JPH03222364A - Electrostatic induction semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、静電誘導半導体装置に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to an electrostatic induction semiconductor device.
静電誘導半導体装置として、第3図に示す埋め込みゲー
ト型静電誘導サイリスクがある。As an electrostatic induction semiconductor device, there is a buried gate type electrostatic induction cell shown in FIG.
この静電誘導サイリスクでは、半導体基板80の片面に
カソード領域(n”領域)81を、他面にアノード領域
(p”領域)82を備え、さらに、半導体基板80内に
埋め込まれたゲート領域(p゛領域85を備えており、
かつ、カソード領域81とアノード領域82の間に高比
抵抗領域(不純物低濃度領域)83.84を備えている
。高比抵抗領域84はいわゆるヘース領域であり、高比
率抵抗領域83はアノードからの正孔の注入効率、カソ
ードからの電子の注入効率を向上させるためのものであ
る。そして、カソード領域81にはカソード電極Kが、
アノード領域82にはアノード電極Aが、ゲート領域8
5にはゲート電極Gがそれぞれ設けられている。This electrostatic induction silice includes a cathode region (n" region) 81 on one side of a semiconductor substrate 80, an anode region (p" region) 82 on the other surface, and a gate region ( It is equipped with a p゛ region 85,
Further, high resistivity regions (low impurity concentration regions) 83 and 84 are provided between the cathode region 81 and the anode region 82 . The high resistivity region 84 is a so-called Heas region, and the high resistivity region 83 is for improving the efficiency of injection of holes from the anode and the efficiency of injection of electrons from the cathode. Then, in the cathode region 81, a cathode electrode K is provided.
An anode electrode A is provided in the anode region 82 , and an anode electrode A is provided in the anode region 82 .
5 is provided with a gate electrode G, respectively.
この静電誘導サイリスクでは、ゲート電極Gに信号を印
加し、ゲート領域85間に形成されるポテンシャルバリ
ヤの高さを調節して、カソード・アノード間に流れる電
流の制御を行うようになっている。In this electrostatic induction silice, a signal is applied to the gate electrode G to adjust the height of the potential barrier formed between the gate region 85, thereby controlling the current flowing between the cathode and the anode. .
〔発明が解決しようとする課題]
しかしながら、この静電誘導サイリスクでは、オン・オ
フ動作時の立ち上がり・立ち下がり速度が遅いという問
題がある。これは、第4図にみるように、ゲート領域8
5がp゛不純物拡散領域で構成されていて、ゲート領域
のうちでもゲート電極Gから離れた個所では、ゲート電
極Gとの間に比較的高い抵抗が存在していて、ゲート電
極Gに信号が印加されてからゲート領域85のうちでも
ゲート電極Gから離れた個所に実際に信号が伝達される
までに相当の時間がかかるからである。特に、電流の立
ち上がり動作の場合、過電流がかかり静電誘導サイリス
クの破損を招く恐れがある。[Problems to be Solved by the Invention] However, this electrostatic induction silicate has a problem in that the rising and falling speeds during on/off operations are slow. As shown in FIG.
5 is composed of a p impurity diffusion region, and in a part of the gate region far from the gate electrode G, a relatively high resistance exists between the gate electrode G and a signal to the gate electrode G. This is because it takes a considerable amount of time after the signal is applied until the signal is actually transmitted to a portion of the gate region 85 that is remote from the gate electrode G. In particular, in the case of a current rise operation, there is a risk that an overcurrent will occur and damage the electrostatic induction shield.
ゲート領域85を半導体基板81の表面に形成した第5
図の表面ゲート型静電誘導サイリスクでは、ゲート電極
Gに印加された信号が遅滞なくゲート領域85全体に伝
達されるため、オン・オフ動作時の立ち上がり・立ち下
がり速度が遅いという問題が改善される。しかしながら
、この表面ゲート型静電誘導サイリスタは、カソード領
域81とカソード電極にの接触面積が狭いために、オン
電圧が高いという別の問題がある。The fifth gate region 85 is formed on the surface of the semiconductor substrate 81.
In the surface gate type electrostatic induction silice shown in the figure, the signal applied to the gate electrode G is transmitted to the entire gate region 85 without delay, so the problem of slow rise and fall speeds during on/off operation is improved. Ru. However, this surface-gate type electrostatic induction thyristor has another problem in that the on-voltage is high because the contact area between the cathode region 81 and the cathode electrode is small.
この発明は、上記事情に鑑み、オフ動作時の立ち上がり
・立ち下がりの遅れが改善されているとともに、低オン
電圧特性を維持している埋め込みゲート型静電誘導サイ
リスクを提供することを課題とする。In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a buried gate type electrostatic induction sink that has improved rise/fall delay during off-operation and maintains low on-voltage characteristics. .
前記課題を解決するため、請求項1.2記載の埋め込み
ゲート型静電誘導半導体装置は、半導体基板内に、ゲー
ト領域には、これと直に接触する低抵抗領域がゲート領
域に沿うようにして形成されている構成をとるようにし
ている。In order to solve the above problem, the buried gate type static induction semiconductor device according to claim 1.2 includes a semiconductor substrate in which a low resistance region in direct contact with the gate region is formed along the gate region. We are trying to adopt a configuration that is formed by
請求項2記載の埋め込みゲート型静電誘導半導体装置は
、加えて、低抵抗領域がゲート領域と同し導電型の不純
物を高濃度にドープしたドープドポリシリコンからなり
、ゲート領域用の不純物拡散層の不純物が前記ドープド
ポリシリコンから拡散された構成をとるようにしている
。In addition, in the buried gate type electrostatic induction semiconductor device according to claim 2, the low resistance region is made of doped polysilicon doped with impurities of the same conductivity type as the gate region at a high concentration, and the impurity diffusion for the gate region is provided. The structure is such that impurities in the layer are diffused from the doped polysilicon.
この発明の静電誘導半導体装置としては、サイリスタ構
成に限らずトランジスタ構成もある。ただ、トランジス
タの場合、カソードはソースと通称され、アノードはド
レインと通称されるので、トランジスタの場合、特許請
求の範囲のカソードはソースと、アノードはトレインと
読み変えるものとする。The electrostatic induction semiconductor device of the present invention is not limited to a thyristor configuration but also includes a transistor configuration. However, in the case of a transistor, the cathode is commonly called the source and the anode is commonly called the drain, so in the case of a transistor, the cathode in the claims should be read as the source and the anode as the train.
この発明の静電誘導半導体装置は、カソード領域とアノ
ード領域が半導体基板の片面と他面に分かれて形成され
た縦型構造に限らず、カソード領域とアノード領域が半
導体基板の同一表面にある横型構造でもよい。The electrostatic induction semiconductor device of the present invention is not limited to a vertical structure in which a cathode region and an anode region are formed on one side and the other surface of a semiconductor substrate, but also a horizontal structure in which a cathode region and an anode region are formed on the same surface of a semiconductor substrate. It can also be a structure.
ゲート領域に接触する低抵抗領域用の材料としては、高
融点金属(例えば、タングステン)やドープドポリシリ
コンなどが挙げられる。Materials for the low resistance region in contact with the gate region include refractory metals (eg, tungsten), doped polysilicon, and the like.
この発明の埋め込みゲート型静電誘導半導体装置では、
ゲート領域と直に接触する低抵抗領域がゲート領域に沿
うようにして設けられており、ゲート電極から離れた個
所でもゲート電極との間に高い抵抗が介在するという従
来の状態が解消され、ゲート抵抗がチップ全面で非常に
低くなる。In the buried gate type static induction semiconductor device of this invention,
A low resistance region that is in direct contact with the gate region is provided along the gate region, eliminating the conventional situation in which high resistance exists between the gate electrode and the gate electrode even at locations far from the gate electrode. Resistance is extremely low across the entire chip.
そのため、ゲート電極に印加される信号は直ちにゲート
領域全域に等しく伝達され、ゲート接合にかかる電圧の
バラツキ、ゲートトリガ特性のバラツキ、オフ動作時の
ゲートからのキアリャ引き抜きのタイ主ングのずれ等が
いずれも低減されるようになるため、立ち上がり・立ち
下がりの速度特性が改善される(例えば、臨界オン電流
上昇率d i / d tが高くなる)と同時に過渡状
態での局部的な過電流集中が無くなり装置破壊の心配が
解消される。Therefore, the signal applied to the gate electrode is immediately and equally transmitted to the entire gate region, eliminating variations in the voltage applied to the gate junction, variations in gate trigger characteristics, and deviations in the tie for pulling out the carrier from the gate during off-operation. Since both of these are reduced, the rise and fall speed characteristics are improved (for example, the critical on-current increase rate d i / d t becomes higher), and at the same time, local overcurrent concentration in transient conditions is reduced. There is no need to worry about device destruction.
〔実 施 例〕
以下、この発明にかかる静電誘導半導体装置の実施例を
製造の段階から詳しく説明する。[Embodiments] Hereinafter, embodiments of the electrostatic induction semiconductor device according to the present invention will be described in detail from the manufacturing stage.
実施例1
まず、第1図(a)にみるように、アノード領域(p・
領域)2に高比抵抗領域(n−領域)3が積層されたシ
リコン半導体基板1の表面に熱酸化処理により酸化膜4
を形成する。Example 1 First, as shown in FIG. 1(a), an anode region (p.
An oxide film 4 is formed by thermal oxidation treatment on the surface of a silicon semiconductor substrate 1 in which a high resistivity region (n- region) 3 is laminated on a region) 2.
form.
そして、第1図(b)にみるように、酸化膜4における
ゲート領域を形成したい部分に当たる個所を選択的にエ
ツチングし窓5を明け、ついで、窓付酸化膜4をマスク
に用い、第1図(C)にみるように、シリコン半導体基
板lに対して異方性エツチング処理を施し、掘り込み(
溝)6を形成する。掘り込み6の内面にはn−領域が露
出しており、この露出面に、第1図(d)にみるように
、p型不純物を高濃度でプリデポジション(又はイオン
注入)して、浅いp”領域7を形成する。Then, as shown in FIG. 1(b), a portion of the oxide film 4 corresponding to a portion where a gate region is to be formed is selectively etched to open a window 5, and then, using the windowed oxide film 4 as a mask, the first As shown in Figure (C), an anisotropic etching process is applied to the silicon semiconductor substrate l, and the etching (
groove) 6 is formed. An n- region is exposed on the inner surface of the recess 6, and p-type impurities are pre-deposited (or ion-implanted) at a high concentration on this exposed surface, as shown in FIG. A shallow p'' region 7 is formed.
p”領域7の形成で、掘り込み6の内面には極く薄い酸
化膜が形成されるが、これをフッ酸等でスライドエツチ
ングすることにより除去し、シランの還元反応を利用し
て、第1図(elにみるように、掘り込み6へ選択的に
タングステンをCVD法で充填して、低抵抗領域8を形
成する。When forming the p'' region 7, an extremely thin oxide film is formed on the inner surface of the recess 6, but this is removed by slide etching with hydrofluoric acid, etc., and then etched using the reduction reaction of silane. As shown in FIG. 1 (el), the depression 6 is selectively filled with tungsten by the CVD method to form a low resistance region 8.
低抵抗領域8形威のあと、第1図(f)にみるように、
半導体基板1の上にCVD法による酸化膜lOを全面的
に積層してから、第1図(g)にみるように、酸化膜4
.10を低抵抗領域8周辺部分だけは残すようにしてエ
ツチング除去する。選択的に残された酸化膜部分は低抵
抗領域8におけるゲート領域未接触域を覆う絶縁領域1
1である。After the low resistance region 8, as shown in Figure 1(f),
An oxide film 4 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by the CVD method, and then an oxide film 4 is deposited on the semiconductor substrate 1, as shown in FIG.
.. 10 is removed by etching leaving only the peripheral portion of the low resistance region 8. The selectively left oxide film portion is the insulating region 1 covering the non-contact area of the gate region in the low resistance region 8.
It is 1.
続いて、第1図(h)にみるように、高抵抗のn層3′
をエピタキシャル成長法を使って積層し、さらに、第1
図(+1にみるように、低抵抗のカソード領域用n+層
13′をエピタキシャル成長法を使って積層する。この
ふたつのエピタキシャル工程での熱処理でp”領域7の
不純物が拡散され、ゲート領域12が形成される。ただ
、不純物が深く拡散され過ぎてゲート領域工2の接合部
の濃度勾配が低くなってしまうことがあるので、ゲート
領域12の接合部の濃度勾配を急峻にするために、高抵
抗のn−層3′のエピタキシャル成長を、光励起等を利
用した低温成長法で行うことが望ましい。接合部の濃度
勾配が急峻であると、ゲート領域内の空乏層の拡がりが
小さくなるため、その分、ゲート領域の間を広くでき、
オン電圧を一層低くすることが可能になる。Next, as shown in Figure 1 (h), a high resistance n layer 3' is formed.
are layered using epitaxial growth method, and then the first
As shown in the figure (+1), a low-resistance n+ layer 13' for the cathode region is laminated using an epitaxial growth method.The impurities in the p'' region 7 are diffused by the heat treatment in these two epitaxial steps, and the gate region 12 is However, since the impurity may be diffused too deeply and the concentration gradient at the junction of the gate region 12 becomes low, in order to make the concentration gradient at the junction of the gate region 12 steep, It is desirable to epitaxially grow the n-layer 3' of the resistor by a low-temperature growth method using optical excitation, etc. If the concentration gradient at the junction is steep, the spread of the depletion layer in the gate region becomes small. , the space between the gate regions can be widened,
It becomes possible to further lower the on-voltage.
ついで、第1図(jlにみるように、図示の半導体基板
1の右端のゲートのパッド用部分を絶縁領域11が露出
するように、n−層3′等を選択的にエツチングしてか
ら、第1図(k)にみるように、再度、CVD法で酸化
膜(SiOx膜)15を半導体基板1の上に積層する。Next, as shown in FIG. 1 (jl), the n-layer 3' and the like are selectively etched so that the insulating region 11 is exposed at the gate pad portion at the right end of the illustrated semiconductor substrate 1. As shown in FIG. 1(k), an oxide film (SiOx film) 15 is again laminated on the semiconductor substrate 1 by the CVD method.
この後、第1図(11にみるように、カソード電極用の
コンタト窓18およびゲート電極用のコンタクト窓19
を明ける。After this, as shown in FIG. 1 (11), the contact window 18 for the cathode electrode and the contact window 19 for the gate electrode are
Open the day.
そして、第1図(ロ))にみるように、ゲート電極23
、カソード電極24を形成するとともにアノード電極2
2を形成し、埋め込みゲート型の静電誘導サイリスクを
完成させた。Then, as shown in FIG. 1(b), the gate electrode 23
, forming the cathode electrode 24 and the anode electrode 2
2 and completed a buried gate type electrostatic induction silice.
完成した埋め込みゲート型静電誘導サイリスクは、半導
体基板1内において、ゲート領域12と直に接触する低
抵抗領域8がゲート領域12に沿うようにして設けられ
ている。この低抵抗領域8におけるゲート領域未接触域
は絶縁領域11で覆われ高比抵抗領域3との間の必要な
電気的絶縁が図られている。ゲート領域12は紙面と垂
直の方向に延びており、図示しない個所で繋がっている
。低抵抗領域8があるために、ゲート抵抗が全体にわた
って低いことは前述の通りである。In the completed buried gate type electrostatic induction silicon risk, a low resistance region 8 that is in direct contact with the gate region 12 is provided along the gate region 12 in the semiconductor substrate 1 . The non-contact area of the gate region in the low resistance region 8 is covered with an insulating region 11 to provide necessary electrical insulation from the high resistivity region 3. The gate regions 12 extend in a direction perpendicular to the plane of the paper and are connected at locations not shown. As described above, due to the presence of the low resistance region 8, the gate resistance is low throughout.
実施例2一
つぎに、実施例2の静電誘導サイリスクについて説明す
る。Example 2 Next, the electrostatic induction risk of Example 2 will be explained.
まず、第2図(a)〜(C)にみるように、実施例1と
同様にして、掘り込み(a)6を形成する。First, as shown in FIGS. 2(a) to 2(C), recesses (a) 6 are formed in the same manner as in Example 1.
ついで、第2図fdlにみるように、半導体基板lの上
に、掘り込み6が埋められるように、P型不純物が高い
濃度でドープされたドープドポリシリコン層40′を形
成する。続いて、ドープドポリシリコン層40′を、掘
り込み6部分に充填された部分だけを残して、通常の平
坦化エツチングの方法を利用して除去し、第2図(e)
にみるように、低抵抗領域40を形成する。Then, as shown in FIG. 2 fdl, a doped polysilicon layer 40' doped with a high concentration of P-type impurity is formed on the semiconductor substrate l so that the trench 6 is filled. Subsequently, the doped polysilicon layer 40' is removed using a normal planarization etching method, leaving only the portion filled in the trench 6, as shown in FIG. 2(e).
As shown in FIG. 2, a low resistance region 40 is formed.
ついで、第2図(flにみるように、半導体基板1の上
にCVD法による酸化膜41を全面的に積層してから、
第2図(g)にみるように、酸化膜4.41を低抵抗領
域40周辺部分だけは残すようにしてエツチング除去す
る。選択的に残された酸化膜部分が低抵抗領域40にお
けるゲート領域未接触域を覆う絶縁領域42である。こ
のあと、第2図(h)にみるように、高抵抗のn−層3
′をエピタキシャル成長性を使って積層する。このエビ
タキシャル工程での熱処理で、低抵抗領域8中にドープ
されているp型不純物の一部が拡散(オートトープ)さ
れ、第2図(hlにみるように、ゲート領域12が形成
される。Next, as shown in FIG.
As shown in FIG. 2(g), the oxide film 4.41 is removed by etching leaving only the area around the low resistance region 40. The selectively left oxide film portion is an insulating region 42 that covers the non-contact area of the gate region in the low resistance region 40. After this, as shown in FIG. 2(h), the high resistance n-layer 3
' are stacked using epitaxial growth. By the heat treatment in this epitaxial process, a part of the p-type impurity doped in the low resistance region 8 is diffused (autotoped), and a gate region 12 is formed as shown in FIG. 2 (hl). .
この後は、実施例1における第1図(i1〜(m)と同
様の工程を経て(同じであるので説明は省略する)、静
電誘導サイリスクが得られる。得られた静電誘導サイリ
スタでは、タングステンからなる低抵抗領域8の代わり
にドープドポリシリコンからなる低抵抗領域40が設け
られているとともに、ゲート領域12中のp型不純物が
低抵抗領域40から拡散されたものである点で実施例1
で得られたサイリスタと異なるだけである。After this, an electrostatic induction thyristor is obtained by going through the same steps as in FIG. , a low resistance region 40 made of doped polysilicon is provided in place of the low resistance region 8 made of tungsten, and the p-type impurity in the gate region 12 is diffused from the low resistance region 40. Example 1
It is only different from the thyristor obtained in .
この発明は、上記実施例に限らない。例えば、第1図あ
るいは第2図において、p型とn型が逆になったものが
、別の実施例として挙げられる。This invention is not limited to the above embodiments. For example, another embodiment may be one in which the p-type and n-type in FIG. 1 or 2 are reversed.
また、低抵抗領域の形成材料や形成方法が上記例示以外
のものであってもよい。Furthermore, the material and method for forming the low resistance region may be other than those exemplified above.
この発明にかかる埋め込みゲート型静電誘導半導体装置
は、埋め込みゲート型であるために低オン電圧特性が維
持され、低抵抗領域によりゲート抵抗がゲート電極から
の距離によってハラツクようなことなく全体にわたって
低くなっているため、オン・オフ動作時における立ち上
がり・立ち下がりの遅れが改善されている。Since the buried gate type electrostatic induction semiconductor device according to the present invention is of the buried gate type, low on-voltage characteristics are maintained, and the gate resistance is low throughout the device due to the low resistance region without being affected by the distance from the gate electrode. This improves the delay in rising and falling during on/off operation.
Claims (1)
備えるとともに、半導体基板内にゲート領域が埋め込ま
れている静電誘導半導体装置において、前記ゲート領域
には、これと直に接触する低抵抗領域がゲート領域に沿
うようにして形成されている埋め込みゲート型静電誘導
半導体装置。 2 低抵抗領域がゲート領域と同じ導電型の不純物を高
濃度にドープしたドープドポリシリコンからなり、ゲー
ト領域用の不純物拡散層の不純物が前記ドープドポリシ
リコンから拡散されたものである請求項1記載の埋め込
みゲート型静電誘導半導体装置。[Claims] 1. In an electrostatic induction semiconductor device including a cathode region and an anode region on the surface of a semiconductor substrate and a gate region embedded in the semiconductor substrate, the gate region has a structure in which the gate region is in direct contact with the cathode region and the anode region. A buried gate electrostatic induction semiconductor device in which a low resistance region is formed along a gate region. 2. A claim in which the low resistance region is made of doped polysilicon heavily doped with impurities of the same conductivity type as the gate region, and the impurity of the impurity diffusion layer for the gate region is diffused from the doped polysilicon. 1. The buried gate electrostatic induction semiconductor device according to 1.
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JP (1) | JPH03222364A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0745815A (en) * | 1993-07-28 | 1995-02-14 | Ngk Insulators Ltd | Semiconductor device and its manufacture |
-
1990
- 1990-01-26 JP JP1738690A patent/JPH03222364A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0745815A (en) * | 1993-07-28 | 1995-02-14 | Ngk Insulators Ltd | Semiconductor device and its manufacture |
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