JPH045274B2 - - Google Patents

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JPH045274B2
JPH045274B2 JP58014699A JP1469983A JPH045274B2 JP H045274 B2 JPH045274 B2 JP H045274B2 JP 58014699 A JP58014699 A JP 58014699A JP 1469983 A JP1469983 A JP 1469983A JP H045274 B2 JPH045274 B2 JP H045274B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の背景) この発明はサイリスタ、更に具体的に云えば、
ターンオフ及びターンオフの両方が出来るサイリ
スタに関する。
[Detailed Description of the Invention] (Background of the Invention) This invention relates to a thyristor, and more specifically, to a thyristor.
This invention relates to a thyristor that can be turned off and turned off.

サイリスタは回路に電流が流れる様にすると共
にこの電流を遮断する為、電流スイツチとして典
型的に使われる周知の半導体装置である。サイリ
スタは、その2つの端子(即ち、陽極と陰極)の
間にコンダクタンスの大きい通路を作る時に「タ
ーンオフ」し、これら2つの端子の間に抵抗の大
きい通路を作る時「ターンオフ」になる。従来の
典型的なサイリスタ10が第1図に示されてい
る。サイリスタ10が導電型が交互に変わる4つ
の領域12,14,16,18と、陽極20及び
陰極22と、金属−酸化物−半導体(MOS)タ
ーンオフ構造24、又は更に広義に云えば、導体
−絶縁体−半導体ターンオフ構造24とを含む。
A thyristor is a well-known semiconductor device typically used as a current switch to allow current to flow through a circuit and to interrupt this current. A thyristor "turns off" when it creates a high conductance path between its two terminals (ie, anode and cathode), and "turns off" when it creates a high resistance path between those two terminals. A typical conventional thyristor 10 is shown in FIG. The thyristor 10 has four regions 12, 14, 16, 18 of alternating conductivity type, an anode 20 and a cathode 22, and a metal-oxide-semiconductor (MOS) turn-off structure 24, or more broadly, a conductor. an insulator-semiconductor turn-off structure 24 .

MOSターンオフ構造24が、ゲート26と、
該ゲート26をサイリスタ10の半導体本体から
隔てる絶縁層28とを含む。ゲート26を(陰極
22に対して)閾値を越える正の電圧でバイアス
すると、絶縁層28に隣接したP型領域16の部
分が「反転」して、反転チヤンネル30を作り、
これが電子を通すことが出来る。この為、陰極2
2からの電子が、N型領域18から反転チヤンネ
ル30を介してN型領域14に至る電子電流通路
32を通つて流れることが出来る。
The MOS turn-off structure 24 has a gate 26 and
and an insulating layer 28 separating the gate 26 from the semiconductor body of the thyristor 10. When gate 26 is biased with a positive voltage above the threshold (relative to cathode 22), the portion of P-type region 16 adjacent to insulating layer 28 "inverts" creating an inversion channel 30;
This allows electrons to pass through. For this reason, cathode 2
Electrons from N-type region 18 can flow through electron current path 32 from N-type region 18 to N-type region 14 via inversion channel 30 .

公知の様に、サイリスタ10は、N型領域1
4、P型領域16及びN型領域18によつて形成
されたNPNトランジスタ構造と、P型領域12、
N型領域14及びP型領域16によつて形成され
たPNPトランジスタ構造との2つのトランジス
タ構造としてモデル化することが出来る。これら
のトランジスタ構造は互いに再生結合されてい
る。即ち、NPNトランジスタ構造のコレクタ
(領域14)がPNPトランジスタ構造のベース
(領域14)に結合され、この為にこのベースを
駆動することが出来る。PNPトランジスタ構造
のコレクタ(領域16)がNPNトランジスタ構
造のベース(領域16)に結合され、この為この
ベースを駆動することが出来る。従つて、この
為、N型領域14(PNPトランジスタ構造のベ
ース)に電子を供給すると、NPN及びPNPトラ
ンジスタ構造の両方が再生的にターンオンし、こ
うしてサイリスタ10がターンオンする。
As is well known, the thyristor 10 has an N-type region 1
4, an NPN transistor structure formed by a P-type region 16 and an N-type region 18, and a P-type region 12;
It can be modeled as two transistor structures, a PNP transistor structure formed by an N-type region 14 and a P-type region 16. These transistor structures are recombined with each other. That is, the collector (region 14) of the NPN transistor structure is coupled to the base (region 14) of the PNP transistor structure, so that this base can be driven. The collector of the PNP transistor structure (region 16) is coupled to the base of the NPN transistor structure (region 16), so that this base can be driven. Therefore, supplying electrons to the N-type region 14 (the base of the PNP transistor structure) regeneratively turns on both the NPN and PNP transistor structures, thus turning on the thyristor 10.

サイリスタとして動作し得ると共に、その上面
にMOSターンオン構造を持ち、且つその下面に
ターンオフ構造を持つ半導体装置を提供すること
が望ましい。こういう装置はターンオフ能力を持
ちながらも、装置の各々の面は2つの電極、即ち
MOSターンオン又はターンオフ構造の為のゲー
トと陽極又は陰極との2つの電極しか持たないの
で、製造が簡単である。
It is desirable to provide a semiconductor device that can operate as a thyristor, has a MOS turn-on structure on its upper surface, and has a turn-off structure on its lower surface. Although such devices have turn-off capability, each side of the device has two electrodes, viz.
It is easy to manufacture because it has only two electrodes, a gate and an anode or cathode for the MOS turn-on or turn-off structure.

(発明の目的) 従つて、この発明の目的は、その一方の面に
MOSターンオン構造を持つと共に、その別の面
にMOSターンオフ構造を持つ半導体装置を提供
することである。
(Object of the invention) Therefore, the object of this invention is to
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a MOS turn-on structure and a MOS turn-off structure on the other side.

この発明の別の目的は、サイリスタ又は電界効
果トランジスタ(FET)の何れとしても作用し
得ることにより、以下説明する様な重要な利点が
得られる半導体装置を提供することである。
Another object of the invention is to provide a semiconductor device that can act as either a thyristor or a field effect transistor (FET), thereby providing important advantages as described below.

(発明の概要) この発明の目的を実現する時、半導体材料の本
体、第1及び第2の電極、並びに第1及び第2の
複数個のセルを有する半導体装置を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION In realizing the objects of the invention, there is provided a semiconductor device having a body of semiconductor material, first and second electrodes, and first and second plurality of cells.

半導体本体すなわちウエーハは、第1及び第2
の主面を持ち、かつ順次一緒に接合された第1、
第2、第3及び第4の領域を含み、第1及び第3
の領域は一導電型であり、第2及び第4の領域は
反対の導電型であり、ウエーハは更に第1の領域
の中に設けられて第2の領域から隔たる反対導電
型の第5の領域を含む。第2の領域は第1及び第
2の主面の両方まで延在し、第1及び第5の領域
は第1の主面まで延在し、第3及び第4の領域は
第2の主面まで延在している。第1の電極が第1
及び第5の領域に電気接続され、第2の電極が第
4の領域に電気接続される。
A semiconductor body or wafer includes a first and a second semiconductor body or wafer.
a first having a major surface of and joined together in sequence;
a second, a third and a fourth region;
is of one conductivity type, the second and fourth regions are of opposite conductivity type, and the wafer further includes a fifth region of opposite conductivity type disposed within the first region and spaced from the second region. including the area of The second region extends to both the first and second major surfaces, the first and fifth regions extend to the first major surface, and the third and fourth regions extend to the second major surface. It extends to the surface. the first electrode is the first
and a fifth region, and a second electrode is electrically connected to the fourth region.

第1の複数個のセルの各々は、第2の領域及び
第1の電極の間で多数担体を輸送する導体−絶縁
体−半導体形手段で構成される。第2の複数個の
セルの各々は、第4の領域及び第2の領域の間で
多数担体を輸送する導体−絶縁体−半導体形手段
で構成される。
Each of the first plurality of cells is comprised of a conductor-insulator-semiconductor type means for transporting majority carriers between the second region and the first electrode. Each of the second plurality of cells is comprised of conductor-insulator-semiconductor type means for transporting majority carriers between the fourth region and the second region.

この発明の特定の実施例では、第1及び第2の
複数個のセルのセル繰返し距離は半導体本体の第
2の領域の大体最小の厚さより小さい。
In certain embodiments of the invention, the cell repeat distance of the first and second plurality of cells is less than about the minimum thickness of the second region of the semiconductor body.

この発明の新規と考えられる特徴は特許請求の
範囲に具体的に記載してあるが、この発明の構
成、作用、並びにその他の目的及び利点は、以下
図面について説明する所から、更によく理解され
よう。
Although the novel features of this invention are specifically described in the claims, the structure, operation, and other objects and advantages of this invention will be better understood from the following description of the drawings. Good morning.

(発明の特定の実施例の詳しい説明) 第2図はこの発明を実施した半導体装置40を
概略的に示す。装置40がターンオン・セル4
2,44を含む。これらは同じ様にするのが適当
である。更に装置40が、やはり同じ様にするの
が適当であるターンオフ・セル46,48を含
む。従つて、左側のセル42,46だけを以下詳
しく説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF SPECIFIC EMBODIMENTS OF THE INVENTION FIG. 2 schematically shows a semiconductor device 40 embodying the invention. Device 40 turns on cell 4
Contains 2,44. It is appropriate to do these in the same way. Additionally, device 40 includes turn-off cells 46, 48, which are also suitably similar. Therefore, only the left-hand cells 42, 46 will be described in detail below.

半導体装置40が次々に結合された第1の領域
50、第2の領域52、第3の領域54及び第4
の領域56を含む。第1の領域50は第2の領域
52によつて第3及び第4の領域54,56から
隔てられており、第4の領域56は第3の領域5
4によつて第1及び第2の領域50,52から隔
てられている。更に装置40は、ターンオフセル
48の第1の領域53の様な別の第1の領域、タ
ーンオン・セル44の第3の領域55の様な別の
第3の領域及びターンオン・セル44の第4の領
域57の様な別の第4の領域を含む。50及び5
3に示す様な第1の領域を相互接続することが可
能であり、同じ様に、54及び55の様な第3の
領域を相互接続することも可能である。
A first region 50, a second region 52, a third region 54, and a fourth region to which semiconductor devices 40 are connected one after another.
area 56. The first region 50 is separated from the third and fourth regions 54, 56 by a second region 52, and the fourth region 56 is separated from the third region 5.
4 from the first and second regions 50,52. Additionally, the device 40 may include another first region, such as the first region 53 of the turn-off cell 48 , another third region, such as the third region 55 of the turn-on cell 44 , and a third region of the turn-on cell 44 . 4 includes another fourth region, such as region 57 of 4. 50 and 5
It is possible to interconnect the first regions as shown at 3 and similarly it is possible to interconnect the third regions such as 54 and 55.

N型の第2の領域52、P型の第3の領域54
及びN型の第4の領域56によつてNPNトラン
ジスタ構造が形成される。P型の第1の領域5
0、N型の第2の領域52及びP型の第3の領域
54によつてPNPトランジスタ構造が形成され
る。
N-type second region 52, P-type third region 54
and an N-type fourth region 56 form an NPN transistor structure. P-type first region 5
A PNP transistor structure is formed by the second region 52 of 0, N type and the third region 54 of P type.

半導体装置40の種々の領域の典型的なドービ
ング濃度(即ち1立方センチあたりのドープ剤原
子の数)は下記の程度である。
Typical doping concentrations (ie, number of dopant atoms per cubic centimeter) for various regions of semiconductor device 40 are of the following order:

第1の領域50(P1+部分):1018又はそれ以
上 第2の領域52:1016又はそれ以下 第3の領域54:1017又はそれ以下 第4の領域56:1015はそれ以上 従つて、例えば第3の領域54は第2の領域5
2のドーピング濃度より実質的に高いドーピング
濃度を持つと云うことが出来る。「実質的に一層
高い」又は「実質的に一層低い」とは、少なくと
も1桁程度一層高いか一層低いことを云う。
First region 50 (P 1 + portion): 10 18 or more Second region 52: 10 16 or less Third region 54: 10 17 or less Fourth region 56: 10 15 or more Therefore, for example, the third region 54 is
It can be said that the doping concentration is substantially higher than that of No.2. "Substantially higher" or "substantially lower" refers to at least an order of magnitude higher or lower.

陰極58は装置40の上面にくしの歯形にする
のが適当であるが、これが第4の領域56に接し
ている。陽極60は、装置40の下面にくしの歯
形にするのが適当であるが、これが第1の領域5
0に接している。
A cathode 58, suitably in the form of a comb-tooth on the top surface of the device 40, abuts the fourth region 56. The anode 60 is suitably comb-shaped on the underside of the device 40 and is located in the first region 5.
It is close to 0.

ターンオン・セル42が、ゲート60と、この
ゲート60を装置40の半導体本体から隔てる絶
縁層61とを含む。ゲート60は、(第2及び第
3の領域52,54の間の)接合63が絶縁層6
1の近くで終端する位置62の近くから、(第3
及び第4の領域54,56の間の)接合65が絶
縁層61の近くで終端する位置64の近くまで、
第3の領域54の上方に重なつている。第1図に
示した従来のターンオン構造24の動作と同様
に、ゲート60を(陰極58に対して)閾値を越
える正の電圧でバイアスすると、絶縁層67の直
ぐ下にあるP型の第3の領域54が反転して反転
チヤンネル66を作り、これが電子を通すことが
出来る。反転チヤンネル66はこの為第4の領域
56と第2の領域52の間の電子電流通路67を
作る。したがつて、陰極58からの電子が通路6
7に沿つて、PNPトランジスタ構造のベースを
構成するN型の第2領域52へ流れることが出
来、PNP及びNPNトランジスタ構造の両方を再
生的にターンオンすることが出来、こうして装置
40がターンオンする。
Turn-on cell 42 includes a gate 60 and an insulating layer 61 separating gate 60 from the semiconductor body of device 40 . The gate 60 has a junction 63 (between the second and third regions 52, 54) connected to the insulating layer 6.
From near position 62 terminating near 1, (3rd
and the fourth region 54 , 56 ) to a point 64 where the junction 65 terminates near the insulating layer 61 .
It overlaps above the third region 54. Similar to the operation of the conventional turn-on structure 24 shown in FIG. region 54 is inverted to create an inversion channel 66, which allows electrons to pass through. The inversion channel 66 thus creates an electron current path 67 between the fourth region 56 and the second region 52. Therefore, electrons from the cathode 58 enter the path 6
7 to the second region 52 of N type, which constitutes the base of the PNP transistor structure, and can regeneratively turn on both the PNP and NPN transistor structures, thus turning on the device 40.

ゲート60、絶縁層61、及び第3の領域54
の内、反転チヤンネル66を含む部分が、当業者
が、第4の領域56及び第2の領域52の間で多
数担体を輸送するMOS形手段とみなすものを構
成する。この手段は通常オフ形である。
Gate 60, insulating layer 61, and third region 54
The portion of the inversion channel 66 that includes the inversion channel 66 constitutes what one skilled in the art would consider to be a MOS-type means for transporting majority carriers between the fourth region 56 and the second region 52. This means is normally off.

ターンオン・セル42は、上から見て、細長い
形、4角又は丸い形の様な種々の形に作ることが
出来る。
The turn-on cell 42 can be made in various shapes when viewed from above, such as elongated, square or rounded.

ターンオフ・セル46は、ゲート68と、絶縁
層70と、第1の領域50内に設けたN型の第5
の領域72とで構成される。領域72は第1の領
域50及び陽極60に接している。ゲート68が
絶縁層70によつて装置40の半導体本体から隔
てられている。ゲート68は、(第1及び第2の
領域50,52の間の)接合74が絶縁層70の
近くで終端する位置73から、(第1の領域50
及び第5の領域72の間の)接合76が絶縁層7
0の近くで終端する位置75までにわたつて、第
1の領域50の上方に重なつている。
The turn-off cell 46 includes a gate 68, an insulating layer 70, and an N-type fifth transistor disposed within the first region 50.
It is composed of a region 72. Region 72 is in contact with first region 50 and anode 60 . A gate 68 is separated from the semiconductor body of device 40 by an insulating layer 70. The gate 68 extends from the location 73 (between the first and second regions 50, 52) where the junction 74 (between the first and second regions 50, 52) terminates near the insulating layer 70;
and the fifth region 72 ) between the insulating layer 7 and the fifth region 72 ).
It overlaps the first region 50 up to a position 75 terminating near zero.

ゲート68を(陰極58に対して)閾値を越え
る正の電圧でバイアスすると、第1の領域50の
内、絶縁層70に直接隣接する一部分が反転し、
反転チヤンネル78を作り、これが電子を通すこ
とが出来る。従つて、第2の領域52からの電子
が、分布した電子電流通路80に沿つて、反転チ
ヤンネル78及び第5の領域72を通つて陽極6
0へ流れることが出来る。
Biasing gate 68 (with respect to cathode 58) with a positive voltage above the threshold inverts the portion of first region 50 immediately adjacent to insulating layer 70;
An inverted channel 78 is created, which allows electrons to pass through. Electrons from the second region 52 thus pass along the distributed electron current path 80 through the inversion channel 78 and the fifth region 72 to the anode 6.
It can flow to 0.

ターンオフ・セル46が正しく作用する為に
は、電子電流通路80の電気抵抗は、電流通路8
0に於ける電子の流れによる接合63の順方向バ
イアスを、接合63を形成する半導体材料のエネ
ルギ・バンドギヤツプ電圧の大体半分程度に制限
する値よりも小さくしなければならない。こうす
ると、PNPトランジスタ構造からベース駆動が
取去られ、それによつてNPNトランジスタ構造
がターンオフするので、装置40をターンオフす
ることが出来る。一般的に、電流通路80の抵抗
値が小さければ小さい程、ターンオフ・セル46
がターンオフし得る電流が大きくなる。この為、
電流通路80の抵抗の適当な値は、1つには、ど
の位の電流をターンオフ・セル46がターンオフ
する必要があるかに関係する。
For turn-off cell 46 to function properly, the electrical resistance of electron current path 80 must be
The forward bias of junction 63 due to electron flow at zero must be less than a value that limits it to approximately half the energy bandgap voltage of the semiconductor material forming junction 63. This removes base drive from the PNP transistor structure, thereby turning off the NPN transistor structure, thereby allowing device 40 to be turned off. Generally, the lower the resistance of current path 80, the lower the resistance of turn-off cell 46.
The current that can turn off becomes larger. For this reason,
The appropriate value for the resistance of current path 80 is related, in part, to how much current the turn-off cell 46 needs to turn off.

電子電流通路80の抵抗値は、1つには反転チ
ヤンネル78の抵抗値に関係する。チヤンネル7
8の抵抗値は、第1の領域50の内、反転チヤン
ネルを含むP2部分を、1立方センチあたりのド
ープ剤原子数約1017未満の濃度にドープすること
により、減少させることが出来る。更に、設計上
の下記の点が電流通路80の抵抗値を減少する目
的に寄与する。
The resistance of electron current path 80 is related in part to the resistance of inversion channel 78. channel 7
The resistance value of 8 can be reduced by doping the P 2 portion of the first region 50 containing the inversion channel to a concentration of less than about 10 17 dopant atoms per cubic centimeter. Furthermore, the following design points contribute to the purpose of reducing the resistance of current path 80.

(1) 第2図で見て、第1の領域50の水平方向の
寸法を短くすることにより、電流通路80の全
長を短くすることが出来る。
(1) As seen in FIG. 2, by shortening the horizontal dimension of the first region 50, the total length of the current path 80 can be shortened.

(2) 第2図で見て、反転チヤンネル78の水平方
向の寸法を小さくすることによつても、電流通
路80の全長を短くすることが出来る。
(2) As seen in FIG. 2, the overall length of current path 80 can also be shortened by reducing the horizontal dimension of inversion channel 78.

(3) 寸法82を小さくすると共に、第2図で下か
ら見て、セル46の形を細長い形ではなく、丸
又は4角にすることによつて、セル46の寸法
を小さくすること等により、セル46の面積に
較べて、第2図に対して法線方向に見たチヤン
ネル78の寸法を増加することにより反転チヤ
ンネル78の抵抗値を減少することが出来る。
(3) By reducing the size of the cell 46 by reducing the size 82 and by making the shape of the cell 46 not elongated but round or square when viewed from below in FIG. , the resistance of the inversion channel 78 can be reduced by increasing the dimension of the channel 78, as viewed normal to FIG. 2, compared to the area of the cell 46.

(4) 第1の領域50及び第5の領域72を高い濃
度にドープすることにより、これらの領域の抵
抗値を減少することが出来る。然し、領域50
のドーピング濃度は、装置40の順方向降下が
過大にならない様に、あまり大きくすべきでは
ない。
(4) By doping the first region 50 and the fifth region 72 with a high concentration, the resistance value of these regions can be reduced. However, area 50
The doping concentration of should not be too large so that the forward drop of device 40 is not excessive.

以上の説明から、当業者であれば、ターンオ
フ・セル46が正しく作用し得る様な適当な抵抗
値の電子電流通路80を持つ半導体装置を実現す
ることが出来よう。
From the above description, those skilled in the art will be able to realize a semiconductor device having an electron current path 80 with an appropriate resistance so that the turn-off cell 46 can function properly.

当業者であれば、ゲート98、絶縁層70、及
び第1の領域50の内、反転チヤンネル78を含
む部分が、第2の領域52と陽極60の間で、第
5の領域72を介して)電子を輸送するMOS形
構造を構成することが理解されよう。この構造は
通常オフ形である。
Those skilled in the art will appreciate that the gate 98, the insulating layer 70, and the portion of the first region 50 that includes the inversion channel 78 are connected between the second region 52 and the anode 60 via the fifth region 72. ) It will be understood that it constitutes a MOS type structure that transports electrons. This structure is normally off.

ターンオフ・セル46及びターンオン・セル4
2のセル繰返し距離(又はセル幅)82,84が
夫々N型領域52の最小の厚さ86に大体等しい
か又はそれ未満であれば、半導体装置40はサイ
リスタとして並びにFETとしての2つの動作様
式を持つことが出来る。従つて、陰極58と陽極
60の間で反転チヤンネル66,78及びN型の
第2の領域52を通る装置40の電子電流通路
(図に示していないが以下これをFET電流通路と
呼ぶ)は、陰極58及び陽極60の間にかなりの
電子電流が流れられる様にするのに十分な大きさ
の導電度を持つ。更に、ターンオン・セル42が
図示の様に、第2の領域52に対してターンオ
フ・セル46と整合して、例えば反転チヤンネル
66,78の間で第2の領域52に於けるFET
電流通路の導電度を最大にすることが望ましい。
更に、セル42のセル繰返し距離84の約10乃至
50%の距離にわたり、位置62及び90の間にあ
る領域88に示す様に、絶縁層61の上にゲート
60が重なり且つ絶縁層61が第2の領域52と
接することが望ましい。上記の距離は20%が最も
好ましい値である。こうすると、FET電流通路
の第2の領域52での拡がり抵抗値が最小にな
る。位置62及び90の間の前述の距離が真直ぐ
な通路に沿つていることは必要ではない。それ自
体としては前述の範囲に入る様な距離を持つ従来
のMOSターンオン・サイリスタ構造が作られて
いる。
Turn-off cell 46 and turn-on cell 4
If the cell repeat distances (or cell widths) 82, 84 of 2 are approximately equal to or less than the minimum thickness 86 of the N-type region 52, the semiconductor device 40 can operate in two modes: as a thyristor and as a FET. can have. Accordingly, the electron current path of device 40 between cathode 58 and anode 60 through the inverted channels 66, 78 and N-type second region 52 (not shown in the figure but hereinafter referred to as the FET current path) is , has a conductivity of sufficient magnitude to allow a significant electron current to flow between the cathode 58 and the anode 60. Further, the turn-on cell 42 is aligned with the turn-off cell 46 to the second region 52, as shown, such that the FET in the second region 52 is aligned between the inversion channels 66, 78.
It is desirable to maximize the conductivity of the current path.
Furthermore, the cell repeat distance 84 of the cells 42 is about 10 to
Preferably, gate 60 overlies insulating layer 61 and insulating layer 61 contacts second region 52, as shown in region 88 between locations 62 and 90, over a distance of 50%. The most preferable value for the above distance is 20%. This minimizes the spreading resistance value in the second region 52 of the FET current path. It is not necessary that the aforementioned distance between locations 62 and 90 be along a straight path. As such, conventional MOS turn-on thyristor structures have been constructed with distances that fall within the aforementioned ranges.

当業者であれば判る様に、ゲート60,68が
夫々の閾値より大きな正の電圧でバイアスされて
(こうして反転チヤンネル66,68を作つて)、
ゲート60及び68に加わる電圧の一方又は両方
の大きさを変えると、FET電流通路の導電度は、
(電圧の小さい装置40の場合を除き)、第2の領
域52の抵抗値によつて主に決定される最小値か
ら、実質的に無限大まで変化する。FET様式で
動作する時、半導体装置40は、装置40がサイ
リスタとして動作する時の様に一方の向き(即ち
陽極60が陰極58に対して正にバイアスされ
る)とは対照的に、陰極58及び陽極60の間で
何れの向きにも電流を通すことが出来る。
As one skilled in the art will appreciate, when gates 60 and 68 are biased with positive voltages greater than their respective thresholds (thus creating inversion channels 66 and 68),
By varying the magnitude of one or both of the voltages applied to gates 60 and 68, the conductivity of the FET current path is
It varies from a minimum value determined primarily by the resistance of the second region 52 (except in the case of low voltage devices 40) to substantially infinity. When operated in FET mode, the semiconductor device 40 is connected to the cathode 58, as opposed to one orientation (i.e., the anode 60 is positively biased relative to the cathode 58) as when the device 40 operates as a thyristor. Current can be passed between the anode 60 and the anode 60 in either direction.

第3図には、時間に対する装置の電流のグラフ
が示されている。これはサイリスタ並びにFET
の両方の動作様式を持つ2様式形の第2図の半導
体装置40のターンオン及びターンオフが可能で
あると云ういろいろな特徴を示している。第3図
の説明を簡単にする為、次の定義を使う。
FIG. 3 shows a graph of the current of the device versus time. This is a thyristor and FET
2 illustrates various features of the bimodal semiconductor device 40 of FIG. 2 which have both modes of operation and are capable of being turned on and turned off. To simplify the explanation of Figure 3, the following definitions will be used.

(1) 「FET様式」とは、両方のゲート60,6
8が夫々の閾値電圧より高い値にバイアスされ
る(即ち、両方の反転チヤンネル66,78が
存在する)ことを意味する。
(1) “FET style” means that both gates 60 and 6
8 are biased above their respective threshold voltages (ie both inversion channels 66, 78 are present).

(2) 「サイリスタ・ターンオフ様式」とは、ゲー
ト60だけがその閾値電圧より高い値にバイア
スされる(反転チヤンネル66が存在する)こ
とを意味する。
(2) "Thyristor turn-off mode" means that only gate 60 is biased above its threshold voltage (inversion channel 66 is present).

(3) 「サイリスタ・ターンオフ様式」とは、ゲー
ト60だけがその閾値電圧より高い値にバイア
スされる(反転チヤンネル78が存在する)こ
とを意味する。
(3) "Thyristor turn-off mode" means that only gate 60 is biased above its threshold voltage (inversion channel 78 is present).

半導体装置40のターンオンは3段階で進む。
期間t1の第1段階では、装置40がFET様式にあ
り、装置40の電流は、FET電流通路の抵抗値
よつて決定されるFET電流の最大値まで上昇す
る。前に述べた様に、これは、ゲート60,68
の電圧の一方又は両方の大きさを変えることによ
つて変えることが出来る。FET様式では、装置
40が多数担体装置として作用するので、期間t1
は非常に短いことがある。期間t2の第2段階で
は、装置40は依然としてFET様式にあるが、
希望によつては、この段階は削除することが出来
る。期間t3の第3段階では、装置40がサイリス
タ・ターンオン様式である。この様式では、装置
40の電流が、遅延時間の間、最初は小さく、そ
の後上昇時間の間急速に増加する。装置40の電
流はサイリスタ・ターンオン状態で装置の電流の
最大値に達する。この最大値は、装置40を接続
した外部回路(図示していない)の状態によつて
大いに左右される。
Turn-on of the semiconductor device 40 proceeds in three stages.
In the first phase of period t1 , device 40 is in FET mode and the current in device 40 rises to the maximum value of the FET current determined by the resistance of the FET current path. As mentioned earlier, this means that gates 60, 68
can be changed by changing the magnitude of one or both of the voltages. In FET mode, the device 40 acts as a majority carrier device so that the period t 1
can be very short. In the second phase of period t2 , the device 40 is still in FET mode, but
This step can be deleted if desired. In the third phase, period t3 , the device 40 is in thyristor turn-on mode. In this manner, the current in device 40 is initially small during the delay time and then increases rapidly during the rise time. The current in device 40 reaches its maximum current value in the thyristor turn-on condition. This maximum value is highly dependent on the state of external circuitry (not shown) to which device 40 is connected.

装置40のターンオフは3段階に分れて進行す
る。第1段階は期間t4及びt5の間に起る。期間t4
の長さは、ゲート68に印加する電圧の大きさを
変えることによつて調節することが出来る。期間
t5の始めに、装置40のNPN及びPNPトランジ
スタ構造がもはや再生式に動作せず、装置40の
電流は立下り時間の間に急速に低下し、装置40
の正孔が、第2の領域52で電子と再結合する等
により、実質的になくなる間、尾を引いて消滅す
る。期間t6の間のターンオフの第2段階では、装
置40はFET様式に保たれているが、希望によ
つては、この段階を削除することが出来る。期間
t7の第3段階では、装置40がサイリスタ・ター
ンオフ様式で動作し、装置はFET様式にある時
に多数担体装置として作用するので、装置40の
電流は急速にゼロまで減少する。
Turn-off of device 40 proceeds in three stages. The first stage occurs during periods t4 and t5 . period t 4
The length of can be adjusted by changing the magnitude of the voltage applied to gate 68. period
At the beginning of t 5 , the NPN and PNP transistor structures of device 40 are no longer operating in a regenerative manner, and the current in device 40 drops rapidly during the fall time, causing device 40 to
The holes are recombined with electrons in the second region 52, etc., and disappear in a tail while the holes are substantially eliminated. During the second stage of turn-off during period t6 , device 40 is kept in FET mode, but this stage can be omitted if desired. period
In the third phase at t7 , the current in device 40 rapidly decreases to zero as device 40 operates in thyristor turn-off mode and the device acts as a majority carrier device when in FET mode.

2様式形(FET及びサイリスタ形の両方の動
作)の装置40をターンオフする時の非常に重要
な1つの利点は、46に示す様なターンオフ・セ
ルに対する設計上の拘束を緩和することである。
この設計上の拘束とは、各々のターンオフ・セル
が互いに略同一であつて、各々がサイリスタ・タ
ーンオフ様式の間、同時に同じ量の電流流をター
ンオフすることを必要とすると云うことである。
1つのターンオフ・セルが他のターンオフ・セル
より動作が遅くなると、このセルは一層高い電圧
で一層多くの電流を通すことになり、過熱して破
壊される惧れがある。
One very important advantage in turning off a bimodal type (both FET and thyristor type operation) device 40 is that it relaxes the design constraints on the turn-off cell as shown at 46.
This design constraint is that each turn-off cell is substantially identical to each other, requiring each to turn off the same amount of current flow at the same time during the thyristor turn-off regime.
If one turn-off cell operates more slowly than the other turn-off cells, it will conduct more current at a higher voltage and may overheat and be destroyed.

ターンオフの際、装置40がFET様式で動作
すると、全てのFET電流通路(図に示していな
い)は確実に電子電流を通し、前述の問題が起ら
ない。装置40が次にサイリスタ様式で動作する
と、そのターンオフ・セルはずつと減少した電流
をターンオフすればよく、こうして前述の問題が
著しく軽減される。装置40が、装置40の正孔
が実質的になくなる様にするのに十分な期間の
間、(ターンオフの際)FET様式で最初に動作す
ると、そのターンオフ・セルは略同時に装置40
の電子電流を確実にターンオフし、前述の問題が
起らない。
During turn-off, when device 40 operates in FET mode, all FET current paths (not shown) are ensured to conduct electronic current and the aforementioned problems do not occur. When the device 40 is then operated in a thyristor mode, its turn-off cells only have to turn off a decreasing amount of current, thus significantly reducing the aforementioned problem. When device 40 is initially operated in FET mode (during turn-off) for a period sufficient to cause holes in device 40 to be substantially depleted, its turn-off cell substantially simultaneously
The electron current is turned off reliably, and the above-mentioned problem does not occur.

更に、2様式形(今説明した)の装置40をタ
ーンオン及びターンオフすることは、電流スイツ
チングの用途に於て特に有用である。これは、従
来のサイリスタのターンオン及びターンオフが、
サイリスタのNPN及びPNPトランジスタが再生
作用を開始(ターンオンの時)又は終了(ターン
オフの時)する時には、何時でも装置の電流の急
激な変化を伴うのと対照的に、装置40はもつと
緩やかに又は制御された形でターンオン又はター
ンオフすることが出来るからである。従つて、2
様式形でターンオン又はターンオフする際に装置
40の両端に発生される過渡電圧は目立つて減少
する。この為、高価なノイズ・フイルタ又はスナ
ツバの必要性が小さくなる。
Furthermore, the bimodal form (just described) of turning on and turning off device 40 is particularly useful in current switching applications. This means that the turn-on and turn-off of a conventional thyristor is
In contrast to the abrupt change in device current whenever the NPN and PNP transistors of a thyristor begin (turn-on) or end (turn-off) their regeneration action, the device 40 has a more gradual change in current. Or it can be turned on or off in a controlled manner. Therefore, 2
The transient voltages generated across the device 40 when turning on or off in a controlled manner are significantly reduced. This reduces the need for expensive noise filters or snubbers.

半導体装置40を製造する時、接合63及び7
4が装置40の主たる電圧阻止接合を構成するサ
イリスタを製造する普通の技法を用いて、第1乃
至第3の領域、例えば領域50,52,54を適
当に作る。FETを作る普通の技法を用いて、ゲ
ート60,68並びにそれに関連した絶縁層と第
5の領域72とを適当に製造する。第4の領域、
例えば領域56は、サイリスタ技法又はFET技
法の何れかを用いて適当に製造する。
When manufacturing the semiconductor device 40, the junctions 63 and 7
The first through third regions, eg, regions 50, 52, and 54, are suitably fabricated using conventional techniques for manufacturing thyristors, with 4 forming the main voltage blocking junction of device 40. Gates 60, 68 and their associated insulating layers and fifth region 72 are suitably fabricated using conventional techniques for making FETs. The fourth area,
For example, region 56 is suitably manufactured using either thyristor technology or FET technology.

この発明を実施するのに考えられる最良の態様
では、半導体装置40が陰極58とNPNトラン
ジスタ構造のベースを構成する第3の領域54と
の間に電気短絡部(図に示していない)を含む。
この短絡部は、装置40が半導体本体内の雑音又
は熱電流によつてターンオンする様な影響の受け
易さを小さくすると共に、装置40のターンオフ
速度を速くする。これは、短絡部がNPNトラン
ジスタ構造のベース駆動用の正孔電流の一部分を
方向転換し、それを陰極58へ差向け、そこで陰
極58からの電子と再結合するからである。この
種の電気短絡部はそれ自体として公知である。更
に、最善の態様では、装置40の半導体本体はシ
リコン・ウエーハで構成される。
In the best mode contemplated for carrying out the invention, semiconductor device 40 includes an electrical short (not shown) between cathode 58 and third region 54, which constitutes the base of the NPN transistor structure. .
This short circuit reduces the susceptibility of device 40 to being turned on by noise or thermal currents within the semiconductor body, and increases the turn-off speed of device 40. This is because the short redirects a portion of the hole current for driving the base of the NPN transistor structure and directs it to the cathode 58 where it recombines with electrons from the cathode 58. Electrical short-circuits of this type are known per se. Furthermore, in the best mode, the semiconductor body of device 40 is comprised of a silicon wafer.

セル46の様なターンオフ・セルについて更に
詳しいことは、本発明者による1981年12月16日出
願のアメリカ合衆国特許出願第331049号に記載さ
れている。この特許出願には、半導体装置の上側
部分に配置したターンオフ・セルも記載されてい
る。これを装置40に取入れて、ターンオフ速度
を更に速めることが出来る。
Further details regarding turn-off cells such as cell 46 can be found in United States Patent Application No. 331,049, filed December 16, 1981, by the present inventor. This patent application also describes a turn-off cell located in the upper portion of the semiconductor device. This can be incorporated into device 40 to further increase the turn-off speed.

例としてこの発明を特定の実施例について説明
したが、当業者はいろいろな変更が考えられよ
う。例えば、N型材料の代りにP型材料を使い、
P型材料をN型に変えると共に、電子の代りに正
孔並びに正孔の代りに電子を使うことによつて、
この発明のこれまでの説明を適用すれば、相補形
半導体装置を作ることが出来る。更に、装置40
はこゝに例示した様にブレーナ拡散過程によつて
製造することが出来るが、装置の半導体本体の中
に溝を食刻することを含むこの他の方法も同じ様
に使うことが出来る。こういう溝は、選択的(優
先的)な食刻を使うか等方性の食刻を使うかに応
じて、並びに半導体本体の結晶学的な配向に応じ
て、いろいろな形を持つことが出来る。当業者で
あれば、溝にとり得る形の範囲も理解されよう。
例として云うと、適当な溝の形は、インターナシ
ヨナル・エレクロデバイセズ・ミーテイングのリ
プリント1979年12目号、第88頁乃至第92頁所載の
V.A.K.テンプル及びP.V.グレーの論文「DMOS
及びVMOS構造の電圧及びオン抵抗の理論的な
比較」に記載されている様に、平坦な底を持つV
字形である。更に、第2の領域52は、第1の領
域50と接触する部分を、(上に述べた様な)第
2の領域52の他の部分の濃度より実質的に高い
濃度にドープすることにより、装置が非対称装置
の名前で知られているものになる様にすることが
出来る。従つて、特許請求の範囲の記載は、この
発明の範囲内で可能なこの様な全ての変更を包括
するものであることを承知されたい。
Although the invention has been described by way of example with respect to particular embodiments, many modifications will occur to those skilled in the art. For example, using P-type material instead of N-type material,
By changing the P-type material to N-type and using holes instead of electrons and electrons instead of holes,
Applying the previous description of the invention, complementary semiconductor devices can be made. Furthermore, the device 40
Although it can be fabricated by a Brenna diffusion process as illustrated here, other methods involving etching grooves into the semiconductor body of the device can be used as well. These grooves can have different shapes, depending on whether selective or isotropic etching is used, as well as depending on the crystallographic orientation of the semiconductor body. . Those skilled in the art will also appreciate the range of possible shapes for the grooves.
By way of example, suitable groove shapes can be found in the International Electronic Devices Meeting Reprint No. 12, 1979, pages 88-92.
VAK Temple and PV Gray's paper "DMOS
Theoretical comparison of voltage and on-resistance of VMOS structures and
It is a glyph. Additionally, the second region 52 is doped by doping the portion in contact with the first region 50 to a substantially higher concentration than the other portions of the second region 52 (as described above). , the device can become what is known by the name of an asymmetric device. It is, therefore, to be understood that the following claims are intended to cover all such modifications that are possible within the scope of this invention.

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

第1図は従来のサイリスタの簡略断面図で、そ
の上面にMOSターンオン構造を示している。第
2図はこの発明を実施した半導体構造の簡略断面
図、第3図はこの発明の実施例による半導体装置
のターンオン及びターンオフが制御された形で行
なわれることを例示する時間に対する装置の電流
を表わす図である。 主な符号の説明 42,44……ターンオン・
セル、46,48……ターンオフ・セル、50…
…第1の領域、52……第2の領域、54……第
3の領域、56……第4の領域、58……陰極、
60……陽極、60,68……ゲート、61,7
0……絶縁層。
FIG. 1 is a simplified cross-sectional view of a conventional thyristor, showing a MOS turn-on structure on its top surface. FIG. 2 is a simplified cross-sectional view of a semiconductor structure embodying the invention, and FIG. 3 shows device current versus time illustrating the controlled turn-on and turn-off of a semiconductor device according to an embodiment of the invention. FIG. Explanation of main symbols 42, 44...Turn-on
Cell, 46, 48...Turn-off cell, 50...
...first region, 52 ... second region, 54 ... third region, 56 ... fourth region, 58 ... cathode,
60...Anode, 60,68...Gate, 61,7
0...Insulating layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 絶縁ゲートによりターンオン及びターンオフ
の制御を行うことのできるラツチ型の半導体装置
であつて、 第1及び第2の主面を持つ半導体材料のウエー
ハを有し、該ウエーハは順次一緒に接合された第
1、第2、第3及び第4の領域を含み、該第1及
び第3の領域は一導電型で該第2及び第4の領域
は反対の導電型であり、該第1及び第3の領域は
該第2の領域によつて隔てられ、該第2及び第4
の領域は該第3の領域によつて隔てられており、
該ウエーハは更に、該第1の領域の中に設けられ
且つ該第2の領域から隔たつている反対導電型の
第5の領域を含む、 前記第2の領域は前記第1及び第2の主面の両
方まで延在しており、 前記第1及び第5の領域は前記第1の主面まで
延在し且つ第2の領域によつて前記第2の主面か
ら隔てられており、 前記第3及び第4の領域は前記第2の主面まで
延在し且つ前記第2の領域によつて前記第1の主
面から隔てられており、 前記第1の領域は、前記第5の領域と前記第2
の領域の間で前記第1の主面に隣接した第1のチ
ヤンネル部を含み、 前記第3の領域は、前記第4の領域と前記第2
の領域との間で前記第2の主面に隣接した第2の
チヤンネル部を含み、 前記第1の主面上には前記第1及び第5の領域
とオーミツク接触して第1の主電極が配置されて
おり、 前記第2の主面上には前記第4の領域とオーミ
ツク接触して配置され且つ前記第3の領域からは
電気的に絶縁された第2の主電極が設けられてお
り、 また前記第1の主面上には、前記第1のチヤン
ネル部を介しての前記第5及び第2の領域の間の
導通を制御するための第1の絶縁ゲート電極が前
記第1のチヤンネル部に重なつて配置されてお
り、 また前記第2の主面上には、前記第2のチヤン
ネル部を介しての前記第2及び第4の領域の間の
導通を制御するための第2の絶縁ゲート電極が前
記第2のチヤンネル部に重なつて配置されてお
り、 前記第1及び第2主電極間にバイアスが印加さ
れていて当該半導体装置が導通状態にラツチされ
ている場合に、前記第1のチヤンネル部は導通状
態にされたときに当該半導体装置をターンオフさ
せる機能を有していること、を特徴とする半導体
装置。 2 前記第1の主面が実質的に平面であり、前記
第1の主面の平面に鉛直で前記第1のチヤンネル
部を通る直線が前記第2のチヤンネル部を通るよ
うに、第1のチヤンネル部が前記第2のチヤンネ
ル部と前記ウエーハをはさんで向い合うように整
合している、特許請求の範囲第1項記載の半導体
装置。 3 前記第1のチヤンネル部は前記第1の領域の
残りの部分よりもドーピング濃度が低く、前記前
記第2のチヤンネル部は前記第3の領域の残りの
部分よりもドーピング濃度が低い、特許請求の範
囲第1項記載の半導体装置。 4 前記第1の主面が実質的に平面であり、前記
第1のチヤンネル部が前記第1の領域の対向する
2つの側面に隣接して配置された第1及び第2の
部分を含み、前記第1の領域の中央部分が前記第
1の主面まで延在して、前記第1のチヤンネル部
の前記第1及び第2の部分の間で前記第1の主電
極と接触していて、これにより前記第1の主電極
と前記第2の主電極との間に直接前記ウエーハを
通り抜ける、前記第1の主面の平面に実質的に鉛
直な再生電流路が形成されている、特許請求の範
囲第1項記載の半導体装置。 5 前記第2のチヤンネル部は前記第4の領域を
囲んでいる、特許請求の範囲第4項記載の半導体
装置。 6 前記第4の領域が前記再生電流路の一部とし
て前記第1の領域の前記中央部分と前記ウエーハ
をはさんで向い合うように整合している、特許請
求の範囲第5項記載の半導体装置。 7 前記第1の領域の前記中央部分が前記再生電
流路の一部として前記第4の領域と前記ウエーハ
をはさんで向い合うようにしている、特許請求の
範囲第4項記載の半導体装置。 8 前記第4及び第5の領域の各々が複数の相隔
たるセグメントよりなる、特許請求の範囲第1項
記載の半導体装置。 9 前記第1及び第3の領域の各々が複数の相隔
たる部分よりなり、前記第1の領域の前記部分の
各々が前記第5の領域の前記セグメントを1つず
つ囲み、前記第3の領域の前記部分の各々が前記
第4の領域の前記セグメントを1つずつ囲んでい
る、特許請求の範囲第8項記載の半導体装置。 10 絶縁ゲートによりターンオフを行うことの
できるラツチ型の半導体装置であつて、 第1及び第2の主面を持つ半導体材料のウエー
ハを有し、該ウエーハは順次一緒に接合された第
1、第2、第3及び第4の領域を含み、該第1及
び第3の領域は一導電型で該第2及び第4の領域
は反対の導電型であり、該第1及び第3の領域は
該第2の領域によつて隔てられ、該第2及び第4
の領域は該第3の領域によつて隔てられており、
該第1、第3及び第4の領域の各々は複数の互い
に離間したセグメントで構成されており、該ウエ
ーハは更に、該第1の領域の各セグメントの中に
それぞれ設けられ且つ該第2の領域から隔たつて
いる複数のセグメントからなる反対導電型の第5
の領域を含み、 前記第2の領域は前記第1及び第2の主面の両
方まで延在しており、 前記第1及び第5の領域の各々のセグメントは
前記第1の主面まで延在し且つ前記第2の領域に
よつて前記第2の主面から隔てられており、 前記第3及び第4の領域の各々のセグメントは
前記第2の主面まで延在し且つ前記第2の領域に
よつて前記第1の主面から隔てられており、 前記第1の主面上には前記第1の領域のセグメ
ント及び前記第5の領域のセグメントとオーミツ
ク接触して第1の主電極が配置されており、 前記第2の主面上には前記第4の領域とオーミ
ツク接触して配置され且つ前記第3の領域から電
気的に絶縁された第2の主電極が設けられてお
り、 更に、前記第1の主面に沿つて分布した複数の
第1のセルを含み、該第1のセルの前記第1の主
面に沿つた繰返し距離は前記第2の領域の最小厚
さよりも短く、該第1のセルの各々は、前記第2
の領域の一部分、前記第1の領域の1つのセグメ
ント及び前記第5の領域の1つのセグメントを含
むと共に、前記第5の領域のセグメントと前記第
2の領域との間の前記反対導電型の多数担体の輸
送を制御するための導体−絶縁体−半導体型手段
を有し、該手段は、前記第1及び第2の主電極の
間にバイアスが印加されていて該半導体装置が導
通状態にラツチされているときに、当該半導体装
置のターンオフを制御する機能を有しており、 また更に、前記第2の主面に沿つて分布した複
数の第2のセルを含み、該第2のセルの前記第2
の主面に沿つた繰返し距離は前記第2の領域の最
小厚さよりも短く、該第2のセルの各々は、前記
第2の領域の一部分、前記第3の領域の1つのセ
グメント及び前記第4の領域の1つのセグメント
を含むと共に、前記第2の主電極と前記第2の領
域の間の前記反対導電型の多数担体の輸送を制御
するための導体−絶縁体−半導体型手段を有して
いること、を特徴とする半導体装置。 11 前記第1の主面が実質的に平面であり、前
記第1のセルの各々が第1のチヤンネル部を含
み、前記第2のセルの各々が第2のチヤンネル部
を含み、前記第1のチヤンネル部の各々は前記第
2のチヤンネル部の1つと前記ウエーハをはさん
で向い合うように整合していて、前記第1の主面
の平面に鉛直で該各第1のチヤンネル部を通る直
線が該1つの第2のチヤンネル部を通るようにな
つている、特許請求の範囲第10項記載の半導体
装置。 12 前記第1のチヤンネル部は前記第1の領域
の残りの部分よりもドーピング濃度が低く、前記
前記第2のチヤンネル部は前記第3の領域の残り
の部分よりもドーピング濃度が低い、特許請求の
範囲第11項記載の半導体装置。 13 前記第1のチヤンネル部が前記第1の領域
の対向する2つの側面に隣接して配置された第1
及び第2の部分を含み、前記第1の領域の中央部
分が前記第1の主面まで延在して、前記第1のチ
ヤンネル部の前記第1及び第2の部分の間で前記
第1の主電極と接触していて、これにより前記第
1の主電極と前記第2の主電極との間に直接前記
ウエーハを通り抜ける、前記第1の主面の平面に
実質的に鉛直な再生電流路が形成されている、特
許請求の範囲第11項記載の半導体装置。 14 前記第4の領域が前記再生電流路の一部と
して前記第1の領域の前記中央部分と前記ウエー
ハをはさんで向い合うように整合している、特許
請求の範囲第13項記載の半導体装置。 15 前記第1の領域の前記中央部分が前記再生
電流路の一部として前記第4の領域と前記ウエー
ハをはさんで向い合うように整合している、特許
請求の範囲第13項記載の半導体装置。
[Claims] 1. A latch-type semiconductor device whose turn-on and turn-off can be controlled by an insulated gate, comprising a wafer of a semiconductor material having first and second main surfaces, the wafer comprising: including first, second, third and fourth regions joined together in sequence, the first and third regions being of one conductivity type and the second and fourth regions being of opposite conductivity type; , the first and third regions are separated by the second region, and the second and fourth regions are separated by the second region.
are separated by the third region,
The wafer further includes a fifth region of an opposite conductivity type disposed within the first region and spaced apart from the second region, the second region being the first and second regions. extending to both major surfaces, the first and fifth regions extending to the first major surface and separated from the second major surface by a second region; the third and fourth regions extend to the second major surface and are separated from the first major surface by the second region; and the second region
a first channel portion adjacent to the first main surface between regions, and the third region includes a first channel portion adjacent to the first main surface between the fourth region and the second main surface.
a second channel portion adjacent to the second main surface, and a first main electrode on the first main surface in ohmic contact with the first and fifth regions; is arranged, and a second main electrode is provided on the second main surface and is arranged in ohmic contact with the fourth region and electrically insulated from the third region. Further, on the first main surface, a first insulated gate electrode for controlling conduction between the fifth and second regions via the first channel portion is provided on the first main surface. is disposed overlapping the channel portion of the device, and on the second main surface, a device for controlling conduction between the second and fourth regions via the second channel portion. A second insulated gate electrode is disposed overlapping the second channel portion, and a bias is applied between the first and second main electrodes so that the semiconductor device is latched in a conductive state. In a semiconductor device, the first channel portion has a function of turning off the semiconductor device when the first channel portion is brought into a conductive state. 2. The first main surface is substantially flat, and the first main surface is arranged so that a straight line perpendicular to the plane of the first main surface and passing through the first channel section passes through the second channel section. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the channel portion is aligned with the second channel portion so as to face each other with the wafer interposed therebetween. 3. The first channel portion has a lower doping concentration than the remaining portion of the first region, and the second channel portion has a lower doping concentration than the remaining portion of the third region. The semiconductor device according to item 1. 4. the first major surface is substantially planar, and the first channel portion includes first and second portions disposed adjacent to two opposing sides of the first region; A central portion of the first region extends to the first main surface and is in contact with the first main electrode between the first and second portions of the first channel portion. , whereby a reproduction current path is formed between the first main electrode and the second main electrode that passes directly through the wafer and is substantially perpendicular to the plane of the first main surface. A semiconductor device according to claim 1. 5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the second channel portion surrounds the fourth region. 6. The semiconductor according to claim 5, wherein the fourth region is aligned with the central portion of the first region as part of the reproduction current path so as to face each other across the wafer. Device. 7. The semiconductor device according to claim 4, wherein the central portion of the first region faces the fourth region across the wafer as part of the reproduction current path. 8. The semiconductor device according to claim 1, wherein each of the fourth and fifth regions comprises a plurality of spaced apart segments. 9 each of the first and third regions comprises a plurality of spaced apart portions, each of the portions of the first region surrounding one of the segments of the fifth region; 9. The semiconductor device according to claim 8, wherein each of said portions surrounds one said segment of said fourth region. 10 A latch-type semiconductor device capable of being turned off by an insulated gate, comprising a wafer of semiconductor material having first and second major surfaces, the wafer having first and second major surfaces bonded together in sequence. 2, a third and a fourth region, the first and third regions being of one conductivity type and the second and fourth regions being of opposite conductivity type; separated by the second region, the second and fourth regions;
are separated by the third region,
Each of the first, third and fourth regions is comprised of a plurality of spaced apart segments, and the wafer is further disposed within each segment of the first region and each segment of the second region. a fifth segment of opposite conductivity type consisting of a plurality of segments separated from the region;
the second region extends to both the first and second major surfaces, and a segment of each of the first and fifth regions extends to the first major surface. and separated from the second major surface by the second region, and a segment of each of the third and fourth regions extends to the second major surface and is separated from the second major surface by the second region. The first main surface is separated from the first main surface by a region of An electrode is arranged, and a second main electrode is provided on the second main surface and is arranged in ohmic contact with the fourth region and electrically insulated from the third region. and further includes a plurality of first cells distributed along the first main surface, and a repeating distance of the first cells along the first main surface is equal to the minimum thickness of the second region. each of the first cells is shorter than the second cell.
, one segment of the first region and one segment of the fifth region, and of the opposite conductivity type between the segment of the fifth region and the second region. conductor-insulator-semiconductor type means for controlling transport of majority carriers, the means comprising: a bias applied between the first and second main electrodes so that the semiconductor device is in a conducting state; It has a function of controlling turn-off of the semiconductor device when latched, and further includes a plurality of second cells distributed along the second main surface, Said second
a repeating distance along a major surface of the cell is less than a minimum thickness of the second region, and each of the second cells includes a portion of the second region, a segment of the third region, and a segment of the third region. and conductor-insulator-semiconductor type means for controlling the transport of said majority carriers of opposite conductivity type between said second main electrode and said second region. A semiconductor device characterized by: 11 the first major surface is substantially planar, each of the first cells includes a first channel portion, each of the second cells includes a second channel portion, and the first major surface is substantially planar; Each of the channel portions is aligned with one of the second channel portions so as to face each other across the wafer, and passes through each of the first channel portions perpendicularly to the plane of the first principal surface. 11. The semiconductor device according to claim 10, wherein a straight line passes through the one second channel section. 12. The first channel portion has a lower doping concentration than the remaining portion of the first region, and the second channel portion has a lower doping concentration than the remaining portion of the third region. The semiconductor device according to item 11. 13 a first channel portion disposed adjacent to two opposing side surfaces of the first region;
and a second portion, with a central portion of the first region extending to the first major surface and a second portion of the first channel portion between the first and second portions of the first channel portion. a regeneration current substantially perpendicular to the plane of the first major surface, the regeneration current passing through the wafer directly between the first and second major electrodes; 12. The semiconductor device according to claim 11, wherein a path is formed. 14. The semiconductor according to claim 13, wherein the fourth region is aligned with the central portion of the first region as part of the reproduction current path so as to face the wafer. Device. 15. The semiconductor according to claim 13, wherein the central portion of the first region is aligned to face the fourth region across the wafer as part of the reproduction current path. Device.
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