JP3522887B2 - 高耐圧半導体素子 - Google Patents
高耐圧半導体素子Info
- Publication number
- JP3522887B2 JP3522887B2 JP9549995A JP9549995A JP3522887B2 JP 3522887 B2 JP3522887 B2 JP 3522887B2 JP 9549995 A JP9549995 A JP 9549995A JP 9549995 A JP9549995 A JP 9549995A JP 3522887 B2 JP3522887 B2 JP 3522887B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- type semiconductor
- conductivity type
- layer
- breakdown voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Description
る高耐圧半導体素子に関する。
用されている。図23に従来の高耐圧半導体素子の一例
として高耐圧ダイオードの断面図を示す。この図23に
は、オン状態における素子内の電流密度Jの分布も示さ
れている。
ており、このn型ベース層91の表面にはp型エミッタ
層94が選択的に拡散形成され、一方、n型ベース層9
1の裏面にはn型エミッタ層92が拡散形成されてい
る。p型エミッタ層94にはアノード電極95が設けら
れ、n型エミッタ層92にはカソード電極93が設けら
れている。
ような接合終端構造が形成されている。すなわち、n型
ベース層91の表面には耐圧を高めるための高濃度の深
いp型ガードリング層97がp型エミッタ層94を囲む
ようにp型エミッタ層94に接して形成されている。
ド・カソード間に逆バイアス電圧がかかったときに空乏
層が基板端にまで広がるのを防止するための高濃度のn
型ストッパ層96が形成されている。
順バイアス電圧を与えてオン状態にすると、p型ガード
リング層97がアノード電極95と電気的に接続されて
いるため、p型ガードリング層97からも正孔の注入が
起こる。さらに、p型ガードリング層97は濃度が高
く、拡散深さが深いため、p型ガードリング層97はp
型エミッタ層94よりも高い効率で正孔を注入する。
注入効率が高くなる結果、p型ガードリング層97に電
流Iが集中し、p型ガードリング層97の電流密度は高
くなる。
および接合終端部(p型ガードリング層97)Bにおけ
る電流密度Jとアノード・カソード間の電圧Vとの関係
を示す特性図である。図中、V1は図23の電流密度分
布が得られた電圧を示している。
は、電圧Vが低いほど素子部Aを主に電流が流れ、素子
全体に均一に電流が流れる。一方、電流密度Jが高い電
圧領域(V>V1)では、電圧Vが高いほど接合終端部
Bを主に電流が流れ、その結果、接合終端部Bに電流が
集中する。したがって、大電流を流すために電圧Vを大
きくするほど接合終端部Bに電流が集中する。
から、オフ状態に切り替えると(リバースリカバリ)、
接合終端部は高電圧・高電流密度の状態になる。このよ
うな状態は素子破壊を招く原因となる。このため、従来
の高耐圧ダイオードでは電圧Vを大きくできず、安全動
作領域が著しく制限されるという問題があった。
耐圧ダイオードはオン状態のときに接合終端部に電流が
集中し、オン状態からオフ状態に切り替えた時(逆回復
時)に接合終端部が高電圧・高電流密度の状態になるた
め、素子破壊が起こり易く、安全動作領域が著しく制限
されるという問題があった。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、安全動作領域の広い高耐圧半導体素子を提供する
ことにある。
めに、本発明に係る半導体装置(請求項1)は、第1導
電型半導体層と、この第1導電型半導体層の表面に選択
的に形成され、前記第1導電型半導体層とともにダイオ
ードを構成する第1の第2導電型半導体層と、前記第1
導電型半導体層の表面に前記第1の第2導電型半導体層
に接しずに前記第1の第2導電型半導体層を囲むように
形成された第2の第2導電型半導体層と、前記第1の第
2導電型半導体層に設けられた第1の主電極と、前記第
1導電型半導体層に設けられた第2の主電極と、前記第
1の第2導電型半導体層と前記第2の第2導電型半導体
層との間の前記第1導電型半導体層上に絶縁膜を介して
配設された第3の電極とを備え、前記第1の第2導電型
半導体層と前記第2の第2導電型半導体層との間の前記
第1導電型半導体層、前記絶縁膜および前記第3の電極
は、前記ダイオードに逆バイアス電圧が与えられると、
前記第2の第2導電型半導体層と前記第1の第2導電型
半導体層を短絡するためのチャネルを誘起するMOSゲ
ート構造を構成していることを特徴とする。
は、第1導電型半導体層と、この第1導電型半導体層の
表面に選択的に形成され、前記第1導電型半導体層とと
もに第1のダイオードを構成する第1の第2導電型半導
体層と、前記第1導電型半導体層の表面に前記第1の第
2導電型半導体層に接しずに前記第1の第2導電型半導
体層を囲むように形成された第2の第2導電型半導体層
と、前記第1の第2導電型半導体層に設けられた第1の
主電極と、前記第1導電型半導体層に設けられた第2の
主電極と、アノード側が前記第2の第2導電型半導体層
に接続され、カソード側が前記第1の主電極に接続され
た第2のダイオードとを備えたことを特徴とする。
気的に接続されていることが好ましい。第3の電極は、
第1の主電極と一体的に形成されていることが好まし
い。
ことが好ましい。第1の第2導電型半導体層と第2の第
2導電型半導体層との距離は、上記絶縁膜の厚さの30
倍以上であることが好ましい。
い。第2の第2導電型半導体層は、第1の第2導電型半
導体層よりも深く形成されていることが好ましい。
度は、第1の第2導電型半導体層の実質的な表面不純物
濃度よりも高いことが好ましい。第2の第2導電型半導
体層の不純物総量は、第1の第2導電型半導体層の実質
的な不純物総量よりも多いことが好ましい。
半導体層の表面に拡散形成したものでも良いし、第1導
電型半導体層の表面に溝を形成し、この溝内に第2導電
型の不純物を含む半導体層を埋め込んだものでも良い。
2導電型半導体層を形成せず、第1導電型半導体層に第
1の主電極をショットキー接続させたものがある。ま
た、本発明の他の変形例としては、第3の電極を配設せ
ずに、第1の第2導電型半導体層と第2の第2導電型半
導体層とを半絶縁性の抵抗体で接続したものがある。
の第2導電型半導体層を形成せず、第1導電型半導体層
に第1の主電極をショットキー接合させ、かつ第2の第
2導電型半導体層と上記ショットキー接合の部分(ショ
ットキー接合面)とを交互に配列形成したものがある。
ここで、第2の第2導電型半導体層にガードリングとし
ての第2導電型半導体層を設けても良い。
第2の主電極との間に順バイアス電圧を与えて、素子を
オン状態にする場合に、第3の電極の下部の第1導電型
半導体層の表面にチャネルが誘起されない電圧、つま
り、第1の第2導電型半導体層と第2の第2導電型半導
体層とが短絡されない電圧、例えば0Vを第3の電極に
印加すれば、第2の第2導電型半導体層には電圧は印加
されない。
効的なキャリアの注入効率は第1の第2導電型半導体層
のみで決定され、従来とは異なり、キャリアの注入効率
は高くならない。さらに、第2の第2導電型半導体層か
らのキャリアの注入も起こらない。したがって、オン状
態においては、従来とは異なり、第1の第2導電型半導
体層の端部、第2の第2導電型半導体に電流は集中しな
い。
に逆バイアス電圧を与えて、オン状態からオフ状態に切
り替える場合に、電極の下部の第1導電型半導体層の表
面にチャネルが誘起される電圧、つまり、第1の第2導
電型半導体層と第2の第2導電型半導体層とが短絡され
る電圧、例えば0Vを第3の電極に印加すれば、第2の
第2導電型半導体層は、第3の電極、第2の第2導電型
半導体層、第1の第2導電型半導体層等により形成され
るMOSFETのしきい値電圧に固定される。このしき
い値電圧は、第1の主電極と第2の主電極との間の電圧
に比べて低い電圧である。
部にかかる横方向の電界は第2の第2導電型半導体層に
よりシールドされ、第2の第2導電型半導体層の外側に
形成される強電界の影響を受けず、第1の第2導電型半
導体層の端部に形成される横方向の電界は弱いものとな
る。
は接合終端部(第1の第2導電型半導体層の端部、第2
の第2導電型半導体層)に電流は集中せず、オフ状態で
は第1の第2導電型半導体層に形成される電界は弱いの
で、オン状態からオフ状態に切り替えた時(逆回復時)
に第1の第2導電型半導体層の端部、第2の第2導電型
半導体層が高電圧・高電流密度になることはなく、した
がって、素子破壊は起こらず、従来よりも安全動作領域
は広くなる。
は第2のダイオードは逆バイアスされるので、第1の第
2導電型半導体層と第2の第2導電型半導体層とは短絡
されず、オフ状態では第2のダイオードは順バイアスさ
れ、第2の第2導電型半導体層の電圧はほぼ第2のダイ
オードのしきい値電圧に保たれる。
(請求項1)の第3の電極等により形成されるMOSF
ETと同様な働きをするので、上記発明(請求項1)と
同様な作用効果が生じる。
る。 (第1の実施例)図1は、本発明の第1の実施例に係る
高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図である。
おり、このn型ベース層1の表面にはp型エミッタ層4
が選択的に拡散形成されている。また、n型ベース層1
の表面にはp型エミッタ層4を囲むようにp型拡散層7
が形成されている。このp型拡散層7はp型エミッタ層
4に接していない。p型拡散層7の外側のn型ベース層
1の表面には高濃度のn型ストッパ層6が形成されてい
る。
は、p型エミッタ層4の実質的な表面不純物濃度よりも
高いことが好ましい。また、p型拡散層7の不純物総量
はp型エミッタ層4の実質的な不純物総量より多いこと
が好ましい。
層4よりも深いほうが好ましい。一方、n型ベース層1
の裏面にはn型エミッタ層2が形成されている。このn
型エミッタ層2にはカソード電極3が設けられている。
また、p型エミッタ層4にはアノード電極5が設けられ
ている。
の間のn型ベース層1上には絶縁膜8を介して電極10
が配設され、p型エミッタ層4とp型拡散層7とを選択
的に短絡するMOSゲート構造(pチャネルMOSFE
T)が形成されている。
好ましい。また、絶縁膜8は0.5μm以下の膜厚であ
ることが好ましい。また、電極10はアノード電極5と
一体的に形成されたものである。言い換えれば、アノー
ド電極5はp型エミッタ層4からはみだして形成され、
このはみだした部分が第3の電極として用いられる。
MOSゲート構造を形成する必要はない。このように構
成された高耐圧ダイオードに順バイアス電圧を与えると
素子はオン状態になり、アノード・カソード間に電流が
流れる。このとき、pチャネルMOSFETはp型拡散
層7の電圧が低いためオフ状態となるので、p型エミッ
タ層4とp型拡散層7とは短絡されず、p型拡散層7に
は電流が流れない。
が起こらない。したがって、オン状態においては、従来
とは異なり、接合終端部(p型エミッタ層4の端部、p
型拡散層7)に電流Iは集中しない。
を与えて、オン状態からオフ状態に切り替えると、電極
10に対してp型拡散層7の電圧が、電極10の下部に
p型チャネルが誘起され、pチャネルMOSFETがオ
ン状態となる電圧(pチャネルMOSFETのしきい値
電圧)に固定される。すなわち、pチャネルMOSFE
Tはソースホロワであるので、p型拡散層7の電位は、
pチャネルMOSFETのしきい値電圧に固定される。
す。図中、9はp型チャネルを示している。p型拡散層
7およびn型ストッパ層6には横方向の成分が大きい電
界E2,E3が形成され、一方、p型エミッタ層4の端
部には横方向の成分が小さい電界E1が形成される。
型拡散層7とが短絡し、p型拡散層7の電位が低電圧で
あるしきい値電圧(例えばソース・ドレイン間の電圧は
数千Vであるがしきい値電圧は4V程度である)に保た
れる結果、横方向の電界に対してp型エミッタ層4がp
型拡散層7によりシールドされ、大きい電界E2の影響
を受け難くなるからである。
4の端部、p型拡散層7)に電流は集中せず、そして、
オフ状態ではp型エミッタ層4の端部に形成される電界
E1は弱いので、オン状態からオフ状態に切り替えた時
(逆回復時)にp型エミッタ層4の端部が高電圧・高電
流密度になることはない。
側のp型拡散層7の端部に高い電界E2は形成されるも
のの、オン状態で電流が流れないので、逆回復時にp型
拡散層7が高電圧・高電流密度になることはない。
に接合終端部が高電圧・高電流密度の状態になることは
ないので、素子破壊は起こらず、従来よりも安全動作領
域が広くなる。
エミッタ層4からp型拡散層7までの距離Lとの好まし
い関係について説明する。p型拡散層7に加わる電位を
V、p型拡散層7に加わる水平方向電界をEH とする
と、EH =V/Lとなる。
0.1EV であることが好ましい。ここで、EV はp型
拡散層7に加わる垂直方向電界を示している。電位Vは
簡単なモデルで、V=Tg ・Eg =Tg ・εB ・EV /
εg と表せられる。ここで、Eg は絶縁膜8に加わる電
界、εB はn型ベース層1の誘電率、εg は絶縁膜の誘
電率を示している。
Tg ・εB ・EV /(L・εg )<0.1EV となり、
この式により、L>10・εB ・Tg /εg が得られ
る。ここで、n型ベース層1の材料がシリコン、絶縁膜
8の材料が酸化シリコンである場合には、10・εB ・
Tg /εg はほぼ30Tg となる。よって、耐圧を確保
するにはLは30Tg より大きいことが望ましい。 (第2の実施例)図3は、本発明の第2の実施例に係る
高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図である。な
お、以下の実施例の図において前出した図と対応する部
分には前出した図と同一符号を付してあり、詳細な説明
は省略する。
例のそれと異なる点は、p型エミッタ層4の表面にn型
拡散層11を選択的に形成して、p型エミッタ層4の正
孔注入効率を小さくすることにより、素子の高速化を図
ったことにある。
に、逆回復時に接合終端部が高電圧・高電流密度の状態
になることはないので、n型拡散層11が存在しても、
n型拡散層11、p型エミッタ層4およびn型ベース層
1からなる寄生トランジスタが動作するために必要なベ
ース電流が流れない。したがって、寄生トランジスタが
動作するという問題は生じない。 (第3の実施例)図4は、本発明の第3の実施例に係る
高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図である。
例のそれと異なる点は、アノード電極5がp型エミッタ
層4にショットキー接合され、pn接合ではなくショッ
トキー接合によりダイオードが形成されていることにあ
る。
型拡散層7がアノード電極5に接するように形成されて
いるため、素子の安全動作領域が狭くなり、さらにショ
ットキーダイオードの特徴である高速逆回復特性も劣化
する問題がある。
アノード電極5とn型ベース層1との界面(ショットキ
ー接合面)とp型拡散層7とは短絡されず、オフ状態で
はこれらが短絡されるので、オン状態では電流はショッ
トキー接合面を通り、p型拡散層7に電流は集中しな
い。したがって、先の実施例と同様に、安全動作領域は
広くなり、逆回復特性も改善される。 (第4の実施例)図5は、本発明の第4の実施例に係る
高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図である。
例のそれと異なる点は、アノード電極5の端部、言い換
えれば、アノード電極5と電極10との境界部に浅いp
型拡散層13を形成することにより、オフ状態における
アノード電極5の角からのリーク電流を抑制することに
ある。
ン状態のときに正孔の注入が生じない程度にすることが
望ましい。 (第5の実施例)図6は、本発明の第5の実施例に係る
高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図である。
例のそれと異なる点は、アノード電極5とp型拡散層7
とを選択的に短絡するpチャネルMOSFETを接合終
端部ではなく、素子領域内に形成したことにある。
Tが接合終端領域の電界集中の影響を受けなくなるの
で、p型拡散層7の電位がより安定し、本発明の効果を
さらに高めることができる。 (第6の実施例)図7は、本発明の第6の実施例に係る
高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図である。
例のそれと異なる点は、pチャネルMOSFETではな
く、ダイオード7によりアノード電極5とp型拡散層7
とを選択的に短絡することにある。ダイオード7は例え
ばポリシリコンなどで形成する。
に接続され、カソード側はアノード電極5に接続されて
いる。この結果、オン状態ではダイオード14は逆バイ
アスされるので、p型エミッタ層4とp型拡散層7とは
短絡されず、オフ状態ではダイオード14は順バイアス
され、p型拡散層7の電圧はほぼダイオード14のしき
い値電圧に保たれる。
例の電極10により形成されるpチャネルMOSFET
と同様な働きをするので、第1の実施例と同様な効果が
得られる。
数を用いたが、複数のダイオードを順方向に直列に接続
したものを用いても良い。 (第7の実施例)図8は、本発明の第7の実施例に係る
高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図である。
例のそれと異なる点は、素子端部はテーパ状にカットさ
れ、p型拡散層7は接合終端領域の端部にまで形成され
ていることにある。すなわち、本実施例では、n型スト
ッパ層6の代わりにベベル構造により耐圧を高めている
ことにある。 (第8の実施例)図9は、本発明の第8の実施例に係る
高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図である。
例のそれと異なる点は、n型ベース層1の表面にp型リ
サーフ層18をp型拡散層7に接して形成したことにあ
る。本実施例によれば、p型リサーフ層18によりp型
拡散層7の電界集中が緩和され、第1の実施例よりもさ
らに耐圧を改善できる。 (第9の実施例)図10は、本発明の第9の実施例に係
る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図である。
例のそれと異なる点は、n型ベース層1の表面にp型ガ
ードリング層19を形成したことにある。本実施例によ
れば、p型ガードリング層19によりp型拡散層7の電
界集中が緩和され、第1の実施例よりもさらに耐圧を改
善できる。 (第10の実施例) 図11は、本発明(請求項に係わらない発明)の第10
の実施例に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面
図である。
性部材20によりp型エミッタ層4とp型拡散層7とを
接続することにより、pチャネルMOSFETと同様な
効果を狙ったことにある。なお、図中、15は絶縁膜を
示している。
状態になるので、アノード・カソード間の抵抗は半絶縁
性部材20よりも低くなる。したがって、電流はほとん
どアノード・カソード間を流れ、半絶縁性部材20にほ
とんど電流は流れないので、p型拡散層7とp型エミッ
タ層4とは実質的に短絡されない。
にはほとんど電流は流れず、半絶縁性部材20に流れる
のはリーク電流である。つまり、半絶縁性部材20に流
れる電流は微小な電流である。したがって、半絶縁性部
材20に生じる電圧降下は小さく、半絶縁性部材20の
電圧は低いものとなる。
施例の電極10により形成されるpチャネルMOSFE
Tと同様な働きをするので、第1の実施例と同様な効果
が得られる。
ずしも必要ではなく、p型拡散層7が無い場合には絶縁
膜15は不要になる。本実施例によれば、簡単な構造で
pチャネルMOSFETを形成した場合と同様な効果を
得ることが可能である。 (第11の実施例)図12は、本発明の第11の実施例
に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図であ
る。
施例のそれと異なる点は、半絶縁性部材20の代わりに
浅いp型拡散層22によりp型エミッタ層4とp型拡散
層7とを接続したことにある。本実施例でも、第10の
実施例と同様な効果が得られる。 (第12の実施例)図14は、本発明の第12の実施例
に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図であ
る。
多段構造にしたことにある。すなわち、図1のp型拡散
層7の外側にさらにp型拡散層7aを形成するととも
に、p型拡散層7にp型拡散層7aにまで延びたフロー
ティング電極17を設けたことにある。
て電位を固定できるので、第1の実施例の効果をより高
くできる。 (第13の実施例)図15は、本発明の第13の実施例
に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図であ
る。
トキー接合面が配列交互に形成された構造となってお
り、図4の高耐圧ダイオードの構造、つまり、p型拡散
層7がショットキー接合面の周りをリング状に囲む構造
とは異なる。p型拡散層7およびショットキー接合面の
形状は例えばストライプ状である。
造であれば、オフ状態には図15に示すようような等電
位線Ea,Eb,Ecが形成され、ショットキー接合面
の下部の電界密度は低いものとなることが分かった。
キー接合面における縦方向の電界密度を緩和できるの
で、ショットキーバリアの低下によるリーク電流を低減
できる。また、リーク電流を低減できる分だけ、従来よ
りも高温動作が可能となる。なお、第1〜第12の実施
例では横方向の電界密度を緩和している。 (第14の実施例)図16は、本発明の第14の実施例
に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図であ
る。
施例のそれと異なる点は、p型拡散層7をトレンチ構造
にしたことにある。すなわち、n型ベース層1の表面に
トレンチ溝を形成し、このトレンチ溝内にp型不純物を
含んだ多結晶シリコン層などのp型半導体層7aを埋め
込んだことにある。
ショットキー接合面の下部の電界密度は低いものとなる
ので、リーク電流の改善や、高温動作が可能となる。 (第15の実施例)図17は、本発明の第15の実施例
に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図であ
る。
施例のそれと異なる点は、p型半導体層7aとアノード
電極5とを選択的に短絡するpチャネルMOSFETを
p型半導体層7aとは離れた部分あるいはp型半導体層
7aの一部分にのみ形成したことにある。
Tを必ずしもp型半導体層7aのまわり全てに形成する
必要はないので、素子形成が容易になる。 (第16の実施例)図18は本発明の第16の実施例に
係る高耐圧ダイオードの平面図、図19は図18の高耐
圧ダイオードのA−A´断面図、図20は図19のB−
B´断面斜視図である。この高耐圧ダイオードはアノー
ド電極5がn型ベース層1にショットキー接合されたシ
ョットキータイプのものである。
した第13に実施例のそれと異なる点は、各p型拡散層
7に接続された埋め込みp型層13を設けたことにあ
る。この埋め込みp型層13はショットキー接合面にか
かる縦方向の電界を低くする。埋め込みp型層13は高
密度に形成できるため、ショットキー接合界面にかかる
縦方向の電界密度は第13の実施例のそれよりも低くで
きる。また、ショットキー接合面積を十分に取れるた
め、素子の有効面積を前の実施例に比べて広くできる。
したがって、第13の実施例の効果をさらに高めた高耐
圧ダイオード(ショットキーダイオード)が得られるよ
うになる。 (第17の実施例)図21は、本発明の第17の実施例
に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図であ
る。
r On Insulator)基板を用いて図1の素子構造を横型に
したことにある。SOI基板は支持基体21とSOI絶
縁膜22とn型ベース層(SOI半導体膜)23により
形成されている。支持基体21は無くても良い。通常、
SOI絶縁膜22はシリコン酸化膜、n型ベース層(S
OI半導体膜)23はシリコン膜であるが、それぞれ他
の絶縁膜、他の半導体膜を用いても良い。
外側のn型ベース層23との界面を含むp型拡散層7お
よびn型ベース層23上に絶縁膜24を介して電極10
およびアノード電極5と一体的に形成された耐圧を高め
るためのフィールドプレート電極25を配設している。
れぞれIGBTの構成するp型ドレイン層、n型バッフ
ァ層、n型ベース層(n型ドリフト層)、p型ベース
層、n型ソース層を示している。
0はp型ベース層28およびn型ソース層29の両方に
コンタクトしている。p型ドレイン層24にはドレイン
電極31が設けられている。
がる領域上には絶縁膜8を介して電極10が配設されて
いる。この電極10はIGBTのn型ソース層29とn
型ベース層27とを選択的に短絡するためのnチャネル
MOSFETと今まで説明したpチャネルMOSFET
とを形成する。また、電極10はフィールドプレート電
極23とは一体的に形成されているが、ソース電極30
とは図示しない絶縁膜により絶縁され、一体的には形成
されていない。
には、n型ソース層29が形成されていない領域、つま
り、IGBTが形成されていない領域が設けられてお
り、この領域ではソース電極30、電極10およびフィ
ールドプレート電極23は一体的に形成されている。
0にドレインに対して正の電圧を印加する。この結果、
上記nチャネルMOSFETがオン状態となりn型ソー
ス層29とn型ベース層27とが短絡して導電変調が起
こり、素子はオン状態となる。
オン状態にならないのでp型拡散層7とp型ベース層2
8とは短絡されない。したがって、第1の実施例と同様
にオン状態では電流の集中は起こらない。
電極10にドレインに対して負の電圧を印加する。この
結果、上記nチャネルMOSFETがオフ状態となりn
型ソース層29からn型ベース層27への電子注入が停
止して、素子はオフ状態となる。
オン状態になるのでp型拡散層7とp型ベース層28と
が短絡し、第1の実施例と同様に、p型ベース層28の
端部には弱い電界が形成され、さらにオン状態では電流
の集中が起こらないので、従来よりも安全動作領域は広
くなる。
ていない領域、つまり、オフ時にp型拡散層7とp型ベ
ース層28とを選択的に短絡するためだけの領域を形成
している。この領域ではIGBTの影響を受けずに済む
ので、p型拡散層7の電位を確実に低レベルに固定で
き、第1の実施例と同様な効果を確実に得ることができ
る。
るものではない。例えば、上記実施例では、電極10を
接合終端領域に形成したが、接合終端領域以外の素子領
域部分内に形成しても良い。すなわち、ショットキー接
合面とp型拡散層7とを選択的に短絡するp型MOSゲ
ートを素子領域に形成しても良い。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。
ン状態では第1の第2導電型半導体層および第2の第2
導電型半導体層に電流は集中せず、オフ状態では第1の
第2導電型半導体層の端部に強い電界は形成されない。
替えた場合に、第1の第2導電型半導体層および第2の
第2導電型半導体層が高電圧・高電流密度になることが
ないので、従来よりも安全動作領域は広くなる。
の素子構造を示す断面図
の電界の様子を示す図
の素子構造を示す断面図
の素子構造を示す断面図
の素子構造を示す断面図
の素子構造を示す断面図
の素子構造を示す断面図
の素子構造を示す断面図
の素子構造を示す断面図
ドの素子構造を示す断面図
ードの素子構造を示す断面図
ードの素子構造を示す断面図
拡散層までの距離Lとの好ましい関係を説明するための
図
ードの素子構造を示す断面図
ードの素子構造を示す断面図
ードの素子構造を示す断面図
ードの素子構造を示す断面図
ードの平面図
視図
ードの素子構造を示す断面図
の素子構造を示す断面図
面図
部における電流密度Jとアノード・カソード間の電圧V
との関係を示す特性図
Claims (22)
- 【請求項1】 第1導電型半導体層と、 この第1導電型半導体層の表面に選択的に形成され、前
記第1導電型半導体層とともにダイオードを構成する第
1の第2導電型半導体層と、 前記第1導電型半導体層の表面に前記第1の第2導電型
半導体層に接しずに前記第1の第2導電型半導体層を囲
むように形成された第2の第2導電型半導体層と、 前記第1の第2導電型半導体層に設けられた第1の主電
極と、 前記第1導電型半導体層に設けられた第2の主電極と、 前記第1の第2導電型半導体層と前記第2の第2導電型
半導体層との間の前記第1導電型半導体層上に絶縁膜を
介して配設された第3の電極とを具備し、前記第1の第
2導電型半導体層と前記第2の第2導電型半導体層との
間の前記第1導電型半導体層、前記絶縁膜および前記第
3の電極は、前記ダイオードに逆バイアス電圧が与えら
れると、前記第2の第2導電型半導体層と前記第1の第
2導電型半導体層を短絡するためのチャネルを誘起する
MOSゲート構造を構成していることを特徴とする高耐
圧半導体素子。 - 【請求項2】 前記第3の電極は、前記第1の主電極と
電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記
載の高耐圧半導体素子。 - 【請求項3】 第1導電型半導体層と、 この第1導電型半導体層の表面に選択的に形成され、前
記第1導電型半導体層とともに第1のダイオードを構成
する第1の第2導電型半導体層と、 前記第1導電型半導体層の表面に前記第1の第2導電型
半導体層に接しずに前記第1の第2導電型半導体層を囲
むように形成された第2の第2導電型半導体層と、 前記第1の第2導電型半導体層に設けられた第1の主電
極と、 前記第1導電型半導体層に設けられた第2の主電極と、 アノード側が前記第2の第2導電型半導体層に接続さ
れ、カソード側が前記第1の主電極に接続された第2の
ダイオードとを具備してなることを特徴とする高耐圧半
導体素子。 - 【請求項4】 前記絶縁膜の厚さは、0.5μm以下で
あることを特徴とする請求項1に記載の高耐圧半導体素
子。 - 【請求項5】 前記第1の第2導電型半導体層と前記第
2の第2導電型半導体層との距離は、前記絶縁膜の厚さ
の30倍以上であることを特徴とする請求項1に記載の
高耐圧半導体素子。 - 【請求項6】 前記絶縁膜は、熱酸化膜であることを特
徴とする請求項1に記載の高耐圧半導体素子。 - 【請求項7】 前記第2の第2導電型半導体層は、前記
第1の第2導電型半導体層よりも深く形成されているこ
とを特徴とする請求項1に記載の高耐圧半導体素子。 - 【請求項8】 前記第2の第2導電型半導体層の表面不
純物濃度は、前記第1の第2導電型半導体層の実質的な
表面不純物濃度よりも高いことを特徴とする請求項1に
記載の高耐圧半導体素子。 - 【請求項9】 前記第2の第2導電型半導体層の不純物
総量は、前記第1の第2導電型半導体層の実質的な不純
物総量よりも多いことを特徴とする請求項1に記載の高
耐圧半導体素子。 - 【請求項10】 前記第2の第2導電型半導体層は、前
記第1導電型半導体層の表面に拡散形成されたもの、ま
たは前記第1導電型半導体層の表面に埋込み形成された
ものであることを特徴とする請求項1に記載の高耐圧半
導体素子。 - 【請求項11】 前記第1の第2導電型半導体層内の表
面に選択的に形成された複数の第1導電型拡散層をさら
に具備してなることを特徴とする請求項1,2,4ない
し10のいずれか1項に記載の高耐圧半導体素子。 - 【請求項12】 前記第2の第2導電型半導体層は、前
記第1の第2導電型半導体層よりも深く形成されている
ことを特徴とする請求項3に記載の高耐圧半導体素子。 - 【請求項13】 前記第2の第2導電型半導体層の表面
不純物濃度は、前記第1の第2導電型半導体層の実質的
な表面不純物濃度よりも高いことを特徴とする請求項3
に記載の高耐圧半導体素子。 - 【請求項14】 前記第2の第2導電型半導体層の不純
物総量は、前記第1の第2導電型半導体層の実質的な不
純物総量よりも多いことを特徴とする請求項3に記載の
高耐圧半導体素子。 - 【請求項15】 前記第2の第2導電型半導体層は、前
記第1導電型半導体層の表面に拡散形成されたもの、ま
たは前記第1導電型半導体層の表面に埋込み形成された
ものであることを特徴とする請求項3に記載の高耐圧半
導体素子。 - 【請求項16】 前記第1導電型半導体層の表面に前記
第1及び第2の第2導電型半導体層と離間して前記第2
の第2導電型半導体層を囲むように形成された第3の第
2導電型半導体層と、 前記第2の第2導電型半導体層と前記第3の第2導電型
半導体層との間の前記第1導電型半導体層上に絶縁膜を
介して配設され、かつ、前記第2の第2導電型半導体層
と接続された第4の電極とをさらに具備してなることを
特徴とする請求項1または2に記載の高耐圧半導体素
子。 - 【請求項17】 第1導電型半導体層と、 この第1導電型半導体層上に選択的に形成され、前記第
1導電型半導体層とともにショットキーダイオードを構
成する第1の主電極と、 前記第1導電型半導体層の表面に前記ショットキーダイ
オードのショットキー接合部と離間して前記ショットキ
ーダイオードを囲むように形成され、かつ、前記ショッ
トキーダイオードがオン状態のときには、前記ショット
キーダイオードのショットキー接合面とは短絡されず、
電流が流れない第2導電型半導体層と、 前記第1導電型半導体層に接続された第2の主電極と、 前記ショットキー接合部と前記第2導電型半導体層との
間の前記第1導電型半導体層上に絶縁膜を介して配設さ
れた第3の電極とを具備してなることを特徴とする高耐
圧半導体素子。 - 【請求項18】 前記第1導電型半導体層内であって、
前記ショットキー接合部の端部に形成された第2の第2
導電型半導体層をさらに具備してなることを特徴とする
請求項17記載の高耐圧半導体素子。 - 【請求項19】 前記第2の第2導電型半導体層に接し
て形成された第2導電型リサーフ層を具備することを特
徴とする請求項1,2,4ないし10,16のいずれか
1項に記載の高耐圧半導体素子。 - 【請求項20】 n型半導体層と、 このn型半導体層の表面に選択的に形成され、前記n型
半導体層とともにダイオードを構成する第1のp型半導
体層と、 前記n型半導体層の表面に前記第1のp型半導体層と離
間して前記第1のp型半導体層を囲むように形成された
第2のp型半導体層と、 前記第1のp型半導体層に接続された第1の主電極と、 前記n型半導体層に接続された第2の主電極と、 前記第1のp型半導体層と前記第2のp型半導体層との
間の前記n型半導体層上に絶縁膜を介して配設された第
3の電極とを具備し、 前記第1のp型半導体層と前記第2のp型半導体層との
間の前記n型半導体層、前記絶縁膜および前記第3の電
極は、前記第2の主電極に前記第1の主電極よりも高い
所定の電位が印加されると、前記第1のp型半導体層と
前記第2のp型半導体層とを短絡するためのpチャネル
を誘起するMOSゲート構造を構成していることを特徴
とする高耐圧半導体素子。 - 【請求項21】 前記第3の電極は、前記第1の主電極
と一体的に形成されていることを特徴とする請求項1ま
たは20に記載の高耐圧半導体素子。 - 【請求項22】 前記第3の電極が前記絶縁膜を介して
前記第2の第2導電型半導体層の上方に延在しているこ
とを特徴とする請求項2または21に記載の高耐圧半導
体素子。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9549995A JP3522887B2 (ja) | 1995-04-20 | 1995-04-20 | 高耐圧半導体素子 |
US08/614,340 US5969400A (en) | 1995-03-15 | 1996-03-12 | High withstand voltage semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9549995A JP3522887B2 (ja) | 1995-04-20 | 1995-04-20 | 高耐圧半導体素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08293618A JPH08293618A (ja) | 1996-11-05 |
JP3522887B2 true JP3522887B2 (ja) | 2004-04-26 |
Family
ID=14139298
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9549995A Expired - Lifetime JP3522887B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-04-20 | 高耐圧半導体素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3522887B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4017258B2 (ja) * | 1998-07-29 | 2007-12-05 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置 |
US6399413B1 (en) * | 2000-04-18 | 2002-06-04 | Agere Systems Guardian Corp. | Self aligned gated Schottky diode guard ring structures |
JP4585772B2 (ja) * | 2004-02-06 | 2010-11-24 | 関西電力株式会社 | 高耐圧ワイドギャップ半導体装置及び電力装置 |
JP5002974B2 (ja) * | 2006-02-02 | 2012-08-15 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
US8415747B2 (en) * | 2010-12-28 | 2013-04-09 | Infineon Technologies Austria Ag | Semiconductor device including diode |
JP6029411B2 (ja) * | 2012-10-02 | 2016-11-24 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置 |
JP7150539B2 (ja) * | 2018-09-15 | 2022-10-11 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
WO2021261222A1 (ja) * | 2020-06-26 | 2021-12-30 | ローム株式会社 | 半導体装置 |
WO2022190567A1 (ja) * | 2021-03-12 | 2022-09-15 | 京セラ株式会社 | 半導体素子及び半導体装置 |
-
1995
- 1995-04-20 JP JP9549995A patent/JP3522887B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08293618A (ja) | 1996-11-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6667515B2 (en) | High breakdown voltage semiconductor device | |
US8823051B2 (en) | High-voltage diodes formed in advanced power integrated circuit devices | |
US6707104B2 (en) | Lateral high-breakdown-voltage transistor | |
CN101553932B (zh) | 集成无闭锁绝缘栅极双极晶体管 | |
US7795638B2 (en) | Semiconductor device with a U-shape drift region | |
KR100187635B1 (ko) | 단락 애노우드 수평형 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 | |
JPH10209432A (ja) | 半導体デバイスの改良 | |
US5612564A (en) | Semiconductor device with limiter diode | |
JPH09283754A (ja) | 高耐圧半導体装置 | |
US20180261594A1 (en) | Semiconductor device | |
US7598587B2 (en) | Semiconductor device | |
US8766317B2 (en) | Semiconductor device | |
US6147381A (en) | Field effect-controllable semiconductor component | |
US20120126317A1 (en) | Accufet with integrated clamping circuit | |
JP3522887B2 (ja) | 高耐圧半導体素子 | |
US9153678B2 (en) | Power semiconductor device and method of manufacturing the same | |
KR20150069117A (ko) | 전력 반도체 소자 | |
US20070158686A1 (en) | Igbt cathode design with improved safe operating area capability | |
KR102392277B1 (ko) | 전력 반도체 소자 | |
KR101994728B1 (ko) | 전력 반도체 소자 | |
US10600898B2 (en) | Vertical bidirectional insulated gate turn-off device | |
JP2768362B2 (ja) | Mos型半導体装置 | |
JP3120440B2 (ja) | 半導体双方向スイッチ | |
JP4142943B2 (ja) | 高耐圧半導体素子 | |
JP3249175B2 (ja) | 絶縁ゲート付きサイリスタ及び高耐圧半導体装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20031125 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20040106 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040203 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040205 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080220 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090220 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100220 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100220 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110220 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120220 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120220 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130220 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140220 Year of fee payment: 10 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |