JPH0469976A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
ーン・オフ時の高速化に関するものである。
ーン・オフ・サイリスタ)は、電動機の速度制御インバ
ータや、車輌用人容量チョッパ及びインバータ等の大電
力制卸への応用か司能なスイッチング素子である。また
、IGBT (絶縁ゲートバイボーラド・ランジスタ)
は低制御電力でありなから大電力か扱える長所のために
、パワーシステムへの応用か試みられている。これらの
デバイスはバイポーラモードで動作するために、ぞの電
流容量か大きいか、高耐1イア化のために、デバイス内
部を二つの1− ’iンジスタ1デルで表現[2、た場
合、一方の1−ランシスタのべ〜大幅を大きくするため
に、ぞこに少数キャリヤかターン・1)時(ご蓄積し1
ており、まブζ、″″れらのデバイスはこの蓄積少数キ
゛ヤリャを積極的には1)1除シ7.ないので、ターン
・オフに時間かかかるたけてなく、ターン・オフ期間の
粕゛に−ノ“・イル期間か長くなっ′″(ターン・A)
損失も増大Vるどい・う問題をイjしている。
例えば′ライーノタイl、制御づ−用いて幅の広いベー
ス部のライフタイl、を縮少し、て、高速化を図る′j
i法もあるか、その反面5:の方法ではオン電圧の増大
をもたらし、、高速化とオン電圧の間にトラ・ドオフの
関係を生、して、(の改善は制約を受ける13従、〜)
で抜本的な高速ターン・オフ化は困難である、1(発明
の[]的) 本発明はタ ン・オフ時にデバイス内部に存在する、広
いベース幅のトシニ・:゛ノスタのべ・ス領域に残留し
ている、少数キャリA・を消滅、\す゛る[段をターン
・オフ動作に:(−1加するJ、とじより、従来の士ノ
イフタイム制御技術かもたらしていブ5、レン電圧の増
大と云・、2問題点を911g、 L′、させる5゛μ
なく高速ターン・オフを実現19、゛て、゛十′導体j
−バイスの人容量化に際I7ても、高周波化か実現−1
入る半導体装醇の提供による。
特徴どジるJ、−゛ろの第1点は、l) 11 pn形
構造において、第1図に不4よう(、一つのベース領域
の・うちの広いベース領斌、1シ内(″“、領域B、と
は逆の伝導形の高不純物密度領域に′ と5領域Biと
同一伝導形であって、高不純物密度の領域B l″2を
ぞれイ゛れ設けるこ2である。
C”領域か、ユ′、ミッタ領域E1から領域B1内に注
入されてベース領域B、に達する、殆どの少数1′ヤリ
N・の通過経由領域2なり、I3 、4領域か通過の阻
t、1領域と心:るようにする一方、B1領域内の多数
キャリヤ(l′とってはB1+領域か低抵抗゛ζあ)で
、XIノ:る通過領域ノなる機構をイj4”るよ・)に
しでいる1丁どである。。
フさせるターン・オフ動作の開始と同時(′ニア、C”
領域どB1領域(またはB、″領域)を短絡するス・イ
ッfング素子′I゛、を設′l+′て\−′ア7バ1′
ス内部の・′\ベース幅広いべ・〜ス領域B 、内の少
数+ t−1,7”+゛を、ターン・オフ時に積極的(
消滅さぜるよ゛うXI 1.、、、 f:”点にある。
に集積化1、−’(”: t)良い5、ぞして以」−0
2点により、従来ijg−Tのデ”バイスでは排除され
ぐに残る、幅の広いベース領域)31における残留少数
キづ・リヤの積極的な消滅を図−)で、ターン・オフ時
間の大幅な短縮を図るど同時に、ライフタイム技術の採
用の必要をなく t、、、、で、低オソ電圧を満足させ
なから高速ターン・オフを実現できるよ・うにしまたも
のである。
ついて説明rる3、 (実施例1) 第2図はターン・オフをフ(1・I−ラ゛/ジスタ]゛
■−7を用いて行・うように1.フ12、不発明(″お
1!る広いベース領域(、お11゛る夕 〉・4.7の
際の少数キーヤトヤ′の消滅機構を、C−: t”0リ
イ1)スタに適用した7ト発明の実施例を示す゛、“り
′ノー 1・電極A、力′ノ〜Fで2極に、 及びタ
ー 1・にを含む伯口λ)中−j−ニットの断面構造図
である。。
は、それぞれア゛ノー ドエミッタP、ど、力ハ・IS
エミッタN、l:対し1、’: l−、、、、幅l′7
)広いベース領域、L;、とはNベースN[1,か対し
1、、し5幅の狭いベース領域B 、、とよ■)・ベー
・スP、か対叱、し、でいる3、更(−第1図の領域C
″′及び領域B l″は、−E t’lぞオニ第2図の
F) c+とN、′に対しj貝 Cおり、電極(−・)
3を設(づでいる3、またゲ・l−Gと力゛ノー・ド電
極に間(、接続I2、た〕、〕tトト−ランジスタTr
+ ど直流電源J・)、は、通究のGTOgイリスダ
の夕〜〕・・オフ駆動を光信号番、゛より行−)ように
したター 1・回路構成(丁などて。
2・i= トランジスタ]゛r2は、電極G□に間にあ
るl・゛ランジズタTr+ と光信号とを用いて゛連動
させる、:とにより。夕・−/・副−1ノ時に°P c
4 どN 、 N領域を電気的(l′短銘j2コ“、
NベースN8に蓄積(、′(いる少数i・ヤリ入゛の正
f4、を、1′)、ビ領域か1゛)引き出1”働、きを
するものてあ)で、本発明の特徴どな)−Cいるど5:
6ろ”ごある5、勿論、B C間の回路(,6電、源イ
ーイ・1加するごど(°より、ターン・オフ動作4加速
ζ゛きることは:゛−−書゛1でもない。
、)いて説明てる。1抵、抗率約10092・cm、厚
17′声約300μn1の工1形シリーTン基板をベー
ス領域さし1、n形の選択(゛より下面からN 、 4
領域を表面密度約Hi\10111/”afl’、深さ
約:)0μm11で形成する。次(,1、)而からPC
、”’F面からP ++N領域同時に1)形の選択拡散
h:::::: 、+10 jl)、表面密度約5><
10目/cOXr、、深さ約20μm11て形成4・行
・)。次に」面のP、1側の表1Iin形の二)ビラ1
゛−ン4ル成長4行い、基板N、2同程度の低不純物密
度°ζ、約30/1mのN層を形成″する。
を行・・て、それぞれ表面密度約1011′/cnf、
深さ約15 IJlll (D P[1領域2表m」密
度約!5 X 1 f’、’l ’ ” /”’ a:
+!、深さ約5μlηのN上ミッタNP領域を形成・−
′る。
1而からP3、゛領域の一部か露出するよ′)に−l′
1′タート゛、ノヤル成長層を取l・)除、き、酊:後
のズ[)±・°ン、とし、て各電極夕形成(リ ド線づ
と?r)J:: J’、’、 )、よ1)、本発明のr
゛ベイス実現できる。、 この、1゛、うな構成をも−> c; ’r 0服・1
′リスクの動作機構1・)いて説明リイ霞、次のよノ(
、/II、る。。
ミッタから注入されブ、・I]孔は、N、、’か11
、イ1、i1.−2′・jl。1でボラ゛/シ′トノ[
か高く”*;6ブ、め、L11領域苓jifi過t、z
j、; イ”’T、N A”領域を11゛回するよう
(、Nべ 、ノーを走行(、′こ、]とし5て−P0.
゛領域イーH1山1之L)″、゛)(Pベース(向か5
、:’、、 lになる。−・カカソ ド」ミッタから
t4−人さオl ’II−:電イ゛は、電1″:(J対
1、てボyシシ・ヤルの高いPど領域には流入04′G
コ、Nベース4走rJI、・。
’ノード側(流れること(、゛なる。
・である構成”(、゛、光イjツ弓による夕・・−/・
オフ動作イ(・以ドに説明する。、 −、=)の、ノ
イド1・−1刈、・・ジノミタ′1゛髪丁”r2に同時
゛に光信号バノ)スを照射゛すると、i”’ r +に
より連邦の仔”l・(j勾ソ〜ドに間(ご逆バ、1′ア
スか印加される夕 −5・才′〕動作か開始され、h゛
−I−Gか、:、 P、領域の品積、1ヤリヤか引き出
さ4するJどになる9、同時(:、丁’ r 2は導通
し11M1極(゛ど1113は短絡されて、■〕ど領域
からNベース中の少数1ヤリヤのf■、孔か引き出され
金属電極CJ−てN、″領域から引き出さオ゛lる電子
と再結合4”るご、Jになるので、工】ベー・ス中の少
数キャリヤは消滅して行くことになる。従−)で!1ベ
ース中の蓄積少数1−ヤリャか積極的に消滅し2て行く
ので、Tイル期間の短いターン・オフ特性どなり、か−
′)ターン・オフ損失も激K 1.、、て行く。なお、
−こζ゛、フォトトう゛・・ジスタ1゛r2は高耐圧テ
コあることか動作1−7望まし2い、1更に、第2図に
は示していないか、電極へ及び8間にもフォトトランジ
スタを外部的に接続し2.ζ2”つのフォトトランジス
タT v I+ T r 2で連動させるご”とにより
、アノ−ドエミッタからの正孔注入もくい止められるご
6どになるので、より高速(6′、41、る、−どは1
1.2〕」:でもない。ζわ(゛加えて4.−の例では
光信H月、より?]なX、るので、各ソA用・i・り)
iジスろ’T r 、 、 T″r2を同時に駆動(゛
きるばかり−こなく、制画化シ」用の)1バイス系との
電気的絶縁何か非邦(、よくなり、G ’I” Oザイ
リノ、夕も誤動作し+、: <いJム)醍所本)加わる
ご、と(なる6、(実施、例二)) 第j(図は、本発明L:J、)目る広いベース領域(、
′おけるタ ニ2・t’)の際の少数−1′トリャの消
滅機構をMOS制餌1(、J−よる縦形構造のG T’
Oサイリスクに実施I4、メ・例で制御1用のM(’
)Sゲートを集積イ(、シ、か)通常の(4;′丁○の
ターン・オフ動作と本発明の広いベース領域り、”’l
J’:; ljる少数トヤリャの消滅機、構を等価的
(、貼〜ゲ l・駆動こ行なス゛−るよう17上夫を施
]7.ゲ、114.−ユ、yl・構造のγノード電極A
、カッ・ ド電極I(及び各グー1−電極を含む断面図
とや”−・ン・オフ動作用のゲート回路及び主電源回路
図である。
共通な領域(、−″′)い−C′は同じ記号を用いてお
り、〈の場合の各領域、の形状1\j法及び不純物密度
は第2図と同程19とな・)〒゛いる6、1゛施例1さ
異なる点は、P8領域とP。″ J−1にイ、れぞれN
−fヤ−・者ルM n S F E丁゛を集積化し、く
れぞれM(”)Sヶーi−Q、、G2を段目ている点゛
てあり、両方のMOSゲートの特性を同等(こする六・
めに、P 、、、 ” −、、,1ll11. i:は
P、領域、ど同じプCTセスでP。゛領域と連結・)゛
るようなPl、領域を設ける1稈を導入す゛る必要かあ
り、PC領域表面に最終的にMOSゲートを形成Jるプ
ロセスを採用する5二と(ごなる。各MOSゲート・直
下・−に存在するN′領領域カッ・ ド〜LミッタNE
+と同し1、選択n形拡散マ、形成することになり、更
に各々N+領領域そのF(−あるr)影領域と表面で金
属電極を介し1、て短絡づるような構成4とっており、
Po、土−では金属型1極(:、を介し7で)ね・層と
N″領域、またPB十では金属電極にを介してP、とN
゛領域短絡している。また、本実施例の構成によれば、
実施例1の電極13は不安となる。第3図における電源
E0及び抵抗Rt、は、。
び負荷抵抗に相当1.5、ターI・回路の電6源1・:
gは、Ni0Sゲ・−1・G、、G2に印加Aるタ ン
・オフイ1;号電1」1ご相当づる。
よるター:2・オフ動作によるG 1”’ (’、’、
) ’、tイリスタの動作(、・)いて以十説明する。
トユミッタP、:から注入″44正孔でPベースPaに
到達4゛るものを、はとんどP、層を経由さ−H4−る
よ・うにし、ているのか特徴である1゜素子」に集積化
しまたM(’、’、)Sター l□ に 1は、通常の
MO3制御のターン・才ソ・す・イリスタと同様(、P
ベース内の正孔を消滅させる制卯の働きを持つ。
内の止孔を消滅”づる働きかあり、ターン・オフ期間の
み(1、正孔か経由しでいるP、層と過剰電子の存在、
づるNl1層を(のゲート直下のnヂャンネルMO3F
ETで短絡さゼる制御ゲートJシ2て用いるものであり
、実効的にNベ ス内の正孔と電子の再結合を促進づる
。従・]て、ターン・オフlPlじNベース内の正孔を
消滅さ−IJ:’tL、Pベー”スへの正孔供給を抑制
“摺るごとに、より、高速ターン・オフ動作(・ディル
期間の短縮)と司M御電流の増大が期待できる0、さら
に′、この−8つのへ40Sゲートを結線する、:とに
より、NベースとPベースの正孔同時消滅によるターン
・オフ動作を3端r動作により行うことか出来る。この
実施例ζ、l ##、;いてはMOSゲート(:;、を
使用する(ごあl、°って、ターン・オフ動作に悪影響
をリスないため(、−、ターン・オフ時に存在″するゲ
ート酸化i i1’f−Fの蓄積層(ご起因する二・)
のPFIN11接合及び1)eN、接冶の雪崩増倍現象
か生じないような条件を採用する必要がある。第Iの条
件は、ターン・オフ過程で7素子の中央接合であるP、
NB接自から空乏層か伸びてきてPl、層に達するまで
はMOS ’7’−1−G、直下の蓄積層か存在I1、
でも、雪崩現象か起こらないように、PC″′領域どP
66領域の寸法を設定することである。第2の条件は、
ターン・オフ過程で、P、N、接合からの空乏層がPC
層に達炙る直前には、この蓄積層が消滅して、PゎN8
接合で雪崩か生じない条件か必要である。この条件は、
ターン・埒フイJ号−2−1,てMO8)l′・ 1・
G、(,1′印廂する電圧を制限4″る、Eとて満足さ
せる5:とかできる3゜ この素子てはさらにターく/・1)過程の来期状態47
′おいて、PおN6接合からの空乏層か伸びてくること
に、】、す、MOSゲ〜・1・G2の酸化膜直下を空乏
化するように設計する、−2とにより、この酸化膜に゛
はあまり大きな電圧か印加さオ′1ないよ)にすること
かでき、信頼性の向1−か期待できる3、以1.の実施
例2によれば、■)ベースさNベース内のjJ、孔消滅
か行なえるので、ターン・オフ時間特にディル時間の短
縮か司能2なり、ターニア・オフ損失かM’ししか一′
)町制創電流の増大か期待できる。更(−1Pベースと
Nベースの正孔消滅かター・トG、とG、を短絡するJ
ど(ごより、見、か1.1.、、J−−、一つのゲート
駆動で行なえるのて、駆動1、・や4゛さも長所どなる
。
パワーIC系に応用できる横形の素f−にも適用できる
1、第4図はイの適用例を示す断面図てあ−7で1、ニ
ーの場合第:(図と共通な領域i:、、 =:>いては
同一記号4用しゾでいる。3 素7゛・の作成にあメ、刀ては、N形の高イ1純物密1
到基板(約10”/erri′fr度、庁み約300
u m ) J: i:: N形の低不鈍物密19゛の
工じタ4シャル成長層(約5XIO”、/cnl’、厚
み約30 /1rn )をもっシリコ゛/基板を用いる
6、最初(ご表tから下21−ドエミツタP1、及びP
ど層を同時i:、p形の選択拡散により、表面密度約1
+’l”、、・′−2深さloIlmになるように形成
し、次にP形拡散により(表面密度約sx]o1し・・
′d、深さ約51.zm)Pc とP11領域を形成
する。
3μm)によりカッ−ドエミッタN、どN′層を形成し
、、MOSゲーター、、G2を形成し、最後に各電極を
形成4=ることで実現てきる。
に′ついては、第:う図に示した縦形構造の素子の場合
ど殆ど同様”Cあり、ターン・オフカ式についても同様
どなることは言うまでもな。。
の広いベー・スに蓄積している少数キャリヤを消滅させ
るf′段を、通常のターン・才゛)動作1: (−j加
さぜたものであるのて、高速ター ン・オ、)を実現で
き、従来のライ〕゛タイム制御技術き異なり、高速化を
図)Cもオシ電L4′の増大をもた1、7’l iこと
はI、Cい(+ ?にっで入電力に46いても、高周波
化を必要どするバ「7 シスラムの応用への1段を提供
“(八るもので、七の効果は大きい3゜ また以1゛、の説明では本発明を、GTO”lイリスタ
に適用した場合について述べたか、本発明はIGBTな
どのようにpnpn4層構造を有し、7、8つの等価回
路モデルで表現されるバイポーラ形のfバイス全般に適
用して前記と同様の効果をもたらすことかできる。
明図、第2図は本発明のダ・−ン・オフデバ・イスを光
信号によるターン・オフ動作に適用(1゜た実施例の説
1明図、第3図は本発明夕〜ン・オフデバイスをMO3
制御による縦形構造のターン・オフ動作に適用した実施
例の説明図、第4図は第3114の実施例を横形構造ど
した本発明の詳細な説明図である。 E、、P、・・・幅の広いトランジスタ部のエミッタ領
域、A・・・その電極、B+、Ne・・・幅の広いトラ
ンジスタ部のベース領域、B、” N9+・・・ベー
ス領域B、(N、)に設けたB、(NB)と同・伝導形
の高不純物密度領域、B・・・ぞの電極、C゛Pc4.
、、、ベース領域Bl(N、)に設けたB、(N、)と
逆の伝導形の高不純物密度領域、C・・・その電極、E
、(N、)・・・幅の狭いトランジスタ部のエミッタ領
域、K・・・その電極、B2.(P、)・・・幅の狭い
トランジスタ部のベース領域、G・・−(の電極、PC
・・・ベース領域、]゛8・・・領域c4とBi″′を
ターン・オブ時−短絡するスイッチング素子、T v
+ * T r 2 ・=フォトトランジスタ、Elf
E、、E、・・・直流電源、G11G2・・・デバイス
内に作製したMOSケ−1・、R5、・・・負荷抵抗、
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 pnpn4層構造を有し二つのトランジスタの等価回路
モデルで表現されるバイポーラ形のデバイスであって、
ベース幅の広いトランジスタのエミッタ領域をE_1、
ベース領域をB_1、他方のベース幅の狭いトランジス
タのエミッタ領域をE_2、ベース領域をB_2とし、
このB_2領域から過剰キャリヤを引出すか、またエミ
ッタ領域E_2からのキャリヤ注入を止めることにより
、ベース幅の狭い即ち電流増幅率の高いトランジスタを
オフさせる通常のターン・オフ動作により、導通状態か
ら阻止状態に移行させるターン・オフ・デバイスにおい
て、 前記ベース領域B_1内に領域B_1とは逆の伝導形の
高不純物密度領域C^+及び領域B_1と同一伝導形で
あって高不純物密度の領域B_1^+を設け、また通常
のターン・オフ動作の開始と同時に、前記C^+領域と
B_1またはB_1^+領域を短絡するスイッチング素
子を設けたことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18151390A JP2855540B2 (ja) | 1990-07-11 | 1990-07-11 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18151390A JP2855540B2 (ja) | 1990-07-11 | 1990-07-11 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0469976A true JPH0469976A (ja) | 1992-03-05 |
JP2855540B2 JP2855540B2 (ja) | 1999-02-10 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06151826A (ja) * | 1992-11-06 | 1994-05-31 | Naoshige Tamamushi | 分割ゲート型カソード短絡構造を有する絶縁ゲート静電誘導サイリスタ |
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-
1990
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06151826A (ja) * | 1992-11-06 | 1994-05-31 | Naoshige Tamamushi | 分割ゲート型カソード短絡構造を有する絶縁ゲート静電誘導サイリスタ |
EP1150356A1 (en) * | 2000-04-27 | 2001-10-31 | Infineon Technologies North America Corp. | Transistor with integrated photodetector for conductivity modulation |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP2855540B2 (ja) | 1999-02-10 |
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