JPH04229657A - Semiconductor element for electric power use provided with insulated gate - Google Patents

Semiconductor element for electric power use provided with insulated gate

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JPH04229657A
JPH04229657A JP3143449A JP14344991A JPH04229657A JP H04229657 A JPH04229657 A JP H04229657A JP 3143449 A JP3143449 A JP 3143449A JP 14344991 A JP14344991 A JP 14344991A JP H04229657 A JPH04229657 A JP H04229657A
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insulated gate
gate
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光彦 北川
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一郎 大村
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和也 中山
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Abstract

PURPOSE:To enhance the turn-off ability of the title element without lowering its turn-on ability by a-method wherein a gate part for turn-off use or for turn-on use is distributed so as to have two or more kinds of threshold voltages in individual parts on a pellet. CONSTITUTION:The title element is provided with a p-type emitter layer 11, an n-type base layer 1, a p-type base layer 2 and an n-type emitter layer 3. A channel region 8 for turn-off use is formed around the n-type emitter layer 3; a channel region 9 for turn-on use is formed around the p-type base layer 2. At a thyristor, provided with an insulated gate, in which many unit elements A, B on which insulated gate electrodes 7 have been formed on the regions have been arranged, the threshold voltage of turn-off channel regions 81 in each element A and the threshold voltage of turn-off regions 82 in each element B are set to different values. Thereby, while an excellent turn-off characteristic is being maintained, the turn-off ability of the title element can be enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[発明の目的][Object of the invention]

【0002】0002

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁ゲート付き電力用
半導体素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power semiconductor device with an insulated gate.

【0003】0003

【従来の技術】絶縁ゲート付き電力用半導体素子として
、従来よりGTOサイリスタ,IGBT,MOSFET
等が知られている。絶縁ゲート付きGTOサイリスタの
一つに、ターンオン用,ターンオフ用のゲート部を共に
絶縁ゲート構造として一つの共通ゲート端子を設けた、
MCT(Mos  Controled  Thyri
stor)と呼ばれるものがある。これは、p型ベース
層の外周部をターンオン用チャネル(nチャネル)とし
、p型ベース層内に形成されるn型エミッタ層内部にさ
らにn型エミッタ層と共にカソード電極に接続されるp
型層を設けて、n型エミッタ層の外周部をターンオフ用
チャネル(pチャネル)としたものである。
[Prior Art] GTO thyristors, IGBTs, and MOSFETs have conventionally been used as power semiconductor devices with insulated gates.
etc. are known. In one of the GTO thyristors with an insulated gate, both the turn-on and turn-off gate parts have an insulated gate structure and one common gate terminal is provided.
MCT (Mos Controlled Thyri)
There is something called stor. This uses the outer peripheral part of the p-type base layer as a turn-on channel (n-channel), and the p-type emitter layer formed in the p-type base layer is further connected to the cathode electrode together with the n-type emitter layer.
A type layer is provided, and the outer periphery of the n-type emitter layer is used as a turn-off channel (p channel).

【0004】この様なターンオン用チャネルおよびター
ンオフ用チャネルは、素子ペレット上にほぼ均一に分散
されて配置され、大電流を遮断する時の電流集中を防止
するように考慮されている。この場合、ペレット全体に
わたる均一なターンオフを保証するため、また最大ター
ンオフ能力を保証するため、ターンオフ用のpチャネル
部のしきい値はペレット全体にわたって等しい値になる
ように設計されている。ターンオン用nチャネルについ
ても同様にペレット全体の均一なターンオンを保証すべ
く、等しいしきい値電圧に設計されている。
[0004] Such turn-on channels and turn-off channels are arranged in a substantially uniformly distributed manner on the element pellet to prevent current concentration when cutting off a large current. In this case, the threshold of the p-channel section for turn-off is designed to be the same value throughout the pellet in order to ensure uniform turn-off throughout the pellet and to ensure maximum turn-off capability. Similarly, the turn-on n-channels are designed to have equal threshold voltages to ensure uniform turn-on of the entire pellet.

【0005】ところで、p型ベース層に直接ゲート電極
が接続された電流駆動型のGTOサイリスタと絶縁ゲー
ト構造のMCTとでは、ターンオフ時に流れるゲート電
流波形に大きな相違がでる。電流駆動型のGTOサイリ
スタでは、ゲート電流iG は外部ゲート回路によって
容易に制御する事ができ、したがってdiG /dtを
小さく設定することができる。これに対してMCTの場
合には、diG /dtは、絶縁ゲート端子に印加する
電圧がゲートしきい値電圧を越えるか否かにかかってい
るために、その制御範囲は狭い。実際には素子設計時に
ほぼdiG /dtが決まる。これは、ゲート回路を内
蔵するMCTと素子の外部にゲート回路を持つGTOの
本質的な相違である。この関係は図2に示した通りであ
って、GTOサイリスタでは小さいdiG /dtを得
ることができるが、MCTではこれができない。
By the way, there is a large difference in the waveform of the gate current flowing during turn-off between a current-driven GTO thyristor in which the gate electrode is directly connected to the p-type base layer and an MCT having an insulated gate structure. In a current-driven GTO thyristor, the gate current iG can be easily controlled by an external gate circuit, and therefore diG /dt can be set small. On the other hand, in the case of an MCT, diG /dt depends on whether the voltage applied to the insulated gate terminal exceeds the gate threshold voltage, so its control range is narrow. In reality, diG/dt is approximately determined at the time of device design. This is an essential difference between an MCT that has a built-in gate circuit and a GTO that has a gate circuit outside the device. This relationship is as shown in FIG. 2, and a small diG/dt can be obtained with a GTO thyristor, but this is not possible with an MCT.

【0006】この様にMCTでは、diG /dtの制
御範囲が小さいという性質が、素子の性能を最大限に引
き出す上で妨げになっている。具体的には、素子ペレッ
ト上でターンオフチャネルのしきい値にばらつきがある
と容易に電流集中が生じ、素子破壊に至る。この電流集
中を抑制してターンオフ損失を低減するためには、ペレ
ット上の単位エレメントを小さくすること、すなわちカ
ソードパターンを微細化することが有効である。しかし
この様にすると、ターンオフ能力は向上するが、カソー
ド・エミッタの注入効率が低下し、ターンオン特性が低
くなる。
[0006] As described above, in MCT, the characteristic that the control range of diG/dt is small is an obstacle to maximizing the performance of the device. Specifically, if there are variations in the threshold values of turn-off channels on the device pellet, current concentration easily occurs, leading to device destruction. In order to suppress this current concentration and reduce turn-off loss, it is effective to make the unit element on the pellet smaller, that is, to make the cathode pattern finer. However, in this case, although the turn-off ability is improved, the injection efficiency of the cathode/emitter is lowered, and the turn-on characteristics are deteriorated.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、MCT
においては、ターンオフ能力が低く、特にペレット上の
各部のしきい値電圧の製造上のばらつきによってターン
オフ能力は大きく低下し、これを改善しようとするとタ
ーンオン能力が低くなるという問題があった。同様の問
題は、MCTに限らず、絶縁ゲート構造を持つ他の電力
用半導体素子にもある。
[Problem to be solved by the invention] As mentioned above, MCT
However, there was a problem in that the turn-off ability was low, and in particular, the turn-off ability was greatly reduced due to manufacturing variations in the threshold voltage of various parts on the pellet, and any attempt to improve this would result in a lower turn-on ability. Similar problems exist not only in MCTs but also in other power semiconductor devices having an insulated gate structure.

【0008】本発明はこの様な問題を解決して、ターン
オン能力を低下させることなくターンオフ能力を向上さ
せた絶縁ゲート付き電力用半導体素子を提供することを
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve these problems and provide a power semiconductor device with an insulated gate that has improved turn-off ability without reducing turn-on ability.

【0009】[発明の構成][Configuration of the invention]

【0010】0010

【課題を解決するための手段】本発明は、第1に、ター
ンオン用またはターンオフ用の少くとも一方のゲート部
を絶縁ゲート構造として半導体素子ペレット上に分散さ
せて配置した電力用半導体素子において、ターンオン用
またはターンオフ用の少くとも一方のゲート部を、ペレ
ット上各部で二種以上の異なるしきい値電圧を持たせて
分布させたことを特徴としている。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides, firstly, a power semiconductor device in which at least one gate portion for turn-on or turn-off has an insulated gate structure and is distributed over a semiconductor device pellet. It is characterized in that at least one of the gate parts for turn-on and turn-off is distributed with two or more different threshold voltages at each part on the pellet.

【0011】本発明は、第2に、ターンオフ用またはタ
ーンオン用の少なくとも一方のゲート部を絶縁ゲート構
造として半導体素子ペレット上に分散させて配置した電
力用半導体素子において、ターンオン用またはターンオ
フ用の少なくとも一方のゲート部をストライプ状パター
ンの埋込みゲート構造として、この埋込みゲートの一方
に隣接するキャリア排出チャネルが形成される領域と他
方に隣接するエミッタ領域とが微小間隔をもって交互に
配列されていることを特徴としている。
Second, the present invention provides a power semiconductor device in which at least one gate portion for turn-off or turn-on has an insulated gate structure and is arranged dispersedly on a semiconductor device pellet. One of the gates has a buried gate structure with a striped pattern, and a region adjacent to one side of this buried gate where a carrier discharge channel is formed and an emitter region adjacent to the other side are arranged alternately with minute intervals. It is a feature.

【0012】本発明は、第3に、ターンオフ用またはタ
ーンオン用の少なくとも一方のゲート部を絶縁ゲート構
造として半導体素子ペレット上に分散させて配置した電
力用半導体素子において、エミッタ電極側に接してオン
時にキャリア注入を行うエミッタ層とターンオフ時にキ
ャリア排出を行うベース層とが微小間隔をもって交互に
配列形成され、かつこれらのエミッタ層とベース層の間
に絶縁膜が埋込み形成されていることを特徴としている
Thirdly, the present invention provides a power semiconductor device in which at least one gate portion for turn-off or turn-on has an insulated gate structure and is arranged dispersedly on a semiconductor device pellet. The emitter layer, which injects carriers at times, and the base layer, which discharges carriers at turn-off, are arranged alternately with minute intervals, and an insulating film is embedded between these emitter layers and the base layer. There is.

【0013】本発明は、第4に、ターンオフ用またはタ
ーンオン用の少なくとも一方のゲート部を絶縁ゲート構
造として半導体素子ペレット上に分散させて配置した電
力用半導体素子において、少なくともターンオフ用のゲ
ート部が複数本のストライプ状パターンを持った埋込み
ゲート構造として配列され、各埋込みゲートの一方に隣
接するベース領域と他方に隣接するエミッタ領域とが交
互に配列され、かつ埋込みゲート間のベース層の不純物
濃度と幅がゲート電圧印加によりキャリア引出し抵抗が
実質的に制御されるように設定されていることを特徴と
している。
Fourthly, the present invention provides a power semiconductor device in which at least one of the gate portions for turn-off and turn-on has an insulated gate structure and is arranged dispersedly on a semiconductor device pellet. The buried gate structure is arranged as a buried gate structure having a plurality of striped patterns, and the base region adjacent to one side of each buried gate and the emitter region adjacent to the other side are arranged alternately, and the impurity concentration of the base layer between the buried gates is and the width thereof are set so that the carrier extraction resistance is substantially controlled by applying a gate voltage.

【0014】[0014]

【作用】第1の発明によれば、意図的にペレット上各部
のターンオフ用チャネルのしきい値電圧を二種以上の異
なる値に設計して分布させ、ゲート電圧波形を選ぶこと
によって、多数のターンオフチャネルを時間的にずらし
てオンさせることができる。これによりペレット全体の
全体のターンオフチャネルを流れるオフゲート電流の変
化diG /dtの制御範囲を等価的に大きくすること
ができる。ターンオン用チャネルに二種以上のしきい値
を持たせた場合にも、同様である。この場合、ターンオ
フ時にはまずターンオフチャネルをオフにし、ついでし
きい値電圧の異なるターンオンチャネルを順次オフにす
る。これにより、効果的に電流集中を抑制することがで
きる。またペレット内でのしきい値電圧に意図的にばら
つきを与えることによって、製造上のしきい値電圧のば
らつきの影響を相対的に低減することもできる。以上に
より、最大ターンオフ電流を十分大きく保ちながら、タ
ーンオフ時の電流集中を効果的に抑制することができ、
MCT等のターンオフ能力を、ターンオン能力を低減す
ることなく向上させることができる。
[Operation] According to the first invention, by intentionally designing and distributing the threshold voltage of the turn-off channel in each part on the pellet to two or more different values, and by selecting the gate voltage waveform, a large number of The turn-off channels can be turned on at different times. This makes it possible to equivalently widen the control range of the change diG /dt in the off-gate current flowing through the entire turn-off channel of the entire pellet. The same applies when the turn-on channel has two or more threshold values. In this case, at turn-off, the turn-off channel is first turned off, and then the turn-on channels having different threshold voltages are sequentially turned off. Thereby, current concentration can be effectively suppressed. In addition, by intentionally varying the threshold voltage within the pellet, it is possible to relatively reduce the influence of variations in threshold voltage during manufacturing. With the above, it is possible to effectively suppress current concentration at turn-off while keeping the maximum turn-off current sufficiently large.
The turn-off ability of MCT etc. can be improved without reducing the turn-on ability.

【0015】第2の発明によれば、埋込みゲート構造の
採用によってペレット内に微細エミッタを多数微小間隔
で配列することによって、エミッタ注入効率を高く保ち
、ターンオン能力を低下させることなく、高いターンオ
フ能力を得ることができる。第3の発明によれば、エミ
ッタ電極に接して微小間隔でp型層とn型層が交互に配
列形成されたエミッタ短絡構造において、そのpn接合
部に絶縁膜を埋め込むことにより、エミッタ注入効率を
高く維持しながら、ターンオフ時のキャリア排出を速や
かに行うことができる。したがってやはり、ターンオン
能力を損なうことなく、ターンオフ能力を向上させるこ
とができる。
According to the second invention, by employing a buried gate structure and arranging a large number of fine emitters at minute intervals within the pellet, emitter injection efficiency can be kept high and turn-off ability can be achieved without reducing turn-on ability. can be obtained. According to the third invention, in an emitter short-circuit structure in which p-type layers and n-type layers are alternately arranged at minute intervals in contact with an emitter electrode, the emitter injection efficiency is improved by embedding an insulating film in the pn junction. It is possible to quickly discharge carriers at turn-off while maintaining a high value. Therefore, the turn-off ability can be improved without impairing the turn-on ability.

【0016】第4の発明によれば、埋込みゲート間隔と
ベース層不純物濃度の設計によって、ターンオン時はエ
ミッタ短絡部のベース層の実効的な幅を狭く(すなわち
抵抗が実質的に大きく)なり、高いエミッタ注入効率を
確保することができる。ターンオフ時は逆にエミッタ短
絡部のベース層はキャリア蓄積によって抵抗が小さくな
り、十分なキャリア排出効果を得る事ができる。
According to the fourth invention, by designing the buried gate interval and the base layer impurity concentration, the effective width of the base layer of the emitter short-circuit portion is narrowed (that is, the resistance is substantially increased) at turn-on, High emitter injection efficiency can be ensured. On the other hand, during turn-off, the resistance of the base layer at the emitter short-circuit portion decreases due to carrier accumulation, and a sufficient carrier discharge effect can be obtained.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。[Examples] Examples of the present invention will be described below.

【0018】図1(a) (b) 、一実施例のMCT
の概略レイアウトとそのA―A′断面図であり、図2は
、その一つのエレメントの拡散層レイアウトである。図
1(a) に示すようにこの実施例のMCTでは、ペレ
ット上でターンオンチャネルにより囲まれた複数のエレ
メントが配列形成されており、図の二種のエレメントA
,Bはターンオフチャネルのしきい値電圧が異なる値に
設定されている。即ち、しきい値電圧がVth1 のタ
ーンオフチャネルを持つエレメントAと、しきい値電圧
がVth2 のターンオフチャネルを持つエレメントB
とが交互に配列された状態で形成されている。
FIG. 1(a)(b), MCT of one embodiment
2 is a schematic layout and its AA' cross-sectional view, and FIG. 2 is a diffusion layer layout of one element. As shown in FIG. 1(a), in the MCT of this example, a plurality of elements surrounded by turn-on channels are arranged on the pellet, and two types of elements A in the figure are formed.
, B have threshold voltages of turn-off channels set to different values. That is, element A has a turn-off channel with a threshold voltage of Vth1, and element B has a turn-off channel with a threshold voltage of Vth2.
are arranged alternately.

【0019】具体的な素子断面構造は、図1(b) に
示す通りである。n型ベース層1の一方の面に、この実
施例の場合一つのエレメントに対応して一つのp型ベー
ス層2とその中に一つのn型エミッタ層3が形成されて
いる。n型エミッタ層3内には、ターンオフ用MOSF
ETのソースとなるp+ 型拡散層4が形成され、カソ
ード電極5はn型エミッタ層とこのp+ 型拡散層4に
同時にコンタクトして配設されている。n型エミッタ層
3の外周部がターンオフチャネル領域8(81 ,82
 )であり、n型エミッタ層3とn型ベース層1により
挟まれたp型ベース層2の外周部がターンオンチャネル
領域9であって、これらの領域に共通にゲート絶縁膜6
を介してゲート電極7が配設されている。
A specific cross-sectional structure of the element is shown in FIG. 1(b). In this embodiment, one p-type base layer 2 and one n-type emitter layer 3 are formed on one surface of the n-type base layer 1, corresponding to one element. In the n-type emitter layer 3, there is a turn-off MOSF
A p+ type diffusion layer 4 serving as a source of ET is formed, and a cathode electrode 5 is disposed in contact with the n type emitter layer and this p+ type diffusion layer 4 at the same time. The outer periphery of the n-type emitter layer 3 forms a turn-off channel region 8 (81, 82).
), the outer periphery of the p-type base layer 2 sandwiched between the n-type emitter layer 3 and the n-type base layer 1 is a turn-on channel region 9, and a gate insulating film 6 is commonly formed in these regions.
A gate electrode 7 is provided via the gate electrode 7.

【0020】エレメントAのターンオフチャネル領域8
1 のしきい値はVth1 であり、エレメントBのタ
ーンオフチャネル領域82 のしきい値はVth1 と
は異なるVth2 に設定されている。ターンオンチャ
ネル領域9は、すべてのエレメントA,Bを取り囲んで
形成されて一定のしきい値に設定されている。
Turn-off channel region 8 of element A
1 is set to Vth1, and the threshold of the turn-off channel region 82 of element B is set to Vth2, which is different from Vth1. The turn-on channel region 9 is formed surrounding all the elements A and B and is set to a constant threshold value.

【0021】n型ベース層1の他方の面には、n型バッ
ファ層10を介してp型エミッタ層11が形成され、こ
のp型エミッタ層11にアノード電極12が形成されて
いる。
A p-type emitter layer 11 is formed on the other surface of the n-type base layer 1 via an n-type buffer layer 10, and an anode electrode 12 is formed on this p-type emitter layer 11.

【0022】なお図では、説明を簡単にするため一つの
エレメント内に一つのn型エミッタ層がある場合を示し
たが、実際の大電力用素子ではその一つのエレメント内
に複数本のn型エミッタ層が形成され、したがって一つ
のエレメント内に多数本のターンオフチャネル領域が形
成される。
Although the figure shows a case where there is one n-type emitter layer in one element to simplify the explanation, in actual high-power elements, there are multiple n-type emitter layers in one element. An emitter layer is formed, thus forming multiple turn-off channel regions within one element.

【0023】この実施例によれば、MCTペレット上で
各部のターンオフチャネルのしきい値を二種に設定して
異なるしきい値のターンオフチャネルを分布させている
ため、結果的にdiG /dtの制御範囲は大きくなる
。 その様子を図3に破線で示す。この様にターンオフ時、
従来に比べてdiG /dtを小さくすることによって
、電流集中を抑制して高いターンオフ能力を得ることが
できる。また、意図的に二種のしきい値電圧を持たせる
ことは、製造上のしきい値電圧のばらつきの影響を相対
的に減ずることになる。これもターンオフ時の電流集中
を抑制する効果に結び付く。以上の結果、この実施例に
よれば、高いターンオン能力を保ちながら高いターンオ
フ能力を持つMCTを得ることができる。
According to this embodiment, the threshold values of the turn-off channels of each part on the MCT pellet are set to two types, and the turn-off channels with different threshold values are distributed, so that as a result, the diG/dt is The control range becomes larger. This situation is shown in FIG. 3 by the broken line. In this way, at turn-off,
By making diG /dt smaller than in the past, current concentration can be suppressed and high turn-off capability can be obtained. In addition, intentionally providing two types of threshold voltages relatively reduces the influence of variations in threshold voltages during manufacturing. This also leads to the effect of suppressing current concentration at turn-off. As a result of the above, according to this embodiment, an MCT having high turn-off ability while maintaining high turn-on ability can be obtained.

【0024】図4および図5はしきい値電圧の異なるタ
ーンオフチャネルを持つエレメントAとBのペレット上
の配列の変形例である。これらのエレメント配列によっ
ても、先の実施例と同様の効果が期待できる。
FIGS. 4 and 5 show variations of the arrangement of elements A and B on a pellet with turn-off channels of different threshold voltages. By arranging these elements, the same effects as in the previous embodiment can be expected.

【0025】図6〜図8は、別の実施例のMCTの一つ
のエレメントの構造を示す。それぞれ、(a) がレイ
アウト、(b) がそのA―A′断面図、(c) が同
じくB−B′断面図である。図1と対応する部分には図
1と同一符号を付して詳細な説明は省略する。先の実施
例では、一つのエレメント内ではターンオフチャネル領
域のしきい値電圧は一定としたが、これらに実施例では
、一つのエレメント内でターンオフチャネル領域が二種
以上のしきい値を持つように設定されている。
FIGS. 6-8 show the structure of one element of the MCT of another embodiment. (a) is a layout, (b) is a sectional view taken along line AA', and (c) is a sectional view taken along line BB'. Components corresponding to those in FIG. 1 are given the same reference numerals as those in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted. In the previous embodiments, the threshold voltage of the turn-off channel region was constant within one element, but in these embodiments, the turn-off channel region may have two or more threshold voltages within one element. is set to .

【0026】例えば、図6の実施例では、閉路をなすタ
ーンオフチャネル領域8のうち、(a) のレイアウト
上で縦方向に走るチャネル領域81 のしきい値がVt
h1 に設定され、横方向に走るチャネル領域82 の
しきい値がVth1 とは異なるVth2 に設定され
ている。図7の実施例ではこのしきい値電圧の異なるチ
ャネル領域をより細分化している。図8の実施例の場合
は、ターンオフチャネル領域8に三種のしきい値を持た
せている。すなわちチャネル領域81 ではVth1 
、チャネル領域82 ではVth2 ,チャネル領域8
3 ではVth3 という具合にしきい値電圧が設定さ
れている。
For example, in the embodiment shown in FIG. 6, among the turn-off channel regions 8 forming a closed circuit, the threshold value of the channel region 81 running in the vertical direction on the layout of (a) is Vt.
h1, and the threshold value of the channel region 82 running in the lateral direction is set to Vth2, which is different from Vth1. In the embodiment of FIG. 7, the channel regions having different threshold voltages are further divided. In the embodiment of FIG. 8, the turn-off channel region 8 has three types of threshold values. That is, in the channel region 81, Vth1
, Vth2 in channel region 82 , channel region 8
3, the threshold voltage is set to Vth3.

【0027】これら図6〜図8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。
The embodiments shown in FIGS. 6 to 8 also provide the same effects as the previous embodiments.

【0028】図9(a) (b) (c) は、別の実
施例のMCTの一つのエレメントのレイアウトとそのA
―A′およびB−B′断面図である。これまでの実施例
と異なってこの実施例では、一つのエレメントを取り囲
むターンオンチャネル領域9がしきい値一定ではなく、
しきい値Vth3 のチャネル領域91 とこれとは異
なるしきい値Vth4 のチャネル領域92 とから構
成されている。ターンオフチャネル領域8については、
先の各実施例と同様に二種以上のしきい値に設定するこ
とが好ましいが、一定でもよい。
FIGS. 9(a), (b), and (c) show the layout of one element of MCT of another embodiment and its A.
-A' and BB' sectional views. Unlike the previous embodiments, in this embodiment the turn-on channel region 9 surrounding one element does not have a constant threshold;
It is composed of a channel region 91 having a threshold value Vth3 and a channel region 92 having a different threshold value Vth4. Regarding the turn-off channel region 8,
As in the previous embodiments, it is preferable to set two or more types of threshold values, but the threshold values may be constant.

【0029】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。すなわちターンオンチャネルをオフに
するときに、まずターンオフチャネルをオフにした後、
ターンオンチャネルのしきい値電圧の異なる領域が時間
的にずれてオフするようにゲート電圧波形を設定するこ
とによって、ターンオフ時の電流集中を抑制することが
できるからである。具体的な電圧波形は後に説明する。
This embodiment also provides the same effects as the previous embodiment. In other words, when turning off the turn-on channel, first turn off the turn-off channel, and then
This is because current concentration at turn-off can be suppressed by setting the gate voltage waveform so that regions with different threshold voltages of the turn-on channel are turned off with a time lag. The specific voltage waveform will be explained later.

【0030】図10(a) (b) (c) はさらに
別の実施例のMCTの隣接する二つのエレメント部分の
レイアウトとそのA―A′断面図およびB−B′断面図
である。この実施例では、図9の実施例と異なり、一つ
のエレメント内でターンオンチャネルのしきい値は均一
であるが、隣接する二つのエレメントの一方のターンオ
ンチャネル領域91 はしきい値Vth3 に設定され
、他方のターンオンチャネル領域92 はVth3 と
異なるしきい値Vth4 に設定されている。この様な
異なるしきい値のターンオンチャネルを持つエレメント
をペレット上に分散配置することによって、上記各実施
例と同様の効果が得られる。
FIGS. 10(a), 10(b), and 10(c) are layouts of two adjacent element portions of an MCT according to yet another embodiment, and sectional views taken along line AA' and line BB'. In this embodiment, unlike the embodiment of FIG. 9, the threshold of the turn-on channel is uniform within one element, but the turn-on channel region 91 of one of the two adjacent elements is set to the threshold Vth3. , the other turn-on channel region 92 is set to a threshold value Vth4 different from Vth3. By distributing elements having turn-on channels with different threshold values on the pellet, the same effects as in each of the above embodiments can be obtained.

【0031】図11はアノード側にも絶縁ゲート構造を
導入した実施例である。p型エミッタ層11が選択的に
形成され、その中にn+ 型層13が拡散形成され、ア
ノード電極12はp型エミッタ層11と同時にこのn+
型層13にもコンタクトしている。そしてp型エミッタ
層11の外周部をチャネル領域16としてこの領域上に
ゲート絶縁膜14を介してゲート電極15が形成されて
いる。この構造の素子においても、先の各実施例と同様
にエレメント間或いはエレメント内で各チャネル領域8
,9,16のしきい値に所定の分布を与えることによっ
て、先の各実施例と同様の効果を得ることができる。
FIG. 11 shows an embodiment in which an insulated gate structure is also introduced on the anode side. A p-type emitter layer 11 is selectively formed, an n+-type layer 13 is diffused therein, and an anode electrode 12 is formed at the same time as the p-type emitter layer 11.
It is also in contact with the mold layer 13. The outer peripheral portion of the p-type emitter layer 11 is used as a channel region 16, and a gate electrode 15 is formed on this region with a gate insulating film 14 interposed therebetween. In the element with this structure, each channel region 8 is separated between or within the elements as in the previous embodiments.
, 9, and 16, the same effects as in the previous embodiments can be obtained.

【0032】以上の実施例に於いて、n− 型ベース層
1の不純物濃度NB (/cm3 )と厚みW(cm)
は、ターンオフ特性の向上の観点からは、 1.5×1014<NB /W<2.5×1014の範
囲に設定し、またターンオン特性の向上の観点からは、 NB /W>2.5×1014 の範囲に設定することが好ましい。
In the above embodiment, the impurity concentration NB (/cm3) and the thickness W (cm) of the n- type base layer 1 are
is set in the range of 1.5×1014<NB/W<2.5×1014 from the viewpoint of improving turn-off characteristics, and NB/W>2.5× from the viewpoint of improving turn-on characteristics. It is preferable to set it in the range of 1014.

【0033】図12〜図15は本発明を適用することに
より性能向上が期待される具体的な素子構造例である。
FIGS. 12 to 15 show specific examples of device structures in which performance is expected to be improved by applying the present invention.

【0034】図12では、厚いp− 型ベースを用いて
、上面側をアノード,下面側をカソードとして、エレメ
ントをストライプ状パターンをもって形成する構造を示
している。CH1 がターンオンチャネル、CH2 お
よびCH3 がターンオフチャネルである。
FIG. 12 shows a structure in which elements are formed in a striped pattern using a thick p-type base, with the upper surface serving as an anode and the lower surface serving as a cathode. CH1 is a turn-on channel, and CH2 and CH3 are turn-off channels.

【0035】図13では、ターンオンチャネル領域を制
御する第1のゲート電極71 とターンオフチャネル領
域8を制御する第2のゲート電極72 が別々に形成さ
れている。第1のゲート電極71 は通常の平面型の絶
縁ゲート構造である。第2のゲート電極72 はn型エ
ミッタ層3を突き抜ける深さに溝を形成してここに埋め
込まれている。これらの溝に沿ってその上部にp+ 型
拡散層4が形成されていて、ターンオフチャネル領域8
は溝の側壁に縦型に形成されている。
In FIG. 13, a first gate electrode 71 that controls the turn-on channel region and a second gate electrode 72 that controls the turn-off channel region 8 are formed separately. The first gate electrode 71 has a normal planar insulated gate structure. The second gate electrode 72 is embedded in a trench formed deep enough to penetrate the n-type emitter layer 3. A p+ type diffusion layer 4 is formed along and above these grooves, and a turn-off channel region 8 is formed.
is formed vertically on the side wall of the groove.

【0036】図14は図13を変形した実施例である。 図13と同様にn型エミッタ層3を突き抜ける形で溝が
形成され、ここに第2のゲート電極72 がストライプ
パターンをもって埋め込まれている。第2のゲート電極
72 で囲まれた領域は、交互にn型エミッタ層として
働く部分とp型拡散層4が形成されてチャネル領域8が
形成される部分とが配列される。すなわちp型拡散層4
が形成された領域の第2のゲート電極7で囲まれた部分
に縦型のターンオフチャネル領域8が形成される。
FIG. 14 shows an embodiment that is a modification of FIG. 13. Similar to FIG. 13, a groove is formed penetrating through the n-type emitter layer 3, and a second gate electrode 72 is embedded therein in a striped pattern. In the region surrounded by the second gate electrode 72, portions serving as n-type emitter layers and portions where p-type diffusion layer 4 is formed and channel region 8 is formed are arranged alternately. That is, p-type diffusion layer 4
A vertical turn-off channel region 8 is formed in the region surrounded by the second gate electrode 7.

【0037】図13の構造は、埋込みゲートを採用して
いるが、n型エミッタ層3とこれをp型ベースと短絡す
るためのターンオフチャネル領域8が形成される領域が
同じ領域にある点で従来構造と変わらない。この図14
の実施例においては、カソード電極5に接続されてキャ
リア注入を行うn型エミッタ層3と、p型エミッタ層4
をp型ベース層2と短絡するターンオフチャネル領域8
が形成される領域とは、埋込みゲート電極7によって互
いに分離されて交互に配列された構造となっている。こ
れは、微細構造のn型エミッタを例えば10μmという
微小間隔で分散配置して高い注入効率を維持しながら電
流集中を効果的に抑制する上で好ましい構造である。
The structure shown in FIG. 13 employs a buried gate, but is different in that the region where the n-type emitter layer 3 and the turn-off channel region 8 for short-circuiting it with the p-type base are formed in the same region. No different from the conventional structure. This figure 14
In this embodiment, an n-type emitter layer 3 connected to a cathode electrode 5 for carrier injection, and a p-type emitter layer 4
a turn-off channel region 8 that short-circuits the p-type base layer 2 with the p-type base layer 2;
The regions where the gate electrodes are formed have a structure in which they are separated from each other by the buried gate electrodes 7 and arranged alternately. This is a preferred structure for effectively suppressing current concentration while maintaining high injection efficiency by distributing finely structured n-type emitters at minute intervals of, for example, 10 μm.

【0038】またこの図14の実施例では、アノード側
にも埋込み構造の第3のゲート電極が形成されている。 すなわちp型エミッタ層11を貫通するストライプパタ
ーンの溝が形成され、これにゲート絶縁膜14を介して
第3のゲート電極15が埋め込まれる。第3のゲート電
極15で挟まれた領域はカソード側と同様に交互にp型
エミッタ層11が露出する部分とn型拡散層13を形成
した部分とが配置されている。n型拡散層13を形成し
た領域の溝側壁にターンオフチャネル領域16が形成さ
れる。
In the embodiment shown in FIG. 14, a buried third gate electrode is also formed on the anode side. That is, a stripe pattern groove is formed passing through the p-type emitter layer 11, and the third gate electrode 15 is embedded in this groove with the gate insulating film 14 interposed therebetween. In the region sandwiched between the third gate electrodes 15, similar to the cathode side, portions where the p-type emitter layer 11 is exposed and portions where the n-type diffusion layer 13 is formed are arranged alternately. A turn-off channel region 16 is formed on the trench sidewall in the region where the n-type diffusion layer 13 is formed.

【0039】図15は、カソード側に形成されるターン
オン用の第1のゲート電極71 をターンオフ用の第2
のゲート電極72 と同様に埋込み構造とした実施例で
ある。この構造では、小さい面積に大電力用のMCTエ
レメントを形成することができる。
FIG. 15 shows a first gate electrode 71 for turn-on formed on the cathode side and a second gate electrode 71 for turn-off formed on the cathode side.
This embodiment has a buried structure similar to the gate electrode 72 shown in FIG. With this structure, an MCT element for high power can be formed in a small area.

【0040】以上に例示した図12〜図15の素子構造
において、その各チャネル領域に先の各実施例で説明し
たようなしきい値分布を与えることによって、先の各実
施例と同様の効果が得られる。なお図14,図15の埋
込みゲート構造は、異なるしきい値電圧のチャネル領域
を分布させることをしなくても、ターンオン能力を損な
うことなくターンオフ能力を改善するという同様の効果
が得られる。これは、チャネルを縦方向に形成して、微
細エミッタをペレット内に多数に分割して、例えば10
μmという微小間隔で配置することができ、これによっ
て高いエミッタ注入効率を維持しながら、ターンオフ時
の電流集中を十分抑制することができるからである。
In the device structures of FIGS. 12 to 15 exemplified above, by giving each channel region the threshold distribution as explained in each of the previous embodiments, the same effects as in each of the previous embodiments can be obtained. can get. Note that the buried gate structures shown in FIGS. 14 and 15 can obtain the same effect of improving turn-off ability without impairing turn-on ability without distributing channel regions with different threshold voltages. This is done by forming channels vertically and dividing the fine emitters into many parts within the pellet, e.g.
This is because they can be arranged at microscopic intervals of μm, thereby making it possible to sufficiently suppress current concentration during turn-off while maintaining high emitter injection efficiency.

【0041】図16は以上の実施例のMCTにおいて、
ターンオフチャネルに二つのしきい値電圧VthA,V
thBを与えた場合の、ターンオフゲートに印加するゲ
ート電圧波形とそれに対応するゲート電流波形の例であ
る。 図に示すようにゲート電圧をしきい値電圧VthA,V
thBとの関係で二段階に上げることによって、ペレッ
ト内のターンオフチャネルを時間的にずらしてオンさせ
る。 これにより、ペレット全面について一斉にターンオフチ
ャネルをオンする場合に比べてゲート電流の急峻な変化
と集中を緩和することができ、前述のように電流集中が
抑制される。
FIG. 16 shows the MCT of the above embodiment,
Two threshold voltages VthA, V on the turn-off channel
This is an example of the gate voltage waveform applied to the turn-off gate and the corresponding gate current waveform when thB is applied. As shown in the figure, the gate voltage is set to the threshold voltage VthA, V
The turn-off channel within the pellet is turned on with a temporal shift by increasing the amount in two steps in relation to thB. As a result, compared to the case where the turn-off channels are turned on all over the pellet at once, it is possible to reduce the sharp change and concentration of the gate current, and as described above, the current concentration is suppressed.

【0042】図17は、図9や図10等の実施例のよう
にターンオンチャネルに二つのしきい値電圧VthA,
VthBを与えた時のターンオフ時のゲート電圧波形の
例である。図示のようにターンオンチャネルが開いてい
る状態でターンオフ用ゲート電極にオフゲート電圧VG
(OFF)を与え、主電流がオンチャネルに集中的に流
れる状態とした後に、しきい値電圧が二種あるターンオ
ンチャネルのゲート電圧VG(ON) を段階的に下げ
ることによって、しきい値の異なるターンオンチャネル
を時間的にずらしてオフすることができる。これによっ
て、ターンオフ時の電流集中を抑制することが可能であ
る。
FIG. 17 shows that two threshold voltages VthA and VthA are applied to the turn-on channel as in the embodiments shown in FIGS.
This is an example of a gate voltage waveform at turn-off when VthB is applied. As shown in the figure, when the turn-on channel is open, the off-gate voltage VG is applied to the turn-off gate electrode.
(OFF) so that the main current flows intensively to the on-channel, and then the gate voltage VG(ON) of the turn-on channel, which has two types of threshold voltages, is lowered stepwise to increase the threshold voltage. Different turn-on channels can be turned off in a staggered manner. This makes it possible to suppress current concentration during turn-off.

【0043】以上では、各チャネル領域のしきい値を二
種以上の異なる値に設定する方法については具体的に説
明しなかったが、これは通常のMOS技術においてよく
知られた方法を用いることができる。例えば図18は、
一つのn型エミッタ層3を不純物濃度の異なる二つの拡
散層31 ,32 をオーバーラップさせて形成するこ
とにより、チャネル領域81 と82 のしきい値を異
ならせる方法を示している。この他部分的に放射線を照
射する方法、ゲート絶縁膜の膜厚を変化させる方法等に
よりしきい値に分布を持たせることができる。
Although the method for setting the threshold value of each channel region to two or more different values has not been specifically explained above, this method can be done by using a method well known in ordinary MOS technology. I can do it. For example, in Figure 18,
A method is shown in which the threshold values of channel regions 81 and 82 are made different by forming one n-type emitter layer 3 by overlapping two diffusion layers 31 and 32 having different impurity concentrations. In addition, the threshold value can be made to have a distribution by a method of partially irradiating radiation, a method of changing the thickness of the gate insulating film, or the like.

【0044】図19は本発明のMCTのターンオフ損失
を従来の素子と比較して示したものであり、図20は同
じく最大ターンオフ電流密度を比較して示したものであ
る。
FIG. 19 shows a comparison of the turn-off loss of the MCT of the present invention with that of a conventional element, and FIG. 20 shows a comparison of the maximum turn-off current density.

【0045】図21は、光トリガによるゲート駆動部2
0をペレット上に一体形成した場合の実施例である。図
示のように主電流を制御するゲート信号を外部からの光
信号により形成して供給するようにした素子に於いても
、本発明を適用することは有効である。
FIG. 21 shows the gate driving section 2 using an optical trigger.
This is an example in which 0 is integrally formed on a pellet. As shown in the figure, the present invention can also be effectively applied to an element in which a gate signal for controlling the main current is formed and supplied by an external optical signal.

【0046】図22は、カード側に図14の構造を採用
し、アノード側に図13の構造を採用した実施例のMC
Tである。
FIG. 22 shows an MC of an embodiment in which the structure of FIG. 14 is adopted on the card side and the structure of FIG. 13 is adopted on the anode side.
It is T.

【0047】図23は、図14に示した埋込みゲート構
造をIGBTに適用した実施例である。n型ベース層1
の表面に形成されるp型ベース層2を貫通するようにス
トライプ状パターンをもって溝が形成され、この溝にゲ
ート絶縁膜6を介してゲート電極7が埋込み形成されて
いる。この埋込みゲート電極7により挟まれた領域は、
交互にp型ベース層2のみの領域とその中にn型エミッ
タ層3が形成された領域となっている。n型エミッタ層
(ソース層)3が形成された領域のp型ベース層2の溝
側がゲート電極7により制御されて素子のターンオンお
よびターンオフを行うチャネル領域21となっている。 カソード電極(ソース電極)5は、p型ベース層2とn
型エミッタ層3に同時にコンタクトするように配設され
ている。
FIG. 23 shows an embodiment in which the buried gate structure shown in FIG. 14 is applied to an IGBT. n-type base layer 1
A groove is formed in a striped pattern so as to penetrate through the p-type base layer 2 formed on the surface of the p-type base layer 2, and a gate electrode 7 is buried in this groove with a gate insulating film 6 interposed therebetween. The region sandwiched between the buried gate electrodes 7 is
A region of only the p-type base layer 2 and a region of the n-type emitter layer 3 are formed alternately. The groove side of the p-type base layer 2 in the region where the n-type emitter layer (source layer) 3 is formed serves as a channel region 21 that is controlled by the gate electrode 7 to turn on and turn off the device. A cathode electrode (source electrode) 5 has a p-type base layer 2 and an n-type base layer 2.
They are arranged so as to contact the mold emitter layer 3 at the same time.

【0048】この実施例のIGBTにおいても、図14
や図15のMCTと同様に、微細構造のエミッタを微小
間隔で多数配列することができ、これにより高いターン
オン能力を保ちながら、ターンオフ能力を改善すること
が可能である。また図14や図15と同様にチャネル領
域21のしきい値に分布を持たせることにより、一層タ
ーンオフ能力を改善することができる。
In the IGBT of this embodiment as well, FIG.
Similarly to the MCT shown in FIG. 1 and FIG. 15, a large number of finely structured emitters can be arranged at minute intervals, thereby making it possible to improve the turn-off ability while maintaining a high turn-on ability. Further, as in FIGS. 14 and 15, by giving a distribution to the threshold values of the channel region 21, the turn-off ability can be further improved.

【0049】図24は、図23と逆にアノード側(ドレ
イン側)に、図21におけるカソード側(ソース側)と
同様の埋込みゲート構造を採用した実施例のIGBTで
ある。すなわちp型ベース層2の表面部にn型ベース層
1が形成され、このn型ベース層1を貫通するようにス
トライプ状の溝が微小間隔で形成され、この溝内にゲー
ト絶縁膜6を介してゲート電極7が埋込み形成されてい
る。ゲート電極7が埋め込まれた領域を挟んで交互にn
型ベース層のみの領域とp型エミッタ層(ドレイン層)
11を形成した領域が配列される。p型エミッタ層11
が形成された領域のn型ベース層1の側面がチャネル領
域22となる。アノード電極(ドレイン電極)12はn
型ベース層1とp型エミッタ層11に同時にコンタクト
するように配設されている。
FIG. 24 shows an IGBT of an embodiment in which, contrary to FIG. 23, a buried gate structure similar to that on the cathode side (source side) in FIG. 21 is adopted on the anode side (drain side). That is, an n-type base layer 1 is formed on the surface of a p-type base layer 2, striped grooves are formed at minute intervals so as to penetrate this n-type base layer 1, and a gate insulating film 6 is formed in the grooves. A gate electrode 7 is buried therebetween. n alternately across the region where the gate electrode 7 is buried.
Region with only type base layer and p-type emitter layer (drain layer)
11 are arranged. p-type emitter layer 11
The side surface of the n-type base layer 1 in the region where is formed becomes the channel region 22. The anode electrode (drain electrode) 12 is n
It is arranged so as to contact the type base layer 1 and the p-type emitter layer 11 at the same time.

【0050】この実施例によっても、先の実施例と同様
の効果が得られることは明らかである。
It is clear that this embodiment also provides the same effects as the previous embodiment.

【0051】図25は、カソード・エミッタの接合終端
部の構造を改良した実施例のIGBTである。p型ベー
ス層2内にn型エミッタ層3が形成され、n型エミッタ
層3とn型ベース層1に挟まれたp型ベース層2の表面
部をチャネル領域21としてこの上にゲート絶縁膜6を
介してゲート電極7が形成されている。カソード電極5
はn型エミッタ層3と同時にp型ベース層2にコンタク
トして配設されている。この基本構造は従来のIGBT
と同じである。この実施例では、n型エミッタ層3とp
型ベース層2の間のpn接合のうち、チャネル領域21
に繋がる部分を除く部分に溝を形成して絶縁膜23が埋
込み形成されている。すなわち埋込み絶縁膜23はn型
エミッタ層3の周囲を取り囲むように形成されている。
FIG. 25 shows an IGBT in which the structure of the cathode-emitter junction termination is improved. An n-type emitter layer 3 is formed in the p-type base layer 2, and a gate insulating film is formed on the surface portion of the p-type base layer 2 sandwiched between the n-type emitter layer 3 and the n-type base layer 1 as a channel region 21. A gate electrode 7 is formed through the gate electrode 6 . Cathode electrode 5
is disposed in contact with the p-type base layer 2 and the n-type emitter layer 3 at the same time. This basic structure is the conventional IGBT
is the same as In this embodiment, the n-type emitter layer 3 and the p-type
In the pn junction between the type base layers 2, the channel region 21
A groove is formed in a portion other than a portion connected to the groove, and an insulating film 23 is embedded therein. That is, the buried insulating film 23 is formed to surround the n-type emitter layer 3.

【0052】この様な構造の微細カソード・エミッタを
もつ単位エレメントがペレット上に多数配列形成される
。そして好ましくはそのチャネル領域21を、先に説明
した実施例のように二種以上のしきい値の異なる領域と
して分布させる。これによって、n型エミッタ層とp型
ベース層間のリークが少なく、高いターンオフ能力と高
いターンオン能力を持つIGBTが得られる。
A large number of unit elements having such a structure of fine cathode emitters are formed in array on the pellet. Preferably, the channel region 21 is distributed as regions having two or more different threshold values, as in the embodiment described above. As a result, an IGBT with low leakage between the n-type emitter layer and the p-type base layer and high turn-off ability and high turn-on ability can be obtained.

【0053】同様の構造は、サイリスタやMOSFET
にも適用する事ができる。図26は、図23と同様の構
造をサイリスタに適用した実施例である。n型エミッタ
層3内の表面部にターンオフ時にn型エミッタ層3とp
型ベース層2を短絡するためのp+ 型拡散層24が形
成されており、このp+型拡散層24の周囲に埋込み絶
縁膜23が形成されている。
A similar structure is a thyristor or MOSFET.
It can also be applied to FIG. 26 shows an example in which a structure similar to that of FIG. 23 is applied to a thyristor. During turn-off, the n-type emitter layer 3 and p
A p+ type diffusion layer 24 is formed to short-circuit the type base layer 2, and a buried insulating film 23 is formed around this p+ type diffusion layer 24.

【0054】図27は同じくMOSFETに適用した実
施例である。図27においては便宜上、図26等と対応
する素子領域に同じ符号を付してあるが、FETとして
はn型ベース層1,n型エミッタ層3はそれぞれドレイ
ン領域,ソース領域であり、カソード電極5,アノード
電極12はそれぞれソース電極,ドレイン電極である。 これらの実施例によっても、図25の実施例と同様の効
果が得られる。
FIG. 27 shows an embodiment similarly applied to a MOSFET. In FIG. 27, for convenience, the same reference numerals are given to the element regions corresponding to those in FIG. 5. The anode electrode 12 is a source electrode and a drain electrode, respectively. These embodiments also provide the same effects as the embodiment of FIG. 25.

【0055】図28は、図14の構造においてアノード
側の埋込みゲート電極15の部分を埋込み絶縁膜23と
した実施例である。これにより、アノード側でエミッタ
の注入効率を低下させることなく、エミッタ短絡構造を
得ることができる。
FIG. 28 shows an embodiment in which the buried gate electrode 15 on the anode side in the structure shown in FIG. 14 is made into a buried insulating film 23. Thereby, an emitter short-circuit structure can be obtained without reducing the emitter injection efficiency on the anode side.

【0056】次に、ストライプ状の埋込みゲート電極を
微小間隔をもって配列形成して、その間隔と、ゲート電
極を挟んで交互に配列されるエミッタ層とベース層のベ
ース層不純物濃度との最適設計によって、高いターンオ
ン能力とターンオフ能力を実現した実施例を説明する。 なお以下の実施例においても、先の実施例で説明したよ
うに埋込み絶縁ゲート電極部のしきい値電圧をペレット
内で複数の異なる値に設定することは、有効である。
Next, striped embedded gate electrodes are arranged at minute intervals, and the interval is optimized by optimal design of the base layer impurity concentration of the emitter layer and base layer, which are alternately arranged with the gate electrode in between. , an embodiment that achieves high turn-on ability and high turn-off ability will be described. In the following embodiments as well, it is effective to set the threshold voltage of the buried insulated gate electrode portion to a plurality of different values within the pellet as described in the previous embodiment.

【0057】図29はその様な実施例のMCTである。 p型ベース層2に微小間隔をもってターンオフ用のスト
ライプ状の埋込みゲート電極7が形成され、埋込みゲー
ト電極7の一方に隣接するn型エミッタ層3と他方に隣
接するp型ベース層2が交互に配列された状態とする。 カソード電極5は、p型ベース層2とn型エミッタ層3
に同時にコンタクトして配設されている。図では、ター
ンオン用ゲート電極は示されていない。
FIG. 29 shows an MCT of such an embodiment. Striped buried gate electrodes 7 for turn-off are formed on the p-type base layer 2 with minute intervals, and the n-type emitter layer 3 adjacent to one side of the buried gate electrode 7 and the p-type base layer 2 adjacent to the other side are alternately formed. Arranged. The cathode electrode 5 includes a p-type base layer 2 and an n-type emitter layer 3.
are placed in simultaneous contact with the In the figure, the turn-on gate electrode is not shown.

【0058】ここで、埋込みゲート電極7の間隔は10
μm 以下とする。p型ベース層2の不純物濃度は電極
とのコンタクト部を除いて例えば、1017/cm3 
以下とする。埋込み溝の深さは、溝間隔より大きいこと
が好ましい。
Here, the interval between the buried gate electrodes 7 is 10
It should be less than μm. The impurity concentration of the p-type base layer 2 is, for example, 1017/cm3 except for the contact portion with the electrode.
The following shall apply. The depth of the embedded groove is preferably greater than the groove interval.

【0059】この実施例によれば、埋込みゲート電極7
に印加する電圧によって、その埋込みゲート電極7に挟
まれた領域のp型ベース層2の抵抗を実質的に大きく制
御することができ、その結果、優れたターンオフ能力と
ターンオン能力を得ることができる。このことを、図3
0および図31を用いてより具体的に説明する。
According to this embodiment, the buried gate electrode 7
The resistance of the p-type base layer 2 in the region sandwiched between the buried gate electrodes 7 can be substantially controlled by the voltage applied to the p-type base layer 2, and as a result, excellent turn-off ability and turn-on ability can be obtained. . This can be seen in Figure 3.
This will be explained more specifically using FIG. 0 and FIG. 31.

【0060】図30は、埋込みゲート電極7に正のゲー
ト電圧を印加したターンオン時の状態である。この時、
p型ベース層2の埋込みゲート電極7の側壁部には、反
転層が形成されて、図示のように電子が集められる。こ
の結果、埋込みゲート電極7により挟まれた狭いp型ベ
ース層2は実効的に高抵抗になり、p型エミッタ層11
から注入された正孔がp型ベース層2を抜けてカソード
電極5に到達しにくくなる。その結果、エミッタ短絡構
造の効果が半減して、n型エミッタ層3からの電子注入
効率は高いものとなる。
FIG. 30 shows the turn-on state when a positive gate voltage is applied to the buried gate electrode 7. At this time,
An inversion layer is formed on the side wall of the buried gate electrode 7 of the p-type base layer 2, and electrons are collected as shown in the figure. As a result, the narrow p-type base layer 2 sandwiched between the buried gate electrodes 7 effectively becomes high in resistance, and the p-type emitter layer 11
It becomes difficult for holes injected from the p-type base layer 2 to reach the cathode electrode 5. As a result, the effect of the emitter short-circuit structure is halved, and the electron injection efficiency from the n-type emitter layer 3 becomes high.

【0061】一方、ターンオフ時、埋込みゲート電極7
に負の電圧を印加した時には、図31に示すように、埋
込みゲート電極7の周囲にホール蓄積層が形成される。 これにより、p型ベース層2の埋込みゲート電極7で挟
まれた領域の抵抗が低くなる。そしてn型ベース層1中
のホールはp型ベース層2を通って速やかにカソード電
極5に排出される。またn型エミッタ層3が形成された
領域ではやはり、p型ベース層2の溝側壁部にホール蓄
積層が形成されるために、n型エミッタ層3からの電子
注入が抑制される。以上により、高速のターンオフ動作
が行われる。
On the other hand, at turn-off, the buried gate electrode 7
When a negative voltage is applied to , a hole accumulation layer is formed around the buried gate electrode 7, as shown in FIG. This lowers the resistance of the region of the p-type base layer 2 sandwiched between the buried gate electrodes 7. Then, the holes in the n-type base layer 1 are quickly discharged to the cathode electrode 5 through the p-type base layer 2. Further, in the region where the n-type emitter layer 3 is formed, since a hole accumulation layer is formed on the side wall of the groove of the p-type base layer 2, electron injection from the n-type emitter layer 3 is suppressed. As described above, a high-speed turn-off operation is performed.

【0062】図32は、図31の実施例を変形してアノ
ード側にも同様の埋込み絶縁ゲート構造を設けた実施例
である。n−  型ベース層1のアノード側にはn型バ
ッファ層10が形成され、これにストライプ状の複数本
の溝が微小間隔をもって形成されて、ゲート電極15が
埋込み形成されている。埋込み絶縁ゲート電極15の間
には、交互にp型エミッタ層11が形成された領域とn
型バッファ層10が露出した領域が配列されている。
FIG. 32 shows an embodiment in which the embodiment of FIG. 31 is modified to provide a similar buried insulated gate structure on the anode side. An n-type buffer layer 10 is formed on the anode side of the n--type base layer 1, in which a plurality of striped grooves are formed at minute intervals, and a gate electrode 15 is embedded therein. Between the buried insulated gate electrodes 15, regions where p-type emitter layers 11 are formed alternately and regions where n-type emitter layers 11 are formed are arranged alternately.
Areas where the mold buffer layer 10 is exposed are arranged.

【0063】この実施例によれば、カソード側のみなら
ず、アノード側についても、ターンオン時の高いキャリ
ア注入効率の確保とターンオフ時の効果的なエミッタ短
絡が実現される。
According to this embodiment, high carrier injection efficiency at turn-on and effective emitter shorting at turn-off can be realized not only on the cathode side but also on the anode side.

【0064】図33は、図32の構造に対して更に、タ
ーンオン用のゲート電極を埋込み構造をもって形成した
実施例である。ターンオフ用の埋込みゲート電極72 
,152 は図32と同様である。カソード側には、タ
ーンオフ用埋込み絶縁ゲート電極72 と別に、p型ベ
ース層2を突き抜ける深さに溝が形成されてこれにター
ンオン用絶縁ゲート電極71 が埋込み形成されている
。ターンオンチャネルとなるゲート電極71 の側壁部
のp型ベース層2表面にはn型ソース層30が形成され
ている。アノード側についても、n型バッファ層10を
貫通する溝が形成されて、これにターンオン用絶縁ゲー
ト電極151 が埋込み形成されている。ターンオンチ
ャネルとなるゲート電極151 の側壁部のn型バッフ
ァ層10の表面にはp型ソース層35が形成されている
FIG. 33 shows an embodiment in which, in addition to the structure of FIG. 32, a gate electrode for turn-on is formed with a buried structure. Buried gate electrode 72 for turn-off
, 152 are the same as in FIG. On the cathode side, apart from the buried insulated gate electrode 72 for turn-off, a groove is formed deep enough to penetrate through the p-type base layer 2, and an insulated gate electrode 71 for turn-on is embedded therein. An n-type source layer 30 is formed on the surface of the p-type base layer 2 on the sidewall portion of the gate electrode 71 which becomes a turn-on channel. On the anode side as well, a groove penetrating the n-type buffer layer 10 is formed, and an insulated gate electrode 151 for turn-on is embedded therein. A p-type source layer 35 is formed on the surface of the n-type buffer layer 10 on the sidewall portion of the gate electrode 151 which becomes a turn-on channel.

【0065】図34は、図29の構造を基本として、こ
れに平面構造のターンオン用絶縁ゲート電極を設けた実
施例である。p型ベース層2の周辺部に、n型エミッタ
層3と短絡されるn型ソース層30が形成され、このn
型ソース層30とn型ベース層1により挟まれた領域の
p型ベース層2の表面部を覆うようにターンオン用の絶
縁ゲート電極71 が形成されている。
FIG. 34 shows an embodiment based on the structure of FIG. 29, in which an insulated turn-on gate electrode of a planar structure is provided. An n-type source layer 30 short-circuited with the n-type emitter layer 3 is formed in the peripheral part of the p-type base layer 2.
An insulated gate electrode 71 for turn-on is formed so as to cover the surface of the p-type base layer 2 in the region sandwiched between the type source layer 30 and the n-type base layer 1.

【0066】図35は、図29の実施例を変形した実施
例である。p型ベース層2の埋込み絶縁ゲート電極7に
より挟まれた領域に高抵抗のp− 型チャネル層31が
形成され、その表面に交互にn型エミッタ層3と高濃度
p型層32が配列形成されている。p− 型チャネル層
31はたとえば、不純物濃度が1015/cm3 以下
に設定される。
FIG. 35 shows an embodiment that is a modification of the embodiment shown in FIG. A high-resistance p-type channel layer 31 is formed in a region sandwiched between the buried insulated gate electrodes 7 of the p-type base layer 2, and an n-type emitter layer 3 and a high concentration p-type layer 32 are alternately arranged on the surface thereof. has been done. The impurity concentration of the p- type channel layer 31 is set to, for example, 1015/cm3 or less.

【0067】この実施例によれば、図29に比べて更に
、絶縁ゲート駆動によるターンオン時のホールのp型ベ
ース層からカソード電極への流出抑制とn型エミッタか
らの電子注入効率の向上、ターンオフ時のホール排出効
率の向上とn型エミッタ層からの電子注入の抑制が効果
的に行われる。
According to this embodiment, compared to FIG. 29, the insulated gate drive suppresses the outflow of holes from the p-type base layer to the cathode electrode during turn-on, improves the electron injection efficiency from the n-type emitter, and improves turn-off. This effectively improves hole ejection efficiency and suppresses electron injection from the n-type emitter layer.

【0068】図36は、図32の実施例について、カソ
ード側,アノード側共に高抵抗のチャネル層を設けた実
施例である。カソード側の構造は、図35と同じである
。アノード側についても、埋込みゲート電極15間に高
抵抗のn−型チャネル層33が形成され、その表面にp
型エミッタ層11と高濃度n型層34が交互に配列形成
されている。
FIG. 36 shows an example in which high-resistance channel layers are provided on both the cathode side and the anode side in the example of FIG. 32. The structure on the cathode side is the same as that in FIG. 35. On the anode side, a high-resistance n-type channel layer 33 is formed between the buried gate electrodes 15, and a p-type channel layer 33 is formed on its surface.
Type emitter layers 11 and high concentration n-type layers 34 are alternately arranged.

【0069】この実施例によって、一層優れたターンオ
フ能力とターンオン能力を実現することができる。
This embodiment makes it possible to achieve even better turn-off and turn-on capabilities.

【0070】図37は、図33の実施例の構造に図36
の実施例と同様の構造を適用した実施例である。
FIG. 37 shows the structure of the embodiment shown in FIG.
This is an example to which a structure similar to that of the example is applied.

【0071】図38は、図35の実施例におけるn− 
型ベース層1の部分をp− 型ベース層37に置き換え
、p型エミッタ層11の部分をn+ 型ドレイン層38
に置き換えて、トランジスタを構成した実施例である。 n− 型ベース層1をそのまま用いても、トランジスタ
動作する。
FIG. 38 shows n- in the embodiment of FIG.
The portion of the p-type base layer 1 is replaced with a p- type base layer 37, and the portion of the p-type emitter layer 11 is replaced with an n+-type drain layer 38.
This is an example in which a transistor is configured instead of . Even if the n- type base layer 1 is used as it is, the transistor operates.

【0072】図39は、埋込み絶縁ゲート電極7をn−
 型ベース層1に達する深さに形成して、埋込み絶縁ゲ
ート電極7の間に交互にn+ 型エミッタ層3とp+ 
型ベース層2を形成して、SIサイリスタを構成した実
施例である。
FIG. 39 shows the buried insulated gate electrode 7
N+ type emitter layers 3 and p+ type emitter layers are formed to a depth reaching the type base layer 1 and alternately formed between the buried insulated gate electrodes 7.
This is an example in which a mold base layer 2 is formed to configure an SI thyristor.

【0073】図40は、図39の実施例を変形して、ア
ノード側にも同様にn− 型ベース層1に達する深さの
埋込み絶縁ゲート電極15を形成した実施例である。
FIG. 40 shows an embodiment in which the embodiment shown in FIG. 39 is modified to form a buried insulated gate electrode 15 with a depth reaching the n- type base layer 1 on the anode side as well.

【0074】図41は、埋込み絶縁ゲート電極7がp型
ベース層2を貫通する状態に形成され、埋込みゲート電
極7により挟まれた領域にn型エミッタ層3とp+ 型
ベース層32が形成された実施例を3次元的に展開して
示す図である。
FIG. 41 shows a structure in which a buried insulated gate electrode 7 is formed to penetrate through a p-type base layer 2, and an n-type emitter layer 3 and a p+-type base layer 32 are formed in a region sandwiched between the buried gate electrodes 7. FIG. 3 is a diagram illustrating a three-dimensionally developed example.

【0075】これら図37〜図41の実施例によっても
、優れたターンオン能力を維持しながら、高いターンオ
フ能力を得ることができる。
The embodiments shown in FIGS. 37 to 41 also provide high turn-off ability while maintaining excellent turn-on ability.

【0076】図42〜図46は、ターンオフ用埋込み絶
縁ゲート電極配列の両端部にターンオン用埋込み絶縁ゲ
ート電極を配置した実施例のMCTについて、詳細なレ
イアウトと断面構造を示したものである。図42がカソ
ード側のレイアウトであり、図43,図44,図45お
よび図46はそれぞれ、図42のA−A′,B−B′,
C−C′およびD−D′断面図である。
FIGS. 42 to 46 show the detailed layout and cross-sectional structure of an MCT in which turn-on buried insulated gate electrodes are arranged at both ends of a turn-off buried insulated gate electrode array. FIG. 42 shows the cathode side layout, and FIGS. 43, 44, 45, and 46 respectively show AA′, BB′, and
They are CC' and DD' sectional views.

【0077】埋込み絶縁ゲート電極は、図42に示すよ
うに微細間隔のストライプ状パターンをもって配列され
ている。ターンオフ用絶縁ゲート電極72 は、図43
に示すようにp型ベース層2内に止まる深さに形成され
て、それらの間にはp− 型チャネル層31が形成され
、このp− 型チャネル層31の表面に交互にn型エミ
ッタ層3とp+ 型ベース層32が形成される。この様
なターンオフ用埋込み絶縁ゲート電極72 の配列の両
端部にn− 型ベース層1に達する深さのターンオン用
埋込み絶縁ゲート電極71 が形成されている。これら
の絶縁ゲート電極71 ,72 は実際には、図45に
示すようにストライプ状ゲート電極端部で素子表面に共
通に引き出される。カソード電極5は、この様な埋込み
絶縁ゲート電極7の間のn型エミッタ層3にコンタクト
し(図44)、またp+ 型ベース層32にコンタクト
するように、素子全面に配設されている。
The buried insulated gate electrodes are arranged in a striped pattern with fine intervals as shown in FIG. The insulated gate electrode 72 for turn-off is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the p-type channel layer 31 is formed at a depth within the p-type base layer 2, and the n-type emitter layer is alternately formed on the surface of the p-type channel layer 31. 3 and a p+ type base layer 32 are formed. A turn-on buried insulated gate electrode 71 having a depth reaching the n- type base layer 1 is formed at both ends of such an array of turn-off buried insulated gate electrodes 72 . These insulated gate electrodes 71 and 72 are actually drawn out in common to the element surface at the ends of the striped gate electrodes, as shown in FIG. The cathode electrode 5 is provided over the entire surface of the device so as to be in contact with the n-type emitter layer 3 between such buried insulated gate electrodes 7 (FIG. 44), and also in contact with the p+-type base layer 32.

【0078】[0078]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、絶
縁ゲート部のしきい値の分布、埋込み絶縁ゲート電極の
微細間隔をもった配列、ストライプ状の微細寸法で交互
に配列されるエミッタ層とベース層の間への絶縁膜埋込
み等によって、高いターンオン能力とターンオフ能力を
両立させた絶縁ゲート付きの電力用半導体素子を得る事
ができる。
As explained above, according to the present invention, the threshold voltage distribution of the insulated gate portion, the array of buried insulated gate electrodes with minute intervals, and the emitters arranged alternately in striped minute dimensions can be improved. By embedding an insulating film between the layer and the base layer, it is possible to obtain a power semiconductor element with an insulated gate that has both high turn-on ability and high turn-off ability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】ターンオフチャネルにしきい値分布を与えた本
発明の一実施例のMCTを示すレイアウトと断面図。
FIG. 1 is a layout and cross-sectional view showing an MCT according to an embodiment of the present invention in which a threshold distribution is given to a turn-off channel.

【図2】同実施例の一つのエレメントのレイアウト図。FIG. 2 is a layout diagram of one element of the same embodiment.

【図3】電流駆動型のGTOとMCTのターンオフ時の
ゲート電流波形を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing gate current waveforms during turn-off of current-driven GTO and MCT.

【図4】ターンオフチャネルにしきい値分布を与えた他
の実施例のMCTのレイアウトを示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a layout of an MCT of another embodiment in which a threshold distribution is given to a turn-off channel.

【図5】ターンオフチャネルにしきい値分布を与えたさ
らに他の実施例のMCTのレイアウトを示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a layout of an MCT of still another embodiment in which a threshold distribution is given to a turn-off channel.

【図6】ターンオフチャネルにしきい値分布を与えた他
の実施例のMCTの要部構造を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing the main structure of an MCT of another embodiment in which a threshold distribution is given to a turn-off channel.

【図7】ターンオフチャネルにしきい値分布を与えた他
の実施例のMCTの要部構造を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing the main structure of an MCT according to another embodiment in which a threshold distribution is given to a turn-off channel.

【図8】ターンオフチャネルにしきい値分布を与えた他
の実施例のMCTの要部構造を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing the main structure of an MCT of another embodiment in which a threshold distribution is given to a turn-off channel.

【図9】ターンオフチャネルにしきい値分布を与えた他
の実施例のMCTの要部構造を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing the main structure of an MCT of another embodiment in which a threshold distribution is given to a turn-off channel.

【図10】ターンオフチャネルにしきい値分布を与えた
他の実施例のMCTの要部構造を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing the main structure of an MCT of another embodiment in which a threshold distribution is given to a turn-off channel.

【図11】アノード側に絶縁ゲート構造を導入した実施
例のMCTの要部構造を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing the main structure of an MCT in an example in which an insulated gate structure is introduced on the anode side.

【図12】本発明を適用するに適した素子構造例を示す
図。
FIG. 12 is a diagram showing an example of an element structure suitable for applying the present invention.

【図13】ターンオフ用ゲートを埋込み構造とした実施
例のMCTを示す図。
FIG. 13 is a diagram showing an example MCT in which the turn-off gate has a buried structure.

【図14】さらに改良した埋込みゲート構造を採用した
実施例のMCTを示す図。
FIG. 14 is a diagram showing an MCT of an embodiment employing a further improved buried gate structure.

【図15】さらに改良した埋込みゲート構造を採用した
実施例のMCTを示す図。
FIG. 15 is a diagram showing an MCT of an embodiment employing a further improved buried gate structure.

【図16】図1の実施例のMCTでのターンオフ用ゲー
ト電圧波形とゲート電流波形の例を示す図。
16 is a diagram showing an example of a turn-off gate voltage waveform and gate current waveform in the MCT of the embodiment of FIG. 1. FIG.

【図17】図9の実施例のMCTでのターンオフ用ゲー
ト電圧波形の例を示す図。
17 is a diagram showing an example of a turn-off gate voltage waveform in the MCT of the embodiment shown in FIG. 9; FIG.

【図18】しきい値電圧分布を与える一方法を説明する
ための図。
FIG. 18 is a diagram for explaining one method of providing a threshold voltage distribution.

【図19】本発明によるターンオフ損失を従来例と比較
して示す図。
FIG. 19 is a diagram showing turn-off loss according to the present invention in comparison with a conventional example.

【図20】同じく最大ターンオフ電流密度を従来例と比
較して示す図。
FIG. 20 is a diagram showing a comparison of the maximum turn-off current density with a conventional example.

【図21】光トリガによるゲート駆動部を集積した実施
例のMCTを示す図。
FIG. 21 is a diagram showing an MCT of an embodiment in which a gate driving section using an optical trigger is integrated.

【図22】図14を変形した実施例のMCTを示す図、
FIG. 22 is a diagram showing an MCT of an example modified from FIG. 14;

【図23】カソード側に埋込み絶縁ゲート構造を採用し
た実施例のIGBTを示す図。
FIG. 23 is a diagram showing an IGBT according to an embodiment in which a buried insulated gate structure is adopted on the cathode side.

【図24】アノード側に埋込み絶縁ゲート構造を採用し
た実施例のIGBTを示す図。
FIG. 24 is a diagram showing an IGBT according to an embodiment in which a buried insulated gate structure is adopted on the anode side.

【図25】エミッタ接合終端部に埋込み絶縁膜構造を用
いた実施例のIGBTを示す図。
FIG. 25 is a diagram showing an IGBT according to an embodiment using a buried insulating film structure at the emitter junction termination portion.

【図26】同様の埋込み絶縁膜構造を採用した実施例の
サイリスタを示す図。
FIG. 26 is a diagram showing a thyristor according to an embodiment employing a similar buried insulating film structure.

【図27】同様の埋込み絶縁膜構造を採用した実施例の
MOSFETを示す図。
FIG. 27 is a diagram showing an example MOSFET employing a similar buried insulating film structure.

【図28】エミッタ注入効率を下げないエミッタ短絡構
造の実施例を示す図。
FIG. 28 is a diagram showing an example of an emitter short-circuit structure that does not reduce emitter injection efficiency.

【図29】同じくエミッタ注入効率を下げないエミッタ
短絡構造の実施例を示す図。
FIG. 29 is a diagram showing an example of an emitter short-circuit structure that also does not reduce emitter injection efficiency.

【図30】図29の素子のターンオン時のキャリアの様
子を示す図。
30 is a diagram showing the state of carriers when the element in FIG. 29 is turned on; FIG.

【図31】図29の素子のターンオフ時のキャリアの様
子を示す図。
FIG. 31 is a diagram showing the state of carriers when the device of FIG. 29 is turned off;

【図32】両面埋込み絶縁ゲート構造とした実施例のM
CTを示す図。
[Figure 32] Example M with double-sided buried insulated gate structure
A diagram showing CT.

【図33】図32に加えてターンオン用埋込み絶縁ゲー
トを設けた実施例のMCTを示す図。
33 is a diagram showing an MCT of an embodiment in which a buried insulated gate for turn-on is provided in addition to FIG. 32; FIG.

【図34】ターンオン用絶縁ゲート電極を平面構造とし
た実施例のMCTを示す図。
FIG. 34 is a diagram showing an example MCT in which the turn-on insulated gate electrode has a planar structure.

【図35】図29の実施例に低濃度チャネル層を設けた
実施例のMCTを示す図。
35 is a diagram showing an MCT of an example in which a low concentration channel layer is provided in the example of FIG. 29; FIG.

【図36】両面埋込み絶縁ゲート構造でかつ低濃度チャ
ネル層を設けた実施例のMCTを示す図。
FIG. 36 is a diagram showing an MCT having a double-sided buried insulated gate structure and a low concentration channel layer.

【図37】図36にターンオン用埋込み絶縁ゲートを設
けた実施例を示す図。
FIG. 37 is a diagram showing an embodiment in which a turn-on buried insulated gate is provided in FIG. 36;

【図38】埋込み絶縁ゲート構造のトランジスタの実施
例を示す図。
FIG. 38 is a diagram illustrating an embodiment of a transistor with a buried insulated gate structure.

【図39】埋込み絶縁ゲート構造のSIサイリスタの実
施例を示す図。
FIG. 39 is a diagram showing an example of an SI thyristor with a buried insulated gate structure.

【図40】両面埋込み絶縁ゲート構造としたSIサイリ
スタの実施例を示す図。
FIG. 40 is a diagram showing an example of an SI thyristor having a double-sided buried insulated gate structure.

【図41】埋込み絶縁ゲート構造のMCTの実施例の3
次元構造を示す図。
FIG. 41: Example 3 of MCT with buried insulated gate structure
Diagram showing dimensional structure.

【図42】埋込み絶縁ゲート構造のMCTの実施例のよ
り具体的なレイアウトを示す図。
FIG. 42 is a diagram showing a more specific layout of an embodiment of an MCT with a buried insulated gate structure.

【図43】図42のA−A′断面図。FIG. 43 is a sectional view taken along line AA' in FIG. 42;

【図44】図42のB−B′断面図。FIG. 44 is a sectional view taken along line BB' in FIG. 42;

【図45】図42のC−C′断面図。FIG. 45 is a sectional view taken along line CC' in FIG. 42;

【図46】図42のD−D′断面図。FIG. 46 is a sectional view taken along line DD' in FIG. 42;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n型ベース層、 2…p型ベース層、 3…n型エミッタ層、 4…p+ 型ソース層、 5…カソード電極、 6…ゲート絶縁膜、 7…ゲート電極、 8…ターンオフ用チャネル領域、 9…ターンオン用チャネル領域、 10…n型バッファ層、 11…p型エミッタ層、 12…アノード電極、 13…n+ 型ソース層、 14…ゲート絶縁膜、 15…ゲート電極、 16…ターンオフ用チャネル領域、 20…光トリガ駆動部、 21,22…チャネル領域、 23…埋込み絶縁膜。 30…n型ソース層、 31…p− 型チャネル層、 32…p+ 型層、 33…n− 型チャネル層、 34…n+ 型層、 35…p型ソース層、 37…p− 型ベース層、 38…n+ 型ドレイン層。 1...n-type base layer, 2...p-type base layer, 3...n-type emitter layer, 4...p+ type source layer, 5...Cathode electrode, 6...gate insulating film, 7...Gate electrode, 8... Channel area for turn-off, 9... Channel region for turn-on, 10...n-type buffer layer, 11...p-type emitter layer, 12...Anode electrode, 13...n+ type source layer, 14...gate insulating film, 15...gate electrode, 16... Channel region for turn-off, 20... Optical trigger drive unit, 21, 22...channel region, 23...Embedded insulating film. 30...n-type source layer, 31...p-type channel layer, 32...p+ type layer, 33...n-type channel layer, 34...n+ type layer, 35...p-type source layer, 37...p-type base layer, 38...n+ type drain layer.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ターンオフ用またはターンオン用の少なく
とも一方のゲート部を絶縁ゲート構造として半導体素子
ペレット上に分散させて配置した電力用半導体素子にお
いて、ターンオン用またはターンオフ用の少なくとも一
方のゲート部を、ペレット上各部で二種以上の異なるし
きい値電圧を持たせて分布させたことを特徴とする絶縁
ゲート付き電力用半導体素子。
1. A power semiconductor device in which at least one gate portion for turn-off or turn-on has an insulated gate structure and is arranged dispersedly on a semiconductor device pellet, wherein at least one gate portion for turn-on or turn-off has an insulated gate structure. A power semiconductor device with an insulated gate, characterized in that two or more different threshold voltages are distributed in different parts on a pellet.
【請求項2】ターンオフ用またはターンオン用の少なく
とも一方のゲート部を絶縁ゲート構造として半導体素子
ペレット上に分散させて配置した電力用半導体素子にお
いて、ターンオン用またはターンオフ用の少なくとも一
方のゲート部をストライプ状パターンの埋込み絶縁ゲー
ト構造として、この埋込み絶縁ゲートの一方に隣接する
キャリア排出チャネルが形成される領域と他方に隣接す
るエミッタ領域とが微小間隔をもって交互に配列されて
いることを特徴とする絶縁ゲート付き電力用半導体素子
2. A power semiconductor device in which at least one gate portion for turn-off or turn-on has an insulated gate structure and is distributed over a semiconductor device pellet, wherein at least one gate portion for turn-on or turn-off is arranged in stripes. A buried insulated gate structure having a shaped pattern is characterized in that a region where a carrier discharge channel is formed adjacent to one side of the buried insulated gate and an emitter region adjacent to the other side of the buried insulated gate are alternately arranged with minute intervals. Power semiconductor device with gate.
【請求項3】ターンオフ用またはターンオン用の少なく
とも一方のゲート部を絶縁ゲート構造として半導体素子
ペレット上に分散させて配置した電力用半導体素子にお
いて、エミッタ電極側に接してオン時にキャリア注入を
行うエミッタ層とターンオフ時にキャリア排出を行うベ
ース層とが微小間隔をもって交互に配列形成され、かつ
これらのエミッタ層とベース層の間に絶縁膜が埋込み形
成されていることを特徴とする絶縁ゲート付き電力用半
導体素子。
3. In a power semiconductor device in which at least one gate portion for turn-off or turn-on has an insulated gate structure and is distributed over a semiconductor device pellet, an emitter that is in contact with an emitter electrode side and injects carriers when turned on. A power supply device with an insulated gate, characterized in that layers and a base layer for discharging carriers at turn-off are arranged alternately with minute intervals, and an insulating film is embedded between the emitter layer and the base layer. semiconductor element.
【請求項4】ターンオフ用またはターンオン用の少なく
とも一方のゲート部を絶縁ゲート構造として半導体素子
ペレット上に分散させて配置した電力用半導体素子にお
いて、少なくともターンオフ用のゲート部が複数本のス
トライプ状パターンを持った埋込み絶縁ゲート構造とし
て配列され、各埋込み絶縁ゲートの一方に隣接するベー
ス領域と他方に隣接するエミッタ領域とが交互に配列さ
れ、かつ埋込み絶縁ゲート間のベース層の不純物濃度と
幅がゲート電圧印加によりキャリア引出し抵抗が実質的
に制御されるように設定されていることを特徴とする絶
縁ゲート付き電力用半導体素子。
4. A power semiconductor device in which at least one of the turn-off and turn-on gate portions has an insulated gate structure and is distributed over a semiconductor device pellet, wherein at least the turn-off gate portion has a plurality of stripe-like patterns. The base region adjacent to one side of each buried insulated gate and the emitter region adjacent to the other side of each buried insulated gate are arranged alternately, and the impurity concentration and width of the base layer between the buried insulated gates are 1. A power semiconductor device with an insulated gate, characterized in that carrier extraction resistance is set to be substantially controlled by gate voltage application.
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JP2012049499A (en) * 2010-07-27 2012-03-08 Denso Corp Semiconductor device and control method thereof

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