JPH0661479A - Mos control thyristor in planar structure - Google Patents

Mos control thyristor in planar structure

Info

Publication number
JPH0661479A
JPH0661479A JP11413992A JP11413992A JPH0661479A JP H0661479 A JPH0661479 A JP H0661479A JP 11413992 A JP11413992 A JP 11413992A JP 11413992 A JP11413992 A JP 11413992A JP H0661479 A JPH0661479 A JP H0661479A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
channel
layer
cathode
gate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP11413992A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0793425B2 (en
Inventor
Kimihiro Muraoka
公裕 村岡
Naoshige Tamamushi
尚茂 玉蟲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Electric Manufacturing Ltd filed Critical Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority to JP4114139A priority Critical patent/JPH0793425B2/en
Priority to US08/037,023 priority patent/US5324966A/en
Priority to EP93302715A priority patent/EP0565349B1/en
Priority to DE69321642T priority patent/DE69321642T2/en
Publication of JPH0661479A publication Critical patent/JPH0661479A/en
Publication of JPH0793425B2 publication Critical patent/JPH0793425B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Thyristors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve turn-on characteristics by integrating an n-channel MOSFET for controlling the injection of electrons from a cathode region to a base and at the same time providing a channel structure which is controlled by the p base between the cathode and the base. CONSTITUTION:In a thyristor where a cathode region 8 is provided on the first main surface of a semiconductor substrate and an anode region 2 is provided on a second main surface and a gate region 6, a p-channel MOSFET, and an n-channel MOSFET are formed being adjacent to the cathode region 8 near the first main surface, a layer 7 with the same conductivity type as the cathode region 8 is included between a layer 11 with the opposite conductivity type to the cathode region 8 and the gate region 6 contacting the cathode region 8. Then, the main electrode of a p-channel MOSFET is formed by the layer 11 and the gate region 6 and an n-channel MOSFET is formed by the layer 7 and a high-resistance layer 5. Also, a channel region 12 controlling the conduction state of electrons which are injected from the cathode region 8 is formed near the cathode region 8.

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に関
し、特にプレーナ構造のMOS制御サイリスタにおい
て、pチャネルMOSFET及びnチャネルMOSFE
Tを共通ゲートにて形成しかつ主サイリスタが静電誘導
効果にて動作しうるプレーナ構造のMOS制御サイリス
タに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power semiconductor device, and more particularly to a p-channel MOSFET and an n-channel MOSFE in a planar structure MOS control thyristor.
The present invention relates to a planar structure MOS control thyristor in which T is formed by a common gate and a main thyristor can operate by an electrostatic induction effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOS制御サイリスタの基本的構造は図
8に図示されている。図8の構造はG.E.社のTempleによ
り提案された構造である。図8において、1はアノード
電極、2はアノード領域、3はnバッファ層、5は高抵
抗層、6はpベース層、7は同一導電型層、8はカソー
ド領域、9はカソード電極、10はMOSゲート電極、
11は反対導電型層である。11の反対導電型層と6の
pベース層はpチャネルMOSFETの主電極領域とし
ても動作し、同一導電型層7の表面近傍にはpMOSの
チャネルが形成される。同様に同一導電型層7と高抵抗
層5はnチャネルMOSFETの主電極領域としても動
作し、pベース層6の表面近傍にはnMOSのチャネル
が形成される。MOSゲート電極はnMOSFET,p
MOSFET共通であり、正負方向のパルス電圧を印加
することによってn+ (8)p(6)n- (5)n
+ (3)p+ (2)からなる主サイリスタはオンオフ制
御される構造となっている。図8の構造ではpベース層
6中に蓄積されたキャリアとしての正孔はGTOのよう
に外部ゲートに引き出されるのではなくカソード電極9
に短絡されている反対導電型層11に対してpチャネル
MOSFETを介して短絡される。云わばカソード短絡
構造がpチャネルMOSFETによってpベース層6と
カソード領域8との間に実現されている。一方、nチャ
ネルMOSFETの役割はカソード領域8と同一導電型
層7から電子を第2ベース層として働くn-高抵抗層5
にnMOSFETのチャネルを介して注入することによ
って、主サイリスタをターン・オンさせることにある。
2. Description of the Related Art The basic structure of a MOS control thyristor is shown in FIG. The structure of FIG. 8 is a structure proposed by Temple of GE. In FIG. 8, 1 is an anode electrode, 2 is an anode region, 3 is an n buffer layer, 5 is a high resistance layer, 6 is a p base layer, 7 is the same conductivity type layer, 8 is a cathode region, 9 is a cathode electrode, 10 Is a MOS gate electrode,
11 is an opposite conductivity type layer. The opposite conductivity type layer 11 and the p base layer 6 also function as the main electrode region of the p channel MOSFET, and a pMOS channel is formed near the surface of the same conductivity type layer 7. Similarly, the same conductivity type layer 7 and the high resistance layer 5 also operate as a main electrode region of an n-channel MOSFET, and an nMOS channel is formed near the surface of the p base layer 6. The MOS gate electrode is nMOSFET, p
A MOSFET common, n + (8) p ( 6) by applying a pulse voltage of positive and negative directions n - (5) n
The main thyristor composed of + (3) p + (2) has a structure that is controlled to be turned on and off. In the structure of FIG. 8, the holes as carriers accumulated in the p base layer 6 are not extracted to the external gate like GTO, but the cathode electrode 9 is used.
Is short-circuited to the opposite conductivity type layer 11 which is short-circuited via the p-channel MOSFET. In short, a cathode short circuit structure is realized between the p base layer 6 and the cathode region 8 by the p channel MOSFET. On the other hand, the role of the n-channel MOSFET is that the n high resistance layer 5 that acts as a second base layer with electrons from the same conductivity type layer 7 as the cathode region 8 is used.
To turn on the main thyristor by injecting through the channel of the nMOSFET.

【0003】図9は従来の別のMOS制御サイリスタの
模式的断面構造図である。図9の構造は例えば、Asea B
rown Boveri 社の研究グループにより発表された構造で
ある。即ち、例えば、エフ・バウアー氏らによる " Cur
rent-Handling and Switching Performance of MOS-Con
trolled Thyristor (MCT) Structures "と題する論文,
IEEE EDL Vol.12, No.6, June 1991に開示されている。
図8と同一の構成要素については同一の参照番号を付し
てある。図8の構造に比べて図9の構造的特徴は各チャ
ネル毎にはnMOSFETが設けられていない点と、n
バッファ層3が設けられていない点である。図9の構造
は、云わば広いpベース層6の中にカソード短絡のため
のpMOSFETをカソード8の周辺に配置した構造が
作り込まれている点である。構造的に図8に比べてマル
チチャネル化が容易であるが、ターン・オンのためのn
MOSFETを別途作り込む必要がある。例えば、図1
0に図示する構成が提案されている。図10に示す構造
は、シー・ロンシスベール氏らによる " HIGH POWER MO
S-CONTROLLED-THYRISTOR USING THE PARALLEL CONTACTI
NG TECHNOLOGY FOR DEVICES ON THE SAME WAFER " と題
する論文, EPE FIRENZE, 1991, pp.267-269 に開示され
ている構造を模式的に示したものである。図8,図9と
同一の構成要素については同一の参照番号を付してあ
る。
FIG. 9 is a schematic sectional structural view of another conventional MOS control thyristor. The structure of FIG. 9 is, for example, Asea B
The structure is presented by the research group of rown Boveri. That is, for example, "Cur by F Bower et al.
rent-Handling and Switching Performance of MOS-Con
"trolled Thyristor (MCT) Structures",
It is disclosed in IEEE EDL Vol.12, No.6, June 1991.
The same components as those in FIG. 8 are designated by the same reference numerals. 9 is different from the structure of FIG. 8 in that an nMOSFET is not provided for each channel.
The point is that the buffer layer 3 is not provided. The structure of FIG. 9 is, so to speak, a structure in which a pMOSFET for short-circuiting the cathode is arranged in the periphery of the cathode 8 in a wide p base layer 6. Although it is structurally easier to realize multi-channel compared to FIG. 8, n for turn-on is used.
It is necessary to build a MOSFET separately. For example, in FIG.
0 has been proposed. The structure shown in Fig. 10 is "HIGH POWER MO" by C. Ronsisvale et al.
S-CONTROLLED-THYRISTOR USING THE PARALLEL CONTACTI
This is a schematic illustration of the structure disclosed in the paper entitled "NG TECHNOLOGY FOR DEVICES ON THE SAME WAFER", EPE FIRENZE, 1991, pp.267-269. Are given the same reference numbers.

【0004】図10の構造的特徴はpベース層6の周辺
部分においてn+ 領域16を設け、pベース層6の端部
における表面領域においてnチャネルMOSFETを形
成している点である。
The structural feature of FIG. 10 is that an n + region 16 is provided in the peripheral portion of the p base layer 6 and an n channel MOSFET is formed in the surface region at the end of the p base layer 6.

【0005】図8乃至図10に示した先行技術としての
MOS制御サイリスタにおいては主サイリスタは従来の
四層構造のサイリスタもしくはSCRとしての構造を有
している。一方、この主サイリスタ部分を静電誘導サイ
リスタとして構成し、制御系を絶縁制御とする場合の動
作駆動方法は西沢,玉蟲,後沢により特開平1−278
119号公報(出願日昭和63年4月30日)に開示さ
れ、周辺部を集積化した場合には絶縁制御(MOS-Contro
lled) 静電誘導サイリスタと称する旨記載されている。
絶縁制御SIサイリスタはゲートの電流増幅率が高いた
め、小さなゲート信号で動作可能である。ゲートキャパ
シタのみ集積化されたMOS制御SIサイリスタは60
0V−3A級まで試作され、ゲートキャパシタCG のみ
で動作できることが、西沢による論文," SI Thyristor
s Hold Promise for Improved DCPower Transmission,
" PCI & Motor 'Con 88, Munich, West Germany 1988,
June 6-8, 或いは西沢, 玉蟲による論文, " Recent D
evelopment and Future Potential of the Power Stati
c Induction (SI) Devices, " Proceedings of theThir
d International Conference on Power Electronics an
d Variable-SpeedDrives, Vol.291, pp.21-24, July 19
88において開示されている。
In the prior art MOS control thyristor shown in FIGS. 8 to 10, the main thyristor has a conventional four-layer structure thyristor or SCR structure. On the other hand, when the main thyristor portion is configured as an electrostatic induction thyristor and the control system is insulation control, the operation driving method is disclosed by Nishizawa, Tamamushi, and Gozawa in JP-A-1-278.
No. 119 (filed on April 30, 1988), the insulation control (MOS-Contro
lled) It is described that it is called an electrostatic induction thyristor.
Since the insulation control SI thyristor has a high gate current amplification factor, it can operate with a small gate signal. 60 MOS control SI thyristors with integrated gate capacitors only
Prototypes up to 0V-3A class, which can operate only with the gate capacitor C G , have been published by Nishizawa, "SI Thyristor
s Hold Promise for Improved DCPower Transmission,
"PCI & Motor 'Con 88, Munich, West Germany 1988,
June 6-8, or a paper by Nishizawa, Tamamushi, "Recent D
evelopment and Future Potential of the Power Stati
c Induction (SI) Devices, "Proceedings of theThir
d International Conference on Power Electronics an
d Variable-SpeedDrives, Vol.291, pp.21-24, July 19
88.

【0006】更に、ゲートキャパシタCG 及び/或いは
ターン・オフ用pチャネルMOSトランジスタのみを集
積化するMOS制御SIサイリスタの構成の一例は西
沢,鈴木により特開平3−292770号公報或いは特
開平3−292769号公報に開示されている。
Further, an example of the structure of a MOS control SI thyristor in which only the gate capacitor C G and / or the p-channel MOS transistor for turn-off is integrated is disclosed by Nishizawa and Suzuki in JP-A-3-292770 or JP-A-3-292770. It is disclosed in Japanese Patent No. 292769.

【0007】しかしながら、静電誘導サイリスタが大電
流容量となった場合には、ゲートキャパシタを介する過
渡的な微分波形のゲート信号では充分駆動することが難
しい。大容量のSIサイリスタ全体を均一にターン・オ
ン駆動させるためにはゲートキャパシタCG をウエハ全
体にわたりゲート上にゲート酸化膜を形成して作成する
必要がある。MOSゲートキャパシタの大きさは、実質
的にゲート酸化膜の膜厚によって決定されるが、あまり
薄く形成することが難しい。ゲートキャパシタの容量が
大きい方が、ゲート駆動信号はゲート・カソード間に加
わり有利となるが、ゲート・カソード間容量CGKに比べ
てゲートキャパシタCG を大きく形成することが難し
い。小容量の場合においては、600V−3A級までは
ゲートキャパシタのみで動作することは既に確認された
ことは上述の通りである。
However, when the electrostatic induction thyristor has a large current capacity, it is difficult to sufficiently drive it with a gate signal having a transient differential waveform via the gate capacitor. In order to uniformly turn on and drive the entire large-capacity SI thyristor, it is necessary to form the gate capacitor C G by forming a gate oxide film on the gate over the entire wafer. The size of the MOS gate capacitor is substantially determined by the film thickness of the gate oxide film, but it is difficult to form it too thin. If the capacitance of the gate capacitor is large, the gate drive signal is added between the gate and the cathode, which is advantageous, but it is difficult to form the gate capacitor C G larger than the capacitance C GK between the gate and the cathode. As described above, in the case of a small capacity, it has been already confirmed that only the gate capacitor operates up to 600V-3A class.

【0008】従って、大容量のサイリスタを安定にター
ン・オンさせかつ安定にターン・オフするためのMOS
制御サイリスタの構成が望ましい。しかもプレーナ形成
によって製造容易であることが望ましい。更に、従来の
MOS制御サイリスタに比べて、ターン・オン時のdi
/dtに優れ、ターン・オン時間tgtが短縮される構造
が望ましい。
Therefore, a MOS for stably turning on and off a large capacity thyristor.
A control thyristor configuration is desirable. Moreover, it is desirable that the production is easy by forming the planar. In addition, compared to the conventional MOS control thyristor,
A structure which is excellent in / dt and has a short turn-on time t gt is desirable.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、プレ
ーナ構造のMOS制御サイリスタにおいて、ターン・オ
フ用pチャネルMOSFETとターン・オン用のnチャ
ネルMOSFETが集積化構成され、かつカソード領域
と第2ベース(高抵抗層)間にチャネル構造を有し、チ
ャネル内を流れる電流をベースもしくはゲート電位によ
ってJFET効果もしくは静電誘導効果によって制御し
うるプレーナ構造のMOS制御サイリスタを提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a planar structure MOS control thyristor in which a turn-off p-channel MOSFET and a turn-on n-channel MOSFET are integrated, and a cathode region and a cathode region are provided. (EN) A planar MOS control thyristor having a channel structure between two bases (high resistance layers) and capable of controlling a current flowing in the channel by a JFET effect or an electrostatic induction effect by a base or gate potential.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】カソード領域から第2ベ
ース(高抵抗層)への電子の注入を制御するためのnチ
ャネルMOSFETが集積化されている点及びカソード
と第2ベース(高抵抗層)間にpベース(ゲート)によ
って制御されるチャネル構造を具備する点が特徴であ
る。
An n-channel MOSFET for controlling injection of electrons from the cathode region to the second base (high resistance layer) is integrated, and the cathode and the second base (high resistance layer). 1) is provided with a channel structure controlled by a p-base (gate).

【0011】このような構成を採用することによって、
- チャネルMOSFETによって安定にサイリスタを
ターン・オンさせることができ、しかも、チャネル構造
を有することから、ターン・オン時のdi/dtを高く
設定でき、ターン・オン時間tgtも高速化できる。
By adopting such a configuration,
The thyristor can be stably turned on by the n - channel MOSFET, and since it has a channel structure, di / dt at the time of turn-on can be set high and the turn-on time t gt can be shortened .

【0012】従って、本発明の構成は以下に示す通りで
ある。即ち、本発明は半導体基板の第1の主表面にカソ
ード領域、第2の主表面にアノード領域を具え、前記カ
ソード領域が形成された第1の主表面近傍に前記カソー
ド領域に隣接してゲート領域、pチャネルMOSFE
T、nチャネルMOSFETが形成されたプレーナ構造
のMOS制御サイリスタにおいて、前記カソード領域に
接触して形成された前記カソード領域と反対導電型の領
域と前記ゲート領域の間には前記カソード領域と同一導
電型の層が介在され、前記反対導電型の領域と前記ゲー
ト領域はそれぞれ前記同一導電型の層をチャネルとする
pチャネルMOSFETの主電極を形成し、前記同一導
電型の層と高抵抗層との間には両者を主電極とし前記ゲ
ート領域をチャネルとするnチャネルのMOSFETが
表面近傍において形成され、前記カソード領域から前記
高抵抗層に向かう基板に垂直方向の前記カソード領域近
傍には前記カソード領域から注入される電子の導通状態
を制御するチャネル領域が形成され、前記チャネル領域
は前記ゲート領域によって挟まれ実質的に空乏化され、
前記ゲート領域の電位によって前記チャネル内の電位が
静電誘導効果によって変化され、前記pチャネルMOS
FETとnチャネルMOSFETのゲート電極は共通に
形成され前記第1の主表面上において絶縁層を介して前
記反対導電型領域の1部から前記同一導電型領域及び前
記ゲート領域上を横断して前記高抵抗層領域の上部まで
延在して形成され、カソード電極は前記カソード領域と
前記反対導電型領域を短絡して形成されることを特徴と
する、プレーナ構造のMOS制御サイリスタとしての構
成を有する。
Therefore, the structure of the present invention is as follows. That is, the present invention comprises a cathode region on a first main surface of a semiconductor substrate, an anode region on a second main surface, and a gate region adjacent to the cathode region in the vicinity of the first main surface where the cathode region is formed. Area, p-channel MOSFE
In a planar MOS-controlled thyristor having T and n channel MOSFETs formed, the same conductivity as the cathode region is provided between the gate region and a region opposite to the cathode region formed in contact with the cathode region. Type layer is interposed, the opposite conductivity type region and the gate region respectively form a main electrode of a p-channel MOSFET having the same conductivity type layer as a channel, and the same conductivity type layer and the high resistance layer are formed. An n-channel MOSFET having both electrodes as main electrodes and the gate region as a channel is formed near the surface between them, and the cathode is provided near the cathode region in the direction perpendicular to the substrate from the cathode region toward the high resistance layer. A channel region that controls the conduction state of electrons injected from the region is formed, and the channel region is the gate region. Thus is substantially depleted sandwiched between,
The potential of the channel is changed by the electrostatic induction effect by the potential of the gate region,
The gate electrodes of the FET and the n-channel MOSFET are formed in common, and the gate electrode of the FET and the n-channel MOSFET are crossed over the same conductivity type region and the gate region from a part of the opposite conductivity type region via the insulating layer on the first main surface. It has a structure as a MOS-controlled thyristor having a planar structure, which is formed to extend to an upper part of a high resistance layer region, and a cathode electrode is formed by short-circuiting the cathode region and the opposite conductivity type region. .

【0013】[0013]

【作用】図1の本発明によるプレーナ構造のMOS制御
サイリスタは、主サイリスタ部分は、静電誘導サイリス
タもしくは、ベース層が薄く形成された領域は静電誘導
効果によって動作され、比較的厚く形成された領域はG
TOもしくはSCR等と同様の動作をする。表面近傍に
形成されたnチャネルMOSFETはカソードからの電
子の注入量を制御する。第2ベース(高抵抗層)への電
子注入が生ずると、アノード領域から高抵抗層への正孔
注入が促され、pベース領域が正に帯電され、カソード
領域からチャネル領域12へ向けて電子の注入が開始さ
れる。チャネル領域12を介して第2ベース(高抵抗
層)5への電子の注入が始まれば、nチャネルMOSF
ETはもはやオン状態が保持されていなくてもよい。何
故ならば、カソードからチャネル12を介して注入され
る電子数が圧倒的に多くなるからである。但し、nチャ
ネルMOSFETがオン状態のままであっても何ら差支
えはない。主サイリスタがラッチアップ状態にある時、
カソードからの電子電流はチャネル領域(12)及びp
ベース層6を介してアノード領域2からアノード電極1
へ流れ、一方、アノード領域からの正孔電流はpベース
層6及びチャネル領域(12)を介してカソード領域8
からカソード電極9へ流れる。
In the planar-structured MOS control thyristor according to the present invention shown in FIG. 1, the main thyristor portion is operated by the electrostatic induction thyristor, or the region where the base layer is thin is operated by the electrostatic induction effect and is formed relatively thick. Area is G
The same operation as TO or SCR is performed. The n-channel MOSFET formed near the surface controls the injection amount of electrons from the cathode. When electrons are injected into the second base (high resistance layer), holes are injected from the anode region into the high resistance layer, the p base region is positively charged, and electrons are emitted from the cathode region toward the channel region 12. Injection is started. When the injection of electrons into the second base (high resistance layer) 5 starts via the channel region 12, the n-channel MOSF
The ET may no longer be held in the on state. This is because the number of electrons injected from the cathode via the channel 12 is overwhelmingly large. However, there is no problem even if the n-channel MOSFET remains on. When the main thyristor is in the latch-up state,
The electron current from the cathode is channel region (12) and p
From the anode region 2 through the base layer 6 to the anode electrode 1
While the hole current from the anode region flows to the cathode region 8 via the p base layer 6 and the channel region (12).
To the cathode electrode 9.

【0014】ターン・オフ時には、pチャネルMOSF
ETがオン状態とされ、一方、nチャネルMOSFET
はオフ状態とされる。pベース層6内に蓄積されていた
正孔はpチャネルMOSFETのチャネル領域を介して
反対導電型層(11)へ流入し、カソード電極9に短絡
される。これによって、カソード・pベースもしくはチ
ャネル(12)間のn+ p接合もしくはn+ - 接合の
拡散電位が上昇し、カソード領域8からの電子注入が停
止される。即ち、pベース層6の電位が高くなることに
よって、チャネル領域12内の電位が上昇してカソード
領域8からの電子注入が阻止される。これによって、主
サイリスタは阻止状態となる。主サイリスタを阻止状態
に保持するためにはpチャネルMOSFETをオン状態
に保持するとともに、チャネル領域12はノーマリ・オ
フのチャネルとして形成されていなければならない。か
つ、また、nチャネルMOSFETをオフ状態に保持す
る必要がある。主サイリスタを導通状態に保持するため
には、pチャネルMOSFETをオフ状態に保持すると
ともに、チャネル領域12を導通チャネルとする必要が
ある。この場合、nチャネルMOSFETはターン・オ
ンのトリガ時に導通さえすればよいと考えてもよいが、
ウエハ全体に広く電子電流を流す方が、オン抵抗が下が
ることから、オン状態が保持される方が望ましい。
At turn-off, p-channel MOSF
ET is turned on, while n-channel MOSFET
Is turned off. The holes accumulated in the p base layer 6 flow into the opposite conductivity type layer (11) through the channel region of the p channel MOSFET and are short-circuited to the cathode electrode 9. As a result, the diffusion potential of the n + p junction or the n + p junction between the cathode / p base or the channel (12) rises, and the electron injection from the cathode region 8 is stopped. That is, as the potential of the p base layer 6 becomes higher, the potential in the channel region 12 rises and the electron injection from the cathode region 8 is blocked. This puts the main thyristor in a blocking state. In order to hold the main thyristor in the blocking state, the p-channel MOSFET must be held in the ON state, and the channel region 12 must be formed as a normally-off channel. At the same time, it is necessary to keep the n-channel MOSFET off. In order to keep the main thyristor conductive, it is necessary to keep the p-channel MOSFET off and the channel region 12 to be a conductive channel. In this case, it may be considered that the n-channel MOSFET only needs to be turned on when the turn-on is triggered.
It is desirable to keep the on-state because the on-resistance decreases when the electron current is made to flow widely over the entire wafer.

【0015】[0015]

【実施例1】図1は本発明の第1の実施例としてのプレ
ーナ構造のMOS制御サイリスタの模式的断面構造図で
ある。図1において、1はアノード電極、2はアノード
領域、3はバッファ層、5は高抵抗層、6はゲート(ベ
ース)領域、7は同一導電型層、8はカソード領域、9
はカソード電極、10はMOSゲート電極、11は反対
導電型層、12はチャネル領域である。14,15は絶
縁層である。特に14はnチャネル及びpチャネルMO
SFET用のゲート絶縁膜となる。p+ 反対導電型層1
1はn+ カソード領域8とカソード電極9によって電気
的に短絡されている。n反対導電型層7のMOS界面近
傍にpチャネルが形成され、pベース(ゲート)領域6
のMOS界面近傍にnチャネルが形成される。p+ 反対
導電型層11とpベース(ゲート)領域6はpMOSF
ETの主電極領域を形成し、n同一導電型層7とn-
抵抗層5はnMOSFETの主電極領域を形成してい
る。チャネル領域12は実質的に空乏化されていればよ
く、n- 層もしくはp- 層として形成する。チャネル領
域12を流れる電子は両側のpベース層6によって制御
された狭いチャネル幅を実質的に導通するJFET効果
によって流れていても、或いは、電位障壁制御による静
電誘導効果によって制御されていてもよい。
First Embodiment FIG. 1 is a schematic cross-sectional structure diagram of a planar structure MOS control thyristor as a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is an anode electrode, 2 is an anode region, 3 is a buffer layer, 5 is a high resistance layer, 6 is a gate (base) region, 7 is the same conductivity type layer, 8 is a cathode region, and 9 is a cathode region.
Is a cathode electrode, 10 is a MOS gate electrode, 11 is an opposite conductivity type layer, and 12 is a channel region. Reference numerals 14 and 15 are insulating layers. In particular, 14 is an n-channel or p-channel MO
It becomes a gate insulating film for SFET. p + opposite conductivity type layer 1
1 is electrically short-circuited by the n + cathode region 8 and the cathode electrode 9. A p channel is formed near the MOS interface of the n opposite conductivity type layer 7, and the p base (gate) region 6 is formed.
N channel is formed in the vicinity of the MOS interface. The p + opposite conductivity type layer 11 and the p base (gate) region 6 are pMOSFs.
The main electrode region of ET is formed, and the n-conductivity type layer 7 and the n high resistance layer 5 form the main electrode region of nMOSFET. The channel region 12 need only be substantially depleted, and is formed as an n layer or a p layer. The electrons flowing in the channel region 12 may be flowing by the JFET effect that makes the narrow channel width controlled by the p base layers 6 on both sides substantially conductive, or may be controlled by the electrostatic induction effect by the potential barrier control. Good.

【0016】図1に示した構成は、通常のCMOS,D
MOS,nMOS等の技術を用いて形成することができ
る。MOSFETのチャネル長は例えば2μm程度以下
に形成する。n+ カソード領域の深さは例えば5μm程
度以下とし、p+ 反対導電型層11の厚さは2μm以
下、n同一導電型層7の深さは3μm以下とする。pベ
ース(ゲート)領域の深さは例えば10μm以下とす
る。チャネル領域12はpベース層6との拡散電位によ
って充分空乏化される程度の幅と不純物密度に設定す
る。pチャネルMOSFET、nチャネルMOSFET
のMOS界面近傍においては所定のしきい値電圧を達成
するためにn同一導電型層7の表面、pベース(ゲー
ト)領域6の表面部分にチャネルドープを行なう。絶縁
膜14の厚さは例えば1000Å以下が望ましい。
The structure shown in FIG. 1 has a conventional CMOS, D
It can be formed using a technique such as MOS or nMOS. The channel length of the MOSFET is formed to, for example, about 2 μm or less. The depth of the n + cathode region is, for example, about 5 μm or less, the thickness of the p + opposite conductivity type layer 11 is 2 μm or less, and the depth of the n same conductivity type layer 7 is 3 μm or less. The depth of the p base (gate) region is, for example, 10 μm or less. The channel region 12 is set to have a width and an impurity density that are sufficiently depleted by the diffusion potential of the p base layer 6. p-channel MOSFET, n-channel MOSFET
In the vicinity of the MOS interface, the surface of the n-conductivity type layer 7 and the surface of the p base (gate) region 6 are channel-doped in order to achieve a predetermined threshold voltage. The thickness of the insulating film 14 is preferably 1000 Å or less, for example.

【0017】本発明の実施例1の寸法は上記一例に限ら
れるものではなく、カソード領域8,pベース層6等の
厚さも薄い方が望ましいことは微細化,短チャネル化を
実現する上で明らかである。
The size of the first embodiment of the present invention is not limited to the above example, and it is desirable that the thickness of the cathode region 8, the p base layer 6 and the like be thin in order to realize miniaturization and a short channel. it is obvious.

【0018】[0018]

【実施例2】図2は本発明の第2の実施例としてのプレ
ーナ構造のMOS制御サイリスタの模式的断面構造図で
ある。図2の構造上、同一の構成要素については、第1
の実施例と同一の参照番号を付して説明は省略する。実
施例2の構造的特徴は、n+カソード領域8とpベース
層(ゲート領域)との接合領域を大きくした点にある。
これは、主サイリスタがオン状態にある時の正孔電流が
流れる領域を広く設定する意味である。主サイリスタが
オン状態にある時、電子電流は主としてチャネル領域1
2及びpベース層6を流れ、nMOSFETがオン状態
にあればnMOSFETのチャネル部分も流れている。
一方、正孔電流はpベース層を介して主としてn+ (カ
ソード)・p(ベース)層接合を通してn+ カソード領
域に流れるのみである。これはpチャネルMOSFET
がオフ状態にあるからである。従って、図1の構造上、
電子はウエハ全体にわたって広く流れうるが正孔電流も
広く流れるように工夫した構造が実施例2の図2の構造
である。図2においてはn+ カソード領域8の幅を広
げ、pベース層6との接合面積を広く設定している。
[Embodiment 2] FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure diagram of a planar structure MOS control thyristor as a second embodiment of the present invention. In the structure of FIG. 2, the same components are
The same reference numerals as those of the embodiment are given and the description thereof will be omitted. The structural feature of the second embodiment is that the junction region between the n + cathode region 8 and the p base layer (gate region) is enlarged.
This means that the region in which the hole current flows when the main thyristor is in the on state is set wide. When the main thyristor is in the ON state, the electron current is mainly in the channel region 1
2 and the p base layer 6, and if the nMOSFET is in the ON state, the channel portion of the nMOSFET also flows.
On the other hand, the hole current only flows to the n + cathode region mainly through the n + (cathode) / p (base) layer junction via the p base layer. This is a p-channel MOSFET
Is in the off state. Therefore, in the structure of FIG.
The structure shown in FIG. 2 of the second embodiment is a structure in which electrons can widely flow over the entire wafer but hole current also widely flows. In FIG. 2, the width of the n + cathode region 8 is widened and the junction area with the p base layer 6 is set wide.

【0019】更に図2の構造上、バッファ層として静電
誘導バッファ層(n+ - + ……)を設けている。静
電誘導バッファ層については村岡,玉蟲による特願平4
−号に開示されている通りである。領域4はバッファ短
絡層であり、約2Ln (Ln は電子の拡散長)以下のピ
ッチにてアノード領域2と短絡している。
Further, in the structure of FIG. 2, an electrostatic induction buffer layer (n + n n + ...) Is provided as a buffer layer. Regarding the electrostatic induction buffer layer, Japanese Patent Application No. 4 by Muraoka and Tamamushi
-Is disclosed. The region 4 is a buffer short-circuit layer, and is short-circuited with the anode region 2 at a pitch of about 2L n (L n is the diffusion length of electrons) or less.

【0020】尚、アノード側の構造については上記のバ
ッファ層を介する構造に限定されるわけではなく、PN
構造,アノードショート構造,SIアノードショート構
造,ダブルゲート構造,MOS制御構造,ショットキー
短絡構造等であってもよく、或いはライフタイム制御と
組み合わせてもよいことはもちろんである。
The structure on the anode side is not limited to the structure via the buffer layer described above, and the structure of PN
Needless to say, the structure, the anode short structure, the SI anode short structure, the double gate structure, the MOS control structure, the Schottky short structure, or the like may be used, or the lifetime control may be combined.

【0021】図3は本発明の第1の実施例のプレーナ構
造のMOS制御サイリスタを2個並列に並べた構造例を
示す。本発明のプレーナ構造のMOS制御サイリスタに
おいてはn+ カソード領域8,p+ 反対導電型層11,
n同一導電型層7よりなる構成がpベース層6中に多数
形成され、かつn+ カソード領域8のアノード方向にチ
ャネル12が形成された構成となっていればよく、主サ
イリスタ部分とターン・オフ用pチャネルMOSFET
が集積化も容易である。しかし、主サイリスタ全体を安
定にターン・オンさせるためのnチャネルMOSFET
を集積化構成する必要があることは前述の通りである。
nチャネルMOSFETを単に同一導電型層7とpベー
ス層6及びn- 高抵抗層6の間に形成することも充分可
能である。しかし、多数のMOS制御サイリスタを構成
する場合、所定のピッチにてnチャネルMOSFETを
配置することが望まれる。図3は、そのようなnMOS
FETの配置を考慮したマルチチャネル構造の一例であ
る。両側のpベース層6から広がる空乏層が到達する位
置にn+ ドレイン短絡層13を設けている。n同一導電
型層7から注入される電子はpベース層6の表面近傍の
チャネルを導通してn- 層6に到達する。このn- 層6
に注入された電子の吸収用ドレインとして働くのがn+
ドレイン短絡層13である。n+ ドレイン短絡層13は
nバッファ層3もしくはアノード電極1と電位的に共通
になされている。図3に示したn+ ドレイン短絡層13
はMOS制御サイリスタの単位セル毎に設けてもよい
が、集積化密度を考慮していくつかの単位セルを含むp
ベース層6毎に設けてもよい。要は安定的に多数のマル
チセルがターン・オンすればよく、そのための配置構成
は電流容量を考慮して決定すればよい。
FIG. 3 shows an example of a structure in which two planar-structured MOS control thyristors of the first embodiment of the present invention are arranged in parallel. In the planar-structure MOS-controlled thyristor of the present invention, n + cathode region 8, p + opposite conductivity type layer 11,
It suffices that a large number of n-conductivity-type layers 7 are formed in the p-base layer 6 and that the channel 12 is formed in the anode direction of the n + cathode region 8. Off p-channel MOSFET
However, it is easy to integrate. However, an n-channel MOSFET for stable turn-on of the entire main thyristor
As described above, it is necessary to integrate the above.
It is sufficiently possible to form the n-channel MOSFET simply between the same conductivity type layer 7 and the p base layer 6 and the n high resistance layer 6. However, when configuring a large number of MOS control thyristors, it is desirable to arrange the n-channel MOSFETs at a predetermined pitch. FIG. 3 shows such an nMOS
It is an example of a multi-channel structure considering the arrangement of FETs. An n + drain shorting layer 13 is provided at a position where a depletion layer extending from the p base layers 6 on both sides reaches. The electrons injected from the n-conductivity type layer 7 conduct through the channel near the surface of the p base layer 6 and reach the n layer 6. This n - layer 6
N + acts as a drain for absorbing electrons injected into the
It is the drain short-circuit layer 13. The n + drain short-circuit layer 13 is shared in potential with the n buffer layer 3 or the anode electrode 1. The n + drain short-circuit layer 13 shown in FIG.
May be provided for each unit cell of the MOS control thyristor, but p including several unit cells is taken into consideration in consideration of integration density.
It may be provided for each base layer 6. The point is that a large number of multi-cells can be stably turned on, and the arrangement configuration for that can be determined in consideration of the current capacity.

【0022】図4は図3の構成において、n+ ドレイン
短絡層13の上側MOS絶縁層14の厚さを厚く形成し
た構造例である。10′がMOSゲート電極である。高
耐圧のnチャネルMOSFETの動作を考慮した場合、
チャネル長LN はpベース層6の表面近傍における幅L
N で決定され、pベース層6からn+ ドレイン短絡層1
3へ向かうn- 高抵抗層5は実質的に空乏化されてい
る。pチャネルMOSFETの動作上、相互コンダクタ
ンスGm はゲート・ドレイン間の容量に反比例する。即
ち、ゲート・チャネルもしくはゲート・ソース間の容量
に比べ、ゲート・ドレイン間の容量は小さい方が望まし
い。従って、図4の構造はゲート・ドレイン間の容量が
小さく形成された構造となっている。このnチャネルM
OSFETの性能を向上させるための工夫によって、主
サイリスタのターン・オンの速度の改善を図ることがで
きる。
FIG. 4 shows an example of a structure in which the upper MOS insulating layer 14 of the n + drain shorting layer 13 is formed thicker in the structure of FIG. 10 'is a MOS gate electrode. Considering the operation of a high breakdown voltage n-channel MOSFET,
The channel length L N is the width L near the surface of the p base layer 6.
Determined by N , p base layer 6 to n + drain shorting layer 1
The n high resistance layer 5 toward 3 is substantially depleted. Due to the operation of the p-channel MOSFET, the transconductance G m is inversely proportional to the gate-drain capacitance. That is, it is desirable that the capacitance between the gate and the drain be smaller than the capacitance between the gate and the channel or the gate and the source. Therefore, the structure of FIG. 4 has a small gate-drain capacitance. This n channel M
By devising to improve the performance of the OSFET, the turn-on speed of the main thyristor can be improved.

【0023】[0023]

【実施例3】図5は本発明の第3の実施例としてのプレ
ーナ構造のMOS制御サイリスタの模式的断面構造図で
ある。実施例1(図1)、実施例2(図2)との構造的
な差は、n+ カソード領域8がpベース(ゲート)領域
6と直接接触するのではなく、nベース層7″が介在さ
れている点と、pベース層6の不純物密度を実施例1,
2に比べて高くして、明確にチャネル領域12を定義す
るとともに、pベース層6の表面近傍のnMOSチャネ
ル領域6′は不純物密度をpベース層6に対して相対的
に低く設定してnMOSFETのチャネル領域を明確に
定義している点である。MOSゲート電極10に負の電
圧パルスが印加された状態ではnMOSチャネル領域
6′にはp+ 層6から正孔が流入し、かつpMOSFE
Tのチャネル領域7′が反転してp反転層が形成される
ため、p+ ベース層6に蓄積されていた正孔は有効に反
対導電型層11に流入し、カソード領域8にカソード電
極によって短絡される。即ち、pチャネルMOSFET
によって、ゲート・カソード間が実質的に短絡されるこ
とになる。MOSゲート電極10に正の電圧パルスが印
加された場合には、pMOSFETはオフ状態となり、
一方、nMOSチャネル領域6′にはn反転層が形成さ
れ、n+ カソード領域8の電子は同一導電型層7を介し
てn- 高抵抗層5に注入され、アノード領域2から注入
された正孔はp+ ベース(ゲート)層6に蓄積されて、
空乏化されていたチャネル領域12内の電子に対する障
壁高さを低下させ、もしくは、チャネル幅を開く動作を
行なう。これに伴なって、n+ カソード領域8からはn
ベース層7″を介して電子がチャネル領域12に注入さ
れるという動作が開始され、ついには、ラッチアップ状
態に移向する。実施例3の構造においては、ラッチアッ
プ状態では、電子は主としてチャネル領域12とnMO
SFETチャネル領域6′を流れ、一方、正孔はチャネ
ル領域12,ゲート領域6よりnベース層7″、同一導
電型層7を介してn+ カソード領域8へと流れる。
[Third Embodiment] FIG. 5 is a schematic cross-sectional structure diagram of a planar structure MOS control thyristor as a third embodiment of the present invention. The structural difference between the first embodiment (FIG. 1) and the second embodiment (FIG. 2) is that the n + cathode region 8 is not in direct contact with the p base (gate) region 6, but the n base layer 7 ″ is The intervening points and the impurity density of the p base layer 6 are described in Example 1,
2, the channel region 12 is clearly defined and the nMOS channel region 6'in the vicinity of the surface of the p base layer 6 has an impurity density set relatively low with respect to the p base layer 6 to form an nMOSFET. The point is that the channel region of is clearly defined. In the state in which a negative voltage pulse is applied to the MOS gate electrode 10, holes flow from the p + layer 6 into the nMOS channel region 6'and pMOSFE
Since the channel region 7 ′ of T is inverted to form the p-inversion layer, the holes accumulated in the p + base layer 6 effectively flow into the opposite conductivity type layer 11 and the cathode region 8 is affected by the cathode electrode. Short circuited. That is, p-channel MOSFET
As a result, the gate and the cathode are substantially short-circuited. When a positive voltage pulse is applied to the MOS gate electrode 10, the pMOSFET is turned off,
On the other hand, an n inversion layer is formed in the nMOS channel region 6 ′, and electrons in the n + cathode region 8 are injected into the n high resistance layer 5 through the same conductivity type layer 7 and injected from the anode region 2. The holes are accumulated in the p + base (gate) layer 6,
An operation of lowering the barrier height for electrons in the depleted channel region 12 or opening the channel width is performed. As a result, n + from the cathode region 8
The operation of injecting electrons into the channel region 12 via the base layer 7 ″ is started, and finally, the operation shifts to the latch-up state. In the structure of the third embodiment, in the latch-up state, the electrons are mainly the channel. Region 12 and nMO
While flowing through the SFET channel region 6 ', holes flow from the channel region 12 and the gate region 6 to the n + cathode region 8 through the n base layer 7 "and the same conductivity type layer 7.

【0024】実施例3の構造では、pベース層6の不純
物密度が高く形成された分だけ電子の導通領域が狭めら
れているが、チャネル領域12中の電位障壁高さの静電
誘導効果による制御性が向上するため、n+ カソード領
域8からの注入効率が高いという特徴がある。またnベ
ース層7″を介在させたことにより、pベース層6とn
+ カソード領域8との間の耐圧低下を防止している。更
に、nベース層7″及びその近傍の同一導電型層7の不
純物密度を低く形成すれば、更に耐圧は向上し、かつn
+ カソード領域8からの電子の注入量も増加する構造と
なっている。実施例3においてチャネル領域12の不純
物密度と寸法を設定することによって、p+ ベース層6
との拡散電位のみで実質的空乏化され、n+ カソード領
域8からの電子注入に対して充分な高さの電位障壁を形
成することができる。或いはまた、12のチャネル長を
長く設定すれば、J−FET効果を持たせることもでき
る。図5の構造においてはpベース層6は比較的大きな
領域として図示されているが、全体的に薄く形成し、か
つp+ 層6も小さく形成することによって、埋込みゲー
トSIサイリスタのプロセスとCMOSプロセスもしく
はDMOS(nMOS)プロセスを組み合わせてより微
細な構造を形成することもできる。
In the structure of the third embodiment, the electron conduction region is narrowed by the amount of the high impurity density of the p base layer 6 formed, but this is due to the electrostatic induction effect of the potential barrier height in the channel region 12. Since the controllability is improved, the injection efficiency from the n + cathode region 8 is high. Further, since the n base layer 7 ″ is interposed,
+ Prevents the breakdown voltage between the cathode region 8 and the cathode region 8 from decreasing. Further, if the impurity density of the n base layer 7 ″ and the layer 7 of the same conductivity type in the vicinity thereof is formed low, the breakdown voltage is further improved, and
+ The structure is such that the amount of electrons injected from the cathode region 8 also increases. By setting the impurity density and dimensions of the channel region 12 in the third embodiment, the p + base layer 6
Substantially depleted only by the diffusion potentials of and, it is possible to form a potential barrier sufficiently high for electron injection from the n + cathode region 8. Alternatively, if the channel length of 12 is set long, the J-FET effect can be provided. In the structure of FIG. 5, the p base layer 6 is shown as a relatively large region, but by forming the p base layer 6 as a whole and making the p + layer 6 small, the buried gate SI thyristor process and the CMOS process can be performed. Alternatively, a finer structure can be formed by combining DMOS (nMOS) processes.

【0025】図6は図5に図示した実施例3のプレーナ
構造のMOS制御サイリスタを2個並列に並べた構造例
である。n+ ドレイン短絡層13が設けられており、図
3と同様に構成されている。
FIG. 6 shows an example of a structure in which two planarly controlled MOS control thyristors of the third embodiment shown in FIG. 5 are arranged in parallel. An n + drain shorting layer 13 is provided and has the same structure as that shown in FIG.

【0026】[0026]

【実施例4】図7は本発明の第4の実施例としてのプレ
ーナ構造のMOS制御サイリスタの模式的断面構造図で
ある。図7がプレーナ構造とする理由は主サイリスタ部
分は埋込みゲート構造のSIサイリスタとして構成され
ているが、nチャネルMOSFET及びpチャネルMO
SFETがいすれも第1の主表面に沿って形成されてい
るからである。実施例1〜3と同一の構成要素について
は同様の参照番号を付して説明を省略する。図7の構造
的特徴は、主サイリスタのゲート領域6がノーマリオフ
の埋込みゲート構造として形成されている点である。ノ
ーマリオフを実現するために、p+ 埋込みゲート間のチ
ャネル領域は実質的に空乏化され、電位障壁が形成され
ていて、n+ カソード領域8からの電子注入を阻止でき
るだけの障壁高さを有している。7″はnベース層、
7′はpMOSチャネル領域である。6′はnMOSチ
ャネル領域である。7,7′,7″の領域は埋込みゲー
ト拡散後のエピタキシャル成長によって同時に形成する
ことができる。
[Fourth Embodiment] FIG. 7 is a schematic cross-sectional structural view of a planar structure MOS control thyristor as a fourth embodiment of the present invention. The reason why the planar structure is shown in FIG. 7 is that the main thyristor portion is configured as an SI thyristor with a buried gate structure, but an n-channel MOSFET and a p-channel MO are used.
This is because all the SFETs are formed along the first main surface. The same components as those in Examples 1 to 3 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The structural feature of FIG. 7 is that the gate region 6 of the main thyristor is formed as a normally-off buried gate structure. In order to realize normally-off, the channel region between the p + buried gates is substantially depleted and a potential barrier is formed, and the barrier height is sufficient to block electron injection from the n + cathode region 8. ing. 7 ″ is an n base layer,
7'is a pMOS channel region. 6'is an nMOS channel region. Regions 7, 7'and 7 "can be formed simultaneously by epitaxial growth after buried gate diffusion.

【0027】実施例4に示した構造は、通常の埋込みゲ
ート,SIサイリスタのプロセスとプレーナ技術として
のnMOS,DMOS,CMOS技術等を組み合わせる
ことによって製造することができる。
The structure shown in the fourth embodiment can be manufactured by combining a normal buried gate and SI thyristor process with nMOS, DMOS, CMOS technology as a planar technology.

【0028】実施例4に示した構造もマルチチャネル化
によって、多数並列に作成することができる。nMOS
FETの配置についても集積化密度を考慮して構成すべ
きことは他の実施例と同様である。
The structure shown in the fourth embodiment can also be made in parallel by multichanneling. nMOS
The arrangement of the FETs should be configured in consideration of the integration density as in the other embodiments.

【0029】上記に示した実施例1〜4においてn型と
p型の導電型を反対にした構造であってもよいことはも
ちろんである。その場合にはnMOSFET,pMOS
FETの役割も逆になり、pMOSFETがターン・オ
ン用となり、nMOSFETがターン・オフ用となる。
It is needless to say that the structures of the first to fourth embodiments described above may have the n-type and p-type conductivity types opposite to each other. In that case, nMOSFET, pMOS
The role of the FET is also reversed, the pMOSFET is for turning on and the nMOSFET is for turning off.

【0030】本発明に開示した主サイリスタ部分につい
ては、上記の四層構造のサイリスタ或いはSCR構造も
しくはGTO構造に限られることはなく、埋込みゲート
GTO,埋込みゲートSIサイリスタ,ダブルゲートS
Iサイリスタ,ダブルゲートGTO等であってもよい。
更にアノード側にプレーナ構造或いは縦型構造のMOS
制御構造を導入してもよいことも明らかである。
The main thyristor portion disclosed in the present invention is not limited to the above-mentioned four-layer structure thyristor, SCR structure or GTO structure, but may be a buried gate GTO, a buried gate SI thyristor or a double gate S.
It may be an I thyristor, a double gate GTO, or the like.
Further, a planar structure or vertical structure MOS is provided on the anode side.
It is also clear that control structures may be introduced.

【0031】またnバッファ構造としても、或いは他の
実施例において静電誘導(SI)バッファ構造を用いて
もよい。
It is also possible to use an n-buffer structure or, in another embodiment, an electrostatic induction (SI) buffer structure.

【0032】またアノード短絡構造,SI短絡構造を用
いてもよい。
Alternatively, an anode short circuit structure or an SI short circuit structure may be used.

【0033】上記実施例において高抵抗層5はn- 層と
しているが、これに限るものではなく、p- 層,i層と
してもよい。空乏層の広がる速度を考慮するとp,nの
導電型が反対となった場合のnベース(ゲート)構造に
対しては、高抵抗層5はp-層が望ましい。
[0033] The high-resistance layer 5 in the above embodiment the n - in the layer, but not limited thereto, p - layer may be i layer. Considering the speed at which the depletion layer spreads, it is desirable that the high resistance layer 5 be a p layer for an n base (gate) structure in which the conductivity types of p and n are opposite.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明によるプレーナ構造のMOS制御
サイリスタの構成によれば、従来のMOS制御サイリス
タに比べ、JFET効果もしくは静電誘導効果によって
制御されうるチャネル構造を有することから、ターン・
オン時間を短絡することができる。例えば4500V−
400A級において0.5μs以下のターン・オン時間
gtを得ることができる。
According to the structure of the planar-structure MOS-controlled thyristor of the present invention, compared with the conventional MOS-controlled thyristor, it has a channel structure that can be controlled by the JFET effect or the electrostatic induction effect.
The on-time can be short-circuited. For example, 4500V-
It is possible to obtain the following turn-on time t gt 0.5μs in the 400A class.

【0035】更にまた、このようなチャネル構造を有す
ることから、ターン・オン時のdi/dtを高くするこ
とができ、電流の立上りの高いMOS制御サイリスタを
得ることができる。
Furthermore, since such a channel structure is provided, di / dt at the time of turn-on can be increased, and a MOS control thyristor with a high current rise can be obtained.

【0036】主サイリスタが静電誘導サイリスタの場合
にも、nMOSFETとpMOSFETを極めて集積密
度を高く実現できるという利点もある。
Even when the main thyristor is an electrostatic induction thyristor, there is an advantage that the nMOSFET and pMOSFET can be realized with extremely high integration density.

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

【図1】本発明の第1の実施例としてのプレーナ構造の
MOS制御サイリスタの模式的断面構造図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional structural diagram of a planar structure MOS control thyristor as a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例としてのプレーナ構造の
MOS制御サイリスタの模式的断面構造図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure diagram of a planar structure MOS control thyristor as a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例のプレーナ構造のMOS
制御サイリスタを2個並列に並べた構造例である。
FIG. 3 is a planer structure MOS according to a first embodiment of the present invention.
It is an example of a structure in which two control thyristors are arranged in parallel.

【図4】本発明の第1の実施例としてのプレーナ構造の
MOS制御サイリスタを並列に並べた別の構造例であ
る。
FIG. 4 is another structural example in which the MOS control thyristors having the planar structure as the first embodiment of the present invention are arranged in parallel.

【図5】本発明の第3の実施例としてのプレーナ構造の
MOS制御サイリスタの模式的断面構造図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional structure diagram of a planar structure MOS control thyristor as a third embodiment of the present invention.

【図6】図5に図示した実施例3のプレーナ構造のMO
S制御サイリスタを2個並列に並べた構造例である。
6 is an MO of the planar structure of Example 3 shown in FIG.
It is a structural example which arranged two S control thyristors in parallel.

【図7】本発明の第4の実施例としてのプレーナ構造の
MOS制御サイリスタの模式的断面構造図である。
FIG. 7 is a schematic sectional structural view of a planar structure MOS control thyristor as a fourth embodiment of the present invention.

【図8】従来のMOS制御サイリスタの基本的構造図で
ある。
FIG. 8 is a basic structural diagram of a conventional MOS control thyristor.

【図9】従来の別のMOS制御サイリスタの模式的断面
構造図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional structure diagram of another conventional MOS control thyristor.

【図10】図9の従来例にターン・オンのためのnMO
SFETを別途作り込む構成例である。
10 is an nMO for turn-on in the conventional example of FIG.
This is a configuration example in which an SFET is separately manufactured.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 アノード電極 2 アノード領域 3 バッファ層 3′ 静電誘導バッファ層(n+ - + …) 4 バッファ短絡層 5 高抵抗層 6 ゲート領域(ベース領域) 6′ nMOSチャネル領域 7 同一導電型層 7′ pMOSチャネル領域 7″ nベース層 8 カソード領域 9 カソード電極 10,10′ MOSゲート電極 11 反対導電型層 12 チャネル領域 13 n+ 拡散層 14,15 絶縁層 16 n+ 領域1 Anode electrode 2 Anode region 3 Buffer layer 3'Static induction buffer layer (n + n - n + ...) 4 Buffer short-circuit layer 5 High resistance layer 6 Gate region (base region) 6'nMOS channel region 7 Same conductivity type layer 7 ′ pMOS channel region 7 ″ n base layer 8 cathode region 9 cathode electrode 10, 10 ′ MOS gate electrode 11 opposite conductivity type layer 12 channel region 13 n + diffusion layer 14, 15 insulating layer 16 n + region

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の第1の主表面にカソード領
域、第2の主表面にアノード領域を具え、前記カソード
領域が形成された第1の主表面近傍に前記カソード領域
に隣接してゲート領域、pチャネルMOSFET、nチ
ャネルMOSFETが形成されたプレーナ構造のMOS
制御サイリスタにおいて、 前記カソード領域に接触して形成された前記カソード領
域と反対導電型の領域と前記ゲート領域の間には前記カ
ソード領域と同一導電型の層が介在され、前記反対導電
型の領域と前記ゲート領域はそれぞれ前記同一導電型の
層をチャネルとするpチャネルMOSFETの主電極を
形成し、 前記同一導電型の層と高抵抗層との間には両者を主電極
とし前記ゲート領域をチャネルとするnチャネルのMO
SFETが表面近傍において形成され、 前記カソード領域から前記高抵抗層に向かう基板に垂直
方向の前記カソード領域近傍には前記カソード領域から
注入される電子の導通状態を制御するチャネル領域が形
成され、 前記チャネル領域は前記ゲート領域によって挟まれ実質
的に空乏化され、前記ゲート領域の電位によって前記チ
ャネル内の電位が静電誘導効果によって変化され、 前記pチャネルMOSFETとnチャネルMOSFET
のゲート電極は共通に形成され前記第1の主表面上にお
いて絶縁層を介して前記反対導電型領域の1部から前記
同一導電型領域及び前記ゲート領域上を横断して前記高
抵抗層領域の上部まで延在して形成され、カソード電極
は前記カソード領域と前記反対導電型領域を短絡して形
成されることを特徴とする、 プレーナ構造のMOS制御サイリスタ。
1. A semiconductor substrate having a cathode region on a first main surface and an anode region on a second main surface, the gate being adjacent to the cathode region in the vicinity of the first main surface where the cathode region is formed. Planar structure MOS in which region, p-channel MOSFET and n-channel MOSFET are formed
In the control thyristor, a layer of the same conductivity type as the cathode region is interposed between the gate region and a region of opposite conductivity type formed in contact with the cathode region, and the region of opposite conductivity type. And the gate region respectively form a main electrode of a p-channel MOSFET whose channel is the layer of the same conductivity type, and the gate region is formed between the layer of the same conductivity type and the high resistance layer as the main electrode. N-channel MO as a channel
An SFET is formed near the surface, and a channel region is formed near the cathode region in a direction perpendicular to the substrate from the cathode region toward the high resistance layer, the channel region controlling a conduction state of electrons injected from the cathode region, The channel region is sandwiched by the gate regions and is substantially depleted, the potential in the channel is changed by the electrostatic induction effect by the potential of the gate region, and the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET are
Gate electrodes are formed in common, and a part of the opposite conductivity type region is formed on the first main surface via an insulating layer to cross over the same conductivity type region and the gate region and the high resistance layer region of A planar structure MOS control thyristor, wherein the cathode electrode is formed to extend to an upper portion, and the cathode electrode is formed by short-circuiting the cathode region and the opposite conductivity type region.
JP4114139A 1992-04-07 1992-04-07 Planar structure MOS control thyristor Expired - Fee Related JPH0793425B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4114139A JPH0793425B2 (en) 1992-04-07 1992-04-07 Planar structure MOS control thyristor
US08/037,023 US5324966A (en) 1992-04-07 1993-03-25 MOS-controlled thyristor
EP93302715A EP0565349B1 (en) 1992-04-07 1993-04-07 MOS-controlled thyristor
DE69321642T DE69321642T2 (en) 1992-04-07 1993-04-07 MOS controlled thyristor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4114139A JPH0793425B2 (en) 1992-04-07 1992-04-07 Planar structure MOS control thyristor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0661479A true JPH0661479A (en) 1994-03-04
JPH0793425B2 JPH0793425B2 (en) 1995-10-09

Family

ID=14630119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4114139A Expired - Fee Related JPH0793425B2 (en) 1992-04-07 1992-04-07 Planar structure MOS control thyristor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0793425B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5914503A (en) * 1996-02-13 1999-06-22 Fuji Electric Co., Ltd. Insulated gate thyristor

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5682044A (en) * 1995-01-31 1997-10-28 Takashige Tamamushi Reverse conducting thyristor with a planar-gate, buried-gate, or recessed-gate structure
KR102509083B1 (en) * 2020-06-24 2023-03-14 한국전자통신연구원 MCT device having uniform turn-off characteristics and method for manufacturing the same
US11637192B2 (en) 2020-06-24 2023-04-25 Electronics And Telecommunications Research Institute Metal oxide semiconductor-controlled thyristor device having uniform turn-off characteristic and method of manufacturing the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60263465A (en) * 1984-06-04 1985-12-26 ゼネラル モーターズ コーポレーシヨン Thyristor
JPH03292770A (en) * 1990-04-10 1991-12-24 Semiconductor Res Found Electrostatic induction thyristor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60263465A (en) * 1984-06-04 1985-12-26 ゼネラル モーターズ コーポレーシヨン Thyristor
JPH03292770A (en) * 1990-04-10 1991-12-24 Semiconductor Res Found Electrostatic induction thyristor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5914503A (en) * 1996-02-13 1999-06-22 Fuji Electric Co., Ltd. Insulated gate thyristor

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0793425B2 (en) 1995-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0565349B1 (en) MOS-controlled thyristor
US5489787A (en) Semiconductor device having an insulated gate field effect transistor and exhibiting thyristor action
JPH08222728A (en) Insulated-gate semiconductor device
JPH10178176A (en) Trench gate type insulated-gate bipolar transistor having trench gate structure
JP2983110B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH043981A (en) Conductivity-modulation mosfet
JP2750986B2 (en) Insulated gate electrostatic induction thyristor with split gate type cathode short circuit structure
US5659185A (en) Insulated Gate thyristor
JPH07169868A (en) Circuit pattern having at least one bipolar power device
JPH03194974A (en) Mos type semiconductor device
JPH0661479A (en) Mos control thyristor in planar structure
JP3163815B2 (en) Semiconductor device
JP2678159B2 (en) Insulated gate electrostatic induction thyristor with split gate type cathode short circuit structure
JPH07111324A (en) Insulated-gate type thyristor
JP2513665B2 (en) Insulated gate type thyristor
JPH0685433B2 (en) Vertical structure MOS control thyristor
JPH0685434B2 (en) MOS auxiliary thyristor
JPH047592B2 (en)
JP3300482B2 (en) Thyristor with insulated gate
JP3200328B2 (en) Composite semiconductor device
JP3288878B2 (en) Semiconductor device
JP3196575B2 (en) Composite semiconductor device and power conversion device using the same
JPH06163908A (en) Double gate mos device
JPH06151827A (en) Dual gate mos thyristor
JP2799928B2 (en) Electrostatic induction thyristor with split gate type cathode short circuit structure

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees