JP3278534B2 - MOS gate type power semiconductor device and driving method thereof - Google Patents
MOS gate type power semiconductor device and driving method thereofInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、MOS構造により主電
流を制御するMOSゲート型電力用半導体素子とその駆
動方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MOS gate type power semiconductor device in which a main current is controlled by a MOS structure, and a driving device therefor.
On how to move .
【0002】[0002]
【従来の技術】高耐圧、大電流の電力用素子におけるゲ
ート駆動には、電圧制御型のものと、電流駆動型のもの
とがあるが、前者の方が望ましい。これは電圧制御型の
方が電流駆動型に比べてより小電流でゲート駆動を行な
えるからである。2. Description of the Related Art There are a voltage control type and a current drive type for a gate drive in a power device having a high withstand voltage and a large current. The former is more preferable. This is because the voltage control type can perform gate drive with a smaller current than the current drive type.
【0003】図29は、従来のMOSゲート型サイリス
タの素子構造を示す断面図である。このサイリスタで
は、高抵抗の第1導電型ベース層701の表面にp型ベ
ース層702が形成され、このp型ベース層702内に
はn型エミッタ層703が選択的に形成されている。ま
た、n型ベース層701の裏面には高濃度のp型エミッ
タ層704が形成されている。n型エミッタ層703上
にはカソード電極7055が、p型エミッタ層704上
にはアノード電極706が設けられている。FIG. 29 is a sectional view showing the element structure of a conventional MOS gate thyristor. In this thyristor, a p-type base layer 702 is formed on the surface of a high-resistance first conductivity type base layer 701, and an n-type emitter layer 703 is selectively formed in the p-type base layer 702. On the back surface of the n-type base layer 701, a high-concentration p-type emitter layer 704 is formed. A cathode electrode 7055 is provided on the n-type emitter layer 703, and an anode electrode 706 is provided on the p-type emitter layer 704.
【0004】p型ベース層702内のn型エミッタ層7
03から所定距離離れた位置にはn型ドレイン層707
が形成されている。このn型ドレイン層707とn型エ
ミッタ層703との間のp型ベース層702上には、ゲ
ート絶縁膜709を介してゲート電極710が配設され
ている。このゲート電極710はターンオフ用であっ
て、このn型エミッタ層703をソースとするnチャネ
ルMOSFETが構成されている。なお、n型ドレイン
層707にコンタクトするドレイン電極708は、同時
にp型ベース層702にもコンタクトしており、p型ベ
ース層702とn型ドレイン層707がこのドレイン電
極708により短絡している。The n-type emitter layer 7 in the p-type base layer 702
03 at a predetermined distance from the n-type drain layer 707.
Are formed. On the p-type base layer 702 between the n-type drain layer 707 and the n-type emitter layer 703, a gate electrode 710 is provided via a gate insulating film 709. The gate electrode 710 is for turning off, and an n-channel MOSFET having the n-type emitter layer 703 as a source is configured. Note that the drain electrode 708 in contact with the n-type drain layer 707 is also in contact with the p-type base layer 702, and the p-type base layer 702 and the n-type drain layer 707 are short-circuited by the drain electrode 708.
【0005】ターンオン用のゲート電極は図では示され
ていないが、例えば、選択的に拡散形成されるp型ベー
ス層702の周辺部に、ターンオフ用と同様にMOS構
造をもって形成される。Although a gate electrode for turn-on is not shown in the drawing, it is formed, for example, in the periphery of a p-type base layer 702 which is selectively diffused and formed, with a MOS structure as in the case of turn-off.
【0006】このような構造のMOSゲート型サイリス
タをターンオフするには、ゲート電極710にカソード
に対して正の電圧を印加する。これにより、ゲート電極
710の下にnチャネルが形成され、p型ベース層70
2から直接n型エミッタ層703に流れ込んでいたホー
ル電流の一部が、図に破線で示すようにドレイン電極7
08から吸い出され、n型ドレイン層707を通り、ゲ
ート電極710の下のnチャンネルを通って、n型エミ
ッタ層703からカソード電極705にバイパスするよ
うになる。このホール電流のバイパスによってやがてn
型エミッタ層703からp型ベース層702への電子の
注入が止まり、このサイリスタはターンオフする。In order to turn off the MOS gate thyristor having such a structure, a positive voltage is applied to the gate electrode 710 with respect to the cathode. As a result, an n-channel is formed below the gate electrode 710 and the p-type base layer 70 is formed.
2, a part of the hole current directly flowing into the n-type emitter layer 703 from the drain electrode 7
08, passes through the n-type drain layer 707, passes through the n-channel below the gate electrode 710, and bypasses from the n-type emitter layer 703 to the cathode electrode 705. Eventually, the bypass of the hole current will cause n
The injection of electrons from the p-type base layer 702 from the p-type emitter layer 703 stops, and the thyristor turns off.
【0007】しかしながら、この従来構造のMOSゲー
ト型サイリスタにあっては、十分なターンオフ能力が得
られないという問題があった。これは、図29に破線で
示したホール電流バイパス経路の抵抗に原因がある。However, the conventional MOS gate type thyristor has a problem that a sufficient turn-off capability cannot be obtained. This is due to the resistance of the hole current bypass path indicated by the broken line in FIG.
【0008】すなわち、ホール電流バイパス経路の抵抗
は、主要にはp型ベース層702の横方向抵抗とMOS
ゲート電極710下のnチャネルのオン抵抗であり、こ
れらの抵抗とバイパス電流により決る電圧降下が、n型
エミッタ層703とp型ベース層702のビルトイン電
圧以上になると、n型エミッタ層703からの電子注入
が止まらないことになる。したがって、アノード電流
(主電流)が大きくなると、ターンオフできなくなって
しまう。That is, the resistance of the hole current bypass path mainly depends on the lateral resistance of the p-type base layer 702 and the MOS resistance.
This is the on-resistance of the n-channel below the gate electrode 710. When the voltage drop determined by these resistances and the bypass current becomes equal to or higher than the built-in voltage of the n-type emitter layer 703 and the p-type base layer 702, the n-type emitter layer 703 Electron injection will not stop. Therefore, when the anode current (main current) becomes large, it becomes impossible to turn off.
【0009】図59は、従来のMOSゲート型電力用半
導体素子(MCT)の構造を示す断面図である。(IE
DM89,p.297−300,“Design As
pects of MOS Controlled T
hyristor Elements”)図中、100
1は高濃度のp型エミッタ層を示しており、このp型エ
ミッタ層1001に接して低濃度のn型ベース層100
2が形成されている。このn型ベース層1002の表面
にはp型ベース層1003が選択的に形成され、このp
型ベース層1003の表面には高濃度のn型エミッタ層
1004が選択的に拡散形成されている。FIG. 59 is a sectional view showing a structure of a conventional MOS gate type power semiconductor device (MCT). (IE
DM89, p. 297-300, "Design As
figures of MOS Controlled T
Hyster element "), 100 in the figure
Reference numeral 1 denotes a high-concentration p-type emitter layer, which is in contact with the p-type emitter layer 1001 and has a low-concentration n-type base layer 100.
2 are formed. On the surface of the n-type base layer 1002, a p-type base layer 1003 is selectively formed.
A high concentration n-type emitter layer 1004 is selectively diffused on the surface of the mold base layer 1003.
【0010】p型エミッタ層1001にはアノード電極
1005が、n型エミッタ層1004にはカソード電極
1006が設けられている。An anode electrode 1005 is provided on the p-type emitter layer 1001, and a cathode electrode 1006 is provided on the n-type emitter layer 1004.
【0011】n型エミッタ層1004の表面には高濃度
のp型ソース層1007が選択的に形成され、このp型
ソース層1007とn型ベース層1002により挟まれ
た領域のp型ベース層1003およびn型エミッタ層1
004上には、ゲート絶縁膜1012を介して、ゲート
電極1013が形成されており、領域CH1をチャネル
領域とするターンオフ用のpチャネルMISFETが構
成されている。A high-concentration p-type source layer 1007 is selectively formed on the surface of n-type emitter layer 1004, and p-type base layer 1003 in a region sandwiched between p-type source layer 1007 and n-type base layer 1002. And n-type emitter layer 1
On 004, a gate electrode 1013 is formed via a gate insulating film 1012, and a turn-off p-channel MISFET having the region CH1 as a channel region is formed.
【0012】p型ソース層1007はカソード電極10
06によってnエミッタ層1004と短絡されている。
また、ゲート電極1013は、n型エミッタ層1004
とp型ベース層1003とn型ベース層1002より構
成されるターンオン用のnチャネルMISFETのゲー
ト電極も兼ねている。The p-type source layer 1007 is a cathode electrode 10
06 is short-circuited with the n-emitter layer 1004.
In addition, the gate electrode 1013 is an n-type emitter layer 1004
And a gate electrode of a turn-on n-channel MISFET composed of the p-type base layer 1003 and the n-type base layer 1002.
【0013】この素子(MCT)の動作は以下の通りで
ある。The operation of this device (MCT) is as follows.
【0014】ターンオン時は、ゲート電極1013にカ
ソードに対して正の電圧が印加される。これにより、ゲ
ート電極1013下のチャネル領域CH2が導通状態と
なり、n型エミッタ層1004からn型ベース層100
2に電子が注入されて、素子がターンオンする。At turn-on, a positive voltage is applied to the gate electrode 1013 with respect to the cathode. As a result, the channel region CH2 below the gate electrode 1013 becomes conductive, and the n-type emitter layer 1004 moves from the n-type base layer 100
Electrons are injected into 2 to turn on the device.
【0015】一方、ターンオフ時は、ゲート電極101
3に負の電圧が印加される。これにより、ゲート電極1
013下のチャネル領域CH1が導通状態となり、p型
ベース層1003から直接n型エミッタ層1004に流
れ込んでいた正孔電流の一部が、p型ソース層1007
からカソード電極1006にバイパスするようになる。
この正孔電流のバイパスによってやがてn型エミッタ層
1004からp型ベース層1003への電子注入が止ま
って、素子はターンオフする。On the other hand, at the time of turn-off, the gate electrode 101
3, a negative voltage is applied. Thereby, the gate electrode 1
The channel region CH1 below the channel region 013 becomes conductive, and part of the hole current flowing directly from the p-type base layer 1003 to the n-type emitter layer 1004 is changed to the p-type source layer 1007.
From the cathode electrode 1006.
By the hole current bypass, electron injection from the n-type emitter layer 1004 to the p-type base layer 1003 eventually stops, and the device is turned off.
【0016】しかしながら、このような従来のMCTに
は、十分なターンオフ能力が得られないという問題があ
った。However, such a conventional MCT has a problem that a sufficient turn-off capability cannot be obtained.
【0017】これは以下のような理由による。This is based on the following reasons.
【0018】ターンオフ能力は、n型エミッタ層100
4とp型ベース層1003よりなるエミッタ接合のpn
接合電位(ビルトイン電圧)によって大きく左右され
る。このため、ターンオフの際に、n型エミッタ層10
04直下の正孔バイパス電流による電圧降下がエミッタ
接合電位の0.7V(シリコンの場合)を越えると、n
型エミッタ層1004からの電子注入が止まらず、ラッ
チアップ状態のままとなりゲートコントロールが不可能
となって破壊に至る。The turn-off capability of the n-type emitter layer 100
4 and the pn of the emitter junction composed of the p-type base layer 1003
It largely depends on the junction potential (built-in voltage). Therefore, at the time of turn-off, the n-type emitter layer 10
When the voltage drop due to the hole bypass current immediately below the voltage V.04 exceeds the emitter junction potential of 0.7 V (in the case of silicon), n
Electron injection from the mold emitter layer 1004 does not stop and remains in a latch-up state, making gate control impossible and leading to destruction.
【0019】ここで、比例係数をα、正孔電流バイパス
経路の抵抗をRp 、ベース・カソード破壊電圧をVBKで
表すと、素子の最大ターンオフ電流ITGQMは、 ITGQM=α(VBK/Rp ) (1) VBK=VJ =0.7(V) (2) となる。Here, assuming that the proportional coefficient is α, the resistance of the hole current bypass path is Rp, and the base-cathode breakdown voltage is V BK , the maximum turn-off current I TGQM of the device is I TGQM = α (V BK / rp) (1) V BK = V J = 0.7 (V) becomes (2).
【0020】ここで、正孔電流バイパス経路Rp は主
に、p型ベース層1003の横方向抵抗および絶縁ゲー
ト電極1013直下のチャネル抵抗であり、これらの抵
抗を低減することによってITGQMの向上を図ることが可
能である。Here, the hole current bypass path Rp is mainly a lateral resistance of the p-type base layer 1003 and a channel resistance immediately below the insulated gate electrode 1013. By reducing these resistances, the I TGQM can be improved. It is possible to plan.
【0021】しかしながら、それらの抵抗はn型エミッ
タ層1004の幅やゲート電極1013の幅に依存する
ため、構造の微細化が必須になるが、それは至って困難
である。したがって、従来のMCTでは、十分なターン
オフ能力は得られていなかった。However, since their resistance depends on the width of the n-type emitter layer 1004 and the width of the gate electrode 1013, miniaturization of the structure is indispensable, but it is extremely difficult. Therefore, sufficient turn-off capability has not been obtained with the conventional MCT.
【0022】[0022]
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のM
OSゲート型サイリスタにあっては、主電流が大きくな
ると、バイパス経路抵抗とバイパス電流とにより生じる
電圧降下によって、n型エミッタ層からの電子注入が止
まらなくなり、ターンオフできなくなるという問題があ
った。As described above, the conventional M
In the OS gate type thyristor, when the main current becomes large, there is a problem that the voltage drop caused by the bypass path resistance and the bypass current makes it impossible to stop the electron injection from the n-type emitter layer and to make it impossible to turn off.
【0023】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、従来よりもターンオフ
能力に優れたMOSゲート型電力用半導体素子とその駆
動方法を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a MOS gate type power semiconductor device having a superior turn-off capability and a drive device therefor.
It is to provide a moving method .
【0024】[0024]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のMOSゲート型電力用半導体素子(請求
項1)は、第1導電型ベース層の表面に直接または間接
的に接する第2導電型エミッタ層と、この第2導電型エ
ミッタ層と反対側の前記nベース層の表面に選択的に形
成された第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形成された第1導電型エミッタ層
と、前記第2導電型ベース層の表面に選択的に形成され
た第1導電型ソース層と、前記第1導電型エミッタ層と
前記第1導電型ソース層との間の前記第2導電型ベース
層の表面に選択的に形成された第1導電型ドレイン層
と、前記第1導電型ベース層と前記第1導電型エミッタ
層とで挟まれた前記第2導電型ベース層上に、第1のゲ
ート絶縁膜を介して配設された第1のゲート電極と、前
記第1導電型ドレイン層と前記第1導電型ソース層とで
挟まれた前記第2導電型ベース層上に、第2のゲート絶
縁膜を介して配設された第2のゲート電極と、前記第2
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導電型エミッタ層に設けられた第2の主電極と、前記
第2導電型ベース層および前記第1導電型ドレイン層に
設けられたドレイン電極と、前記第1導電型ソース層に
設けられ、前記第2の主電極と接続されたソース電極と
を備え、前記第1のゲート電極を取り囲むように前記第
1導電型エミッタ層および前記第2の主電極が形成さ
れ、前記第1導電型エミッタ層および前記第2の主電極
を取り囲むように前記第1導電型ドレイン層および前記
ドレイン電極が形成され、前記第1導電型ドレイン層お
よび前記ドレイン電極を取り囲むように前記第2のゲー
ト電極が形成され、前記第2のゲート電極を取り囲むよ
うに前記第1導電型ソース層および前記ソース電極が形
成されていることを特徴とする。To achieve the above object, a MOS gate type power semiconductor device of the present invention (Claim 1) is in direct or indirect contact with the surface of a first conductivity type base layer. A second conductivity type emitter layer, a second conductivity type base layer selectively formed on the surface of the n base layer opposite to the second conductivity type emitter layer, and a second conductivity type base layer on the surface of the second conductivity type base layer. A first conductivity type emitter layer selectively formed, a first conductivity type source layer selectively formed on a surface of the second conductivity type base layer, the first conductivity type emitter layer, and the first conductivity type; A first conductivity type drain layer selectively formed on a surface of the second conductivity type base layer between the first conductivity type base layer and the first conductivity type base layer and the first conductivity type emitter layer; Over the second conductivity type base layer via a first gate insulating film. And a second gate insulating film interposed between the first gate electrode and the second conductive type base layer sandwiched between the first conductive type drain layer and the first conductive type source layer. The second gate electrode and the second
A first main electrode provided on the conductive type emitter layer; a second main electrode provided on the first conductive type emitter layer; and a second main electrode provided on the second conductive type base layer and the first conductive type drain layer. And a source electrode provided on the first conductivity type source layer and connected to the second main electrode, wherein the first conductivity type emitter layer surrounds the first gate electrode. And the second main electrode is formed, and the first conductivity type drain layer and the drain electrode are formed so as to surround the first conductivity type emitter layer and the second main electrode. The second gate electrode is formed so as to surround a layer and the drain electrode, and the first conductivity type source layer and the source electrode are formed so as to surround the second gate electrode. And butterflies.
【0025】本発明の他のMOSゲート型電力用半導体
素子(請求項2)は、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直接または間接的に接し、第1
の主電極が設けられた第2導電型エミッタ層と、この第
2導電型エミッタ層と反対側の前記第1導電型ベース層
の表面に選択的に形成された第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形成された第1
導電型エミッタ層と、この第1導電型エミッタ層の表面
に選択的に形成され、ソース電極が設けられた第2導電
型ソース層と、この第2導電型ソース層と前記第1導電
型ベース層とで挟まれた前記第2導電型ベース層および
前記第1導電型エミッタ層上に、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導電型エミッタ層の
表面に選択的に形成され、前記ソース電極に接続する第
2の主電極が設けられた第1導電型抵抗半導体層とを具
備してなることを特徴とする。本発明の他のMOSゲー
ト型電力用半導体素子(請求項3)は、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直接または間
接的に接し、第1の主電極が設けられた第2導電型エミ
ッタ層と、この第2導電型エミッタ層と反対側の前記第
1導電型ベース層の表面に選択的に形成された第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
に形成され、第2の主電極が設けられた第1導電型エミ
ッタ層と、この第1導電型エミッタ層の表面に選択的に
形成され、前記第2の主電極に接続するソース電極が設
けられた第2導電型ソース層と、この第2導電型ソース
層と前記第1導電型ベース層とで挟まれた前記第2導電
型ベース層および前記第1導電型エミッタ層上に、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
電型ベース層の表面に選択的に形成された第2導電型半
導体層と、この第2導電型半導体層に設けられ、前記第
2の主電極に接続する第1のコンタクト電極と、前記第
2導電型半導体層に設けられ、前記ソース電極に接続す
る第2のコンタクト電極とを具備してなることを特徴と
する。[0025] Another MOS gate type power semiconductor device of the present invention (claim 2) is a first conductivity type base layer and a first conductive type base layer.
Directly or indirectly against the surface of the conductive base layer, the first
A second conductivity type emitter layer provided with a main electrode of
The first conductivity type base layer opposite to the two conductivity type emitter layer
A second conductivity type base layer selectively formed on the surface of
Of the first conductive type selectively formed on the surface of the second conductive type base layer.
Conductive emitter layer and surface of first conductive emitter layer
Second conductive layer selectively formed on the substrate and provided with a source electrode
Source layer, the second conductive type source layer and the first conductive type.
The second conductivity type base layer sandwiched between the mold base layer and
On the first conductivity type emitter layer via a gate insulating film
A gate electrode provided and a first conductive type emitter layer.
A second electrode selectively formed on the surface and connected to the source electrode;
And a first conductive type resistance semiconductor layer provided with two main electrodes . Another MOS gate type power semiconductor device of the present invention (Claim 3) is that a first conductive type base layer and a surface of the first conductive type base layer are directly or interposed on the first conductive type base layer.
A second conductivity type emitter that is in direct contact with the first main electrode.
And the second conductive type emitter layer.
Second conductivity selectively formed on the surface of one conductivity type base layer
Selectively on the surface of the base layer and the second conductive type base layer.
And a first conductivity type emitter provided with a second main electrode.
Selectively on the surface of the first conductive type emitter layer.
And a source electrode connected to the second main electrode.
A second conductivity type source layer, and a second conductivity type source layer.
The second conductive layer sandwiched between a layer and the first conductive type base layer
A gate is formed on the base layer and the emitter layer of the first conductivity type.
A gate electrode provided through a gate insulating film;
A second conductive type half selectively formed on the surface of the conductive type base layer
A conductive layer, the second conductive type semiconductor layer,
A first contact electrode connected to the second main electrode;
A second conductive type semiconductor layer connected to the source electrode;
And a second contact electrode .
【0026】[0026]
【作用】本発明(請求項1)によれば、ターンオフの際
に、第2のゲート電極に所定レベルの電圧を印加して、
第2のゲート電極に下部の第2導電型ベース層の表面に
チャネルを形成すれば、第2導電型エミッタ層の多数キ
ャリアと同極性の素子内のキャリアは、第1導電型ベー
ス層、第2導電型ベース層、ドレイン電極、第1導電型
ドレイン層、上記チャネル、第1導電型ソース層、ソー
ス電極というバイパス経路で素子外に排出される。この
ため、従来に比べて、上記バイパス経路における第2導
電型ベース層の横方向抵抗が減少する。According to the present invention (claim 1), at the time of turn-off, a voltage of a predetermined level is applied to the second gate electrode,
If a channel is formed on the surface of the second conductive type base layer below the second gate electrode, the carriers in the device having the same polarity as the majority carrier of the second conductive type emitter layer will be the first conductive type base layer and the second conductive type base layer. The gas is discharged out of the device through a bypass path including a two-conductivity type base layer, a drain electrode, a first conductivity type drain layer, the channel, the first conductivity type source layer, and a source electrode. Therefore, the lateral resistance of the second conductivity type base layer in the bypass path is reduced as compared with the related art.
【0027】更に、第1導電型ドレイン層、第1導電型
ソース層、第2のゲート電極10等で構成されたMOS
FETは、第1導電型エミッタ層を取り囲むように形成
されているので、そのチャネル幅が従来より広くなり、
ターンオフ時のチャネル抵抗が低減する。Further, a MOS composed of a first conductivity type drain layer, a first conductivity type source layer, a second gate electrode 10 and the like.
Since the FET is formed so as to surround the first conductivity type emitter layer, its channel width becomes wider than before,
Channel resistance at turn-off is reduced.
【0028】したがって、本発明によれば、バイパス経
路の抵抗およびチャネル抵抗を低減でき、ターンオフ特
性を大幅に改善できるようになる。Therefore, according to the present invention, the resistance of the bypass path and the channel resistance can be reduced, and the turn-off characteristics can be greatly improved.
【0029】また、本発明(請求項2)によれば、第1
導電型エミッタ層の表面に形成された第1導電型疑似抵
抗半導体層により、第1導電型エミッタ層と第2の主電
極との間に抵抗体が存在することになるので、オン状態
における第1導電型エミッタ層の電位が上昇する。According to the present invention (claim 2 ), the first
The first conductive type pseudo-resistive semiconductor layer formed on the surface of the conductive type emitter layer causes a resistor to be present between the first conductive type emitter layer and the second main electrode. The potential of the one conductivity type emitter layer increases.
【0030】この結果、ターンオフの際には第1導電型
エミッタ層直下の第2導電型ベース層の横方向抵抗と、
同層の多数キャリアと同極性のキャリアのバイパス電流
とによる電圧降下が、第1導電型エミッタ層と第2導電
型ベース層との間のビルトイン電圧を越えても、その越
えたレベルの分が第1導電型疑似抵抗半導体層による電
位上昇以内であれば、第1導電型エミッタ層の多数キャ
リアと同極性のキャリアの注入を止めることができる。As a result, at the time of turn-off, the lateral resistance of the second conductivity type base layer immediately below the first conductivity type emitter layer and
Even if the voltage drop due to the majority current of the same layer and the bypass current of the carrier having the same polarity exceeds the built-in voltage between the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type base layer, the level of the level exceeding the built-in voltage is not exceeded. The injection of carriers having the same polarity as the majority carrier in the first conductivity type emitter layer can be stopped within the potential rise due to the first conductivity type pseudo-resistance semiconductor layer.
【0031】したがって、本発明によれば、素子を微細
化しなくても、十分なターンオフ能力が得られるように
なる。Therefore, according to the present invention, a sufficient turn-off capability can be obtained without miniaturizing the element.
【0032】また、本発明(請求項3)によれば、第1
導電型エミッタ層、第2の主電極、第1のコンタクト電
極、第2導電型半導体層という経路で、第2導電型エミ
ッタ層の多数キャリアと同極性のキャリアが流れるの
で、オン状態における第1導電型エミッタ層の電位が上
昇する。According to the present invention (claim 3 ), the first
Carriers having the same polarity as the majority carrier of the second conductivity type emitter layer flow through the path of the conductivity type emitter layer, the second main electrode, the first contact electrode, and the second conductivity type semiconductor layer. The potential of the conductive type emitter layer increases.
【0033】したがって、本発明によれば、上記本発明
(請求項2)の場合と同様に、素子を微細化しなくて
も、十分なターンオフ能力が得られるようになる。Therefore, according to the present invention, as in the case of the present invention (claim 2 ), a sufficient turn-off capability can be obtained without miniaturizing the element.
【0034】[0034]
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。Embodiments will be described below with reference to the drawings.
【0035】図1は、本発明の第1の実施例に係るMO
Sゲート型サイリスタの平面図、図2は、図1のA−
A′断面図である。FIG. 1 shows an MO according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the S-gate thyristor, and FIG.
It is A 'sectional drawing.
【0036】図中、101は高抵抗のn型ベース層を示
しており、このn型ベース層101の表面にはp型ベー
ス層102が選択的に形成されている。このp型ベース
層102の表面には高濃度のn型エミッタ層103が選
択的に形成されている。In the drawing, reference numeral 101 denotes a high-resistance n-type base layer. On the surface of the n-type base layer 101, a p-type base layer 102 is selectively formed. On the surface of the p-type base layer 102, a high-concentration n-type emitter layer 103 is selectively formed.
【0037】このn型エミッタ層103とn型ベース層
101との間のp型ベース層102上には、ゲート絶縁
膜123を介して、ゲート電極124が形成されてお
り、このゲート電極124、n型エミッタ層103等に
よってターンオン用MOSFETが構成されている。A gate electrode 124 is formed on the p-type base layer 102 between the n-type emitter layer 103 and the n-type base layer 101 with a gate insulating film 123 interposed therebetween. A turn-on MOSFET is formed by the n-type emitter layer 103 and the like.
【0038】また、p型ベース層102の表面には高濃
度のn型ドレイン層107が選択的に形成され、このn
型ドレイン層107にはドレイン電極108が設けられ
ている、このドレイン電極108はn型ドレイン層10
7およびp型ベース層102の両方にコンタクトしてい
る。すなわち、n型ドレイン層107はドレイン電極1
08によりp型ベース層102と短絡している。On the surface of the p-type base layer 102, a high-concentration n-type drain layer 107 is selectively formed.
A drain electrode 108 is provided on the n-type drain layer 107.
7 and the p-type base layer 102. That is, the n-type drain layer 107 is
08 is short-circuited with the p-type base layer 102.
【0039】また、n型ドレイン層107から所定距離
離れたp型ベース層102の表面には、、高濃度のn型
ソース層111が選択的に形成されている。このn型ソ
ース層111とnドレイン層107と間のp型ベース層
2上には、ゲート絶縁膜109を介して、ゲート電極1
10が配設されている。A high-concentration n-type source layer 111 is selectively formed on the surface of the p-type base layer 102 at a predetermined distance from the n-type drain layer 107. On the p-type base layer 2 between the n-type source layer 111 and the n-drain layer 107, the gate electrode 1
10 are provided.
【0040】また、n型ソース層111に設けられたソ
ース電極112は、カソード電極105と一体的に形成
され、つまり、カソード電極105と電気的に接続され
ている。また、ソース電極112は、ドレイン電極10
8と同様に、p型ベース層102にも同時にコンタクト
するように配設されている。なお、ソース電極112は
n型ソース層111のみにコンタクトするように配設さ
れていても良い。The source electrode 112 provided on the n-type source layer 111 is formed integrally with the cathode electrode 105, that is, is electrically connected to the cathode electrode 105. The source electrode 112 is connected to the drain electrode 10
Like FIG. 8, the p-type base layer 102 is provided so as to be in contact with the p-type base layer 102 at the same time. Note that the source electrode 112 may be provided so as to contact only the n-type source layer 111.
【0041】上記ゲート電極110、n型ドレイン層1
07、n型ソース層111等によってターンオフ用MO
SFETが形成され、このターンオフ用MOSFET
は、図1に示すように、n型エミッタ層103を取り囲
むような構造になっている。The gate electrode 110 and the n-type drain layer 1
07, MO for turn-off by n-type source layer 111, etc.
An SFET is formed and this turn-off MOSFET
Has a structure surrounding the n-type emitter layer 103 as shown in FIG.
【0042】すなわち、ゲート電極124を取り囲むよ
うにn型エミッタ層103およびカソード電極105が
形成され、n型エミッタ層103およびカソード電極1
05を取り囲むようにn型ドレイン層107およびドレ
イン電極108が形成され、n型ドレイン層107およ
びドレイン電極108を取り囲むようにゲート電極11
0が形成され、ゲート電極110を取り囲むようにn型
ソース層111およびソース電極112が形成されてい
る。That is, n-type emitter layer 103 and cathode electrode 105 are formed so as to surround gate electrode 124, and n-type emitter layer 103 and cathode electrode 1 are formed.
The n-type drain layer 107 and the drain electrode 108 are formed so as to surround the n-type drain layer 107 and the gate electrode 11 so as to surround the n-type drain layer 107 and the drain electrode 108.
0 is formed, and an n-type source layer 111 and a source electrode 112 are formed so as to surround the gate electrode 110.
【0043】一方、n型ベース層101の裏面には、高
濃度のp型エミッタ層104が形成されており、このp
型エミッタ層104にはアノード電極106が配設され
ている。なお、n型ベース層101に直接接するp型エ
ミッタ層104を形成する代わりに、n型ベース層10
1とp型エミッタ層104との間にn型バッファ層を設
け、n型ベース層101に間接的に接するp型エミッタ
層104を形成しても良い。On the other hand, on the back surface of the n-type base layer 101, a high-concentration p-type emitter layer 104 is formed.
An anode electrode 106 is provided on the mold emitter layer 104. Note that instead of forming the p-type emitter layer 104 directly in contact with the n-type base layer 101, the n-type base layer 10
An n-type buffer layer may be provided between 1 and the p-type emitter layer 104, and the p-type emitter layer 104 in indirect contact with the n-type base layer 101 may be formed.
【0044】本実施例のMOSゲート型サイリスタは、
図3に示すようなタイムチャートに従ったゲート駆動法
により、従来よりも、ターンオフ電流を増加させること
ができる。The MOS gate type thyristor of this embodiment is
By the gate driving method according to the time chart shown in FIG. 3, the turn-off current can be increased as compared with the conventional case.
【0045】すなわち、ターンオン用MOSFETをオ
ン状態にするために、ゲート電極124(G1)にカソ
ードに対して正の電圧を印加した後、時間Δt1 後にゲ
ート電極110(G2)にカソードに対して正の電圧を
印加する。なお、ターンオン用MOSFETのゲート電
極124は、ターンオンからターンオフまでの間ずっと
正の電圧を印加しておいても良い。[0045] That is, in order to turn-on MOSFET is in the ON state, after applying a positive voltage relative to the cathode to the gate electrode 124 (G1), relative to the cathode to the gate electrode 110 (G2) after a time Delta] t 1 Apply a positive voltage. Note that a positive voltage may be applied to the gate electrode 124 of the turn-on MOSFET from turn-on to turn-off.
【0046】図2には、ゲート電極110をオン状態に
したときの電子電流が実線で、そして、ホール電流のバ
イパス経路が破線で示されている。ホール電流は、図示
のように、n型エミッタ層103の直ぐ近くでドレイン
電極108に吸い出され、ゲート電極110下部のnチ
ャネルを通りソース電極112から素子外に排出され
る。In FIG. 2, the electron current when the gate electrode 110 is turned on is shown by a solid line, and the bypass path of the hole current is shown by a broken line. As shown in the figure, the hole current is sucked into the drain electrode 108 in the immediate vicinity of the n-type emitter layer 103, and is discharged from the source electrode 112 to the outside of the device through the n-channel below the gate electrode 110.
【0047】このような電流の経路はIGBTのそれと
同じであるので、ゲート電極110に正の電圧を印加し
た後、一定時間後(Δt2 後)に、ターンオン用MOS
FETをオフ状態にすると、電子の注入が停止して素子
はオフする。Since the path of such a current is the same as that of the IGBT, after a positive voltage is applied to the gate electrode 110, after a certain time (after Δt 2 ), the turn-on MOS transistor is turned on.
When the FET is turned off, the injection of electrons is stopped and the device is turned off.
【0048】このようなゲート駆動法によれば、ターン
オフ時の電子電流の流れを均一にできるため、従来のゲ
ート駆動法の場合に比べて、電子電流の導通領域の縮少
によるターンオフ電流の低下が遥かに少なくなる。According to such a gate driving method, the flow of the electron current at the time of turn-off can be made uniform, so that the turn-off current is reduced due to the reduction of the conduction region of the electron current as compared with the conventional gate driving method. Is much less.
【0049】更に、本実施例のMOSゲート型サイリス
タの場合は、図29の従来の場合とは異なり、そのホー
ル電流のバイパス経路には、オフ用MOSFETのp型
ベース層102の横方向抵抗が入らない。Further, in the case of the MOS gate type thyristor of this embodiment, unlike the conventional case of FIG. 29, the lateral resistance of the p-type base layer 102 of the off MOSFET is provided in the bypass path of the hole current. Do not fit.
【0050】しかも、ターンオフ用MOSFETは、n
型エミッタ層103を取り囲むように形成されているた
め、従来よりも、チャネル幅が大きくなり、ターンオフ
時のチャネル抵抗が十分に小さくなる。Further, the turn-off MOSFET is n
Since it is formed so as to surround the mold emitter layer 103, the channel width becomes larger than before, and the channel resistance at the time of turn-off becomes sufficiently small.
【0051】したがって、本実施例によれば、従来より
も大きなターンオフ電流を得ることができるようにな
る。Therefore, according to the present embodiment, it is possible to obtain a larger turn-off current than in the prior art.
【0052】図4は、本実施例のn型ソース層111、
ソース電極112、p型ベース層102との関係を示す
図であり、図4(a)、図4(b)はそれぞれこれらの
関係を示す平面図、断面図である。この図4に示すよう
に、ソース電極112は全領域でp型ベース層102
(n型ソース層111)に短絡している。FIG. 4 shows the n-type source layer 111 of this embodiment.
4A and 4B are a plan view and a cross-sectional view illustrating the relationship between the source electrode 112 and the p-type base layer 102, respectively. As shown in FIG. 4, the source electrode 112 has a p-type base layer 102 in all regions.
(N-type source layer 111).
【0053】n型ソース層111、ソース電極112、
p型ベース層102との関係は以下のようなものであっ
ても良い。すなわち、図5に示すように、ソース層11
2は一部の領域のみでp型ベース層1022に短絡され
ていても良い。なお、図5において、A−A´断面図は
図4のそれと同じである。The n-type source layer 111, the source electrode 112,
The relationship with the p-type base layer 102 may be as follows. That is, as shown in FIG.
2 may be short-circuited to the p-type base layer 1022 only in a part of the region. In FIG. 5, the cross-sectional view taken along the line AA ′ is the same as that in FIG.
【0054】このようにソース電極がp型ベース層に全
体的または部分的に短絡されていても本発明のMOSゲ
ート型サイリスタの動作は同じである。As described above, the operation of the MOS gate thyristor of the present invention is the same even if the source electrode is completely or partially short-circuited to the p-type base layer.
【0055】また、本実施例は以下のように変形しても
良い。すなわち、図1に示したように、本実施例では、
ソース電極112の内側にドレイン電極108を配置
し、このドレイン電極108の内側にカソード電極11
5を配置しているが、その代わりに、ソース電極112
とカソード電極105とを2層Alにより接続しても良
いし、或いはドレイン電極108の一部をカットして配
線しても良い。This embodiment may be modified as follows. That is, as shown in FIG. 1, in the present embodiment,
A drain electrode 108 is disposed inside the source electrode 112, and the cathode electrode 11 is disposed inside the drain electrode 108.
5, but instead of the source electrode 112
And the cathode electrode 105 may be connected by two-layer Al, or a part of the drain electrode 108 may be cut and wired.
【0056】なお、本実施例のように二つのゲート電極
を有する場合には、これらを別々に駆動するという繁雑
さがある。この点を解決したの以下の発明(第2〜第5
の実施例)である。In the case where two gate electrodes are provided as in this embodiment, it is complicated to drive them separately. The following inventions that solve this point (second to fifth aspects)
Example).
【0057】先ず、上記問題点をより詳細に説明する。First, the above problem will be described in more detail.
【0058】図30は、従来の横型MOSゲート型サイ
リスタの素子構造を示す断面図である。FIG. 30 is a sectional view showing the element structure of a conventional lateral MOS gate type thyristor.
【0059】図中、801はシリコン基板、802はシ
リコン酸化膜、803はn型ベース層、804はp型ベ
ース層、805はn型バッファ層、806はp型エミッ
タ層、807はn型エミッタ層、819はn型ソース
層、820はn型ドレイン層を示している。In the figure, 801 is a silicon substrate, 802 is a silicon oxide film, 803 is an n-type base layer, 804 is a p-type base layer, 805 is an n-type buffer layer, 806 is a p-type emitter layer, and 807 is an n-type emitter. 819 denotes an n-type source layer, and 820 denotes an n-type drain layer.
【0060】p型エミッタ層806にはアノード電極8
14が、n型エミッタ層807にはカソード電極816
が、n型ドレイン層820にはカソード電極816と接
続されたドレイン電極815が設けられている。The p-type emitter layer 806 has an anode electrode 8
14 is a cathode electrode 816 on the n-type emitter layer 807.
However, a drain electrode 815 connected to a cathode electrode 816 is provided on the n-type drain layer 820.
【0061】n型ベース層803およびn型バッファ層
805の表面には、フィールド酸化膜809が形成され
ている。n型ベース層803とn型エミッタ層807と
で挟まれたp型ベース層804上には、ゲート絶縁膜8
10を介して、ターンオン用MOSゲート電極811が
配設されている。On the surfaces of n-type base layer 803 and n-type buffer layer 805, a field oxide film 809 is formed. The gate insulating film 8 is formed on the p-type base layer 804 sandwiched between the n-type base layer 803 and the n-type emitter layer 807.
A turn-on MOS gate electrode 811 is provided via the reference numeral 10.
【0062】n型ドレイン層820とn型ソース層81
9とで挟まれたp型ベース層804上には、ゲート絶縁
膜812を介して、ターンオフ用MOSゲート電極81
3が配設されている。また、p型ベース層804とはn
型ソース層819とフローティング電極818により短
絡されている。The n-type drain layer 820 and the n-type source layer 81
9 on the p-type base layer 804 sandwiched between the turn-off MOS gate electrode 81 and the gate insulating film 812.
3 are provided. Also, the p-type base layer 804 is n
It is short-circuited by the mold source layer 819 and the floating electrode 818.
【0063】このように構成された横型MOSゲート型
サイリスタにおいて、ターンオン用MOSゲート電極8
11に正の電圧を印加すると、n型エミッタ層807は
ターンオン用MOSゲート電極811の下のp型ベース
層804の表面に形成されたnチャネルを介してn型ベ
ース層803と短絡し、n型ベース層803内に電子が
注入される。そして、p型エミッタ層806からは、そ
れに見合った量の正孔がn型ベース層803内に注入さ
れて、その結果、サイリスタはターンオンすることにな
る。In the lateral MOS gate thyristor thus configured, the turn-on MOS gate electrode 8
When a positive voltage is applied to the n-type emitter layer 11, the n-type emitter layer 807 is short-circuited to the n-type base layer 803 via the n-channel formed on the surface of the p-type base layer 804 below the turn-on MOS gate electrode 811, Electrons are injected into the mold base layer 803. Then, a corresponding amount of holes is injected from the p-type emitter layer 806 into the n-type base layer 803, and as a result, the thyristor is turned on.
【0064】この横型MOSゲート型サイリスタは、タ
ーンオフ時には、図31に示すようなゲート電圧、素子
電流、並びに素子電圧に関するタイムチャートに従った
ゲート駆動法によりオフされる。When the lateral MOS gate thyristor is turned off, it is turned off by a gate driving method according to a time chart relating to the gate voltage, the device current, and the device voltage as shown in FIG.
【0065】すなわち、ターンオン用MOSゲート電極
811に正の電圧を印加してオン状態にした後、時間t
1後にターンオフ用MOSゲート電極813にも正の電
圧を印加する。なお、ターンオン用MOSゲート電極8
11は、ターンオンからターンオフまでの間ずっと正の
電圧を印加したままにしておいても良い。That is, after a positive voltage is applied to the turn-on MOS gate electrode 811 to turn it on, the time t
One hour later, a positive voltage is also applied to the turn-off MOS gate electrode 813. The turn-on MOS gate electrode 8
In step 11, a positive voltage may be kept applied from turn-on to turn-off.
【0066】図30において、ターンオフ用MOSゲー
ト電極813をオン状態にしたときの電子電流を実線
で、正孔電流のバイパス経路を波線で示している。n型
エミッタ層807内の正孔電流は、図示のように、フロ
ーティング電極818から吸い出され、ターンオフ用M
OSゲート電極813下のチャネルを通りドレイン電極
815から素子外に排出される。In FIG. 30, an electron current when the turn-off MOS gate electrode 813 is turned on is indicated by a solid line, and a hole current bypass path is indicated by a broken line. The hole current in the n-type emitter layer 807 is sucked out from the floating electrode 818 as shown in FIG.
The light is discharged from the drain electrode 815 to the outside of the device through a channel below the OS gate electrode 813.
【0067】このような電流の経路は、いわゆる、IG
BTの場合と同じである。したがって、ターンオフ用M
OSゲート電極813に正の電圧を印加した後、一定時
間後(t2後)に、ターンオン用MOSゲート電極81
1に印加電圧を下げると、電子の注入が止まり素子はオ
フする。Such a current path is a so-called IG
It is the same as in the case of BT. Therefore, turn-off M
After applying a positive voltage to the OS gate electrode 813, after a certain time (after t2), the turn-on MOS gate electrode 81
When the applied voltage is reduced to 1, the injection of electrons stops and the element turns off.
【0068】しかしながら、この従来の横型MOSゲー
ト型サイリスタでは、ターンオフ時に2つのゲート電極
を必要とし、ゲート電圧の制御が繁雑になるという問題
があった。However, the conventional lateral MOS gate type thyristor has a problem that two gate electrodes are required at the time of turn-off, and the control of the gate voltage becomes complicated.
【0069】そこで、以下に、このような事情を考慮し
た発明であって、ターンオフ制御が容易なMOSゲート
型電力用半導体素子を得ることを目的とする発明につい
て説明する。Therefore, an invention which takes into account such circumstances and aims at obtaining a MOS gate type power semiconductor element which can be easily turned off will be described below.
【0070】この発明の骨子は、第1導電型ベース層と
直接または間接的に接する第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選択的に形成された第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
択的に形成された第1導電型エミッタ層と、前記第1導
電型エミッタ層の表面に、または前記第1導電型ベース
層の表面に選択的に形成された第2導電型ドレイン層
と、前記第1導電型ベース層と前記第1導電型エミッタ
層とで挟まれた前記第2導電型ベース層上に、第1のゲ
ート絶縁膜を介して配設された第1のゲート電極と、
前記第2導電型ベース層と前記第2導電型ドレイン層と
で挟まれた、前記第1導電型エミッタ層または前記第1
導電型ベース層上に、第2のゲート絶縁膜を介して配設
され、前記第1のゲート電極と接続された第2のゲート
電極と、前記第2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導電型エミッタ層に設けられた第2
の主電極と、前記第2導電型ドレイン層に設けられ、前
記第2の主電極と接続されたドレイン電極とを具備して
なり、前記第1導電型エミッタ層、前記第2導電型ベー
ス層、前記第1導電型ベース層、前記第1のゲート絶縁
膜および前記第1のゲート電極とからなる第1導電型チ
ャネルMOSFET、並びに前記第2導電型ドレイン
層、前記第1導電型ベース層または前記第1導電型エミ
ッタ層、前記第2導電型ベース層、前記第2のゲート絶
縁膜および前記第2のゲート電極とからなる第2導電型
チャネルMOSFETの少なくとも一方がノーマリオン
型であり、且つ前記第1導電型チャネルMOSFETの
しきい値電圧が前記第2導電型MOSFETのそれより
低いことにある。The gist of the present invention is that a second conductive type emitter layer which is in direct or indirect contact with the first conductive type base layer, and a second conductive type selectively formed on the surface of the first conductive type base layer.
A conductive type base layer; a first conductive type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductive type base layer; and a surface of the first conductive type emitter layer or the first conductive type base layer. A first gate is formed on a second conductivity type drain layer selectively formed on the surface and on the second conductivity type base layer sandwiched between the first conductivity type base layer and the first conductivity type emitter layer. A first gate electrode provided via an insulating film;
The first conductivity type emitter layer or the first conductivity type emitter layer sandwiched between the second conductivity type base layer and the second conductivity type drain layer.
A second gate electrode provided on the conductive type base layer via a second gate insulating film and connected to the first gate electrode; and a first gate electrode provided on the second conductive type emitter layer. And a second electrode provided on the first conductivity type emitter layer.
And a drain electrode provided on the second conductivity type drain layer and connected to the second main electrode, wherein the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type base layer are provided. A first conductivity type channel MOSFET including the first conductivity type base layer, the first gate insulating film and the first gate electrode, and the second conductivity type drain layer, the first conductivity type base layer, or At least one of a second conductivity type channel MOSFET including the first conductivity type emitter layer, the second conductivity type base layer, the second gate insulating film, and the second gate electrode is a normally-on type, and The threshold voltage of the first conductivity type channel MOSFET is lower than that of the second conductivity type MOSFET.
【0071】このような発明によれば、第1導電型チャ
ネルMOSFETの第1のゲート電極と第1導電型チャ
ネルMOSFETの第2のゲート電極とが接続されてい
るので、ゲート電極は実質的に一個になり、素子のオン
/オフ動作が制御が容易になる。According to such an invention, since the first gate electrode of the first conductivity type channel MOSFET and the second gate electrode of the first conductivity type channel MOSFET are connected, the gate electrode is substantially formed. It becomes one, and the on / off operation of the element becomes easy to control.
【0072】具体的には、定常オフ状態にするには、第
1および第2のゲート電極に第1の電圧を印加して、第
2導電型チャネルMOSFETのみを導通状態にしてお
く。また、ターンオンさせるには、第1および第2のゲ
ート電極に第2の電圧を印加して、第1導電型チャネル
MOSFETのみを導通状態にさせる。Specifically, in order to make the steady-state OFF state, a first voltage is applied to the first and second gate electrodes, and only the second conductivity type channel MOSFET is made conductive. In order to turn on, a second voltage is applied to the first and second gate electrodes, and only the first conductivity type channel MOSFET is turned on.
【0073】また、ターンオフさせるには、第1および
第2のゲート電極に第3の電圧を印加して、第1導電型
チャネルMOSFETおよび第2導電型チャネルも不F
ETを導通状態にした後、第1の電圧を印加して第2導
電型チャネルMOSFETのみを導通状態にさせる。To turn off the semiconductor device, a third voltage is applied to the first and second gate electrodes, so that the first conductive type channel MOSFET and the second conductive type channel are also non-F.
After the ET is made conductive, a first voltage is applied to make only the second conductivity type channel MOSFET conductive.
【0074】図6は、本発明の第2の実施例に係る横型
MOSゲート型サイリスタの構造を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a lateral MOS gate thyristor according to a second embodiment of the present invention.
【0075】図中、201はシリコン基板を示してお
り、このシリコン基板201上には、シリコン酸化膜2
02を介して、高抵抗のn型ベース層203が形成さ
れ、このn型ベース層203の表面には、p型ベース層
204、n型バッファ層205が選択的に形成されてい
る。このn型バッファ層205の表面には、高濃度のp
型エミッタ層206が選択的に形成されている。また、
p型ベース層204の表面には、高濃度のn型エミッタ
層207が選択的に形成され、このn型エミッタ層20
7、n型ベース層203、p型ベース層204およびp
型エミッタ層206により、基本的なサイリスタのpn
pn構造が構成されている。In the figure, reference numeral 201 denotes a silicon substrate, on which a silicon oxide film 2 is formed.
A high-resistance n-type base layer 203 is formed via the gate electrode 02, and a p-type base layer 204 and an n-type buffer layer 205 are selectively formed on the surface of the n-type base layer 203. The surface of the n-type buffer layer 205 has a high concentration of p
The mold emitter layer 206 is selectively formed. Also,
On the surface of the p-type base layer 204, a high-concentration n-type emitter layer 207 is selectively formed.
7, n-type base layer 203, p-type base layer 204 and p-type base layer
Type thyristor pn
A pn structure is configured.
【0076】p型ベース層204から所定距離離れたn
型ベース層203の表面には、p型ドレイン層208が
選択的に形成されている。n型ベース層203とn型エ
ミッタ層207との間のp型ベース層204上には、第
1のゲート絶縁膜212を介して、第1のゲート電極2
13が配設されている。An n which is a predetermined distance away from the p-type base layer 204
On the surface of the mold base layer 203, a p-type drain layer 208 is selectively formed. The first gate electrode 2 is formed on the p-type base layer 204 between the n-type base layer 203 and the n-type emitter layer 207 via the first gate insulating film 212.
13 are provided.
【0077】すなわち、n型ベース層203、n型エミ
ッタ層207、p型ベース層204、ゲート絶縁膜21
2およびゲート電極213によりn型MOSFETが構
成されている。That is, the n-type base layer 203, the n-type emitter layer 207, the p-type base layer 204, the gate insulating film 21
2 and the gate electrode 213 form an n-type MOSFET.
【0078】また、p型ベース層204とp型ドレイン
層208との間のn型ベース層203上には、第2のゲ
ート絶縁膜210を介して、第1のゲート電極213に
接続された第2のゲート電極211が配設されている。On the n-type base layer 203 between the p-type base layer 204 and the p-type drain layer 208, a first gate electrode 213 is connected via a second gate insulating film 210. A second gate electrode 211 is provided.
【0079】すなわち、p型ベース層204、p型ドレ
イン層208、n型ベース層203、ゲート絶縁膜21
0およびゲート電極211によりp型MOSFETが構
成されている。That is, the p-type base layer 204, the p-type drain layer 208, the n-type base layer 203, the gate insulating film 21
0 and the gate electrode 211 constitute a p-type MOSFET.
【0080】ここで、上記n型MOSFETおよびp型
MOSFETのうち、少なくとも一つのMOSFETが
ノーマリオン型になっており、且つn型MOSFETの
しきい値電圧Vth1 が、p型MOSFETのしきい値電
圧Vth2 よりも低くなっている。Here, at least one of the n-type MOSFET and the p-type MOSFET is of a normally-on type, and the threshold voltage V th1 of the n-type MOSFET is equal to the threshold voltage of the p-type MOSFET. It is lower than the voltage V th2 .
【0081】p型エミッタ層206にはアノード電極2
14が設けられ、n型エミッタ層207にはカソード電
極216が設けられ、そして、p型ドレイン層208に
はカソード電極に接続されたドレイン電極215が設け
られている。なお、図中、205はn型バッファ層を示
している。このバッファ層205を設けずに、n型ベー
ス層203に直接コンタクトするp型エミッタ層206
を形成しても良い。The anode electrode 2 is formed on the p-type emitter layer 206.
14, a cathode electrode 216 is provided on the n-type emitter layer 207, and a drain electrode 215 connected to the cathode electrode is provided on the p-type drain layer 208. In the figure, reference numeral 205 denotes an n-type buffer layer. A p-type emitter layer 206 that directly contacts the n-type base layer 203 without providing the buffer layer 205
May be formed.
【0082】以下に上記の如きに構成された横型MOS
ゲート型サイリスタのゲート駆動方法を図7のタイムチ
ャートを用いて説明する。The lateral MOS constructed as described above will be described below.
A gate driving method of the gate type thyristor will be described with reference to a time chart of FIG.
【0083】まず、定常オフ状態では、n型MOSFE
Tのしきい値電圧Vth1 より低い電圧Va (第1のゲー
ト電圧)をゲート電極211,213に印加する。この
結果、n型MOSFETはオフ状態、p型MOSFET
はオン状態になる。First, in the steady off state, the n-type MOSFE
A voltage Va (first gate voltage) lower than the threshold voltage V th1 of T is applied to the gate electrodes 211 and 213. As a result, the n-type MOSFET is off, and the p-type MOSFET is
Is turned on.
【0084】ターンオン時には、ゲート電極211,2
13に、p型MOSFETのしきい値電圧Vth2 より高
い電圧Vb (第2のゲート電圧)を印加する。この結
果、n型MOSFETはオン状態、p型MOSFETは
オフ状態になる。At the time of turn-on, the gate electrodes 211,
13, a voltage Vb (second gate voltage) higher than the threshold voltage V th2 of the p-type MOSFET is applied. As a result, the n-type MOSFET is turned on and the p-type MOSFET is turned off.
【0085】このとき、図6の実線に示すように、カソ
ード電極216からn型エミッタ層207、p型ベース
層204を通って、n型ベース層203に電子が注入さ
れるとともに、この電子注入に対応して、アノード電極
214から正孔が注入される結果、n型エミッタ層7と
n型ベース層3との間にラッチアップが起こり、素子は
ターンオンする。At this time, as shown by the solid line in FIG. 6, electrons are injected from the cathode electrode 216 into the n-type base layer 203 through the n-type emitter layer 207 and the p-type base layer 204, and this electron injection is performed. As a result, holes are injected from the anode electrode 214, and as a result, a latch-up occurs between the n-type emitter layer 7 and the n-type base layer 3, and the element is turned on.
【0086】ターンオフ時には、まず、ゲート電極21
1,213に、Vth1 とVth2 との間の電圧Vc (第3
のゲート電圧)を印加して、n型MOSFETおよびp
型MOSFETをオン状態にする。これにより、電子が
カソード電極216からn型エミッタ層207、p型ベ
ース層204、n型ベース層203へと流れ、正孔が、
図6の破線に示すように、p型ベース204層、ゲート
電極211の下部のpチャネル、p型ドレイン層20
8、ドレイン電極215へと流れる結果、素子のラッチ
アップ状態がとける。At the time of turn-off, first, the gate electrode 21
The voltage Vc between V th1 and V th2 (third
Gate voltage) to apply the n-type MOSFET and p
The type MOSFET is turned on. Thereby, electrons flow from the cathode electrode 216 to the n-type emitter layer 207, the p-type base layer 204, and the n-type base layer 203, and holes are generated.
6, the p-type base 204 layer, the p-channel below the gate electrode 211, and the p-type drain layer 20
8. As a result of flowing to the drain electrode 215, the latch-up state of the element is released.
【0087】次にゲート電極211,213に電圧Va
を再び印加する。これにより、n型MOSFETがオフ
状態になって電子の注入が停止するとともに、ドレイン
電極215から正孔が吸い出される結果、素子はターン
オフする。Next, the voltage Va is applied to the gate electrodes 211 and 213.
Is applied again. As a result, the n-type MOSFET is turned off, injection of electrons is stopped, and holes are sucked out from the drain electrode 215. As a result, the element is turned off.
【0088】かくして本実施例によれば、n型MOSF
ETおよびp型MOSFETのうち、少なくとも一つの
MOSFETをノーマリオン型にし、且つn型MOSF
ETのしきい値電圧Vth1 を、p型MOSFETのしき
い値電圧Vth2 よりも低くすることにより、素子のどの
状態においても、ゲート電極211,213に同レベル
の電圧を印加できるようになり、ゲート電圧の制御が容
易になる。Thus, according to the present embodiment, the n-type MOSF
At least one of the ET and p-type MOSFETs is normally on, and the n-type MOSFET is
By making the threshold voltage V th1 of the ET lower than the threshold voltage V th2 of the p-type MOSFET, the same level of voltage can be applied to the gate electrodes 211 and 213 in any state of the device. In addition, the control of the gate voltage becomes easy.
【0089】図8は、本発明の第3の実施例に係るMO
Sゲート型サイリスタの素子構造を示す断面図である。
なお、以下の図において前出した図と同一符号は同一部
分または相当部分を示してあり、詳細な説明は省略す
る。FIG. 8 shows an MO according to a third embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows the element structure of S gate type thyristor.
Note that, in the following drawings, the same reference numerals as those described above indicate the same or corresponding portions, and a detailed description thereof will be omitted.
【0090】これは図6の横型MOSゲート型サイリス
タを縦型にした例である。このように縦型にすることに
より、耐圧の改善が図れる。駆動方法は第2の実施例の
それと同じである。This is an example in which the horizontal MOS gate thyristor shown in FIG. 6 is made vertical. By using the vertical type as described above, the withstand voltage can be improved. The driving method is the same as that of the second embodiment.
【0091】図9は、本発明の第4の実施例に係るMO
Sゲート型サイリスタの素子構造を示す断面図である。FIG. 9 shows an MO according to a fourth embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows the element structure of S gate type thyristor.
【0092】本実施例のMOSゲート型サイリスタが第
3の実施例のそれと異なる点は、n型ベース層203の
表面にあったp型ドレイン層208がn型エミッタ層2
07の表面に移ったことにある。The difference between the MOS gate thyristor of this embodiment and that of the third embodiment is that the p-type drain layer 208 on the surface of the n-type base layer 203 has the n-type emitter layer 2.
07 surface.
【0093】本実施例によれば、第3の実施例に比べ
て、素子面積を減少させることができる。また、p型ド
レイン層208を浅く形成でき、チャネル長を短くでき
る。なお、駆動方法は第2の実施例のそれと同じであ
る。According to the present embodiment, the element area can be reduced as compared with the third embodiment. Further, the p-type drain layer 208 can be formed shallow, and the channel length can be shortened. The driving method is the same as that of the second embodiment.
【0094】図10は、本発明の第5の実施例に係るM
OSゲート型サイリスタの素子構造を示す断面図であ
る。FIG. 10 is a block diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows the element structure of OS gate type thyristor.
【0095】本実施例のMOSゲート型サイリスタが第
3の実施例のそれと異なる点は、ゲート絶縁膜210、
ゲート電極211、n型ベース層203、p型ベース層
204およびn型エミッタ層207からなるn型MOS
FETと、ゲート絶縁膜211、ゲート電極213、p
型ベース層204、n型エミッタ層207およびp型ド
レイン層208からなるp型MOSFETとが隣接した
構造になっていることにある。このような構造であれ
ば、n型MOSFETとp型MOSFETを同時に駆動
できる。また、ターンオフ時の際に、p型ドレイン層2
08とn型エミッタ層207とを短絡させて、素子内の
正孔をカソード電極216だけから排出できるので、正
孔の排出をスムーズに行なえる。なお、駆動方法は第2
の実施例のそれと同じである。The difference between the MOS gate thyristor of this embodiment and that of the third embodiment is that the gate insulating film 210,
An n-type MOS including a gate electrode 211, an n-type base layer 203, a p-type base layer 204, and an n-type emitter layer 207
FET, gate insulating film 211, gate electrode 213, p
The structure is such that the p-type MOSFET including the type base layer 204, the n-type emitter layer 207, and the p-type drain layer 208 is adjacent to each other. With such a structure, the n-type MOSFET and the p-type MOSFET can be driven simultaneously. Also, at the time of turn-off, the p-type drain layer 2
08 and the n-type emitter layer 207 are short-circuited, and holes in the element can be discharged only from the cathode electrode 216, so that holes can be discharged smoothly. The driving method is the second
Is the same as that of the embodiment.
【0096】なお、第2〜第5の実施例に係る発明の一
般的な効果は以下の通りである。The general effects of the inventions according to the second to fifth embodiments are as follows.
【0097】すなわち、この発明によれば、第1導電型
チャネルMOSFETの第1のゲート電極と第1導電型
チャネルMOSFETの第2のゲート電極とが接続され
ているので、ゲート電極は実質的に一個になり、素子の
オン/オフ動作が制御が容易になる。That is, according to the present invention, since the first gate electrode of the first conductivity type channel MOSFET is connected to the second gate electrode of the first conductivity type channel MOSFET, the gate electrode is substantially formed. It becomes one, and the on / off operation of the element becomes easy to control.
【0098】ところで、上記実施例のようにターンオ
ン、ターンオフ用のMOSFETを有する場合、その設
計の自由度が低い結果、チャネル幅Wonをチャネル幅W
off より大きくできず、ターンオフ用のMOSFETの
チャネル抵抗を低減するのが困難になるという問題が生
じる場合がある。以下、このような問題を解決したのが
以下の発明(第6〜第32の実施例)である。By the way, when the MOSFET for turn-on and turn-off is provided as in the above embodiment, the degree of freedom of the design is low, so that the channel width Won is reduced to the channel width W.
In some cases, it may not be larger than off, and it may be difficult to reduce the channel resistance of the turn-off MOSFET. Hereinafter, the following inventions (sixth to thirty-second embodiments) solve such a problem.
【0099】先ず、上記問題点をより詳細に説明する。First, the above problem will be described in more detail.
【0100】図32は、従来の他のMOSゲート型サイ
リスタの素子構造を示す断面図である。FIG. 32 is a sectional view showing the element structure of another conventional MOS gate type thyristor.
【0101】図示の如く、p型エミッタ層1001に接
してn型ベース層1002が形成され、このn型ベース
層1002内にはp型ベース層1003およびn型エミ
ッタ層1004が拡散形成されている。p型エミッタ層
1001にはアノード電極1006が、n型エミッタ層
1004にはカソード電極1007が設けられている。As shown, an n-type base layer 1002 is formed in contact with a p-type emitter layer 1001, and a p-type base layer 1003 and an n-type emitter layer 1004 are formed in the n-type base layer 1002 by diffusion. . An anode electrode 1006 is provided on the p-type emitter layer 1001, and a cathode electrode 1007 is provided on the n-type emitter layer 1004.
【0102】p型ベース層1003の表面にはn型ドレ
イン層1007が選択的に形成され、このn型ドレイン
層1007とn型エミッタ層1004とで挟まれたp型
ベース層1003上には、ゲート絶縁膜1009を介し
て、第1のゲート電極1010が形成されており、CH
1をチャネル領域とするターンオフ用のnチャネルMO
SFETが構成されている。また、n型ドレイン層10
07にコンタクトするドレイン電極1008は、同時に
p型ベース層1003にもコンタクトし、p型ベース層
1003とn型ドレイン層1007とはこのドレイン電
極1008により短絡されている。An n-type drain layer 1007 is selectively formed on the surface of p-type base layer 1003. On p-type base layer 1003 sandwiched between n-type drain layer 1007 and n-type emitter layer 1004, A first gate electrode 1010 is formed with a gate insulating film 1009 interposed therebetween.
N-channel MO for turn-off with 1 as a channel region
An SFET is configured. Further, the n-type drain layer 10
The drain electrode 1008 that contacts the transistor 07 also contacts the p-type base layer 1003 at the same time, and the p-type base layer 1003 and the n-type drain layer 1007 are short-circuited by the drain electrode 1008.
【0103】一方、n型エミッタ層1004とn型ベー
ス層1002とで挟まれたp型ベース層1003上に
は、ゲート絶縁膜1009を介して、第2のゲート電極
1010が形成されており、CH2をチャネル領域とす
るターンオン用のnチャネルMOSFETが構成されて
いる。On the other hand, on a p-type base layer 1003 sandwiched between an n-type emitter layer 1004 and an n-type base layer 1002, a second gate electrode 1010 is formed via a gate insulating film 1009. A turn-on n-channel MOSFET having CH2 as a channel region is configured.
【0104】図33は、図32のMOSゲート型サイリ
スタの平面図である。n型エミッタ層1004は複数個
に分割され、ストライプ状にパターン形成されている。
このn型エミッタ層1004の一方の一辺に隣接して、
第1のゲート電極100、p型ベース層1003、n型
ドレイン層1007およびn型ドレイン電極1008か
ら構成されるターンオフ用のn型チャネルMOSFET
が形成され、他方の一辺に隣接して、第2のゲート電極
1010、p型ベース層1003、n型ベース層100
2から構成されるターンオン用のn型チャネルMOSF
ETが形成されている。FIG. 33 is a plan view of the MOS gate type thyristor of FIG. The n-type emitter layer 1004 is divided into a plurality of parts and is patterned in a stripe shape.
Adjacent to one side of this n-type emitter layer 1004,
Turn-off n-type channel MOSFET composed of first gate electrode 100, p-type base layer 1003, n-type drain layer 1007 and n-type drain electrode 1008
Is formed, and the second gate electrode 1010, the p-type base layer 1003, and the n-type base layer 100
2 n-type channel MOSF for turn-on
ET is formed.
【0105】この素子の動作は次の通りである。すなわ
ち、ターンオン時には、第1のゲート電極1010には
カソードに対して零または負の電圧が印加され、第2の
MOSゲート電極1011には正の電圧が印加される。
これにより、第2のゲート電極1011下にnチャネル
が形成され、図32に一点破線で示すようにn型エミッ
タ層1004からn型ベース層1002へ電子が注入さ
れて、素子がターンオンする。The operation of this device is as follows. That is, at the time of turn-on, a zero or negative voltage is applied to the first gate electrode 1010 with respect to the cathode, and a positive voltage is applied to the second MOS gate electrode 1011.
As a result, an n-channel is formed below the second gate electrode 1011 and electrons are injected from the n-type emitter layer 1004 to the n-type base layer 1002 as shown by a dashed line in FIG. 32, and the device is turned on.
【0106】一方、ターンオフ時は、第2のゲート電極
1011を零または負バイアスとして、第1のゲート電
極1010に正の電圧が印加される。これにより、第1
のゲート電極1010下にnチャネルが形成され、p型
ベース層1003から直接n型エミッタ層1004に流
れ込んでいた正孔電流の一部が、図32に破線で示すよ
うにドレイン電極1008から吸い出され、n型ドレイ
ン層1007を通り、第1のゲート電極1010下のn
チャネルを通って、n型エミッタ層1004からカソー
ド電極1006にバイパスするようになる。この正孔電
流のバイパスによってやがてn型エミッタ層1004か
らp型ベース層1003への電子注入が止まって、素子
はターンオフする。On the other hand, at the time of turn-off, a positive voltage is applied to the first gate electrode 1010 with the second gate electrode 1011 set to zero or a negative bias. Thereby, the first
An n-channel is formed below the gate electrode 1010, and a part of the hole current flowing directly from the p-type base layer 1003 to the n-type emitter layer 1004 is drained from the drain electrode 1008 as shown by a broken line in FIG. After passing through the n-type drain layer 1007, the n
Through the channel, the n-type emitter layer 1004 is bypassed to the cathode electrode 1006. By the hole current bypass, electron injection from the n-type emitter layer 1004 to the p-type base layer 1003 eventually stops, and the device is turned off.
【0107】しかしながら、このような従来のMOSゲ
ート型サイリスタにあっては、十分なターンオフ能力が
得られないという問題があった。However, such a conventional MOS gate type thyristor has a problem that a sufficient turn-off capability cannot be obtained.
【0108】すなわち、ターンオフ能力は、上述したよ
うに、図32に波線で示した正孔電流バイパス経路の抵
抗に大きく左右され、その抵抗が大きいほどターンオフ
能力は低くなるが、正孔電流バイパス経路の抵抗とバイ
パス電流により決る電圧降下が、n型エミッタ層100
4とp型ベース層1003との間のビルトイン電圧以上
になると、n型エミッタ層1003からの電子注入が止
まらなくなってしまう。That is, as described above, the turn-off ability largely depends on the resistance of the hole current bypass path shown by the broken line in FIG. 32. The turn-off ability decreases as the resistance increases. Of the n-type emitter layer 100
When the voltage is higher than the built-in voltage between the P-type base layer 1003 and the p-type base layer 1003, electron injection from the n-type emitter layer 1003 does not stop.
【0109】したがって、高いターンオフ能力を実現す
るためには、正孔電流バイパス経路の抵抗をできるかぎ
り小さくする必要がある。この正孔電流バイパス経路の
抵抗は、主要にはMOSゲート電極1010下のnチャ
ネルのオン抵抗とp型ベース層1003の横方向抵抗で
ある。Therefore, in order to realize a high turn-off capability, it is necessary to reduce the resistance of the hole current bypass path as much as possible. The resistance of the hole current bypass path is mainly the ON resistance of the n-channel below the MOS gate electrode 1010 and the lateral resistance of the p-type base layer 1003.
【0110】ところで、図32、図33に示した従来構
造では、ストライプ状のnエミッタ層1004を挟んで
一方の側にターンオフ用MOSFET、それと対向して
もう一方の側にターンオン用MOSFETが形成されて
いる。In the conventional structure shown in FIGS. 32 and 33, a turn-off MOSFET is formed on one side of the n-type emitter layer 1004 and a turn-on MOSFET is formed on the other side. ing.
【0111】すなわち、ターンオフ用MOSFETのチ
ャネル幅Woff と、ターンオン用MOSFETのチャネ
ル幅Wonとは同じ長さになる。換言すれば,アノード電
流(主電流)を制御するためのターンオフ用およびター
ンオン用のMOSFET(MOS構造)の設計の自由度
が低い結果、チャネル幅Woff をチャネル幅Wonにより
大きくできず、ターンオフ用MOSFETのチャネル抵
抗を小さくするのが困難であるという問題があった。That is, the channel width Woff of the turn-off MOSFET is equal to the channel width Won of the turn-on MOSFET. In other words, as the degree of freedom in designing the turn-off and turn-on MOSFETs (MOS structures) for controlling the anode current (main current) is low, the channel width Woff cannot be increased by the channel width Won, and the turn-off MOSFET However, there is a problem that it is difficult to reduce the channel resistance.
【0112】更に、上記の如きにターンオフ用およびタ
ーンオン用のMOSFETが形成されている結果、n型
エミッタ層1004下のp型ベース層1003において
は、その片側からしか正孔電流が引き出されない。この
ため、正孔の引き出し経路が長くなり、p型ベース層1
003中での正孔電流の引き出し抵抗が増加する。Further, as a result of the formation of the turn-off and turn-on MOSFETs as described above, a hole current is drawn only from one side of the p-type base layer 1003 under the n-type emitter layer 1004. Therefore, the hole extraction path becomes longer, and the p-type base layer 1
The extraction resistance of the hole current in 003 increases.
【0113】そこで、以下に、このような事情を考慮し
た発明であって、主電流を制御するためのMOS構造の
設計の自由度が従来よりも高いMOSゲート型電力用半
導体素子を得ることを目的とする発明について説明す
る。Therefore, an invention in consideration of such circumstances will be described below to obtain a MOS gate type power semiconductor element having a higher degree of freedom in designing a MOS structure for controlling a main current than before. The target invention will be described.
【0114】この発明の骨子は、半導体基板の第1の主
面および第2の主面にそれぞれ設けられた第1の主電極
および第2の主電極と、前記第1の主電極と前記第2の
主電極との間に流れる主電流を制御する複数のMOS構
造とを具備してなり、前記複数のMOS構造を構成する
ゲート電極のうち、少なくとも2つのゲート電極を絶縁
膜を介して立体的に交差して配設していることにある。The gist of the present invention is that a first main electrode and a second main electrode provided on a first main surface and a second main surface of a semiconductor substrate, respectively, the first main electrode and the second main electrode are provided. And a plurality of MOS structures for controlling a main current flowing between the two main electrodes. At least two of the gate electrodes constituting the plurality of MOS structures are three-dimensionally arranged via an insulating film. In that they are arranged crossing each other.
【0115】このような発明によれば、主電流を制御す
るための複数のMOS構造を構成するゲート電極のう
ち、少なくとも2つのゲート電極が、絶縁膜を介して立
体的に交差して配設されている。このため、従来不可能
であったゲート電極の配設パターンが可能となり、MO
S構造の設計の自由度が高くなる。According to such an invention, at least two of the gate electrodes constituting the plurality of MOS structures for controlling the main current are arranged so as to intersect three-dimensionally via the insulating film. Have been. For this reason, the arrangement pattern of the gate electrode, which was impossible in the past, becomes possible.
The degree of freedom in designing the S structure is increased.
【0116】図11は、本発明の第6の実施例に係るM
OSゲート型サイリスタの平面図である。また、図1
2、図13、図14、図15は、それぞれ、図11のA
−A′断面図、B−B′断面図、C−C′断面図、D−
D′断面図である。FIG. 11 is a block diagram showing an M-mode according to a sixth embodiment of the present invention.
It is a top view of an OS gate type thyristor. FIG.
2, FIG. 13, FIG. 14, and FIG.
-A 'sectional view, BB' sectional view, CC 'sectional view, D-
It is D 'sectional drawing.
【0117】図32、図33に示した従来のMOSゲー
ト型サイリスタと対応する部分には、下3桁を除いて同
一符号を付し(例えば、10101と301は同じp型
エミッタ層を示している)、詳細な説明は省略する。Parts corresponding to those of the conventional MOS gate type thyristor shown in FIGS. 32 and 33 are denoted by the same reference numerals except for the last three digits (for example, 10101 and 301 indicate the same p-type emitter layer. ), Detailed description is omitted.
【0118】本実施例のMOSゲート型サイリスタが図
32、図33の従来のそれと異なる点は、n型エミッタ
層304が矩形状に分割配置され、個々のn型エミッタ
層204の対向する2つの長辺に沿ってターンオフ用の
ゲート電極310が形成され、2つの短辺に沿ってター
ンオン用のゲート電極311が形成され、そして、それ
ら2つのゲート電極310,311がその交点において
絶縁膜315を介して立体的に交差していることにあ
る。これにより、長辺にターンオフ用MOSFETのチ
ャネルCH1が形成され、短辺にターンオン用MOSF
ETのチャネルCH2が形成されることになる。The MOS gate thyristor of this embodiment is different from the conventional thyristor shown in FIGS. 32 and 33 in that an n-type emitter layer 304 is divided and arranged in a rectangular shape, and two opposing n-type emitter layers 204 A turn-off gate electrode 310 is formed along the long side, a turn-on gate electrode 311 is formed along the two short sides, and the two gate electrodes 310 and 311 form an insulating film 315 at the intersection. Intersect three-dimensionally. Thus, the channel CH1 of the turn-off MOSFET is formed on the long side, and the turn-on MOSFET is formed on the short side.
An ET channel CH2 is formed.
【0119】本実施例によれば、n型エミッタ層304
の両端を挟む形でターンオフ用MOSFETのチャネル
CH1が形成されるため、ターンオフ用MOSFETの
チャネル幅をターンオン用MOSFETのそれより大き
くできる。According to this embodiment, the n-type emitter layer 304
The channel CH1 of the turn-off MOSFET is formed so as to sandwich both ends of the turn-off MOSFET, so that the channel width of the turn-off MOSFET can be larger than that of the turn-on MOSFET.
【0120】この結果、ターンオフ用MOSFETのチ
ャネル抵抗が従来よりも低くなり、また、n型エミッタ
層304下のp型ベース層303において、正孔の引き
出しが、n型エミッタ層304の短辺方向の両側から行
なわれるので、正孔の引き出し経路、つまり、p型ベー
ス層3の横方向抵抗が小さくなる。As a result, the channel resistance of the turn-off MOSFET becomes lower than before, and the holes are drawn out of the p-type base layer 303 under the n-type emitter layer 304 in the short side direction of the n-type emitter layer 304. , The hole extraction path, that is, the lateral resistance of the p-type base layer 3 is reduced.
【0121】したがって、本実施例によれば、バイパス
される正孔電流による電圧降下が従来に比べて十分に小
さくなるため、高いターンオフ能力のMOSゲート型サ
イリスタが得られるようになる。Therefore, according to the present embodiment, the voltage drop due to the hole current to be bypassed is sufficiently smaller than that of the prior art, so that a MOS gate thyristor having a high turn-off capability can be obtained.
【0122】図16は、本発明の第7の実施例に係るM
OSゲート型サイリスタの平面図である。また、図1
7、図18は、それぞれ、図16のA−A′断面図、B
−B′断面図である。なお、図16のC−C′断面図、
D−D′断面図は、それぞれ、図14、図15と同じで
ある。FIG. 16 is a block diagram showing a seventh embodiment of the present invention.
It is a top view of an OS gate type thyristor. FIG.
7 and FIG. 18 are sectional views taken along line AA ′ of FIG.
It is -B 'sectional drawing. A cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG.
The cross-sectional views taken along the line DD ′ are the same as those in FIGS. 14 and 15, respectively.
【0123】本実施例では、ドレイン電極308がn型
エミッタ層304の1辺に沿ってそれに隣接する位置で
p型ベース層303に低抵抗接触して設けられている。
n型ドレイン層307はドレイン電極308によりp型
ベース層303と短絡されている。n型ドレイン層30
7とn型エミッタ層304との間の上には、ターンオフ
用のゲート電極310が形成されている。In this embodiment, the drain electrode 308 is provided along one side of the n-type emitter layer 304 and at a position adjacent to the n-type emitter layer 304 in low resistance contact with the p-type base layer 303.
The n-type drain layer 307 is short-circuited to the p-type base layer 303 by the drain electrode 308. n-type drain layer 30
A turn-off gate electrode 310 is formed between the gate electrode 7 and the n-type emitter layer 304.
【0124】このように構成された絶縁ゲート型ターン
オフサイリスタにおいて、ターンオフ時、ゲート電極1
0にカソードに対して正の電圧が印加すると、破線に示
すように、正孔電流は、n型エミッタ層304のすぐ近
くでドレイン電極308に吸い出され、ゲート電極31
0直下のチャネルを通り、n型エミッタ層304からカ
ソード電極306に排出される。In the insulated gate type turn-off thyristor thus configured, the gate electrode 1
When a positive voltage is applied to the cathode at 0, the hole current is sucked out to the drain electrode 308 in the immediate vicinity of the n-type emitter layer 304 and the gate electrode 31
The light passes through the channel immediately below zero and is discharged from the n-type emitter layer 304 to the cathode electrode 306.
【0125】このように本実施例の場合、正孔電流のバ
イパス経路に、n型ドレイン層307下のp型ベース層
303の横方向抵抗が入らないため、バイパスされる正
孔電流による電圧降下が小さくなり、より高いターンオ
フ能力のMOSゲート型サイリスタが得られる。As described above, in this embodiment, since the lateral resistance of the p-type base layer 303 under the n-type drain layer 307 does not enter the hole current bypass path, the voltage drop due to the bypassed hole current is generated. And a MOS gate thyristor with higher turn-off capability can be obtained.
【0126】図19、図20は、上記立体交差するゲー
ト電極の製造方法を示す工程断面図である。FIG. 19 and FIG. 20 are process sectional views showing a method of manufacturing the above-mentioned gate electrode which crosses three-dimensionally.
【0127】まず、図19(a)に示すように、高抵抗
のn型ベース層302の表面を酸化してゲート絶縁膜3
09を形成する。次いでゲート絶縁膜309上に、例え
ば、ポリシリコンなどのゲート電極材料をCVD法によ
り堆積し、このゲート電極材料をパターニングして、タ
ーンオン用のゲート電極311を形成する。First, as shown in FIG. 19A, the surface of a high-resistance n-type base layer 302 is oxidized to form a gate insulating film 3.
09 is formed. Next, a gate electrode material such as polysilicon is deposited on the gate insulating film 309 by a CVD method, and the gate electrode material is patterned to form a gate electrode 311 for turn-on.
【0128】次に図19(b)に示すように、ゲート電
極311の表面に、例えば、ポリシリコン酸化膜などの
層間絶縁膜315を形成した後、ゲート電極311をマ
スクとして、B等のp型不純物をイオン注入し、p型ベ
ース層303を形成する。Next, as shown in FIG. 19B, after an interlayer insulating film 315 such as a polysilicon oxide film is formed on the surface of the gate electrode 311, the gate electrode 311 is used as a mask to form a p-type material such as B. A p-type base layer 303 is formed by ion implantation of a type impurity.
【0129】次に図20(a)に示すように、全面にポ
リシリコンなどのゲート電極材料をCVD法により堆積
した後、このゲート電極材料をパターニングして、ター
ンオン用のゲート電極310を形成する。Next, as shown in FIG. 20A, after a gate electrode material such as polysilicon is deposited on the entire surface by the CVD method, the gate electrode material is patterned to form a turn-on gate electrode 310. .
【0130】最後に、図20(b)に示すように、ゲー
ト電極310,311をマスクとして、P等のn型不純
物をイオン注入し、n型エミッタ層304、n型ドレイ
ン層307を形成する。このとき、ゲート電極310,
311は、それらの表面にイオン注入されたn型不純物
によって十分に低抵抗化される。また、上記CVD法に
おいて、不純物を含む原料ガスを用いてゲート電極材料
を堆積すれば、より低抵抗のゲート電極の作成が可能と
なる。Finally, as shown in FIG. 20B, using the gate electrodes 310 and 311 as a mask, an n-type impurity such as P is ion-implanted to form an n-type emitter layer 304 and an n-type drain layer 307. . At this time, the gate electrodes 310,
The resistances of 311 are sufficiently reduced by n-type impurities ion-implanted on their surfaces. Further, in the above-described CVD method, if a gate electrode material is deposited using a source gas containing impurities, a gate electrode with lower resistance can be formed.
【0131】ゲート電極の交差部分は以下のように変形
しても良い。すなわち、図21に示すように、交差部分
のターンオフ用のゲート電極310の幅を広くし、その
一部に微小な開口部を設けても良い。これにより、先に
示した製造方法において、n型不純物がイオン注入され
る際に、上記開口部を通して下層のターンオン用ゲート
電極311上にもn型不純物がイオン注入されるので、
立体交差部分の下層のゲート電極311も十分に抵抗が
低くなる。The intersection of the gate electrodes may be modified as follows. That is, as shown in FIG. 21, the width of the gate electrode 310 for turning off at the intersection may be widened and a minute opening may be provided in a part thereof. Accordingly, in the above-described manufacturing method, when the n-type impurity is ion-implanted, the n-type impurity is also ion-implanted into the lower layer turn-on gate electrode 311 through the opening.
The gate electrode 311 in the lower layer of the three-dimensional intersection also has a sufficiently low resistance.
【0132】図22は、本発明の第8の実施例に係るM
OSゲート型サイリスタの等価回路図である。FIG. 22 is a block diagram showing an M-th embodiment according to the eighth embodiment of the present invention.
It is an equivalent circuit diagram of an OS gate type thyristor.
【0133】このMOSゲート型サイリスタは、p型エ
ミッタ層401、n型ベース層402、p型ベース層4
03およびn型エミッタ層404を有し、p型エミッタ
層401にアノード電極405が、n型エミッタ層40
4にカソード電極406が設けられたサイリスタ構造を
有し、そこにゲート電極413を備えたターンオフ用の
MOSFETと、ゲート電極414を備えたターンオン
用のMOSFETが付加されている。This MOS gate type thyristor has a p-type emitter layer 401, an n-type base layer 402, a p-type base layer 4
03, and an n-type emitter layer 404. An anode electrode 405 is provided on the p-type
4 has a thyristor structure in which a cathode electrode 406 is provided, in which a turn-off MOSFET having a gate electrode 413 and a turn-on MOSFET having a gate electrode 414 are added.
【0134】本実施例のMOSゲート型サイリスタが従
来のそれ(IEDM 89, pp297-300“Design Aspects of MO
S Controlled Thyristor Elements ”)と異なる点は、
n型エミッタ層404とカソード電極406との間に、
カソード電極406よりも比抵抗の大きい抵抗体419
が設けられていることにある。The MOS gate type thyristor of this embodiment is a conventional thyristor (IEDM 89, pp297-300 “Design Aspects of MO”).
S Controlled Thyristor Elements ")
Between the n-type emitter layer 404 and the cathode electrode 406,
Resistor 419 having a higher specific resistance than cathode electrode 406
Is provided.
【0135】ここで、抵抗体419がない従来構造の場
合の最大ターンオフ電流ITGQMは、破線で示した正孔電
流バイパス経路の抵抗をRP とすると、 ITGQM=αVBK/RP (1) VBK=VJ =0.7[V] (2) となる。Here, the maximum turn-off current I TGQM in the case of the conventional structure without the resistor 419 is I TGQM = αV BK / R P (1) where R P is the resistance of the hole current bypass path shown by the broken line. ) V BK = V J = 0.7 [V] becomes (2).
【0136】ここで、αは比例係数、VBKはベース・カ
ソード間の電位、VJ はエミッタ接合電位を示してい
る。Here, α is a proportional coefficient, V BK is a potential between the base and the cathode, and V J is an emitter junction potential.
【0137】正孔電流のバイパス経路の抵抗RP は主
に、p型ベース層403の横方向抵抗とゲート電極41
3直下のチャネル抵抗であり、これらの抵抗を低減する
ことによって、最大ターンオフ電流ITGQMの向上を図る
ことが可能である。The resistance R P of the hole current bypass path mainly depends on the lateral resistance of the p-type base layer 403 and the gate electrode 41.
The channel resistance is just below the third channel resistance. By reducing these resistances, the maximum turn-off current I TGQM can be improved.
【0138】しかし、それらの抵抗はn型エミッタ層4
04の幅や、ゲート電極413の幅に依存するため、構
造の微細化が必須になるが、それは至って困難である。
したがって、従来構造の場合には十分なターンオフ能力
が得られない。However, their resistance is the same as that of the n-type emitter layer 4.
Since it depends on the width of the gate electrode 04 and the width of the gate electrode 413, it is necessary to make the structure finer, but this is extremely difficult.
Therefore, in the case of the conventional structure, sufficient turn-off capability cannot be obtained.
【0139】一方、本発明の場合、オン状態におけるア
ノード電流をIA とすれば、n型エミッタ層404の電
位がV0 =IA ×R0 だけ増加する。[0139] On the other hand, in the present invention, when the anode current in the on state and I A, the potential of the n-type emitter layer 404 is increased by V 0 = I A × R 0 .
【0140】その結果、式(2)はVBK=VJ +V0 と
なって、式(1)の関係に従って最大ターンオフ電流I
TGQMが増加する。As a result, the equation (2) becomes V BK = V J + V 0, and the maximum turn-off current I is obtained according to the relation of the equation (1).
TGQM increases.
【0141】すなわち、ターンオフの際に、n型エミッ
タ層404直下の正孔バイパス電流による電圧降下が
0.7V(シリコンの場合)を越えても、エミッタ接合
は順バイアス状態には至らないので、n型エミッタ層4
04からの電子注入が止まり、素子はターンオフする。That is, at the time of turn-off, even if the voltage drop due to the hole bypass current immediately below the n-type emitter layer 404 exceeds 0.7 V (in the case of silicon), the emitter junction does not reach the forward bias state. n-type emitter layer 4
The injection of electrons from 04 stops, and the device turns off.
【0142】図23は、具体的な素子構造を示す断面図
である。本実施例では、n型エミッタ層404とカソー
ド電極406との間に、カソード電極406よりも比抵
抗の高い抵抗体層419が形成されている。抵抗体層4
19としては、例えば、金属材料、極薄の絶縁体材料、
半絶縁性材料、ポリシリコン膜、自然酸化膜などが利用
できる。なお、p型ソース層407とカソード電極40
6との間には従来通りに何も挿入されておらず、カソー
ド電極406がp型ソース層407に低抵抗接触してい
る。FIG. 23 is a sectional view showing a specific element structure. In the present embodiment, a resistor layer 419 having a higher specific resistance than the cathode electrode 406 is formed between the n-type emitter layer 404 and the cathode electrode 406. Resistor layer 4
19 includes, for example, a metal material, an extremely thin insulator material,
A semi-insulating material, a polysilicon film, a natural oxide film, or the like can be used. The p-type source layer 407 and the cathode electrode 40
Nothing is inserted between the gate electrode 6 and the p-type source layer 407 as in the related art.
【0143】図24は、本発明の第9の実施例に係るM
OSゲート型サイリスタの素子構造を示す断面図であ
る。FIG. 24 is a block diagram showing the M-th embodiment according to the ninth embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows the element structure of OS gate type thyristor.
【0144】本実施例のMOSゲート型サイリスタが図
23のそれと異なる点は、抵抗体層419の代わりに、
微小な開口部416が多数設けられた層間絶縁膜406
を用いたことにある。これによってn型エミッタ層40
4とカソード電極406との間の接触抵抗を僅かに増加
させて、抵抗体層419を形成した場合と同様の効果が
得られる。The difference between the MOS gate type thyristor of this embodiment and that of FIG.
Interlayer insulating film 406 provided with many minute openings 416
Has been used. Thereby, the n-type emitter layer 40
The same effect as in the case where resistor layer 419 is formed by slightly increasing the contact resistance between electrode 4 and cathode electrode 406 is obtained.
【0145】図25、図26は、それぞれ、本発明の第
10、第11の実施例に係るMOSゲート型サイリスタ
の素子構造を示す断面図である。FIGS. 25 and 26 are sectional views showing the element structure of a MOS gate thyristor according to the tenth and eleventh embodiments of the present invention, respectively.
【0146】図25、図26に示すように、p型エミッ
タ層401に接してn型ベース層402が形成され、こ
のn型ベース層402内にp型ベース層403およびn
型エミッタ層404が拡散形成されている。As shown in FIGS. 25 and 26, an n-type base layer 402 is formed in contact with p-type emitter layer 401, and p-type base layer 403 and n-type base layer 403 are formed in n-type base layer 402.
The mold emitter layer 404 is formed by diffusion.
【0147】p型エミッタ層401にはアノード電極4
05が設けられ、n型エミッタ層404にはカソード電
極406が設けられている。そして、図23、図24の
場合と同様に、n型エミッタ層404とカソード電極4
06との間に、カソード電極406より比抵抗の高い抵
抗体層419、或いは微小な開口部が多数設けられた層
間絶縁膜415が形成されている。いずれの場合も、ド
レイン電極409がn型エミッタ層404に隣接する位
置でp型ベース層403に低抵抗接触して設けられてい
る。The p-type emitter layer 401 has an anode electrode 4
The cathode electrode 406 is provided on the n-type emitter layer 404. Then, similarly to the case of FIGS. 23 and 24, the n-type emitter layer 404 and the cathode electrode 4
06, a resistor layer 419 having a higher specific resistance than the cathode electrode 406 or an interlayer insulating film 415 provided with a large number of minute openings is formed. In any case, the drain electrode 409 is provided at a position adjacent to the n-type emitter layer 404 and in low contact with the p-type base layer 403.
【0148】n型ドレイン層408はドレイン電極40
9によりp型ベース層403と短絡されている。n型ド
レイン層408から所定距離離れてn型ソース層410
が形成され、これらn型ドレイン層408とn型ソース
層410との間にターンオフ用の絶縁ゲート電極413
が形成されている。ソース電極411は、カソード電極
406と一体形成され、カソード電極406と電気的に
接続されている。The n-type drain layer 408 is a drain electrode 40
9 is short-circuited with the p-type base layer 403. The n-type source layer 410 is separated from the n-type drain layer 408 by a predetermined distance.
Is formed between the n-type drain layer 408 and the n-type source layer 410.
Are formed. The source electrode 411 is formed integrally with the cathode electrode 406 and is electrically connected to the cathode electrode 406.
【0149】これら実施例のMOSゲート型ターンオフ
サイリスタは、ターンオフ時、ターンオフ用の絶縁ゲー
ト電極413にカソードに対して正の電圧が印加され
る。このときの正孔電流のバイパス経路を破線で示して
いる。正孔電流は図示のように、n型エミッタ層404
のすぐ近くでドレイン電極408に吸い出され、ターン
オフ用ゲート電極413直下のチャネルCH1を通りソ
ース電極411から素子外に排出される。In the MOS gate type turn-off thyristors of these embodiments, at the time of turn-off, a positive voltage is applied to the turn-off insulated gate electrode 413 with respect to the cathode. The bypass path of the hole current at this time is indicated by a broken line. The hole current is, as shown, the n-type emitter layer 404.
, And is discharged from the source electrode 411 to the outside of the device through the channel CH1 immediately below the turn-off gate electrode 413.
【0150】図27は、本発明の第12の実施例に係る
MOSゲート型サイリスタの素子構造を示す断面図であ
る。FIG. 27 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate type thyristor according to a twelfth embodiment of the present invention.
【0151】本実施例は、図23の素子を単位素子とし
て、その単位素子が同一基板上に多数形成されて1つの
素子を構成し、且つ抵抗体層419の代わりに、温度依
存型抵抗体層420を用いた例である。この温度依存型
抵抗体層420は、温度上昇とともに比抵抗が瞬時に増
加するものである。In this embodiment, the element shown in FIG. 23 is used as a unit element, and a number of the unit elements are formed on the same substrate to constitute one element. This is an example in which a layer 420 is used. The specific resistance of the temperature-dependent resistor layer 420 increases instantaneously as the temperature rises.
【0152】もし仮に、温度依存型抵抗体層420がな
い従来構造をこのように並列に多数形成すると、ターン
オフ時に個々の単位素子の間に生じる僅かなターンオフ
時間の差によって、ターンオフが遅れた単位素子に、素
子を流れていた全電流が集中して破壊に至るという問題
が発生する。If a large number of conventional structures having no temperature-dependent resistor layer 420 are formed in parallel in this way, a unit having a delayed turn-off due to a slight difference in turn-off time between individual unit elements at the time of turn-off. A problem arises in that the entire current flowing through the element is concentrated on the element, leading to destruction.
【0153】一方、本実施例の場合には、温度依存型抵
抗体層420によって、ターンオフの際に、単位素子ご
との特性のばらつきによって1つの単位素子に電流が集
中しようとしても、その集中箇所に発生する温度上昇に
よって温度依存型抵抗体層420の抵抗が瞬時に増加
し、図22で説明した機構によってその単位素子のター
ンオフ能力が向上して破壊が回避されるとともに、他の
単位素子に電流が分配されて、素子全体がターンオフす
る。なお、温度依存型抵抗体層420としては、例え
ば、水素ドープしたグラファイトなどが利用できる。On the other hand, in the case of this embodiment, the temperature-dependent resistor layer 420 allows the current to concentrate on one unit element due to variations in the characteristics of each unit element at the time of turn-off. The resistance of the temperature-dependent resistor layer 420 instantaneously increases due to the rise in temperature, and the turn-off capability of the unit element is improved by the mechanism described in FIG. The current is distributed and the entire device is turned off. As the temperature-dependent resistor layer 420, for example, hydrogen-doped graphite or the like can be used.
【0154】図28は、本発明の第13の実施例に係る
MOSゲート型サイリスタの素子構造を示す断面図であ
る。FIG. 28 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor according to a thirteenth embodiment of the present invention.
【0155】本実施例では、p型エミッタ層401に接
してn型ベース層402が形成されており、このn型ベ
ース層402内にp型ベース層403およびn型エミッ
タ層404が拡散形成されている。p型エミッタ層40
1にはアノード電極6が、n型エミッタ層404にはカ
ソード電極406が設けられている。In this embodiment, the n-type base layer 402 is formed in contact with the p-type emitter layer 401, and the p-type base layer 403 and the n-type emitter layer 404 are formed in the n-type base layer 402 by diffusion. ing. p-type emitter layer 40
1 is provided with an anode electrode 6, and the n-type emitter layer 404 is provided with a cathode electrode 406.
【0156】また、n型エミッタ層404から所定距離
離れた位置のp型ベース層403の表面にはn型ドレイ
ン層408が形成され、このn型ドレイン層408と第
1のn型エミッタ層404の間のp型ベース層403上
には、ゲート絶縁膜412を介して、第1のゲート電極
413が配設され、CH1をチャネル領域とするターン
オフ用のnチャネルMOSFETが構成されている。An n-type drain layer 408 is formed on the surface of p-type base layer 403 at a predetermined distance from n-type emitter layer 404. This n-type drain layer 408 and first n-type emitter layer 404 are formed. A first gate electrode 413 is disposed on the p-type base layer 403 with a gate insulating film 412 interposed therebetween, and a turn-off n-channel MOSFET having CH1 as a channel region is formed.
【0157】n型ドレイン層408にコンタクトするド
レイン電極409は、同時にp型ベース層403にもコ
ンタクトし、p型ベース層403とn型ドレイン層40
8がこのドレイン電極409により短絡されている。The drain electrode 409 in contact with the n-type drain layer 408 also contacts the p-type base layer 403 at the same time, and the p-type base layer 403 and the n-type drain layer 40
8 is short-circuited by the drain electrode 409.
【0158】一方、n型ドレイン層408とは反対側の
位置には、第1のn型エミッタ層404から所定距離離
れて第2のn型エミッタ層421が形成され、この第2
のn型エミッタ層421と第1のn型エミッタ層404
との間には、第1、第2のn型エミッタ層より低濃度の
第3のn型エミッタ層422が形成され。そして、この
第3のn型エミッタ層422上には、ゲート絶縁膜41
2を介して、第3の絶縁ゲート電極423が配設されて
いる。On the other hand, at a position opposite to the n-type drain layer 408, a second n-type emitter layer 421 is formed at a predetermined distance from the first n-type emitter layer 404.
N-type emitter layer 421 and first n-type emitter layer 404
A third n-type emitter layer 422 having a lower concentration than the first and second n-type emitter layers is formed between the first and second n-type emitter layers. The gate insulating film 41 is formed on the third n-type emitter layer 422.
2, a third insulated gate electrode 423 is provided.
【0159】このように構成されたMOSゲート型サイ
リスタの動作は次の通りである。The operation of the MOS gate thyristor thus configured is as follows.
【0160】すなわち、オン状態では、第1のゲート電
極413にはカソードに対して零ないし負の電圧が印加
され、第3のゲート電極423には零ないし正の電圧が
印加されて、第1から第3までのn型エミッタ層40
4,421,422全体から電子がp型ベース層403
へと注入される。That is, in the ON state, zero to negative voltage is applied to the first gate electrode 413 with respect to the cathode, and zero to positive voltage is applied to the third gate electrode 423, and To the third n-type emitter layer 40
From the entirety of 4,421,422, electrons are p-type base layer 403
Injected into.
【0161】ターンオフさせるには、第1のゲート電極
413にカソードに対して負の電圧を印加し、第3のゲ
ート電極423に負の電圧を印加する。To turn off, a negative voltage is applied to the first gate electrode 413 with respect to the cathode, and a negative voltage is applied to the third gate electrode 423.
【0162】この結果、p型ベース層403からn型エ
ミッタ層404,421,422に流れていた正孔電流
が、ドレイン電極409、n型ドレイン層408、第1
のゲート電極413直下のチャネルCH1、第1のn型
エミッタ層404を通ってカソード電極407へとバイ
パスされる。As a result, the hole current flowing from the p-type base layer 403 to the n-type emitter layers 404, 421, 422 is changed to the drain electrode 409, the n-type drain layer 408, the first
The channel CH <b> 1 immediately below the gate electrode 413 passes through the first n-type emitter layer 404 to the cathode electrode 407.
【0163】このとき、第3のゲート電極423直下の
第3のn型エミッタ層423が表面付近で空乏化して、
第1のn型エミッタ層404から第2のn型エミッタ層
421へ至る抵抗が増加するため、第2のn型エミッタ
層421において、図22で説明した機構が作用してタ
ーンオフ能力が向上する。At this time, the third n-type emitter layer 423 immediately below the third gate electrode 423 is depleted near the surface, and
Since the resistance from the first n-type emitter layer 404 to the second n-type emitter layer 421 increases, the mechanism described with reference to FIG. 22 operates in the second n-type emitter layer 421 to improve the turn-off capability. .
【0164】上記異なるゲート電極を絶縁膜を介して立
体的に交差して配設しているので、従来不可能であった
ゲート電極の配設パターンが可能となり、MOS構造の
設計の自由度が高くなる。Since the different gate electrodes are arranged three-dimensionally crossing each other with an insulating film interposed therebetween, the arrangement pattern of the gate electrodes, which was impossible in the past, becomes possible, and the degree of freedom in designing the MOS structure is increased. Get higher.
【0165】図34は、本発明(請求項2)の第14の
実施例に係るMOSゲート型サイリスタ(MCT)の素
子構造を示す断面図である。FIG. 34 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (MCT) according to a fourteenth embodiment of the present invention (claim 2 ).
【0166】図中、901は高濃度のp型エミッタ層を
示しており、このp型エミッタ層901に接して低濃度
のn型ベース層902が形成されている。このn型ベー
ス層902の表面にはp型ベース層903が選択的に拡
散形成され、このp型ベース層903の表面には高濃度
のn型エミッタ層904が選択的に拡散形成されてい
る。In the figure, reference numeral 901 denotes a high-concentration p-type emitter layer, and a low-concentration n-type base layer 902 is formed in contact with the p-type emitter layer 901. A p-type base layer 903 is selectively formed on the surface of the n-type base layer 902 by diffusion. A high-concentration n-type emitter layer 904 is formed on the surface of the p-type base layer 903 by diffusion. .
【0167】n型エミッタ層904の表面には高濃度の
p型ソース層907が選択的に形成され、このp型ソー
ス層907とn型ベース層902により挟まれた領域の
p型ベース層903およびn型エミッタ層904上に
は、ゲート絶縁膜912を介して、ゲート電極913が
形成されている。High-concentration p-type source layer 907 is selectively formed on the surface of n-type emitter layer 904, and p-type base layer 903 in a region sandwiched between p-type source layer 907 and n-type base layer 902 is formed. A gate electrode 913 is formed over the n-type emitter layer 904 via a gate insulating film 912.
【0168】さらに、n型エミッタ層904の表面に
は、図59の従来のMCTには存在しない低濃度のn型
疑似抵抗半導体層916が選択的に形成され、このn型
疑似抵抗半導体層916にはカソード電極906が設け
られている。このカソード電極906は、図59の従来
のMCTの場合と異なり、p型ソース層907とはコン
タクトしていない。このため、p型ソース層907には
ソース電極911が別途設けられている。また、p型エ
ミッタ層901にはアノード電極905が設けられてい
る。Further, on the surface of n-type emitter layer 904, a low-concentration n-type pseudo-resistance semiconductor layer 916 which does not exist in the conventional MCT shown in FIG. 59 is selectively formed. Is provided with a cathode electrode 906. The cathode electrode 906 is not in contact with the p-type source layer 907, unlike the conventional MCT shown in FIG. Therefore, a source electrode 911 is separately provided in the p-type source layer 907. An anode electrode 905 is provided on the p-type emitter layer 901.
【0169】本実施例の場合、n型疑似抵抗半導体層9
16が、図22(第8の実施例)のMOSゲート型サイ
リスタの抵抗体419として機能するので、第8の実施
例と同様な効果が得られる。In the case of this embodiment, the n-type pseudo-resistance semiconductor layer 9
16 functions as the resistor 419 of the MOS gate type thyristor shown in FIG. 22 (eighth embodiment), so that the same effect as in the eighth embodiment can be obtained.
【0170】すなわち、n型エミッタ層904とカソー
ド電極906との間にn型疑似抵抗半導体層916によ
り抵抗体が形成されるため、オン状態におけるn型エミ
ッタ層904の電位が僅かながら上昇し、その結果、タ
ーンオフの際にはn型エミッタ層904の直下のp型ベ
ース層903を流れる正孔バイパス電流による電圧降下
が、n型エミッタ層904とp型ベース層903との間
のビルトイン電圧0.7V(シリコンの場合)を越えて
も、その越えたレベルの分がn型疑似抵抗半導体層91
6による電位上昇以内であれば、電子注入を止めること
ができ、素子をターンオフすることができる。That is, since a resistor is formed by the n-type pseudo-resistance semiconductor layer 916 between the n-type emitter layer 904 and the cathode electrode 906, the potential of the n-type emitter layer 904 in the ON state slightly increases, As a result, at the time of turn-off, a voltage drop due to a hole bypass current flowing through the p-type base layer 903 immediately below the n-type emitter layer 904 causes the built-in voltage between the n-type emitter layer 904 and the p-type base layer 903 to be zero. Even if the voltage exceeds 0.7 V (in the case of silicon), the level exceeding the voltage exceeds that of the n-type pseudo-resistance semiconductor layer 91.
If the potential rise is within the potential rise due to 6, the electron injection can be stopped and the device can be turned off.
【0171】換言すれば、式(1)におけるVBKが増加
し、最大遮断電流ITGQMが増加するので、より大きな電
流を流すことができるようになる。In other words, V BK in the equation (1) increases and the maximum cutoff current I TGQM increases, so that a larger current can flow.
【0172】したがって、本実施例によれば、素子を微
細化しなくても、十分なターンオフ能力が得られるよう
になる。Therefore, according to the present embodiment, a sufficient turn-off capability can be obtained without miniaturizing the element.
【0173】また、図34に示した構造を単位構造と
し、同一基板上に複数配列して1つの素子とした場合
に、ターンオフ時に個々の単位素子の間に生じる僅かな
ターンオフ時間の差により、ターンオフが遅れた単位素
子に全電流が集中して破壊に至るという恐れがある。し
かし、本実施例の場合、n型疑似低後半導体層916に
よって電位差が生じ、電流を抑制して電流密度を平均化
することができるので、個々の単位素子のばらつきの影
響が少なくなり、安定した動作が得れる。In the case where the structure shown in FIG. 34 is a unit structure and a plurality of elements are arranged on the same substrate to form one element, a slight difference in turn-off time between individual unit elements at the time of turn-off causes There is a risk that the entire current will concentrate on the unit element whose turn-off is delayed, leading to destruction. However, in the case of the present embodiment, a potential difference is caused by the n-type pseudo low semiconductor layer 916, and the current can be suppressed and the current density can be averaged. Operation is obtained.
【0174】図35は、本発明の第15の実施例に係る
MOSゲート型電力用半導体素子(IGTT)の素子構
造を示す断面図である。以下の図の素子において前出し
た図の素子と対応する部分には、前出した図の素子と同
一符号を付し、詳細な説明は省略する。FIG. 35 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate type power semiconductor device (IGTT) according to a fifteenth embodiment of the present invention. In the elements of the drawings below, the portions corresponding to the elements of the above-mentioned drawings are denoted by the same reference numerals as those of the above-mentioned drawings, and detailed description will be omitted.
【0175】本実施例では、p型エミッタ層901に接
してn型ベース層902が形成されおり、このn型ベー
ス層902の表面にはp型ベース層903が、このp型
ベース層903にはn型エミッタ層904が選択的に拡
散形成されている。p型エミッタ層901にはアノード
電極905が設けられている形成されている。In this embodiment, an n-type base layer 902 is formed in contact with the p-type emitter layer 901, and a p-type base layer 903 is formed on the surface of the n-type base layer 902, and Is formed by selectively diffusing an n-type emitter layer 904. An anode electrode 905 is formed on the p-type emitter layer 901.
【0176】そして、図34のMOSゲート型電力用半
導体素子と同様に、カソード電極906とn型エミッタ
層904との間には、カソード電極906が設けられた
n型疑似抵抗半導体層916が直列に接続されている。As in the case of the MOS gate type power semiconductor device of FIG. 34, an n-type pseudo-resistance semiconductor layer 916 provided with a cathode electrode 906 is connected in series between the cathode electrode 906 and the n-type emitter layer 904. It is connected to the.
【0177】また、p型ベース層903の表面には高濃
度のn型ドレイン層908が選択的に形成され、このn
型ドレイン層908にはドレイン電極909が設けられ
ている。このドレイン電極909はn型ドレイン層90
8と同時にp型ベース層903にもコンタクトしてお
り、これにより、n型ドレイン層908とp型ベース層
903とは短絡されている。A high-concentration n-type drain layer 908 is selectively formed on the surface of p-type base layer 903.
The drain electrode 909 is provided on the mold drain layer 908. This drain electrode 909 is an n-type drain layer 90
At the same time, the p-type base layer 903 is also in contact with the p-type base layer 903, thereby short-circuiting the n-type drain layer 908 and the p-type base layer 903.
【0178】n型ドレイン層908から所定距離離れた
p型ベース層の表面にはn型ソース層910が形成さ
れ、このn型ソース層910とn型ドレイン層908と
の間のp型ベース層903上には、ゲート絶縁膜912
を介して、ターンオフ用のゲート電極914が形成され
ている。また、n型ソース層910にはソース電極91
1が設けられており、このソース電極911は、カソー
ド電極906と電気的に接続されている。An n-type source layer 910 is formed on the surface of the p-type base layer at a predetermined distance from n-type drain layer 908, and a p-type base layer between n-type source layer 910 and n-type drain layer 908 is formed. A gate insulating film 912 is formed over the gate insulating film 903.
, A turn-off gate electrode 914 is formed. Further, the source electrode 91 is provided on the n-type source layer 910.
1 is provided, and the source electrode 911 is electrically connected to the cathode electrode 906.
【0179】本実施例のMOSゲート型電力用サイリス
タは、ターンオフ時に、ゲート電極914にカソード電
極906に対して正の電圧が印加される。このときの正
孔電流は図35で波線で示しているように、n型エミッ
タ層904のすぐ近くでドレイン電極909に吸い出さ
れ、ゲート電極914直下のnチャネルを通りソース電
極911からカソード電極906へ排出される。In the MOS gate type power thyristor of this embodiment, a positive voltage is applied to the gate electrode 914 with respect to the cathode electrode 906 at the time of turning off. At this time, the hole current is sucked into the drain electrode 909 immediately near the n-type emitter layer 904, passes through the n-channel immediately below the gate electrode 914, and passes from the source electrode 911 to the cathode 906.
【0180】本実施例でも、図34(第14の実施例)
のMOSゲート型電力用サイリスタ場合と同様に、n型
疑似抵抗半導体916によって、従来よりも、多くの電
流を流すことができ、また、同一基板上に複数配列して
も、電流集中の起こりにくい安定した動作が可能とな
る。In this embodiment also, FIG. 34 (14th embodiment)
As in the case of the MOS gate type power thyristor described above, the n-type pseudo-resistance semiconductor 916 allows a larger amount of current to flow than in the past, and the current concentration hardly occurs even when a plurality of currents are arranged on the same substrate. Stable operation becomes possible.
【0181】図36は、本発明(請求項3)の第16の
実施例に係るMOSゲート型電力用半導体素子の素子構
造を示す断面図である。FIG. 36 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate type power semiconductor element according to a sixteenth embodiment of the present invention (claim 3 ).
【0182】本実施例のMOSゲート型電力用半導体素
子が、図34(第14の実施例)のそれと異なる点は、
n型疑似抵抗半導体層916の代わりに、高濃度のp型
半導体層917を用いていることにある。The MOS gate type power semiconductor device of this embodiment is different from that of FIG. 34 (the fourteenth embodiment) in that
A high-concentration p-type semiconductor layer 917 is used instead of the n-type pseudo-resistance semiconductor layer 916.
【0183】すなわち、n型ベース層902の表面には
p型半導体層917が選択的に拡散形成されおり、この
p型半導体層917には第1のコンタクト電極919、
第2のコンタクト電極918が設けられている。That is, a p-type semiconductor layer 917 is selectively formed on the surface of the n-type base layer 902 by diffusion, and the first contact electrode 919,
A second contact electrode 918 is provided.
【0184】この結果、正孔は、n型エミッタ層90
4、カソード電極906、第1のコンタクト電極91
9、p型半導体層917、第2のコンタクト電極91
8、カソードという経路で、カソードとn型エミッタ層
940との間を流れることになる。このとき、正孔がp
型半導体層917内を流れる際に、p型半導体層917
の拡散抵抗により電圧降下が生じ、n型エミッタ層90
4内にn型疑似抵抗半導体層916を設けた場合と同様
に、n型エミッタ層904の電位が上昇する。したがっ
て、第14の実施例と同様な効果が得られる。As a result, holes are generated in the n-type emitter layer 90.
4, cathode electrode 906, first contact electrode 91
9, p-type semiconductor layer 917, second contact electrode 91
8. The current flows between the cathode and the n-type emitter layer 940 through the path of the cathode. At this time, the holes are p
When flowing through the p-type semiconductor layer 917,
Causes a voltage drop due to the diffusion resistance of the n-type emitter layer 90.
4, the potential of the n-type emitter layer 904 rises as in the case where the n-type pseudo-resistance semiconductor layer 916 is provided. Therefore, effects similar to those of the fourteenth embodiment can be obtained.
【0185】図37は、本発明の第17の実施例に係る
MOSゲート型電力用半導体素子の素子構造を示す断面
図である。FIG. 37 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate type power semiconductor element according to a seventeenth embodiment of the present invention.
【0186】本実施例は、図36の第16の実施例の手
法を図35の第15の実施例に適用した例であり、図3
5のn型疑似抵抗半導体層916の代わりに、高濃度の
p型半導体層917の拡散抵抗を利用したものである。This embodiment is an example in which the method of the sixteenth embodiment in FIG. 36 is applied to the fifteenth embodiment in FIG.
The n-type pseudo-resistance semiconductor layer 916 of FIG. 5 utilizes the diffusion resistance of a high-concentration p-type semiconductor layer 917.
【0187】図38は、本発明の第18の実施例に係る
MOSゲート型電力用半導体素子の素子構造を示す断面
図である。FIG. 38 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate type power semiconductor device according to an eighteenth embodiment of the present invention.
【0188】本実施例では、図36のMOSゲート型電
力用半導体素子のp型半導体層917と同様にp型半導
体層920の拡散抵抗を利用し、さらに第1のコンタク
ト電極919と第2のコンタクト電極918との間にn
型半導体層921を拡散形成することにより、電極間の
抵抗が所望の値になるようにしている。In this embodiment, the diffusion resistance of the p-type semiconductor layer 920 is used similarly to the p-type semiconductor layer 917 of the MOS gate type power semiconductor device shown in FIG. 36, and the first contact electrode 919 and the second N between the contact electrode 918
The resistance between the electrodes is set to a desired value by diffusing the mold semiconductor layer 921.
【0189】図39は、本発明の第19の実施例に係る
MOSゲート型電力用半導体素子の素子構造を示す断面
図である。FIG. 39 is a sectional view showing the device structure of a MOS gate type power semiconductor device according to the nineteenth embodiment of the present invention.
【0190】本実施例でも、図35のn型疑似抵抗半導
体の代りに、p型半導体層920を用い、そして、p型
半導体層920の拡散抵抗をn型半導体層921によっ
て所定の値になるようにしている。Also in this embodiment, a p-type semiconductor layer 920 is used in place of the n-type pseudo-resistance semiconductor of FIG. 35, and the diffusion resistance of the p-type semiconductor layer 920 becomes a predetermined value by the n-type semiconductor layer 921. Like that.
【0191】図40は、本発明の第20の実施例に係る
MOSゲート型電力用半導体素子の素子構造を示す断面
図である。FIG. 40 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate type power semiconductor element according to the twentieth embodiment of the present invention.
【0192】本実施例は、図34のn型疑似抵抗半導体
層916の代りとして、p型半導体層920内に拡散形
成されたn型半導体層921の拡散抵抗を利用したもの
である。This embodiment uses the diffusion resistance of the n-type semiconductor layer 921 diffused in the p-type semiconductor layer 920 instead of the n-type pseudo-resistance semiconductor layer 916 of FIG.
【0193】図38の第18の実施例と比べると、n型
半導体層の方がp型半導体層よりも拡散抵抗を小さくで
きるという利点がある。As compared with the eighteenth embodiment of FIG. 38, the n-type semiconductor layer has an advantage that the diffusion resistance can be smaller than that of the p-type semiconductor layer.
【0194】また、本実施例では、p型半導体層920
とn型半導体層921とを、第2のコンタクト電極91
8により短絡している。これはp型半導体層920とn
型半導体層921とが短絡していないと、n型半導体層
921直下でサイリスタ動作が始まり、ターンオフしな
くなってしまうからである。In this embodiment, the p-type semiconductor layer 920
And the n-type semiconductor layer 921 are connected to the second contact electrode 91.
8 is short-circuited. This is because the p-type semiconductor layer 920 and n
If the type semiconductor layer 921 is not short-circuited, the thyristor operation starts immediately below the n-type semiconductor layer 921, and the thyristor does not turn off.
【0195】図41は、本発明の第21の実施例に係る
MOSゲート型電力用半導体素子の素子構造を示す断面
図である。FIG. 41 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate type power semiconductor element according to a twenty-first embodiment of the present invention.
【0196】本実施例は、図40の第20の実施例の手
法を図39の第19の実施例に適用した例であり、n型
半導体層921の拡散抵抗を利用したものである。This embodiment is an example in which the method of the twentieth embodiment of FIG. 40 is applied to the nineteenth embodiment of FIG. 39, and utilizes the diffusion resistance of the n-type semiconductor layer 921.
【0197】図42は、本発明の第22の実施例に係る
MOSゲート型電力用半導体素子の素子構造を示す断面
図である。FIG. 42 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate type power semiconductor element according to a twenty-second embodiment of the present invention.
【0198】本実施例のMOSゲート型電力用半導体素
子が、図40の第20の実施例と異なる点は、p型半導
体層917を第1の電極918と第2の電極919の間
のn型半導体層921の表面に拡散形成し、これによ
り、所望の抵抗値が得られるようにしていることにあ
る。The MOS gate type power semiconductor device of this embodiment is different from that of the twentieth embodiment shown in FIG. 40 in that a p-type semiconductor layer 917 is formed between an electrode 918 and a second electrode 919 between the first electrode 918 and the second electrode 919. The diffusion resistance is formed on the surface of the mold semiconductor layer 921 so that a desired resistance value can be obtained.
【0199】図43は、本発明の第23の実施例に係る
構造の素子構造を示す断面図である。本実施例でも、n
型半導体層921の拡散抵抗をp型高濃度層917で制
御して図35のn型疑似抵抗半導体層916の代りとし
ている。FIG. 43 is a sectional view showing an element structure having a structure according to the twenty-third embodiment of the present invention. Also in this embodiment, n
The diffusion resistance of the semiconductor layer 921 is controlled by the p-type high-concentration layer 917 to replace the n-type pseudo-resistance semiconductor layer 916 in FIG.
【0200】図44は、本発明の第24の実施例に係る
MOSゲート型電力用半導体素子の素子構造を示す断面
図である。FIG. 44 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate type power semiconductor element according to a twenty-fourth embodiment of the present invention.
【0201】本実施例では、n型ベース層902の表面
に厚い絶縁膜(例えば酸化膜)923を形成し、その上
に抵抗体薄膜922(例えばポリシリコン層)を形成
し、この抵抗体薄膜922に第1の電極919と第2の
電極918を設け、第1の電極919、第2の電極91
8をそれぞれカソード電極906、ソース電極911に
接続することにより、抵抗体薄膜922を図34のn型
疑似抵抗半導体916の代りとしている例である。In this embodiment, a thick insulating film (for example, an oxide film) 923 is formed on the surface of the n-type base layer 902, and a resistor thin film 922 (for example, a polysilicon layer) is formed thereon. A first electrode 919 and a second electrode 918 are provided for the first electrode 919 and the second electrode 91.
In this example, the resistor thin film 922 is used in place of the n-type pseudo-resistance semiconductor 916 in FIG. 34 by connecting 8 to the cathode electrode 906 and the source electrode 911, respectively.
【0202】図45は、本発明の第25の実施例に係る
MOSゲート型電力用半導体素子の素子構造を示す断面
図である。FIG. 45 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate type power semiconductor element according to a twenty-fifth embodiment of the present invention.
【0203】本実施例は、図44の第24の実施例の手
法を図35の第15の実施例に適用した例であり、図3
5のn型疑似抵抗半導体916の代りに、抵抗体薄膜9
22の抵抗体として用いている。This embodiment is an example in which the method of the twenty-fourth embodiment in FIG. 44 is applied to the fifteenth embodiment in FIG.
5 in place of the n-type pseudo-resistive semiconductor 916,
22 resistors.
【0204】図46は、本発明の第26の実施例に係る
MOSゲート型電力用半導体素子の素子構造を示す断面
図である。FIG. 46 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate type power semiconductor element according to the twenty-sixth embodiment of the present invention.
【0205】本実施例は、図36の第16の実施例のp
型半導体層917の代りとして、高耐圧化のための接合
終端部に用いている高濃度のp型リング半導体層(ガー
ドリング層)924の拡散抵抗を利用した例である。This embodiment is different from the sixteenth embodiment shown in FIG.
In this example, a diffusion resistance of a high-concentration p-type ring semiconductor layer (guard ring layer) 924 used for a junction termination portion for increasing a breakdown voltage is used instead of the type semiconductor layer 917.
【0206】なお、図中、925は低濃度のp型リング
半導体層(ガードリング層)、926は高濃度のn型ス
トッパ層を示している。In the figure, reference numeral 925 denotes a low-concentration p-type ring semiconductor layer (guard ring layer), and 926 denotes a high-concentration n-type stopper layer.
【0207】図47は、本発明の第27の実施例に係る
MOSゲート型電力用半導体素子の素子構造を示す断面
図である。FIG. 47 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate type power semiconductor element according to a twenty-seventh embodiment of the present invention.
【0208】本実施例は、図37の第17の実施例のp
型半導体層917の代りとして、高耐圧化のための接合
終端部に用いている高濃度のp型リング半導体層(ガー
ドリング層)924の拡散抵抗を利用した例である。This embodiment is different from the seventeenth embodiment shown in FIG.
In this example, a diffusion resistance of a high-concentration p-type ring semiconductor layer (guard ring layer) 924 used for a junction termination portion for increasing a breakdown voltage is used instead of the type semiconductor layer 917.
【0209】図48は、本発明の第28の実施例に係る
MOSゲート型電力用半導体素子の素子構造を示す断面
図である。FIG. 48 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate type power semiconductor device according to a twenty-eighth embodiment of the present invention.
【0210】本実施例では、n型エミッタ層904内に
p型ソース層907およびp型半導体層917が拡散形
成され、また、p型ソース層907とp型半導体層91
7との間のn型エミッタ層904上に第2のゲート電極
914が形成されている。p型半導体層917とn型ベ
ース層904とはカソード電極906により短絡されて
いる。In this embodiment, a p-type source layer 907 and a p-type semiconductor layer 917 are formed in the n-type emitter layer 904 by diffusion, and the p-type source layer 907 and the p-type semiconductor layer 91 are diffused.
7, a second gate electrode 914 is formed on the n-type emitter layer 904. The p-type semiconductor layer 917 and the n-type base layer 904 are short-circuited by the cathode electrode 906.
【0211】本実施例では、第2のゲート電極914に
常にカソード(この場合ソース電極911)に対して負
の電圧をかけて、p型ソース層907、n型ベース層9
04、p型半導体層917からなるpチャネルMISF
ETを導通状態としておく。In this embodiment, a negative voltage is always applied to the second gate electrode 914 with respect to the cathode (in this case, the source electrode 911), so that the p-type source layer 907 and the n-type base layer 9
04, p-channel MISF composed of p-type semiconductor layer 917
ET is kept conductive.
【0212】すなわち、本実施例では、第2のゲート電
極914直下のチャネル抵抗をn型疑似抵抗半導体層9
16として利用している。That is, in this embodiment, the channel resistance immediately below the second gate electrode 914 is changed to the n-type pseudo-resistance semiconductor layer 9.
16 is used.
【0213】図49は、本発明の第29の実施例に係る
MOSゲート型電力用半導体素子の素子構造を示す断面
図である。FIG. 49 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate type power semiconductor element according to the twenty-ninth embodiment of the present invention.
【0214】本実施例は、図48の第28の実施例の手
法を図39の第19の実施例のMOSゲート型電力用半
導体素子35に適用した例であり、n型エミッタ層90
4、p型ベース層、n型半導体層921からなるnチャ
ネルMISFETのチャネル抵抗をp型半導体層92
0、n型半導体層921として利用している。This embodiment is an example in which the technique of the twenty-eighth embodiment of FIG. 48 is applied to the MOS gate type power semiconductor device 35 of the nineteenth embodiment of FIG.
4. The channel resistance of the n-channel MISFET composed of the p-type base layer and the n-type semiconductor layer 921 is reduced by
It is used as a 0, n-type semiconductor layer 921.
【0215】図50は、本発明の第30の実施例に係る
MOSゲート型電力用半導体素子の素子構造を示す断面
図である。FIG. 50 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate type power semiconductor element according to the thirtieth embodiment of the present invention.
【0216】本実施例は、n型エミッタ層904の外
に、図48の場合と同様にnチャネルMISFETを形
成し、そのチャネル抵抗をn型疑似抵抗半導体層916
として利用した例である。In this embodiment, in addition to the n-type emitter layer 904, an n-channel MISFET is formed in the same manner as in FIG.
This is an example of using as
【0217】すなわち、本実施例は、図38のMOSゲ
ート型電力用半導体素子において、p型半導体層920
内にnチャネルMISFETを形成したもである。That is, in this embodiment, the p-type semiconductor layer 920 in the MOS gate type power semiconductor device of FIG.
An n-channel MISFET is formed therein.
【0218】本実施例では、第2のゲート電極914に
は常にカソード(この場合、第1の電極918)に対し
て正の電圧を印加し、また、第1の電極918は、直下
のn型層921がサイリスタ動作を起こし、ターンオフ
できなくなるのを防ぐため、p型半導体層920とn型
半導体層921を短絡している。In this embodiment, a positive voltage is always applied to the second gate electrode 914 with respect to the cathode (in this case, the first electrode 918). The p-type semiconductor layer 920 and the n-type semiconductor layer 921 are short-circuited to prevent the thyristor operation of the mold layer 921 from becoming impossible to turn off.
【0219】図51は、本発明の第31の実施例に係る
MOSゲート型電力用半導体素子の素子構造を示す断面
図である。FIG. 51 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate type power semiconductor element according to a thirty-first embodiment of the present invention.
【0220】本実施例は、図50の第30の実施例の手
法を図39のMOSゲート型電力用半導体素子に適用し
た例であり、抵抗体として、p型半導体層920内に形
成したnチャネルMISFETのチャネル抵抗を利用し
たものである。This embodiment is an example in which the method of the thirtieth embodiment shown in FIG. 50 is applied to the MOS gate type power semiconductor device shown in FIG. 39, and an n-type resistor formed in a p-type semiconductor layer 920 as a resistor. This utilizes the channel resistance of the channel MISFET.
【0221】図52は、本発明の第32の実施例に係る
MOSゲート型電力用半導体素子の平面図である。ま
た、図53、図54、図55は、それぞれ、図52のA
−A´断面図、B−B断面図、C−C´断面図である。FIG. 52 is a plan view of a MOS gate type power semiconductor device according to a thirty-second embodiment of the present invention. 53, FIG. 54, and FIG.
-A 'sectional drawing, BB sectional drawing, and CC' sectional drawing.
【0222】本実施例では、基本的には図37の実施例
で示した素子構造を用いている。そして、ターンオフ用
の第2のゲート電極914が、太い引き出しの部分91
4aと、そこから細く長方形の輪状に伸びたMIS構造
のゲート部分914bとにより構成されている。In this embodiment, basically, the element structure shown in the embodiment of FIG. 37 is used. Then, the second gate electrode 914 for turn-off is formed by a thick lead portion 91.
4a and a gate portion 914b of a MIS structure extending in a thin rectangular ring shape therefrom.
【0223】カソード電極906はp型半導体917を
通じてソース電極911に接続されており、正孔排出用
のドレイン電極909は太い引き出しの第2のゲート電
極914aの上を通って、長方形の輪の第2のゲート電
極914b中に入り、ソース電極911とnチャネルM
ISFETで接続される。The cathode electrode 906 is connected to the source electrode 911 through the p-type semiconductor 917, and the drain electrode 909 for discharging holes passes over the second gate electrode 914a having a large width, and is formed in a rectangular ring shape. 2 and the source electrode 911 and the n-channel M
Connected by ISFET.
【0224】また、図53に示すように、ソース電極9
11がp型半導体層917を介してカソード電極906
と直列接続しており、これにより、ターンオフ用MIS
FETを含むp型半導体層920の電位の安定化が図れ
る。Further, as shown in FIG.
Reference numeral 11 denotes a cathode electrode 906 via a p-type semiconductor layer 917.
And the MIS for turn-off.
The potential of the p-type semiconductor layer 920 including the FET can be stabilized.
【0225】また、正孔は、図54から分かるように、
ドレイン電極909からn型ドレイン層908、ターン
オフ用のゲート電極914b直下のチャネル領域、n型
ソース層910、ソース電極911を通って排出され
る。n型ドレイン層908とn型ソース層910とが交
互に配置され、繰り返される構造により、正孔の排出に
必要なMISFETのチャネル幅が得られる。As can be seen from FIG. 54, the holes are
Drain is discharged from the drain electrode 909 through the n-type drain layer 908, the channel region immediately below the gate electrode 914b for turn-off, the n-type source layer 910, and the source electrode 911. The n-type drain layer 908 and the n-type source layer 910 are alternately arranged, and a repetitive structure provides a channel width of the MISFET required for discharging holes.
【0226】また、図55は、太いターンオフ用絶縁ゲ
ート電極914aの引き出しと、正孔排出用のドレイン
電極909の引き出しの部分を示している。FIG. 55 shows a portion where a thick turn-off insulated gate electrode 914a is drawn out and a hole where a drain electrode 909 for discharging holes is drawn out.
【0227】この素子のターンオンは、ターンオン用の
ゲート電極913にカソード電極906に対して正の電
圧を印加し、n型エミッタ層904から電子を注入する
ことにより行なわれる。The element is turned on by applying a positive voltage to the cathode electrode 906 to the turn-on gate electrode 913 and injecting electrons from the n-type emitter layer 904.
【0228】一方、ターンオフは、ターンオフ用の第2
のゲート電極914にカソード(この場合ソース電極9
11)に対して正の電圧を印加し、n型ドレイン層90
9、p型層920、n型ソース層910からなるnチャ
ネルMISFETのチャネル領域を導通状態とし、ドレ
イン電極909からソース電極911へと正孔を排出す
ことにより行なわれる。On the other hand, the turn-off is the second turn-off.
Of the gate electrode 914 (in this case, the source electrode 9
11) to apply a positive voltage to the n-type drain layer 90
9, the channel region of the n-channel MISFET including the p-type layer 920 and the n-type source layer 910 is made conductive, and holes are discharged from the drain electrode 909 to the source electrode 911.
【0229】本実施例の構造上の特徴は、n型エミッタ
層904の幅に対して、ターンオフ用のMISFETの
チャネル幅を十分に大きく取れること、太いターンオフ
用のゲート電極914aの引き出しにより、ターンオフ
用のMISFETのチャネル抵抗が小さくなり、より大
きな電流をターンオフできること、太いターンオフ用の
ゲート電極914a上をソース電極911や、ドレイン
電極909が通っているため素子面積効率が高くなるこ
とである。The structure of this embodiment is characterized in that the channel width of the turn-off MISFET can be made sufficiently larger than the width of the n-type emitter layer 904, and that the turn-off gate electrode 914a is extended to turn off. In this case, the channel resistance of the MISFET for turning off becomes small, and a larger current can be turned off, and the element area efficiency is increased because the source electrode 911 and the drain electrode 909 pass over the thick turn-off gate electrode 914a.
【0230】図56は、図53に示したA−A′断面図
のカソード電極906を圧接する場合の電極の取り方を
示す断面図である。これは、カソード電極906および
ターンオン用のゲート電極913を絶縁膜927(例え
ばポリイミド膜)で覆い、ソース電極911のみを表出
させた構造を示している。FIG. 56 is a cross-sectional view showing how to take the electrode when pressing the cathode electrode 906 of the AA 'cross-sectional view shown in FIG. 53. This shows a structure in which the cathode electrode 906 and the gate electrode 913 for turning on are covered with an insulating film 927 (for example, a polyimide film), and only the source electrode 911 is exposed.
【0231】図57は、図53に示したA−A′断面図
のカソードの電極を圧接する場合の他の電極の取り方を
示す断面図である。これは、ソース電極911の部分の
みを残して他を絶縁膜927で覆い、さらに圧接用の電
極915をソース電極911の上に配置することによ
り、圧接がより容易になった構造を示している。FIG. 57 is a cross-sectional view showing another way of taking the electrode when the cathode electrode of the AA 'cross-sectional view shown in FIG. 53 is pressed. This shows a structure in which the pressure contact is made easier by leaving only the source electrode 911 and covering the other with the insulating film 927 and further arranging the pressure contact electrode 915 on the source electrode 911. .
【0232】図58は、図53に示したA−A′断面図
のカソードの電極を圧接する場合のさらに別の電極の取
り方を示す断面図である。この構造では、図57よりも
絶縁膜927の領域を多くし、圧接用電極915がター
ンオフ用ゲート電極914上に重ならないようにしてい
る。このようにすると、圧接時の応力がゲート電極に及
ぼす影響が少なくて済む。FIG. 58 is a cross-sectional view showing how to take another electrode when the cathode electrode of the AA 'cross-sectional view shown in FIG. 53 is pressed. In this structure, the area of the insulating film 927 is made larger than that in FIG. 57 so that the press-contact electrode 915 does not overlap the turn-off gate electrode 914. In this case, the influence of the stress at the time of pressure contact on the gate electrode can be reduced.
【0233】なお、第6〜第8の実施例に係る発明の一
般的な効果は以下の通りである。The general effects of the inventions according to the sixth to eighth embodiments are as follows.
【0234】すなわち、この発明によれば、異なるゲー
ト電極を絶縁膜を介して立体的に交差して配設している
ので、従来不可能であったゲート電極の配設パターンが
可能となり、MOS構造の設計の自由度が高くなる。That is, according to the present invention, since different gate electrodes are three-dimensionally intersected with an insulating film interposed therebetween, the arrangement pattern of the gate electrodes, which was impossible in the past, becomes possible. The degree of freedom in designing the structure is increased.
【0235】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、上記実施例では、p型エミッ
タ層とn型ベース層とが直接接する場合について説明し
たが、これらの間にバッファ層等を設け、p型エミッタ
層とn型ベース層とが間接的に接する場合にも本発明は
有効である。また、上記実施例を種々組み合わせても良
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。The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in the above embodiment, the case where the p-type emitter layer and the n-type base layer are in direct contact with each other has been described. However, a buffer layer or the like is provided between these layers, and the p-type emitter layer and the n-type base layer are indirectly connected. The present invention is also effective when touching. Further, the above embodiments may be variously combined. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
【0236】[0236]
【発明の効果】以上詳述したように本発明(請求項1)
によれば、バイパス経路における第2導電型ベース層の
横方向抵抗およびターンオフ時のチャネル抵抗を低減で
きるので、ターンオフ特性を大幅に改善できるようにな
る。As described in detail above, the present invention (claim 1)
According to this, the lateral resistance of the second conductivity type base layer in the bypass path and the channel resistance at the time of turn-off can be reduced, so that the turn-off characteristics can be greatly improved.
【0237】また、本発明(請求項2,3)によれば、
第1導電型エミッタ層と第2の主電極との間に抵抗体が
存在するので、オン状態のときに第1導電型エミッタ層
の電位が上昇し、その結果、第1導電型エミッタ層と第
2導電型ベース層との間のビルトイン電圧を越えても、
その越えた分のレベルが上記抵抗体による電位上昇以内
であればラッチアップは起こらないので、素子を微細化
しなくても、十分なターンオフ能力が得られるようにな
る。According to the present invention (claims 2 and 3 ),
Since there is a resistor between the first conductivity type emitter layer and the second main electrode, the potential of the first conductivity type emitter layer rises during the ON state, and as a result, the first conductivity type emitter layer is Even if the built-in voltage between the second conductive type base layer and the second conductive type base layer is exceeded,
Latch-up does not occur if the level of the excess exceeds the potential rise due to the resistor, so that a sufficient turn-off capability can be obtained without miniaturizing the element.
【図1】本発明の第1の実施例に係るMOSゲート型サ
イリスタの平面図FIG. 1 is a plan view of a MOS gate thyristor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1のA−A′断面図FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1;
【図3】本発明のMOSゲート型サイリスタのゲート駆
動方法を示すタイムチャートFIG. 3 is a time chart showing a gate driving method of the MOS gate type thyristor of the present invention.
【図4】図1のMOSゲート型サイリスタのn型ソース
層、ソース電極、p型ベース層との関係を示す図FIG. 4 is a diagram showing a relationship among an n-type source layer, a source electrode, and a p-type base layer of the MOS gate thyristor in FIG. 1;
【図5】図1のMOSゲート型サイリスタの変形例に係
るn型ソース層、ソース電極、p型ベース層との関係を
示す図FIG. 5 is a diagram showing a relationship among an n-type source layer, a source electrode, and a p-type base layer according to a modification of the MOS gate thyristor of FIG. 1;
【図6】本発明の第2の実施例に係る横型MOSゲート
型サイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 6 is a sectional view showing an element structure of a lateral MOS gate thyristor according to a second embodiment of the present invention;
【図7】図6の横型MOSゲート型サイリスタのゲート
駆動方法を示すタイムチャートFIG. 7 is a time chart showing a gate driving method of the lateral MOS gate thyristor of FIG. 6;
【図8】本発明の第3の実施例に係るMOSゲート型サ
イリスタの素子構造を示す断面図FIG. 8 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor according to a third embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第4の実施例に係るMOSゲート型サ
イリスタの素子構造を示す断面図FIG. 9 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第5の実施例に係るMOSゲート型
サイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 10 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor according to a fifth embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第6の実施例に係るMOSゲート型
サイリスタの平面図FIG. 11 is a plan view of a MOS gate thyristor according to a sixth embodiment of the present invention.
【図12】図11のA−A′断面図FIG. 12 is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 11;
【図13】図11のB−B′断面図FIG. 13 is a sectional view taken along line BB ′ of FIG. 11;
【図14】図11のC−C′断面図FIG. 14 is a sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 11;
【図15】図11のD−D′断面図FIG. 15 is a sectional view taken along the line DD ′ of FIG. 11;
【図16】本発明の第7の実施例に係るMOSゲート型
サイリスタの平面図FIG. 16 is a plan view of a MOS gate thyristor according to a seventh embodiment of the present invention.
【図17】図16のA−A′断面図FIG. 17 is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 16;
【図18】図16のB−B′断面図18 is a sectional view taken along the line BB 'of FIG.
【図19】立体交差するゲート電極の製造方法を示す前
半の工程断面図FIG. 19 is a process cross-sectional view of a first half showing a method of manufacturing a gate electrode which crosses three-dimensionally;
【図20】立体交差するゲート電極の製造方法を示す後
半の工程断面図FIG. 20 is a process sectional view of the latter half showing a method of manufacturing a gate electrode which crosses three-dimensionally;
【図21】ゲート電極の交差部分の変形例を示す図FIG. 21 is a diagram showing a modification of an intersection of gate electrodes.
【図22】本発明の第8の実施例に係るMOSゲート型
サイリスタの等価回路図FIG. 22 is an equivalent circuit diagram of a MOS gate thyristor according to an eighth embodiment of the present invention.
【図23】本発明の第8の実施例に係るMOSゲート型
サイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 23 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor according to an eighth embodiment of the present invention;
【図24】本発明の第9の実施例に係るMOSゲート型
サイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 24 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor according to a ninth embodiment of the present invention;
【図25】本発明の第10の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 25 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor according to a tenth embodiment of the present invention.
【図26】本発明の第11の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 26 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor according to an eleventh embodiment of the present invention;
【図27】本発明の第12の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 27 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor according to a twelfth embodiment of the present invention.
【図28】本発明の第12の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 28 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor according to a twelfth embodiment of the present invention;
【図29】従来のMOSゲート型サイリスタの素子構造
を示す断面図FIG. 29 is a sectional view showing the element structure of a conventional MOS gate thyristor.
【図30】従来の横型絶縁ゲート型サイリスタの素子構
造を示す断面図FIG. 30 is a sectional view showing the element structure of a conventional horizontal insulated gate thyristor.
【図31】図30の横型MOSゲート型サイリスタのゲ
ート駆動方法を示すタイムチャートFIG. 31 is a time chart showing a gate driving method of the lateral MOS gate thyristor of FIG. 30;
【図32】従来の他の絶縁ゲート型ターンオフサイリス
タの素子構造を示す断面図FIG. 32 is a sectional view showing the element structure of another conventional insulated gate type turn-off thyristor.
【図33】図32のA−A´断面図FIG. 33 is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 32;
【図34】本発明の第14の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(MCT)の素子構造を示す断面図FIG. 34 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (MCT) according to a fourteenth embodiment of the present invention;
【図35】本発明の第15の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の素子構造を示す断面図FIG. 35 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (IGTT) according to a fifteenth embodiment of the present invention;
【図36】本発明の第16の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の素子構造を示す断面図FIG. 36 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (IGTT) according to a sixteenth embodiment of the present invention;
【図37】本発明の第17の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の素子構造を示す断面図FIG. 37 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (IGTT) according to a seventeenth embodiment of the present invention.
【図38】本発明の第18の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の素子構造を示す断面図FIG. 38 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (IGTT) according to an eighteenth embodiment of the present invention;
【図39】本発明の第19の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の素子構造を示す断面図FIG. 39 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (IGTT) according to a nineteenth embodiment of the present invention;
【図40】本発明の第20の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の素子構造を示す断面図FIG. 40 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (IGTT) according to a twentieth embodiment of the present invention;
【図41】本発明の第21の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の素子構造を示す断面図FIG. 41 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (IGTT) according to a twenty-first embodiment of the present invention;
【図42】本発明の第22の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の素子構造を示す断面図FIG. 42 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (IGTT) according to a twenty-second embodiment of the present invention;
【図43】本発明の第23の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の素子構造を示す断面図FIG. 43 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (IGTT) according to a twenty-third embodiment of the present invention;
【図44】本発明の第24の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の素子構造を示す断面図FIG. 44 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (IGTT) according to a twenty-fourth embodiment of the present invention;
【図45】本発明の第25の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の素子構造を示す断面図FIG. 45 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (IGTT) according to a twenty-fifth embodiment of the present invention;
【図46】本発明の第26の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の素子構造を示す断面図FIG. 46 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (IGTT) according to a twenty-sixth embodiment of the present invention;
【図47】本発明の第27の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の素子構造を示す断面図FIG. 47 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (IGTT) according to a twenty-seventh embodiment of the present invention.
【図48】本発明の第28の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の素子構造を示す断面図FIG. 48 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (IGTT) according to a twenty-eighth embodiment of the present invention;
【図49】本発明の第29の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の素子構造を示す断面図FIG. 49 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (IGTT) according to a twenty-ninth embodiment of the present invention;
【図50】本発明の第30の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の素子構造を示す断面図FIG. 50 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (IGTT) according to a thirtieth embodiment of the present invention;
【図51】本発明の第31の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の素子構造を示す断面図FIG. 51 is a sectional view showing an element structure of a MOS gate thyristor (IGTT) according to a thirty-first embodiment of the present invention;
【図52】本発明の第32の実施例に係るMOSゲート
型サイリスタ(IGTT)の平面図FIG. 52 is a plan view of a MOS gate thyristor (IGTT) according to a thirty-second embodiment of the present invention.
【図53】図53のA−A´断面図FIG. 53 is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 53;
【図54】図53のB−B´断面図FIG. 54 is a sectional view taken along line BB ′ of FIG. 53;
【図55】図53のC−C´断面図FIG. 55 is a sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 53;
【図56】図53のカソード電極を圧接する場合の電極
の取り方を示す断面図FIG. 56 is a sectional view showing how to take an electrode when the cathode electrode of FIG. 53 is brought into pressure contact.
【図57】図53のカソード電極を圧接する場合の他の
電極の取り方を示す断面図FIG. 57 is a cross-sectional view showing how to take another electrode when the cathode electrode of FIG. 53 is pressed.
【図58】図53のカソード電極を圧接する場合のさら
に別の電極の取り方を示す断面図FIG. 58 is a cross-sectional view showing how to take another electrode when the cathode electrode of FIG. 53 is pressed.
【図59】従来のMOSゲート型電力用半導体素子(M
CT)の素子構造を示す断面図FIG. 59 shows a conventional MOS gate type power semiconductor device (M
Sectional view showing the element structure of (CT)
101…n型ベース層(第1導電型ベース層) 102…p型ベース層(第2導電型ベース層) 103…n型エミッタ層(第1導電型エミッタ層) 104…p型エミッタ層(第2導電型エミッタ層) 105…カソード電極(第2の主電極) 106…アノード電極(第1の主電極) 107…n型ドレイン層(第1導電型ドレイン層) 108…ドレイン電極 109…ゲート絶縁膜(第2のゲート絶縁膜) 110…ゲート電極(第2のゲート電極) 111…n型ソース層(第1導電型ソース層) 112…ソース電極 123…ゲート絶縁膜(第1のゲート絶縁膜) 124…ゲート電極(第1のゲート電極) 203…n型ベース層(第1導電型ベース層) 204…p型ベース層(第2導電型ベース層) 206…p型エミッタ層(第2導電型エミッタ層) 207…n型エミッタ層(第1導電型エミッタ層) 208…p型ドレイン層(第2導電型ドレイン層) 210…ゲート絶縁膜(第2のゲート絶縁膜) 211…第2のゲート電極(第2のゲート電極) 212…第1のゲート絶縁膜(第1のゲート絶縁膜) 213…第1のゲート電極(第1のゲート電極) 214…アノード電極(第1の主電極) 215…ドレイン電極 216…カソード電極(第2の主電極) 401…p型エミッタ層(第1の主面) 402…n型ベース層 403…p型ベース層 404…n型エミッタ層(第2の主面) 405…アノード電極(第1の主電極) 406…カソード電極(第2の主電極) 901…p型エミッタ層(第2導電型エミッタ層) 902…n型ベース層(第1導電型ベース層) 903…p型ベース層(第2導電型ベース層) 904…n型エミッタ層(第1導電型エミッタ層) 905…アノード電極(第1の主電極) 906…カソード電極(第2の主電極) 916…n型疑似抵抗半導体層(第1導電型疑似抵抗半
導体層) 917…p型半導体層(第2導電型半導体層) 918…第2のコンタクト電極 919…第1のコンタクト電極101 ... n-type base layer (first conductivity type base layer) 102 ... p-type base layer (second conductivity type base layer) 103 ... n-type emitter layer (first conductivity type emitter layer) 104 ... p-type emitter layer (first 2 conductive type emitter layer 105 105 cathode electrode (second main electrode) 106 anode electrode (first main electrode) 107 n-type drain layer (first conductive type drain layer) 108 drain electrode 109 gate insulation Film (second gate insulating film) 110 gate electrode (second gate electrode) 111 n-type source layer (source layer of first conductivity type) 112 source electrode 123 gate insulating film (first gate insulating film) 124 ... gate electrode (first gate electrode) 203 ... n-type base layer (first conductivity type base layer) 204 ... p-type base layer (second conductivity type base layer) 206 ... p-type emitter layer (second conductivity type) Type Emi 207: n-type emitter layer (first conductivity type emitter layer) 208: p-type drain layer (second conductivity type drain layer) 210: gate insulating film (second gate insulating film) 211: second Gate electrode (second gate electrode) 212: first gate insulating film (first gate insulating film) 213: first gate electrode (first gate electrode) 214: anode electrode (first main electrode) 215 drain electrode 216 cathode electrode (second main electrode) 401 p-type emitter layer (first main surface) 402 n-type base layer 403 p-type base layer 404 n-type emitter layer (second 405: Anode electrode (first main electrode) 406: Cathode electrode (second main electrode) 901: p-type emitter layer (second conductivity type emitter layer) 902 ... n-type base layer (first conductivity type) Base layer) 903: p-type 904... N-type emitter layer (first conductive type emitter layer) 905... Anode electrode (first main electrode) 906... Cathode electrode (second main electrode) 916. Type pseudo-resistance semiconductor layer (first conductivity type pseudo-resistance semiconductor layer) 917 ... p-type semiconductor layer (second conductivity type semiconductor layer) 918 ... second contact electrode 919 ... first contact electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大村 一郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平6−125078(JP,A) 特開 平5−283675(JP,A) 特開 平7−183488(JP,A) 特開 昭62−76557(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/749 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Ichiro Omura 1 Toshiba-cho, Komukai, Koyuki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba R & D Center Co., Ltd. (56) References JP-A-6-125078 (JP, A) JP-A-5-283675 (JP, A) JP-A-7-183488 (JP, A) JP-A-62-76557 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 29 / 749
Claims (5)
接的に接する第2導電型エミッタ層と、 この第2導電型エミッタ層と反対側の前記第1導電型ベ
ース層の表面に選択的に形成された第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形成された第
1導電型エミッタ層と、 前記第2導電型ベース層の表面に選択的に形成された第
1導電型ソース層と、 前記第1導電型エミッタ層と前記第1導電型ソース層と
の間の前記第2導電型ベース層の表面に選択的に形成さ
れた第1導電型ドレイン層と、 前記第1導電型ベース層と前記第1導電型エミッタ層と
で挟まれた前記第2導電型ベース層上に、第1のゲート
絶縁膜を介して設けられた第1のゲート電極と、 前記第1導電型ドレイン層と前記第1導電型ソース層と
で挟まれた前記第2導電型ベース層上に、第2のゲート
絶縁膜を介して設けられた第2のゲート電極と、 前記第2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導電型エミッタ層に設けられた第2の主電極
と、 前記第2導電型ベース層および前記第1導電型ドレイン
層に設けられたドレイン電極と、 前記第1導電型ソース層に設けられ、前記第2の主電極
と接続されたソース電極とを具備してなり、 前記第1のゲート電極を取り囲むように前記第1導電型
エミッタ層および前記第2の主電極が形成され、前記第
1導電型エミッタ層および前記第2の主電極を取り囲む
ように前記第1導電型ドレイン層および前記ドレイン電
極が形成され、前記第1導電型ドレイン層および前記ド
レイン電極を取り囲むように前記第2のゲート電極が形
成され、前記第2のゲート電極を取り囲むように前記第
1導電型ソース層および前記ソース電極が形成されてい
ることを特徴とするMOSゲート型電力用半導体素子。A second conductive type emitter layer which is in direct or indirect contact with the surface of the first conductive type base layer; and a surface of the first conductive type base layer opposite to the second conductive type emitter layer. A second conductivity type base layer formed selectively; a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer; and a second conductivity type base layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer. A first conductivity type source layer formed, and a first conductivity type selectively formed on a surface of the second conductivity type base layer between the first conductivity type emitter layer and the first conductivity type source layer. A first layer provided on a second conductive type base layer interposed between the drain layer and the first conductive type base layer and the first conductive type emitter layer via a first gate insulating film; An electrode, sandwiched between the first conductivity type drain layer and the first conductivity type source layer A second gate electrode provided on the second conductive type base layer via a second gate insulating film, a first main electrode provided on the second conductive type emitter layer, A second main electrode provided on the conductive type emitter layer; a drain electrode provided on the second conductive type base layer and the first conductive type drain layer; A source electrode connected to a second main electrode, wherein the first conductivity type emitter layer and the second main electrode are formed so as to surround the first gate electrode; A first conductivity type drain layer and the drain electrode are formed so as to surround the type emitter layer and the second main electrode; and the second gate electrode is formed so as to surround the first conductivity type drain layer and the drain electrode. Formed And a first conductivity type source layer and the source electrode are formed so as to surround the second gate electrode.
し、第1の主電極が設けられた第2導電型エミッタ層
と、 この第2導電型エミッタ層と反対側の前記第1導電型ベ
ース層の表面に選択的に形成された第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形成された第
1導電型エミッタ層と、この第1導電型エミッタ層の表
面に選択的に形成され、ソース電極が設けられた第2導
電型ソース層と、 この第2導電型ソース層と前記第1導電型ベース層とで
挟まれた前記第2導電型ベース層および前記第1導電型
エミッタ層上に、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導電型エミッタ層の表面に選択的に形成され、
前記ソース電極に接続する第2の主電極が設けられた第
1導電型抵抗半導体層とを具備してなることを特徴とす
るMOSゲート型電力用半導体素子。2. A first conductivity type base layer, a second conductivity type emitter layer directly or indirectly in contact with the surface of the first conductivity type base layer, and provided with a first main electrode; A second conductive type base layer selectively formed on the surface of the first conductive type base layer opposite to the conductive type emitter layer; and a first conductive type base layer selectively formed on the surface of the second conductive type base layer. A conductive type emitter layer, a second conductive type source layer selectively formed on the surface of the first conductive type emitter layer and provided with a source electrode, a second conductive type source layer and the first conductive type base. A gate electrode provided via a gate insulating film on the second conductive type base layer and the first conductive type emitter layer sandwiched between the first conductive type emitter layer and a surface of the first conductive type emitter layer; Formed,
A first conductivity type resistive semiconductor layer provided with a second main electrode connected to the source electrode; and a MOS gate type power semiconductor element.
し、第1の主電極が設けられた第2導電型エミッタ層
と、 この第2導電型エミッタ層と反対側の前記第1導電型ベ
ース層の表面に選択的に形成された第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形成され、第
2の主電極が設けられた第1導電型エミッタ層と、 この第1導電型エミッタ層の表面に選択的に形成され、
前記第2の主電極に接続するソース電極が設けられた第
2導電型ソース層と、 この第2導電型ソース層と前記第1導電型ベース層とで
挟まれた前記第2導電型ベース層および前記第1導電型
エミッタ層上に、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導電型ベース層の表面に選択的に形成された第
2導電型半導体層と、 この第2導電型半導体層に設けられ、前記第2の主電極
に接続する第1のコンタクト電極と、 前記第2導電型半導体層に設けられ、前記ソース電極に
接続する第2のコンタクト電極とを具備してなることを
特徴とするMOSゲート型電力用半導体素子。3. A first conductivity type base layer, a second conductivity type emitter layer directly or indirectly in contact with the surface of the first conductivity type base layer, and a second conductivity type emitter layer provided with a first main electrode. A second conductive type base layer selectively formed on the surface of the first conductive type base layer opposite to the conductive type emitter layer; and a second conductive type base layer selectively formed on the surface of the second conductive type base layer. A first conductivity type emitter layer provided with a main electrode of: and a first conductivity type emitter layer selectively formed on a surface of the first conductivity type emitter layer;
A second conductivity type source layer provided with a source electrode connected to the second main electrode; and the second conductivity type base layer sandwiched between the second conductivity type source layer and the first conductivity type base layer. A gate electrode provided on the first conductivity type emitter layer via a gate insulating film; a second conductivity type semiconductor layer selectively formed on a surface of the first conductivity type base layer; A first contact electrode provided on the two-conductivity-type semiconductor layer and connected to the second main electrode; and a second contact electrode provided on the second-conductivity-type semiconductor layer and connected to the source electrode A MOS gate type power semiconductor device, comprising:
する第2導電型エミッタ層と、 この第2導電型エミッタ層と反対側の前記第1導電型ベ
ース層の表面に選択的に形成された第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形成された第
1導電型エミッタ層と、 前記第2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導電型エミッタ層に設けられた第2の主電極
と、 前記第1導電型ベース層と前記第1導電型エミッタ層と
で挟まれた前記第2導電型ベース層上に、第1のゲート
絶縁膜を介して設けられた第1のゲート電極で駆動され
るn型MOSFETと、 前記第1導電型エミッタ層と前記第2導電型ベース層と
の間を電気的に短絡する第1のゲート電極と電気的に短
絡された第2のゲート電極により制御されるp型MOS
FETと、 を具備するMOSゲート型電力用半導体素子の駆動方法
において、 定常オフ時に前記ゲート電極に、n型MOSFETをオ
フさせ、かつp型MOSFETをオンさせるような第1
の電圧を印加し、 ターンオン時に前記ゲート電極に、n型MOSFETを
オンさせ、かつp型MOSFETをオフさせるような第
2の電圧を印加し、 ターンオフ時に前記ゲート電極に、n型MOSFETを
オンさせ、p型MOSFETをオンさせるような第1の
電圧と第2の電圧の間の第3の電圧を印加し、一定時間
経過後に第1の電圧を印加することを特徴とするMOS
ゲート型電力用半導体素子の駆動方法。4. A first conductivity type base layer, a second conductivity type emitter layer directly or indirectly in contact with the surface of the first conductivity type base layer, and the second conductivity type emitter layer opposite to the second conductivity type emitter layer. A second conductivity type base layer selectively formed on the surface of the one conductivity type base layer; a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer; A first main electrode provided on the first conductive type emitter layer, a second main electrode provided on the first conductive type emitter layer, and the first conductive type base layer and the first conductive type emitter layer. An n-type MOSFET driven by a first gate electrode provided on the second conductive type base layer with a first gate insulating film interposed therebetween, the first conductive type emitter layer and the second conductive type A first gate electrode that electrically shorts with the mold base layer; P-type MOS controlled by a short-circuited second gate electrode
A method for driving a MOS gate type power semiconductor device comprising: an FET, wherein at the time of steady OFF, the gate electrode turns off an n-type MOSFET and turns on a p-type MOSFET.
A second voltage that turns on the n-type MOSFET and turns off the p-type MOSFET at the time of turn-on, and turns on the n-type MOSFET at the time of turn-off. A third voltage between a first voltage and a second voltage for turning on a p-type MOSFET and applying the first voltage after a lapse of a predetermined time.
A method for driving a gate type power semiconductor device.
導電型ドレイン層と、 前記第2導電型ドレイン層上に形成された前記第2の主
電極に接続されたドレイン電極と、 前記第2導電型ドレイン層と第2導電型ベース層との間
の前記第1導電型エミッタ層上にゲート絶縁膜を介して
形成された第2のゲート電極により制御されるp型MO
SFETであることを特徴とする請求項4記載のMOS
ゲート型電力用半導体素子の駆動方法。5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the p-type MOSFET is formed in a second region formed in a surface region of the first conductivity type emitter layer.
A conductive type drain layer, a drain electrode connected to the second main electrode formed on the second conductive type drain layer, and a second conductive type drain layer and a second conductive type base layer. A p-type MO controlled by a second gate electrode formed on the first conductivity type emitter layer via a gate insulating film.
5. The MOS according to claim 4 , wherein the MOS is an SFET.
A method for driving a gate type power semiconductor device.
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