JPH04355966A - Electrostatic induction type semiconductor element and manufacture thereof - Google Patents

Electrostatic induction type semiconductor element and manufacture thereof

Info

Publication number
JPH04355966A
JPH04355966A JP4451991A JP4451991A JPH04355966A JP H04355966 A JPH04355966 A JP H04355966A JP 4451991 A JP4451991 A JP 4451991A JP 4451991 A JP4451991 A JP 4451991A JP H04355966 A JPH04355966 A JP H04355966A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
gate
type
diffusion layer
electrostatic induction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP4451991A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0793421B2 (en
Inventor
Junichi Nishizawa
潤一 西澤
Naohiro Shimizu
尚博 清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Research Foundation
Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Semiconductor Research Foundation
Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Research Foundation, Toyo Electric Manufacturing Ltd filed Critical Semiconductor Research Foundation
Priority to JP3044519A priority Critical patent/JPH0793421B2/en
Publication of JPH04355966A publication Critical patent/JPH04355966A/en
Publication of JPH0793421B2 publication Critical patent/JPH0793421B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Thyristors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable an electrostatic induction type semiconductor element to be enhanced in ON-OFF characteristics by a method wherein a prescribed high resistive layer generated at a boundary between a p base layer and an epitaxial growth n layer and a high resistive layer of a channel section are used together with micro-processing executed on a cathode side. CONSTITUTION:An n<-> epitaxial growth layer 12 is formed on an n<-> substrate 7, and a mesa etching process is carried out to take out an Al gate electrode 2. A p base layer 6 is doped with boron as impurities and the n emitter layer 4 is doped with phosphorus as impurities, an epitaxial growth layer of high resistance turned into an i layer sandwiched between the layers 6 and 4 is formed as thick as 1-2mum or so in thickness li to constitute a p-i-n structure. Therefore, a channel region becomes high in resistance, and most of the channel region turned into an i layer made to extend from the vicinity of the p base layer 6 to the n emitter layer 4, and the channel region and the n emitter layer 4 are small in resistance, and a device of this design is close to a surface gate type element in structure.

Description

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

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、高周波に対応する高速
で且つ高効率のスイッチング半導体素子である、静電誘
導形サイリスタ及び静電誘導形トランジスタにおいて、
高速スイッチング性能と、ゲート耐圧性能との両方を損
なうことなくゲート・チャンネル付近を構成する静電誘
導形半導体素子に関するものである。
[Industrial Application Field] The present invention relates to electrostatic induction thyristors and electrostatic induction transistors, which are high-speed and highly efficient switching semiconductor devices compatible with high frequencies.
The present invention relates to an electrostatic induction type semiconductor element that configures the vicinity of the gate and channel without impairing both high-speed switching performance and gate breakdown voltage performance.

【0002】0002

【従来の技術】従来の静電誘導形サイリスタ(SIサイ
リスタとも言う)や静電誘導形トランジスタ(SIトラ
ンジスタとも言う)の単位セグメントの断面図を図1(
a),(b),(c)に示す。図1において、1 はカ
ソード電極(ソース電極)、2はゲート電極、3はアノ
ード電極(ドレイン電極)、4はn+ 拡散層のnエミ
ッタ(ソース)、5はエピタキシャル成長層内n− 層
、6はp+ 拡散層のpベース、7はn− 型あるいは
i型の基板、8はp+ 拡散層のpエミッタ(ドレイン
)、9は二酸化珪素(SiO2)の絶縁層、10はnチ
ャンネル、11はエッチングによる削除域、12はエピ
タキシャル成長層、13はゲート近傍の静電容量、14
はpベース・nエミッタ間抵抗rs であり、括弧内は
静電誘導トランジスタでの呼び名を示す。以下の記載で
は、説明の簡略化のために、静電誘導サイリスタの場合
について説明する。
[Prior Art] A cross-sectional view of a unit segment of a conventional static induction thyristor (also called SI thyristor) or static induction transistor (also called SI transistor) is shown in FIG.
Shown in a), (b), and (c). In FIG. 1, 1 is the cathode electrode (source electrode), 2 is the gate electrode, 3 is the anode electrode (drain electrode), 4 is the n emitter (source) of the n+ diffusion layer, 5 is the n- layer in the epitaxial growth layer, and 6 is the n- layer in the epitaxial growth layer. 7 is the p base of the p+ diffusion layer, 7 is the n- type or i type substrate, 8 is the p emitter (drain) of the p+ diffusion layer, 9 is the insulating layer of silicon dioxide (SiO2), 10 is the n channel, 11 is by etching Deletion region, 12 is epitaxial growth layer, 13 is capacitance near the gate, 14
is the resistance rs between the p base and n emitter, and the name in parentheses indicates the name of the static induction transistor. In the following description, in order to simplify the explanation, a case of an electrostatic induction thyristor will be explained.

【0003】なお、図1(a),(b),(c)の参考
文献として、下記のものを用いた。 図1(a) 村岡他「1600V,300ASIサイリスタの特性」
電気学会資料EDD−88−56,SPC−88−54
,67(1988)龍田他「高周波バワーSITの特性
」 電気学会資料EDD−87−68,SPC−87−52
,61(1987)図1(b) H.Gruening.et.al. 「Field 
Controlled Thyristors a N
ew Family of PowerSemicon
ductors with Advanced Cir
cuitry」 Conf. Rec. PESC ’88, 1311
         (1988)特公昭56−2614
8号公報  第1,2,3,6(c)図特公昭56−4
1165号公報  第14, 16図特公昭62−21
275号公報  第7(a)図J.Nishizawa
.et.al.IEEE Trans. Electr
on Devices ED−22, pp185−1
95(1975)Fig.28図1(c) 只野他「短絡構造SIサイリスタのスイッチング特性」
電気学会資料EDD−90−59,SPC−90−58
   (1990)
[0003] The following references were used for FIGS. 1(a), (b), and (c). Figure 1(a) “Characteristics of 1600V, 300ASI thyristor” by Muraoka et al.
Institute of Electrical Engineers of Japan materials EDD-88-56, SPC-88-54
, 67 (1988) Tatsuta et al. "Characteristics of high frequency power SIT" Institute of Electrical Engineers of Japan materials EDD-87-68, SPC-87-52
, 61 (1987) Figure 1(b) H. Gruening. et. al. "Field
Controlled Thyristors aN
ew Family of PowerSemicon
ductors with Advanced Cir
``cutry'' Conf. Rec. PESC '88, 1311
(1988) Special Publication Showa 56-2614
Publication No. 8 No. 1, 2, 3, 6 (c) Map Special Publication 1984-4
Publication No. 1165 Figures 14 and 16 Special Publication Showa 62-21
Publication No. 275, Figure 7(a) J. Nishizawa
.. et. al. IEEE Trans. Electr
on Devices ED-22, pp185-1
95 (1975)Fig. 28 Figure 1(c) Tadano et al. “Switching characteristics of short-circuit structure SI thyristor”
Institute of Electrical Engineers of Japan materials EDD-90-59, SPC-90-58
(1990)

【0004】カソード電極側の構造
に注目して、従来の静電誘導サイリスタの長所と短所と
を説明すると次の如くである。
The advantages and disadvantages of conventional electrostatic induction thyristors will be explained as follows, focusing on the structure of the cathode electrode.

【0005】図1(a)は「埋め込みゲート型」と称し
、カソード側にn− エピタキシャル層12を成長させ
、エッチングにより×印部分11を除いてある。長所と
して、カソード・ゲート間のエピタキシャル層12の厚
さを取れるので、ゲート・カソード耐圧を高くすること
ができる(70〜200V)ため、製造歩留りが高く、
また、カソードを圧接しシールに組み込むこともでき、
ハイパワーのスイッチング素子として使えることが挙げ
られる。しかし、短所として、このタイプはエピタキシ
ャル層12の厚さをパワー用に厚くするが、エピタキシ
ャル成長時にpベース層6や基板7からのアウトディフ
ュージョンで、高抵抗の安定したn− 層5を形成する
ことが難しく、通常はNB =1〜4×1015cm−
3程度で形成される。 それ故ゲート・カソード間に形成される静電容量Cg 
(階段接合の場合)は、   Cg ={(qε0 εs NB ) /2(Vb
i−V)}1/2           ■で表され、
ここで、ε0 は真空の誘電率、εs は珪素(Si)
の比誘電率、NB はエピタキシャル層内のn型不純物
濃度、Vbiは内蔵電位、V  は逆バイアス(マイナ
ス)、である。この静電容量は、理想的にn− 層を高
抵抗化、すなわちi層化(例えばNB ≦1×1013
cm−3)した場合に比べて大きくなる。すなわち、静
電誘導サイリスタをオン状態にする際、静電誘導効果の
限界を与える充電時間(時定数)τ=Cg ×rs が
大きい。ここで、rs はnエミッタ4とpベース6間
の通電時の抵抗を示す。RC回路系に流れる電流は、i
=(V0 /rs )exp(−t/ε)で示され、こ
こで、V0 は充電電圧、tは時間を示す。それ故、こ
のタイプはエピタキシャル層12の厚さが厚くなればな
るほど、ターンオンタイムが顕著に伸び、低速装置化す
る。また、エピタキシャル層12を厚くすることにより
、カソードの微細化が難しくなり、電流導通域であるチ
ャンネル10を多くとるため、ゲート電極2から電流を
引き出すのに遅れが生じる単位セグメントの中央域がで
きる。つまり、ターンオフ性能も制限を受けるので、エ
ピタキシャル層12があるためパワーデバイス向けでは
あるが、高速性能は大きくは期待できない。
FIG. 1(a) is called a "buried gate type" in which an n- epitaxial layer 12 is grown on the cathode side, and a portion 11 marked with an "X" is removed by etching. As an advantage, since the epitaxial layer 12 between the cathode and the gate can be made thicker, the gate-cathode withstand voltage can be increased (70 to 200 V), so the manufacturing yield is high.
It is also possible to press the cathode and incorporate it into the seal.
One example is that it can be used as a high-power switching element. However, as a disadvantage, this type increases the thickness of the epitaxial layer 12 for power, but during epitaxial growth, outdiffusion from the p base layer 6 and substrate 7 forms a stable n- layer 5 with high resistance. is difficult, and usually NB = 1 to 4 x 1015 cm-
It is formed in about 3. Therefore, the capacitance Cg formed between the gate and cathode
(In case of step joint), Cg = {(qε0 εs NB ) /2(Vb
i-V)}1/2 ■,
Here, ε0 is the permittivity of vacuum, εs is silicon (Si)
NB is the n-type impurity concentration in the epitaxial layer, Vbi is the built-in potential, and V is the reverse bias (minus). This capacitance ideally increases the resistance of the n- layer, i.e., the i-layer (for example, NB≦1×1013
cm-3). That is, when turning on the electrostatic induction thyristor, the charging time (time constant) τ=Cg×rs that limits the electrostatic induction effect is large. Here, rs represents the resistance when current is applied between the n emitter 4 and the p base 6. The current flowing in the RC circuit system is i
=(V0/rs)exp(-t/ε), where V0 is the charging voltage and t is the time. Therefore, in this type, as the thickness of the epitaxial layer 12 becomes thicker, the turn-on time increases significantly, resulting in a slower device. Furthermore, by increasing the thickness of the epitaxial layer 12, it becomes difficult to miniaturize the cathode, and since a large number of channels 10, which are current conducting regions, are required, a central region of the unit segment is created, where there is a delay in drawing current from the gate electrode 2. . In other words, the turn-off performance is also limited, so although it is suitable for power devices because of the epitaxial layer 12, high-speed performance cannot be expected.

【0006】図1(b)は「切り込みゲート型」と称し
、n− 基板7上をドライエッチングで切り込んで、縦
方向に長いチャンネル10が形成されている(〜25μ
m)。 このタイプは、微細加工を実施すれば高速化ができるが
、チャンネルが縦方向に長いだけオン特性には不利であ
ると同時に、nエミッタ4面と同一平面上にpベース6
との接合ができていることと、ゲート逆バイアスにより
素子をオフ状態にするのに、チャンネル幅を取れない(
例えば5μm 以上)ため、pベース層6とnエミッタ
層4とを近接させねばならず、それぞれの高い不純物濃
度が接するようになるので、不純物濃度勾配が大きいn
+ p+ 接合になるため、プレーナー接合カソード・
ゲート逆方向耐圧は7〜15V程度しか取れない。これ
はプレーナー型特有のことであり、図2(c)との共通
の問題であって、製造上、均一に安定したカソード・ゲ
ート耐圧を得ることが難しく、低耐圧が故に装置組み込
み時にスパイク電圧等で破壊し易いのが欠点となってい
る。
FIG. 1(b) is called the "cut gate type", and the n- substrate 7 is cut by dry etching to form a vertically long channel 10 (~25 μm).
m). This type can increase the speed by performing microfabrication, but since the channel is long in the vertical direction, it is disadvantageous for the on-characteristics.
The reason is that the channel width cannot be maintained even though the device is turned off by the gate reverse bias (
For example, 5 μm or more), the p base layer 6 and the n emitter layer 4 must be placed close to each other, and their respective high impurity concentrations come into contact, resulting in a large impurity concentration gradient.
+p+ junction, so planar junction cathode
The gate reverse breakdown voltage can only be about 7 to 15V. This is a problem unique to the planar type, and is a common problem with Figure 2(c).Due to manufacturing, it is difficult to obtain a uniformly stable cathode and gate breakdown voltage, and due to the low breakdown voltage, spikes may occur when installing the device. The disadvantage is that it is easy to destroy.

【0007】図1(c)は「プレーナー型」と称し、ほ
ぼ同一平面上にカソード電極1とゲート電極2とを設け
る。長所として、ゲート・カソード間に形成される静電
容量Cg が小さく、オン性能が最も優れている。一般
的に、サイリスタでオフ性能を向上させるには、アノー
ドショート率を増加させたり、ライフタイムコントロー
ルを用いるが、そうするとオン性能は低下する。しかし
、オン性能が優れている装置のオフ性能を向上させても
、オン性能に変化は少ないか、無視できる位となる。「
プレーナー型」はカソード側を最微小化もでき、電流通
電面積も大きく取れて面積利用率も高い。また、チャン
ネルのすぐ隣にゲート電極を配置でき、電流のゲート電
極への引き出し抵抗が低く、ターンオフのオフ性能も優
れている。しかし、短所として、図1(b)と同じく、
nエミッタ層4とpベース層6とが不純物濃度勾配の大
きいプレーナー接続となっているため、カソード電極1
,ゲート電極2間の耐圧がせいぜい15V程度にしかな
らない。それ故、先と同じく歩留りの面や、使用時に破
壊し易い点で問題がある。
FIG. 1(c) is called a "planar type" in which a cathode electrode 1 and a gate electrode 2 are provided on substantially the same plane. As an advantage, the electrostatic capacitance Cg formed between the gate and the cathode is small, and the on-state performance is the best. Generally, to improve the off-performance of a thyristor, the anode short-circuit rate is increased or lifetime control is used, but this reduces the on-performance. However, even if the off-performance of a device with excellent on-performance is improved, the change in on-performance will be small or negligible. "
The "planar type" allows the cathode side to be minimized, has a large current-carrying area, and has a high area utilization rate. Additionally, the gate electrode can be placed right next to the channel, resulting in low current extraction resistance to the gate electrode and excellent turn-off performance. However, as a disadvantage, as in Fig. 1(b),
Since the n emitter layer 4 and the p base layer 6 have a planar connection with a large impurity concentration gradient, the cathode electrode 1
, the breakdown voltage between the gate electrodes 2 is only about 15V at most. Therefore, as before, there are problems in terms of yield and the fact that it is easy to break during use.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の従来
の静電誘導形サイリスタの各型の長所を生かし、欠点を
軽減して、良好な性能を有する静電誘導サイリスタを得
ようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to obtain a static induction thyristor with good performance by taking advantage of the advantages of each type of conventional static induction thyristor and reducing the drawbacks thereof. It is something.

【0009】すなわち、図1(a)の「埋め込みゲート
型」では、ゲート・カソード間が、p+ n− n+ 
型であるが故に厚く、スイッチング時に静電誘導効果に
限界を与える点を改善し、逆にエピタキシャル成長層1
2を設けることににりゲート・カソード間逆方向耐圧を
高くすることができ、且つパワーデバイス向けである長
所を活かすようにする。
That is, in the "buried gate type" shown in FIG. 1(a), the distance between the gate and the cathode is p+ n- n+
Because it is a type, it is thick and limits the electrostatic induction effect during switching.
By providing 2, the reverse breakdown voltage between the gate and the cathode can be increased, and the advantage of being suitable for power devices can be utilized.

【0010】また、図1(b)の「切り込みゲート型」
では、チャンネルが長くオン性能に不利な点と、nエミ
ッタ4面と同一平面上にpベース6との接合ができてい
る故に(プレーナー接合)、ゲート・カソード間逆方向
耐圧が〜15V程度にしかできない点、つまり、製造上
の不安定さと応用上の破壊し易い点を改善する。
[0010] Also, the "notch gate type" shown in Fig. 1(b)
In this case, the reverse breakdown voltage between the gate and the cathode is about ~15V because the channel is long and the on-performance is disadvantageous, and the junction with the p base 6 is formed on the same plane as the n emitter 4 surface (planar junction). In other words, we will improve the problems that can only be achieved through manufacturing processes, such as instability in manufacturing and susceptibility to breakage in application.

【0011】更に図1(c)の「プレーナー型」では、
nエミッタ4とpベース6とが不純物濃度勾配の大きい
プレーナー接合故に、ゲート・カソード間逆方向耐圧が
15V程度にしかできないと言う「切り込みゲート型」
と同じ欠点を改善する。しかし逆に、ゲート・カソード
間の静電容量Cg や、nエミッタ4とpベース6間の
通電時抵抗rs が最小でオン性能が優れている点、及
びチャンネルがpベース層を介してオフ時に電流を引き
出し易いと言ったオフ性能にも有効である点、更にカソ
ード側が最微小化構造をとれるために面積の有効利用が
できる点を活かす。
Furthermore, in the "planar type" shown in FIG. 1(c),
Because the n-emitter 4 and p-base 6 form a planar junction with a large impurity concentration gradient, the reverse breakdown voltage between the gate and cathode can only be about 15V.
improve the same shortcomings. However, on the contrary, the capacitance Cg between the gate and cathode and the resistance rs during conduction between the n emitter 4 and the p base 6 are minimized, resulting in excellent on performance, and the channel is connected via the p base layer when turned off. It takes advantage of the fact that it is effective in off-performance, which makes it easy to draw current, and that the cathode side can have a minimized structure, making effective use of area.

【0012】0012

【課題を解決するための手段】本発明による静電誘導形
半導体素子は、前記埋め込みゲート型素子の単位セグメ
ントの短幅側の寸法を、ゲート拡散深さやゲート,カソ
ード電極の大きさなどで制限を受ける最小幅に微細化し
、ゲート電極用拡散層に最も近接する主電極の不純物拡
散層とこれに対向するゲート電極用拡散層表面間を1〜
2μm に近接させ、それらの間にp型,n型不純物が
ほぼ等量ずつ混在するi型高抵抗層を設け、またゲート
電極用拡散層により半導体基板内に発生する電位のピー
ク位置(真のゲート)近傍のチャンネル領域にも、前記
i型高抵抗層と同等な高抵抗層を設け、更にチャンネル
領域を、表面ゲート型の如く、単位セグメントの長手方
向に沿ってストライプ状に設け、ゲート引き出し電極を
その両側に可能な限り近接して設置したことを特徴とす
るものである。上記の如き本発明による静電誘導形半導
体素子の製造方法は、ゲート電極用拡散層に最も近接す
る主電極の不純物拡散層をこれに対向するゲート電極用
拡散層表面間上にそれぞれ同等の逆の導電性の不純物濃
度で接触するようにエピタキシャル成長により形成し、
その接触面部分にp型,n型不純物がほぼ等量ずつ混在
した1〜2μm 厚さのi型高抵抗層ができるようにゲ
ート電極用拡散層の不純物と逆の不純物を拡散し、これ
によりゲート電極用拡散層により半導体基板内に発生す
る電位のピーク位置(真のゲート)から最も近接する主
電極用拡散層までのチャンネル領域にも、前記ゲート埋
め込みエピタキシャル成長で形成する際、エピタキシャ
ル成長中にゲート電極用拡散層表面からアウトディフュ
ウジョンするp型,あるいはn型不純物をも利用して前
記i型高抵抗層と同等な高抵抗層を設けることを特徴と
するものである。また、チャンネル領域に最も近接する
主電極の拡散層の内、チャンネル領域に対向する境界中
央部を真のゲート側に向け深く形成すると一層効果的な
静電誘導形半導体素子とすることができる。
[Means for Solving the Problems] In the electrostatic induction type semiconductor device according to the present invention, the dimension on the short width side of the unit segment of the buried gate type device is limited by the gate diffusion depth, the size of the gate, the cathode electrode, etc. The area between the impurity diffusion layer of the main electrode closest to the gate electrode diffusion layer and the surface of the gate electrode diffusion layer facing it is
2 μm, and an i-type high resistance layer in which p-type and n-type impurities are mixed in almost equal amounts is provided between them, and the peak position (true A high-resistance layer similar to the i-type high-resistance layer is also provided in the channel region near the gate, and the channel region is provided in stripes along the longitudinal direction of the unit segment, as in the surface gate type, and the gate is drawn out. It is characterized in that the electrodes are placed as close as possible on both sides. In the method for manufacturing a static induction type semiconductor device according to the present invention as described above, the impurity diffusion layer of the main electrode closest to the diffusion layer for the gate electrode is placed between the surfaces of the diffusion layer for the gate electrode opposite thereto in an equivalent and opposite manner. formed by epitaxial growth so as to be in contact with a conductive impurity concentration of
An impurity opposite to the impurity of the gate electrode diffusion layer is diffused to form an i-type high resistance layer with a thickness of 1 to 2 μm in which p-type and n-type impurities are mixed in almost equal amounts on the contact surface. When forming the channel region from the potential peak position (true gate) generated in the semiconductor substrate by the gate electrode diffusion layer to the nearest main electrode diffusion layer, the gate is formed during epitaxial growth. This method is characterized in that a high-resistance layer equivalent to the i-type high-resistance layer is provided by also utilizing p-type or n-type impurities outdiffused from the surface of the electrode diffusion layer. Moreover, if the central part of the boundary facing the channel region of the diffusion layer of the main electrode closest to the channel region is formed deeply toward the true gate side, a more effective electrostatic induction type semiconductor element can be obtained.

【0013】前記の如き本発明による静電誘導形半導体
素子の製造方法の特徴を箇条別に列挙すれば、次のよう
になる。特にターンオン性能を向上させるために、ゲー
ト・カソード間の充電時間に対応する時定数  τ=C
g ×rs を低減するのに、「プレーナー型」の如く
「埋め込みゲート型」のような抵抗rs をほとんど含
まずに、静電容量Cg を抑えること。ターンオフ性能
、ターンオン性能を共に向上させるために、チャンネル
すなわちpベース層・ゲート電極間の抵抗を低くし、ゲ
ート電流の制御性能を上げる。このため、「プレーナー
型」並みの薄いpベース層の拡散深さを用い、カソード
・ゲートの配置を微細構造化すること。パワーデバイス
向けとして、「プレーナー型」より数段高い安定したゲ
ート・カソード間逆方向耐圧を確保するために、「プレ
ーナー型」と同様に「ストライプ状チャンネル」をエピ
タキシャル成長で埋め込む。これにより「埋め込みゲー
ト型」となるが、pベース層とnエミッタ層間に発生す
る静電容量を少なくするために、この埋め込みエピタキ
シャル成長時にチャンネル付近をi層化し、且つ不純物
濃度勾配を有するpベース層とnエミッタ層とを不純物
濃度が1015cm−3以下の状態で接触させることで
、接合部に対し高抵抗のi層化を実現すること。
The features of the method for manufacturing an electrostatic induction type semiconductor device according to the present invention as described above can be listed in detail as follows. In particular, in order to improve turn-on performance, a time constant τ=C corresponding to the charging time between gate and cathode
In order to reduce g × rs , capacitance Cg must be suppressed without including almost any resistance rs such as in a ``planar type'' or ``buried gate type''. In order to improve both turn-off performance and turn-on performance, the resistance between the channel, that is, the p-base layer and the gate electrode is lowered to improve gate current control performance. For this reason, the diffusion depth of the p base layer, which is as thin as that of the "planar type", is used to finely structure the arrangement of the cathode and gate. For power devices, in order to ensure a stable reverse breakdown voltage between the gate and cathode, which is several steps higher than that of the planar type, a striped channel is embedded using epitaxial growth, similar to the planar type. This results in a "buried gate type", but in order to reduce the capacitance generated between the p base layer and the n emitter layer, the vicinity of the channel is made into an i layer during this buried epitaxial growth, and the p base layer has an impurity concentration gradient. By bringing the N emitter layer and the N emitter layer into contact with each other at an impurity concentration of 1015 cm-3 or less, a high resistance I layer can be realized at the junction.

【0014】このようにして、「プレーナー型」と「埋
め込みゲート型」との長所を組み合わせて、短所を相殺
する接合形成を有する「プレーナーライクストライプ型
静電誘導デバイス」を実現する。尚、pベース層を形成
するにあたり、エピタキシャル成長前に二酸化珪素(S
iO2)選択マスクを用いて、p+ 不純物(例えば硼
素)を拡散するが、従来の埋め込みゲート方式に比べて
厚さを薄くでき、同じ拡散量だと後の拡散で深さが決ま
ったときに、この方式ではpベース層の平均濃度を高く
できるので、更に静電容量Cg は低減する。
[0014] In this way, the advantages of the "planar type" and the "buried gate type" are combined to realize a "planar-like stripe type electrostatic induction device" having a junction formation that offsets the disadvantages. In addition, when forming the p base layer, silicon dioxide (S) is added before epitaxial growth.
p+ impurities (for example, boron) are diffused using a selective mask (iO2), but the thickness can be made thinner than in the conventional buried gate method, and if the amount of diffusion is the same, when the depth is determined by later diffusion, In this method, the average concentration of the p base layer can be increased, so that the capacitance Cg is further reduced.

【0015】尚、■式、Cg ={(qε0 εs N
B ) /2(Vbi−V)}1/2 において、Vb
i=(kT/q)ln{NB ×NPB/ni2}であ
り、ここで、ni は室温における真性キャリア濃度で
、1.45×1010cm−3であり、NPBはpベー
スの不純物濃度であって、NPBが上がるのでVbiが
上がり、■式においてはCg が逆に下がることになる
[0015] Furthermore, the formula (■), Cg = {(qε0 εs N
B) /2(Vbi-V)}1/2, Vb
i=(kT/q)ln{NB×NPB/ni2}, where ni is the intrinsic carrier concentration at room temperature, which is 1.45×1010 cm−3, and NPB is the p-based impurity concentration. , NPB rises, so Vbi rises, and in formula (2), Cg conversely falls.

【0016】[0016]

【作用】本発明による静電誘導形半導体素子を従来の静
電誘導形半導体素子と比較しながら、図2〜図5に基づ
いて説明する。図中の各符号は図1の符号と同じ部分を
示し、5′はi層化したエピタキシャル成長層である。 図2〜図5中の(ア)は単チャンネルに注目したカソー
ド側の断面図で、(イ)は(ア)図の各深さdに対応し
た、公知の拡がり抵抗法による抵抗値(SR値)の指数
関数的分布を示す。抵抗値Rと有効な不純物濃度とは逆
比例の関係があり、Rが増加すればi層すなわちint
rinsic 層化し、電位が加えられると空乏層が拡
がり易くなり、また電位がほぼ均等にかかるようにもな
り、空乏層の静電容量が下がることになる。
[Operation] The electrostatic induction type semiconductor device according to the present invention will be explained based on FIGS. 2 to 5 while comparing it with a conventional electrostatic induction type semiconductor device. Each reference numeral in the figure indicates the same part as the reference numeral in FIG. 1, and 5' is an epitaxially grown layer formed into an i-layer. (A) in FIGS. 2 to 5 is a cross-sectional view of the cathode side focusing on a single channel, and (B) is a resistance value (SR value). There is an inversely proportional relationship between the resistance value R and the effective impurity concentration, and as R increases, the i-layer, that is, int
When a rinsic layer is formed and a potential is applied, the depletion layer tends to expand, and the potential is also applied almost uniformly, resulting in a decrease in the capacitance of the depletion layer.

【0017】図2は従来の「埋め込みゲート型」の一つ
のチャンネル部分のみを記したモデルである。従来この
タイプでは、エピタキシャル成長時の熱印加等により、
pベース層6の不純物がエピタキシャル成長層へ熱拡散
されることもあり、pベース層6の厚さは10数〜20
数μm であり、図4の表面ゲートのほぼ5μm 程度
の厚さに比べて厚くなっている。また、ゲート・カソー
ド間の逆方向耐圧を確保するため(70〜200V)に
、pベース層6とnエミッタ層との間にエピタキシャル
成長層のn層(抵抗率1〜5Ω−cm)を厚く設けてい
る。このタイプは図1(a)に示したように、通常はチ
ャンネルを多数配置することにより、面積効率を上げる
手段が用いられている。通常このタイプでは各不純物を
拡散した面がエピタキシャル成長中に露出するため、高
抵抗のi層のエピタキシャル層を均等に成長させること
は非常に難しい。このタイプの深さ方向拡がり抵抗(S
R)分布を見ると、高抵抗化した領域がpベース層の端
部に(P1及びP2)二点現れていることに気付く。こ
こは、pベース層のp型の不純物と基板あるいはエピタ
キシャル成長層のn層のn型不純物がほぼ同量存在し、
p型あるいはn型不純物の影響が薄れて、真性(int
rinsic)になった領域なのである。
FIG. 2 is a model showing only one channel portion of a conventional "buried gate type". Conventionally, with this type, heat application during epitaxial growth, etc.
Since the impurities in the p base layer 6 may be thermally diffused into the epitaxial growth layer, the thickness of the p base layer 6 is approximately 10 to 20 mm.
The thickness is several μm, which is thicker than the approximately 5 μm thickness of the front gate shown in FIG. In addition, in order to ensure reverse breakdown voltage between the gate and cathode (70 to 200 V), a thick n layer (resistivity: 1 to 5 Ω-cm) of epitaxial growth layer is provided between the p base layer 6 and the n emitter layer. ing. As shown in FIG. 1(a), this type usually uses a method of increasing area efficiency by arranging a large number of channels. Usually in this type, the surface on which each impurity is diffused is exposed during epitaxial growth, so it is very difficult to uniformly grow the high-resistance i-layer epitaxial layer. This type of depth spreading resistance (S
R) When looking at the distribution, it is noticed that two regions of high resistance appear at the ends of the p base layer (P1 and P2). Here, the p-type impurity in the p-base layer and the n-type impurity in the n-layer of the substrate or epitaxial growth layer are present in almost the same amount.
The influence of p-type or n-type impurities is weakened, and the int
This is an area that has become rinsic.

【0018】もしも、図3の如く図2の寸法構成でpエ
ミッタ層6とnベース層4との間にi層を形成して作る
ことができたなら、静電容量Cg と、これと並列に存
在するのと等価であるnエミッタとpベースとの間の抵
抗rs とが僅かに存在するだけで、時定数τの小さい
高速装置が実現できる筈であるが、前記の通り高抵抗の
i層のエピタキシャル層を均等に成長させることは非常
に難しく、不可能と言ってもい。実際には、i層は薄い
程抵抗rs が小さいので良好な特性を得ることができ
る。また、「埋め込みゲート型」を作るにあたり、真の
ゲートの横からnエミッタ4に至るまでのチャンネル領
域の内、エピタキシャル成長初期に形成される領域は、
実際にはエピタキシャル成長中にp型の不純物がエピタ
キシャル成長の対象物から飛び出して、エピタキシャル
成長層に取り込まれるオートドーピング現象で、エピタ
キシャル層がp型に反転するのを抑えるためにn型不純
物で補償するので、やはりi層化している。
If the i-layer can be formed between the p-emitter layer 6 and the n-base layer 4 with the dimensional structure shown in FIG. 2 as shown in FIG. It should be possible to realize a high-speed device with a small time constant τ by just having a small resistance rs between the n emitter and the p base, which is equivalent to the resistance rs that exists in the high resistance i It is extremely difficult, even impossible, to grow epitaxial layers uniformly. In reality, the thinner the i-layer is, the smaller the resistance rs is, so that better characteristics can be obtained. In addition, when creating a "buried gate type", the region formed at the initial stage of epitaxial growth in the channel region from the side of the true gate to the n emitter 4 is
In reality, this is an autodoping phenomenon in which p-type impurities jump out of the epitaxial growth target during epitaxial growth and are incorporated into the epitaxial growth layer.In order to suppress the epitaxial layer from inverting to p-type, compensation is performed with n-type impurities. It is still in the i-tier.

【0019】本発明は、これらpベース層6とエピタキ
シャル成長n層との境界に発生する1〜2μm の高抵
抗層と、チャンネル部の高抵抗層とを、カソード側の微
細加工と併せて積極的に利用し、図4に示した「プレー
ナー型」のように、オン・オフ特性共に優れた性能を維
持しつつ、ゲート・カソード間の耐圧が50〜70Vと
必要にして十分な値を得ることができるような、静電誘
導形半導体素子の構造を提供する。すなわち図5に示す
構造が本発明による静電誘導形サイリスタの一実施例の
構造であり、図2の従来の「埋め込みゲート型」に比し
て同面積中に占めるチャンネル領域が多く取れ(表面ゲ
ート型よりは少ない)、pベース層6とnエミッタ層4
間が数μm の、拡散及びエピタキシャル成長を利用し
た高抵抗層5′で形成されるため、静電容量Cg が小
さく、且つ抵抗rs が無視できる程小さいのでターン
オンが「表面ゲート型」並みに速く、ゲート電極2がチ
ャンネルに近いためターンオン及びターンオフ共に高速
で、パワーデバイスの高周波動作に適した構造となって
いる。
In the present invention, a high resistance layer of 1 to 2 μm generated at the boundary between the p base layer 6 and the epitaxially grown n layer and a high resistance layer in the channel region are actively formed together with microfabrication on the cathode side. As shown in the "planar type" shown in Figure 4, it is possible to obtain a sufficient voltage resistance between the gate and cathode of 50 to 70 V while maintaining excellent performance in both on and off characteristics. The present invention provides a structure of an electrostatic induction type semiconductor element that enables the following. In other words, the structure shown in FIG. 5 is the structure of one embodiment of the electrostatic induction thyristor according to the present invention, and compared to the conventional "buried gate type" shown in FIG. (less than gate type), p base layer 6 and n emitter layer 4
Since it is formed of a high resistance layer 5' using diffusion and epitaxial growth with a gap of several μm, the capacitance Cg is small and the resistance rs is so small that it can be ignored, so turn-on is as fast as the "surface gate type". Since the gate electrode 2 is close to the channel, both turn-on and turn-off are fast, and the structure is suitable for high frequency operation of power devices.

【0020】pベース層6とnエミッタ層4とが薄いi
層を介してp−i−n構造となっているため、キャリア
はnエミッタ層からチャンネルへ高速度で入り、チャン
ネルを過ぎるまで電流Iは次式の如く理想的に高速で流
れると考えられる。   I=q(kT/2πmn)1/2nk exp{−
(φ−qVG(0))/kT}ここで、kはボルツマン
定数、Tは絶対温度、φは拡散ポテンシャル、nkはカ
ソード領域の自由電子密度、qは電荷量、mn は電子
の有効質量、VG(0)は真のゲートの電位を示す。
The p base layer 6 and the n emitter layer 4 are thin i
Since the pin structure is formed through the layers, carriers enter the channel from the n emitter layer at high speed, and it is considered that the current I ideally flows at high speed until it passes the channel, as shown in the following equation. I=q(kT/2πmn)1/2nk exp{-
(φ-qVG(0))/kT} where k is Boltzmann's constant, T is absolute temperature, φ is diffusion potential, nk is free electron density in the cathode region, q is the amount of charge, mn is the effective mass of electrons, VG(0) indicates the true gate potential.

【0021】本発明の鍵となるエピタキシャル成長工程
周辺の製造方法について図11を用いて説明する。図1
1(a)〜(e)はエピタキシャル成長からメサエッチ
ング加工までの各工程における断面を順に示すものであ
り、また(c′)と(c″)及び(d′)と(d″)は
それぞれ(c)及び(d)におけるx1 及びx2 方
向の不純物濃度N(cm3) と抵抗値rs を示して
いる。
The manufacturing method surrounding the epitaxial growth step, which is the key to the present invention, will be explained with reference to FIG. Figure 1
1(a) to (e) sequentially show cross sections at each step from epitaxial growth to mesa etching processing, and (c') and (c'') and (d') and (d'') respectively ( The impurity concentration N (cm3) and resistance value rs in the x1 and x2 directions in c) and (d) are shown.

【0022】(a)はp+ のpベース拡散層6をピー
ク硼素濃度2×1019(cm−3) で、チャンネル
部10を選択的に除いて、拡散により設けた状態である
(a) shows a p+ base diffusion layer 6 with a peak boron concentration of 2×10 19 (cm −3 ), selectively excluding the channel portion 10 and provided by diffusion.

【0023】(b)で、このような面に先ず塩化水素(
HCl)ガスも導入して表面を清浄化して、キャリアガ
スとして水素(H2)ガスを用い、四塩化珪素(SiC
l4)、ホスフィン(PH3)によるエピタキシャル成
長法に従い1180℃にて、0.18μm/分の成長速
度で抵抗率4Ω−cmのn− エピタキシャル成長を4
μm行う。この成長中、基板のpベース層6から外に硼
素(へ)粒子がアウトディフュージョンし、エピタキシ
ャル成長層がp反転するのを防ぐために、ホスフィン(
PH3)ガスを導入する。
In (b), hydrogen chloride (
HCl) gas was also introduced to clean the surface, and hydrogen (H2) gas was used as a carrier gas to clean the surface.
l4), n- epitaxial growth with a resistivity of 4 Ω-cm was performed at 1180°C at a growth rate of 0.18 μm/min according to the epitaxial growth method using phosphine (PH3).
Perform μm. During this growth, boron particles are out-diffused from the p-base layer 6 of the substrate to prevent p-inversion of the epitaxially grown layer.
PH3) Introduce gas.

【0024】すなわち、エピタキシャル成長が終了した
(c)時点では、図(c′)に示すように、深さ方向x
1 のプロフィルは、矢印アで示した真のゲート近傍で
は硼素(B)と燐(P)とがほぼ等量存在するように形
成することで、図(c″)に示す如く高抵抗層が形成さ
れる。この時、x1 位置のみでなくpベース層上にエ
ピタキシャル成長した部分も同様に高抵抗層となってい
る。
That is, at the point (c) when the epitaxial growth is completed, as shown in FIG.
1 profile is formed so that boron (B) and phosphorus (P) are present in approximately equal amounts near the true gate shown by arrow A, and a high-resistance layer is formed as shown in figure (c''). At this time, not only the x1 position but also the portion epitaxially grown on the p base layer becomes a high resistance layer.

【0025】更に(d)で、カソード面nエミッタ層4
(ピーク燐濃度1×1020cm−3)の形成を燐(P
)拡散により1.2 μm 行う。かくして、図(d′
)に示したx2 方向の濃度プロフィルのように、エピ
タキシャル成長面からほぼ1.4 μm 成長したpベ
ース層6との間に、約1.2 μm の硼素(B)と燐
(P)とがほぼ等量存在する領域が、図(d″)に示す
ように、抵抗率≧100 Ω−cmの高抵抗層として形
成され、また、チャンネル上のnエミッタ層は追加拡散
して、抵抗rs を低下するようにしている。
Furthermore, in (d), the cathode surface n emitter layer 4
(peak phosphorus concentration 1 x 1020 cm-3)
) 1.2 μm by diffusion. Thus, figure (d′
), approximately 1.2 μm of boron (B) and phosphorus (P) are deposited between the p base layer 6 grown approximately 1.4 μm from the epitaxial growth surface. The region with equal amounts is formed as a high resistance layer with resistivity ≧100 Ω-cm, as shown in figure (d″), and the n emitter layer on the channel is additionally diffused to reduce the resistance rs. I try to do that.

【0026】(e)では、メサエッチング加工を実施し
て仕上げを行っている。
In (e), finishing is performed by mesa etching.

【0027】以上の如く、エピタキシャル成長中の硼素
と燐とを制御し、pベース層6とnエミッタ層4との隣
接効果により、チャンネル抵抗は低下し、pベース層と
nエミッタ層との間を高抵抗化することにより本発明の
静電誘導形半導体素子の構造が実現できる。
As described above, by controlling boron and phosphorus during epitaxial growth, and due to the adjacency effect between the p base layer 6 and the n emitter layer 4, the channel resistance is reduced and the gap between the p base layer and the n emitter layer is reduced. By increasing the resistance, the structure of the electrostatic induction type semiconductor element of the present invention can be realized.

【0028】図6〜8は本発明の静電誘導形サイリスタ
の実施例を示す。図6は基本的な実施例であり、n− 
基板7に5Ω−cmで厚さle が4μm のn− エ
ピタキシャル成長層12を形成し、アルミニウム(Al
)のゲート電極2を取り出すためメサエッチング加工を
施している。単位セグメントの配置ピッチlp は、p
ベース層4の厚さlPB≒4μm ,チャンネル幅lC
H≒4μm ,セグメント幅lk ≒10μm 等の形
状と、それらの加工制度によっても異なるが、本実施例
ではlP =22μmとして通常の「埋め込みゲート型
」離れした微細加工が実現されている。
6 to 8 show embodiments of the electrostatic induction thyristor of the present invention. FIG. 6 shows a basic embodiment, where n-
An n- epitaxial growth layer 12 of 5 Ω-cm and a thickness le of 4 μm is formed on the substrate 7, and aluminum (Al
) Mesa etching is performed to take out the gate electrode 2. The arrangement pitch lp of unit segments is p
Base layer 4 thickness lPB≒4μm, channel width lC
Although it varies depending on the shape such as H≒4 μm, segment width lk≈10 μm, and their processing accuracy, in this embodiment, lP = 22 μm, and microfabrication that is different from the usual "buried gate type" is realized.

【0029】以上の説明では、不純物としてpベース層
6には硼素を、nエミッタ層4には燐を用いて製造した
が、これらに挟まれる高抵抗層であるi層化したエピタ
キシャル成長層5′の厚さli が1〜2μm 程度に
形成されて、p−i−n構造に成っていればよい。ちな
みに、先に述べたようなエピタキシャル成長法を用いた
ため、チャンネル領域も高抵抗化するので、pベース層
6の周りからnエミッタ層4にいたるまではi層化した
領域が多く、且つチャンネルからnエミッタ層にいたる
までの抵抗分rs が非常に小さく、表面ゲート型に近
い構造思想の装置になっている。
In the above explanation, boron was used as impurities for the p base layer 6 and phosphorus was used for the n emitter layer 4. It is sufficient that the thickness li is approximately 1 to 2 μm to form a pin structure. By the way, since the epitaxial growth method mentioned above is used, the channel region also has a high resistance, so there are many i-layer regions from around the p base layer 6 to the n emitter layer 4, and from the channel to the n emitter layer 4. The resistance rs up to the emitter layer is extremely small, and the device has a structural concept similar to that of a surface gate type.

【0030】公知の如く、ゲート掘り出しエッチングを
深く行うとばらつきが増加するが、本発明でのエッチン
グ深さは3.5 μm と浅くてすむので、ばらつきが
起き難い点も利点となっている。
As is well known, when gate excavation etching is performed deeply, variations increase, but the etching depth of the present invention can be as shallow as 3.5 .mu.m, so that variation is less likely to occur, which is an advantage.

【0031】更に図7及び8では、チャンネルからnエ
ミッタ層に至るまでの静電容量Cg に並列とも言える
僅かな抵抗rs を更に低減した例を示している。これ
は、実際には真のゲートからnエミッタ層に至るまでを
総てi層化することは難しく、チャンネル部のnエミッ
タ層近くでは特にn− 層化しているので、そこをn+
 層化することにより抵抗rs を小さくできるからで
ある。
Furthermore, FIGS. 7 and 8 show an example in which the slight resistance rs, which can be said to be parallel to the capacitance Cg from the channel to the n-emitter layer, is further reduced. In reality, it is difficult to make the entire area from the true gate to the n emitter layer into an i layer, and the area near the n emitter layer in the channel part is made into an n- layer.
This is because the resistance rs can be reduced by layering.

【0032】図7には、チャンネルに対向したセグメン
ト中央のnエミッタ層を追加拡散して、真のゲートに向
けて約1.5 μm 深くした層4′を有する構造を示
す。
FIG. 7 shows a structure in which the n-emitter layer in the center of the segment facing the channel is additionally diffused to deepen the layer 4' by about 1.5 μm toward the true gate.

【0033】図8では、一度だけのnエミッタ拡散で同
様の効果を得るために、セグメント中央に1.5 μm
 の溝15を設けてからnエミッタ拡散を行い、その溝
15の形状に応じたnエミッタ層を形成して、チャンネ
ル部分においてのみ約1.5 μm 深くなったnエミ
ッタ層を形成している。
In FIG. 8, in order to obtain a similar effect with only one n emitter diffusion, a 1.5 μm in the center of the segment is shown.
After forming a groove 15, n-emitter diffusion is performed, and an n-emitter layer is formed in accordance with the shape of the groove 15, thereby forming an n-emitter layer that is approximately 1.5 μm deep only in the channel portion.

【0034】以上の説明はnチャンネルデバイスについ
て行ったが、pチャンネルデバイスでも同様に構成でき
ることは言うまでもない。
Although the above explanation has been made regarding an n-channel device, it goes without saying that a p-channel device can also be constructed in the same manner.

【0035】[0035]

【実施例】図12は本発明による静電誘導型サイリスタ
の一実施例を示す図で、(a)はカソード表面の上面図
であり、(b)はそのx〜x′線に沿った断面図を示す
[Embodiment] FIG. 12 is a diagram showing an embodiment of the electrostatic induction thyristor according to the present invention, in which (a) is a top view of the cathode surface, and (b) is a cross-sectional view along the line x to x'. Show the diagram.

【0036】図8のカソード側構造において、p+ の
pベース拡散層6上のアルミニウムゲート電極2とnエ
ミッタ層4上のアルミニウユカソード電極1との間に、
ポリイミドの絶縁膜17を設け、アルミニウムカソード
電極1の上に更に配線用のカソード電極1′を重ね合わ
せて形成し、これにより配線抵抗を低減する。
In the cathode side structure of FIG. 8, between the aluminum gate electrode 2 on the p+ p base diffusion layer 6 and the aluminum cathode electrode 1 on the n emitter layer 4,
A polyimide insulating film 17 is provided, and a cathode electrode 1' for wiring is further formed over the aluminum cathode electrode 1, thereby reducing wiring resistance.

【0037】また、アノード側には、pエミッタ拡散層
8とアノードショートn+ 拡散層16とを交互に設け
て、アノードショート構造を構成してある。
Furthermore, on the anode side, p emitter diffusion layers 8 and anode short n+ diffusion layers 16 are alternately provided to form an anode short structure.

【0038】[0038]

【発明の効果】図9は、従来の「埋め込みゲート型」静
電誘導形サイリスタと、本発明による「プレーナーライ
クストライプ型」の静電誘導サイリスタについて、それ
ぞれ破線と実線とにより示した、ターンオンタイムtg
t(μs)とターンオフタイムtgq(μs)との相関
を示すグラフである。この装置の構造は、6mm平方で
、nベース層の厚さ250 μm であり、アノード側
に局部的にn+ 層のショート孔を設けて、n+ 層の
幅とpエミッタ層の幅との比で表されるアノードショー
ト率を変化させてターンオフタイムtgqの調整を行っ
た。この種々の調節の結果をグラフに示したのが図9で
ある。
Effects of the Invention FIG. 9 shows the turn-on times shown by broken lines and solid lines, respectively, for a conventional "buried gate type" electrostatic induction thyristor and a "planar-like stripe type" electrostatic induction thyristor according to the present invention. tg
It is a graph showing the correlation between t (μs) and turn-off time tgq (μs). The structure of this device is 6 mm square, with an n base layer thickness of 250 μm, and a short hole in the n+ layer is locally provided on the anode side, so that the ratio of the width of the n+ layer to the width of the p emitter layer is The turn-off time tgq was adjusted by changing the expressed anode short rate. FIG. 9 is a graph showing the results of these various adjustments.

【0039】測定条件は図10に示した方式で、印加電
圧VD =300V、遮断電流IT =10A 、抵抗
付加で室温測定となっている。ゲートに対するターンオ
ン信号は、ピーク値IgON =0.3Aで、1.0 
μs 流し、ターンオフ信号はピーク値Igp≒IT 
となっている。
The measurement conditions were as shown in FIG. 10, with applied voltage VD = 300 V, cut-off current IT = 10 A, and room temperature measurement with resistance added. The turn-on signal for the gate is 1.0 with a peak value IgON = 0.3A.
μs flow, turn-off signal is peak value Igp≒IT
It becomes.

【0040】図9から明らかなように、従来の静電誘導
型サイリスタに比べて、本発明による静電誘導型サイリ
スタはターンオンとターンオフとのトレードオフ関係を
改善でき、スイッチングロスが低減された。本発明によ
る装置の特徴として、ターンオフタイムtgqを低減し
てもターンオンタイムtgtはほとんど増大しない。こ
れは、「プレーナー型」で報告されている通りである(
阿部他による「プロトン照射によるSIサイリスタの性
能改善」;電気学会資料EDD−89−49 (198
9)参照)。また、本発明による装置のゲート・カソー
ド間逆方向耐圧は50〜60Vと「プレーナー型」の1
0〜15Vを大きく上回り、製作及び使用次の安定性に
優れ、高速のためにゲート・カソード間に発生するスパ
イク電圧に対しても安全サイドで動作するパワーデバイ
スであることがわかった。これは先に述べたように、ゲ
ート・カソード間が薄いi層を挟んだp−i−n構造で
あるからである。
As is clear from FIG. 9, compared to the conventional electrostatic induction thyristor, the electrostatic induction thyristor according to the present invention can improve the trade-off relationship between turn-on and turn-off, and reduce switching loss. As a feature of the device according to the present invention, even if the turn-off time tgq is reduced, the turn-on time tgt hardly increases. This is as reported for the "planar type" (
“Performance improvement of SI thyristor by proton irradiation” by Abe et al.; Institute of Electrical Engineers of Japan material EDD-89-49 (198
9)). In addition, the reverse breakdown voltage between the gate and cathode of the device according to the present invention is 50 to 60V, which is 1 of the “planar type”.
It was found that the power device has a voltage that greatly exceeds 0 to 15 V, has excellent stability during manufacture and use, and operates on the safe side even against spike voltages generated between the gate and cathode due to its high speed. This is because, as mentioned earlier, the pin structure is such that a thin i-layer is sandwiched between the gate and cathode.

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

【図1】図1(a),(b),(c)は、それぞれ「埋
め込みゲート型」,「切り込みゲート型」,「プレーナ
ー型」の従来の静電誘導形サイリスタの構造を比較する
断面図を示している。
[Figure 1] Figures 1 (a), (b), and (c) are cross sections comparing the structures of conventional electrostatic induction thyristors of "buried gate type,""cut gate type," and "planar type," respectively. The figure shows.

【図2】図2(ア)は従来の「埋め込みゲート型」静電
誘導形サイリスタの1セグメントの構造を示すカソード
及びゲート付近の断面図で、図2(イ)はその深さに対
する拡がり抵抗分布図である。
[Figure 2] Figure 2 (A) is a cross-sectional view of the cathode and gate vicinity showing the structure of one segment of a conventional "buried gate type" electrostatic induction thyristor, and Figure 2 (B) shows the spreading resistance with respect to its depth. It is a distribution map.

【図3】図3(ア)は従来の「埋め込みゲート型」静電
誘導形サイリスタのエピタキシャル成長層をi層で構成
したと想定した1セグメントの構造を示すカソード及び
ゲート付近の断面図であり、図3(イ)はその深さに対
する拡がり抵抗分布図である。
FIG. 3(A) is a cross-sectional view near the cathode and gate showing the structure of one segment assuming that the epitaxial growth layer of a conventional "buried gate type" electrostatic induction thyristor is composed of an i-layer; FIG. 3(A) is a spreading resistance distribution diagram with respect to the depth.

【図4】図4(ア)は従来の「プレーナー型」静電誘導
形サイリスタのnチャンネル部分をi層で構成したと想
定した1セグメントの構造を示すカソード及びゲート付
近の断面図であり、図4(イ)はその深さに対する拡が
り抵抗分布図である。
FIG. 4(A) is a cross-sectional view of the cathode and gate vicinity showing the structure of one segment assuming that the n-channel part of a conventional "planar type" electrostatic induction thyristor is composed of an i-layer; FIG. 4(A) is a spreading resistance distribution diagram with respect to the depth.

【図5】図5(ア)は本発明による「プレーナーライク
ストライプ型」静電誘導形サイリスタの1セグメントの
構造を示すカソード及びゲート付近の断面図であり、図
5(イ)はその深さに対する拡がり抵抗分布図である。
FIG. 5(a) is a cross-sectional view of the cathode and gate vicinity showing the structure of one segment of the "planar-like stripe type" electrostatic induction thyristor according to the present invention, and FIG. FIG.

【図6】図2は本発明による静電誘導サイリスタの一実
施例のカソード及びゲート付近の断面斜視図である。
FIG. 2 is a cross-sectional perspective view of the vicinity of the cathode and gate of an embodiment of the electrostatic induction thyristor according to the present invention.

【図7】図7は本発明による静電誘導サイリスタの別の
実施例のカソード及びゲート付近の断面斜視図である。
FIG. 7 is a cross-sectional perspective view of the cathode and gate vicinity of another embodiment of the electrostatic induction thyristor according to the present invention.

【図8】図8は本発明による静電誘導サイリスタの更に
別の実施例のカソード及びゲート付近の断面斜視図であ
る。
FIG. 8 is a cross-sectional perspective view of the cathode and gate vicinity of still another embodiment of the electrostatic induction thyristor according to the present invention.

【図9】図9は本発明による静電誘導形サイリスタと従
来の静電誘導型サイリスタとを比較して、ターンオンタ
イムとターンオフタイムとの相関を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the correlation between turn-on time and turn-off time, comparing the electrostatic induction thyristor according to the present invention and a conventional electrostatic induction thyristor.

【図10】図10は静電誘導形サイリスタのスイッチン
グ波形図である。
FIG. 10 is a switching waveform diagram of an electrostatic induction thyristor.

【図11】図11(a)〜(e)は本発明の静電誘導サ
イリスタの、エピタキシャル成長からメサエッチング加
工までの、各工程における断面を順に示すものであり、
また(c′)と(c″)及び(d′)と(d″)はそれ
ぞれ(c)及び(d)におけるx1 及びx2 方向の
不純物濃度N(cm3) と抵抗値rs を示している
11(a) to 11(e) sequentially show cross sections of the electrostatic induction thyristor of the present invention at each step from epitaxial growth to mesa etching processing,
Further, (c') and (c'') and (d' and (d'')) indicate the impurity concentration N (cm3) and the resistance value rs in the x1 and x2 directions in (c) and (d), respectively.

【図12】図12は本発明による静電誘導型サイリスタ
の一実施例を示す図で、(a)はカソード表面の上面図
であり、(b)はそのx〜x′線に沿った断面図を示す
FIG. 12 is a diagram showing an embodiment of the electrostatic induction thyristor according to the present invention, in which (a) is a top view of the cathode surface, and (b) is a cross-sectional view along the line x to x'. Show the diagram.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  カソード電極 1′配線用のカソード電極 2  ゲート電極 3  アノード電極 4  nエミッタ層 5  エピタキシャル成長層内n− 層5′i層化した
エピタキシャル成長層 6  pベース層 7  n− 型あるいはi型の基板 8  pエミッタ層 9  二酸化珪素の絶縁層 10  nチャンネル 11  エッチングによる削除域 12  エピタキシャル成長層 13  ゲート付近の静電容量 14  pベース層とnエミッタ層との間の抵抗15 
 溝 16  アノードショートn+ 拡散層17  ポリイ
ミドの絶縁層
1 Cathode electrode 1' Cathode electrode 2 for wiring Gate electrode 3 Anode electrode 4 N emitter layer 5 N- layer in epitaxial growth layer 5'i epitaxial growth layer 6 P base layer 7 N- type or i type substrate 8 P Emitter layer 9 Insulating layer of silicon dioxide 10 N-channel 11 Etched region 12 Epitaxial growth layer 13 Capacitance near the gate 14 Resistance between the p-base layer and the n-emitter layer 15
Groove 16 Anode short n+ Diffusion layer 17 Polyimide insulation layer

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】  静電誘導形サイリスタや静電誘導形ト
ランジスタの内、半導体基板表面に現れるゲート電極面
に対し、最も近接する主電極面を高く形成する埋め込み
ゲート型静電誘導形半導体素子において、前記埋め込み
ゲート型素子の単位セグメントの短幅側の寸法を、ゲー
ト拡散深さやゲート,カソード電極の大きさなどで制限
を受ける最小幅に微細化し、ゲート電極用拡散層に最も
近接する主電極の不純物拡散層とこれに対向するゲート
電極用拡散層表面間を1〜2μm に近接させ、それら
の間にp型,n型不純物がほぼ等量ずつ混在するi型高
抵抗層を設け、またゲート電極用拡散層により半導体基
板内に発生する電位のピーク位置(真のゲート)近傍の
チャンネル領域にも、前記i型高抵抗層と同等な高抵抗
層を設け、更にチャンネル領域を、表面ゲート型の如く
、単位セグメントの長手方向に沿ってストライプ状に設
け、ゲート引き出し電極をその両側に可能な限り近接し
て設置したことを特徴とする静電誘導形半導体素子【請
求項2】  請求項1記載の静電誘導形半導体素子の製
造方法において、ゲート電極用拡散層に最も近接する主
電極の不純物拡散層をこれに対向するゲート電極用拡散
層表面間上にそれぞれ同等の逆の導電性の不純物濃度で
接触するようにエピタキシャル成長により形成し、その
接触面部分にp型,n型不純物がほぼ等量ずつ混在した
1〜2μm 厚さのi型高抵抗層ができるようにゲート
電極用拡散層の不純物と逆の不純物を拡散し、これによ
りゲート電極用拡散層により半導体基板内に発生する電
位のピーク位置(真のゲート)から最も近接する主電極
用拡散層までのチャンネル領域にも、前記ゲート埋め込
みエピタキシャル成長で形成する際、エピタキシャル成
長中にゲート電極用拡散層表面からアウトディフュウジ
ョンするp型,あるいはn型不純物をも利用して前記i
型高抵抗層と同等な高抵抗層を設けることを特徴とする
静電誘導形半導体素子の製造方法。 【請求項3】  チャンネル領域に最も近接する主電極
の拡散層の内、チャンネル領域に対向する境界中央部を
真のゲート側に向け深く形成した請求項1記載の静電誘
導形半導体素子
[Scope of Claims] [Claim 1] Among electrostatic induction thyristors and electrostatic induction transistors, a buried gate type electrostatic transistor in which the main electrode surface closest to the gate electrode surface appearing on the semiconductor substrate surface is formed higher. In an inductive type semiconductor device, the short width side dimension of the unit segment of the buried gate type device is miniaturized to the minimum width limited by the gate diffusion depth and the size of the gate and cathode electrode, and the gate electrode diffusion layer is The impurity diffusion layer of the main electrode closest to the main electrode and the surface of the diffusion layer for the gate electrode opposite to this are placed close to each other by 1 to 2 μm, and an i-type height layer is formed in which almost equal amounts of p-type and n-type impurities are mixed between them. A resistance layer is provided, and a high resistance layer equivalent to the i-type high resistance layer is also provided in the channel region near the peak position (true gate) of the potential generated in the semiconductor substrate by the gate electrode diffusion layer, and An electrostatic induction type semiconductor device characterized in that a channel region is provided in a stripe shape along the longitudinal direction of a unit segment, such as a surface gate type, and gate lead-out electrodes are provided as close as possible on both sides of the channel region. 2. The method of manufacturing a static induction type semiconductor element according to claim 1, wherein the impurity diffusion layer of the main electrode closest to the gate electrode diffusion layer is formed between the surfaces of the gate electrode diffusion layer opposite thereto. Formed by epitaxial growth so that they are in contact with impurity concentrations of equal and opposite conductivity, and an i-type high-resistance layer with a thickness of 1 to 2 μm is formed at the contact surface with approximately equal amounts of p-type and n-type impurities. In this way, an impurity opposite to that of the gate electrode diffusion layer is diffused, and this causes the potential generated in the gate electrode diffusion layer to spread from the peak position (true gate) in the semiconductor substrate to the nearest main electrode diffusion layer. When forming the channel region by the gate buried epitaxial growth, the p-type or n-type impurity out-diffused from the surface of the gate electrode diffusion layer during the epitaxial growth is also used to form the channel region of the i.
A method for manufacturing an electrostatic induction type semiconductor element, characterized by providing a high resistance layer equivalent to a mold high resistance layer. 3. The electrostatic induction type semiconductor device according to claim 1, wherein the central part of the boundary facing the channel region of the diffusion layer of the main electrode closest to the channel region is formed deeply toward the true gate side.
JP3044519A 1991-01-09 1991-01-09 Electrostatic induction type semiconductor device and manufacturing method thereof Expired - Lifetime JPH0793421B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3044519A JPH0793421B2 (en) 1991-01-09 1991-01-09 Electrostatic induction type semiconductor device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3044519A JPH0793421B2 (en) 1991-01-09 1991-01-09 Electrostatic induction type semiconductor device and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04355966A true JPH04355966A (en) 1992-12-09
JPH0793421B2 JPH0793421B2 (en) 1995-10-09

Family

ID=12693789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3044519A Expired - Lifetime JPH0793421B2 (en) 1991-01-09 1991-01-09 Electrostatic induction type semiconductor device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0793421B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013168564A (en) * 2012-02-16 2013-08-29 Ngk Insulators Ltd Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2014175445A (en) * 2013-03-08 2014-09-22 Ngk Insulators Ltd Semiconductor device
JP2020027815A (en) * 2018-08-09 2020-02-20 国立大学法人名古屋大学 Power semiconductor device and manufacturing method of the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5599772A (en) * 1979-01-24 1980-07-30 Semiconductor Res Found Electrostatic induction type thyristor
JPH0191458A (en) * 1987-10-02 1989-04-11 Semiconductor Res Found Semiconductor switching element

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5599772A (en) * 1979-01-24 1980-07-30 Semiconductor Res Found Electrostatic induction type thyristor
JPH0191458A (en) * 1987-10-02 1989-04-11 Semiconductor Res Found Semiconductor switching element

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013168564A (en) * 2012-02-16 2013-08-29 Ngk Insulators Ltd Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2014175445A (en) * 2013-03-08 2014-09-22 Ngk Insulators Ltd Semiconductor device
JP2020027815A (en) * 2018-08-09 2020-02-20 国立大学法人名古屋大学 Power semiconductor device and manufacturing method of the same

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0793421B2 (en) 1995-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5380670A (en) Method of fabricating a semiconductor device
US4963951A (en) Lateral insulated gate bipolar transistors with improved latch-up immunity
KR101933244B1 (en) Insulated gate bipolar transistor
US4514747A (en) Field controlled thyristor with double-diffused source region
US6011279A (en) Silicon carbide field controlled bipolar switch
CN104752492B (en) The method and semiconductor devices being used for producing the semiconductor devices
JP2003303965A (en) Semiconductor element and its fabricating method
EP0615292A1 (en) Insulated gate bipolar transistor
JP2005197497A (en) Semiconductor device
JPH0732249B2 (en) High Speed Switching Horizontal Insulated Gate Transistor
CN105633142B (en) A kind of tunneling field-effect transistor inhibiting off-state current
CN103872097B (en) Power semiconductor device and its manufacture method
CN108899363B (en) Trench gate IGBT device capable of reducing on-voltage drop and turn-off loss
CN100442537C (en) Termination structures for semiconductor devices and the manufacture thereof
JP2000243756A (en) Horizontal bipolar field effect transistor and manufacture thereof
KR101550798B1 (en) Power semiconductor device having structure for preventing latch-up and method of manufacture thereof
EP0872894A2 (en) Static induction semiconductor device, and driving method and drive circuit thereof
JPH04355966A (en) Electrostatic induction type semiconductor element and manufacture thereof
US10600898B2 (en) Vertical bidirectional insulated gate turn-off device
JPH1126780A (en) Semiconductor device including p-n junction
JPH10326895A (en) Semiconductor device
US20150318346A1 (en) Semiconductor device with voltage-sustaining region constructed by semiconductor and insulator containing conductive regions
KR100505563B1 (en) Isolated Gate Bipolar Transistor with Increased Emitter Resistance
JP4696327B2 (en) Insulated gate type semiconductor device
KR100277680B1 (en) Improved LGI Power Devices

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071009

Year of fee payment: 12

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081009

Year of fee payment: 13

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081009

Year of fee payment: 13

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081009

Year of fee payment: 13

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081009

Year of fee payment: 13

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081009

Year of fee payment: 13

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091009

Year of fee payment: 14

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101009

Year of fee payment: 15

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101009

Year of fee payment: 15

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111009

Year of fee payment: 16