JPH0590281A - Two-way high breakdown strength semiconductor element - Google Patents

Two-way high breakdown strength semiconductor element

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JPH0590281A
JPH0590281A JP24948191A JP24948191A JPH0590281A JP H0590281 A JPH0590281 A JP H0590281A JP 24948191 A JP24948191 A JP 24948191A JP 24948191 A JP24948191 A JP 24948191A JP H0590281 A JPH0590281 A JP H0590281A
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紀夫 安原
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明夫 中川
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Abstract

PURPOSE:To lessen a two-way high breakdown strength semiconductor element in area. CONSTITUTION:An N<->-type high resistive silicon layer 3 isolated from others by an oxide film 2 serve as a common base layer, P-type base layers 4 and 5 and P-type drain layers 6, 7, 8, and 9 are formed on the surface of the above common base layer, +-type source layers 10, 11, and 12, 13 are formed on the P-type base layers 4 and 5 respectively, and two IGBTs Q1 and Q2 are formed into an integral structure source electrodes 14 and 15 are provided onto the P-type base layers 4 and 5, drain electrodes 16, 17, 18, and 19 are provided to the P-type drain layers 6, 7, 8, and 9 respectively, and these source and drain electrodes are divided into two systems, E1 and E2, and alternately connected together, and two-way elements are formed between the terminals E1 and E2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、誘導体分離を用いた双
方向高耐圧半導体素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bidirectional high breakdown voltage semiconductor device using dielectric separation.

【0002】[0002]

【従来の技術】電話交換機等には、順逆両方向に電流を
流すことができ、且つ両方向に高耐圧を持つ双方向高耐
圧素子が使われる。
2. Description of the Related Art In a telephone exchange or the like, a bidirectional high withstand voltage element is used which can pass current in both forward and reverse directions and has a high withstand voltage in both directions.

【0003】図11および図12に、従来の双方向高耐
圧素子の1例を示す。図11は電極および配線のレイア
ウトであり、図12(a) は図11のA−A′断面図、同
図(b) は等価回路である。Proceedings of 1988 Int
ernational SymposiumonPower Semiconductor D
evices, p.117に同様の素子が報告されている。101
は多結晶シリコンで形成された支持基板であり、酸化膜
102、103によって周囲から誘電体分離されたn-
型高抵抗シリコン層104,105が素子領域となる。
これらの素子領域のそれぞれにIGBT−Q1 ,Q2 が
形成されていて、2個のIGBT−Q1 ,Q2 が組にな
って1つの双方向高耐圧素子を成す。
11 and 12 show an example of a conventional bidirectional high breakdown voltage element. FIG. 11 is a layout of electrodes and wirings, FIG. 12 (a) is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 11, and FIG. 12 (b) is an equivalent circuit. Proceedings of 1988 Int
ernational Symposium on Power Semiconductor D
A similar device is reported in evices, p.117. 101
Is a support substrate formed of polycrystalline silicon, and n is dielectrically separated from the surroundings by the oxide films 102 and 103.
The high-resistivity silicon layers 104 and 105 serve as element regions.
IGBT-Q1 and Q2 are formed in each of these element regions, and two IGBT-Q1 and Q2 are paired to form one bidirectional high breakdown voltage element.

【0004】IGBT−Q1 を説明すれば、n- 型高抵
抗シリコン層104の表面にp型ベース層106、p型
ドレイン層107がそれぞれ作られ、p型ベース層10
6の表面にn+ 型ソース層108が形成されている。p
型ベース層106とn+ 型ソース層108の両方にコン
タクトするようにソース電極109が設けられ、p型ド
レイン層107上にはドレイン電極110が形成されて
いる。n+ 型ソース層108とn- 型高抵抗シリコン層
104ではさまれたp型ベース層106の表面部にはゲ
ート酸化膜111を介してゲート電極112が形成され
ている。また、n- 型高抵抗シリコン層104の底部お
よび側面の酸化膜102と接した部分にはn+ 型層11
3が形成されている。
[0004] will be described the IGBT-Q1, n - The p-type base layer 106 and the p-type drain layer 107 are formed on the surface of the p-type high resistance silicon layer 104, respectively, and the p-type base layer 10 is formed.
N + on the surface of 6 The mold source layer 108 is formed. p
Mold base layer 106 and n + A source electrode 109 is provided so as to contact both of the type source layers 108, and a drain electrode 110 is formed on the p-type drain layer 107. n + -Type source layer 108 and the n - A gate electrode 112 is formed on the surface of the p-type base layer 106 sandwiched between the high-resistance silicon layers 104 with a gate oxide film 111 interposed therebetween. Also, n -Type high-resistance silicon layer 104 has n + on its bottom and side surfaces in contact with oxide film 102. Mold layer 11
3 is formed.

【0005】このIGBT−Q1 は、ソース・ドレイン
間で順逆両方向の高耐圧特性を持つ。電流を流すときに
は、ソース電位を基準としてドレイン電極110に正の
ドレイン電圧を印加し、正のゲート電圧を加える。この
とき、ドレインからソースへ向かう電流が流れる。
This IGBT-Q1 has a high breakdown voltage characteristic in both forward and reverse directions between the source and drain. When passing a current, a positive drain voltage is applied to the drain electrode 110 with reference to the source potential, and a positive gate voltage is applied. At this time, a current flows from the drain to the source.

【0006】IGBT−Q2 もIGBT−Q1 と同じ構
造を持つ。IGBT−Q2 のドレイン電極114はIG
BT−Q1 のソース電極109と繋がっており、これを
第1の主端子E1 とする。IGBT−Q2 のソース電極
115はIGBT−Q1 のドレイン電極110と繋がっ
ており、これを第2の主端子E2 とする。また、IGB
T−Q1 のゲート電極をまとめて第1の制御端子G1
IGBT−Q2 のゲート電極をまとめて第2の制御端子
2 とする。
The IGBT-Q2 has the same structure as the IGBT-Q1. The drain electrode 114 of the IGBT-Q2 is IG
Is connected to the source electrode 109 of the BT-Q1, this is the first main terminal E 1. The source electrode of the IGBT-Q2 115 is connected to the drain electrode 110 of the IGBT-Q1, which is the second main terminal E 2. Also, IGB
First control terminal G 1 summarizes the gate electrode of T-Q1,
Second and control terminal G 2 together gate electrodes of the IGBT-Q2.

【0007】図11の破線領域がそれぞれIGBT−Q
1 およびIGBT−Q2 の素子領域を示す。端子G1
1 の配線、および端子G2 とE2 の配線の交差した部
分は多層構造になっていて、端子G1 ,G2 の配線は通
常多結晶シリコン電極であり、その上に絶縁膜があり、
さらにその上に、端子E1 ,E2 の金属配線が通ってい
る。
The broken line areas in FIG. 11 are the IGBT-Q, respectively.
The element regions of 1 and IGBT-Q2 are shown. The intersecting portions of the wirings of the terminals G 1 and E 1 and the wirings of the terminals G 2 and E 2 have a multilayer structure, and the wirings of the terminals G 1 and G 2 are usually polycrystalline silicon electrodes, and There is an insulating film,
Furthermore, metal wirings of terminals E 1 and E 2 pass therethrough.

【0008】端子E1 の電位を基準にして、端子E2
正の電圧をかけたときには、IGBT−Q2 には通常と
逆方向の電圧がかかるが、逆方向耐圧を持つので電流は
流れない。この状態で端子G1 に正のゲート電圧をかけ
れば、IGBT−Q1 に端子E2 からE1 の向きに電流
が流れる。逆に、端子E1 の電位を基準にして端子E2
に負の電圧をかけたときには、IGBT−Q1 に通常と
逆方向の電圧がかかるが逆方向耐圧を持つので電流は流
ず、この状態で端子G2 に正のゲート電圧をかければ、
IGBT−Q2 に端子E1 からE2 の向きに電流が流れ
る。こうしてこの素子は双方向スイッチとして働く。
When a positive voltage is applied to the terminal E 2 with reference to the potential of the terminal E 1 , the IGBT-Q 2 receives a voltage in the reverse direction to the normal direction, but no current flows because of the reverse breakdown voltage. .. If a positive gate voltage is applied to the terminal G 1 in this state, a current flows in the IGBT-Q 1 in the direction from the terminals E 2 to E 1 . On the contrary, with reference to the potential of terminal E 1 , terminal E 2
To when it places a negative voltage, the voltage of the normal and reverse directions according to the IGBT-Q1 but with reverse breakdown voltage no current flow, by multiplying the positive gate voltage in this state to the terminal G 2,
Current flows from the terminal E 1 in the direction of E 2 to IGBT-Q2. The device thus acts as a bidirectional switch.

【0009】この素子を形成するためには、IGBT−
Q1 とIGBT−Q2 の間に分離領域を必要とする。I
GBTに逆方向耐圧を持たせるためにp型ドレイン層1
07とn+ 型層113の間に設ける距離をa、分離溝の
幅をbとすれば、2つのIGBT−Q1 ,Q2 のp型ド
レイン層間の最短距離cは、2a+b以上の大きさを必
要とする。IGBTのp型ドレイン層とp型ベース層の
配置を逆にした場合でも、この事情は変わらない。
To form this element, an IGBT-
An isolation region is required between Q1 and IGBT-Q2. I
P-type drain layer 1 in order to provide reverse breakdown voltage to the GBT
07 and n + If the distance provided between the mold layers 113 is a and the width of the separation groove is b, the shortest distance c between the p-type drain layers of the two IGBT-Q1 and Q2 needs to be 2a + b or more. This situation does not change even when the arrangement of the p-type drain layer and the p-type base layer of the IGBT is reversed.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の双
方向高耐圧素子では、それを構成する2つの高耐圧素子
の間に分離領域を必要とするため、素子全体の面積が大
きくなってしまうという問題があった。本発明は、この
分離領域を無くして、全体の面積が小さい双方向高耐圧
半導体素子を提供することを目的とする。
As described above, in the conventional bidirectional high withstand voltage element, the isolation area is required between the two high withstand voltage elements forming the bidirectional high withstand voltage element, so that the area of the entire element becomes large. There was a problem that it would end up. An object of the present invention is to provide a bidirectional high withstand voltage semiconductor element having a small total area by eliminating this isolation region.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明に係る双方向性高
耐圧半導体素子は、それぞれ第1導電型の高抵抗ベース
層の表面部に第2導電型ベース層が形成され、この第2
導電型ベース層の内外表面にそれぞれ第1導電型の第1
の主電極領域および第2導電型の第2の主電極領域が形
成された二つの横型pnpn高耐圧素子が、前記高抵抗
ベース層を一つの誘電体分離された島状半導体層として
共有して構成され、かつ逆並列接続されていることを特
徴とする。
In a bidirectional high breakdown voltage semiconductor element according to the present invention, a second conductivity type base layer is formed on a surface portion of a first conductivity type high resistance base layer, and a second conductivity type base layer is formed.
A first conductivity type first layer is formed on the inner and outer surfaces of the conductivity type base layer.
Of the two lateral pnpn high breakdown voltage elements in which the main electrode region and the second main electrode region of the second conductivity type are formed, the high resistance base layer is shared as one dielectric-isolated island semiconductor layer. It is characterized in that it is configured and is connected in anti-parallel.

【0012】[0012]

【作用】本発明による双方向高耐圧半導体素子は、例え
ばIGBTを用いた場合、第2導電型ベース層の内部に
第1導電型ソース層(第1の主電極領域)、第2導電型
ベース層の外部に第2導電型ドレイン層(第2の主電極
領域)が形成された状態として二つ並べて並列接続する
と、それらの主電極がE1 ,E2 の2系統に交互に配置
された状態となる。この状態で、E1 ,E2 の間で双方
向の電流を流すことができる。同様の構造で、IGBT
の代わりにサイリスタを用いることもできる。そして本
発明によれば、従来例のような分離溝を用いないから、
素子面積の縮小を図ることができる。
In the bidirectional high breakdown voltage semiconductor device according to the present invention, for example, when an IGBT is used, the first conductivity type source layer (first main electrode region) and the second conductivity type base are provided inside the second conductivity type base layer. When two drain layers (second main electrode regions) of the second conductivity type were formed outside the layer and connected in parallel, two main electrodes were alternately arranged in two systems E 1 and E 2 . It becomes a state. In this state, bidirectional current can flow between E 1 and E 2 . IGBT with a similar structure
A thyristor can be used instead of. And according to the present invention, since the separation groove unlike the conventional example is not used,
The element area can be reduced.

【0013】[0013]

【実施例】以下に図面を用い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.

【0014】図1および図2は、横型IGBTを用いた
双方向高耐圧半導体素子の、電極配線に着目したレイア
ウトとそのA−A′断面図である。単結晶または多結晶
シリコンの支持基板1の上に酸化膜2によって周囲を誘
電体分離された島状のn- 型高抵抗シリコン層3が形成
されている。この島状シリコン層3を共通のn型ベース
層として、ここに二つの横型IGBT−Q1 ,Q2 が形
成されている。
FIGS. 1 and 2 are a layout of a bidirectional high breakdown voltage semiconductor element using a lateral IGBT focusing on electrode wiring and a sectional view taken along the line AA '. An island-shaped n -around the support substrate 1 made of single crystal or polycrystalline silicon, which is dielectrically separated by an oxide film 2. A high-resistivity silicon layer 3 is formed. Two lateral IGBTs-Q1 and Q2 are formed on the island-shaped silicon layer 3 as a common n-type base layer.

【0015】n- 型高抵抗シリコン層3の表面には2つ
のp型ベース層4,5と、それぞれのp型ベース層4,
5の外側に4つのp型ドレイン層6,7,8,9が形成
され、これらが図2に示すように並んでいる。p型ベー
ス層4の表面にはn+ 型ソース層10,11が、p型ベ
ース層5の表面にはn+ 型ソース層12,13がそれぞ
れ形成されている。平面的にはn+ 型ソース層10と1
1は1つのドーナツ形に繋がっており、n+ 型ソース層
12と13も同様に繋がっている。
[0015] n - On the surface of the high-resistance silicon layer 3 are two p-type base layers 4 and 5 and the respective p-type base layers 4 and 5.
Four p-type drain layers 6, 7, 8 and 9 are formed on the outside of 5, and these are arranged side by side as shown in FIG. n + is formed on the surface of the p-type base layer 4. Type source layers 10 and 11 are n + on the surface of the p type base layer 5. Mold source layers 12 and 13 are formed, respectively. Planarly n + Mold source layers 10 and 1
1 is connected to one donut shape, n + The mold source layers 12 and 13 are similarly connected.

【0016】p型ベース層4とn+ 型ソース層10,1
1にまたがって一方のIGBT−Q1 のソース電極14
が、p型ベース層5とn+ 型ソース層12,13にまた
がって他方のIGBT−Q2のソース電極15が設けら
れている。p型ドレイン層6,7,8,9にはそれぞれ
にドレイン電極16,17,18,19が設けられてい
る。
P-type base layer 4 and n + Type source layer 10, 1
Source electrode 14 of one IGBT-Q1 straddling 1
But the p-type base layer 5 and n + The source electrode 15 of the other IGBT-Q2 is provided across the mold source layers 12 and 13. The p-type drain layers 6, 7, 8 and 9 are provided with drain electrodes 16, 17, 18 and 19, respectively.

【0017】n- 型高抵抗シリコン層3とn+ 型ソース
層10に挟まれたp型ベース層4の表面部には、ゲート
酸化膜20を介してゲート電極21が形成され、n+
ソース層11,12,13に対しても同様にそれぞれゲ
ート電極22,23,24が形成されている。平面的に
は、ゲート電極21と22,23と24はそれぞれドー
ナツ形に繋がっている。
[0017] n - Type high resistance silicon layer 3 and n + A gate electrode 21 is formed on the surface of the p-type base layer 4 sandwiched between the type source layers 10 with a gate oxide film 20 interposed therebetween, and n + Gate electrodes 22, 23, 24 are similarly formed on the mold source layers 11, 12, 13, respectively. In plan view, the gate electrodes 21 and 22, 23 and 24 are connected in a donut shape.

【0018】n- 型高抵抗シリコン層3の周囲には酸化
膜2との界面にn+ 型層25が形成されている。ソース
電極14,15およびドレイン電極16,17,18,
19は1つ置きに2つの系統に分けて接続されている。
即ち、ソース電極14とドレイン電極18,19を繋い
で配線してあり、また、ソース電極15とドレイン電極
16,17を繋いで配線してある。前者を端子E1 の系
統、後者を端子E2 の系統と呼ぶことにする。また、ゲ
ート電極21,22をまとめてゲート端子G1、ゲート
電極23,24をまとめてゲート端子G2 としている。
[0018] n - -Type high resistance silicon layer 3 is surrounded by n + at the interface with the oxide film 2. The mold layer 25 is formed. Source electrodes 14, 15 and drain electrodes 16, 17, 18,
Every other 19 is divided into two systems and connected.
That is, the source electrode 14 and the drain electrodes 18 and 19 are connected and wired, and the source electrode 15 and the drain electrodes 16 and 17 are connected and wired. The former will be called the terminal E 1 system, and the latter will be called the terminal E 2 system. The gate electrodes 21 and 22 are collectively referred to as a gate terminal G 1 , and the gate electrodes 23 and 24 are collectively referred to as a gate terminal G 2 .

【0019】これらの電極の配置を平面的に見ると、図
1のように、端子E1 とG1 の配線,端子E2 とG2
配線は交差している。この部分は多層構造になってい
て、電極と電極の間には絶縁膜が設けられている。図1
の平面図における破線の長方形は、分離用酸化膜2で囲
まれた素子領域を表している。
When the arrangement of these electrodes is viewed two-dimensionally, the wirings of the terminals E 1 and G 1 and the wirings of the terminals E 2 and G 2 intersect as shown in FIG. This portion has a multilayer structure, and an insulating film is provided between the electrodes. Figure 1
The dashed rectangle in the plan view represents the element region surrounded by the isolation oxide film 2.

【0020】この素子において、端子E1 を基準として
端子E2に正の電圧をかけると、p型ベース層4、p型
ドレイン層8および9の周りに空乏層が拡がり、高耐圧
特性を示す。この状態で端子G1 に正のゲート電圧をか
けると、ゲート電極21,22の下のp型ベース層4表
面にnチャネルができて、n+ 型ソース層10,11か
らそれぞれp型ドレイン層6,7に向かって電子電流が
流れ、逆にp型ドレイン層6,7からp型ベース層4へ
正孔電流が流れる。こうして、端子E2 からE1 へ向か
う電流が流れる。
In this device, when a positive voltage is applied to the terminal E 2 with the terminal E 1 as a reference, a depletion layer spreads around the p-type base layer 4, p-type drain layers 8 and 9 and exhibits a high withstand voltage characteristic. .. When a positive gate voltage is applied to the terminal G 1 in this state, an n channel is formed on the surface of the p-type base layer 4 below the gate electrodes 21 and 22, and n + An electron current flows from the type source layers 10 and 11 to the p-type drain layers 6 and 7, respectively, and conversely, a hole current flows from the p-type drain layers 6 and 7 to the p-type base layer 4. Thus, a current flows from the terminal E 2 to E 1 .

【0021】端子E2 を基準として端子E1 に正の電圧
をかけた場合は、p型ベース層5、p型ドレイン層6お
よび7の周りに空乏層が拡がり、高耐圧特性を示す。こ
の状態で端子G2 に正のゲート電圧をかけると、今度は
端子E1 からE2 へ向かう電流が流れる。
When a positive voltage is applied to the terminal E 1 with the terminal E 2 as a reference, a depletion layer spreads around the p-type base layer 5, the p-type drain layers 6 and 7 and exhibits a high breakdown voltage characteristic. When a positive gate voltage is applied to the terminal G 2 in this state, a current flows from the terminal E 1 to E 2 this time.

【0022】以上のようにこの素子は、端子E1 とE2
の間で両方向の耐圧を持ち、両方向の電流を制御するこ
とができる。したがって、1個の素子領域で双方向高耐
圧素子が構成され、従来例のような分離溝を必要としな
い。この素子においては、図2に示すp型ドレイン層7
と8の間の距離dが、図12に示す従来例における2つ
のIGBTのp型ドレイン層間の距離cに対応する。n
- 型高抵抗シリコン層の不純物濃度や耐圧が同じであれ
ば、距離dは図13の例における距離aと同じで良く、
従ってdはcよりも少なくともa+bだけ短くすること
ができ、この分の面積縮小が可能である。
As described above, this device has terminals E 1 and E 2
It has a withstand voltage in both directions and can control the current in both directions. Therefore, the bidirectional high breakdown voltage element is constituted by one element region, and the separation groove unlike the conventional example is not required. In this device, the p-type drain layer 7 shown in FIG.
The distance d between 2 and 8 corresponds to the distance c between the p-type drain layers of the two IGBTs in the conventional example shown in FIG. n
- If the impurity concentration and the breakdown voltage of the high-resistivity silicon layer are the same, the distance d may be the same as the distance a in the example of FIG.
Therefore, d can be made shorter than c by at least a + b, and the area can be reduced by this amount.

【0023】この素子において、p型ベース層やn+
ソース層、p型ドレイン層をもっと数多く設けても良
い。そうすることにより、より大きな電流を流すことが
可能になる。また、n+ 型ソース層10と11、ゲート
電極21と22は必ずしもドーナツ形に繋がっていなく
ても良い。
In this device, a p-type base layer and n + More source layers and p-type drain layers may be provided. By doing so, it becomes possible to flow a larger current. Also, n + The type source layers 10 and 11 and the gate electrodes 21 and 22 do not necessarily have to be connected in a donut shape.

【0024】また、p型ベース層とn+ 型ソース層にま
たがったソース電極の代わりにn+ 型ソース層だけにエ
ミッタ電極を取り、MOSゲート電極の代わりにp型ベ
ース層表面に直接ゲート電極を取れば、二つの横型サイ
リスタを一体化した双方向素子とすることができる。
In addition, a p-type base layer and n+ Type source layer
N instead of the wobbled source electrode+ Only the type source layer
Remove the mitter electrode and replace the MOS gate electrode with a p-type
If the gate electrode is directly attached to the surface of the source layer, two horizontal
It is possible to form a bidirectional element in which the lister is integrated.

【0025】図3は、図1,図2の実施例の素子の周囲
の横方向分離をトレンチによって行ったものである。上
下方向の分離は例えば、酸化膜2を介してのシリコンウ
ェーハ直接接着によって行われている。横方向分離は垂
直側壁のトレンチの代わりにV字状分離溝を用いても良
い。n- 型高抵抗シリコン層3の厚さが薄い場合には、
素子表面から酸化膜2にまで達するLOCOS酸化膜で
素子間分離を行うこともできる。
FIG. 3 shows a lateral isolation of the periphery of the device of the embodiment of FIGS. 1 and 2 by means of trenches. The vertical separation is performed, for example, by direct bonding of the silicon wafer via the oxide film 2. For lateral isolation, V-shaped isolation trenches may be used instead of vertical sidewall trenches. n - When the thickness of the mold high resistance silicon layer 3 is thin,
It is also possible to perform element isolation with a LOCOS oxide film that reaches the oxide film 2 from the element surface.

【0026】図4は、図1,図2の実施例を基本にし
て、耐圧を上げるためにSIPOSなどの高抵抗体膜2
6を設けた実施例の一部を示している。この実施例の高
抵抗体膜以外の部分の構造は図1,図2の実施例と同じ
である。図5は、この実施例での高抵抗体膜26のパタ
ーンである。図示のように、p型ベース層4やp型ドレ
イン層6,7,n+ 型層25の間を繋いで高抵抗体膜2
6が配設されている。平面図は高抵抗体膜26とp型ベ
ース層、p型ドレイン層、n+ 型層25の位置関係を示
したもので、n+ 型ソース層や電極は省略してある。こ
の様に高抵抗体膜26を設けることにより、素子表面の
低抵抗領域間の電位分布が滑らかになり、また、配線の
電位の影響をシールドすることができるので、耐圧がよ
り高くなる。参考までに、端子端子E1 ,E2 間に電圧
をかけたときの素子表面の等電位線図を、図6に示して
いる。これは、図5の平面図の中で、破線で囲んだ部分
についての等電位線図である。
FIG. 4 is based on the embodiment of FIGS. 1 and 2 and has a high resistance film 2 such as SIPOS for increasing the breakdown voltage.
6 shows a part of the embodiment in which No. 6 is provided. The structure of the portion other than the high resistance film of this embodiment is the same as that of the embodiment of FIGS. FIG. 5 shows a pattern of the high resistance film 26 in this embodiment. As shown, the p-type base layer 4 and the p-type drain layers 6, 7, n + The high resistance film 2 is formed by connecting between the mold layers 25.
6 are provided. The plan view shows the high resistance film 26, the p-type base layer, the p-type drain layer, and the n + The positional relationship of the mold layer 25 is shown as n + The mold source layer and electrodes are omitted. By providing the high resistance film 26 in this way, the potential distribution between the low resistance regions on the element surface becomes smooth, and the influence of the potential of the wiring can be shielded, so that the breakdown voltage becomes higher. For reference, FIG. 6 shows an equipotential diagram of the element surface when a voltage is applied between the terminals E 1 and E 2 . This is an equipotential diagram of a portion surrounded by a broken line in the plan view of FIG.

【0027】n+ 型層25の形を変えて、高抵抗体膜2
6の幅が一定になるようにすることもできる。図7はそ
のようにした例の平面図である。やはりn+ 型ソース層
や電極は省略してある。しかしこの例よりも、図5のよ
うにn+ 型層25の縁の形を滑らかにしてある方が耐圧
が高い。その理由は、図5の場合の等電位線図である図
6と、図7の場合の等電位線図である図8を比較すれば
明らかである。図8では、矢印で示した部分で等電位線
が鋭く曲り、電界が強くなっている。これに対して図6
の等電位線図にはそのような部分がない。
N + By changing the shape of the mold layer 25, the high resistance film 2
It is also possible to make the width of 6 constant. FIG. 7 is a plan view of such an example. After all n + The mold source layer and electrodes are omitted. However, rather than this example, n + The pressure resistance is higher when the edge of the mold layer 25 is smooth. The reason is clear by comparing FIG. 6, which is an equipotential diagram in the case of FIG. 5, with FIG. 8, which is an equipotential diagram in the case of FIG. 7. In FIG. 8, the equipotential line is sharply bent and the electric field is strong at the portion indicated by the arrow. On the other hand, FIG.
There is no such part in the equipotential diagram of.

【0028】図9および図10は、別の実施例の横型I
GBTを用いた双方向高耐圧素子である。n- 型高抵抗
シリコン層3の表面にp型ベース層27,28,29,
30およびp型ドレイン層31が、この順に並んで形成
されている。p型ベース層27,28,29,30の表
面にはそれぞれ、n+ 型ソース層32,33,34,3
5が同じ側に片寄って形成されている。p型ベース層2
7,28,29,30上にはそれぞれ電極36,37,
38,39がn+ 型ソース層32,33,34,35に
もまたがって設けられている。p型ドレイン層31には
ドレイン電極40が設けられている。
FIGS. 9 and 10 show a horizontal type I according to another embodiment.
It is a bidirectional high withstand voltage element using GBT. n - P-type base layers 27, 28, 29, on the surface of the high-resistivity silicon layer 3,
30 and the p-type drain layer 31 are formed side by side in this order. The surface of each of the p-type base layers 27, 28, 29, 30 has n + Type source layers 32, 33, 34, 3
5 are formed on the same side, offset. p-type base layer 2
On the electrodes 7, 28, 29 and 30, electrodes 36, 37,
38 and 39 are n + The mold source layers 32, 33, 34, 35 are also provided so as to straddle. A drain electrode 40 is provided on the p-type drain layer 31.

【0029】n- 型高抵抗シリコン層3とn+ 型ソース
層32に挟まれたp型ベース層27の表面部にはゲート
酸化膜41を介してゲート電極42が形成され、n+
ソース層33,34,35に対しても同様にそれぞれゲ
ート電極43,44,45が形成されている。
[0029] n - Type high resistance silicon layer 3 and n + A gate electrode 42 is formed on the surface of the p-type base layer 27 sandwiched between the type source layers 32 via a gate oxide film 41, and n + Gate electrodes 43, 44 and 45 are similarly formed on the mold source layers 33, 34 and 35, respectively.

【0030】電極36,38,40は共通接続されて、
この系統を端子E1系統とし、電極37と39が共通接
続されてこの系統を端子E2 系統としている。ゲート電
極42と44、ゲート電極43と45も繋がっていて、
これらをそれぞれゲート端子G1 ,G2 とする。
The electrodes 36, 38 and 40 are commonly connected,
This system is called a terminal E 1 system, and the electrodes 37 and 39 are commonly connected to make this system a terminal E 2 system. The gate electrodes 42 and 44 and the gate electrodes 43 and 45 are also connected,
These are referred to as gate terminals G 1 and G 2 , respectively.

【0031】図9の破線はやはり一つの素子領域を表し
ている。平面図で見ると、端子E1とG1 の配線、端子
2 とG2 の配線は交差しているが、図1,図2の実施
例と同様にこの部分は多層構造になっていて、電極と電
極の間には絶縁膜が設けられている。
The broken line in FIG. 9 also represents one element region. In a plan view, the wirings of the terminals E 1 and G 1 and the wirings of the terminals E 2 and G 2 intersect, but this portion has a multi-layered structure as in the embodiment of FIGS. 1 and 2. An insulating film is provided between the electrodes.

【0032】この素子において、端子E1 を基準として
2 に正の電圧をかけると、p型ベース層27,29お
よびp型ドレイン層31の周りに空乏層が拡がり、高耐
圧特性を示す。この状態でG1 に正のゲート電圧をかけ
ると、ゲート電極42,44の下のp型ベース層27と
29の表面にnチャネルができる。そしてp型ベース層
28と30はそれぞれn+ 型ソース層32,34に対し
てドレインとして働き、n+ 型ソース層32,34から
それぞれp型ベース層28,30に向かって電子が、p
型ベース層28,30からp型ベース層27,29へ正
孔が流れる。こうして、端子E2 からE1 へ向かう電流
が流れる。
In this element, when a positive voltage is applied to E 2 with the terminal E 1 as a reference, a depletion layer spreads around the p-type base layers 27 and 29 and the p-type drain layer 31 and exhibits a high withstand voltage characteristic. When a positive gate voltage is applied to G 1 in this state, n channels are formed on the surfaces of the p-type base layers 27 and 29 below the gate electrodes 42 and 44. The p-type base layers 28 and 30 are n + It acts as a drain for the type source layer 32, 34, n + Electrons are emitted from the p-type source layers 32 and 34 toward the p-type base layers 28 and 30, respectively.
Holes flow from the type base layers 28 and 30 to the p-type base layers 27 and 29. Thus, a current flows from the terminal E 2 to E 1 .

【0033】また、端子E2 を基準としてE1 に正の電
圧をかけた場合は、p型ベース層28,30の周りに空
乏層が拡がり、高耐圧特性を示す。この状態で端子G2
に正のゲート電圧をかけると、p型ベース層29はn+
型ソース層33に対してドレインとして働き、端子E1
からE2 へ向かう電流が流れる。
When a positive voltage is applied to E 1 with the terminal E 2 as a reference, the depletion layer spreads around the p-type base layers 28 and 30 and exhibits a high withstand voltage characteristic. In this state, terminal G 2
When applying a positive gate voltage, p-type base layer 29 is n +
It functions as a drain for the source layer 33, and the terminal E 1
A current flows from E to E 2 .

【0034】以上のように、この素子は、p型ベース層
をそのままドレイン層としても用いる形で双方向高耐圧
素子が構成されている。そしてこの実施例は、図1,図
2の実施例と比べて同等の性能を持ちながら、p型領域
が1つ少ない構造となっており、一層の面積縮小が実現
されている。
As described above, this element is a bidirectional high breakdown voltage element in which the p-type base layer is used as it is as the drain layer. Further, this embodiment has the same performance as the embodiments of FIGS. 1 and 2, but has a structure with one less p-type region, and further area reduction is realized.

【0035】この実施例においても、n+ 型ソース層を
持つp型ベース層の数をふやして大電流化を図ることが
できる。図4の例と同様に高抵抗膜を形成して耐圧を高
めることができる。電極36,37,38,39をn+
型ソース層表面に取りp型ベース層には接しないように
してサイリスタとし、p型ベース層表面に直接ゲート電
極を取るようにしても良い。横方向の素子間分離は、図
3の例と同様にトレンチで行っても良く、V型溝やLO
COS酸化膜で行っても良い。また、これらの変形はそ
れぞれ独立のものであるので、組み合わせる事も可能で
ある。
Also in this embodiment, n + It is possible to increase the current by increasing the number of p-type base layers having the type source layer. As in the example of FIG. 4, a high resistance film can be formed to increase the breakdown voltage. N + electrodes 36, 37, 38, 39
A thyristor may be formed on the surface of the p-type source layer so as not to contact the p-type base layer, and the gate electrode may be directly formed on the surface of the p-type base layer. The isolation between elements in the lateral direction may be performed by trenches as in the example of FIG.
You may use a COS oxide film. Further, these modifications are independent of each other, and can be combined.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば分
離溝を含まない1個の誘電体分離された素子領域で双方
向高耐圧素子を構成することができ、素子の面積縮小が
可能である。
As described above, according to the present invention, a bidirectional high withstand voltage element can be constituted by one element region having no dielectric groove and having a dielectric isolation, and the area of the element can be reduced. Is.

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

【図1】本発明の一実施例の双方向高耐圧素子を示すレ
イアウト図。
FIG. 1 is a layout diagram showing a bidirectional high withstand voltage element according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A′断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG.

【図3】上記実施例の素子にトレンチ分離を適用した実
施例の図。
FIG. 3 is a diagram of an example in which trench isolation is applied to the device of the above example.

【図4】図1の実施例の素子に高抵抗体膜を設けた実施
例の図。
FIG. 4 is a diagram of an example in which a high resistance film is provided on the element of the example of FIG.

【図5】図4の高抵抗体膜のレイアウトを示す図。5 is a diagram showing a layout of the high resistance film of FIG.

【図6】図5の高抵抗体膜レイアウトでの等電位線図。6 is an equipotential diagram for the high resistance film layout of FIG.

【図7】図4の高抵抗体膜のレイアウトの他の例を示す
図。
FIG. 7 is a diagram showing another example of the layout of the high resistance film of FIG.

【図8】図7の高抵抗体膜レイアウトでの等電位線図。8 is an equipotential diagram in the high resistance film layout of FIG. 7. FIG.

【図9】他の実施例の双方向高耐圧素子を示すレイアウ
ト図。
FIG. 9 is a layout diagram showing a bidirectional high withstand voltage element of another embodiment.

【図10】図9のA−A′断面図。10 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

【図11】従来の双方向高耐圧素子のレイアウト図。FIG. 11 is a layout diagram of a conventional bidirectional high withstand voltage element.

【図12】図11のA−A′断面図と等価回路図。12 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 11 and an equivalent circuit diagram.

【符号の説明】 1…単結晶または多結晶シリコン基板、 2…分離用酸化膜、 3…n- 型高抵抗シリコン層(高抵抗ベース層)、 4,5…p型ベース層、 6〜9…p型ドレイン層、 10〜13…n+ 型ソース層、 14,15…ソース電極、 16〜19…ドレイン電極、 20…ゲート酸化膜、 21〜24…ゲート電極、 25…n+ 型ソース層、 26…高抵抗体膜、 27〜30…p型ベース層、 31…p型ドレイン層、 32〜35…n+ 型ソース層、 36〜40…電極、 41…ゲート酸化膜、 42〜45…ゲート電極。[Explanation of reference numerals] 1 ... Single-crystal or polycrystalline silicon substrate, 2 ... Isolation oxide film, 3 ... n Type high resistance silicon layer (high resistance base layer), 4, 5 ... P type base layer, 6-9 ... P type drain layer, 10-13 ... N + Type source layer, 14, 15 ... Source electrode, 16-19 ... Drain electrode, 20 ... Gate oxide film, 21-24 ... Gate electrode, 25 ... N + Type source layer, 26 ... High resistance film, 27-30 ... p-type base layer, 31 ... p-type drain layer, 32-35 ... n + Type source layer, 36-40 ... Electrode, 41 ... Gate oxide film, 42-45 ... Gate electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/784 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 29/784

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】それぞれ第1導電型の高抵抗ベース層の表
面部に第2導電型ベース層が形成され、この第2導電型
ベース層の内外表面にそれぞれ第1導電型の第1の主電
極領域および第2導電型の第2の主電極領域が形成され
た二つの横型pnpn高耐圧素子が、前記高抵抗ベース
層を一つの誘電体分離された島状半導体層として共有し
て構成され、かつ逆並列接続されていることを特徴とす
る双方向高耐圧半導体素子。
1. A second conductive type base layer is formed on a surface portion of a first conductive type high resistance base layer, and a first main conductive type main layer is formed on inner and outer surfaces of the second conductive type base layer. Two lateral pnpn high breakdown voltage elements in which an electrode region and a second main electrode region of the second conductivity type are formed are configured by sharing the high resistance base layer as one dielectric-isolated island semiconductor layer. And a bidirectional high breakdown voltage semiconductor element characterized by being connected in anti-parallel.
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