d, and e. That is, in the figure, the horizontal axis shows the distance between the gate regions with the center at 0, and the vertical axis shows the electron concentration. It can be seen from the figure that the depletion layer penetrates into the n − region when the impurity concentrations corresponding to a and b are 6 × 10 14 and 1 × 10 15 cm −3 . Further, the impurity concentrations corresponding to d and e are 4 × 10 15 and 6 × 10 15 cm.
In the case of −3 , the depletion layer exists only in the thin region of 0.54 μm, and it can be seen that the n − region is not depleted at all. Therefore, it can be seen that the area A derived by the equation (1) satisfies the condition.
【0029】一方、条件を同時に満たさなければなら
ないことを考慮すると、最適なLHYとNHYは図7の実線
近傍の領域A内に存在することがわかる。以下に具体的
な実施例について本発明をさらに詳細に説明する。On the other hand, considering that the conditions must be satisfied at the same time, it can be seen that the optimum L HY and N HY exist in the region A near the solid line in FIG. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples.
【0030】実施例1 半導体基板1として1kΩ−cm(4×1011cm-3)のn-
シリコン高純度基板上に溶質供給法によって1×1019cm
-3程度Pを添加したn+ 層を300 μm成長した。ついで
高純度のSi結晶基板を10μmの厚さまで研磨し、選択的
にPを高濃度に1μm拡散してn+ 層のソース領域3を
形成した。つぎに2.5 μmの溝を掘り、PおよびBの打
ち込みにより遮蔽領域5を4×1015cm-3の濃度になるよ
うに、またゲート領域4を1×1019cm-3の濃度になるよ
うに形成した。この際遮蔽領域5の幅LHYが0.54μm、
また遮蔽領域5間の距離すなわち実効的ゲート間隙2D
が3.6 μmとなるように形成した。またこの素子の図1
におけるLSDは10μm、LGRは2.5 μmとした。Example 1 1 kΩ-cm (4 × 10 11 cm −3 ) of n − was used as the semiconductor substrate 1.
1 × 10 19 cm by solute supply method on silicon high purity substrate
An n + layer doped with about -3 P was grown to a thickness of 300 μm. Then, a high-purity Si crystal substrate was polished to a thickness of 10 μm, and P was selectively diffused at a high concentration of 1 μm to form an n + layer source region 3. Next, a groove of 2.5 μm is dug, and P and B are implanted so that the shielding region 5 has a concentration of 4 × 10 15 cm -3 and the gate region 4 has a concentration of 1 × 10 19 cm -3. Formed. At this time, the width L HY of the shielding area 5 is 0.54 μm,
Further, the distance between the shielding regions 5, that is, the effective gate gap 2D
Was 3.6 μm. In addition, FIG.
LSD was 10 μm and LGR was 2.5 μm.
【0031】この素子でゲート領域4のあいだの中心線
を0として、外側への寸法を横軸にとり、縦軸に電子濃
度をとってゲート電極にバイアス電圧VGSを0、 -1、
-2、 -3、 -4Vと変えたときの分布を図9に示し
た。同図よりバイアス電圧が0Vのときは完全に空乏層
がn領域すなわち遮蔽領域5内にとどまり、バイアス電
圧が -2Vより低くなると、空乏層が充分にn- 領域に
広がっていることがわかる。In this device, the center line between the gate regions 4 is set to 0, the outward dimension is plotted on the horizontal axis, the electron density is plotted on the vertical axis, and the bias voltage VGS is applied to the gate electrode as 0, -1,.
FIG. 9 shows the distribution when -2, -3, and -4 V were changed. It can be seen from the figure that when the bias voltage is 0 V, the depletion layer completely stays in the n region, that is, in the shielding region 5, and when the bias voltage is lower than −2 V, the depletion layer is sufficiently spread to the n − region.
【0032】またこの実施例1による遮蔽ゲート型SIT
により電流特性を調べた。図10はドレイン出力特性を、
横軸にドレイン電圧(V) 、縦軸にドレイン電流密度(A
/cm2 )をとり、ソース電極とゲート電極間に印加する
バイアス電圧VGSをパラメータとして示した。同図から
低電流領域での指数関数増加によって不飽和電流が実現
されていることがわかる。したがて、遮蔽ゲート型SIT
はドレイン電圧による静電誘導で動作していることがわ
かる。The shield gate type SIT according to the first embodiment
The current characteristics were examined by using Figure 10 shows the drain output characteristics.
The horizontal axis represents the drain voltage (V), and the vertical axis represents the drain current density (A
/ Cm 2 ), and the bias voltage V GS applied between the source electrode and the gate electrode is shown as a parameter. It can be seen from the figure that the unsaturated current is realized by the exponential function increase in the low current region. Therefore, shield gate type SIT
It can be seen that operates by electrostatic induction by the drain voltage.
【0033】さらにこの素子の電子濃度分布をチャネル
領域6の平面である図1のX、Y軸方向の平面に対して
縦軸に電子濃度をとり、図11および図12に示した。ここ
で図11はドレイン電極とソース電極間の電圧VDSを1
V、ゲートバイアス電圧VGSを0Vにしたばあい、図12
はVGS= -3Vのときの電子濃度分布を示した。これら
の図からもVGS=0Vのときは空乏層がチャネル領域6
に全然影響していないのに、VGS= -3Vのときは空乏
層がチャネル領域6の全体に及んでいることがわかる。Further, the electron concentration distribution of this device is shown in FIGS. 11 and 12, with the electron concentration on the vertical axis with respect to the plane of the channel region 6 in the X and Y directions in FIG. Here, FIG. 11 shows that the voltage V DS between the drain electrode and the source electrode is 1
V and the gate bias voltage V GS are set to 0 V, FIG.
Shows the electron concentration distribution when V GS = -3V. As can be seen from these figures, when V GS = 0 V, the depletion layer is formed in the channel region 6.
It can be seen that the depletion layer extends over the entire channel region 6 when V GS = −3 V, although no influence is exerted on the channel region 6.
【0034】以上の結果より、この素子が前述の条件
、を共に満足していることがわかる。From the above results, it can be seen that this element satisfies both of the above conditions.
【0035】実施例2 半導体基板や外形寸法は実施例1のばあいと同じ条件
で、遮蔽領域5のLHYが1μm、NHYが1.5 ×1015cm-3
の素子をつくった。この条件は図7のC点にあたる。こ
の素子でゲート領域間の位置に対する電子濃度の分布を
図9と同様に図13に示した。この図から明らかなよう
に、この実施例による素子もVGS=0Vでは空乏層は完
全にn層の遮蔽領域5内に存在し、VGS= -2Vでは空
乏層がn- 層領域内に広がっていることがわかる。Example 2 Under the same conditions as in Example 1 for the semiconductor substrate and external dimensions, L HY of the shielding area 5 was 1 μm and N HY was 1.5 × 10 15 cm −3.
Device was made. This condition corresponds to point C in FIG. FIG. 13 shows the distribution of the electron concentration with respect to the position between the gate regions in this device as in FIG. As is apparent from this figure, also in the device according to this embodiment, when V GS = 0 V, the depletion layer completely exists in the n-layer shield region 5, and when V GS = −2 V, the depletion layer is in the n − layer region. You can see that it is spreading.
【0036】この素子でVDS=1V、VGS= -3Vのと
きのチャネル領域6の中心線に沿ったソースドレイン方
向(Y方向)成分の電界強度を測定し、その分布を図14
に示した。同図において、横軸にソース領域3を基準と
してドレイン方向(Y方向)への距離を、縦軸に電界の
強さをV/cmで表した。同図にはこの実施例2による素
子の他に前述の実施例1の素子の電界強度も示し、さら
に比較のため従来の接合ゲート構造のSIT 電界強度を半
導体基板濃度NCHが3×1014、2×1014、8×1013cm-3
の3種類で示した。従来の接合ゲート構造SIT の電界分
布は電界が0の場所に対応する真正ゲート部近傍で非常
に高く、ドレイン接合に近づくにしたがい急激に減少す
る傾向を示している。とくに、NCHが2×1014および3
×1014cm-3のばあいは、ドレイン接合近傍に中性領域が
存在する。これに対し本発明の遮蔽ゲート構造をもつ実
施例1および実施例2の素子の電界はゲート・ドレイン
間のほぼ全域にわたって均一であることがわかる。With this device, the electric field strength in the source / drain direction (Y direction) along the center line of the channel region 6 when V DS = 1 V and V GS = −3 V was measured, and the distribution was shown in FIG.
It was shown to. In the figure, the horizontal axis represents the distance in the drain direction (Y direction) with reference to the source region 3, and the vertical axis represents the intensity of the electric field in V / cm. In addition to the field strength of the device of Example 1 of the aforementioned device according to the second embodiment in FIG. Also shows, further semiconductor substrate concentration SIT field strength of a conventional junction gate structure for comparison N CH is 3 × 10 14 , 2 × 10 14 , 8 × 10 13 cm -3
3 types. The electric field distribution of the conventional junction gate structure SIT is very high in the vicinity of the genuine gate portion corresponding to the place where the electric field is 0, and tends to decrease rapidly as approaching the drain junction. In particular, N CH is 2 × 10 14 and 3
In the case of × 10 14 cm −3 , a neutral region exists near the drain junction. On the other hand, it can be seen that the electric fields of the devices of Examples 1 and 2 having the shielded gate structure of the present invention are uniform over almost the entire region between the gate and the drain.
【0037】実施例3 ゲート領域4間の距離2G以外の素子寸法、半導体材
料、不純物濃度などすべての条件を実施例1と同じにし
て、2Gの値が4.5 、6.5 、8.5 、10.5および12.5μm
の5種類の素子ならびに同じ5種類の2Gの値で実施例
2と同じ条件の素子を作製した。これらの素子でドレイ
ン電圧VDS=1V、バイアス電圧VGS=0Vのときのド
レイン電流の電流密度(A/cm2 )を図15に、電流ブロ
ッキングの程度を示すブロッキングゲインを図16に、そ
れぞれ2Gの間隔を横軸にとって示した。これらの図に
は同時に従来の接合ゲート構造の素子も同じ条件で作製
して電流密度およびブロッキングゲインのデータを示し
た。この結果、実施例1および2の素子はオン電流密度
が大きく改善されていること、およびゲート間隔に依存
せず任意にゲート間隔を選択しうることがわかる。また
従来の接合ゲート構造の素子のばあい、ゲート間隔の減
少によって急激に電流密度が低下し、同時にブロッキン
グゲインは増加している。これはゲート間隔の減少にと
もないゼロバイアスでの空乏層によってゲート間の伝導
チャネルがピンチオフし、その領域に電位障壁ができた
ことに起因する。本発明の遮蔽ゲート構造の導入によっ
てこのゲート間隔の変化に対するオン電流密度とブロッ
キングゲインとの間の相反する関係は解消できた。Embodiment 3 All the conditions other than the distance 2 G between the gate regions 4 such as device dimensions, semiconductor materials, and impurity concentrations were the same as those in Embodiment 1, and the values of 2G were 4.5, 6.5, 8.5, 10.5 and 12.5 μm.
With the five kinds of elements and the same five kinds of 2G values, elements under the same conditions as in Example 2 were produced. FIG. 15 shows the current density (A / cm 2 ) of the drain current when the drain voltage V DS = 1 V and the bias voltage V GS = 0 V, and FIG. 16 shows the blocking gain indicating the degree of current blocking. The 2G interval is shown on the horizontal axis. In these figures, the data of the current density and the blocking gain are shown at the same time when the device having the conventional junction gate structure is manufactured under the same conditions. As a result, it is understood that the devices of Examples 1 and 2 have greatly improved on-current density and that the gate interval can be arbitrarily selected without depending on the gate interval. In the case of a device having a conventional junction gate structure, the current density sharply decreases due to the decrease in the gate interval, and at the same time, the blocking gain increases. This is because the conduction channel between the gates is pinched off by the depletion layer at zero bias as the gate interval is reduced, and a potential barrier is formed in the region. By introducing the shield gate structure of the present invention, the conflicting relationship between the ON current density and the blocking gain with respect to the change in the gate interval can be eliminated.
【0038】実施例4 遮蔽領域5の不純物濃度NHY以外の素子寸法、半導体材
料、不純物濃度などすべての条件を実施例1(LHY=0.
54μm)および2(LHY=1μm)と同じにして、NHY
の濃度をそれぞれ変えた素子を作製し、VDS=1V、V
GS=0Vで動作させ、その濃度を横軸にとり、ドレイン
電流密度(A/cm2 )を縦軸にとって図17に示した。同
図には従来のpn接合ゲート構造の素子のデータもあわせ
て測定し比較している。ここで本発明の実施例と従来構
造の例でLGR、LSD、LG 、2Gは等しく設定してあ
る。この図より本発明によるLHY=0.54および1μmの
二つの実施例について、NHYの増加に対する電流密度変
化を実線で示し、従来の接合ゲート構造素子のばあいを
破線でNCHの変化に対して示してある。本発明のばあい
の電流密度は式(1) が成り立つNHYでその電流密度は飽
和している。これは式(1) が成り立つことにより空乏層
の横方向の幅が充分に減少したためである。一方従来の
接合ゲート構造素子のばあい、その電流密度はNCHの増
加に伴い増加している。これはこの増加によりゲートの
空乏層幅が狭まり、結果としてチャネルピンチオフの度
合いが緩和されたためである。Embodiment 4 All conditions such as device dimensions, semiconductor material, and impurity concentration other than the impurity concentration N HY of the shielding region 5 are set to the same conditions as those of the first embodiment (L HY = 0.
54 .mu.m) and 2 (in the L HY = 1 [mu] m) and the same, N HY
Were fabricated with different concentrations of V DS = 1 V and V DS
It was operated at GS = 0 V, the concentration was plotted on the horizontal axis, and the drain current density (A / cm 2 ) was plotted on the vertical axis in FIG. In the same figure, the data of the device having the conventional pn junction gate structure are also measured and compared. Here, L GR , L SD , L G , and 2G are set equal in the embodiment of the present invention and the example of the conventional structure. From this figure, for two embodiments of L HY = 0.54 and 1 μm according to the present invention, the change in current density with increasing N HY is shown by a solid line, and in the case of a conventional junction gate structure element, the change in N CH is shown by a broken line. Shown. In the case of the present invention, the current density is N HY where the equation (1) holds, and the current density is saturated. This is because the width of the depletion layer in the horizontal direction was sufficiently reduced by the expression (1). On the other hand if the conventional junction gate structure element, the current density is increased with increasing N CH. This is because the width of the depletion layer of the gate is reduced due to this increase, and as a result, the degree of channel pinch-off is reduced.
【0039】[0039]
【発明の効果】以上説明したように、本発明による遮蔽
ゲート構造をもつSIT によれば、ゼロバイアスでの空乏
層幅は遮蔽領域である薄いn層に制限されるため極端に
小さい。したがってゼロバイアスでのドレイン電流は充
分にえられ、またゲート間隔がかなり小さい領域でもオ
ン電流は一定に保持されてる。しかも、ゲートに逆バイ
アスが印加された電流ブロッキング状態では、空乏層は
ゲート間に充分に広がり、ゲート領域の間隔にかかわら
ず充分な電流制御を行なえ、素子の設計に制限を受ける
ことなく高特性のSIT をうることができる。As described above, in the SIT having the shielded gate structure according to the present invention, the width of the depletion layer at zero bias is extremely small because it is limited to the thin n-layer serving as the shield region. Therefore, the drain current at zero bias is sufficiently obtained, and the ON current is kept constant even in a region where the gate interval is considerably small. In addition, in the current blocking state in which a reverse bias is applied to the gate, the depletion layer spreads sufficiently between the gates, and sufficient current control can be performed irrespective of the interval between the gate regions. SIT can be obtained.
【0040】その結果本発明によれば、理想的な静電誘
導動作による三極管を達成することができ、電子機器の
発展に大いに寄与する。As a result, according to the present invention, a triode by an ideal electrostatic induction operation can be achieved, which greatly contributes to the development of electronic equipment.
【図1】本発明の一実施例である遮蔽ゲート型SIT の断
面説明図である。FIG. 1 is an explanatory sectional view of a shielded gate type SIT according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例である遮蔽ゲート型SIT の製
造工程の前半を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a first half of a manufacturing process of a shielded gate type SIT according to an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の一実施例である遮蔽ゲート型SIT の製
造工程の後半を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing the latter half of the manufacturing process of the shielded gate SIT according to one embodiment of the present invention.
【図4】超階段接合ダイオード内の電子濃度分布を示す
図である。FIG. 4 is a diagram showing an electron concentration distribution in a super-step junction diode.
【図5】本発明の一実施例である遮蔽ゲート型SIT のバ
イアス電圧VGS=0Vのばあいの動作原理を示す断面説
明図である。FIG. 5 is an explanatory sectional view showing an operation principle when a bias voltage V GS = 0 V of a shielded gate type SIT according to an embodiment of the present invention.
【図6】本発明の一実施例である遮蔽ゲート型SIT のV
GSが逆バイアスのばあいの動作原理を示す説明図であ
る。FIG. 6 shows a V of a shield gate type SIT according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an operation principle when GS is reverse biased.
【図7】空乏層幅WDEP と遮蔽領域の幅LHYとの関係を
示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a relationship between a depletion layer width W DEP and a width L HY of a shielding region.
【図8】遮蔽領域の不純物濃度NHYをパラメータとし
て、ゲート領域間の位置に対する電子濃度分布を示す図
である。FIG. 8 is a diagram showing an electron concentration distribution with respect to a position between gate regions, using an impurity concentration N HY of a shielding region as a parameter.
【図9】実施例1のばあいのゲート電圧に対するゲート
領域間の電子濃度分布を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an electron concentration distribution between gate regions with respect to a gate voltage in Example 1.
【図10】本発明の一実施例のドレイン出力特性を示す
図である。FIG. 10 is a diagram showing drain output characteristics of one example of the present invention.
【図11】本発明の一実施例のVGS=0Vのときのチャ
ネル領域平面に対する電子濃度分布を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an electron concentration distribution with respect to a channel region plane when V GS = 0 V according to one embodiment of the present invention.
【図12】本発明の一実施例のVGS= -3Vのときのチ
ャネル領域平面に対する電子濃度分布を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating an electron concentration distribution with respect to a channel region plane when V GS = −3 V according to one embodiment of the present invention.
【図13】実施例2のばあいのゲート電圧に対するゲー
ト領域間の電子濃度分布を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an electron concentration distribution between gate regions with respect to a gate voltage in Example 2.
【図14】ソース領域とドレイン領域間の電界強度分布
を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an electric field intensity distribution between a source region and a drain region.
【図15】ゲート領域間の距離に対するドレイン電流密
度を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a drain current density with respect to a distance between gate regions.
【図16】ゲート領域間の距離に対するブロッキングゲ
インを示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a blocking gain with respect to a distance between gate regions.
【図17】遮蔽領域の不純物濃度に対するドレイン電流
密度を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a drain current density with respect to an impurity concentration in a shielding region.
【図18】従来のSIT の構造を示す断面説明図である。FIG. 18 is an explanatory sectional view showing the structure of a conventional SIT.
1 半導体基板 2 ドレイン領域 3 ソース領域 4 ゲート領域 5 遮蔽領域 6 チャネル領域 Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 drain region 3 source region 4 gate region 5 shielding region 6 channel region
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢野 浩司 静岡県引佐郡引佐町井伊谷631の3 (72)発明者 木村 親夫 埼玉県上福岡市福岡二丁目1番1号 新 日本無線株式会社川越製作所内 (56)参考文献 特開 昭54−9586(JP,A) 特開 昭59−90963(JP,A) 特開 昭56−115572(JP,A) 特開 昭55−99772(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/80 H01L 29/812 H01L 21/338 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing the front page (72) Koji Yano, Inventor 631, Iita 63, Husa-cho, Husa-gun, Shizuoka Prefecture (72) Yasuo Kimura 2-1-1 Fukuoka, Fukuoka, Kamifukuoka-shi, Saitama (56) References JP-A-54-9586 (JP, A) JP-A-59-90963 (JP, A) JP-A-56-115572 (JP, A) JP-A-55-99772 (JP, A) (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/80 H01L 29/812 H01L 21/338
Claims (2)
導体基板と、該半導体基板に高不純物濃度の前記一導電
型で形成されたドレイン領域と、該ドレイン領域と対向
して前記半導体基板に高不純物濃度の前記一導電型で形
成され前記ドレイン領域とのあいだにチャネル領域を形
成するソース領域と、前記半導体基板の前記チャネル領
域の周辺に高不純物濃度の他の一導電型で形成され前記
チャネル領域の空乏層を調整するゲート領域とからなる
静電誘導トランジスタであって、前記ゲート領域の少な
くとも前記チャネル領域側に、前記半導体基板の不純物
濃度より高い不純物濃度の前記一導電型で形成された遮
蔽領域を有し、前記遮蔽領域の幅が拡散電位による空乏
層幅に等しくなるように、当該遮蔽領域の幅と遮蔽領域
の不純物濃度とを、次式 L HY =W DEP =[2e s /q・N HY ・V bi ] (ここでL HY は遮蔽領域の幅、W DEP は拡散電位による
空乏層幅、N HY は遮蔽領域の不純物濃度、e s は半導体
基板の誘電率、qは単位電荷量、V bi はゲート領域と遮
蔽領域の拡散電位を表わす。)により決定 することを特
徴とする遮蔽ゲート型静電誘導トランジスタ。1. A semiconductor substrate formed of one conductivity type having a low impurity concentration, a drain region formed of the one conductivity type having a high impurity concentration in the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate facing the drain region. A source region formed of the one conductivity type having a high impurity concentration and forming a channel region between the drain region and the drain region; and a source region formed of another conductivity type having a high impurity concentration around the channel region of the semiconductor substrate. A static induction transistor comprising a gate region for adjusting a depletion layer of the channel region, wherein the transistor is formed at least on the channel region side of the gate region with the one conductivity type having an impurity concentration higher than an impurity concentration of the semiconductor substrate. It has a shielding area that is, the width of the shielding region is depleted due to diffusion potential
The width of the shielding area and the shielding area so as to be equal to the layer width
The following equation L HY = W DEP = [2 e s / qN HY V bi ] (where L HY is the width of the shielding region and W DEP is the diffusion potential
Depletion layer width, N HY impurity concentration of the shielding region, e s is the semiconductor
The dielectric constant of the substrate, q is the unit charge, V bi is the gate region and
It represents the diffusion potential of the shielding area. A) a shielded gate static induction transistor characterized in that:
13cm-3以下である請求項1記載の遮蔽ゲート型静電誘導
トランジスタ。 2. The method according to claim 1, wherein the semiconductor substrate has an impurity concentration of 1 × 10
2. The shielded gate static induction transistor according to claim 1, which has a size of 13 cm -3 or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03116297A JP3076082B2 (en) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | Shielded gate type static induction transistor |
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| JP03116297A JP3076082B2 (en) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | Shielded gate type static induction transistor |
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|---|---|
| JPH04343478A JPH04343478A (en) | 1992-11-30 |
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| Country | Link |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010147405A (en) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Renesas Technology Corp | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
-
1991
- 1991-05-21 JP JP03116297A patent/JP3076082B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPH04343478A (en) | 1992-11-30 |
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