JPH06236990A - Mos制御ダイオード - Google Patents

Mos制御ダイオード

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JPH06236990A
JPH06236990A JP29290693A JP29290693A JPH06236990A JP H06236990 A JPH06236990 A JP H06236990A JP 29290693 A JP29290693 A JP 29290693A JP 29290693 A JP29290693 A JP 29290693A JP H06236990 A JPH06236990 A JP H06236990A
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Thomas Stockmeier
シュトックマイアー トーマス
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 MOS制御ダイオードであって、大電力で使
用可能な素子を簡単に製造すること。 【構成】 p+ 層5とn- 層4とn+ 層9とから成るM
OS制御ダイオード1が開示されている。n+ 層9を完
全に囲むp領域8がn- 層4とn+ 層9との間に設けら
れている。p領域8は、その上に設けられているゲート
電極に電圧をかけることによって橋絡され得る。その結
果、該ダイオードは、通常阻止状態から伝導状態へと変
化する。該ダイオードは、カソード側のエッジ終端によ
って高い阻止能力を備えることが出来る。アノード側の
エッジ終端15は逆阻止ダイオードをもたらし、アノー
ド側の短絡回路14は逆伝導ダイオードをもたらす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の分野】本発明は、パワー・エレクトロニクスの
分野に基づく。本発明は、特許請求の範囲の欄の請求項
1の前提部に記載の半導体ダイオードから出発する。
【0002】
【従来技術の説明】この様な半導体ダイオードは、例え
ば、R.ミュラー著の『半導体エレクトロニクス素子』
(シュプリンガー出版)(“Bauelemente der Halbleit
er-Elektronik"(Springer Verlag 1979)に既に記載され
ている。p+ - + 構造を有するこの様なダイオード
は、普通はピン・ダイオードと呼ばれていて、パワー・
ダイオードとして広範に使われている。オフにスイッチ
ングされ得るパワー半導体素子の場合には、制御性が単
純で、保護回路が単純であるために、MOS制御素子が
パワー・エレクトロニクスにますます広く使われるよう
になっており、新しい応用分野がますます広く開けつつ
ある。その様な素子はパワーMOSFET,IGBT及
びMCTである。パワーMOSFETは、非常に高いス
イッチング周波数(MHz)まで使用可能であって、ま
た制御しやすく、大電流(数百A)を並列接続によって
制御することが出来るが、最大阻止電圧は割合に限られ
ている(数百V)。しかし、この事情のゆえに、この様
な素子は大パワー分野に使用され得ない。IGBTのス
イッチング周波数は、MOSFETのそれに比べると確
かに顕著に減少しているが、これらの素子のオン抵抗は
比較的に低くて絶縁耐力は著しく高い(約1200Vの
高さである)。この種の素子も、特別の問題無しに並列
に接続され得る。しかし、絶縁耐力が依然として常に低
すぎるために、大パワー分野での使用は不可能である。
【0003】MOS制御サイリスタ(MCT)は、オン
抵抗の低いことを特徴としていて、非常に高い電圧のた
めにも設計され得る。しかし、大面積素子(=大電流)
の製造とMCTの並列接続とは、その内部構造の故に、
今までは不可能であったので、この場合にも大パワーの
応用は実現し得なかった。全てのMOS制御素子に共通
に言えることは、それらが割合に微細な構造(<=5μ
m)を持っていて、従って程よいチップ歩留りのために
チップ面積が依然として約2cm2 に限られる。また、製
造コストは、オフにスイッチングされ得るバイポーラ素
子(トランジスタ、GTO)に比べて割合に高い。よっ
て、MOS制御素子は単純で低損失制御であるけれど
も、大パワーの分野での応用は、製造のための厳しい要
件とは、依然として問題である。
【0004】
【発明の概要】従って、本発明の一つの目的は、大パワ
ー目的に適当であって簡単に製造できる新規な素子を提
供することである。最初に述べた種類の半導体ダイオー
ドの場合には、この目的は請求項1の特徴の全体により
達成される。この場合、本発明はMOS制御ダイオード
(MCD)に関する。このMCDは、特に、p領域がn
- 層とn+ 層との間に設けられ、このp領域が架橋され
ることを可能にする手段が設けられるたとを特徴とす
る。第一の代表的実施例では、この手段は、該p領域の
上に設けられる絶縁されたゲート電極から成る。正電圧
がかけられるとき、該p領域にnにチャネルが形成され
るが、このnチャネルは、該n- 層と該n+ 層とを結合
させる。別の代表的実施例では、カソードの側にエッジ
終端が設けられる。その結果として、該素子は大阻止能
力を有する。別の実施例は、従属請求項から生じる。本
発明による構成の利点は、発明が、発明に伴う利点の全
てを有するMOS制御素子に関しているが、その構成が
単純であるために製造が容易で且つ直列又は並列にも容
易に接続され得るということである。
【0005】本発明と、その利点の多くとの一層充分な
理解は、添付図面と関連させて、以下の詳細な説明を参
照すれば容易に得られる。
【0006】
【実施例】図面を参照する。図面において同じ参照数字
は全図を通じて同一の又は対応する部分を指している。
図1は本発明によるMOS制御ダイオード即ちMCDI
を示す。このダイオード即ちMCDIは、二つの主面
2、3の間に第1のn- 電荷キャリヤー層4と第2のp
+ 電荷キャリヤー層5とを有するシリコン基板から構成
されている。トレンチの形の複数のp領域8が第1電荷
キャリヤー層4中に拡散されている。各p領域8はn+
領域9を囲んでおり、これもトレンチの形であるけれど
も、大きさは比較的に小さくてn+ ドーピングされてい
る。n+ 領域9とp- 領域8とは、第1主面2まで貫通
している。p- 領域8間で、n- 電荷キャリヤー層4
は、第1主面2まで貫通している。p+ 電荷キャリヤー
層5と、n- 電荷キャリヤー層4とn+ 領域9とは、大
パワー・ダイオードの既知のピン構造を形成している。
その結果として、p+ 層5はMCDIのアノード7を表
し、n+ 領域はカソード6を形成する。アノード7とカ
ソード6とは、共に、p+ 層5又はn+ 領域9とそれぞ
れ接触する金属層(それぞれ12又は11)により形成
される。
【0007】相互に接続された複数のゲート電極16
は、第1主面2の上に設けられていて、絶縁層17によ
って電気的に絶縁されている。これらのゲート電極16
は、各々の場合にポリシリコン層10により形成されて
いる。このポリシリコン層10は、n+ 領域9のエッジ
から、関連するp領域8を越え、二つの隣接するp領域
8の間に位置するn- 層4を越え、隣接するp領域8を
越えて、隣接するn+ 領域9のエッジまで延在してい
る。ゲート絶縁17は、カソードのメタライゼーション
11で被覆されている。本発明により、付加的なp領域
8がn- 層4とn+ 領域9との間に設けられている。従
って、MCDIは順方向に阻止する、即ち正電圧がアノ
ードにかけられたときに阻止するが、カソードは接地さ
れている。この阻止能力は、p領域8とn- 層4との間
に順電圧方向に形成された空間電荷ゾーンにより確実に
される。よって、この素子は通常はオフにスイッチング
されている(『通常オフ』)。約5Vの正電圧がゲート
16にかかると、n伝導チャネルがp領域8に形成され
るが、このチャネルはカソード6又はn+ 領域9をn-
層4に結合させる。このnチャネルの結果として、MC
Dは順方向に伝導する。
【0008】その結果として、オン・オフとスイッチン
グすることが出来て主として非常に単純な構成を特徴と
する新しいMOS制御素子が得られる。このMCDIの
種々の好ましい実施例が存在し、それらが図1〜3に示
されている。上記した構造に加えて、エッジ終端13が
図1においてカソード側に設けられている。エッジ終端
13は、だんだん狭くなるp領域により形成される。こ
のp領域は、一番外側のゲート・ポリシリコン層10か
ら、該素子のエッジまでは届かない点まで伸びている。
カソード側のこの様なエッジ終端13の結果として、M
CDIは、オフにスイッチングされた状態にあるとき
に、非常に高い阻止電圧に耐えることが出来る。図1の
構造に加えて、図2のアノード側にエッジ終端15があ
る。このエッジ終端15は、カソード側のエッジ終端1
3と同様に構成されている。この様なアノード側のエッ
ジ終端15は、逆方向に阻止する、即ちカソードがアノ
ードに対して正の電圧にあるときに阻止するMCDを生
じさせる。図1の構造に加えて、図3においてはアノー
ド側に短絡回路14がある。これらのアノード短絡回路
は、p+ 層5を貫通するn+ 領域14により形成され
る。アノード側のこの様な短絡回路14は、逆方向に、
即ちカソードがアノードに対して正の電圧であるとき
に、伝導するMCDを生じさせる。
【0009】他の全てのMOS制御素子(MCT,IG
BT,MOSFET)と同じく、本発明のMOS制御ダ
イオードは、この様な整列接続された多数の基本的セル
又はストリップから成り、各々の場合に、そのうちの3
個が図1〜3に示されており、その機能については既に
前述した通りである。しかし、これらの既知のMOS制
御素子に比べて、以下の主要な利点が得られる。 − 即ち、構造が完全に自己調整式である、即ち、調整
が不正確であるために役に立たない素子が無い。 − 該阻止を製造するために必要なマスク・レベルは原
則として次の3個だけ、即ち、 a) ポリシリコンの構造化(カソード6、エッジ終端
13及び調整マークの製造)、 b) ゲート16とカソード6との間の酸化珪素から成
る絶縁層17の構造化(接点穴エッチング)、 c) カソード・メタライゼーション11の構造化、だ
けである。
【0010】実際には、カソード側のエッジ終端を実現
するために、専用のマスク・レベルを使うのも有益であ
る。このことは、アノード側のエッジ終端とアノード側
の短絡回路とにも言えることである。よって、本発明に
よるMOS制御ダイオードは、構成の単純さに関して最
適の構造を有する。これは、何らの問題無く並列にも直
列にも接続され得る。明らかに、上記の教示に鑑みて本
発明の種々の修正及び変形が可能である。従って、特許
請求の範囲の欄の記載内容の範囲内で、明細書に詳しく
記載した以外の態様で本発明を実施し得ることが理解さ
れるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】大阻止能力を有するMOS制御ダイオードの断
面図である。
【図2】逆阻止MOS制御ダイオードの断面図である。
【図3】逆伝導MOS制御ダイオードの断面図である。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 a) 二つの主面(2、3)の間に設け
    られていて、第1のn- 電荷キャリヤー層(4)と第2
    のp+ 電荷キャリヤー層(5)とから形成されるpn接
    合と、 b) カソード・メタライゼーション(11)と第1の
    - 電荷キャリヤー層(4)との間に設けられていて、
    該カソード・メタライゼーション(11)と電気的に接
    触するn+ 領域(9)と、 c) 第2の主面(3)に設けられていて、第2の電荷
    キャリヤー層(5)に電気的に結合されているアノード
    ・メタライゼーション(12)とを有する半導体ダイオ
    ードであって、 d) n+ 領域(9)とn- 電荷キャリヤー層(4)と
    の間にp領域(8)が設けられており、 e) p領域(8)をn伝導チャネルを介して短絡する
    手段が第1の主面(2)に設けられており、チャネルは
    該n+ 領域(9)をn- 電荷キャリヤー層(4)に結合
    することを特徴とする半導体ダイオード。
  2. 【請求項2】 該手段は、第1主面(2)から絶縁され
    ているポリシリコン層(10)から成るゲート電極(1
    6)から成っており、このポリシリコン層(10)は、
    各々の場合に、n+ 領域(9)のエッジから、関連する
    p領域(8)と、間に位置する第1電荷キャリヤー層
    (4)の領域とを越えて、隣接するn+領域(9)のエ
    ッジまで伸びていることを特徴とする請求項1に記載の
    半導体ダイオード。
  3. 【請求項3】 p領域(8)は、第1電荷キャリヤー層
    (4)の中に導入されてn+ 領域(9)を完全に囲むト
    レンチとして構成されていることを特徴とする請求項2
    に記載の半導体ダイオード。
  4. 【請求項4】 第1電荷キャリヤー層(4)は、p型に
    ドーピングされたエッジ終端(13)を有しており、こ
    れはカソードの側で第1主面(2)まで貫通しているこ
    とを特徴とする、上記請求項の中の一つに記載の半導体
    ダイオード。
  5. 【請求項5】 第1電荷キャリヤー層(5)はp型にド
    ーピングされたエッジ終端(15)を有しており、これ
    はアノードの側で第2主面(3)まで貫通していること
    を特徴とする上記請求項の中の一つに記載の半導体ダイ
    オード。
  6. 【請求項6】 アノード短絡回路を形成する複数のn+
    領域(14)が第2電荷キャリヤー層(5)を通ること
    を特徴とする請求項1〜4の中の一つに記載の半導体ダ
    イオード。
  7. 【請求項7】 多数のp- 及びn+ 領域(それぞれ8及
    び9)があり、それらの上に設けられたゲート電極(1
    6)は相互に結合されていることを特徴とする上記請求
    項の中の一つに記載の半導体ダイオード。
JP29290693A 1992-11-28 1993-11-24 Mos制御ダイオード Pending JPH06236990A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19924240027 DE4240027A1 (de) 1992-11-28 1992-11-28 MOS-gesteuerte Diode
DE4240027:9 1992-11-28

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JP (1) JPH06236990A (ja)
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