JP4935037B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

この発明は、高耐圧横形ダイオードなどの半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device such as a high breakdown voltage lateral diode.

近年、接合分離や誘電体分離などの分離技術の進歩により、ダイオードや絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下IGBTと略す)およびMOSFETなどの高耐圧で横形のデバイスとそのデバイスの駆動、制御、保護回路を一つのシリコン基板に集積した高耐圧パワーICの開発が盛んに行なわれている。特に、貼り合わせ基板などのSOI(Semiconductor On Insulator)基板とトレンチ分離技術とを組み合わせたSOI方式の誘電体分離技術の進歩は、複数の高耐圧デバイスを集積したパワーICの製作を可能とし、パワーICの高耐圧化に拍車をかけている。例えば、IGBTなどの高耐圧デバイスを適用したトーテムポール回路の1チップ化、IGBTなどの高耐圧デバイスを適用したマルチ出力を持つディスプレイ駆動用ICなどである。
高耐圧パワーICを搭載した応用製品の中でも、フラットパネルディスプレイや自動車エレクトロニクス、モータ制御機器の市場は急速に拡大している。これらの製品の高付加価値化のために、低消費電力化が求められている。製品の動作時の電力損失の大きな部分は、高耐圧パワーICの出力段から発生するものであり、出力段に高耐圧ダイオードが用いられる場合、その電力損失の軽減も必要となる。
In recent years, with the advancement of isolation technologies such as junction isolation and dielectric isolation, high breakdown voltage lateral devices such as diodes, insulated gate bipolar transistors (hereinafter abbreviated as IGBTs) and MOSFETs and the drive, control, and protection circuits of the devices have been integrated. Development of high voltage power ICs integrated on two silicon substrates has been actively conducted. In particular, the progress of SOI-type dielectric isolation technology that combines trench isolation technology with SOI (Semiconductor On Insulator) substrates such as bonded substrates enables the production of power ICs that integrate multiple high voltage devices. It is spurring high IC withstand voltage. For example, a totem pole circuit to which a high voltage device such as IGBT is applied is made into one chip, and a display driving IC having a multi-output to which a high voltage device such as IGBT is applied.
Among applied products equipped with high voltage power ICs, the market for flat panel displays, automotive electronics, and motor control devices is expanding rapidly. In order to increase the added value of these products, low power consumption is required. A large part of the power loss during the operation of the product is generated from the output stage of the high voltage power IC, and when a high voltage diode is used in the output stage, it is necessary to reduce the power loss.

図10は、SOI基板上に形成された従来の高耐圧ダイオードの構成図であり、同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のX−X線で切断した要部断面図である。
n形またはp形の半導体基板51上に酸化膜52を介してn形半導体層53が形成されているSOI基板200を用いて、n形半導体層53の表面層にn形拡散領域54とこのn形拡散領域54と離してp形拡散領域55を形成する。この離す距離はダイオードに要求される耐圧によって決まる。n形拡散領域54の表面層にn形カソード領域56を形成し、p形拡散領域55の表面層にp形アノード領域57を形成する。n形カソード領域56上にカソード電極58を形成し、p形アノード領域57上にアノード電極59を形成する。
n形拡散領域54とp形拡散領域55の平面パターンは長方形であり、互いに対向して配置される。n形カソード領域56とp形アノード領域57の平面パターンは、n形拡散領域54とp形拡散領域55の平面パターンと相似形をしており、互いに対向して配置される。
FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional high voltage diode formed on an SOI substrate. FIG. 10 (a) is a plan view of the main part, and FIG. 10 (b) is an XX line in FIG. 10 (a). It is the principal part sectional drawing cut | disconnected.
Using an SOI substrate 200 in which an n-type semiconductor layer 53 is formed on an n-type or p-type semiconductor substrate 51 via an oxide film 52, an n-type diffusion region 54 and the n-type diffusion region 54 are formed on the surface layer of the n-type semiconductor layer 53. A p-type diffusion region 55 is formed apart from the n-type diffusion region 54. This distance is determined by the breakdown voltage required for the diode. An n-type cathode region 56 is formed on the surface layer of the n-type diffusion region 54, and a p-type anode region 57 is formed on the surface layer of the p-type diffusion region 55. A cathode electrode 58 is formed on the n-type cathode region 56, and an anode electrode 59 is formed on the p-type anode region 57.
The planar patterns of the n-type diffusion region 54 and the p-type diffusion region 55 are rectangular and are arranged to face each other. The planar patterns of the n-type cathode region 56 and the p-type anode region 57 are similar to the planar patterns of the n-type diffusion region 54 and the p-type diffusion region 55, and are arranged to face each other.

図10を用いて、ダイオードの動作について簡単に説明する。ダイオードの順方向動作時は、カソード電極58に対してアノード電極59の電圧をプラス0.6V以上に順バイアスする。この順バイアスによりp形アノード領域57から正孔が、そしてn形カソード領域56から電子がn形半導体層53に注入され、ダイオードは導通状態となる。
一方、順方向動作から逆回復動作に移行するときは、カソード電極58に対してアノード電極59の電圧をマイナスにする(逆バイアスする)。これによってp形アノード領域57からの正孔の注入と、n形カソード領域56からの電子の注入が抑えられ、ダイオードは逆回復動作を経て阻止状態となる。
ここで逆回復時には、順方向動作時にn形拡散領域54、n形半導体層53およびp形拡散領域55に蓄積された正孔と電子の掃き出しと再結合により逆回復電流が流れる。この逆回復電流は蓄積された正孔と電子が消滅するまで流れる。また、この逆回復電流は順方向動作時に流れる順電流の向きは反対となる。
The operation of the diode will be briefly described with reference to FIG. During forward operation of the diode, the voltage of the anode electrode 59 is forward biased to +0.6 V or more with respect to the cathode electrode 58. This forward bias injects holes from the p-type anode region 57 and electrons from the n-type cathode region 56 into the n-type semiconductor layer 53, and the diode becomes conductive.
On the other hand, when shifting from the forward operation to the reverse recovery operation, the voltage of the anode electrode 59 is made negative (reverse biased) with respect to the cathode electrode 58. As a result, injection of holes from the p-type anode region 57 and injection of electrons from the n-type cathode region 56 are suppressed, and the diode enters a blocking state through a reverse recovery operation.
Here, at the time of reverse recovery, a reverse recovery current flows by sweeping out and recombining holes and electrons accumulated in the n-type diffusion region 54, the n-type semiconductor layer 53, and the p-type diffusion region 55 during forward operation. This reverse recovery current flows until the accumulated holes and electrons disappear. Further, the reverse recovery current has the opposite direction of the forward current flowing during the forward operation.

順方向動作時に発生するダイオードの順電圧降下(以下、Vfと称す)は、順電流との積によりオン損失となる。一方、逆回復電流は、ダイオードの逆回復電圧との積により逆回復損失となる。さらにダイオードを回路に組み込んだ時にはこの逆回復電流は回路の消費電流となり、この消費電流と回路抵抗との積で回路損失となる。よって、ダイオードに関係した損失の低減を図るためにはVfの低下と逆回復電流の減少が必要となる。
パワーICが高周波動作する場合には、逆回復電流によって素子に発生する逆回復損失が大きくなり、パワーICを破壊させる場合があるので、パワーICに搭載する高耐圧横型ダイオードではこの逆回復電流をいかに小さく抑えるかが重要となる。
逆回復電流を減らすためには、順方向動作時に蓄積される正孔と電子の量を減らすこと、すなわち順方向動作時の正孔と電子の注入量を減らし、正孔と電子の再結合量を増やし、蓄積する正孔と電子の量を減らすこと、および蓄積した正孔と電子を素早く引き抜くことが必要となる。
The forward voltage drop (hereinafter referred to as Vf) of the diode that occurs during forward operation becomes an on-loss due to the product of the forward current. On the other hand, the reverse recovery current becomes a reverse recovery loss due to the product of the reverse recovery voltage of the diode. Further, when the diode is incorporated in the circuit, the reverse recovery current becomes a consumption current of the circuit, and a product of the consumption current and the circuit resistance results in a circuit loss. Therefore, in order to reduce the loss related to the diode, it is necessary to lower the Vf and the reverse recovery current.
When the power IC operates at a high frequency, the reverse recovery loss generated in the element due to the reverse recovery current increases, and the power IC may be destroyed. Therefore, the high breakdown voltage lateral diode mounted on the power IC uses this reverse recovery current. It is important to keep it small.
In order to reduce the reverse recovery current, the amount of holes and electrons accumulated during forward operation is reduced, that is, the amount of holes and electrons injected during forward operation is reduced, and the amount of recombination of holes and electrons is reduced. It is necessary to reduce the amount of accumulated holes and electrons, and to quickly extract the accumulated holes and electrons.

一方、Vfの低下を図るためには、正孔と電子の注入量を増加させ、正孔と電子の再結合量を減らし、蓄積する正孔と電子の量を増加させること、および蓄積した正孔と電子が再結合によって早く消滅することを防止することが必要となる。
つまり、逆回復電流を低減する方策をとるとVfが増大するという、逆回復電流とVfはトレードオフ(相反する)の関係にある。
高耐圧パワーICに搭載する高耐圧横形ダイオードにおいては、Vfの増加量を抑えながら、逆回復電流をいかに小さくするかが課題となる。
この課題を解決する手法としてHeなどのライフタイムキラーをキャリア(正孔と電子のこと)蓄積層に導入する手法が開示されている(例えば、特許文献1)。この手法ではライフタイムキラーをキャリア蓄積層に導入することにより、少数キャリアの再結合時間(ライフタイム)を短縮し、Vfの増加を抑えながら逆回復電流を小さくすることができる。
On the other hand, in order to lower Vf, the injection amount of holes and electrons is increased, the recombination amount of holes and electrons is decreased, the amount of accumulated holes and electrons is increased, and the accumulated positive amount is increased. It is necessary to prevent the holes and electrons from disappearing rapidly due to recombination.
In other words, the reverse recovery current and Vf are in a trade-off (reciprocal) relationship that Vf increases when a measure for reducing the reverse recovery current is taken.
In a high breakdown voltage lateral diode mounted on a high breakdown voltage power IC, how to reduce the reverse recovery current while suppressing an increase in Vf is a problem.
As a technique for solving this problem, a technique of introducing a lifetime killer such as He into a carrier (hole and electron) accumulation layer is disclosed (for example, Patent Document 1). In this method, by introducing a lifetime killer into the carrier accumulation layer, the recombination time (lifetime) of minority carriers can be shortened, and the reverse recovery current can be reduced while suppressing an increase in Vf.

しかし、高耐圧パワーICにHeのイオン注入を行う場合、全面にHeがイオン注入されるため(鉛マスクの微細加工が困難なため)、イオン注入を必要とするダイオード部分以外の回路部分にもHeがイオン注入されて、回路部分のライフタイムを短くして回路特性を悪化させる。また、Heによるライフタイムキラーの導入は製造コストを増大させる。
他の手段として、高耐圧横形ダイオードのアノード電極とカソード電極にショットキーコンタクトを形成する手法が開示されている(例えば、特許文献2)。この手法ではショットキーバリアコンタクトによってキャリアの注入量が抑えられ、オーミックコンタクトだけのダイオードと比べて逆回復電流が小さくなる。しかし、ショットキーコンタクトの形成はショットキー接合用の金属を別途必要となり、製造コストを増加させる。また、温度変化に対して安定し、かつ信頼性の高いショットキーコンタクトを形成することは非常に難しい。
However, when He is ion-implanted into a high voltage power IC, since He is ion-implanted on the entire surface (because it is difficult to finely process the lead mask), it is also applied to circuit parts other than the diode part that requires ion implantation. He is ion-implanted to shorten the circuit part lifetime and deteriorate the circuit characteristics. In addition, the introduction of a lifetime killer by He increases the manufacturing cost.
As another means, a method of forming Schottky contacts on the anode electrode and the cathode electrode of a high voltage lateral diode is disclosed (for example, Patent Document 2). In this method, the amount of injected carriers is suppressed by the Schottky barrier contact, and the reverse recovery current is smaller than that of a diode having only an ohmic contact. However, the formation of the Schottky contact requires a metal for Schottky junction separately, which increases the manufacturing cost. In addition, it is very difficult to form a Schottky contact that is stable against temperature changes and highly reliable.

また、特許文献2に記載の従来技術では、図11に示す通り、p形アノード領域77およびn形カソード領域76に隣接してn形ショート領域79およびp形ショート領域78をそれぞれ設けることが開示されている。この構造とすることにより、順方向動作時にn形カソード領域76から注入される電子をn形ショート領域79から引き抜き、p形アノード領域77から注入される正孔をp形ショート領域78から引き抜き、またn形カソード領域76とp形アノード領域77の面積を減少することで、n形半導体層73内に蓄積する正孔と電子の量を減少させて、逆回復電流を小さくしている。しかし、この構造では、逆回復動作時の逆回復電流のうちの正孔83による電流がn形ショート領域79の直下を流れてp形アノード領域77に入り込み、n形ショート領域79直下のp形拡散領域75の横方向抵抗84によりp形拡散領域75の電位を0.6V(内蔵電位)以上に上昇させると、n形ショート領域79から電子82がp形拡散領域75へ注入され、寄生サイリスタ(n形ショート領域79−p形拡散領域75−n形半導体層73−n形拡散領域74−p形ショート領域78で構成されるnpnp構造)がオン状態になりラッチアップする。寄生サイリスタがラッチアップすると、このラッチアップした箇所で破壊が起こり、ダイオードの逆回復耐量が低下する。   Further, in the prior art described in Patent Document 2, as shown in FIG. 11, an n-type short region 79 and a p-type short region 78 are provided adjacent to the p-type anode region 77 and the n-type cathode region 76, respectively. Has been. With this structure, electrons injected from the n-type cathode region 76 during forward operation are extracted from the n-type short region 79, and holes injected from the p-type anode region 77 are extracted from the p-type short region 78. Further, by reducing the areas of the n-type cathode region 76 and the p-type anode region 77, the amount of holes and electrons accumulated in the n-type semiconductor layer 73 is reduced, and the reverse recovery current is reduced. However, in this structure, the current due to the holes 83 out of the reverse recovery current during the reverse recovery operation flows directly under the n-type short region 79 and enters the p-type anode region 77, and the p-type immediately under the n-type short region 79. When the potential of the p-type diffusion region 75 is raised to 0.6 V (built-in potential) or more by the lateral resistance 84 of the diffusion region 75, electrons 82 are injected from the n-type short region 79 into the p-type diffusion region 75, and a parasitic thyristor. (N-type short region 79-p-type diffusion region 75-n-type semiconductor layer 73-n-type diffusion region 74-npnp structure constituted by p-type short region 78) is turned on and latched up. When the parasitic thyristor latches up, destruction occurs at the latched-up location, and the reverse recovery tolerance of the diode is reduced.

尚、図中の71は半導体基板、72は酸化膜、80はカソード電極、81はアノード電極、300はSOI基板である。
特開平7−106605号公報 特開平11−233795号公報 (第15図)
In the figure, 71 is a semiconductor substrate, 72 is an oxide film, 80 is a cathode electrode, 81 is an anode electrode, and 300 is an SOI substrate.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-106605 Japanese Patent Laid-Open No. 11-233795 (FIG. 15)

前記したように、高耐圧パワーICに搭載される高耐圧横形ダイオードには小さな逆回復電流が求められる。しかし、特許文献1のライフタイムを短縮する方法では逆回復電流の減少に伴うVfの増加は十分小さくならず、また、Heのイオン注入を半導体基板の全面に行うことになり、高耐圧パワーICを構成する回路部分の特性を悪化させ、さらに製造コストも高くなる。また特許文献2の方法では寄生サイリスタが動作して逆回復耐量が小くなる。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、Vfの増加を抑制しながら、逆回復電流を小さくし、さらに逆回復耐量の向上と製造コストの低減を図ることができる半導体装置を提供することにある。
As described above, a small reverse recovery current is required for a high voltage lateral diode mounted on a high voltage power IC. However, in the method of shortening the lifetime of Patent Document 1, the increase in Vf accompanying the decrease in the reverse recovery current is not sufficiently reduced, and He ion implantation is performed on the entire surface of the semiconductor substrate, so that a high breakdown voltage power IC is obtained. The characteristics of the circuit portion constituting the above are deteriorated, and the manufacturing cost is also increased. In the method of Patent Document 2, the parasitic thyristor operates and the reverse recovery tolerance becomes small.
An object of the present invention is to provide a semiconductor device that solves the above-mentioned problems, reduces the reverse recovery current while suppressing an increase in Vf, and can further improve the reverse recovery withstand and reduce the manufacturing cost. There is.

前記の目的を達成するために、第1導電形の半導体層と、該半導体層の表面層に離して形成した第1導電形の第1拡散領域および第2導電形の第2拡散領域と、前記第1拡散領域の表面層に互いに接して形成した第1導電形の第3拡散領域および第2導電形の第4拡散領域と、前記第2拡散領域の表面層に形成した第2導電形の第5拡散領域と、前記第3拡散領域と前記第4拡散領域とに接触した第1主電極と、前記第5拡散領域に接触した第2主電極とを具備し、
前記第3拡散領域と前記第5拡散領域との距離が前記第4拡散領域と前記第5拡散領域との距離以下である構成とする。
また、第1導電形の半導体層と、該半導体層の表面層に離して形成した第1導電形の第1拡散領域および第2導電形の第2拡散領域と、前記第1拡散領域の表面層に形成した第1導電形の第3拡散領域と、前記第2拡散領域の表面層に互いに接して形成した第2導電形の第5拡散領域および第1導電形の第6拡散領域と、前記第3拡散領域に接触した第1主電極と、前記第5拡散領域と前記第6拡散領域とに接触した第2主電極とを具備し、
前記第3拡散領域と前記第5拡散領域との距離が前記第3拡散領域と前記第6拡散領域との距離以下である構成とする。
To achieve the above object, a first conductivity type semiconductor layer, a first conductivity type first diffusion region and a second conductivity type second diffusion region formed separately from a surface layer of the semiconductor layer, A third diffusion region of the first conductivity type and a fourth diffusion region of the second conductivity type formed in contact with the surface layer of the first diffusion region, and a second conductivity type formed in the surface layer of the second diffusion region. A first main electrode in contact with the third diffusion region and the fourth diffusion region, and a second main electrode in contact with the fifth diffusion region,
A distance between the third diffusion region and the fifth diffusion region is not more than a distance between the fourth diffusion region and the fifth diffusion region.
A first conductivity type semiconductor layer; a first conductivity type first diffusion region and a second conductivity type second diffusion region formed apart from a surface layer of the semiconductor layer; and a surface of the first diffusion region. A third diffusion region of the first conductivity type formed in the layer; a fifth diffusion region of the second conductivity type formed in contact with the surface layer of the second diffusion region; and a sixth diffusion region of the first conductivity type; A first main electrode in contact with the third diffusion region; and a second main electrode in contact with the fifth diffusion region and the sixth diffusion region;
A distance between the third diffusion region and the fifth diffusion region is not more than a distance between the third diffusion region and the sixth diffusion region.

また、第1導電形の半導体層と、該半導体層の表面層に離して形成した第1導電形の第1拡散領域および第2導電形の第2拡散領域と、前記第1拡散領域の表面層に互いに接して形成した第1導電形の第3拡散領域および第2導電形の第4拡散領域と、前記第2拡散領域の表面層に形成した第2導電形の第5拡散領域および第1導電形の第6拡散領域と、前記第3拡散領域と前記第4拡散領域とに接触した第1主電極と、前記第5拡散領域と前記第6拡散領域に接触した第2主電極とを具備し、
前記第3拡散領域と前記第5拡散領域との距離が前記第4拡散領域と前記第5拡散領域との距離以下であり、前記第3拡散領域と前記第5拡散領域との距離が前記第3拡散領域と前記第6拡散領域との距離以下であるとよい。
また、前記第3拡散領域が前記第4拡散領域と前記第5拡散領域との間に配置されるとよい。
A first conductivity type semiconductor layer; a first conductivity type first diffusion region and a second conductivity type second diffusion region formed separately from a surface layer of the semiconductor layer; and a surface of the first diffusion region. A third diffusion region of the first conductivity type and a fourth diffusion region of the second conductivity type formed in contact with each other; a fifth diffusion region of the second conductivity type formed on the surface layer of the second diffusion region; A sixth diffusion region of one conductivity type; a first main electrode in contact with the third diffusion region and the fourth diffusion region; a second main electrode in contact with the fifth diffusion region and the sixth diffusion region; Comprising
The distance between the third diffusion region and the fifth diffusion region is equal to or less than the distance between the fourth diffusion region and the fifth diffusion region, and the distance between the third diffusion region and the fifth diffusion region is the first distance. It may be less than or equal to the distance between 3 diffusion regions and the sixth diffusion region.
The third diffusion region may be disposed between the fourth diffusion region and the fifth diffusion region.

また、前記第5拡散領域が前記第3拡散領域と前記第6拡散領域との間に配置されるとよい。
また、前記第3拡散領域と前記第5拡散領域とが前記第4拡散領域と前記第6拡散領域との間に配置されるとよい。
また、前記第3拡散領域が前記第6拡散領域と対向し、前記第4拡散領域が前記第5拡散領域と対向するように配置されるとよい。
また、前記第3拡散領域が前記第5拡散領域と対向し、前記第4拡散領域が前記第6拡散領域と対向するように配置されるとよい。
また、前記第3拡散領域と前記第4拡散領域とがそれぞれ複数個交互に配置されるとよい。
The fifth diffusion region may be disposed between the third diffusion region and the sixth diffusion region.
The third diffusion region and the fifth diffusion region may be disposed between the fourth diffusion region and the sixth diffusion region.
The third diffusion region may be disposed so as to face the sixth diffusion region, and the fourth diffusion region may face the fifth diffusion region.
The third diffusion region may be disposed to face the fifth diffusion region, and the fourth diffusion region may be disposed to face the sixth diffusion region.
A plurality of the third diffusion regions and a plurality of the fourth diffusion regions may be alternately arranged.

さらに、前記第4拡散領域と前記半導体層とに挟まれた前記第1拡散領域の表面上に、絶縁膜を介して設けられた制御電極を備えたものとするとよい。
また、前記第5拡散領域と前記第6拡散領域とがそれぞれ複数個交互に配置されるとよい。
さらに、前記第6拡散領域と前記半導体層とに挟まれた前記第2拡散領域の表面上に、絶縁膜を介して設けられた制御電極を備えたものとするとよい
〔作用〕
本発明では高耐圧パワーICに搭載する高耐圧横形ダイオードにおいて、p形アノード領域が形成される第2拡散領域であるp形拡散領域内にアノード電極とコンタクトするn形ショート領域を形成する。そして、n形カソード領域が形成されるn形拡散領域内にカソード電極とコンタクトするp形ショート領域を形成する。ショート層の割合を調整することにより、順方向動作時のキャリアの注入をコントロールできる。また、注入されたキャリアがショート層に引き抜かれるため、キャリアの蓄積量も調整できる。この蓄積キャリア量のコントロールにより、逆回復特性も制御可能となる。
Furthermore, a control electrode provided on the surface of the first diffusion region sandwiched between the fourth diffusion region and the semiconductor layer may be provided via an insulating film.
A plurality of the fifth diffusion regions and the sixth diffusion regions may be alternately arranged.
Further, it is preferable that a control electrode provided via an insulating film is provided on the surface of the second diffusion region sandwiched between the sixth diffusion region and the semiconductor layer.
In the present invention, in a high breakdown voltage lateral diode mounted on a high breakdown voltage power IC, an n-type short region that contacts the anode electrode is formed in a p-type diffusion region that is a second diffusion region in which a p-type anode region is formed. Then, a p-type short region that contacts the cathode electrode is formed in the n-type diffusion region where the n-type cathode region is formed. By adjusting the proportion of the short layer, carrier injection during forward operation can be controlled. In addition, since the injected carriers are extracted by the short layer, the amount of accumulated carriers can be adjusted. The reverse recovery characteristic can be controlled by controlling the amount of accumulated carriers.

以上の通り、本発明ではアノード領域とカソード領域にショート領域を隣接して形成し、そのショート領域の割合(以下、ショート率と呼ぶ)を調整することによって、Vfの増加を極力抑えながら逆回復電流を削減することができる。そして、ショート率はショート領域の平面パターンによって調整することができる。ショート率は所望するVfと逆回復電流に応じて調整すればよい。これはマスクパターンの変更によって可能である。
また、p形拡散領域に形成されるn形ショート領域を、p形アノード領域よりもn形カソード領域から遠い距離に、n形拡散領域に形成されるp形ショート領域を、n形カソード領域よりもp形アノード層から遠い距離に配置することにより、逆回復動作時の寄生サイリスタの動作を防ぎ、逆回復耐量を向上させることができる。
さらに、p形拡散領域に形成されるn形ショート領域がp形アノード領域と交互に配置される場合、n形ショート領域とn形半導体層の間に挟まれたp形拡散領域表面上に酸化膜を介して制御電極を形成する。そして、ダイオードの順方向動作時にp形拡散領域表面に反転層が形成される電圧を制御電極に印加する。これにより、制御電極直下の表面領域に低抵抗層が形成され、n形ショート領域への電子の引き抜き効果が増大する。その結果順方向動作時の蓄積電荷量が減少し、ダイオードの高速化を図ることができる。
As described above, in the present invention, the short region is formed adjacent to the anode region and the cathode region, and the reverse recovery is performed while suppressing the increase in Vf as much as possible by adjusting the ratio of the short region (hereinafter referred to as the short rate). Current can be reduced. The short rate can be adjusted by the planar pattern of the short region. The short-circuit rate may be adjusted according to the desired Vf and reverse recovery current. This is possible by changing the mask pattern.
Further, the n-type short region formed in the p-type diffusion region is at a distance farther from the n-type cathode region than the p-type anode region, and the p-type short region formed in the n-type diffusion region is from the n-type cathode region. In addition, by disposing at a distance far from the p-type anode layer, the operation of the parasitic thyristor during the reverse recovery operation can be prevented, and the reverse recovery tolerance can be improved.
Further, when n-type short regions formed in the p-type diffusion region are alternately arranged with the p-type anode region, oxidation is performed on the surface of the p-type diffusion region sandwiched between the n-type short region and the n-type semiconductor layer. A control electrode is formed through the membrane. Then, a voltage at which an inversion layer is formed on the surface of the p-type diffusion region during forward operation of the diode is applied to the control electrode. Thereby, a low resistance layer is formed in the surface region directly under the control electrode, and the effect of extracting electrons into the n-type short region is increased. As a result, the amount of stored charge during forward operation is reduced, and the speed of the diode can be increased.

この制御電極を形成する手法は、n形拡散領域に形成したp形ショート領域とn形カソード領域とが交互に形成される場合でも適用可能である。
この場合には、制御電極下の表面領域に低抵抗層が形成され、p形ショート領域へのホールの引き抜き効果が増大する。その結果、順方向動作時の蓄積電荷量が減少し、ダイオードの高速化を図ることができる。
このように、従来技術のようなショットキーコンタクトの形成やライフタイムキラーの導入をともなうことなく、ダイオードの逆回復電流を小さくできる。また、逆回復耐量を向上させることができる。
This method of forming the control electrode is applicable even when the p-type short region and the n-type cathode region formed in the n-type diffusion region are alternately formed.
In this case, a low resistance layer is formed in the surface region under the control electrode, and the effect of extracting holes into the p-type short region is increased. As a result, the amount of stored charge during forward operation is reduced, and the speed of the diode can be increased.
In this manner, the reverse recovery current of the diode can be reduced without the formation of a Schottky contact and the introduction of a lifetime killer as in the prior art. Moreover, reverse recovery tolerance can be improved.

この発明によると、横型ダイオードのカソード領域とアノード領域を互いに対向するように配置し、アノード領域側と反対のカソード領域端に接するようにカソード側のショート領域(p形ショート領域)を形成し、カソード領域側と反対側のアノード領域端に接するようにアノード側のショート領域(n形ショート領域)を形成することで、Vfの増加を抑制しながら逆回復電流を低減し、逆回復耐量を向上させることができる。
また、カソード領域とカソード側のショート領域を交互に互いに接して一方向に配置した第1の箇所と、これと同一方向にアノード領域とアノード側のショート領域を交互に互いに接して配置した第2の箇所とを、前記の方向と直交する方向に対向するように配置することで、Vfの増加を抑制しながら逆回復電流を大幅に低減することができる。
さらに、p形拡散領域に形成されるn形ショート領域がp形アノード領域と交互に配置される場合、n形ショート領域とn形半導体層の間に挟まれたp形拡散領域表面上に酸化膜を介して制御電極を形成する。そして、ダイオードの順方向動作時にp形拡散領域表面に反転層が形成される電圧を制御電極に印加する。これにより、制御電極直下の表面領域に低抵抗層が形成され、n形ショート領域への電子の引き抜き効果が増大する。これにより、制御電極直下の表面領域に低抵抗層が形成され、n形ショート領域への電子の引き抜き効果が増大する。その結果、順方向動作時の蓄積電荷量が減少し、ダイオードの高速化を図ることができる。
According to the present invention, the cathode region and the anode region of the lateral diode are disposed so as to face each other, and the cathode-side short region (p-type short region) is formed so as to contact the cathode region end opposite to the anode region side, By forming a short region (n-type short region) on the anode side so as to be in contact with the anode region end opposite to the cathode region side, the reverse recovery current is reduced and the reverse recovery resistance is improved while suppressing an increase in Vf. Can be made.
In addition, a first location in which the cathode region and the short region on the cathode side are alternately in contact with each other and arranged in one direction, and a second location in which the anode region and the short region on the anode side are alternately in contact with each other in the same direction. Is disposed so as to face the direction orthogonal to the above direction, the reverse recovery current can be greatly reduced while suppressing an increase in Vf.
Further, when n-type short regions formed in the p-type diffusion region are alternately arranged with the p-type anode region, oxidation is performed on the surface of the p-type diffusion region sandwiched between the n-type short region and the n-type semiconductor layer. A control electrode is formed through the membrane. Then, a voltage at which an inversion layer is formed on the surface of the p-type diffusion region during forward operation of the diode is applied to the control electrode. Thereby, a low resistance layer is formed in the surface region directly under the control electrode, and the effect of extracting electrons into the n-type short region is increased. Thereby, a low resistance layer is formed in the surface region directly under the control electrode, and the effect of extracting electrons into the n-type short region is increased. As a result, the amount of stored charge during forward operation is reduced, and the speed of the diode can be increased.

この制御電極を形成する手法は、n形拡散領域に形成したp形ショート領域とn形カソード領域とが交互に形成される場合でも適用可能である。
この場合には、制御電極下の表面領域に低抵抗層が形成され、p形ショート領域へのホールの引き抜き効果が増大する。その結果、順方向動作時の蓄積電荷量が減少し、ダイオードの高速化を図ることができる。
また、カソード領域とカソード側のショート領域を交互に互いに接して一方向に配置した第1の箇所と、これと同一方向にアノード領域とアノード側のショート領域を交互に互いに接して配置した第2の箇所とを、前記の方向と直交する方向に対向するように配置し、互いに向かい合う前記カソード領域の端部と前記アノード領域の端部との最小の間隔を、互いに向かい合う前記カソード領域の端部と前記アノード側のショート領域との端部の最小の間隔もしくは前記アノード領域の端部と前記カソード側のショート領域との端部の最小の間隔より短くすることで、寄生サイリスタ動作を抑制できるので、逆回復耐量を向上させることができる。勿論、Vfの増加を抑制しながら逆回復電流を大幅に低減することもできる。
This method of forming the control electrode is applicable even when the p-type short region and the n-type cathode region formed in the n-type diffusion region are alternately formed.
In this case, a low resistance layer is formed in the surface region under the control electrode, and the effect of extracting holes into the p-type short region is increased. As a result, the amount of stored charge during forward operation is reduced, and the speed of the diode can be increased.
In addition, a first location in which the cathode region and the short region on the cathode side are alternately in contact with each other and arranged in one direction, and a second location in which the anode region and the short region on the anode side are alternately in contact with each other in the same direction. Are arranged so as to face each other in a direction orthogonal to the above direction, and the minimum distance between the end of the cathode region and the end of the anode region facing each other is set to the end of the cathode region facing each other. Because the parasitic thyristor operation can be suppressed by making the distance smaller than the minimum distance between the end of the short circuit area on the anode side and the minimum distance between the end of the anode area and the short area on the cathode side. The reverse recovery tolerance can be improved. Of course, the reverse recovery current can be significantly reduced while suppressing the increase in Vf.

また、逆回復電流の減少を平面パターンの変更ででき、また、ライフタイムキラーの導入なしできるので、製造コストを低減することができる。
また、このダイオードを高耐圧パワーICに搭載することにより、高耐圧パワーICの電力損失を低減させることができる。
Further, the reverse recovery current can be reduced by changing the plane pattern, and the lifetime killer can be omitted, so that the manufacturing cost can be reduced.
Also, by mounting this diode on the high voltage power IC, the power loss of the high voltage power IC can be reduced.

この発明を実施する最良の形態を以下の実施例で説明する。ここでは第一導電形をn形、第二導電形をp形とした逆にしても構わない。   The best mode for carrying out the invention will be described in the following examples. Here, the first conductivity type may be n-type and the second conductivity type may be p-type.

図1は、この発明の第1実施例の半導体装置の構成図であり、同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のX−X線で切断した要部断面図である。この半導体装置は高耐圧横形ダイオードである。
n形またはp形の半導体基板1上に酸化膜2を介してn形半導体層3が形成されているSOI基板100を用いて、n形半導体層3の表面層にn形拡散領域4とこのn形拡散領域4と離してp形拡散領域5を形成する。n形拡散領域4の表面層にn形カソード領域6とこのn形カソード領域6と隣接してp形ショート領域8を形成する。p形拡散領域5の表面層にp形アノード領域7とこのp形アノード領域7と隣接してn形ショート領域9を形成する。n形カソード領域6上からp形ショート領域8上に渡ってカソード電極10を形成し、p形アノード領域7上からn形ショート領域9上に渡ってアノード電極11を形成する。
FIG. 1 is a block diagram of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view of an essential part, and FIG. 1 (b) is cut along line XX in FIG. 1 (a). It is principal part sectional drawing. This semiconductor device is a high breakdown voltage lateral diode.
Using an SOI substrate 100 in which an n-type semiconductor layer 3 is formed on an n-type or p-type semiconductor substrate 1 with an oxide film 2 interposed, an n-type diffusion region 4 and this are formed on the surface layer of the n-type semiconductor layer 3. A p-type diffusion region 5 is formed apart from the n-type diffusion region 4. An n-type cathode region 6 and a p-type short region 8 are formed adjacent to the n-type cathode region 6 in the surface layer of the n-type diffusion region 4. A p-type anode region 7 and an n-type short region 9 are formed adjacent to the p-type anode region 7 in the surface layer of the p-type diffusion region 5. A cathode electrode 10 is formed from the n-type cathode region 6 to the p-type short region 8, and an anode electrode 11 is formed from the p-type anode region 7 to the n-type short region 9.

耐圧が200V程度の高耐圧横型ダイオードの場合、前記のn形半導体層3の厚みが10μm程度、n形拡散領域4の表面濃度は5×1016cm-3程度で拡散深さは3μm程度、p形拡散領域5の表面濃度は2×1017cm-3程度で拡散深さは3μm程度、n形カソード領域6の表面濃度は5×1019cm-3程度で拡散深さは0.3μm程度、p形アノード領域7の表面濃度は5×1019cm-3程度で拡散深さは0.5μm程度、p形ショート領域8の表面濃度は5×1019cm-3程度で拡散深さは0.5μm、n形ショート領域9の表面濃度は5×1019cm-3程度で拡散深さは0.3μmで、n形拡散領域4とp形拡散領域5の間隔は15μm程度である。
n形拡散領域4とp形拡散領域5の平面パターンは長方形であり、n形拡散領域4とp形拡散領域5は互いに対向して配置される。n形カソード領域6とp形アノード領域7の平面パターンはストライプ状であり、n形カソード領域6とp形アノード領域7は互いに対向して配置される。p形ショート領域8とn形ショート領域5の平面パターンはストライプ状であり、このp形ショート領域8とn形ショート領域5はn形カソード領域6およびp形アノード領域7を挟んでn形カソード領域6およびp形アノード領域7の外側に対向するように配置される。
In the case of a high breakdown voltage lateral diode with a breakdown voltage of about 200 V, the thickness of the n-type semiconductor layer 3 is about 10 μm, the surface concentration of the n-type diffusion region 4 is about 5 × 10 16 cm −3 , and the diffusion depth is about 3 μm. The surface concentration of the p-type diffusion region 5 is about 2 × 10 17 cm −3 and the diffusion depth is about 3 μm. The surface concentration of the n-type cathode region 6 is about 5 × 10 19 cm −3 and the diffusion depth is 0.3 μm. The surface concentration of the p-type anode region 7 is about 5 × 10 19 cm −3 and the diffusion depth is about 0.5 μm. The surface concentration of the p-type short region 8 is about 5 × 10 19 cm −3 and the diffusion depth. Is 0.5 μm, the surface concentration of the n-type short region 9 is about 5 × 10 19 cm −3 , the diffusion depth is 0.3 μm, and the distance between the n-type diffusion region 4 and the p-type diffusion region 5 is about 15 μm. .
The planar pattern of the n-type diffusion region 4 and the p-type diffusion region 5 is a rectangle, and the n-type diffusion region 4 and the p-type diffusion region 5 are arranged to face each other. The planar pattern of the n-type cathode region 6 and the p-type anode region 7 is striped, and the n-type cathode region 6 and the p-type anode region 7 are arranged to face each other. The planar pattern of the p-type short region 8 and the n-type short region 5 is striped. The p-type short region 8 and the n-type short region 5 are n-type cathodes sandwiching the n-type cathode region 6 and the p-type anode region 7. Arranged so as to face the outside of region 6 and p-type anode region 7.

図2は、図1のダイオードの順方向動作時のオン状態を示す図である。カソード電極10に対してアノード電極11に0.6V以上の正電圧を印加(順バイアス)すると、ダイオードはオン状態となり、p形アノード領域7からp形拡散領域5を通ってn形半導体層3へ正孔22が注入され、n形カソード領域6からn形拡散領域4およびn形半導体層3を通りp形拡散領域5へ電子21が注入される。これらの注入された正孔24と電子23はn形半導体層3、n形拡散領域4およびp形拡散領域5に過剰キャリアとして蓄積される(蓄積されたキャリアとなる)。
蓄積された正孔24のうち一部の正孔26はp形ショート領域8を介してカソード電極10に流れ出し、蓄積された電子23の一部の電子25はn形ショート領域9を介してアノード電極11に流れ出すため、n形半導体層3、n形拡散領域4およびp形拡散領域5に蓄積される過剰キャリア(電子23と正孔24)は、ショート領域を形成していない従来のダイオードと比べると少ない。
FIG. 2 is a diagram illustrating an ON state during forward operation of the diode of FIG. When a positive voltage of 0.6 V or more is applied to the anode electrode 11 with respect to the cathode electrode 10 (forward bias), the diode is turned on and passes from the p-type anode region 7 through the p-type diffusion region 5 to the n-type semiconductor layer 3. Holes 22 are injected, and electrons 21 are injected from the n-type cathode region 6 through the n-type diffusion region 4 and the n-type semiconductor layer 3 to the p-type diffusion region 5. These injected holes 24 and electrons 23 are accumulated as excess carriers (becomes accumulated carriers) in the n-type semiconductor layer 3, the n-type diffusion region 4 and the p-type diffusion region 5.
Among the accumulated holes 24, some holes 26 flow out to the cathode electrode 10 through the p-type short region 8, and some electrons 25 of the accumulated electrons 23 are anodes through the n-type short region 9. The excess carriers (electrons 23 and holes 24) accumulated in the n-type semiconductor layer 3, the n-type diffusion region 4 and the p-type diffusion region 5 flow out to the electrode 11. There are few compared.

また、p形ショート領域8とn形ショート領域9の面積を増やし、n形カソード領域6とp形アノード領域7の面積を減少させることで、蓄積される過剰キャリアを少なくすることができる。
図3は、図1のダイオードの逆回復動作時の状態を示す図である。カソード電極10に対してアノード電極11に負電圧を印加(逆バイアス)して、オン状態で流れている順電流を打ち消すように逆電流を流し、ダイオードを阻止状態とする。この過程で、オン状態で蓄積された過剰キャリアのうち電子23はn形カソード領域6からカソード電極10へ流れ出し、正孔24はp形アノード領域7からアノード電極11へ流れ出して、ダイオードの逆回復電流となる。この蓄積される過剰キャリアが少ないと逆回復電流は小さくなる。
Further, by increasing the areas of the p-type short region 8 and the n-type short region 9 and decreasing the areas of the n-type cathode region 6 and the p-type anode region 7, the accumulated excess carriers can be reduced.
FIG. 3 is a diagram illustrating a state during the reverse recovery operation of the diode of FIG. A negative voltage is applied to the anode electrode 11 with respect to the cathode electrode 10 (reverse bias), a reverse current is applied so as to cancel the forward current flowing in the ON state, and the diode is set in the blocking state. In this process, of the excess carriers accumulated in the ON state, the electrons 23 flow out from the n-type cathode region 6 to the cathode electrode 10, and the holes 24 flow out from the p-type anode region 7 to the anode electrode 11 to reversely recover the diode. It becomes current. If the accumulated excess carriers are small, the reverse recovery current is small.

ショート領域8、9から引き抜くことで蓄積される過剰キャリアを少なくする場合は、ライフタイムキラーを導入して過剰キャリアを少なくする場合と比べて、Vfの増加は少なくできる。それは、図示しないが、オン状態での過剰キャリアの分布において、n形半導体層3での過剰キャリアの落ち込みが小さくなるためである。
また、p形ショート領域8とn形ショート領域9の面積を増やし、n形カソード領域6とp形アノード領域7の面積を減少させることで、逆回復電流を小さくすることができる。
また、逆回復電流はショート領域8、9直下を横方向に流れることなくp形アノード領域7とn形カソード領域6に流れ込むことができるため、従来のダイオードのように寄生サイリスタは動作せず、従ってラッチアップすることがないため、特許文献2に示した従来のダイオードよりも逆回復耐量を向上させることができる。
When the excess carriers accumulated by pulling out from the short regions 8 and 9 are reduced, the increase in Vf can be reduced as compared with the case of reducing the excess carriers by introducing a lifetime killer. This is because, although not shown, the drop of excess carriers in the n-type semiconductor layer 3 is reduced in the distribution of excess carriers in the ON state.
Further, the reverse recovery current can be reduced by increasing the areas of the p-type short region 8 and the n-type short region 9 and decreasing the areas of the n-type cathode region 6 and the p-type anode region 7.
Further, since the reverse recovery current can flow into the p-type anode region 7 and the n-type cathode region 6 without flowing laterally immediately below the short regions 8 and 9, the parasitic thyristor does not operate like a conventional diode, Therefore, since the latch-up does not occur, the reverse recovery tolerance can be improved as compared with the conventional diode shown in Patent Document 2.

図4は、図1のダイオードのVfと逆回復電流の関係を示す図である。横軸は順方向電流を1000A/cm2流した時のVfであり、縦軸は規格化した逆回復電流である。図中の素子Aから素子Eはショート率が異なる。
ショート率の定義を説明すると、ショート率はカソード側のショート率とアノード側のショート率がある。カソード側のショート率はp形ショート領域の面積/(n形カソード領域の面積+p形ショート領域の面積)であり、アノード側のショート率はn形ショート領域の面積/(p形アノード領域の面積+n形ショート領域の面積)である。ここではカソード側のショート率とアノード側のショート率を同じにして、また、(n形カソード領域の面積+p形ショート領域の面積)と(p形カソード領域の面積+n形ショート領域の面積)を同じにして、ショート率を0%から70%まで変えた素子を製作する。カソード側のショート率はp形ショート領域とn形カソード領域の平面パターンにおける横幅(短辺の長さ)で調整し、アノード側のショート率はn形ショート領域とp形アノード領域の平面パターンにおける横幅(短辺の長さ)で調整する。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between Vf and reverse recovery current of the diode of FIG. The horizontal axis is Vf when a forward current of 1000 A / cm 2 is passed, and the vertical axis is a normalized reverse recovery current. Element A to element E in the figure have different short rates.
The definition of the short rate will be described. The short rate includes a short rate on the cathode side and a short rate on the anode side. The short-circuit rate on the cathode side is the area of the p-type short region / (the area of the n-type cathode region + the area of the p-type short region), and the short-circuit rate on the anode side is the area of the n-type short region / (area of the p-type anode region). + Area of n-type short region). Here, the cathode-side short-circuit rate and the anode-side short-circuit rate are made the same, and (area of n-type cathode region + area of p-type short region) and (area of p-type cathode region + area of n-type short region) are In the same manner, an element with the short rate changed from 0% to 70% is manufactured. The cathode-side short ratio is adjusted by the lateral width (short side length) in the planar pattern of the p-type short region and the n-type cathode region, and the anode-side short rate is adjusted in the planar pattern of the n-type short region and the p-type anode region. Adjust the width (short side length).

素子Aは従来素子でショート率がゼロであり、素子Bから素子Eは本発明の素子である。素子Bのショート率は20%、素子Cのショート率は30%、素子Dのショート率は50%、素子Eのショート率は70%である。
ショート率を素子Bから素子Eへ大きくすると、Vfは微増して、逆回復電流は大きく減少して行く。ショート率を70%とした素子Eの場合、ショート率がゼロの素子AのVfに対して0.2V程度増加し、逆回復電流は40%程度小さくすることができる。逆回復電流を小さすることで、逆回復電流の減衰率(逆回復電流のピーク値から逆回復電流が減少して行くときの傾斜:−di/dt)が小さくなり、図示しない、逆回復動作での飛躍逆電圧(−di/dt×L:Lは回路のインダクタンス)が低く抑制され、素子の電圧破壊(逆回復時の−dV/dt破壊を含む)が防止され、逆回復損失も低減される。
Element A is a conventional element and has a short-circuit rate of zero, and elements B to E are elements of the present invention. The short ratio of the element B is 20%, the short ratio of the element C is 30%, the short ratio of the element D is 50%, and the short ratio of the element E is 70%.
When the short-circuit rate is increased from the element B to the element E, Vf slightly increases and the reverse recovery current greatly decreases. In the case of the element E in which the short rate is 70%, the reverse recovery current can be reduced by about 40% by increasing about 0.2 V with respect to Vf of the element A having a short rate of zero. By reducing the reverse recovery current, the decay rate of the reverse recovery current (inclination when the reverse recovery current decreases from the peak value of the reverse recovery current: -di / dt) is reduced, and the reverse recovery operation (not shown) is performed. The reverse reverse voltage (-di / dt × L: L is the circuit inductance) is suppressed to a low level, the device voltage breakdown (including -dV / dt breakdown during reverse recovery) is prevented, and the reverse recovery loss is also reduced. Is done.

また、小さなVfが要求される場合は、ショート率の小さい素子Bや素子Cで対応し、小さな逆回復電流が要求される場合はショート率の大きい素子Dや素子Eで対応すればよい。つまり、本発明の素子ではショート率を変えることで、幅広い要求に応えることができる。
図5は、図1のダイオードのVfと逆回復電荷量の関係を示す図である。この図は、図4の逆回復電流を時間積分して得た逆回復電荷量を規格化して縦軸に示した。
素子Eの場合、素子Aの逆回復電荷量に対して80%と大幅に逆回復電荷量を小さくすることができる。
従来素子である素子Aと、本発明素子である素子Bから素子Eの構造的な違いはショート率だけであり、これは既存マスクのパターンを変更するだけで対応できる。従って、本発明の高耐圧横型ダイオードを製作するに当たっては追加プロセスは不要であり、コストアップにならない。
Further, when a small Vf is required, the element B or element C with a small short circuit rate can be used, and when a small reverse recovery current is required, the element D or element E with a large short circuit rate may be used. That is, the element of the present invention can meet a wide range of requirements by changing the short-circuit rate.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between Vf and the amount of reverse recovery charge of the diode of FIG. In this figure, the reverse recovery charge amount obtained by time integration of the reverse recovery current of FIG. 4 is normalized and shown on the vertical axis.
In the case of the element E, the reverse recovery charge amount can be significantly reduced to 80% with respect to the reverse recovery charge amount of the element A.
The only structural difference between the element A as the conventional element and the element B as the element of the present invention to the element E is only the short ratio, and this can be dealt with only by changing the pattern of the existing mask. Therefore, no additional process is required in manufacturing the high breakdown voltage lateral diode of the present invention, and the cost is not increased.

尚、図1のストライプパターンではn形拡散領域4ならびにp形拡散領域5の両方にショート領域8、9が形成されているが、ショート領域はどちらか一方の拡散領域内に形成するだけでも良い。これは所望する特性に応じて選択すればよい。   In the stripe pattern of FIG. 1, the short regions 8 and 9 are formed in both the n-type diffusion region 4 and the p-type diffusion region 5, but the short region may be formed only in one of the diffusion regions. . This may be selected according to the desired characteristics.

図6は、この発明の第2実施例の半導体装置の構成図であり、同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のX1−X1線で切断した要部断面図、同図(c)は同図(a)のX2−X2線で切断した要部断面図である。この半導体装置は高耐圧横形ダイオードである。
図1との違いは、n形拡散領域4の表面層に形成される細長のn形カソード領域6と細長のp形ショート領域8をn形拡散領域4の長手方向に交互に短冊状に配置し、p形拡散領域5の表面層に形成される細長のp形アノード領域7と細長のn形ショート領域9をp形拡散領域5の長手方向に交互に短冊状に配置し、n形カソード領域6とp形ショート領域8およびp形アノード領域7とn形ショート領域9の細長方向とn形拡散領域4およびp形拡散領域5の長手方向とを直交するように配置した点である。
6A and 6B are configuration diagrams of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 6A is a plan view of an essential part, and FIG. 6B is cut along line X1-X1 in FIG. The principal part sectional view and the figure (c) are principal part sectional views cut by the X2-X2 line of the figure (a). This semiconductor device is a high breakdown voltage lateral diode.
The difference from FIG. 1 is that elongated n-type cathode regions 6 and elongated p-type short regions 8 formed in the surface layer of the n-type diffusion region 4 are alternately arranged in a strip shape in the longitudinal direction of the n-type diffusion region 4. An elongated p-type anode region 7 and an elongated n-type short region 9 formed in the surface layer of the p-type diffusion region 5 are alternately arranged in the longitudinal direction of the p-type diffusion region 5 to form an n-type cathode. This is that the elongated direction of the region 6, the p-type short region 8 and the p-type anode region 7 and the n-type short region 9 and the longitudinal direction of the n-type diffusion region 4 and the p-type diffusion region 5 are arranged to be orthogonal to each other.

この場合も第1実施例と同様にVfの増加を抑制して、逆回復電流を小さくすることができる。
尚、図6ではn形カソード領域6とp形アノード領域7およびp形ショート領域8とn形ショート領域9が対向する場合を示したが、n形カソード領域6とn形ショート領域9およびp形アノード領域7とp形ショート領域8を対向させるように配置してもよい。2つのショート領域の形成において重要なことはショート率であり、この対向配置についてはなんら制限はない。
また、ショート率は、各ショート領域8、9とn形カソード領域6ならびにp形アノード領域7の細長形状の幅(短辺の長さ)によって調整する。
Also in this case, the reverse recovery current can be reduced by suppressing the increase in Vf as in the first embodiment.
6 shows the case where the n-type cathode region 6 and the p-type anode region 7 and the p-type short region 8 and the n-type short region 9 face each other, the n-type cathode region 6 and the n-type short region 9 and p The shape anode region 7 and the p-type short region 8 may be arranged to face each other. What is important in the formation of the two short regions is the short ratio, and there is no restriction on the opposing arrangement.
Further, the short ratio is adjusted by the elongated width (short side length) of each of the short regions 8, 9 and the n-type cathode region 6 and the p-type anode region 7.

図7は、この発明の第3実施例の半導体装置の構成図であり、同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のX1−X1線で切断した要部断面図、同図(c)は同図(a)のX2−X2線で切断した要部断面図である。この半導体装置は高耐圧横形ダイオードである。
図6との違いは、p形拡散領域5と向かい合う側のp形ショート領域の端部8aをn形カソード領域の端部6aより後退させ、n形拡散領域4と向かい合う側のn形ショート領域の端部9aをp形アノード領域の端部7aより後退させることで、p形ショート領域の端部8aとn形ショート領域の端部9aの間隔L1を、n形カソード領域の端部6aとp形アノード領域の端部7aの間隔L2より広くなるようにした点である。
L1をL2より広くすることで、逆回復動作時に、n形半導体層3、n形拡散領域4およびp形拡散領域5に蓄積した電子25と正孔26がp形ショート領域8の直下およびn形ショート領域9の直下を通過することなくn形カソード領域6およびp形アノード領域7に掃き出されるので寄生サイリスタ動作が抑制されて逆回復耐量を向上させることができる。
FIGS. 7A and 7B are configuration diagrams of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. FIG. 7A is a plan view of the main part, and FIG. 7B is cut along line X1-X1 in FIG. The principal part sectional view and the figure (c) are principal part sectional views cut by the X2-X2 line of the figure (a). This semiconductor device is a high breakdown voltage lateral diode.
The difference from FIG. 6 is that the end 8a of the p-type short region on the side facing the p-type diffusion region 5 is retreated from the end 6a of the n-type cathode region, and the n-type short region on the side facing the n-type diffusion region 4 By retracting the end portion 9a of the p-type anode region from the end portion 7a of the p-type anode region, the distance L1 between the end portion 8a of the p-type short region and the end portion 9a of the n-type short region is set to the end portion 6a of the n-type cathode region. This is a point that is wider than the interval L2 between the end portions 7a of the p-type anode region.
By making L1 wider than L2, the electrons 25 and the holes 26 accumulated in the n-type semiconductor layer 3, the n-type diffusion region 4 and the p-type diffusion region 5 are directly under the p-type short region 8 and n during the reverse recovery operation. Since it is swept to the n-type cathode region 6 and the p-type anode region 7 without passing directly under the short-shaped region 9, the parasitic thyristor operation is suppressed, and the reverse recovery tolerance can be improved.

また、この場合も第1実施例と同様にVfの増加を抑制して、逆回復電流を小さくすることができる。
ところで、図6と図7の短冊パターンではn形拡散領域4ならびにp形拡散領域5の両方にショート領域8、9が形成されているが、ショート領域はどちらか一方の拡散領域内に形成するだけでも良い。
Also in this case, the reverse recovery current can be reduced by suppressing the increase in Vf as in the first embodiment.
By the way, in the strip pattern of FIGS. 6 and 7, the short regions 8 and 9 are formed in both the n-type diffusion region 4 and the p-type diffusion region 5, but the short region is formed in one of the diffusion regions. Just fine.

図8は、この発明の第4実施例の半導体装置の構成図であり、同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のX1−X1線で切断した要部断面図、同図(c)は同図(a)のX2−X2線で切断した要部断面図である。この図は、図6の高耐圧横形ダイオードに本発明を施した場合を示している。
図6との違いは、p形拡散領域5に短冊状に配置されたp形アノード領域7とn形ショート領域9のカソード電極10側から、p形拡散領域5をまたがるようにn形半導体層3まで酸化膜13を介して制御電極12が配置されている点にある。
この制御電極12を設けることの効果を、図9を用いて説明する。
図9は、図8に示したダイオードの順方向動作時の電子23と正孔24の流れを示したものである。順方向動作時に、p形拡散領域5の表面に反転層が形成される電圧を制御電極12に印加する。これにより、制御電極12直下のp形拡散領域5の表面層に反転層が形成され、制御電極12直下の表面領域に×印で示した低抵抗領域14を作ることができる。
8A and 8B are configuration diagrams of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 8A is a plan view of the main part, and FIG. 8B is cut along line X1-X1 in FIG. The principal part sectional view and the figure (c) are principal part sectional views cut by the X2-X2 line of the figure (a). This figure shows a case where the present invention is applied to the high voltage lateral diode of FIG.
The difference from FIG. 6 is that the n-type semiconductor layer extends across the p-type diffusion region 5 from the cathode electrode 10 side of the p-type anode region 7 and the n-type short region 9 arranged in a strip shape in the p-type diffusion region 5. 3 is that the control electrode 12 is disposed through the oxide film 13.
The effect of providing the control electrode 12 will be described with reference to FIG.
FIG. 9 shows the flow of electrons 23 and holes 24 during the forward operation of the diode shown in FIG. During forward operation, a voltage that forms an inversion layer on the surface of the p-type diffusion region 5 is applied to the control electrode 12. As a result, an inversion layer is formed on the surface layer of the p-type diffusion region 5 immediately below the control electrode 12, and a low resistance region 14 indicated by a cross can be formed in the surface region immediately below the control electrode 12.

この低抵抗領域14を介して電子23がn形ショート領域9に流れ込むため、n形ショート領域9の電子引き抜き効果を促進させることができる。その結果、順方向動作時の蓄積電荷量が低減し、ダイオードの高速化を実現することができる。
なお、図8ではp形アノード領域7からn形半導体層3まで絶縁膜13を介した制御電極12が形成されているが、これによる弊害はない。これに対しては、ホトマスクによってp形アノード領域7と半導体層3の間の制御電極12を削除しても良い。
また、制御電極12に印加する電圧はこのダイオードが搭載されるパワーIC内部の電源を利用すれば良い。あるいは、パワーIC内部に制御電極12への印加用の電源を形成すれば良い。
また、図8ではp形拡散領域5側のみに制御電極12を設けているが、n形拡散領域4側にも同様の制御電極を設けて良い。この場合も、順方向動作時にn形拡散領域4の表面層に反転層が形成されるような電圧を制御電極に印加する。
Since the electrons 23 flow into the n-type short region 9 through the low resistance region 14, the electron extraction effect of the n-type short region 9 can be promoted. As a result, the amount of stored charge during the forward operation is reduced, and the speed of the diode can be increased.
In FIG. 8, the control electrode 12 is formed from the p-type anode region 7 to the n-type semiconductor layer 3 via the insulating film 13, but there is no adverse effect due to this. For this, the control electrode 12 between the p-type anode region 7 and the semiconductor layer 3 may be deleted by a photomask.
The voltage applied to the control electrode 12 may be a power supply inside the power IC on which this diode is mounted. Alternatively, a power source for application to the control electrode 12 may be formed inside the power IC.
In FIG. 8, the control electrode 12 is provided only on the p-type diffusion region 5 side, but a similar control electrode may be provided on the n-type diffusion region 4 side. Also in this case, a voltage is applied to the control electrode so that an inversion layer is formed on the surface layer of the n-type diffusion region 4 during forward operation.

このときには、n形拡散領域4の表面層に形成された低抵抗領域を介してホール24がp形ショート領域9に流れ込むため、p形ショート領域9のホール引き抜き効果を促進させることができる。その結果、順方向動作時の蓄積電荷量が低減し、ダイオードの高速化を図ることができる。   At this time, since the holes 24 flow into the p-type short region 9 through the low resistance region formed in the surface layer of the n-type diffusion region 4, the hole extraction effect of the p-type short region 9 can be promoted. As a result, the amount of stored charge during forward operation is reduced, and the speed of the diode can be increased.

この発明の第1実施例の半導体装置の構成図であり、(a)は要部平面図、(b)は(a)のX−X線で切断した要部断面図BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram of the semiconductor device of 1st Example of this invention, (a) is a principal part top view, (b) is principal part sectional drawing cut | disconnected by the XX line of (a). 図1のダイオードの順方向動作時のオン状態を示す図The figure which shows the ON state at the time of forward operation | movement of the diode of FIG. 図1のダイオードの逆回復動作時の状態を示す図The figure which shows the state at the time of reverse recovery operation | movement of the diode of FIG. 図1のダイオードのVfと逆回復電流の関係を示す図The figure which shows the relationship between Vf and reverse recovery current of the diode of FIG. 図1のダイオードのVfと逆回復電荷量の関係を示す図The figure which shows the relationship between Vf of a diode of FIG. 1, and a reverse recovery charge amount この発明の第2実施例の半導体装置の構成図であり、(a)は要部平面図、(b)は(a)のX1−X1線で切断した要部断面図、(c)は(a)のX2−X2線で切断した要部断面図It is a block diagram of the semiconductor device of 2nd Example of this invention, (a) is a principal part top view, (b) is principal part sectional drawing cut | disconnected by the X1-X1 line | wire of (a), (c) is ( Sectional view of the principal part cut along line X2-X2 in a) この発明の第3実施例の半導体装置の構成図であり、(a)は要部平面図、(b)は(a)のX1−X1線で切断した要部断面図、(c)は(a)のX2−X2線で切断した要部断面図It is a block diagram of the semiconductor device of 3rd Example of this invention, (a) is a principal part top view, (b) is principal part sectional drawing cut | disconnected by the X1-X1 line | wire of (a), (c) is ( Sectional view of the principal part cut along line X2-X2 in a) この発明の第4実施例の半導体装置の構成図であり、(a)は要部平面図、(b)は(a)のX1−X1線で切断した要部断面図、(c)は(a)のX2−X2線で切断した要部断面図It is a block diagram of the semiconductor device of 4th Example of this invention, (a) is a principal part top view, (b) is principal part sectional drawing cut | disconnected by the X1-X1 line | wire of (a), (c) is ( Sectional view of the principal part cut along line X2-X2 in a) 図8のダイオードの順方向動作時オン状態を示す図The figure which shows the ON state at the time of forward operation | movement of the diode of FIG. 従来の半導体装置の構成図であり、(a)は要部平面図、(b)は(a)のX−X線で切断した要部断面図FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional semiconductor device, where (a) is a plan view of the main part, and (b) is a cross-sectional view of the main part taken along line XX of (a). 別の従来の半導体装置の要部断面図Sectional drawing of the principal part of another conventional semiconductor device

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板
2 酸化膜
3 n形半導体層
4 n形拡散領域
5 p形拡散領域
6 n形カソード領域
6a n形カソード領域の端部
7 p形アノード領域
7a p形アノード領域の端部
8 p形ショート領域
8a p形ショート領域の端部
9 n形ショート領域
9a n形ショート領域の端部
10 カソード電極
11 アノード電極
21、23、25 電子
22、24、26 正孔
100 SOI基板
1 semiconductor substrate 2 oxide film 3 n-type semiconductor layer 4 n-type diffusion region 5 p-type diffusion region 6 n-type cathode region 6a end of n-type cathode region 7 p-type anode region 7a end of p-type anode region 8 p-type Short region 8a End of p-type short region 9 n-type short region 9a End of n-type short region 10 Cathode electrode 11 Anode electrode 21, 23, 25 Electron 22, 24, 26 Hole 100 SOI substrate

Claims (12)

第1導電形の半導体層と、該半導体層の表面層に離して形成した第1導電形の第1拡散領域および第2導電形の第2拡散領域と、前記第1拡散領域の表面層に互いに接して形成した第1導電形の第3拡散領域および第2導電形の第4拡散領域と、前記第2拡散領域の表面層に形成した第2導電形の第5拡散領域と、前記第3拡散領域と前記第4拡散領域とに接触した第1主電極と、前記第5拡散領域に接触した第2主電極とを具備し、
前記第3拡散領域と前記第5拡散領域との距離が前記第4拡散領域と前記第5拡散領域との距離以下であることを特徴とする半導体装置。
A first conductivity type semiconductor layer, a first conductivity type first diffusion region and a second conductivity type second diffusion region formed separately from a surface layer of the semiconductor layer, and a surface layer of the first diffusion region; A third diffusion region of the first conductivity type and a fourth diffusion region of the second conductivity type formed in contact with each other; a fifth diffusion region of the second conductivity type formed in a surface layer of the second diffusion region; A first main electrode in contact with three diffusion regions and the fourth diffusion region, and a second main electrode in contact with the fifth diffusion region;
A semiconductor device, wherein a distance between the third diffusion region and the fifth diffusion region is equal to or less than a distance between the fourth diffusion region and the fifth diffusion region.
第1導電形の半導体層と、該半導体層の表面層に離して形成した第1導電形の第1拡散領域および第2導電形の第2拡散領域と、前記第1拡散領域の表面層に形成した第1導電形の第3拡散領域と、前記第2拡散領域の表面層に互いに接して形成した第2導電形の第5拡散領域および第1導電形の第6拡散領域と、前記第3拡散領域に接触した第1主電極と、前記第5拡散領域と前記第6拡散領域とに接触した第2主電極とを具備し、
前記第3拡散領域と前記第5拡散領域との距離が前記第3拡散領域と前記第6拡散領域との距離以下であることを特徴とする半導体装置。
A first conductivity type semiconductor layer, a first conductivity type first diffusion region and a second conductivity type second diffusion region formed separately from a surface layer of the semiconductor layer, and a surface layer of the first diffusion region; A third diffusion region of the first conductivity type formed, a fifth diffusion region of the second conductivity type formed in contact with the surface layer of the second diffusion region, and a sixth diffusion region of the first conductivity type; A first main electrode in contact with three diffusion regions; a second main electrode in contact with the fifth diffusion region and the sixth diffusion region;
A semiconductor device, wherein a distance between the third diffusion region and the fifth diffusion region is equal to or less than a distance between the third diffusion region and the sixth diffusion region.
第1導電形の半導体層と、該半導体層の表面層に離して形成した第1導電形の第1拡散領域および第2導電形の第2拡散領域と、前記第1拡散領域の表面層に互いに接して形成した第1導電形の第3拡散領域および第2導電形の第4拡散領域と、前記第2拡散領域の表面層に形成した第2導電形の第5拡散領域および第1導電形の第6拡散領域と、前記第3拡散領域と前記第4拡散領域とに接触した第1主電極と、前記第5拡散領域と前記第6拡散領域に接触した第2主電極とを具備し、
前記第3拡散領域と前記第5拡散領域との距離が前記第4拡散領域と前記第5拡散領域との距離以下であり、前記第3拡散領域と前記第5拡散領域との距離が前記第3拡散領域と前記第6拡散領域との距離以下であることを特徴とする半導体装置。
A first conductivity type semiconductor layer, a first conductivity type first diffusion region and a second conductivity type second diffusion region formed separately from a surface layer of the semiconductor layer, and a surface layer of the first diffusion region; A third diffusion region of the first conductivity type and a fourth diffusion region of the second conductivity type formed in contact with each other, a fifth diffusion region of the second conductivity type and a first conductivity formed in the surface layer of the second diffusion region. A sixth diffusion region having a shape, a first main electrode in contact with the third diffusion region and the fourth diffusion region, and a second main electrode in contact with the fifth diffusion region and the sixth diffusion region. And
The distance between the third diffusion region and the fifth diffusion region is equal to or less than the distance between the fourth diffusion region and the fifth diffusion region, and the distance between the third diffusion region and the fifth diffusion region is the first distance. A semiconductor device having a distance equal to or shorter than a distance between three diffusion regions and the sixth diffusion region.
前記第3拡散領域が前記第4拡散領域と前記第5拡散領域との間に配置されることを特徴とする請求項1または3のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the third diffusion region is disposed between the fourth diffusion region and the fifth diffusion region. 前記第5拡散領域が前記第3拡散領域と前記第6拡散領域との間に配置されることを特徴とする請求項2または3のいずれか一項に記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 2, wherein the fifth diffusion region is disposed between the third diffusion region and the sixth diffusion region. 5. 前記第3拡散領域と前記第5拡散領域とが前記第4拡散領域と前記第6拡散領域との間に配置されることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3, wherein the third diffusion region and the fifth diffusion region are disposed between the fourth diffusion region and the sixth diffusion region. 前記第3拡散領域が前記第6拡散領域と対向し、前記第4拡散領域が前記第5拡散領域と対向するように配置されることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3, wherein the third diffusion region is disposed so as to face the sixth diffusion region, and the fourth diffusion region is opposed to the fifth diffusion region. 前記第3拡散領域が前記第5拡散領域と対向し、前記第4拡散領域が前記第6拡散領域と対向するように配置されることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3, wherein the third diffusion region is disposed so as to face the fifth diffusion region, and the fourth diffusion region is opposed to the sixth diffusion region. 前記第3拡散領域と前記第4拡散領域とがそれぞれ複数個交互に配置されることを特徴とする請求項1,3,7および8のいずれか一項に記載の半導体装置。 9. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of the third diffusion regions and a plurality of the fourth diffusion regions are alternately arranged. 前記第5拡散領域と前記第6拡散領域とがそれぞれ複数個交互に配置されることを特徴とする請求項2,3,7および8のいずれか一項に記載の半導体装置。 9. The semiconductor device according to claim 2, wherein a plurality of the fifth diffusion regions and a plurality of the sixth diffusion regions are alternately arranged. 前記第4拡散領域と前記半導体層とに挟まれた前記第1拡散領域の表面上に、絶縁膜を介して設けられた制御電極を備えたことを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。 10. The semiconductor device according to claim 9, further comprising a control electrode provided through an insulating film on a surface of the first diffusion region sandwiched between the fourth diffusion region and the semiconductor layer. . 前記第6拡散領域と前記半導体層とに挟まれた前記第2拡散領域の表面上に、絶縁膜を介して設けられた制御電極を備えたことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。 11. The semiconductor device according to claim 10, further comprising a control electrode provided via an insulating film on a surface of the second diffusion region sandwiched between the sixth diffusion region and the semiconductor layer. .
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