JPH05121729A - Semiconductor device having misfet controlled thyristor - Google Patents
Semiconductor device having misfet controlled thyristorInfo
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- JPH05121729A JPH05121729A JP27965091A JP27965091A JPH05121729A JP H05121729 A JPH05121729 A JP H05121729A JP 27965091 A JP27965091 A JP 27965091A JP 27965091 A JP27965091 A JP 27965091A JP H05121729 A JPH05121729 A JP H05121729A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電動モーターの制御、
交換機のスイッチング、或いは平面ディスプレイの駆動
などを行う際に用いられる高耐圧下において大電流を制
御できるパワー半導体装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to control of an electric motor,
The present invention relates to a power semiconductor device capable of controlling a large current under a high breakdown voltage used when switching an exchange or driving a flat panel display.
【0002】[0002]
【従来の技術】高耐圧下において大電流の制御を行うこ
とのできるパワー半導体は、消費電力が少なく、IC化
をすることにより制御装置などの部品点数の削減を図る
ことができるなど、数多くのメリットを有している。図
13に、このようなパワー半導体の内、電界効果を利用
した電圧駆動のMOSゲートサイリスタの1つであるエ
ミッタ・スイッチド・サイリスタ(EST)を示してあ
る。また、図14に、このサイリスタの等価回路を示し
てある。このサイリスタは、n- 型のベース層4の裏面
にアノード電極11の接続されたp+ 型のアノード層5
が形成されており、このアノード層5と対峙するn- 型
のベース層4の表面にp型のベース層3が形成されてい
る。そして、このp型のベース層3内に、n+ 型のカソ
ード層7と、このカソード層7とは独立したn+ 型のフ
ローティングカソード層2が形成されている。カソード
層7からp型のベース層3にかけてカソード電極が接続
されており、また、カソード層7からフローティングカ
ソード層2にかけては、絶縁膜15を隔ててゲート電極
1が設置されている。従って、フローティングカソード
層2とカソード層7は、これらの層の間のp型のベース
層3をチャネル領域としたnチャネルMOS21により
接続されている。2. Description of the Related Art A power semiconductor capable of controlling a large current under a high breakdown voltage consumes less power and can be integrated into an IC to reduce the number of parts such as a control device. Has merits. FIG. 13 shows an emitter-switched thyristor (EST) which is one of the voltage-driven MOS gate thyristors utilizing the electric field effect among such power semiconductors. Further, FIG. 14 shows an equivalent circuit of this thyristor. This thyristor has ap + type anode layer 5 in which an anode electrode 11 is connected to the back surface of an n − type base layer 4.
Is formed, and the p-type base layer 3 is formed on the surface of the n − -type base layer 4 facing the anode layer 5. An n + type cathode layer 7 and an n + type floating cathode layer 2 independent of the cathode layer 7 are formed in the p type base layer 3. A cathode electrode is connected from the cathode layer 7 to the p-type base layer 3, and a gate electrode 1 is provided from the cathode layer 7 to the floating cathode layer 2 with an insulating film 15 interposed therebetween. Therefore, the floating cathode layer 2 and the cathode layer 7 are connected by the n-channel MOS 21 having the p-type base layer 3 between these layers as a channel region.
【0003】この装置において、図14に示すように、
アノード層5、n- 型のベース層4、およびp型のベー
ス層3によりPNPトランジスタ31が形成されてお
り、また、n- 型のベース層4、p型のベース層3およ
びフローティングカソード層2によりNPNトランジス
タ32が形成されている。従って、フローティングカソ
ード層2とカソード層7とを接続するMOS21がオン
となると、カソード層2とアノード層5の間にトランジ
スタ31および32によりサイリスタ41が形成され
る。この装置の特徴は、ゲート電極1に印加されるゲー
ト電位Vgを下げることによりカソード層2とフローテ
ィングカソード層2とを分離でき、容易にサイリスタを
オフすることができる点である。一方、このサイリスタ
41をオンとするためには、p型のベース層3の不純物
濃度を薄くし、カソード電極10とp型のベース層3と
の接続部分における抵抗26を高くする必要がある。し
かしながら、p型のベース層3の不純物濃度を薄くする
とパンチスルーによる耐圧低下を生ずるため、p型のベ
ース層3の不純物濃度を薄くすることが困難である。従
って、この装置におけるサイリスタ41はオンさせるこ
とが難しいのである。In this device, as shown in FIG.
The anode layer 5, the n − type base layer 4, and the p type base layer 3 form a PNP transistor 31, and the n − type base layer 4, the p type base layer 3 and the floating cathode layer 2 are formed. Form an NPN transistor 32. Therefore, when the MOS 21 connecting the floating cathode layer 2 and the cathode layer 7 is turned on, the thyristor 41 is formed between the cathode layer 2 and the anode layer 5 by the transistors 31 and 32. The feature of this device is that the cathode layer 2 and the floating cathode layer 2 can be separated by lowering the gate potential Vg applied to the gate electrode 1, and the thyristor can be easily turned off. On the other hand, in order to turn on the thyristor 41, it is necessary to reduce the impurity concentration of the p-type base layer 3 and increase the resistance 26 at the connecting portion between the cathode electrode 10 and the p-type base layer 3. However, if the impurity concentration of the p-type base layer 3 is reduced, the breakdown voltage is reduced due to punch-through, so it is difficult to reduce the impurity concentration of the p-type base layer 3. Therefore, it is difficult to turn on the thyristor 41 in this device.
【0004】図15に、この点を改善したサイリスタを
有する装置の構成を示し、図16にその等価回路を示し
てある。この装置は、図13に基づき説明した装置に加
え、フローティングカソード層2からp型のベース層3
を介してn- 型のベース層4にかけて絶縁層15を介し
て第2のゲート電極16が設置されている。そして、こ
の第2のゲート電極16には、ゲート電極1と同様にゲ
ート電位Vgが印加されるので、このゲート電極16に
より構成されるMOS22は、MOS21と同時にオン
される。従って、この装置の起動時に、カソード層7か
らフローティングカソード層2を介してn- 型のベース
層4に電子電流が流れる。これによりn- 型のベース層
4に電子が注入されるので、これがトリガーとなりメイ
ンのサイリスタ42を容易にオン状態とすることができ
るのである。勿論、この装置も、図13に示した装置と
同様にゲート電極1に印加されているゲート電位Vgを
低下させることにより容易にオフできるという利点を持
っている。FIG. 15 shows the structure of a device having a thyristor which improves this point, and FIG. 16 shows its equivalent circuit. In addition to the device described with reference to FIG. 13, this device includes the floating cathode layer 2 to the p-type base layer 3
The second gate electrode 16 is provided via the insulating layer 15 to the n − type base layer 4 via the insulating layer 15. Since the gate potential Vg is applied to the second gate electrode 16 similarly to the gate electrode 1, the MOS 22 constituted by the gate electrode 16 is turned on at the same time as the MOS 21. Therefore, when the device is activated, an electron current flows from the cathode layer 7 to the n − type base layer 4 via the floating cathode layer 2. As a result, electrons are injected into the n − type base layer 4, and this triggers the main thyristor 42 to be easily turned on. Of course, this device also has an advantage that it can be easily turned off by lowering the gate potential Vg applied to the gate electrode 1 similarly to the device shown in FIG.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】このようなMOS制御
型のサイリスタ素子を有する半導体装置は、オン電圧が
低く、また、容易にオフできることから高速のスイッチ
ングが可能であるため、パワー半導体として注目されて
いる。そして、この装置の適用範囲をさらに広げるため
には、制御可能な電流値を増加し、オン電圧を低くし、
また、オン耐圧を向上させ、そして、ハイサイドスイッ
チ型のものを実現させるなどの課題を解決する必要があ
る。A semiconductor device having such a MOS-controlled thyristor element has a low on-state voltage and can be easily turned off, so that high-speed switching is possible. Therefore, it is attracting attention as a power semiconductor. ing. And to further expand the range of application of this device, the controllable current value is increased and the on-voltage is lowered,
Further, it is necessary to improve the on-breakdown voltage and solve the problems such as realizing a high-side switch type.
【0006】先ず、制御可能な電流値を増加させるため
には、図13および図15に示した装置のメインのサイ
リスタ41、42に寄生しているサイリスタ43がオン
状態となるラッチアップを防止する必要がある。この寄
生サイリスタ43は、アノード層5、n- 型のベース層
4、およびp型のベース層3によるPNPトランジスタ
36と、n- 型のベース層4、p型のベース層3および
カソード層7によるNPNトランジスタ37により構成
されるサイリスタである。この寄生サイリスタ43がオ
ンとなると、ラッチアップ状態となり、ゲート電位Vg
を低下させても装置をオフ状態とすることができなくな
る。従って、制御する電流値は、この寄生サイリスタ4
3のオンとならない範囲に止めなければならない。First, in order to increase the controllable current value, latch-up in which the thyristor 43 parasitic on the main thyristors 41 and 42 of the device shown in FIGS. 13 and 15 is turned on is prevented. There is a need. The parasitic thyristor 43 includes the PNP transistor 36 including the anode layer 5, the n − -type base layer 4 and the p-type base layer 3 and the n − -type base layer 4, the p-type base layer 3 and the cathode layer 7. It is a thyristor composed of an NPN transistor 37. When the parasitic thyristor 43 is turned on, the latch-up state occurs, and the gate potential Vg
It is impossible to turn off the device even if the value is decreased. Therefore, the current value to be controlled is the parasitic thyristor 4
It must be stopped in the range where 3 is not turned on.
【0007】また、図15に示した装置においては、オ
ン抵抗は低くなるが、その初期状態は、電子電流がn-
型のベース層4が注入され伝導度変調状態となるIGB
Tモードである。そして、電流が大きくなると抵抗26
によりトランジスタ32がオンとなり低抵抗のサイリス
タモードに移行する。従って、さらにオン抵抗を低くす
るためには、できるかぎり早い時期にサイリスタモード
に移行することが望ましい。Further, in the device shown in FIG. 15, the on-resistance is low, but in the initial state, the electron current is n −.
Type base layer 4 is injected into the conductivity-modulated IGB
It is the T mode. When the current increases, the resistance 26
As a result, the transistor 32 is turned on and the mode shifts to a low resistance thyristor mode. Therefore, in order to further reduce the on-resistance, it is desirable to shift to the thyristor mode as early as possible.
【0008】そして、サイリスタ41、42がオンとな
ると、最大電界が加えられているp型のベース層3の曲
面をした端部17に大量の電子が流れる。この電子は正
孔と比較しアバランシェ破壊を生じ易く、この端部17
の電界集中と相まって、耐圧の低下とこれに伴う素子破
壊が生ずる。従って、この装置のオン耐圧の向上を図る
ためには、端部17における電界集中を緩和することが
必要である。When the thyristors 41 and 42 are turned on, a large amount of electrons flow in the curved end portion 17 of the p-type base layer 3 to which the maximum electric field is applied. These electrons are more likely to cause avalanche breakdown than holes, and the end portion 17
In addition to the electric field concentration, the breakdown voltage is lowered and the element is destroyed accordingly. Therefore, in order to improve the on-breakdown voltage of this device, it is necessary to relax the electric field concentration at the end portion 17.
【0009】さらに、サイリスタ41、42を制御する
MOS21には、カソード電極10に対し数ボルトのゲ
ート電位Vgを印加するもの(ロウサイドスイッチ型)
が一般的である。一方、アノード電極11の電位をゲー
ト電位Vgの基準電位とするもの(ハイサイドスイッチ
型)が必要な場合もあり、このような場合は、各層の導
電型および電極の位置を逆にして対処することが一般的
である。しかしながら、ICなどのように同一導電型の
半導体基板上にハイサイドスイッチ型の素子を形成する
場合は、各層の導電型および電極の位置を逆転すること
が不可能であり、サイリスタ41、42のような構成の
ものを用いることができなかった。従って、EST型の
サイリスタ素子の適用範囲を広げるためには、同一導電
型の半導体基板上に構成可能なハイサイドスイッチ型の
素子の実現が必要である。Further, the MOS 21 for controlling the thyristors 41 and 42 is for applying a gate potential Vg of several volts to the cathode electrode 10 (low side switch type).
Is common. On the other hand, there may be a case where the potential of the anode electrode 11 is used as the reference potential of the gate potential Vg (high-side switch type), and in such a case, the conductivity type of each layer and the position of the electrode are reversed to deal with it. Is common. However, when a high-side switch type element is formed on a semiconductor substrate of the same conductivity type such as an IC, it is impossible to reverse the conductivity type of each layer and the positions of the electrodes, and thus the thyristors 41 and 42 cannot be reversed. It was not possible to use such a structure. Therefore, in order to expand the applicable range of the EST type thyristor element, it is necessary to realize a high side switch type element that can be formed on a semiconductor substrate of the same conductivity type.
【0010】そこで、本発明においては、上記のような
問題に鑑み、制御可能な電流値を増加でき、オン電圧を
低減可能であり、また、オン耐圧を向上でき、さらに、
同一導電型の基板上にハイサイドスイッチ型を構成でき
る適用範囲の広いサイリスタ素子を有する半導体装置を
実現することを目的としている。Therefore, in the present invention, in view of the above problems, the controllable current value can be increased, the ON voltage can be reduced, and the ON breakdown voltage can be improved.
It is an object of the present invention to realize a semiconductor device having a thyristor element with a wide range of application that can form a high side switch type on a substrate of the same conductivity type.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明においては、先ず、ラッチアップを防止す
るために、浅いカソード領域と深いフローティングカソ
ード領域とを形成するようにしている。すなわち、本発
明に係るMISFET制御型サイリスタを有する半導体
装置においては、第2導電型のベース領域上のうち、ア
ノード電位の印加される第1導電型のアノード領域と対
峙する位置に、第1導電型のベース領域と、この第1導
電型のベース領域内に形成されカソード電位が第1導電
型のベース領域と共に印加される第2導電型のカソード
領域とを少なくとも有し、このカソード領域と第1のM
ISFETにより接続される第2導電型のフローティン
グカソード領域が第1導電型のベース領域内のカソード
領域とアノード領域との間に独立に形成されている半導
体装置であって、カソード領域が第2導電型のベース領
域表面に形成された浅い拡散層であり、フローティング
カソード領域が第2導電型のベース領域の底部の近傍ま
で形成された深い拡散層であることを特徴としている。In order to solve the above problems, in the present invention, first, in order to prevent latch-up, a shallow cathode region and a deep floating cathode region are formed. That is, in the semiconductor device having the MISFET controlled thyristor according to the present invention, the first conductivity type is provided on the second conductivity type base region at a position facing the first conductivity type anode region to which the anode potential is applied. At least a second conductive type cathode region formed in the first conductive type base region and having a cathode potential applied together with the first conductive type base region. M of 1
A semiconductor device in which a floating cathode region of the second conductivity type connected by an ISFET is independently formed between a cathode region and an anode region in a base region of the first conductivity type, and the cathode region is the second conductivity type. Is a shallow diffusion layer formed on the surface of the base region of the second conductivity type, and the floating cathode region is a deep diffusion layer formed up to near the bottom of the second conductivity type base region.
【0012】また、深いフローティングカソード領域を
有するものとして第2導電型のベース領域上のうち、ア
ノード電位が印加される第1導電型のアノード領域と対
峙する位置に第1導電型のベース領域を少なくとも有
し、第2導電型のフローティングカソード領域と、第1
導電型のベースコンタクト領域により第1導電型のベー
ス領域と接続される第1導電型の第2ベース領域と、ベ
ースコンタクト領域と共にカソード電位が印加されフロ
ーティングカソード領域と第1のMISFETにより接
続された第2導電型のカソード領域とが第1ベース領域
内に下から順次積層されていることを特徴とするMIS
FET制御型サイリスタを有する半導体装置も含む。Further, the base region of the first conductivity type is provided on the second conductivity type base region having a deep floating cathode region at a position facing the anode region of the first conductivity type to which the anode potential is applied. At least a second conductivity type floating cathode region;
A first conductive type second base region connected to the first conductive type base region by the conductive type base contact region, a cathode potential is applied together with the base contact region, and the floating cathode region is connected to the first MISFET. A MIS having a second conductivity type cathode region and a first base region sequentially stacked from the bottom.
It also includes a semiconductor device having a FET-controlled thyristor.
【0013】さらに、第2導電型のベース領域上のう
ち、アノード電位の印加される第1導電型のアノード領
域と対峙する位置に、第1導電型のベース領域を少なく
とも有し、この第1導電型のベース領域内に形成された
第2導電型のフローティングカソード領域と、このフロ
ーティングカソード領域内に形成された第1導電型の第
2ベース領域と、この第2ベース領域内に形成され第2
ベース領域と共にカソード電位の印加される第2導電型
のカソード領域と、このカソード領域とフローティング
カソード領域とを接続する第1のMISFETとを少な
くとも具備することを特徴とするMISFET制御型サ
イリスタを有する半導体装置も含む。また、これらの装
置において、カソード領域が高濃度の不純物拡散層によ
り形成された第1導電型のガード層により覆われている
ことが望ましい。Further, at least a first-conductivity-type base region is provided on the second-conductivity-type base region at a position facing the first-conductivity-type anode region to which the anode potential is applied. A second conductivity type floating cathode region formed in the conductivity type base region; a first conductivity type second base region formed in the floating cathode region; and a second conductivity type floating cathode region formed in the second base region. Two
A semiconductor having a MISFET control type thyristor, which comprises at least a second conductivity type cathode region to which a cathode potential is applied together with a base region, and a first MISFET connecting the cathode region and the floating cathode region. Including equipment. Further, in these devices, it is desirable that the cathode region be covered with a first conductivity type guard layer formed of a high-concentration impurity diffusion layer.
【0014】さらに、同一導電型の半導体基板上にハイ
サイドスイッチ型のMISFET制御型サイリスタ装置
を有する半導体装置は、第2導電型のベース領域上のう
ち、アノード電位の印加される第1導電型のアノード領
域と対峙する位置に第1導電型のベース領域と、この第
1導電型のベース領域内に形成されたカソード電位が印
加される第2導電型のカソード領域とを少なくとも有
し、アノード領域と第1のMISFETにより接続され
る第1導電型のフローティングアノード領域を、アノー
ド領域と第1導電型のベース領域との間の第2導電型の
ベース領域上に形成することにより実現することができ
る。Further, a semiconductor device having a high-side switch type MISFET control type thyristor device on a semiconductor substrate of the same conductivity type is a first conductivity type to which an anode potential is applied in a base region of the second conductivity type. At least a first conductivity type base region and a second conductivity type cathode region formed in the first conductivity type base region to which a cathode potential is applied. Realization by forming a first conductivity type floating anode region connected to the region by the first MISFET on a second conductivity type base region between the anode region and the first conductivity type base region. You can
【0015】また、オン抵抗の減少を図るために、第2
導電型のベース領域上のうち、アノード電位の印加され
る第1導電型のアノード領域と対峙する位置に、第1導
電型のベース領域と、この第1導電型のベース領域内に
形成されカソード電位が第1導電型のベース領域と共に
印加される第2導電型のカソード領域とを少なくとも有
し、このカソード領域と第1のMISFETにより接続
される第2導電型のフローティングカソード領域が第1
導電型のベース領域内のカソード領域とアノード領域と
の間に独立に形成されているMISFET制御型サイリ
スタを有する半導体装置において、第1導電型のベース
領域上のフローティングカソード領域に対しカソード領
域と逆側に、正孔電流注入手段を設置することが望まし
く、上記のフローティングカソード領域を具備するMI
SFET制御型サイリスタを有する半導体装置において
も同様である。また、上記のフローティングアノード領
域を具備するMISFET制御型サイリスタを有する半
導体装置においては、第1導電型のベース領域上のフロ
ーティングアノード領域側に、正孔電流注入手段を設置
することが有効である。In order to reduce the on-resistance, the second
On the conductive type base region, at a position facing the first conductive type anode region to which the anode potential is applied, a first conductive type base region, and a cathode formed in the first conductive type base region. At least a second conductivity type cathode region to which a potential is applied together with a first conductivity type base region, and a second conductivity type floating cathode region connected to this cathode region by the first MISFET is the first
In a semiconductor device having a MISFET control type thyristor independently formed between a cathode region and an anode region in a conductivity type base region, a floating cathode region on a first conductivity type base region is opposite to a cathode region. On the side, it is desirable to install a hole current injection means, and the MI having the above-mentioned floating cathode region.
The same applies to a semiconductor device having an SFET control type thyristor. Further, in the semiconductor device having the MISFET control type thyristor having the above floating anode region, it is effective to install the hole current injection means on the floating anode region side on the first conductivity type base region.
【0016】正孔電流注入手段としては、第1導電型の
ベース領域上に接続されたベース電極を用いることがで
き、このベース電極に、第1のMISFETのゲート電
極に印加されるゲート電位を印加することが望ましい。As the hole current injecting means, a base electrode connected on the first conductivity type base region can be used, and a gate potential applied to the gate electrode of the first MISFET is applied to this base electrode. It is desirable to apply.
【0017】また、正孔電流注入手段として、アノード
領域から第1のベース領域に正孔電流を注入する第2の
MISFETを用いることも有効である。It is also effective to use a second MISFET for injecting a hole current from the anode region to the first base region as the hole current injecting means.
【0018】オン耐圧の向上を図るためには、第1導電
型のベース領域の少なくともアノード領域と対峙する端
部の下方となる第2導電型のベース領域内部に、第1導
電型の埋め込み層を形成することが望ましく、また、第
1導電型のベース領域の少なくともアノード領域と対峙
した端部を囲んで低濃度の不純物拡散層によるオフセッ
ト層を形成することも有効である。In order to improve the on-state breakdown voltage, a buried layer of the first conductivity type is formed at least inside the second conductivity type base region below the end portion of the first conductivity type base region facing the anode region. Is preferably formed, and it is also effective to form an offset layer of a low-concentration impurity diffusion layer so as to surround at least the end portion of the first conductivity type base region facing the anode region.
【0019】[0019]
【作用】上記において、浅いカソード領域に対し、深い
フローティングカソード領域をカソード領域のアノード
領域側に形成することにより、カソード領域の関与する
寄生サイリスタがオンするラッチアップを防止し、制御
できる電流値の増大を図ることができる。すなわち、フ
ローティングカソード領域を深くすることにより第1導
電型のベース領域中の正孔電流がカソード領域近傍へ到
達することを防止でき、また、カソード領域を浅く形成
することにより、このカソード領域近傍の第1導電型の
ベース領域の厚みを実質的に厚くすることにより電子が
第2導電型のベース領域に流れ出すことを防止すること
ができる。従って、このカソード領域をカソードとする
寄生サイリスタがオン状態となることを抑制することが
できる。このため、フローティングカソード領域をカソ
ードとするサイリスタにより電流を制御することが可能
であり、このサイリスタは、第1のMISFETにより
容易にオフとすることができる。In the above, by forming a deep floating cathode region on the anode region side of the cathode region with respect to the shallow cathode region, it is possible to prevent the parasitic thyristor involved in the cathode region from turning on and prevent a controllable current value. It is possible to increase. That is, by making the floating cathode region deep, it is possible to prevent the hole current in the first-conductivity-type base region from reaching the vicinity of the cathode region, and by forming the cathode region shallow, the vicinity of this cathode region can be prevented. By substantially increasing the thickness of the first conductivity type base region, it is possible to prevent electrons from flowing out to the second conductivity type base region. Therefore, it is possible to prevent the parasitic thyristor having this cathode region as a cathode from being turned on. Therefore, the current can be controlled by the thyristor having the floating cathode region as the cathode, and the thyristor can be easily turned off by the first MISFET.
【0020】また、ベースコンタクト層を介してカソー
ド電位の印加された第1導電型のベース領域に、第2導
電型のフローティングカソード領域と、同じくベースコ
ンタクト領域によりカソード電位の印加された第1導電
型の第2ベース領域と、ベースコンタクト領域と共にカ
ソード電位が印加されフローティングカソード領域と第
1のMISFETにより接続された第2導電型のカソー
ド領域とを下方から順次積層する構成としても良い。こ
の場合は、オン状態においてカソード領域と第1のMI
SFETにより接続されたフローティングカソード領域
から電流(電子電流)が流れ、一方、正孔電流はフロー
ティングカソード領域下方の第1導電型のベース領域内
を流れる。このため、カソード領域の形成された第2ベ
ース領域は、第1導電型のベース領域と接触面積の少な
いベースコンタクト領域のみにより接続されており、こ
の第2ベース領域には正孔電流は殆ど流れない。従っ
て、第2ベース領域の電位は固定された状態であり、カ
ソード領域をカソードとする寄生サイリスタがオンする
ことがなく、ラッチアップは起こらない。In addition, a second conductivity type floating cathode region is applied to the first conductivity type base region to which the cathode potential is applied via the base contact layer, and a first conductivity type to which the cathode potential is applied by the base contact region. The second conductive type base region, the base contact region, and the floating cathode region to which the cathode potential is applied and the second conductive type cathode region connected by the first MISFET may be sequentially stacked from below. In this case, in the ON state, the cathode region and the first MI are
A current (electron current) flows from the floating cathode region connected by the SFET, while a hole current flows in the first conductivity type base region below the floating cathode region. Therefore, the second base region in which the cathode region is formed is connected to the first conductivity type base region only by the base contact region having a small contact area, and a hole current almost flows through the second base region. Absent. Therefore, the potential of the second base region is fixed, the parasitic thyristor having the cathode region as the cathode does not turn on, and latch-up does not occur.
【0021】また、第1導電型のベース領域内に第2導
電型のフローティングカソード領域を形成し、さらにこ
のフローティングカソード領域内に第1導電型の第2ベ
ース領域を形成し、そして、この第2ベース領域内に共
にカソード電位の印加される第2導電型のカソード領域
を形成することにより、第2ベース領域と第1導電型の
ベース領域とを分離することが可能である。従って、こ
のような構成の装置においては、第2ベース領域には正
孔電流は流れず、寄生サイリスタがオンすることがな
く、ラッチアップを防止することができる。A second conductivity type floating cathode region is formed in the first conductivity type base region, a first conductivity type second base region is further formed in the floating cathode region, and the second conductivity type floating cathode region is formed. It is possible to separate the second base region and the first conductivity type base region by forming the second conductivity type cathode region to which the cathode potential is applied in the two base regions. Therefore, in the device having such a configuration, the hole current does not flow in the second base region, the parasitic thyristor does not turn on, and latch-up can be prevented.
【0022】さらに、カソード領域を高濃度の不純物拡
散層により形成された第1導電型のガード層により覆う
ことによりカソード領域からの電子の流れを防止でき
る。一方、カソード領域の周囲にガード層を設けること
により、電子電流の流れるフローティングカソード領域
の周囲は比較的濃度の薄い不純物拡散層によるベース領
域とすることができるので、オン抵抗も下げることがで
きる。Further, by covering the cathode region with the first conductive type guard layer formed of the high-concentration impurity diffusion layer, the flow of electrons from the cathode region can be prevented. On the other hand, by providing the guard layer around the cathode region, the periphery of the floating cathode region through which the electron current flows can be the base region of the impurity diffusion layer having a relatively low concentration, so that the on-resistance can be reduced.
【0023】さらに、第2導電型のベース領域上に、第
2導電型のカソード領域が領域内に形成された第1導電
型のベース領域と対峙する位置に、第1導電型のアノー
ド領域と第1のMISFETによりアノード領域と接続
される第1導電型のフローティングアノード領域を形成
することにより、同一導電型の半導体基板上にハイサイ
ドスイッチ型のMISFET制御型サイリスタを実現す
ることができる。このサイリスタにおいては、フローテ
ィングアノード領域をアノードとしてサイリスタが構成
されており、第1のMISFETによりサイリスタを容
易にオフ状態とすることができる。すなわち、この第1
のMISFETはゲート電位をアノード電位よりを上げ
ることによりサイリスタを容易にオフできるのである。Further, a first conductivity type anode region is formed on the second conductivity type base region at a position where the second conductivity type cathode region faces the first conductivity type base region formed in the region. By forming the first conductive type floating anode region connected to the anode region by the first MISFET, a high-side switch type MISFET controlled thyristor can be realized on a semiconductor substrate of the same conductive type. In this thyristor, the thyristor is configured with the floating anode region as an anode, and the first MISFET can easily turn off the thyristor. That is, this first
In the MISFET, the thyristor can be easily turned off by raising the gate potential above the anode potential.
【0024】また、第1導電型のベース領域上に、正孔
電流注入手段を設置することにより早期に上記のフロー
ティングカソード領域をカソードとするサイリスタをオ
ン状態とし、オン抵抗を減少させることができる。すな
わち、正孔電流を注入することにより、これと呼応して
フローティングカソード領域から電子電流が流れ込み、
サイリスタがオン状態となるので、正孔電流がトリガー
となりサイリスタを早期にオンできるのである。そし
て、この正孔電流注入手段を第1導電型のベース領域上
のフローティングカソード領域に対しカソード領域と逆
側に設置することにより、カソード領域近傍に達する正
孔電流を少なくし、寄生サイリスタがオン状態となるこ
とも防止できる。Further, by providing the hole current injecting means on the base region of the first conductivity type, the thyristor having the floating cathode region as a cathode can be turned on at an early stage to reduce the on-resistance. .. That is, by injecting a hole current, an electron current flows from the floating cathode region in response to this.
Since the thyristor is turned on, the hole current triggers and the thyristor can be turned on early. By disposing this hole current injection means on the side opposite to the cathode region with respect to the floating cathode region on the first conductivity type base region, the hole current reaching the vicinity of the cathode region is reduced and the parasitic thyristor is turned on. It is also possible to prevent the situation.
【0025】正孔電流注入手段としては、第1導電型の
ベース領域上に接続されたベース電極を用いることがで
き、このベース電極にカソード電位に対し高い電位を印
加することにより正孔電流を注入することができる。ま
た、このベース電極に印加される電位として、サイリス
タがオン状態においてカソード電位に対し高い電位に保
持される第1のMISFETのゲート電極に印加される
ゲート電位を用いることも可能であり、制御回路を簡略
化することができる。そして、ゲート電位をベース電極
に印加する場合は、ゲート電位の低下を防止するため
に、抵抗を介してベース電極を接続することが望まし
い。As the hole current injecting means, a base electrode connected to the first conductivity type base region can be used. By applying a high potential with respect to the cathode potential to this base electrode, the hole current can be injected. Can be injected. Further, as the potential applied to the base electrode, it is also possible to use the gate potential applied to the gate electrode of the first MISFET which is held at a potential higher than the cathode potential when the thyristor is in the ON state, and the control circuit Can be simplified. When the gate potential is applied to the base electrode, it is desirable to connect the base electrode via a resistor in order to prevent the gate potential from decreasing.
【0026】一方、正孔電流注入手段として、アノード
領域から第1のベース領域を接続するように第2のMI
SFETを形成し、この第2のMISFETをオン状態
とすることにより、アノード領域から正孔電流を注入す
ることも可能である。この第2のMISFETは、アノ
ード領域から直接第1のベース領域を接続するものであ
っても良く、また、フローティングアノード領域を介し
て第1のベース領域を接続するものであっても良い。ま
た、第2のMISFETを第1のベース領域のフローテ
ィングカソード領域に対し、カソード領域と反対側に接
続するように形成することにより、カソード領域近傍に
おける正孔電流の増加を抑制し、寄生サイリスタのオン
することを防止することも可能である。On the other hand, as a hole current injection means, a second MI is formed so as to connect the anode region to the first base region.
It is also possible to inject a hole current from the anode region by forming an SFET and turning on this second MISFET. The second MISFET may directly connect the first base region from the anode region, or may connect the first base region via the floating anode region. Further, by forming the second MISFET so as to be connected to the floating cathode region of the first base region on the side opposite to the cathode region, an increase in hole current in the vicinity of the cathode region is suppressed, and the parasitic thyristor is prevented. It is also possible to prevent it from turning on.
【0027】また、サイリスタをオンする際に第1導電
型のベース層の端部に電界が集中する。これに対し、第
1導電型のベース領域の少なくともアノード領域と対峙
する端部の下方となる第2導電型のベース領域内部に、
第1導電型の埋め込み層を形成することにより、第1導
電型のベース領域から延びる空乏層をこの埋め込み層に
沿った形状として端部における等電位線の曲率を大きく
することにより、端部における電界の集中を緩和するこ
とが可能となる。このため、オン時の耐圧性能の向上を
図ることができる。Further, when the thyristor is turned on, an electric field is concentrated on the end portion of the first conductivity type base layer. On the other hand, at least inside the second conductive type base region, which is below at least the end of the first conductive type base region facing the anode region,
By forming the buried layer of the first conductivity type, the depletion layer extending from the base region of the first conductivity type is formed along the buried layer to increase the curvature of the equipotential line at the end, and It is possible to reduce the concentration of the electric field. Therefore, it is possible to improve the withstand voltage performance at the time of turning on.
【0028】電界の集中を緩和する手段として、第1導
電型のベース領域の少なくともアノード領域と対峙した
端部に接して低濃度の不純物拡散層によるオフセット層
を形成することも有効である。この場合は、空乏層が低
濃度であるオフセット層内に広がることにより電界の集
中を緩和することができる。As a means for relaxing the concentration of the electric field, it is also effective to form an offset layer of a low-concentration impurity diffusion layer in contact with at least the end of the first conductivity type base region facing the anode region. In this case, the concentration of the electric field can be relaxed by spreading the depletion layer in the offset layer having a low concentration.
【0029】[0029]
【実施例】以下に図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0030】〔実施例1〕図1に、実施例1に係るMO
S制御型サイリスタ素子を有する半導体装置の断面を示
してある。本例の装置は、先に図13および15に基づ
き説明した従来のサイリスタ素子を有する半導体装置と
略同様の構成であり、n- 型のベース層4の裏面にアノ
ード電極11の接続されたp+ 型のアノード層5、n-
型のベース層4の表面に形成されたp型のベース層3、
このp型のベース層3内に形成されたn+ 型のカソード
層7、このカソード層7とは独立してp型のベース層3
内に形成されたn+ 型のフローティングカソード層2、
およびカソード層7とフローティングカソード層2とを
接続するnチャネルMOS21を備えている。そして、
本例の装置においては、さらに、n- 型のベース層4の
表面にもアノード電極11の接続されたp+ 型のアノー
ド層5が形成されている。それぞれの構成などについて
は、先に説明した従来のサイリスタを同様につき、同じ
符号を付して説明を省略する。[First Embodiment] FIG. 1 shows an MO according to the first embodiment.
1 shows a cross section of a semiconductor device having an S-controlled thyristor element. The device of the present example has substantially the same configuration as the semiconductor device having the conventional thyristor element described above with reference to FIGS. 13 and 15, and the p - type semiconductor device having the anode electrode 11 connected to the back surface of the n − -type base layer 4. + Type anode layer 5, n −
P-type base layer 3 formed on the surface of the mold-type base layer 4,
The n + type cathode layer 7 formed in the p type base layer 3, and the p type base layer 3 independent of the cathode layer 7.
An n + type floating cathode layer 2 formed inside,
And an n-channel MOS 21 that connects the cathode layer 7 and the floating cathode layer 2 to each other. And
In the device of this example, the p + type anode layer 5 to which the anode electrode 11 is connected is also formed on the surface of the n − type base layer 4. The respective configurations are the same as those of the conventional thyristor described above, and the same reference numerals are given to omit the description.
【0031】本例の装置において着目すべき点は、カソ
ード層7が浅い拡散層であり、フローティングカソード
層2が深い拡散層である点である。また、p型のベース
層3にベース電極12を設置しており、このベース電極
12は、ゲート電極1と抵抗27を介して接続してあ
る。A point to be noted in the device of this example is that the cathode layer 7 is a shallow diffusion layer and the floating cathode layer 2 is a deep diffusion layer. Further, the base electrode 12 is provided on the p-type base layer 3, and the base electrode 12 is connected to the gate electrode 1 via the resistor 27.
【0032】本例の装置は、カソード電極10とアノー
ド電極11の間にバイアス電圧を加えた状態でゲート電
極1にゲート電位Vgを印加すると、カソード層7とフ
ローティングカソード層2とが導通状態となる。これと
同時に、ゲート電位Vgが抵抗27を介して接続されて
いるベース電極12から正孔電流が注入され、フローテ
ィング状態であったフローティングカソード層2から電
子が流れ出し、これをカソードとするサイリスタがオン
する。このサイリスタは、アノード層5、n- 型のベー
ス層4、およびp型のベース層3によるPNPトランジ
スタと、n- 型のベース層4、p型のベース層3および
フローティングカソード層2によるNPNトランジスタ
により構成されるメインのサイリスタであり、フローテ
ィングカソード層2の近傍にベース電極12により正孔
電流を注入することにより、このメインのサイリスタが
早期にオン状態となる。In the device of this example, when the gate potential Vg is applied to the gate electrode 1 with a bias voltage applied between the cathode electrode 10 and the anode electrode 11, the cathode layer 7 and the floating cathode layer 2 are brought into conduction. Become. At the same time, a hole current is injected from the base electrode 12 to which the gate potential Vg is connected via the resistor 27, electrons flow out from the floating cathode layer 2 in the floating state, and the thyristor using this as a cathode is turned on. To do. This thyristor includes a PNP transistor including an anode layer 5, an n − -type base layer 4 and a p-type base layer 3, and an NPN transistor including an n − -type base layer 4, a p-type base layer 3 and a floating cathode layer 2. This is a main thyristor, and by injecting a hole current into the vicinity of the floating cathode layer 2 by the base electrode 12, the main thyristor is turned on early.
【0033】一方、ラッチアップを防止するためには、
アノード層5、n- 型のベース層4、およびp型のベー
ス層3によるPNPトランジスタと、n- 型のベース層
4、p型のベース層3およびカソード層7によるNPN
トランジスタにより構成される寄生サイリスタがオン状
態となることを防止する必要がある。このため、本例に
おいては、フローティングカソード層2に対し、カソー
ド層7と反対側のアノード層5側にベース電極12を設
置し、カソード層7とベース電極12、そしてカソード
層7とアノード層5との距離を確保して、カソード層7
に到達する正孔電流を抑制している。さらに、フローテ
ィングカソード層2を深い拡散層により形成することに
より、ベース電極12からカソード層7に達するp型の
ベース層3の断面積を狭くし、カソード層7の近傍に流
入する正孔電流を抑制している。On the other hand, in order to prevent latch-up,
PNP transistor with anode layer 5, n − -type base layer 4 and p-type base layer 3, and NPN with n − -type base layer 4, p-type base layer 3 and cathode layer 7.
It is necessary to prevent the parasitic thyristor formed by the transistor from being turned on. For this reason, in this example, the base electrode 12 is provided on the side of the anode layer 5 opposite to the cathode layer 7 with respect to the floating cathode layer 2, and the cathode layer 7 and the base electrode 12 as well as the cathode layer 7 and the anode layer 5 are provided. Secure a distance to the cathode layer 7
It suppresses the hole current that reaches. Furthermore, by forming the floating cathode layer 2 by a deep diffusion layer, the cross-sectional area of the p-type base layer 3 reaching the cathode layer 7 from the base electrode 12 is narrowed, and the hole current flowing in the vicinity of the cathode layer 7 is reduced. It's suppressed.
【0034】加えて、カソード層7を浅い拡散層により
形成することにより、実効的なp型のベース層の厚さを
確保して電子がn- 型のベース層4に流出することを防
いでいる。従って、本例の装置においては、寄生サイリ
スタがオンすることは難しく、ラッチアップの発生が抑
制されており、制御可能な電流値の増大を図ることがで
きる。In addition, by forming the cathode layer 7 with a shallow diffusion layer, an effective p-type base layer thickness is secured and electrons are prevented from flowing out to the n − -type base layer 4. There is. Therefore, in the device of this example, it is difficult for the parasitic thyristor to turn on, the occurrence of latch-up is suppressed, and the controllable current value can be increased.
【0035】ベース電極12が抵抗27を介して接続さ
れているのは、ゲート電位Vgを印加すると同時にベー
ス電極12から正孔電流を注入し、制御回路を簡略化す
るためである。そして、抵抗27は電流が流れることに
よりゲート電位Vgが急激に低下すること防止するため
に挿入されている。The base electrode 12 is connected via the resistor 27 in order to simplify the control circuit by applying the gate potential Vg and injecting the hole current from the base electrode 12 at the same time. The resistor 27 is inserted in order to prevent the gate potential Vg from rapidly decreasing due to the flow of current.
【0036】本例の装置においては、ゲート電位をカソ
ード電位程度に低下させることによりMOS21をオフ
できるので容易にサイリスタをオフ状態とすることがで
きる。従って、本例の装置により、容易にオフすること
ができ、また、オン抵抗が小さく、さらに、制御可能な
電流値の大きなMOS制御型サイリスタを有する半導体
装置を実現することができる。In the device of this example, the MOS 21 can be turned off by lowering the gate potential to about the cathode potential, so that the thyristor can be easily turned off. Therefore, the device of this example can realize a semiconductor device which can be easily turned off, has a small on-resistance, and further has a MOS control type thyristor having a large controllable current value.
【0037】〔実施例2〕図2に、実施例2に係るMO
S制御型サイリスタ素子を有する半導体装置の断面を示
してある。本例の装置は、実施例1と同じくn- 型のベ
ース層4、p+ 型のアノード層5、p型のベース層3、
n+ 型のカソード層7、n+ 型のフローティングカソー
ド層2、カソード層7とフローティングカソード層2と
を接続するnチャネルMOS21などにより構成された
サイリスタ素子を有する半導体装置であり、実施例1と
同様の構成部分においては、同じ符号を付して説明を省
略する。[Second Embodiment] FIG. 2 shows an MO according to the second embodiment.
1 shows a cross section of a semiconductor device having an S-controlled thyristor element. The device of this example is similar to that of the first embodiment in that the n − type base layer 4, the p + type anode layer 5, the p type base layer 3,
A semiconductor device having a thyristor element composed of an n + -type cathode layer 7, an n + -type floating cathode layer 2, an n-channel MOS 21 connecting the cathode layer 7 and the floating cathode layer 2, and the like. The same components are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【0038】本例において着目すべき点は、カソード層
7の回りに不純物濃度の高いp+ 型のガード層18を形
成してある点である。従って、寄生サイリスタを構成す
るNPNトランジスタがn- 型のベース層4、p+ 型の
ガード層18およびカソード層7により形成される。こ
のため、カソード電極10とp+ 型のガード層18との
抵抗を削減できるので寄生サイリスタはオンすることが
難しい。また、p+ 型のガード層18によりカソード層
7からの電子の流出もさらに抑制でき、寄生サイリスタ
がオンとなることを防止している。一方、p+ 型のガー
ド層18を形成したことにより、p型のベース層3の不
純物濃度を下げることができるので、メインのサイリス
タのオン抵抗をさらに小さくし、一層容易にオンするこ
とができる装置を実現することができる。A point to be noted in this example is that a p + type guard layer 18 having a high impurity concentration is formed around the cathode layer 7. Therefore, the NPN transistor forming the parasitic thyristor is formed by the n − type base layer 4, the p + type guard layer 18 and the cathode layer 7. Therefore, the resistance between the cathode electrode 10 and the p + -type guard layer 18 can be reduced, and it is difficult to turn on the parasitic thyristor. Further, the p + type guard layer 18 can further suppress the outflow of electrons from the cathode layer 7 and prevent the parasitic thyristor from being turned on. On the other hand, by forming the p + -type guard layer 18, the impurity concentration of the p-type base layer 3 can be lowered, so that the on-resistance of the main thyristor can be further reduced and turned on more easily. The device can be realized.
【0039】〔実施例3〕図3に、実施例3に係るMO
S制御型サイリスタを有する半導体装置の構成を示して
ある。本例の装置も実施例1と同じくn-型のベース層
4、p+ 型のアノード層5、p型のベース層3、n+ 型
のカソード層7、n+ 型のフローティングカソード層
2、カソード層7とフローティングカソード層2とを接
続するnチャネルMOS21などにより構成されたサイ
リスタ素子を有する半導体装置であり、実施例1と同様
の構成部分においては、同じ符号を付して説明を省略す
る。[Third Embodiment] FIG. 3 shows an MO according to the third embodiment.
The structure of a semiconductor device having an S-controlled thyristor is shown. Also in the device of this example, as in Example 1, an n − -type base layer 4, ap + -type anode layer 5, a p-type base layer 3, an n + -type cathode layer 7, and an n + -type floating cathode layer 2, The semiconductor device has a thyristor element composed of an n-channel MOS 21 or the like that connects the cathode layer 7 and the floating cathode layer 2, and the same components as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted. ..
【0040】本例の装置において着目すべき点は、実施
例1および2におけるベース電極12に代わり、正孔電
流注入のためのMOS23が形成されている点である。
このMOS23は、アノード層5と共にアノード電極1
1が接続し、アノード層5の回りに形成されたn型の拡
散層であるバッファ層9およびn-型のベース層4をチ
ャネル形成領域をして形成されたMOSである。このM
OS23のゲート電極6は、p型のベース層3の回り形
成されたp- 型のオフセット層13からアノード層5に
かけて、絶縁膜15を介して設置されている。このMO
S23はpチャネル型のMOSであり、アノード電位よ
り低い電位がこのゲート電極6に印加されることにより
導通し、オフセット層13を介してアノード層5から正
孔電流がp型のベース層3に注入される。従って、MO
S21がオン状態であると、フローティングカソード層
2から注入された正孔電流に呼応して電子電流が流れ出
し、メインのサイリスタがオン状態となる。本装置にお
いては、MOS23により注入される正孔電流がトリガ
ーとなり、サイリスタがオンとなるため、オン抵抗の低
い装置が実現できる。A point to be noted in the device of this example is that a MOS 23 for injecting a hole current is formed instead of the base electrode 12 in the first and second embodiments.
The MOS 23 includes the anode layer 5 and the anode electrode 1
1 is a MOS formed by connecting a buffer layer 9 which is an n type diffusion layer formed around the anode layer 5 and an n − type base layer 4 as a channel forming region. This M
The gate electrode 6 of the OS 23 is provided via the insulating film 15 from the p − type offset layer 13 formed around the p type base layer 3 to the anode layer 5. This MO
S23 is a p-channel type MOS, which conducts when a potential lower than the anode potential is applied to the gate electrode 6, and the hole current flows from the anode layer 5 to the p-type base layer 3 through the offset layer 13. Injected. Therefore, MO
When S21 is in the on state, an electron current flows out in response to the hole current injected from the floating cathode layer 2, and the main thyristor is turned on. In this device, the hole current injected by the MOS 23 triggers to turn on the thyristor, so that a device having low on-resistance can be realized.
【0041】さらに、本装置においても、実施例1およ
び2と同様に、カソード層7は浅い拡散層により、ま
た、フローティングカソード層2は深い拡散層により形
成されているので、ラッチアップの防止が図られてい
る。また、MOS23も、フローティングカソード層2
に対し、カソード層7と反対側に接続されており、カソ
ード領域7に到達する正孔電流の抑制が図られている。
このように、本例の装置もラッチアップの発生は防止さ
れているので、制御可能な電流値を増加することができ
る。なお、本例の装置は、実施例1および2と同様にゲ
ート電位Vgをカソード電位程度にさげることにより容
易にオフすることができる。Further, also in this device, the cathode layer 7 is formed by the shallow diffusion layer and the floating cathode layer 2 is formed by the deep diffusion layer as in the first and second embodiments, so that the latch-up is prevented. Has been planned. Further, the MOS 23 also has a floating cathode layer 2
On the other hand, since it is connected to the side opposite to the cathode layer 7, the hole current reaching the cathode region 7 is suppressed.
In this way, since the occurrence of latch-up is also prevented in the device of this example, the controllable current value can be increased. The device of this example can be easily turned off by lowering the gate potential Vg to about the cathode potential as in the first and second embodiments.
【0042】〔実施例4〕図4に、実施例4に係るMO
S制御型サイリスタ素子を有する半導体装置の断面を示
してある。本例の装置は、実施例3と同じ構成の装置で
あり、共通する構成部分においては、同じ符号を付して
説明を省略する。[Fourth Embodiment] FIG. 4 shows an MO according to a fourth embodiment.
1 shows a cross section of a semiconductor device having an S-controlled thyristor element. The device of the present example has the same configuration as that of the third embodiment, and the common components are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【0043】本例において着目すべき点は、実施例2と
同様に、カソード層7の回りに不純物濃度の高いp+ 型
のガード層18を形成してある点である。従って、カソ
ード電極10とp+ 型のガード層18との抵抗を削減で
きるので寄生サイリスタはオンすることが難しく、ま
た、p+ 型のガード層18によりカソード層7からの電
子の流出もさらに抑制できるのでラッチアップの発生を
防止できる。The point to be noted in this example is that the p + type guard layer 18 having a high impurity concentration is formed around the cathode layer 7 as in the second embodiment. Therefore, it is difficult to turn on the parasitic thyristor because the resistance between the cathode electrode 10 and the p + -type guard layer 18 can be reduced, and the p + -type guard layer 18 further suppresses the outflow of electrons from the cathode layer 7. Therefore, the occurrence of latch-up can be prevented.
【0044】さらに、p+ 型のガード層18を形成した
ことにより、p型のベース層3の不純物濃度を下げるこ
とができるので、メインのサイリスタのオン抵抗をさら
に小さくし、一層容易にオンすることができる装置を実
現することができる。Further, since the p + type guard layer 18 is formed, the impurity concentration of the p type base layer 3 can be lowered, so that the on-resistance of the main thyristor can be further reduced and turned on more easily. It is possible to realize a device that can.
【0045】〔実施例5〕図5に実施例5に係るMOS
制御型サイリスタを有する半導体装置の構成を示してあ
る。本例の装置は、従来のサイリスタ素子を有する半導
体装置と同様に縦型の装置であり、、n- 型のベース層
4の裏面にアノード電極11の接続されたp+ 型のアノ
ード層5が形成されており、このアノード層5と対峙す
るn- 型のベース層4の表面にp型の第1ベース層3が
形成されている。そして、この第1ベース層3内に、n
+ 型のフローティングカソード層2と、p+ 型の第2ベ
ース層19と、n+ 型のカソード層7とが順次積層され
ている。第1ベース層3、フローティングカソード層
2、第2ベース層19のそれぞれは、その一端がカソー
ド層7と共にカソード電極10が接続したp+ 型のベー
スコンタクト層14と接続し、他の一端が半導体装置表
面に到達するような層状の拡散層により形成されてい
る。そして、第2ベース層19内に形成されたカソード
層7は、半導体表面の浅い拡散層により形成されてい
る。また、カソード層7から、その一端が半導体装置表
面に到達している第2ベース層19、フローティングカ
ソード層2、第1ベース層3、およびn- 型のベース層
4に亘って、絶縁膜を隔ててゲート電極1が設置されて
いる。従って、カソード電極10とアノード電極5との
間にバイアス電位を加えた状態で、このゲート電極1に
印加されるゲート電位Vgをカソード電位より大きくす
ると、カソード層7とフローティングカソード層2を導
通接続する第1のMOS21がオンとなる。同時に、フ
ローティングカソード層2とn- 型のベース層4を導通
接続する第2のMOS22もオンとなるので、フローテ
ィングカソード層2からMOS22を介して電子を注入
する。これと呼応してアノード層5からの正孔電流が第
1ベース層3に流入する。これによりフローティングカ
ソード層2から電子が流れ出すので、これをカソードと
してサイリスタがオン状態となる。[Fifth Embodiment] FIG. 5 shows a MOS according to the fifth embodiment.
1 shows the configuration of a semiconductor device having a control type thyristor. The device of this example is a vertical device like the conventional semiconductor device having a thyristor element, and the p + type anode layer 5 connected to the anode electrode 11 is formed on the back surface of the n − type base layer 4. The p-type first base layer 3 is formed on the surface of the n − -type base layer 4 facing the anode layer 5. Then, in the first base layer 3, n
The + type floating cathode layer 2, the p + type second base layer 19, and the n + type cathode layer 7 are sequentially stacked. One end of each of the first base layer 3, the floating cathode layer 2, and the second base layer 19 is connected to the p + -type base contact layer 14 to which the cathode electrode 10 is connected together with the cathode layer 7, and the other end is a semiconductor. It is formed of a layered diffusion layer that reaches the surface of the device. The cathode layer 7 formed in the second base layer 19 is formed of a shallow diffusion layer on the semiconductor surface. In addition, an insulating film is formed from the cathode layer 7 to the second base layer 19, one end of which reaches the surface of the semiconductor device, the floating cathode layer 2, the first base layer 3, and the n − -type base layer 4. The gate electrode 1 is installed separately. Therefore, when the gate potential Vg applied to the gate electrode 1 is made higher than the cathode potential in the state where the bias potential is applied between the cathode electrode 10 and the anode electrode 5, the cathode layer 7 and the floating cathode layer 2 are electrically connected. The first MOS 21 is turned on. At the same time, the second MOS 22 that electrically connects the floating cathode layer 2 and the n − type base layer 4 is also turned on, so that electrons are injected from the floating cathode layer 2 through the MOS 22. In response to this, the hole current from the anode layer 5 flows into the first base layer 3. As a result, electrons flow out from the floating cathode layer 2, and the thyristor is turned on by using this as a cathode.
【0046】本例の装置においては、カソード層7の形
成されている第2ベース層19がフローティングカソー
ド層2により第1ベース層3と分離されており、第1ベ
ース層3から正孔電流が第2ベース層19に流入し難い
構成となっている。従って、カソード層7をカソードと
する寄生サイリスタはオンし難く、ラッチアップの防止
が図られている。In the device of this example, the second base layer 19 on which the cathode layer 7 is formed is separated from the first base layer 3 by the floating cathode layer 2, and a hole current is generated from the first base layer 3. The structure is such that it hardly flows into the second base layer 19. Therefore, it is difficult to turn on the parasitic thyristor having the cathode layer 7 as a cathode, and latch-up is prevented.
【0047】また、本例の装置は、ゲート電位Vgをカ
ソード電位程度に下げることにより容易にオフすること
ができる。さらに、確実にまた高速にオフ状態とするに
は、ゲート電位をカソード電位以下とし、第1ベース層
3と第2ベース層19との間に形成されるpチャネル型
のMOS24を用いて導通させることが望ましい。この
MOS24により第1ベース層3中の正孔電流を第2ベ
ース層19を介して排出し、早期にオフ状態とすること
ができるのである。Further, the device of this embodiment can be easily turned off by lowering the gate potential Vg to about the cathode potential. Furthermore, in order to reliably and rapidly turn off, the gate potential is set to be equal to or lower than the cathode potential and conduction is performed by using the p-channel type MOS 24 formed between the first base layer 3 and the second base layer 19. Is desirable. With this MOS 24, the hole current in the first base layer 3 can be discharged through the second base layer 19 and turned off early.
【0048】なお、本例においては、第2のMOS22
を用いて電子をn- 型のベース層4を注入することによ
りサイリスタをオンしているが、実施例1ないし実施例
4と同様に、正孔電流を第1ベース層3に注入すること
によってもサイリスタをオンすることができることは勿
論である。In this example, the second MOS 22
The thyristor is turned on by injecting electrons into the n − -type base layer 4 by using, and by injecting a hole current into the first base layer 3 as in the first to fourth embodiments. Of course, the thyristor can be turned on.
【0049】〔実施例6〕図6に実施例6に係るMOS
制御型サイリスタを有する半導体装置の構成を示してあ
る。本例の装置は、n- 型のベース層4の表面にアノー
ド電極11の接続されたp+ 型のアノード層5が形成さ
れた横型の装置であり、アノード層5と対峙するn- 型
のベース層4にp型の第1ベース層3が形成されてい
る。本例の装置におけるサイリスタの構成は、実施例5
と略同様であり、共通する構成部分については同じ符号
を付して説明を省略する。[Sixth Embodiment] FIG. 6 shows a MOS according to the sixth embodiment.
1 shows the configuration of a semiconductor device having a control type thyristor. Apparatus of this embodiment, n - is the type horizontal apparatus anode layer 5 of connected p + -type anode electrode 11 is formed on the surface of the base layer 4, n facing the anode layer 5 - type The p-type first base layer 3 is formed on the base layer 4. The configuration of the thyristor in the device of this example is the same as that of the fifth embodiment.
The same reference numerals are given to common components, and description thereof will be omitted.
【0050】本例の装置は、第1ベース層3内に順次積
層されたフローティングカソード層7、p+ 型の第2ベ
ース層19の両端部が半導体装置の表面まで到達してい
る。In the device of this example, both ends of the floating cathode layer 7 and the p + -type second base layer 19 which are sequentially stacked in the first base layer 3 reach the surface of the semiconductor device.
【0051】そして、第2ベース層19のほぼ中央に2
つのカソード層7a、7bが形成されており、この2つ
のカソード層7a、7bおよびこれらの層に挟まれた第
2ベース層19の表面にカソード電極10が接続されて
いる。また、第1ベース層3には、カソード電極10と
接続された第2のカソード電極10aが接続されいる。The second base layer 19 has a 2
One cathode layer 7a, 7b is formed, and the cathode electrode 10 is connected to the surface of the two cathode layers 7a, 7b and the second base layer 19 sandwiched between these layers. Further, the second cathode electrode 10 a connected to the cathode electrode 10 is connected to the first base layer 3.
【0052】これらの半導体の表面には、絶縁膜15を
隔てて、カソード層7a、7bからフローティングカソ
ード層2に亘ってゲート電極1が、また、フローティン
グカソード層2からn- 型のベース層4に亘ってゲート
電極16が設置されている。従って、これらのゲート電
極1、16により、第5実施例と同様に、MOS21お
よびMOS22が形成され、これらのMOS21、22
によりカソード層2、フローティングカソード層2、n
- 型のベース層4が導通することにより、メインのサイ
リスタがオン状態となる。On the surfaces of these semiconductors, a gate electrode 1 is provided from the cathode layers 7a and 7b to the floating cathode layer 2 with an insulating film 15 interposed therebetween, and from the floating cathode layer 2 to the n − -type base layer 4. The gate electrode 16 is installed over the entire area. Therefore, these gate electrodes 1 and 16 form the MOS 21 and the MOS 22 as in the fifth embodiment.
The cathode layer 2, the floating cathode layer 2, n
The main type thyristor is turned on by the conduction of the negative type base layer 4.
【0053】本例の装置においては、カソード層7a、
7bの形成された第2ベース層19がフローティングカ
ソード層2により第1ベース層3と完全に分離されてい
るので、第2ベース層19へ正孔電流が流入することが
なく、カソード層7a、7bをカソードとする寄生サイ
リスタがオンとなることがない。従って、本例の装置は
ラッチアップが防止されており、この装置により制御さ
れる電流値の大幅な増加を図ることができる。In the device of this example, the cathode layer 7a,
Since the second base layer 19 on which 7b is formed is completely separated from the first base layer 3 by the floating cathode layer 2, a hole current does not flow into the second base layer 19 and the cathode layer 7a, The parasitic thyristor whose cathode is 7b does not turn on. Therefore, the device of this example is prevented from latching up, and the current value controlled by this device can be greatly increased.
【0054】なお、本例においては、ゲート電極1およ
び16を用いているが、実施例5と同様に1つのゲート
電極をカソード層7から、第2ベース層19、フローテ
ィングカソード層2、第1ベース層3を介してn- 型の
ベース層4に設置することも可能である。また、第2の
カソード電極10aおよびゲート電極16の代わりに、
実施例1ないし4と同様に第1ベース層3に正孔電流を
注入することによってもサイリスタをオンすることがで
きる。また、本例の装置は実施例5と同様に容易にオフ
することができ、また、オフ時に第1ベース層3と第2
ベース層19を導通させることにより確実かつ高速でオ
フすることができる。Although the gate electrodes 1 and 16 are used in this example, one gate electrode is provided from the cathode layer 7, the second base layer 19, the floating cathode layer 2 and the first electrode as in the fifth embodiment. It is also possible to install it on the n − -type base layer 4 via the base layer 3. Further, instead of the second cathode electrode 10a and the gate electrode 16,
The thyristor can be turned on by injecting a hole current into the first base layer 3 as in the first to fourth embodiments. Further, the device of this example can be easily turned off as in the case of Example 5, and the first base layer 3 and the second base layer 3 can be turned off when the device is turned off.
By making the base layer 19 conductive, it can be turned off reliably and at high speed.
【0055】〔実施例7〕図7および8に実施例2に係
るMOS制御型サイリスタを有する半導体装置の構成を
示してある。図7に示した半導体装置は、図15に基づ
き説明した半導体装置と略同様の構成であり、また、図
8に示した半導体装置は図2に基づき説明した実施例2
の半導体装置と略同様の構成であるので、共通する部分
については同じ符号を付して説明を省略する。[Embodiment 7] FIGS. 7 and 8 show the structure of a semiconductor device having a MOS control thyristor according to Embodiment 2. The semiconductor device shown in FIG. 7 has substantially the same configuration as the semiconductor device described with reference to FIG. 15, and the semiconductor device shown in FIG.
Since the semiconductor device has substantially the same configuration as that of the semiconductor device, the common parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【0056】本例の装置において着目すべき点は、p-
型の半導体基板28上にエピタキシャル成長したn- 型
のベース層4を用いてサイリスタ素子を構成してあり、
この際、p+ 型のベース層3の端部17の下を取り巻く
ようにp+ 型の埋め込み層29が形成されている点であ
る。図7および図8の装置は、カソード電極とアノード
電極との間にバイアス電位を印加し、フローティングカ
ソード層2とカソード層7とを導通接続し、また、n-
型のベース層4に注入された電子電流、あるいはp+ 型
のベース層3に注入された正孔電流をトリガーとしてサ
イリスタがオンとなる。この際、バイアス電位によりp
+ 型のベース層3とn- 型のベース層4の接合面から主
にn- 型のベース層4向かって空乏層が延びる。この場
合に端部17において電界が集中し、この部分における
耐圧により装置のオン耐圧が決定される。[0056] It should be noted in the apparatus of the present embodiment, p -
A n - type base layer 4 epitaxially grown on the n - type semiconductor substrate 28 to form a thyristor element,
At this time, in that the p + -type buried layer 29 is formed so as to surround the bottom of the p + -type base layer 3 of the end portion 17. In the devices of FIGS. 7 and 8, a bias potential is applied between the cathode electrode and the anode electrode to electrically connect the floating cathode layer 2 and the cathode layer 7, and n −
The thyristor is turned on by the electron current injected into the p-type base layer 4 or the hole current injected into the p + -type base layer 3 as a trigger. At this time, p
A depletion layer extends mainly from the junction surface between the + type base layer 3 and the n − type base layer 4 toward the n − type base layer 4. In this case, the electric field is concentrated at the end portion 17, and the ON breakdown voltage of the device is determined by the breakdown voltage in this portion.
【0057】本装置においては、端部17の下を取り巻
くようにp+ 型の埋め込み層29が形成されているの
で、p+ 型のベース層3から延びた空乏層はこの埋め込
み層29に入り込まず、埋め込み層29に沿って広が
る。従って、端部17近傍の等電位線の曲率が大きくな
るので、電界が分散され、集中が緩和されるのでこの部
分の耐圧の向上を図ることができる。このため、本例の
装置のオン耐圧の向上を図ることが可能となる。In this device, since the p + type buried layer 29 is formed so as to surround under the end portion 17, the depletion layer extending from the p + type base layer 3 enters this buried layer 29. Instead, it extends along the buried layer 29. Therefore, the curvature of the equipotential line in the vicinity of the end portion 17 becomes large, the electric field is dispersed, and the concentration is relieved, so that the breakdown voltage of this portion can be improved. Therefore, it is possible to improve the ON breakdown voltage of the device of this example.
【0058】なお、実施例2に限らず全ての実施例にお
いて埋め込み層29によるオン耐圧の向上を図ることが
できることは勿論である。Needless to say, the ON breakdown voltage can be improved by the buried layer 29 not only in the second embodiment but also in all the embodiments.
【0059】〔実施例8〕図9および図10に、実施例
8に係るMOS制御型サイリスタを有する半導体装置の
構成を示してある。本例に示した装置も、図15に基づ
き説明した半導体装置と略同様の構成であり、また、図
8に示した半導体装置は図2に基づき説明した実施例2
の半導体装置と略同様の構成であるので、共通する部分
については同じ符号を付して説明を省略する。[Embodiment 8] FIGS. 9 and 10 show the structure of a semiconductor device having a MOS-controlled thyristor according to Embodiment 8. The device shown in this example also has substantially the same configuration as the semiconductor device described with reference to FIG. 15, and the semiconductor device shown in FIG.
Since the semiconductor device has substantially the same configuration as that of the semiconductor device, the common parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【0060】本例の装置において着目すべき点は、p+
型のベース層3を取り巻くように、p- 型のオフセット
層13が形成されている点である。従って、本例の装置
においては、実施例7において説明したバイアス電位に
よる空乏層がオフセット層13に広がり、端部17にお
ける等電位線の曲率が大きくなるので電界の集中が緩和
される。そして、オン耐圧の向上を図ることができる。The point to be noted in the apparatus of this example is p +
That is, the p − type offset layer 13 is formed so as to surround the mold base layer 3. Therefore, in the device of this example, the depletion layer due to the bias potential described in Example 7 spreads to the offset layer 13 and the curvature of the equipotential line at the end 17 becomes large, so that the concentration of the electric field is relaxed. Then, the on-breakdown voltage can be improved.
【0061】なお、実施例7と同様に、実施例2に限ら
ず全ての実施例においてオフセット層13によるオン耐
圧の向上を図ることができることは勿論である。また、
埋め込み層との併用も可能である。As with the seventh embodiment, it is needless to say that the ON breakdown voltage can be improved by the offset layer 13 not only in the second embodiment but also in all the embodiments. Also,
It is also possible to use it together with a buried layer.
【0062】〔実施例9〕図11に実施例9に係るMO
S制御型サイリスタを有する半導体装置の一例を示して
ある。本例の半導体装置は、アノード電位を基準として
制御可能なハイサイドスイッチ型の装置である。[Ninth Embodiment] FIG. 11 shows an MO according to the ninth embodiment.
An example of a semiconductor device having an S-controlled thyristor is shown. The semiconductor device of this example is a high-side switch type device that can be controlled with reference to the anode potential.
【0063】本例の装置は、先ず、n- 型のベース層4
の表面にベース電極12の接続されたp型のベース層3
が形成されており、このp型のベース層3内にカソード
電極10の接続されたn+ 型のカソード層7が形成され
ている。これらと対峙するn- 型のベース層4の表面に
p+ 型のアノード層5が形成されており、このアノード
層5の周囲にn型のバッファ層9が形成され、アノード
層5と共に、アノード電極11が接続されている。そし
て、アノード層5とp型のベース層3との間に、バッフ
ァ層9を挟むようにp+ 型のフローティングアノード層
20が形成されている。また、バッファ層9上には、絶
縁膜15を隔ててゲート電極1がアノード層5からフロ
ーティングアノード層20に亘って設置されて、pチャ
ネル型のMOS25を形成している。In the device of this example, first, the n -- type base layer 4
P-type base layer 3 in which the base electrode 12 is connected to the surface of the
And the n + type cathode layer 7 to which the cathode electrode 10 is connected is formed in the p type base layer 3. A p + -type anode layer 5 is formed on the surface of an n − -type base layer 4 facing these, and an n - type buffer layer 9 is formed around this anode layer 5, and together with the anode layer 5, an anode is formed. The electrode 11 is connected. A p + type floating anode layer 20 is formed between the anode layer 5 and the p type base layer 3 so as to sandwich the buffer layer 9. On the buffer layer 9, the gate electrode 1 is provided across the insulating film 15 from the anode layer 5 to the floating anode layer 20 to form a p-channel type MOS 25.
【0064】本例の装置においては、カソード電極10
とアノード電極11との間にバイアス電位を加えた状態
で、ゲート電極1に印加する電位Vgをアノード電位以
下にしていくとアノード層5とフローティングアノード
層20とが導通し、フローティング状態であったフロー
ティングアノード層20から正孔が流れ出し、これをア
ノードとするサイリスタがオンとなる。これと同時に、
p型のベース層3にベース電極12から正孔電流を注入
することにより、サイリスタを早期にオン状態とするこ
とが可能である。そして、ベース電極12をゲート電極
1と抵抗27を介して接続することにより、実施例1と
同様に制御回路を簡略化することができる。また、ゲー
ト電位Vgをアノード電位まで上げていくと、フローテ
ィングアノード層20とアノード層5が分離され、容易
にサイリスタをオフすることができる。このように、本
例の装置は、アノード電位を基準に制御が可能なハイサ
イドスイッチ型の装置であり、しかも、他の実施例にお
ける装置と同様の拡散層の構成を用いてサイリスタが構
成されている。従って、ICなどの集積回路と共に半導
体基板上に構成することができるスイッチ素子が実現で
きている。In the device of this example, the cathode electrode 10
When a potential Vg applied to the gate electrode 1 is set to be equal to or lower than the anode potential in a state where a bias potential is applied between the anode electrode 11 and the anode electrode 11, the anode layer 5 and the floating anode layer 20 are brought into conduction and are in a floating state. Holes flow out from the floating anode layer 20, and the thyristor using this as an anode is turned on. At the same time,
By injecting a hole current from the base electrode 12 into the p-type base layer 3, the thyristor can be turned on early. Then, by connecting the base electrode 12 to the gate electrode 1 through the resistor 27, the control circuit can be simplified as in the first embodiment. Further, when the gate potential Vg is raised to the anode potential, the floating anode layer 20 and the anode layer 5 are separated, and the thyristor can be easily turned off. As described above, the device of this example is a high-side switch type device that can be controlled based on the anode potential, and the thyristor is configured using the same diffusion layer configuration as the devices of the other examples. ing. Therefore, a switch element which can be formed on a semiconductor substrate together with an integrated circuit such as an IC has been realized.
【0065】なお、本実施例では、アノード層5をアノ
ードとする寄生サイリスタがオンすることによるラッチ
アップを防止するため、アノード層5をp型のベース層
3から遠い方に設定してあり、さらに、アノード層5を
バッファ層9内に形成てして正孔が流出することを防止
している。In the present embodiment, the anode layer 5 is set farther from the p-type base layer 3 in order to prevent latch-up due to the turning on of the parasitic thyristor having the anode layer 5 as the anode. Further, the anode layer 5 is formed in the buffer layer 9 to prevent holes from flowing out.
【0066】〔実施例10〕図12に実施例10に係る
MOS制御型サイリスタを有する半導体装置の一例を示
してある。本例の装置の構成は、実施例9に係る装置の
構成と略同様につき、共通する部分においては同じ符号
を付して説明を省略する。[Embodiment 10] FIG. 12 shows an example of a semiconductor device having a MOS control thyristor according to Embodiment 10. The configuration of the device of this example is substantially the same as the configuration of the device according to the ninth embodiment, and common portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
【0067】本例の装置において着目すべき点は、実施
例9の装置におけるベース電極12に代わり、正孔電流
を注入するMOS23が形成されている点である。この
MOS23は、フローティングアノード層20からn-
型のベース層4を経て、p型のベース層3の周囲に形成
されたp- 型のオフセット層13に絶縁膜15を介して
設置されたゲート電極6により構成されている。従っ
て、このゲート電極6にMOS25を構成するゲート電
極1に印加される電位Vgを印加することにより、フロ
ーティングアノード層20がアノード層5と導通して正
孔が流れ出すと同時に、正孔電流をp型のベース層3に
オフセット層13を介して注入でき、早期にメインのサ
イリスタをオンすることができる。A point to be noted in the device of this example is that a MOS 23 for injecting a hole current is formed instead of the base electrode 12 in the device of the ninth embodiment. This MOS 23 is connected to the floating anode layer 20 from n −.
The gate electrode 6 is provided on the p − type offset layer 13 formed around the p type base layer 3 via the insulating film 15 via the type base layer 4. Therefore, by applying the potential Vg applied to the gate electrode 1 forming the MOS 25 to the gate electrode 6, the floating anode layer 20 is electrically connected to the anode layer 5 and holes flow out, and at the same time, the hole current is changed to p. It can be injected into the base layer 3 of the mold via the offset layer 13 and the main thyristor can be turned on early.
【0068】本例の装置においても、アノード層5をア
ノードとする寄生サイリスタがオンしないように、アノ
ード層5をベース層3から遠い方に設定してあり、ま
た、アノード層5をバッファ層9内に形成して正孔の流
出を防止している。Also in the device of this example, the anode layer 5 is set farther from the base layer 3 so that the parasitic thyristor having the anode layer 5 as the anode does not turn on, and the anode layer 5 is set to the buffer layer 9. It is formed inside to prevent the outflow of holes.
【0069】なお、本例では、ゲート電極6とゲート電
極1をそれぞれ設置しているが1つのゲート電極をアノ
ード層5から、バッファ層9、フローティングアノード
層20、n- 型のベース層4に亘って設置しても良い。
また、カソード層7からn- 型のベース層4に電子を注
入することによりサイリスタをオンすることも可能であ
る。Although the gate electrode 6 and the gate electrode 1 are provided in this example, one gate electrode is provided from the anode layer 5 to the buffer layer 9, the floating anode layer 20, and the n − type base layer 4. You may install over.
It is also possible to turn on the thyristor by injecting electrons from the cathode layer 7 into the n − type base layer 4.
【0070】なお、本例および上記の実施例1〜10に
おいて説明した構成のサイリスタは、縦型、横型の双方
において実現可能であることは勿論である。また、1つ
の素子について説明をしているが、2以上の素子を1つ
の半導体装置に形成できること、また、素子と回路とを
1つの半導体装置に形成できることは勿論であり、これ
らの素子は上記にて説明したと同様の作用、効果を発揮
することができる。It is needless to say that the thyristor having the structure described in this example and the above-described first to tenth embodiments can be realized in both the vertical type and the horizontal type. Further, although one element is described, it is needless to say that two or more elements can be formed in one semiconductor device, and that an element and a circuit can be formed in one semiconductor device. It is possible to exert the same action and effect as described in.
【0071】[0071]
【発明の効果】以上において説明したように、本発明に
係るMISFET制御型サイリスタを有する半導体装置
においては、この装置の適用範囲をさらに広げるうえに
おいて問題となっていた幾つかの課題を解決でき、IC
などと同様の半導体基板上に形成できる高耐圧、高速な
パワー半導体として応用範囲の広い半導体装置を実現す
ることができる。As described above, in the semiconductor device having the MISFET control type thyristor according to the present invention, some problems which have been problems in expanding the application range of this device can be solved. IC
It is possible to realize a semiconductor device having a wide range of applications as a high breakdown voltage and high speed power semiconductor that can be formed on a semiconductor substrate similar to the above.
【0072】先ず、深い拡散層によるフローティングカ
ソード領域を採用することによりラッチアップの防止が
可能となり、制御可能な電流値の増加を図ることができ
る。First, by adopting the floating cathode region formed by the deep diffusion layer, it is possible to prevent latch-up and increase the controllable current value.
【0073】そして、カソード領域の形成される第1導
電型のベース領域をフローティングカソード領域により
分離することにより、ラッチアップの防止をさらに確実
とすることが可能となり、より高い電流値の制御が可能
となる。By separating the first-conductivity-type base region in which the cathode region is formed by the floating cathode region, it is possible to further prevent latch-up and control a higher current value. Becomes
【0074】また、第1導電型のベース領域に正孔電流
を注入することにより早期にサイリスタモードを実現で
き、オン電圧を低減することができる。そして正孔電流
注入手段を、第1導電型のベース領域に接続されたベー
ス電極、あるいは、アノード領域と第1導電型のベース
領域を接続するMISFETを採用するなど簡易な構造
により実現することができる。By injecting a hole current into the first-conductivity-type base region, the thyristor mode can be realized at an early stage and the on-voltage can be reduced. The hole current injection means can be realized by a simple structure such as employing a base electrode connected to the first conductivity type base region or a MISFET connecting the anode region and the first conductivity type base region. it can.
【0075】さらに、埋め込み層、あるいはオフセット
層を採用することにより、第1導電型のベース領域の端
部に集中する電界を緩和することが可能となり、オン耐
圧の向上を図ることが可能となる。Further, by adopting the buried layer or the offset layer, the electric field concentrated at the end of the first conductivity type base region can be relaxed, and the on-breakdown voltage can be improved. ..
【0076】そして、フローティングアノード領域を形
成することにより、アノード電位を基準として制御が可
能で、さらに、ICなどと同じ基板上に形成することが
可能なハイサイドスイッチ型のものも実現することがで
きる。By forming the floating anode region, it is possible to realize a high side switch type that can be controlled with the anode potential as a reference and can be formed on the same substrate as an IC or the like. it can.
【0077】このように、本発明に係るMISFET制
御型のサイリスタを有する半導体装置は、従来の装置に
おいて課題であった制御可能な電流値の増加、オン抵抗
の低減、オン耐圧の向上、さらに、同じ導電型の基板上
に形成可能なハイサイドスイッチ型のサイリスタ素子が
実現されており、適用範囲の大幅な拡大を図ることが可
能である。As described above, in the semiconductor device having the MISFET control type thyristor according to the present invention, the controllable current value increase, the on-resistance decrease, the on-breakdown voltage improvement, which are problems in the conventional device, A high-side switch type thyristor element that can be formed on a substrate of the same conductivity type has been realized, and it is possible to greatly expand the applicable range.
【図1】実施例1に係るMOS制御型サイリスタ素子の
構成を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a MOS control thyristor element according to a first embodiment.
【図2】実施例2に係るMOS制御型サイリスタ素子の
構成を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a MOS control type thyristor element according to a second embodiment.
【図3】実施例3に係るMOS制御型サイリスタ素子の
構成を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of a MOS control type thyristor element according to a third embodiment.
【図4】実施例4に係るMOS制御型サイリスタ素子の
構成を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a configuration of a MOS control thyristor element according to a fourth embodiment.
【図5】実施例5に係るMOS制御型サイリスタ素子の
構成を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of a MOS control thyristor element according to a fifth embodiment.
【図6】実施例6に係るMOS制御型サイリスタ素子の
構成を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of a MOS control type thyristor element according to Example 6;
【図7】実施例7に係るMOS制御型サイリスタ素子の
構成を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a configuration of a MOS control type thyristor element according to Example 7.
【図8】実施例7に係るMOS制御型サイリスタ素子の
構成を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a configuration of a MOS control type thyristor element according to Example 7.
【図9】実施例8に係るMOS制御型サイリスタ素子の
構成を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a MOS control type thyristor element according to Example 8.
【図10】実施例8に係るMOS制御型サイリスタ素子
の構成を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of a MOS control type thyristor element according to Example 8.
【図11】実施例9に係るMOS制御型サイリスタ素子
の構成を示す断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing the structure of a MOS control type thyristor element according to Example 9;
【図12】実施例10に係るMOS制御型サイリスタ素
子の構成を示す断面図である。FIG. 12 is a sectional view showing the structure of a MOS control type thyristor element according to Example 10;
【図13】従来のMOS制御型サイリスタ素子の構成を
示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional MOS control type thyristor element.
【図14】図13に示す素子の等価回路を示す回路図で
ある。FIG. 14 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the element shown in FIG.
【図15】従来の図13と異なるMOS制御型サイリス
タ素子の構成を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing the configuration of a MOS control type thyristor element different from the conventional one shown in FIG.
【図16】図15に示す素子の等価回路を示す回路図で
ある。16 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the device shown in FIG.
1 ・・・ ゲート電極 2 ・・・ n+ 型のフローティングカソード層 3 ・・・ p型のベース層 4 ・・・ n- 型のベース層 5 ・・・ p+ 型のアノード層 6 ・・・ ゲート電極 7 ・・・ n+ 型のカソード層 9 ・・・ バッファ層 10・・・ カソード電極 11・・・ アノード電極 12・・・ ベース電極 13・・・ オフセット層 14・・・ ベースコンタクト層 15・・・ 絶縁膜 16・・・ ゲート電極 17・・・ ベース層の端部 18・・・ ガード層 19・・・ p+ 型の第2ベース層 21〜25・・・ MOS 26、27・・・ 抵抗1 ... gate electrode 2... N + -type floating cathode layer 3 ... p-type base layer 4, ... n - -type base layer 5 ... p + -type anode layer 6 ... Gate electrode 7 ... N + type cathode layer 9 ... Buffer layer 10 ... Cathode electrode 11 ... Anode electrode 12 ... Base electrode 13 ... Offset layer 14 ... Base contact layer 15・ ・ ・ Insulating film 16 ・ ・ ・ Gate electrode 17 ・ ・ ・ End of base layer 18 ・ ・ ・ Guard layer 19 ・ ・ ・ Second p + type base layer 21 to 25 ・ ・ ・ MOS 26, 27 ・ ・ ・・ Resistance
Claims (15)
ード電位の印加される第1導電型のアノード領域と対峙
する位置に、第1導電型のベース領域と、この第1導電
型のベース領域内に形成されカソード電位が該第1導電
型のベース領域と共に印加される第2導電型のカソード
領域とを少なくとも有し、このカソード領域と第1のM
ISFETにより接続される第2導電型のフローティン
グカソード領域が前記第1導電型のベース領域内の前記
カソード領域と前記アノード領域との間に独立に形成さ
れているMISFET制御型サイリスタを有する半導体
装置であって、 前記カソード領域が前記第2導電型のベース領域表面に
形成された浅い拡散層であり、前記フローティングカソ
ード領域が前記第2導電型のベース領域の底部の近傍ま
で形成された深い拡散層であることを特徴とするMIS
FET制御型サイリスタを有する半導体装置。1. A base region of the first conductivity type and a base region of the first conductivity type at a position on the base region of the second conductivity type facing the anode region of the first conductivity type to which an anode potential is applied. At least a second conductivity type cathode region formed in the base region and having a cathode potential applied thereto together with the first conductivity type base region, and the cathode region and the first M type cathode region.
A semiconductor device having a MISFET control type thyristor in which a second conductivity type floating cathode region connected by an ISFET is independently formed between the cathode region and the anode region in the first conductivity type base region. Wherein the cathode region is a shallow diffusion layer formed on the surface of the second conductivity type base region, and the floating cathode region is a deep diffusion layer formed up to near the bottom of the second conductivity type base region. MIS characterized by
A semiconductor device having a FET-controlled thyristor.
ード電位が印加される第1導電型のアノード領域と対峙
する位置に、第1導電型のベース領域を少なくとも有
し、第2導電型のフローティングカソード領域と、第1
導電型のベースコンタクト領域により前記第1導電型の
ベース領域と接続された第1導電型の第2ベース領域
と、前記ベースコンタクト領域と共にカソード電位が印
加され前記フローティングカソード領域と第1のMIS
FETにより接続された第2導電型のカソード領域とが
前記第1ベース領域内に下方から順次積層されているこ
とを特徴とするMISFET制御型サイリスタを有する
半導体装置。2. A second conductive type base region having at least a first conductive type base region at a position facing the first conductive type anode region to which an anode potential is applied, on the second conductive type base region. Type floating cathode region, first
A first conductivity type second base region connected to the first conductivity type base region by a conductivity type base contact region, a cathode potential is applied together with the base contact region, and the floating cathode region and the first MIS.
A semiconductor device having a MISFET control type thyristor, characterized in that a cathode region of a second conductivity type connected by an FET is sequentially stacked in the first base region from below.
ード電位の印加される第1導電型のアノード領域と対峙
する位置に、第1導電型のベース領域を少なくとも有
し、この第1導電型のベース領域内に形成された第2導
電型のフローティングカソード領域と、このフローティ
ングカソード領域内に形成された第1導電型の第2ベー
ス領域と、この第2ベース領域内に形成され該第2ベー
ス領域と共に前記カソード電位の印加される第2導電型
のカソード領域と、このカソード領域と前記フローティ
ングカソード領域とを接続する第1のMISFETとを
少なくとも具備することを特徴とするMISFET制御
型サイリスタを有する半導体装置。3. A base region of the first conductivity type is provided at least in a position on the base region of the second conductivity type facing the anode region of the first conductivity type to which the anode potential is applied. A second conductivity type floating cathode region formed in the conductivity type base region, a first conductivity type second base region formed in the floating cathode region, and a second conductivity type floating cathode region formed in the second base region. At least a second conductive type cathode region to which the cathode potential is applied together with a second base region, and a first MISFET connecting the cathode region and the floating cathode region are provided. Semiconductor device having a thyristor.
前記カソード領域が高濃度の不純物拡散層により形成さ
れた第1導電型のガード層により覆われていることを特
徴とするMISFET制御型サイリスタを有する半導体
装置。4. The method according to any one of claims 1 to 3,
A semiconductor device having a MISFET control type thyristor, wherein the cathode region is covered with a first conductive type guard layer formed of a high concentration impurity diffusion layer.
ード電位の印加される第1導電型のアノード領域と対峙
する位置に、第1導電型のベース領域と、この第1導電
型のベース領域内に形成されカソード電位が印加される
第2導電型のカソード領域とを少なくとも有し、前記ア
ノード領域と第1のMISFETにより接続される第1
導電型のフローティングアノード領域が、前記アノード
領域と前記第1導電型のベース領域との間の前記第2導
電型のベース領域上に形成されていることを特徴とする
MISFET制御型サイリスタを有する半導体装置。5. A base region of the first conductivity type and a base region of the first conductivity type at a position on the base region of the second conductivity type facing the anode region of the first conductivity type to which the anode potential is applied. A first conductive type cathode region which is formed in the base region and to which a cathode potential is applied, and which is connected to the anode region by a first MISFET
A semiconductor having a MISFET controlled thyristor, wherein a conductive type floating anode region is formed on the second conductive type base region between the anode region and the first conductive type base region. apparatus.
ード電位の印加される第1導電型のアノード領域と対峙
する位置に、第1導電型のベース領域と、この第1導電
型のベース領域内に形成されカソード電位が該第1導電
型のベース領域と共に印加される第2導電型のカソード
領域とを少なくとも有し、このカソード領域と第1のM
ISFETにより接続される第2導電型のフローティン
グカソード領域が前記第1導電型のベース領域内の前記
カソード領域と前記アノード領域との間に独立に形成さ
れているMISFET制御型サイリスタを有する半導体
装置であって、 前記第1導電型のベース領域上の前記フローティングカ
ソード領域に対し前記カソード領域と逆側に、正孔電流
注入手段が設置されていることを特徴とするMISFE
T制御型サイリスタを有する半導体装置。6. A base region of the first conductivity type and a base region of the first conductivity type at a position on the base region of the second conductivity type facing the anode region of the first conductivity type to which the anode potential is applied. At least a second conductivity type cathode region formed in the base region and having a cathode potential applied thereto together with the first conductivity type base region, and the cathode region and the first M type cathode region.
A semiconductor device having a MISFET control type thyristor in which a second conductivity type floating cathode region connected by an ISFET is independently formed between the cathode region and the anode region in the first conductivity type base region. A hole current injecting means is installed on the side of the floating cathode region on the first conductivity type base region opposite to the cathode region.
A semiconductor device having a T-controlled thyristor.
前記第1導電型のベース領域上の前記フローティングカ
ソード領域に対し前記カソード領域と逆側に、正孔電流
注入手段が設置されていることを特徴とするMISFE
T制御型サイリスタを有する半導体装置。7. The method according to any one of claims 1 to 4,
MISFE, in which hole current injection means is installed on the side of the floating cathode region on the first conductivity type base region opposite to the cathode region.
A semiconductor device having a T-controlled thyristor.
ース領域上の前記フローティングアノード領域と面した
側に、正孔電流注入手段が設置されていることを特徴と
するMISFET制御型サイリスタを有する半導体装
置。8. A MISFET control type thyristor according to claim 5, wherein a hole current injection means is provided on a side of the first conductivity type base region facing the floating anode region. Semiconductor device having.
前記正孔電流注入手段は、前記第1導電型のベース領域
上に接続されたベース電極であることを特徴とするMI
SFET制御型サイリスタを有する半導体装置。9. The method according to claim 6, wherein
The hole current injection means is a base electrode connected to the first conductivity type base region. MI.
A semiconductor device having an SFET controlled thyristor.
に、前記第1のMISFETのゲート電極に印加される
ゲート電位が印加されることを特徴とするMISFET
制御型サイリスタを有する半導体装置。10. The MISFET according to claim 9, wherein a gate potential applied to the gate electrode of the first MISFET is applied to the base electrode.
Semiconductor device having a controlled thyristor.
て、前記正孔電流注入手段は、前記アノード領域から前
記第1のベース領域に正孔電流を注入する第2のMIS
FETであることを特徴とするMISFET制御型サイ
リスタを有する半導体装置。11. The second MIS according to claim 6, wherein the hole current injection means injects a hole current from the anode region to the first base region.
A semiconductor device having a MISFET control type thyristor, which is a FET.
ノード電位の印加される第1導電型のアノード領域と対
峙する位置に、第1導電型のベース領域と、この第1導
電型のベース領域内に形成されカソード電位が該第1導
電型のベース領域と共に印加される第2導電型のカソー
ド領域とを少なくとも有し、このカソード領域と第1の
MISFETにより接続される第2導電型のフローティ
ングカソード領域が前記第1導電型のベース領域内の前
記カソード領域と前記アノード領域との間に独立に形成
されているMISFET制御型サイリスタを有する半導
体装置であって、 前記第1導電型のベース領域の少なくとも前記アノード
領域と対峙する端部の下方となる第2導電型のベース領
域内部に、第1導電型の埋め込み層が形成されているこ
とを特徴とするMISFET制御型サイリスタを有する
半導体装置。12. A base region of the first conductivity type and a base region of the first conductivity type at a position on the base region of the second conductivity type facing the anode region of the first conductivity type to which the anode potential is applied. A second conductivity type having at least a second conductivity type cathode region formed in the base region and having a cathode potential applied together with the first conductivity type base region, the second conductivity type being connected to the cathode region by the first MISFET. Is a semiconductor device having a MISFET control type thyristor in which the floating cathode region of the first conductivity type base region is independently formed between the cathode region and the anode region of the first conductivity type base region. A buried layer of the first conductivity type is formed inside the second conductivity type base region at least below the end of the base region facing the anode region. A semiconductor device having a MISFET controlled thyristor according to claim.
て、前記第1導電型のベース領域の少なくとも前記アノ
ード領域と対峙する端部の下方となる第2導電型のベー
ス領域内部に、第1導電型の埋め込み層が形成されてい
ることを特徴とするMISFET制御型サイリスタを有
する半導体装置。13. The first conductive type according to claim 1, wherein the first conductive type base region is located at least below an end of the second conductive type base region facing the anode region. A semiconductor device having a MISFET control type thyristor, in which a buried type layer is formed.
ノード電位の印加される第1導電型のアノード領域と対
峙する位置に、第1導電型のベース領域と、この第1導
電型のベース領域内に形成されカソード電位が該第1導
電型のベース領域と共に印加される第2導電型のカソー
ド領域とを少なくとも有し、このカソード領域と第1の
MISFETにより接続される第2導電型のフローティ
ングカソード領域が前記第1導電型のベース領域内の前
記カソード領域と前記アノード領域との間に独立に形成
されているMISFET制御型サイリスタを有する半導
体装置であって、 前記第1導電型のベース領域の少なくとも前記アノード
領域と対峙した端部を囲んで低濃度の不純物拡散層によ
るオフセット層が形成されていることを特徴とするMI
SFET制御型サイリスタを有する半導体装置。14. A base region of the first conductivity type and a base region of the first conductivity type at a position on the base region of the second conductivity type facing the anode region of the first conductivity type to which the anode potential is applied. A second conductivity type having at least a second conductivity type cathode region formed in the base region and having a cathode potential applied together with the first conductivity type base region, the second conductivity type being connected to the cathode region by the first MISFET. Is a semiconductor device having a MISFET control type thyristor in which the floating cathode region of the first conductivity type base region is independently formed between the cathode region and the anode region of the first conductivity type base region. An MI, characterized in that an offset layer of a low-concentration impurity diffusion layer is formed so as to surround at least an end portion of the base region facing the anode region.
A semiconductor device having an SFET controlled thyristor.
て、前記第1導電型のベース領域の少なくとも前記アノ
ード領域と対峙した端部を囲んで低濃度の不純物拡散層
によるオフセット層が形成されていることを特徴とする
MISFET制御型サイリスタを有する半導体装置。15. The offset layer according to claim 1, wherein a low-concentration impurity diffusion layer surrounds at least an end of the first conductivity type base region facing the anode region. A semiconductor device having a MISFET control type thyristor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27965091A JPH05121729A (en) | 1991-10-25 | 1991-10-25 | Semiconductor device having misfet controlled thyristor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27965091A JPH05121729A (en) | 1991-10-25 | 1991-10-25 | Semiconductor device having misfet controlled thyristor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05121729A true JPH05121729A (en) | 1993-05-18 |
Family
ID=17613941
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27965091A Pending JPH05121729A (en) | 1991-10-25 | 1991-10-25 | Semiconductor device having misfet controlled thyristor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05121729A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111599859A (en) * | 2019-02-21 | 2020-08-28 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | Thyristor with overvoltage protection function and manufacturing method thereof |
-
1991
- 1991-10-25 JP JP27965091A patent/JPH05121729A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111599859A (en) * | 2019-02-21 | 2020-08-28 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | Thyristor with overvoltage protection function and manufacturing method thereof |
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