JPH0697427A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH0697427A
JPH0697427A JP4241486A JP24148692A JPH0697427A JP H0697427 A JPH0697427 A JP H0697427A JP 4241486 A JP4241486 A JP 4241486A JP 24148692 A JP24148692 A JP 24148692A JP H0697427 A JPH0697427 A JP H0697427A
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JP
Japan
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region
type
gate
thyristor
short
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4241486A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masanori Inuta
昌功 乾田
Haruo Takagi
春男 高木
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.)
Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyoda Automatic Loom Works Ltd filed Critical Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Priority to JP4241486A priority Critical patent/JPH0697427A/en
Publication of JPH0697427A publication Critical patent/JPH0697427A/en
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Abstract

PURPOSE:To materialize a semiconductor device, which can be driven with a plain control circuit and which performs thyristor operation low in on voltage in on condition and performs IGBT operation short in turn on time at turn off, without complicating the manufacture process and excellently in chip's area efficiency. CONSTITUTION:An n<->-type base region 2 is formed on the topside of a p<+>-type anode region 1, and a p-type gate region 3 and a p-type cathode short region 5 are formed a specified interval apart on the surface of the n<->-type base region 2, and an n-type cathode region 4 is formed on the surface within the aforesaid p-type gate region 3, and further the n<+>-type cathode region 4 and the p-type cathode short region 5 are electrically connected. Moreover, a gate oxide film 6 is formed on the surface of the region between the n<+>-type cathode region 4 and the p-type cathode short region 5 and in its vicinity, and this has a gate electrode 7 on the gate oxide film 6.

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、パワー半導体デバイス
に係り、特にサイリスタとトランジスタを複合した構造
のパワー半導体デバイスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power semiconductor device, and more particularly to a power semiconductor device having a structure combining a thyristor and a transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】パワー半導体デバイスは、電力制御のあ
らゆる分野に利用され、重要な役割を果たしている。特
に近年、高耐圧化・大電流化とともに、省電力化・高速
化の要求が高まっている。そして、これらの要求に対処
するために、オン電圧の低いサイリスタとこのサイリス
タを高速でスイッチングさせるためのトランジスタとを
1チップ上に形成した半導体デバイスが開発されてい
る。
2. Description of the Related Art Power semiconductor devices are used in all fields of power control and play an important role. In particular, in recent years, demands for power saving and high speed have increased along with high breakdown voltage and large current. In order to meet these requirements, semiconductor devices have been developed in which a thyristor with a low on-voltage and a transistor for switching the thyristor at high speed are formed on one chip.

【0003】通常のサイリスタは、ゲートから電流を流
すことによりスイッチングを制御する電流駆動型であ
る。これに対し、MOS型FETを内蔵し、ターンオン
・ターンオフ動作時にMOS型FETを通してキャリア
の注入あるいは排出を行うことによりサイリスタをスイ
ッチングさせる型式のサイリスタは、一般にMOS型サ
イリスタと呼称されている。
A normal thyristor is a current drive type in which switching is controlled by flowing a current from a gate. On the other hand, a thyristor of a type that has a built-in MOS FET and switches the thyristor by injecting or discharging carriers through the MOS FET at the time of turn-on / turn-off operation is generally called a MOS-type thyristor.

【0004】図3は、上記デバイスの一例である従来の
ダブルゲートMOS型サイリスタの一例の断面構成図で
ある。同図において、MOS型サイリスタのp+ 型コレ
クタ領域11となっているp + 型シリコン基板の上面に
は、n+ 型バッファ領域12が形成されており、さらに
その上面にはn- 型ベース領域13が形成されている。
そして、このn- 型ベース領域13上にサイリスタ部2
0とショート部30が形成されている。
FIG. 3 shows a conventional device which is an example of the above device.
1 is a cross-sectional configuration diagram of an example of a double gate MOS type thyristor.
is there. In the figure, p of the MOS thyristor+Type
P that is the Kuta area 11 +On the upper surface of mold silicon substrate
Is n+The mold buffer region 12 is formed, and
N on the top-A mold base region 13 is formed.
And this n-The thyristor portion 2 is formed on the mold base region 13.
0 and a short portion 30 are formed.

【0005】サイリスタ部20は、n- 型ベース領域1
3の表面に所定の深さで形成されているp型ベース領域
21と、そのp型ベース領域21内の表面部にこのp型
ベース領域21よりも浅く形成されたn+ 型エミッタ領
域22と、p+ 型ベースコンタクト領域23を備えてい
る。またショート部30は、n- 型ベース領域13内の
上部に形成されたp型ウェル領域31と、そのp型ウェ
ル領域31内の表面部にこのp型ウェル領域31よりも
浅く所定間隔を隔てたn+ 型ベースショート領域32、
+ 型エミッタショート領域33、及びn+ 型エミッタ
ショート領域33の側面及び下面に隣接して形成された
+ 型コンタクト領域34を備えている。
The thyristor portion 20 has an n -- type base region 1
3 is a p-type base region 21 formed to a predetermined depth on the surface of No. 3, and an n + -type emitter region 22 formed shallower than the p-type base region 21 on the surface of the p-type base region 21. , P + -type base contact regions 23. Further, the short portion 30 has a p-type well region 31 formed in the upper portion in the n -type base region 13 and a surface portion in the p-type well region 31 that is shallower than the p-type well region 31 with a predetermined interval. N + type base short region 32,
It is provided with an n + type emitter short region 33 and ap + type contact region 34 formed adjacent to a side surface and a lower surface of the n + type emitter short region 33.

【0006】上記各領域が形成されたn- 型ベース領域
13表面には、コンタクトホールを除く部分にシリコン
酸化膜14が形成されており、そのシリコン酸化膜14
上面の、n- 型ベース領域13とn+ 型エミッタ領域2
2の間には、ポリシリコンから成る第1のゲート電極2
4が形成されている。また、シリコン酸化膜14の上面
のn+ 型ベースショート領域32とn+ 型エミッタショ
ート領域33の間に位置する部分には、ポリシリコンか
ら成る第2のゲート電極35が形成されている。
A silicon oxide film 14 is formed on the surface of the n type base region 13 where the above-mentioned regions are formed, except for the contact holes.
N type base region 13 and n + type emitter region 2 on the upper surface
Between the two, the first gate electrode 2 made of polysilicon
4 are formed. A second gate electrode 35 made of polysilicon is formed on the upper surface of the silicon oxide film 14 in a portion located between the n + type base short region 32 and the n + type emitter short region 33.

【0007】さらに、サイリスタ部20においては、n
+ 型エミッタ領域22の表面に、シリコン酸化膜14に
穿設されたコンタクトホールを介して、アルミニウム等
から成るエミッタ電極25が形成され、p+ 型ベースコ
ンタクト領域23の表面にも同様にして電極26が形成
されている。
Further, in the thyristor section 20, n
An emitter electrode 25 made of aluminum or the like is formed on the surface of the + type emitter region 22 through a contact hole formed in the silicon oxide film 14, and an electrode is similarly formed on the surface of the p + type base contact region 23. 26 is formed.

【0008】また、ショート部30においては、同じよ
うにシリコン酸化膜14に穿設されたコンタクトホール
を介して、n+ 型エミッタショート領域33及びP+
コンタクト領域34の両領域の表面上にアルミニウム等
から成る電極36が、さらにn+ 型ベースショート領域
32の表面上に電極37が形成されている。また、特に
配線電極は図示していないが、エミッタ電極25と電極
36、及び電極26と電極37は、それぞれアルミニウ
ム等の配線で接続されている。そして、サイリスタ部2
0の電極24はゲート端子G1に接続され、電極25は
エミッタ端子に接続されている。さらに、ショート部3
0の電極35はゲート端子G2に接続され、電極36は
エミッタ端子に接続されている。また、p+ 型コレクタ
領域11の裏面全体には、アルミニウム等から成るコレ
クタ電極15が形成されている。
Further, in the short portion 30, the surface of both the n + type emitter short region 33 and the P + type contact region 34 is similarly exposed through the contact hole formed in the silicon oxide film 14. An electrode 36 made of aluminum or the like and an electrode 37 are further formed on the surface of the n + type base short region 32. Although the wiring electrode is not shown in the figure, the emitter electrode 25 and the electrode 36, and the electrode 26 and the electrode 37 are connected to each other by wiring such as aluminum. And the thyristor part 2
The electrode 24 of 0 is connected to the gate terminal G1 and the electrode 25 is connected to the emitter terminal. Furthermore, the short section 3
The electrode 35 of 0 is connected to the gate terminal G2, and the electrode 36 is connected to the emitter terminal. A collector electrode 15 made of aluminum or the like is formed on the entire back surface of the p + -type collector region 11.

【0009】上記サイリスタは、サイリスタ部20がn
+ 型エミッタ領域22をソース、n - 型ベース領域13
をドレイン、p型ベース領域21をチャネル領域とした
nチャネルMOS型FETを備え、ショート部30がn
+ 型ベースショート領域32をソース、n+ 型エミッタ
ショート領域33をドレイン、p型ウェル領域31をチ
ャネル領域としたnチャネルMOS型FETを備え、そ
して各MOS型FETがそれぞれ独立したゲートを備え
たダブルゲートMOS型サイリスタ構造と成っている。
In the above thyristor, the thyristor portion 20 has n
+Type emitter region 22 as source, n -Mold base region 13
As the drain and the p-type base region 21 as the channel region
The n-channel MOS type FET is provided,
+Type base short region 32 is the source, n+Type emitter
The short region 33 is the drain and the p-type well region 31 is the channel.
It is equipped with an n-channel MOS type FET used as a channel region.
Each MOS type FET has an independent gate
It has a double gate MOS type thyristor structure.

【0010】次に、上記構成のダブルゲートMOS型サ
イリスタについて、その動作を図4のタイムチャートを
参照しながら説明する。ターンオフ時には、第1のゲー
トG1に正のゲート電圧を印加し、その直下のp型ベー
ス領域21の表面近傍をn型に反転させてnチャネルを
形成する。このことにより、n+ 型エミッタ領域22の
多数キャリアである電子がこのチャネルを通ってn-
ベース領域13に注入され、蓄積される。この蓄積され
た電子がp+ 型コレクタ領域11からn- 型ベース領域
13への正孔の注入を促進することにより、サイリスタ
部20はオンになる。
Next, the operation of the double gate MOS type thyristor having the above structure will be described with reference to the time chart of FIG. At the time of turn-off, a positive gate voltage is applied to the first gate G1, and the vicinity of the surface of the p-type base region 21 immediately thereunder is inverted into n-type to form an n-channel. As a result, electrons which are the majority carriers of the n + type emitter region 22 are injected into the n type base region 13 through this channel and accumulated. The accumulated electrons promote the injection of holes from the p + -type collector region 11 to the n -type base region 13, so that the thyristor section 20 is turned on.

【0011】一方、ターンオフ時には、まず第2のゲー
トG2に正のゲート電圧を印加し、その直下のp型ウェ
ル領域31の表面近傍を反転させてnチャネルを形成
し、n + 型ベースショート領域32とn+ 型エミッタシ
ョート領域33とをこのチャネルを介して導通させる。
この結果、p型ベース領域21に蓄積されていた正孔
は、p+ 型ベースコンタクト領域23から、n+ 型ベー
スショート領域32、p型ウェル領域31に形成された
nチャネル、及びn+ 型エミッタショート領域33を介
してエミッタに引き抜かれるようになる。このときこの
MOS型サイリスタは、p型ベース領域21の正孔が前
述の経路でエミッタに引き抜かれることにより、n+
エミッタ領域22からn- 型ベース領域13への電子の
注入が減少し、サイリスタとしてのラッチアップが解除
されオン抵抗が上昇する。換言すれば、第2のゲートG
2に正のゲート電圧を印加することにより、MOS型サ
イリスタはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transist
or) と同様な動作をするようになる。
On the other hand, at the time of turn-off, first the second game
A positive gate voltage is applied to the gate G2, and the p-type wafer immediately below the gate voltage is applied.
Forming a n-channel by inverting the surface of the region 31
Then n +Mold base short region 32 and n+Type emitter
The short region 33 is electrically connected through this channel.
As a result, holes accumulated in the p-type base region 21
Is p+From the mold base contact region 23, n+Mold base
Formed in the short region 32 and the p-type well region 31
n channels, and n+Via the type emitter short region 33
Then it comes to be pulled out by the emitter. This time
In the MOS type thyristor, holes in the p type base region 21 are
By being drawn to the emitter by the above-mentioned path, n+Type
Emitter region 22 to n-Of electrons to the mold base region 13
Injection is reduced and latchup as a thyristor is released
The ON resistance increases. In other words, the second gate G
By applying a positive gate voltage to the
Ilista is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
or) will behave in the same way.

【0012】次に、このIGBT動作をしているMOS
型サイリスタの第1のゲートG1及び第2のゲートG2
に印加されているゲート電圧をオフにする。このことに
より、n+ 型エミッタ領域22とn- 型ベース領域13
とを導通させていたp型ベース領域21表面近傍のnチ
ャネルが閉じるので、n+ 型エミッタ領域22からn -
型ベース領域13への電子の注入が停止される。また、
p型ベース領域21の正孔は、前述のIGBT動作にお
いてエミッタに引き抜かれているので、このタイミング
で過剰キャリアとしての正孔の数は非常に少なくなって
いる。従って、この正孔が再結合等によって消滅するま
での時間は短く、ターンオフ時間が短くなる。
Next, the MOS operating in the IGBT operation
Type thyristor first gate G1 and second gate G2
The gate voltage applied to is turned off. To this
Than n+Type emitter regions 22 and n-Mold base region 13
N channel near the surface of the p-type base region 21 that has been electrically connected to
Since the channel closes, n+Type emitter regions 22 to n -
The injection of electrons into the mold base region 13 is stopped. Also,
The holes in the p-type base region 21 are generated in the IGBT operation described above.
Since it is pulled out by the emitter, this timing
And the number of holes as excess carriers becomes very small.
There is. Therefore, until the holes disappear due to recombination, etc.
And the turn-off time is short.

【0013】図5は、従来のダブルゲートMOS型サイ
リスタの他の構成例を示す断面図である。同図におい
て、p+ 型シリコン基板から成るp+ 型コレクタ領域4
1の上面には、n- 型ベース領域42が形成されてい
る。そして、このn- 型ベース領域42の表面部には、
n型エミッタ領域43が選択的に所定の深さで形成され
ており、そのn型エミッタ領域43内の表面部にはp+
型領域44及びp+ 型領域45がn型エミッタ領域43
よりも浅く所定間隔を隔てて形成されている。また、n
- 型ベース領域42の表面部に形成された隣接するn型
エミッタ領域43,43間には、その2つの領域を分離
するp型領域46がn型エミッタ領域43の下側の一部
にまで拡がって形成されている。さらに各n型エミッタ
領域43の一方の側面とn- 型ベース領域42との間に
はさまれる領域には、p型ベース領域47が形成されて
おり、このp型ベース領域47はn型エミッタ領域43
の下面及びp型領域46の側面に接続して形成されてい
る。
FIG. 5 shows a conventional double gate MOS type circuit.
It is sectional drawing which shows the other structural example of a lister. In the figure
, P+P made of type silicon substrate+Type collector region 4
The upper surface of 1 has n-The mold base region 42 is formed
It And this n-On the surface of the mold base region 42,
An n-type emitter region 43 is selectively formed with a predetermined depth.
The surface of the n-type emitter region 43 has p+
Mold regions 44 and p+The type region 45 is the n-type emitter region 43.
It is formed shallower than a predetermined distance. Also, n
-Adjacent n-type formed on the surface of the mold base region 42
The two regions are separated between the emitter regions 43, 43.
The p-type region 46 is a part of the lower side of the n-type emitter region 43.
It is formed to extend to. Furthermore, each n-type emitter
One side of the region 43 and n-Between the mold base region 42
A p-type base region 47 is formed in the sandwiched region.
The p-type base region 47 is the n-type emitter region 43.
Connected to the bottom surface of the p-type region 46 and the side surface of the p-type region 46.
It

【0014】p型ベース領域47及びp型ベース領域4
7とp+ 型領域45との間の表面及びその近傍には、ゲ
ート酸化膜48が形成されており、その上面にポリシリ
コン等からなる第1のゲート電極49が形成されてい
る。また、p型領域46の表面p+ 型領域44とp型領
域46の間のn型エミッタ領域43の表面及びその近傍
にも同様にゲート酸化膜48が形成されており、その上
面にポリシリコン等から成る第2のゲート電極50が設
けられている。さらに、これら第1,第2のゲート電極
49,50の上面並びに側面の一部、及びゲート酸化膜
48の上面は、絶縁膜51により被覆されている。そし
て積層形成された上記ゲート酸化膜48と絶縁膜51に
穿設されたコンタクトホールを介して、p+ 型領域4
4、p+ 型領域45の表面及びそれらの領域44,45
間に位置するn型エミッタ領域43の表面にはアルミニ
ウム等からなるエミッタ電極52が形成されている。こ
のエミッタ電極52は、第1,第2のゲート電極49,
50とはゲート酸化膜48並びに絶縁膜51によって電
気的に分離されている。また、p+ 型コレクタ領域41
の裏面全体には、アルミニウム等から成るコレクタ電極
53が形成されている。
P-type base region 47 and p-type base region 4
A gate oxide film 48 is formed on the surface between 7 and the p + type region 45 and in the vicinity thereof, and a first gate electrode 49 made of polysilicon or the like is formed on the upper surface thereof. Further, on the surface and in the vicinity of the n-type emitter region 43 between the surface p + -type region 44 and the p-type region 46 of the p-type region 46 is formed with a gate oxide film 48 in the same manner, the polysilicon on the upper surface A second gate electrode 50 made of, for example, is provided. Furthermore, the upper surfaces and part of the side surfaces of the first and second gate electrodes 49 and 50 and the upper surface of the gate oxide film 48 are covered with an insulating film 51. Then, the p + type region 4 is formed through the contact hole formed in the gate oxide film 48 and the insulating film 51 which are formed in layers.
4, the surface of the p + -type region 45 and those regions 44, 45
An emitter electrode 52 made of aluminum or the like is formed on the surface of the n-type emitter region 43 located between them. The emitter electrode 52 includes the first and second gate electrodes 49,
The gate oxide film 48 and the insulating film 51 are electrically separated from the gate electrode 50. In addition, the p + type collector region 41
A collector electrode 53 made of aluminum or the like is formed on the entire back surface of the.

【0015】この図5に示したダブルゲートMOS型サ
イリスタの動作は、ターンオフ時において第2のゲート
G2に印加するゲート電圧が負のゲート電圧である点を
除けば、基本的に図3に示したダブルゲートMOS型サ
イリスタと同様である。
The operation of the double gate MOS thyristor shown in FIG. 5 is basically shown in FIG. 3 except that the gate voltage applied to the second gate G2 at the time of turn-off is a negative gate voltage. It is similar to the double gate MOS type thyristor.

【0016】このように、図3,図5に示したダブルゲ
ートMOS型サイリスタは、オン動作時においてはサイ
リスタ動作するので、MOS型FETよりもオン電圧が
低くなり、ターンオフ時には、いったんサイリスタ動作
からIGBT動作に移った後にオフするので、実質的な
ターンオフ時間が短縮される。
As described above, the double-gate MOS type thyristor shown in FIGS. 3 and 5 operates as a thyristor during on-operation, so that the on-voltage becomes lower than that of the MOS-type FET, and during turn-off, the thyristor operation is performed once. Since it is turned off after shifting to the IGBT operation, a substantial turn-off time is shortened.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3に
示した従来のサイリスタとMOS型FETの複合素子
は、サイリスタ部20本体と共にMOS型FETを有す
るショート部30を形成する必要があるため、チップの
面積効率が悪くなるという問題があった。これに対し、
図5に示す例においては、面積効率の点においては改善
されているが、製造工程が複雑になりコストが上昇する
という問題がある。
However, in the conventional composite element of the thyristor and the MOS type FET shown in FIG. 3, it is necessary to form the short section 30 having the MOS type FET together with the body of the thyristor section 20. However, there was a problem that the area efficiency of the device became poor. In contrast,
In the example shown in FIG. 5, the area efficiency is improved, but there is a problem that the manufacturing process is complicated and the cost is increased.

【0018】また、このような複合素子は従来、図3,
図5に示すように、制御用のゲート電極が2つ必要なダ
ブルゲート構造をしており、その制御回路が複雑になる
という問題があった。
Further, such a composite element is conventionally shown in FIG.
As shown in FIG. 5, it has a double gate structure that requires two gate electrodes for control, and there is a problem that the control circuit becomes complicated.

【0019】本発明は上記問題を解決するものであり、
その目的は平易な制御回路で駆動でき、オン電圧が低
く、かつスイッチング特性の良い半導体装置を、製造工
程を複雑にすることなくしかも面積効率良く実現するこ
とである。
The present invention solves the above problems,
The purpose is to realize a semiconductor device which can be driven by a simple control circuit, has a low on-voltage, and good switching characteristics, without making the manufacturing process complicated and with area efficiency.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
第1の導電型の第1の半導体領域の上面に第2の導電型
の第2の半導体領域と、該第2の半導体領域の表面に所
定間隔を隔てて第1の導電型の第3の半導体領域及び第
5の半導体領域と、前記第3の半導体領域内の表面に第
2の導電型の第4の半導体領域を有し、前記第4の半導
体領域と前記第5の半導体領域とが電気的に接続されて
いる。
The semiconductor device of the present invention comprises:
A second semiconductor region of the second conductivity type is formed on the upper surface of the first semiconductor region of the first conductivity type, and a third semiconductor region of the first conductivity type is spaced apart from the surface of the second semiconductor region by a predetermined distance. A semiconductor region and a fifth semiconductor region; and a fourth semiconductor region of the second conductivity type on the surface in the third semiconductor region, wherein the fourth semiconductor region and the fifth semiconductor region are It is electrically connected.

【0021】また、前記第4の半導体領域と前記第5の
半導体領域の間の領域の表面及びその近傍に絶縁膜が形
成され該絶縁膜上に制御電極を有する。
An insulating film is formed on the surface of the region between the fourth semiconductor region and the fifth semiconductor region and in the vicinity thereof, and a control electrode is provided on the insulating film.

【0022】[0022]

【作用】本発明の半導体装置のターンオン動作は、制御
電圧を印加することにより第3の半導体領域の表面近傍
にチャネルを形成し、そのチャネルを介して第4の半導
体領域から第2の半導体領域へ電子(または正孔)を供
給する。この第2の半導体領域に供給された電子(また
は正孔)が第1の半導体領域から第2の半導体領域への
正孔(または電子)の流入を促進し、サイリスタ動作に
はいる。
In the turn-on operation of the semiconductor device of the present invention, a channel is formed near the surface of the third semiconductor region by applying a control voltage, and the fourth semiconductor region to the second semiconductor region are formed through the channel. Supply electrons (or holes) to. The electrons (or holes) supplied to the second semiconductor region promote the inflow of holes (or electrons) from the first semiconductor region to the second semiconductor region, and enter the thyristor operation.

【0023】一方、そのターンオフ動作は、ターンオン
時と逆符号の制御電圧を印加することにより、第3の半
導体領域と第5の半導体領域との間に位置する第2の半
導体領域の表面近傍にチャネルを形成する。このとき、
オン動作中に第2の半導体領域に過剰に蓄積されていた
キャリアが、その形成されたチャネルを介して排出され
るので、ターンオフ時間が短くなる。
On the other hand, the turn-off operation is performed in the vicinity of the surface of the second semiconductor region located between the third semiconductor region and the fifth semiconductor region by applying a control voltage having the opposite sign to that at the time of turn-on. Forming a channel. At this time,
Since the carriers excessively accumulated in the second semiconductor region during the on-operation are discharged through the formed channel, the turn-off time is shortened.

【0024】ここで、上述の第5の半導体領域は、第3
の半導体領域を形成する工程と同時に形成されるので、
工程が複雑になることはなく、また、シングル拡散のみ
で形成できるため面積効率の悪化もわずかである。
Here, the above-mentioned fifth semiconductor region is the third
Since it is formed simultaneously with the step of forming the semiconductor region of
The process does not become complicated, and the area efficiency is slightly deteriorated because it can be formed only by single diffusion.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。図1は、本発明の一実施例であるM
OS型サイリスタの断面構成図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment M of the present invention.
It is a cross-sectional block diagram of an OS type thyristor.

【0026】同図において、第1の導電型例えばp+
の第1の半導体領域例えばアノード領域1の上面には、
第2の導電型例えばn- 型の第2の半導体領域例えばベ
ース領域2がエピタキシャル成長等により形成されてい
る。そして、このn- 型ベース領域2の表面部には、p
型の第3の半導体領域例えばゲート領域3及びp型の第
5の半導体領域例えばカソードショート領域5が所定間
隔を隔てて選択的に形成されている。尚、これらp型ゲ
ート領域3とP型カソードショート領域5は、イオン打
ち込みあるいは熱拡散により、同一工程にて形成され
る。さらに、p型ゲート領域3内の表面部に、p型ゲー
ト領域3よりも浅く選択的にn+ 型の第4の半導体領域
例えばカソード領域4が形成されている。
In the figure, on the upper surface of the first semiconductor region of the first conductivity type, for example, p + type, for example, the anode region 1,
A second semiconductor region of the second conductivity type, for example, n type, such as the base region 2, is formed by epitaxial growth or the like. Then, p is formed on the surface of the n type base region 2.
A third semiconductor region of the type, for example, the gate region 3 and a fifth semiconductor region of the p type, for example, the cathode short region 5 are selectively formed at a predetermined interval. The p-type gate region 3 and the P-type cathode short region 5 are formed in the same step by ion implantation or thermal diffusion. Further, on the surface portion in the p-type gate region 3, an n + -type fourth semiconductor region, for example, a cathode region 4 is formed shallower than the p-type gate region 3 and selectively.

【0027】また、n+ 型カソード領域4とp型カソー
トショート領域5との間に位置するp型ゲート領域3、
- 型ベース領域2の表面及びその近傍には、ゲート酸
化膜6が形成されており、さらにその上面にはポリシリ
コンから成るゲート電極7が形成されている。そして、
アルミニウム等から成るカソード電極9が、n+ 型カソ
ード領域4及びp型カソードショート領域5の表面と電
気的に接続して形成されいる。尚、このカソード電極9
とゲート電極7との間は、絶縁膜8により電気的に分離
されている。また、p+ 型アノード領域1の裏面全体に
はアルミニウム等から成るアノード電極10が形成され
ている。
The p-type gate region 3 located between the n + -type cathode region 4 and the p-type castor short-circuit region 5,
A gate oxide film 6 is formed on the surface of the n type base region 2 and its vicinity, and a gate electrode 7 made of polysilicon is formed on the upper surface thereof. And
A cathode electrode 9 made of aluminum or the like is formed so as to be electrically connected to the surfaces of the n + type cathode region 4 and the p type cathode short region 5. Incidentally, this cathode electrode 9
The gate electrode 7 and the gate electrode 7 are electrically separated by the insulating film 8. An anode electrode 10 made of aluminum or the like is formed on the entire back surface of the p + type anode region 1.

【0028】次に、上記構成のMOS型サイリスタの動
作を説明する。本実施例のMOS型サイリスタのターン
オンは、まずゲート電極7に正のゲート電圧を印加す
る。このゲート電圧によりゲート電極7の直下に位置す
るp型ゲート領域3の表面近傍が反転し、nチャネルが
形成される。換言すれば、n+ 型カソード領域4をソー
ス、n- 型ベース領域2をドレインとしたnチャネルM
OS型FETがオン状態となることであり、そのnチャ
ネルを介してn+ 型カソード領域4からn- 型ベース領
域2へ電子が供給されるようになる。
Next, the operation of the MOS type thyristor having the above structure will be described. To turn on the MOS thyristor of this embodiment, first, a positive gate voltage is applied to the gate electrode 7. This gate voltage inverts the vicinity of the surface of the p-type gate region 3 located immediately below the gate electrode 7 to form an n-channel. In other words, the n channel M having the n + type cathode region 4 as the source and the n type base region 2 as the drain
This means that the OS type FET is turned on, and electrons are supplied from the n + type cathode region 4 to the n type base region 2 through the n channel thereof.

【0029】n- 型ベース領域2に供給された電子は、
+ 型アノード領域1近傍に引き寄せられ、その間のp
n接合の電位障壁(Potential barrier )を低下させる
ので、p+ 型アノード領域1からn- 型ベース領域2へ
の正孔の流入が促進される。そして、この正孔がp型ゲ
ート領域3に到達すると、n+ 型カソード領域4からn
- 型ベース領域2への電子の供給は促進され、オン電圧
の低いサイリスタ状態の動作をはじめる。
The electrons supplied to the n - type base region 2 are
It is attracted to the vicinity of the p + -type anode region 1 and p
Since the potential barrier of the n-junction is lowered, the flow of holes from the p + type anode region 1 to the n type base region 2 is promoted. Then, when the holes reach the p-type gate region 3, the n + -type cathode region 4 changes to n.
The supply of electrons to the type base region 2 is promoted, and the operation of the thyristor state with a low on-voltage starts.

【0030】一方、本実施例のMOS型サイリスタのタ
ーンオフ時には、ゲート電極7に負のゲート電圧を印加
する。この負のゲート電圧により、p型ゲート領域3の
表面近傍に形成されていた上記nチャネルが閉じ、それ
と同時に、ゲート電極7の直下に位置するn- 型ベース
領域2、すなわちp型ゲート領域3とp型カソードショ
ート領域5の間に位置するn- 型ベース領域2の表面近
傍が反転し、pチャネルが形成される。換言すれば、p
型ゲート領域3をソース、p型カソードショート領域5
をドレインしたpチャネルMOS型FETがオン状態と
なる。
On the other hand, when the MOS thyristor of this embodiment is turned off, a negative gate voltage is applied to the gate electrode 7. Due to this negative gate voltage, the n channel formed near the surface of the p-type gate region 3 is closed, and at the same time, the n -type base region 2 immediately below the gate electrode 7, that is, the p-type gate region 3 is formed. And the p − type cathode short region 5 located between the n type base region 2 and the surface are inverted, and a p channel is formed. In other words, p
Type gate region 3 as source, p-type cathode short region 5
The p-channel MOS type FET that has drained is turned on.

【0031】このことにより、p型ゲート領域3は、上
記pチャネル及びp型カソードショート領域5を介して
カソード電極9と導通し、p+ 型アノード領域1からn
- 型ベース領域2を介してp型ゲート領域3に流入した
正孔は、上記経路を介してカソード電極9に引き抜かれ
るようになる。すなわち、図1に示したMOS型サイリ
スタは、ゲート電極7に負のゲート電を印加した直後に
おいてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transister
)動作をする。このIGBT動作においては、p型ゲ
ート領域3に供給された過剰キャリアとしての正孔が短
時間で減少し、サイリスタ動作のラッチアップは解除さ
れるので、n+ 型カソード領域4からn-型ベース領域
2への電子の流入は停止される。
As a result, the p-type gate region 3 is electrically connected to the cathode electrode 9 via the p-channel and the p-type cathode short region 5, and the p + -type anode regions 1 to n are formed.
The holes that have flowed into the p-type gate region 3 via the type base region 2 are extracted to the cathode electrode 9 via the above-described path. That is, the MOS type thyristor shown in FIG. 1 has an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) immediately after a negative gate voltage is applied to the gate electrode 7.
) Operate. In this IGBT operation, holes as excess carriers supplied to the p-type gate region 3 are reduced in a short time, and latch-up of the thyristor operation is released, so that the n + -type cathode region 4 to the n -type base region are released. The flow of electrons into the area 2 is stopped.

【0032】また、MOS型サイリスタがオン状態であ
ったときにn- 型ベース領域2に蓄積された過剰キャリ
ア(正孔)は、p型カソードショート領域5から直接引
き抜かれると同時に、p型ゲート領域3からも上述のp
チャネルを介して引き抜かれる。従って、n- 型ベース
領域2の過剰キャリアは短時間で消滅し、本実施例のM
OS型サイリスタのターンオフ時間は、従来のサイリス
タに比べて短くなる。
Further, excess carriers (holes) accumulated in the n type base region 2 when the MOS type thyristor is in the on state are directly extracted from the p type cathode short region 5 and at the same time, the p type gate is formed. From the region 3 as well, the above p
Pulled through the channel. Therefore, excess carriers in the n type base region 2 disappear in a short time, and
The turn-off time of the OS type thyristor is shorter than that of the conventional thyristor.

【0033】また、本実施例のMOS型サイリスタは、
そのスイッチングを制御するゲート電極が単一であるの
で、制御回路を単純にすることができる。さらに、p型
カソードショート領域5はp型ゲート領域3と同一工程
で形成されるので、工程数が増えることはなく、また、
図3に示した従来例のショート部30と比べて、非常に
小さな領域でp型カソードショート領域5を形成できる
ので、チップの面積効率が向上する。
Further, the MOS thyristor of this embodiment is
Since the single gate electrode that controls the switching is used, the control circuit can be simplified. Furthermore, since the p-type cathode short region 5 is formed in the same process as the p-type gate region 3, the number of processes does not increase, and
Since the p-type cathode short-circuit region 5 can be formed in a much smaller region than the short-circuit portion 30 of the conventional example shown in FIG. 3, the area efficiency of the chip is improved.

【0034】図2は、図1のMOS型サイリスタの導電
型を反転させたMOS型サイリスタである。同図におい
て、n+ 型アノード領域61の上面には、p- 型ベース
領域62が形成されている。そして、p- 型ベース領域
62の表面には、n型ゲート領域63及びn型カソード
ショート領域65が、同一工程により所定間隔を隔てて
形成されている。またn型ゲート領域63内の表面部に
は、n型ゲート領域63よりも浅く、選択的にp+ 型カ
ソード領域64が形成されている。
FIG. 2 is a MOS type thyristor in which the conductivity type of the MOS type thyristor of FIG. 1 is inverted. In the figure, ap type base region 62 is formed on the upper surface of the n + type anode region 61. Then, an n-type gate region 63 and an n-type cathode short region 65 are formed on the surface of the p type base region 62 at a predetermined interval in the same step. A p + -type cathode region 64, which is shallower than the n-type gate region 63, is selectively formed on the surface of the n-type gate region 63.

【0035】さらに、ゲート酸化膜66、ゲート電極6
7、絶縁膜68、カソード電極69及びアノード電極7
0が形成されるが、その構成等は図1に示した例と同様
であるので、ここでは省略する。
Further, the gate oxide film 66 and the gate electrode 6
7, insulating film 68, cathode electrode 69 and anode electrode 7
Although 0 is formed, the configuration and the like are the same as in the example shown in FIG.

【0036】また、図2のMOS型サイリスタの動作
は、ターンオン及びターンオフにおいて印加するゲート
電圧の符号が、図1のMOS型サイリスタと反転してい
るが、基本的動作は同じである。
The operation of the MOS type thyristor of FIG. 2 is the same as that of the MOS type thyristor of FIG. 1, although the sign of the gate voltage applied at turn-on and turn-off is reversed.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
そのオン状態においてオン電圧の低いサイリスタ動作を
し、かつターンオフ時にはいったんIGBT動作に移っ
た後にオフさせることによりターンオフ時間が短いMO
S型サイリスタを、単一ゲートで実現することが可能と
なるので、その制御回路を平易にすることができる。ま
た、上述のMOS型サイリスタを形成するにあたり、工
程が複雑になることはなく、さらに面積効率の悪化も最
小限におさえることができる。
As described above, according to the present invention,
In the ON state, a thyristor operation having a low ON voltage is performed, and at the time of turn-off, the operation is temporarily switched to the IGBT operation and then turned off, so that the turn-off time is short.
Since the S-type thyristor can be realized with a single gate, its control circuit can be simplified. Further, in forming the above-mentioned MOS thyristor, the process does not become complicated, and the deterioration of the area efficiency can be suppressed to the minimum.

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

【図1】本発明の一実施例であるMOS型サイリスタの
構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a MOS thyristor which is an embodiment of the present invention.

【図2】図1のMOS型サイリスタの導電型を反転させ
たMOS型サイリスタの断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a MOS type thyristor in which the conductivity type of the MOS type thyristor of FIG. 1 is inverted.

【図3】従来のダブルゲートMOS型サイリスタの一構
成例を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration example of a conventional double gate MOS type thyristor.

【図4】図3に示した従来のダブルゲートMOS型サイ
リスタの動作を説明するタイムチャートである。
FIG. 4 is a time chart explaining the operation of the conventional double gate MOS type thyristor shown in FIG.

【図5】従来のダブルゲートMOS型サイリスタの他の
構成例を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the configuration of a conventional double gate MOS type thyristor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p+ 型アノード領域 2 n- 型ベース領域 3 p型ゲート領域 4 n+ 型カソード領域 5 p型カソードショート領域 6 ゲート酸化膜 7 ゲート電極 8 絶縁膜 9 カソード電極 10 アノード電極1 p + type anode region 2 n type base region 3 p type gate region 4 n + type cathode region 5 p type cathode short region 6 gate oxide film 7 gate electrode 8 insulating film 9 cathode electrode 10 anode electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の導電型の第1の半導体領域の上面
に第2の導電型の第2の半導体領域と、該第2の半導体
領域の表面に所定間隔を隔てて第1の導電型の第3の半
導体領域及び第5の半導体領域と、前記第3の半導体領
域内の表面に第2の導電型の第4の半導体領域を有し、
前記第4の半導体領域と前記第5の半導体領域とが電気
的に接続されるとともに、前記第4の半導体領域と前記
第5の半導体領域の間の領域の表面及びその近傍に絶縁
膜が形成され該絶縁膜上に制御電極を有することを特徴
とする半導体装置。
1. A second semiconductor region of a second conductivity type on an upper surface of a first semiconductor region of a first conductivity type, and a first conductivity region on a surface of the second semiconductor region at a predetermined distance. A third semiconductor region and a fifth semiconductor region of the second conductivity type, and a fourth semiconductor region of the second conductivity type on the surface in the third semiconductor region,
The fourth semiconductor region and the fifth semiconductor region are electrically connected, and an insulating film is formed on the surface of the region between the fourth semiconductor region and the fifth semiconductor region and in the vicinity thereof. A semiconductor device having a control electrode on the insulating film.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11198058B2 (en) 2017-05-22 2021-12-14 Nintendo Co., Ltd. Storage medium storing game program, information processing apparatus, information processing system, and game processing method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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