JP2656731B2 - Composite semiconductor device - Google Patents

Composite semiconductor device

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JP2656731B2
JP2656731B2 JP6184401A JP18440194A JP2656731B2 JP 2656731 B2 JP2656731 B2 JP 2656731B2 JP 6184401 A JP6184401 A JP 6184401A JP 18440194 A JP18440194 A JP 18440194A JP 2656731 B2 JP2656731 B2 JP 2656731B2
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region
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gate
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秀俊 荒川
敏克 白沢
良孝 菅原
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Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Haramachi Electronics Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は複合半導体装置に係り、
特に、高耐圧と低しきい値電圧を実現でき、効果的にオ
ン電圧やオン電流を制御するのに好適なラテラルMOS
型半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite semiconductor device,
In particular, a lateral MOS which can realize a high withstand voltage and a low threshold voltage and is suitable for effectively controlling an on-voltage and an on-current.
Semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の絶縁ゲート型ターンオフサイリス
タを、図8に示す。
2. Description of the Related Art A conventional insulated gate type turn-off thyristor is shown in FIG.

【0003】本装置は、nベースとなる半導体基体1
(例えば、n形シリコン基体)の一方の主表面に形成さ
れ、サイリスタのアノード(pエミッタ)となる領域
2,他方の主表面に形成されてサイリスタのpベースと
なる領域3、さらにpベース領域3内に、選択的拡散に
よって形成され、サイリスタのn+ カソード及び短絡用
のMOSトランジスタ部のソースとなる領域6、及びM
OSトランジスタ部のドレインとなる領域7より成る。
[0003] This device comprises an n-based semiconductor substrate 1.
(E.g., an n-type silicon substrate) formed on one main surface of the thyristor and serving as an anode (p emitter) 2, a second region formed on the other main surface and serving as a p-base of the thyristor, and a p-base region 3, a region 6 formed by selective diffusion and serving as an n + cathode of a thyristor and a source of a short-circuit MOS transistor portion, and M
It is composed of a region 7 serving as a drain of the OS transistor portion.

【0004】更に、前記両領域6及び7間上に、両領域
6及び7ならびにpベース領域3に跨って形成された薄
いゲート絶縁膜8(例えばSiO2 膜)、その上のゲー
トゲート電極12(pゲートG),領域6に形成された
カソード電極14,領域7と領域3を跨いで形成され、
これら両者を短絡するPB 電極13、および領域2に形
成されたアノード電極15を具備している。
Further, a thin gate insulating film 8 (for example, an SiO 2 film) formed over the regions 6 and 7 and over the regions 6 and 7 and the p base region 3, and a gate electrode 12 on the thin gate insulating film 8. (P gate G), the cathode electrode 14 formed in the region 6, formed across the region 7 and the region 3,
P B electrode 13 for short-circuiting both of them, and are provided with an anode electrode 15 formed in the region 2.

【0005】このような複合型の絶縁ゲート型ターンオ
フサイリスタをONさせるには、PB 電極13を正電位
にしてpベース領域3からn+ カソード領域6に電子を
注入する。
[0005] To ON the insulated gate turn-off thyristor having such a composite, injecting electrons from the p base region 3 and the P B electrode 13 to a positive potential to the n + cathode region 6.

【0006】また、ON状態のサイリスタをOFFする
場合は、ゲート電極12を負から正の電位に切りかえて
ゲート絶縁層8に接触するpベース領域3をn型に反転
させ、pベース3とカソード6を、短絡用電極13とド
レイン7及び上記反転層を介して電気的に短絡させる。
When the thyristor in the ON state is turned off, the gate electrode 12 is switched from a negative potential to a positive potential, the p base region 3 in contact with the gate insulating layer 8 is inverted to the n type, and the p base 3 and the cathode are turned off. 6 is electrically short-circuited via the short-circuit electrode 13 and the drain 7 and the inversion layer.

【0007】なお、この種のサイリスタ装置に関して
は、[IEDM](インターナショナルエレクトロンデ
バイシズミーティグ:International ELECTRON DEVICES
Meeting)1985年の第158頁から161頁に
おいて論じられている。
[0007] This type of thyristor device is described in [IEDM] (International ELECTRON DEVICES).
Meeting), pages 158 to 161 of 1985.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の解決課題は、
上記のような絶縁ゲートによる電圧・電流の制御を、ラ
テラルMOSサイリスタにおいて、効果的に行うことで
ある。
The problem to be solved by the present invention is as follows.
The control of the voltage and the current by the insulating gate as described above is effectively performed in the lateral MOS thyristor.

【0009】その際、ゲート印加電圧でMOSFET部の特性
を大きく制御できるようにすることが肝要である。
At this time, it is important that the characteristics of the MOSFET section can be largely controlled by the gate applied voltage.

【0010】しかし、このために、ゲート下のゲート絶
縁膜を薄くしてゲートしきい値電圧を小さくしようとし
ても、所定のゲート絶縁破壊耐圧を確保するためには、
一定値以下に薄くはできないという制限がある。
However, even if an attempt is made to reduce the gate threshold voltage by reducing the thickness of the gate insulating film below the gate, in order to secure a predetermined gate dielectric breakdown voltage,
There is a limitation that the thickness cannot be reduced below a certain value.

【0011】また、しきい値電圧を下げるもう一つの手
段は、ゲート下の絶縁膜8に隣接するpベース領域(M
OSトランジスタのチャネル領域)3の表面における不
純物濃度(以下、表面濃度という)を低くすることであ
る。しかし、不純物の濃度を低くするとpベースがパン
チスルーし易くなり、順バイアス耐圧が低下する。
Another means for lowering the threshold voltage is a p base region (M) adjacent to the insulating film 8 below the gate.
This is to lower the impurity concentration (hereinafter referred to as surface concentration) on the surface of the OS transistor channel region 3). However, when the impurity concentration is reduced, the p base is liable to punch through, and the forward bias withstand voltage is reduced.

【0012】前記のパンチスルーを避けるために、接合
深さを深くすることも考えられるが、接合深さを深くし
ようとすると必然的に大面積を占めるようになり、回路
の集積度が低下するという、別の問題を生ずる。
To avoid the punch-through, it is conceivable to increase the junction depth. However, if the junction depth is increased, the junction area inevitably occupies a large area, and the degree of circuit integration decreases. This raises another problem.

【0013】本発明では、耐圧などの他の諸特性に悪影
響を及ぼすことなく、また集積度を小さくしたりするこ
となく、上記の課題を解決しようとするものである。
The present invention is intended to solve the above problems without adversely affecting other characteristics such as withstand voltage and reducing the degree of integration.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の半導体装置においては、少なくとも、第1導
電型半導体基体の一主表面に露出し、互いに独立しかつ
対抗した第2導電型の第1半導体領域及び第2半導体領
域と、第2半導体領域のなかに設けた第1導電型の第3
半導体領域とから構成されるラテラルサイリスタ、及び
第2半導体領域のなかに第3半導体領域と独立し第1半
導体領域からより離して第4半導体領域を前記主表面に
露出して設け、第3及び第4半導体領域がドレイン及び
ソースとして作用するようにゲート酸化膜を介してMO
Sゲート電極を具備したMOSFET、第2半導体領域と第4
半導体領域を前記主表面において短絡せしめる電極とを
設ける。
In order to achieve the above object, in a semiconductor device according to the present invention, at least a second conductive type exposed to one main surface of a semiconductor substrate of a first conductive type and independent of and opposed to each other. A first semiconductor region and a second semiconductor region, and a third conductive type third semiconductor region provided in the second semiconductor region.
A lateral thyristor composed of a semiconductor region and a fourth semiconductor region in the second semiconductor region, which is independent of the third semiconductor region and is further away from the first semiconductor region and is exposed on the main surface; MO is inserted through the gate oxide film so that the fourth semiconductor region acts as a drain and a source.
MOSFET with S gate electrode, second semiconductor region and fourth
And an electrode for short-circuiting the semiconductor region on the main surface.

【0015】好ましくは、上記MOSFETがオン時のオン抵
抗を、MOSFET直下の第2半導体領域の抵抗よりも小さく
する。
[0015] Preferably, the on-resistance when the MOSFET is on is smaller than the resistance of the second semiconductor region immediately below the MOSFET.

【0016】さらに好ましくは、第3半導体領域及び第
4半導体領域と第2半導体領域とで形成される接合面及
び、前記第2半導体領域および半導体基体間の境界面
を、ゲート電極の下において実質上同心状とし、ゲート
電極下の半導体基板表面における第2導電型領域の不純
物濃度を低くする。このような構成は、ゲート電極下で
対向する前記第3半導体領域と第4半導体領域及びこれ
らによって挟まれた第2導電型高不純物濃度領域を、一
つの共通のマスクを用い、二重拡散によって形成ること
で実現できる。
More preferably, a bonding surface formed by the third semiconductor region, the fourth semiconductor region, and the second semiconductor region, and a boundary surface between the second semiconductor region and the semiconductor base are substantially below the gate electrode. The second conductive type region on the surface of the semiconductor substrate below the gate electrode is made concentric and has a low impurity concentration. With such a configuration, the third semiconductor region and the fourth semiconductor region facing each other under the gate electrode and the second-conductivity-type high-impurity-concentration region sandwiched therebetween are formed by double diffusion using one common mask. It can be realized by forming.

【0017】[0017]

【作用】上記手段を講じた結果、ラテラルサイリスタを
流れるオン電流は、上記MOSFETを制御することにより制
御できる。
As a result of taking the above measures, the ON current flowing through the lateral thyristor can be controlled by controlling the MOSFET.

【0018】すなわち、第3半導体領域が最低電位であ
る場合は、ラテラルサイリスタを流れるオン電流は上記
MOSFETをオンすることにより、第3半導体領域の直下の
第2半導体領域から第4半導体領域の直下の第2半導体
領域,短絡用電極,第4半導体領域,MOSFETのチャネル
を介して第3半導体領域に直接流れ込む電流パスが形成
され、この電流はMOSFETのゲート電圧で制御できる。ゲ
ート電圧を増大してこの電流を増やすとラテラルサイリ
スタのオン電流を一定にした場合はオン電圧が増大して
ゆき、ついにはオフする。オン電圧を一定にした場合は
オン電流が増大してゆく。このようなラテラルサイリス
タの電圧や電流の制御は、MOSFETのオン抵抗をMOSFET直
下の第2半導体領域の抵抗よりも小さくすることで、よ
り効果的に実現できる。
That is, when the third semiconductor region is at the lowest potential, the on-current flowing through the lateral thyristor is as described above.
When the MOSFET is turned on, the second semiconductor region immediately below the third semiconductor region, the second semiconductor region immediately below the fourth semiconductor region, the short-circuit electrode, the fourth semiconductor region, and the third semiconductor region via the channel of the MOSFET. A current path is formed that flows directly into the MOSFET, and this current can be controlled by the gate voltage of the MOSFET. When this current is increased by increasing the gate voltage, when the on-current of the lateral thyristor is kept constant, the on-voltage increases, and finally turns off. When the on-voltage is kept constant, the on-current increases. Such control of the voltage and current of the lateral thyristor can be realized more effectively by making the on-resistance of the MOSFET smaller than the resistance of the second semiconductor region immediately below the MOSFET.

【0019】一方、第4半導体領域が最低電位である場
合は、ラテラルサイリスタを流れるオン電流は上記MOSF
ETをオンすることにより、このMOSFETを介して第4半導
体領域に流れだす。ゲート電圧を増大してこの電流を増
やすとラテラルサイリスタを流れるオン電流が増大し、
このオン電圧が増大してゆく。ゲート電圧を減少してこ
の電流を減らすとラテラルサイリスタを流れるオン電流
が減少し、このオン電圧も減少してゆく。この場合のラ
テラルサイリスタの電圧や電流の制御も、MOSFETのオン
抵抗をMOSFET直下の第2半導体領域の抵抗よりも小さく
することで、より効果的に実現できる。
On the other hand, when the fourth semiconductor region has the lowest potential, the ON current flowing through the lateral thyristor is equal to the MOSF.
When the ET is turned on, it flows into the fourth semiconductor region via this MOSFET. Increasing this current by increasing the gate voltage increases the on-current flowing through the lateral thyristor,
This ON voltage increases. When this current is reduced by reducing the gate voltage, the on-current flowing through the lateral thyristor decreases, and the on-voltage also decreases. In this case, the control of the voltage and current of the lateral thyristor can be more effectively realized by making the on-resistance of the MOSFET smaller than the resistance of the second semiconductor region immediately below the MOSFET.

【0020】ゲート電圧によるMOSFETのオン抵抗の制御
を効果的に行うには、耐圧などの他の特性に悪影響を及
ぼすことなくMOSトランジスタのしきい値電圧を低く
することが望ましい。一般に、MOSトランジスタのし
きい値電圧はゲート絶縁膜厚及びゲート絶縁膜に接触す
るベース領域の表面濃度によって決定される。しきい値
電圧を下げるためには、ゲート絶縁膜厚を薄くするか、
ベース領域の表面濃度を下げればよい。
In order to effectively control the on-resistance of the MOSFET by the gate voltage, it is desirable to lower the threshold voltage of the MOS transistor without adversely affecting other characteristics such as withstand voltage. Generally, the threshold voltage of a MOS transistor is determined by the thickness of a gate insulating film and the surface concentration of a base region in contact with the gate insulating film. To lower the threshold voltage, reduce the thickness of the gate insulating film or
What is necessary is just to reduce the surface concentration of the base region.

【0021】このために、本発明においては、MOSト
ランジスタの互いに対向配置されるソース及びドレイ
ン、ならびにこれらの間に挟まれるベース領域を、共通
のマスクを用いて、セルフアライン的に二重拡散によっ
て形成し、その際、ベース領域を、ゲート部の両側から
の横方向拡散によって相互に接触させたり、あるいは相
互間に低不純物領域を介在させたりすることによって、
ゲート電極下のベース領域の表面濃度を低く抑えるよう
にしている。
For this purpose, in the present invention, the source and the drain of the MOS transistor, which are opposed to each other, and the base region sandwiched therebetween are self-aligned by double diffusion using a common mask. At this time, the base region is brought into contact with each other by lateral diffusion from both sides of the gate portion, or by interposing a low impurity region between them,
The surface concentration of the base region below the gate electrode is kept low.

【0022】[0022]

【実施例】図1に、本発明になる第1の実施例を示す。
この実施例は、ICに作られた横型の絶縁ゲート型ター
ンオフサイリスタである。
FIG. 1 shows a first embodiment according to the present invention.
This embodiment is a horizontal insulated gate type turn-off thyristor made in an IC.

【0023】ここで、アノード領域2およびpベース領
域3間の距離は55μm,本発明の特徴であるMOSト
ランジスタ部の2重拡散間距離la は15μm,n型基
体1の比抵抗は20Ω−cmである。
Here, the distance between the anode region 2 and the p base region 3 is 55 μm, the distance l a between the double diffusions of the MOS transistor portion which is a feature of the present invention is 15 μm, and the specific resistance of the n-type substrate 1 is 20 Ω−. cm.

【0024】アノード領域2,p+ ベース領域3,4の
表面濃度(図10のCsp1 )は5×1018cm-2,拡散深
さは5μm、p- ベース領域5の表面濃度は5×1015
cm-2,拡散深さ5μmであり、n+ 型のカソード領域6
(MOSトランジスタのソース領域)及びMOSトラン
ジスタのドレイン領域7の表面濃度(図10のCsn)は
5×1019cm-2,拡散深さは3μmである。
The surface concentration (C sp1 in FIG. 10) of the anode region 2 and the p + base regions 3 and 4 is 5 × 10 18 cm −2 , the diffusion depth is 5 μm, and the surface concentration of the p − base region 5 is 5 × 10 15
cm −2 , diffusion depth 5 μm, n + type cathode region 6
The surface concentration (C sn in FIG. 10) of the (source region of the MOS transistor) and the drain region 7 of the MOS transistor is 5 × 10 19 cm −2 and the diffusion depth is 3 μm.

【0025】またゲート下のpベース(p- ベース領域
5およびp+ ベース領域3,4を含む)の最大表面濃度
(図10のCsp2 )は1×1017cm-2,ゲート絶縁膜8
の厚さは0.1μm である。
The maximum surface concentration (C sp2 in FIG. 10) of the p base (including the p − base region 5 and the p + base regions 3 and 4) under the gate is 1 × 10 17 cm −2 and the gate insulating film 8
Has a thickness of 0.1 μm.

【0026】このサイリスタは、アノード領域2−nベ
ース領域1−p+ベース領域3−n+エミッタ領域6でサ
イリスタ動作する。
This thyristor operates as a thyristor in the anode region 2-n base region 1-p + base region 3-n + emitter region 6.

【0027】これをONさせるには、PB 端子からp+
ベース領域4,p- ベース領域5を介してp+ ベース領
域3に電流を供給し、駆動させる。
[0027] In order to ON this, from P B terminal p +
A current is supplied to the p + base region 3 via the base region 4 and the p− base region 5 to drive the same.

【0028】また、これをOFFさせるときは、ゲート
Gに正の電圧を印加し、MOSトランジスタ部のソース
(サイリスタのn+ エミッタ)6とドレイン7間のp+
ベース領域3−p- ベース領域5−p+ ベース領域4に
チャネルを形成させる。
To turn it off, a positive voltage is applied to the gate G, and p + between the source (n + emitter of thyristor) 6 and the drain 7 of the MOS transistor portion is applied.
A channel is formed in the base region 3-p- base region 5-p + base region 4.

【0029】これにより、n+エミッタ6とp+ベース3
とを短絡され、サイリスタはOFF状態になる。
Thus, the n + emitter 6 and the p + base 3
And the thyristor is turned off.

【0030】次に、本発明の絶縁ゲート型ターンオフサ
イリスタのうち、MOSトランジスタ部の製造方法の概
要を説明する。
Next, an outline of a method of manufacturing a MOS transistor portion of the insulated gate type turn-off thyristor of the present invention will be described.

【0031】先ず、図2のように、サイリスタのn型基
体1中にpベースとなる側の主表面中に、MOSトラン
ジスタのpベースの一部となるp- 領域5をp型不純物
を用いて形成される。そのとき、後の工程で拡散マスク
として使用する熱酸化膜16も同時に形成する。つづい
て、図3のように、MOSトランジスタのチャネル領域
となるべきところ以外のp- ベース領域5上の熱酸化膜
16をホトエッチングを用いて選択的に除去し、p型不
純物を拡散してサイリスタのp+ ベース領域3,4を形
成する。
First, as shown in FIG. 2, a p @-region 5 serving as a part of the p base of a MOS transistor is formed with a p-type impurity in a main surface on a side serving as a p base in an n-type substrate 1 of a thyristor. Formed. At this time, a thermal oxide film 16 used as a diffusion mask in a later step is also formed at the same time. Subsequently, as shown in FIG. 3, the thermal oxide film 16 on the p @-base region 5 other than where the channel region of the MOS transistor is to be formed is selectively removed by photo-etching to diffuse p-type impurities. The p + base regions 3, 4 of the thyristor are formed.

【0032】このとき、p+ ベース領域3,4は横方向
拡散によって熱酸化膜16の下にまで広がると共に、図
4に示したように、p+ ベース3,4上に、熱酸化膜
(膜厚tox2)が、p- 領域上の熱酸化厚tox1より
薄く形成される。
At this time, the p + base regions 3 and 4 spread below the thermal oxide film 16 by the lateral diffusion, and as shown in FIG. The thickness tox 2 ) is formed to be smaller than the thermal oxide thickness tox 1 on the p − region.

【0033】つづいて、MOSトランジスタ部のソース
(サイリスタのカソード)6及びドレインの対向する領
域以外は、レジスト32をマスクとし、また一方、ソー
ス及びドレインが対向する領域は、上述した酸化膜厚t
ox1とtox2の差を利用して、酸化膜厚tox2 の分
だけ酸化膜16を除去し、拡散用窓5A,7Aを形成す
る。
Subsequently, the resist 32 is used as a mask except for the area where the source (cathode of the thyristor) 6 and the drain of the MOS transistor section are opposed, and the area where the source and the drain are opposed is the above-mentioned oxide film thickness t.
by utilizing the difference in ox 1 and tox 2, by an amount oxide film 16 of the oxide film thickness tox 2 is removed to form a diffusion window 5A, 7A.

【0034】さらに、図5のように残った酸化膜16を
マスクとして、拡散用窓6A,7Aからn型の不純物を
拡散することにより、MOSトランジスタのソースとな
る領域6及びドレインとなる領域7が同時に形成され
る。
Further, using the remaining oxide film 16 as a mask as shown in FIG. 5, an n-type impurity is diffused from the diffusion windows 6A and 7A, so that the source region 6 and the drain region 7 of the MOS transistor are formed. Are simultaneously formed.

【0035】このように、ゲート電極の下で対向する2
つのp+ ベース領域3,4と、ソース及びドレインとな
るn+ 領域6,7が同一の酸化膜16をマスクとして拡
散,形成される点に本発明の特徴がある。
As described above, the opposing 2 under the gate electrode
The feature of the present invention lies in that two p + base regions 3 and 4 and n + regions 6 and 7 serving as a source and a drain are diffused and formed using the same oxide film 16 as a mask.

【0036】これにより、p- 領域5とp+ 領域3,4
との境界面、ならびにn+ 領域6とp+ 領域3間の接
合、およびn+ 領域7とp+ 領域4間の接合がそれぞれ
同心状となり、チャネル領域の表面濃度を低くすること
ができる。
Thus, the p− region 5 and the p + regions 3 and 4
And the junction between n + region 6 and p + region 3 and the junction between n + region 7 and p + region 4 are concentric, so that the surface concentration of the channel region can be reduced.

【0037】その後、図1に示したように、所定のゲー
ト酸化膜8,電極12,13,14,15を各々の該当
領域に形成することにより(但し、アノード領域2はp
+ ベース形成時と同時に形成している)、図1に示した
ような横型の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタの第1
の実施例を得る。
Thereafter, as shown in FIG. 1, a predetermined gate oxide film 8 and electrodes 12, 13, 14, and 15 are formed in respective corresponding regions (however, the anode region 2 is formed of p
+ At the same time as the base is formed), the first of the horizontal insulated gate type turn-off thyristor as shown in FIG.
Is obtained.

【0038】この絶縁ゲート型ターンオフサイリスタの
MOSトランジスタ部のしきい値電圧は、約3V,オフ
時にかけるゲート電圧は10Vであり、またサイリスタ
としての順及び逆耐圧は350Vである。
The threshold voltage of the MOS transistor portion of the insulated gate type turn-off thyristor is about 3 V, the gate voltage applied when off is 10 V, and the forward and reverse withstand voltage of the thyristor is 350 V.

【0039】ゲート絶縁膜下のソース→ドレイン間の表
面濃度の代表的な例を、従来型の場合を図9に、また本
発明の場合を図10に示す。
A typical example of the surface concentration between the source and the drain under the gate insulating film is shown in FIG. 9 for the conventional type and FIG. 10 for the present invention.

【0040】従来構造の場合、図9に示したように、し
きい値電圧を決定するpベースの表面濃度は、Csp1
ある。
In the case of the conventional structure, as shown in FIG. 9, the p-based surface concentration for determining the threshold voltage is C sp1 .

【0041】一方、本発明においては、共通拡散窓(セ
ルフアライン)からp及びn型不純物を2重拡散し、p
ベース領域をマスク下の横方向拡散で形成することによ
り、pベース領域の表面最大濃度は、同じ拡散プロセス
を用いても、前記Csp1 より低いCsp2 にできる。その
結果、しきい値電圧を下げることができる。
On the other hand, in the present invention, p-type and n-type impurities are double-diffused from the common diffusion window (self-alignment),
By forming the base region by lateral diffusion below the mask, the surface maximum concentration of the p base region can be C sp2 lower than C sp1 even with the same diffusion process. As a result, the threshold voltage can be reduced.

【0042】また、この濃度Csp2 は、この二つの2重
拡散の横方向のpベース最大濃度とほぼ同じ濃度にでき
る。このため、本発明によるMOSトランジスタを順バ
イアスした場合に、pベースとnベース間の接合部に形
成される空乏層がn+ カソードに到達することはない。
それ故に、従来構造に比べて耐圧が低下することもな
い。
The concentration C sp2 can be made substantially the same as the maximum p base maximum concentration in the lateral direction of the two double diffusions. Therefore, when the MOS transistor according to the present invention is forward biased, the depletion layer formed at the junction between the p base and the n base does not reach the n + cathode.
Therefore, the breakdown voltage does not decrease as compared with the conventional structure.

【0043】従って、本発明によれば、耐圧を低下する
ことなく、しきい値電圧を小さくすることができる。
Therefore, according to the present invention, the threshold voltage can be reduced without lowering the breakdown voltage.

【0044】図6は本発明による第2の実施例の絶縁ゲ
ートターンオフサイリスタである。この構造は、第1の
実施例のMOSトランジスタ部から、p- ベース部5を
除去し、MOSトランジスタのpベースをp+ 層3,4
のみで形成するものである。
FIG. 6 shows an insulated gate turn-off thyristor according to a second embodiment of the present invention. In this structure, the p @-base portion 5 is removed from the MOS transistor portion of the first embodiment, and the p base of the MOS transistor is connected to the p @ + layers 3, 4.
It is formed only by.

【0045】この実施例は、第1の実施例において、M
OSトランジスタ部のチャネル領域である、2つのp+
ベース領域3、及び4がゲート絶縁膜8下の基体表面に
おいて互いに接触、重畳するようにしたものである。
This embodiment is different from the first embodiment in that M
Two p +, which are channel regions of the OS transistor section
The base regions 3 and 4 are configured to contact and overlap each other on the surface of the base under the gate insulating film 8.

【0046】すなわち、第2の実施例では、MOSトラ
ンジスタ部のソース6及びドレイン7間の、二つのp+
ベース領域3及び4とn+ 領域6及び7の2重拡散用マ
スク(ゲート絶縁膜8)の幅lbとp+ ベース層3,4
の拡散深さをxjp1としたときの、両拡散窓端から横方
向に、前記マスクの内方に拡散し、2つのp+ ベース層
3,4が互いに接触する距離l1、すなわち2×xjp1
との間に、 l1>lb …(1) の関係をもたせる。さらに、ソース6及びドレイン7の
n+ 拡散深さをxjn1 としたときの、両拡散窓から横方
向に、前記マスクの内方に拡散し、ソース及びドレイン
が接触する距離l2、すなわち2×lbとの間に、 lb>l2 …(2) の関係をもたせるように、各部の寸法や材料,定数,処
理時間等が設定されている。
That is, in the second embodiment, two p + between the source 6 and the drain 7 of the MOS transistor portion
Width l b and p double diffusion mask of the base region 3 and 4 and the n + region 6 and 7 (the gate insulating film 8) + base layer 3 and 4
When the diffusion depth of x.sub.jp is x jp1 , the distance from the ends of both diffusion windows to the inside of the mask in the lateral direction and the two p + base layers 3 and 4 contact each other, ie, 2 × x 1 jp1
And l 1 > l b (1). Furthermore, the distance l 2 of the n + diffusion depth of the source 6 and drain 7 when the x JN1, laterally from both diffusion window, diffuses inwardly of the mask, source and drain contacts, namely 2 between × l b, as impart a relationship l b> l 2 ... (2 ), each part of the dimensions and material constants, processing time, etc. are set.

【0047】本発明者らの実験例では、lb を7μmと
し、その他は第1の実施例と同じに設計した。
[0047] In the experimental example of the present inventors, a l b and 7 [mu] m, others were designed the same as the first embodiment.

【0048】第2実施例装置の特徴は、p- 層5を形成
するプロセスが要らないので、第1の実施例に較べてプ
ロセスが簡単であることと、MOSトランジスタのpベ
ースの長さ、つまり、ゲート長を短くできるので、相互
コンダクタンスを第1の実施例より大きくできることで
ある。
The feature of the second embodiment is that the process for forming the p @-layer 5 is not required, so that the process is simpler than that of the first embodiment, and the length of the p base of the MOS transistor is small. That is, since the gate length can be shortened, the mutual conductance can be increased as compared with the first embodiment.

【0049】第1及び第2の実施例は、明らかなよう
に、縦型の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタにも適用
できる。このためには、第1及び図6において、p+ ア
ノード領域をn+ 領域38の下側に設ければよい。
As is apparent, the first and second embodiments can be applied to a vertical insulated gate type turn-off thyristor. For this purpose, the p + anode region may be provided below the n + region 38 in the first and FIG.

【0050】図7は、本発明のMOSトランジスタ部を
応用した、第3の実施例を示す。
FIG. 7 shows a third embodiment to which the MOS transistor section of the present invention is applied.

【0051】この実施例はMOSゲート型バイポーラト
ランジスタである。
This embodiment is a MOS gate type bipolar transistor.

【0052】この装置は、1つのバイポーラトランジス
タを構成するnエミッタ領域21,p+ ベース領域1
8,n- コレクタ基体17及びn+ コレクタ層38より
成る。そしてさらに、第1のMOSトランジスタ部のゲ
ート部G1の下に、ソースをバイポーラトランジスタの
nエミッタ領域21と共通とし、pベース部を、本発明
の方法によって、p+ ベース領域18−p- ベース領域
20−p+ ベース領域19より形成し、さらにn+ ドレ
イン領域22およびp+ ベース領域19を電極28によ
って短絡している。
This device has an n-emitter region 21 and a p + base region 1 which constitute one bipolar transistor.
8, comprising an n − collector substrate 17 and an n + collector layer 38. Further, below the gate portion G1 of the first MOS transistor portion, the source is made common to the n-emitter region 21 of the bipolar transistor, and the p base portion is formed by the method of the present invention. A region 20 is formed from the p + base region 19, and the n + drain region 22 and the p + base region 19 are short-circuited by the electrode 28.

【0053】この場合、ソース21及びドレイン22の
対向する端側では、同一マスクを用いる二重拡散によっ
て、前記ソース21,ドレイン22、およびp+ ベース
領域18,19が形成される。
In this case, the source 21, the drain 22, and the p + base regions 18 and 19 are formed on the opposite ends of the source 21 and the drain 22 by double diffusion using the same mask.

【0054】第2のMOSトランジスタ部は、ベース領
域18を共通とし、ソース領域23とベース領域18と
を電極31により短絡すると共に、ドレインをn- コレ
クタと共通にすることで形成している。この場合、ドレ
イン17に対向するソース領域23は、p+ ベース領域
端の酸化膜を利用し、同一マスクを用いる二重拡散によ
り形成する。
The second MOS transistor portion is formed by using the base region 18 in common, shorting the source region 23 and the base region 18 by the electrode 31, and sharing the drain with the n − collector. In this case, the source region 23 facing the drain 17 is formed by double diffusion using the same mask, using an oxide film at the end of the p + base region.

【0055】ここで、p+ 領域18及び19,p- 領域
20,n+ 領域21,22,23、さらにG1ゲート部
のMOSトランジスタ部などの構造及び各々の濃度等
は、第1の実施例の対応する部分と同じである。
The structures of the p + regions 18 and 19, the p-region 20, the n + regions 21, 22, 23, and the MOS transistor portion of the G1 gate portion and their respective concentrations are described in the first embodiment. Is the same as the corresponding part.

【0056】このトランジスタをONするときには、ゲ
ートG2に正の電位、ゲートG1に負の電位を与えてゲ
ートG2側の第2のMOSトランジスタだけをONにす
る。これによって、p+ ベース18とn- コレクタ17
が短絡し、バイポーラトランジスタにベース電流が供給
されてONになる。
When this transistor is turned on, a positive potential is applied to the gate G2 and a negative potential is applied to the gate G1 to turn on only the second MOS transistor on the gate G2 side. This allows the p + base 18 and the n- collector 17
Are short-circuited, and a base current is supplied to the bipolar transistor to turn it on.

【0057】またこのトランジスタをOFFにするとき
には、G2ゲートに負の電位、G1ゲートに正の電位を
与えて、ゲートG1側の第1のMOSトランジスタ部だ
けをONにする。その結果、バイポーラトランジスタの
エミッタ21とベース18が短絡し、このトランジスタ
はOFFになる。
When the transistor is turned off, a negative potential is applied to the G2 gate and a positive potential is applied to the G1 gate, and only the first MOS transistor on the gate G1 side is turned on. As a result, the emitter 21 and the base 18 of the bipolar transistor are short-circuited, and this transistor is turned off.

【0058】図7の実施例において、第1のMOSトラ
ンジスタは、本発明にしたがって、共通マスクを用いる
二重拡散によって形成しているので、pベースの表面濃
度を低くでき、ゲート駆動電圧を低くすることができ
る。
In the embodiment of FIG. 7, the first MOS transistor is formed by double diffusion using a common mask according to the present invention, so that the surface concentration of the p base can be reduced and the gate drive voltage is reduced. can do.

【0059】もちろん、このMOSトランジスタ部を、
第2の実施例(図6)と同様の方法で形成しても、同じ
効果が得られる。
Of course, this MOS transistor section is
The same effect can be obtained by forming the same method as in the second embodiment (FIG. 6).

【0060】なお、以上では、nチャネルMOSトラン
ジスタを複合した半導体装置を例にあげて説明したが、
本発明がpチャネルMOSトランジスタを複合したもの
にも適用できることは、当然である。
In the above description, a semiconductor device in which an n-channel MOS transistor is combined has been described as an example.
Naturally, the present invention can be applied to a combination of p-channel MOS transistors.

【0061】[0061]

【発明の効果】本発明によれば、集積度や耐圧などの他
の諸特性に悪影響を及ぼすことなくラテラルMOSサイ
リスタのオン電圧やオン電流の制御を効果的に行うこと
ができる。
According to the present invention, it is possible to effectively control the on-voltage and on-current of the lateral MOS thyristor without adversely affecting other characteristics such as the degree of integration and withstand voltage.

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

【図1】本発明になる第1の実施例。FIG. 1 is a first embodiment according to the present invention.

【図2】本発明の製造方法。FIG. 2 shows a production method of the present invention.

【図3】本発明の製造方法。FIG. 3 shows a production method of the present invention.

【図4】本発明の製造方法。FIG. 4 shows a production method of the present invention.

【図5】本発明の製造方法。FIG. 5 shows a production method of the present invention.

【図6】本発明による第2の実施例。FIG. 6 shows a second embodiment according to the present invention.

【図7】本発明のMOSトランジスタ部を応用した、第
3の実施例。
FIG. 7 shows a third embodiment to which the MOS transistor section of the present invention is applied.

【図8】従来の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタ。FIG. 8 shows a conventional insulated gate type turn-off thyristor.

【図9】ゲート絶縁膜下のソース→ドレイン間の表面濃
度の代表的な例であり、従来型の場合。
FIG. 9 is a typical example of a surface concentration between a source and a drain under a gate insulating film, in a case of a conventional type.

【図10】ゲート絶縁膜下のソース→ドレイン間の表面
濃度の代表的な例であり、本発明の場合。
FIG. 10 is a typical example of a surface concentration between a source and a drain under a gate insulating film, in the case of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n型シリコン基体、2…p+ アノード領域、3,
4,18,19…p+ ベース領域、5,20…p- ベー
ス領域、8,24,26…ゲート絶縁膜、12,13,
14,15,27,28,29,30…電極。
1 ... n-type silicon substrate, 2 ... p + anode region, 3,
4, 18, 19 ... p + base region, 5, 20 ... p- base region, 8, 24, 26 ... gate insulating film, 12, 13,
14, 15, 27, 28, 29, 30 ... electrodes.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 良孝 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−74678(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────の Continuation of front page (72) Inventor Yoshitaka Sugawara 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory (56) References JP-A-60-74678 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】少なくとも、第1導電型半導体基体の一主
表面に露出し、互いに独立しかつ対向して設ける第2導
電型の第1半導体領域及び第2半導体領域と、 第2半導体領域のなかに設ける第1導電型の第3半導体
領域と、 第2半導体領域のなかにおいて、第3半導体領域に対向
し、第3半導体領域よりも第1半導体領域からより離し
て設け、前記一主表面に露出する第4半導体領域と、 第3半導体領域及び第4半導体領域がMOSFETのドレイン
及びソースとして作用するようにゲート酸化膜を介して
設けるMOSゲート電極と、 第2半導体領域と第4半導体領域を前記主表面において
短絡する電極と、を備え、 前記第2半導体領域が、第3半導体領域及び第4半導体
領域を個別に含む第2導電型の第5半導体領域及び第6
半導体領域とから構成され、前記MOSゲート電極下に
おいては両者の不純物濃度勾配をもつ領域のみが重畳さ
れている ことを特徴とする複合半導体装置。
At least one of a first semiconductor region and a second semiconductor region of a second conductivity type, which are exposed on one main surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type and are provided independently and opposed to each other, A third semiconductor region of the first conductivity type provided therein, and a second semiconductor region, wherein the first semiconductor surface is provided so as to face the third semiconductor region and to be further away from the first semiconductor region than the third semiconductor region; And a fourth semiconductor region exposed to the semiconductor device via a gate oxide film such that the third semiconductor region and the fourth semiconductor region act as a drain and a source of the MOSFET.
A MOS gate electrode provided; and an electrode for short-circuiting a second semiconductor region and a fourth semiconductor region on the main surface , wherein the second semiconductor region is a third semiconductor region and a fourth semiconductor region.
A fifth semiconductor region of the second conductivity type and a sixth
And a semiconductor region, under the MOS gate electrode.
In this case, only the region with both impurity concentration gradients overlaps
A composite semiconductor device, which is characterized in that:
【請求項2】少なくとも、第1導電型半導体基体の一主
表面に露出し、互いに独立しかつ対向して設ける第2導
電型の第1半導体領域及び第2半導体領域と、 第2半導体領域のなかに設ける第1導電型の第3半導体
領域と、 第2半導体領域のなかにおいて、第3半導体領域に対向
し、第3半導体領域よりも第1半導体領域からより離し
て設け、前記一主表面に露出する第4半導体領域と、 第3半導体領域及び第4半導体領域がMOSFETのドレイン
及びソースとして作用するようにゲート酸化膜を介して
設けるMOSゲート電極と、 第2半導体領域と第4半導体領域を前記主表面において
短絡する電極と、 を備え、 前記MOSゲート電極下の第2半導体領域が、第3半導
体領域及び第4半導体領域を含む第2導電型の高不純物
濃度の第5半導体領域及び第6半導体領域と低 不純物濃
度の第7半導体領域とから構成されている ことを特徴と
する複合半導体装置。
2. A method according to claim 1, wherein at least one of the first conductive type semiconductor substrates is provided.
Second conductors exposed on the surface and provided independently and opposite to each other
A first semiconductor region and a second semiconductor region of a first conductivity type, and a third semiconductor of a first conductivity type provided in the second semiconductor region
In the region and the third semiconductor region in the second semiconductor region
And more distant from the first semiconductor region than from the third semiconductor region.
A fourth semiconductor region exposed on the one main surface, and a third semiconductor region and a fourth semiconductor region are connected to a drain of the MOSFET.
And through the gate oxide to act as a source
Providing a MOS gate electrode, a second semiconductor region and a fourth semiconductor region on the main surface;
An electrode to be short-circuited , wherein the second semiconductor region below the MOS gate electrode is connected to a third semiconductor region.
Impurity of second conductivity type including body region and fourth semiconductor region
Concentration of the fifth and sixth semiconductor regions and the low impurity concentration.
And a seventh semiconductor region .
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