JP3271501B2 - MOS type GTO thyristor and driving method thereof - Google Patents

MOS type GTO thyristor and driving method thereof

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JP3271501B2 JP33839395A JP33839395A JP3271501B2 JP 3271501 B2 JP3271501 B2 JP 3271501B2 JP 33839395 A JP33839395 A JP 33839395A JP 33839395 A JP33839395 A JP 33839395A JP 3271501 B2 JP3271501 B2 JP 3271501B2
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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】この発明は、半導体スイッチ
ング素子のうち、MOSゲート(金属−酸化膜−半導体
構造のゲート)をもち、そのゲートに印加する電位によ
り主電流の導通・遮断を制御できるMOS型GTOサイ
リスタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor switching element having a MOS gate (metal-oxide film-semiconductor structure gate) and capable of controlling the conduction and interruption of a main current by a potential applied to the gate. GTO thyristor.

【0002】[0002]

【従来の方法】シリコンを用いた半導体スイッチング素
子は、種々の応用分野にそれぞれ適した素子が開発・製
品化されている。例えば、情報処理・電気通信関連分野
では、数1000個の素子を集積したLSI、産業用汎
用インバータの主回路等には、IGBTやC−MCT
(complementary MOS Contro
led Thyristorの略記)等、そして、電車
や電力系統の大電力を扱う分野では、GTO(Gate
Turn−Off)サイリスタや光点弧型サイリスタ
等である。これらの素子の、より一層の高性能化を図る
研究開発が進む一方で、各分野において特殊化した半導
体スイッチング素子を、その製造段階から一体化する研
究開発も展開されてきており、実用化の段階に来てい
る。
2. Description of the Related Art As semiconductor switching elements using silicon, elements suitable for various application fields have been developed and commercialized. For example, in the field of information processing and telecommunications, IGBTs and C-MCTs are used for LSIs integrating several thousand elements, main circuits of industrial general-purpose inverters, and the like.
(Complementary MOS Contro
GTO (Gate) is used in the field of handling large electric power of trains and electric power systems.
(Turn-Off) thyristor, light-ignition thyristor, and the like. While research and development to further improve the performance of these devices is progressing, research and development to integrate specialized semiconductor switching devices in each field from the manufacturing stage has been developed, and You are on the stage.

【0003】一体化のメリットは、 高度に制御・管理された半導体製造技術を用いるの
で、製品の均一性、信頼性が高い、 個別部品を組み上げる工程が不要なのでトータルコス
トダウンが図れる、 装置全体が小型になり、省スペース化が可能である、 等である。
[0003] The merits of integration are the use of highly controlled and controlled semiconductor manufacturing technology, high uniformity and reliability of products, and no need for a process of assembling individual parts, which leads to a reduction in total cost. It is smaller and can save space.

【0004】これらの特長は、取りも直さず応用分野を
拡大するもので、その一つに、大画面壁掛けテレビに適
用が有望視されているプラズマディスプレイ用のドライ
バICがある。このドライバICの基本仕様は、出力回
路側の耐圧Vd が200V、定格電流Id が400mA
で、これを制御するデジタル回路部分の電源電圧が5V
であることである。また、表示画面の走査線の本数に相
当する出力段が必要であり、大画面化・高精細化に伴
い、ドライバICの一層の高耐圧・大電流化が求められ
ている。
[0004] These features are intended to expand the application field without any modification, and one of them is a driver IC for a plasma display, which is expected to be applied to a large-screen wall-mounted television. The basic specifications of this driver IC, the breakdown voltage V d of the output circuit side 200V, rated current I d is 400mA
The power supply voltage of the digital circuit part controlling this is 5V
That is. Further, an output stage corresponding to the number of scanning lines on the display screen is required, and with the increase in screen size and definition, further higher withstand voltage and current of the driver IC are required.

【0005】出力回路とデジタル回路を一体化するキー
テクノロジとして、内部に絶縁層を配置したSOI(Se
miconductor On Insulator もしくは、Silicon On Ins
ulator の略)基板を利用して構成される誘電体分離技
術と、電圧駆動型バイポーラ素子の採用の二点が上げら
れる。発明者は、先に特願平7−99057号におい
て、横型のMOSサイリスタを利用したプラズマディス
プレイ用のドライバICを考案した。
As a key technology for integrating an output circuit and a digital circuit, an SOI (Serial) having an insulating layer disposed inside is used.
miconductor On Insulator or Silicon On Ins
There are two points: dielectric isolation technology using a substrate, and adoption of a voltage-driven bipolar device. The inventor has previously devised a driver IC for a plasma display using a horizontal MOS thyristor in Japanese Patent Application No. 7-99057.

【0006】図17は、その横型MOSサイリスタの特
徴を示す断面図を模式的に示した図である。なお、以
後、特に断りがないがぎり、領域等の名称の前にpもし
くはnを付記して、それぞれ電気伝導を担う多数キャリ
アが、正孔であるp型半導体の領域と、電子であるn型
半導体の領域とを表す事とする。まず、支持基板34の
上に酸化膜35を介してn領域21の積層されたSOI
基板を用いて、n領域21のある部分を他の部分から分
離する為に、SOI基板内部にある酸化膜35に達する
溝を設け、同溝内に酸化膜22を充填することにより、
分離領域が形成されている。分離されたn領域21の表
面層の一部に、互いに離してn+ バッファ領域31とp
ベース領域27とが設けられている。更に、n+ バッフ
ァ領域31内の表面層にはpエミッタ領域32が、pベ
ース領域27の表面層には、その領域からはみだすこと
なくnエミッタ領域28が形成されている。pエミッタ
領域32の表面には、アノード電極33が、またnエミ
ッタ領域28の表面には、カソード電極30が設けられ
ている。又、pベース領域27の表面露出部の上には、
薄い絶縁膜であるゲート酸化膜24を介して多結晶シリ
コンのゲート電極25が配置されている。
FIG. 17 is a schematic sectional view showing the characteristics of the lateral MOS thyristor. Hereafter, unless otherwise specified, p or n is added before the name of a region or the like, and the majority carrier responsible for electric conduction is a region of a p-type semiconductor which is a hole, and n is an electron. And the region of the type semiconductor. First, the SOI in which the n region 21 is laminated on the support substrate 34 via the oxide film 35 is formed.
In order to separate a certain portion of the n region 21 from the other portion by using the substrate, a groove reaching the oxide film 35 inside the SOI substrate is provided, and the oxide film 22 is filled in the groove.
An isolation region is formed. On the part of the surface layer of the separated n region 21, n + buffer region 31 and p
A base region 27 is provided. Further, a p-emitter region 32 is formed on a surface layer in the n + buffer region 31, and an n-emitter region 28 is formed on the surface layer of the p base region 27 without protruding from the region. An anode electrode 33 is provided on the surface of the p emitter region 32, and a cathode electrode 30 is provided on the surface of the n emitter region 28. Also, on the exposed surface of the p base region 27,
A gate electrode 25 made of polycrystalline silicon is arranged via a gate oxide film 24 which is a thin insulating film.

【0007】このような特長を持つMOSサイリスタ
を、ここではBase−Floating−Thyri
stor(以下、BFTと略記)と呼ぶことにする。ア
ノード電極33から、カソード電極30に沿った半導体
内部では、pnpnのサイリスタが構成されている。こ
のBFTを遮断状態から導通状態へ切り換える為のトリ
ガー電流は、次の方法で供給することが可能である。カ
ソード電極30の電位(以下カソード電位と称す)に対
して、ゲート電極25の電位(以下ゲート電位と称す)
を正の電位に変化させると、ゲート電極25の下層に位
置するpベース領域27の表面層で、電子−正孔対が発
生する。発生した電子は、ゲート電極25の正の電位に
引かれ表面部に止まり、チャネル37を形成する。一
方、正孔は、pベース領域27からnエミッタ領域28
を通過してカソード電極30に流れ込む。この正孔電流
すなわちゲート変位電流が、サイリスタのトリガー電流
として働く仕組みになっている。充分なトリガー電流を
確保する為に、pベース領域27は、直接カソード電極
30と接しない構造となっている。
A MOS thyristor having such features is referred to here as a Base-Floating-Thyri.
It is referred to as a sto (hereinafter abbreviated as BFT). A pnpn thyristor is formed inside the semiconductor from the anode electrode 33 to the cathode electrode 30. The trigger current for switching the BFT from the cutoff state to the conduction state can be supplied by the following method. The potential of the gate electrode 25 (hereinafter, referred to as gate potential) with respect to the potential of the cathode electrode 30 (hereinafter, referred to as cathode potential).
Is changed to a positive potential, electron-hole pairs are generated in the surface layer of the p base region 27 located below the gate electrode 25. The generated electrons are attracted to the positive potential of the gate electrode 25 and stop at the surface, forming a channel 37. On the other hand, holes move from the p base region 27 to the n emitter region 28.
And flows into the cathode electrode 30. The hole current, that is, the gate displacement current works as a trigger current of the thyristor. In order to secure a sufficient trigger current, the p base region 27 has a structure that does not directly contact the cathode electrode 30.

【0008】発明者は、また特願平7−211508号
において、別の改良型BFTを利用したプラズマディス
プレイ用のドライバICを考案した。この改良型BFT
の平面図を図18に示す。その改良型BFTでは、従来
のBFTの構造に由来する欠点を克服するために、図1
8に示すような電極配置をなし、小型のデプレッション
タイプのpチャネル型MOSFET38を併設してい
る。そのpチャネル型MOSFET38はデプレッショ
ンタイプで、通常オンしているので、BFTをオンさせ
ようとする時以外は、pベース領域内の正孔電流をカソ
ード電極に短絡させ、ノイズ耐量を向上させているので
誤動作が回避できる。一方、BFTをオンさせようとす
る時は、pチャネル型MOSFET38をオフして、ト
リガー電流として有効に活用することにより、低いオン
電圧を保つ。上記装置構成となすことにより、デバイス
サイズはW×L=200μm×500μmの大きさで、
アノード電流IA =400mA〔電流密度400A/c
2 〕が達成できた。
The inventor has also devised a driver IC for a plasma display using another improved BFT in Japanese Patent Application No. 7-21508. This improved BFT
18 is shown in FIG. In the improved BFT, in order to overcome the drawbacks caused by the structure of the conventional BFT, FIG.
The electrode arrangement shown in FIG. 8 is provided, and a small depletion-type p-channel MOSFET 38 is also provided. Since the p-channel type MOSFET 38 is a depletion type and is normally turned on, the hole current in the p base region is short-circuited to the cathode electrode to improve the noise immunity except when the BFT is to be turned on. Therefore, malfunction can be avoided. On the other hand, when the BFT is to be turned on, the p-channel MOSFET 38 is turned off and effectively used as a trigger current to keep a low on-voltage. With the above device configuration, the device size is W × L = 200 μm × 500 μm,
Anode current I A = 400 mA [current density 400 A / c
m 2 ] was achieved.

【0009】上述のBFTおよび改良型BFTは、ゲー
ト信号により導通状態から遮断状態に切り換えることが
できない非自己消弧型であるが、このことは、プラズマ
ディスプレイへの応用において問題点とはならないとさ
れていた。しかしながら、これは交流放電(以下、AC
と略記)型の場合に限られる。プラズマディスプレイに
は直流放電(以下、DCと略記)型も開発されており、
その場合には、放電管内部の電極が、内部ガスと接触し
ている構造なので、放電後は、放電維持電流が流れる。
上述のBFTおよび改良型BFTを用いた場合、この電
流の大きさを制限する方法がなく、発熱による素子破
壊、もしくは、放電管内部電極の破壊がおこる危険性が
極めて高い。この対策として、単純に負荷抵抗をシリー
ズ接続し、電流を制限するようにしたものの動作を調べ
たところ、次の問題があった。
The above-mentioned BFT and the improved BFT are non-self-extinguishing types which cannot be switched from a conductive state to a cut-off state by a gate signal, but this is not a problem in application to a plasma display. It had been. However, this is an AC discharge (hereinafter, AC discharge).
Abbreviation) type. DC discharge (hereinafter abbreviated as DC) type plasma displays have also been developed.
In this case, since the electrodes inside the discharge tube are in contact with the internal gas, a discharge maintaining current flows after the discharge.
When the above-mentioned BFT and the improved BFT are used, there is no way to limit the magnitude of this current, and there is an extremely high risk of destruction of the element due to heat generation or destruction of the internal electrode of the discharge tube. As a countermeasure, when the operation of a device in which a load resistor is simply connected in series to limit the current was examined, the following problem was found.

【0010】一つは、負荷抵抗を挿入することにより、
パネルの放電端子の電圧変化が遅くなる。これを回避す
るためには、実質的に放電開始電圧を上げなければなら
ない。又、パネル製造ロットの特性ばらつきが比較的大
きく、負荷抵抗の値をこまめに調整する必要が生じ、組
み立てラインの量産化が困難であった。(五極管特性を
有するMOSFETやIGBTでは、MOS抵抗によっ
て調整されるので、このような不具合は生じない。) そこで、色々と提案されているMOS型のサイリスタを
検討した結果、Emitter−Switched−T
hyristor(以下、ESTと略記)が有力である
ことが分かった。その理由は先ず、サイリスタであるの
で、IGBTよりも素子の大きさは、小型化が可能であ
ること、IGBTと同様、MOSゲート電位により電流
を制限することが可能であること、I−V特性が、5極
管特性を持つことなどである。
One is by inserting a load resistor.
The change in voltage at the discharge terminal of the panel becomes slow. In order to avoid this, the firing voltage must be substantially increased. In addition, the variation in characteristics among panel manufacturing lots is relatively large, and it is necessary to frequently adjust the value of the load resistance, which makes it difficult to mass-produce the assembly line. (Since MOSFETs and IGBTs having pentode characteristics are adjusted by MOS resistance, such a problem does not occur.) Therefore, as a result of examining various proposed MOS-type thyristors, Emitter-Switched- T
HERISTOR (hereinafter abbreviated as EST) was found to be effective. The first reason is that, since it is a thyristor, the size of the element can be made smaller than that of the IGBT, and similarly to the IGBT, the current can be limited by the MOS gate potential. However, it has a pentode characteristic.

【0011】ESTを横型デバイスとして開発した例は
少なく、最適設計は困難であることが予想されたが、文
献〔例えば、BALIGA,B.J.他:IEEE E
lectron Device Lett.,13巻、
12号、615〜617頁、1992年等〕に示されて
いる例を参考に、カソード側に低耐圧のnチャネル型M
OSFETを形成して、その特性を検討した。
There are few examples of developing ESTs as horizontal devices, and it was expected that optimal design would be difficult. J. Other: IEEE E
Electron Device Lett. , 13 volumes,
12, pp. 615-617, 1992], a low breakdown voltage n-channel type M is provided on the cathode side.
An OSFET was formed and its characteristics were examined.

【0012】図19は、試作した横型ESTの断面図で
ある。p基板40の上にエピタキシャル成長で形成した
n領域41がある。その表面から選択的に次の拡散領域
が離れて形成されている。比較的拡散が深いpベース領
域47とn+ バッファ領域51が形成されている。pベ
ース領域47の表面層の一部に高濃度のp+ コンタクト
領域59とnソース領域49が隣接して配置され、nソ
ース領域49から数μm離して比較的広い領域にわたっ
てnエミッタ領域48が設けられている。又、n+ バッ
ファ領域51の表面層には、pエミッタ領域52が配置
されている。pベース領域47は、深い拡散領域である
+ アイソレーション領域60を介してp基板40と接
続している。p+ コンタクト領域59とnソース領域4
9との表面に共通に接触して電気的に良好な接触を有す
る金属電極であるカソード電極50が設けられ、同様
に、pエミッタ領域52の表面には、アノード電極53
が配置されている。nエミッタ領域48/pベース領域
47/n領域41およびnエミッタ領域48/pベース
領域47/nソース領域49にわたる連続した表面上部
には、絶縁膜である薄いゲート酸化膜54を介して多結
晶シリコンの第一ゲート電極45と第二ゲート電極46
が配置され、これら二つのゲート電極は一般的には、一
つのゲート端子へと接続されており電気的に同じ電位を
有するものである。p基板40を用いp+ アイソレーシ
ョン領域60を設けた構造は、接合分離型の構造を成し
ているだけで、ESTに固有の構造ではない。
FIG. 19 is a sectional view of a prototype horizontal EST. There is an n region 41 formed on the p substrate 40 by epitaxial growth. A next diffusion region is formed selectively away from the surface. A p base region 47 and an n + buffer region 51 having relatively deep diffusion are formed. A high-concentration p + contact region 59 and an n source region 49 are arranged adjacent to a part of the surface layer of p base region 47, and n emitter region 48 extends over a relatively wide region several μm away from n source region 49. Is provided. In the surface layer of n + buffer region 51, p emitter region 52 is arranged. P base region 47 is connected to p substrate 40 via p + isolation region 60 which is a deep diffusion region. p + contact region 59 and n source region 4
A cathode electrode 50 is provided which is a metal electrode which has a good electrical contact by being in common contact with the surface of the anode electrode 9. Similarly, an anode electrode 53 is provided on the surface of the p emitter region 52.
Is arranged. On the continuous upper surface extending over the n-emitter region 48 / p-base region 47 / n-region 41 and the n-emitter region 48 / p-base region 47 / n-source region 49, a polycrystalline structure is formed via a thin gate oxide film 54 as an insulating film. Silicon first gate electrode 45 and second gate electrode 46
And these two gate electrodes are generally connected to one gate terminal and have the same electrical potential. The structure in which the p + isolation region 60 is provided using the p substrate 40 merely forms a junction-separated structure, and is not a structure unique to EST.

【0013】このESTの動作原理を図20、図21
(a)、(b)に示す。先ず図20において、カソード
電極50の電位を基準電位とし、アノード電極53の電
位を素子耐圧Vd に保った状態から、ゲート電圧Vgを
ゲート電極45、46に印加する。第一ゲート電極45
と第二ゲート電極46の下層に位置するpベース領域4
7の表面部分は、反転し、n領域41とnエミッタ領域
48とを結ぶ第一チャネル57と、nソース領域49と
nエミッタ領域48とを結ぶ第二チャネル58が形成さ
れる。すると、nソース領域49から電子が、アノード
側の高電位に引かれ二つのチャネル57、58を通って
n領域41に流れ込む(→)。pエミッタ領域52と
+ バッファ領域51との間のpn接合は、順方向にバ
イアスされているので、pエミッタ領域52から、正孔
がn領域41に流れ込む(→)。正孔は、少数キャリ
アなので、周りの電子と再結合するが、多くは、逆バイ
アスされたpベース領域47とn領域41との間に拡が
る空乏層に落ち込みpベース領域47に流れ込む(→
)。ほとんどの正孔は、pベース領域47内を横切り
+ コンタクト領域59を経てカソード電極50へと流
れ込む。回路を流れるアノード電流IA は、二つのチャ
ネル57、58を流れる電子電流によって制御できる。
この状態は、IGBTとほぼ同じ動作状態である。(以
下、IGBTモードと言う。) アノード電流IA を増していくと、pベース領域47を
流れる正孔電流も増える。pベース領域47内を流れる
電流とpベース領域47内の抵抗成分により電圧降下を
生じる。そして、nエミッタ領域48とpベース領域4
7間の電位差が、ビルトインポテンシャル(約0.7
V)を越えると、第一チャネル57を流れていた電子の
一部が、nエミッタ領域48からpベース領域47に注
入され、正孔と再結合するようになる。この再結合が顕
著になると、図21(a)のように第一チャネル57を
流れる電子が無くなり、nエミッタ領域48に流れ込ん
だ電子は全てpベース領域47に流れ込み(→)、そ
のほとんどは正孔と再結合し、サイリスタの動作状態に
移行する。(第一チャネル57のチャネル抵抗を通して
流れる場合と、再結合に必要なビルトインポテンシャル
を確保する場合とを比較して、どちらの方がエネルギー
消費が少ないかによって決まる。)主サイリスタが導通
状態になったこの状態をESTモードと言う。再結合で
流れる電流は、第二チャネル58を通過する電子電流の
大きさと等しいので、印加するゲート電圧で制御可能で
ある。
The operation principle of the EST is shown in FIGS.
(A) and (b) show. First, in FIG. 20, the gate voltage Vg is applied to the gate electrodes 45 and 46 from the state where the potential of the cathode electrode 50 is set as the reference potential and the potential of the anode electrode 53 is kept at the element breakdown voltage Vd. First gate electrode 45
Base region 4 located below and second gate electrode 46
The surface portion of 7 is inverted, and a first channel 57 connecting the n region 41 and the n emitter region 48 and a second channel 58 connecting the n source region 49 and the n emitter region 48 are formed. Then, electrons are drawn from the n source region 49 to the high potential on the anode side and flow into the n region 41 through the two channels 57 and 58 (→). Since the pn junction between p emitter region 52 and n + buffer region 51 is biased in the forward direction, holes flow from p emitter region 52 into n region 41 (→). Since holes are minority carriers, they recombine with surrounding electrons, but many fall into a depletion layer extending between the reverse-biased p base region 47 and the n region 41 and flow into the p base region 47 (→
). Most holes cross the p base region 47 and flow into the cathode electrode 50 via the p + contact region 59. The anode current I A flowing through the circuit can be controlled by an electronic current through the two channels 57 and 58.
This state is almost the same operation state as the IGBT. (Hereinafter, referred to as IGBT mode.) As you increase the anode current I A, the hole current is also increased through the p base region 47. A voltage drop occurs due to the current flowing in p base region 47 and the resistance component in p base region 47. Then, the n emitter region 48 and the p base region 4
7 has a built-in potential (approximately 0.7
Beyond V), some of the electrons flowing through the first channel 57 are injected from the n-emitter region 48 into the p-base region 47 and recombine with holes. When this recombination becomes remarkable, the electrons flowing through the first channel 57 disappear as shown in FIG. 21A, and all the electrons flowing into the n emitter region 48 flow into the p base region 47 (→), and most of them are positive. Recombines with the hole and transitions to the thyristor operating state. (Comparing the case where the current flows through the channel resistance of the first channel 57 and the case where the built-in potential required for the recombination is ensured, it depends on which consumes less energy.) The main thyristor is turned on. This state is called an EST mode. Since the current flowing through the recombination is equal to the magnitude of the electron current passing through the second channel 58, it can be controlled by the applied gate voltage.

【0014】ESTモードの場合には、全電流の殆どが
第二チャネル58を通過するので、これをオフにすれば
素子を遮断状態に切り換えることができる。従って、E
STは、IGBTと同様な五極管特性を有する電圧制御
型の自己消弧サイリスタである。更に、大電流を流す
と、nソース領域49から電子がpベース領域47に注
入される現象が現れ、nソース領域49/pベース領域
47/n領域41/pエミッタ領域52からなる寄生サ
イリスタが作動してしまう。これは、ESTのラッチア
ップ状態であり、図21(b)のように、既に第二チャ
ネル58を流れる電子は無くなり、ゲート電圧で制御不
可能の状態に陥る。寄生サイリスタをオフする方法は、
電源からの供給を絶たなくてはならず、非自己消弧型サ
イリスタになる(BFTの場合と同様の二端子サイリス
タである。) 図22は、ESTの模式的な電流−電圧特性図である。
横軸はアノード・カソード間電圧VAK、縦軸はアノード
電流IA 、パラメータはゲート電圧Vg である。例え
ば、ゲート電圧が低い場合は、pベース領域での電圧降
下が充分でなく、サイリスタに移行することが無いの
で、IGBTモードのままである。ゲート電圧を高くし
た場合は、電流−電圧曲線が途中で折れ曲がる箇所(図
中で、○で囲んだ部分)が現れ、IGBTより大きい電
流を流すことができる。又、ゲート電圧の大きさを変え
ることによって、電流の大きさを変えることができる。
この状態がESTモードに相当する。主サイリスタが動
作している境界(ESTモードとIGBTモードの境
界)の電流値をここではESTのホールディング電流と
呼ぶことにする。
In the case of the EST mode, since most of the entire current passes through the second channel 58, by turning it off, the device can be switched to the cutoff state. Therefore, E
ST is a voltage-controlled self-extinguishing thyristor having pentode characteristics similar to IGBTs. Further, when a large current flows, a phenomenon occurs in which electrons are injected from the n source region 49 into the p base region 47, and a parasitic thyristor composed of the n source region 49 / p base region 47 / n region 41 / p emitter region 52 is formed. It works. This is a latch-up state of the EST, and as shown in FIG. 21B, the electrons flowing through the second channel 58 have already disappeared, and the state cannot be controlled by the gate voltage. How to turn off the parasitic thyristor
The supply from the power supply must be cut off, and the thyristor becomes a non-self-extinguishing type thyristor (a two-terminal thyristor similar to the BFT). FIG. 22 is a schematic current-voltage characteristic diagram of the EST. .
The horizontal axis anode-cathode voltage V AK, the vertical axis represents the anode current I A, the parameter is a gate voltage V g. For example, when the gate voltage is low, the voltage drop in the p base region is not sufficient, and there is no transition to the thyristor, so that the IGBT mode is maintained. When the gate voltage is increased, a portion where the current-voltage curve bends in the middle (a portion circled in the figure) appears, and a current larger than the IGBT can flow. Also, the magnitude of the current can be changed by changing the magnitude of the gate voltage.
This state corresponds to the EST mode. The current value at the boundary where the main thyristor operates (the boundary between the EST mode and the IGBT mode) will be referred to as the EST holding current here.

【0015】理想的には、ESTモードにおいても、I
GBTと同様にアノード−カソード間電圧VAKを大きく
しても一定の電流しか流れない領域を確保したい。しか
しながら、開発が進んでいる縦型のESTにおいても、
そのような電流−電圧特性を有する素子を開発したとい
う報告はなされていない。全電流は、図21(a)の第
二チャネル58の最大電流密度で制限される。第二チャ
ネル58は、高濃度のnソース領域49とnエミッタ領
域48とに挟まれた低耐圧のMOSFETなので、第一
チャネル57よりも電流密度は、大きく取れるが、原理
的にこの横型MOSFETの特性を越える素子はできな
い。
[0015] Ideally, even in the EST mode, I
Like the GBT, it is desired to secure a region where only a constant current flows even when the anode-cathode voltage V AK is increased. However, even in the vertical EST, which is being developed,
There has been no report that an element having such a current-voltage characteristic has been developed. The total current is limited by the maximum current density of the second channel 58 in FIG. Since the second channel 58 is a low breakdown voltage MOSFET sandwiched between the high concentration n source region 49 and the n emitter region 48, the current density can be higher than that of the first channel 57. Devices that exceed the characteristics cannot be made.

【0016】図22に示す電流−電圧特性曲線の×印の
点に達すると、寄生サイリスタがオンし、急激にVAK
低下したまま大電流が流れる別の特性曲線に飛び移る。
これがラッチアップ状態である。又、この時の電流値を
ラッチング開始電流と呼ぶ(×印)。一端ラッチアップ
した場合、アノード電流をホールディング電流(図中の
△印:寄生サイリスタのホールディング電流)以下に下
げないかぎり、ゲート信号で制御することはできない。
DC型のプラズマディスプレイの駆動回路への適用にお
いては、先に示したように、ラッチアップ状態での使用
は避けなければならない。
When the point indicated by the symbol x in the current-voltage characteristic curve shown in FIG. 22 is reached, the parasitic thyristor is turned on, and jumps to another characteristic curve in which a large current flows while the V AK drops rapidly.
This is a latch-up state. The current value at this time is referred to as a latching start current (x mark). When the latch-up occurs once, it cannot be controlled by the gate signal unless the anode current is reduced below the holding current (indicated by Δ in the figure: holding current of the parasitic thyristor).
In the application to the drive circuit of the DC plasma display, as described above, use in the latch-up state must be avoided.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】様々な設計を試み横型
ESTを試作したが、様々な問題点が浮上してきた。 〔問題1〕IGBTモードからESTモードに転換させ
る為には、nエミッタ直下のpベース領域を流れる正孔
電流による電圧降下を約0.7V確保しなければならな
いが、この方法として、pベース領域47の抵抗を高く
設定するか、nエミッタ領域48の長さLemitを長くし
なければならない。しかしながら、pベース抵抗は、M
OSの閾値設計の為、大幅な変更はできないため、実質
的な効果を発揮するには、Lemitを長くする方法しかな
い。我々の横型EST試作においては、Lem it=20μ
mでは、ESTモードに移行せず、25μmでは、ES
Tモードに移行する素子としない素子があり、30μm
では、確実に移行した。(但し、Vg=5V、室温)こ
れは、素子耐圧を決定する為の寸法であるドリフト長L
d (pベース─pエミッタ間距離)とほぼ同じ距離であ
り、従って、ESTを機能させる為にBFTの約3倍、
IGBTの約2倍のデバイス面積となってしまう。
A variety of designs have been tried to produce a horizontal EST, but various problems have surfaced. [Problem 1] In order to switch from the IGBT mode to the EST mode, it is necessary to secure a voltage drop of about 0.7 V due to a hole current flowing through the p base region immediately below the n emitter. 47 must be set high or the length L emit of the n emitter region 48 must be increased. However, the p-base resistance is M
Because of the threshold design of the OS, no significant change is possible, so there is no other way to achieve a substantial effect than to lengthen L emit . In our horizontal EST prototype, L em it = 20μ
m, the mode does not shift to the EST mode.
Some elements shift to T mode and others do not.
So, it has definitely moved. (However, Vg = 5V, room temperature) This is the drift length L which is a dimension for determining the element withstand voltage.
d (the distance between the p base and the p emitter), so that about three times the BFT,
The device area is about twice as large as the IGBT.

【0018】〔問題2〕寄生サイリスタがオンすること
無く、15V〜20V程度までは定格電流IA=400
mA(電流密度は、300〜400A・cm-2)を確保
したいが、試作したデバイスでは、せいぜい10V迄し
かもたず、ラッチアップしてしまう。文献等を調査した
が、開発が進んでいる縦型構造でもこれだけ電流密度が
高くなるとラッチアップするようである。前述した様
に、全電流のほとんどは横型MOSFETを通過しなけ
ればならず、その為にチャネル抵抗が高くなり、寄生サ
イリスタがラッチングしてしまうためと考えられる。
[Problem 2] The rated current I A = 400 up to about 15 V to 20 V without turning on the parasitic thyristor.
Although it is desired to secure mA (current density is 300 to 400 A · cm −2 ), the prototype device has only 10 V at most and latches up. The literature was investigated, but it seems that even in the vertical structure under development, the latch-up occurs when the current density becomes so high. As described above, it is considered that most of the entire current has to pass through the lateral MOSFET, which increases the channel resistance and causes the parasitic thyristor to latch.

【0019】以上の問題に鑑み本発明の目的は、デバイ
ス面積が小さく、ラッチング電流の大きいターンオフ可
能なサイリスタMOS型GTOサイリスタを提供するこ
とを目的とする。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a thyristor MOS type GTO thyristor which has a small device area and a large latching current and can be turned off.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】他にも縦型のEST等も
試作したが、スイッチング動作を繰り返すと局所的な発
熱のために、試作ESTが破壊する現象(カソード電極
側)や、ゲート電極の電位を急激に低下させた場合に、
寄生サイリスタがオンする場合など(特に負荷側の誘導
成分が無視できない場合)の不具合が発生した。
Means for Solving the Problems In addition, a vertical EST or the like has been prototyped. However, when the switching operation is repeated, local heat generation causes the prototype EST to be destroyed (cathode electrode side) or a gate electrode. When the potential of
Problems occurred when the parasitic thyristor was turned on (especially when the inductive component on the load side could not be ignored).

【0021】発明者らは、これらの現象の解析と最適設
計条件を抽出するために、文献を参考にしながら、2次
元デバイスシミュレータを用い検討を重ねた。例えば、
ラッチング電流とnエミッタ領域の幅Lemitとの関係、
ラッチング電流とpベース領域の不純物濃度の関係、お
よび寄生サイリスタのラッチアップ現象について解析し
た。その結果、ESTの基本動作を確保する条件と小型
の横型ESTを達成する条件に関して次のことがわかっ
た。
The present inventors have repeated studies using a two-dimensional device simulator with reference to literatures in order to analyze these phenomena and extract optimal design conditions. For example,
The relationship between the latching current and the width L emit of the n emitter region,
The relationship between the latching current and the impurity concentration in the p-base region and the latch-up phenomenon of the parasitic thyristor were analyzed. As a result, the following was found regarding the conditions for securing the basic operation of the EST and the conditions for achieving a small horizontal EST.

【0022】まず、ラッチング電流とnエミッタ領域の
幅Lemit の関係では、Lemit が長くなるとIGBT
モードからESTモードに切り替わるラッチング電流が
減少する事がわかった。Lemitを3〜4倍にしたとき、
ラッチング電流は1/2〜1/3になる。アノード電流
A を制御するために、横型MOSFETのゲート電圧
を任意に変えたところ、小さな値から大きな値には制御
可能であるが、或る限界の電流値から小さくすると、寄
生サイリスタがラッチングすることがある。この現象を
抑えるためにMOSFETのチャネル長を短くすると、
ゲート電圧依存性が小さくなる。寄生サイリスタのラッ
チング開始電流を大きく(hFEを小さく)するために
は、高濃度p領域をできるだけnソース領域端にのばす
必要がある。しかしながら、限界の電流値が全体的に上
昇するだけで、基本的には、同様な現象をなくすること
はできない。従ってこれはESTの本来の特性であると
思われる。ゲート電位が低い程、ラッチング開始電流が
低下する。(チャネル抵抗とpベース領域の抵抗+高濃
度p領域の抵抗が並列に接続されているため、チャネル
抵抗が大きくなり電流が小さくなった分、pベース領域
の抵抗+高濃度p領域の抵抗を通して、電流が流れる。
このため、電圧が上昇し寄生サイリスタがオンする。)
従って、電流を絞るためには、主サイリスタの電流を制
限し、この状態を安定にするようにゲート電位を調整す
る必要があることが判明した。
First, as for the relationship between the latching current and the width L emit of the n-emitter region, if the length of L emit becomes longer, the IGBT
It was found that the latching current for switching from the mode to the EST mode was reduced. When L emit is 3-4 times,
The latching current becomes 1/2 to 1/3. To control the anode current I A, was changed gate voltage of the lateral MOSFET optionally, although a larger value from a small value is controllable, reducing the current value of a certain limit, the parasitic thyristor latching Sometimes. If the channel length of the MOSFET is shortened to suppress this phenomenon,
Gate voltage dependence is reduced. In order to increase the latching start current of the parasitic thyristor (reduce h FE ), it is necessary to extend the high-concentration p region as much as possible to the end of the n source region. However, the similar phenomenon cannot be basically eliminated only by increasing the limit current value as a whole. Therefore, this seems to be an intrinsic property of EST. The lower the gate potential, the lower the latching start current. (Since the channel resistance and the resistance of the p-base region + the resistance of the high-concentration p-region are connected in parallel, the channel resistance increases and the current decreases. , Current flows.
Therefore, the voltage rises and the parasitic thyristor turns on. )
Accordingly, it has been found that in order to reduce the current, it is necessary to limit the current of the main thyristor and adjust the gate potential so as to stabilize this state.

【0023】上記の課題を解決するため本発明のMOS
型GTOサイリスタは、第一導電型半導体層の一主面の
表面層の一部に互いに分離して形成された第二導電型ベ
ース領域、第二導電型エミッタ領域と、第二導電型エミ
ッタ領域の表面に接して設けられたアノード電極と、第
二導電型ベース領域の表面層の一部に形成された第一導
電型ソース領域と、第二導電型ベース領域の第一導電型
ソース領域より第二導電型エミッタ領域に近い部分の表
面層に形成された第一導電型エミッタ領域と、第一導電
型ソース領域の表面に接して設けられたカソード電極
と、第一導電型エミッタ領域と第一導電型半導体層とに
挟まれた第二導電型ベース領域の表面露出部上のゲート
酸化膜上に、その第二導電型ベース領域の上に端をもち
第二導電型エミッタ領域に近い側に伸びて設けられた第
一ゲート電極と、第一導電型ソース領域と第一導電型エ
ミッタ領域とに挟まれた第二導電型ベース領域の表面露
出部上のゲート酸化膜上に設けられた第二ゲート電極と
を有するものとする。
In order to solve the above problems, the MOS of the present invention
The type GTO thyristor includes a second conductivity type base region, a second conductivity type emitter region, and a second conductivity type emitter region formed separately from each other on a part of a surface layer on one main surface of the first conductivity type semiconductor layer. An anode electrode provided in contact with the surface of the first conductive type source region formed on a part of the surface layer of the second conductive type base region; and a first conductive type source region of the second conductive type base region. A first conductivity type emitter region formed on a surface layer in a portion close to the second conductivity type emitter region; a cathode electrode provided in contact with the surface of the first conductivity type source region; On the gate oxide film on the surface exposed portion of the second conductivity type base region sandwiched between the one conductivity type semiconductor layer and the side having the end on the second conductivity type base region and near the second conductivity type emitter region A first gate electrode extending to Shall have a second gate electrode provided on the second conductivity type base region a gate oxide film on the exposed surface of the sandwiched conductive source region and a first conductivity type emitter region.

【0024】そのようにすれば、基本的には、浮遊電位
である第二導電型ベース領域を有するサイリスタ構造を
成し、同領域の表面上部には、絶縁膜を介してゲート電
極が配置されていることになる。ゲート電極の電位を変
化させると第二導電型ベース領域の表面には、生成・再
結合過程で正孔−電子対が発生する。そのうち、電子は
ゲート電極直下の第二導電型ベース領域の表面層にチャ
ネルを形成し、正孔は、第二導電型ベース領域内に拡が
りながら、第一導電型エミッタ領域から供給される電子
と再結合する。この再結合電流は、主サイリスタのトリ
ガー電流として充分な能力を有するので、サイリスタを
導通状態に移行することができる。また第一導電型ソー
ス領域と外部電極と直接接することのない第一導電型エ
ミッタ領域を結ぶ横型MOSFETを形成し、導通時の
電流制限を行うことができる。これらを組み合わせる事
で、自己消弧能力を有する小型のMOS型GTOサイリ
スタを構成する。
In this case, basically, a thyristor structure having a second conductivity type base region at a floating potential is formed, and a gate electrode is disposed above the surface of the thyristor via an insulating film. Will be. When the potential of the gate electrode is changed, a hole-electron pair is generated on the surface of the second conductivity type base region during generation and recombination. Among them, the electrons form a channel in the surface layer of the second conductivity type base region immediately below the gate electrode, and the holes are spread in the second conductivity type base region while the electrons are supplied from the first conductivity type emitter region. Rejoin. This recombination current has sufficient capacity as a trigger current for the main thyristor, so that the thyristor can be turned on. Further, a lateral MOSFET that connects the first conductivity type source region and the first conductivity type emitter region that does not directly contact the external electrode can be formed to limit the current during conduction. By combining these, a small MOS GTO thyristor having a self-extinguishing ability is formed.

【0025】特に、第二導電型エミッタ領域を取り囲む
ように第二導電型ベース領域が形成されているものがよ
い。そのようにして中心部にアノード電極、外周部にカ
ソード電極を配置することによって、横型のMOSFE
Tのゲート電極下のチャネル幅を広くでき、飽和特性が
広い範囲で達成できるうえに、pベース領域部分の電流
密度を比較的小さくすることができるので、電流集中を
緩和する効果がある。
In particular, it is preferable that the second conductivity type base region is formed so as to surround the second conductivity type emitter region. By arranging the anode electrode at the center and the cathode electrode at the outer periphery in this way, a horizontal MOSFE
Since the channel width below the gate electrode of T can be widened, the saturation characteristics can be achieved in a wide range, and the current density in the p base region can be made relatively small, there is an effect of reducing current concentration.

【0026】また、第一導電型半導体層の一方の主面の
表面層の一部に形成された二導電型ベース領域と、第二
導電型ベース領域の表面層の一部に互いに分離して形成
された第一導電型ソース領域、第一導電型エミッタ領域
と、第一導電型ソース領域の表面に接して設けられたカ
ソード電極と、第一導電型半導体層の別の主面側の表面
層の一部に形成された第二導電型エミッタ領域と、第二
導電型エミッタ領域の表面に接して設けられたアノード
電極と、第一導電型エミッタ領域と第一導電型半導体層
とに挟まれた第二導電型ベース領域の表面露出部上のゲ
ート酸化膜上に、その第二導電型ベース領域の上に端を
もち第一導電型半導体層に近い側に伸びて設けられた第
一ゲート電極と、第一導電型ソース領域と第一導電型エ
ミッタ領域とに挟まれた第二導電型ベース領域の表面露
出部上のゲート酸化膜上に設けられた第二ゲート電極と
を有するものでもよい。
The two-conductivity-type base region formed on a part of the surface layer on one main surface of the first-conductivity-type semiconductor layer and the part of the surface layer on the second-conductivity-type base region are separated from each other. The formed first conductivity type source region, the first conductivity type emitter region, the cathode electrode provided in contact with the surface of the first conductivity type source region, and another main surface side surface of the first conductivity type semiconductor layer A second conductivity type emitter region formed in part of the layer, an anode electrode provided in contact with a surface of the second conductivity type emitter region, and a first conductivity type emitter region and the first conductivity type semiconductor layer; A first oxide layer provided on the gate oxide film on the exposed surface of the second conductive type base region and having an end on the second conductive type base region and extending to a side close to the first conductive type semiconductor layer; Sandwiched between the gate electrode, the first conductivity type source region and the first conductivity type emitter region. Or it may have a second gate electrode provided on the second-conductivity-type base region of the exposed surface on the gate oxide film was.

【0027】そのようにすれば、第一ゲート電極でオン
動作を行い、第二ゲート電極でオフ動作を行うことがで
き、しかも第二導電型エミッタ領域が別の主面に形成さ
れるので、半導体基板の面積の利用効率がよい。そし
て、第二ゲート電極及びその下層部分に位置する構造か
らなるMOSFETが、熱平衡状態で導通しており、ゲ
ート信号によりオフされるデプレッションタイプである
ものとする。
With such a configuration, the on-operation can be performed by the first gate electrode and the off-operation can be performed by the second gate electrode, and the emitter region of the second conductivity type is formed on another main surface. Good utilization efficiency of the area of the semiconductor substrate. Then, it is assumed that the MOSFET having the structure located in the second gate electrode and the lower layer portion is conductive in a thermal equilibrium state and is a depletion type which is turned off by a gate signal.

【0028】そのようにすれば、主サイリスタが導通状
態に移行する前に、既に横型MOSFETのチャネル
が、充分に開いて居ることになり、確実に動作させるこ
とができる。また本発明の別のMOS型GTOサイリス
タは、第一導電型半導体層の一主面の表面層の一部に形
成された第二導電型ベース領域、第二導電型エミッタ領
域と、第二導電型エミッタ領域の表面に接して設けられ
たアノード電極と、第二導電型ベース領域と第二導電型
エミッタ領域との間の第一導電型半導体層の表面層の一
部に形成された第二導電型ウェル領域と、その第二導電
型ウェル領域の表面層の一部に形成された第一導電型ソ
ース領域と、第二導電型ウェル領域と第一導電型ソース
領域との表面上に共通に接触して設けられたカソード電
極と、第二導電型ベース領域の表面層の一部に形成され
た第一導電型エミッタ領域と、第一導電型エミッタ領域
と第一導電型ソース領域とに挟まれた第二導電型ベース
領域、第一導電型半導体層の表面露出部および第二導電
型ウェル領域の表面上のゲート酸化膜上に設けられたゲ
ート電極とを有するものとする。
By doing so, before the main thyristor shifts to the conducting state, the channel of the lateral MOSFET has already been sufficiently opened, and it can be operated reliably. Another MOS-type GTO thyristor of the present invention includes a second conductive type base region, a second conductive type emitter region formed on a part of a surface layer on one main surface of a first conductive type semiconductor layer, and a second conductive type emitter region. An anode electrode provided in contact with the surface of the second conductivity type emitter region, and a second electrode formed on a part of the surface layer of the first conductivity type semiconductor layer between the second conductivity type base region and the second conductivity type emitter region. A common conductivity type well region, a first conductivity type source region formed on a part of a surface layer of the second conductivity type well region, and a common region on the surface of the second conductivity type well region and the first conductivity type source region. A first conductive type emitter region formed on a part of the surface layer of the second conductive type base region; a first conductive type emitter region and a first conductive type source region. Table of the second conductivity type base region and the first conductivity type semiconductor layer sandwiched It shall have a gate electrode formed on the gate oxide film on the surface of the exposed portion and the second conductivity-type well region.

【0029】そのように外部電極と直接接することのな
い第二導電型ベース領域と第一導電型エミッタ領域を含
むMOSFET部と、第二導電型ウェル領域と第一導電
型半導体領域ソース領域とを含むMOSFET部とを設
けることによって、第二導電型ベース領域と第一導電型
エミッタ領域を含むMOSFET部でオン動作を行い、
第二導電型ウェル領域と第一導電型半導体領域ソース領
域とを含むMOSFET部でオフ動作を行うことができ
る。
The MOSFET portion including the second conductivity type base region and the first conductivity type emitter region which are not in direct contact with the external electrode, the second conductivity type well region and the first conductivity type semiconductor region source region. By performing the ON operation in the MOSFET portion including the second conductivity type base region and the first conductivity type emitter region,
The off operation can be performed in the MOSFET portion including the second conductivity type well region and the first conductivity type semiconductor region source region.

【0030】特に、第二導電型ベース領域を取り囲むよ
うに第二導電型ウェル領域が形成されているものとす
る。そのようにカソード電極と電気的に良好な接触をし
ている第二導電型ウェル領域をアノード電極側に形成
し、実質的に両電極間に印加される電圧を、第二導電型
pウェル領域/第一導電型半導体領域間に拡がる空乏層
に持たせるようにすることによって、素子の遮断状態時
には、第二導電型ベース領域に流入するサージ電流を軽
減できるので、サージ・ノイズ等の外乱による誤動作を
防ぐ事が可能である。又、素子のスイッチングオフ時に
は、サイリスタの電流経路を拡がる空乏層で遮断する働
きがあるので、少数キャリアの排斥を迅速に、且つ、再
注入による再ラッチアップが発生しにくいので、スイッ
チング特性が改善される。
In particular, it is assumed that the second conductivity type well region is formed so as to surround the second conductivity type base region. A second conductivity type well region that is in such good electrical contact with the cathode electrode is formed on the anode electrode side, and a voltage substantially applied between both electrodes is applied to the second conductivity type p well region. By providing the depletion layer extending between the semiconductor regions of the first conductivity type, the surge current flowing into the base region of the second conductivity type can be reduced when the device is in the cutoff state, so that the surge current caused by disturbance such as surge noise can be reduced. Malfunction can be prevented. In addition, when the element is switched off, the current path of the thyristor is cut off by the depletion layer which spreads. Therefore, the rejection of minority carriers is prompt, and re-latch-up due to re-injection is unlikely to occur, thus improving the switching characteristics. Is done.

【0031】そして、第二導電型ウェル領域の拡散深さ
が第二導電型ベース領域のそれより深いものがよい。そ
のようにすれば、素子の遮断状態時の第二導電型pウェ
ル領域/第一導電型半導体領域間の空乏層が拡がりやす
い。また、第二導電型ウェル領域一部が第二導電型ベー
ス領域の下方にあるものでもよい。
Preferably, the diffusion depth of the second conductivity type well region is deeper than that of the second conductivity type base region. In this case, the depletion layer between the second conductivity type p-well region and the first conductivity type semiconductor region when the element is in a cutoff state is likely to expand. Also, a part of the second conductivity type well region may be located below the second conductivity type base region.

【0032】その場合も前項と同じ作用を生ずる。ま
た、第二導電型ベース領域と第二導電型ウェル領域と
が、ゲート電極の下方で第二導電型ベース領域より不純
物濃度が低く、拡散深さの浅い第二導電型接続領域によ
って接続されているものとすることもできる。そのよう
にすれば、第二導電型ベース領域が浮遊電位とならな
い。
In this case, the same operation as in the preceding paragraph is produced. The second conductivity type base region and the second conductivity type well region are connected by a second conductivity type connection region having a lower impurity concentration than the second conductivity type base region below the gate electrode and a shallower diffusion depth. It can also be. By doing so, the second conductivity type base region does not become a floating potential.

【0033】上記のようなMOS型GTOサイリスタの
駆動方法としては、第一ゲート電極と第二ゲート電極と
に同一の制御信号を与えるものとする。そのようにすれ
ば、ゲート電源が一つですみ、回路が簡単にできる。ま
た、第二ゲート電極に信号を与えた後に第一ゲート電極
に信号を与えて第二ゲート電極の下のチャネル生成より
第一ゲート電極の下のチャネル生成を遅れさせ、更に第
一ゲート電極に上と逆の信号を与えた後第二ゲート電極
に逆の信号を与えて第一ゲート電極の下のチャネル消滅
より第二ゲート電極の下のチャネル消滅を遅らせること
もできる。
As a driving method of the MOS type GTO thyristor as described above, the same control signal is applied to the first gate electrode and the second gate electrode. By doing so, only one gate power supply is required, and the circuit can be simplified. Also, after giving a signal to the second gate electrode, a signal is given to the first gate electrode to delay generation of a channel below the first gate electrode from generation of a channel below the second gate electrode, and further to the first gate electrode. It is also possible to apply a reverse signal to the second gate electrode after giving the reverse signal to the above, thereby delaying the disappearance of the channel under the second gate electrode from the disappearance of the channel under the first gate electrode.

【0034】そのようにすれば、主サイリスタが導通状
態に移行する前に、既に横型MOSFETのチャネル
が、充分に開いて居ることになり、確実に動作させるこ
とができる。
By doing so, the channel of the lateral MOSFET has already been sufficiently opened before the main thyristor shifts to the conducting state, and the device can be reliably operated.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら本発明の
実施例について説明する。 [実施例]図1に、本発明第一の実施例(以下実施例
と記す)のMOS型GTOサイリスタの基本構成部分
の断面図を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. [Embodiment] FIG. 1 is a sectional view showing the basic components of a MOS GTO thyristor according to a first embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as an embodiment).

【0036】本発明のMOS型GTOサイリスタを形成
するn領域1は、同一支持基板上の半導体層に作成した
他の素子の干渉を避けるため、支持基板14上に酸化膜
15を介して積層されたn型半導体層を、他の素子を形
成する領域と酸化膜2によって電気的に分離して形成さ
れている。n領域1は、n型のシリコンで比抵抗10〜
40Ω・cm、厚さ3〜30μmで、又、酸化膜15の
厚さは、0.5〜3μmである。これらの値は、耐圧等
の素子仕様に合わせて決定される。
The n region 1 forming the MOS type GTO thyristor of the present invention is laminated on a supporting substrate 14 via an oxide film 15 in order to avoid interference of other elements formed on the semiconductor layer on the same supporting substrate. The n-type semiconductor layer is formed so as to be electrically separated from the region for forming other elements by the oxide film 2. The n region 1 is made of n-type silicon and has a specific resistance of 10 to 10.
40 Ω · cm, 3 to 30 μm in thickness, and oxide film 15 has a thickness of 0.5 to 3 μm. These values are determined according to device specifications such as withstand voltage.

【0037】n領域1の表面上は、厚さが0.5〜1μ
mであるフィールド酸化膜3と、厚さが20〜100n
mであるゲート酸化膜4で覆われている。フィールド酸
化膜で覆われていない部分には、各種の不純物が導入さ
れて、n領域1の表面層に以下に説明する構造が形成さ
れている。図の左側には、ほう素が深さ2〜5μm程度
拡散されたpベース領域7が形成されている。ほう素
は、熱処理によって拡散するので、横方向へも広がり、
フィールド酸化膜3とゲート酸化膜4の下にもpベース
領域7が広がっている。
On the surface of the n region 1, the thickness is 0.5 to 1 μm.
m and a thickness of 20 to 100 n
m, which is covered with the gate oxide film 4. Various impurities are introduced into portions not covered with the field oxide film, and a structure described below is formed on the surface layer of the n region 1. On the left side of the figure, a p base region 7 in which boron is diffused by a depth of about 2 to 5 μm is formed. Since boron is diffused by heat treatment, it also spreads in the lateral direction,
The p base region 7 also extends below the field oxide film 3 and the gate oxide film 4.

【0038】そのpベース領域7の表面層の一部に、共
に深さがせいぜい0.2〜0.5μmで1020cm-3
上の不純物濃度を有する高濃度のnエミッタ領域8と高
濃度のnソース領域9が配置されている。nエミッタ領
域8はnソース領域9よりn領域1に近い側に配置され
る。図の右側には、リンが拡散されたn+ バッファ領域
11が形成され、その内部にボロンの拡散により形成さ
れたpエミッタ領域12がある。これらの拡散深さや不
純物濃度は、サイリスタの電圧─電流特性に応じて決定
される。
A part of the surface layer of the p base region 7 has a high concentration n emitter region 8 having a depth of at most 0.2 to 0.5 μm and an impurity concentration of 10 20 cm -3 or more. N source region 9 is arranged. N emitter region 8 is arranged closer to n region 1 than n source region 9. On the right side of the drawing, an n + buffer region 11 in which phosphorus is diffused is formed, and a p emitter region 12 formed by diffusion of boron is formed therein. These diffusion depths and impurity concentrations are determined according to the voltage-current characteristics of the thyristor.

【0039】pベース領域7のnエミッタ領域8より右
の(n領域1の表面露出部に近い)表面上に、ゲート酸
化膜4を介して多結晶シリコンの第一ゲート電極5が設
けられており、一部はフィールド酸化膜3の上まで延び
ている。但し、第一ゲート電極5は、nエミッタ領域8
の上方には達せず、pベース領域7上で止まっている。
nエミッタ領域8とnソース領域9とに挟まれたpベー
ス領域7の表面上には、ゲート酸化膜4を介して第二ゲ
ート電極6が設けられている。この第二ゲート電極6
は、nエミッタ領域8とnソース領域9との上に少し伸
びていてもよい。第一ゲート電極5と第二ゲート電極6
とは、図示されない断面で接続されており、同電位に保
たれる。(場合によっては、第一ゲート電極5と第二ゲ
ート電極6とを、互いに独立に駆動できるようにしても
よい。)pエミッタ領域12とnソース領域9との表面
上には、それぞれ金属(一般には、Al−Si−Cu)
からなるアノード電極13、カソード電極10が電気的
に良好に接している。
On the surface of p base region 7 to the right of n emitter region 8 (closer to the exposed surface of n region 1), first gate electrode 5 of polycrystalline silicon is provided via gate oxide film 4. And a part thereof extends to above the field oxide film 3. However, the first gate electrode 5 has the n emitter region 8
, And stops on the p base region 7.
On the surface of p base region 7 sandwiched between n emitter region 8 and n source region 9, second gate electrode 6 is provided via gate oxide film 4. This second gate electrode 6
May extend slightly above n emitter region 8 and n source region 9. First gate electrode 5 and second gate electrode 6
Are connected in a cross section (not shown) and are kept at the same potential. (In some cases, the first gate electrode 5 and the second gate electrode 6 may be driven independently of each other.) On the surfaces of the p emitter region 12 and the n source region 9, a metal ( Generally, Al-Si-Cu)
The anode electrode 13 and the cathode electrode 10 are electrically in good contact with each other.

【0040】pベース領域7のほう素濃度は、ゲート酸
化膜4の厚さなどを考慮して、サイリスタ動作を確実に
行うように調整されている。例えば、ゲート酸化膜4の
厚さが30nmの場合は、第一ゲート電極5の直下のほ
う素表面濃度を1〜3×10 17cm-3とし、第二ゲート
電極6の直下では、2〜7×1016cm-3にすると良
い。
The boron concentration in the p base region 7 depends on the gate acid
Thyristor operation is ensured in consideration of the thickness of the passivation film 4 etc.
Has been adjusted to do. For example, the gate oxide film 4
In the case where the thickness is 30 nm,
The surface concentration of iodine is 1-3 × 10 17cm-3And the second gate
Immediately below the electrode 6, 2 to 7 × 1016cm-3Good for
No.

【0041】通常のESTや、IGBT等の場合は、ゲ
ート電極に印加する電圧により、その直下の表面層にチ
ャネルが形成されなければならないので、図1の実施例
のようにpベース領域がフィールド酸化膜の下方まで
延びていることはない。但し、本発明においても、フィ
ールド酸化膜3の下方までpベース領域7を配置するこ
とが、絶対に必要な条件ではない。又、通常のEST
や、IGBT等の場合は、カソード電極は、p型領域で
あるpベース領域及びnエミッタ領域と共通に接してい
るが、本発明のMOS型GTOにおいては、カソード電
極10がpベース領域7及びnエミッタ領域8と接して
はならない。これは、不純物イオン注入の際の開口をフ
ォトレジストのマスクで調整するだけで実現できるので
問題にはならない。
In the case of a normal EST, IGBT, or the like, a channel must be formed in a surface layer immediately below by a voltage applied to the gate electrode. Therefore, as shown in the embodiment of FIG. It does not extend below the oxide film. However, in the present invention, it is not an absolutely necessary condition that the p base region 7 be disposed below the field oxide film 3. Also, normal EST
In the case of an IGBT or the like, the cathode electrode is in common contact with the p-base region and the n-emitter region, which are p-type regions. However, in the MOS GTO of the present invention, the cathode electrode 10 is It must not be in contact with n emitter region 8. This is not a problem because it can be realized only by adjusting the opening at the time of impurity ion implantation with a photoresist mask.

【0042】上記に示す基本構成で本発明によるMOS
型GTOサイリスタが形成され、各電極は、別のn領域
上に作製されたデジタル回路や出力端子と金属配線で接
続される。本発明の製造方法としては、標準的なLSI
プロセス技術を用い、各不純物導入範囲を、レジストマ
スクやLDD構造を利用して調整するだけでよいので、
既に条件の決定されたデジタル回路のプロセスと同時に
進行することが可能である。
The MOS transistor according to the present invention having the basic configuration shown above
A type GTO thyristor is formed, and each electrode is connected to a digital circuit or an output terminal formed on another n region by a metal wiring. As a manufacturing method of the present invention, a standard LSI
Since it is only necessary to adjust each impurity introduction range using a resist mask or an LDD structure using a process technology,
It is possible to proceed at the same time as the digital circuit process whose conditions have already been determined.

【0043】図2(a)、(b)は、図1の実施例の
MOS型GTOサイリスタの動作原理を説明するための
図である。先ず 図2(a)において、電源61は直流
電源であり、負荷62としては、ここでは、DC型プラ
ズマディスプレイの放電管を想定しており、アノード電
流が流れていない場合はコンデンサ、一定の電流が流れ
ている場合は、抵抗と等価であるものとする。電源61
から直列に接続された負荷62を経てアノード電極13
に200Vの電圧が印加され、カソード電極10は接地
されている。アノード・カソード間の電圧により、pベ
ース領域7とn領域1との間のpn接合から空乏層が広
がっている。
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining the operation principle of the MOS type GTO thyristor of the embodiment of FIG. First, in FIG. 2A, a power supply 61 is a DC power supply, and a discharge tube of a DC plasma display is assumed as a load 62 here. When no anode current flows, a capacitor and a constant current are used. Is flowing, it is assumed to be equivalent to the resistance. Power supply 61
Through the load 62 connected in series from the anode electrode 13
Is applied, and the cathode electrode 10 is grounded. The depletion layer spreads from the pn junction between the p base region 7 and the n region 1 due to the voltage between the anode and the cathode.

【0044】この状態から、第一ゲート電極5および第
二ゲート電極6に、カソード電極10に対して正の電圧
g を印加する。この電圧Vg はデジタル回路からの制
御信号なので、せいぜい5V程度である。この時、第一
ゲート電極5の下のpベース領域7の表面層には、反転
層17が形成される。第一ゲート電極5はpベース領域
7の上の途中までしかないので、反転層17はチャネル
にはならない。反転層17を形成する電子は、pベース
領域7の表面近傍でのキャリア生成・再結合過程によっ
て発生する正孔−電子対から供給されたものである。発
生した正孔−電子対の電子は、第一ゲート電極5側に蓄
積された正の電荷と容量結合するので、そのまま反転層
17に固定されるが、正孔は、電位の低いカソード電極
10の方向へ流れる。
In this state, a positive voltage Vg is applied to the first gate electrode 5 and the second gate electrode 6 with respect to the cathode electrode 10. Since this voltage Vg is a control signal from a digital circuit, it is at most about 5V. At this time, an inversion layer 17 is formed on the surface layer of the p base region 7 below the first gate electrode 5. Since the first gate electrode 5 is located only halfway above the p base region 7, the inversion layer 17 does not become a channel. The electrons forming the inversion layer 17 are supplied from a hole-electron pair generated by a carrier generation / recombination process near the surface of the p base region 7. The generated electrons of the hole-electron pair are capacitively coupled to the positive charges accumulated on the first gate electrode 5 side, and thus are fixed to the inversion layer 17 as they are. Flows in the direction of.

【0045】従来のESTやIGBTでは、正孔がpベ
ース領域からpコンタクト領域を経てカソード電極に流
れ込むことが出来たが、実施例のMOS型サイリスタ
では、正孔は、必ず間に存在するnエミッタ領域8もし
くはnソース領域9から飛び出す電子と再結合しなけれ
ばならない。nソース領域9からの電子との再結合は好
ましくないので、第二ゲート電極6の下方には、充分に
チャネル18が形成されてるようにする。先に述べたほ
う素表面濃度とすれば、同部分に形成された低耐圧の横
型MOSFETは、ノーマリオンのデプレッションタイ
プとなるので、第一ゲート電極5の直下で、発生した正
孔は、近傍のnエッミタ領域8からの電子と再結合する
割合が増える。
In the conventional EST or IGBT, holes can flow from the p base region to the cathode electrode via the p contact region. However, in the MOS thyristor of the embodiment, the holes always exist between n and n. It must be recombined with the electrons jumping out of the emitter region 8 or the n source region 9. Since recombination with electrons from the n-source region 9 is not preferable, a sufficient channel 18 is formed below the second gate electrode 6. With the above-described boron surface concentration, the low breakdown voltage lateral MOSFET formed in the same portion is of a normally-on depletion type, so that holes generated immediately below the first gate electrode 5 The ratio of recombination with electrons from the n-emitter region 8 increases.

【0046】再結合できなかった電子の流れは、pベー
ス領域7とn領域1間のpn接合から広がる空乏層内で
加速され、アノード電極13の方向へと流れてゆく。n
エミッタ領域8/pベース領域7/n領域1は、npn
トランジスタを構成しており、不純物濃度もそれぞれ1
20以上/1016〜1018/1015以下(ただし、単位
はcm-3)で、高hFE(電流増幅率)のバイポーラ・ト
ランジスタとなっているので、生成・再結合過程で発生
したわずかな正孔電流が、大きな電子電流に増幅された
と考えることが出来る。n領域1を流れる電子は、pベ
ース領域7/n領域1/pエミッタ領域12で構成され
るpnpトランジスタのベース電流の役割を果たすの
で、これが、繰り返されサイリスタが導通状態になる
〔図2(b)〕。
The flow of electrons that could not be recombined is accelerated in the depletion layer extending from the pn junction between p base region 7 and n region 1 and flows toward anode electrode 13. n
The emitter region 8 / p base region 7 / n region 1 is npn
Transistors are configured, and the impurity concentration is 1
0 20 or more / 10 16-10 18/10 15 or less (however, the unit is cm -3), since has become a bipolar transistor having a high h FE (current amplification factor), generated by the generation and recombination process It can be considered that a small hole current was amplified to a large electron current. The electrons flowing through the n region 1 play the role of the base current of the pnp transistor composed of the p base region 7 / n region 1 / p emitter region 12, and this is repeated to make the thyristor conductive [FIG. b)).

【0047】図3は、図1の実施例のMOS型GTO
サイリスタのカソード電極10付近の寸法〔図3
(a)〕を、従来型のEST〔同図(b)〕および改良
型BFT〔同図(c)〕と比較したものである。カソー
ド電極とnソース領域とのコンタクト幅Lc 、素子耐圧
に関係するドリフト長Ld 及びゲート電極幅Lg は、そ
れぞれ10μm、30μm、2μmとし、各デバイスと
も同じに設計した。図から明らかなように実施例のM
OS型GTOサイリスタやESTの場合は、改良型BF
Tと比べてゲート電極が2つとnエミッタ領域が必要な
ので、それぞれ、5.8μm、32μmの寸法増加が必
要となる。特にESTの場合は、前述した様にnエミッ
タ領域の長さが30μmも必要なので、図18の改良型
BFTのような櫛歯状の電極配置を取ろうとすると、デ
バイス面積が極端に増加する。そこで、実施例のMO
S型GTOサイリスタとESTでは、電極を同心円状に
配置するのがよい。
FIG. 3 shows the MOS GTO of the embodiment of FIG.
The dimensions near the cathode electrode 10 of the thyristor [FIG.
(A)] is compared with a conventional EST [FIG. (B)] and an improved BFT [FIG. (C)]. The contact width Lc between the cathode electrode and the n-source region, the drift length Ld related to the device withstand voltage, and the gate electrode width Lg were 10 μm, 30 μm, and 2 μm, respectively, and each device was designed the same. As is apparent from FIG.
In case of OS type GTO thyristor or EST, improved BF
Compared to T, two gate electrodes and an n-emitter region are required, so that the size increases by 5.8 μm and 32 μm, respectively. In particular, in the case of EST, as described above, the length of the n-emitter region is required to be as large as 30 μm. Therefore, when an arrangement of comb-shaped electrodes such as the improved BFT of FIG. Therefore, the MO of the embodiment
In the S-type GTO thyristor and the EST, the electrodes are preferably arranged concentrically.

【0048】図4(a)は、図1の実施例のMOS型
GTOサイリスタの電極配置、同図(b)はB−B’線
における断面図である。図4(a)の平面図では、端を
太線で示したカソード電極10、アノード電極13が透
明なものとして、その下方の構造が示されている。ハッ
チングしたゲート電極5、6と、点線で示した半導体基
板表面との接触部、細線で示した拡散領域などが見られ
る。二重のゲート電極の外側は第一ゲート電極5、内側
は第二ゲート電極6である。二重のゲート電極の間の線
はnエミッタ領域8の一方の端である。勿論ゲート電極
5、6とカソード電極10とが重なっている部分では間
に絶縁膜を挟んで絶縁されている。二重のゲート電極の
内側のゲート電極は、MOSFETのためのゲート電極
である。中央部にカソード電極10があり、それを囲む
ようにアノード電極13が設けられている。外側の角環
はこのMOS型GTOサイリスタが形成されたn領域1
を絶縁分離している酸化膜2である。
FIG. 4A is an electrode arrangement of the MOS type GTO thyristor of the embodiment of FIG. 1, and FIG. 4B is a sectional view taken along line BB '. In the plan view of FIG. 4A, the structure below the cathode electrode 10 and the anode electrode 13 whose ends are indicated by thick lines is shown as being transparent. The contact portions between the hatched gate electrodes 5 and 6 and the surface of the semiconductor substrate indicated by dotted lines, the diffusion regions indicated by thin lines, and the like are seen. The outside of the double gate electrode is the first gate electrode 5, and the inside is the second gate electrode 6. The line between the double gate electrodes is one end of n emitter region 8. Of course, portions where the gate electrodes 5, 6 and the cathode electrode 10 overlap are insulated with an insulating film interposed therebetween. The gate electrode inside the double gate electrode is the gate electrode for the MOSFET. A cathode electrode 10 is provided at the center, and an anode electrode 13 is provided so as to surround it. The outer ring is the n region 1 where the MOS type GTO thyristor is formed.
Is an oxide film 2 that insulates and separates.

【0049】図4(b)の断面図では、pチャネル型M
OSFETのpドレイン領域16がありその外側にpベ
ース領域7、更にその外にpエミッタ領域12が形成さ
れているのがわかる。pドレイン領域16とpベース領
域7およびその上のゲート電極とからなるpチャネル型
MOSFETはノーマリオンのデプレッションタイプで
あって、図18に示した改良型BFTと同じくノイズ耐
量を確保する目的のものである。
In the cross-sectional view of FIG.
It can be seen that a p-drain region 16 of the OSFET is provided, a p-base region 7 is formed outside the p-drain region 16 and a p-emitter region 12 is formed outside the p-base region 7. A p-channel MOSFET comprising a p-drain region 16, a p-base region 7 and a gate electrode thereover is a normally-on depletion type, which is intended to ensure noise immunity as in the improved BFT shown in FIG. It is.

【0050】この実施例のMOS型GTOサイリスタ
においては、デバイスの幅Wは155μmとなった。改
良型BFTとデバイス面積を合わせるために、デバイス
の長さLは、645μmとした。同様にESTの場合
は、W=180μm、L=555μmとして試作した。
図5は、試作した実施例の電流−電圧特性を示してい
る。横軸はアノード・カソード間電圧VAK、縦軸はアノ
ード電流IA であり、パラメータはゲート電圧Vg であ
る。BFTと同様に、ゲート電圧Vg を0Vから5Vに
上昇させる時間を0.1μsec とした後、ゲート電圧を
それぞれ3V、4V、5Vに再設定して得られた特性図
である。改良型BFTと異なり、再設定したゲート電圧
g の値で、アノード電流IA を変化させることができ
る。又、Vg =5Vの時のラッチング開始電流は、39
5Acm-2(VAK=10.3V)を示した。すなわち、
ほぼ定格電流に達した。
In the MOS type GTO thyristor of this embodiment, the width W of the device was 155 μm. To match the device area with the improved BFT, the length L of the device was set to 645 μm. Similarly, in the case of the EST, a prototype was produced with W = 180 μm and L = 555 μm.
FIG. 5 shows the current-voltage characteristics of the prototype example. The horizontal axis anode-cathode voltage V AK, the vertical axis is the anode current I A, the parameter is a gate voltage V g. FIG. 9 is a characteristic diagram obtained by resetting the gate voltages to 3 V, 4 V, and 5 V after setting the time for raising the gate voltage V g from 0 V to 5 V to 0.1 μsec, similarly to the BFT. Unlike improved BFT, the value of the gate voltage V g was reconfigured, it is possible to vary the anode current I A. When V g = 5 V, the latching start current is 39
5 Acm -2 (V AK = 10.3 V). That is,
The rated current is almost reached.

【0051】図18に示した改良型BFTの場合は、W
=200μm、L=500μmで、アノード電流IA
400A・cm-2(VAK=2.1V)の定格電流を低い
オン電圧で確保できた。又、ESTの場合は、前述の寸
法でアノード電流IA =280A・cm-2(VAK=8.
6V)のポイントで寄生サイリスタがオンしてしまっ
た。ESTで定格値を満足させるためには、前述したよ
うに約3倍の面積が必要であった。(高注入のバイポー
ラ素子の場合には、小型素子の電流密度から定格電流を
得るためのデバイス面積を、比例計算から算出すること
は困難である。) 櫛歯状の電極配置を有する図18の改良型BFTは、実
際にサイリスタ動作する面積が上記三種のデバイスの中
で、最も大きいので、低いオン電圧で定格電流を達成で
きた。それに対し、実施例のMOS型GTOサイリス
タやESTの場合は、サイリスタ動作する面積が小さ
く、更にMOS抵抗成分が加わるので、オン電圧が高く
なる。特にESTは、nエミッタ領域の面積を大きくと
りESTモードに移行するようにしたが、サイリスタ動
作として働くのは、nエミッタ領域の端部のみで、従っ
てデバイス面積が大きくならざるを得ないことがわかっ
た。(縦型のESTの場合は、nエミッタ領域の面でサ
イリスタ動作に寄与するが、横型の場合は、端部のみな
ので、面積の利用効率が悪いと言える。) 図5のような電流−電圧特性を持つ実施例のMOS型
GTOサイリスタは、DC型のプラズマディスプレイへ
の応用において、電流が無制限に流れることを阻止し、
又、小さい面積でMOSゲート駆動が可能であることか
ら最適である。
In the case of the improved BFT shown in FIG.
= 200 μm, L = 500 μm, and the anode current I A =
A rated current of 400 A · cm −2 (V AK = 2.1 V) could be secured with a low on-voltage. In the case of EST, the anode current I A = 280 A · cm −2 (V AK = 8.
At 6 V), the parasitic thyristor was turned on. In order to satisfy the rated value by EST, about three times the area was required as described above. (In the case of a highly implanted bipolar element, it is difficult to calculate the device area for obtaining the rated current from the current density of the small element by proportional calculation.) FIG. 18 having a comb-shaped electrode arrangement The improved BFT has the largest area of actual thyristor operation among the above three devices, so that the rated current can be achieved with a low on-voltage. On the other hand, in the case of the MOS type GTO thyristor and the EST of the embodiment, since the thyristor operation area is small and a MOS resistance component is added, the ON voltage increases. In particular, the EST has a large area of the n-emitter region so as to shift to the EST mode. However, the thyristor operation works only at the end of the n-emitter region, and therefore the device area must be increased. all right. (In the case of the vertical EST, it contributes to the thyristor operation in the surface of the n-emitter region, but in the case of the horizontal type, it can be said that the efficiency of area utilization is poor because only the end portion is used.) The MOS type GTO thyristor of the embodiment having the characteristic prevents the current from flowing indefinitely in the application to the DC type plasma display,
Further, it is optimal because MOS gate driving can be performed with a small area.

【0052】上記の例では、第一ゲート電極5と第二ゲ
ート電極6とを接続し、同じ信号により駆動したが、場
合によっては、二つのゲート電極5、6を、互いに独立
に駆動できるようにしてもよい。そのような構成とした
MOS型GTOサイリスタを点弧させる場合には、先に
第二ゲート電極6に信号を与え、チャネル18を形成し
た後に、第一ゲート電極5に信号を与え反転層17を形
成すれば、上記と同様な働きをする。その場合は、二つ
のゲート電極5、6直下のpベース領域7の不純物濃度
が同じでも構わないので、製造が容易になる。
In the above example, the first gate electrode 5 and the second gate electrode 6 are connected and driven by the same signal. However, in some cases, the two gate electrodes 5 and 6 may be driven independently of each other. It may be. When the MOS GTO thyristor having such a configuration is to be fired, a signal is first applied to the second gate electrode 6, a signal is applied to the first gate electrode 5 after the channel 18 is formed, and the inversion layer 17 is applied. If formed, it functions similarly to the above. In such a case, the impurity concentration of the p base region 7 immediately below the two gate electrodes 5 and 6 may be the same, which facilitates manufacturing.

【0053】〔実施例〕実施例のMOS型GTOサ
イリスタでは、スイッチング動作を繰り返すと、素子に
よっては寄生サイリスタがオンしたり、場合によっては
素子が破壊することがあった。この現象は、比較のため
に試作したESTにも見られ共通の問題点である。
[Embodiment] In the MOS type GTO thyristor of the embodiment, when the switching operation is repeated, a parasitic thyristor may be turned on or an element may be destroyed in some cases. This phenomenon is a common problem, which is also seen in ESTs prototyped for comparison.

【0054】この問題の原因調査のために、赤外線を利
用した表面温度測定装置を用いて素子の表面温度を測定
した。通常の素子は、熱伝導の良い金属電極で表面が覆
われているので、このような観察には適さない。そこ
で、最小限の金属配線パターンとし、層間絶縁膜などを
介してシリコン表面が観察し易い試料を作製した。又、
スイッチング条件は、定格の電流・電圧で抵抗負荷を接
続し、パルス幅・回数及びデューティは、現象が観察し
易い条件を選定しておこなった。
In order to investigate the cause of this problem, the surface temperature of the element was measured using a surface temperature measuring device utilizing infrared rays. A normal element is not suitable for such observation because its surface is covered with a metal electrode having good heat conductivity. Therefore, a sample was prepared in which the silicon surface was easy to observe via an interlayer insulating film or the like with a minimum metal wiring pattern. or,
The switching conditions were such that a resistive load was connected at the rated current and voltage, and the pulse width, number of times, and duty were selected under conditions where the phenomenon was easy to observe.

【0055】その結果、第二ゲート電極6のnエミッタ
領域8側で、しかも湾曲した部分が他と比べて温度が上
昇し易い事がわかった。同部分は、アノード電極13側
に向けて扇状に拡がった形となっているので、電流は、
チャネル幅の短い湾曲した横型MOSFETに流入する
ことになる。したがって、他より電流密度が大きく発熱
しやすいと考えられる。温度が上昇するとサイリスタの
点弧条件は緩和されるので、ラッチアップしやすくな
り、上記の不具合が発生したものと考えられる。
As a result, it was found that the temperature of the second gate electrode 6 on the side of the n-emitter region 8 and at the curved portion was more likely to rise than the others. Since the same portion has a shape that spreads in a fan shape toward the anode electrode 13 side, the current is:
It will flow into a curved lateral MOSFET with a short channel width. Therefore, it is considered that the current density is higher than others and heat is easily generated. When the temperature rises, the firing condition of the thyristor is alleviated, so that the latch-up easily occurs, and it is considered that the above-described problem has occurred.

【0056】通常このような場合、湾曲した部分のサイ
リスタやMOSFETが機能しない構造を採用するので
あるが、図4のように同心円状の電極構造を有する場合
は、極端に活性領域の面積が減少するので採用できな
い。素子破壊にいたる原因もこの湾曲構造にあるなら
ば、実用的には同心円状の電極配置は不適で、200V
〜600V程度のMOS型GTOサイリスタはIGBT
に劣ることが予想できる。
Usually, in such a case, a structure in which the thyristor or MOSFET in the curved portion does not function is adopted. However, in the case of having a concentric electrode structure as shown in FIG. So we can't take it. If the cause of element destruction is also due to this curved structure, concentric electrode arrangement is not suitable for practical use, and 200 V
MOS type GTO thyristor of ~ 600V is IGBT
Can be expected to be inferior.

【0057】そこで、発明者らは、負荷を抵抗負荷から
容量負荷(50pF)にし、又、5Vのトリガーゲート
信号を与えた後にVg =3Vに保持することで、常に寄
生サイリスタが動作する条件でスイッチング動作を繰り
返し、同様な観察を行った。このような条件は、AC型
のプラズマディスプレイの動作状態と等価で、又、すぐ
に寄生サイリスタが動作するので、横型MOSの電流集
中による温度上昇は軽微と考えられる。結果は、温度上
昇は低く抑えられ、又、素子全体の温度分布のムラは、
小さくなった(この評価では、面内温度ばらつきが顕著
に現れるようにスイッチング条件を調整しているので、
単純な比較はできないが、先の評価では、温度差が5℃
であったのに対し、寄生サイリスタのスイッチングで
は、2℃以下であった。)。負荷の容量を3倍の150
pFにし、定格電流の2倍強のピーク電流が流れるよう
にしたが、湾曲部分の温度が最も高いのは同様である
が、素子破壊にはいたらなかった。
Therefore, the present inventors changed the load from a resistive load to a capacitive load (50 pF) and maintained Vg = 3 V after applying a trigger gate signal of 5 V, so that the parasitic thyristor always operates under the condition. The switching operation was repeated, and similar observations were made. Such a condition is equivalent to the operation state of the AC type plasma display, and since the parasitic thyristor operates immediately, the temperature rise due to current concentration of the lateral MOS is considered to be slight. The result is that the temperature rise is kept low, and the temperature distribution unevenness of the entire device is
(In this evaluation, the switching conditions were adjusted so that the in-plane temperature variation appeared remarkably.
Although a simple comparison is not possible, in the previous evaluation, the temperature difference was 5 ° C.
In contrast, the switching of the parasitic thyristor was 2 ° C. or less. ). 150 times the load capacity
The peak current was set to pF and a little more than twice the rated current was allowed to flow. As in the case of the highest temperature in the curved portion, the device was not destroyed.

【0058】このことから、サイリスタ部分は、電流集
中に耐えることができるレベルにあると判断でき、前述
の問題の主因は、横型MOSFETの電流密度が湾曲部
分のみ高くなり、それに伴う発熱で、寄生サイリスタの
ラッチアップや素子破壊が発生したものとの結論に達し
た。そこで素子面積を変更することなしに、横型MOS
FETのチャネル幅を増やす為に、同心円状の外周部に
カソード電極及びゲート電極を配置し、内部にアノード
電極を設ける構造とした。
From this, it can be determined that the thyristor portion is at a level that can withstand the current concentration, and the main cause of the above-mentioned problem is that the current density of the lateral MOSFET is increased only in the curved portion, and heat is generated due to the increase in parasitic current. It was concluded that thyristor latch-up and device destruction occurred. Therefore, without changing the element area,
In order to increase the channel width of the FET, a structure in which a cathode electrode and a gate electrode are arranged on a concentric outer peripheral portion and an anode electrode is provided inside.

【0059】図6(a)に本発明第二の実施例(実施例
と記す)のMOS型GTOサイリスタの平面図を、同
図(b)にC−C’線での断面図を示す。図6(a)の
平面図では、端を太線で示した電極が透明なものとして
その下方の構造を示した。ハッチングしたゲート電極
5、6、点線で示した半導体基板表面との接触部が見ら
れる。二重のゲート電極の外側が第二ゲート電極6であ
り、内側が第一ゲート電極5である。この図のように、
カソード電極10を絶縁膜を介してゲート電極の上に延
長することもできる。中央部にアノード電極13があ
り、それを囲むようにカソード電極10が設けられてい
る。図の左右の下隅に、pチャネル型MOSFETのp
ドレイン領域16の電極接触部が見られる。
FIG. 6A is a plan view of a MOS type GTO thyristor according to a second embodiment of the present invention (referred to as an embodiment), and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line CC '. In the plan view of FIG. 6 (a), the electrode below the end indicated by a thick line is transparent and the structure below the electrode is shown. The hatched gate electrodes 5 and 6 and the contact portions with the semiconductor substrate surface indicated by the dotted lines are seen. The outside of the double gate electrode is the second gate electrode 6, and the inside is the first gate electrode 5. As shown in this figure,
The cathode electrode 10 can be extended above the gate electrode via an insulating film. An anode electrode 13 is provided at the center, and a cathode electrode 10 is provided so as to surround it. In the lower right and left corners of the figure, the p-channel MOSFET p
The electrode contact of the drain region 16 can be seen.

【0060】図6(b)の断面図では、中央部にpエミ
ッタ領域12がありその外側にpベース領域7が形成さ
れているのがわかる。この断面ではpチャネル型MOS
FETのpドレイン領域は見られない。これにより、図
4に示した実施例の場合に比べ湾曲した横型MOSF
ETのチャネル幅が、2.5倍(曲率半径が22μmか
ら55μm)に増加した。又、デプレッションタイプの
pチャネル型MOSFETは、素子の隅の部分に配置す
れば良いので、レイアウト設計も容易になった。
In the sectional view of FIG. 6B, it can be seen that the p-emitter region 12 is formed at the center and the p-base region 7 is formed outside the p-emitter region 12. In this section, a p-channel MOS
The p drain region of the FET is not seen. Thereby, the lateral MOSF which is curved as compared with the case of the embodiment shown in FIG.
The channel width of the ET has increased 2.5 times (the radius of curvature has been increased from 22 μm to 55 μm). In addition, the depletion-type p-channel MOSFET may be arranged at the corner of the element, so that the layout design is facilitated.

【0061】図7に、実施例の素子の電流−電圧特性
を示す。図5の場合と比較すると次の点で違いが認めら
れる。先ず、Vg =3Vの時、IA =110A・cm-2
付近からMOS抵抗の影響が現れていたが、図7では、
A =250A・cm-2付近から影響が見られる。この
ように、全体的に低いオン電圧で、大電流が流れるよう
になった。又、同じVAKにおいてVg =3Vと5Vで流
せる電流の差が、図5の場合は、約200A・cm-2
ったが、図7では、約100A・cm-2とゲート電圧に
よるアノード電流の差が小さくなった。更に、ラッチン
グ開始電流の時のVAKが、約10Vであったのが、カソ
ード電極とゲート電極を外周部に配置した場合では、約
18Vとなり飽和特性を示す範囲が広くなり改善され
た。
FIG. 7 shows the current-voltage characteristics of the device of the embodiment. Compared with FIG. 5, the following differences are observed. First, when Vg = 3V, IA = 110 A · cm −2
Although the influence of the MOS resistance appeared from the vicinity, in FIG.
The effect is seen from around I A = 250 A · cm −2 . As described above, a large current flows with a low on-voltage as a whole. Also, the difference between the current which can be passed in the same V AK at Vg = 3V and 5V is, in the case of FIG. 5, there were about 200A · cm -2, 7, anode current by about 100A · cm -2 and the gate voltage The difference between them became smaller. Furthermore, V AK when the latching start current, that there was about 10V, in case of arranging a cathode electrode and a gate electrode on an outer peripheral portion was improved wider range indicating approximately 18V next saturation characteristics.

【0062】特性が改善された実施例の素子で、スイ
ッチング動作試験を実施したところ、寄生サイリスタが
オンしたり、場合によっては素子が破壊する等の問題は
発生しなくなった。このことは、横型MOSFETのチ
ャネル幅を拡げ、結果として同素子の電流密度を低く抑
えることによる効果である。したがって、同じ原理に基
づく横型ESTに於いても同様な効果により特性改善が
可能である。
When a switching operation test was carried out on the device of the embodiment having improved characteristics, no problems such as turning on the parasitic thyristor and, in some cases, destruction of the device occurred. This is an effect of increasing the channel width of the lateral MOSFET and consequently keeping the current density of the device low. Therefore, even in a horizontal EST based on the same principle, characteristics can be improved by the same effect.

【0063】実施例、のMOS型GTOサイリスタ
では、ESTとトリガー機構が異なるので、デバイス面
積の増加は少なくて済む。又、幅広い飽和特性領域を確
保し、且つ、素子を確実に動作させる為に、横型MOS
FETをノーマリオンであるデプレッションタイプと
し、同時にチャネル幅を広く確保できるように、同心円
状の電極配置の場合には、カソード電極も含めて外周部
に位置するようにした。本発明により、課題で示した
〔問題1〕と〔問題2〕を解決するMOS型GTOサイ
リスタを実現できた。
In the MOS type GTO thyristor of the embodiment, since the EST and the trigger mechanism are different, the increase in the device area can be small. In addition, in order to secure a wide saturation characteristic area and to operate the element reliably, a lateral MOS
The FET is of a normally-on depletion type, and is located on the outer periphery including the cathode electrode in the case of concentric electrode arrangement so that a wide channel width can be secured at the same time. According to the present invention, a MOS-type GTO thyristor that solves [Problem 1] and [Problem 2] described in the problem can be realized.

【0064】〔実施例〕図8は、本発明第三の実施例
(以下実施例と記す)のMOS型GTOサイリスタの
基本構成部分の断面図を示す。この例は、GTOサイリ
スタの二つの主電極が半導体基板の異なる主面に形成さ
れたいわゆる縦型の素子である。すなわち、n領域1の
一方の側の表面層にpベース領域7とその内部のnエミ
ッタ領域8、nソース領域9が形成されているのは実施
例、と同じであるが、n領域1の他面側にn+ バッ
ファ領域11とpエミッタ領域12とが形成されてい
る。第一ゲート電極5、第二ゲート電極6は実施例と
同様に設けられている。カソード電極10も同様であ
る。アノード電極13はカソード電極10とは反対側の
面に接している。これらの拡散深さや不純物濃度は、サ
イリスタの電圧─電流特性に応じて決定される。
[Embodiment] FIG. 8 is a sectional view showing the basic components of a MOS GTO thyristor according to a third embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as an embodiment). This example is a so-called vertical element in which two main electrodes of a GTO thyristor are formed on different main surfaces of a semiconductor substrate. That is, the p-base region 7 and the n-emitter region 8 and the n-source region 9 therein are formed in the surface layer on one side of the n-region 1 in the same manner as in the embodiment. On the other side, an n + buffer region 11 and a p emitter region 12 are formed. The first gate electrode 5 and the second gate electrode 6 are provided as in the embodiment. The same applies to the cathode electrode 10. The anode electrode 13 is in contact with the surface opposite to the cathode electrode 10. These diffusion depths and impurity concentrations are determined according to the voltage-current characteristics of the thyristor.

【0065】第一ゲート電極5と第二ゲート電極6と
は、図示されない断面で接続されており、同電位に保た
れる。(場合によっては、第一ゲート電極5と第二ゲー
ト電極6とを、互いに独立に駆動できるようにしてもよ
い。) この場合は、pエミッタ領域12とpベース領域7とが
対向する曲率部分がないので、電流の集中がなく、大き
なラッチアップ耐量を示した。
The first gate electrode 5 and the second gate electrode 6 are connected in a cross section (not shown) and are kept at the same potential. (In some cases, the first gate electrode 5 and the second gate electrode 6 may be driven independently of each other.) In this case, a curvature portion where the p emitter region 12 and the p base region 7 face each other There was no current concentration and there was a large amount of latch-up capability.

【0066】〔実施例〕実施例およびでは、素子
を動作させるために、第一ゲート電極、第二ゲート電極
及びデプレッションタイプのpチャネル型MOSFET
のゲート電極と3つのゲート電極が必要である。これら
はそれぞれ、トリガー電流の発生、アノード電流の制
御、遮断状態に於ける誤動作の回避のために必要であ
る。図4、6に示した平面図の電極配置を見てもわかる
ように、複雑なゲート電極形状となってしまう。したが
って、レイアウト設計及び不純物導入の条件出しが煩雑
であると云う問題がある。このことは、ESTの場合も
同様であるが素子設計の最適化の自由度も奪うことにつ
ながる。
[Embodiment] In the embodiment and the first embodiment, a first gate electrode, a second gate electrode and a depletion type p-channel MOSFET are used for operating the device.
And three gate electrodes are required. These are necessary for generating the trigger current, controlling the anode current, and avoiding malfunction in the cutoff state, respectively. As can be seen from the electrode arrangement in the plan views shown in FIGS. 4 and 6, the gate electrode has a complicated shape. Therefore, there is a problem that layout design and condition setting of impurity introduction are complicated. This is the same as in the case of the EST, but also leads to the loss of the degree of freedom in optimizing the element design.

【0067】実施例、の煩雑さを解消し、又、スイ
ッチングスピードを改善しうる別の構造のMOS型GT
Oサイリスタを考案した。図9に本発明第四の実施例
(実施例と記す)のMOS型GTOサイリスタの断面
図を示す。図1の実施例と同じ働きをする部分は、同
じ番号で表している。実施例との違いを主に説明す
る。n領域1の表面層の一部に形成されたpベース領域
7の、pアノード領域12に近い側にpベース領域7と
分離して、pウェル領域19が形成されている。pベー
ス領域7の表面層にnエミッタ領域8が形成されている
のは同じであるが、nソース領域9はpウェル領域19
の中に形成されている。nエミッタ領域8からpベース
領域7、n領域1、pウェル領域19、nソース領域9
の表面上にかけてゲート酸化膜4の上にゲート電極5が
設けられている。また、nソース領域9とpウェル領域
19との表面に共通に接触してカソード電極10が設け
られている。実施例との大きな違いは、第二ゲート電
極が無くなり、ゲート電極5が実施例の第一ゲート電
極と第二ゲート電極の両方の働きを持つようにした点
と、実施例では、pベース領域7内にあったnソース
領域9をpウェル領域19内に移動した点、およびカソ
ード電極10がpウェル領域19の表面にも接触してい
る点である。
A MOS GT having another structure capable of eliminating the complexity of the embodiment and improving the switching speed
O thyristor was devised. FIG. 9 is a sectional view of a MOS type GTO thyristor according to a fourth embodiment (hereinafter, referred to as an embodiment) of the present invention. Portions having the same function as in the embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The differences from the embodiment will be mainly described. A p-well region 19 is formed on the side closer to the p-anode region 12 of the p-base region 7 formed on a part of the surface layer of the n-region 1 and separated from the p-base region 7. Although the n emitter region 8 is formed in the surface layer of the p base region 7 in the same manner, the n source region 9 is the p well region 19
Is formed inside. From n emitter region 8 to p base region 7, n region 1, p well region 19, n source region 9
The gate electrode 5 is provided on the gate oxide film 4 over the surface of the substrate. Further, a cathode electrode 10 is provided in common contact with the surfaces of n source region 9 and p well region 19. The major difference from the embodiment is that the second gate electrode is eliminated and the gate electrode 5 has both functions of the first gate electrode and the second gate electrode of the embodiment. The point is that the n source region 9 that has been inside the 7 has been moved into the p well region 19, and that the cathode electrode 10 is also in contact with the surface of the p well region 19.

【0068】pウェル領域19の表面濃度は、カソード
電極10と接する部分は、1020cm-3以上であるが、
ゲート酸化膜4の直下は、最も濃度が高い箇所で1017
cm -3前後である(但し、ゲート酸化膜の厚さが約30
nmの場合)。この値は、pベース領域7のゲート酸化
膜4直下の不純物濃度と等しいか、若干(せいぜい5×
1016cm-3程度)低い程度とする。更に、pウェル領
域19の配置および形状であるが、図9のようにpベー
ス領域7よりもpアノード領域12に近い配置とした。
The surface concentration of the p well region 19 depends on the cathode concentration.
The part in contact with the electrode 10 is 1020cm-3That's it,
Immediately below the gate oxide film 4, 1017
cm -3(However, the thickness of the gate oxide film is about 30
nm). This value corresponds to the gate oxidation of p base region 7.
It is equal to or slightly higher than the impurity concentration just below the film 4 (at most 5 ×
1016cm-3Degree) lower. In addition, p-well area
The arrangement and shape of the region 19 are as shown in FIG.
The arrangement is closer to the p anode region 12 than to the p region 7.

【0069】図10(a)および(b)は、実施例に
おけるターンオン時の動作原理を説明するための図であ
る。ゲート電極5、カソード電極10およびその下部が
重要なので、同部分の断面を表しているが、描かれてい
ない右側には、アノード電極およびその下部の構造が存
在するものとする。先ず図10(a)においてカソード
電極10の電位を基準電位とし、ゲート電極5の電位を
0Vから5Vに変化させる。ゲート電極5には、ゲート
電源63から正の電荷が供給され蓄積される。この正の
電荷とつり合いを取るために、ゲート電極5直下のpベ
ース領域7とpウェル領域19の表面部分には、電子が
蓄積されて極性の反転したチャネル18を形成する。電
子の供給源としては、p形半導体表面での生成−再結合
過程による正孔−電子対の発生によるものと、チャネル
18により結ばれた電子が多数キャリアであるn型領域
からのものが考えられる。本発明においては、生成−再
結合過程で発生する正孔が重要な働きをするので、この
過程が充分に起こるように、ゲート電位の時間変化率を
大きくとることが望ましい。pウェル領域19内に発生
した正孔は、pウェル領域19内を移動しカソード電極
10へと出てゆく。一方、pベース領域7内に発生した
正孔は、pベース領域7内に拡散し同領域の電位を高く
する方向にシフトさせる。この時点では、二箇所のチャ
ネル18とn領域1を介してnエミッタ領域8は、nソ
ース領域9と電気的に接続されている(同種のキャリア
である電子で結ばれた状態)。従って、nソース領域9
からnエッミタ領域8に電子が流れ込み、pベース領域
7内に拡散した正孔と再結合する。再結合できなかった
電子はpベース領域7を突き抜けn領域1に注入され
て、右方のアノード電極13側へと更に流れてゆく。こ
こまでの過程は、nエミッタ領域8/pベース領域7/
n領域1からなるnpnトランジスタが導通状態になる
過程である。
FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining the operation principle at the time of turn-on in the embodiment. Since the gate electrode 5, the cathode electrode 10, and the lower part thereof are important, a cross section of the same part is shown, but it is assumed that the anode electrode and the lower part structure are present on the right side not drawn. First, in FIG. 10A, the potential of the cathode electrode 10 is set as a reference potential, and the potential of the gate electrode 5 is changed from 0V to 5V. Positive charges are supplied to and accumulated in the gate electrode 5 from the gate power supply 63. In order to balance the positive charges, electrons are accumulated in the surface portions of the p base region 7 and the p well region 19 immediately below the gate electrode 5 to form a channel 18 having a reversed polarity. Electron sources are considered to be from the generation of hole-electron pairs by the generation-recombination process on the surface of the p-type semiconductor, or from the n-type region where electrons connected by the channel 18 are majority carriers. Can be In the present invention, since holes generated in the generation-recombination process play an important role, it is desirable to increase the time change rate of the gate potential so that this process can sufficiently occur. The holes generated in the p-well region 19 move in the p-well region 19 and exit to the cathode electrode 10. On the other hand, holes generated in the p base region 7 diffuse into the p base region 7 and shift in a direction to increase the potential of the region. At this point, the n-emitter region 8 is electrically connected to the n-source region 9 via the two channels 18 and the n-region 1 (connected by electrons of the same kind of carriers). Therefore, the n source region 9
Electrons flow into the n-emitter region 8 and recombine with holes diffused in the p-base region 7. The electrons that cannot be recombined penetrate through the p base region 7 and are injected into the n region 1, and further flow to the right side of the anode electrode 13. The process up to this point is the n emitter region 8 / p base region 7 /
This is a process in which the npn transistor including the n region 1 is turned on.

【0070】ほぼ同時に、nソース領域9からチャネル
18を通してn領域1に流れ出る電子は、直接アノード
電極13側へと移動し、IGBTの動作と同様にpエミ
ッタ領域12/n領域1境界で正孔の注入を促す。n領
域1に注入された正孔は、pベース領域7もしくはpウ
ェル領域19内へと流れ込むことになるが、伝導度変調
を受けているpベース領域7を通過する方が、pウェル
領域19の抵抗Rwell部分を流れるよりも電気抵抗が小
さいので、pベース領域7側へ多く流れ込む。結果とし
て、pエミッタ領域12/n領域1/pベース領域7か
らなるpnpトランジスタと前述のnpnトランジスタ
とで構成されるサイリスタが導通状態に移行することに
なる[図10(b)]。アノード電流IA は、ほとんど
nソース領域9とnエミッタ領域8とを結ぶ二箇所のチ
ャネル18を通して流れることになるので、ゲート電極
5の印加電圧で制御可能である。
Almost simultaneously, the electrons flowing from the n source region 9 to the n region 1 through the channel 18 move directly to the anode electrode 13 side, and the holes are formed at the p emitter region 12 / n region 1 boundary as in the operation of the IGBT. Urges injection. The holes injected into the n region 1 flow into the p base region 7 or the p well region 19, but pass through the p base region 7 which has been subjected to the conductivity modulation. Since the electric resistance is smaller than that flowing through the resistance R well portion, a large amount flows into the p base region 7 side. As a result, the thyristor composed of the pnp transistor composed of the p emitter region 12 / n region 1 / p base region 7 and the above-mentioned npn transistor shifts to the conductive state (FIG. 10B). The anode current I A, it means that flow through most n source region 9 and the n emitter region 8 and the two points of the channel 18 connecting the can be controlled by voltage applied to the gate electrode 5.

【0071】この実施例の場合は、サイリスタが導通
状態に移行する時点では、既にアノード電流が流れるチ
ャネルが形成されているので、実施例の様に二箇所の
ゲート信号のタイミングを調整したり、又、デプレッシ
ョンタイプのnチャネル型MOSFETを採用したりと
使用上・製造上特に考慮する必要がない。当初、実施例
では、n型半導体部分から電子が多く流れ込み、正孔
−電子対の発生割合が小さくなり、結果としてサイリス
タトリガー電流が不足するのではと懸念した。そこで、
素子の僅かな領域(例えば、BFTでpチャネル型MO
SFETを形成した部分等)に補助としてトリガー用の
MOSキャパシタンスを設けるようにしていた。しか
し、我々が試作した素子サイズでは、pベースの体積を
小さくすることが出来たので特別にその必要がなかっ
た。素子の仕様条件が変わった場合等は、補助のトリガ
ー用MOSキャパシタンスが必要な場合もあると考えら
れるが、基本的には、ゲート電極は1種類でよくレイア
ウト設計が容易になった。
In the case of this embodiment, since the channel through which the anode current flows has already been formed at the time when the thyristor shifts to the conducting state, the timing of the two gate signals is adjusted as in the embodiment, In addition, there is no need to particularly consider the use and manufacturing of a depletion type n-channel MOSFET. Initially, in the example, there was a concern that a large amount of electrons flowed in from the n-type semiconductor portion, the generation ratio of hole-electron pairs was reduced, and as a result, the thyristor trigger current was insufficient. Therefore,
A small area of the device (for example, p-channel type MO in BFT)
A MOS capacitor for triggering is provided as a supplement to the portion where the SFET is formed. However, in the device size we prototyped, the volume of the p-base could be reduced, so that there was no particular need. When the specification condition of the element is changed, it is considered that an auxiliary trigger MOS capacitance may be required in some cases. However, basically, only one type of gate electrode is required and layout design is facilitated.

【0072】図11は、図9の実施例の横型のMOS
型GTOサイリスタの電流−電圧特性を示す。サイズ
は、W=155μm、L=645μmで、カソード電極
を外周に配置したものである。図7と比較した場合、全
体的にオン電圧が高く、又、ゲート電圧依存性が顕著に
なったと言えよう。最も大きな違いは、寄生サイリスタ
がラッチアップすることが事実上無くなった点である。
寄生サイリスタとしては、nソース領域9/pウェル領
域19/n領域1/pエミッタ領域12で構成される
が、これが動作するには、pウェル領域19内に正孔電
流が流れることが必要である。しかしながら、定常状態
では流れる事はない。又、仮に流れたとしても同部分の
構成はIGBTと全く同等で良く、この寄生サイリスタ
を機能させない条件は既に良く知られている。
FIG. 11 shows a horizontal MOS transistor of the embodiment shown in FIG.
4 shows a current-voltage characteristic of a type GTO thyristor. The size is W = 155 μm, L = 645 μm, and the cathode electrode is arranged on the outer periphery. Compared to FIG. 7, it can be said that the on-state voltage is high overall and the gate voltage dependency is remarkable. The most significant difference is that the parasitic thyristor virtually no longer latches up.
The parasitic thyristor is composed of an n-source region 9 / p-well region 19 / n-region 1 / p-emitter region 12. To operate, a hole current needs to flow in the p-well region 19. is there. However, it does not flow in the steady state. Even if it flows, the configuration of the same portion may be exactly the same as that of the IGBT, and the conditions under which this parasitic thyristor does not function are already well known.

【0073】このようにして、ラッチアップフリーで、
IGBTやESTより小型で且つ飽和特性の優れたMO
S型GTOサイリスタを提供することができた。IGB
Tの場合は、高耐圧タイプのMOSFETを介してベー
ス電流を供給し結果として、主電流であるドレイン電流
を制御している。本発明のMOS型GTOサイリスタの
ように主電流がすべてMOSFETを通過する必要がな
いにも拘わらず、チャネル幅を広く取らざるをえないの
は、高耐圧タイプのMOSFETの電流密度が低いため
である。一方、本発明のMOS型GTOサイリスタで
は、主電流のアノード電流は、低耐圧のMOSFETを
通過するが、総チャネル幅は、IGBTの場合よりも短
くても良い。これは、一見矛盾しているようであるが、
結論としては、低耐圧のMOSFETの電流密度が高い
ためである。単純な計算方法によりチャネル部分による
飽和ドレイン電流IDsatを計算してみる。
In this manner, the latch-up is free,
MO that is smaller than IGBT and EST and has excellent saturation characteristics
An S-type GTO thyristor could be provided. IGB
In the case of T, a base current is supplied via a high breakdown voltage type MOSFET, and as a result, a drain current which is a main current is controlled. Although the main current need not all pass through the MOSFET as in the MOS type GTO thyristor of the present invention, the reason why the channel width must be widened is that the current density of the high breakdown voltage type MOSFET is low. is there. On the other hand, in the MOS type GTO thyristor of the present invention, although the anode current of the main current passes through the MOSFET with a low breakdown voltage, the total channel width may be shorter than that of the IGBT. This seems seemingly contradictory,
The conclusion is that the current density of the low breakdown voltage MOSFET is high. The saturation drain current I Dsat due to the channel portion is calculated by a simple calculation method.

【0074】チャネル内のキャリアのドリフト速度vs
が飽和していない場合は、
[0074] drift velocity of carriers in the channel v s
If is not saturated,

【0075】[0075]

【数1】 IDsat =Wchμn O (VG −Vth2 /2Lch 〔A〕 ──(a) で表される。ここで、WchとLchは、MOSFETのチ
ャネル幅、チャネル長〔単位cm〕。μn は、シリコン
におけるチャネル内の電子移動度で一般的には、シリコ
ン内のそれの2分の1で、μn =750〔cm2 ・V-1
・s-1〕である。CO は、単位面積当たりのMOSキャ
パシタンス容量で、ゲート酸化膜厚dOxが30nm、酸
化膜の比誘電率εOxを3.5〜4.0とすると、
I Dsat = W ch μ n C O (V G −V th ) 2 / 2L ch [A] ── (a) Here, W ch and L ch are the channel width and channel length (unit: cm) of the MOSFET. μ n is the electron mobility in the channel in silicon, typically one half that in silicon, and μ n = 750 [cm 2 · V −1
. S -1 ]. C O is the MOS capacitance capacity per unit area. If the gate oxide film thickness d Ox is 30 nm and the relative permittivity ε Ox of the oxide film is 3.5 to 4.0,

【0076】[0076]

【数2】CO =εOx・ε0 /dOx =1.03〜1.1
8×10-7〔F・cm-2〕 である(ε0 ;真空の誘電率)。VG 及びVthは、それ
ぞれゲート印加電圧とゲート閾値電圧である。又、キャ
リアのドリフト速度vs が飽和に達した場合は、vs
9×106 〔cm・s-1〕を用いて、
[Number 2] C O = ε Ox · ε 0 / d Ox = 1.03~1.1
8 × 10 −7 [F · cm −2 ] (ε 0 : dielectric constant in vacuum). V G and V th are respectively the gate voltage applied to the gate threshold voltage. Further, if the drift velocity v s of the carrier has reached the saturation, v s =
Using 9 × 10 6 [cm · s -1 ],

【0077】[0077]

【数3】 IDsat =Wchs O (Vg −Vth) 〔A〕 ─── (b) で表される。試作した素子では、Wch=1340μm、
(カソード 55+490)Lch=1.2μm で、V
g =5V、Vth=1Vをそれぞれの式に代入して計算す
ると、(a)式の場合はおよそIDsat =737mA、
(b)式の場合、約530mAとなる。
Equation 3] represented by I Dsat = W ch v s C O (V g -V th) (A) ─── (b). In the prototype device, W ch = 1340 μm,
(Cathode 55 + 490) Lch = 1.2 μm and V
By substituting g = 5V and Vth = 1V into the respective equations, the calculation yields about I Dsat = 737 mA in the case of the equation (a).
In the case of the equation (b), it is about 530 mA.

【0078】実際の素子では、上記計算に用いたμn
s が最適値とは限らないが、20%減でも、400m
A程度は確保できることがわかる。このような概算から
も、本発明の場合は、低耐圧のMOSFETの能力を充
分に発揮していることがわかる。高耐圧タイプに比べ充
分に能力を発揮できる理由は、ドレイン抵抗が小さく外
部印加電圧が、チャネル層の両端に印加されるので、低
いオン電圧で飽和電流に達すると考えられる。本発明で
は、外部から電流を供給することなくサイリスタ動作を
継続できる程充分な伝導度変調がかかっているので、そ
れが実現できるのである。ちなみに、シミュレーション
の結果によるとn領域に注入された正孔の密度は、一般
的なIGBTの場合1017〜1018cm-3であるが、本
発明の場合は、1020cm-3にも達することがわかって
いる。
[0078] In practical devices, mu n and v s using the above calculations, but is not necessarily the optimum value, even down 20%, 400 meters
It turns out that about A can be secured. From such an estimation, it can be seen that in the case of the present invention, the capability of the low breakdown voltage MOSFET is sufficiently exhibited. It is considered that the reason why the performance can be sufficiently exhibited as compared with the high withstand voltage type is that the drain resistance is small and the externally applied voltage is applied to both ends of the channel layer, so that the saturation current is reached at a low on-voltage. In the present invention, since the conductivity modulation is sufficiently applied so that the thyristor operation can be continued without supplying a current from the outside, it can be realized. Incidentally, according to the result of the simulation, the density of holes injected into the n region is 10 17 to 10 18 cm -3 in the case of a general IGBT, but is 10 20 cm -3 in the case of the present invention. I know it will reach.

【0079】このように、IGBTより優れた伝導度変
調により、素子面積の小型化が達成できたのであるが、
一方で、ターンオフスピードが、IBGTに比べて劣る
と云う問題が浮上してきた。前述した様にESTの場合
でも問題となった共通のことで、これを解決しなければ
応用範囲が極めて制限されてしまう。従来良く用いられ
るライフタイムキラーによるスイッチングスピードの制
御は、ロジック回路を同時に製造するパワーICの分野
では、適用困難であり、又、産業用汎用インバータなど
の半導体スイッチング素子では、定常損失の増加を招く
恐れがありサイリスタ化するメリットを引き出せないこ
とが懸念される。
As described above, the device area can be reduced by the conductivity modulation superior to the IGBT.
On the other hand, a problem has emerged that the turn-off speed is inferior to IBGT. As described above, even in the case of the EST, a common problem has occurred. If this is not solved, the range of application is extremely limited. Switching speed control by a lifetime killer, which is often used in the past, is difficult to apply in the field of power ICs that simultaneously manufacture logic circuits, and causes an increase in steady-state loss in semiconductor switching elements such as industrial general-purpose inverters. It is feared that there is a fear that the merit of thyristor cannot be obtained.

【0080】従って、MOS型GTOサイリスタでは、
ライフタイムキラー以外の別の方法で、スイッチングス
ピード(特にターンオフ時)を制御することが求められ
る。その方法として、実施例では、図9に示したよう
に、pウェル領域19をpベース領域7よりもアノード
側に近づけて配置するようにした。図9に示す横型で
は、pウェル領域19はpベース領域7の周囲を取り囲
むように設け、更には、深く拡散してn領域1の残り幅
を狭くすることが重要である。
Therefore, in the MOS type GTO thyristor,
It is required to control the switching speed (particularly at the time of turn-off) by another method other than the lifetime killer. As a method thereof, in the embodiment, as shown in FIG. 9, the p-well region 19 is arranged closer to the anode side than the p-base region 7. In the horizontal type shown in FIG. 9, it is important that the p-well region 19 is provided so as to surround the p-base region 7, and that the p-well region 19 is further diffused deeply to reduce the remaining width of the n-region 1.

【0081】アノード−カソード間に電圧VAKを印加し
た場合、当然、pウェル領域19/n領域1間の接合に
於いて空乏層が拡がり所望の素子耐圧を得るが、実施例
のように外部電極と直接接していないpベース領域7
とn領域1にも空乏層が形成される。しかしながら、p
ウェル領域19でpベース領域7を取り囲む構造とし
て、pウェル領域19/n領域1間に拡がる空乏層によ
って、その先にあるpベース領域7を電気的に切り離す
ようにした。
When the voltage V AK is applied between the anode and the cathode, the depletion layer expands naturally at the junction between the p-well region 19 and the n-region 1 to obtain a desired element breakdown voltage. P base region 7 not in direct contact with the electrode
Then, a depletion layer is also formed in n region 1. However, p
As a structure surrounding the p base region 7 with the well region 19, the p base region 7 therebelow is electrically separated by a depletion layer extending between the p well region 19 and the n region 1.

【0082】導通状態から遮断状態の過程(ターンオ
フ)の場合に於けるこの効果を説明する為に、図12
(a)、(b)および(c)を用いて説明する。先ず、
ゲート電極5にOFFの信号を入力する(すなわちVg
=0)と、アノード電流を外部電極に流すチャネル18
が消滅する。したがって、これ以上定常電流が流れるこ
とが出来ず、nエミッタ領域8及びpエミッタ領域12
からの少数キャリアの注入は、停止する。しかしなが
ら、pベース領域7とn領域1は、伝導度変調を充分に
受けていた為、過剰な少数キャリアが、残ったままであ
る〔図12(a)〕。
To explain this effect in the case of the process (turn-off) from the conduction state to the interruption state, FIG.
A description will be given using (a), (b) and (c). First,
An OFF signal is input to the gate electrode 5 (that is, V g
= 0) and the channel 18 for flowing the anode current to the external electrode
Disappears. Therefore, a steady current cannot flow any more, and n emitter region 8 and p emitter region 12
Injection of minority carriers from the substrate is stopped. However, since the p base region 7 and the n region 1 have been sufficiently subjected to conductivity modulation, excess minority carriers remain [FIG. 12 (a)].

【0083】素子耐圧が上昇するのに伴い、pベース領
域7の少数キャリアである電子81は、電位の高いn領
域1に流れ込み、n領域1中の少数キャリアである正孔
82と再結合し合いキャンセルしてしまう。pベース領
域7の体積は、小さいのでこの過程は比較的すぐに終わ
る。VAKが徐々に上昇してくると、次第に空乏層83が
拡がってくる。主にpウェル領域19/n領域1間の接
合で広がり、周囲に存在する正孔82はこれにむかって
落ち込み、pウェル領域19を経由してカソード電極1
0へと流れていく。正孔82はより電位の低い方へと流
れるので、浮遊電位であるpベース領域7にも注入され
る。これにより多少空乏層が形成されるものの、外部へ
抜ける経路がないので、nエミッタ領域8も含めて電位
が上昇し、正孔82の注入量とバランスした電位および
空乏層の広がりに落ちつく〔同図(b)〕。
As the device breakdown voltage increases, electrons 81 as minority carriers in p base region 7 flow into n region 1 having a higher potential, and recombine with holes 82 as minority carriers in n region 1. Go and cancel. Since the volume of the p base region 7 is small, this process ends relatively quickly. As V AK gradually increases, the depletion layer 83 gradually expands. It mainly spreads at the junction between the p-well region 19 and the n-region 1, and the surrounding holes 82 drop toward it, and pass through the p-well region 19 to form the cathode electrode 1.
Flows to zero. Since the holes 82 flow to a lower potential, the holes 82 are also injected into the p base region 7 which is a floating potential. As a result, although a depletion layer is formed to some extent, since there is no path to the outside, the potential including the n-emitter region 8 rises, and the potential and the expansion of the depletion layer are balanced with the injection amount of the holes 82. Figure (b).

【0084】伝導度変調のレベルが低いIGBTなど
は、この過程において比較的スムーズに空乏層が広が
り、次々と正孔が掃き出され電流が切れるが、ESTや
実施例のMOS型GTOサイリスタなどでは、正孔濃
度が極めて高いので現象が進まずターンオフ時間が掛か
る。しかしながら、図9に示すpウェル領域19の形状
・配置を持つ実施例の場合は、空乏層が広がって、n
領域1を分割する様になる〔同図(c)〕。
In an IGBT or the like having a low conductivity modulation level, the depletion layer spreads relatively smoothly in this process, holes are swept out one after another, and the current is cut off. Since the hole concentration is extremely high, the phenomenon does not progress and the turn-off time is required. However, in the case of the embodiment having the shape and arrangement of the p-well region 19 shown in FIG.
The area 1 is divided [(c) in the figure].

【0085】この状態になると、浮遊電位であるpベー
ス領域7は、空乏層83で遮蔽されるので直接アノード
電位の影響を受けることは無く、したがって、同部分の
電位をひき上げる力が弱まり、正孔の注入により、空乏
層を拡げる働きが顕著になる。隣接するpウェル領域1
9から拡がる空乏層と一体化すると、正孔はすべて、カ
ソード電極10へと流れ出るようになる。又、図12
(c)のような状態になると、実質的にpウェル領域1
9/n領域1で構成されるダイオードの逆回復過程と同
様になる。ダイオードの逆回復過程にかかる一般的な時
間は、ライフタイムキラーを特に導入しなくとも数10
0nsec である。たとえ、少数キャリアの残存する濃度
が高くても構造が単純なので、三端子素子であるIBG
Tやバイポーラトランジスタよりもターンオフ時間が短
い。よって残りの正孔82は高速に排斥される。これ
は、SOI基板で誘電体分離技術を用いた場合でも、埋
め込みエピタキシャル基板で接合分離技術を用いた場合
でも同じ効果がある。
In this state, p-base region 7, which is a floating potential, is shielded by depletion layer 83, so that it is not directly affected by the anode potential. Therefore, the power for raising the potential of the same portion is weakened. By the injection of holes, the function of expanding the depletion layer becomes remarkable. Adjacent p-well region 1
When integrated with the depletion layer extending from 9, all holes flow out to the cathode electrode 10. FIG.
In the state shown in FIG. 3C, the p-well region 1 is substantially removed.
This is the same as the reverse recovery process of the diode composed of the 9 / n region 1. The general time required for the reverse recovery process of the diode is several tens of times without particularly introducing a lifetime killer.
0 nsec. Even if the concentration of the remaining minority carriers is high, the structure is simple, so that the three-terminal element IBG
Turn-off time is shorter than T or bipolar transistor. Therefore, the remaining holes 82 are rejected at high speed. This has the same effect whether the SOI substrate uses the dielectric isolation technology or the embedded epitaxial substrate uses the junction isolation technology.

【0086】図13は、図9の実施例のMOS型GT
Oサイリスタのターンオフ時におけるアノード電流(I
A )波形を示している。効果を確認するため、pウェル
領域19の深さを、3μm、5μm、及び7μmと変え
た場合を比較して、それぞれ一点鎖線、破線、実線で示
した。なお、pベース領域7の深さは2μmである。各
素子とも同じ電流が流れる抵抗負荷を接続し、ゲート信
号をオン(5V)からオフ(0V)に変化させた時刻を
スタートとした。三つの素子とも約0.3μsec まで
は、IA に変化はなく遅延時間である。素子の内部で
は、図12(a)までの過程と考えられる。その後は、
A が減少し始める。この時点から三つの素子で挙動に
違いがみられ、7μmの素子は比較的スムーズに減少す
るが、3μmと5μmの素子は、変化が緩やかである。
この過程は、図12(b)の段階と考えられ、空乏層の
拡がり方に違いが生じたために波形に変化が観られるも
のと推定できる。図12(b)と同図(c)との過程の
境界線は、電流波形から明確には判断できないが、一定
の時定数で減少するポイントと考えられるので、0.4
2から0.5μsec までの間と推定できる。7μmの素
子では、空乏層で遮断されやすいので、0.5μsec ま
でには、初期値の10%以下のIA に達している(この
時間をスイッチング時間と定義する。)。他の素子で
は、空乏層が拡がるのに時間がかかり結果としてスイッ
チング時間は、1.0μsec 以上であった。
FIG. 13 shows the MOS type GT of the embodiment shown in FIG.
Anode current (I) when the O-thyristor is turned off
A ) The waveform is shown. In order to confirm the effect, the case where the depth of the p-well region 19 was changed to 3 μm, 5 μm, and 7 μm was compared and shown by a dashed line, a broken line, and a solid line, respectively. Here, the depth of p base region 7 is 2 μm. A resistance load through which the same current flows was connected to each element, and the time when the gate signal was changed from ON (5 V) to OFF (0 V) was started. Both to about 0.3μsec three elements, the change in I A is the delay time without. Inside the element, it is considered that the process up to FIG. After that,
I A starts to decrease. From this point on, there is a difference in behavior between the three elements, and the 7 μm element decreases relatively smoothly, but the 3 μm and 5 μm elements change slowly.
This process is considered to be at the stage of FIG. 12B, and it can be estimated that a change is observed in the waveform due to a difference in the way the depletion layer spreads. The boundary between the processes in FIGS. 12B and 12C cannot be clearly determined from the current waveform, but is considered to be a point that decreases with a constant time constant.
It can be estimated between 2 and 0.5 μsec. The device of 7 [mu] m, so likely to be blocked by the depletion layer, by the 0.5 .mu.sec, has reached 10% or less of I A of the initial value (which defines the time and the switching time.). In other devices, it took time for the depletion layer to expand, and as a result, the switching time was 1.0 μsec or more.

【0087】pウェル領域19の深さを深くすると、電
流の流れる経路が狭くなるので、オン電圧は高くなる傾
向にあるが、試作した素子では、問題のないレベルで素
子サイズが大きくなる等の悪影響はなく、スイッチング
時間を短縮できた。図9に示す構成で、〔問題1〕およ
び〔問題2〕を解決し、しかも、スイッチング時間の短
いMOS型GTOサイリスタが実現できた。
When the depth of the p-well region 19 is increased, the path through which a current flows becomes narrower, so that the on-voltage tends to increase. There was no adverse effect and the switching time could be reduced. With the configuration shown in FIG. 9, [Problem 1] and [Problem 2] have been solved, and a MOS GTO thyristor with a short switching time has been realized.

【0088】〔実施例〕図14は、本発明第五の実施
例(実施例と記す)のMOS型GTOサイリスタの断
面図を示す。図9の実施例と同じ働きをする部分は、
同じ番号で表している。図9の実施例との違いはpウ
ェル領域19がpベース領域7より深いだけでなく、p
ベース領域7の下方にまで広がっている点である。
[Embodiment] FIG. 14 is a sectional view of a MOS type GTO thyristor according to a fifth embodiment (referred to as an embodiment) of the present invention. The parts that work the same as in the embodiment of FIG.
The same numbers are used. The difference from the embodiment of FIG. 9 is that the p well region 19 is not only deeper than the p base
The point is that it extends below the base region 7.

【0089】図9に示す実施例の構造では、特徴的な
形状をしたpウェル領域19に沿って空乏層がひろが
り、pベース領域7を遮蔽することで、単純なダイオー
ド構造にかわるので、より高速のスイッチングが可能で
あり、ターンオフ特性を改善できる。図15(a)ない
し(e)は、図14に示した独特な形状を有するpウェ
ル領域19の製造手順を示す断面図である。
In the structure of the embodiment shown in FIG. 9, the depletion layer spreads along the characteristicly shaped p well region 19 and shields the p base region 7 to replace a simple diode structure. High-speed switching is possible, and turn-off characteristics can be improved. FIGS. 15A to 15E are cross-sectional views showing a procedure for manufacturing the p-well region 19 having the unique shape shown in FIG.

【0090】n領域1上にスクリーン酸化膜70を形成
したのち熱窒化膜71を積層後、フォトレジスト72に
よりパターニング・エッチングをして熱窒化膜71の不
要な部分を除去し、同じレジストパターンをマスクにイ
オン注入装置で、p型の不純物であるほう素イオン74
を注入する〔図15(a)〕。その後、フォトレジスト
72及びイオン注入でダメージを受けた部分のスクリー
ン酸化膜70を除去したのち、注入したほう素の拡散及
び酸化の熱処理を行う。熱窒化膜71のない部分にはp
ウェル領域19が形成されるとともに、表面に厚いフィ
ールド酸化膜3が成長する。熱窒化膜71を残した部分
は、酸化剤がシリコン表面に達しにくいので、殆ど酸化
膜の成長はない(通常のLOCOSプロセスであ
る。)。残った熱窒化膜71を除去し、露出したスクリ
ーン酸化膜70を通して、今度は、n型の不純物である
リンイオン75をイオン注入装置で導入する〔同図
(b)〕。注入量は、横方向に拡散してくるボロンの濃
度を上回りn型に戻す量が必要である。
After the screen oxide film 70 is formed on the n-region 1, the thermal nitride film 71 is laminated, and then the photoresist 72 is patterned and etched to remove unnecessary portions of the thermal nitride film 71, and the same resist pattern is formed. Boron ions 74, which are p-type impurities, are ion-implanted into the mask.
[FIG. 15A]. Then, after removing the photoresist 72 and the screen oxide film 70 in the portion damaged by the ion implantation, a heat treatment for diffusion and oxidation of the implanted boron is performed. In the part without the thermal nitride film 71, p
As well region 19 is formed, thick field oxide film 3 grows on the surface. Since the oxidizing agent hardly reaches the silicon surface in the portion where the thermal nitride film 71 remains, almost no oxide film grows (this is a normal LOCOS process). The remaining thermal nitride film 71 is removed, and phosphorus ions 75, which are n-type impurities, are introduced by an ion implantation apparatus through the exposed screen oxide film 70 [FIG. The implantation amount needs to exceed the concentration of boron diffused in the lateral direction and return to the n-type.

【0091】その後、再度、スクリーン酸化膜70を除
去し不純物の拡散及び酸化の熱処理をおこなう。この際
の酸化は、薄いスクリーン酸化膜を再形成する程度でよ
い。リンが拡散した部分は、n型になるので、図9に示
す独特な形状を有するpウェル領域19の原型ができ
る。再度ほう素イオン74を注入する〔同図(c)〕。
注入量は、先のボロンの濃度を上回りn型に戻す量が必
要である。
Thereafter, the screen oxide film 70 is removed again, and heat treatment for impurity diffusion and oxidation is performed. The oxidation at this time may be such that a thin screen oxide film is formed again. Since the portion where phosphorus is diffused becomes n-type, a prototype of p-well region 19 having a unique shape shown in FIG. 9 is formed. Boron ions 74 are implanted again [FIG.
The injection amount needs to be higher than the above boron concentration and return to the n-type.

【0092】再度、スクリーン酸化膜70を除去し不純
物の拡散及び酸化の熱処理をおこなうと、pベース領域
7が形成される。次に、不純物イオンを砒素イオン76
に置き換えて同様な工程を繰り返す〔同図(d)〕。熱
処理をするとnエミッタ領域8が形成される。このと
き、pウェル領域19内にnソース領域9を同時に形成
してもよい。
When the screen oxide film 70 is removed again and heat treatment for impurity diffusion and oxidation is performed, the p base region 7 is formed. Next, arsenic ions 76
And the same steps are repeated [FIG. By performing the heat treatment, an n-emitter region 8 is formed. At this time, the n source region 9 may be formed in the p well region 19 at the same time.

【0093】その後、活性領域の酸化膜を除去後、ゲー
ト酸化膜4を形成し、多結晶シリコンを堆積し、ついで
電極形状にエッチングしてゲート電極5を形成する。そ
の後、Al−Si合金をスパツタ、パターニングしてカ
ソード電極10が形成される。〔同図(e)〕。図15
で示した方法は安価で、且つ、サイリスタ部分をセルフ
アライメントで形成可能なので、素子特性のばらつきを
極力低減できる製造方法である。この手順で製造した場
合には、断面図にも示した様にゲート電極5の下のシリ
コン表面には凹凸が形成されてしまう特徴がある。これ
は、厚いフィールド酸化膜3を成長させた箇所とそうで
ない箇所の境界部分で、ゲート酸化膜4の信頼性の点か
らは必ずしも好ましくないが、通常のLSIプロセスで
も、LOCOS酸化膜とゲート酸化膜の境界部分のシリ
コン表面は凹凸が存在するし、又、トレンチMOS等の
極端な場合でもみられるように信頼性の高いゲート酸化
膜の形成は可能である。
Then, after removing the oxide film in the active region, a gate oxide film 4 is formed, polycrystalline silicon is deposited, and then the gate electrode 5 is formed by etching into an electrode shape. Thereafter, the cathode electrode 10 is formed by sputtering and patterning the Al-Si alloy. [FIG. (E)]. FIG.
Is a manufacturing method that can reduce the variation in element characteristics as much as possible because the thyristor portion can be formed by self-alignment at low cost. When manufactured by this procedure, irregularities are formed on the silicon surface below the gate electrode 5 as shown in the cross-sectional view. This is a boundary portion between a portion where the thick field oxide film 3 is grown and a portion where the thick field oxide film 3 is not formed, which is not always preferable from the viewpoint of the reliability of the gate oxide film 4. The silicon surface at the boundary of the film has irregularities, and a highly reliable gate oxide film can be formed as seen in an extreme case such as a trench MOS.

【0094】〔実施例〕図16は、本発明による別の
MOS型GTOサイリスタの実施例を示す。実施例
との違いは、pウェル領域19とpベース領域7とが低
濃度で浅いp- 領域20で接続されていることである。
- 領域20の表面上は、ゲート酸化膜4を介してゲー
ト電極5で覆われていることが望ましい。一部、ゲート
電極からはみ出した部分があったとしても、このはみ出
したp- 領域20づたいに、pウェル領域19とpベー
ス領域7とが接続していてはならない。
[Embodiment] FIG. 16 shows another embodiment of the MOS type GTO thyristor according to the present invention. The difference from the embodiment is that the p well region 19 and the p base region 7 are connected by a low concentration and shallow p region 20.
It is desirable that the surface of p region 20 be covered with gate electrode 5 via gate oxide film 4. Even if there is a portion that protrudes from the gate electrode, the p well region 19 and the p base region 7 must not be connected to each other over the protruding p region 20.

【0095】この方法は、pベース領域7とn領域1間
に空乏層が拡がる構造の場合(前述の試作で、pウェル
領域の深さが3μmの場合など)には、有効である。実
施例の構造では、pベース領域7近傍でアバランシェ
電流が発生した場合に、排斥される電流(キャリア)の
流れる先が存在しないので、素子が破壊することがある
(アバランシェ耐量が弱い)。〔同様な現象は、耐圧設
計においてフローティング型ガードリング構造を採用し
たときにも見ることができる。設計が不適切で数個のフ
ローティング拡散層がシリコン内部に拡がる空乏層でつ
ながらない場合等に、結果としてシリコン表面上のpn
接合部が破壊してしまう。〕 この問題を解決する為に実施例では、浮遊電位であっ
たpベース領域7をp - 領域20で接続した構造とす
る。ここで注意しなければならないことは、p-領域2
0は、上部に存在するゲート電極5の電界効果により容
易に空乏化することが可能であることで、この場合pベ
ース領域7は、浮遊電位となり実施例と同様な方法で
駆動可能である。
This method uses a method between the p base region 7 and the n region 1.
In the case of a structure in which the depletion layer spreads in the
This is effective when the depth of the region is 3 μm or the like. Real
In the structure of the embodiment, the avalanche near p base region 7 is used.
When a current is generated, the rejected current (carrier)
Since there is no flow destination, the element may be destroyed
(Weak avalanche capability.) [Similar phenomenon is withstand pressure
Adopts a floating guard ring structure
You can also see when. Improperly designed and several
The rotating diffusion layer is a depletion layer that extends inside silicon.
Pn on the silicon surface as a result
The joint breaks. In order to solve this problem, in the embodiment, a floating potential is used.
P base region 7 -The structure connected in the area 20
You. It should be noted that p-Area 2
0 is caused by the electric field effect of the gate electrode 5 present above.
Since it is possible to easily deplete, in this case,
The source region 7 becomes a floating potential and operates in the same manner as in the embodiment.
It can be driven.

【0096】以上、これらの発明による素子は、従来知
られているESTとBFTの機能を組み合わせた素子で
ある。例示した応用等に適用する為には、充分な自己消
弧能力を有していなければならず、次のポイントに留意
し設計しなければならない。 (1)微小なトリガー電流で、サイリスタが導通状態に
移行するように、MOSキャパシタンスの大きさ・配置
を決定する。
As described above, the devices according to these inventions are devices combining the functions of EST and BFT which are conventionally known. In order to apply to the exemplified application, etc., it is necessary to have sufficient self-extinguishing ability, and the following points must be considered and designed. (1) The size and arrangement of the MOS capacitance are determined so that the thyristor shifts to the conductive state with a small trigger current.

【0097】(2)サイリスタが導通状態に移行する前
に、横型MOSFETは、オン状態になっているよう
に、不純物濃度・ゲート酸化膜厚さ等を決定する。 (3)飽和領域を確保する為に、高性能(電流密度が高
い)横型MOSFETのチャネル幅をできるだけ大きく
とる。 (4)誤動作を回避し、かつ、スイッチング能力を高め
るように、素子内部の空乏層の拡がりを利用する。(接
合形FETの効果を利用する。) これらのバランスを取りながら最適化することは容易で
はなく、発明者らは、シミュレーション技術と試作を何
度も繰り返して応用に適合した条件を決定した。従っ
て、素子の面積や、耐圧が大きく変われば、当然前述し
た数値は、変わってくるが、上記の設計ポイントに沿っ
て変更すればよい。
(2) Before the thyristor shifts to the conducting state, the impurity concentration, the thickness of the gate oxide film, and the like are determined so that the lateral MOSFET is in the ON state. (3) In order to secure a saturation region, the channel width of a high performance (high current density) lateral MOSFET is made as large as possible. (4) The expansion of the depletion layer inside the element is used so as to avoid malfunction and increase the switching capability. (The effect of the junction type FET is used.) It is not easy to optimize while keeping these balances, and the inventors repeated simulation techniques and trial production many times to determine conditions suitable for application. Therefore, if the area of the element or the withstand voltage greatly changes, the above numerical values naturally change, but may be changed in accordance with the above design points.

【0098】[0098]

【発明の効果】以上説明したように本発明のMOS型G
TOサイリスタは、従来のMOS型サイリスタにおける
それぞれの長所を活かし、短所を補うデバイス構造と
し、次記する効果を奏するものである。 (1)MOSキャパシタンスへの充電電流により、点弧
出来る構成にしたので、小型で電流容量の大きいMOS
型GTOサイリスタが得られる。
As described above, the MOS type G of the present invention is used.
The TO thyristor makes use of the advantages of each of the conventional MOS thyristors and has a device structure that compensates for the disadvantages, and has the following effects. (1) Since the configuration is such that ignition can be performed by charging current to the MOS capacitance, the MOS transistor is small and has a large current capacity.
A type GTO thyristor is obtained.

【0099】(2)pウェル領域から拡がる空乏層を利
用して接合型電界効果型トランジスタ(J−FET)を
もうけ、特にターンオフ時のスイッチング特性を改善で
きる。 (3)電極配置を工夫することにより、電流集中を緩和
して温度上昇による素子のラッチアップや破壊が防止で
きる。
(2) A junction field effect transistor (J-FET) is provided by utilizing a depletion layer extending from the p-well region, and the switching characteristics particularly at the time of turn-off can be improved. (3) By devising the arrangement of the electrodes, current concentration can be alleviated, and latch-up or destruction of the element due to temperature rise can be prevented.

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

【図1】実施例のMOS型GTOサイリスタの断面図FIG. 1 is a cross-sectional view of a MOS GTO thyristor according to an embodiment.

【図2】(a)および(b)は図1のMOS型GTOサ
イリスタの動作原理を示す説明図
FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams showing the operation principle of the MOS GTO thyristor shown in FIG. 1;

【図3】(a)ないし(c)はそれぞれ実施例および
従来素子の主要部分の寸法比較図
3 (a) to 3 (c) are dimensional comparison diagrams of main parts of an embodiment and a conventional element, respectively.

【図4】(a)は実施例の電極配置図、(b)はBー
B’線における断面図
4A is an electrode arrangement diagram of an embodiment, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line BB ′.

【図5】実施例の電流−電圧特性図FIG. 5 is a current-voltage characteristic diagram of an example.

【図6】(a)は実施例のMOS型GTOサイリスタ
の電極配置図、(b)はCーC’線における断面図
FIG. 6A is an electrode layout view of a MOS GTO thyristor of an embodiment, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line CC ′.

【図7】実施例の電流−電圧特性図FIG. 7 is a current-voltage characteristic diagram of an example.

【図8】実施例のMOS型GTOサイリスタの断面図FIG. 8 is a sectional view of a MOS GTO thyristor according to an embodiment.

【図9】実施例のMOS型GTOサイリスタの断面図FIG. 9 is a cross-sectional view of a MOS-type GTO thyristor of an embodiment.

【図10】(a)および(b)は実施例のMOS型G
TOサイリスタの動作原理を示す断面図
FIGS. 10 (a) and (b) show a MOS type G according to an embodiment;
Sectional view showing operation principle of TO thyristor

【図11】実施例の電流−電圧特性図FIG. 11 is a current-voltage characteristic diagram of an example.

【図12】(a)ないし(c)は実施例のオフ動作の
説明図
FIGS. 12A to 12C are explanatory diagrams of an OFF operation of the embodiment.

【図13】実施例のオフ時の電流波形図FIG. 13 is a current waveform diagram at the time of off in the embodiment.

【図14】実施例のMOS型GTOサイリスタの断面
FIG. 14 is a sectional view of a MOS GTO thyristor according to an embodiment;

【図15】(a)ないし(e)は実施例のMOS型G
TOサイリスタの製造工程の一部の工程順の断面図
FIGS. 15 (a) to (e) show the MOS type G of the embodiment.
Sectional drawing of a part of the manufacturing process of the TO thyristor in order of process

【図16】実施例のMOS型GTOサイリスタの断面
FIG. 16 is a sectional view of a MOS GTO thyristor according to an embodiment.

【図17】従来のMOS型サイリスタ(BFT)の断面
FIG. 17 is a sectional view of a conventional MOS thyristor (BFT).

【図18】(a)は改良型BFTの電極配置図、(b)
はAーA’線における断面図
FIG. 18 (a) is an electrode arrangement diagram of an improved BFT, and (b)
Is a sectional view taken along line AA '

【図19】従来のESTの断面図FIG. 19 is a sectional view of a conventional EST.

【図20】従来のESTの動作説明図FIG. 20 is a diagram illustrating the operation of a conventional EST

【図21】(a)および(b)は図20に続く従来のE
STの動作説明図
21 (a) and (b) show a conventional E following FIG.
ST operation explanation diagram

【図22】従来ESTの電流−電圧特性図FIG. 22 is a current-voltage characteristic diagram of a conventional EST.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、21、41 n領域 2、22、42 酸化膜 3 フィールド酸化膜 4、24、44 ゲート酸化膜 5、25、45 ゲート電極または第一ゲート電極 6、26、46 第二ゲート電極 7、27 pベース領域 8、28、48 nエミッタ領域 9、29、49 nソース領域 10、30、50 カソード電極 11、31、51 n+ バッファ領域 12、32、52 pエミッタ領域 13、33、53 アノード領域 14、34 支持基板 15、35 酸化膜 16 pドレイン領域 17、37 反転層 18 チャネル 19 pウェル領域 20 p- 領域 40 p基板 57 第一チャネル 58 第二チャネル 59 p+ コンタクト領域 60 p+ アイソレーション領域 61 電源 62 負荷 63 ゲート電源 70 スクリーン酸化膜 71 窒化膜 72 フォトレジスト 74 ホウ素イオン 75 燐イオン 76 砒素イオン 81 電子 82 正孔 83 空乏層1, 21, 41 n region 2, 22, 42 oxide film 3 field oxide film 4, 24, 44 gate oxide film 5, 25, 45 gate electrode or first gate electrode 6, 26, 46 second gate electrode 7, 27 p base region 8, 28, 48 n emitter region 9, 29, 49 n source region 10, 30, 50 cathode electrode 11, 31, 51 n + buffer region 12, 32, 52 p emitter region 13, 33, 53 anode region 14, 34 support substrate 15, 35 oxide film 16 p drain region 17, 37 inversion layer 18 channel 19 p well region 20 p region 40 p substrate 57 first channel 58 second channel 59 p + contact region 60 p + isolation Area 61 Power supply 62 Load 63 Gate power supply 70 Screen oxide film 71 Nitride film 72 Photoresist 7 4 Boron ion 75 Phosphorus ion 76 Arsenic ion 81 Electron 82 Hole 83 Depletion layer

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第一導電型半導体層の一主面の表面層の一
部に互いに分離して形成された第二導電型ベース領域、
第二導電型エミッタ領域と、第二導電型エミッタ領域の
表面に接して設けられたアノード電極と、第二導電型ベ
ース領域の表面層の一部に形成された第一導電型ソース
領域と、第二導電型ベース領域の第一導電型ソース領域
より第二導電型エミッタ領域に近い部分の表面層に形成
された第一導電型エミッタ領域と、第一導電型ソース領
域の表面に接して設けられたカソード電極と、第一導電
型エミッタ領域と第一導電型半導体層とに挟まれた第二
導電型ベース領域の表面露出部上のゲート酸化膜上に、
その第二導電型ベース領域の上に端をもち第二導電型エ
ミッタ領域に近い側に伸びて設けられた第一ゲート電極
と、第一導電型ソース領域と第一導電型エミッタ領域と
に挟まれた第二導電型ベース領域の表面露出部上のゲー
ト酸化膜上に設けられた第二ゲート電極とを有すること
を特徴とするMOS型GTOサイリスタ。
A second conductivity type base region formed separately from each other on a part of a surface layer on one main surface of the first conductivity type semiconductor layer;
A second conductivity type emitter region, an anode electrode provided in contact with the surface of the second conductivity type emitter region, and a first conductivity type source region formed on a part of the surface layer of the second conductivity type base region, A first conductivity type emitter region formed on a surface layer of a portion of the second conductivity type base region closer to the second conductivity type emitter region than the first conductivity type source region, and provided in contact with a surface of the first conductivity type source region. On the gate oxide film on the exposed surface of the second conductive type base region sandwiched between the cathode electrode and the first conductive type emitter region and the first conductive type semiconductor layer,
A first gate electrode having an end on the second conductivity type base region and extending to a side close to the second conductivity type emitter region, and being sandwiched between a first conductivity type source region and a first conductivity type emitter region; And a second gate electrode provided on a gate oxide film on a surface exposed portion of the second conductivity type base region.
【請求項2】第二導電型エミッタ領域を取り囲むように
第二導電型ベース領域が形成されていることを特徴とす
る請求項1に記載のMOS型GTOサイリスタ。
2. The MOS type GTO thyristor according to claim 1, wherein a second conductivity type base region is formed so as to surround the second conductivity type emitter region.
【請求項3】第一導電型半導体層の一方の主面の表面層
の一部に形成された二導電型ベース領域と、第二導電型
ベース領域の表面層の一部に互いに分離して形成された
第一導電型ソース領域、第一導電型エミッタ領域と、第
一導電型ソース領域の表面に接して設けられたカソード
電極と、第一導電型半導体層の別の主面側の表面層の一
部に形成された第二導電型エミッタ領域と、第二導電型
エミッタ領域の表面に接して設けられたアノード電極
と、第一導電型エミッタ領域と第一導電型半導体層とに
挟まれた第二導電型ベース領域の表面露出部上のゲート
酸化膜上に、その第二導電型ベース領域の上に端をもち
第一導電型半導体層に近い側に伸びて設けられた第一ゲ
ート電極と、第一導電型ソース領域と第一導電型エミッ
タ領域とに挟まれた第二導電型ベース領域の表面露出部
上のゲート酸化膜上に設けられた第二ゲート電極とを有
することを特徴とするMOS型GTOサイリスタ。
3. A two-conductivity-type base region formed on a part of a surface layer on one main surface of a first-conductivity-type semiconductor layer and a part of a surface layer on a second-conductivity-type base region. The formed first conductivity type source region, the first conductivity type emitter region, the cathode electrode provided in contact with the surface of the first conductivity type source region, and another main surface side surface of the first conductivity type semiconductor layer A second conductivity type emitter region formed in part of the layer, an anode electrode provided in contact with the surface of the second conductivity type emitter region, and a first conductivity type emitter region and the first conductivity type semiconductor layer; A first oxide layer having an end on the second conductivity type base region and extending to a side close to the first conductivity type semiconductor layer on the gate oxide film on the exposed surface of the second conductivity type base region; Between the gate electrode, the first conductivity type source region and the first conductivity type emitter region MOS type GTO thyristor and having a second gate electrode provided on the second-conductivity-type base region on a gate oxide film on the exposed surface of.
【請求項4】第二ゲート電極及びその下層部分に位置す
る構造からなるMOSFETが、熱平衡状態で導通して
おり、ゲート信号によりオフされるデプレッションタイ
プであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか
に記載のMOS型GTOサイリスタ。
4. A MOSFET having a structure located in a second gate electrode and a lower layer portion thereof is of a depletion type which conducts in a thermal equilibrium state and is turned off by a gate signal. The MOS-type GTO thyristor according to any one of the above.
【請求項5】第一導電型半導体層の一主面の表面層の一
部に形成された第二導電型ベース領域、第二導電型エミ
ッタ領域と、第二導電型エミッタ領域の表面に接して設
けられたアノード電極と、第二導電型ベース領域と第二
導電型エミッタ領域との間の第一導電型半導体層の表面
層の一部に形成された第二導電型ウェル領域と、その第
二導電型ウェル領域の表面層の一部に形成された第一導
電型ソース領域と、第二導電型ウェル領域と第一導電型
ソース領域との表面上に共通に接触して設けられたカソ
ード電極と、第二導電型ベース領域の表面層の一部に形
成された第一導電型エミッタ領域と、第一導電型エミッ
タ領域と第一導電型ソース領域とに挟まれた第二導電型
ベース領域、第一導電型半導体層の表面露出部および第
二導電型ウェル領域の表面上のゲート酸化膜上に設けら
れたゲート電極とを有することを特徴とするMOS型G
TOサイリスタ。
5. A second conductive type base region and a second conductive type emitter region formed on a part of a surface layer on one main surface of a first conductive type semiconductor layer, and contact with a surface of the second conductive type emitter region. An anode electrode provided, a second conductivity type well region formed in a part of the surface layer of the first conductivity type semiconductor layer between the second conductivity type base region and the second conductivity type emitter region, The first conductivity type source region formed in a part of the surface layer of the second conductivity type well region, and provided in common contact on the surfaces of the second conductivity type well region and the first conductivity type source region. A cathode electrode, a first conductivity type emitter region formed on a part of the surface layer of the second conductivity type base region, and a second conductivity type sandwiched between the first conductivity type emitter region and the first conductivity type source region. Base region, first conductive type semiconductor layer surface exposed portion and second conductive type well region MOS type G to the gate electrode provided on the gate oxide film on the surface of the characterized in that it has a
TO thyristor.
【請求項6】第二導電型ベース領域を取り囲むように第
二導電型ウェル領域が形成されていることを特徴とする
請求項5に記載のMOS型GTOサイリスタ。
6. The MOS type GTO thyristor according to claim 5, wherein a second conductivity type well region is formed so as to surround the second conductivity type base region.
【請求項7】第二導電型ウェル領域の拡散深さが第二導
電型ベース領域のそれより深いことを特徴とする請求項
5または6に記載のMOS型GTOサイリスタ。
7. The MOS-type GTO thyristor according to claim 5, wherein the diffusion depth of the second conductivity type well region is deeper than that of the second conductivity type base region.
【請求項8】第二導電型ウェル領域一部が第二導電型ベ
ース領域の下方にあることを特徴とする請求項7に記載
のMOS型GTOサイリスタ。
8. The MOS type GTO thyristor according to claim 7, wherein a part of the second conductivity type well region is below the second conductivity type base region.
【請求項9】第二導電型ベース領域と第二導電型ウェル
領域とが、ゲート電極の下方で第二導電型ベース領域よ
り不純物濃度が低く、拡散深さの浅い第二導電型接続領
域によって接続されていることを特徴とする請求項5な
いし9のいずれかに記載のMOS型GTOサイリスタ。
9. The second conductivity type base region and the second conductivity type well region are formed by a second conductivity type connection region having a lower impurity concentration and a lower diffusion depth than the second conductivity type base region below the gate electrode. 10. The MOS GTO thyristor according to claim 5, wherein the MOS GTO thyristor is connected.
【請求項10】第一ゲート電極と第二ゲート電極とに同
一の制御信号を与えることを特徴とする請求項1ないし
4のいずれかに記載のMOS型GTOサイリスタの駆動
方法。
10. The method of driving a MOS GTO thyristor according to claim 1, wherein the same control signal is applied to the first gate electrode and the second gate electrode.
【請求項11】第二ゲート電極に信号を与えた後に第一
ゲート電極に信号を与えて第二ゲート電極の下の反転層
生成より第一ゲート電極の下の反転層生成を遅れさせ、
更に第一ゲート電極に上と逆の信号を与えた後第二ゲー
ト電極に逆の信号を与えて第一ゲート電極の下の反転層
消滅より第二ゲート電極の下の反転層消滅を遅らせるこ
とを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のM
OS型GTOサイリスタの駆動方法。
11. A signal is applied to the first gate electrode after a signal is applied to the second gate electrode to delay generation of an inversion layer under the first gate electrode from generation of an inversion layer under the second gate electrode.
Further, the reverse signal is applied to the first gate electrode, and then the reverse signal is applied to the second gate electrode to delay the disappearance of the inversion layer under the second gate electrode more than the disappearance of the inversion layer under the first gate electrode. The M according to any one of claims 1 to 4, wherein
A method for driving an OS type GTO thyristor.
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