JP2003224282A - High voltage semiconductor element - Google Patents

High voltage semiconductor element

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JP2003224282A
JP2003224282A JP2003002319A JP2003002319A JP2003224282A JP 2003224282 A JP2003224282 A JP 2003224282A JP 2003002319 A JP2003002319 A JP 2003002319A JP 2003002319 A JP2003002319 A JP 2003002319A JP 2003224282 A JP2003224282 A JP 2003224282A
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semiconductor layer
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high breakdown
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孝 四戸
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high voltage semiconductor element which improves reverse recovery characteristics. <P>SOLUTION: The semiconductor element is provided with a first conductivity first semiconductor layer, a second conductivity second semiconductor layer which is selectively formed on a first principal plane of the first semiconductor layer, a first conductivity third semiconductor layer which is formed on a second principal plane of the first semiconductor layer, a first electrode arranged on the second conductivity second semiconductor layer, and a second electrode arranged on the first conductivity third semiconductor layer. The second semiconductor layer comprises a plurality of first regions whose impurity concentration is comparatively high, and a plurality of second regions enclosing the first regions, whose impurity concentration is comparatively low. The first electrode is arranged so as to face the first regions, at least being connected thereto. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高耐圧ダイオー
ド、IGBT、サイリスタなどの高耐圧半導体素子に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high breakdown voltage semiconductor device such as a high breakdown voltage diode, an IGBT and a thyristor.

【0002】[0002]

【従来の技術】図9は、従来の高耐圧素子の1つである
高耐圧ダイオード(第1の従来の高耐圧ダイオード)の
要部断面構造、ならびに同素子内の不純物濃度分布およ
びオン状態のキャリア濃度分布を示している。
2. Description of the Related Art FIG. 9 shows a cross-sectional structure of a main part of a high breakdown voltage diode (first conventional high breakdown voltage diode), which is one of conventional high breakdown voltage elements, and an impurity concentration distribution and an ON state in the element. The carrier concentration distribution is shown.

【0003】N- 型シリコンからなる高抵抗のN- 型ベ
ース層1の一方の面にはP+ 型アノード層2を介してア
ノード電極4が形成され、他方の面にはN+ 型カソード
層3を介してカソード電極5が形成されている。
An anode electrode 4 is formed on one surface of a high resistance N - type base layer 1 made of N - type silicon via a P + type anode layer 2 and an N + type cathode layer on the other side. Cathode electrode 5 is formed via 3.

【0004】阻止電圧4500V級の高耐圧ダイオード
の場合、各部の不純物濃度および寸法は、N 型ベー
ス層1は不純物濃度1.0×1013〜1.8×1013
cm3、厚み450〜900μm、P+ 型アノード層2
およびN+ 型カソード層3は表面濃度1×1019/cm
3 、厚み14〜70μmに設定される。
In the case of a high withstand voltage diode with a blocking voltage of 4500 V, the impurity concentration and size of each part are such that the impurity concentration of the N -- type base layer 1 is 1.0 × 10 13 to 1.8 × 10 13 /.
cm 3 , thickness 450 to 900 μm, P + type anode layer 2
And N + type cathode layer 3 has a surface concentration of 1 × 10 19 / cm
3 , the thickness is set to 14 to 70 μm.

【0005】このような高耐圧ダイオードにおいては、
100A/cm2 程度の電流でオン電圧約2.6Vが得
られる。高耐圧特性は接合終端部をベベル構造とするこ
とで達成されている。
In such a high breakdown voltage diode,
An on-voltage of about 2.6 V can be obtained with a current of about 100 A / cm 2 . High withstand voltage characteristics are achieved by using a bevel structure at the junction termination.

【0006】この種の構造の高耐圧ダイオードでは、高
注入状態においてN 型ベース層1内には多量のキャ
リアが蓄積している。そのキャリア分布は図9に示す通
りである。特に電子注入および正孔注入があるN+ 型カ
ソード層3およびP+ 型アノード層2の近傍で高いキャ
リア濃度を示す。
In the high breakdown voltage diode of this type of structure, a large amount of carriers are accumulated in the N -- type base layer 1 in the high injection state. The carrier distribution is as shown in FIG. In particular, a high carrier concentration is shown in the vicinity of the N + type cathode layer 3 and the P + type anode layer 2 where electrons and holes are injected.

【0007】このように多量のキャリアが蓄積している
結果、逆バイアスを印加したオフ時には大きい逆回復電
流が流れる。例えば、上述した素子パラメータの場合、
逆方向印加電圧1000V、電流変化率di/dt=−
200A/μs・cm2 でオフした時に、100A/c
2 程度の大きな逆回復電流が流れる。したがって、こ
の逆回復電流により大きい電力を消費し、発熱を生じ
る。これは、高速スイッチングを妨げる原因となる。
As a result of accumulating a large amount of carriers in this way, a large reverse recovery current flows at the time of OFF when a reverse bias is applied. For example, in the case of the element parameters described above,
Reverse direction applied voltage 1000V, current change rate di / dt =-
100 A / c when turned off at 200 A / μs · cm 2.
A large reverse recovery current of about m 2 flows. Therefore, this reverse recovery current consumes more power and generates heat. This becomes a cause of hindering high-speed switching.

【0008】高耐圧ダイオードの逆回復特性を改善する
方法として、P+ 型アノード層2の表面不純物濃度を下
げ、その厚みを薄くすることが有効である(例えば、非
特許文献1参照。)。
As a method of improving the reverse recovery characteristic of the high breakdown voltage diode, it is effective to reduce the surface impurity concentration of the P + -type anode layer 2 and reduce its thickness (for example, see Non-Patent Document 1).

【0009】これは、P+ 型アノード層2側の正孔注入
効率を下げることによって、逆回復時の初期に空乏層が
広がる接合付近のキャリアをオン状態で少なくしておく
ことができるためといわれる。
This is because by lowering the hole injection efficiency on the P + -type anode layer 2 side, carriers near the junction where the depletion layer spreads can be reduced in the on state in the initial stage of reverse recovery. Be seen.

【0010】しかしながら、P+ 型アノード層2の表面
濃度を下げることは、アノード電極4とのオーミックコ
ンタクトを十分に低くすることを困難にし、オン特性を
悪化させることになる。電力用として必要な良好なオー
ミックコンタクトをとるためには、P+ 型アノード層2
の表面濃度を1×1019/cm3 程度にすることが必要
である。
However, lowering the surface concentration of the P + -type anode layer 2 makes it difficult to sufficiently lower the ohmic contact with the anode electrode 4 and deteriorates the ON characteristics. In order to obtain a good ohmic contact required for electric power, the P + type anode layer 2
It is necessary to make the surface concentration of 1 × 10 19 / cm 3 approximately.

【0011】また、P+ 型アノード層2の濃度を低くし
てしかも厚みを薄くすると、逆バイアス印加時にP+
アノード層2内に伸びる空乏層がアノード電極4にまで
達する状態になり、十分な高耐圧特性が得られなくな
る。
Further, if the concentration of the P + -type anode layer 2 is made low and the thickness thereof is made thin, the depletion layer extending into the P + -type anode layer 2 reaches the anode electrode 4 when a reverse bias is applied. Such a high withstand voltage characteristic cannot be obtained.

【0012】このような第1の従来の高耐圧ダイオード
の持つ問題を解決するために、他の高耐圧ダイオード
(第2の従来の高耐圧ダイオード)が提案された。図1
0(a)(b)は、第2の従来の高耐圧ダイオードのア
ノード側平面図とそのA−A´断面図である。
In order to solve the problem of the first conventional high breakdown voltage diode, another high breakdown voltage diode (second conventional high breakdown voltage diode) has been proposed. Figure 1
0 (a) and (b) are a plan view of the second conventional high breakdown voltage diode on the anode side and a sectional view taken along the line AA '.

【0013】高抵抗のN 型ベース層1の一方の面に
は選択的に高濃度のP型のアノード層(エミッタ層)が
拡散形成されている。アノード層は、N 型ベース層
1に拡散形成されたP+ 型アノード層(P+ エミッタ
層)本体であるP+ 型層21 と、その表面部に拡散形成
されたより高濃度のP++型層22 により構成されてい
る。
A high-concentration P-type anode layer (emitter layer) is selectively formed on one surface of the high-resistance N -- type base layer 1 by diffusion. Anode layer, N - type base layer P + -type anode layer is formed by diffusion on 1 and P + -type layer 2 1 a (P + emitter layer) body, the higher concentration is formed by diffusion on the surface portion P + It is constituted by the + type layer 2 2 .

【0014】また、P++型層22 の中には、図10
(a)に示すように。ストライプパターンを持った複数
本の高濃度のN++型層6が拡散形成されている。そし
て、P++型層22およびN++型層6に同時にコンタクト
するようにアノード電極4が形成されている。
Further, in the P ++ type layer 2 2 , FIG.
As shown in (a). A plurality of high-concentration N ++ type layers 6 having a stripe pattern are diffused and formed. The anode electrode 4 is formed so as to contact at the same time P ++ type layer 2 2, and N ++ type layer 6.

【0015】P++型層22は、アノード電極4がアノー
ド層に対して低抵抗のオーミックコンタクトを取るため
のコンタクト層である。また、N++型層6は、アノード
層2からN 型ベース層1への正孔注入の面積を減少
させ、電子を排出するための電流ブロッキング層であ
る。したがって、P++型層22とN++型層6は、低抵抗
接触と正孔注入量の兼ね合いで所定の面積比をもって互
いに分散した状態で形成される。
The P ++ type layer 2 2 is a contact layer for the anode electrode 4 to make a low resistance ohmic contact with the anode layer. The N ++ type layer 6 is a current blocking layer for reducing the area of hole injection from the anode layer 2 to the N type base layer 1 and discharging electrons. Therefore, the P ++ type layer 2 2 and the N ++ type layer 6 are formed in a state of being dispersed with each other with a predetermined area ratio in consideration of the low resistance contact and the hole injection amount.

【0016】一方、N 型ベース層1の他方の面に
は、高濃度のN+ 型カソード層3が全面に形成され、こ
れにカソード電極5が形成されている。N- 型ベース層
1のアノード側に露出する面は、酸化膜7で覆われてい
る。
On the other hand, a high-concentration N + type cathode layer 3 is formed on the entire other surface of the N type base layer 1, and a cathode electrode 5 is formed on this. The surface of the N type base layer 1 exposed on the anode side is covered with an oxide film 7.

【0017】より具体的な各部の不純物濃度および形状
の例を説明する。図11は、この第2の従来例のダイオ
ードのアノード側のP++型層22 とこれに隣接するN++
型層6からなる基本構成部分の断面と、そのA−A´断
面、B−B´断面の不純物濃度分布を示している。
A more specific example of the impurity concentration and shape of each part will be described. FIG. 11 shows the P ++ type layer 2 2 on the anode side of the diode of the second conventional example and the N ++ adjacent to the P ++ type layer 2 2.
The cross-section of the basic component part which consists of the type | mold layer 6, and the impurity concentration distribution of the AA 'cross section and its BB' cross section are shown.

【0018】N 型ベース層1は厚さ450μm、不
純物濃度1×1013/cm3 であり、P+ 型層21 は拡
散深さ1.5μm、表面濃度1×1017/cm3 であ
り、P ++型層22 は拡散深さ0.3μm、表面濃度1×
1019/cm3 であり、N++型層6は拡散深さ0.4μ
m、表面濃度1×1020/cm3 であり、N+ 型カソー
ド層3は拡散深さ15μm、表面濃度1×1019/cm
3 である。
N The mold base layer 1 has a thickness of 450 μm
Pure substance concentration 1 × 1013/ Cm3 And P+ Mold layer 21 Is
Dispersion depth 1.5 μm, surface concentration 1 × 1017/ Cm3 And
R, P ++Mold layer 22Has a diffusion depth of 0.3 μm and surface concentration of 1 ×
1019/ Cm3 And N++The mold layer 6 has a diffusion depth of 0.4 μ.
m, surface density 1 × 1020/ Cm3 And N+ Type caustic
The diffusion layer 3 has a diffusion depth of 15 μm and a surface concentration of 1 × 1019/ Cm
3 Is.

【0019】P+ 型層21 のN++型層6下の部分のシー
ト抵抗ρは、 500Ω/□<ρ<20000Ω/□ の範囲に設定することが望ましい。
The sheet resistance ρ of the portion of the P + type layer 2 1 below the N ++ type layer 6 is preferably set in the range of 500Ω / □ <ρ <20000Ω / □.

【0020】交互にストライプ状に配列されるN++型層
6の幅d1 と、P++型層22 の幅d 2 とは、d1 ≦d2
に設定されるが、この従来例ではd1 =d2 である。ま
た、逆回復時の電流集中を考慮して、d1 <15μmに
設定することが望ましい。これにより、破壊耐量の向上
が図られる。
N arranged alternately in stripes++Mold layer
Width of 61And P++Mold layer 22 Width d 2 And d1 ≤d2 
However, in this conventional example, d is set.1 = D2 Is. Well
Also, considering the current concentration during reverse recovery, d1 <15 μm
It is desirable to set. This improves the breakage resistance
Is planned.

【0021】図11には、以上のような不純物濃度分布
および形状寸法に設定した高耐圧ダイオードのオン状態
(高注入状態)でのN 型ベース層1内でのキャリア
濃度分布が、第1の従来の高耐圧ダイオードのそれ(破
線)と共に示されている。
FIG. 11 shows the carrier concentration distribution in the N -- type base layer 1 in the ON state (high injection state) of the high breakdown voltage diode having the above-mentioned impurity concentration distribution and shape dimension. It is shown together with that (dashed line) of the conventional high withstand voltage diode.

【0022】この第2の従来の高耐圧ダイオードによれ
ば、アノード層が、従来に比べると低濃度のP+ 型層2
1 を主体とし、かつアノード層からの正孔注入を抑制す
るブロッキング層としてN++型層6を設けたことによっ
て、図11に示すように高注入状態においては、N
型ベース層1内でのキャリア濃度分布が、カソード側で
1×1017/cm3 であるのに対して、アノード側では
これより一桁以上少ない1×1015/cm3 程度にな
る。このようにN 型ベース層1内でのアノード側で
のキャリア濃度が少なくなる結果、逆回復特性が改善さ
れる。
According to the second conventional high breakdown voltage diode, the anode layer has a lower concentration of the P + type layer 2 than the conventional one.
By providing the N ++ type layer 6 mainly as 1 and as a blocking layer for suppressing the hole injection from the anode layer, N in the high injection state as shown in FIG.
The carrier concentration distribution in the mold base layer 1 is 1 × 10 17 / cm 3 on the cathode side, while it is about 1 × 10 15 / cm 3 on the anode side, which is one digit less than this. As described above, the carrier concentration on the anode side in the N type base layer 1 is reduced, and as a result, the reverse recovery characteristic is improved.

【0023】図12は、この第2の従来の高耐圧ダイオ
ードの逆回復特性を第1の従来の高耐圧ダイオードと比
較して示している。これは電流密度100A/cm2
(オン電圧2.6V)で、印加電圧1000V、di/
dt=−200A/μs・cm 2 での波形である。図1
2から、第2の従来の高耐圧ダイオードによれば、逆回
復電流を小さく保つことができ、逆回復特性を改善でき
ることが分かる。
FIG. 12 shows the second conventional high withstand voltage diode.
The reverse recovery characteristics of the diode compared to the first conventional high voltage diode.
It shows in comparison. This is a current density of 100 A / cm2 
(ON voltage 2.6V), applied voltage 1000V, di /
dt = -200 A / μs · cm 2 Is the waveform at. Figure 1
According to the second conventional high breakdown voltage diode,
The recovery current can be kept small and the reverse recovery characteristics can be improved.
I understand that.

【0024】ところで、アノード層内に注入ブロッキン
グ層としてN++型層6を形成したことにより、逆回復時
に寄生トランジスタ効果が生じる可能性がある。これ
は、図13に示すように、逆回復電流がアノード層のP
+ 型層21 内を横方向に流れて、P+ 型層21 とN++
層6とから成る接合がビルトイン電圧(0.5V)以上
の順方向バイアスとなることにより発生する。したがっ
て、これを抑制することが必要である。
By forming the N ++ type layer 6 as an injection blocking layer in the anode layer, a parasitic transistor effect may occur during reverse recovery. As shown in FIG. 13, this is because the reverse recovery current is P in the anode layer.
+ Flow type layer 2 1 in the transverse direction, generated by joining consisting P + -type layer 2 1 and N ++ type layer 6 which is built-in voltage (0.5V) or more forward biased. Therefore, it is necessary to suppress this.

【0025】N++型層6直下のP+ 型層21 中の横方向
電圧降下VR の値は、N++型層6直下のP+ 型層21
シート抵抗ρp+と、そこを流れる電流密度iと、N++
層6の幅d1 を用いて、 VR =ρp+(i/2)(d1 2 /4) と表すことができる。この電圧VR がビルトイン電圧
(0.5V)よりも小さければ、N++++
寄生トランジスタが動作することはなく、スイッチング
損失が低減される。
The value of the transverse voltage drop VR of the P + -type layer 2 in 1 just below the N ++ type layer 6, and the sheet resistance of the P + -type layer 2 1 just below the N ++ type layer 6 [rho p +, there and the current density i flowing, with a width d 1 of the N ++ type layer 6 can be expressed as VR = ρ p + (i / 2) (d 1 2/4). If this voltage VR is smaller than the built-in voltage (0.5V), the N ++ P + N - N + parasitic transistor does not operate and the switching loss is reduced.

【0026】寄生トランジスタの動作を防止するための
条件を、N++型層6およびP++型層22 の分散配置のあ
らゆる場合を想定してより一般化して説明すれば、次の
ようになる。
The conditions for preventing the operation of the parasitic transistor will be more generalized and explained assuming all cases of the distributed arrangement of the N ++ type layer 6 and the P ++ type layer 2 2. become.

【0027】素子に流れる電流の密度をi〔A/cm
2 〕、N++型層6直下のP+ 型層21のシート抵抗ρp+
(Ω/□)、N++型層6の領域の点の集合をA(a)、
++型層6の領域とP++型層22 の領域との境界上の点
の集合をB(b)とする。
The density of the current flowing through the device is i [A / cm
2 ], sheet resistance ρ p + of the P + type layer 2 1 immediately below the N ++ type layer 6
(Ω / □), the set of points in the region of the N ++ type layer 6 is A (a),
Let B (b) be the set of points on the boundary between the region of the N ++ type layer 6 and the region of the P ++ type layer 2 2 .

【0028】このとき、任意の点aからbまでの距離を
dabとして、 D=max.(min dab) を満たす距離D[cm]、およびN++型層6とP+ 型層
1 と間の接合電圧Vj[V]としたとき、 Vj>ρp+(i/2)D2 を満たせばよい。
At this time, assuming that the distance from arbitrary point a to b is dab, D = max. Assuming that the distance D [cm] that satisfies (min dab) and the junction voltage Vj [V] between the N ++ type layer 6 and the P + type layer 2 1 are Vj> ρ p + (i / 2) D 2 Should be satisfied.

【0029】図14は、以上の寄生トランジスタが動作
する条件をシート抵抗ρp+とN++型層6の幅d1 との関
係で示したものである。アノード層のP+ 型層21 のシ
ート抵抗が20000Ω/□の場合で、電流密度(電流
集中がある場合にはその最大電流値と同じ)が100A
/cm2 であるとき、d1 =15μmで、Vj=0.5
Vとなる。
FIG. 14 shows the conditions under which the above-mentioned parasitic transistor operates by the relationship between the sheet resistance ρ p + and the width d 1 of the N ++ type layer 6. When the sheet resistance of the P + type layer 2 1 of the anode layer is 20000 Ω / □, the current density (the same as the maximum current value when current concentration occurs) is 100 A.
/ Cm 2 , d 1 = 15 μm, Vj = 0.5
It becomes V.

【0030】このことから、d1 <15μmとすること
が寄生トランジスタ効果を抑制するために必要である。
電流密度が200A/cm2 のときは、d1 <7.5μ
m、さらに電流密度が500A/cm2 のときは、d1
<3μmとする。
From this, it is necessary that d 1 <15 μm in order to suppress the parasitic transistor effect.
When the current density is 200 A / cm 2 , d 1 <7.5 μ
m, and when the current density is 500 A / cm 2 , d 1
<3 μm.

【0031】また、素子面積が小さく、電流集中が少な
いときは、d1 を比較的大きく選ぶことができる。一
方、素子面積が大きく、電流集中がある場合には、d1
は小さく、例えば、3μm以下に選ぶことが望ましい。
Further, when the element area is small and the current concentration is small, d 1 can be selected relatively large. On the other hand, when the element area is large and current is concentrated, d 1
Is small, and it is desirable to select, for example, 3 μm or less.

【0032】このように改善された第2の従来の高耐圧
ダイオードにおいては、寄生トランジスタ効果を抑制す
るために、d1 を3μm以下と非常に小さな値に設定せ
ざるを得なかった。
In the second conventional high breakdown voltage diode thus improved, d 1 had to be set to a very small value of 3 μm or less in order to suppress the parasitic transistor effect.

【0033】そのため、キャリアの蓄積量はP++型層2
2 の直下においても、N++型層6の直下よりわずかに多
い程度にとどまり、電流密度が高くなると大きなオン電
圧が発生するという問題があった。
Therefore, the accumulated amount of carriers is P ++ type layer 2
Even just below 2 , there was a problem that the amount was slightly higher than immediately below the N ++ type layer 6 and a large ON voltage was generated when the current density became high.

【0034】したがって、第2の従来の高耐圧ダイオー
ドでは、オン特性の改善(例えば、オン電圧の低減)と
逆回復特性の改善(例えば、逆回復電流の低減)の両立
が困難であった。
Therefore, in the second conventional high breakdown voltage diode, it is difficult to improve both the ON characteristics (for example, reduction of ON voltage) and the reverse recovery characteristics (for example, reduction of reverse recovery current).

【0035】また、図12に示したように、第1の従来
の高耐圧ダイオードと同じオン電圧に設定しようとする
と、キャリアライフタイムを大きくせざるを得ないの
で、逆回復の際に逆回復電流は小さいもの、テイル電流
が長い間流れて大きな電力損失を発生する問題があっ
た。
Further, as shown in FIG. 12, when it is attempted to set the same ON voltage as that of the first conventional high breakdown voltage diode, the carrier lifetime must be increased, so that reverse recovery is performed at the time of reverse recovery. Although the current is small, there is a problem that the tail current flows for a long time to cause a large power loss.

【0036】図15は、第1の従来の高耐圧ダイオード
を改良した第3の従来の高耐圧ダイオードの基本構成部
分の断面と、そのA−A´断面、B−B´断面の不純物
濃度分布を示している。
FIG. 15 shows a cross section of a basic constituent portion of a third conventional high breakdown voltage diode which is an improvement of the first conventional high breakdown voltage diode, and an impurity concentration distribution in the AA 'cross section and the BB' cross section. Is shown.

【0037】この第3の従来の高耐圧ダイオードでは、
第2の従来の高耐圧ダイオードでN ++型層6を形成した
部分に、表面不純物濃度を下げ、その厚みを薄くしたP
型アノード層23 が拡散形成されている。
In the third conventional high breakdown voltage diode,
The second conventional high voltage diode is N ++Formed mold layer 6
In the part, the surface impurity concentration was lowered and the thickness was thinned.
Type anode layer 23 Are diffused.

【0038】具体的には、P+ 型アノード層21 は拡散
深さ5μm、表面濃度4×1018/cm3 であり、P
型アノード層23 は拡散深さ1μm、表面濃度5×1
15/cm3 である。また、P 型アノード層23
シート抵抗ρは、500Ω/□<ρ<20000Ω/□
の範囲に設定することが望ましい。
Specifically, the P + type anode layer 2 1 has a diffusion depth of 5 μm and a surface concentration of 4 × 10 18 / cm 3 , and P
Type anode layer 2 3 has a diffusion depth of 1 μm and a surface concentration of 5 × 1
It is 0 15 / cm 3 . Also, P - sheet resistance [rho -type anode layer 2 3, 500Ω / □ <ρ <20000Ω / □
It is desirable to set within the range.

【0039】交互にストライプ状に配列されるP
アノード層23 の幅d1 と、P+ 型アノード層21 の幅
2 とはd1 ≦d2 に設定されるが、具体的にこの第3
の従来の高耐圧ダイオードではd1 =d2 である。
[0039] P is arranged in stripes alternately - with the width d 1 of the type anode layer 2 3, but the width d 2 of the P + -type anode layer 2 1 is set to d 1 ≦ d 2, specifically This third
In the conventional high breakdown voltage diode of, d 1 = d 2 .

【0040】図15には、以上のような不純物濃度分布
および形状寸法に設定した高耐圧ダイオードのオン状態
(高注入状態)でのA−A´断面、B−B´断面に沿っ
たN - 型ベース層1内でのキャリア濃度分布も示されて
いる。この第3の従来の高耐圧ダイオードにおいても、
アノード側でのキャリア濃度が少なくなっているので、
逆回復特性が改善される。
FIG. 15 shows the impurity concentration distribution as described above.
ON state of high breakdown voltage diode set to
Along the AA 'section and the BB' section in the (high injection state)
Was N - The carrier concentration distribution in the mold base layer 1 is also shown.
There is. Also in this third conventional high withstand voltage diode,
Since the carrier concentration on the anode side is low,
Reverse recovery characteristics are improved.

【0041】ところで、P 型アノード層23 の幅d1
を大きくすると、第1の従来の高耐圧ダイオードで、
型アノード層2の表面濃度を下げた場合と同様
に、P 型アノード層23 内部に空乏層が大きく広が
り、逆バイアス印加時にリーク電流が大きくなる。
By the way, P Type anode layer 23 Width d1
 If is increased, the first conventional high voltage diode,
P Same as when the surface concentration of the anode layer 2 is lowered
To P  Type anode layer 23 There is a large depletion layer inside
Therefore, the leak current increases when the reverse bias is applied.

【0042】図16は、逆方向印加電圧とリーク電流電
流との関係をd1 をパラメータとして示したものであ
る。d1 が小さな場合には、P+ 型アノード層21 から
広がる空乏層によりP 型アノード層23 がシールド
されるので、リーク電流は小さくなる。しかし、d1
3μmになるとシールド効果が薄れリーク電流が増大し
てしまう。
FIG. 16 shows the relationship between the reverse applied voltage and the leakage current current with d 1 as a parameter. When d 1 is small, the depletion layer spreading from the P + -type anode layer 2 1 shields the P -type anode layer 2 3 , so that the leak current becomes small. However, d 1 =
When the thickness is 3 μm, the shield effect is weakened and the leak current increases.

【0043】このように第3の従来の高耐圧ダイオード
においても、逆バイアス印加時のリーク電流を減らすた
めに、d1 を3μm以下と非常に小さな値に設定せざる
を得なかった。
As described above, also in the third conventional high breakdown voltage diode, in order to reduce the leak current when the reverse bias is applied, it is unavoidable to set d 1 to a very small value of 3 μm or less.

【0044】しかしながら、d1 を小さくすると、第1
の従来例と同様なキャリアプロファイルとなり、逆回復
特性が改善されないという問題が生じる。したがって、
第3の従来の高耐圧ダイオードでも、オン特性の改善と
逆回復特性の改善の両立が困難であった。
However, if d 1 is reduced, the first
The carrier profile is similar to that of the conventional example, and the problem that the reverse recovery characteristic is not improved occurs. Therefore,
Even in the third conventional high withstand voltage diode, it was difficult to achieve both improvement of the ON characteristic and improvement of the reverse recovery characteristic.

【0045】図17は、第1の従来の高耐圧ダイオード
を改良した第4の従来の高耐圧ダイオードの基本構成部
分の断面と、そのA−A´,B−B´断面の不純物濃度
分布とオン状態でのキャリア濃度分布を示している。
FIG. 17 shows a cross section of a basic constituent portion of a fourth conventional high withstand voltage diode which is an improvement of the first conventional high withstand voltage diode, and an impurity concentration distribution in the AA ', BB' cross section thereof. The carrier concentration distribution in the ON state is shown.

【0046】この第4の従来の高耐圧ダイオードでは、
第2の従来の高耐圧ダイオードでN ++型層6を形成した
部分に、拡散層を形成せずにショットキーコンタクト8
を形成して電子電流だけが流れるようにしている。
In the fourth conventional high breakdown voltage diode,
The second conventional high voltage diode is N ++Formed mold layer 6
Schottky contact 8 without forming a diffusion layer
Are formed so that only the electron current flows.

【0047】この第4の従来の高耐圧ダイオードにおい
ても、アノード側でのキャリア濃度が少なくなっている
ので逆回復特性が改善されるが、第3の従来の高耐圧ダ
イオードと同様に、d1 を大きくすると、逆バイアス印
加時にリーク電流が増大するという問題がある。
In the fourth conventional high withstand voltage diode as well, the reverse recovery characteristic is improved because the carrier concentration on the anode side is small, but like the third conventional high withstand voltage diode, d 1 There is a problem in that the leakage current increases when the reverse bias is applied when the value is increased.

【0048】しかしながら、d1 を小さくすると、この
場合も、第2の従来の高耐圧ダイオードの場合と同様
に、A−A´断面のキャリア蓄積量はB−B´断面より
わずから多い程度にとどまるため、電流密度が高くなる
と、大きなオン電圧が発生するという問題が生じる。し
たがって、第4の従来の高耐圧ダイオードでも、オン特
性の改善と逆回復特性の改善の両立が困難であった。
However, if d 1 is made small, in this case as well, as in the case of the second conventional high breakdown voltage diode, the carrier accumulation amount in the AA ′ section is slightly larger than that in the BB ′ section. Therefore, when the current density increases, a problem that a large ON voltage is generated occurs. Therefore, even with the fourth conventional high withstand voltage diode, it is difficult to achieve both improvement of the ON characteristic and improvement of the reverse recovery characteristic.

【0049】また、これら第3、第4の従来の高耐圧ダ
イオードにおいても、第1の従来の高耐圧ダイオードと
同じオン電圧に設定しようとすると、第2の従来の高耐
圧ダイオードの場合と同様に、キャリアライフタイムを
大きくせざるを得ないので、逆回復の際に逆回復電流は
小さいもの、テイル電流が長い間流れて大きな電力損失
を発生する問題が生じる。
Also, in these third and fourth conventional high withstand voltage diodes, if it is attempted to set the same ON voltage as that of the first conventional high withstand voltage diode, the same as in the case of the second conventional high withstand voltage diode. In addition, since the carrier lifetime must be increased, the reverse recovery current is small at the time of reverse recovery, but there is a problem that the tail current flows for a long time and a large power loss occurs.

【0050】図68は、従来の他の高耐圧ダイオードの
素子構造を示す断面図である。
FIG. 68 is a sectional view showing the element structure of another conventional high breakdown voltage diode.

【0051】図中、41は高抵抗のN 型基板を示し
ており、N 型基板41の表面にはP型エミッタ層4
2が形成され、このP型エミッタ層42の表面にはアノ
ード電極49が設けられたP+ 型コンタクト層45が形
成されている。一方、N 型基板41の裏面にはカソ
ード電極50が設けられたN+ 型エミッタ層43が形成
されている。
In the figure, reference numeral 41 indicates a high resistance N type substrate, and the P type emitter layer 4 is formed on the surface of the N type substrate 41.
2 is formed, and a P + -type contact layer 45 provided with an anode electrode 49 is formed on the surface of the P-type emitter layer 42. On the other hand, on the back surface of the N type substrate 41, an N + type emitter layer 43 provided with a cathode electrode 50 is formed.

【0052】さらに、高耐圧特性を持たせるために、N
型基板41の表面にはP−−型リサーフ層46がP
型エミッタ層42に接して形成されている。また、P
−−型リサーフ層46の外側にはN+ 型ストッパー層4
7が設けられ、このN+ 型ストッパー層47にはストッ
パ電極51が設けられている。なお、図中、48は絶縁
膜を示している。
Further, in order to have a high breakdown voltage characteristic, N
A P - type RESURF layer 46 is formed on the surface of the −-type substrate 41.
It is formed in contact with the mold emitter layer 42. Also, P
The N + type stopper layer 4 is provided outside the --- type RESURF layer 46.
7 is provided, and a stopper electrode 51 is provided on the N + -type stopper layer 47. In the figure, reference numeral 48 indicates an insulating film.

【0053】しかしながら、このような従来の高耐圧ダ
イオードには以下のような問題がある。すなわち、順方
向通電状態において、急激に逆電圧を印加して阻止状態
に回復させようとすると、空乏層が広がる際に最も高電
界となるP型エミッタ層42の端部のD点付近に素子周
辺部に存在していた残留キャリアが集中する。これによ
り、局所的にアバランシェ電流が流れて素子が破壊され
るなどの問題がある。
However, such a conventional high breakdown voltage diode has the following problems. That is, when a reverse voltage is suddenly applied to restore the blocking state in the forward conduction state, the element is near the point D at the end of the P-type emitter layer 42 where the depletion layer has the highest electric field when the depletion layer expands. The residual carriers existing in the peripheral area are concentrated. As a result, there is a problem that an avalanche current locally flows and the element is destroyed.

【0054】[0054]

【非特許文献1】M. Naito et al.,“High Current Cha
racteristics of Asymmetrical P-i-N Diodes Having L
ow Forward Voltage Drops”, IEEE TRANSACTIONS OF E
LECTRONDEVICES. VOL. 23, NO. 8 pp. 945-949, 1976.
[Non-Patent Document 1] M. Naito et al., “High Current Cha.
racteristics of Asymmetrical PiN Diodes Having L
ow Forward Voltage Drops ”, IEEE TRANSACTIONS OF E
LECTRONDEVICES. VOL. 23, NO. 8 pp. 945-949, 1976.

【0055】[0055]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く従来の高耐
圧ダイオードでは、高抵抗のN 型ベース層でのキャ
リア蓄積に起因してオフ時に大きな逆回復電流が流れ、
逆回復特性が劣化するという問題があった。そこで、こ
のような問題を解決するべく、種々の高耐圧ダイオード
が提案され、それなりの効果も期待できたが、いずれの
高耐圧ダイオードも逆回復特性およびオン特性の改善の
両立は困難であるという問題があった。
As described above, in the conventional high breakdown voltage diode, a large reverse recovery current flows at the time of off due to carrier accumulation in the high resistance N -- type base layer,
There is a problem that the reverse recovery characteristic is deteriorated. Therefore, in order to solve such a problem, various high breakdown voltage diodes have been proposed, and some effects could be expected, but it is difficult for any of the high breakdown voltage diodes to improve the reverse recovery characteristics and the ON characteristics at the same time. There was a problem.

【0056】また、従来の高耐圧ダイオードは、逆回復
時に素子周辺部に存在していた残留キャリアが、P型エ
ミッタ層の端部付近に集中し、局所的にアバランシェ電
流が流れて素子が破壊されるという問題があった。
Further, in the conventional high breakdown voltage diode, residual carriers existing in the peripheral portion of the element at the time of reverse recovery are concentrated near the end portion of the P-type emitter layer, and an avalanche current locally flows to destroy the element. There was a problem of being done.

【0057】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、オフ時の素子周辺部の残留キャリアによる破壊を回
避できる高耐圧半導体素子を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to provide a high breakdown voltage semiconductor element capable of avoiding destruction due to residual carriers in the peripheral portion of the element when it is off.

【0058】[0058]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る高耐圧素子の第1は、第1と第2の主
面を有する第1導電型の第1の半導体層と、前記第1の
半導体層の前記第1の主面に選択的に形成された第2導
電型の第2の半導体層と、前記第1の半導体層の前記第
2の主面に形成された第1導電型の第3の半導体層と、
前記第2導電型の第2の半導体層上に設けられた第1の
電極と、前記第1導電型の第3の半導体層上に設けられ
た第2の電極とを具備し、前記第2の半導体層は不純物
濃度が比較的高い複数の第1の領域と、この第1の領域
を取り囲み不純物濃度が比較的低い複数の第2の領域と
を含み、前記第1の電極は前記第1の領域に対応して設
けられ少なくとも前記第1の領域に接続されていること
を特徴とする。
In order to achieve the above object, the first of the high withstand voltage elements according to the present invention is a first conductivity type first semiconductor layer having first and second main surfaces. A second conductive type second semiconductor layer selectively formed on the first main surface of the first semiconductor layer, and formed on the second main surface of the first semiconductor layer. A third semiconductor layer of a first conductivity type;
A first electrode provided on the second semiconductor layer of the second conductivity type and a second electrode provided on the third semiconductor layer of the first conductivity type; The semiconductor layer includes a plurality of first regions having a relatively high impurity concentration and a plurality of second regions surrounding the first region and having a relatively low impurity concentration, and the first electrode is the first electrode. And is connected to at least the first region.

【0059】また、本発明に係る高耐圧素子の第2は、
第1と第2の主面を有する第1導電型の第1の半導体層
と、前記第1の半導体層の前記第1の主面に選択的に形
成された第2導電型の第2の半導体層と、前記第1の半
導体層の前記第2の主面に形成された第1導電型の第3
の半導体層と、前記第2導電型の第2の半導体層上に設
けられた第1の電極と、前記第1導電型の第3の半導体
層上に設けられた第2の電極とを具備し、前記第2の半
導体層は不純物濃度が比較的高い複数の第1の領域と、
この第1の領域を夫々取り囲み互いに離間した不純物濃
度が比較的低い複数の第2の領域とを含み、前記第1の
電極は前記第1の領域に対応して設けられ少なくとも前
記第1の領域に接続されていることを特徴とする。
The second high withstand voltage element according to the present invention is:
A first semiconductor layer of a first conductivity type having first and second main surfaces, and a second semiconductor layer of a second conductivity type selectively formed on the first main surface of the first semiconductor layer. A semiconductor layer and a first conductivity type third formed on the second main surface of the first semiconductor layer.
Semiconductor layer, a first electrode provided on the second conductive type second semiconductor layer, and a second electrode provided on the first conductive type third semiconductor layer. And the second semiconductor layer includes a plurality of first regions having a relatively high impurity concentration,
A plurality of second regions each of which surrounds the first region and is spaced apart from each other and has a relatively low impurity concentration, wherein the first electrode is provided corresponding to the first region, and at least the first region is provided. It is connected to.

【0060】また、本発明に係る高耐圧素子の第3は、
第1と第2の主面を有する第1導電型の第1の半導体層
と、前記第1の半導体層の前記第1の主面に選択的に形
成された第2導電型の第2の半導体層と、前記第1の半
導体層の前記第2の主面に形成された第1導電型の第3
の半導体層と、前記第1の半導体層の前記第1の主面に
前記第2の半導体層から離間して形成された第2導電型
の第4の半導体層と、前記第2導電型の第2の半導体層
上に設けられた第1の電極と、前記第1導電型の第3の
半導体層上に設けられた第2の電極とを具備し、前記第
2の半導体層は不純物濃度が比較的高い複数の第1の領
域と、この第1の領域を夫々取り囲み互いに離間した不
純物濃度が比較的低い複数の第2の領域とを含み、前記
第1の電極は前記第1の領域に対応して設けられ少なく
とも前記第1の領域に接続されていることを特徴とす
る。
The third high withstand voltage element according to the present invention is:
A first semiconductor layer of a first conductivity type having first and second main surfaces, and a second semiconductor layer of a second conductivity type selectively formed on the first main surface of the first semiconductor layer. A semiconductor layer and a first conductivity type third formed on the second main surface of the first semiconductor layer.
Semiconductor layer, a second conductive type fourth semiconductor layer formed on the first main surface of the first semiconductor layer and separated from the second semiconductor layer, and a second conductive type A first electrode provided on a second semiconductor layer; and a second electrode provided on the third semiconductor layer of the first conductivity type, wherein the second semiconductor layer has an impurity concentration. Of a relatively high impurity concentration and a plurality of second regions of a relatively low impurity concentration that surround the first region and are spaced apart from each other, wherein the first electrode is the first region. And is connected to at least the first region.

【0061】また、本発明に係る高耐圧素子の第4は、
第1と第2の主面を有する第1導電型の第1の半導体層
と、前記第1の半導体層の前記第1の主面に選択的に形
成された第2導電型の第2の半導体層と、前記第1の半
導体層の前記第2の主面に形成された第1導電型の第3
の半導体層と、前記第1の半導体層の前記第1の主面に
前記第2の半導体層から夫々離間して順次形成された第
2導電型の第4の半導体層並びに第1導電型の第5の半
導体層と、前記第2導電型の第2の半導体層上に設けら
れた第1の電極と、前記第1導電型の第3の半導体層上
に設けられた第2の電極と、前記第1導電型の第5の半
導体層上に設けられた第3の電極を具備し、前記第2の
半導体層は不純物濃度が比較的高い複数の第1の領域
と、この第1の領域を夫々取り囲み互いに離間した不純
物濃度が比較的低い複数の第2の領域とを含み、前記第
1の電極は前記第1の領域に対応して設けられ少なくと
も前記第1の領域に接続されていることを特徴とする。
The fourth of the high breakdown voltage elements according to the present invention is:
A first semiconductor layer of a first conductivity type having first and second main surfaces, and a second semiconductor layer of a second conductivity type selectively formed on the first main surface of the first semiconductor layer. A semiconductor layer and a first conductivity type third formed on the second main surface of the first semiconductor layer.
Semiconductor layer, a second semiconductor layer of the second conductivity type and a first semiconductor layer of the second conductivity type which are sequentially formed on the first main surface of the first semiconductor layer separately from the second semiconductor layer. A fifth semiconductor layer, a first electrode provided on the second conductive type second semiconductor layer, and a second electrode provided on the first conductive type third semiconductor layer A third electrode provided on the fifth semiconductor layer of the first conductivity type, the second semiconductor layer including a plurality of first regions having a relatively high impurity concentration; A plurality of second regions each of which surrounds the region and is spaced apart from each other and has a relatively low impurity concentration, and the first electrode is provided corresponding to the first region and is connected to at least the first region. It is characterized by being

【0062】[0062]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら実施形
態を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments will be described below with reference to the drawings.

【0063】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す平
面図および断面図である。図1(a)はアノード側の平
面図、図1(b)はそのA−A´断面図である。また、
図2は、同高耐圧ダイオードの要部断面構造とオン状態
のキャリア濃度分布を示す図である。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view showing the element structure of the high breakdown voltage diode according to the embodiment. FIG. 1A is a plan view of the anode side, and FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA ′. Also,
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a main part of the same high breakdown voltage diode and a carrier concentration distribution in an ON state.

【0064】本実施形態の高耐圧ダイオードは、基本素
子構造として、第2の従来の高耐圧ダイオードのそれを
用いたものであり、図10、図11と対応する部分は同
じ符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
The high breakdown voltage diode of this embodiment uses the second conventional high breakdown voltage diode as the basic element structure, and the portions corresponding to those in FIGS. 10 and 11 are designated by the same reference numerals. Yes, detailed description is omitted.

【0065】本実施形態では、図1に示すように、図2
(a)の基本構造を持つ高エミッタ注入効率の第1の注
入領域9(第1のエミッタ注入領域)と、図2(b)の
基本構造が繰り返された低エミッタ注入効率の第2の注
入領域10(第2のエミッタ注入領域)とが交互に配置
されている。
In this embodiment, as shown in FIG.
The first implantation region 9 (first emitter implantation region) having a high emitter implantation efficiency having the basic structure of (a) and the second implantation of low emitter implantation efficiency in which the basic structure of FIG. 2 (b) is repeated. Regions 10 (second emitter injection regions) are alternately arranged.

【0066】第2の領域10の中では寄生トランジスタ
が動作しないように、N++層(電流ブロッキング層)6
の幅d1 を例えば3μm以下に設定している。第2の領
域10の幅W2 は、例えば、高注入状態でのN 型ベ
ース層1内のキャリア拡散長Laが130μmならば、
その3倍の390μmより小さく選ぶとオン電圧の増加
を効果的に抑制することができる。
The N ++ layer (current blocking layer) 6 is formed in the second region 10 so that the parasitic transistor does not operate.
The width d 1 of each is set to, for example, 3 μm or less. The width W 2 of the second region 10 is, for example, if the carrier diffusion length La in the N type base layer 1 in the high injection state is 130 μm,
If the thickness is selected to be smaller than 390 μm, which is three times that, it is possible to effectively suppress the increase of the on-voltage.

【0067】本実施形態によれば、第1の領域9および
第2の領域10の幅を相当な大きさに設定することがで
きるため、第1の領域9と第2の領域10で蓄積される
キャリア濃度分布に図2(c)で示すような大きな差が
生じる。
According to this embodiment, the widths of the first region 9 and the second region 10 can be set to a considerable size, so that the first region 9 and the second region 10 are accumulated. There is a large difference in the carrier concentration distribution as shown in FIG. 2 (c).

【0068】すなわち、第1の領域9では、第1の従来
の高耐圧ダイオード(図9)と同様に、N- 型ベース層
1内に多量のキャリアが蓄積され、第2の領域10で
は、第2の従来の高耐圧ダイオード(図11)と同様
に、N 型ベース層1内でのアノード側のキャリア濃
度が少なくなる。その結果、電流密度が高くなっても、
第1の領域9に蓄積されたキャリアにより十分に低いオ
ン電圧が実現できる。
That is, in the first region 9, as in the first conventional high breakdown voltage diode (FIG. 9), a large amount of carriers are accumulated in the N -- type base layer 1, and in the second region 10, Similar to the second conventional high breakdown voltage diode (FIG. 11), the carrier concentration on the anode side in the N type base layer 1 is reduced. As a result, even if the current density becomes high,
A sufficiently low on-voltage can be realized by the carriers accumulated in the first region 9.

【0069】図3は、本実施形態の高耐圧ダイオードで
の逆回復特性を第1の従来の高耐圧ダイオード(第1の
従来例)および第2の従来の高耐圧ダイオード(第2の
従来例)と比較して示している。
FIG. 3 shows the reverse recovery characteristics of the high withstand voltage diode according to the present embodiment as a first conventional high withstand voltage diode (first conventional example) and a second conventional high withstand voltage diode (second conventional example). ) Is shown in comparison.

【0070】図3から、本実施形態によれば、第2の従
来例よりも逆回復電流(アノード電流)がゼロになるま
での時間が短くなり、また、第1の従来例よりも逆回復
電流のピーク値が小さくなることが分かる。これは、実
施形態のダイオードでは、逆回復時に第1の領域9と第
2の領域10との間で電流の2次元的な再分布が起こる
からである。
From FIG. 3, according to the present embodiment, the time until the reverse recovery current (anode current) becomes zero is shorter than that in the second conventional example, and the reverse recovery is greater than that in the first conventional example. It can be seen that the peak value of the current becomes smaller. This is because in the diode of the embodiment, a two-dimensional redistribution of current occurs between the first region 9 and the second region 10 during reverse recovery.

【0071】また、キャリアライフタイムを小さくして
もオン電圧を低くできるので、逆回復の際にテイル電流
が流れる時間を短くすることができ、電力損失を小さく
することができる。
Further, since the ON voltage can be lowered even if the carrier lifetime is shortened, the time during which the tail current flows during reverse recovery can be shortened and the power loss can be reduced.

【0072】図4は、本実施形態の高耐圧ダイオードの
第2の領域10の幅W2 とN 型ベース層内のキャリ
ア拡散長Laとオン電圧との関係を示す図である。図4
に示すように、第2の領域の幅W2 が、高注入状態での
型ベース層1内のキャリア拡散長Laの3倍以内
であれば、オン電圧の増加は見られない。したがって、
オン電圧の増加を抑制するためには、W2 /La≦3に
設定するのが望ましい。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the width W 2 of the second region 10 of the high breakdown voltage diode of this embodiment, the carrier diffusion length La in the N type base layer, and the ON voltage. Figure 4
As shown in FIG. 6, if the width W 2 of the second region is within 3 times the carrier diffusion length La in the N type base layer 1 in the high injection state, no increase in on-voltage can be seen. Therefore,
In order to suppress the increase of the ON voltage, it is desirable to set W 2 / La ≦ 3.

【0073】図5は、本実施形態のダイオードの第2の
領域10の中のアノード側パターンの例を示す図であ
る。これらのパターンのいずれを選ぶ場合にも、第2の
従来例の説明で述べたような条件を考慮して寄生トラン
ジスタの発生を抑制することが重要である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of an anode side pattern in the second region 10 of the diode of this embodiment. When selecting any of these patterns, it is important to suppress the generation of the parasitic transistor in consideration of the conditions described in the description of the second conventional example.

【0074】図1では、ストライプ状の第1の領域9と
第2の領域10とを交互に配置したが、領域の形状およ
び配置パターンは種々変形することができる。図6で
は、第2の領域10の中に矩形状の第1の領域9を配置
している。この他、これら領域の形は図5と同様にスト
ライプ状でも矩形状でも水玉状でもかまわない。
In FIG. 1, the stripe-shaped first regions 9 and the second regions 10 are arranged alternately, but the shape and arrangement pattern of the regions can be variously modified. In FIG. 6, the rectangular first region 9 is arranged in the second region 10. In addition, the shape of these regions may be stripe-shaped, rectangular-shaped, or polka-dot-shaped as in FIG.

【0075】また、図1や図6では接合終端付近の電流
密度を低減するために、ダイオード領域の端部には、エ
ミッタ注入効率の低い第2の領域10を配置したが、こ
の配置の仕方も種々変更することができる。領域の寸
法、領域を配置する場合の間隔なども、素子特性の要請
によって変更することができる。
Further, in FIG. 1 and FIG. 6, the second region 10 having a low emitter injection efficiency is arranged at the end of the diode region in order to reduce the current density near the junction termination. Can also be variously changed. The size of the region, the interval when arranging the regions, and the like can be changed according to the requirements of the element characteristics.

【0076】また、これらの例では、第1の領域9に
は、図2(a)で示すような均一なP + 型アノード層2
を形成したが、第1の領域9でも、図2(b)で示すよ
うな基本構造を用いて、第2の領域10よりも注入効率
が高くなるように、d1 、d2の寸法を設定すれば、同
様の効果が得られる。
Further, in these examples, the first area 9 is
Is a uniform P as shown in FIG. + Type anode layer 2
However, even in the first region 9, as shown in FIG.
With such a basic structure, the injection efficiency is higher than that of the second region 10.
Is higher, d1 , D2If you set the dimensions of
The same effect can be obtained.

【0077】その際に、接合終端部付近の電流密度を低
減するために、ダイオード領域の端部に配置する第2の
領域10の注入効率をダイオード領域の中央部に配置す
る第2の領域10のそれよりも低く設定すれば、ダイオ
ードの逆回復時の破壊耐量を高くすることができる。
At this time, in order to reduce the current density near the junction termination part, the injection efficiency of the second region 10 arranged at the end of the diode region is set to the second region 10 arranged at the center of the diode region. If it is set lower than that, it is possible to increase the breakdown resistance during reverse recovery of the diode.

【0078】その他にも、第2の領域10の基本構造を
持ち、d1 、2 の寸法を種々変えて3種類以上の注入
効率を持つ領域を設定し、これらの領域をそれらの寸
法、形状、配置パターンを種々変えて配置しても同様の
効果が得られ、さらに微妙な最適化を図ることができ
る。
In addition, the regions having the basic structure of the second region 10 are set, and the regions having the injection efficiencies of three or more are set by changing the dimensions of d 1 and d 2 variously. The same effect can be obtained by arranging various shapes and arrangement patterns, and further delicate optimization can be achieved.

【0079】(第2の実施形態)図7は、本発明の第2
の実施形態に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断
面図である。本実施形態の高耐圧ダイオードが第1の実
施形態のそれと異なる点は、アノード側のみならず、カ
ソード側にも第1の領域、第2の領域を設けたことにあ
る。
(Second Embodiment) FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the element structure of the high breakdown voltage diode according to the embodiment of FIG. The high breakdown voltage diode of the present embodiment is different from that of the first embodiment in that the first region and the second region are provided not only on the anode side but also on the cathode side.

【0080】すなわち、カソード層は、電子の注入効率
が高い第1の領域としてのN+ 型層31 およびこれより
高濃度の領域N++型層32 と、N++型層32 と交互に形
成され、電子の注入効率が低い第2の注入領域としての
++型層(電流ブロッキング層)11とから構成されて
いる。
That is, in the cathode layer, the N + type layer 3 1 as the first region having a high electron injection efficiency and the regions N ++ type layer 3 2 and the N ++ type layer 3 2 having a higher concentration than this are formed. And a P ++ type layer (current blocking layer) 11 as a second injection region having a low electron injection efficiency.

【0081】本実施形態によれば、高注入状態でのN
型ベース層1内のキャリア濃度がアノード側、カソー
ド側共に従来より低くなるので、逆回復特性はより改善
される。また、本実施形態では、図7に示すように、接
合終端領域のカソード側(図下側)表面には高エミッタ
注入効率の第1の領域はなく、低エミッタ注入効率の第
2の領域だけが配置されており、接合終端領域の電流密
度を低下させ、ダイオードの逆回復時の破壊耐量を高め
ている。
According to this embodiment, N in the high injection state
Since the carrier concentration in the mold base layer 1 becomes lower than the conventional one on both the anode side and the cathode side, the reverse recovery characteristic is further improved. Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the cathode-side (lower side of the figure) surface of the junction termination region does not have the first region with high emitter injection efficiency, but only the second region with low emitter injection efficiency. Are arranged to reduce the current density in the junction termination region and enhance the breakdown withstanding capacity during reverse recovery of the diode.

【0082】なお、本実施形態では、アノード側の低エ
ミッタ注入効率の第2の領域(正孔の注入効率が低い第
2の領域)は、カソード側の高エミッタ注入効率の第2
の領域(電子の注入効率が低い第2の領域)と対向する
ように形成されているが、この位置関係は種々変更する
ことができる。また、一方の面では第2の領域のみを形
成してもよいし、ダイオード領域端部に配置する第2の
領域10の注入効率をダイオード流域の中央部に配置す
る第2の領域10のそれよりも低く設定して、ダイオー
ドの逆回復時の破壊耐量を高くすることも可能である。
In this embodiment, the second region with low emitter injection efficiency on the anode side (the second region with low hole injection efficiency) is the second region with high emitter injection efficiency on the cathode side.
Is formed so as to face the region (the second region where the electron injection efficiency is low), but this positional relationship can be variously changed. Further, only the second region may be formed on one surface, or the injection efficiency of the second region 10 arranged at the end of the diode region may be the same as that of the second region 10 arranged at the center of the diode basin. It is also possible to set it lower than the above to increase the breakdown withstand capability during reverse recovery of the diode.

【0083】(第3の実施形態)図8は、本発明の第3
の実施形態に係る逆導通型IGBTの素子構造を断面図
である。本実施形態の逆導通型IGBTは、大きく分け
て、IGBT領域と、逆導通ダイオード領域とに分かれ
ている。
(Third Embodiment) FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an element structure of a reverse conduction type IGBT according to the embodiment of FIG. The reverse conducting type IGBT of the present embodiment is roughly divided into an IGBT region and a reverse conducting diode region.

【0084】まず、IGBT領域について説明する。N
型ベース層1の表面に選択的にP型層(Pベース
層)12が形成され、その表面部にN++型層(ソース
層)13が形成されている。
First, the IGBT region will be described. N
A P type layer (P base layer) 12 is selectively formed on the surface of the type base layer 1, and an N ++ type layer (source layer) 13 is formed on the surface portion thereof.

【0085】このN++型層(ソース層)13とN
ベース層1に挟まれた領域のP型層(Pベース層)12
上にゲート絶縁膜14を介してゲート電極15が形成さ
れている。N++型層(ソース層)13にかかるようにP
型層(Pベース層)12の高濃度部分が拡散形成され、
IGBTのラッチアップ動作を防止している。P型層
(Pベース層)12表面にはP++型層22 が形成され、
++型層(ソース層)13とともにソース電極17にオ
ーミック接続されている。
The P type layer (P base layer) 12 in the region sandwiched between the N ++ type layer (source layer) 13 and the N type base layer 1
A gate electrode 15 is formed on the gate insulating film 14. P on the N ++ type layer (source layer) 13
The high-concentration portion of the mold layer (P base layer) 12 is diffused and formed,
The latch-up operation of the IGBT is prevented. A P ++ type layer 2 2 is formed on the surface of the P type layer (P base layer) 12,
It is ohmic-connected to the source electrode 17 together with the N ++ type layer (source layer) 13.

【0086】一方、N 型ベース層1の裏面には、N
型バッファ層22が形成され、その中に選択的にP+
層(ドレイン層)16が形成されている。N型バッファ
層22はドレイン電極18にオーミック接続している。
On the other hand, on the back surface of the N type base layer 1,
A type buffer layer 22 is formed, and a P + type layer (drain layer) 16 is selectively formed therein. The N-type buffer layer 22 is in ohmic contact with the drain electrode 18.

【0087】本実施形態では、P+ 型層(ドレイン層)
16の内部に第1の実施形態の高耐圧ダイオードのアノ
ード側表面に形成したのと同様の構造を採用している。
すなわち、P+ 型層(ドレイン層)16内部には、その
表面部にN++型層(電流ブロッキング層)6により注入
効率を下げた第2の領域10と注入効率の高い第1の領
域9が形成されている。
In this embodiment, the P + type layer (drain layer)
A structure similar to that formed on the anode side surface of the high breakdown voltage diode of the first embodiment is adopted inside 16.
That is, inside the P + type layer (drain layer) 16, the second region 10 in which the injection efficiency is lowered by the N ++ type layer (current blocking layer) 6 on the surface portion thereof and the first region having high injection efficiency are formed. 9 is formed.

【0088】本実施形態では、オン状態で主な電流経路
となるゲート電極15の下に注入効率の高い第1の領域
9を配置し、それ以外の部分には注入効率の低い第2の
領域10を配置することによって、余分なキャリア蓄積
を避けている。
In this embodiment, the first region 9 having a high injection efficiency is arranged under the gate electrode 15 which is the main current path in the ON state, and the second region having a low injection efficiency is provided in the other portions. By arranging 10, unnecessary carrier accumulation is avoided.

【0089】次に逆導通ダイオード領域について以下に
説明する。N 型ベース層1の表面に選択的にP型層
1 が形成され、その表面部には注入効率を制御するた
めの第1の領域および第2の領域が配置され、そして、
これら第1、第2の領域に逆導通ダイオードのアノード
電極4がオーミック接続されている。
Next, the reverse conducting diode region will be described below. A P-type layer 2 1 is selectively formed on the surface of the N -type base layer 1, and a first region and a second region for controlling the injection efficiency are arranged on the surface portion, and
The anode electrode 4 of the reverse conducting diode is ohmic-connected to the first and second regions.

【0090】また、N 型ベース層1の裏面に形成さ
れたN型バッファ層22の表面にはP++型層(電流ブロ
ッキング層)11によりエミッタ注入効率を下げた第2
の領域とエミッタ注入効率の高い第1の領域とが形成さ
れている。これら第1、第2の領域にはIGBTのドレ
イン電極18がオーミック接続している。このIGBT
のドレイン電極18は逆導通ダイオードのカソード電極
として働く。
On the surface of the N-type buffer layer 22 formed on the back surface of the N -- type base layer 1, a P ++ -type layer (current blocking layer) 11 is used to reduce the emitter injection efficiency.
Region and a first region having high emitter injection efficiency are formed. The drain electrode 18 of the IGBT is ohmic-connected to these first and second regions. This IGBT
Drain electrode 18 functions as the cathode electrode of the reverse conducting diode.

【0091】また、IGBT領域と逆導通ダイオード領
域との間には、逆導通ダイオード領域の残留キャリアが
IGBT領域に拡散しないように、キャリア拡散長に比
べて十分に長い隔離領域が設けられている。
Further, an isolation region sufficiently longer than the carrier diffusion length is provided between the IGBT region and the reverse conducting diode region so that residual carriers in the reverse conducting diode region do not diffuse into the IGBT region. .

【0092】これにより、逆導通ダイオード電流が流れ
た直後に、ソース電極17とドレイン電極18との間に
印加される電圧の極性が反転しても、IGBTのソース
電極17から排出されるリーク電流を十分に低くでき
る。
As a result, even if the polarity of the voltage applied between the source electrode 17 and the drain electrode 18 is reversed immediately after the reverse conducting diode current flows, the leakage current discharged from the source electrode 17 of the IGBT is reduced. Can be low enough.

【0093】隔離領域での耐圧低下を防止するために、
型層(リサーフ層)20を形成して電界を緩和し
ている。また、接合終端領域にも同じ理由でP- 型層
(リサーフ)20を形成して高耐圧を実現している。な
お、N++型層21は空乏層の伸びを止めるためのチャネ
ルストッパ層である。
In order to prevent the breakdown voltage from decreasing in the isolation region,
A P type layer (resurf layer) 20 is formed to relax the electric field. Further, a P type layer (resurf) 20 is formed in the junction termination region for the same reason to realize a high breakdown voltage. The N ++ type layer 21 is a channel stopper layer for stopping the expansion of the depletion layer.

【0094】本実施形態によれば、IGBT領域ではド
レイン層からの正孔の注入が抑えられることにより、ド
レイン電極18近傍のキャリア蓄積が低減されてターン
オフ特性が改善される。
According to this embodiment, the injection of holes from the drain layer is suppressed in the IGBT region, so that the carrier accumulation in the vicinity of the drain electrode 18 is reduced and the turn-off characteristic is improved.

【0095】また、逆導通ダイオード領域ではアノード
側、カソード側の注入効率を第1の領域および第2の領
域により自由に決められるので、ダイオード特性をIG
BT特性とは独立して設定することができる。
Further, in the reverse conducting diode region, the injection efficiency on the anode side and the cathode side can be freely determined by the first region and the second region.
It can be set independently of the BT characteristic.

【0096】一般に、半導体素子のキャリアライフタイ
ムを制御する電子線照射などの方法では、IGBT領域
と逆導通ダイオード領域のキャリアライフタイムを別々
に制御することは困難なので、注入効率をパターンで決
められる本発明の方法は複合化素子のそれぞれの素子の
特性を独立に最適化できるという意味で非常に有効な方
法である。
In general, it is difficult to separately control the carrier lifetimes of the IGBT region and the reverse conducting diode region by a method such as electron beam irradiation for controlling the carrier lifetime of the semiconductor element, so that the injection efficiency can be determined by a pattern. The method of the present invention is a very effective method in that the characteristics of each element of the composite element can be optimized independently.

【0097】第1〜第3の実施形態では、第2の領域を
構成する基本構造として、図2(b)の構造を用いてき
たが、これに代えて図15、図17の構造やそれらを変
形した構造を用いても同様の効果が得られる。
In the first to third embodiments, the structure shown in FIG. 2B has been used as the basic structure constituting the second region, but instead of this, the structures shown in FIGS. The same effect can be obtained by using a modified structure.

【0098】また、これらの実施形態の構造に重金属拡
散、電子線照射、プロトンやヘリウム照射などを組み合
わせて素子内部のキャリアライフタイムを変化させて、
さらに特性を向上させることも可能である。
By combining heavy metal diffusion, electron beam irradiation, proton or helium irradiation, etc. with the structures of these embodiments, the carrier lifetime inside the device is changed,
It is also possible to further improve the characteristics.

【0099】また、本発明を逆導通IGBTに適用した
実施形態で示したように、本発明のエミッタ構造(ダイ
オードのアノード構造)を種々の半導体素子のエミッタ
に適用すれば、ターンオフ損失(逆回復特性)とオン電
圧のトレードオフを改善することができる。
Further, as shown in the embodiment in which the present invention is applied to the reverse conducting IGBT, if the emitter structure (anode structure of the diode) of the present invention is applied to the emitters of various semiconductor elements, turn-off loss (reverse recovery). It is possible to improve the trade-off between the characteristics) and the on-voltage.

【0100】(第4の実施形態)図18は、本発明の第
4の実施形態に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す
断面図である。なお、図68の高耐圧ダイオードと対応
する部分には図68と同一符号を付してあり、詳細な説
明は省略する。
(Fourth Embodiment) FIG. 18 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a fourth embodiment of the present invention. The parts corresponding to the high breakdown voltage diode in FIG. 68 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 68, and detailed description thereof will be omitted.

【0101】本実施形態の特徴は、P型エミッタ層42
の端部(破線)よりも内側にN+ 型エミッタ層43の端
部が形成されていることにある。また、N+ 型エミッタ
層43の端部の外側に形成されているN型バッファ層4
4は、逆電圧印加時に空乏層がカソード電極50に達す
る(パンチスルー)のを防いでいる。
The feature of this embodiment is that the P-type emitter layer 42 is used.
The end portion of the N + type emitter layer 43 is formed inside the end portion (broken line). Further, the N-type buffer layer 4 formed outside the end of the N + -type emitter layer 43
The number 4 prevents the depletion layer from reaching the cathode electrode 50 (punch through) when a reverse voltage is applied.

【0102】このような素子構造であれば、電流密度が
高い順方向通電時にはカソード側からの電子注入は主に
+ 型エミッタ層43からしかおこらないため、P型エ
ミッタ層42の端部のD点付近のキャリア密度は低くな
る。
With such an element structure, electrons are mainly injected from the cathode side only from the N + -type emitter layer 43 during forward conduction with a high current density. The carrier density near the point D becomes low.

【0103】したがって、逆回復時にD点付近が最高電
界点となっても、キャリア集中による局所的なアバラン
シェ電流で素子が破壊されるという問題は生じない。な
お、N+ 型エミッタ層43の端部とP型エミッタ層42
の端部とが一致していても良い。
Therefore, even when the point near D is the highest electric field point during reverse recovery, the problem that the element is destroyed by the local avalanche current due to carrier concentration does not occur. The end of the N + type emitter layer 43 and the P type emitter layer 42
The ends of may match.

【0104】(第5の実施形態)図19は、本発明の第
5の実施形態に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す
断面図である。本実施形態の高耐圧ダイオードが第4の
実施形態のそれと異なる点は、P−−型リサーフ層46
の代わりに、P型ガードリング層52を用いて、高耐圧
特性を持たせていることにある。本実施形態でも、P型
エミッタ層42の端部のD点付近のキャリア密度が低く
なるので、先の実施形態と同様の効果が得られる。
(Fifth Embodiment) FIG. 19 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a fifth embodiment of the present invention. The high withstand voltage diode of the present embodiment is different from that of the fourth embodiment in that the P -- type RESURF layer 46 is
In place of the above, the P-type guard ring layer 52 is used to provide high breakdown voltage characteristics. Also in the present embodiment, the carrier density near the point D at the end of the P-type emitter layer 42 becomes low, so that the same effect as in the previous embodiment can be obtained.

【0105】(第6の実施形態)図20は、本発明の第
6の実施形態に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す
断面図である。本実施形態の高耐圧ダイオードが第4の
実施形態のそれと異なる点は、N型バッファ層44がな
いことにある。パンチスルーの心配のない厚いN
層(基板)41を用いれば、このような構造の高耐圧ダ
イオードを問題なく実現できる。
(Sixth Embodiment) FIG. 20 shows the sixth embodiment of the present invention.
6 shows a device structure of a high breakdown voltage diode according to the sixth embodiment.
FIG. The high breakdown voltage diode of the present embodiment is the fourth
The difference from the embodiment is that the N-type buffer layer 44 is not provided.
There is a problem. Thick N without worry of punch through  Type
If the layer (substrate) 41 is used, the high breakdown voltage of such a structure can be obtained.
Iod can be realized without problems.

【0106】(第7の実施形態)図21は、本発明の第
7の実施形態に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す
断面図である。本実施形態の高耐圧ダイオードが第6の
実施形態のそれと異なる点は、P−−型リサーフ層46
の代わりに、P型ガードリング層52を用いて、高耐圧
特性を持たせていることにある。この実施例でも、P型
エミッタ層42の端部D点付近のキャリア密度が低くな
るので、先の実施例と同様な効果が得られる。
(Seventh Embodiment) FIG. 21 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a seventh embodiment of the present invention. The high withstand voltage diode of the present embodiment is different from that of the sixth embodiment in that the P -- type RESURF layer 46 is
In place of the above, the P-type guard ring layer 52 is used to provide high breakdown voltage characteristics. Also in this embodiment, the carrier density in the vicinity of the point D of the end of the P-type emitter layer 42 becomes low, so that the same effect as the previous embodiment can be obtained.

【0107】(第8の実施形態)図22は、本発明の第
8の実施形態に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す
断面図である。本実施形態の高耐圧ダイオードが第4の
実施形態のそれと異なる点は、N型バッファ層44の代
わりに、絶縁膜48を用いてパンチスルーを防いでいる
ことである。本実施形態でも、P型エミッタ層42の端
部のD点付近のキャリア密度が低くなるので、先の実施
形態と同様な効果が得られる。
(Eighth Embodiment) FIG. 22 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to an eighth embodiment of the present invention. The high withstand voltage diode of this embodiment is different from that of the fourth embodiment in that an insulating film 48 is used instead of the N-type buffer layer 44 to prevent punch-through. Also in this embodiment, the carrier density near the point D at the end of the P-type emitter layer 42 becomes low, so that the same effect as that of the previous embodiment can be obtained.

【0108】(第9の実施形態)図23は、本発明の第
9の実施形態に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す
断面図である。本実施形態の高耐圧ダイオードが第5の
実施形態のそれと異なる点は、P−−型リサーフ層46
の代わりに、P型ガードリング層52を用いて高耐圧特
性を持たせている。本実施形態でも、P型エミッタ層4
2の端部のD点付近のキャリア密度が低くなるので、先
の実施形態と同様な効果が得られる。
(Ninth Embodiment) FIG. 23 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a ninth embodiment of the present invention. The high breakdown voltage diode of the present embodiment is different from that of the fifth embodiment in that the P -- type RESURF layer 46 is
In place of, the P-type guard ring layer 52 is used to provide high withstand voltage characteristics. Also in this embodiment, the P-type emitter layer 4
Since the carrier density near the point D at the end of No. 2 becomes low, the same effect as in the previous embodiment can be obtained.

【0109】(第10の実施形態)図24は、本発明の
第10の実施形態に係る高耐圧ダイオードの素子構造を
示す断面図である。本実施形態の特徴は、第1のP型エ
ミッタ層42とP−−型リサーフ層46の間、つまり、
第1のP 型エミッタ層42の周りに低濃度の第2の
型エミッタ層53を設けたことにある。
(Tenth Embodiment) FIG. 24 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a tenth embodiment of the present invention. The feature of this embodiment is that between the first P-type emitter layer 42 and the P -- type RESURF layer 46, that is,
The second P -type emitter layer 53 of low concentration is provided around the first P -type emitter layer 42.

【0110】ここで、第2のP 型エミッタ層53は
逆電圧印加時に完全空乏化しない範囲で濃度を低く抑え
て注入効率を下げている。ここがP−−型リサーフ層4
6層とは根本的に違う。
Here, the second P -- type emitter layer 53 has a low concentration within a range in which it is not completely depleted when a reverse voltage is applied, and the injection efficiency is lowered. This is the P -- type RESURF layer 4
Fundamentally different from the 6th layer.

【0111】このような素子構造であれば、P 型エ
ミッタ層53のキャリア注入が小さくなるため、順方向
通電時にD点付近のキャリア密度が低くなっている。し
たがって、逆回復時にD点付近が最高電界点となって
も、キャリア集中による局所的なアバランシェ電流で素
子が破壊されるという問題は生じない。
With such an element structure, the carrier injection into the P -- type emitter layer 53 becomes small, so that the carrier density near the point D becomes low during forward conduction. Therefore, even when the point near D is the highest electric field point during reverse recovery, there is no problem that the element is destroyed by the local avalanche current due to carrier concentration.

【0112】(第11の実施形態)図25は、本発明の
第11の実施形態に係る高耐圧ダイオードの素子構造を
示す断面図である。本実施形態の高耐圧ダイオードが第
10の実施形態のそれと異なる点は、P−−型リサーフ
層46の代わりに、P型ガードリング層52を用いて、
高耐圧特性を持たせていることにある。本実施形態で
も、P型エミッタ層42の端部のD点付近のキャリア密
度が低くなるので、先の実施形態と同様の効果が得られ
る。
(Eleventh Embodiment) FIG. 25 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to an eleventh embodiment of the present invention. The high breakdown voltage diode of the present embodiment is different from that of the tenth embodiment in that a P-type guard ring layer 52 is used instead of the P − − type RESURF layer 46,
It is to have high withstand voltage characteristics. Also in the present embodiment, the carrier density near the point D at the end of the P-type emitter layer 42 becomes low, so that the same effect as in the previous embodiment can be obtained.

【0113】(第12の実施形態)図26は、本発明の
第12の実施形態に係る高耐圧ダイオードの素子構造を
示す断面図である。本実施形態の特徴は、P型エミッタ
層42内の端部付近に電子排出用のN+ 層54が形成さ
れていることにある。
(Twelfth Embodiment) FIG. 26 is a sectional view showing the element structure of a high breakdown voltage diode according to the twelfth embodiment of the present invention. A feature of this embodiment is that the N + layer 54 for electron emission is formed in the vicinity of the end portion in the P-type emitter layer 42.

【0114】このよう素子構造であれば、順方向通電時
にD点付近の電子がN+ 層54から素子外に排出される
ため、この端部付近のキャリア密度が低くなる。したが
って、逆回復時にD点付近が最高電界点となっても、キ
ャリア集中による局所的なアバランシェ電流で素子が破
壊されるという問題は生じない。
With such an element structure, electrons near the point D are discharged from the N + layer 54 to the outside of the element during forward conduction, so that the carrier density near this end portion becomes low. Therefore, even when the point near D is the highest electric field point during reverse recovery, there is no problem that the element is destroyed by the local avalanche current due to carrier concentration.

【0115】(第13の実施形態)図27は、本発明の
第13の実施形態に係る高耐圧ダイオードの素子構造を
示す断面図である。本実施形態の高耐圧ダイオードが第
12の実施形態のそれと異なる点は、P−−型リサーフ
層46の代わりに、P型ガードリング層52を用いて、
高耐圧特性を持たせていることにある。本実施形態で
も、P型エミッタ層42の端部付近のD点付近のキャリ
ア密度が低くなるので、先の実施形態と同様の効果が得
られる。
(Thirteenth Embodiment) FIG. 27 is a sectional view showing the element structure of a high breakdown voltage diode according to the thirteenth embodiment of the present invention. The high withstand voltage diode of the present embodiment is different from that of the twelfth embodiment in that a P-type guard ring layer 52 is used instead of the P -- type RESURF layer 46,
It is to have high withstand voltage characteristics. Also in this embodiment, since the carrier density near the point D near the end of the P-type emitter layer 42 is low, the same effect as that of the previous embodiment can be obtained.

【0116】(第14の実施形態)図28は、本発明の
第14の実施形態に係る高耐圧ダイオードの素子構造を
示す断面図である。本実施形態は第1の実施形態と第1
0の実施形態とを組み合わせ例である。すなわち、本実
施形態の高耐圧ダイオードは、図1の高耐圧ダイオード
において、P型エミッタ層21 の周りにそれに接するよ
うに低濃度の別のP型エミッタ層53を形成した構成に
なっている。
(Fourteenth Embodiment) FIG. 28 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a fourteenth embodiment of the present invention. This embodiment is the first embodiment and the first.
0 is an example of combination with the embodiment of FIG. That is, the high breakdown voltage diode of this embodiment has a configuration in which, in the high breakdown voltage diode of FIG. 1, another low concentration P-type emitter layer 53 is formed around the P-type emitter layer 2 1 so as to be in contact therewith. .

【0117】ここで、第10の実施形態と同様に、P
型エミッタ層53は逆電圧印加時に完全空乏化しない
範囲で濃度を低く抑えて注入効率を下げている。本実施
形態によれば、第1の実施形態の効果の他に、P
エミッタ層53を設けたことにより破壊耐量が高くなる
という効果が得られる。
[0117] Here, similarly to the tenth embodiment, P -
The type emitter layer 53 has a low concentration within a range in which it is not completely depleted when a reverse voltage is applied, thereby lowering the injection efficiency. According to the present embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, the effect of increasing the breakdown resistance is provided by providing the P type emitter layer 53.

【0118】(第15の実施形態)図29は、本発明の
第15の実施形態に係る高耐圧ダイオードの素子構造を
示す断面図である。本実施形態は第1の実施形態と第4
の実施形態とを組み合わせた例である。すなわち、本実
施形態の高耐圧ダイオードは、図1の高耐圧ダイオード
において、P型エミッタ層21 の端部よりも内側にN型
エミッタ層3の端部が位置するようにしたものである。
なお、上記2つの端部の位置が一致していても良い。
(Fifteenth Embodiment) FIG. 29 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a fifteenth embodiment of the present invention. The present embodiment is the first embodiment and the fourth embodiment.
It is an example in which the above embodiment is combined. That is, the high breakdown voltage diode of the present embodiment is the high breakdown voltage diode of FIG. 1 in which the end of the N-type emitter layer 3 is located inside the end of the P-type emitter layer 2 1 .
The positions of the two ends may be the same.

【0119】本実施形態によれば、第1の実施形態の効
果に他に以下の効果が得られる。すなわち、P型エミッ
タ層21 の端部付近が最高電界点となっても、キャリア
集中が起こらないので、破壊耐量が向上するという効果
が得られる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects of the first embodiment. That is, even if the vicinity of the end of the P-type emitter layer 21 becomes the highest electric field point, carrier concentration does not occur, and the effect of improving the breakdown resistance is obtained.

【0120】(第16の実施形態)図30は、本発明の
第16の実施形態に係わる高耐圧ダイオードの断面図で
ある。この例では高耐圧特性を持たせるために、逆電圧
印加時に完全空乏化するように設計された電界緩和用の
−−型リサーフ層46を設けている。この構造の特徴
は、P型エミッタ層42とP−−型リサーフ層46の間
に、低注入効率のP 型エミッタ層53を設け、かつ
アノード電極49をP型エミッタ層42のみにコンタク
トさせて、P 型エミッタ層53にはコンタクトさせ
ていないことである。
(Sixteenth Embodiment) FIG. 30 shows the structure of the present invention.
16 is a cross-sectional view of a high breakdown voltage diode according to a sixteenth embodiment.
is there. In this example, the reverse voltage
For electric field relaxation designed to be fully depleted when applied
P−−A mold resurf layer 46 is provided. Features of this structure
Is the P-type emitter layer 42 and P−−Between the RESURF layer 46
And low injection efficiency P  A type emitter layer 53 is provided, and
The anode electrode 49 is contacted only with the P-type emitter layer 42.
Let me P Contact to the emitter layer 53
Is not.

【0121】この構造においては、P 型エミッタ層
53の低濃度化によるキャリア注入の低下とともに、こ
のP 型エミッタ層53の横方向抵抗57のためD点
付近でのキャリア注入が制限されるという2重の効果に
よって、順方向通電時にD点付近のキャリア密度が低く
なっている。このため逆回復時にD点が最高電界点とな
ってもキャリアの集中が起こらず破壊に対して強い構造
となる。
[0121] In this structure, P - with decreasing carrier injection due to the low concentration of the type emitter layer 53, the P - carrier injection in the vicinity of point D is limited for lateral resistance 57 of the type emitter layer 53 Due to the double effect, the carrier density near the point D is low during forward conduction. Therefore, even if point D becomes the highest electric field point during reverse recovery, carrier concentration does not occur and the structure is strong against destruction.

【0122】以上のようにしてこの実施形態によれば、
良好な順方向特性を維持しながら、破壊耐量の向上が可
能となる。
As described above, according to this embodiment,
It is possible to improve the breakdown resistance while maintaining good forward characteristics.

【0123】図31は、本実施形態の第1の変形例の高
耐圧ダイオードの断面図である。この変形例では、P
−−型リサーフ層46の代わりに電界緩和のためのP型
ガードリング層52が設けられている以外は、上記実施
形態と同じである。
FIG. 31 is a sectional view of a high breakdown voltage diode according to a first modification of this embodiment. In this modification, P
The present embodiment is the same as the above embodiment except that the P-type guard ring layer 52 for relaxing the electric field is provided instead of the --- RESURF layer 46.

【0124】図32は、本実施形態の第2の変形例に係
わる高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図である。
この変形例ではP 型エミッタ層53がP型エミッタ
層42を取り囲むように形成してある。この場合でも図
30と同じ効果が得られる。
FIG. 32 is a sectional view showing the element structure of the high breakdown voltage diode according to the second modification of this embodiment.
In this modification, the P type emitter layer 53 is formed so as to surround the P type emitter layer 42. Even in this case, the same effect as that of FIG. 30 can be obtained.

【0125】図33は、本実施形態の第3の変形例の高
耐圧ダイオードの断面図である。この変形例では、P
−−型リサーフ層46の代わりに電界緩和のためのP型
ガードリング層52が設けられている以外は、上記第2
の変形例と同じである。
FIG. 33 is a sectional view of a high breakdown voltage diode of the third modification example of this embodiment. In this modification, P
The second type except that a P-type guard ring layer 52 for relaxing an electric field is provided instead of the --- type RESURF layer 46.
This is the same as the modified example of.

【0126】(第17の実施形態)図34は、本発明の
第17の実施形態に係わる高耐圧ダイオードの断面図で
ある。この例では高耐圧特性を持たせるために、電界緩
和用のP−−型リサーフ層46を設けている。この構造
の特徴は、P型エミッタ層42内の周辺部表面に注入効
率調整用のN型層56を設け、かつアノード電極49を
P型エミッタ層42のみにコンタクトさせていることで
ある。
(Seventeenth Embodiment) FIG. 34 is a sectional view of a high breakdown voltage diode according to a seventeenth embodiment of the present invention. In this example, a P -type RESURF layer 46 for electric field relaxation is provided in order to have a high breakdown voltage characteristic. The feature of this structure is that the N-type layer 56 for adjusting the injection efficiency is provided on the peripheral surface in the P-type emitter layer 42, and the anode electrode 49 is in contact with only the P-type emitter layer 42.

【0127】この構造においては、注入効率調整用N型
層56の拡散深さを調整することにより、N型層56直
下のP型エミッタ層42の不純物量を調整できるため、
キャリア注入効率の低下が可能となる。
In this structure, the impurity amount of the P-type emitter layer 42 immediately below the N-type layer 56 can be adjusted by adjusting the diffusion depth of the N-type layer 56 for adjusting the injection efficiency.
The carrier injection efficiency can be reduced.

【0128】またこの場合も、上記効果に加えP型エミ
ッタ層42の横方向抵抗57によりD点付近でのキャリ
ア注入が制限されるという2重の効果により、順方向通
電時にD点付近のキャリア密度が低くなっている。この
ため逆回復時にD点が最高電界点となってもキャリアの
集中がおこらず破壊に対して強い構造となる。なお、こ
のN型層56は複数個並べて配置されていても構わな
い。
Also in this case, in addition to the above effect, the double effect that the carrier injection in the vicinity of the point D is restricted by the lateral resistance 57 of the P-type emitter layer 42 causes the carrier in the vicinity of the point D in the forward direction to flow. The density is low. Therefore, even if point D becomes the highest electric field point during reverse recovery, carrier concentration does not occur and the structure is strong against destruction. A plurality of N-type layers 56 may be arranged side by side.

【0129】図35は、本実施形態の変形例の高耐圧ダ
イオードの断面図である。この変形例では、P−−型リ
サーフ層46の代わりに電界緩和のためのP型ガードリ
ング層52が設けられている以外は、上記実施形態と同
じである。
FIG. 35 is a sectional view of a high breakdown voltage diode according to a modification of this embodiment. This modification is the same as the above embodiment except that a P-type guard ring layer 52 for electric field relaxation is provided in place of the P -- type RESURF layer 46.

【0130】(第18の実施形態)図36は、本発明の
第18の実施形態に係わる高耐圧ダイオードの断面図で
ある。この例では高耐圧特性を持たせるために、電界緩
和用のP−−型リサーフ層46を設けている。この構造
の特徴は、P型エミッタ層42内の周辺部表面をRIE
などのプロセスにより一定量除去し、かつアノード電極
49をP型エミッタ層42のみにコンタクトさせている
ことである。
(Eighteenth Embodiment) FIG. 36 is a sectional view of a high breakdown voltage diode according to an eighteenth embodiment of the present invention. In this example, a P -type RESURF layer 46 for electric field relaxation is provided in order to have a high breakdown voltage characteristic. The feature of this structure is that the peripheral surface in the P-type emitter layer 42 is RIEed.
That is, the anode electrode 49 is brought into contact with only the P-type emitter layer 42 by removing a certain amount by the above process.

【0131】この構造においては、表面除去部の深さを
調整することにより、除去部直下のP型エミッタ層42
の不純物量を調整できるため、キャリア注入効率の低下
が可能となる。またこの場合も、上記効果に加えP型エ
ミッタ層42の横方向抵抗57によりD点付近でのキャ
リア注入が制限されるという2重の効果により、順方向
通電時にD点付近のキャリア密度が低くなっている。こ
のため逆回復時にD点が最高電界点となってもキャリア
の集中がおこらず破壊に対して強い構造となる。
In this structure, by adjusting the depth of the surface removal portion, the P-type emitter layer 42 immediately below the removal portion is formed.
Since the amount of impurities can be adjusted, the carrier injection efficiency can be reduced. In this case as well, in addition to the above effect, the double effect that the lateral resistance 57 of the P-type emitter layer 42 limits the carrier injection in the vicinity of the point D, the carrier density in the vicinity of the point D becomes low during forward conduction. Has become. Therefore, even if point D becomes the highest electric field point during reverse recovery, carrier concentration does not occur and the structure is strong against destruction.

【0132】図37は、本実施形態の変形例の高耐圧ダ
イオードの断面図である。この変形例では、P−−型リ
サーフ層46の代わりに電界緩和のためのP型ガードリ
ング層52が設けられている以外は、上記実施形態と同
じである。
FIG. 37 is a sectional view of a high breakdown voltage diode of a modification of this embodiment. This modification is the same as the above embodiment except that a P-type guard ring layer 52 for electric field relaxation is provided in place of the P -- type RESURF layer 46.

【0133】(第19の実施形態)図38は、本発明の
第19の実施形態に係わる高耐圧ダイオードの断面図で
ある。この例では高耐圧特性を持たせるために、電界緩
和用のP−−型リサーフ層46を設けている。この構造
の特徴は、素子周辺部のP型エミッタ層421 を分離
し、かつアノード電極49も分離してフィールドプレー
ト電極58を設けたことである。この構造においては、
分離したことにより素子周辺部のP型エミッタ層421
からはキャリア注入が起こらないため、順方向時にD点
付近のキャリア密度が抑えられる。このため逆回復時に
D点が最高電界点になってもキャリアの集中が起こらず
破壊に対して強い構造となる。なお分離したことによっ
てE点の電界は強くなるが、この分離距離が短ければ影
響のない範囲に抑えることができる。
(Nineteenth Embodiment) FIG. 38 is a sectional view of a high breakdown voltage diode according to a nineteenth embodiment of the present invention. In this example, a P -type RESURF layer 46 for electric field relaxation is provided in order to have a high breakdown voltage characteristic. The feature of this structure is that the P-type emitter layer 42 1 in the peripheral portion of the element is separated and the anode electrode 49 is also separated to provide the field plate electrode 58. In this structure,
As a result of the separation, the P-type emitter layer 42 1 in the peripheral portion of the device
Since carrier injection does not occur, the carrier density in the vicinity of point D in the forward direction can be suppressed. Therefore, even if the point D becomes the highest electric field point during reverse recovery, carrier concentration does not occur and the structure is strong against destruction. Although the electric field at the point E becomes stronger due to the separation, if the separation distance is short, it can be suppressed to a range that has no influence.

【0134】図39は、本実施形態の変形例の高耐圧ダ
イオードの断面図である。この変形例では、P−−型リ
サーフ層46の代わりに電界緩和のためのP型ガードリ
ング層52が設けられている以外は、上記実施形態と同
じである。
FIG. 39 is a sectional view of a high breakdown voltage diode according to a modification of this embodiment. This modification is the same as the above embodiment except that a P-type guard ring layer 52 for electric field relaxation is provided in place of the P -- type RESURF layer 46.

【0135】(第20の実施形態)図40は、本発明の
第20の実施形態に係わる高耐圧ダイオードの断面図で
ある。この例では高耐圧特性を持たせるために、電界緩
和用のP−−型リサーフ層46を設けている。
(Twentieth Embodiment) FIG. 40 is a sectional view of a high breakdown voltage diode according to a twentieth embodiment of the present invention. In this example, a P -type RESURF layer 46 for electric field relaxation is provided in order to have a high breakdown voltage characteristic.

【0136】この構造の特徴は、図38で分離したアノ
ード電極49とフィールドプレート電極58を高抵抗膜
(ポリシリコン膜等)59で接続したことである。この
構造においては、高抵抗膜59によってフィールドプレ
ート電極58の電位がアノード電極49と同電位に固定
されるためE点での電界強度が低下する。また、高抵抗
膜59があることによって素子周辺部のP型エミッタ層
421 からはキャリア注入が起こらないため、順方向時
にD点付近のキャリア密度が抑えられる。このため逆回
復時にD点が最高電界点になってもキャリアの集中が起
こらず破壊に対して強い構造となる。
The feature of this structure is that the anode electrode 49 and the field plate electrode 58 separated in FIG. 38 are connected by a high resistance film (polysilicon film or the like) 59. In this structure, the electric potential of the field plate electrode 58 is fixed to the same electric potential as the anode electrode 49 by the high resistance film 59, so that the electric field strength at the point E is lowered. Further, since the high resistance film 59 is provided, carrier injection does not occur from the P-type emitter layer 42 1 in the peripheral portion of the element, so that the carrier density near the point D in the forward direction is suppressed. Therefore, even if the point D becomes the highest electric field point during reverse recovery, carrier concentration does not occur and the structure is strong against destruction.

【0137】図41は、本実施形態の変形例の高耐圧ダ
イオードの断面図である。この変形例では、P−−型リ
サーフ層46の代わりに電界緩和のためのP型ガードリ
ング層52が設けられている以外は、上記実施形態と同
じである。
FIG. 41 is a sectional view of a high breakdown voltage diode according to a modification of this embodiment. This modification is the same as the above embodiment except that a P-type guard ring layer 52 for electric field relaxation is provided in place of the P -- type RESURF layer 46.

【0138】(第21の実施形態)図42は、本発明の
第21の実施形態に係わる高耐圧ダイオードの断面図で
ある。この例では高耐圧特性を持たせるために、電界緩
和用のP−−型リサーフ層46を設けている。
(Twenty-first Embodiment) FIG. 42 is a sectional view of a high breakdown voltage diode according to a twenty-first embodiment of the present invention. In this example, a P -type RESURF layer 46 for electric field relaxation is provided in order to have a high breakdown voltage characteristic.

【0139】この構造の特徴は、P型エミッタ層42の
端部(波線で示す)よりも内側にN + 型エミッタ層43
の端部が形成されていることである。その外側に形成さ
れているN型バッファ層44は逆電圧印加時に空乏層が
カソード電極50に達する(パンチスルー)のを防いで
いる。またN+ 型エミッタ層43はN型バッファ層43
よりも深く形成されている。
The feature of this structure is that the P-type emitter layer 42 is
N inside the edge (shown with wavy lines) + Type emitter layer 43
Is formed. Formed on its outside
In the N-type buffer layer 44, the depletion layer is formed when a reverse voltage is applied.
Prevent it from reaching (catching through) the cathode electrode 50
There is. Also N+ The type emitter layer 43 is an N type buffer layer 43.
Formed deeper than.

【0140】この構造においては、N+ 型エミッタ層4
3の端部がP型エミッタ層42の端部よりも内側に設定
され、かつ深く形成されている。これにより、主電流が
型基板41を横切って流れる距離および電流広がり
を小さくでき、点Dの直下付近のN 型基板41の厚
みが大きく採れる。従って点D付近では、逆回復時に空
乏層が大きく広がるので電界強度が低くなり、N型バッ
ファ層44によるキャリア注入量の低減との二重の効果
により、高い破壊耐量が実現される。
In this structure, the N + type emitter layer 4
The end portion 3 is set inside and deeper than the end portion of the P-type emitter layer 42. As a result, the distance and the current spread of the main current flowing across the N type substrate 41 can be reduced, and the thickness of the N type substrate 41 in the vicinity immediately below the point D can be increased. Therefore, in the vicinity of the point D, the depletion layer greatly expands during reverse recovery, and the electric field strength decreases, and a high breakdown resistance is realized by the double effect of reducing the carrier injection amount by the N-type buffer layer 44.

【0141】図43は、本実施形態の第1の変形例に係
わる高耐圧ダイオードの断面図である。この変形例で
は、P−−型リサーフ層46の代わりに電界緩和のため
のP型ガードリング層52が設けられている以外は、上
記実施形態と同じである。
FIG. 43 is a sectional view of a high breakdown voltage diode according to a first modification of this embodiment. This modification is the same as the above embodiment except that a P-type guard ring layer 52 for electric field relaxation is provided in place of the P -- type RESURF layer 46.

【0142】図44は、本実施形態の第2の変形例に係
わる高耐圧ダイオードの構成を示す断面図である。図4
2と基本的には変わらないが、この例ではN型バッファ
層44が省略されている。パンチスルーの心配がない厚
い基板であれば、この構造が可能である。
FIG. 44 is a sectional view showing the structure of a high breakdown voltage diode according to the second modification of this embodiment. Figure 4
Although basically the same as No. 2, the N-type buffer layer 44 is omitted in this example. This structure is possible for thick substrates that do not suffer from punch-through.

【0143】図45は、本実施形態の第3の変形例に係
わる高耐圧ダイオードの右半分の断面図である。この変
形例では、第2の変形例のP−−型リサーフ層46の代
わりに電界緩和のためのP型ガードリング層52が設け
られている以外は、第2の変形例と同じである。
FIG. 45 is a right half sectional view of a high breakdown voltage diode according to the third modification of the present embodiment. This modification is the same as the second modification except that a P-type guard ring layer 52 for electric field relaxation is provided in place of the P -- type RESURF layer 46 of the second modification.

【0144】上記実施形態4ないし21は、高耐圧ダイ
オードの素子構造を改良して逆回復時における破壊を防
止するものであった。これから説明する実施形態は、素
子内部の周辺で残留キャリアによる破壊が生じる前に、
その破壊の前兆を検出できる端子を備えた高耐圧ダイオ
ードに関するものである。本発明の骨子は、高耐圧ダイ
オードのP型エミッタ層周辺部の電位が電流集中により
上昇するのを検出し、これをIGBTなどの主素子のゲ
ート回路にフィードバックすることにより、逆回復の速
さを制御し、破壊を防止することにある。このために、
素子周辺部のP型エミッタ層上にアノード電極と分離し
た検出端子が具備される。
The above-mentioned Embodiments 4 to 21 are to improve the device structure of the high breakdown voltage diode to prevent the breakdown during reverse recovery. In the embodiment described below, before the destruction due to the residual carriers occurs around the inside of the device,
The present invention relates to a high withstand voltage diode having a terminal capable of detecting a precursor of the destruction. The gist of the present invention is that the potential of the peripheral portion of the P-type emitter layer of the high breakdown voltage diode is detected to rise due to current concentration, and this is fed back to the gate circuit of the main element such as the IGBT to speed up reverse recovery. To control and prevent destruction. For this,
A detection terminal separated from the anode electrode is provided on the P-type emitter layer around the element.

【0145】(第22の実施形態)図46は、本発明の
第22の実施形態の高耐圧ダイオードの断面図である。
この実施形態では、高耐圧特性を持たせるために、逆電
圧印加時に完全空乏化するように設計された電界緩和用
−−型リサーフ層46が設けられている。
(Twenty-second Embodiment) FIG. 46 is a sectional view of a high breakdown voltage diode according to a twenty-second embodiment of the present invention.
In this embodiment, an electric field relaxing P − − type RESURF layer 46 designed to be completely depleted when a reverse voltage is applied is provided in order to have a high breakdown voltage characteristic.

【0146】この構造における特徴は、P型エミッタ層
42の端部にアノード電極49とは独立した検出電極6
0を設けていることである。この構造においては、逆回
復時に電流集中が点D付近で起きると、集中した電流で
P型エミッタ層42の横方向抵抗57とで発生する電圧
降下を検出端子60で検出することができ、電流集中が
起こったことがわかる。この信号を後述する使用法のよ
うに利用すれば、電流集中を回避しダイオードの破壊が
防止できる。
The feature of this structure is that the detection electrode 6 independent of the anode electrode 49 is provided at the end of the P-type emitter layer 42.
0 is provided. In this structure, when current concentration occurs near point D during reverse recovery, the voltage drop that occurs in the lateral resistance 57 of the P-type emitter layer 42 due to the concentrated current can be detected at the detection terminal 60, and the current can be detected. You can see that concentration has occurred. If this signal is used as in the usage described later, current concentration can be avoided and diode breakdown can be prevented.

【0147】なお通常、静耐圧を向上するためにP−−
型リサーフ層46上にある電極(フィールドプレート電
極)にはアノード電位を与えるが、この実施形態では検
出電極60とアノード電極49の電位差が大きくは違わ
ない場合を考えており、検出電極60の電位で代用して
いる。
[0147] It should be noted that usually, P in order to improve the electrostatic breakdown voltage -
An anode potential is applied to the electrode (field plate electrode) on the RESURF layer 46, but in this embodiment, it is considered that the potential difference between the detection electrode 60 and the anode electrode 49 is not significantly different. Is used instead.

【0148】図47は、本実施形態のダイオードの使用
例を示す回路図である。一般的には、本発明のダイオー
ドはインバータに利用されるが、説明の簡略化のために
図示したチョッパ回路で説明する。ダイオード71と負
荷インダクタンス69に循環電流74が流れている状態
で、主素子70をオンすることによってダイオード71
の逆回復が始まる。
FIG. 47 is a circuit diagram showing a usage example of the diode of this embodiment. Generally, the diode of the present invention is used in an inverter, but for simplification of explanation, the chopper circuit shown in the figure will be used for explanation. With the circulating current 74 flowing in the diode 71 and the load inductance 69, the main element 70 is turned on to turn on the diode 71.
Reverse recovery begins.

【0149】このときダイオード71のP型エミッタ層
42端部で電流集中が起こると、前述のメカニズムで検
出端子の電位が上昇する。この電位を検出し、絶縁増幅
器72を介して主素子70のゲート回路73にフィード
バックして主素子のターンオンを止めてやれば電流集中
によるダイオード71の破壊を防止することができる。
At this time, if current concentration occurs at the end of the P-type emitter layer 42 of the diode 71, the potential of the detection terminal rises due to the mechanism described above. If this potential is detected and fed back to the gate circuit 73 of the main element 70 via the isolation amplifier 72 to stop the turn-on of the main element, the breakdown of the diode 71 due to current concentration can be prevented.

【0150】さらに、電流集中が起きたときには、その
程度(検出電極電位)に応じて主素子70のゲート電圧
を連続的に変化させるようにシーケンスを組めば、逆回
復の速さを制御し、装置の動作は止めずにすませること
もできる。
Further, when current concentration occurs, a reverse recovery speed can be controlled by arranging a sequence so that the gate voltage of the main element 70 is continuously changed according to the level (detection electrode potential). The operation of the device can be stopped.

【0151】図48は、本実施形態の変形例の高耐圧ダ
イオードの断面図である。この例では、電界緩和のため
にP型ガードリング層52が設けられている以外は図4
6と同じである。
FIG. 48 is a sectional view of a high breakdown voltage diode according to a modification of this embodiment. In this example, except that the P-type guard ring layer 52 is provided to alleviate the electric field, FIG.
Same as 6.

【0152】(第23の実施形態)図49は、本発明の
第23の実施形態の高耐圧ダイオードの断面図である。
この構造における特徴はP型エミッタ層42とP−−
リサーフ層46の間に、逆電圧印加時に完全空乏化しな
いように設計されたP 型エミッタ層53が設けられ
ていることであり、それ以外は図46と同じである。こ
の構造においては、P 型エミッタ層53の横方向抵
抗57が大きいため電流集中の検出が容易に行える。
(Twenty-third Embodiment) FIG. 49 is a sectional view of a high breakdown voltage diode according to a twenty-third embodiment of the present invention.
A characteristic of this structure is that a P type emitter layer 53 designed so as not to be completely depleted when a reverse voltage is applied is provided between the P type emitter layer 42 and the P type RESURF layer 46. Other than that is the same as FIG. 46. In this structure, the lateral resistance 57 of the P type emitter layer 53 is large, so that current concentration can be easily detected.

【0153】(第24の実施形態)図50は、本発明の
第24の実施形態の高耐圧ダイオードの断面図である。
この構造における特徴はP型エミッタ層42内の周辺部
表面に横方向抵抗57調整用のN型層56が設けられて
いることであり、それ以外は図46と同じである。この
構造においては、N型層56の拡散深さを調整すること
により、除去部直下のP型エミッタ層42の横方向抵抗
57を調整できるため、電流集中の検出感度が調整でき
る。
(Twenty-fourth Embodiment) FIG. 50 is a sectional view of a high breakdown voltage diode according to a twenty-fourth embodiment of the present invention.
The feature of this structure is that an N-type layer 56 for adjusting the lateral resistance 57 is provided on the surface of the peripheral portion in the P-type emitter layer 42, and the other points are the same as in FIG. In this structure, the lateral resistance 57 of the P-type emitter layer 42 immediately below the removed portion can be adjusted by adjusting the diffusion depth of the N-type layer 56, so that the detection sensitivity of current concentration can be adjusted.

【0154】(第25の実施形態)図51は、本発明の
第25の実施形態の高耐圧ダイオードの断面図である。
この構造における特徴は、P型エミッタ層42内の周辺
部表面がRIEなどによりに一定量除去されていること
であり、それ以外は図46と同じである。この構造にお
いては、除去部の深さを調整することにより、除去部直
下のP型エミッタ層42の横方向抵抗57を調整できる
ため、電流集中の検出感度が調整できる。
(Twenty-fifth Embodiment) FIG. 51 is a sectional view of a high breakdown voltage diode according to a twenty-fifth embodiment of the present invention.
The feature of this structure is that the peripheral surface in the P-type emitter layer 42 is removed by a certain amount by RIE or the like, and the other points are the same as those in FIG. In this structure, the lateral resistance 57 of the P-type emitter layer 42 immediately below the removed portion can be adjusted by adjusting the depth of the removed portion, so that the detection sensitivity of current concentration can be adjusted.

【0155】(第26の実施形態)図52は、本発明の
第26の実施形態の高耐圧ダイオードの断面図である。
この構造における特徴は、P型エミッタ層42とP型層
65の間に、P 型エミッタ層53が設けられている
ことであり、それ以外は図46と同じである。この構造
においては、このP 型エミッタ層53の横方向抵抗
57が大きいため、電流集中の検出が容易に行える。
(Twenty-sixth Embodiment) FIG. 52 is a sectional view of a high withstand voltage diode according to a twenty-sixth embodiment of the present invention.
The feature of this structure is that the P -type emitter layer 53 is provided between the P-type emitter layer 42 and the P-type layer 65, and the other points are the same as in FIG. 46. In this structure, since the lateral resistance 57 of the P type emitter layer 53 is large, the current concentration can be easily detected.

【0156】(第27の実施形態)図53は、本発明の
第27の実施形態の高耐圧ダイオードの断面図である。
この構造における特徴は、P型エミッタ層42とP型層
65を完全分離し、抵抗性膜67を介して電気的に接続
することであり、それ以外は図46と同じである。この
構造においては、この抵抗性膜67の抵抗により、電流
集中の検出が容易に行える。
(Twenty-seventh Embodiment) FIG. 53 is a sectional view of a high breakdown voltage diode according to a twenty-seventh embodiment of the present invention.
The feature of this structure is that the P-type emitter layer 42 and the P-type layer 65 are completely separated and electrically connected to each other through the resistive film 67, and the other points are the same as in FIG. In this structure, the resistance of the resistive film 67 facilitates detection of current concentration.

【0157】実施形態22から27までは、検出電極6
0をフィールドプレート電極として用いる場合について
述べたが、これ以降は、アノード電極49をフィールド
プレート電極として用いる場合について述べる。
In Embodiments 22 to 27, the detection electrode 6 was used.
The case where 0 is used as the field plate electrode has been described, but hereinafter, the case where the anode electrode 49 is used as the field plate electrode will be described.

【0158】(第28の実施形態)図54は、本発明の
第28の実施形態の高耐圧ダイオードの平面図であり、
図中のA−A’線、B−B’線に沿った断面図を図55
および図56にそれぞれ示す。この構造における特徴
は、第2の絶縁膜63で検出電極60を覆うことにより
アノード電極49をフィールドプレート電極として利用
し、検出電極60の電位を観測するために第2のアノー
ド電極61を1部開口していることであり、それ以外は
図46と同じである。なお、参照番号64は検出電極6
0の電位を測定するための取り出し電極である。
(Twenty-eighth Embodiment) FIG. 54 is a plan view of a high breakdown voltage diode according to a twenty-eighth embodiment of the present invention.
FIG. 55 is a sectional view taken along line AA ′ and line BB ′ in the figure.
And FIG. 56 respectively. This structure is characterized in that the anode electrode 49 is used as a field plate electrode by covering the detection electrode 60 with the second insulating film 63, and a part of the second anode electrode 61 is used to observe the potential of the detection electrode 60. It is opened, and other than that is the same as FIG. 46. The reference numeral 64 indicates the detection electrode 6
This is an extraction electrode for measuring the potential of 0.

【0159】(第29の実施形態)図57、58は、本
発明の第29の実施形態の高耐圧ダイオードの断面図で
あり、図54のA−A’線、B−B’線に沿った断面図
にそれぞれ相当する。この構造における特徴は、第2の
絶縁膜63で検出電極60を覆うことによりアノード電
極49をフィールドプレート電極として利用し、検出電
極60の電位を観測するために第2のアノード電極61
を1部開口していることであり、それ以外は図49と同
じである。
(Twenty-ninth Embodiment) FIGS. 57 and 58 are cross-sectional views of a high breakdown voltage diode according to a twenty-ninth embodiment of the present invention, which are taken along the lines AA ′ and BB ′ of FIG. The cross-sectional views correspond respectively. The feature of this structure is that the anode electrode 49 is used as a field plate electrode by covering the detection electrode 60 with the second insulating film 63, and the second anode electrode 61 is used to observe the potential of the detection electrode 60.
Is partially opened, and other than that is the same as FIG. 49.

【0160】(第30の実施形態)図59、60は、本
発明の第30の実施形態の高耐圧ダイオードの断面図で
あり、図54のA−A’線、B−B’線に沿った断面図
にそれぞれ相当する。この構造における特徴は、第2の
絶縁膜63で検出電極60を覆うことによりアノード電
極49をフィールドプレート電極として利用し、検出電
極60の電位を観測するために第2のアノード電極61
を1部開口していることであり、それ以外は図50と同
じである。
(30th Embodiment) FIGS. 59 and 60 are cross-sectional views of a high breakdown voltage diode according to a 30th embodiment of the present invention, which are taken along the lines AA 'and BB' in FIG. The cross-sectional views correspond respectively. The feature of this structure is that the anode electrode 49 is used as a field plate electrode by covering the detection electrode 60 with the second insulating film 63, and the second anode electrode 61 is used to observe the potential of the detection electrode 60.
Is partially opened, and other than that is the same as FIG.

【0161】(第31の実施形態)図61、62は、本
発明の第31の実施形態の高耐圧ダイオードの断面図で
あり、図54のA−A’線、B−B’線に沿った断面図
にそれぞれ相当する。この構造における特徴は、第2の
絶縁膜63で検出電極60を覆うことによりアノード電
極49をフィールドプレート電極として利用し、検出電
極60の電位を観測するために第2のアノード電極61
を1部開口していることであり、それ以外は図51と同
じである。
(Thirty-First Embodiment) FIGS. 61 and 62 are cross-sectional views of a high breakdown voltage diode according to a thirty-first embodiment of the present invention, taken along the lines AA 'and BB' in FIG. The cross-sectional views correspond respectively. The feature of this structure is that the anode electrode 49 is used as a field plate electrode by covering the detection electrode 60 with the second insulating film 63, and the second anode electrode 61 is used to observe the potential of the detection electrode 60.
Is partially opened, and other than that is the same as FIG.

【0162】(第32の実施形態)図63、64は、本
発明の第32の実施形態の高耐圧ダイオードの断面図で
あり、図54のA−A’線、B−B’線に沿った断面図
にそれぞれ相当する。この構造における特徴は、第2の
絶縁膜63で検出電極60を覆うことによりアノード電
極49をフィールドプレート電極として利用し、検出電
極60の電位を観測するために第2のアノード電極61
を1部開口していることであり、それ以外は図52と同
じである。
(32nd Embodiment) FIGS. 63 and 64 are cross-sectional views of a high breakdown voltage diode according to a 32nd embodiment of the present invention, which are taken along the lines AA 'and BB' in FIG. The cross-sectional views correspond respectively. The feature of this structure is that the anode electrode 49 is used as a field plate electrode by covering the detection electrode 60 with the second insulating film 63, and the second anode electrode 61 is used to observe the potential of the detection electrode 60.
Is partially opened, and other than that is the same as FIG.

【0163】(第33の実施形態)図65、66は、本
発明の第33の実施形態の高耐圧ダイオードの断面図で
あり、図54のA−A’線、B−B’線に沿った断面図
にそれぞれ相当する。この構造における特徴は、第2の
絶縁膜63で検出電極60を覆うことによりアノード電
極49をフィールドプレート電極として利用し、検出電
極60の電位を観測するために第2のアノード電極61
を1部開口していることであり、それ以外は図53と同
じである。
(Thirty-Third Embodiment) FIGS. 65 and 66 are cross-sectional views of a high breakdown voltage diode according to a thirty-third embodiment of the present invention, taken along the lines AA ′ and BB ′ of FIG. The cross-sectional views correspond respectively. The feature of this structure is that the anode electrode 49 is used as a field plate electrode by covering the detection electrode 60 with the second insulating film 63, and the second anode electrode 61 is used to observe the potential of the detection electrode 60.
Is partially opened, and other than that is the same as FIG.

【0164】(第34の実施形態)図67は、本発明の
第34の実施形態の高耐圧ダイオードの平面図である。
この構造における特徴は検出電極60を分割し、それぞ
れの電位を測定できるようにしていることである。この
構造においては、局所的な電流集中が起きた場合にも感
度よく検出できるという利点がある。多くの場合電流集
中はコーナー部分で生じるため、実際に検出に使用する
箇所はコーナー部の4カ所だけとすることもできる。
(34th Embodiment) FIG. 67 is a plan view of a high breakdown voltage diode according to a 34th embodiment of the present invention.
The feature of this structure is that the detection electrode 60 is divided and each potential can be measured. This structure has an advantage that even if a local current concentration occurs, it can be detected with high sensitivity. In many cases, current concentration occurs at the corners, so the actual locations used for detection may be limited to four corners.

【0165】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。例えば、上記実施形態では、主とし
て高耐圧ダイオードの場合について説明したが、本発明
は、該素子と同様のダイオード構造を有するサイリスタ
やバイポーラパワートランジスタやIGBT等の他の高
耐圧半導体素子にも適用できる。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the case of a high breakdown voltage diode was mainly described, but the present invention can be applied to other high breakdown voltage semiconductor elements such as thyristors, bipolar power transistors, and IGBTs having the same diode structure as the element. .

【0166】また、上記実施形態では、第1導電型をN
型、第2導電型をP型とした場合の実施形態であるが、
第1導電型をP型、第2導電型をN型としても良い。
In the above embodiment, the first conductivity type is N.
In this embodiment, the mold and the second conductivity type are P-type.
The first conductivity type may be P type and the second conductivity type may be N type.

【0167】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施できる。
Besides, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0168】[0168]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
第2導電型エミッタ層を分離したので素子周辺部の第2
導電型エミッタ層からはキャリア注入が起こらない。こ
のため、順方向時にエミッタ層外周過度部付近のキャリ
ア密度が抑えられ、逆回復時に前記角部が最高電界点に
なってもキャリアの集中が起こらず破壊に対して強い構
造となる。
As described in detail above, according to the present invention,
Since the second conductivity type emitter layer is separated, the second
No carrier injection occurs from the conductivity type emitter layer. Therefore, the carrier density in the vicinity of the excessive peripheral portion of the outer periphery of the emitter layer is suppressed in the forward direction, and even if the corner becomes the highest electric field point in the reverse recovery, the concentration of carriers does not occur and the structure is strong against destruction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態に係る高耐圧ダイオー
ドの平面図およびそのA−A´断面図
FIG. 1 is a plan view of a high breakdown voltage diode according to a first embodiment of the present invention and its AA ′ cross-sectional view.

【図2】図1の高耐圧ダイオードの要部断面構造とオン
状態のキャリア濃度分布を示す図
2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a main part of the high breakdown voltage diode of FIG. 1 and a carrier concentration distribution in an ON state.

【図3】図1の高耐圧ダイオードの逆回復特性を第1の
従来の高耐圧ダイオードおよび第2の従来の高耐圧ダイ
オードと比較して示す図
FIG. 3 is a diagram showing the reverse recovery characteristics of the high breakdown voltage diode of FIG. 1 in comparison with the first conventional high breakdown voltage diode and the second conventional high breakdown voltage diode.

【図4】図1の高耐圧ダイオードの第2の領域の幅とN
型ベース層内のキャリア拡散長とオン電圧との関係
を示す特性図
4 is a width and N of a second region of the high breakdown voltage diode of FIG.
- characteristic diagram showing the relationship between the carrier diffusion length and the on-voltage type base layer

【図5】図1の高耐圧ダイオードの第2の領域のアノー
ド側パターンの例を示す平面図
5 is a plan view showing an example of an anode side pattern of a second region of the high breakdown voltage diode of FIG. 1. FIG.

【図6】図1の高耐圧ダイオードの第1の領域および第
2の領域の他の配置パターンを示す平面図
6 is a plan view showing another arrangement pattern of the first region and the second region of the high breakdown voltage diode of FIG. 1. FIG.

【図7】本発明の第2の実施形態に係る高耐圧ダイオー
ドの素子構造を示す断面図
FIG. 7 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3の実施形態に係る逆導通型IGB
Tの素子構造を断面図
FIG. 8 is a reverse conducting type IGBT according to a third embodiment of the present invention.
Sectional view of element structure of T

【図9】第1の従来の高耐圧ダイオードの要部構造なら
びに同素子内の不純物濃度分布およびオン状態のキャリ
ア濃度分布を示す図
FIG. 9 is a diagram showing a main part structure of a first conventional high breakdown voltage diode, an impurity concentration distribution in the element, and a carrier concentration distribution in an ON state.

【図10】第2の従来の高耐圧ダイオードの平面図およ
びそのA−A´断面図
FIG. 10 is a plan view of a second conventional high breakdown voltage diode and its AA ′ sectional view.

【図11】図10の高耐圧ダイオードの基本構成部分な
らびに同素子内の不純物濃度分布およびオン状態でのキ
ャリア濃度分布を示す図
FIG. 11 is a diagram showing a basic constituent part of the high breakdown voltage diode of FIG. 10, an impurity concentration distribution in the element, and a carrier concentration distribution in an ON state.

【図12】第2の従来の高耐圧ダイオードの逆回復特性
を第1の従来の高耐圧ダイオードと比較して示す図
FIG. 12 is a diagram showing the reverse recovery characteristics of a second conventional high withstand voltage diode in comparison with the first conventional high withstand voltage diode.

【図13】図10の高耐圧ダイオードの寄生トランジス
タ効果を説明するための図
13 is a diagram for explaining a parasitic transistor effect of the high breakdown voltage diode of FIG.

【図14】図10の高耐圧ダイオードの寄生トランジス
タ効果を抑制するために望ましいシート抵抗およびN++
型層の幅の範囲を説明するための図
14 is a desirable sheet resistance and N ++ for suppressing the parasitic transistor effect of the high breakdown voltage diode of FIG.
Figure for explaining the width range of the mold layer

【図15】第3の従来の高耐圧ダイオードの要部断面図
と同素子内のオン状態のキャリア濃度分布を示す図
FIG. 15 is a cross-sectional view of a main part of a third conventional high breakdown voltage diode and a diagram showing a carrier concentration distribution in the ON state in the same element.

【図16】図15の高耐圧ダイオードの逆方向印加電圧
とリーク電流電流との関係をd1をパラメータとして示
す図
16 is a diagram showing the relationship between the reverse applied voltage and the leakage current of the high breakdown voltage diode of FIG. 15 with d 1 as a parameter.

【図17】第4の従来の高耐圧ダイオードの要部断面図
と同素子内のオン状態のキャリア濃度分布を示す図
FIG. 17 is a cross-sectional view of a main part of a fourth conventional high breakdown voltage diode and a diagram showing a carrier concentration distribution in the ON state in the same element.

【図18】本発明の第4の実施形態に係る高耐圧ダイオ
ードの素子構造を示す断面図
FIG. 18 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a fourth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第5の実施形態に係る高耐圧ダイオ
ードの素子構造を示す断面図
FIG. 19 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a fifth embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第6の実施形態に係る高耐圧ダイオ
ードの素子構造を示す断面図
FIG. 20 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a sixth embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第7の実施形態に係る高耐圧ダイオ
ードの素子構造を示す断面図
FIG. 21 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a seventh embodiment of the present invention.

【図22】本発明の第8の実施形態に係る高耐圧ダイオ
ードの素子構造を示す断面図
FIG. 22 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to an eighth embodiment of the present invention.

【図23】本発明の第9の実施形態に係る高耐圧ダイオ
ードの素子構造を示す断面図
FIG. 23 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a ninth embodiment of the present invention.

【図24】本発明の第10の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
FIG. 24 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a tenth embodiment of the present invention.

【図25】本発明の第11の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
FIG. 25 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図26】本発明の第12の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
FIG. 26 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図27】本発明の第13の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
FIG. 27 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図28】本発明の第14の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
FIG. 28 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a fourteenth embodiment of the present invention.

【図29】本発明の第15の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
FIG. 29 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a fifteenth embodiment of the present invention.

【図30】本発明の第16の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
FIG. 30 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a sixteenth embodiment of the present invention.

【図31】本発明の第16の実施形態の第1の変形例に
係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
FIG. 31 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a first modification of the sixteenth embodiment of the present invention.

【図32】本発明の第16の実施形態の第2の変形例に
係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
FIG. 32 is a sectional view showing the device structure of a high breakdown voltage diode according to a second modification of the sixteenth embodiment of the present invention.

【図33】本発明の第16の実施形態の第3の変形例に
係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
FIG. 33 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a third modification of the sixteenth embodiment of the present invention.

【図34】本発明の第17の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
FIG. 34 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a seventeenth embodiment of the present invention.

【図35】本発明の第17の実施形態の変形例に係る高
耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
FIG. 35 is a sectional view showing the element structure of a high breakdown voltage diode according to a modification of the seventeenth embodiment of the present invention.

【図36】本発明の第18の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
FIG. 36 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to an eighteenth embodiment of the present invention.

【図37】本発明の第18の実施形態の変形例に係る高
耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
FIG. 37 is a sectional view showing the element structure of a high breakdown voltage diode according to a modification of the eighteenth embodiment of the present invention.

【図38】本発明の第19の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
FIG. 38 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a nineteenth embodiment of the present invention.

【図39】本発明の第19の実施形態の変形例に係る高
耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
FIG. 39 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a modification of the nineteenth embodiment of the present invention.

【図40】本発明の第20の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
FIG. 40 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a twentieth embodiment of the present invention.

【図41】本発明の第20の実施形態の変形例に係る高
耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
FIG. 41 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a modification of the twentieth embodiment of the present invention.

【図42】本発明の第21の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
FIG. 42 is a sectional view showing the element structure of the high breakdown voltage diode according to the twenty-first embodiment of the present invention.

【図43】本発明の第21の実施形態の第1の変形例に
係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
FIG. 43 is a sectional view showing the element structure of a high breakdown voltage diode according to a first modification of the twenty-first embodiment of the present invention.

【図44】本発明の第21の実施形態の第2の変形例に
係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
FIG. 44 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a second modification of the twenty first embodiment of the present invention.

【図45】本発明の第21の実施形態の第3の変形例に
係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
FIG. 45 is a sectional view showing the element structure of a high breakdown voltage diode according to a third modification of the twenty first embodiment of the present invention.

【図46】本発明の第22の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
FIG. 46 is a sectional view showing the element structure of a high breakdown voltage diode according to a twenty-second embodiment of the present invention.

【図47】本発明の高耐圧ダイオードの使用例を示す回
路図
FIG. 47 is a circuit diagram showing a usage example of the high breakdown voltage diode of the present invention.

【図48】本発明の第22の実施形態の変形例に係る高
耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
FIG. 48 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a modification of the twenty second embodiment of the present invention.

【図49】本発明の第23の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
FIG. 49 is a sectional view showing the element structure of a high breakdown voltage diode according to a twenty-third embodiment of the present invention.

【図50】本発明の第24の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
FIG. 50 is a sectional view showing the element structure of the high breakdown voltage diode according to the twenty-fourth embodiment of the present invention.

【図51】本発明の第25の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
FIG. 51 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a twenty-fifth embodiment of the present invention.

【図52】本発明の第26の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
52 is a sectional view showing the element structure of the high breakdown voltage diode according to the twenty sixth embodiment of the present invention. FIG.

【図53】本発明の第27の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す断面図
FIG. 53 is a sectional view showing the element structure of a high breakdown voltage diode according to a twenty-seventh embodiment of the present invention.

【図54】本発明の第28の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの平面図
FIG. 54 is a plan view of the high breakdown voltage diode according to the 28th embodiment of the present invention.

【図55】図54のA−A’線に沿った断面図55 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 54.

【図56】図54のB−B’線に沿った断面図56 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG. 54.

【図57】本発明の第29の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す図で、図54のA−A’線の沿
った断面に相当する断面図
57 is a view showing the element structure of the high breakdown voltage diode according to the twenty ninth embodiment of the present invention, which is a cross sectional view corresponding to the cross section along the line AA ′ of FIG. 54; FIG.

【図58】本発明の第29の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す図で、図54のB−B’線の沿
った断面に相当する断面図
FIG. 58 is a diagram showing the element structure of the high breakdown voltage diode according to the twenty ninth embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view corresponding to the cross section along the line BB ′ of FIG. 54;

【図59】本発明の第30の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す図で、図54のA−A’線の沿
った断面に相当する断面図
FIG. 59 is a view showing the element structure of the high breakdown voltage diode according to the thirtieth embodiment of the invention, which is a cross sectional view corresponding to the cross section along the line AA ′ of FIG. 54;

【図60】本発明の第30の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す図で、図54のB−B’線の沿
った断面に相当する断面図
FIG. 60 is a diagram showing the element structure of the high breakdown voltage diode according to the thirtieth embodiment of the invention, which is a cross-sectional view corresponding to the cross section along the line BB ′ of FIG. 54;

【図61】本発明の第31の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す図で、図54のA−A’線の沿
った断面に相当する断面図
FIG. 61 is a view showing the element structure of the high breakdown voltage diode according to the thirty-first embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view corresponding to the cross section along the line AA ′ of FIG. 54;

【図62】本発明の第31の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す図で、図54のB−B’線の沿
った断面に相当する断面図
FIG. 62 is a view showing the element structure of the high breakdown voltage diode according to the thirty-first embodiment of the present invention, which is a cross sectional view corresponding to the cross section along the line BB ′ of FIG. 54;

【図63】本発明の第32の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す図で、図54のA−A’線の沿
った断面に相当する断面図
FIG. 63 is a view showing the element structure of the high breakdown voltage diode according to the thirty-second embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view corresponding to the cross section along the line AA ′ of FIG. 54;

【図64】本発明の第32の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す図で、図54のB−B’線の沿
った断面に相当する断面図
FIG. 64 is a view showing the element structure of the high breakdown voltage diode according to the thirty-second embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view corresponding to the cross section along the line BB ′ of FIG. 54;

【図65】本発明の第33の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す図で、図54のA−A’線の沿
った断面に相当する断面図
FIG. 65 is a view showing the element structure of the high breakdown voltage diode according to the thirty-third embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view corresponding to the cross section along the line AA ′ of FIG. 54;

【図66】本発明の第33の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの素子構造を示す図で、図54のB−B’線の沿
った断面に相当する断面図
FIG. 66 is a view showing the element structure of the high breakdown voltage diode according to the thirty-third embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view corresponding to the cross section along the line BB ′ of FIG. 54;

【図67】本発明の第34の実施形態に係る高耐圧ダイ
オードの平面図
FIG. 67 is a plan view of a high breakdown voltage diode according to a thirty-fourth embodiment of the present invention.

【図68】従来の他の高耐圧ダイオードの素子構造を示
す断面図
FIG. 68 is a sectional view showing the element structure of another conventional high breakdown voltage diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…N 型ベース層 2…P+ 型エミッタ層(P+ 型アノード層) 21 …P+ 型層(P+ 型エミッタ層) 22 …P++層(コンタクト層) 23 …P 型エミッタ層(P 型アノード層) 3…N+ 型カソード層 31 …N+ 型層 32 …N++型層(コンタクト層) 4…アノード電極 5…カソード電極 6…N++型層(電流ブロッキング層) 7…酸化膜 8…ショットキーコンタクト 9…第1の領域(第1のエミッタ注入領域) 10…第2の領域(第2のエミッタ注入領域) 11…P++型層(電流ブロッキング層) 12…P型層 13…N++型層(ソース層) 14…ゲート絶縁膜 15…ゲート電極 16…P+ 型層(ドレイン層) 17…ソース電極 18…ドレイン電極 19…電極 20…P 型層(リサーフ層) 21…N++型層(チャネルストッパ層) 22…N型バッファ層 23…N++型層(コンタクト層) 41…N 型基板 42…P型エミッタ層 43…N+ 型エミッタ層 44…N型バッファ層 45…P+ 型コンタクト層 46…P−−型リサーフ層 47…N+ 型ストッパー層 48…絶縁膜 49…アノード電極 50…カソード電極 51…ストッパー電極 52…P型ガードリング層 53…第2のP 型エミッタ層 54…電子排出用N+ 型層 55…キャリア(電子)の流れ1 ... N - type base layer 2 ... P + -type emitter layer (P + -type anode layer) 2 1 ... P + -type layer (P + -type emitter layer) 2 2 ... P ++ layer (contact layer) 2 3 ... P - type emitter layer (P - -type anode layer) 3 ... N + -type cathode layer 3 1 ... N + -type layer 3 2 ... N ++ type layer (contact layer) 4: anode electrode 5 ... cathode electrode 6 ... N ++ Mold layer (current blocking layer) 7 ... Oxide film 8 ... Schottky contact 9 ... First region (first emitter injection region) 10 ... Second region (second emitter injection region) 11 ... P ++ type Layer (current blocking layer) 12 ... P-type layer 13 ... N ++ type layer (source layer) 14 ... Gate insulating film 15 ... Gate electrode 16 ... P + type layer (drain layer) 17 ... Source electrode 18 ... Drain electrode 19 ... Electrode 20 ... P - type layer (resurf layer) 21 ... N ++ type layer (channel stopper layer) 22 ... N-type buffer layer 23 ... N ++ type layer (contact layer) 41 ... N - -type substrate 42 ... P-type emitter layer 43 ... N + -type emitter layer 44 ... N-type buffer layer 45 ... P + -type contact layer 46 ... P - -type RESURF layer 47 ... N + -type stopper layer 48: insulating film 49: anode electrode 50 ... cathode electrode 51 ... stopper electrode 52 ... P-type guard ring layer 53 ... second P - type emitter layer 54 ... electronic discharge N + type layer 55 ... Carrier (electron) flow

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1と第2の主面を有する第1導電型の第
1の半導体層と、 前記第1の半導体層の前記第1の主面に選択的に形成さ
れた第2導電型の第2の半導体層と、 前記第1の半導体層の前記第2の主面に形成された第1
導電型の第3の半導体層と、 前記第2導電型の第2の半導体層上に設けられた第1の
電極と、 前記第1導電型の第3の半導体層上に設けられた第2の
電極とを具備し、 前記第2の半導体層は不純物濃度が比較的高い複数の第
1の領域と、この第1の領域を取り囲み不純物濃度が比
較的低い複数の第2の領域とを含み、前記第1の電極は
前記第1の領域に対応して設けられ少なくとも前記第1
の領域に接続されていることを特徴とする高耐圧半導体
素子。
1. A first conductivity type first semiconductor layer having first and second main surfaces, and a second conductivity selectively formed on the first main surface of the first semiconductor layer. Type second semiconductor layer, and a first semiconductor layer formed on the second main surface of the first semiconductor layer.
A conductive third semiconductor layer, a first electrode provided on the second conductive second semiconductor layer, and a second electrode provided on the first conductive third semiconductor layer. The second semiconductor layer includes a plurality of first regions having a relatively high impurity concentration, and a plurality of second regions surrounding the first region and having a relatively low impurity concentration. , The first electrode is provided corresponding to the first region, and at least the first electrode is provided.
A high breakdown voltage semiconductor device characterized in that it is connected to the region of.
【請求項2】第1と第2の主面を有する第1導電型の第
1の半導体層と、 前記第1の半導体層の前記第1の主面に選択的に形成さ
れた第2導電型の第2の半導体層と、 前記第1の半導体層の前記第2の主面に形成された第1
導電型の第3の半導体層と、 前記第2導電型の第2の半導体層上に設けられた第1の
電極と、 前記第1導電型の第3の半導体層上に設けられた第2の
電極とを具備し、 前記第2の半導体層は不純物濃度が比較的高い複数の第
1の領域と、この第1の領域を夫々取り囲み互いに離間
した不純物濃度が比較的低い複数の第2の領域とを含
み、前記第1の電極は前記第1の領域に対応して設けら
れ少なくとも前記第1の領域に接続されていることを特
徴とする高耐圧半導体素子。
2. A first conductive type first semiconductor layer having first and second main surfaces, and a second conductive layer selectively formed on the first main surface of the first semiconductor layer. Type second semiconductor layer, and a first semiconductor layer formed on the second main surface of the first semiconductor layer.
A conductive third semiconductor layer, a first electrode provided on the second conductive second semiconductor layer, and a second electrode provided on the first conductive third semiconductor layer. The second semiconductor layer has a plurality of first regions having a relatively high impurity concentration, and a plurality of second regions having a relatively low impurity concentration which respectively surround the first regions and are spaced apart from each other. A high withstand voltage semiconductor element including a region, wherein the first electrode is provided corresponding to the first region and is connected to at least the first region.
【請求項3】第1と第2の主面を有する第1導電型の第
1の半導体層と、 前記第1の半導体層の前記第1の主面に選択的に形成さ
れた第2導電型の第2の半導体層と、 前記第1の半導体層の前記第2の主面に形成された第1
導電型の第3の半導体層と、 前記第1の半導体層の前記第1の主面に前記第2の半導
体層から離間して形成された第2導電型の第4の半導体
層と、 前記第2導電型の第2の半導体層上に設けられた第1の
電極と、 前記第1導電型の第3の半導体層上に設けられた第2の
電極とを具備し、 前記第2の半導体層は不純物濃度が比較的高い複数の第
1の領域と、この第1の領域を夫々取り囲み互いに離間
した不純物濃度が比較的低い複数の第2の領域とを含
み、前記第1の電極は前記第1の領域に対応して設けら
れ少なくとも前記第1の領域に接続されていることを特
徴とする高耐圧半導体素子。
3. A first conductive type first semiconductor layer having first and second main surfaces, and a second conductive layer selectively formed on the first main surface of the first semiconductor layer. Type second semiconductor layer, and a first semiconductor layer formed on the second main surface of the first semiconductor layer.
A conductive-type third semiconductor layer; a second conductive-type fourth semiconductor layer formed on the first main surface of the first semiconductor layer and separated from the second semiconductor layer; A second electrode provided on the second conductive type second semiconductor layer; and a second electrode provided on the first conductive type third semiconductor layer; The semiconductor layer includes a plurality of first regions having a relatively high impurity concentration, and a plurality of second regions surrounding the first region and spaced from each other and having a relatively low impurity concentration. A high breakdown voltage semiconductor element, which is provided corresponding to the first region and is connected to at least the first region.
【請求項4】第1と第2の主面を有する第1導電型の第
1の半導体層と、 前記第1の半導体層の前記第1の主面に選択的に形成さ
れた第2導電型の第2の半導体層と、 前記第1の半導体層の前記第2の主面に形成された第1
導電型の第3の半導体層と、 前記第1の半導体層の前記第1の主面に前記第2の半導
体層から夫々離間して順次形成された第2導電型の第4
の半導体層並びに第1導電型の第5の半導体層と、 前記第2導電型の第2の半導体層上に設けられた第1の
電極と、 前記第1導電型の第3の半導体層上に設けられた第2の
電極と、 前記第1導電型の第5の半導体層上に設けられた第3の
電極を具備し、 前記第2の半導体層は不純物濃度が比較的高い複数の第
1の領域と、この第1の領域を夫々取り囲み互いに離間
した不純物濃度が比較的低い複数の第2の領域とを含
み、前記第1の電極は前記第1の領域に対応して設けら
れ少なくとも前記第1の領域に接続されていることを特
徴とする高耐圧半導体素子。
4. A first conductive type first semiconductor layer having first and second main surfaces, and a second conductive layer selectively formed on the first main surface of the first semiconductor layer. Type second semiconductor layer, and a first semiconductor layer formed on the second main surface of the first semiconductor layer.
A third semiconductor layer of conductivity type and a fourth semiconductor layer of second conductivity type sequentially formed on the first main surface of the first semiconductor layer separately from the second semiconductor layer.
Semiconductor layer and a fifth semiconductor layer of the first conductivity type, a first electrode provided on the second semiconductor layer of the second conductivity type, and a third semiconductor layer of the first conductivity type And a third electrode provided on the fifth semiconductor layer of the first conductivity type, wherein the second semiconductor layer includes a plurality of first electrodes having a relatively high impurity concentration. A first region and a plurality of second regions that surround the first region and are spaced apart from each other and have a relatively low impurity concentration, and the first electrode is provided corresponding to at least the first region. A high breakdown voltage semiconductor element, which is connected to the first region.
【請求項5】前記第4の半導体層はガードリング層であ
ることを特徴とする請求項3または4に記載の高耐圧半
導体素子。
5. The high breakdown voltage semiconductor device according to claim 3, wherein the fourth semiconductor layer is a guard ring layer.
【請求項6】前記第5の半導体層はストッパ−層である
ことを特徴とする請求項4または5に記載の高耐圧半導
体素子。
6. The high breakdown voltage semiconductor device according to claim 4, wherein the fifth semiconductor layer is a stopper layer.
【請求項7】前記第1の電極は、前記第2の半導体層に
設けられた複数の第1の領域に対応して夫々設けられ、
周縁側がフィールドプレート電極であることを特徴とす
る請求項1乃至6のいずれかに記載の高耐圧半導体素
子。
7. The first electrode is provided corresponding to each of a plurality of first regions provided in the second semiconductor layer,
7. The high breakdown voltage semiconductor element according to claim 1, wherein the peripheral side is a field plate electrode.
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CN100377366C (en) * 2003-12-19 2008-03-26 三洋电机株式会社 Semiconductor device
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