JP3278468B2 - 半導体装置 - Google Patents
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- JP3278468B2 JP3278468B2 JP24530292A JP24530292A JP3278468B2 JP 3278468 B2 JP3278468 B2 JP 3278468B2 JP 24530292 A JP24530292 A JP 24530292A JP 24530292 A JP24530292 A JP 24530292A JP 3278468 B2 JP3278468 B2 JP 3278468B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に係り、特
に絶縁ゲート構造を有するゲートターンオフサイリスタ
及びIGBTに関する。
に絶縁ゲート構造を有するゲートターンオフサイリスタ
及びIGBTに関する。
【0002】
【従来の技術】従来よりゲートターンオフサイリスタの
ターンオフは、電流駆動の駆動装置を用いてpベース層
に直接取り付けられたゲート電極から素子内の電流を引
き出すことで行なっていた。しかしながら、この方式は
電流駆動であるので、大電力を扱うゲート回路等が必要
となる。このため、駆動装置が大型化するという問題が
あった。
ターンオフは、電流駆動の駆動装置を用いてpベース層
に直接取り付けられたゲート電極から素子内の電流を引
き出すことで行なっていた。しかしながら、この方式は
電流駆動であるので、大電力を扱うゲート回路等が必要
となる。このため、駆動装置が大型化するという問題が
あった。
【0003】そこで、EST(Emitter Switched Tyhri
stor)などの絶縁ゲート構造を有する電圧制御型のゲー
トターンサイリスタが提案された。図15に従来のES
Tの構造を示す素子断面図を示す。このESTは、nベ
ース層83と、このnベース層83の一方の表面に形成
されたpエミッタ層82と、このpエミッタ層82に設
けられたアノード電極81と、上記nベース層83の他
方の表面に選択的に形成されたpベース層84と、この
pベース層84の表面に選択的に形成されたnエミッタ
層85とを有し、これら半導体層82〜85は、サイリ
スタのpnpn構造を形成している。
stor)などの絶縁ゲート構造を有する電圧制御型のゲー
トターンサイリスタが提案された。図15に従来のES
Tの構造を示す素子断面図を示す。このESTは、nベ
ース層83と、このnベース層83の一方の表面に形成
されたpエミッタ層82と、このpエミッタ層82に設
けられたアノード電極81と、上記nベース層83の他
方の表面に選択的に形成されたpベース層84と、この
pベース層84の表面に選択的に形成されたnエミッタ
層85とを有し、これら半導体層82〜85は、サイリ
スタのpnpn構造を形成している。
【0004】また、pベース層84の表面にはp+ 層8
6とn+ 層87とが隣り合って形成されており、p+ 層
86の表面からn+ 層87の表面にかけてはカソード電
極88が設けられている。また、n+ 層87とnエミッ
タ層85との間のpベース層84上にはゲート酸化膜8
9を介してゲート電極90が設けられている。即ち、p
ベース層84,nエミッタ層85,n+ 層87,ゲート
酸化膜89及びゲート電極90により、nチャネルのM
OSトランジスタTr1が構成されている。
6とn+ 層87とが隣り合って形成されており、p+ 層
86の表面からn+ 層87の表面にかけてはカソード電
極88が設けられている。また、n+ 層87とnエミッ
タ層85との間のpベース層84上にはゲート酸化膜8
9を介してゲート電極90が設けられている。即ち、p
ベース層84,nエミッタ層85,n+ 層87,ゲート
酸化膜89及びゲート電極90により、nチャネルのM
OSトランジスタTr1が構成されている。
【0005】同様に、nエミッタ層85,pベース層8
4及びnベース層83の表面には絶縁膜91を介してゲ
ート電極92が設けられており、これらによりnチャネ
ルのMOSトランジスタTr2が形成されている。この
ように構成されたゲートターンオフサイリスタをターン
オンするには、アノード電極81,カソード電極88に
それぞれ正電圧,負電圧を印加した状態で、ゲート電極
端子90,92にカソード電極88に対して正電圧を印
加する。
4及びnベース層83の表面には絶縁膜91を介してゲ
ート電極92が設けられており、これらによりnチャネ
ルのMOSトランジスタTr2が形成されている。この
ように構成されたゲートターンオフサイリスタをターン
オンするには、アノード電極81,カソード電極88に
それぞれ正電圧,負電圧を印加した状態で、ゲート電極
端子90,92にカソード電極88に対して正電圧を印
加する。
【0006】このような電圧が印加されると、n+ 層8
7とnエミッタ層85との間のpベース層84の表面に
nチャネル93が形成され、そして、nエミッタ層85
とnベース83との間のpベース層84の表面にnチャ
ネル94が形成される。この結果、n+ 層87から電子
がnチャネル93を通ってnエミッタ層85に流れ、そ
して、nエミッタ層85から電子がnチャネル94を通
ってnベース層83に流れる。
7とnエミッタ層85との間のpベース層84の表面に
nチャネル93が形成され、そして、nエミッタ層85
とnベース83との間のpベース層84の表面にnチャ
ネル94が形成される。この結果、n+ 層87から電子
がnチャネル93を通ってnエミッタ層85に流れ、そ
して、nエミッタ層85から電子がnチャネル94を通
ってnベース層83に流れる。
【0007】即ち、pエミッタ層82,nベース層83
及びpベース層84で構成されたトランジスタにベース
電流が流れる。また、pエミッタ層82のホールはnベ
ース層83を通ってpベース84に流れる。即ち、nベ
ース層83,pベース層84及びnエミッタ層85で構
成されたトランジスタにベース電流が流れる。
及びpベース層84で構成されたトランジスタにベース
電流が流れる。また、pエミッタ層82のホールはnベ
ース層83を通ってpベース84に流れる。即ち、nベ
ース層83,pベース層84及びnエミッタ層85で構
成されたトランジスタにベース電流が流れる。
【0008】この結果、pエミッタ層82,nベース層
83及びpベース層84で構成されたトランジスタと、
nベース層83,pベース層84及びnエミッタ層85
で構成されたトランジスタとが互いのコレクタ電流を増
幅し合いターンオンする。一方、ターンオフするには、
ゲート電極90に負電圧を印加してMOSトランジスタ
Tr1をオフにし、カソード電極88からnエミッタ層
85への電子の供給を停止すれば良い。
83及びpベース層84で構成されたトランジスタと、
nベース層83,pベース層84及びnエミッタ層85
で構成されたトランジスタとが互いのコレクタ電流を増
幅し合いターンオンする。一方、ターンオフするには、
ゲート電極90に負電圧を印加してMOSトランジスタ
Tr1をオフにし、カソード電極88からnエミッタ層
85への電子の供給を停止すれば良い。
【0009】しかしながら、この種のゲートターンオフ
サイリスタには次のような問題があった。即ち、このよ
うに構成されたゲートターンオフサイリスタでは、オン
状態でもカソード電極88がp+ 層86を介してpベー
ス層84とコンタクトしているので、アノード側からn
ベース層83に供給されたホールhが容易にカソード電
極88に流出してしまい、nベース層83内にキャリア
が蓄積されなくなる。この結果、nベース層83の電圧
降下が大きくなり、オン電圧が高くなるという問題があ
った。
サイリスタには次のような問題があった。即ち、このよ
うに構成されたゲートターンオフサイリスタでは、オン
状態でもカソード電極88がp+ 層86を介してpベー
ス層84とコンタクトしているので、アノード側からn
ベース層83に供給されたホールhが容易にカソード電
極88に流出してしまい、nベース層83内にキャリア
が蓄積されなくなる。この結果、nベース層83の電圧
降下が大きくなり、オン電圧が高くなるという問題があ
った。
【0010】このような問題を回避する方法として、n
エミッタ層85を横方向に長くし、pベース層84内で
のホール電流の抵抗を大きくするやりかたがある。しか
し、この方法は素子サイズが大きくなるため、単位面積
当たりのチャネル長が減り、素子に流れる電流密度を一
定にしようとすると、nエミッタ層85が長い分だけn
エミッタ層85に流れる電流がより多くなり、MOSト
ランジスタTr1のチャネル93での電圧降下が大きく
なる。この結果、オン電圧が高くなるという問題があっ
た。
エミッタ層85を横方向に長くし、pベース層84内で
のホール電流の抵抗を大きくするやりかたがある。しか
し、この方法は素子サイズが大きくなるため、単位面積
当たりのチャネル長が減り、素子に流れる電流密度を一
定にしようとすると、nエミッタ層85が長い分だけn
エミッタ層85に流れる電流がより多くなり、MOSト
ランジスタTr1のチャネル93での電圧降下が大きく
なる。この結果、オン電圧が高くなるという問題があっ
た。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のタ
ーンオフサイリスタでは、カソード電極がpベース層と
電気的に繋がっているため、オン状態のときに大量のホ
ールがカソード電極に流れ、オン電圧が高くなるという
問題があった。また、これを解決するために、nエミッ
タ層を横方向に長くして、pベース層内でのホール電流
の抵抗を大きくする方法も提案されたが、カソード側の
MOSトランジスタのチャネル部分の電圧降下が大きく
なるため、この場合もオン電圧が高くなるという問題が
あった。
ーンオフサイリスタでは、カソード電極がpベース層と
電気的に繋がっているため、オン状態のときに大量のホ
ールがカソード電極に流れ、オン電圧が高くなるという
問題があった。また、これを解決するために、nエミッ
タ層を横方向に長くして、pベース層内でのホール電流
の抵抗を大きくする方法も提案されたが、カソード側の
MOSトランジスタのチャネル部分の電圧降下が大きく
なるため、この場合もオン電圧が高くなるという問題が
あった。
【0012】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、オン電圧の上昇を防止
できるゲートターンオフサイリスタ及びIGBTを提供
することにある。
ので、その目的とするところは、オン電圧の上昇を防止
できるゲートターンオフサイリスタ及びIGBTを提供
することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、pベー
ス層内に絶縁部材を挿入してホール電流の経路を長く
し、pベース内のホール電流の抵抗を大きくすることに
ある。即ち、上記の目的を達成するために、本発明の第
1の視点の半導体装置は、第1導電型エミッタ層の表面
に設けられた第2導電型ベース層と、この第2導電型ベ
ース層の表面に選択的に設けられた第1導電型ベース層
と、この第1導電型ベース層の表面に選択的に設けられ
た第2導電型エミッタ層と、前記第1導電型ベース層の
表面に前記第2導電型エミッタ層と接せずに設けられた
第2導電型半導体層と、少なくとも前記第1導電型ベー
ス層内に設けられた絶縁部材と、前記第2導電型半導体
層と前記第2導電型エミッタ層との間の前記第1導電型
ベース層上に、ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート
電極と、前記第1導電型エミッタ層に設けられた第1の
主電極と、前記第1導電型ベース層及び前記第2導電型
半導体層に設けられた第2の主電極と、を具備してなる
ことを特徴とする。また、本発明の第2の視点の半導体
装置は、第1導電型エミッタ層の表面に設けられた第2
導電型ベース層と、この第2導電型ベース層の表面に選
択的に設けられた第1導電型ベース層と、この第1導電
型ベース層の表面に選択的に設けられた第2導電型半導
体層と、少なくとも前記第1導電型ベース層内に設けら
れた絶縁部材と、前記第2導電型半導体層と前記第2導
電型ベース層との間の前記第1導電型ベース層上に、ゲ
ート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、前記第1
導電型エミッタ層に設けられた第1の主電極と、前記第
1導電型ベース層及び前記第2導電型半導体層に設けら
れた第2の主電極と、を具備してなることを特徴とす
る。
ス層内に絶縁部材を挿入してホール電流の経路を長く
し、pベース内のホール電流の抵抗を大きくすることに
ある。即ち、上記の目的を達成するために、本発明の第
1の視点の半導体装置は、第1導電型エミッタ層の表面
に設けられた第2導電型ベース層と、この第2導電型ベ
ース層の表面に選択的に設けられた第1導電型ベース層
と、この第1導電型ベース層の表面に選択的に設けられ
た第2導電型エミッタ層と、前記第1導電型ベース層の
表面に前記第2導電型エミッタ層と接せずに設けられた
第2導電型半導体層と、少なくとも前記第1導電型ベー
ス層内に設けられた絶縁部材と、前記第2導電型半導体
層と前記第2導電型エミッタ層との間の前記第1導電型
ベース層上に、ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート
電極と、前記第1導電型エミッタ層に設けられた第1の
主電極と、前記第1導電型ベース層及び前記第2導電型
半導体層に設けられた第2の主電極と、を具備してなる
ことを特徴とする。また、本発明の第2の視点の半導体
装置は、第1導電型エミッタ層の表面に設けられた第2
導電型ベース層と、この第2導電型ベース層の表面に選
択的に設けられた第1導電型ベース層と、この第1導電
型ベース層の表面に選択的に設けられた第2導電型半導
体層と、少なくとも前記第1導電型ベース層内に設けら
れた絶縁部材と、前記第2導電型半導体層と前記第2導
電型ベース層との間の前記第1導電型ベース層上に、ゲ
ート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、前記第1
導電型エミッタ層に設けられた第1の主電極と、前記第
1導電型ベース層及び前記第2導電型半導体層に設けら
れた第2の主電極と、を具備してなることを特徴とす
る。
【0014】
【作用】本発明の半導体装置では、第1導電型ベ−ス層
内に絶縁部材を設けている。このため、第2導電型エミ
ッタ層から前記第1導電型ベ−ス層を介して第2の主電
極に排出されるキャリアは、前記絶縁部材を迂回して前
記第2の主電極に排出される。このため、前記絶縁部材
が無い従来の半導体装置に比べて、前記絶縁部材を迂回
する分だけ前記第1導電型ベ−ス層内の前記キャリアの
走行経路が長くなる。このため、第2導電型エミッタ層
を長くして、前記第1導電型ベ−ス層内での前記キャリ
アの抵抗を大きくするのと同様な効果が得られ、従来と
同じ素子サイズのままで、前記第1導電型ベ−ス層内に
より多くの前記キャリアを蓄積できるので、オン電圧の
上昇を防止できる。
内に絶縁部材を設けている。このため、第2導電型エミ
ッタ層から前記第1導電型ベ−ス層を介して第2の主電
極に排出されるキャリアは、前記絶縁部材を迂回して前
記第2の主電極に排出される。このため、前記絶縁部材
が無い従来の半導体装置に比べて、前記絶縁部材を迂回
する分だけ前記第1導電型ベ−ス層内の前記キャリアの
走行経路が長くなる。このため、第2導電型エミッタ層
を長くして、前記第1導電型ベ−ス層内での前記キャリ
アの抵抗を大きくするのと同様な効果が得られ、従来と
同じ素子サイズのままで、前記第1導電型ベ−ス層内に
より多くの前記キャリアを蓄積できるので、オン電圧の
上昇を防止できる。
【0015】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図1は、本発明の第1の実施例に係るゲートターン
オフサイリスタの素子断面図である。このゲートターン
サイリスタは、図15の従来のそれと同様に、nベース
層1(第2導電型ベ−ス層)と、このnベース層1の一
方の表面に拡散形成されたpエミッタ層3(第1導電型
エミッタ層)と、このpエミッタ層3に設けれたアノー
ド電極15(第1の主電極)と、nベース層1の他方の
表面に選択的に拡散形成されたpベース層2(第1導電
型ベ−ス層)と、このpベース層2の表面に選択的に拡
散形成されたnエミッタ層4(第2導電型エミッタ層)
とからなるpnpn構造を有している。
る。図1は、本発明の第1の実施例に係るゲートターン
オフサイリスタの素子断面図である。このゲートターン
サイリスタは、図15の従来のそれと同様に、nベース
層1(第2導電型ベ−ス層)と、このnベース層1の一
方の表面に拡散形成されたpエミッタ層3(第1導電型
エミッタ層)と、このpエミッタ層3に設けれたアノー
ド電極15(第1の主電極)と、nベース層1の他方の
表面に選択的に拡散形成されたpベース層2(第1導電
型ベ−ス層)と、このpベース層2の表面に選択的に拡
散形成されたnエミッタ層4(第2導電型エミッタ層)
とからなるpnpn構造を有している。
【0016】pベース層2の表面にはp+ 層5とn+ 層
6(第2導電型半導体層)とが隣り合って形成され、p
+ 層5の表面からn+ 層6の表面にかけてはカソード電
極14(第2の主電極)が設けられている。また、n+
層5とnエミッタ層4との間のpベース層2上にはゲー
ト酸化膜9を介してゲート電極10が設けられている。
即ち、pベース層2,nエミッタ層4,n+ 層6,ゲー
ト酸化膜9及びゲート電極10により、nチャネルのM
OSトランジスタTr1が構成されている。なお、nエ
ミッタ層4とpベース層2との間の耐圧はMOSトラン
ジスタTr1のしきい値電圧より高く設定されている。
6(第2導電型半導体層)とが隣り合って形成され、p
+ 層5の表面からn+ 層6の表面にかけてはカソード電
極14(第2の主電極)が設けられている。また、n+
層5とnエミッタ層4との間のpベース層2上にはゲー
ト酸化膜9を介してゲート電極10が設けられている。
即ち、pベース層2,nエミッタ層4,n+ 層6,ゲー
ト酸化膜9及びゲート電極10により、nチャネルのM
OSトランジスタTr1が構成されている。なお、nエ
ミッタ層4とpベース層2との間の耐圧はMOSトラン
ジスタTr1のしきい値電圧より高く設定されている。
【0017】同様に、nエミッタ層4,pベース層2及
びnベース層1の表面にはゲート酸化膜11を介してゲ
ート電極12が設けられており、これらによりnチャネ
ルのMOSトランジスタTr2が形成されている。ま
た、ゲート電極19側のnエミッタ層4の表面からpベ
ース層2の中深さの領域には、SiO2 などの絶縁材料
(絶縁部材)で充填されたトレンチ溝16が設けられて
いる。
びnベース層1の表面にはゲート酸化膜11を介してゲ
ート電極12が設けられており、これらによりnチャネ
ルのMOSトランジスタTr2が形成されている。ま
た、ゲート電極19側のnエミッタ層4の表面からpベ
ース層2の中深さの領域には、SiO2 などの絶縁材料
(絶縁部材)で充填されたトレンチ溝16が設けられて
いる。
【0018】また、ゲート電極10とゲート電極12と
の間のnエミッタ層4上にはフローティング電極13が
設けられている。このように構成されたゲートターンオ
フサイリスタをターンオンするには、アノード電極14
に正電圧,カソード電極に負電圧を印加した状態で、ゲ
ート電極10,ゲート電極12にカソード電圧に対して
正電圧を印加する。
の間のnエミッタ層4上にはフローティング電極13が
設けられている。このように構成されたゲートターンオ
フサイリスタをターンオンするには、アノード電極14
に正電圧,カソード電極に負電圧を印加した状態で、ゲ
ート電極10,ゲート電極12にカソード電圧に対して
正電圧を印加する。
【0019】このような電圧が印加されると、カソード
電極14がゲート電極10の下部のpベース層2に形成
されたチャネル7を介してフローティング電極13に電
気的に接続される。また、ゲート電極12の下部のpベ
ース層2の表面に形成されたチャネル8を介してnエミ
ッタ層4からnベース層1に電子が注入される。このよ
うな電子の流れは、pエミッタ層3,nベース層1及び
pベース層2で構成されたトランジスタのベース電流と
して働く。
電極14がゲート電極10の下部のpベース層2に形成
されたチャネル7を介してフローティング電極13に電
気的に接続される。また、ゲート電極12の下部のpベ
ース層2の表面に形成されたチャネル8を介してnエミ
ッタ層4からnベース層1に電子が注入される。このよ
うな電子の流れは、pエミッタ層3,nベース層1及び
pベース層2で構成されたトランジスタのベース電流と
して働く。
【0020】このベース電流によりpエミッタ層3から
pベース層2にホールが流れる。このようなホールの流
れは、nベース層1,pベース層2及びnエミッタ層4
とで構成されたトランジスタのベース電流として働く。
このベース電流によりnエミッタ層4からnベース層1
に電子が流れる。このような電子の流れは、pエミッタ
層4,nベース層1及びpベース層2で構成されたトラ
ンジスタのベース電流として働く。
pベース層2にホールが流れる。このようなホールの流
れは、nベース層1,pベース層2及びnエミッタ層4
とで構成されたトランジスタのベース電流として働く。
このベース電流によりnエミッタ層4からnベース層1
に電子が流れる。このような電子の流れは、pエミッタ
層4,nベース層1及びpベース層2で構成されたトラ
ンジスタのベース電流として働く。
【0021】このようなキャリアの流れにより、この素
子はターンオンする。このとき、pベース層2内のトレ
ンチ溝16によって、nベース層1からpベース層2内
に流れ込んだホールhは、トレンチ溝16を迂回してカ
ソード電極14に流れ、また、トレンチ溝16の領域で
ホールの流れる経路が狭くなる。したがって、従来の同
じ素子サイズで、換言すれば、単位面積当たりのチャネ
ル長を変更することなく、pベース層2内のホール電流
の抵抗を高くすることができ、従来の問題を招くこと無
くオン電圧を小さくできる。
子はターンオンする。このとき、pベース層2内のトレ
ンチ溝16によって、nベース層1からpベース層2内
に流れ込んだホールhは、トレンチ溝16を迂回してカ
ソード電極14に流れ、また、トレンチ溝16の領域で
ホールの流れる経路が狭くなる。したがって、従来の同
じ素子サイズで、換言すれば、単位面積当たりのチャネ
ル長を変更することなく、pベース層2内のホール電流
の抵抗を高くすることができ、従来の問題を招くこと無
くオン電圧を小さくできる。
【0022】なお、ターンオンした後は、MOSトラン
ジスタTr2のゲート電圧は耐圧の範囲で任意に選ぶこ
とができる。一方、ターンオフする場合には、ゲート電
極10にカソード電圧に対して正電圧を印加する。この
ような電圧が印加されると、チャネル7が消滅し、フロ
ーティング電極13からnエミッタ層4への電子の供給
が停止する。この結果、nベース層1,pベース層2及
びnエミッタ層4で構成されたトランジスタにベース電
流が流れなくなり、ターンオフする。
ジスタTr2のゲート電圧は耐圧の範囲で任意に選ぶこ
とができる。一方、ターンオフする場合には、ゲート電
極10にカソード電圧に対して正電圧を印加する。この
ような電圧が印加されると、チャネル7が消滅し、フロ
ーティング電極13からnエミッタ層4への電子の供給
が停止する。この結果、nベース層1,pベース層2及
びnエミッタ層4で構成されたトランジスタにベース電
流が流れなくなり、ターンオフする。
【0023】かくして本実施例によれば、トレンチ溝1
6によって、pベース層2のホール電流の抵抗を実効的
に高くでき、単位面積当たりのチャネル数を減らさず
に、オン電圧を小さくできる。なお、本実施例では、オ
ン状態にするためのnベース層1への電子注入をゲート
電極12等で構成されたMOSトランジスタにより行な
ったが他の方法で行なっても良い。
6によって、pベース層2のホール電流の抵抗を実効的
に高くでき、単位面積当たりのチャネル数を減らさず
に、オン電圧を小さくできる。なお、本実施例では、オ
ン状態にするためのnベース層1への電子注入をゲート
電極12等で構成されたMOSトランジスタにより行な
ったが他の方法で行なっても良い。
【0024】図2は、本発明の第2の実施例に係るゲー
トターンオフサイリスタの素子断面図である。なお、以
下の実施例において、図1のゲートターンオフサイリス
タと対応する部分には図1と同一符号を付し、詳細な説
明は省略する。本実施例のゲートターンオフサイリスタ
が先の実施例のそれと異なる点は、トレンチ溝16aが
nベース層1にまで達していることにある。このような
トレンチ溝16aを用いても先の実施例と同様な効果が
得られる。
トターンオフサイリスタの素子断面図である。なお、以
下の実施例において、図1のゲートターンオフサイリス
タと対応する部分には図1と同一符号を付し、詳細な説
明は省略する。本実施例のゲートターンオフサイリスタ
が先の実施例のそれと異なる点は、トレンチ溝16aが
nベース層1にまで達していることにある。このような
トレンチ溝16aを用いても先の実施例と同様な効果が
得られる。
【0025】なお、トレンチ溝16aによって2つに分
割されたpベース層2をトレンチ溝にスリットを入れる
などして電気的に接続しても良い。また、一方のpベー
ス層2、つまり、チャネル8側のpベース層2を電気的
に浮いたままにしておいても良い。この場合、トレンチ
溝16を比較的浅く形成すれば、ピンチオフによって一
体化することもできる。
割されたpベース層2をトレンチ溝にスリットを入れる
などして電気的に接続しても良い。また、一方のpベー
ス層2、つまり、チャネル8側のpベース層2を電気的
に浮いたままにしておいても良い。この場合、トレンチ
溝16を比較的浅く形成すれば、ピンチオフによって一
体化することもできる。
【0026】図3は、本発明の第3の実施例に係るゲー
トターンオフサイリスタの素子断面図である。本実施例
のゲートターンオフサイリスタが第2の実施例のそれと
異なる点は、nエミッタ層4がトレンチ溝16bによっ
て2つに分割されていないことにある。 このような構
成でも、トレンチ溝16bによってpベース層2内での
ホール電流の抵抗が高くなるので先の実施例と同様な効
果が得られる。
トターンオフサイリスタの素子断面図である。本実施例
のゲートターンオフサイリスタが第2の実施例のそれと
異なる点は、nエミッタ層4がトレンチ溝16bによっ
て2つに分割されていないことにある。 このような構
成でも、トレンチ溝16bによってpベース層2内での
ホール電流の抵抗が高くなるので先の実施例と同様な効
果が得られる。
【0027】図4は、本発明の第4の実施例に係るゲー
トターンオフサイリスタの素子断面図である。本実施例
のゲートターンオフサイリスタが第2の実施例のそれと
異なる点は、複数のトレンチ溝16cを用いたことにあ
る。即ち、nベース層4の表面からnベース層1の表面
の領域まで伸びた複数のトレンチ溝16cによって、カ
ソード電極14にホール(正孔)電流が大量に流れ出さ
ないようにしている。
トターンオフサイリスタの素子断面図である。本実施例
のゲートターンオフサイリスタが第2の実施例のそれと
異なる点は、複数のトレンチ溝16cを用いたことにあ
る。即ち、nベース層4の表面からnベース層1の表面
の領域まで伸びた複数のトレンチ溝16cによって、カ
ソード電極14にホール(正孔)電流が大量に流れ出さ
ないようにしている。
【0028】本実施例の場合、複数のトレンチ溝16c
を用いているので、先の実施例に比べて、よりいっそう
ホール電流による電圧降下が大きくなり、これによって
電子の注入もより多くなる。図5は、本発明の第5の実
施例に係るゲートターンオフサイリスタの平面図であ
り、図6(a),図6(b)は、それぞれ図5のゲート
ターンオフサイリスタのA−A´断面図,B−B´断面
図である。
を用いているので、先の実施例に比べて、よりいっそう
ホール電流による電圧降下が大きくなり、これによって
電子の注入もより多くなる。図5は、本発明の第5の実
施例に係るゲートターンオフサイリスタの平面図であ
り、図6(a),図6(b)は、それぞれ図5のゲート
ターンオフサイリスタのA−A´断面図,B−B´断面
図である。
【0029】本実施例のゲートターンオフサイリスタが
これまでの実施例のそれと異なる点は、トレンチ溝16
dが基板の深さ方向と垂直な方向に断続的に形成されて
いることにある。即ち、図5に示すように、トレンチ溝
16dに切れ目を形成し、電子のエミッタ層4への流路
を確保している。この場合、トレンチ溝16dが形成さ
れていない領域には、ホール電流が集中し、ラッチアッ
プが発生しやすいので、図6(b)に示すように、トレ
ンチ溝16dが形成されていない領域には、n+ 層6を
設けていない。このような構成でも、先の実施例と同様
な効果が得られる。
これまでの実施例のそれと異なる点は、トレンチ溝16
dが基板の深さ方向と垂直な方向に断続的に形成されて
いることにある。即ち、図5に示すように、トレンチ溝
16dに切れ目を形成し、電子のエミッタ層4への流路
を確保している。この場合、トレンチ溝16dが形成さ
れていない領域には、ホール電流が集中し、ラッチアッ
プが発生しやすいので、図6(b)に示すように、トレ
ンチ溝16dが形成されていない領域には、n+ 層6を
設けていない。このような構成でも、先の実施例と同様
な効果が得られる。
【0030】図7は、本発明の第6の実施例に係るゲー
トターンオフサイリスタの平面図である。本実施例のゲ
ートターンオフサイリスタが第5の実施例のそれと異な
る点は、切れ目があるトレンチ溝16eを複数個用いた
ことにある。このように、複数のトレンチ溝16eを並
べることにより、先の実施例より、ホール電流による電
圧降下がより大きくなり、電子の注入がより多くなる。
トターンオフサイリスタの平面図である。本実施例のゲ
ートターンオフサイリスタが第5の実施例のそれと異な
る点は、切れ目があるトレンチ溝16eを複数個用いた
ことにある。このように、複数のトレンチ溝16eを並
べることにより、先の実施例より、ホール電流による電
圧降下がより大きくなり、電子の注入がより多くなる。
【0031】図8は、本発明の第7の実施例に係るゲー
トターンオフサイリスタの平面図である。本実施例のゲ
ートターンオフサイリスタが先の実施例のそれと異なる
点は、複数のトレンチ溝16fをカソード電極14に対
して斜めに設けたことにある。このようなトレンチ溝1
6fを用いると、ホール電流がカソード電極14に対し
て斜め方向に流れるので、nエミッタ層4の実効長L
eff が長くなり、電子の注入を促進できる。
トターンオフサイリスタの平面図である。本実施例のゲ
ートターンオフサイリスタが先の実施例のそれと異なる
点は、複数のトレンチ溝16fをカソード電極14に対
して斜めに設けたことにある。このようなトレンチ溝1
6fを用いると、ホール電流がカソード電極14に対し
て斜め方向に流れるので、nエミッタ層4の実効長L
eff が長くなり、電子の注入を促進できる。
【0032】図9は、本発明の第8の実施例に係るIG
BTの平面図であり、図10(a),図10(b)は、
それぞれ図9のIGBTのC−C´断面図,D−D´断
面図である。図中、18はチャネル7の領域に形成され
た電位の浮いたn+ 層、19はpウェル層である。トレ
ンチ溝16gは、n+ 層18の表面からpウェル層19
を突き抜けてnベース層1まで伸びている。また、トレ
ンチ溝16gは、第5の実施例と同様に切れ目がはいっ
ている。
BTの平面図であり、図10(a),図10(b)は、
それぞれ図9のIGBTのC−C´断面図,D−D´断
面図である。図中、18はチャネル7の領域に形成され
た電位の浮いたn+ 層、19はpウェル層である。トレ
ンチ溝16gは、n+ 層18の表面からpウェル層19
を突き抜けてnベース層1まで伸びている。また、トレ
ンチ溝16gは、第5の実施例と同様に切れ目がはいっ
ている。
【0033】このように構成されたIGBTでは、チャ
ネル7の領域に形成されたn+ 層18によりチャネル幅
が総合的に狭くなり、電子電流によるチャネル7の領域
での電圧降下を防止できると共に、pウェル層19内の
トレンチ溝16gにより、pウェル層19内のホール電
流の抵抗が高くなるため、従来に比べて耐圧性が改善さ
れる。
ネル7の領域に形成されたn+ 層18によりチャネル幅
が総合的に狭くなり、電子電流によるチャネル7の領域
での電圧降下を防止できると共に、pウェル層19内の
トレンチ溝16gにより、pウェル層19内のホール電
流の抵抗が高くなるため、従来に比べて耐圧性が改善さ
れる。
【0034】図11は、本発明の第9の実施例に係るI
GBTの素子断面図である。本実施例のIGBTが先の
実施例のそれと異なる点は、n+ 層18を設けず、チャ
ネル7の領域を避けてトレンチ溝16hを形成したこと
にある。このように構成されたIGBTでも先の実施例
と同様に耐圧性が改善されるのは勿論のこと、電子eが
トレンチ溝16hに邪魔されずにnベース層1に流れる
ので、電子の注入効率を改善できる。
GBTの素子断面図である。本実施例のIGBTが先の
実施例のそれと異なる点は、n+ 層18を設けず、チャ
ネル7の領域を避けてトレンチ溝16hを形成したこと
にある。このように構成されたIGBTでも先の実施例
と同様に耐圧性が改善されるのは勿論のこと、電子eが
トレンチ溝16hに邪魔されずにnベース層1に流れる
ので、電子の注入効率を改善できる。
【0035】図12は、本発明の第10の実施例に係る
IGBTの素子断面図である。これはSOI構造のIG
BTにトレンチ溝16iを設けた例である即ち、IGB
T本体が酸化膜21を介して基板20上に形成され、ま
た、カソード電極14とアノード電極15とがSIPO
S膜22及びSiO2 膜24により電気的に分離されて
いる。また、pエミッタ層3の側部にはnバッファ層2
3が設けられている。トレンチ溝16iは酸化膜21の
裏面にとどかないように形成し、pウェル層19が電気
的に浮かないようにしている。このように構成されたI
GBTでも先の実施例と同様な効果が得られる。
IGBTの素子断面図である。これはSOI構造のIG
BTにトレンチ溝16iを設けた例である即ち、IGB
T本体が酸化膜21を介して基板20上に形成され、ま
た、カソード電極14とアノード電極15とがSIPO
S膜22及びSiO2 膜24により電気的に分離されて
いる。また、pエミッタ層3の側部にはnバッファ層2
3が設けられている。トレンチ溝16iは酸化膜21の
裏面にとどかないように形成し、pウェル層19が電気
的に浮かないようにしている。このように構成されたI
GBTでも先の実施例と同様な効果が得られる。
【0036】図13は、本発明の第11の実施例に係る
IGBTの平面図で、図14(a),図14(b)は、
それぞれ図13のIGBTのE−E´断面図,F−F´
断面図である。本実施例では、チャネル7の領域に電位
の浮いたn+ 層18を形成してより総合的にチャネル幅
を狭くし、これによって電子電流によるチャネル7の領
域での電圧降下をより小さくすると共に、トレンチ溝1
6jによってホールhを大きく迂回させ、pウェル層1
9中でのホール電流による電圧降下を大きくし、nベー
ス層1への電子の注入を促進させている。
IGBTの平面図で、図14(a),図14(b)は、
それぞれ図13のIGBTのE−E´断面図,F−F´
断面図である。本実施例では、チャネル7の領域に電位
の浮いたn+ 層18を形成してより総合的にチャネル幅
を狭くし、これによって電子電流によるチャネル7の領
域での電圧降下をより小さくすると共に、トレンチ溝1
6jによってホールhを大きく迂回させ、pウェル層1
9中でのホール電流による電圧降下を大きくし、nベー
ス層1への電子の注入を促進させている。
【0037】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、上記実施利では絶縁部材が充
填されたトレンチ溝がpベース層以外の領域にも延びて
いたが、要はpベース層内に絶縁部材を設け、pベース
層内でのホール電流の抵抗が大きくなれば良い。更に、
上記実施例を適宜組み合わせても良い。その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
るものではない。例えば、上記実施利では絶縁部材が充
填されたトレンチ溝がpベース層以外の領域にも延びて
いたが、要はpベース層内に絶縁部材を設け、pベース
層内でのホール電流の抵抗が大きくなれば良い。更に、
上記実施例を適宜組み合わせても良い。その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【0038】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、第
1導電型ベ−ス層内に絶縁部材を設けることによって、
単位面積当たりのチャネル数を減らすこと無く第1導電
型ベ−ス層内に多くのキャリアを蓄積できるため、オン
電圧の上昇を防止できる。
1導電型ベ−ス層内に絶縁部材を設けることによって、
単位面積当たりのチャネル数を減らすこと無く第1導電
型ベ−ス層内に多くのキャリアを蓄積できるため、オン
電圧の上昇を防止できる。
【図1】本発明の第1の実施例に係るゲートターンオフ
サイリスタの素子断面図。
サイリスタの素子断面図。
【図2】本発明の第2の実施例に係るゲートターンオフ
サイリスタの素子断面図。
サイリスタの素子断面図。
【図3】本発明の第3の実施例に係るゲートターンオフ
サイリスタの素子断面図。
サイリスタの素子断面図。
【図4】本発明の第4の実施例に係るゲートターンオフ
サイリスタの素子断面図。
サイリスタの素子断面図。
【図5】本発明の第5の実施例に係るゲートターンオフ
サイリスタの平面図。
サイリスタの平面図。
【図6】図5のゲートターンオフサイリスタの断面図。
【図7】本発明の第6の実施例に係るゲートターンオフ
サイリスタの平面図。
サイリスタの平面図。
【図8】本発明の第7の実施例に係るゲートターンオフ
サイリスタの平面図。
サイリスタの平面図。
【図9】本発明の第8の実施例に係るIGBTの平面
図。
図。
【図10】図9のIGBTの断面図。
【図11】本発明の第9の実施例に係るIGBTの素子
断面図。
断面図。
【図12】本発明の第10の実施例に係るIGBTの素
子断面図。
子断面図。
【図13】本発明の第11の実施例に係るIGBTの平
面図。
面図。
【図14】図13のIGBTの断面図。
【図15】従来のゲートターンオフサイリスタの素子断
面図。
面図。
1…nベース層(第2導電型ベ−ス層)、2…pベース
層(第1導電型ベ−ス層)、3…pエミッタ層(第1導
電型エミッタ層)、4…nエミッタ層(第2導電型エミ
ッタ層)、5…p+ 層、6…n+ 層(第2導電型半導体
層)、7,8…チャネル、9…ゲート酸化膜、10…ゲ
ート電極、11…ゲート酸化膜、12…ゲート電極、1
3…フローティング電極、14…カソード電極(第2の
主電極)、15…アノード電極(第1の主電極)、1
6,16a〜16j…トレンチ溝、18…n+ 層、19
…pウェル層、20…基板、21…酸化膜、22…SI
POS膜、23…nバッファ層、24…SiO2 膜。
層(第1導電型ベ−ス層)、3…pエミッタ層(第1導
電型エミッタ層)、4…nエミッタ層(第2導電型エミ
ッタ層)、5…p+ 層、6…n+ 層(第2導電型半導体
層)、7,8…チャネル、9…ゲート酸化膜、10…ゲ
ート電極、11…ゲート酸化膜、12…ゲート電極、1
3…フローティング電極、14…カソード電極(第2の
主電極)、15…アノード電極(第1の主電極)、1
6,16a〜16j…トレンチ溝、18…n+ 層、19
…pウェル層、20…基板、21…酸化膜、22…SI
POS膜、23…nバッファ層、24…SiO2 膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−145066(JP,A) 特開 平5−121730(JP,A) 特開 平5−75113(JP,A) 特開 平5−63186(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/749 H01L 29/744
Claims (2)
- 【請求項1】第1導電型エミッタ層の表面に設けられた
第2導電型ベース層と、 この第2導電型ベース層の表面に選択的に設けられた第
1導電型ベース層と、 この第1導電型ベース層の表面に選択的に設けられた第
2導電型エミッタ層と、 前記第1導電型ベース層の表面に前記第2導電型エミッ
タ層と接せずに設けられた第2導電型半導体層と、 少なくとも前記第1導電型ベース層内に設けられた絶縁
部材と、 前記第2導電型半導体層と前記第2導電型エミッタ層と
の間の前記第1導電型ベース層上に、ゲート絶縁膜を介
して設けられたゲート電極と、 前記第1導電型エミッタ層に設けられた第1の主電極
と、 前記第1導電型ベース層及び前記第2導電型半導体層に
設けられた第2の主電極と、 を具備してなることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】第1導電型エミッタ層の表面に設けられた
第2導電型ベース層と、 この第2導電型ベース層の表面に選択的に設けられた第
1導電型ベース層と、 この第1導電型ベース層の表面に選択的に設けられた第
2導電型半導体層と、 少なくとも前記第1導電型ベース層内に設けられた絶縁
部材と、 前記第2導電型半導体層と前記第2導電型ベース層との
間の前記第1導電型ベース層上に、ゲート絶縁膜を介し
て設けられたゲート電極と、 前記第1導電型エミッタ層に設けられた第1の主電極
と、 前記第1導電型ベース層及び前記第2導電型半導体層に
設けられた第2の主電極と、 を具備してなることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24530292A JP3278468B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24530292A JP3278468B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0697429A JPH0697429A (ja) | 1994-04-08 |
JP3278468B2 true JP3278468B2 (ja) | 2002-04-30 |
Family
ID=17131655
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24530292A Expired - Fee Related JP3278468B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3278468B2 (ja) |
-
1992
- 1992-09-14 JP JP24530292A patent/JP3278468B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0697429A (ja) | 1994-04-08 |
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