JPH0427164A - Semiconductor device and manufacture thereof, and flash controller using said device - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof, and flash controller using said device

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JPH0427164A
JPH0427164A JP2111119A JP11111990A JPH0427164A JP H0427164 A JPH0427164 A JP H0427164A JP 2111119 A JP2111119 A JP 2111119A JP 11111990 A JP11111990 A JP 11111990A JP H0427164 A JPH0427164 A JP H0427164A
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semiconductor
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    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/567Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT

Abstract

PURPOSE:To enhance a light emitting efficiency and to obtain a high performance flash controller which can be reduced in size and cost of a device by setting first impurity concentration of a first semiconductor region to a value for completely depleting the first region in a state that an actual use voltage is applied between first and second main electrodes at the time of OFF, and setting second impurity concentration of a second semiconductor region to a value in which the threshold voltage of a MOSFET become a predetermined value of an enhancement mode. CONSTITUTION:A depleted layer extended to an n<-> type drift layer 703 side completely depletes in the layer 703 by applying an anode voltage of several hundreds of V. If the anode voltage is raised to the vicinity of a rated voltage, the elongation of a depleted layer is stopped in a state that an n<+> type semiconductor layer having high doner density is slightly depleted. A threshold voltage for conducting channel region 708 is decided according to the impurity concentration of a p-type semiconductor region 705 at the end of an n<+> type semiconductor region 707 side of a channel region 708. This concentration is so set that the threshold voltage becomes a suitable value of an enhancement mode.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、インバータ装置等のように高電圧・高速度
スイッチングが要求される装置に用いるためのスイッチ
ング用の半導体装置およびその製造方法、ならびに該装
置を用いたフラッシュ制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a switching semiconductor device for use in devices that require high voltage and high speed switching, such as inverter devices, and a method for manufacturing the same. The present invention relates to a flash control device using the device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、数百KVAまでのインバータ装置はバイポーラト
ランジスタを用いて製造されていたが、装置の小型化、
高性能化のため、スイッチング周波数が高くできる、ス
イッチング速度の速いパワーデバイスが求められている
。このような用途に対しては、絶縁ゲート型バイポーラ
トランジスタ(IGBT)が提案されており、I GB
Tはその低ゲート駆動損失特性のため、数十KHz程度
までの高電圧・高速度スイッチング制御を容品に実現で
きる。
Conventionally, inverter devices up to several hundred KVA were manufactured using bipolar transistors, but as the devices became smaller and
To improve performance, power devices with high switching speed and high switching frequency are required. Insulated gate bipolar transistors (IGBTs) have been proposed for such applications, and I GB
Due to its low gate drive loss characteristics, T can easily realize high voltage and high speed switching control up to several tens of kilohertz.

第12図は従来のIGBTを示す断面構造図であり、第
13図はその等価回路を示す回路図である。第12図を
参照して、p++半導体基板101上にはn+型型半体
体層102形成され、その上にn 型ドリフト層103
が形成される。n型ドリフト層103の表面にはp型つ
ェル領域]04が選択拡散により形成され、p型ウェル
領域104の表面にはn++エミッタ領域105か選択
拡散により形成される。n 型ドリフト層103とn+
+エミッタ領域105とではさまれたp型ウェル領域1
04の表面部分がチャネル領域106となる。チャネル
長は数ミクロン程度に設定される。チャネル領域106
上にはゲート酸化膜107を介してゲート電極108が
形成され、p型ウェル領域104およびn++エミッタ
領域105上にはエミッタ電極109か形成される。電
極108,109間は絶縁膜110により絶縁される。
FIG. 12 is a cross-sectional structural diagram showing a conventional IGBT, and FIG. 13 is a circuit diagram showing its equivalent circuit. Referring to FIG. 12, an n+ type half layer 102 is formed on a p++ semiconductor substrate 101, and an n type drift layer 103 is formed thereon.
is formed. A p-type well region]04 is formed on the surface of the n-type drift layer 103 by selective diffusion, and an n++ emitter region 105 is formed on the surface of the p-type well region 104 by selective diffusion. n type drift layer 103 and n+
+ p-type well region 1 sandwiched between emitter region 105
04 becomes the channel region 106. The channel length is set to about several microns. Channel region 106
A gate electrode 108 is formed thereon via a gate oxide film 107, and an emitter electrode 109 is formed on the p-type well region 104 and the n++ emitter region 105. The electrodes 108 and 109 are insulated by an insulating film 110.

p++半導体基板101の裏面にはコレクタ電極111
が形成される。
A collector electrode 111 is provided on the back surface of the p++ semiconductor substrate 101.
is formed.

第13図の等価回路において、nチャネルMO3FET
201は第12図のn 型ドリフト層103から上の部
分の縦型MO3構造より成るMO5FETを代表してお
り、pnp トランジスタ202は第12図のp++半
導体基板101.n+型型半体体層102n″″型ドリ
フト層103およびp型ウェル領域104より成るpn
np構造のバイポーラトランジスタを代表している。
In the equivalent circuit of Fig. 13, n-channel MO3FET
201 represents an MO5FET consisting of a vertical MO3 structure above the n-type drift layer 103 in FIG. 12, and the pnp transistor 202 is formed on the p++ semiconductor substrate 101. pn consisting of an n+ type half body layer 102, an n'' type drift layer 103, and a p type well region 104;
It represents a bipolar transistor with an np structure.

また抵抗203は、第12図のn−型ドリフト層103
の抵抗成分を代表している。
Further, the resistor 203 is connected to the n-type drift layer 103 in FIG.
represents the resistance component of

ゲート、エミッタ端子G、E間の電圧が充分低く、MO
SFET201がオフしている時は、コレクタ、エミッ
タ端子C,E間に正バイアス電圧を印加すると、n−型
ドリフト層103と、p型ウェル領域104とのnpダ
イオードが逆バイアスされ、空乏層は主にn″″型ドリ
フト層103側に広がって空間電荷を形成し、高いコレ
クタ電圧に耐えることができる。またn−型ドリフト層
103の表面部もMO3構造によるフィールドプレート
効果で高耐圧にできる。従って、高耐圧なデバイスを得
るためには、n−型ドリフト層103は、低ドナー密度
(高比抵抗)で、しかも厚く設計する必要がある。しか
しながらこれによって、抵抗203の抵抗値が高くなり
やすく、通電能力低下の一因となる。
The voltage between the gate and emitter terminals G and E is sufficiently low, and the MO
When the SFET 201 is off, when a positive bias voltage is applied between the collector and emitter terminals C and E, the np diode between the n-type drift layer 103 and the p-type well region 104 is reverse biased, and the depletion layer is It mainly spreads toward the n″″ type drift layer 103 side to form space charges and can withstand high collector voltage. Further, the surface portion of the n-type drift layer 103 can also have a high breakdown voltage due to the field plate effect due to the MO3 structure. Therefore, in order to obtain a device with high breakdown voltage, the n-type drift layer 103 needs to be designed to have a low donor density (high specific resistance) and be thick. However, as a result, the resistance value of the resistor 203 tends to increase, which becomes a factor in reducing the current carrying capacity.

ゲート、エミッタ端子G、E間に充分な電圧を印加して
MOSFET201をオンさせた状態で、コレクタ、エ
ミッタ端子C,E間の電圧を増加すると、MOSFET
201のチャネルを通して電子がエミッタ電極109か
らコレクタ電極111に流れる。これによって、pnp
トランジスタ202のベース、エミッタ間が順バイアス
され、このトランジスタ202が活性になってl GB
Tのコレクタ、エミッタ端子C,E間が導通する。この
時pnp+ランジスタ202はMOSFET201のド
レイン電流を増幅して流す形になる。従って、I GB
Tの通電能力は、pnpトランジスタ202の増幅率が
高い程、またMOSFET201のドレイン電流が大き
い程高くなり、オン電圧も低下する。しかしながら、p
npトランジスタ202の増幅率を高くすると、ターン
オフ特性が悪くなる。高周波インバータへの応用におい
ては1μs以下のターンオフ時間が要求されるが、10
00V程度の高耐圧のI GBTでこれを実現するには
、pnpトランジスタ202の電流増幅率をかなり低く
する必要がある。このため、電子線やプロトンの照射あ
るいは重金属拡散によるライフタイムキラーの導入を行
ったり、トランジスタ202にショートエミッタ抵抗を
付加する等の工夫がなされている。この結果、ターンオ
フ特性が高速化されたIGBTでは、pnp)ランジス
タ202の電流増幅率が小さくなり、オン電圧の規格上
限を満たすためには、電流密度が充分に高くできないと
いう問題がある。
With MOSFET 201 turned on by applying a sufficient voltage between the gate and emitter terminals G and E, if the voltage between the collector and emitter terminals C and E is increased, the MOSFET
Electrons flow from the emitter electrode 109 to the collector electrode 111 through the channel 201 . This allows pnp
The base and emitter of the transistor 202 are forward biased, and the transistor 202 becomes active and l GB
The collector and emitter terminals C and E of T are electrically connected. At this time, the pnp+ transistor 202 amplifies the drain current of the MOSFET 201 and causes it to flow. Therefore, IGB
The higher the amplification factor of the pnp transistor 202 and the larger the drain current of the MOSFET 201, the higher the current carrying capacity of T becomes, and the lower the on-state voltage becomes. However, p
When the amplification factor of the np transistor 202 is increased, the turn-off characteristics deteriorate. In high frequency inverter applications, a turn-off time of 1 μs or less is required;
In order to achieve this with an IGBT having a high breakdown voltage of about 00V, it is necessary to make the current amplification factor of the pnp transistor 202 considerably low. For this reason, various measures have been taken, such as introducing a lifetime killer by irradiation with electron beams or protons or diffusion of heavy metals, and adding a short emitter resistor to the transistor 202. As a result, in an IGBT with faster turn-off characteristics, the current amplification factor of the pnp (pnp) transistor 202 becomes smaller, and there is a problem that the current density cannot be made high enough to meet the upper limit of the on-voltage specification.

このターンオフ特性とオン電圧のトレードオフを改善す
る1つの方法として、従来より、第14図に112で示
すように、n−ドリフト層103の表面近くのドナー密
度を高めて、MOSFET201の直列抵抗203を下
げる工夫がなされてきた。またこの低抵抗層112の働
きによりオン状態の時にp型ウェル領域104との接合
部から伸びてくる空乏層の広がりも抑制されるので、高
耐圧のデバイスでもファインパターン化が可能となる。
As one method for improving the trade-off between turn-off characteristics and on-voltage, conventionally, as shown at 112 in FIG. Efforts have been made to lower the Further, the function of the low resistance layer 112 suppresses the spread of the depletion layer extending from the junction with the p-type well region 104 when in the on state, so that fine patterning is possible even in a high breakdown voltage device.

すなわち、第14図の構造によれば、MOSFET20
1の通電能力を上げ、ドレイン電流を増すことができる
ので、pnp)ランジスタ202の増幅率が低くても高
い電流密度が得られるというのが、これまでの高性能化
であった。
That is, according to the structure of FIG. 14, MOSFET 20
Up to now, performance has been improved by increasing the current carrying capacity of the PNP transistor 202 and increasing the drain current, so that a high current density can be obtained even if the amplification factor of the PNP transistor 202 is low.

ターンオフ特性とオン電圧のトレードオフを改善する別
の方法として、MOSGTOというデバイスが提案され
ている。第15図はMOSGTOの構造を示す断面図で
あり、第16図はその等価回路を示す回路図である。第
15図を参照して、p++半導体基板301上にはn 
型半導体層302、n−型半導体層303.p型半導体
層304が順に積層される。p型半導体層304の表面
にはn型ウェル領域305が選択拡散により形成され、
n型ウェル領域305の表面にはp 型ソース領域30
6が選択拡散により形成される。p型半導体層304と
p 型ソース領域306とではさまれたn型ウェル領域
305の表面部分がチャネル領域307となる。p型半
導体層304上には第1ゲート電極308が形成され、
チャネル領域307上にはゲート絶縁膜309を介して
第2ゲート電極310が形成される。またn型ウェル領
域305およびp++ソース領域306上にはカソード
電極311が形成される。これらの電極308,310
,311間は絶縁膜312により絶縁される。p++半
導体基板301の裏面にはアノード電極312が形成さ
れる。
A device called MOSGTO has been proposed as another method for improving the trade-off between turn-off characteristics and on-voltage. FIG. 15 is a sectional view showing the structure of the MOSGTO, and FIG. 16 is a circuit diagram showing its equivalent circuit. Referring to FIG. 15, there is n on the p++ semiconductor substrate 301.
type semiconductor layer 302, n-type semiconductor layer 303. P-type semiconductor layers 304 are sequentially stacked. An n-type well region 305 is formed on the surface of the p-type semiconductor layer 304 by selective diffusion.
A p-type source region 30 is formed on the surface of the n-type well region 305.
6 is formed by selective diffusion. A surface portion of the n-type well region 305 sandwiched between the p-type semiconductor layer 304 and the p-type source region 306 becomes a channel region 307. A first gate electrode 308 is formed on the p-type semiconductor layer 304,
A second gate electrode 310 is formed on the channel region 307 with a gate insulating film 309 interposed therebetween. Further, a cathode electrode 311 is formed on the n-type well region 305 and the p++ source region 306. These electrodes 308, 310
, 311 are insulated by an insulating film 312. An anode electrode 312 is formed on the back surface of the p++ semiconductor substrate 301.

第16図の等価回路において、pチャネルMO5FET
401は第15図のp型半導体層304から上の部分の
縦型MO3構造より成るMOSFETを代表しており、
pnp)ランリスク402はp++半導体基板301.
n+型型半体体層302  n  型半導体層303お
よびp型半導体層304より成るpnnp構造のバイポ
ーラトランジスタを代表している。またnpn)ランリ
スク403は、n 型半導体層303.  p型半導体
層304およびn型ウェル領域305より成るn−pn
構造のバイポーラトランジスタを代表している。
In the equivalent circuit of Fig. 16, p-channel MO5FET
401 represents a MOSFET having a vertical MO3 structure above the p-type semiconductor layer 304 in FIG.
pnp) run risk 402 is a p++ semiconductor substrate 301.
The n+ type half layer 302 represents a pnnp structure bipolar transistor consisting of an n type semiconductor layer 303 and a p type semiconductor layer 304. In addition, the npn) run risk 403 is the n-type semiconductor layer 303. n-pn consisting of p-type semiconductor layer 304 and n-type well region 305
The structure represents a bipolar transistor.

このMO3GTOをターンオンするには、アノード、カ
ソード端子A、に間を正バイアスしておき、第1ゲート
端子G1にトリガ電流を流し込めば、トランジスタ40
2,403から成るサイリスクがラッチして、アノード
、カソード端子A。
To turn on this MO3GTO, apply a positive bias between the anode and cathode terminals A, and apply a trigger current to the first gate terminal G1.
A thyrsk consisting of 2,403 latches the anode and cathode terminals A.

K間が導通する。第2ゲート端子G2に負の電圧を印加
してMO3FET401を導通させ、サイリスタのラッ
チを外せばMO8GTOはターンオフする。
Conductivity occurs between K. When a negative voltage is applied to the second gate terminal G2 to make the MO3FET 401 conductive and the thyristor is unlatched, the MO8GTO is turned off.

このデバイスはサイリスタ構造であるので、高耐圧にな
ってもオン電圧は低くてきる特徴がある。
Since this device has a thyristor structure, its on-state voltage is low even when the withstand voltage is high.

しかしターンオフは、ゲート逆バイアスなしのGToの
遮断と等価であり、遮断可能なアノード電流が充分に高
くできない難点がある。またゲート電極を2個有し、点
弧・遮断に複雑なゲート制御が必要で使い勝手は良くな
い。このMO5GTOの点弧ゲート制御をMOSゲート
で行う構造としたものが、いわゆるMOSコンドロール
ドサイリスタ(MCT)であるが、これもターンオフの
メカニズムはMO3GTOと同じで、上述のMO3GT
Oと同様な問題がある。
However, turn-off is equivalent to cutting off the GTo without gate reverse bias, and there is a drawback that the anode current that can be cut off cannot be made sufficiently high. In addition, it has two gate electrodes and requires complex gate control for ignition and shutoff, making it not easy to use. A structure in which the firing gate control of this MO5GTO is performed using a MOS gate is the so-called MOS chondral thyristor (MCT), but this also has the same turn-off mechanism as the MO3GTO.
There is a problem similar to O.

以上のデバイスの欠点を改良し、高耐圧、低オン抵抗、
高速ターンオフおよび高い遮断可能主電流密度を実現す
るデバイスとして、エミッタスイッチドサイリスタ(E
ST)が提案されている。
By improving the drawbacks of the above devices,
Emitter-switched thyristors (E
ST) has been proposed.

第17図はrllシEE Electron Devi
ce IetLcrs、 V。
Figure 17 shows rll EE Electron Devi.
ce IetLcrs, V.

1.11.  No、2. 1990年 2月 ”Th
e MOS−Gated  ElLLer 5w1tc
hed Thyrlstor”、 B、 Jayant
 Ballga Jに開示されたESTの構造を示す断
面図であり、第18図はその等価回路を示す回路図であ
る。第17図を参照して、p++半導体基板501上に
はn型バッファ層502.n−型ドリフト層503゜p
型ベース層504が順に積層される。p型ベース層50
4の表面には、n+型ラフローティング領域505よび
n++エミッタ領域506が選択的に形成される。n+
型ラフローティング領域505n++エミッタ領域50
6とではさまれたp型ベース領域504の表面部分がチ
ャネル領域507となる。チャネル領域507を除き、
n++エミッタ領域506の周囲にはベース抵抗低減の
ためのp+型領領域508設けられる。チャネル領域5
07上にはゲート絶縁膜509を介してゲート電極5]
0か形成され、n++エミッタ領域506およびp+型
領領域508上はカソード電極511が形成される。p
++半導体基板50]の裏面にはアノード電極512が
形成される。
1.11. No, 2. February 1990 “Th
e MOS-Gated ELLLer 5w1tc
hed Thyrlstor”, B, Jayant
18 is a cross-sectional view showing the structure of the EST disclosed in Ballga J, and FIG. 18 is a circuit diagram showing its equivalent circuit. Referring to FIG. 17, an n-type buffer layer 502 . n-type drift layer 503°p
Mold base layers 504 are laminated in sequence. p-type base layer 50
4, an n+ type rough floating region 505 and an n++ emitter region 506 are selectively formed. n+
Mold rough floating region 505n++ emitter region 50
The surface portion of the p-type base region 504 sandwiched between the p-type base region 6 and the channel region 507 becomes a channel region 507. Except for the channel region 507,
A p+ type region 508 is provided around the n++ emitter region 506 to reduce base resistance. Channel area 5
A gate electrode 5 is formed on the gate electrode 07 via a gate insulating film 509]
A cathode electrode 511 is formed on the n++ emitter region 506 and the p+ type region 508. p
An anode electrode 512 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 50].

第18図の等価回路において、nチャネルMO5FET
601は第17図のp型ベース領域504から上のMO
5構造より成るMOSFETに対応しており、pnp)
ランジスタロ02はp+型崖導体基板501.、n型バ
ッファ層502.n型ドリフト層503およびp型ベー
ス領域504より成るp”nn  p構造のバイポーラ
トランジスタに対応している。またnpn )ランジス
タロ03は、n 型ドリフト層50B、p型ベース層5
04、n+型ラフローティング領域505り成るn  
pn+構造のバイポーラトランジスタに対応している。
In the equivalent circuit of Fig. 18, n-channel MO5FET
601 is the MO above the p-type base region 504 in FIG.
Compatible with MOSFETs consisting of 5 structures (pnp)
Ranjistaro 02 is a p+ type cliff conductor board 501. , n-type buffer layer 502. It corresponds to a bipolar transistor with a p"nnp structure consisting of an n-type drift layer 503 and a p-type base region 504. Also, the npn) transistor 03 has an n-type drift layer 50B, a p-type base layer 5
04, n consisting of n + type rough floating region 505
Compatible with pn+ structure bipolar transistors.

抵抗604はp型ベース層504の抵抗成分を表わして
いる。
A resistor 604 represents a resistance component of the p-type base layer 504.

このESTをターンオンするには、アノード。To turn on this EST, anode.

カソード端子A、に間を正バイアスしておき、かつゲー
ト端子Gに正電圧を印加してMO8FET601を導通
させた状態で、トランジスタ602゜603より成るサ
イリスタをトリガしラッチさせるためにp型ベース層5
04にトリガ電流を供給する必要がある。このため、上
記文献に記述されているように、第15図、第16図の
第1ゲート端子G1と類似の、トリガ電流供給用のゲー
ト端子GTを、p型ベース層504に対して適当に設け
なければならない。第18図の等価回路では、このゲー
ト端子G、を点線で示す。一方、ゲート端子Gの印加電
圧をゼロにしてMO5FET601を非導通にすること
により、サイリスタのラッチが外れESTはターンオフ
する。
With a positive bias applied to the cathode terminal A and a positive voltage applied to the gate terminal G to make the MO8FET 601 conductive, the p-type base layer is used to trigger and latch the thyristor consisting of the transistors 602 and 603. 5
It is necessary to supply a trigger current to 04. For this reason, as described in the above document, a gate terminal GT for trigger current supply, similar to the first gate terminal G1 in FIGS. 15 and 16, is connected to the p-type base layer 504 appropriately. must be established. In the equivalent circuit of FIG. 18, this gate terminal G is indicated by a dotted line. On the other hand, by setting the voltage applied to the gate terminal G to zero and making the MO5FET 601 non-conductive, the thyristor is unlatched and the EST is turned off.

ESTは前述のMOSGTOと同様、サイリスタ構造で
あるので、高耐圧になってもオン電圧は低くできる。ま
た、サイリスタ部とカスコード接続されたMO8FET
601のチャネルでターンオフを制御するので、遮断可
能なアノード電流はMOSGTOよりも高い。さらに、
トランジスタ602の増幅率を低くできるので、高速タ
ーンオフが可能になる。しかしながら、MOSGTOと
同様にゲート電極を2個必要とするため、ゲート制御が
煩雑であるという問題がある。また余分なゲート電極の
ためデバイスの実装密度が低下し、実現できる電流密度
が小さくなるという問題もある。
Like the MOSGTO described above, the EST has a thyristor structure, so even if the withstand voltage is high, the on-voltage can be kept low. In addition, MO8FET connected in cascode with the thyristor section
Since the turn-off is controlled by the channel of 601, the anode current that can be cut off is higher than that of MOSGTO. moreover,
Since the amplification factor of transistor 602 can be lowered, high-speed turn-off is possible. However, since it requires two gate electrodes like MOSGTO, there is a problem that gate control is complicated. There is also the problem that the extra gate electrode reduces the packaging density of the device and reduces the current density that can be achieved.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

以上説明したように、従来より提案されあるいは用いら
れている半導体装置は、それぞれに問題点を有している
。すなわち、IGBTは、耐圧。
As explained above, the semiconductor devices that have been proposed or used in the past have their own problems. In other words, IGBT has high voltage resistance.

オン電圧、ターンオフ速度の間にトレードオフの関係が
あり、全部を満足させることが難しい。MOSGTOや
MCTは、高耐圧、低オン抵抗は実現できるが、遮断可
能主電流密度が低く、またゲート電極が2個必要である
ため、ゲート制御が複雑であるという問題がある。また
ESTは、高耐圧、低オン抵抗、高速ターンオフ、高い
遮断可能主電流密度は実現できるが、ゲート電極が2個
必要であるためのゲート制御が複雑であるという問題が
ある。加えて余分なゲート電極のためデバイスの実装密
度が上がらないという問題もある。
There is a trade-off relationship between on-voltage and turn-off speed, and it is difficult to satisfy all of them. Although MOSGTOs and MCTs can achieve high withstand voltage and low on-resistance, they have a problem that the main current density that can be interrupted is low and that gate control is complicated because two gate electrodes are required. Furthermore, although EST can achieve high breakdown voltage, low on-resistance, high-speed turn-off, and high interruptible main current density, there is a problem in that gate control is complicated because two gate electrodes are required. In addition, there is also the problem that the device packaging density cannot be increased due to the extra gate electrode.

また、詳しくは後述するが、この様な従来の半導体装置
を、写真撮影等の補助光源として用いられるフラッシュ
の制御装置に適用した場合、フラッシュの発光効率、装
置の小型化、低価格化等に難点があり、十分に満足のい
く性能が実現できないという問題点があった。
Furthermore, as will be described in detail later, when such a conventional semiconductor device is applied to a control device for a flash used as an auxiliary light source for photography, etc., it is possible to improve the luminous efficiency of the flash, reduce the size of the device, reduce the cost, etc. However, there were some drawbacks, and there was a problem in that it was not possible to achieve sufficiently satisfactory performance.

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、高耐圧、低オン抵抗、高速ターンオフ、高い
遮断可能主電流密度を実現できるとともに、ゲート電極
が単一で済み、その結果としてデバイスの実装密度が高
くなり高電流密度を実現できる半導体装置およびその製
造方法を得ることを目的とする。
This invention was made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to realize high withstand voltage, low on-resistance, high-speed turn-off, and high main current density that can be interrupted, as well as requiring only a single gate electrode. The present invention aims to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same, which can increase device packaging density and realize high current density.

また、フラッシュの発光効率が高く、しかも装置の小型
化、低価格化が図れる、高性能なフラッシュ制御装置を
得ることをも目的とする。
Another object of the present invention is to obtain a high-performance flash control device that has high flash emission efficiency and can be made smaller and less expensive.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

第1の発明に係る半導体装置は、第1.第2主面を有す
る第1導電型の第1半導体層と、この第1半導体層の第
1主面上に形成された第2導電型の第2半導体層と、こ
の第2半導体層の表面に選択的に形成された比較的低い
第1不純物濃度を有する第1導電型の第1半導体領域と
、この第1半導体領域に隣接して第2半導体層の表面に
選択的に形成された比較的高い第2不純物濃度を有する
第1導電型の第2半導体領域と、第1半導体領域の表面
の少なくとも一部に形成された第2導電型の第3半導体
領域と、第2半導体領域の表面に第1半導体領域から離
れて選択的に形成された第2導電型の第4半導体領域と
を備え、第3.第4半導体領域間の表面部分はチャネル
として規定され、このチャネル上に形成されたゲート絶
縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と
、第2、第4半導体領域上にまたがって形成された第1
主電極と、第1半導体層の第2主面上に形成された第2
主電極とをさらに備えて構成されており、第1不純物濃
度はオフ時に第1.第2主電極間に実使用電圧が印加さ
れた状態で第1半導体領域が完全に空乏化する値に設定
され、第2不純物濃度はチャネルの閾値電圧がエンハン
スメントモードの所定値になる値に設定されている。
The semiconductor device according to the first invention includes the first aspect. a first semiconductor layer of a first conductivity type having a second principal surface; a second semiconductor layer of a second conductivity type formed on the first principal surface of the first semiconductor layer; and a surface of the second semiconductor layer. A first semiconductor region of a first conductivity type having a relatively low first impurity concentration selectively formed on the surface of the second semiconductor layer adjacent to the first semiconductor region; a second semiconductor region of a first conductivity type having a high second impurity concentration; a third semiconductor region of a second conductivity type formed on at least a portion of the surface of the first semiconductor region; and a surface of the second semiconductor region. a fourth semiconductor region of the second conductivity type selectively formed apart from the first semiconductor region; A surface portion between the fourth semiconductor regions is defined as a channel, and a gate insulating film formed on this channel, a gate electrode formed on this gate insulating film, and spanning over the second and fourth semiconductor regions. The first formed
a main electrode and a second electrode formed on the second main surface of the first semiconductor layer;
The main electrode is configured such that the first impurity concentration is the first impurity concentration when the main electrode is off. The first semiconductor region is set to a value that completely depletes the first semiconductor region when an actual operating voltage is applied between the second main electrodes, and the second impurity concentration is set to a value that makes the threshold voltage of the channel a predetermined value for enhancement mode. has been done.

また、第2の発明に係る半導体装置の製造方法は、第1
.第2主面を有する第1導電型の第1半導体層を準備す
る工程と、この第1半導体層の第1主面上に第2導電型
の第2半導体層を形成する工程と、この第2半導体層の
表面に比較的低い第1不純物濃度を有する第1導電型の
第1半導体領域を選択的に形成する工程と、この第1半
導体領域に隣接して第2半導体層の表面に比較的高い第
2不純物濃度を有する第1導電型の第2半導体領域を選
択的に形成する工程と、第1半導体領域の表面の少なく
とも一部に第2導電型の第3半導体領域を形成する工程
と、第2半導体領域の表面に第1半導体領域から離れて
第2導電型の第4半導体領域を選択的に形成する工程と
を備え、第3゜第4半導体領域間の表面部分はチャネル
として規定され、このチャネル上にゲート絶縁膜を形成
する工程と、このゲート絶縁膜上にゲート電極を形成す
る工程と、第2.第4半導体領域上にまたがって第1主
電極を形成する工程と、第1 ’li導体層の第2主面
上に第2主電極を形成する工程とをさらに備えて構成さ
れており、第1不純物濃度はオフ時に第1.第2主電極
間に実使用電圧が印加された状態で第1半導体領域か完
全に空乏化する値に設定され、第2不純物濃度はチャネ
ルの閾値電圧がエンハンスメントモードの所定値になる
値に設定されている。
Further, the method for manufacturing a semiconductor device according to the second invention includes the method for manufacturing a semiconductor device according to the first invention.
.. a step of preparing a first semiconductor layer of a first conductivity type having a second main surface; a step of forming a second semiconductor layer of a second conductivity type on the first main surface of the first semiconductor layer; selectively forming a first semiconductor region of a first conductivity type having a relatively low first impurity concentration on the surface of the second semiconductor layer; a step of selectively forming a second semiconductor region of the first conductivity type having a high second impurity concentration; and a step of forming a third semiconductor region of the second conductivity type on at least a portion of the surface of the first semiconductor region. and selectively forming a fourth semiconductor region of the second conductivity type on the surface of the second semiconductor region apart from the first semiconductor region, the surface portion between the third and fourth semiconductor regions serving as a channel. a step of forming a gate insulating film on the channel; a step of forming a gate electrode on the gate insulating film; The method further comprises a step of forming a first main electrode over the fourth semiconductor region, and a step of forming a second main electrode on the second main surface of the first 'li conductor layer. 1 impurity concentration is the 1st impurity concentration when off. The second impurity concentration is set to a value that completely depletes the first semiconductor region when an actual operating voltage is applied between the second main electrodes, and the second impurity concentration is set to a value that makes the threshold voltage of the channel a predetermined value for enhancement mode. has been done.

さらに、第3の発明に係るフラッシュ制御装置は、第1
.第2の高圧電源端子と、この第1.第2の高圧電源端
子間に接続された閃光エネルギ蓄積用コンデンサと、第
1.第2の高圧電源端子間に接続された閃光放電管とス
イッチ素子との直列接続体と、閃光放電管に接続され、
閃光放電の開始に際し閃光放電管をトリガするトリガ回
路とを備え、スイッチ素子はカスコード接続されたサイ
リスタ素子とMOSFETとが1チップ上に形成されて
構成されている。
Further, a flash control device according to a third aspect of the present invention includes a flash control device according to a first aspect of the present invention.
.. a second high-voltage power supply terminal; a flash energy storage capacitor connected between the second high-voltage power supply terminal; a series connection body of a flash discharge tube and a switch element connected between second high-voltage power supply terminals, and a series connection body connected to the flash discharge tube;
The device includes a trigger circuit that triggers the flash discharge tube at the start of flash discharge, and the switch element is constructed by forming a cascode-connected thyristor element and a MOSFET on one chip.

なお、第3の発明のスイッチ素子として、第]の発明に
係る半導体装置を用いてもよい。
Note that the semiconductor device according to the second invention may be used as the switch element according to the third invention.

〔作用〕[Effect]

第1.第2の発明においては、第1半導体領域の第1不
純物濃度はオフ時に第1.第2主電極間に実使用電圧が
印加された状態で第1半導体領域が完全に空乏化する値
に設定され、第2半導体領域の第2不純物濃度はチャネ
ルの閾値電圧がエンハンスメントモードの所定値になる
値に設定されているので、第1.第2主電極間に実使用
電圧が印加されている状態でゲート電極にバイアス電圧
を印加すると、第1主電極−第4半導体領域−チャネル
−第3半導体領域→空乏化した第1半導体領域→第2半
導体層の経路で第2半導体層に電流が供給され、これが
サイリスタ構造のトリガ電流となり、サイリスタにラッ
チがかかり、半導体装置は直ちにターンオンする。ゲー
ト電極のバイアス電圧を除去すると、サイリスタのラッ
チが外れ、半導体装置はオフする。
1st. In the second invention, the first impurity concentration of the first semiconductor region is the first impurity concentration when the first semiconductor region is off. The second impurity concentration of the second semiconductor region is set to a value such that the first semiconductor region is completely depleted when an actual operating voltage is applied between the second main electrodes, and the second impurity concentration of the second semiconductor region is set so that the threshold voltage of the channel is a predetermined value in the enhancement mode. Since the value is set to , the first. When a bias voltage is applied to the gate electrode in a state where an actual operating voltage is applied between the second main electrodes, first main electrode - fourth semiconductor region - channel - third semiconductor region → depleted first semiconductor region → A current is supplied to the second semiconductor layer through the path of the second semiconductor layer, which becomes a trigger current for the thyristor structure, latches the thyristor, and immediately turns on the semiconductor device. When the bias voltage on the gate electrode is removed, the thyristor is unlatched and the semiconductor device is turned off.

また、第3の発明におけるスイッチ素子は、カスコード
接続されたサイリスタ素子とMOSFETとが1チップ
上に形成されて構成されており、特にスイッチ素子のタ
ーンオフにおいて、サイリスタ素子の一方端子を開放す
る構成となっているので、高い電流密度の閃光放電電流
を容品に遮断できる。
Further, the switch element in the third invention is configured such that a cascode-connected thyristor element and a MOSFET are formed on one chip, and in particular, when the switch element is turned off, one terminal of the thyristor element is opened. Therefore, it is possible to block flash discharge current with high current density to the container.

さらに、スイッチ素子として第1の発明に係る半導体装
置を用いれば、ゲート電極が1つて済め、tp−の制御
人力でフラッシュ制御装置を制御できる。
Furthermore, if the semiconductor device according to the first invention is used as a switch element, only one gate electrode is required, and the flash control device can be controlled by human control of tp-.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はこの発明による半導体装置の一実施例を示す断
面構造図であり、第2図はその等価回路を示す回路図で
ある。第1図を参照して、第1半導体層としてのp++
半導体基板70]上には、第2半導体層としてのn+型
上半導体層702n 型ドリフト層703が順に積層さ
れる。091978層703は例えば、1000 Vク
ラスの半導体装置において、不純物濃度が1.0 ” 
cm −3程度、深さが60μm程度であってもよい。
FIG. 1 is a cross-sectional structural diagram showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit thereof. Referring to FIG. 1, p++ as the first semiconductor layer
Semiconductor substrate 70], an n+ type upper semiconductor layer 702 and an n type drift layer 703 as a second semiconductor layer are laminated in this order. For example, the 091978 layer 703 has an impurity concentration of 1.0'' in a 1000 V class semiconductor device.
The depth may be about cm −3 and the depth may be about 60 μm.

091978層703の表面には、第1半導体領域とし
てのp−型半導体領域704が選択的に形成される。p
−型半導体領域704は例えば、不純物濃度がかなり低
い1012cITl−3〜1015c111−8程度、
深さが数μm程度であってもよい。p 型半導体領域7
04の両側に隣接して、n−型ドリフト層703上に、
第2半導体領域としてのp型半導体領域705がウェル
状に選択的に形成される。p型半導体領域705は例え
ば、不純物濃度がチャネル領域708のn++半導体領
域707側の端部において1016cn−3程度、深さ
が数μm程度であってもよい。
A p-type semiconductor region 704 as a first semiconductor region is selectively formed on the surface of the 091978 layer 703. p
- type semiconductor region 704 is, for example, about 1012cITl-3 to 1015c111-8, which has a fairly low impurity concentration.
The depth may be approximately several μm. p-type semiconductor region 7
Adjacent to both sides of 04, on the n-type drift layer 703,
A p-type semiconductor region 705 as a second semiconductor region is selectively formed in a well shape. For example, the p-type semiconductor region 705 may have an impurity concentration of about 1016cn-3 at the end of the channel region 708 on the n++ semiconductor region 707 side, and a depth of about several μm.

p−型半導体領域704の表面には、第3半導体領域と
してのn 型半導体領域706が、領域704.705
間の界面から離れて選択的に形成される。n++半導体
領域706は例えば、不純物濃度が表面において10t
9cf、、−3程度、深さが0゜3μm程度であっても
よい。p型半導体領域705の表面には、第4半導体領
域としてのn 型半導体領域707が、領域704,7
05間の界面から離れて選択的に形成される。n 型半
導体領域707は例えば、不純物濃度が表面において1
019cn−3程度、深さが0.3μm程度であっても
よい。n++半導体領域706と707とではさまれた
p−型半導体領域704およびp型半導体領域705の
表面部分がチャネル領域708となる。
On the surface of the p-type semiconductor region 704, an n-type semiconductor region 706 as a third semiconductor region is formed in regions 704 and 705.
selectively formed away from the interface between the two. For example, the n++ semiconductor region 706 has an impurity concentration of 10t at the surface.
The depth may be approximately 0°3 μm. On the surface of the p-type semiconductor region 705, an n-type semiconductor region 707 as a fourth semiconductor region is formed in the regions 704 and 7.
It is selectively formed away from the interface between 05 and 05. For example, the n-type semiconductor region 707 has an impurity concentration of 1 at the surface.
The depth may be about 0.019cn-3 and about 0.3 μm. A surface portion of the p − type semiconductor region 704 and the p type semiconductor region 705 sandwiched between the n++ semiconductor regions 706 and 707 becomes a channel region 708 .

チャネル領域708上には、ゲート酸化膜709を介し
てゲート電極710が形成される。またp型半導体領域
705およびn 型半導体領域707上には第1主電極
としてのアノード電極711が形成される。これらの電
極710.711は絶縁膜712により絶縁される。p
 型半導体基板701の裏面には第2主電極としてのカ
ソード電極713が形成される。
A gate electrode 710 is formed on the channel region 708 with a gate oxide film 709 interposed therebetween. Further, an anode electrode 711 as a first main electrode is formed on the p-type semiconductor region 705 and the n-type semiconductor region 707. These electrodes 710 and 711 are insulated by an insulating film 712. p
A cathode electrode 713 as a second main electrode is formed on the back surface of the type semiconductor substrate 701.

なお、p−型半導体層704は、第1図ではp型半導体
領域705よりも深さが浅いものとなっているが、第3
図に示すようにp型半導体領域705と深さが略同じ、
あるいは第4図に示すようにp型半導体領域705より
も深さが深いものであってもよい。
Note that the p-type semiconductor layer 704 has a shallower depth than the p-type semiconductor region 705 in FIG.
As shown in the figure, the depth is approximately the same as that of the p-type semiconductor region 705,
Alternatively, as shown in FIG. 4, the depth may be deeper than the p-type semiconductor region 705.

第2図の等価回路図において、nチャネルMO3FET
801は第1図のp−型半導体領域704から上の部分
のMO3構造より成るMOSFETに対応している。マ
ルチコレクタのpnp)ランリスタ802は、第1図の
p++半導体基板701、n+型型半体体層702n−
型ドリフト層703およびp−型半導体領域704より
成るpnnp  構造のバイポーラトランジスタおよび
、このバイポーラトランジスタのコレクタをp−型半導
体領域704からp型半導体領域705にかえたpnn
p構造のバイポーラトランジスタに対応している。また
npn)ランリスタ803は、第1図のn 型ドリフト
層703゜p−型半導体領域704およびn++半導体
領域706より成るnpn  構造のバイポーラトラン
ジスタに対応している。抵抗804はp−型半導体領域
704における抵抗成分を表している。
In the equivalent circuit diagram of Fig. 2, n-channel MO3FET
Reference numeral 801 corresponds to a MOSFET having an MO3 structure above the p-type semiconductor region 704 in FIG. The multi-collector pnp) run lister 802 includes the p++ semiconductor substrate 701 and the n+ type half layer 702n- in FIG.
A bipolar transistor with a pnnp structure consisting of a type drift layer 703 and a p-type semiconductor region 704, and a pnn transistor in which the collector of this bipolar transistor is changed from the p-type semiconductor region 704 to the p-type semiconductor region 705.
Compatible with p-structure bipolar transistors. The npn) run lister 803 corresponds to a bipolar transistor having an npn structure consisting of an n-type drift layer 703, a p-type semiconductor region 704, and an n++ semiconductor region 706 in FIG. A resistor 804 represents a resistance component in the p-type semiconductor region 704.

トランジスタ802の一部とトランジスタ803とがサ
イリスタ接続され、サイリスタ部を構成している。そし
て、このサイリスタ部に対し、MO3FET801がカ
スコード接続されている。
A portion of the transistor 802 and the transistor 803 are thyristor-connected to form a thyristor section. A MO3FET 801 is connected in cascode to this thyristor section.

このように、この半導体装置では、MOSFETによる
GTOサイリスクのカスコード駆動の形になっている。
In this manner, this semiconductor device uses a cascode drive of GTO silisks using MOSFETs.

次に動作を説明する。ゲート端子Gに印加されるゲート
電圧が低く、MO5FET801がオフしている状態で
、アノード端子Aの印加電圧をカソード端子Kに対し上
昇すると、n−型ドリフト層703とp″″−およびp
型半導体領域704.705との間のpn接合が逆バイ
アスとなり、このpn接合の両側に空乏層が伸び始める
。空乏層はアクセプタ密度の低いp−型半導体領域70
4においてよく伸び、数■のアノード電圧によってp−
型半導体領域704内は完全に空乏化される。
Next, the operation will be explained. When the gate voltage applied to the gate terminal G is low and the MO5FET 801 is off, when the voltage applied to the anode terminal A is increased relative to the cathode terminal K, the n-type drift layer 703 and the p″″- and p
The pn junction between the type semiconductor regions 704 and 705 becomes reverse biased, and a depletion layer begins to grow on both sides of this pn junction. The depletion layer is a p-type semiconductor region 70 with low acceptor density.
4, and p-
The inside of type semiconductor region 704 is completely depleted.

さらにアノード電圧を若干上げると、アクセプタ密度の
高いp型半導体領域705を若干空乏化した状態で、空
乏層の伸びは止まる。このような低電圧阻止時における
空乏層の伸び(空乏層の端部)の状態を第5図において
一点鎖線で示す。なおn++半導体領域706の周囲に
も空乏層の端部は表われるが、図面では図示を省略して
いる。
When the anode voltage is further increased slightly, the depletion layer stops growing while the p-type semiconductor region 705 with high acceptor density is slightly depleted. The state of elongation of the depletion layer (the end of the depletion layer) during such low voltage blocking is shown by a dashed line in FIG. Note that the edge of the depletion layer also appears around the n++ semiconductor region 706, but is not shown in the drawing.

n 型ドリフト層703側に伸びた空乏層は、数百Vの
アノード電圧の印加でn−型ドリフト層703内を完全
に空乏化し、さらに定格電圧(例えば100OV)近く
までアノード電圧を上げると、ドナー密度の高いn 型
半導体層を若干空乏化した状態で空乏層の伸びは止まる
。このような高電圧阻止時における空乏層の伸びの状態
を第5図において点線で表す。定格電圧を越えてアノー
ド電圧を上げていくと、やがて半導体装置内部の電界が
臨界電界に達し、降伏が始まる。
The depletion layer extending toward the n-type drift layer 703 is completely depleted in the n-type drift layer 703 by applying an anode voltage of several hundred V, and when the anode voltage is further increased to near the rated voltage (for example, 100OV), The depletion layer stops growing when the n-type semiconductor layer with high donor density is slightly depleted. The state of elongation of the depletion layer during such high voltage blocking is represented by a dotted line in FIG. When the anode voltage is increased beyond the rated voltage, the electric field inside the semiconductor device eventually reaches a critical electric field and breakdown begins.

第6図は、第4図の構造の半導体装置の電圧阻止状態に
おける空乏層の伸びを示す図である。第5図と同様に、
−点鎖線は低電圧阻止時の空乏層の伸びを示し、点線は
高電圧阻止時の空乏層の伸びを示す。第4図の構造の場
合、n 型ドリフト層703とp−型半導体領域704
との間のpn接合が曲率の無い平坦な接合となるので、
電界集中が起こりに<<、高耐圧化が容品である。この
ことは第3図の構造の半導体装置にもあてはまる。
FIG. 6 is a diagram showing the extension of the depletion layer in the voltage blocking state of the semiconductor device having the structure of FIG. 4. Similar to Figure 5,
- The dotted line shows the extension of the depletion layer when blocking a low voltage, and the dotted line shows the extension of the depletion layer when blocking a high voltage. In the case of the structure shown in FIG. 4, the n-type drift layer 703 and the p-type semiconductor region 704
Since the pn junction between is a flat junction with no curvature,
Since electric field concentration occurs, it is desirable to have a high breakdown voltage. This also applies to the semiconductor device having the structure shown in FIG.

ゲート端子Gに正電圧を印加すると、チャネル領域70
8に反転層が形成されMO3FET801がオンする。
When a positive voltage is applied to the gate terminal G, the channel region 70
An inversion layer is formed at 8 and MO3FET 801 is turned on.

チャネル領域708が導通する閾値電圧はチャネル領域
708のn++半導体領域707側の端部におけるp型
半導体領域705の不純物濃度によって決まるが、この
不純物濃度は、上記閾値電圧がエンハンスメントモード
の適当な値になるように設定される。
The threshold voltage at which the channel region 708 becomes conductive is determined by the impurity concentration of the p-type semiconductor region 705 at the end of the channel region 708 on the n++ semiconductor region 707 side. It is set so that

MO3FET801がオンすると、n+型゛I6導体領
域706はカソード電極711とほぼ同電位になる。こ
の状態で、アノード端子Aの印加電圧をカソード端子K
に対して上昇すると、n 型ドリフト層703とp−お
よびp型半導体領域704.705との間のpn接合が
逆バイアスされ、前述と同様にしてこのpn接合の両側
に空乏層が広がり、数Vのアノード電圧によってp−型
半導体領域704内は完全に空乏化される。これにより
、n−型ドリフト層703.p−型半導体領域704お
よびn 型半導体領域706より成るnpn)ランリス
タ803のベース領域内はバンチスルー状態となって、
このトランジスタ803は低インピーダンスでコレクタ
・エミッタ間がつながる(すなわち導通する)。これに
より、n++半導体領域707からチャネル領域708
.n”型半導体領域706.バンチスルーしたp−型半
導体領域704を介してn 型ドリフト層703(pn
pトランジスタ802のベース)に電子が注入され、こ
れに応答してp++半導体基板701(pnpトランジ
スタ802のエミッタ)からn 型半導体層702を介
してn 型ドリフト層703に正孔が注入される。注入
された正孔の一部は、p−″−型半導体領域704から
p型半導体領域705を介してカソード電極711に流
れる際に抵抗804で電圧降下を発生し、npn )ラ
ンリスタ803のベース電流として供給されることによ
りトランジスタ802,803がサイリスタ動作をして
ラッチされる。
When the MO3FET 801 is turned on, the n+ type I6 conductor region 706 has almost the same potential as the cathode electrode 711. In this state, the voltage applied to the anode terminal A is changed to the cathode terminal K.
When the voltage rises to 200 nm, the pn junction between the n-type drift layer 703 and the p- and p-type semiconductor regions 704 and 705 is reverse biased, and a depletion layer spreads on both sides of this pn junction in the same manner as described above, resulting in several The p-type semiconductor region 704 is completely depleted by the anode voltage of V. As a result, the n-type drift layer 703. The base region of the npn) run lister 803 consisting of the p-type semiconductor region 704 and the n-type semiconductor region 706 is in a bunch-through state.
This transistor 803 has a low impedance and its collector and emitter are connected (ie, conductive). As a result, from the n++ semiconductor region 707 to the channel region 708
.. n” type semiconductor region 706.N type drift layer 703 (pn
Electrons are injected into the p++ semiconductor substrate 701 (the emitter of the pnp transistor 802), and holes are injected into the n-type drift layer 703 via the n-type semiconductor layer 702 in response. A part of the injected holes generates a voltage drop at the resistor 804 when flowing from the p-type semiconductor region 704 to the cathode electrode 711 via the p-type semiconductor region 705, and the base current of the npn) run lister 803 increases. As a result, transistors 802 and 803 operate as thyristors and are latched.

このようにしてこの半導体装置はターンオンし、アノー
ド端子Aからカソード端子Kに向けてアノード電流が流
れる。オン状態ではトランジスタ802.803より成
るサイリスタが働くことにより、MO3FET801に
よる直列抵抗での↑U電圧降下大幅に低減される。また
、p+型型半導体根板701n+型型溝導体層702n
−型ドリフト層703およびp型半導体領域705より
成るpnp)ランリスタ(トランジスタ802の一部)
も活性になり、アノード電流を流す。
In this way, this semiconductor device is turned on, and an anode current flows from the anode terminal A to the cathode terminal K. In the on state, the thyristor composed of transistors 802 and 803 operates, and the voltage drop ↑U across the series resistance of MO3FET 801 is significantly reduced. In addition, p+ type semiconductor root plate 701n+ type groove conductor layer 702n
- type drift layer 703 and p-type semiconductor region 705 (pnp) run lister (part of transistor 802)
becomes active and conducts an anode current.

以上のように、この実施例に係る半導体装置のオン状態
では、MO5FET801の通電能力が大幅に改善され
るので、ライフタイムキラーの導入等によりpnp)ラ
ンリスタ802の増幅率が低下しても、それを袖ってな
お電流密度の向上(オン電圧の低減)が可能となる。
As described above, in the ON state of the semiconductor device according to this embodiment, the current carrying capacity of MO5FET 801 is greatly improved, so even if the amplification factor of pnp) run lister 802 decreases due to the introduction of a lifetime killer, etc. It is still possible to improve the current density (reduce the on-state voltage) even when the current density is increased.

アノード、カソード端子A、に間にアノード電流が流れ
ているオン状態において、ゲート端子Gの正電圧を除去
してチャネル領域708を遮断(MO5FET801を
オフ)すると、npnトランジスタ803のエミッタが
開放される。これによってトランジスタ802.803
より成るサイリスクのラッチは解除される。そして、p
−型半導体領域704内の少数キャリアである電子と、
n−型ドリフト層703内の少数キャリアである正孔と
が再結合により消滅することによって、この半導体装置
のターンオフが完了する。少数キャリアの消滅は後者の
正孔の方が時間がかかるので、この半導体装置は基本的
にはI GETと′同様な遮断特性を示す。
In the on state where an anode current flows between the anode and the cathode terminal A, when the positive voltage of the gate terminal G is removed to cut off the channel region 708 (turn off the MO5FET 801), the emitter of the npn transistor 803 is opened. . This allows transistors 802.803
The silisk consisting of the latches are released. And p
Electrons, which are minority carriers in the - type semiconductor region 704,
The turn-off of this semiconductor device is completed when the holes, which are minority carriers in the n-type drift layer 703, disappear by recombination. Since minority carriers take longer to disappear than holes, this semiconductor device basically exhibits blocking characteristics similar to those of IGET.

MO3GTOやMCTのターンオフでは、GTOサイリ
スタのゲート・カソード間をMOSチャネルでバイパス
してサイリスタのラッチを外していたため、遮断可能主
電流密度を十分に高くとることは困難であった。一方、
上記実施例の半導体装置では、GTOサイリスタのカソ
ードをMOSチャネルで投入・開放する構成となってい
るので、MOSチャネルの通電能力の限界まで主電流を
通電・遮断できるという利点がある。また、オン・オフ
制御のためのゲート端子Gが単一で済むため、デバイス
の実装密度が上がり、高い電流密度が実現可能となる。
When turning off MO3GTOs and MCTs, the thyristor's latch is released by bypassing the gate and cathode of the GTO thyristor using a MOS channel, which makes it difficult to maintain a sufficiently high main current density that can be interrupted. on the other hand,
In the semiconductor device of the above embodiment, since the cathode of the GTO thyristor is turned on and off by the MOS channel, there is an advantage that the main current can be turned on and off to the limit of the current carrying capacity of the MOS channel. Furthermore, since only a single gate terminal G is required for on/off control, the device packaging density is increased and a high current density can be realized.

さらに、p″″−型半導体領域704の存在により、p
型半導体領域705の曲率に起因する電界集中か緩和さ
れる(特に第3図、第4図の構造において)。このため
、p型半導体領域705の拡散深さが浅くでき、またチ
ャネル領域708のチャネル長も短くできるので、MO
8構造の微細化が可能となり、その結果、オン抵抗の一
層の低減や電流密度の一層の向上が図れる。
Furthermore, due to the presence of the p″″-type semiconductor region 704, p
The electric field concentration caused by the curvature of the semiconductor region 705 is alleviated (particularly in the structures of FIGS. 3 and 4). Therefore, the diffusion depth of the p-type semiconductor region 705 can be made shallow, and the channel length of the channel region 708 can also be made short.
8 structure can be made finer, and as a result, on-resistance can be further reduced and current density can be further improved.

なお、上記実施例に係る半導体装置も、IGBTと同様
に、p 型半導体基板701.n+型型半体体層702
n−型ドリフト層703.p型半導体領域705および
n++半導体領域707から成る寄生サイリスクを内蔵
している。このため、p型半導体領域705内の電流密
度が高くなるとこの寄生サイリスタがラッチアップして
1.制御不能になる可能性がある。従って、p型半導体
領域705内の電位上昇を防ぐため、例えば第7図に示
すようにp型半導体領域705内に高濃度の拡散領域7
14を設け、p型半導体領域705の抵抗率を低く保つ
ようにするのが望ましい。
Note that the semiconductor device according to the above embodiment also has a p-type semiconductor substrate 701. n+ type half body layer 702
n-type drift layer 703. It contains a parasitic silicon risk consisting of a p-type semiconductor region 705 and an n++ semiconductor region 707. Therefore, when the current density in the p-type semiconductor region 705 increases, this parasitic thyristor latches up and 1. It can get out of control. Therefore, in order to prevent potential rise in the p-type semiconductor region 705, for example, as shown in FIG.
14 is preferably provided to keep the resistivity of the p-type semiconductor region 705 low.

次に、第8A図ないし第8E図を参照しつつ、第1図の
半導体装置の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 8A to 8E.

まず、第8A図に示すように、p 型半導体基板701
上にn型不純物をイオン注入してn 型半導体層702
を形成した後、その上にn−型半導体層703をエピタ
キシャル成長させる。次に、第8B図に示すように、n
−型半導体基板703上にp型不純物をイオン注入して
、p″″型半型体導体層720面に形成する。そして、
第8C図に示すように、表面を酸化してシリコン酸化膜
721を全面に形成し、その上にポリシリコンを堆積さ
せた後これを選択エツチングでパターニングしてポリシ
リコン膜722を形成する。しかる後、ポリシリコン膜
722をマスクとしてp型不純物をイオン注入し、アニ
ールすることにより、ウェル状のp型半導体領域705
を形成する。このとき同時に、p−型半導体層720の
p型不純物が拡散されることにより、p−型半導体領域
704が形成される。
First, as shown in FIG. 8A, a p-type semiconductor substrate 701
An n-type semiconductor layer 702 is formed by ion-implanting n-type impurities thereon.
After forming, an n-type semiconductor layer 703 is epitaxially grown thereon. Next, as shown in FIG. 8B, n
A p-type impurity is ion-implanted onto the - type semiconductor substrate 703 to form a p'''' type semi-conductor layer 720 surface. and,
As shown in FIG. 8C, the surface is oxidized to form a silicon oxide film 721 over the entire surface, and polysilicon is deposited thereon and then patterned by selective etching to form a polysilicon film 722. Thereafter, p-type impurities are ion-implanted using the polysilicon film 722 as a mask, and annealing is performed to form a well-shaped p-type semiconductor region 705.
form. At the same time, the p-type impurity of the p-type semiconductor layer 720 is diffused, thereby forming the p-type semiconductor region 704.

次に、第8D図に示すように、ポリシリコン膜722お
よび酸化膜721を選択エツチングして、ゲート電極7
10およびゲート酸化膜709を形成するとともに、そ
れらの両側に窓を設ける。そして、窓を介してn型不純
物を選択的に導入することにより、n++半導体領域7
06,707を自己整合的に形成する。しかる後、第8
E図に示すように、層間絶縁膜712でゲート電極71
0およびn 型半導体領域706を覆い、メタライズ処
理により、その上からアノード電極711を形成すると
ともに、裏面にカソード電極713を形成することによ
り、第1図の構造の半導体装置を得る。
Next, as shown in FIG. 8D, the polysilicon film 722 and the oxide film 721 are selectively etched to form the gate electrode 72.
10 and a gate oxide film 709 are formed, and windows are provided on both sides thereof. Then, by selectively introducing n-type impurities through the window, the n++ semiconductor region 7
06,707 are formed in a self-aligned manner. After that, the 8th
As shown in Figure E, the interlayer insulating film 712 connects the gate electrode 71.
The semiconductor device having the structure shown in FIG. 1 is obtained by covering the 0 and n type semiconductor regions 706 and forming an anode electrode 711 thereon by metallization treatment and forming a cathode electrode 713 on the back surface.

第9図は、この発明による半導体装置の他の実施例を示
す断面構造図である。この実施例では、n++半導体領
域706が、p−型半導体領域704の表面の一部でな
く全面に形成されている。
FIG. 9 is a cross-sectional structural diagram showing another embodiment of the semiconductor device according to the present invention. In this embodiment, the n++ semiconductor region 706 is formed on the entire surface of the p- type semiconductor region 704 instead of a part of the surface.

また、ゲート電極710が2つに分割されず、2つのチ
ャネル部分で共通の単一のゲート電極となっている。そ
の他の構造は第4図の半導体装置と同様である。このよ
うな構造においても、上記実施例と同様の効果が得られ
る。
Further, the gate electrode 710 is not divided into two, and is a single gate electrode common to the two channel portions. The rest of the structure is the same as the semiconductor device shown in FIG. Even in such a structure, the same effects as in the above embodiment can be obtained.

さらに、p″″−型半導体領域704の下面形状は、必
ずしも平面である必要はなく、例えば第10図に示すよ
うに、p型半導体領域705のウェル形状に沿った形状
であってもよい。
Furthermore, the lower surface shape of the p''''-type semiconductor region 704 does not necessarily have to be flat, and may be shaped along the well shape of the p-type semiconductor region 705, as shown in FIG. 10, for example.

なお、上記実施例ではnチャネル型の半導体装置につい
て説明したが、各層や領域の導電型を逆にすることによ
り、この発明はnチャネル型の半導体装置についても適
用できることは勿論である。
In the above embodiment, an n-channel type semiconductor device has been described, but it goes without saying that the present invention can also be applied to an n-channel type semiconductor device by reversing the conductivity type of each layer or region.

以上詳述したこの発明に係る半導体装置は、写真撮影等
の補助光源として用いられるフラッシュの制御装置に適
用した場合、優れた性能を発揮する。以下、この発明に
係る半導体装置を用いたフラッシュ制御装置について説
明するが、その前にまず、従来のIGBTを用いたフラ
ッシュ制御装置およびその問題点について説明しておく
The semiconductor device according to the present invention described in detail above exhibits excellent performance when applied to a control device for a flash used as an auxiliary light source for photography and the like. A flash control device using a semiconductor device according to the present invention will be described below, but first, a conventional flash control device using an IGBT and its problems will be explained.

第19図はIGBTを用いた従来のフラッシュ制御装置
を示す回路図である。第19図において、IGBT90
1と閃光放電管902との直列接続体が、閃光エネルギ
蓄積用コンデンサ903に並列に接続されて、主回路を
構成している。この主回路には、高圧電源V。Mが印加
される。閃光放電管902をトリガするためのトリが回
路は、トリガトランス904.抵抗905およびトリガ
コンデンサ906より成る。IGBT901のゲートに
はゲート抵抗907を介して制御人力VINが印加され
る。
FIG. 19 is a circuit diagram showing a conventional flash control device using IGBTs. In FIG. 19, IGBT90
1 and a flash discharge tube 902 are connected in parallel to a flash energy storage capacitor 903 to form a main circuit. This main circuit includes a high voltage power supply V. M is applied. A trigger circuit for triggering the flash discharge tube 902 includes a trigger transformer 904. It consists of a resistor 905 and a trigger capacitor 906. Control human power VIN is applied to the gate of the IGBT 901 via a gate resistor 907.

動作において、まず、IGBT901のゲートに印加さ
れる制御人力VINを低レベルとし、IGBT901を
オフ状態として、高圧電源V。Hにより閃光エネルギ蓄
積用コンデンサ90Bを図示の極性(通常300■前後
)に充電する。これにより、同時に、トリガコンデンサ
906が抵抗905を通して充電される。この状態で、
I GBT901のゲートに高レベル(通常数十V)の
電圧パルスの制御人力■INを印加すると、IGBT9
01がターンオンし、トリガコンデンサ906に充電さ
れていた電荷がトリガトランス904の1次巻線を通じ
て放電される。これにより、トリガトランス904の2
次巻線に数KVの高電圧パルスが発生し、閃光放電管9
02がトリガされる。これによって閃光放電管902は
放電を開始し、閃光エネルギ蓄積用コンデンサ903に
蓄えられていた電荷を消費して閃光を発する。写真撮影
に必要な光量が得られた時点で、IGBT901のゲー
ト電圧を充分に低いレベルに下げて、IGBT90]を
ターンオフさせると、閃光放電管902に流れていた電
流が遮断され、閃光放電が停止する。同時に、トリガコ
ンデンサ906は元の極性に再充電されて、初期状態に
もどる。
In operation, first, the control human power VIN applied to the gate of the IGBT 901 is set to a low level, the IGBT 901 is turned off, and the high voltage power supply V is turned off. The flash energy storage capacitor 90B is charged to the polarity shown in the figure (usually around 300 cm) by H. This causes trigger capacitor 906 to be charged through resistor 905 at the same time. In this state,
When a high-level (usually several tens of V) voltage pulse control voltage IN is applied to the gate of IGBT901, IGBT9
01 is turned on, and the charge stored in the trigger capacitor 906 is discharged through the primary winding of the trigger transformer 904. As a result, 2 of the trigger transformer 904
A high voltage pulse of several KV is generated in the next winding, and the flash discharge tube 9
02 is triggered. As a result, the flash discharge tube 902 starts discharging, consuming the charge stored in the flash energy storage capacitor 903 and emitting a flash. When the amount of light necessary for photographing is obtained, the gate voltage of IGBT 901 is lowered to a sufficiently low level and IGBT 90 is turned off, which cuts off the current flowing through flash discharge tube 902 and stops flash discharge. do. At the same time, trigger capacitor 906 is recharged to its original polarity, returning to its initial state.

このように、従来のフラッシュ制御装置では、スイッチ
ング素子としてI GETを用いて、閃光エネルギ蓄積
用コンデンサ903に充電されたエネルギを所望時間だ
け閃光放電管902に印加することにより、その閃光量
を制御している。IGBTは、MOSFETで駆動され
たバイポーラトランジスタを1チップに集積化した半導
体装置であり、MOSFETと同様に電圧駆動が可能で
、かつ、バイポーラトランジスタなみの電流通電能力を
持っている。
In this manner, the conventional flash control device controls the amount of flash by applying the energy charged in the flash energy storage capacitor 903 to the flash discharge tube 902 for a desired time using the I GET as a switching element. are doing. An IGBT is a semiconductor device in which a bipolar transistor driven by a MOSFET is integrated into one chip, and can be driven by voltage like a MOSFET, and has a current carrying capacity similar to a bipolar transistor.

しかしながら、出力段がバイポーラトランジスタである
ため、その通電能力が(MOSFETの通電能力)×(
トランジスタのhFE)で制約され、フラッシュ制御装
置で要求される100〜200Aという大電流パルスを
通電・遮断するためには、5〜7III110程度の大
きなシリコンチ・ツブを必要とする。その結果、従来の
IGBTを用いたフラッシュ制御装置は、比較的価格が
高いことから、広く普及するに至っていないのが現状で
ある。また、高電流密度で使用するため、IGBTでの
オン電圧降下も6〜IOV程度と高く、フラッシュの発
光効率を下げることや、IGBTを含む集積回路パッケ
ージが大型となって、フラッシュ制御装置の小形化を図
れないという問題があった。
However, since the output stage is a bipolar transistor, its current carrying capacity is (MOSFET current carrying capacity) x (
In order to conduct and cut off the large current pulse of 100 to 200 A required by the flash control device, which is limited by the hFE of the transistor, a large silicon chip of about 5 to 7 III 110 is required. As a result, conventional flash control devices using IGBTs are relatively expensive and have not become widely popular at present. Furthermore, since the IGBT is used at a high current density, the on-voltage drop at the IGBT is as high as 6 to IOV, which lowers the luminous efficiency of the flash and increases the size of the integrated circuit package containing the IGBT, making it possible to reduce the size of the flash control device. The problem was that it was not possible to

このような問題を解決する方策として、本願と同一発明
者は、サイリスタとMOSFETとをカスコード接続し
て組合わせることにより安価なフラッシュ制御装置を提
供するものとして、第20図のような回路を提案してい
る(特開昭1−24399)。この回路は、MO3FE
T908がオンしているときのみ、これにカスコード接
続されたサイリスタ909がオンできるようにしたもの
で、MO3FET908には低耐圧なものが使用できる
ので、高耐圧のサイリスタ909との組合せで、大電流
密度の閃光放電電流のスイッチングが可能となる。
As a measure to solve such problems, the same inventor as the present inventor proposed a circuit as shown in FIG. 20, which provides an inexpensive flash control device by combining a thyristor and a MOSFET in a cascode connection. (Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-24399). This circuit is MO3FE
The thyristor 909 connected to it in cascode can be turned on only when T908 is on, and since a low voltage MO3FET 908 can be used, in combination with the high voltage thyristor 909, it can handle large currents. Density flash discharge current switching becomes possible.

第20図において、サイリスタ909とMOSFE79
08はそれぞれ個別素子により形成されている。したが
ってフラッシュ制御装置の小型化という点では難点があ
る。一方、前述した第1゜3.4,7.9.10図に示
す構造を有する本願発明に係る半導体装置によれば、サ
イリスタとMOSFETのカスコード接続体を1チップ
の半導体に集積化している。したがって、この本願発明
に係る半導体装置を用いれば、小型、高性能なフラッシ
ュ制御装置が簡単に実現できる。以下には、この本願発
明に係る半導体装置をスイッチ素子として適用したフラ
ッシュ制御装置について説明する。
In FIG. 20, thyristor 909 and MOSFE 79
08 are each formed by an individual element. Therefore, there is a difficulty in miniaturizing the flash control device. On the other hand, according to the semiconductor device according to the present invention having the structure shown in FIG. Therefore, by using the semiconductor device according to the present invention, a compact, high-performance flash control device can be easily realized. A flash control device using the semiconductor device according to the present invention as a switch element will be described below.

第11図は、この発明によるフラッシュ制御装置の一実
施例を示す回路図である。第19図に示す従来のフラッ
シュ制御装置と比べて、スイッチ素子としてIGBT9
01の代りに、第1図等に示す構造を有する本願発明に
係る半導体装置910を用いた点が異なっている。その
他の構成は第19図のフラッシュ制御装置と同じである
。なお、第11図に図示した半導体装置910の等価回
路において、サイリスタ805は、第2図の等価回路に
おけるトランジスタ802.803よす成ルサイリスタ
に相当している。
FIG. 11 is a circuit diagram showing an embodiment of a flash control device according to the present invention. Compared to the conventional flash control device shown in FIG.
The difference is that a semiconductor device 910 according to the present invention having the structure shown in FIG. 1 etc. is used instead of 01. The rest of the configuration is the same as the flash control device shown in FIG. 19. Note that in the equivalent circuit of the semiconductor device 910 shown in FIG. 11, the thyristor 805 corresponds to the transistors 802 and 803 in the equivalent circuit of FIG.

本願発明に係る半導体装置910によれば、前述したよ
うに、装置の電流密度を高めることが可能になり、より
小さな面積のシリコンチップで大電流制御が実現できる
。また、ターンオフ時には、MOSトランジスタ801
のチャネルがオフできるように、単にゲート端子Gにオ
フレベル電圧を印加するだけでよい。MOS)ランリス
タ801のターンオフにより、サイリスタ805におけ
るnpn)ランリスタ803(第2図)のエミッタ電流
を遮断してしまうので、トランジスタ803は高速にし
かも確実にターンオフする。これによりサイリスタ80
5のラッチがはずれる。したがッテ、MCTやMO8G
TOのような、MOSゲートでサイリスタのゲート、カ
ソード間をシャントしてターンオフさせる半導体装置に
見られるようなやターンオフ失敗が起こらない。このた
め、前述したように、遮断可能主電流密度を高くとるこ
とができる。この利点は、特にフラッシュ制御装置のよ
うに、100OA/c−程度以上の大電流を遮断したい
用途では重要である。なお、IGBTでもこの程度の電
流の遮断は可能であるが、前述のようにオン電圧が高く
なり、閃光放電の効率が低下したり、通電による瞬時的
なチップ温度の上昇により、遮断能力が低下したりする
という問題がある。したがって、IGBTでは、実用的
には700A/e−程度の主電流密度が限界である。
According to the semiconductor device 910 according to the present invention, as described above, it is possible to increase the current density of the device, and large current control can be realized with a silicon chip having a smaller area. Also, at turn-off, the MOS transistor 801
It is sufficient to simply apply an off-level voltage to the gate terminal G so that the channel can be turned off. By turning off the MOS) run resistor 801, the emitter current of the npn) run resistor 803 (FIG. 2) in the thyristor 805 is cut off, so that the transistor 803 is turned off quickly and reliably. This allows thyristor 80
The latch 5 will be released. Gatte, MCT and MO8G
Turn-off failures do not occur as in semiconductor devices such as TO, which are turned off by shunting between the gate and cathode of a thyristor using a MOS gate. Therefore, as described above, the main current density that can be interrupted can be set high. This advantage is particularly important in applications such as flash control devices where it is desired to interrupt large currents of about 100 OA/c or more. It should be noted that IGBTs are also capable of interrupting current to this extent, but as mentioned above, the on-voltage increases, the efficiency of flash discharge decreases, and the instantaneous rise in chip temperature due to energization reduces the interrupting ability. There is a problem of doing something like that. Therefore, the practical limit for IGBTs is a main current density of about 700 A/e-.

以上のように、本実施例に係るフラッシュ制御装置によ
れば、この発明に係る優れた特性を有する半導体装置を
用いているので、より高い電流密度で高速に閃光放電管
電流を制御することができるという効果がある。さらに
、ゲート端子が1っで済むので、従来のIGBTを用い
るフラッシュ制御装置と高い互換性を保ちつつ、小型か
つ低価格なフラッシュ制御装置を実現できるという効果
もある。
As described above, according to the flash control device according to the present embodiment, since the semiconductor device having the excellent characteristics according to the present invention is used, it is possible to control the flash discharge tube current at high speed with higher current density. There is an effect that it can be done. Furthermore, since only one gate terminal is required, it is possible to realize a compact and low-cost flash control device while maintaining high compatibility with flash control devices using conventional IGBTs.

なお、従来のIGBTを用いるフラッシュ制御装置との
互換性を考えなければ、半導体装置910のゲート端子
Gが2つになってもかまわない。
Note that the semiconductor device 910 may have two gate terminals G as long as compatibility with a conventional flash control device using an IGBT is not considered.

したがって、例えば第1図に示す構造の半導体装置にお
いて、p−型半導体領域704が使用電圧印加状態では
パンチスルーせず、代りに、ターンオンのためp−型半
導体領域704内にキャリアを注入する付加的なゲート
電極等の手段を設けたものを、第11図の半導体装置9
10として用いてもよい。また、半導体装置910と同
様にサイリスクとMOSFETとのカスコード接続体が
1チップ上に形成された半導体装置である第17図に示
すESTを第11図の半導体装置910の代りに用いる
こともできる。
Therefore, in the semiconductor device having the structure shown in FIG. 1, for example, the p-type semiconductor region 704 does not punch through when the operating voltage is applied, and instead, an additional charge is added that injects carriers into the p-type semiconductor region 704 for turn-on. A semiconductor device 9 in FIG. 11 is provided with means such as a gate electrode.
It may be used as 10. Further, the EST shown in FIG. 17, which is a semiconductor device in which a cascode connection body of a SIRISK and a MOSFET is formed on one chip like the semiconductor device 910, can be used instead of the semiconductor device 910 in FIG.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、請求項1.2記載の発明によれば
、等価回路上でサイリスタの一方電極にMOSFETが
カスコード接続された構造にするとともに、第1半導体
領域の第1不純物濃度を、オフ時に第1−1第2主電極
間に実使用電圧が印加された状態で第1半導体領域が完
全に空乏化する値に設定し、かつ第2半導体領域の第2
不純物濃度を、上記MO3FETの閾値電圧がエンハン
スメントモードの所定値になる値に設定したので、第1
.第2主電極間に実使用電圧が印加された状態でゲート
電極にバイアス電圧を印加することによりサイリスタが
直ちにラッチして半導体装置をターンオンさせ、バイア
ス電圧を除去することにより直ちにラッチが外れて半導
体装置をターンオフさせることが可能となる。その結果
、次の様な種々の優れた効果が得られる。
As explained above, according to the invention described in claim 1.2, the structure is such that the MOSFET is cascode-connected to one electrode of the thyristor on the equivalent circuit, and the first impurity concentration of the first semiconductor region is turned off. When the actual operating voltage is applied between the first and second main electrodes, the first semiconductor region is set to a value that is completely depleted, and the second semiconductor region of the second semiconductor region is
Since the impurity concentration was set to a value that makes the threshold voltage of the MO3FET a predetermined value for the enhancement mode, the first
.. By applying a bias voltage to the gate electrode while the actual operating voltage is applied between the second main electrodes, the thyristor immediately latches and turns on the semiconductor device, and by removing the bias voltage, the thyristor immediately unlatches and the semiconductor device It becomes possible to turn off the device. As a result, the following various excellent effects can be obtained.

■ サイリスタを内蔵しているため、高耐圧と低オン抵
抗とを両立して満足することができる。
■ Since it has a built-in thyristor, it can satisfy both high breakdown voltage and low on-resistance.

■ カスコード接続されたMOSFETによるオン・オ
フであるため、遮断可能な主電流密度を高くすることが
可能である。
- Since the on/off operation is performed using cascode-connected MOSFETs, it is possible to increase the main current density that can be interrupted.

■ 電圧阻止状態での電界集中が緩和されるため、高耐
圧化が容易である。
■ Since electric field concentration in the voltage blocking state is alleviated, it is easy to increase the withstand voltage.

■ ゲートff電極が1つで済み、オン・オフ制御信号
はエンハンスメントモードのゲート電圧を1つ与えるた
けてよいので、制御回路が簡単になる。
(2) Only one gate ff electrode is required, and only one enhancement mode gate voltage can be applied as the on/off control signal, which simplifies the control circuit.

■ サイリスタにおけるトランジスタの増幅率を低下さ
せてもよいので、高速のターンオフを実現することがで
きる。
■ Since the amplification factor of the transistor in the thyristor may be lowered, high-speed turn-off can be achieved.

■ ゲート電極が1つであるので、チップ面積が小さく
て済み、高い電流密度を実現することができる。その結
果、よりコストパフォーマンスの高い製品を提供するこ
とができる。
■ Since there is only one gate electrode, the chip area is small and high current density can be achieved. As a result, products with higher cost performance can be provided.

また、請求項3記載の発明によれば、カスコード接続さ
れたサイリスク素子とMOSFETとが1チップ上に形
成されて成るスイッチ素子を用いたので、高い電流密度
の閃光放電電流を容易に遮断でき、かつフラッシュの発
光効率も高いものが維持できるという効果がある。
Further, according to the third aspect of the invention, since a switch element is used in which a cascode-connected thyrisk element and a MOSFET are formed on one chip, a flash discharge current with a high current density can be easily interrupted. In addition, the flash has the effect of maintaining high luminous efficiency.

さらに、請求項4記載の発明のように、スイッチ素子と
して請求項1記載の半導体装置を用いれば、ゲート電極
が1つで済み、従来のIGETを用いたフラッシュ制御
装置と高い互換性を保ちつつ、小型かつ低価格なフラッ
シュ制御装置を実現できるという効果がある。
Furthermore, if the semiconductor device according to claim 1 is used as a switch element as in the invention according to claim 4, only one gate electrode is required, and while maintaining high compatibility with a flash control device using a conventional IGET. This has the effect of realizing a small and low-cost flash control device.

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

第1図はこの発明による半導体装置の一実施例を示す断
面構造図、第2図はその等価回路を示す回路図、第3図
および第4図はこの発明による半導体装置の他の実施例
を示す断面構造図、第5図および第6図は空乏層の伸び
方を示す図、第7図はこの発明による半導体装置のさら
に他の実施例を示す断面構造図、第8A図ないし第8E
図は第1図の半導体装置の製造工程を示す断面図、第9
図及び第10図はこの発明による半導体装置のさらに他
の実施例を示す断面構造図、第11図はこの発明による
フラッシュ制御装置の一実施例を示す回路図、第12図
は従来のIGBTを示す断面構造図、第13図はその等
価回路を示す回路図、第14図は従来の他のIGBTを
示す断面構造図、第15図は従来のMO3GTOを示す
断面構造図、第16図はその等価回路を示す回路図、第
17図は従来のESTを示す断面構造図、第18図はそ
の等価回路を示す回路図、第19図および第20図は従
来のフラッシュ制御装置を示す回路図である。 図において、701はp+型半導体基板、702はn+
型半導体層、703はn−型ドリフト層、704はp 
型半導体領域、705はp型半導体領域、706,70
7はn+型半導体領域、708はチャネル領域、709
はゲート酸化膜、710はゲート電極、711はカソー
ド電極、713はアノード電極、902は閃光放電管、
903は閃光エネルギ蓄積用コンデンサ、9o4はトリ
ガトランス、910は半導体装置、76Mは高圧電源で
ある。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is a cross-sectional structural diagram showing one embodiment of the semiconductor device according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing its equivalent circuit, and FIGS. 3 and 4 show other embodiments of the semiconductor device according to the present invention. 5 and 6 are diagrams showing how the depletion layer extends, and FIG. 7 is a sectional diagram showing still another embodiment of the semiconductor device according to the present invention, and FIGS. 8A to 8E.
The figures are a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Figure 1, and Figure 9.
10 and 10 are cross-sectional structural diagrams showing still another embodiment of a semiconductor device according to the present invention, FIG. 11 is a circuit diagram showing an embodiment of a flash control device according to the present invention, and FIG. 12 is a diagram showing a conventional IGBT. 13 is a circuit diagram showing its equivalent circuit, FIG. 14 is a sectional structure diagram showing another conventional IGBT, FIG. 15 is a sectional structure diagram showing a conventional MO3GTO, and FIG. 16 is its equivalent circuit. A circuit diagram showing an equivalent circuit, FIG. 17 is a cross-sectional structural diagram showing a conventional EST, FIG. 18 is a circuit diagram showing the equivalent circuit, and FIGS. 19 and 20 are circuit diagrams showing a conventional flash control device. be. In the figure, 701 is a p+ type semiconductor substrate, 702 is an n+ type semiconductor substrate, and 702 is an n+ type semiconductor substrate.
703 is an n-type drift layer, 704 is a p-type semiconductor layer, and 703 is an n-type drift layer.
type semiconductor region, 705 is a p-type semiconductor region, 706, 70
7 is an n+ type semiconductor region, 708 is a channel region, 709
is a gate oxide film, 710 is a gate electrode, 711 is a cathode electrode, 713 is an anode electrode, 902 is a flash discharge tube,
903 is a flash energy storage capacitor, 9o4 is a trigger transformer, 910 is a semiconductor device, and 76M is a high voltage power supply. Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)第1、第2主面を有する第1導電型の第1半導体
層と、 前記第1半導体層の第1主面上に形成された第2導電型
の第2半導体層と、 前記第2半導体層の表面に選択的に形成された比較的低
い第1不純物濃度を有する第1導電型の第1半導体領域
と、 前記第1半導体領域に隣接して前記第2半導体層の表面
に選択的に形成された比較的高い第2不純物濃度を有す
る第1導電型の第2半導体領域と、前記第1半導体領域
の表面の少なくとも一部に形成された第2導電型の第3
半導体領域と、前記第2半導体領域の表面に前記第1半
導体領域から離れて選択的に形成された第2導電型の第
4半導体領域とを備え、 前記第3、第4半導体領域間の表面部分はチャネルとし
て規定され、 前記チャネル上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲー
ト絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記第2、第4
半導体領域上にまたがって形成された第1主電極と、 前記第1半導体層の第2主面上に形成された第2主電極
とをさらに備え、 前記第1不純物濃度はオフ時に前記第1、第2主電極間
に実使用電圧が印加された状態で前記第1半導体領域が
完全に空乏化する値に設定され、前記第2不純物濃度は
前記チャネルの閾値電圧がエンハンスメントモードの所
定値になる値に設定される半導体装置。
(1) a first semiconductor layer of a first conductivity type having first and second main surfaces; a second semiconductor layer of a second conductivity type formed on the first main surface of the first semiconductor layer; a first semiconductor region of a first conductivity type having a relatively low first impurity concentration selectively formed on the surface of the second semiconductor layer; a second semiconductor region of a first conductivity type having a relatively high second impurity concentration selectively formed; and a third semiconductor region of a second conductivity type formed on at least a portion of the surface of the first semiconductor region.
a semiconductor region; and a fourth semiconductor region of a second conductivity type selectively formed on a surface of the second semiconductor region apart from the first semiconductor region, the surface between the third and fourth semiconductor regions. The portion is defined as a channel, and includes a gate insulating film formed on the channel, a gate electrode formed on the gate insulating film, and the second and fourth parts.
further comprising: a first main electrode formed over a semiconductor region; and a second main electrode formed on a second main surface of the first semiconductor layer, the first impurity concentration being lower than the first impurity concentration when off. , the first semiconductor region is set to a value that completely depletes the first semiconductor region when a practical voltage is applied between the second main electrodes, and the second impurity concentration is set such that the threshold voltage of the channel reaches a predetermined value in the enhancement mode. A semiconductor device that is set to a value of
(2)第1、第2主面を有する第1導電型の第1半導体
層を準備する工程と、 前記第1半導体層の第1主面上に第2導電型の第2半導
体層を形成する工程と、 前記第2半導体層の表面に比較的低い第1不純物濃度を
有する第1導電型の第1半導体領域を選択的に形成する
工程と、 前記第1半導体領域に隣接して前記第2半導体層の表面
に比較的高い第2不純物濃度を有する第1導電型の第2
半導体領域を選択的に形成する工程と、 前記第1半導体領域の表面の少なくとも一部に第2導電
型の第3半導体領域を形成する工程と、前記第2半導体
領域の表面に前記第1半導体領域から離れて第2導電型
の第4半導体領域を選択的に形成する工程とを備え、 前記第3、第4半導体領域間の表面部分はチャネルとし
て規定され、 前記チャネル上にゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、 前記第2、第4半導体領域上にまたがって第1主電極を
形成する工程と、 前記第1半導体層の第2主面上に第2主電極を形成する
工程とをさらに備え、 前記第1不純物濃度はオフ時に前記第1、第2主電極間
に実使用電圧が印加された状態で前記第1半導体領域が
完全に空乏化する値に設定され、前記第2不純物濃度は
前記チャネルの閾値電圧がエンハンスメントモードの所
定値になる値に設定される半導体装置の製造方法。
(2) preparing a first semiconductor layer of a first conductivity type having first and second main surfaces; forming a second semiconductor layer of a second conductivity type on the first main surface of the first semiconductor layer; selectively forming a first conductivity type first semiconductor region having a relatively low first impurity concentration on the surface of the second semiconductor layer; A second semiconductor layer of the first conductivity type having a relatively high second impurity concentration on the surface of the second semiconductor layer.
selectively forming a semiconductor region; forming a third semiconductor region of a second conductivity type on at least a portion of a surface of the first semiconductor region; and forming a third semiconductor region of a second conductivity type on a surface of the second semiconductor region; selectively forming a fourth semiconductor region of a second conductivity type away from the region, a surface portion between the third and fourth semiconductor regions is defined as a channel, and a gate insulating film is formed on the channel. forming a gate electrode on the gate insulating film; forming a first main electrode over the second and fourth semiconductor regions; and forming a first main electrode on the second and fourth semiconductor regions; forming a second main electrode on the surface, and the first impurity concentration is set such that the first semiconductor region is completely in a state where an actual working voltage is applied between the first and second main electrodes in an off state. and the second impurity concentration is set to a value such that the threshold voltage of the channel becomes a predetermined value in an enhancement mode.
(3)第1、第2の高圧電源端子と、 前記第1、第2の高圧電源端子間に接続された閃光エネ
ルギ蓄積用コンデンサと、 前記第1、第2の高圧電源端子間に接続された閃光放電
管とスイッチ素子との直列接続体と、前記閃光放電管に
接続され、閃光放電の開始に際し前記閃光放電管をトリ
ガするトリガ回路とを備え、 前記スイッチ素子はカスコード接続されたサイリスタ素
子とMOSFETとが1チップ上に形成されて成るフラ
ッシュ制御装置。
(3) first and second high-voltage power supply terminals; a flash energy storage capacitor connected between the first and second high-voltage power supply terminals; and a flash energy storage capacitor connected between the first and second high-voltage power supply terminals. a series connection body of a flash discharge tube and a switch element; and a trigger circuit connected to the flash discharge tube to trigger the flash discharge tube when starting a flash discharge, the switch element being a cascode-connected thyristor element. A flash control device consisting of a MOSFET and a MOSFET formed on one chip.
(4)前記スイッチ素子として請求項1記載の半導体装
置を用いた請求項3記載のフラッシュ制御装置。
(4) The flash control device according to claim 3, wherein the semiconductor device according to claim 1 is used as the switch element.
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