JP4130643B2 - Semiconductor element - Google Patents

Semiconductor element Download PDF

Info

Publication number
JP4130643B2
JP4130643B2 JP2004116885A JP2004116885A JP4130643B2 JP 4130643 B2 JP4130643 B2 JP 4130643B2 JP 2004116885 A JP2004116885 A JP 2004116885A JP 2004116885 A JP2004116885 A JP 2004116885A JP 4130643 B2 JP4130643 B2 JP 4130643B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
type
base layer
conductivity type
gate
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 - Fee Related
Application number
JP2004116885A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004214701A (en
Inventor
光彦 北川
一郎 大村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2004116885A priority Critical patent/JP4130643B2/en
Publication of JP2004214701A publication Critical patent/JP2004214701A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4130643B2 publication Critical patent/JP4130643B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42356Disposition, e.g. buried gate electrode
    • H01L29/4236Disposition, e.g. buried gate electrode within a trench, e.g. trench gate electrode, groove gate electrode

Description

本発明は、埋込み絶縁ゲート構造を有する電力用の半導体素子に関する。   The present invention relates to a power semiconductor device having a buried insulated gate structure.

GTO等の各種サイリスタは、良く知られているようにオン状態でラッチアップするために低いオン抵抗(したがって小さいオン電圧)が実現できる反面、最大遮断電流密度は小さい。特に絶縁ゲート構造を利用してターンオフを行う絶縁ゲート付きサイリスタでは、通常のGTOサイリスタに比べて電流遮断能力が低くなる。これと逆にIGBT等は、サイリスタ構造を内蔵するがこれがラッチアップしない条件で使用するように設計されるため、最大遮断電流密度は比較的大きいが、ラッチアップしないためにオン抵抗が高い。   As is well known, various thyristors such as GTO can realize a low on-resistance (thus, a small on-voltage) because they are latched up in an on-state, but have a small maximum breaking current density. In particular, a thyristor with an insulated gate that performs turn-off using an insulated gate structure has a lower current interruption capability than a normal GTO thyristor. On the contrary, an IGBT or the like has a built-in thyristor structure, but is designed to be used under the condition that it does not latch up. Therefore, the maximum cutoff current density is relatively large, but the on-resistance is high because it does not latch up.

以上のように従来の電力用半導体素子は、低いオン抵抗を得るためにはpnpnサイリスタをラッチアップさせることが必要であり、サイリスタをラッチアップさせると電流を遮断しにくくなる、という問題があった。   As described above, the conventional power semiconductor device has a problem that it is necessary to latch up the pnpn thyristor in order to obtain a low on-resistance, and it is difficult to interrupt the current when the thyristor is latched up. .

本発明は、ラッチアップさせることなく十分に低いオン抵抗を実現することができ、またラッチアップさせないために大きな最大遮断電流密度を持たせることを可能とした埋込み絶縁ゲート型の電力用半導体素子を提供することを目的とする。   The present invention provides a buried insulated gate type power semiconductor device capable of realizing a sufficiently low on-resistance without latch-up and having a large maximum cutoff current density without latch-up. The purpose is to provide.

本発明に係る電力用半導体素子は、第1導電型エミッタ領域と、この第1導電型エミッタ領域からの第1導電型キャリアの注入が実質的にチャネルを介して行われ、オン状態で導電変調を起こす高抵抗ベース領域と、この高抵抗ベース領域に第2導電型キャリアを注入する第2導電型エミッタ領域と、前記高抵抗ベース領域中の第2導電型キャリアを排出する第2導電型ドレイン領域とを備え、オン状態での前記高抵抗ベース領域内のキャリア濃度が、この高抵抗ベース領域の中心部での濃度より前記第1導電型エミッタ領域側で高濃度となる部分を有することを特徴とする。   In the power semiconductor device according to the present invention, the first conductivity type emitter region and the first conductivity type carrier injection from the first conductivity type emitter region are substantially performed through the channel, and the conductivity modulation is performed in the ON state. A high-resistance base region that causes the second resistance type region, a second conductivity-type emitter region that injects a second conductivity-type carrier into the high-resistance base region, and a second conductivity-type drain that discharges the second conductivity-type carrier in the high-resistance base region The carrier concentration in the high resistance base region in the on state has a portion whose concentration is higher on the first conductivity type emitter region side than the concentration in the central portion of the high resistance base region. Features.

また本発明に係る電力用半導体素子は、高抵抗ベース層と、この高抵抗ベース層表面に所定の間隔をもって埋め込まれた絶縁ゲートと、この絶縁ゲートで挟まれた領域内に形成された第1導電型エミッタ層と、前記絶縁ゲートにより誘起され、前記第1導電型エミッタ層から高抵抗ベース層に第1導電型キャリアを注入するチャネル領域と、前記高抵抗ベース層に第2導電型キャリアを注入する第2導電型エミッタ層と、前記絶縁ゲートにより挟まれた領域に形成され前記高抵抗ベース層から第2導電型キャリアを排出する第2導電型ドレイン層とを備え、前記第2導電型ドレイン層間の距離を2C,前記絶縁ゲートで挟まれた領域の幅を2W,前記第2導電型ドレインと高抵抗ベース層の界面から絶縁ゲート先端までの距離をDとしたとき、
X={(C−W)+D}/W
なる式で表されるパラメータXが、X≧5を満足することを特徴とする。
The power semiconductor device according to the present invention includes a high resistance base layer, an insulating gate embedded in the surface of the high resistance base layer with a predetermined interval, and a first region formed in a region sandwiched between the insulating gates. A conductivity type emitter layer, a channel region induced by the insulated gate and injecting a first conductivity type carrier from the first conductivity type emitter layer into the high resistance base layer; and a second conductivity type carrier in the high resistance base layer. A second conductivity type emitter layer to be injected; and a second conductivity type drain layer formed in a region sandwiched between the insulated gates and discharging second conductivity type carriers from the high resistance base layer. When the distance between the drain layers is 2C, the width of the region sandwiched between the insulated gates is 2W, and the distance from the interface between the second conductivity type drain and the high resistance base layer to the tip of the insulated gate is D
X = {(C−W) + D} / W
The parameter X represented by the following formula satisfies X ≧ 5.

[作用]
本発明によれば、注入効率を低く最適設計したエミッタ層と、微細寸法をもって配列形成される埋込み絶縁ゲート部の溝の深さと幅と間隔を最適設計することによって、寄生サイリスタ構造をラッチアップさせることなく、サイリスタ並みの低いオン抵抗が得られる。その理由は、後に詳細に説明するが、本発明の構造では、埋込みゲート電極部とこれに隣接する第2導電型ドレイン層および第1導電型エミッタ層を含めて広義のエミッタ領域と定義した時に、このエミッタ領域内での第2導電型キャリアの抵抗Rp と、溝側面に形成されるターンオンチャネルの第1導電型キャリアに対する抵抗Rn の比Rp /Rn を4以上とすることによって、十分に大きなエミッタ注入効率が得られることになるからである。
[Action]
According to the present invention, the parasitic thyristor structure is latched up by optimally designing the emitter layer with low injection efficiency and optimal design, and the depth, width, and spacing of the trenches of the buried insulated gate portion formed with fine dimensions. Therefore, the on-resistance as low as the thyristor can be obtained. The reason for this will be described in detail later. In the structure of the present invention, when the buried gate electrode portion is defined as a broadly defined emitter region including the second conductive type drain layer and the first conductive type emitter layer adjacent thereto, By setting the ratio Rp / Rn of the resistance Rp of the second conductivity type carrier in the emitter region and the resistance Rn of the turn-on channel formed on the side surface of the groove to the first conductivity type carrier to be 4 or more, it is sufficiently large. This is because emitter injection efficiency can be obtained.

パラメータXは、第1導電型エミッタ層側の第2導電型キャリアのバイパスまたはドレイン層が互いにどれだけ離れているかを表す量であり、第1導電型エミッタ層側の高抵抗ベース層短絡抵抗が隣り合う埋込みゲート部を跨ぐ距離2D+2(C−W)に比例し、エミッタ幅2Wに反比例する事から導入されたものである。このパラメータXは、小さければ小さい程、第1導電型エミッタ層側の第2導電型キャリアの排出抵抗が小さいことを意味する。そしてX≧5を満たすように各部の寸法を最適化することによって、サイリスタ動作することなく十分低いオン電圧を得ることができる。   The parameter X is an amount representing how far the bypass or drain layers of the second conductivity type carriers on the first conductivity type emitter layer side are separated from each other, and the high resistance base layer short-circuit resistance on the first conductivity type emitter layer side is This is introduced because it is proportional to the distance 2D + 2 (C−W) straddling adjacent buried gate portions and inversely proportional to the emitter width 2W. The smaller this parameter X is, the smaller the discharge resistance of the second conductivity type carrier on the first conductivity type emitter layer side is. Then, by optimizing the dimensions of each part so as to satisfy X ≧ 5, a sufficiently low on-voltage can be obtained without performing a thyristor operation.

本発明の素子での埋込みゲートを含む広義のエミッタ注入効率γは次のように求まる。まず溝間に流れる電流を、オンMOSチャネルを流れる電子電流Ich [A]とそれ以外の電流密度JT [A/cm2 ]に分けて考える。ただし電流密度は、素子断面からの単位奥行1cmで考える。単位セルに流れる電流密度はJ[A/cm2 ]であり、溝間隔2W[cm],単位セルサイズ2C[cm]とし、溝内の仮想的な注入効率をγT とすると、
γ=(Ich+γT ×JT ×W×1)/(Ich+JT ×W×1) … (1)
ここで、
C・J=JT ×W×1+Ich … (2)
Ich=Δψ/Rch … (3)
RchはオンMOSチャネルの抵抗である。ΔψはオンMOSチャネルの両端のポテンシャル差(深さDの両端のポテンシャル差)であり、溝内の電流連続の式
Jp =(1−γT )JT
=−kTμp (dn/dx)−qμp ・n(dψ/dx) … (4)
Jn =γT JT
=kTμn (dn/dx)−qμn ・n(dψ/dx) … (5)
から求まり、
Δψ=(kT/q)×
{μn (1−γT)+μp γT}/{μn (1−γT)−μp γT}
×[log (n)−log {n−(dn/dx)D}] … (6)
dn/dx=−(JT/2kT){(1−γT)/μp −γT/μn} … (7)
となる。これら (2)〜(7) 式から、(1) 式の注入効率を求める求めることができる。そして、W,D,Cを最適化することにより、カソード側のエミッタ(またはソース)層の注入効率を上げなくても、広義のエミッタ領域の注入効率を上げることができる。この結果、オン時に高抵抗ベース層中に蓄積されるキャリアを増大させることができ、本来サイリスタに比べてオン状態のキャリアの蓄積の小さな(伝導変調の小さい)バイポーラトランジスタやIGBTに本発明の上述した“キャリア注入コンセプト”を適用することによって、これらの素子のオン電圧をサイリスタ並みに低くすることができる。
The emitter injection efficiency γ in a broad sense including the buried gate in the device of the present invention is obtained as follows. First, the current flowing between the grooves is considered by dividing it into an electron current Ich [A] flowing through the on-MOS channel and other current density JT [A / cm 2 ]. However, the current density is considered as a unit depth of 1 cm from the element cross section. The current density flowing in the unit cell is J [A / cm 2 ], the groove interval is 2 W [cm], the unit cell size is 2 C [cm], and the virtual injection efficiency in the groove is γT.
γ = (Ich + γT × JT × W × 1) / (Ich + JT × W × 1) (1)
here,
C ・ J = JT x W x 1 + Ich (2)
Ich = Δψ / Rch (3)
Rch is the resistance of the on-MOS channel. Δψ is a potential difference between both ends of the on-MOS channel (potential difference between both ends of the depth D), and the equation of current continuity in the groove Jp = (1-γT) JT
= −kTμp (dn / dx) −qμp · n (dψ / dx) (4)
Jn = γT JT
= KT [mu] n (dn / dx) -q [mu] n.n (d [psi] / dx) (5)
Obtained from
Δψ = (kT / q) ×
{Μn (1-γT) + μp γT} / {μn (1-γT) -μp γT}
X [log (n) -log {n- (dn / dx) D}] (6)
dn / dx = − (JT / 2kT) {(1-γT) / μp−γT / μn} (7)
It becomes. From these equations (2) to (7), the injection efficiency of equation (1) can be obtained. By optimizing W, D, and C, the injection efficiency of the emitter region in a broad sense can be increased without increasing the injection efficiency of the cathode-side emitter (or source) layer. As a result, carriers accumulated in the high-resistance base layer at the time of ON can be increased, and bipolar transistors and IGBTs that have a smaller ON-state carrier accumulation (conductivity modulation) than the thyristor originally are used in the present invention. By applying the “carrier injection concept”, the on-voltage of these elements can be made as low as that of a thyristor.

以上述べたように本発明によれば、埋込み絶縁ゲートを持つ微細セル構造で大きい電流遮断能力を実現し、しかも埋込み絶縁ゲート部の幅と間隔の設計によって寄生サイリスタをラッチアップさせることなくサイリスタ並のオン抵抗を実現した絶縁ゲート型電力用半導体素子を得ることができる。   As described above, according to the present invention, a large current blocking capability is realized with a fine cell structure having a buried insulated gate, and the thyristor parallelism is achieved without latching up the parasitic thyristor by designing the width and interval of the buried insulated gate portion. Thus, an insulated gate power semiconductor device that realizes the on-resistance can be obtained.

以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施例に係る埋込み絶縁ゲート型電力用半導体素子のレイアウトであり、図2,図3,図4および図5はそれぞれ、図1のA−A′,B−B′,C−C′およびD−D′断面図である。   FIG. 1 is a layout of a buried insulated gate power semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIGS. 2, 3, 4 and 5 are respectively A-A 'and B of FIG. It is -B ', CC', and DD 'sectional drawing.

この絶縁ゲート型半導体素子は、高抵抗のn型ベース層1の一方の面にn型バッファ層2を介してp型エミッタ層3が形成されている。n型ベース層1の他方の面にはp型ベース層4が拡散形成されている。   In this insulated gate semiconductor element, a p-type emitter layer 3 is formed on one surface of a high-resistance n-type base layer 1 via an n-type buffer layer 2. A p-type base layer 4 is diffused on the other surface of the n-type base layer 1.

p型ベース層1には、ストライプ状をなす複数本の溝5が微小間隔をもって形成されている。これらの溝5の内部には、ゲート酸化膜6を介してゲート電極7が埋込み形成されている。各溝5の間のストライプ状領域には、一本おきにn型ターンオフチャネル層8が形成され、このターンオフチャネル層8の表面にはp型ドレイン層9が形成されている。これにより、n型ターンオフチャネル層8の側面が埋込みゲート電極7により制御される縦型のpチャネルMOSFETが構成されている。残りのストライプ状領域には、表面部にn型ソース層10が拡散形成されている。ここで、n型ソース層10,p型ベース層4,n型ベース層1およびp型エミッタ層3により構成される寄生サイリスタ構造はラッチアップしないように、n型ソース層10は浅く拡散形成されている。   A plurality of stripe-shaped grooves 5 are formed in the p-type base layer 1 with a minute interval. Inside these trenches 5, a gate electrode 7 is buried and formed through a gate oxide film 6. An n-type turn-off channel layer 8 is formed every other stripe region between the grooves 5, and a p-type drain layer 9 is formed on the surface of the turn-off channel layer 8. Thus, a vertical p-channel MOSFET in which the side surface of the n-type turn-off channel layer 8 is controlled by the buried gate electrode 7 is configured. In the remaining stripe region, the n-type source layer 10 is diffused and formed on the surface portion. Here, the n-type source layer 10 is shallowly diffused so that the parasitic thyristor structure constituted by the n-type source layer 10, the p-type base layer 4, the n-type base layer 1 and the p-type emitter layer 3 is not latched up. ing.

従ってカソード側レイアウトは、埋込みゲート電極7−p型ドレイン層9−埋込みゲート電極7−n型ソース層10という配列が繰り返されたパターンとなっている。   Therefore, the layout on the cathode side has a pattern in which the arrangement of the buried gate electrode 7 -p type drain layer 9 -the buried gate electrode 7 -n type source layer 10 is repeated.

第1の主電極であるカソード電極11は、n型ソース層10,p型ドレイン層9に同時にコンタクトして配設されている。p型エミッタ層3には第2の主電極であるアノード電極12が形成されている。   The cathode electrode 11 as the first main electrode is disposed in contact with the n-type source layer 10 and the p-type drain layer 9 simultaneously. On the p-type emitter layer 3, an anode electrode 12 as a second main electrode is formed.

具体的な素子寸法は、例えば次の通りである。n型ベース層1となる高抵抗はn型ウェハの厚みを450μm とし、これに両側からn型バッファ層2を15μm 、p型ベース層4を2μm の深さで形成する。p型ベース層4に形成する溝5は、幅,間隔共に1μm 、深さ5μm とする。ゲート酸化膜6は0.1μm 以下の熱酸化膜またはONO膜(酸化膜/窒化膜/酸化膜)とする。n型ターンオフチャネル層8は、表面にp型ドレイン層9が形成されて実質0.5μm のチャネル長となる。n型ソース層10は1μm 以下、p型エミッタ層3は、約4μm の深さに拡散形成する。   Specific element dimensions are, for example, as follows. The high resistance to be the n-type base layer 1 is such that the thickness of the n-type wafer is 450 μm, and the n-type buffer layer 2 and the p-type base layer 4 are formed at a depth of 15 μm and 2 μm from both sides. The groove 5 formed in the p-type base layer 4 has a width and interval of 1 μm and a depth of 5 μm. The gate oxide film 6 is a thermal oxide film or ONO film (oxide film / nitride film / oxide film) of 0.1 μm or less. The n-type turn-off channel layer 8 has a p-type drain layer 9 formed on the surface and has a channel length of substantially 0.5 μm. The n-type source layer 10 is diffused to a depth of 1 μm or less, and the p-type emitter layer 3 is diffused to a depth of about 4 μm.

このように構成された絶縁ゲート型半導体素子の動作は、次の通りである。ゲート電極7にカソードに対して正の電圧を与えると、p型ベース層4周辺部のターンオンチャネルが導通してn型ソース層10から電子がn型ベース層1に注入され、IGBT動作によってターンオンする。ゲート電極7に負の電圧を与えると、埋込みゲート部のn型ターンオフチャネル層8の溝側面部が反転して、pチャネルMOSトランジスタ動作によってp型ベース層4のキャリアがp型ドレイン層9を介してカソード電極11に吸い出され、ターンオフする。   The operation of the insulated gate semiconductor device configured as described above is as follows. When a positive voltage is applied to the gate electrode 7 with respect to the cathode, the turn-on channel around the p-type base layer 4 conducts and electrons are injected from the n-type source layer 10 into the n-type base layer 1 and turned on by the IGBT operation. To do. When a negative voltage is applied to the gate electrode 7, the groove side surface portion of the n-type turn-off channel layer 8 in the buried gate portion is inverted, and the carrier of the p-type base layer 4 causes the p-type drain layer 9 to move by p-channel MOS transistor operation. To the cathode electrode 11 and turn off.

この実施例の場合、素子がオン状態でも、n型ソース層10−p型ベース層4−n型ベース層1−p型エミッタ層3により構成される寄生サイリスタはラッチアップしないように設計されており、オンチャネルが閉じれば、n型ソース層10からの電子注入は止まる。   In this embodiment, the parasitic thyristor constituted by the n-type source layer 10 -p-type base layer 4 -n-type base layer 1 -p-type emitter layer 3 is designed not to latch up even when the element is turned on. If the on-channel is closed, the electron injection from the n-type source layer 10 stops.

この実施例によれば、単位セルサイズ4μm (すなわち、埋込みゲート1μm −p型ドレイン層1μm −埋込みゲート部1μm −n型ソース層1μm )という微細寸法として、埋込みゲート部の深さと密度を十分な大きさに設計することにより、サイリスタ動作させないにもかかわらず、十分に小さいオン抵抗が得られる。素子のオン状態でターンオフチャネルが閉じていることも、小さいオン抵抗が得られる理由になっている。またオン状態で寄生サイリスタがラッチアップせず、オフ時にはターンオフチャネルが開いて正孔のバイパスがなされるため、一旦ラッチアップさせた後にターンオフするGTOサイリスタ等に比べて、最大電流遮断能力は大きい。   According to this embodiment, the depth and density of the buried gate portion are sufficiently small with a unit cell size of 4 μm (ie, buried gate 1 μm−p-type drain layer 1 μm−embedded gate portion 1 μm−n-type source layer 1 μm). By designing the size, a sufficiently small on-resistance can be obtained even though the thyristor operation is not performed. The fact that the turn-off channel is closed in the on state of the element is also a reason why a small on-resistance can be obtained. In addition, the parasitic thyristor does not latch up in the on state, and when it is off, the turn-off channel is opened and the holes are bypassed. Therefore, the maximum current blocking capability is larger than a GTO thyristor that is turned off after being latched up.

図6は、本発明の第2の実施例の埋込み絶縁ゲート型電力用半導体素子のレイアウトであり、図7,図8および図9はそれぞれ図6のA−A′,B−B′およびC−C′断面図である。先の実施例と対応する部分には先の実施例と同一符号を付して詳細な説明は省略する。   FIG. 6 is a layout of a buried insulated gate power semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. FIGS. 7, 8 and 9 are respectively A-A ', BB' and C of FIG. It is -C 'sectional drawing. Portions corresponding to those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the previous embodiment, and detailed description thereof is omitted.

この実施例では、周期的に配列形成される溝5がp型ベース層4を深く突き抜ける状態に形成されている。たとえば、p型ベース層が3μm として、溝5は6μm 程度とする。溝5にゲート酸化膜6を介してゲート電極7が埋込み形成される事は先の実施例と同じである。   In this embodiment, the grooves 5 that are periodically arranged are formed so as to penetrate through the p-type base layer 4 deeply. For example, the p-type base layer is 3 μm, and the groove 5 is about 6 μm. The gate electrode 7 is embedded in the trench 5 via the gate oxide film 6 as in the previous embodiment.

またこの実施例では、溝5の間隔が先の実施例より広く、たとえば2μm としている。そして各溝5間のストライプ領域のすべてにn型ターンオフチャネル層8とp型ドレイン層9が溝5に接して形成され、溝5から離れた位置にn型ソース層10が形成されている。ここで、n型ソース層10が、これとp型ベース層4,n型ベース層1およびp型エミッタ層3との間で構成される寄生サイリスタがラッチアップしないように形成されることは、先の実施例と同様である。ただしn型ソース層10とn型ターンオフチャネル層8とは連続している。   In this embodiment, the interval between the grooves 5 is wider than that of the previous embodiment, for example, 2 μm. An n-type turn-off channel layer 8 and a p-type drain layer 9 are formed in contact with the groove 5 in all stripe regions between the grooves 5, and an n-type source layer 10 is formed at a position away from the groove 5. Here, the n-type source layer 10 is formed so that the parasitic thyristor formed between the n-type source layer 10 and the p-type base layer 4, the n-type base layer 1 and the p-type emitter layer 3 is not latched up. This is the same as the previous embodiment. However, the n-type source layer 10 and the n-type turn-off channel layer 8 are continuous.

この実施例では、n型ターンオフチャネル層8の下にあるp型ベース層4の溝5の側面部がターンオンチャネルとなっている。すなわち溝5に埋込み形成されたゲート電極7は、ターンオン用とターンオフ用を兼用しており、ターンオフ用pチャネルMOSFETとターンオン用nチャネルMOSFETが縦積みされた状態に形成されている。   In this embodiment, the side surface of the groove 5 of the p-type base layer 4 under the n-type turn-off channel layer 8 is a turn-on channel. That is, the gate electrode 7 embedded in the trench 5 serves both as a turn-on and a turn-off, and is formed in a state in which a turn-off p-channel MOSFET and a turn-on n-channel MOSFET are stacked vertically.

この実施例の素子は、ゲート電極7に正電圧を印加して、p型ベース層4の溝5側面にn型チャネルを形成することにより、ターンオンする。このときn型ソース層10からn型ターンオフチャネル層8を介し、反転n型チャネルを介してn型ベース層1に電子が注入される。ゲート電極7に負電圧または零電圧を与えて、先の実施例と同様にターンオフする。   The element of this embodiment is turned on by applying a positive voltage to the gate electrode 7 and forming an n-type channel on the side surface of the groove 5 of the p-type base layer 4. At this time, electrons are injected from the n-type source layer 10 into the n-type base layer 1 through the n-type turn-off channel layer 8 and the inverted n-type channel. A negative voltage or a zero voltage is applied to the gate electrode 7 to turn off as in the previous embodiment.

この実施例によっても、先の実施例と同様の効果が得られる。   According to this embodiment, the same effect as the previous embodiment can be obtained.

図10は、本発明の第3の実施例の埋込み絶縁ゲート型電力半導体素子のレイアウトであり、図11,図12および図13はそれぞれ図10のA−A′,B−B′およびC−C′断面図である。この実施例は、第2の実施例の構成を基本として、埋込みゲート電極部の幅とこれに挟まれる領域の幅の比をより大きくしたものである。   FIG. 10 is a layout of a buried insulated gate type power semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. FIGS. 11, 12 and 13 are respectively A-A ', BB' and C-- of FIG. It is C 'sectional drawing. In this embodiment, on the basis of the configuration of the second embodiment, the ratio of the width of the buried gate electrode portion to the width of the region sandwiched between them is made larger.

具体的な素子寸法は、n型ベース層1となる高抵抗はn型ウェハの厚みを450μm とし、これに両側からn型バッファ層2を15μm 、p型ベース層4を2μm の深さで形成する。p型ベース層4に形成する溝5は、幅5μm ,間隔1μm 、深さ5μm とする。ゲート酸化膜6は0.1μm 以下のの熱酸化膜又はONO膜とする。n型ターンオフチャネル層8は、表面にp型ドレイン層9が形成されて実質0.5μm のチャネル長となる。n型ソース層10は1μm 以下、p型エミッタ層3は、約4μm の深さに拡散形成する。   The specific element size is that the high resistance to be the n-type base layer 1 is such that the thickness of the n-type wafer is 450 μm, and the n-type buffer layer 2 and the p-type base layer 4 are formed at a depth of 15 μm and 2 μm from both sides. To do. The grooves 5 formed in the p-type base layer 4 have a width of 5 μm, an interval of 1 μm, and a depth of 5 μm. The gate oxide film 6 is a thermal oxide film or ONO film of 0.1 μm or less. The n-type turn-off channel layer 8 has a p-type drain layer 9 formed on the surface and has a channel length of substantially 0.5 μm. The n-type source layer 10 is diffused to a depth of 1 μm or less, and the p-type emitter layer 3 is diffused to a depth of about 4 μm.

この実施例の素子も第2の実施例と同様の動作となる。この実施例では、素子内で埋込みゲート電極部の占める面積を、これに挟まれる領域の面積より十分大きくしている。この結果、埋込みゲート電極部を含む広義のエミッタ領域内での正孔に対する抵抗が大きくなり、その結果としてこの広義のエミッタ領域の電子注入効率が上がる。つまり、n型ソース層10領域の面積に比べて埋込みゲート電極領域の面積が大きいにも拘らず、電子電流に対する抵抗と正孔電流に対する抵抗の差によって等価的に大きな電子注入効率が得られ、低いオン抵抗が実現される。そしてn型ソース層10そのものの実際の電子注入効率は低いため、ターンオフ能力はIGBT並みに高いものとなる。   The element of this embodiment also operates in the same manner as the second embodiment. In this embodiment, the area occupied by the buried gate electrode portion in the element is made sufficiently larger than the area of the region sandwiched between them. As a result, the resistance to holes in the broad emitter region including the buried gate electrode portion increases, and as a result, the electron injection efficiency of the broad emitter region increases. That is, although the area of the buried gate electrode region is larger than the area of the n-type source layer 10 region, an equivalently large electron injection efficiency is obtained by the difference between the resistance to the electron current and the resistance to the hole current, Low on-resistance is achieved. Since the actual electron injection efficiency of the n-type source layer 10 itself is low, the turn-off capability is as high as the IGBT.

図14は、第3の実施例を変形した実施例のレイアウトであり、図15,図16および図17はそれぞれ、図14のA−A′,B−B′およびC−C′断面図である。この実施例では、先の実施例と異なり、溝5がp型ベース層4内に止まっている。   FIG. 14 is a layout of a modified example of the third embodiment, and FIGS. 15, 16 and 17 are cross-sectional views taken along lines AA ′, BB ′ and CC ′ of FIG. 14, respectively. is there. In this embodiment, unlike the previous embodiment, the groove 5 remains in the p-type base layer 4.

この実施例でも、各部の素子寸法を最適設計することによって、先の実施例と同様に、低いオン抵抗と高い電流遮断能力の両立を図ることができる。   Also in this embodiment, by optimizing the element dimensions of each part, it is possible to achieve both a low on-resistance and a high current interruption capability as in the previous embodiment.

図18は、第2の実施例の素子を基本として、アノード側にも同様の埋込みゲート構造を適用した実施例の単位セル部の断面構造を示している。すなわちn型ベース層のカソード側の面に第2の実施例で説明したように、埋込みゲート電極7が形成され、その埋込み溝4に挟まれてp型ベース層,n型ソース層が形成され、溝4の側面にはn型ターンオフチャネル層およびp型ドレイン層が形成されている。このカソード側と対照的に、アノード側にも溝20が形成されてここにゲート電極21が埋込み形成され、溝20の間には、カソード側とは各部の導電型が逆になった拡散層が形成されている。   FIG. 18 shows a cross-sectional structure of a unit cell portion of an embodiment in which a similar buried gate structure is applied to the anode side on the basis of the element of the second embodiment. That is, as described in the second embodiment, the embedded gate electrode 7 is formed on the cathode side surface of the n-type base layer, and the p-type base layer and the n-type source layer are formed between the embedded grooves 4. An n-type turn-off channel layer and a p-type drain layer are formed on the side surfaces of the trench 4. In contrast to the cathode side, a groove 20 is also formed on the anode side, and a gate electrode 21 is embedded therein. Between the grooves 20, a diffusion layer in which the conductivity type of each part is reversed from that of the cathode side. Is formed.

図18には、具体的な素子寸法が示されている。またカソード側のA−A′部分およびB−B′部分の不純物濃度分布を示すと、それぞれ図19(a) (b) のようになっている。   FIG. 18 shows specific element dimensions. Further, the impurity concentration distributions in the AA 'portion and the BB' portion on the cathode side are as shown in FIGS. 19 (a) and 19 (b), respectively.

この実施例の素子では、ターンオン時、アノード側の埋込みゲート電極21にもアノード電極に対して負の電圧が印加される。ターンオフ時はアノード側の埋込みゲート電極21にはアノード電極に対して零または正の電圧が印加される。 この実施例の素子によっても、先の実施例と同様の効果が得られる。   In the element of this embodiment, at the time of turn-on, a negative voltage is applied to the anode side buried gate electrode 21 with respect to the anode electrode. At the time of turn-off, a zero or positive voltage is applied to the buried gate electrode 21 on the anode side with respect to the anode electrode. Even with the element of this embodiment, the same effect as the previous embodiment can be obtained.

ここで、本発明の埋込み絶縁ゲート型素子が大電流領域でもサイリスタ動作しないpnpn構造を採用しながら、サイリスタ並みの低いオン抵抗が得られる理由について、シミュレーションデータを参照しながら詳細に説明する。   Here, the reason why the buried on-gate device according to the present invention adopts a pnpn structure that does not operate as a thyristor even in a large current region and can provide a low on-resistance similar to a thyristor will be described in detail with reference to simulation data.

図20は、計算に使用したモデルの1/2セルの断面図であり、図21はその新型エミッタ構造の原理説明図である。図20の基本はIGBTであるので、通常のサイリスタにおけるn型エミッタは存在しない。カソード側の電子注入はMOSチャネルにより行われて、このMOSFETを構成するn型ドレイン層がn型エミッタとして寄生サイリスタがラッチアップしないように、正孔電流のバイパス抵抗を十分小さく設計する。しかし正孔電流のバイパス抵抗を小さくすることは、図20の構造をサイリスタ(またはダイオード)と比較した場合のn型エミッタの注入効率を低下させることと等価であり、素子のオン電圧の上昇という結果を招く。   FIG. 20 is a cross-sectional view of a half cell of the model used for the calculation, and FIG. 21 is a diagram for explaining the principle of the new emitter structure. Since the basis of FIG. 20 is an IGBT, there is no n-type emitter in a normal thyristor. Electron injection on the cathode side is performed by the MOS channel, and the bypass resistance of the hole current is designed to be sufficiently small so that the n-type drain layer constituting the MOSFET serves as an n-type emitter and the parasitic thyristor does not latch up. However, reducing the bypass resistance of the hole current is equivalent to lowering the injection efficiency of the n-type emitter when the structure of FIG. 20 is compared with a thyristor (or diode), which means an increase in the on-voltage of the element. Results.

この事をわかりやすく示したのが図21である。MOSのソース層と埋込みゲートを微細寸法で配列した本発明の素子では、MOSのソース層と埋込みゲート部を含めた領域全体をエミッタ領域として考えて、その注入効率を考える方が分かり易い。即ち、図中の破線で囲んだ領域を広義のエミッタ領域と定義すると、この広義のエミッタ領域の注入効率γは、正孔電流抵抗Rp と電子電流抵抗Rn によって次のように表すことができる。   FIG. 21 shows this easily. In the element of the present invention in which the MOS source layer and the buried gate are arranged in fine dimensions, it is easier to understand the injection efficiency by considering the entire region including the MOS source layer and the buried gate portion as the emitter region. That is, if a region surrounded by a broken line in the figure is defined as a broad emitter region, the injection efficiency γ of this broad emitter region can be expressed as follows by the hole current resistance Rp and the electron current resistance Rn.

γ=Jn /(Jn +Jp )
=(Rp /Rn )/{1+(Rp /Rn )} … (8)
但し、広義のエミッタ領域端での横方向の電位分布はないものと仮定している。 ここで、Rp /Rn =3とすると、γ=0.75であり、Rp /Rn =4とすると、γ=0.8である。
γ = Jn / (Jn + Jp)
= (Rp / Rn) / {1+ (Rp / Rn)} (8)
However, it is assumed that there is no potential distribution in the lateral direction at the end of the emitter region in a broad sense. Here, if Rp / Rn = 3, then γ = 0.75, and if Rp / Rn = 4, then γ = 0.8.

通常のサイリスタまたはダイオードのエミッタ注入効率が0.7以上であることを考えると、図20の埋込み絶縁ゲート構造のIGBTでも、広義のエミッタの注入効率を0.8以上にすれば、すなわちRp /Rn >4とすれば、サイリスタ並みのオン電圧が得られることを意味している。   Considering that the emitter injection efficiency of a normal thyristor or diode is 0.7 or more, even in the IGBT having the buried insulated gate structure of FIG. 20, if the emitter injection efficiency in a broad sense is 0.8 or more, that is, Rp / If Rn> 4, it means that an ON voltage equivalent to that of a thyristor can be obtained.

現在の平面ゲート構造のIGBTでは、Rp /Rn がほぼ3程度であり、Rp /Rn >4にするとラッチアップ耐量が低下する。その理由は幾つかあるが、例えば、平面ゲート構造のIGBTではその構造上、横方向の電子電流抵抗と正孔電流抵抗の差をつけにくいことがある。オン状態での横方向抵抗が低く(100A/cm2 の電流密度通電時で、約3×1016/cm3 のキャリアがあり、p型ベース層による正孔横方向抵抗が減少している)、この横方向の抵抗で正孔電流抵抗を稼ごうとしても、単位面積当りのMOSオンチャネル数の減少を招き、逆に電子電流抵抗を増大させる結果となり、したがって広義のエミッタの注入効率が低下してしまう。ESTなどの場合、正孔電流抵抗を稼ぐためにセルサイズを大きくするが、この方法は単位面積当りのオンチャネル数を減らすことになり、正孔電流抵抗が十分増える前に電子電流抵抗が増加してしまうので、結局広義のエミッタ領域の注入効率が上がらず、素子のオン抵抗を小さくすることが難しい。また単純に正孔電流の短絡率を下げて正孔電流抵抗を上げようとすると、ラッチアップ耐量が下がってしまう。 In the current planar gate structure IGBT, Rp / Rn is approximately 3 and when Rp / Rn> 4, the latch-up resistance is lowered. There are several reasons for this. For example, in the case of an IGBT having a planar gate structure, it may be difficult to make a difference between the electron current resistance and the hole current resistance in the lateral direction. Low lateral resistance in the on state (there is about 3 × 10 16 / cm 3 carriers when current density of 100 A / cm 2 is applied, and the lateral resistance of the holes due to the p-type base layer is reduced) Even if this lateral resistance is used to increase the hole current resistance, the number of MOS on-channels per unit area is reduced, and conversely, the electron current resistance is increased, thus reducing the emitter injection efficiency in a broad sense. Resulting in. In the case of EST, the cell size is increased to increase the hole current resistance, but this method reduces the number of on-channels per unit area and increases the electron current resistance before the hole current resistance increases sufficiently. As a result, the injection efficiency of the emitter region in a broad sense does not increase, and it is difficult to reduce the on-resistance of the element. In addition, if the hole current resistance is simply increased by lowering the short-circuit rate of the hole current, the latch-up resistance is lowered.

そこで、単位面積当りのMOSチャネル数を増やしながら、正孔電流の短絡抵抗を下げずに、正孔電流抵抗を電子電流抵抗の4倍以上とする構造が必要になる。本発明者等の検討結果によれば、埋込みゲート構造の幅と深さ,間隔等を最適化することによって、この様な条件が実現できることが明らかになった。   Therefore, it is necessary to have a structure in which the hole current resistance is at least four times the electron current resistance without increasing the short-circuit resistance of the hole current while increasing the number of MOS channels per unit area. According to the examination results of the present inventors, it has become clear that such a condition can be realized by optimizing the width and depth of the buried gate structure, the interval, and the like.

以下に具体的なシュレーションデータを示す。先ず、計算に使用した図20のIGBT構造は、順阻止耐圧4500Vのものであって、その素子パラメータは次の通りである。不純物濃度1×1013/cm3 ,厚さ450μm のn型高抵抗シリコン基板を用いて、アノード側には、深さ15μm 、表面濃度1×1016/cm3 のn型バッファ層と、深さ4μm ,表面濃度1×1019/cm3 のp型エミッタ層を形成している。カソード側には、深さ2μm ,表面濃度1×1017/cm3 のp型ベース層と、深さ0.2μm ,表面濃度1×1019/cm3 のp型ソース層を形成している。カソード側の埋込みゲート部のゲート電極は厚さ0.05μm のシリコン酸化膜またはONO膜等により分離されている。 Specific shredding data is shown below. First, the IGBT structure of FIG. 20 used for the calculation has a forward blocking withstand voltage of 4500 V, and its element parameters are as follows. Using an n-type high resistance silicon substrate having an impurity concentration of 1 × 10 13 / cm 3 and a thickness of 450 μm, an n-type buffer layer having a depth of 15 μm and a surface concentration of 1 × 10 16 / cm 3 is formed on the anode side. A p-type emitter layer having a thickness of 4 μm and a surface concentration of 1 × 10 19 / cm 3 is formed. The cathode side, depth 2 [mu] m, are formed with p-type base layer of the surface concentration 1 × 10 17 / cm 3, the depth 0.2 [mu] m, the p-type source layer on the surface concentration of 1 × 10 19 / cm 3 . The gate electrode of the buried gate portion on the cathode side is separated by a 0.05 μm thick silicon oxide film or ONO film.

図20に示すように、埋込みゲート部の深さはD(p型ベース層からn型ベース層内に突き出た部分)であり、セルサイズは2C、エミッタ幅は2Wであり、したがって埋込みゲート部の幅とエミッタ幅の比率は、W/(C−W)である。これらの寸法C,W,Dと、正孔ライフタイムτp をパラメータとして、素子のオン電圧に与える埋込みゲート電極構造の効果を調べた。その結果が、図22〜図27である。   As shown in FIG. 20, the depth of the buried gate portion is D (portion protruding from the p-type base layer into the n-type base layer), the cell size is 2C, and the emitter width is 2 W. Therefore, the buried gate portion The ratio of the width to the emitter width is W / (C−W). Using these dimensions C, W, D and hole lifetime τp as parameters, the effect of the buried gate electrode structure on the on-voltage of the device was investigated. The results are shown in FIGS.

図22は、セルサイズが2C=6μm 、エミッタ幅が2W=1μm 、したがって埋込みゲート部の幅が2(C−W)=5μm 、正孔ライフタイムがτp =τn=2.0μsec のモデルで、埋込みゲート部の深さDを変化させた時のアノード・カソード間電圧2.6Vでの素子電流密度を求めた結果である。ゲート印加電圧は+15V(すべてのオン電圧の計算で共通)である。   FIG. 22 shows a model in which the cell size is 2C = 6 μm, the emitter width is 2W = 1 μm, the buried gate width is 2 (C−W) = 5 μm, and the hole lifetime is τp = τn = 2.0 μsec. This is a result of obtaining the element current density at an anode-cathode voltage of 2.6 V when the depth D of the buried gate portion is changed. The gate applied voltage is +15 V (common to all on-voltage calculations).

図23は、エミッタ幅2W=1μm 、埋込みゲート部の深さD=5μm 、正孔ライフタイムτp =30μsec のモデルで、埋込みゲート部の幅C−Wを変化させた時の、アノード・カソード間電圧2.6Vでの素子電流密度を求めた結果である。   FIG. 23 shows a model with an emitter width of 2 W = 1 μm, a buried gate portion depth D = 5 μm, and a hole lifetime τp = 30 μsec. It is the result of calculating | requiring the element current density in the voltage 2.6V.

図23に示すように、埋込みゲート部の幅が1μm から5μm 程度までは埋込みゲート部の幅が増加するにしたがって素子電流は急激に増加するが、10μm 程度で電流は頭打ちとなり、15μm になると素子電流は逆に減り始める。この現象は、次のように説明できる。埋込みゲート部の幅がエミッタ幅に比べて広くなると、エミッタ直下の埋込み溝側面近くの正孔電流密度が高くなり、その結果埋込み溝下部側面で電位が上昇する。この結果MOSチャネルが飽和していない状態では電子電流に対する正孔電流の比率が増加し、結果として広義のエミッタ領域の注入効率が高くなって、素子電流密度が増加する。しかし、埋込みゲート部の幅が更に広くなると、MOSチャネルが飽和すると共に、単位面積当りのMOSチャネル数が減少することによって、電子電流のMOSチャネル抵抗が大きくなり、素子に流れる電子電流が制限されて、エミッタ注入効率が低下し、素子電流が減少することになる。   As shown in FIG. 23, when the width of the buried gate portion increases from about 1 μm to about 5 μm, the device current increases rapidly as the width of the buried gate portion increases. However, when the width of the buried gate portion increases to about 15 μm, Conversely, the current starts to decrease. This phenomenon can be explained as follows. When the width of the buried gate portion becomes wider than the emitter width, the hole current density near the buried trench side surface immediately under the emitter increases, and as a result, the potential rises on the buried trench lower side surface. As a result, in the state where the MOS channel is not saturated, the ratio of the hole current to the electron current increases, and as a result, the injection efficiency of the emitter region in a broad sense increases and the device current density increases. However, when the width of the buried gate portion is further increased, the MOS channel is saturated and the number of MOS channels per unit area is reduced, thereby increasing the MOS channel resistance of the electron current and limiting the electron current flowing through the device. As a result, the emitter injection efficiency is lowered and the device current is reduced.

また、p型ベース層とn型エミッタ層のコンタクトをカソード短絡と考えると、埋込みゲート部の幅が広くなるとこのカソード短絡の横方向抵抗を増やすのと同じ効果(注入効率に関しては、広義のエミッタ領域内のカソード短絡率を減らしたと等価)があり、この結果注入効率が増加してオン電圧が下がる。しかし、埋込みゲート部の幅が広くなり過ぎると、単位面積当りのオンチャネル数が減少する結果、電子電流抵抗が増加するので、注入効率が低下してオン電圧が上がる。   Further, when the contact between the p-type base layer and the n-type emitter layer is considered as a cathode short circuit, the same effect as increasing the lateral resistance of the cathode short circuit when the width of the buried gate portion is widened (in terms of injection efficiency, the emitter in a broad sense). This is equivalent to reducing the cathode short-circuit rate in the region). As a result, the injection efficiency increases and the on-voltage decreases. However, if the width of the buried gate portion becomes too wide, the number of on-channels per unit area decreases, and as a result, the electron current resistance increases, so that the injection efficiency decreases and the on-voltage increases.

図24は、エミッタ幅2W=1μm 、埋込みゲート部の深さD=5μm 、正孔ライフタイムτp =2.0μsec のモデルで、埋込みゲート部の幅C−Wを変化させた時のアノード・カソード間電圧2.6Vでの素子電流密度を求めた結果である。埋込みゲート部の幅が1μm から5μm 程度までは急激に電流が増えるが、10μm から15μm で頭打ちとなる。τp =30μsec の場合に比べて、電流が飽和する埋込みゲート部幅が広いのは、素子に流れる電流の絶対値が小さい(1/10程度)からである。   FIG. 24 is a model of emitter width 2W = 1 μm, buried gate portion depth D = 5 μm, hole lifetime τp = 2.0 μsec, and anode / cathode when the width C-W of the buried gate portion is changed. It is the result of calculating | requiring the element current density in the voltage between 2.6V. The current increases rapidly when the width of the buried gate portion is about 1 μm to 5 μm, but reaches a peak at 10 μm to 15 μm. The reason why the width of the buried gate where the current saturates is wider than when τp = 30 μsec is that the absolute value of the current flowing through the element is small (about 1/10).

図25は、エミッタ幅2W=1μm 、埋込みゲート部の深さD=5μm 、正孔ライフタイムτp =2μsec のモデルで、埋込みゲート部の幅2(C−W)が1μm の場合(A)と15μm の場合(B)の、アノード・カソード間順方向電圧を変化させた時の電流特性をプロットしたものである。   FIG. 25 shows a model with an emitter width of 2 W = 1 μm, a buried gate portion depth D = 5 μm, and a hole lifetime τp = 2 μsec. When the buried gate portion width 2 (C−W) is 1 μm (A), FIG. FIG. 6 is a plot of current characteristics when the forward voltage between the anode and the cathode is changed in the case of 15 μm (B).

図に示すように、アノード・カソード間電圧が13Vの点で電流がクロスしている。13V以下では、埋込みゲート部の幅15μm のモデルの方が電流値が大きく、特に2V以下では1桁電流値が大きい。13V以上では電流値の大きさが逆転する。   As shown in the figure, the current crosses when the anode-cathode voltage is 13V. Below 13V, the model with a buried gate portion width of 15 μm has a larger current value, and especially at 2V or less, the current value is one digit larger. Above 13V, the magnitude of the current value is reversed.

図26は、図20のIGBT素子モデルを、先の第2の実施例の素子構造に変更した図30の素子モデルについて、エミッタ幅2W=3μm 、埋込みゲート部の幅2(C−W)=13μm 、埋込みゲート部の深さD=12.5μm 、p型ベース層深さ2.5μm 、n型ソース層の深さ1μm 、p型ドレイン層の深さ0.5μm 、正孔ライフタイムτp =1.85μsec としたときの電流−電圧特性である。アノード・カソード間電圧が2.6Vの時に素子電流が100A/cm2 となるように、τp が設定されている。 26 shows a device model of FIG. 30 in which the IGBT device model of FIG. 20 is changed to the device structure of the second embodiment, and the emitter width 2W = 3 μm and the buried gate portion width 2 (C−W) = 13 μm, embedded gate depth D = 12.5 μm, p-type base layer depth 2.5 μm, n-type source layer depth 1 μm, p-type drain layer depth 0.5 μm, hole lifetime τp = It is a current-voltage characteristic when it is set to 1.85 μsec. Τp is set so that the device current becomes 100 A / cm 2 when the anode-cathode voltage is 2.6V.

図27は同様に、図30のモデルでの電流密度Iak=5223[A/cm2 ],Vak=25Vからの抵抗負荷でのターンオフ波形である。ゲート電圧上昇率dVG /dt=−30[V/μsec ]で、+15Vから−15Vまでゲート電圧を変化させてある。 Similarly, FIG. 27 shows a turn-off waveform with a resistive load from the current density Iak = 5223 [A / cm 2 ] and Vak = 25 V in the model of FIG. The gate voltage is changed from +15 V to −15 V at a gate voltage increase rate dVG / dt = −30 [V / μsec].

ちなみに、100A/cm2 の時のエミッタ領域直下のキャリア濃度を1×1016/cm3 と仮定すると、エミッタ幅W=1.5μm 、埋込みゲート部の深さD=12.5μm での正孔電流抵抗は、
Rp =0.5×12.5×10-4÷1.5×10-4 =4.2Ω … (9)
であり、電子電流抵抗をRn =1Ωとすると、注入効率はγ=0.81である。
By the way, assuming that the carrier concentration just below the emitter region at 100 A / cm 2 is 1 × 10 16 / cm 3 , the holes with an emitter width W = 1.5 μm and a buried gate portion depth D = 12.5 μm. The current resistance is
Rp = 0.5 × 12.5 × 10 −4 ÷ 1.5 × 10 −4 = 4.2Ω (9)
When the electron current resistance is Rn = 1Ω, the injection efficiency is γ = 0.81.

以上のデーから明らかなように、埋込み絶縁ゲート部を含む広義のエミッタ領域の形状寸法を最適化することによって、サイリスタ動作をさせることなく、サイリスタと同程度の低いオン抵抗を実現できることが分かる。   As is clear from the above data, it can be seen that by optimizing the shape of the emitter region including the buried insulating gate portion, the on-resistance as low as that of the thyristor can be realized without performing the thyristor operation.

従来の方法ではエミッタ層は単一の高濃度不純物拡散層からなり、このエミッタ拡散層から高抵抗ベース層にキャリアを注入していた。本発明は、従来の単一の高濃度不純物拡散層の代わりに高抵抗ベースへのキャリア注入と排出にMOSチャネルとキャリア排出の流れをコントロールする構造(即ち、キャリア排出抵抗又は拡散電流を局所的に変化させる)を使うことによって従来の高濃度不純物拡散層を使わなくとも高い注入効率を得る構造に関するものである。   In the conventional method, the emitter layer is composed of a single high-concentration impurity diffusion layer, and carriers are injected from this emitter diffusion layer into the high-resistance base layer. The present invention provides a structure for controlling the flow of MOS channel and carrier discharge for carrier injection and discharge into a high resistance base instead of a conventional single high concentration impurity diffusion layer (ie, carrier discharge resistance or diffusion current locally). In other words, the present invention relates to a structure that achieves high implantation efficiency without using a conventional high-concentration impurity diffusion layer.

本発明において、カソード側のpベース短絡抵抗は、隣り合う埋込みゲート部を跨ぐ距離2D+2(C−W)に比例し、エミッタ幅2Wに反比例する傾向がある。そこで、次のパラメータXを導入する。   In the present invention, the p-base short-circuit resistance on the cathode side tends to be proportional to the distance 2D + 2 (C−W) straddling adjacent buried gate portions and inversely proportional to the emitter width 2W. Therefore, the following parameter X is introduced.

X={2D+2(C−W)}/2W
={D+(C−W)}/W …(10)
このパラメータXは、カソード側の正孔バイパスまたはドレイン層が互いにどれだけ離れているかを表す量で、小さければ小さいほどカソード側の正孔の排出抵抗(短絡抵抗)が小さいことを意味する。
X = {2D + 2 (C−W)} / 2W
= {D + (C−W)} / W (10)
This parameter X is an amount representing how far the cathode-side hole bypass or drain layers are separated from each other. The smaller the parameter X, the smaller the cathode-side hole discharge resistance (short-circuit resistance).

図28は、このパラメータXを横軸にとって、素子のライフタイムτp と前述のD,C,Wを変化させた時の素子に流れる電流密度を表したものである。白丸は、τp =30μsec ,W=0.5μm ,D=5μm でCを変化させた時のもの、黒丸はτp =2μsec ,W=0.5μm ,C=1μm でDを変化させた時のもの、二重丸はτp =2μsec ,W=1.5μm ,C=8μm ,D=15μm の時のもの、×印はτp =2μsec ,W=0.4μmec ,C=1 μm でDを変化させたものである。   FIG. 28 shows the current density flowing through the element when the lifetime τp of the element and the aforementioned D, C, and W are changed, with the parameter X as the horizontal axis. The white circle is when C is changed with τp = 30 μsec, W = 0.5 μm and D = 5 μm, and the black circle is when D is changed with τp = 2 μsec, W = 0.5 μm and C = 1 μm. The double circle is the one when τp = 2 μsec, W = 1.5 μm, C = 8 μm, D = 15 μm, and the x mark changes D with τp = 2 μsec, W = 0.4 μmec, C = 1 μm Is.

順方向耐圧4500Vの素子で100A/cm2 の電流容量を確保するためには例えば、W=0.5μm 、D=2μm 、C=1μm として、
X≧5
とすることが必要である。さらに図22〜図28のデータより、W=0.5μm 、D=5μm 、C=1μm のとき、X=11であり、W=1.5μm 、D=13.5μm 、C=8μm のとき、X〜13である。すなわち、X>8或いはX>10、さらに好ましくは、X>13とすることによって、著しく特性が向上することがわかる。
In order to secure a current capacity of 100 A / cm 2 with an element having a forward breakdown voltage of 4500 V, for example, W = 0.5 μm, D = 2 μm, C = 1 μm,
X ≧ 5
Is necessary. Further, from the data of FIGS. 22 to 28, when W = 0.5 μm, D = 5 μm, and C = 1 μm, X = 11, and when W = 1.5 μm, D = 13.5 μm, and C = 8 μm, X to 13. That is, it can be seen that the characteristics are remarkably improved by setting X> 8 or X> 10, more preferably X> 13.

なおこの場合のオン状態でのキャリア濃度分布を対応する断面と共に示したのが、図29である。右側のグラフ中、実線は本発明、破線は従来例である。IGBT構造の場合と比べて、n- 型ベース層のカソード側にキャリア濃度分布のピークを持つことに本発明の特徴が見られる。オン状態でのn- 型ベース層のキャリア濃度は、1011〜1018/cm3 、より好ましくは1×1015〜1×1018/cm3 程度となるように設計される。 FIG. 29 shows the carrier concentration distribution in the on state in this case together with the corresponding cross section. In the graph on the right, the solid line is the present invention, and the broken line is the conventional example. Compared to the IGBT structure, the present invention is characterized by having a carrier concentration distribution peak on the cathode side of the n -type base layer. The carrier concentration of the n-type base layer in the ON state is designed to be about 10 11 to 10 18 / cm 3 , more preferably about 1 × 10 15 to 1 × 10 18 / cm 3 .

また、寸法W,D,CのうちWが小さければ小さいほど、Xは大きくなり、実際の素子特性は向上する。しかし、Dは大きくなると正孔抵抗が増すだけでなく、オンチャネルを通って高抵抗ベースに注入されるキャリアの抵抗も増大する。例えば、D=500μm になると、注入キャリアの抵抗による電圧降下と排出正孔の抵抗による電圧降下が等しくなり、素子のトータルのオン電圧が高くなる。   In addition, the smaller W of dimensions W, D, and C, the larger X becomes and the actual device characteristics are improved. However, as D increases, not only does the hole resistance increase, but the resistance of carriers injected through the on-channel into the high resistance base also increases. For example, when D = 500 μm, the voltage drop due to the resistance of the injected carriers and the voltage drop due to the resistance of the discharged holes become equal, and the total on-voltage of the element becomes high.

また、Cを大きくすると、Wの範囲の電流密度が上り、広義のエミッタ注入効率は上るが、Cを大きくすることは単位面積当りのオンチャネル数を減らすことになり、Cを余り大きくすると実質的なオンチャネル抵抗が増大してしまう。図28にも見られるように、X>30μm 以上でその傾向が現れるから、Cは500μm 以下に設計するのが好ましい。   Increasing C increases the current density in the W range and increases the emitter injection efficiency in a broad sense. However, increasing C decreases the number of on-channels per unit area, and increasing C excessively increases the actual density. On-channel resistance increases. As seen in FIG. 28, since the tendency appears when X> 30 μm or more, C is preferably designed to be 500 μm or less.

図31は、本発明の他の実施例の埋込み絶縁ゲート型電力半導体素子のレイアウトであり、図32および図33はそれぞれ図31のA−A′およびB−B′断面図である。   FIG. 31 is a layout of a buried insulated gate power semiconductor device according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 32 and 33 are cross-sectional views taken along lines AA ′ and BB ′ of FIG. 31, respectively.

この実施例では、溝5がn型ベース層1に達する深さをもってp型ベース層4を矩形に取り囲むように形成され、さらにその中に複数本のストライプ状の溝5が周辺の溝5と連続して形成されている。溝5内にはゲート酸化膜6を介して埋込みゲート電極7が形成されている。   In this embodiment, the groove 5 is formed to have a depth that reaches the n-type base layer 1 so as to surround the p-type base layer 4 in a rectangular shape, and a plurality of stripe-shaped grooves 5 are formed in the periphery of the peripheral grooves 5. It is formed continuously. A buried gate electrode 7 is formed in the trench 5 via a gate oxide film 6.

溝5の間のストライプ状領域のp型ベース層4内には、n型ターンオフチャネル層8が形成されている。そしてこのn型ターンオフチャネル層8に、溝5の長手方向に沿って交互に、p型ドレイン層9とn型ソース層10が分散配置されて形成されている。p型ドレイン層9はn型ターンオフチャネル層8の表面部に形成され、n型ソース層10とn型ターンオフチャネル層8は実際には同じ拡散層である。   An n-type turn-off channel layer 8 is formed in the p-type base layer 4 in the stripe region between the grooves 5. In the n-type turn-off channel layer 8, p-type drain layers 9 and n-type source layers 10 are alternately distributed along the longitudinal direction of the groove 5. The p-type drain layer 9 is formed on the surface of the n-type turn-off channel layer 8, and the n-type source layer 10 and the n-type turn-off channel layer 8 are actually the same diffusion layer.

この実施例の素子は、n型エミッタ層10の下にあるp型ベース層4の溝5の側面部がターンオンチャネルとなっている。またp型ドレイン層9下のn型ターンオフチャネル層8の溝5側面部がターンオフチャネルとなる。したがって先の実施例と同様に、溝5に埋込み形成されたゲート電極7がターンオン用とターンオフ用を兼ねている。   In the device of this embodiment, the side surface of the groove 5 of the p-type base layer 4 under the n-type emitter layer 10 is a turn-on channel. Further, the side surface of the groove 5 of the n-type turn-off channel layer 8 under the p-type drain layer 9 becomes a turn-off channel. Therefore, as in the previous embodiment, the gate electrode 7 embedded in the trench 5 serves both for turn-on and for turn-off.

この実施例の素子は、埋込みゲート電極7に正電圧を印加して、p型ベース層4の溝側面にn型チャネルを形成することにより、ターンオンする。埋込みゲート電極7に負電圧を印加すると、n型ターンオフチャネル層8の溝側面部にp型チャネルが形成されて、先の各実施例と同様にしてターンオフする。   The device of this embodiment is turned on by applying a positive voltage to the buried gate electrode 7 to form an n-type channel on the groove side surface of the p-type base layer 4. When a negative voltage is applied to the buried gate electrode 7, a p-type channel is formed on the side surface of the groove of the n-type turn-off channel layer 8, and the turn-off is performed in the same manner as in the previous embodiments.

この実施例によっても、先の各実施例と同様の効果が得られる。またこの実施例の素子は、先の実施例と同様に埋込みゲート部で耐圧を担うため、p型ベース層4の不純物濃度を低いものとする事ができる。たとえば、p型ベース層4のピーク不純物濃度を1×1016/cm3 程度とすることができ、これに伴ってn型ターンオフチャネル層8のピーク不純物濃度を1×1017/cm3 程度とすることができる。その結果、n型ターンオフチャネル層8の溝側面にp型チャネルを形成するに必要なしきい値はたとえば5V程度の小さいものとすることができ、小さいゲート電圧でオフ制御ができる。 According to this embodiment, the same effects as those of the previous embodiments can be obtained. Further, since the element of this embodiment bears the breakdown voltage in the buried gate portion as in the previous embodiment, the impurity concentration of the p-type base layer 4 can be made low. For example, the p-type base layer 4 can have a peak impurity concentration of about 1 × 10 16 / cm 3, and the n-type turn-off channel layer 8 has a peak impurity concentration of about 1 × 10 17 / cm 3. can do. As a result, the threshold required to form the p-type channel on the groove side surface of the n-type turn-off channel layer 8 can be as small as about 5 V, for example, and the off control can be performed with a small gate voltage.

第34図は、本発明の別の実施例の埋込み絶縁ゲート型半導体素子のレイアウトであり、図35および図36はそれぞれ、図34のA−A′およびB−B′断面図である。   FIG. 34 is a layout of a buried insulated gate semiconductor device according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 35 and 36 are sectional views taken along lines AA ′ and BB ′ in FIG. 34, respectively.

この実施例の素子は、図31〜図33の実施例の素子のp型ベース層4を省略したもので、所謂静電誘導サイリスタとなっている。n型ベース層1の不純物濃度と、溝5の幅(図35の断面に示される溝5に挟まれたn型ベース層1の幅)を適当な値に設定すれば、溝5に挟まれたn型ベース層1の部分全体の電位を埋込みゲート電極7により制御する事ができる。   The device of this embodiment is a so-called electrostatic induction thyristor in which the p-type base layer 4 of the device of the embodiment of FIGS. 31 to 33 is omitted. If the impurity concentration of the n-type base layer 1 and the width of the groove 5 (the width of the n-type base layer 1 sandwiched between the grooves 5 shown in the cross section of FIG. 35) are set to appropriate values, they are sandwiched between the grooves 5. Further, the potential of the entire portion of the n-type base layer 1 can be controlled by the buried gate electrode 7.

ゲート電極7に正の電圧を印加して、溝5に挟まれたn型ベース層1の電位を上げると、n型ソース層10から電子が注入されて、素子はターンオンする。ゲート電極7に負の電圧を印加すると、n型ターンオフチャネル層8の溝側面にp型チャネルが形成されて、n型ベース層1のキャリアがp型ドレイン層9を介してカソード電極13に排出されるようになり、素子はターンオフする。   When a positive voltage is applied to the gate electrode 7 to raise the potential of the n-type base layer 1 sandwiched between the grooves 5, electrons are injected from the n-type source layer 10 and the device is turned on. When a negative voltage is applied to the gate electrode 7, a p-type channel is formed on the groove side surface of the n-type turn-off channel layer 8, and carriers in the n-type base layer 1 are discharged to the cathode electrode 13 through the p-type drain layer 9. The device turns off.

図37は、さらに別の実施例の埋込み絶縁ゲート型半導体素子のレイアウトであり、図38および図39はそれぞれ図37のA−A′およびB−B′断面図である。   FIG. 37 is a layout of a buried insulated gate semiconductor device according to still another embodiment, and FIGS. 38 and 39 are cross-sectional views taken along lines AA ′ and BB ′ of FIG. 37, respectively.

この実施例は、図31〜図33の実施例の素子を僅かに変形したものである。複数本のストライプ状の溝5は、互いに独立しており、これらの周囲は深いp型ベース層4′により囲まれている。埋込みゲート部の間のp型ベース層4に形成されるn型ターンオフチャネル層8、p型ドレイン層9、n型ソース層10の分布や深さ等は先の実施例と同様である。   This embodiment is a slight modification of the device of the embodiment of FIGS. The plurality of stripe-shaped grooves 5 are independent from each other, and their periphery is surrounded by a deep p-type base layer 4 '. The distribution, depth, and the like of the n-type turn-off channel layer 8, the p-type drain layer 9, and the n-type source layer 10 formed in the p-type base layer 4 between the buried gate portions are the same as in the previous embodiment.

図40は、さらに別の実施例の埋込み絶縁ゲート型半導体素子のレイアウトであり、図41および図42はそれぞれ図40のA−A′およびB−B′断面図である。   40 is a layout of a buried insulated gate semiconductor device according to still another embodiment, and FIGS. 41 and 42 are sectional views taken along lines AA ′ and BB ′ in FIG. 40, respectively.

この実施例は、図34〜図35の実施例の素子を、図37〜図39の実施例と同様に変形したものである。   In this embodiment, the device of the embodiment shown in FIGS. 34 to 35 is modified in the same manner as the embodiment shown in FIGS.

これらの実施例によっても、先の各実施例と同様の効果が得られる。   Also in these embodiments, the same effects as in the previous embodiments can be obtained.

図42〜図44は、図31〜図33の実施例を変形して、p型ベース層4を埋込みゲート部より深くした実施例である。   42 to 44 are embodiments in which the embodiment of FIGS. 31 to 33 is modified to make the p-type base layer 4 deeper than the buried gate portion.

図46〜図48は、さらに図43〜図45の実施例を変形して、n型ターンオフチャネル層8を省略した実施例である。   46 to 48 are embodiments in which the embodiment of FIGS. 43 to 45 is further modified and the n-type turn-off channel layer 8 is omitted.

図49〜図51はさらに、図46〜図48の構造においてp型べー層を省略した実施例である。   49 to 51 show further embodiments in which the p-type base layer is omitted from the structure shown in FIGS.

これらの実施例によっても、前述したように各部の形状寸法、特に埋込みゲート部の幅と間隔を最適設計して、広義のエミッタ領域の注入効率を十分に大きくして低いオン抵抗を実現することができる。   Also according to these embodiments, as described above, the shape and size of each part, in particular, the width and interval of the buried gate part are optimally designed to sufficiently increase the injection efficiency of the emitter region in a broad sense and realize a low on-resistance. Can do.

図52〜図55は、図11〜図14の実施例と同様の構造をIGBTに適用した実施例であ。溝5の側面に接してn型ソース層10が形成され、カソード電極1はこのn型ソース層10とこれらの間に露出するp型ベース層4に同時にコンタクトする。   52 to 55 are embodiments in which the same structure as that of the embodiment of FIGS. 11 to 14 is applied to the IGBT. An n-type source layer 10 is formed in contact with the side surface of the groove 5, and the cathode electrode 1 is simultaneously in contact with the n-type source layer 10 and the p-type base layer 4 exposed therebetween.

図56〜図58は、同様に図37〜図39の構造をIGBTに適用した実施例である。   56 to 58 show an embodiment in which the structure shown in FIGS. 37 to 39 is similarly applied to an IGBT.

図59は、図53の変形例である。エミッタ幅2Wに対して埋込みゲート部の幅2(C−W)が余り広いと、溝加工の信頼性が低下する。この様な場合に本来一つでよい溝を複数個に分けて形成することにより、歩留まり向上が図られる。幅2(C−W)の中に露出するn型ベース層部分にはp型ベースやn型ソースは形成されない。   FIG. 59 is a modification of FIG. If the width 2 (C-W) of the buried gate portion is too large with respect to the emitter width 2W, the reliability of the groove processing is lowered. In such a case, the yield can be improved by forming a plurality of grooves that are essentially one. No p-type base or n-type source is formed in the n-type base layer portion exposed in the width 2 (C-W).

図60〜図62は、本発明を横型のIGBTに適用した実施例の単位セル部のレイアウトとそのA−A′,B−B′断面図である。第1のシリコン基板20と第2のシリコン基板22を間に酸化膜21を挟んで直接接着して得られたウェハの第2のシリコン基板22側を素子領域として、これを所定厚みに加工してn型ベース層1とする。このn型ベース層1に底部酸化膜21に達する深さの溝5が形成されここにゲート電極71 が埋込み形成される。埋込みゲートの間にp型ベース層4およびn型ソース層10が形成され、これらの上にはゲート酸化膜6を介して埋込みゲート電極7と連続する表面ゲート電極72 が形成される。埋込みゲート部から所定処理離れた位置にp型エミッタ層3が形成されている。p型エミッタ層3と埋込みゲート部の間には、p- 型リサーフ層23が形成されている。 60 to 62 are layouts of unit cell portions of the embodiment in which the present invention is applied to a lateral IGBT and sectional views taken along the lines AA ′ and BB ′. The wafer obtained by directly bonding the first silicon substrate 20 and the second silicon substrate 22 with the oxide film 21 in between is used as the element region on the second silicon substrate 22 side and processed into a predetermined thickness. N-type base layer 1. A groove 5 having a depth reaching the bottom oxide film 21 is formed in the n-type base layer 1, and a gate electrode 71 is buried therein. A p-type base layer 4 and an n-type source layer 10 are formed between the buried gates, and a surface gate electrode 72 which is continuous with the buried gate electrode 7 is formed thereon via a gate oxide film 6. A p-type emitter layer 3 is formed at a position away from the buried gate portion by a predetermined process. A p type RESURF layer 23 is formed between the p type emitter layer 3 and the buried gate portion.

図63〜図65は、上の実施例を変形してアノード側に埋込みゲートを設けた横型のIGBTの実施例のレイアウトとそのA−A′およびB−B′断面図である。素子形成側の第2の基板22をp- 型ベース層24として、上の実施例と同様に溝5が形成され、これに埋込みゲート電極71 が形成される。溝の間にn型ベース層1′、その中にp型ドレイン層3′が形成され、これらの上に上の実施例と同様に表面ゲート電極72 が形成される。そしてドレイン領域から所定距離離れてn型ソース層10′が形成される。 FIG. 63 to FIG. 65 are a layout of an embodiment of a lateral IGBT in which the above embodiment is modified and a buried gate is provided on the anode side, and AA ′ and BB ′ sectional views thereof. Using the second substrate 22 on the element forming side as the p -type base layer 24, the trench 5 is formed in the same manner as in the above embodiment, and the buried gate electrode 71 is formed therein. An n-type base layer 1 'and a p-type drain layer 3' are formed between the trenches, and a surface gate electrode 72 is formed thereon as in the above embodiment. An n-type source layer 10 'is formed at a predetermined distance from the drain region.

図66〜図68は、図1〜図5の実施例と同様の素子を横型素子として実現した実施例のレイアウトとそのA−A′およびB−B′断面図である。先の実施例と対応する部分には先の実施例と同一符号を付して詳細な説明は省略する。   66 to 68 are layouts of an embodiment in which the same element as that of the embodiment of FIGS. 1 to 5 is realized as a lateral element, and AA ′ and BB ′ sectional views thereof. Portions corresponding to those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the previous embodiment, and detailed description thereof is omitted.

図69〜図71は、上の実施例の各部の導電型を逆にした実施例の素子のレイアウトとそのA−A′およびB−B′断面図である。   69 to 71 are element layouts of the embodiment in which the conductivity types of the respective parts of the above embodiment are reversed and their AA 'and BB' sectional views.

図31の実施例において、n型ソース層の幅dN+とp型ドレイン層の幅dP+が略等しい状態で示されているが、dN+>dP+とすればオン特性が改善され、dN+<dP+とすればオフ特性が改善される。したがってこれらの幅の関係を最適設計することにより、所望の特性が得られる。このことは、図34,図37,図40,図43,図46,図49,図56の素子においても同様である。   In the embodiment of FIG. 31, the width dN + of the n-type source layer and the width dP + of the p-type drain layer are shown to be substantially equal. However, if dN +> dP +, the on-characteristic is improved and dN + <dP +. Off characteristics are improved. Therefore, desired characteristics can be obtained by optimally designing these width relationships. The same applies to the elements shown in FIGS. 34, 37, 40, 43, 46, 49, and 56.

可制御最大電流を増すためには、dN+をキャリア拡散長程度かそれ以下に形成することが望ましく、オン電圧を下げたいときには最小の可制御最大電流を保証できる範囲でこれを大きく形成することが望ましい。   In order to increase the controllable maximum current, it is desirable to form dN + to be about the carrier diffusion length or less, and when it is desired to reduce the on-voltage, it is necessary to increase this to the extent that the minimum controllable maximum current can be guaranteed. desirable.

以上のように本発明によれば、深い埋込み絶縁ゲート構造と、この埋込み絶縁ゲートに挟まれた幅の狭い正孔電流通路を広い間隔で形成した構造、および注入効率を小さく抑えたカソードエミッタ構造の組合わせによって、電圧駆動型の素子であってラッチアップさせることなくGTOサイリスタ並の特性を実現することができる。   As described above, according to the present invention, a deep buried insulated gate structure, a structure in which narrow hole current paths sandwiched between the buried insulated gates are formed at wide intervals, and a cathode emitter structure in which injection efficiency is kept small. By combining these, it is a voltage driven type element, and it is possible to realize the same characteristics as a GTO thyristor without latching up.

横型素子の実施例をさらにいくつか説明する。   Several further embodiments of the lateral element will be described.

図72〜図74は、図66〜図68の実施例の素子を変形した実施例である。この実施例では、p型ドレイン層9が埋込みゲート72 により挟まれた領域のみならず、埋込みゲート72 のカソード側端部側壁にまで延在させて設けられている。   72 to 74 are examples in which the elements of the examples of FIGS. 66 to 68 are modified. In this embodiment, the p-type drain layer 9 is provided not only in the region sandwiched between the buried gates 72 but also extending to the cathode side end side wall of the buried gate 72.

図75〜図77は、図72〜図74の構造を変形した実施例で、n型エミッタ層8を素子底部に達しない深さに拡散形成している。   75 to 77 show an embodiment in which the structure shown in FIGS. 72 to 74 is modified. The n-type emitter layer 8 is diffused to a depth that does not reach the bottom of the device.

図78〜80の実施例は、第2の基板22として、底部にp+ 型層25を持つp- 型基板を用いて、その表面にn- 型ベース層1を形成した他、図76〜図77の実施例と同様である。 78 to 80, the p type substrate having the p + type layer 25 at the bottom is used as the second substrate 22 and the n type base layer 1 is formed on the surface thereof. This is the same as the embodiment of FIG.

図81〜図83は、図78〜図80の実施例を変形したもので、埋込みゲート電極71 の幅に比べて表面ゲート電極72 の幅を大きく選び、埋込みゲート電極71 により挟まれた領域から所定距離離れたカソード側に、表面ゲート電極72 で制御されるターンオンチャネル領域およびターンオフチャネル領域を形成した実施例である。   FIGS. 81 to 83 are modifications of the embodiment shown in FIGS. 78 to 80. The width of the surface gate electrode 72 is selected larger than the width of the buried gate electrode 71, and the region sandwiched by the buried gate electrode 71 is used. In this embodiment, a turn-on channel region and a turn-off channel region controlled by the surface gate electrode 72 are formed on the cathode side separated by a predetermined distance.

図84以下は縦型素子の他の実施例の1/2セル断面構造を示している。   FIG. 84 and subsequent figures show a half-cell cross-sectional structure of another embodiment of the vertical element.

図84は、長い電子注入チャネルが形成される領域(幅Wで示す)の間の領域(幅Lで示す)には、図59のような埋込みゲートを設けないようにした実施例である。   FIG. 84 shows an embodiment in which a buried gate as shown in FIG. 59 is not provided in a region (shown by width L) between regions (shown by width W) where a long electron injection channel is formed.

図85は、図84の素子において電子注入チャネルが形成されない領域にも埋込み絶縁ゲート構造を形成した実施例である。ゲート電極7は溝5を完全には埋め込まず複数の溝5に沿って連続的に形成されている。そしてゲート電極7が形成された素子表面に溝5を埋めて表面を平坦化するようにCVD酸化膜31が形成されている。   FIG. 85 shows an example in which a buried insulated gate structure is formed also in a region where an electron injection channel is not formed in the element of FIG. The gate electrode 7 is continuously formed along the plurality of grooves 5 without completely filling the grooves 5. A CVD oxide film 31 is formed so as to flatten the surface by filling the groove 5 in the element surface on which the gate electrode 7 is formed.

図86は、図84の素子の電子注入チャネルが形成されない溝間にp型層32を形成した実施例である。このp型層32を設けることによって、チャネルが形成されない領域でのカソード電極11とn型ベース層1間の耐圧を十分なものとすることができる。   FIG. 86 shows an example in which the p-type layer 32 is formed between the grooves in which the electron injection channel of the element of FIG. 84 is not formed. By providing the p-type layer 32, the breakdown voltage between the cathode electrode 11 and the n-type base layer 1 in a region where no channel is formed can be made sufficient.

図87は、図86の素子構造において、ゲート電極7を多結晶シリコン膜により溝5を完全には埋めないように形成して、チャネルが形成されない領域でこれに重ねてAl ,Ti,Mo等の低抵抗金属ゲート33を形成したものである。低抵抗金属ゲート33上はポリイミド等の有機絶縁膜34で覆っている。   In FIG. 87, in the element structure of FIG. 86, the gate electrode 7 is formed of a polycrystalline silicon film so as not to completely fill the groove 5, and is overlapped with Al, Ti, Mo, etc. in a region where the channel is not formed. The low-resistance metal gate 33 is formed. The low resistance metal gate 33 is covered with an organic insulating film 34 such as polyimide.

図88は更に、チャネルが形成されない領域全体に溝5を形成して、この溝5に沿って多結晶シリコン・ゲート電極7を形成すると共に、溝5の底部に低抵抗金属ゲート33を埋込み形成した実施例である。   FIG. 88 further shows that a trench 5 is formed in the entire region where a channel is not formed, a polycrystalline silicon gate electrode 7 is formed along the trench 5, and a low-resistance metal gate 33 is buried at the bottom of the trench 5. This is an example.

以上に説明した各実施例において、埋込みゲートで挟まれたチャネル領域に、正孔電流バイパス抵抗を大きくするために、イオン注入等による低キャリアライフタイム層、或いはn型ベース層より高濃度のn型層等を設けることも有効である。   In each of the embodiments described above, in order to increase the hole current bypass resistance in the channel region sandwiched between the buried gates, n carrier having a higher concentration than the low carrier lifetime layer or the n-type base layer by ion implantation or the like. It is also effective to provide a mold layer or the like.

例えば図89は、図86の素子において、p型ベース層4下にn型ベース層1より高濃度のn型層35を設けた実施例である。また図90は、p型ベース層4の下に低キャリアライフタイム層36を形成した実施例である。   For example, FIG. 89 shows an embodiment in which an n-type layer 35 having a higher concentration than the n-type base layer 1 is provided below the p-type base layer 4 in the element of FIG. FIG. 90 shows an example in which the low carrier lifetime layer 36 is formed under the p-type base layer 4.

図91は、図87の構造を変形した実施例で、p型層32の上部にフローティングのn+ 型エミッタ層36を形成したものである。電子注入部はp型ドレインがなく、IGBT構造となっており、ゲート電極7に正電圧を印加した時に溝5の側壁に沿ってn型ソース層10からn+ 型エミッタ層36の間にチャネルが形成されて、n+ 型エミッタ層36がカソード電極11に繋がる。 FIG. 91 shows an embodiment in which the structure of FIG. 87 is modified, in which a floating n + -type emitter layer 36 is formed on the p-type layer 32. The electron injection portion has no p-type drain and has an IGBT structure. When a positive voltage is applied to the gate electrode 7, a channel is formed between the n-type source layer 10 and the n + -type emitter layer 36 along the sidewall of the groove 5. Are formed, and the n + -type emitter layer 36 is connected to the cathode electrode 11.

図92は、同様に図86の素子に対して、図91と同様の変形を施した実施例である。   FIG. 92 is an embodiment in which the element shown in FIG. 86 is similarly modified as in FIG.

図93は、図85の実施例の素子において、電子注入チャネル領域の外側の溝間に、p型ベース層4と同時に形成されるp型層32を設けた実施例である。更に図94は、図93のp型層32をp型ベース層4とは別にこれより深く形成して、その上部にフローティングのn型エミッタ層36を形成した実施例である。   FIG. 93 is an example in which the p-type layer 32 formed simultaneously with the p-type base layer 4 is provided between the grooves outside the electron injection channel region in the device of the example of FIG. Further, FIG. 94 shows an embodiment in which the p-type layer 32 of FIG. 93 is formed deeper than the p-type base layer 4 and a floating n-type emitter layer 36 is formed thereon.

図95は、図91のp型層32およびn+ 型エミッタ層36をより深く形成して、埋込みゲート27により制御されるターンオン・チャネルを短くした実施例である。 FIG. 95 shows an embodiment in which the p-type layer 32 and the n + -type emitter layer 36 of FIG. 91 are formed deeper to shorten the turn-on channel controlled by the buried gate 27.

前述した各実施例は、“独特にアレンジされたトレンチゲート電極構造による正孔バイパス抵抗を増加させ、以て電子注入効率を改善し半導体デバイスのオン抵抗を低下させる”という概念に基づいている。ここで注目すべき重要な事実は、本発明によれば、低下されたオン抵抗の達成は、本来、“正孔パイパス抵抗の増加”にこだわらなくてもよいという点である。なぜなら、キャリア注入の強化は、“正孔バイパス抵抗の増加”という思想を包含している“正孔の拡散電流と電子電流の比率を大きくする”という原理に基づいているからである。   Each of the above-described embodiments is based on the concept of “increasing hole bypass resistance with a uniquely arranged trench gate electrode structure, thereby improving electron injection efficiency and reducing the on-resistance of the semiconductor device”. The important fact to note here is that, according to the present invention, achieving a reduced on-resistance does not have to be inherent in “increasing the hole-bypass resistance”. This is because the enhancement of carrier injection is based on the principle of “increasing the ratio of the hole diffusion current and the electron current” which includes the idea of “increasing the hole bypass resistance”.

図96は本発明の更なる実施例に係るIEGT(injection-Enhanced Gate Bipolar Transistor)のレイアウトであり、図97,図98,図99および図100はそれぞれ、図96のA−A′,B−B′,C−C′およびD−D′断面図である。このトランジスタ構造において、図6〜図9の実施例と同様な部分には同様な参照符号が付されている。   FIG. 96 is a layout of an IEGT (injection-enhanced gate bipolar transistor) according to a further embodiment of the present invention. FIGS. 97, 98, 99 and 100 are respectively taken along lines A-A 'and B-- of FIG. It is B ', CC', and DD 'sectional drawing. In this transistor structure, parts similar to those in the embodiment of FIGS. 6 to 9 are given the same reference numerals.

n型ソース層はn+ 型半導体層10により構成される。これらのソース領域10は、p型ドレイン層4の表面部において、図96に示すようにトレンチゲート電極7に直角に伸びている。これらのソース領域10のトレンチゲート電極7と関連する断面は図97に示す。隣合う二個のトレンチゲート電極7の各対の間に位置するn+ 型層10は、表面絶縁層202 によって第一の主電極層11から電気的に絶縁されている。 The n-type source layer is composed of the n + -type semiconductor layer 10. These source regions 10 extend at right angles to the trench gate electrode 7 in the surface portion of the p-type drain layer 4 as shown in FIG. A cross section of the source region 10 relating to the trench gate electrode 7 is shown in FIG. The n + -type layer 10 positioned between each pair of two adjacent trench gate electrodes 7 is electrically insulated from the first main electrode layer 11 by the surface insulating layer 202.

図98に示されているように、隣接するトレンチゲート電極7間では、n+ 型層10はp型ドレインとして機能するp+ 型層9と交互配列されている。図99に示されている各トレンチゲート電極7の断面図は、図9のそれと同一である。p+ 型ドレイン領域9のトレンチゲート電極7に直角な方向での断面図は、図100に示されている。ここにおいて、図97の場合と同様なマナーで、隣合う二個のトレンチゲート電極7の各対の間に位置するp型ドレイン層9は、上記表面絶縁層202 によって第一の主電極層11から電気的に絶縁されている。このトランジスタ構造の具体的寸法は、図1〜図5のデバイスでのそれと同様でよい。 As shown in FIG. 98, between adjacent trench gate electrodes 7, n + -type layers 10 are alternately arranged with p + -type layers 9 functioning as p-type drains. The sectional view of each trench gate electrode 7 shown in FIG. 99 is the same as that of FIG. A cross-sectional view of the p + -type drain region 9 in a direction perpendicular to the trench gate electrode 7 is shown in FIG. Here, the p-type drain layer 9 located between each pair of two adjacent trench gate electrodes 7 in the manner similar to the case of FIG. 97 is formed into the first main electrode layer 11 by the surface insulating layer 202. Is electrically isolated from. The specific dimensions of this transistor structure may be similar to those in the devices of FIGS.

本実施例におけるIEGTの動作は次の通りである。ゲート電極7にカソード電極11に対して正極性の電圧が印加されると、p型ベース層4の周辺部に位置するターンオンチャネルが導通する。電子は、n型ソース層10からn型ベース層1に注入され、n型ベース層1に導電変調を起こす。これによりIEGTはIGBT動作によってターンオンする。   The operation of IEGT in this embodiment is as follows. When a positive voltage is applied to the gate electrode 7 with respect to the cathode electrode 11, the turn-on channel located in the periphery of the p-type base layer 4 becomes conductive. Electrons are injected from the n-type source layer 10 into the n-type base layer 1 and cause conductivity modulation in the n-type base layer 1. As a result, IEGT is turned on by the IGBT operation.

ゲート電極7にカソード電極11に対して負極性の電圧が印加されると、上記ターンオンチャネル領域からの電子の注入は止まる。トレンチゲート部のトレンチ5に面している側面部分(溝側側面部)に、反転層が形成される。公知のpチャネルMOSトランジスタ動作によって、p型ベース層4内のキャリアがp型ドレイン層9を介して、カソード電極11に排出される。半導体デバイスはターンオフする。この実施例の場合、このデバイスがターンオン状態でも、n型ソース層10、p型ベース層4、n型ベース層1及びp型エミッタ層3によって構成される寄生サイリスタは、ラッチアップしないように前述の説明のように特にアレンジされている。オンチャネルが閉じれば、n型ソース層10からの電子注入は直ちに停止する。   When a negative voltage is applied to the gate electrode 7 with respect to the cathode electrode 11, the injection of electrons from the turn-on channel region stops. An inversion layer is formed on the side surface portion (groove side surface portion) facing the trench 5 of the trench gate portion. Carriers in the p-type base layer 4 are discharged to the cathode electrode 11 through the p-type drain layer 9 by a known p-channel MOS transistor operation. The semiconductor device is turned off. In this embodiment, the parasitic thyristor constituted by the n-type source layer 10, the p-type base layer 4, the n-type base layer 1 and the p-type emitter layer 3 is prevented from being latched up even when the device is turned on. It is especially arranged as described in If the on-channel is closed, the electron injection from the n-type source layer 10 is immediately stopped.

IEBTによれば、ある一対のトレンチゲート7と、該一対のトレンチゲート電極の間に位置し且つ電極11から絶縁されているP+ 型ドレイン層9と、この絶縁されたP+ 型ドレイン層と対応するトレンチゲート電極7を挟んで隣合い且つ電極11とコンタクトしている他のP+ 型ドレイン層9とによって、“単位セル”が規定される。 According to IEBT, a pair of trench gates 7, a P + -type drain layer 9 positioned between the pair of trench gate electrodes and insulated from the electrode 11, and the insulated P + -type drain layer A “unit cell” is defined by another P + -type drain layer 9 that is adjacent to and in contact with the electrode 11 with the corresponding trench gate electrode 7 interposed therebetween.

電極11とコンタクトするp+ ドレイン層との間に、比較的幅の狭いトレンチ溝に囲まれ、電極11と絶縁された領域を形成することで、幅の広いトレンチ溝(2C−2W)を形成するという技術的な困難を回避し、幅の広いトレンチ溝と同等の効果を上げることが可能である。 A wide trench groove (2C-2W) is formed by forming a region surrounded by a relatively narrow trench groove and insulated from the electrode 11 between the p + drain layer in contact with the electrode 11. It is possible to avoid the technical difficulty of doing so and to achieve the same effect as a wide trench.

複数のトレンチゲート電極7の深さと間隔,数を適切にアレンジすることにより(具体例は既に提示した)、デバイスをサイリスタ動作させないようにしつつ充分に低いオン抵抗を得ることができる。IEGTの主電極11のp型ドレイン層9への“間引かれた”コンタクトは、正孔のバイパス電流の減少、即ち減少されたオン抵抗の実現に貢献している。また、この実施例では、オン状態で寄生サイリスタがラッチアップせず、ターンオフに際してはターンオフチャネルが開いて正孔の流れのバイパス路が形成される。従って、一旦ラッチアップされた後にターンオフするように構成された現行のGTOサイリスタ比べて、最大遮断電流能力は強化されている。   By appropriately arranging the depth, interval, and number of the plurality of trench gate electrodes 7 (specific examples have already been presented), a sufficiently low on-resistance can be obtained while preventing the device from operating as a thyristor. The “thinned-out” contact of the IEGT main electrode 11 to the p-type drain layer 9 contributes to the reduction of the hole bypass current, ie the realization of a reduced on-resistance. In this embodiment, the parasitic thyristor does not latch up in the ON state, and the turn-off channel is opened at the time of turn-off to form a bypass path for the hole flow. Therefore, the maximum breaking current capability is enhanced as compared to current GTO thyristors that are configured to turn off once latched up.

ここで、正孔拡散電流の全電流に対する比率をアレンジすることにより大きな電子注入効率が得られる点について、説明を加える。   Here, a description will be given of the fact that a large electron injection efficiency can be obtained by arranging the ratio of the hole diffusion current to the total current.

広義のエミッタ領域(一例を図21中に破線で囲んだ部分に示している)の不純物濃度が比較的低い場合、例えば広義のエミッタ領域の中でn〜pの伝導変調を生じる部分がある場合など、正孔の拡散電流Ip、特に縦方向(素子のアノード−カソード方向に平行に流れる拡散電流)と電子電流In(=I−Ip,I:全電流)の比を大きくするような構造を広義のエミッタ領域中に設けることで、広義のエミッタ領域の注入効率を増加し、素子のオン抵抗を減少させることができる。   When the impurity concentration in the broad emitter region (an example is shown in a portion surrounded by a broken line in FIG. 21) is relatively low, for example, when there is a portion that causes n to p conduction modulation in the broad emitter region. A structure that increases the ratio of the hole diffusion current Ip, particularly the longitudinal direction (diffusion current flowing parallel to the anode-cathode direction of the element) and the electron current In (= I-Ip, I: total current). By providing it in the broad emitter region, the injection efficiency of the broad emitter region can be increased and the on-resistance of the element can be reduced.

広義のエミッタ領域に流れる正孔電流Jp(A/cm2 )、n−ベースの広義のエミッタ側キャリア濃度n(cm-3)(図29中のn)とする。 The hole current Jp (A / cm 2 ) flowing in the emitter region in the broad sense and the emitter-side carrier concentration n (cm −3 ) in the broad sense of n-base (n in FIG. 29).

広義のエミッタ領域に流れる正孔電流が縦方向(A−K方向)のキャリアの拡散電流のみとすると、
Jp=2・μp・k・T・W・n/(C・D) …(12)
と表わすことができる。ここで、μpはホール易動度、kはボルツマン係数、Tは温度である。
If the hole current flowing in the emitter region in a broad sense is only the diffusion current of carriers in the vertical direction (AK direction),
Jp = 2 · μp · k · T · W · n / (C · D) (12)
Can be expressed as Here, μp is the hole mobility, k is the Boltzmann coefficient, and T is the temperature.

広義のエミッタ領域の正孔の注入効率γpは
γp=Jp/J=Jp/(Jn+Jp)
=2μp・k・T・W・n/(C・D・J) …(13)
Y=W/(C・D)とすると、
γp=2(μp・k・T・n/J)・Y
γpの値は、μp=500,k・T=4.14×10-21 、J=100A/cm2 とすると、
γp=2×(500×4.14×10-21 /100)×1×1016×Y
=4.14×10-4・Y …(16)
γpは注入効率が十分低い時には
γp=Jp/(Jn+Jp)=μp/(μn+μp)=0.3 …(17)
程度であろう。つまり、広義のエミッタ領域の注入効率が大きいとは、
γp<0.3 …(18)
ということであり、この条件を満たすYは、
4.14×10-4・Y<0.3
Y<0.3/4.14×10-4
Y<7.25×102 (cm-1) …(19)
比較的オン電圧の高い場合でn=7×1015の時は、
Y<1.0×103 (cm-1) …(20)
である。
The hole injection efficiency γp in the emitter region in the broad sense is γp = Jp / J = Jp / (Jn + Jp)
= 2μp · k · T · W · n / (C · D · J) (13)
If Y = W / (C · D),
γp = 2 (μp · k · T · n / J) · Y
The values of γp are as follows: μp = 500, k · T = 4.14 × 10 −21 , J = 100 A / cm 2
γp = 2 × (500 × 4.14 × 10 −21 / 100) × 1 × 10 16 × Y
= 4.14 × 10 −4 · Y (16)
When γp is sufficiently low in injection efficiency, γp = Jp / (Jn + Jp) = μp / (μn + μp) = 0.3 (17)
It will be about. In other words, the injection efficiency of the emitter region in a broad sense is high.
γp <0.3 (18)
Therefore, Y that satisfies this condition is
4.14 × 10 −4 · Y <0.3
Y <0.3 / 4.14 × 10 −4
Y <7.25 × 10 2 (cm −1 ) (19)
When n = 7 × 10 15 when the on-voltage is relatively high,
Y <1.0 × 10 3 (cm −1 ) (20)
It is.

つまり、パラメータYを上記の範囲に設計することによって、カソード電極にコンタクトしている不純物拡散層の注入効率が低くても、広義のエミッタ領域の注入効率を増加できる。即ち、高抵抗ベース層のオン状態におけるキャリアの蓄積を増加させることができ、素子のオン抵抗を減少させることが可能である。   That is, by designing the parameter Y within the above range, the injection efficiency of the emitter region in a broad sense can be increased even if the injection efficiency of the impurity diffusion layer in contact with the cathode electrode is low. That is, the accumulation of carriers in the on state of the high resistance base layer can be increased, and the on resistance of the element can be decreased.

このように素子をアレンジした場合、注入効率の低いカソード拡散層は高い電流制御能力、高速のスイッチングを保証し、かつ本発明の効果である広義のエミッタ領域の注入効率の増加により、低い素子オン抵抗をも同時に実現することができる。   When the elements are arranged in this manner, the cathode diffusion layer having a low injection efficiency ensures high current control capability, high-speed switching, and increases the injection efficiency of the emitter region in a broad sense, which is the effect of the present invention. Resistance can also be realized at the same time.

広義のエミッタ領域が図20のようなトレンチ構造の場合、Yの値は前述のように図20のD,C,Wによって決まる。   When the emitter region in a broad sense has a trench structure as shown in FIG. 20, the value of Y is determined by D, C, and W in FIG. 20 as described above.

また、広義のエミッタ領域内に、不純物濃度の高いところ(抵抗でJpが流れる)と、不純物濃度の低いところが共存する場合、広義のエミッタ領域の注入効率は、前述のパラメータXとYの両方を考慮する必要がある。   In addition, when a high impurity concentration (Jp flows by resistance) and a low impurity concentration coexist in the emitter region in a broad sense, the injection efficiency of the emitter region in the broad sense has both the parameters X and Y described above. It is necessary to consider.

図100の断面構造は、図101に示すように変形される。ここで、n+ 型ソース層10は、トレンチゲート電極7が埋め込まれた各トレンチ5の両側端面に接合するように延びている。 The cross-sectional structure of FIG. 100 is modified as shown in FIG. Here, the n + -type source layer 10 extends so as to be joined to both end faces of each trench 5 in which the trench gate electrode 7 is embedded.

図102〜図106に示されたIEGTは、基本的に、図96〜図100のデバイスと図6〜図9のデバイスとの組み合わせである。言い換えれば、このIEGTは、各p+ 型ドレイン層9は“梯子型平面形状”を持っている点で、図96〜図100とは特徴的に異なっている。特に、図7で説明されたn型ソース層10が、p+ 型ベース層4の表面部に形成されている。n型ソース層10中において、各トレンチ5の両上方サイド端部に接合するようにp型ドレイン層9はアレンジされている。p型ドレイン層9は、n型ソース層10より浅い。p型ドレイン層9の底部とp型ドレイン層4とによりサンドウィッチされたn型ソース層10の部分は、図7で説明されたn型ターンオフチャネル層10として機能する。2つの隣接するトレンチゲート電極7間のn型ソース層10の中央部分は図2のn型ソース層10に相当している。基板表面上を見ると、2つの隣接するトレンチゲート電極7間において、p型ドレイン層9は、n型ソース層10を平面的に囲み、これにより梯子型の平面形状を呈する。 The IEGT shown in FIGS. 102 to 106 is basically a combination of the devices of FIGS. 96 to 100 and the devices of FIGS. In other words, this IEGT is characteristically different from FIGS. 96 to 100 in that each p + type drain layer 9 has a “ladder type planar shape”. In particular, the n-type source layer 10 described in FIG. 7 is formed on the surface portion of the p + -type base layer 4. In the n-type source layer 10, the p-type drain layer 9 is arranged so as to be joined to both upper side end portions of each trench 5. The p-type drain layer 9 is shallower than the n-type source layer 10. The portion of the n-type source layer 10 sandwiched between the bottom of the p-type drain layer 9 and the p-type drain layer 4 functions as the n-type turn-off channel layer 10 described with reference to FIG. A central portion of the n-type source layer 10 between two adjacent trench gate electrodes 7 corresponds to the n-type source layer 10 in FIG. When viewed on the substrate surface, the p-type drain layer 9 planarly surrounds the n-type source layer 10 between two adjacent trench gate electrodes 7, thereby exhibiting a ladder-type planar shape.

図104に示されているように、n型ソース層10はp+ 型ドレイン層9より深く、従って、ここに示された断面構造に付いて見れば、n型ソース層10はp+ 型ドレイン層9を囲っている。図105に示された各トレンチゲート電極7の断面構造は、図99のそれと同一である。図106に示されているように、p+ 型ドレイン層9は、表面絶縁層202 によって“間引きされて”電極11にコンタクトされている。 As shown in FIG. 104, the n-type source layer 10 is deeper than the p + -type drain layer 9, and therefore the n-type source layer 10 is formed of the p + -type drain in view of the cross-sectional structure shown here. Surrounding layer 9. The cross-sectional structure of each trench gate electrode 7 shown in FIG. 105 is the same as that of FIG. As shown in FIG. 106, the p + -type drain layer 9 is “thinned out” by the surface insulating layer 202 and is in contact with the electrode 11.

本実施例のIEGTによれば、n型ターンオフチャネル層の直下に位置するp型ベース層4のトレンチ接合側面部がターンオンチャネルとして機能する。従って、複数のトレンチゲート電極7の双方が、ターンオン駆動電極及びターンオフ駆動電極とを兼用していると言える。即ち、ターンオフ用pチャネルMOSFETと、ターンオン用nチャネルMOSFETとがデバイス内部で縦積みされた構造である。トレンチゲート電極7に正極性電圧が印加されると、p型ベース層4の各トレンチ接合側面部にn型チャネルが形成され、以てデバイスをターンオンさせる。このとき、各n型ソース層10からn型ターンオフチャネル及び反転層形成により現われるn型チャネルを介してn型ベース層1に電子が注入される。ターンオフ動作は、トレンチゲート電極7に負極性電圧を与えることにより、図96〜図100の実施例200 と同様なマナーで行われる。本実施例のIEGTによっても、図96〜図100の実施例と同様な効果が得られる。   According to the IEGT of this embodiment, the trench junction side surface portion of the p-type base layer 4 located immediately below the n-type turn-off channel layer functions as a turn-on channel. Therefore, it can be said that both of the plurality of trench gate electrodes 7 serve as both the turn-on drive electrode and the turn-off drive electrode. That is, a turn-off p-channel MOSFET and a turn-on n-channel MOSFET are vertically stacked inside the device. When a positive voltage is applied to the trench gate electrode 7, an n-type channel is formed on each trench junction side surface of the p-type base layer 4, thereby turning on the device. At this time, electrons are injected from each n-type source layer 10 into the n-type base layer 1 via the n-type channel formed by the n-type turn-off channel and the inversion layer formation. The turn-off operation is performed by applying the negative voltage to the trench gate electrode 7 with the same manner as in the embodiment 200 of FIGS. According to the IEGT of this embodiment, the same effects as those of the embodiments of FIGS. 96 to 100 can be obtained.

最後に、図60〜図83に開示された横型IGBTの2つの変形例を、図107〜図202に提示する。図107〜図109の横型IGBT及び図110〜図112のIGBTの先の例との特徴的違いは、セル構造パラメータ“C”及び“W”の異なりが基板の厚さ方向に沿って設定された点にある。   Finally, two variations of the lateral IGBT disclosed in FIGS. 60 to 83 are presented in FIGS. 107 to 202. The characteristic difference between the lateral IGBT of FIGS. 107 to 109 and the previous example of the IGBT of FIGS. 110 to 112 is that the difference in cell structure parameters “C” and “W” is set along the thickness direction of the substrate. It is in the point.

図108および図109に示されているように、中間絶縁層21上のn- 型上方基板の表面に、全体的に均一の矩形断面形状をもつトレンチ222 が形成されている。導電層224 はトレンチ222 内に絶縁的に埋め込まれている。導電層224 の厚さはトレンチ222 の深さより大きく、従って、導電層224 の上半分は上方基板の表面からはみ出ている。導電層224 は、トレンチゲート電極として機能する。上方基板の厚さはCである。情報基板のトレンチ部の厚さ、即ちトレンチ222 の底部と中間絶縁層21とにサンドウイッチされた活性層の厚さは、図108に示されているように、Wである。このトレンチゲート電極224 の底部に接する部分に、電子注入用またはターンオフ用のチャネル領域が形成される。 As shown in FIGS. 108 and 109, a trench 222 having a generally uniform rectangular cross-sectional shape is formed on the surface of the n -type upper substrate on the intermediate insulating layer 21. The conductive layer 224 is embedded in the trench 222 in an insulating manner. The thickness of the conductive layer 224 is greater than the depth of the trench 222, so that the upper half of the conductive layer 224 protrudes from the upper substrate surface. The conductive layer 224 functions as a trench gate electrode. The thickness of the upper substrate is C. As shown in FIG. 108, the thickness of the trench portion of the information substrate, that is, the thickness of the active layer sandwiched between the bottom portion of the trench 222 and the intermediate insulating layer 21 is W. A channel region for electron injection or turn-off is formed in a portion in contact with the bottom of the trench gate electrode 224.

このような横型IGBTでは、ターンオフ制御電極がMOSコントロールサイリスタ(MCT)構造となっている。図31〜図33の実施例でのように、p型ドレイン層幅Dp及びn型ソース層幅Dnを、もしDp<Dnとすればオン特性が強化され、Dp>Dnとすればターンオフ特性が強化される。これらの層の幅関係を最適にアレンジすれば、望まれるIGBTオン/オフ特性が容易に実現できる。このIGBTの可能制御最大電流を増すためには、幅Dnをキャリア拡散長程度もしくはそれ以下に形成することが望ましい。オン電圧を下げるには、可能制御最大電流の最小要求レベルを保証できる範囲で幅Dnを大きくすることが望ましい。   In such a lateral IGBT, the turn-off control electrode has a MOS control thyristor (MCT) structure. As in the embodiments of FIGS. 31 to 33, if the p-type drain layer width Dp and the n-type source layer width Dn are set to Dp <Dn, the on characteristics are enhanced, and if Dp> Dn, the turn-off characteristics are obtained. Strengthened. If the width relationship of these layers is optimally arranged, the desired IGBT on / off characteristics can be easily realized. In order to increase the maximum controllable current of the IGBT, it is desirable to form the width Dn to be about the carrier diffusion length or less. In order to lower the on-voltage, it is desirable to increase the width Dn within a range that can guarantee the minimum required level of the maximum controllable current.

このIGBTによれば、トレンチゲート電極構造224 と中間絶縁膜21とによって挟まれた幅狭な(W)正孔電流通路を広げられた間隔で形成された構造、及び注入効率が低く抑制されたカソードエミッタ構造の組み合わせによって、抑制されたラッチアップを達成しつつ現行のGTOサイリスタ並にオン電圧が低められた電圧駆動型パワースイッチデバイスを実現することができる。   According to this IGBT, a structure formed with a wide interval between narrow (W) hole current paths sandwiched between the trench gate electrode structure 224 and the intermediate insulating film 21, and the injection efficiency are suppressed to a low level. By combining the cathode-emitter structure, it is possible to realize a voltage-driven power switch device in which the on-voltage is lowered as in the current GTO thyristor while achieving suppressed latch-up.

図110〜図112の横型IGBTは、n型ホールバイパス抵抗層226 が追加されている点を除いて図107〜図109のそれと似ている。ホールバイパス抵抗層226 は、トレンチゲート電極224 の底部に形成されており、図112に示されているように、n+ 型層10と接している。ホールバイパス抵抗層226 の不純物濃度が(例えば1016〜1021cm-3程度に)高ければ、IGBTのオン特性は改善される。もしホールバイパス抵抗層226 の不純物濃度が(例えば1013〜1018cm-3程度に)低ければ、IGBTのオフ特性を高く維持しつつオン特性の中程度の改善が期待できる。 The lateral IGBTs of FIGS. 110-112 are similar to those of FIGS. 107-109 except that an n-type hole bypass resistor layer 226 is added. The hole bypass resistor layer 226 is formed at the bottom of the trench gate electrode 224 and is in contact with the n + -type layer 10 as shown in FIG. If the impurity concentration of the hole bypass resistance layer 226 is high (for example, about 10 16 to 10 21 cm −3 ), the on-characteristic of the IGBT is improved. If the impurity concentration of the hole bypass resistance layer 226 is low (for example, about 10 13 to 10 18 cm −3 ), a moderate improvement of the on-state characteristics can be expected while maintaining the IGBT off-state characteristics high.

その他本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。   In addition, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the spirit of the present invention.

本発明の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。1 is a layout diagram of an insulated gate semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図1のA−A′断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1. 図1のB−B′断面図。BB 'sectional drawing of FIG. 図1のC−C′断面図。CC 'sectional drawing of FIG. 図1のD−D′断面図。DD 'sectional drawing of FIG. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図6のA−A′断面図。AA 'sectional drawing of FIG. 図6のB−B′断面図。BB 'sectional drawing of FIG. 図6のC−C′断面図。CC 'sectional drawing of FIG. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図10のA−A′断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 10. 図10のB−B′断面図。BB 'sectional drawing of FIG. 図10のC−C′断面図。CC 'sectional drawing of FIG. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図14のA−A′断面図。AA 'sectional drawing of FIG. 図14のB−B′断面図。BB 'sectional drawing of FIG. 図14のC−C′断面図。CC 'sectional drawing of FIG. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子の単位セル構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the unit cell structure of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図18の素子のA−A′およびB−B′一の不純物濃度分布を示す図。FIG. 19 is a diagram showing an impurity concentration distribution of AA ′ and BB ′ in the element of FIG. 18. シミュレーションモデルの埋込み絶縁ゲート型IBGTの断面図。Sectional drawing of the embedded insulated gate type IBGT of a simulation model. 図20のモデルの動作原理を説明するための図、The figure for demonstrating the principle of operation of the model of FIG. 同モデルの埋込みゲート部の深さと電流密度の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the depth of the embedded gate part of this model, and current density. 同モデルの埋込みゲート部の幅と電流密度の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the width | variety of the embedded gate part of this model, and current density. 同モデルの他の条件での埋込みゲート部の幅と電流密度の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the width | variety of a buried gate part on the other conditions of the model, and current density. 同モデルの電流−電圧特性を示す図。The figure which shows the current-voltage characteristic of the model. 同モデルの他の条件での電流−電圧特性を示す図。The figure which shows the current-voltage characteristic on other conditions of the model. 同モデルの電流,電圧変化特性を示す図。The figure which shows the electric current and voltage change characteristic of the model. パラメータX(D,W,C)およびキャリアライフタイムτp と素子の電流密度の関係を示す図。The figure which shows the relationship between parameter X (D, W, C) and carrier lifetime (tau) p, and the current density of an element. 素子のオン状態でのキャリア濃度分布を示す図。The figure which shows carrier concentration distribution in the ON state of an element. 同モデルを図6の実施例の素子に適用した構造を示す図。The figure which shows the structure which applied the model to the element of the Example of FIG. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図31のA−A′断面図。FIG. 32 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 31. 図31のB−B′断面図。BB 'sectional drawing of FIG. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図34のA−A′断面図。AA 'sectional drawing of FIG. 図34のB−B′断面図。BB 'sectional drawing of FIG. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図37のA−A′断面図。AA 'sectional drawing of FIG. 図37のB−B′断面図。BB 'sectional drawing of FIG. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図40のA−A′断面図。AA 'sectional drawing of FIG. 図40のB−B′断面図。BB 'sectional drawing of FIG. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図43のA−A′断面図。AA 'sectional drawing of FIG. 図43のB−B′断面図。BB 'sectional drawing of FIG. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図46のA−A′断面図。FIG. 47 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 46. 図46のB−B′断面図。FIG. 47 is a sectional view taken along line BB ′ in FIG. 46. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図49のA−A′断面図。AA 'sectional drawing of FIG. 図49のB−B′断面図。BB 'sectional drawing of FIG. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図52のA−A′断面図。FIG. 53 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 52. 図52のB−B′断面図。FIG. 53 is a sectional view taken along line BB ′ in FIG. 52. 図52のC−C′断面図。CC 'sectional drawing of FIG. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図56のA−A′断面図。AA 'sectional drawing of FIG. 図56のB−B′断面図。BB 'sectional drawing of FIG. 図53の変形例を示す図。The figure which shows the modification of FIG. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図60のA−A′断面図。FIG. 61 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 60. 図60のB−B′断面図。BB 'sectional drawing of FIG. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図63のA−A′断面図。FIG. 64 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 63. 図63のB−B′断面図。FIG. 64 is a BB ′ cross-sectional view of FIG. 63. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図66のA−A′断面図。FIG. 66 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 66. 図66のB−B′断面図。FIG. 66 is a sectional view taken along line BB ′ in FIG. 66. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図69のA−A′断面図。FIG. 70 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 69. 図69のB−B′断面図。FIG. 70 is a sectional view taken along line BB ′ of FIG. 69. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図72のA−A′断面図。FIG. 73 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 72. 図72のB−B′断面図。FIG. 73 is a sectional view taken along line BB ′ of FIG. 72. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図75のA−A′断面図。FIG. 76 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 75. 図75のB−B′断面図。FIG. 76 is a sectional view taken along line BB ′ in FIG. 75. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図78のA−A′断面図。FIG. 79 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 78. 図78のB−B′断面図。FIG. 79 is a sectional view taken along line BB ′ of FIG. 78. 他の実施例の絶縁ゲート型半導体素子のレイアウト図。The layout diagram of the insulated gate semiconductor element of another Example. 図81のA−A′断面図。FIG. 82 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 81. 図81のB−B′断面図。FIG. 82 is a sectional view taken along line BB ′ in FIG. 81. 他の実施例の1/2セル断面構造を示す図。The figure which shows the 1/2 cell cross-section of another Example. 他の実施例の1/2セル断面構造を示す図。The figure which shows the 1/2 cell cross-section of another Example. 他の実施例の1/2セル断面構造を示す図。The figure which shows the 1/2 cell cross-section of another Example. 他の実施例の1/2セル断面構造を示す図。The figure which shows the 1/2 cell cross-section of another Example. 他の実施例の1/2セル断面構造を示す図。The figure which shows the 1/2 cell cross-section of another Example. 他の実施例の1/2セル断面構造を示す図。The figure which shows the 1/2 cell cross-section of another Example. 他の実施例の1/2セル断面構造を示す図。The figure which shows the 1/2 cell cross-section of another Example. 他の実施例の1/2セル断面構造を示す図。The figure which shows the 1/2 cell cross-section of another Example. 他の実施例の1/2セル断面構造を示す図。The figure which shows the 1/2 cell cross-section of another Example. 他の実施例の1/2セル断面構造を示す図。The figure which shows the 1/2 cell cross-section of another Example. 他の実施例の1/2セル断面構造を示す図。The figure which shows the 1/2 cell cross-section of another Example. 他の実施例の1/2セル断面構造を示す図。The figure which shows the 1/2 cell cross-section of another Example. 他の実施例のIEGTのレイアウト図。The layout diagram of IEGT of another Example. 図96のA−A′断面図。AA 'sectional drawing of FIG. 図96のB−B′断面図。FIG. 96 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 図96のC−C′断面図。FIG. 96 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ in FIG. 96. 図96のD−D′断面図。96 is a cross-sectional view taken along the line DD ′ of FIG. 図100の変形例を示す断面図。FIG. 100 is a cross-sectional view showing a modification of FIG. 100. 他の実施例のIEGTのレイアウト図。The layout diagram of IEGT of another Example. 図102のA−A′断面図。AA 'sectional drawing of FIG. 図102のB−B′断面図。BB 'sectional drawing of FIG. 図102のC−C′断面図。CC 'sectional drawing of FIG. 図102のD−D′断面図。DD 'sectional drawing of FIG. 図60〜図83の横型IGBTの変形例を示す図。The figure which shows the modification of horizontal type | mold IGBT of FIGS. 図60〜図83の横型IGBTの変形例を示す図。The figure which shows the modification of horizontal type | mold IGBT of FIGS. 図60〜図83の横型IGBTの変形例を示す図。The figure which shows the modification of horizontal type | mold IGBT of FIGS. 図60〜図83の横型IGBTの変形例を示す図。The figure which shows the modification of horizontal type | mold IGBT of FIGS. 図60〜図83の横型IGBTの変形例を示す図。The figure which shows the modification of horizontal type | mold IGBT of FIGS. 図60〜図83の横型IGBTの変形例を示す図。The figure which shows the modification of horizontal type | mold IGBT of FIGS.

符号の説明Explanation of symbols

1…n型ベース層、
2…n型バッファ層、
3…p型エミッタ層、
4…p型ベース層、
5…溝、
6…ゲート酸化膜、
7…ゲート電極、
8…n型ターンオフチャネル層、
9…p型ドレイン層、
10…n型ソース層、
11…カソード電極、
12…アノード電極。
1 ... n-type base layer,
2 ... n-type buffer layer,
3 ... p-type emitter layer,
4 ... p-type base layer,
5 ... groove,
6 ... Gate oxide film,
7 ... Gate electrode,
8 ... n-type turn-off channel layer,
9 ... p-type drain layer,
10 ... n-type source layer,
11 ... cathode electrode,
12 ... Anode electrode.

Claims (2)

基板と、
基板上に形成された絶縁膜と、
この絶縁膜上に形成された第1導電型ベース層と、
第1導電型ベース層に接続する第2導電型エミッタ層と、
前記第2導電型エミッタ層から所定距離離れた位置の前記第1導電型ベース層に周期的に形成され、前記絶縁膜に達する深さの複数の溝内のそれぞれにゲート絶縁膜を介して埋め込まれた埋め込みゲートと、
隣接する溝間の前記第1導電型ベース層の一部に、前記絶縁膜まで達する深さまで形成された第2導電型ベース層と、
第2導電型ベース層の表面の一部に形成された第1導電型ソース層と、
前記第1導電型ベース層、前記第2導電型ベース層、及び前記第1導電型ソース層上にゲート絶縁膜を介して形成され、前記埋め込みゲートと電気的に接続する表面ゲートと、
前記第2導電型ベース層及び第1導電型ソース層にコンタクトして形成された主電極とを具備してなることを特徴とする半導体素子。
A substrate,
An insulating film formed on the substrate;
A first conductivity type base layer formed on the insulating film;
A second conductivity type emitter layer connected to the first conductivity type base layer;
Periodically formed in the first conductivity type base layer at a predetermined distance from the second conductivity type emitter layer, and buried in each of a plurality of trenches having a depth reaching the insulation film via a gate insulation film. Embedded gate,
A second conductivity type base layer formed in a part of the first conductivity type base layer between adjacent grooves to a depth reaching the insulating film;
A first conductivity type source layer formed on a part of the surface of the second conductivity type base layer;
A surface gate formed on the first conductivity type base layer, the second conductivity type base layer, and the first conductivity type source layer through a gate insulating film and electrically connected to the buried gate;
A semiconductor element comprising: a main electrode formed in contact with the second conductivity type base layer and the first conductivity type source layer.
前記第2導電型エミッタ層と前記埋め込みゲートとの間の前記第1導電型ベース層の表面領域に設けられた第2導電型リサーフ層を更に具備することを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。 2. The resurfacing layer according to claim 1, further comprising a second conductivity type resurf layer provided in a surface region of the first conductivity type base layer between the second conductivity type emitter layer and the buried gate . Semiconductor element.
JP2004116885A 1991-08-08 2004-04-12 Semiconductor element Expired - Fee Related JP4130643B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004116885A JP4130643B2 (en) 1991-08-08 2004-04-12 Semiconductor element

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19934391 1991-08-08
JP35430391 1991-12-20
JP2004116885A JP4130643B2 (en) 1991-08-08 2004-04-12 Semiconductor element

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP22514699A Division JP3617938B2 (en) 1991-08-08 1999-08-09 Semiconductor element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004214701A JP2004214701A (en) 2004-07-29
JP4130643B2 true JP4130643B2 (en) 2008-08-06

Family

ID=32830414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004116885A Expired - Fee Related JP4130643B2 (en) 1991-08-08 2004-04-12 Semiconductor element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4130643B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009004668A (en) * 2007-06-25 2009-01-08 Toshiba Corp Semiconductor device
US8871643B2 (en) 2011-02-08 2014-10-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Lateral semiconductor device and manufacturing method for the same
JP5729364B2 (en) * 2011-12-28 2015-06-03 株式会社デンソー Semiconductor device having a horizontal insulated gate bipolar transistor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004214701A (en) 2004-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2950688B2 (en) Power semiconductor device
US5838026A (en) Insulated-gate semiconductor device
US7800168B2 (en) Power semiconductor device
JP4785334B2 (en) Semiconductor device
JP4857566B2 (en) Insulated gate type semiconductor device and manufacturing method thereof
US6133607A (en) Semiconductor device
JPH10178176A (en) Trench gate type insulated-gate bipolar transistor having trench gate structure
JP2023087117A (en) Semiconductor device
TW201944494A (en) Enhancements to cell layout and fabrication techniques for MOS-gated devices
JP3367747B2 (en) Insulated gate type semiconductor device
JP3222692B2 (en) Power semiconductor device
US6469344B2 (en) Semiconductor device having low on resistance high speed turn off and short switching turn off storage time
JP3617950B2 (en) Semiconductor element
JP3617938B2 (en) Semiconductor element
JP4130643B2 (en) Semiconductor element
JP2012099696A (en) Semiconductor device
JP2009176891A (en) Semiconductor device
JP2000311998A (en) Insulated gate turn-off thyristor
JP3967646B2 (en) Insulated gate type semiconductor device
JP2004247751A (en) Semiconductor device
JP3415441B2 (en) Semiconductor device
JPH0974197A (en) High withstand voltage semiconductor element
JPH09129863A (en) Emitter switch thyristor
JP3171911B2 (en) Power semiconductor device
TW202329459A (en) Npnp layered mos-gated trench device having lowered operating voltage

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040512

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040512

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071106

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080107

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080219

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080416

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080520

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080522

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110530

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110530

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120530

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees