JPH06268205A - Electrostatic induction type semiconductor device having electrostatic induction main electrode short-circuit structure - Google Patents

Electrostatic induction type semiconductor device having electrostatic induction main electrode short-circuit structure

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JPH06268205A
JPH06268205A JP7874093A JP7874093A JPH06268205A JP H06268205 A JPH06268205 A JP H06268205A JP 7874093 A JP7874093 A JP 7874093A JP 7874093 A JP7874093 A JP 7874093A JP H06268205 A JPH06268205 A JP H06268205A
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electrostatic induction
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尚博 清水
Kimihiro Muraoka
公裕 村岡
Naoshige Tamamushi
尚茂 玉蟲
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Abstract

PURPOSE:To reduce the quantity of turn-OFF leas-out charge by providing an electrostatic induction cathode short-circuit region surrounding by a cathode diffusion layer, in an element structure having distribution type main electrode structure. CONSTITUTION:The diagram mentioned separately is an example in which an electrostatic induction cathode short-circuit structure and an electrostatic anode short-circuit structure are combined. No.6 in the diagram is an n<+> short-circuit layer. As electrostatic effect is utilized in the above-mentioned anode short-circuit structure, it becomes an SI anode short-circuit structure. An n<+> cathode region 11 is divided into small regions, and the cathode short-circuit region, in which electrostatic induction effect is utilized, is arranged in such a manner that it is pinched by the cathode region 11. A potential barrier, when can be controlled by electrostatic effect, is formed on the front of a cathode short-circuit region 15, and the p<+> cathode short-circuit region 15 forms the drain of the hole absorbed to a cathode electrode 7a. As above-mentioned, a turn-OFF time can be reduced and a tail time can be reduced by combining the electrostatic induction cathode short-circuit structure and the SI anode short-circuit structure.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電力用半導体素子の分野
に関し、特に、静電誘導型素子のターンオフスイッチン
グ性能において、蓄積時間、立下り時間の短縮化並びに
ゲート電極よりの引き出し電荷量を従来に比べて大幅に
低減化し、ターンオフ性能が改善される、分布型主電極
構造を有する静電誘導型半導体素子において、更にター
ンオフ引き出し電荷量が低減化される静電誘導主電極短
絡構造を有する静電誘導型半導体素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of power semiconductor devices, and in particular, in the turn-off switching performance of static induction type devices, the accumulation time and fall time are shortened, and the amount of charge extracted from the gate electrode is conventionally reduced. In a static induction type semiconductor device having a distributed type main electrode structure, which has a significantly reduced turn-off performance compared with the above, a static induction type main electrode short-circuit structure in which the turn-off extraction charge amount is further reduced. The present invention relates to an electric induction type semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来静電誘導型半導体素子のスイッチン
グ性能を改善させるための構造的な工夫は各種提案され
ている。第1の従来例として埋込み構造を有する静電誘
導トランジスタや静電誘導サイリスタに対して、ゲート
−ソース間もしくはゲート−カソード間の入力容量を低
減化させるためと、ソース領域もしくはカソード領域か
らの電子注入効率を高めるための構造が、既に西澤,玉
蟲により特開平1−91474号公報に開示されてい
る。図22は上記第1の従来例の模式的断面構造図であ
る。図22において1はn- 高抵抗層であり、3はアノ
ード領域、4はゲート領域、5はチャネル領域、11は
カソード領域である。
2. Description of the Related Art Conventionally, various structural ideas for improving the switching performance of a static induction semiconductor device have been proposed. In order to reduce the input capacitance between the gate and the source or between the gate and the cathode with respect to the static induction transistor or the static induction thyristor having the embedded structure as the first conventional example, the electrons from the source region or the cathode region are reduced. A structure for increasing the injection efficiency has already been disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-91474 by Nishizawa and Tamamushi. FIG. 22 is a schematic cross-sectional structure diagram of the first conventional example. In FIG. 22, 1 is an n high resistance layer, 3 is an anode region, 4 is a gate region, 5 is a channel region, and 11 is a cathode region.

【0003】第1の従来例は、埋め込みゲート間に形成
されるチャネルの上方にのみカソードまたはソースとな
る半導体領域を設けて、ゲート−カソード間またはゲー
ト−ソース間の容量を小さくすることによりチャネル電
流を低減することなくスイッチング速度を向上させたも
のである。
In the first conventional example, a semiconductor region serving as a cathode or a source is provided only above a channel formed between buried gates, and the capacitance between the gate and the cathode or between the gate and the source is reduced to reduce the channel. The switching speed is improved without reducing the current.

【0004】カソード領域またはソース領域となる高不
純物濃度の半導体領域を、埋め込みゲート間に形成され
るチャネル領域の上方にのみ配設したので、ゲートとカ
ソード領域またはソース領域間の接合容量は従来よりも
減少する。従って、ゲート抵抗と前記接合容量の積から
成る時定数は従来よりも小さくなり、ゲート−カソード
間電圧またはゲート−ソース間電圧がゲート電極から離
れたゲートに伝播する速度は従来よりも速くなる。この
結果、ターンオン時間、ターンオフ時間は減少し、高速
スイッチングが可能となる。
Since the high impurity concentration semiconductor region serving as the cathode region or the source region is arranged only above the channel region formed between the buried gates, the junction capacitance between the gate and the cathode region or the source region is higher than that of the conventional one. Also decreases. Therefore, the time constant consisting of the product of the gate resistance and the junction capacitance becomes smaller than before, and the speed at which the gate-cathode voltage or the gate-source voltage propagates to the gate away from the gate electrode becomes faster than before. As a result, turn-on time and turn-off time are reduced, and high-speed switching is possible.

【0005】更に第2の従来例を図23に示す。図23
は川村、森川により発明され特開昭4−257266号
公報において開示された静電誘導サイリスタの断面構造
図である。図23において1はn- 高抵抗層、3はp+
アノード領域、4はゲート領域、6はn+ 短絡層、7a
はカソード電極、7bはゲート電極、7cはアノード電
極、11はn+ カソード領域、13はp+ 短絡層であ
る。図23に示した発明の目的は、カソード短絡構造を
用いたSIサイリスタのカソード面積利用率を向上する
ことによりターンオフ特性に優れ、かつ電流容量及び耐
電圧に優れたSIサイリスタを提供することにある。
A second conventional example is shown in FIG. FIG. 23
FIG. 4 is a sectional structural view of an electrostatic induction thyristor invented by Kawamura and Morikawa and disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-257266. In FIG. 23, 1 is n high resistance layer, 3 is p +
Anode region, 4 is gate region, 6 is n + shorting layer, 7a
Is a cathode electrode, 7b is a gate electrode, 7c is an anode electrode, 11 is an n + cathode region, and 13 is a p + short-circuit layer. The object of the invention shown in FIG. 23 is to provide an SI thyristor having an excellent turn-off characteristic and an excellent current capacity and withstand voltage by improving the cathode area utilization rate of the SI thyristor using a short-circuited cathode structure. .

【0006】n- 高抵抗層(n- ベース層)の一方の主
面にn+ カソード層とp+ 短絡層とを有する静電誘導サ
イリスタにおいて、前記n- ベース層内にp+ ゲート層
を複数に分割して主面と平行な方向に配列して埋め込
み、前記n+ カソード層は、前記p+ ゲート層間のチャ
ンネル領域に対向した位置に形成され、かつ前記p+
絡層は、前記分割されたp+ ゲート層の少なくともその
一部と対向する位置に形成されたことを特徴とする静電
誘導サイリスタとしての構成を有する。
In an electrostatic induction thyristor having an n + cathode layer and a p + short-circuit layer on one main surface of an n high resistance layer (n base layer), a p + gate layer is provided in the n base layer. The n + cathode layer is formed at a position facing the channel region between the p + gate layers, and the p + short-circuit layer is divided into a plurality of layers. It is formed at a position facing at least a part of the formed p + gate layer, and has a structure as an electrostatic induction thyristor.

【0007】即ち、SIサイリスタのp+ ゲート層4を
埋め込み構造として形成し、SIサイリスタのカソード
面においてp+ 短絡層13を上記ゲート層の上面に形成
し、他の領域をn+ カソード層11とした。従って、カ
ソード面の主電流通路となる領域がn+ カソード層11
となり、実効的な面積利用率を高くする構成となってい
る。
That is, the p + gate layer 4 of the SI thyristor is formed as a buried structure, the p + short-circuit layer 13 is formed on the upper surface of the gate layer on the cathode surface of the SI thyristor, and the other region is formed on the n + cathode layer 11. And Therefore, the region serving as the main current path on the cathode surface is the n + cathode layer 11
Therefore, the effective area utilization rate is increased.

【0008】更に第3の従来例を図24に示す。図24
は村岡により発明され、特開昭60−152063号公
報において開示された静電誘導サイリスタの一例の断面
構造図である。図24において、1はn- 高抵抗層であ
り、1aは基盤、1bはエピタキシャル層である。3は
第2高濃度層(p+ アノード領域)、4はゲート領域、
7aはカソード電極、7bはゲート電極、7cはアノー
ド電極、11は第1高濃度層(n+ カソード領域)、1
2は支持電極、14及び14´は絶縁層である。上記発
明は、p+ 埋込みゲート領域4がカソード領域及びアノ
ード領域と対向する部分に形成される寄生バイポーラト
ランジスタの効果を低減化させ、寄生バイポーラトラン
ジスタによる再点弧の防止、ターンオフ直後のdv/d
t耐量の向上、高周波動作時のターンオン時のゲート損
失の改善を図ることを目的としている。
Further, a third conventional example is shown in FIG. Figure 24
FIG. 3 is a sectional structural view of an example of the electrostatic induction thyristor invented by Muraoka and disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-152063. In FIG. 24, 1 is an n high resistance layer, 1a is a substrate, and 1b is an epitaxial layer. 3 is the second high concentration layer (p + anode region), 4 is the gate region,
7a is a cathode electrode, 7b is a gate electrode, 7c is an anode electrode, 11 is a first high-concentration layer (n + cathode region), 1
Reference numeral 2 is a support electrode, and 14 and 14 'are insulating layers. The above invention reduces the effect of the parasitic bipolar transistor formed in the portion where the p + buried gate region 4 faces the cathode region and the anode region, prevents re-ignition by the parasitic bipolar transistor, and dv / d immediately after turn-off.
The purpose is to improve t resistance and gate loss at turn-on during high frequency operation.

【0009】上記第3の従来例の発明の目的は上述した
如き従来の静電誘導サイリスタが有する寄生効果を除去
すると共に、製造歩留りを著しく向上させた新しい構造
の静電誘導サイリスタを提供することにある。
An object of the third prior art invention is to provide a static induction thyristor having a new structure in which the parasitic effect of the conventional static induction thyristor as described above is eliminated and the manufacturing yield is remarkably improved. It is in.

【0010】上記目的の達成を図るため、上記第3の従
来例の発明によれば、前述の第1高濃度層を、埋込ゲー
ト領域から半導体層の一側面を該一側面に垂直な方向に
みて、この埋込ゲート領域の真上の領域は第1高濃度層
の接合深さを浅く、これ以外のこの半導体層には第1高
濃度層の接合深さを深く設けている。
In order to achieve the above object, according to the invention of the third conventional example, the above-mentioned first high-concentration layer is formed in a direction perpendicular to the one side surface of the semiconductor layer from the buried gate region. In view of this, the region directly above the buried gate region has a shallow junction depth of the first high-concentration layer, and the other semiconductor layers are provided with a deep junction depth of the first high-concentration layer.

【0011】 ことができ、高周波動作時のターンオン時のゲート損失
を小さくできしかも製造歩留りを著しく向上させること
ができる。
[0011] Therefore, the gate loss at turn-on during high frequency operation can be reduced, and the manufacturing yield can be significantly improved.

【0012】上記第3の従来例の発明の実施に当っては
さらに前述の第2高濃度層を、埋込ゲート領域から半導
体層の他側面を該他側面に垂直な方向にみて、この埋込
ゲート領域の真下の領域は第2高濃度層の接合深さを浅
くこれ以外のこの半導体層には第2高濃度層の接合深さ
を深く設けてもよい。このように構成すれば、ターン
In practicing the invention of the third conventional example, the second high-concentration layer is further buried by observing the other side surface of the semiconductor layer in a direction perpendicular to the other side surface from the buried gate region. The region directly below the embedded gate region may have a shallow junction depth of the second high-concentration layer, and the semiconductor layer other than this may have a deep junction depth of the second high-concentration layer. With this configuration, turn

【0013】さらに上記第3の従来例の発明の実施に当
っては、上述した構成の静電誘導サイリスタの各々にお
いて、上述したゲート領域の真下の領域とアノード電極
との間に絶縁膜を設けてもよい。このように構成すれ
ば、上述した諸効果を一層高めることができる。
Further, in carrying out the invention of the third conventional example, in each of the static induction thyristors having the above-described structure, an insulating film is provided between the region directly below the gate region and the anode electrode. May be. With this configuration, the above-mentioned effects can be further enhanced.

【0014】しかるに本発明者は第2の従来例と同様の
構造において、ターンオフ時においてp+ 埋込みゲート
領域4とp+ 短絡層13とが短絡し、余分な正孔がp+
短絡層13からn- 高抵抗層領域1に注入されるため、
ゲート電極7bからの引き抜き電荷量が増大されるとい
う現象を見出した。そのため、ターンオフ時間が増大す
るという逆の効果を見出した。
In the structure similar to the second conventional example, however, the inventor of the present invention short-circuits the p + buried gate region 4 and the p + short-circuit layer 13 at the time of turn-off, and the extra holes are p +.
Since it is injected from the short-circuit layer 13 into the n high resistance layer region 1,
We have found a phenomenon that the amount of electric charge extracted from the gate electrode 7b is increased. Therefore, they have found the opposite effect of increasing the turn-off time.

【0015】一方、第1の従来例については寄生容量の
低減化を主目的としておりカソード電極の配置について
は何ら言及されていないため、ターンオン時の正孔の流
れ、及びターンオフ時の正孔の流れについては未確定で
あり、後述する本発明における正孔の引き抜き量の低減
効果についても言及されていなかった。更に第3の従来
例においても同様に寄生バイポーラトランジスタ及び寄
生ダイオードの効果の低減化を主目的としており、ター
ンオン時、ターンオフ時の正孔の動きについては何ら言
及されていないため、ターンオフ時の正孔の引き抜き量
の低減効果も見出されていなかった。
On the other hand, in the first conventional example, the main purpose is to reduce the parasitic capacitance and no reference is made to the arrangement of the cathode electrode. Therefore, the flow of holes at turn-on and the hole flow at turn-off are reduced. The flow is uncertain, and no mention is made of the effect of reducing the amount of hole extraction in the present invention described later. In the third conventional example as well, the main purpose is to reduce the effect of the parasitic bipolar transistor and the parasitic diode, and the movement of holes at turn-on and turn-off is not referred to. The effect of reducing the amount of drawn holes was not found.

【0016】更に本発明者は埋込みゲート構造を有する
静電誘導素子においてn+ カソード領域を形成した領域
直下の埋込み拡散層(p+ ゲート領域)は拡散が速く、
同じ熱処理時間でも広い領域まで拡散されるのに対し
て、n+ カソード領域を形成していない領域の直下の埋
込み拡散層(p+ ゲート領域)は相対的に拡散が遅く、
同じ熱処理時間でもあまり広い領域まで拡散されないと
いう実験結果を見出した。即ち図25は上記事情を説明
する模式的断面構造図であって、n+ カソード領域直下
のp+ 埋込み層は大きく広がっているのに対して、n+
カソード領域が形成されていない領域直下のp+ 埋込み
層は相対的に広がりも小さいという様子を模式的に示し
ている。図25から明らかな点は、ゲート−カソード間
の距離に埋込み層の部分によってばらつきが生ずるとい
うことである。これによって静電誘導サイリスタを構成
する各々のセグメント内においてもp+ ゲート領域とn
+ カソード間の耐圧にばらつきが生じやすいということ
も明らかである。特にn+ カソード領域直下のp+ ゲー
ト領域はn+ カソード領域の方向にも速く広がるため、
実質的なゲート−カソード間の距離が減少するため、ゲ
ート−カソード間の耐圧はこの部分で決定されるという
ことにもなる。従って、所定の耐圧を得るための条件設
定を正確に把握する必要があり、またセグメント内、セ
グメント間で耐圧ばらつきを抑える必要が生ずる。
Further, the present inventor has found that in the static induction device having the buried gate structure, the buried diffusion layer (p + gate region) immediately below the region where the n + cathode region is formed diffuses quickly,
Even if the heat treatment time is the same, a wide area is diffused, while the buried diffusion layer (p + gate area) immediately below the area where the n + cathode area is not formed is relatively slow in diffusion.
We found the experimental result that the same heat treatment time does not diffuse into a very wide area. That is, FIG. 25 is a schematic cross-sectional structure diagram for explaining the above situation, in which the p + buried layer immediately below the n + cathode region is greatly expanded, while the n +
It schematically shows that the p + buried layer immediately below the region where the cathode region is not formed has a relatively small spread. It is clear from FIG. 25 that the gate-cathode distance varies depending on the buried layer portion. As a result, the p + gate region and the n + region are formed in each segment that constitutes the electrostatic induction thyristor.
+ Variation in breakdown voltage between the cathode is also clear that tends to occur. In particular, since p + gate region immediately under n + cathode region spreads faster in the direction of the n + cathode region,
Since the substantial distance between the gate and the cathode is reduced, the breakdown voltage between the gate and the cathode is also determined at this portion. Therefore, it is necessary to accurately grasp the condition setting for obtaining the predetermined withstand voltage, and to suppress the withstand voltage variation within the segment and between the segments.

【0017】上記従来例1〜3においても上述の拡散ば
らつきに伴なう耐圧のばらつきを抑制するためのカソー
ドレイアウト配置パターンについて何ら提案されていな
かった。その理由は従来カソード領域は主として一様に
形成されることが多く、本発明の如く分布型構造として
非一様,非均一に形成されていなかったためである。
Also in the above-mentioned conventional examples 1 to 3, no proposal has been made on the cathode layout arrangement pattern for suppressing the variation in breakdown voltage due to the variation in diffusion. The reason therefor is that the cathode region is often formed mainly in the past, and is not formed in a non-uniform or non-uniform manner as a distributed structure as in the present invention.

【0018】図26はカソード領域が一様に均一に形成
された従来の埋込みゲート構造を有する静電誘導サイリ
スタの単位セグメント部分の長手方向及び横断方向の模
式的素子断面構造図及び上面図である。
FIG. 26 is a schematic device cross-sectional structural view and a top view of a unit segment portion of a static induction thyristor having a conventional buried gate structure in which a cathode region is uniformly formed in a longitudinal direction and a transverse direction. .

【0019】図26により明らかな如く、カソード電極
7aはn+ カソード領域11の上部に、カソード領域1
1内に納まるように配置されており、nエピタキシャル
層10には接触してはいない。図27はこのような従来
構造を有するSIサイリスタの1200V−100Aに
おける典型的なスイッチング波形の例である。図27に
おいて、IT はアノード電流波形、VD はアノード電圧
波形、IGPはゲートピーク電流値、IRGはゲート電流波
形、VRGはゲート電圧波形を示す。
As is apparent from FIG. 26, the cathode electrode 7a is located above the n + cathode region 11 and the cathode region 1
1 and is not in contact with the n epitaxial layer 10. FIG. 27 shows an example of a typical switching waveform in 1200V-100A of the SI thyristor having such a conventional structure. In FIG. 27, I T is an anode current waveform, V D is an anode voltage waveform, I GP is a gate peak current value, I RG is a gate current waveform, and V RG is a gate voltage waveform.

【0020】図27の波形において、オン期間t0 ,蓄
積期間t1 ,下降(フォール)期間t2 ,及びテイル期
間t3 に分けてそれぞれSIサイリスタの素子構造内に
おいて、正孔,及び電子がどのように動くかを模式的に
示した図を図28乃至図31に示す。即ち、図28はオ
ン期間t0 ,図29は蓄積期間t1 ,図30は下降(フ
ォール)期間t2 ,図31はテイル期間t3 に対応して
いる。図28乃至31において白丸(○)は正孔を模式
的に示し、黒丸(●)は電子を模式的に示している。
In the waveform of FIG. 27, holes and electrons are separated in the device structure of the SI thyristor by dividing into an ON period t 0 , an accumulation period t 1 , a falling period t 2 and a tail period t 3. 28 to 31 are diagrams schematically showing how they move. That is, FIG. 28 corresponds to the on period t 0 , FIG. 29 corresponds to the accumulation period t 1 , FIG. 30 corresponds to the falling period t 2 , and FIG. 31 corresponds to the tail period t 3 . 28 to 31, white circles (◯) schematically show holes, and black circles () schematically show electrons.

【0021】t0 期間中では、ゲートカソード間の順バ
イアスが印加され続けていなくても、電子はカソードか
らアノードに流れ、正孔はアノードからチャネルもしく
はゲートを介してカソードに流れている(図28)。ゲ
ート−カソード間に逆バイアスが印加されると、アノー
ドからの正孔電流はゲートに流入し、またゲート近傍の
チャネル部分及びゲート−カソード間のnエピタキシャ
ル層内に分布する正孔も逆バイアスに引っ張られてゲー
トに流入する。一方、電子はカソードからアノードに流
れ続けているが、チャネル内の電位障壁高さが逆ゲート
バイアスによって高められるにつれてその一部分はカソ
ード領域に再流入する。t1 期間中において、アノード
からゲートに流入する正孔電流をiha,その電荷量を
Qha,チャネル近傍及びゲート−カソード間のnエピ
タキシャル層からゲート流入する正孔電流をihb,そ
の電荷量をQhb、また上述の如く、カソード領域に再
流入する電子電流をie,その電荷量をQeとして図2
9中において表わしている。
During the period t 0 , electrons flow from the cathode to the anode and holes flow from the anode to the cathode via the channel or gate even if the forward bias between the gate and the cathode is not continuously applied (see FIG. 28). When a reverse bias is applied between the gate and the cathode, a hole current from the anode flows into the gate, and holes distributed in the n-epitaxial layer between the gate portion and the channel portion near the gate are also reverse biased. It is pulled and flows into the gate. On the other hand, the electrons continue to flow from the cathode to the anode, but some of them re-enter the cathode region as the potential barrier height in the channel is increased by the reverse gate bias. During the period t 1 , the hole current flowing from the anode into the gate is iha, the charge amount thereof is Qha, the hole current flowing into the gate from the n epitaxial layer near the channel and between the gate and the cathode is ihb, and the charge amount thereof is Qhb. As described above, assuming that the electron current flowing back into the cathode region is ie and the charge amount thereof is Qe, as shown in FIG.
It is shown in 9.

【0022】ゲート引き抜き電荷量を評価すると、12
50V−300Aの遮断時において、
When the gate extraction charge amount is evaluated, it is 12
At the time of 50V-300A interruption,

【0023】[0023]

【数1】Qha+Qhb+Qe=456.6(μC)[Formula 1] Qha + Qhb + Qe = 456.6 (μC)

【0024】であった。この値は従来構造のSIサイリ
スタのL負荷時のスイッチング波形から求めた値であ
る。
It was This value is a value obtained from the switching waveform of the SI thyristor having the conventional structure when the L load is applied.

【0025】ゲート−ゲート間に空乏層が広がり、チャ
ネル内に充分に高い電位障壁が形成されると、カソード
領域からの電子の注入は停止し、t2 期間、即ち、下降
期間に入る(図30)。
When the depletion layer spreads between the gates and a sufficiently high potential barrier is formed in the channel, the injection of electrons from the cathode region is stopped and the period t 2 is started, that is, the falling period (see FIG. 30).

【0026】更に図31はテイル期間(t3 期間)に対
応しており、テイル電流が流れる様子を示している。
Further, FIG. 31 corresponds to the tail period (t 3 period) and shows how the tail current flows.

【0027】従来構造を有するSIサイリスタの問題点
は、上記Qha+Qhb+Qeの値が極めて大きい点で
ある。即ち、ゲートから引き抜くべき電荷量が極めて大
きいという点である。特に重要な点はQhbが大きい点
である。このようにゲート引き抜き電荷量が大きいこと
からゲート駆動回路が大きくなり、またサイリスタのス
イッチング速度の高速化のための障害ともなっていた。
また高温時のターンオフ損失の増大に伴ない、素子破壊
の原因にもなっていた。
The problem of the SI thyristor having the conventional structure is that the value of Qha + Qhb + Qe is extremely large. That is, the amount of charge to be extracted from the gate is extremely large. A particularly important point is that Qhb is large. As described above, since the gate extraction charge amount is large, the gate drive circuit becomes large, and this is also an obstacle for increasing the switching speed of the thyristor.
In addition, the increase in turn-off loss at high temperature has also been a cause of device destruction.

【0028】[0028]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、静電
誘導型半導体素子のターンオフスイッチング性能におい
て、蓄積時間、下降時間を短縮化し、並びにゲート電極
よりの引き出し電荷量を従来に比べ大幅に低減化し、タ
ーンオフ性能の優れ、使い易い、分布型主電極構造を有
する静電誘導型半導体素子において更にターンオフ引き
出し電荷量を低減化する静電誘導主電極短絡構造を有す
る静電誘導型半導体素子を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to shorten the accumulation time and fall time in the turn-off switching performance of an electrostatic induction type semiconductor device, and to significantly increase the amount of charge extracted from the gate electrode as compared with the conventional one. An electrostatic induction type semiconductor device having a static induction type main electrode short-circuit structure which further reduces the turn-off extraction charge amount in an electrostatic induction type semiconductor device having a distributed type main electrode structure which has a reduced turn-off performance and is easy to use. To provide.

【0029】更に本発明の目的の1つはゲート−ソース
間もしくはゲート−カソード間の耐圧のばらつきを抑
え、一様化された、静電誘導主電極短絡構造を有する静
電誘導型半導体素子を提供することを目的とする。
Further, one of the objects of the present invention is to provide a static induction type semiconductor device having a uniformed structure of the static induction main electrode short circuit in which variations in breakdown voltage between the gate and the source or between the gate and the cathode are suppressed. The purpose is to provide.

【0030】更に本発明の目的の1つは上記ゲート−ソ
ース間もしくはゲート−カソード間の耐圧ばらつきの一
様化、均一化のためにソースもしくはカソードのレイア
ウトにおいて、拡散後の距離的不均一を極めて抑制した
静電誘導主電極短絡構造を有する静電誘導型半導体素子
を提供することにある。
Further, one of the objects of the present invention is to prevent nonuniformity in distance after diffusion in the layout of the source or the cathode in order to make the withstand voltage variations between the gate and the source or between the gate and the cathode uniform and uniform. An object of the present invention is to provide an electrostatic induction type semiconductor device having an extremely suppressed electrostatic induction main electrode short circuit structure.

【0031】更に具体的に本発明の目的の1つはターン
オフ時のゲート引き抜き電荷量の一部分をカソードもし
くはソース電極からも有効に引き抜ける静電誘導主電極
短絡構造を有する静電誘導型半導体素子を提供すること
にある。
More specifically, one of the objects of the present invention is to provide an electrostatic induction type semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short-circuit structure capable of effectively extracting a part of the gate extraction charge amount at the time of turn-off also from the cathode or source electrode. To provide.

【0032】更に具体的に本発明の目的の1つはターン
オフ時のゲート引き抜き電荷量の一部分をカソードもし
くはソース電極からも容易に引き抜けるようにカソード
領域もしくはソース領域に分布構造を設けかつ静電誘導
短絡構造を設けたことを特徴とする静電誘導主電極短絡
構造を有する静電誘導型半導体素子を提供することにあ
る。
More specifically, one of the objects of the present invention is to provide a distribution structure in the cathode region or the source region so that a part of the gate extraction charge amount at the time of turn-off can be easily extracted also from the cathode or source electrode, and electrostatic induction. Another object of the present invention is to provide an electrostatic induction type semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short circuit structure characterized by providing a short circuit structure.

【0033】更に具体的に本発明の目的の1つはターン
オフ時のゲート引き抜き電荷量が有効に低減化されるこ
とによってゲート駆動回路が簡単化され使い勝手の良い
静電誘導主電極短絡構造を有する静電誘導型半導体素子
を提供することにある。
More specifically, one of the objects of the present invention is to simplify the gate drive circuit by effectively reducing the amount of gate extraction charge at turn-off and to have a convenient and convenient electrostatic induction main electrode short circuit structure. An object is to provide a static induction semiconductor device.

【0034】更に具体的に本発明の目的の1つはゲート
引き抜き電荷量の低減化により、高温時のゲート損失破
壊耐量の向上した静電誘導主電極短絡構造を有する静電
誘導型半導体素子を提供することにある。
More specifically, one of the objects of the present invention is to provide an electrostatic induction type semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short-circuit structure with improved gate loss breakdown resistance at high temperature by reducing the amount of gate extraction charges. To provide.

【0035】[0035]

【課題を解決するための手段】本発明は、静電誘導型サ
イリスタもしくはトランジスタにおいて、カソードある
いはソース金属電極が半導体基板に接する面でカソード
拡散層あるいはソース拡散層の他にチャンネルの形成さ
れる基板面にも渡り接触形成される分布型主電極構造を
有する素子構造を有し、更に、カソード拡散層あるいは
ソース拡散層に囲まれた静電誘導カソード短絡もしくは
ソース短絡構造を有する。
The present invention is a substrate in which a channel is formed in addition to the cathode diffusion layer or the source diffusion layer on the surface where the cathode or source metal electrode is in contact with the semiconductor substrate in the electrostatic induction thyristor or transistor. It has an element structure having a distributed type main electrode structure formed in contact over the surface, and further has an electrostatic induction cathode short circuit or source short circuit structure surrounded by a cathode diffusion layer or a source diffusion layer.

【0036】静電誘導主電極(カソードもしくはソー
ス)短絡構造とは静電誘導効果による短絡構造をカソー
ド領域もしくはソース領域において実現したものをい
う。具体的には分布型主電極構造において相対的に不純
物密度の高い領域により囲まれた相対的に不純物密度の
低い領域内に主電極領域と反対導電型で制御領域と同一
導電型の短絡領域を形成する。上記主電極領域と短絡領
域は主電極によって短絡されている。前記短絡領域は相
対的に不純物密度の高い領域から相対的に不純物密度の
低い領域に広がる空乏層によって囲まれている。短絡領
域と制御領域間には静電誘導効果により高さが制御され
る電位障壁が存在する。従って、制御領域であるゲート
と短絡領域間を流れるキャリアは静電誘導効果による電
位障壁制御を受ける。このような短絡領域を設けること
によって少数キャリアを主電極にバイパスする効果を高
めることができる。
The electrostatic induction main electrode (cathode or source) short-circuit structure means a structure in which a short-circuit structure by the electrostatic induction effect is realized in the cathode region or the source region. Specifically, in the distributed main electrode structure, a short-circuit region of the same conductivity type as the control region but of the opposite conductivity type to the main electrode region is surrounded by a region having a relatively low impurity density surrounded by a region having a relatively high impurity density. Form. The main electrode region and the short circuit region are short-circuited by the main electrode. The short circuit region is surrounded by a depletion layer extending from a region having a relatively high impurity density to a region having a relatively low impurity density. There is a potential barrier whose height is controlled by the electrostatic induction effect between the short circuit region and the control region. Therefore, the carriers flowing between the gate which is the control region and the short-circuit region are subjected to potential barrier control by the electrostatic induction effect. By providing such a short circuit region, the effect of bypassing minority carriers to the main electrode can be enhanced.

【0037】更にまた耐圧ばらつきを抑制するためにカ
ソード拡散層もしくはソース拡散層を分布配置させた分
布型主電極構造において、上記主電極短絡構造を有す
る。
Furthermore, in the distributed main electrode structure in which the cathode diffusion layer or the source diffusion layer is distributed and arranged in order to suppress the variation in breakdown voltage, the main electrode short-circuit structure is provided.

【0038】ターンオフ時のゲート引き抜き電荷量の一
部分をカソード電極もしくはソース電極からも容易に引
き抜けるように、主電極領域を相対的に不純物密度の高
い領域と相対的に不純物密度の低い領域から形成し、か
つ相対的に不純物密度の低い領域の一部分に短絡領域を
設けてカソード電極もしくはソース電極と接触して電極
構造を形成している。上記相対的に不純物密度の低い領
域は、ゲート領域から引き抜くはずの少数キャリアのバ
イパス用の云わば導通チャネルとなり、上記短絡領域は
云わばドレインとなり、一部分の少数キャリアがカソー
ド電極もしくはソース電極からも引き抜きやすい効果を
更に高めた構成となっている。
The main electrode region is formed of a region having a relatively high impurity density and a region having a relatively low impurity density so that a part of the gate extraction charge amount at the time of turn-off can be easily extracted from the cathode electrode or the source electrode. In addition, a short-circuit region is provided in a part of the region where the impurity density is relatively low, and the electrode structure is formed in contact with the cathode electrode or the source electrode. The region having a relatively low impurity density serves as a so-called conduction channel for bypassing minority carriers which should be extracted from the gate region, the short-circuit region serves as a drain, and a part of the minority carriers also acts as a cathode electrode or a source electrode. It has a structure that further enhances the effect of easy extraction.

【0039】分布型主電極構造とは、主電極領域の不純
物密度が一様、均一に形成されず、非一様に非均一に分
布形成された構造を云い、例えば相対的に不純物密度の
高い領域と相対的に不純物密度の低い領域が分布形成さ
れた構造を含む。或いはまたこれらの両領域は互いに同
一導電型であっても、或いは反対導電型であってもよ
い。カソード電極もしくはソース電極等の電極構造は、
両領域に少なくとも一部分において接触している。要は
少数キャリアの導通チャネルを主電極領域にも設定した
構造である。
The distributed type main electrode structure means a structure in which the impurity density in the main electrode region is not formed uniformly and uniformly, but is formed nonuniformly and nonuniformly. For example, the impurity density is relatively high. It includes a structure in which regions having a relatively low impurity density relative to the regions are distributed and formed. Alternatively, these two regions may be of the same conductivity type or opposite conductivity types. The electrode structure such as the cathode electrode or the source electrode is
Both areas are in contact at least in part. The point is a structure in which a conduction channel for minority carriers is also set in the main electrode region.

【0040】これに対して、静電誘導主電極短絡構造と
は上記分布型主電極構造において更に主電極短絡構造を
設け、しかも短絡領域に流入するキャリアを静電誘導効
果による電位障壁制御により制御する構造であり、短絡
領域を設けることで更に少数キャリアの吸収効果を高め
た構造である。
On the other hand, the electrostatic induction main electrode short-circuit structure further comprises a main electrode short-circuit structure in the above distributed main electrode structure, and carriers that flow into the short-circuit region are controlled by potential barrier control by the electrostatic induction effect. This is a structure in which a minority carrier absorption effect is further enhanced by providing a short circuit region.

【0041】従って、本発明の静電誘導主電極短絡構造
を有する静電誘導型半導体素子の構成は以下に示す通り
である。即ち、高抵抗層領域の第1の主表面に形成され
た第1の主電極領域と、前記高抵抗層領域の第1もしく
は第2の主表面に形成された第2の主電極領域と、前記
第1の主電極領域の近傍に形成された制御領域とを具備
し、前記制御領域は前記高抵抗層領域内にチャネル領域
を形成するとともに第1の主電極領域と第2の主電極領
域間を導通する主電流を該チャネル領域に形成された電
位障壁高さを制御することによって制御する静電誘導型
半導体素子において、第1の主電極領域は相対的に不純
物密度の高い領域と相対的に不純物密度の低い領域と相
対的に不純物密度の高い領域に挟まれた相対的に不純物
密度の低い領域内に形成された短絡領域とが互いに分布
された構造を具え、かつ第1の主電極領域に接触する電
極構造は上記不純物密度の高い領域のみならず不純物密
度の低い領域及び短絡領域にも部分的に接触し、前記短
絡領域は前記制御領域と同一導電型で前記相対的に不純
物密度の高い第1の主電極領域とは反対導電型を有し、
前記相対的に不純物密度の高い領域から前記相対的に不
純物密度の低い領域内に広がる空乏層によって前記制御
領域との間に電位障壁を有することを特徴とする静電誘
導主電極短絡構造を有する静電誘導型半導体素子として
の構成を有する。
Therefore, the structure of the static induction type semiconductor device having the static induction main electrode short-circuit structure of the present invention is as follows. That is, a first main electrode region formed on the first main surface of the high resistance layer region, and a second main electrode region formed on the first or second main surface of the high resistance layer region, A control region formed in the vicinity of the first main electrode region, the control region forming a channel region in the high resistance layer region, and the first main electrode region and the second main electrode region. In an electrostatic induction type semiconductor device in which a main current conducting between the two is controlled by controlling a height of a potential barrier formed in the channel region, the first main electrode region is relatively opposed to a region having a relatively high impurity density. And a short-circuit region formed in a region having a relatively low impurity density sandwiched between regions having a relatively low impurity concentration and a relatively high impurity density are distributed to each other. The electrode structure in contact with the electrode region has the above-mentioned impurity density. Not only the first region but also a region having a low impurity density and a short-circuit region, the short-circuit region being opposite to the first main electrode region having the same conductivity type as the control region and a relatively high impurity density. Have conductivity type,
An electrostatic induction main electrode short-circuit structure having a potential barrier between the control region and a depletion layer extending from the region having a relatively high impurity density to the region having a relatively low impurity density. It has a configuration as an electrostatic induction type semiconductor element.

【0042】或いはまた、前記第1の主電極領域の内、
相対的に不純物密度の高い領域と相対的に不純物密度の
低い領域とは、互いに同一導電型であり、かつ前記制御
領域とは反対導電型であることを特徴とする静電誘導主
電極短絡構造を有する静電誘導型半導体素子としての構
成を有する。
Alternatively, in the first main electrode region,
Electrostatic induction main electrode short-circuit structure, wherein a region having a relatively high impurity density and a region having a relatively low impurity density have the same conductivity type as each other and a conductivity type opposite to that of the control region. It has a structure as an electrostatic induction type semiconductor element having.

【0043】或いはまた、前記第1の主電極領域の内、
前記相対的に不純物密度の低い領域は前記相対的に不純
物密度の高い領域とは反対導電型であり、かつ前記制御
領域とは同一導電型であることを特徴とする静電誘導主
電極短絡構造を有する静電誘導型半導体素子としての構
成を有する。
Alternatively, in the first main electrode region,
The electrostatic induction main electrode short-circuit structure, wherein the region having a relatively low impurity density has a conductivity type opposite to that of the region having a relatively high impurity density, and has the same conductivity type as the control region. It has a structure as an electrostatic induction type semiconductor element having.

【0044】或いはまた、前記第1の主電極領域に接触
する電極構造は、前記相対的に不純物密度の高い領域と
はオーム性接触を有し、前記相対的に不純物密度の低い
領域と接触する部分においては非オーム性接触もしくは
ショットキー接触を有することを特徴とする静電誘導主
電極短絡構造を有する静電誘導型半導体素子としての構
成を有する。
Alternatively, the electrode structure in contact with the first main electrode region has ohmic contact with the region having a relatively high impurity density and contacts the region having a relatively low impurity density. The portion has a configuration as an electrostatic induction type semiconductor element having a static induction main electrode short-circuit structure characterized by having non-ohmic contact or Schottky contact.

【0045】或いはまた、前記第1の主電極領域に接触
する電極構造において、前記相対的に不純物密度の低い
領域と接触する部分の電極材料はAl,Mo,W,P
t,Ti,NiもしくはこれらとSiとの合金もしくは
シリサイド層からなることを特徴とする静電誘導主電極
短絡構造を有する静電誘導型半導体素子としての構成を
有する。
Alternatively, in the electrode structure in contact with the first main electrode region, the electrode material of the part in contact with the region having the relatively low impurity density is Al, Mo, W, P.
It has a constitution as an electrostatic induction type semiconductor element having an electrostatic induction main electrode short-circuit structure characterized by being composed of t, Ti, Ni or an alloy of these and Si or a silicide layer.

【0046】或いはまた、前記第1の主電極領域の内、
前記相対的に不純物密度の高い領域は互いに分割された
分布構造を有することを特徴とする静電誘導主電極短絡
構造を有する静電誘導型半導体素子としての構成を有す
る。
Alternatively, in the first main electrode region,
The region having a relatively high impurity density has a distribution structure divided from each other, and has a structure as an electrostatic induction type semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short circuit structure.

【0047】或いはまた、前記制御領域は埋込み構造を
有することを特徴とする静電誘導主電極短絡構造を有す
る静電誘導型半導体素子としての構成を有する。
Alternatively, the control region has a structure of an electrostatic induction type semiconductor device having a static induction main electrode short-circuit structure characterized by having a buried structure.

【0048】或いはまた、前記制御領域は切込み構造を
有することを特徴とする静電誘導主電極短絡構造を有す
る静電誘導型半導体素子としての構成を有する。
Alternatively, the control region has a notch structure, and the control region has a structure as an electrostatic induction type semiconductor element having an electrostatic induction main electrode short-circuit structure.

【0049】或いはまた、前記制御領域は平面型構造を
有することを特徴とする静電誘導主電極短絡構造を有す
る静電誘導型半導体素子としての構成を有する。
Alternatively, the control area has a structure of a static induction type semiconductor element having a static induction main electrode short-circuit structure characterized by having a planar structure.

【0050】或いはまた、前記静電誘導型半導体素子は
静電誘導サイリスタであることを特徴とする静電誘導主
電極短絡構造を有する静電誘導型半導体素子としての構
成を有する。
Alternatively, the electrostatic induction type semiconductor element has a structure as an electrostatic induction type semiconductor element having an electrostatic induction main electrode short-circuit structure characterized by being an electrostatic induction thyristor.

【0051】或いはまた、前記静電誘導型半導体素子は
静電誘導トランジスタであることを特徴とする静電誘導
主電極短絡構造を有する静電誘導型半導体素子としての
構成を有する。
Alternatively, the electrostatic induction semiconductor device has a structure as an electrostatic induction semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short-circuit structure characterized by being an electrostatic induction transistor.

【0052】[0052]

【作用】静電誘導サイリスタを例として、従来構造と比
較しながら本発明による静電誘導主電極短絡構造を有す
る静電誘導型半導体素子の動作原理を説明する。
The operation principle of the static induction type semiconductor device having the short circuit structure of the static induction main electrode according to the present invention will be described by taking the static induction thyristor as an example and comparing with the conventional structure.

【0053】図16乃至図21は本発明の静電誘導主電
極(カソード)短絡構造を有する静電誘導サイリスタの
動作原理を説明するための図であって、図16は後述す
る図2に図示する実施例2と同様の構造例であるが、カ
ソード電極7aが一部n型領域10にも接触している例
である。静電誘導カソード短絡と分布型カソード構造を
組み合わせた形状となっている。図17乃至図20はそ
れぞれオン期間(t0期間)、蓄積期間(t1 期間)、
下降期間(t2 期間)、テイル期間(t3 期間)におけ
るキャリアの動きを説明する図である。また図21はカ
ソード近傍における構造と対応するポテンシャル分布の
模式図であって正孔がカソード電極に抜けやすい構造で
あることを示している。但し、図21は模式図であり、
図16とは対応していない。
16 to 21 are views for explaining the operation principle of the electrostatic induction thyristor having the electrostatic induction main electrode (cathode) short-circuit structure of the present invention. FIG. 16 is shown in FIG. However, this is an example in which the cathode electrode 7a partially contacts the n-type region 10 as well. The shape is a combination of an electrostatic induction cathode short circuit and a distributed cathode structure. 17 to 20 show an on period (t 0 period), an accumulation period (t 1 period),
Falling period (t 2 period) is a diagram for explaining the movement of carriers in the tail period (t 3 period). Further, FIG. 21 is a schematic diagram of a potential distribution corresponding to the structure near the cathode, showing that holes are likely to escape to the cathode electrode. However, FIG. 21 is a schematic diagram,
It does not correspond to FIG.

【0054】本発明の動作原理を説明する図17乃至図
20は従来構造の動作原理を説明した図28乃至図31
にそれぞれ対応している。
17 to 20 for explaining the operation principle of the present invention are shown in FIGS. 28 to 31 for explaining the operation principle of the conventional structure.
It corresponds to each.

【0055】従来構造と比較すると分布型カソード構造
と静電誘導短絡の効果により、本発明の方が高速化さ
れ、またターンオフ時ゲートピーク電流値IGPも低減化
され、かつターンオフ時ゲート引き抜き電荷量も小さ
い。
Compared with the conventional structure, the distributed cathode structure and the effect of electrostatic induction short-circuiting make the present invention faster, the gate peak current value I GP at turn-off is also reduced, and the gate extraction charge at turn-off. The amount is also small.

【0056】図17と図28を比較すると、オン期間
(t0 期間)におけるキャリアの動きはあまり差がない
ことがわかる。本発明においてはカソード電極がnエピ
タキシャル層及びp+ カソード短絡領域15にも接触し
ているため、オン状態における正孔電流はn+ カソード
領域のみならず、相対的に不純物密度の低いnエピタキ
シャル層及びp+ カソード短絡領域15を介してカソー
ド電極に流入する。むしろオン状態では正孔電流はこの
相対的に不純物密度の低いnエピタキシャル層及びp+
カソード短絡領域の部分を介してカソード電極に流れや
すい。
Comparing FIG. 17 and FIG. 28, it can be seen that there is not much difference in carrier movement during the ON period (t 0 period). In the present invention, since the cathode electrode is also in contact with the n epitaxial layer and the p + cathode short-circuit region 15, the hole current in the ON state is not limited to the n + cathode region, but the n epitaxial layer having a relatively low impurity density. And p + cathode short-circuit region 15 to flow into the cathode electrode. Rather, in the on-state, the hole current is caused by the n + epitaxial layer and p + which have a relatively low impurity density.
It is easy to flow to the cathode electrode through the cathode short-circuit region.

【0057】本発明の動作上、特徴的な点は図18の蓄
積期間(t1 期間)のキャリアの動きに現われている。
ゲート−カソード間に逆バイアスが印加されると、ゲー
トのポテンシャル(電位)が上昇し、チャネルの電位障
壁高さが上昇する。これに伴ない、ゲートから正孔が引
き抜かれるが、その成分は主としてアノードからの正孔
電流ihaによるQhaのみとなる。ゲート領域近傍及
びゲート−カソード間のnエピタキシャル層(10)内
に分布された正孔による正孔電流ihbの成分によるQ
hbの内、一部分はゲート領域から引き抜かれるが、主
としてihbはp+ カソード短絡領域15及びn型領域
10を介してカソード電極に流入することから、ゲート
引き抜き電荷とはならない。これは後述する正孔に対す
るポテンシャル分布から明らかなようにカソード近傍の
正孔はnエピタキシャル層に対して形成された短絡領域
からカソード電極に抜けやすいからである。尚、ie成
分については従来例と同様である。
A characteristic point in the operation of the present invention appears in the movement of carriers in the accumulation period (t 1 period) in FIG.
When a reverse bias is applied between the gate and the cathode, the potential (potential) of the gate rises and the potential barrier height of the channel rises. Along with this, holes are extracted from the gate, but the component is mainly Qha due to the hole current iha from the anode. Q due to the component of the hole current ihb due to the holes distributed in the n epitaxial layer (10) near the gate region and between the gate and the cathode
Although a part of hb is extracted from the gate region, ihb mainly flows into the cathode electrode through the p + cathode short-circuit region 15 and the n-type region 10, and therefore does not serve as a gate extraction charge. This is because holes near the cathode are likely to escape from the short-circuit region formed in the n epitaxial layer to the cathode electrode, as is clear from the potential distribution for holes described later. The ie component is the same as in the conventional example.

【0058】従って、従来構造では図29に示す如く、
ゲート引き抜き電流はiha+ihb+ieであり、ゲ
ート引き抜き電荷量はQha+Qhb+Qeであったの
に対して、本願発明では、それぞれiha−ihb+i
e,Qha−Qhb+Qeとなる。p+ 短絡領域15を
設定しない単なる分布型主電極構造と比較してもゲート
引き抜き電荷量は低減化される。
Therefore, in the conventional structure, as shown in FIG.
The gate extraction current was iha + ihb + ie, and the gate extraction charge amount was Qha + Qhb + Qe, whereas in the present invention, iha-ihb + i.
e, Qha-Qhb + Qe. Even when compared with a mere distributed type main electrode structure in which the p + short-circuit region 15 is not set, the gate extraction charge amount is reduced.

【0059】本発明の静電誘導主電極短絡構造の導入に
よって、ターンオフ時ゲート引き抜き電荷量は従来例に
比較して相当程度低減化されている。
By introducing the electrostatic induction main electrode short-circuit structure of the present invention, the gate extraction charge amount at turn-off is considerably reduced as compared with the conventional example.

【0060】図19及び図20に示した下降期間(t2
期間)及びテイル期間(t3 期間)の動作は従来構造と
同様である。
The falling period (t 2 shown in FIGS. 19 and 20
(Period) and the tail period (t 3 period) are the same as those of the conventional structure.

【0061】図21は本願発明の静電誘導カソード短絡
構造を有するSIサイリスタのカソード近傍の構造と対
応するポテンシャル分布を模式的に示した図である。A
−A´線及びB−B´線に沿って、それぞれ破線及び実
線にてポテンシャル分布を示している。p+ カソード短
絡領域15の前面には正孔に対する電位障壁高さが最も
高いイントリンシックカソード点K* が存在し、ゲート
−ゲート間のチャネル領域にはイントリンシックゲート
点G* が存在して、それぞれ正孔及び電子の流れを制御
している。ポテンシャル分布より明らかなように正孔は
カソード電極とnエピタキシャル層界面及びカソード短
絡領域に蓄積されやすいことから、ターンオフ時のih
b成分は主としてカソード電極に流入しやすい。このた
めQhb成分がターンオフ時ゲート引き抜き電荷から低
減化される。
FIG. 21 is a diagram schematically showing the potential distribution corresponding to the structure near the cathode of the SI thyristor having the electrostatic induction cathode short circuit structure of the present invention. A
The potential distributions are indicated by a broken line and a solid line along the −A ′ line and the BB ′ line, respectively. An intrinsic cathode point K * having the highest potential barrier against holes is present on the front surface of the p + cathode short-circuit region 15, and an intrinsic gate point G * is present in the gate-gate channel region. It controls the flow of holes and electrons, respectively. As is apparent from the potential distribution, holes are likely to be accumulated at the interface between the cathode electrode and the n-epitaxial layer and the cathode short-circuit region.
The b component mainly tends to flow into the cathode electrode. Therefore, the Qhb component is reduced from the gate extraction charge at turn-off.

【0062】[0062]

【実施例1】図1は本発明の第1の実施例としての静電
誘導主電極短絡構造を有する静電誘導型半導体素子の模
式的断面構造図及び上面図である。図1は単位セグメン
ト部分を表わしている。p+ 領域3はアノード領域であ
るため、図1の構造は静電誘導サイリスタに対応してい
る。もしも領域3がn+ 領域となれば静電誘導トランジ
スタとなる。以下サイリスタを例に説明する。図1にお
いて、1はn- 高抵抗層、4はp+ 埋込みゲート領域、
5はチャネル領域、7a、7b、7cはそれぞれカソー
ド電極、ゲート電極、アノード電極である。10はn型
領域であって、エピタキシャル成長等にて形成される。
11はn+ カソード領域であり、15はカソード短絡領
域である。本実施例1の構造的特徴は、カソード電極7
aがn+カソード領域11のみならずn型領域10及び
カソード短絡領域15に対しても接触していることであ
る。n+ カソード領域11とカソード短絡領域15はカ
ソード電極7aによって短絡されている。カソード電極
の材料としてはAl,Al−Si,Mo,W,Pt,T
i,Niもしくはこれらの合金層或いはシリサイド層で
ある。カソード電極7aはn+ カソード領域11及びカソ
ード短絡領域15に対してはオーム性接触となっている
が、n領域10に対してはオーム性接触、非オーム性接
触、或いはショットキー接触となっている。n型領域1
0内に分布する正孔がn型領域10とカソード電極11
との接触界面及びカソード短絡領域に蓄積されやすいよ
うに、n+ (11)とn(10)に不純物密度差が設定
され更に、またp+ 領域(カソード短絡領域)15に吸
収されやすい構造となっている。上面図から明らかなよ
うに、n+ カソード領域11はストライプ状に形成され
ているが、周辺部分が相対的に不純物密度の低いn型領
域10となっており、n+(11)n(10)の分布カ
ソード領域に対して、カソード電極7aが両者に接触し
て、分布カソード電極構造を形成し、更にまたカソード
電極7aはカソード短絡領域15とn+ カソード領域
(11)を短絡している。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a schematic sectional structural view and a top view of an electrostatic induction type semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short-circuit structure as a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a unit segment portion. Since the p + region 3 is the anode region, the structure of FIG. 1 corresponds to the static induction thyristor. If the region 3 becomes the n + region, it becomes a static induction transistor. The thyristor will be described below as an example. In FIG. 1, 1 is an n high resistance layer, 4 is a p + buried gate region,
Reference numeral 5 is a channel region, and 7a, 7b and 7c are a cathode electrode, a gate electrode and an anode electrode, respectively. An n-type region 10 is formed by epitaxial growth or the like.
Reference numeral 11 is an n + cathode region, and 15 is a cathode short-circuit region. The structural characteristic of the first embodiment is that the cathode electrode 7
That is, a is in contact not only with the n + cathode region 11 but also with the n-type region 10 and the cathode short-circuit region 15. The n + cathode region 11 and the cathode short-circuit region 15 are short-circuited by the cathode electrode 7a. The material of the cathode electrode is Al, Al-Si, Mo, W, Pt, T
i, Ni or an alloy layer or a silicide layer thereof. The cathode electrode 7a is in ohmic contact with the n + cathode region 11 and the cathode short-circuit region 15, but is in ohmic contact, non-ohmic contact, or Schottky contact with the n region 10. There is. n-type region 1
Holes distributed in 0 are n-type region 10 and cathode electrode 11
The impurity density difference is set to n + (11) and n (10) so that they are easily accumulated at the contact interface with and the cathode short-circuit region, and further, the structure is easily absorbed in the p + region (cathode short-circuit region) 15. Has become. As is apparent from the top view, the n + cathode region 11 is formed in a stripe shape, but the peripheral portion is an n-type region 10 having a relatively low impurity density, and n + (11) n (10 ), The cathode electrode 7a contacts them to form a distributed cathode electrode structure, and the cathode electrode 7a short-circuits the cathode short-circuit region 15 and the n + cathode region (11). .

【0063】上記n型領域10は、正孔が蓄積されやすい
領域であればよく、p+ ゲート領域4よりは相対的に不
純物密度が低いp- 領域として形成されていてもよい。
この場合にはカソード電極7aとの接触はショットキー
接触となることが望ましい。
The n-type region 10 just needs to be a region where holes are easily accumulated, and may be formed as a p region having a relatively lower impurity density than the p + gate region 4.
In this case, the contact with the cathode electrode 7a is preferably Schottky contact.

【0064】またp+ カソード短絡領域15とゲート領
域4間の空乏化された領域には静電誘導効果によって高
さが制御される電位障壁が形成されてゲート領域4とカ
ソード短絡領域15との導通キャリア(正孔)の流れが
制御されている。
In the depleted region between the p + cathode short-circuit region 15 and the gate region 4, a potential barrier whose height is controlled by the electrostatic induction effect is formed to connect the gate region 4 and the cathode short-circuit region 15. The flow of conducting carriers (holes) is controlled.

【0065】即ち、カソード短絡領域15はn+ カソー
ド領域11と短絡されるとともに、n+ カソード領域1
1で挟まれたn型領域10には、n+ (11)n(1
0)接合による拡散電位によって空乏層が広がる。この
空乏層が互いにつながって、カソード短絡領域15の前
面には正孔に対する電位障壁が形成されている。この電
位障壁高さが最も高いイントリンシックカソードK*
位置は図1中に模式的に示されている。図21に図示し
た正孔に対するポテンシャル分布からも明らかなように
* よりも表面側に分布した正孔は効率よくカソード短
絡領域15に吸収される。このようなカソード短絡領域
15を積極的に導入することによって、カソード電極7
aに吸収する正孔の云わばドレイン領域を形成したこと
に相当する。単なるショットキー接合を介して正孔をカ
ソード電極7aに吸収する構造に比べて、p+ 領域(1
5)n(10)接合の拡散電位によって正孔の吸収効果
が高い構造である。
That is, the cathode short-circuit region 15 is short-circuited with the n + cathode region 11 and the n + cathode region 1
In the n-type region 10 sandwiched by 1s, n + (11) n (1
0) The depletion layer spreads due to the diffusion potential due to the junction. The depletion layers are connected to each other, and a potential barrier for holes is formed on the front surface of the cathode short-circuit region 15. The position of the intrinsic cathode K * having the highest potential barrier height is schematically shown in FIG. As is clear from the potential distribution for holes shown in FIG. 21, the holes distributed on the surface side of K * are efficiently absorbed by the cathode short-circuit region 15. By positively introducing such a cathode short circuit region 15, the cathode electrode 7
The holes absorbed in a are equivalent to the formation of the drain region. Compared to the structure in which holes are absorbed by the cathode electrode 7a through a mere Schottky junction, the p + region (1
5) The structure has a high hole absorption effect due to the diffusion potential of the n (10) junction.

【0066】図1ではカソード電極7aはn型領域10
にも接触した構造を有するが、必ずしもn型領域10に
接触している必要はないことはもちろんである。即ち、
+(11)p+ (15)のみに接触する構成となって
いてもよい。
In FIG. 1, the cathode electrode 7a is an n-type region 10
However, it is not always necessary to contact the n-type region 10. That is,
The structure may be such that only n + (11) p + (15) is contacted.

【0067】[0067]

【実施例2】図2は本発明の第2の実施例としての静電
誘導主電極短絡構造を有する静電誘導型半導体素子の単
位セグメント部分の模式的断面構造図及び上面図であ
る。図2は埋込みゲート型SIサイリスタに対応してい
る。図2の構造的特徴はn+ カソード領域11でn型領
域10を挟み、更に挟まれたn型領域10内にカソード
短絡領域を設定し、カソード電極7aとはこのn+ 領域
11で挟まれたn型領域10及びカソード短絡領域15
において接触している点である。
[Embodiment 2] FIG. 2 is a schematic sectional structural view and a top view of a unit segment portion of an electrostatic induction type semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short-circuit structure as a second embodiment of the present invention. FIG. 2 corresponds to a buried gate type SI thyristor. The structural characteristic of FIG. 2 is that the n-type region 10 is sandwiched between the n + cathode regions 11 and a cathode short-circuit region is set in the sandwiched n-type region 10, and the n + region 11 is sandwiched between the n + region 11 and the cathode electrode 7a. N-type region 10 and cathode short-circuit region 15
Is the point of contact.

【0068】このような分布型主電極(カソード)構造
においてカソード短絡構造を導入することによって、相
対的に不純物密度の低いn型領域10内に蓄積される正孔
を効率良くカソード短絡領域15からカソード電極7a
に吸収することができる。上面図より明らかな如く、n
+ カソード領域11は2本のストライプ状に形成されこ
のストライプに挟まれたn型領域内にカソード短絡領域
が形成され、カソード電極7aはn+ (11)n(1
0)n+ (11)領域及びn+ (11)p+ (15)n
+ (11)領域に横断的に接触している。カソード電極
7aはn+ カソード領域(11)及びカソード短絡領域
(15)とはオーム性接触、n型領域とはオーム性接触
もしくは非オーム性接触、或いは、ショットキー接触と
なっている。またn型領域10はp+ ゲート領域4に比
べて相対的に不純物密度の低いp-領域もしくは、p領
域として形成されていてもよい。
By introducing a cathode short-circuit structure in such a distributed type main electrode (cathode) structure, holes accumulated in the n-type region 10 having a relatively low impurity density are efficiently discharged from the cathode short-circuit region 15. Cathode electrode 7a
Can be absorbed into. As is clear from the top view, n
The + cathode region 11 is formed in the shape of two stripes, and the cathode short-circuit region is formed in the n-type region sandwiched between the stripes, and the cathode electrode 7a is n + (11) n (1
0) n + (11) region and n + (11) p + (15) n
+ (11) It is crossing the area. The cathode electrode 7a is in ohmic contact with the n + cathode region (11) and the cathode short-circuit region (15), and in ohmic contact or non-ohmic contact with the n-type region, or Schottky contact. Further, n type region 10 may be formed as a p region or ap region having a relatively lower impurity density than p + gate region 4.

【0069】[0069]

【実施例3,4】図3及び図4は本発明の第3及び第4
の実施例としての静電誘導主電極短絡構造を有する静電
誘導型半導体素子の単位セグメント部分の模式的断面構
造図及び上面図である。
Embodiments 3 and 4 FIGS. 3 and 4 show the third and fourth embodiments of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional structural view and a top view of a unit segment portion of an electrostatic induction type semiconductor element having an electrostatic induction main electrode short circuit structure as an example of FIG.

【0070】図3及び図4の構造的特徴は、n+ カソー
ド領域11の配置パターン及びn+カソード領域11で
挟まれたp+ カソード短絡領域15の配置パターンにあ
る。即ち、従来例の問題点として説明したようにn+
ソード領域11の拡散された領域直下のp+ 埋込みゲー
ト領域4が大きく拡がり、拡散深さにばらつきを生じ、
ゲート−カソード間の耐圧分布にばらつきを生ずるとい
う問題点を解決するために、n+ カソード領域11を小
領域に分割してセグメント内に配置し、かつn+ カソー
ド領域11に挟まれた形状にp+ カソード短絡領域15
を形成した点である。n+ カソード領域11はチャネル領
域5に対応する領域上に分割されて配置されるため単位
セグメント内でのゲート−カソード間の拡散ばらつきは
緩和され、耐圧分布も一様となる。
[0070] Structural features of FIGS. 3 and 4 are in the arrangement pattern of p + cathode short-circuit regions 15 sandwiched between the arrangement pattern and the n + cathode region 11 of the n + cathode region 11. That is, as explained as the problem of the conventional example, the p + buried gate region 4 immediately below the diffused region of the n + cathode region 11 spreads widely, and the diffusion depth varies.
In order to solve the problem that the breakdown voltage distribution between the gate and the cathode varies, the n + cathode region 11 is divided into small regions and arranged in a segment, and the n + cathode region 11 is sandwiched between the n + cathode regions 11. p + cathode short-circuit area 15
Is the point that formed. Since the n + cathode region 11 is divided and arranged on the region corresponding to the channel region 5, the diffusion variation between the gate and the cathode in the unit segment is alleviated, and the breakdown voltage distribution becomes uniform.

【0071】実施例3ではストライプ状のカソード領域
と組み合わされている例であり、カソード電極7aはこ
のようなn+ カソード領域11とn型領域10からなる
分布カソード領域とp+ カソード短絡領域15に上面図
に示す如く接触している。
The third embodiment is an example in which the cathode electrode 7a is combined with a striped cathode region, and the cathode electrode 7a has such a distributed cathode region including the n + cathode region 11 and the n-type region 10 and the p + cathode short-circuit region 15. As shown in the top view.

【0072】図4の実施例4ではn+ カソード領域11
は小領域に分割されたままであり、ストライプは入って
いない。これらのn+ カソード領域11に挟まれた形状
にp+ カソード短絡領域15を形成している。カソード
電極11はn+ (11)p+(15)n+ (11)p+
(15)…分布カソード短絡領域に対して横断的に接触
している。
In the fourth embodiment of FIG. 4, the n + cathode region 11 is used.
Remains divided into small areas, no stripes. A p + cathode short-circuit region 15 is formed in a shape sandwiched between these n + cathode regions 11. The cathode electrode 11 is n + (11) p + (15) n + (11) p +
(15) ... Crosswise contact with the distributed cathode short-circuit region.

【0073】実施例3,4においてもカソード電極7a
とn+ カソード領域11及びp+ カソード短絡領域15
はオーム性接触、n型領域10とはオーム性接触、非オ
ーム性接触もしくはショットキー接触となっている。更
にまた、n型領域10はp-領域もしくはp領域として
形成されていてもよい。要はこのような相対的に不純物
密度の低いn型領域かp+ カソード短絡領域に正孔が蓄
積され、カソード電極7aに吸収されやすい構造となっ
ていればよい。
Also in Examples 3 and 4, the cathode electrode 7a is used.
And n + cathode region 11 and p + cathode short-circuit region 15
Is ohmic contact, and n-type region 10 is ohmic contact, non-ohmic contact or Schottky contact. Furthermore, the n-type region 10 may be formed as a p region or a p region. The point is that the structure is such that holes are accumulated in the n-type region or the p + cathode short-circuit region where the impurity density is relatively low and are easily absorbed by the cathode electrode 7a.

【0074】尚、静電誘導(SI)主電極短絡構造が実
現されていることは前述の実施例1,2と同様である。
即ち、カソード短絡領域15はn+ カソード領域11と
短絡されるとともに、n+ カソード領域11で挟まれた
n型領域10には、n+ (11)n(10)接合による
拡散電位によって空乏層が広がる。この空乏層が互いに
つながって、カソード短絡領域15の前面には正孔に対
する電位障壁が形成されている。この電位障壁高さが最
も高い位置がイントリンシックカソードK* であり、K
* の位置は図3,4中に模式的に示されている。図21
に図示した正孔に対するポテンシャル分布からも明らか
なようにK* よりも表面側に分布した正孔は効率よくカ
ソード短絡領域15に吸収される。このようなカソード
短絡領域15を積極的に導入することによって、カソー
ド電極7aに吸収する正孔の云わばドレイン領域を形成
したことに相当する。単なるショットキー接合を介して
正孔をカソード電極7aに吸収する構造に比べて、p+
領域(15)n(10)接合の拡散電位によって正孔の
吸収効果が高い構造である。
It is to be noted that the electrostatic induction (SI) main electrode short circuit structure is realized as in the first and second embodiments.
That depletion, together with the cathode short-circuit regions 15 is shorted to the n + cathode region 11, the n + A n-type region 10 sandwiched between the cathode region 11, n + (11) n (10) diffusion potential by bonding Spreads. The depletion layers are connected to each other, and a potential barrier for holes is formed on the front surface of the cathode short-circuit region 15. The position where the potential barrier height is highest is the intrinsic cathode K * , and K
The position of * is shown schematically in FIGS. Figure 21
As is clear from the potential distribution for holes shown in FIG. 3, holes distributed on the surface side of K * are efficiently absorbed by the cathode short-circuit region 15. By positively introducing such a cathode short-circuit region 15, it is equivalent to forming a so-called drain region of holes absorbed in the cathode electrode 7a. Compared with the structure in which holes are absorbed by the cathode electrode 7a through a mere Schottky junction, p +
The structure has a high hole absorption effect due to the diffusion potential of the region (15) n (10) junction.

【0075】図3,4ではカソード電極7aはn型領域
10にも接触した構造を有するが、必ずしもn型領域1
0に接触している必要はないことはもちろんである。即
ち、n+ (11)p+ (15)のみに接触する構成とな
っていてもよい。
3 and 4, the cathode electrode 7a has a structure in contact with the n-type region 10, but the n-type region 1 is not always necessary.
Of course, it is not necessary to be in contact with 0. That is, it may be configured to contact only n + (11) p + (15).

【0076】[0076]

【実施例5,6】図5及び図6は本発明の第5及び第6
の実施例としての静電誘導主電極短絡構造を有する静電
誘導型半導体素子の単位セグメント部分の模式的断面構
造図である。埋込みゲート型SIサイリスタの例であ
り、n+ カソード領域11は実施例3,4と同様に小領
域に分割されまた静電誘導効果を利用するカソード短絡
領域15はカソード領域11に挟まれて配置されてい
る。本発明の静電誘導主電極(カソード)短絡構造は短
絡構造を有しない分布型主電極構造と比べても更にゲー
ト引き抜き電荷量の低減効果があり、ターンオフ時間の
内、蓄積時間ts と下降時間tf の和からなるターンオ
フ時間tgqが低減される構造である。しかし、サイリス
タ構造特有のテイル時間ttailに対しては分布型主電極
(カソード)構造だけでは低減することは難しい。従っ
て、実施例5では静電誘導カソード短絡構造とライフタ
イム制御とを組み合わせて実施した例に対応している。
ライフタイム制御としてはプロトン照射、電子線照射、
γ線照射等の方法もしくは重金属拡散を行なう。図5に
おいて(×)印はプロトン照射の場合の望ましい欠陥領
域の形成位置を示している。例えば、p+ アノード領域
3の厚さを約5μmとして、アノード面から約15μm
の位置に形成している。p+ アノード領域3の近傍に形
成することによって、電子のライムタイムを有効に制御
してテイル時間の低減化を図っている。
Embodiments 5 and 6 FIGS. 5 and 6 show the fifth and sixth aspects of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional structural view of a unit segment portion of an electrostatic induction type semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short circuit structure as an example of FIG. This is an example of a buried gate type SI thyristor, in which the n + cathode region 11 is divided into small regions as in the third and fourth embodiments, and the cathode short-circuit region 15 which utilizes the electrostatic induction effect is sandwiched between the cathode regions 11. Has been done. The static induction main electrode (cathode) short-circuit structure of the present invention has a further effect of reducing the amount of gate extraction charges as compared with the distributed main electrode structure having no short-circuit structure, and the accumulation time t s and the fall time are reduced in the turn-off time. This is a structure in which the turn-off time t gq, which is the sum of the times t f , is reduced. However, it is difficult to reduce the tail time t tail peculiar to the thyristor structure only by the distributed main electrode (cathode) structure. Therefore, the fifth embodiment corresponds to an example implemented by combining the electrostatic induction cathode short-circuit structure and the lifetime control.
Lifetime control includes proton irradiation, electron beam irradiation,
A method such as γ-ray irradiation or diffusion of heavy metals is performed. In FIG. 5, the mark (x) indicates a desired defect region formation position in the case of proton irradiation. For example, if the thickness of the p + anode region 3 is about 5 μm, it is about 15 μm from the anode surface.
Is formed at the position. By forming it in the vicinity of the p + anode region 3, the lime time of electrons is effectively controlled to reduce the tail time.

【0077】一方、図6に示した実施例6では静電誘導
カソード短絡構造と静電誘導アノード短絡構造を組み合
わせた実施例である。6はn+ 短絡層である。図6のア
ノード短絡構造は静電誘導効果を利用したアノード短絡
構造でありSIアノードショート構造となっている。静
電誘導カソード短絡構造とSIアノードショート構造を
組み合わせることによって、ターンオフ時間tgqの低減
とともにテイル時間ttailを低減することができる。実
施例6において更にライフタイム制御を実施してもよい
ことはもちろんである。
On the other hand, the sixth embodiment shown in FIG. 6 is an embodiment in which the electrostatic induction cathode short circuit structure and the electrostatic induction anode short circuit structure are combined. 6 is an n + short-circuit layer. The anode short-circuit structure in FIG. 6 is an anode short-circuit structure that utilizes the electrostatic induction effect and is an SI anode short-circuit structure. By combining the electrostatic induction cathode short circuit structure and the SI anode short structure, it is possible to reduce the turn-off time t gq and the tail time t tail . Of course, the lifetime control may be further implemented in the sixth embodiment.

【0078】実施例5,6においてもカソード短絡領域
15の前面には静電誘導効果によって制御可能な電位障
壁が形成され、p+ カソード短絡領域15はカソード電
極7aに吸収する正孔のドレインとなっている。
Also in Examples 5 and 6, a potential barrier controllable by the electrostatic induction effect is formed on the front surface of the cathode short-circuit region 15, and the p + cathode short-circuit region 15 serves as a drain of holes absorbed by the cathode electrode 7a. Has become.

【0079】[0079]

【実施例7,8,9】図7,図8及び図9は本発明の第
7,第8,及び第9の実施例としての静電誘導主電極短
絡構造を有する静電誘導型半導体素子の単位セグメント
部分の模式的断面構造図及び上面図である。実施例7〜
9はいずれも切込みゲート構造を有するSIサイリスタ
に対応しており、それぞれ静電誘導主電極(カソード)
短絡構造に特徴を有する。
Embodiments 7, 8 and 9 FIGS. 7, 8 and 9 are electrostatic induction type semiconductor devices having an electrostatic induction main electrode short-circuit structure as the seventh, eighth and ninth embodiments of the present invention. FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure diagram and a top view of a unit segment portion of FIG. Example 7-
9 corresponds to the SI thyristor having the cut gate structure, and each of them is the electrostatic induction main electrode (cathode).
It is characterized by a short circuit structure.

【0080】実施例7では図7から明らかな如く、n+
カソード領域11がストライプ状に形成され、カソード
電極7aはn+ (11)n(10)からなる分布カソー
ド領域及びn+ カソード領域11に挟まれたp+ 静電誘
導カソード短絡領域15に対して横断的に接触してい
る。
In Example 7, as is clear from FIG. 7, n +
The cathode region 11 is formed in a stripe shape, and the cathode electrode 7a is for the distributed cathode region composed of n + (11) n (10) and the p + electrostatic induction cathode short circuit region 15 sandwiched between the n + cathode regions 11. They are in contact with each other.

【0081】実施例8では図8から明らかな如くn+
ソード領域11は小領域に分割されて配置され、カソー
ド電極7aはn+ (11)n(10)分布カソード領域
及びn+ カソード領域11に挟まれたp+ 静電誘導カソ
ード短絡領域15に横断的に接触している。
In Example 8, as is apparent from FIG. 8, the n + cathode region 11 is divided into small regions, and the cathode electrode 7a is composed of n + (11) n (10) distribution cathode region and n + cathode region 11 It makes lateral contact with the p + electrostatic induction cathode short circuit region 15 sandwiched between.

【0082】実施例9では図9から明らかな如く、n+
カソード領域11は分割されたストライプ状に形成さ
れ、かつこれらの領域に挟まれたn領域10を有し、更
にn領域10内にはp+ カソード短絡領域15が形成さ
れ、カソード電極7aはn+ (11)n(10)分布カ
ソード領域及びn+ (11)p+ (15)n+ (11)
SIカソード短絡領域に対して横断的に接触している。
+ カソード領域11に挟まれたn領域(10)から正
孔がカソード電極7aに効率的に吸収されやすい構造と
なっている。
In the ninth embodiment, as is clear from FIG. 9, n +
The cathode region 11 is formed in a divided stripe shape and has an n region 10 sandwiched between these regions. Further, a p + cathode short-circuit region 15 is formed in the n region 10 and the cathode electrode 7a is n. + (11) n (10) distribution cathode region and n + (11) p + (15) n + (11)
It is in transverse contact with the SI cathode short circuit area.
Holes are easily absorbed by the cathode electrode 7a from the n region (10) sandwiched between the n + cathode regions 11.

【0083】実施例7〜9はいずれもSIサイリスタを
例としているが、p+ アノード領域3の代わりにn+
域となれば切込みゲート構造のSITを形成することが
できる。
Although all of Examples 7 to 9 use the SI thyristor as an example, if the n + region is used instead of the p + anode region 3, the SIT having the cut gate structure can be formed.

【0084】カソード電極7aはn+ カソード領域11
及びp+ カソード短絡領域15とはオーム性接触、n型
領域10とはオーム性接触もしくは非オーム性接触或い
はショットキー接触を形成している。n型領域10はp+
ゲート領域4に比べて相対的に不純物密度の低いp-
域もしくはp領域として形成されていてもよい。その場
合にはショットキー接触となることが望ましい。
The cathode electrode 7a is an n + cathode region 11
And an ohmic contact with the p + cathode short-circuit region 15, and an ohmic contact, a non-ohmic contact, or a Schottky contact with the n-type region 10. n-type region 10 is p +
It may be formed as ap region or ap region having a relatively lower impurity density than that of the gate region 4. In that case, Schottky contact is desirable.

【0085】実施例7〜9のp+ カソード短絡領域15
の前面にはイントリンシックカソード点K* において電
位障壁高さのピークが存在し、流れる正孔電流を制御し
ている。K* 点より表面側の正孔は効率良くカソード短
絡領域15に吸収される構造となっている。
P + cathode short-circuit region 15 of Examples 7-9
There is a peak of the potential barrier height at the intrinsic cathode point K * on the front surface of, and the flowing hole current is controlled. Holes on the surface side from the K * point are efficiently absorbed by the cathode short circuit region 15.

【0086】[0086]

【実施例10,11】図10及び図11は本発明の第1
0及び第11の実施例としての静電誘導主電極短絡構造
を有する静電誘導型半導体素子の主電極近傍の模式的断
面構造図である。実施例10及び11はいずれも平面ゲ
ート構造(プレーナゲート構造)の静電誘導型半導体素
子に対応している。サイリスタもしくはトランジスタと
して形成することができるが、ここではサイリスタを例
として説明する。
[Embodiments 10 and 11] FIGS. 10 and 11 show a first embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional structure diagram in the vicinity of a main electrode of an electrostatic induction type semiconductor element having a static induction main electrode short-circuit structure as 0th and 11th embodiments. Each of Examples 10 and 11 corresponds to a static gate type semiconductor device having a planar gate structure (planar gate structure). Although it can be formed as a thyristor or a transistor, a thyristor will be described here as an example.

【0087】図10の実施例10ではn+ カソード領域
11は2本のストライプ状に形成されまたカソード短絡
領域15がn+ カソード領域11に挟まれて形成されて
いる。カソード電極7aはn+ カソード領域11のみな
らず、p+ カソード短絡領域15に対しても接触してい
る。即ちn+ (11)p+ (15)n+ (11)からな
る静電誘導カソード短絡構造に対してカソード電極7a
は横断的に接触している。n- /p- 領域10aに分布
する正孔は主としてn+ カソード領域11で挟まれたp
+ カソード短絡領域15からカソード電極7aに吸収さ
れやすい構造である。一方、図11の実施例11はn+
カソード領域11は1本のストライプ状に形成され、カ
ソード電極7aはn+ カソード領域11のみならず周辺
のn- /p- 領域10aに対しても接触している。また
+ カソード領域11内には島状にp+ カソード短絡領
域15が形成されている。図12は図11に示した実施
例11の単位チャネル部分の模式的上面図である。スト
ライプ状のn+ カソード領域11及び島状のp+ カソー
ド短絡領域15及びn- /p- 領域10aに対してカソ
ード電極7aが横断的に接触している様子を示してい
る。
In Example 10 of FIG. 10, the n + cathode region 11 is formed in two stripes, and the cathode short-circuit region 15 is sandwiched between the n + cathode regions 11. The cathode electrode 7a is in contact not only with the n + cathode region 11 but also with the p + cathode short-circuit region 15. That is, for the electrostatic induction cathode short circuit structure composed of n + (11) p + (15) n + (11), the cathode electrode 7a
Are in transverse contact. The holes distributed in the n / p region 10a are p mainly sandwiched between the n + cathode regions 11.
This is a structure in which the cathode short-circuit region 15 is easily absorbed by the cathode electrode 7a. On the other hand, in Example 11 of FIG. 11, n +
The cathode region 11 is formed in one stripe shape, and the cathode electrode 7a is in contact not only with the n + cathode region 11 but also with the surrounding n / p region 10a. Further, in the n + cathode region 11, a p + cathode short-circuit region 15 is formed in an island shape. FIG. 12 is a schematic top view of the unit channel portion of Example 11 shown in FIG. It shows a state where the cathode electrode 7a is in transverse contact with the stripe-shaped n + cathode region 11, the island-shaped p + cathode short-circuit region 15 and the n / p region 10a.

【0088】[0088]

【実施例12,13,14】本発明の静電誘導主電極短
絡構造はn+ カソード領域11及びn+ カソード領域に
挟まれたp+ カソード短絡領域の配置パターンによって
各種の変形例が可能である点は平面ゲート構造において
も同様である。図13乃至図15はこのようなカソード
領域11の配置の実施例を示す上面図である。即ち、図
13は本発明の第12の実施例であって、プレーナ構造
の単位チャネル内においてn+ カソード領域11を小領
域に分割して配置し、かつ該カソード領域11内に島状
にp+カソード短絡領域15を配置している。カソード
電極7aはn+ (11)n- /p- (10a)カソード
分布構造及びn+ (11)p+ (15)n+ (11)S
Iカソード短絡構造に対して全体を覆うようにして接触
した例である。図14は本発明の第13の実施例であっ
て、同じくプレーナ構造において、複数のチャネル内に
配置されたn+ カソード領域11及びその中のp+ カソ
ード短絡領域15に対してカソード電極7aが横断的に
接触するとともに、n+ カソード領域11の周辺部分の
- /p- 領域10aに対しても接触した例である。更
に図15は図14よりも更にカソード電極7aのストラ
イプ幅を広く設定し、n+ カソード領域11及びp+
ソード短絡領域15全体を覆うように形成した実施例1
4である。このように配置し、構成することによって、
- /p- 領域10a内に分布する正孔の吸収効果を高
めることができる。
[Embodiments 12, 13, 14] The electrostatic induction main electrode short-circuit structure of the present invention can be modified in various ways depending on the arrangement pattern of the n + cathode region 11 and the p + cathode short-circuit region sandwiched between the n + cathode regions. Some points are the same in the planar gate structure. 13 to 15 are top views showing examples of the arrangement of the cathode region 11 as described above. That is, FIG. 13 shows a twelfth embodiment of the present invention in which the n + cathode region 11 is divided into small regions in the unit channel of the planar structure, and p-shaped in an island shape in the cathode region 11. + The cathode short-circuit region 15 is arranged. The cathode electrode 7a is composed of n + (11) n / p (10a) cathode distribution structure and n + (11) p + (15) n + (11) S.
This is an example of contacting the I cathode short-circuit structure so as to cover the entire structure. FIG. 14 shows a thirteenth embodiment of the present invention, and in the same planar structure, the cathode electrode 7a is provided for the n + cathode region 11 arranged in a plurality of channels and the p + cathode short-circuit region 15 therein. In this example, the contact is made transversely and also to the n / p region 10a in the peripheral portion of the n + cathode region 11. Further, in FIG. 15, the stripe width of the cathode electrode 7a is set wider than that in FIG. 14, and the n + cathode region 11 and the p + cathode short-circuit region 15 are formed so as to be entirely covered.
It is 4. By arranging and configuring in this way,
It is possible to enhance the absorption effect of holes distributed in the n / p region 10a.

【0089】図1に示した実施例1と図26に示した従
来構造の比較結果を以下に述べる。均一なカソード電極
構造を有する従来構造に比べ本発明の静電誘導主電極短
絡構造によればゲートピーク電流値IGpの低減化、ター
オフゲインGOFF の増大化、蓄積時間ts の低減化、下
降時間tf の低減化、従ってターンオフ時間tgq(=t
s +tf )の低減化、ターンオフスイッチングエネルギ
ーEOFF (mJ/パルス)の低減化が実現される。
The comparison result between the first embodiment shown in FIG. 1 and the conventional structure shown in FIG. 26 will be described below. According to the electrostatic induction main electrode short-circuiting structure of the present invention, the gate peak current value I Gp is reduced, the turn- off gain G OFF is increased, the accumulation time t s is reduced, and the voltage is decreased as compared with the conventional structure having a uniform cathode electrode structure. Reduction of time t f , and thus turn-off time t gq (= t
s + t f ) and turn-off switching energy E OFF (mJ / pulse) are reduced.

【0090】特にp+ カソード短絡領域15とn型領域
(10)間の拡散電位により生ずる電界によりゲート領
域4とカソード領域11間に分布する正孔を効率良く主
電極であるカソード電極7aに吸収することができるた
め、ゲート引き抜き電荷量Qの低減が著しい。その分だ
け、ゲート駆動回路の負担が低減され、t型軽量化を図
ることができる。
In particular, holes distributed between the gate region 4 and the cathode region 11 are efficiently absorbed by the cathode electrode 7a, which is the main electrode, by the electric field generated by the diffusion potential between the p + cathode short-circuit region 15 and the n-type region (10). Therefore, the gate extraction charge amount Q is significantly reduced. To that extent, the load on the gate drive circuit is reduced, and the t-type weight can be reduced.

【0091】ゲート引き抜き電荷量Q(μC)を比較す
ると本発明の実施例1では、従来例に比較して約1/3
以下となる。
Comparing the gate extraction charges Q (μC), in the first embodiment of the present invention, it is about 1/3 of that in the conventional example.
It becomes the following.

【0092】図1に示した実施例1の構造例の素子と、
図26に示した従来構造の素子に対して所定の条件にて
γ線照射を行ないライフライム制御を実施した素子との
ターンオフスイッチングを比較すると、従来構造に対し
てγ線照射によるライフタイム制御を実施した場合と比
較しても、本発明の静電誘導カソード短絡構造を有する
SIサイリスタはより高速化されかつQが小さく、低損
失という優れた性能を示す。
An element of the structural example of Example 1 shown in FIG.
By comparing the turn-off switching of the conventional structure element shown in FIG. 26 with γ-ray irradiation under a predetermined condition and performing life-lime control, the lifetime control by γ-ray irradiation is compared with the conventional structure. The SI thyristor having the electrostatic induction cathode short-circuit structure of the present invention has higher speed, smaller Q, and low loss, even when compared with the case of implementation.

【0093】従来例との順方向電流−電圧特性の比較を
行なうと、従来例と比較して低電流域では順方向電圧降
下(オン電圧)VT は高いが大電流域においてはVT
低くなる。従って、本発明の静電誘導カソード短絡構造
を有するSIサイリスタではサージ耐量が高い。
[0093] The forward current of the conventional example - Doing comparison voltage characteristic, the V T in is higher forward voltage drop (ON voltage) V T large current area in the compared with the conventional example low current region Get lower. Therefore, the SI thyristor having the electrostatic induction cathode short-circuit structure of the present invention has a high surge resistance.

【0094】静電誘導主電極(カソード)短絡構造にお
けるn+ カソード領域とp+ カソード短絡領域とのカソ
ード電極による短絡率とオン電圧との関係を比較する
と、短絡率を30%以下に抑えればオン電圧VT の急激
な上昇は抑制されている。
Comparing the relationship between the ON voltage and the short-circuit rate by the cathode electrode in the n + cathode region and the p + cathode short-circuit region in the electrostatic induction main electrode (cathode) short-circuit structure, the short-circuit rate can be suppressed to 30% or less. For example, the rapid increase of the ON voltage V T is suppressed.

【0095】本発明の実施例は上記実施例1〜14に限
定されるものではなく、様々な変形が可能である。例え
ばn+ カソード領域11内にカソード電極7aとの界面
部分に浅くp領域をチャネル構造を介することなく形成
してもよい。このp領域の効果としては、n+ カソード
領域11内に分布された正孔を吸収する点にある。この
浅いp領域は例えばAl−Siのシンターリングに伴な
い、数10Å程度の浅い層として形成することもでき
る。この構造と上記p+ カソード短絡構造を併用しても
よい。本発明の実施例においてn型領域10をp- もし
くはp領域としてもよいことを既に述べたが、この場
合、上記の浅いp領域は上記n型領域(或いはp- もし
くはp領域)10と接触しないようにn+ カソード領域
11によって取囲まれているか電位障壁により囲まれて
いることが望ましい。
The embodiments of the present invention are not limited to the above Embodiments 1 to 14, but various modifications are possible. For example, a shallow p region may be formed in the n + cathode region 11 at the interface with the cathode electrode 7a without a channel structure. The effect of the p region is to absorb the holes distributed in the n + cathode region 11. This shallow p region can also be formed as a shallow layer of about several tens of liters along with the sintering of Al-Si, for example. This structure may be used in combination with the above-mentioned p + cathode short-circuit structure. In the embodiment of the present invention, it is already described that the n-type region 10 may be the p or p region, but in this case, the shallow p region is in contact with the n-type region (or p or p region) 10. It is desirable that it is surrounded by the n + cathode region 11 or a potential barrier so as not to do so.

【0096】本発明の静電誘導主電極短絡構造はSI
T,SIサイリスタのみならず、他のカソードもしくは
ソース構造を有する素子にも適用することができる。例
えばIGBT,MOS制御サイリスタ,等においても同
様に適用することができる。
The electrostatic induction main electrode short-circuit structure of the present invention is SI
It can be applied not only to T and SI thyristors but also to devices having other cathode or source structures. For example, the same can be applied to IGBTs, MOS control thyristors, and the like.

【0097】更にまた上記実施例において導電型を反対
にした構成も可能であることはもちろんである。
Furthermore, it is needless to say that the above-mentioned embodiments may have the opposite conductivity type.

【0098】[0098]

【発明の効果】本発明の静電誘導主電極短絡構造を有す
る静電誘導型半導体素子によれば、特にサイリスタに適
用すると以下のような顕著な効果を奏することができ
る。即ち、
According to the electrostatic induction type semiconductor element having the electrostatic induction main electrode short-circuit structure of the present invention, particularly when applied to a thyristor, the following remarkable effects can be obtained. That is,

【0099】ターンオフ時間(蓄積時間ts と下降時
間tf の和)を低減化でき、ターンオフスイッチングロ
スEOFF を低減化できる。従って、高周波PWMインバ
ータ等の応用面において特に蓄積時間ts が低減化され
ることから、非常に使い易い素子を提供することができ
る。またセグメント毎に蓄積時間ts を低減化できるこ
とからウエーハの面内ばらつき量が低減化されウエーハ
を大口径化し易くなる。
The turn-off time (the sum of the accumulation time t s and the fall time t f ) can be reduced, and the turn-off switching loss E OFF can be reduced. Therefore, in application of a high-frequency PWM inverter or the like, the storage time t s is particularly reduced, so that a very easy-to-use element can be provided. Further, since the accumulation time t s can be reduced for each segment, the in-plane variation amount of the wafer can be reduced and the diameter of the wafer can be easily increased.

【0100】更にまた、主電極短絡構造によってゲー
ト引抜き電荷量が顕著に低減化されターンオフゲインG
OFF が上昇することから、ゲート駆動回路の簡単化、小
型化を図ることができ、装置全体の低価格化を図ること
ができる。
Furthermore, the gate extraction charge amount is remarkably reduced by the main electrode short circuit structure, and the turn-off gain G is reduced.
Since OFF increases, the gate drive circuit can be simplified and downsized, and the cost of the entire device can be reduced.

【0101】高温における耐圧特性及びリーク電流は
ライフタイム制御を行なわない従来構造の素子と同程度
であり、定常ブロッキング時において定常損失(ロス)
が低いことから、ターンオフ性能が向上するにもかかわ
らず通常トレードオフの関係にあるオン特性を良好に保
つことができる。
The breakdown voltage characteristics and the leak current at high temperature are similar to those of the element of the conventional structure which does not control the lifetime, and the steady loss at the time of steady blocking.
Therefore, the on-characteristics, which are usually in a trade-off relationship, can be kept good even though the turn-off performance is improved.

【0102】オン電圧VT は正の温度特性を有するた
め特に高周波動作時において、熱暴走しにくいため、高
周波動作に適用できる。
Since the on-voltage V T has a positive temperature characteristic, thermal runaway is unlikely to occur particularly during high frequency operation, so that it can be applied to high frequency operation.

【0103】ターンオフ性能を極端にSIT並みに高
速化しても点弧特性にほとんど影響しない。即ち、点弧
時のゲート電圧,ゲート電流はほとんど変化が見られな
い。ターンオフ性能を向上させても低電流域ではターン
オンスイッチングロスEONはほとんど変化しない。また
高電流域でターンオン高上り時間tr 及びEONが増加す
る傾向があるが遅延時間td は変化しない。高電流域で
のサージ耐量が増大するという効果もある。
Even if the turn-off performance is extremely speeded up to the same level as SIT, the ignition characteristics are hardly affected. That is, there is almost no change in the gate voltage and the gate current during ignition. Even if the turn-off performance is improved, the turn-on switching loss E ON hardly changes in the low current region. Further, the turn-on rise time tr and E ON tend to increase in the high current region, but the delay time t d does not change. There is also an effect that surge withstand capability in a high current region is increased.

【0104】本発明の構造をSITに適用した場合にも
サイリスタにおける利点としての上記〜の効果を同
様に享受することができる。
Even when the structure of the present invention is applied to the SIT, the effects (1) to (3) described above as the advantages of the thyristor can be similarly enjoyed.

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

【図1】本発明の第1の実施例としての静電誘導主電極
短絡構造を有する静電誘導型半導体素子の単位セグメン
ト部分の模式的断面構造図及び上面図
FIG. 1 is a schematic cross-sectional structural view and a top view of a unit segment portion of an electrostatic induction type semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short-circuit structure as a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例としての静電誘導主電極
短絡構造を有する静電誘導型半導体素子の単位セグメン
ト部分の模式的断面構造図及び上面図
FIG. 2 is a schematic cross-sectional structural view and a top view of a unit segment portion of an electrostatic induction type semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short-circuit structure as a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例としての静電誘導主電極
短絡構造を有する静電誘導型半導体素子の単位セグメン
ト部分の模式的断面構造図及び上面図
FIG. 3 is a schematic cross-sectional structural view and a top view of a unit segment portion of an electrostatic induction type semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short-circuit structure as a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施例としての静電誘導主電極
短絡構造を有する静電誘導型半導体素子の単位セグメン
ト部分の模式的断面構造図及び上面図
FIG. 4 is a schematic cross-sectional structural view and a top view of a unit segment portion of an electrostatic induction type semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short-circuit structure as a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5の実施例としての静電誘導主電極
短絡構造を有する静電誘導型半導体素子の単位セグメン
ト部分の模式的断面構造図
FIG. 5 is a schematic sectional structural view of a unit segment portion of an electrostatic induction type semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short-circuit structure as a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6の実施例としての静電誘導主電極
短絡構造を有する静電誘導型半導体素子の単位セグメン
ト部分の模式的断面構造図
FIG. 6 is a schematic sectional structural view of a unit segment portion of an electrostatic induction type semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short-circuit structure as a sixth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第7の実施例としての静電誘導主電極
短絡構造を有する静電誘導型半導体素子の単位セグメン
ト部分の模式的断面構造図及び上面図
FIG. 7 is a schematic sectional structural view and a top view of a unit segment portion of an electrostatic induction type semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short-circuiting structure as a seventh embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第8の実施例としての静電誘導主電極
短絡構造を有する静電誘導型半導体素子の単位セグメン
ト部分の模式的断面構造図及び上面図
FIG. 8 is a schematic cross-sectional structural view and a top view of a unit segment portion of an electrostatic induction type semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short-circuit structure according to an eighth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第9の実施例としての静電誘導主電極
短絡構造を有する静電誘導型半導体素子の単位セグメン
ト部分の模式的断面構造図及び上面図
FIG. 9 is a schematic cross-sectional structural view and a top view of a unit segment portion of an electrostatic induction type semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short-circuit structure as a ninth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第10の実施例としての静電誘導主
電極短絡構造を有する静電誘導型半導体素子の主電極近
傍の模式的断面構造図
FIG. 10 is a schematic sectional structural view in the vicinity of a main electrode of an electrostatic induction type semiconductor device having a short circuit structure for an electrostatic induction main electrode as a tenth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第11の実施例としての静電誘導主
電極短絡構造を有する静電誘導型半導体素子の主電極近
傍の模式的断面構造図
FIG. 11 is a schematic sectional structural view in the vicinity of a main electrode of an electrostatic induction type semiconductor device having an electrostatic induction main electrode short circuit structure as an eleventh embodiment of the present invention.

【図12】図11に示した実施例11の単位チャネル部
分の模式的な上面図
FIG. 12 is a schematic top view of a unit channel portion of Example 11 shown in FIG.

【図13】本発明の第12の実施例としての静電誘導主
電極短絡構造を有する静電誘導型半導体素子の静電誘導
カソード短絡構造例
FIG. 13 is a static induction cathode short circuit structure example of a static induction semiconductor device having a static induction main electrode short circuit structure as a twelfth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第13の実施例としての静電誘導主
電極短絡構造を有する静電誘導型半導体素子の静電誘導
カソード短絡構造例
FIG. 14 is a static induction cathode short circuit structure example of a static induction semiconductor device having a static induction main electrode short circuit structure as a thirteenth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第14の実施例としての静電誘導主
電極短絡構造を有する静電誘導型半導体素子の静電誘導
カソード短絡構造例
FIG. 15 is a static induction cathode short circuit structure example of a static induction type semiconductor device having a static induction main electrode short circuit structure as a fourteenth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の動作原理を説明するための模式図
(分布型カソード構造と静電誘導短絡構造の組み合わせ
構造)
FIG. 16 is a schematic diagram for explaining the operation principle of the present invention (combined structure of distributed cathode structure and electrostatic induction short-circuit structure)

【図17】オン状態のキャリアの動きを示す図FIG. 17 is a diagram showing the movement of the carrier in the ON state.

【図18】蓄積期間のキャリアの動きを示す図FIG. 18 is a diagram showing the movement of carriers during the accumulation period.

【図19】下降期間のキャリアの動きを示す図FIG. 19 is a diagram showing the movement of the carrier during the falling period.

【図20】テイル期間のキャリアの動きを示す図FIG. 20 is a diagram showing carrier movement during a tail period.

【図21】本発明の静電誘導主電極短絡構造とポテンシ
ャル分布の説明図
FIG. 21 is an explanatory diagram of the electrostatic induction main electrode short circuit structure and potential distribution of the present invention.

【図22】従来のSIサイリスタの模式的断面図(従来
例1)
FIG. 22 is a schematic sectional view of a conventional SI thyristor (conventional example 1).

【図23】従来のSIサイリスタの模式的断面図(従来
例2)
FIG. 23 is a schematic cross-sectional view of a conventional SI thyristor (conventional example 2).

【図24】従来のSIサイリスタの模式的断面図(従来
例3)
FIG. 24 is a schematic sectional view of a conventional SI thyristor (conventional example 3).

【図25】n+ カソード直下の埋込み層が大きく形成さ
れる様子を示す模式図
FIG. 25 is a schematic diagram showing how a large buried layer is formed directly under an n + cathode.

【図26】カソード領域が一様に均一に形成された従来
の埋込みゲート構造を有する静電誘導サイリスタの模式
的断面構造図及び上面図
FIG. 26 is a schematic cross-sectional structural view and a top view of a static induction thyristor having a conventional buried gate structure in which a cathode region is uniformly formed.

【図27】従来構造例における典型的なスイッチング
(1250V−100A)(分布型カソードなし)
FIG. 27: Typical switching (1250V-100A) in the conventional structure example (without distributed cathode)

【図28】オン状態のキャリアの動きを示す図FIG. 28 is a view showing the movement of the carrier in the ON state.

【図29】蓄積期間のキャリアの動きを示す図FIG. 29 is a diagram showing the movement of carriers during the accumulation period.

【図30】下降期間のキャリアの動きを示す図FIG. 30 is a diagram showing the movement of the carrier during the falling period.

【図31】テイル期間のキャリアの動きを示す図FIG. 31 is a diagram showing carrier movement during the tail period.

【符号の説明】 1 n- 高抵抗層 1a 基板 1b エピタキシャル層 3 p+ アノード領域 4 p+ ゲート領域 5 チャネル領域 6 n+ 短絡層 7a カソード電極 7b ゲート電極 7c アノード電極 10 n型領域 10a n- /p- 領域 11 n+ カソード領域 12 支持電極 13 p+ 短絡層 14、14´ 絶縁層 15 p+ カソード短絡領域 K* イントリンシックカソード点 G* イントリンシックゲート点[EXPLANATION OF SYMBOLS] 1 n - high resistance layer 1a substrate 1b epitaxial layer 3 p + anode region 4 p + gate region 5 channel region 6 n + shorted layer 7a the cathode electrode 7b gate electrode 7c anode electrode 10 n-type region 10a n - / P region 11 n + cathode region 12 support electrode 13 p + short-circuit layer 14, 14 ′ insulating layer 15 p + cathode short-circuit region K * intrinsic cathode point G * intrinsic gate point

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高抵抗層領域の第1の主表面に形成され
た第1の主電極領域と、 前記高抵抗層領域の第1もしくは第2の主表面に形成さ
れた第2の主電極領域と、 前記第1の主電極領域の近傍に形成された制御領域とを
具備し、 前記制御領域は前記高抵抗層領域内にチャネル領域を形
成するとともに第1の主電極領域と第2の主電極領域間
を導通する主電流を該チャネル領域に形成された電位障
壁高さを制御することによって制御する静電誘導型半導
体素子において、 第1の主電極領域は相対的に不純物密度の高い領域と相
対的に不純物密度の低い領域と相対的に不純物密度の高
い領域に挟まれた相対的に不純物密度の低い領域内に形
成された短絡領域とが互いに分布された構造を具え、か
つ第1の主電極領域に接触する電極構造は上記不純物密
度の高い領域のみならず不純物密度の低い領域及び短絡
領域にも部分的に接触し、前記短絡領域は前記制御領域
と同一導電型で前記相対的に不純物密度の高い第1の主
電極領域とは反対導電型を有し、前記相対的に不純物密
度の高い領域から前記相対的に不純物密度の低い領域内
に広がる空乏層によって前記制御領域との間に電位障壁
を有することを特徴とする静電誘導主電極短絡構造を有
する静電誘導型半導体素子。
1. A first main electrode region formed on a first main surface of a high resistance layer region, and a second main electrode formed on a first or second main surface of the high resistance layer region. A region and a control region formed in the vicinity of the first main electrode region, the control region forming a channel region in the high resistance layer region, and the first main electrode region and the second main electrode region. In an electrostatic induction semiconductor device in which a main current that conducts between main electrode regions is controlled by controlling the height of a potential barrier formed in the channel region, the first main electrode region has a relatively high impurity density. A region having a relatively low impurity density and a short circuit region formed in a region having a relatively low impurity density sandwiched between regions having a relatively high impurity density, and having a structure in which The electrode structure in contact with the main electrode region of The first main electrode region having the same conductivity type as the control region and having the relatively high impurity density is partially contacted with not only the region having a high object density but also the region having a low impurity density and the short circuit region. And a potential barrier between the control region and a depletion layer extending from the relatively high impurity density region to the relatively low impurity density region. An electrostatic induction type semiconductor device having a static induction main electrode short circuit structure.
【請求項2】 前記第1の主電極領域の内、相対的に不
純物密度の高い領域と相対的に不純物密度の低い領域と
は、互いに同一導電型であり、かつ前記制御領域とは反
対導電型であることを特徴とする請求項1記載の静電誘
導主電極短絡構造を有する静電誘導型半導体素子。
2. A region having a relatively high impurity density and a region having a relatively low impurity density in the first main electrode region are of the same conductivity type and opposite conductivity to that of the control region. The electrostatic induction type semiconductor device having the electrostatic induction main electrode short-circuit structure according to claim 1, which is a mold.
【請求項3】 前記第1の主電極領域の内、前記相対的
に不純物密度の低い領域は前記相対的に不純物密度の高
い領域とは反対導電型であり、かつ前記制御領域とは同
一導電型であることを特徴とする請求項1記載の静電誘
導主電極短絡構造を有する静電誘導型半導体素子。
3. In the first main electrode region, the region having a relatively low impurity density has a conductivity type opposite to that of the region having a relatively high impurity density, and has the same conductivity as the control region. The electrostatic induction type semiconductor device having the electrostatic induction main electrode short-circuit structure according to claim 1, which is a mold.
【請求項4】 前記第1の主電極領域に接触する電極構
造は、前記相対的に不純物密度の高い領域とはオーム性
接触を有し、前記相対的に不純物密度の低い領域と接触
する部分においては非オーム性接触もしくはショットキ
ー接触を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3
の内、いずれか1項記載の静電誘導主電極短絡構造を有
する静電誘導型半導体素子。
4. The electrode structure in contact with the first main electrode region has ohmic contact with the region having a relatively high impurity density, and is in contact with the region having a relatively low impurity density. 4. The non-ohmic contact or the Schottky contact is characterized in that
Among them, an electrostatic induction type semiconductor device having the electrostatic induction main electrode short-circuit structure according to any one of items.
【請求項5】 前記第1の主電極領域に接触する電極構
造において、前記相対的に不純物密度の低い領域と接触
する部分の電極材料はAl,Mo,W,Pt,Ti,N
iもしくはこれらとSiとの合金もしくはシリサイド層
からなることを特徴とする請求項1乃至請求項4の内、
いずれか1項記載の静電誘導主電極短絡構造を有する静
電誘導型半導体素子。
5. In the electrode structure in contact with the first main electrode region, the electrode material of the part in contact with the region having a relatively low impurity density is Al, Mo, W, Pt, Ti, N.
i or an alloy of these and Si, or a silicide layer, characterized in that
An electrostatic induction type semiconductor device having the electrostatic induction main electrode short-circuit structure according to any one of claims 1.
【請求項6】 前記第1の主電極領域の内、前記相対的
に不純物密度の高い領域は互いに分割された分布構造を
有することを特徴とする請求項1乃至請求項5の内、い
ずれか1項記載の静電誘導主電極短絡構造を有する静電
誘導型半導体素子。
6. The first main electrode region, wherein the region having a relatively high impurity density has a distribution structure divided from each other. An electrostatic induction type semiconductor device having the electrostatic induction main electrode short-circuit structure according to item 1.
【請求項7】 前記制御領域は埋込み構造を有すること
を特徴とする請求項1乃至請求項6の内、いずれか1項
記載の静電誘導主電極短絡構造を有する静電誘導型半導
体素子。
7. The static induction semiconductor device having the static induction main electrode short-circuit structure according to claim 1, wherein the control region has a buried structure.
【請求項8】 前記制御領域は切込み構造を有すること
を特徴とする請求項1乃至請求項6の内、いずれか1項
記載の静電誘導主電極短絡構造を有する静電誘導型半導
体素子。
8. The electrostatic induction semiconductor device having the electrostatic induction main electrode short-circuit structure according to claim 1, wherein the control region has a notch structure.
【請求項9】 前記制御領域は平面型構造を有すること
を特徴とする請求項1乃至請求項6の内、いずれか1項
記載の静電誘導主電極短絡構造を有する静電誘導型半導
体素子。
9. The electrostatic induction semiconductor device having the electrostatic induction main electrode short-circuit structure according to claim 1, wherein the control region has a planar structure. .
【請求項10】 前記静電誘導型半導体素子は静電誘導
サイリスタであることを特徴とする請求項1乃至請求項
9の内、いずれか1項記載の静電誘導主電極短絡構造を
有する静電誘導型半導体素子。
10. The static induction main electrode short-circuit structure according to claim 1, wherein the static induction semiconductor device is a static induction thyristor. Electric induction type semiconductor device.
【請求項11】 前記静電誘導型半導体素子は静電誘導
トランジスタであることを特徴とする請求項1乃至請求
項9の内、いずれか1項記載の静電誘導主電極短絡構造
を有する静電誘導型半導体素子。
11. The static induction main electrode short-circuit structure according to claim 1, wherein the static induction semiconductor element is a static induction transistor. Electric induction type semiconductor device.
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