JPH0715998B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH0715998B2
JPH0715998B2 JP60190734A JP19073485A JPH0715998B2 JP H0715998 B2 JPH0715998 B2 JP H0715998B2 JP 60190734 A JP60190734 A JP 60190734A JP 19073485 A JP19073485 A JP 19073485A JP H0715998 B2 JPH0715998 B2 JP H0715998B2
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drain
type
layer
type semiconductor
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マジユームダール・ゴーラブ
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は半導体装置に関し、特に大電力高速高周波ス
イッチング素子をモノリシックで実現した半導体装置に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device in which a high power, high speed and high frequency switching element is realized monolithically.

[従来の技術] 従来から低オン抵抗の大電力高速高周波スイッチング素
子としていくつかのものが用いられており、たとえば第
3図に示すようなものがあった。
[Prior Art] Some conventional high power, high frequency and high frequency switching elements having low on-resistance have been used, for example, as shown in FIG.

第3図は、従来のモノリシックに構成された伝導度変調
金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(以下CAT素子
と称す)の構造を示す断面図である。初めにこのCAT素
子の構成について説明する。図において、CAT素子の構
成は、従来の2重拡散で作られる金属酸化膜半導体電界
効果トランジスタ(以下MOSFETと記す)のn+形ドレイン
基板をp+形ドレイン/コレクタ層で置換えたものであ
る。さらに詳細に説明すると、p+形ドレイン/コレクタ
層7の一方表面に、たとえばn形エピタキシャル層から
なるドレインドリフト層6が形成されている。ドレイン
ドリフト層6表面に複数個のp形ベース領域5が互いに
間隔を隔てて形成されており、p形ベース領域5内のそ
の表面に2個のn+形ソース/エミッタ領域4が互いに間
隔を隔てて形成されている。p形ベース領域5間のドレ
インドリフト層6表面、p形ベース領域5の周辺部の表
面、およびn+形ソース/エミッタ領域4表面の一部に、
たとえば二酸化シリコンからなる酸化膜3が形成されて
いる。酸化膜3の内部に金属からなるゲート電極2が形
成されており、このゲート電極はn+形ソース/エミッタ
領域4上まで延びている。また、p形ベース領域5の中
央部表面、n+形ソース/エミッタ領域4表面の他の一
部、および酸化膜3表面にソース/エミッタ電極1が形
成されている。ここで、n+形ソース/エミッタ領域4と
p形ベース領域5とドレインドリフト層6とはMOSFETに
寄生するnpnトランジスタを構成し、p形ベース領域5
とドレインドリフト層6とp+形ドレイン/コレクタ層7
とはMOSFETに寄生するpnpトランジスタを構成してい
る。p+形ドレイン/コレクタ層7の他方表面にドレイン
/コレクタ電極8が形成されている。また、Gはゲート
電極端子、S/Eはソース/エミッタ電極端子、およびD/C
はドレイン/コレクタ電極端子である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional conductivity-modulated metal oxide semiconductor field effect transistor (hereinafter referred to as CAT element) having a monolithic structure. First, the structure of this CAT element will be described. In the figure, the structure of the CAT element is such that the n + type drain substrate of a conventional metal oxide semiconductor field effect transistor (hereinafter referred to as MOSFET) formed by double diffusion is replaced with a p + type drain / collector layer. . More specifically, the drain drift layer 6 made of, for example, an n-type epitaxial layer is formed on one surface of the p + -type drain / collector layer 7. A plurality of p-type base regions 5 are formed at intervals on the surface of the drain drift layer 6, and two n + -type source / emitter regions 4 are spaced from each other on the surface of the p-type base region 5. It is formed separately. On the surface of the drain drift layer 6 between the p-type base regions 5, the surface of the peripheral portion of the p-type base region 5, and a part of the surface of the n + -type source / emitter region 4,
For example, an oxide film 3 made of silicon dioxide is formed. A gate electrode 2 made of metal is formed inside the oxide film 3, and the gate electrode extends to above the n + type source / emitter region 4. Source / emitter electrodes 1 are formed on the central surface of p-type base region 5, another part of the surface of n + -type source / emitter region 4, and the surface of oxide film 3. Here, the n + -type source / emitter region 4, the p-type base region 5, and the drain drift layer 6 form an npn transistor parasitic on the MOSFET, and the p-type base region 5
And drain drift layer 6 and p + type drain / collector layer 7
And form a pnp transistor parasitic on the MOSFET. A drain / collector electrode 8 is formed on the other surface of the p + -type drain / collector layer 7. G is a gate electrode terminal, S / E is a source / emitter electrode terminal, and D / C
Is a drain / collector electrode terminal.

第4図は、第3図のCAT素子の等価回路を示す図であ
る。このCAT素子の等価回路は、理想的な電流の流れか
ら言えばMOSFETとpinダイオードD2とを直列に接続した
ものになるべきであるが、実際はMOSFETと、これに寄生
するnpnトランジスタとpnpトランジスタとから構成され
るサイリスタとを組合わせたものになる。
FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the CAT element of FIG. The equivalent circuit of this CAT element should be a MOSFET and pin diode D 2 connected in series from an ideal current flow. However, in reality, the MOSFET and the parasitic npn transistor and pnp transistor are connected. It is a combination of a thyristor composed of and.

次にこのCAT素子の特性および動作について説明する。
ゲート電極端子Gとソース/エミッタ電極端子S/Eとを
短絡してドレイン/コレクタ電極端子D/Cとソース/エ
ミッタ電極端子S/E間に順バイアス電圧を印加すると、p
inダイオードD2が逆バイアスになり逆バイアス阻止特性
が現われる。また、ドレイン/コレクタ電極端子D/Cと
ソース/エミッタ電極端子S/E間に逆バイアス電圧を印
加すると、ダイオードD1が逆バイアスになり順バイアス
阻止特性が現われる。この状態で、ゲート電極端子Gと
ソース/エミッタ電極端子S/E間にMOSFETのしきい値電
圧以上の電圧を印加すると、p形ベース領域5にチャン
ネルが形成されてMOSFETが動作する状態になると同時
に、pinダイオードD2はpinダイオード動作現象を起こ
し、p+形ドレイン/コレクタ層7からドレインドリフト
層6へホールが注入されてこのドレインドリフト層の伝
導度が増大し、CAT素子が低オン抵抗でターンオンす
る。また、CAT素子をターンオフするためには、ゲート
電極端子Gとソース/エミッタ電極端子S/Eとを短絡し
てこれら端子間に印加されている電圧をMOSFETのしきい
値電圧以下にし、これによって、ゲート電極2下のp形
ベース領域5表面の反転領域をもとに戻してドレインド
リフト層6への電子の供給を止める。ターンオフの開始
時には、ドレインドリフト層6にそれまでの間に注入さ
れた電子が大量に集中しているが、これらの電子はp+
ドレイン/コレクタ層7に注入され、それに見合ったホ
ールによる電流がp形ベース領域5に流れる。このよう
な状態が続くとドレインドリフト層6の電子の集中度は
低下するが、CAT素子がターンオフするためには残され
たホールと電子のプラズマは再結合によって打消し合わ
なければならない。
Next, the characteristics and operation of this CAT element will be described.
When the gate electrode terminal G and the source / emitter electrode terminal S / E are short-circuited and a forward bias voltage is applied between the drain / collector electrode terminal D / C and the source / emitter electrode terminal S / E, p
The in diode D 2 is reverse biased and the reverse bias blocking characteristic appears. When a reverse bias voltage is applied between the drain / collector electrode terminal D / C and the source / emitter electrode terminal S / E, the diode D 1 is reverse biased and the forward bias blocking characteristic appears. In this state, when a voltage higher than the threshold voltage of the MOSFET is applied between the gate electrode terminal G and the source / emitter electrode terminal S / E, a channel is formed in the p-type base region 5 and the MOSFET is activated. At the same time, the pin diode D 2 causes a pin diode operation phenomenon, holes are injected from the p + -type drain / collector layer 7 to the drain drift layer 6, and the conductivity of the drain drift layer increases, so that the CAT element has a low on-resistance. Turn on. In order to turn off the CAT element, the gate electrode terminal G and the source / emitter electrode terminal S / E are short-circuited so that the voltage applied between these terminals is equal to or lower than the threshold voltage of the MOSFET. , The inversion region on the surface of the p-type base region 5 under the gate electrode 2 is returned to the original state, and the supply of electrons to the drain drift layer 6 is stopped. At the start of turn-off, a large amount of electrons injected until then are concentrated in the drain drift layer 6, but these electrons are injected into the p + -type drain / collector layer 7 and the current due to holes corresponding to them is generated. Flow into the p-type base region 5. If such a state continues, the concentration of electrons in the drain drift layer 6 decreases, but in order for the CAT element to turn off, the plasma of holes and electrons left must be canceled by recombination.

以上は、MOSFETに寄生するサイリスタ領域がターンオン
時にラッチングしない場合でのCAT素子の動作の説明で
あるが、CAT素子の一番大きな問題点はサイリスタ領域
が低電流レベルでラッチング現象を起こすことであり、
サイリスタ領域がラッチングするとCAT素子のゲート制
御能力がなくなってこれをターンオフするのが困難にな
る。ラッチング現象を起こす原因は、ターンオン時に高
電流密度でサイリスタ領域のnpnトランジスタおよびpnp
トランジスタが相互にフィードバック作用をするためで
ある。サイリスタ領域がターンオン時にラッチングする
条件は、npnトランジスタおよびpnpトランジスタのそれ
ぞれの直流電流増幅器率hFEの合計が>1であり、ホー
ル電流によるnpnトランジスタのp形ベース領域5の抵
抗RSでの電圧効果VSが300°Kで0.4〜0.8V以上になる場
合である。
The above is a description of the operation of the CAT element when the thyristor area parasitic to the MOSFET does not latch at turn-on.The biggest problem with the CAT element is that the thyristor area causes a latching phenomenon at low current levels. ,
If the thyristor area latches, the gate control capability of the CAT element is lost, making it difficult to turn it off. The cause of the latching phenomenon is that the npn transistor and pnp in the thyristor region have high current density at turn-on.
This is because the transistors have a feedback effect on each other. The condition for the thyristor region to latch at turn-on is that the sum of the DC current amplifier ratios h FE of the npn transistor and pnp transistor is> 1, and the voltage at the resistance R S of the p-type base region 5 of the npn transistor due to the hole current. This is the case where the effect V S becomes 0.4 to 0.8 V or more at 300 ° K.

第5図は、上記のような問題点を或るレベルまで解決し
た他のCAT素子の構造を示す断面図である。図におい
て、p形ベース領域5の中央部に不純物濃度の高いp+
ベース中央領域50が形成されており、ドレインドリフト
層6とp+形ドレイン/コレクタ層7間にn+形バッファ層
9が挿入されている。また、このCAT素子の等価回路は
第4図に示す回路と同じである。p+形ベース中央領域50
により寄生npnトランジスタの直流電流増幅率hFEを下
げ、かつn+形バッファ層9によりp+形ドレイン/コレク
タ層7からドレインドリフト層6へのホールの注入を抑
えて寄生pnpトランジスタの直流電流増幅率hFEを下げる
ことによって、CAT素子がターンオン時にラッチングし
にくいようにしている。すなわち、第3図のCAT素子に
比べてラッチングする電流レベルを上げている。また、
特開昭57-120369号には、図5のドレイン/コレクタ層
7に代えて、n+形層と、このn+形層の下表面のゲート電
極2に対応する位置にP+形アイランドとを設けたCAT素
子が開示されている。このp+形アイランドはゲート電極
とほぼ同じ幅を有しかつ図5のドレイン/コレクタ層7
と同じ厚さを有する。p+形アイランドがベース領域5間
の幅よりも広くかつドレイン/コレクタ層7と同じ厚さ
であるので、ラッチングする電流レベルを上げる効果
は、図5の場合とほとんど差はない。
FIG. 5 is a sectional view showing the structure of another CAT element which solves the above problems to a certain level. In the figure, a p + type base central region 50 having a high impurity concentration is formed in the center of the p type base region 5, and an n + type buffer layer 9 is provided between the drain drift layer 6 and the p + type drain / collector layer 7. Has been inserted. The equivalent circuit of this CAT element is the same as the circuit shown in FIG. p + type base central area 50
Reduces the DC current amplification factor h FE of the parasitic npn transistor, and suppresses injection of holes from the p + type drain / collector layer 7 to the drain drift layer 6 by the n + type buffer layer 9 to amplify the DC current of the parasitic pnp transistor. By lowering the rate h FE , the CAT element is less likely to latch at turn-on. That is, the latching current level is increased as compared with the CAT element shown in FIG. Also,
In Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-120369, instead of the drain / collector layer 7 of FIG. 5, an n + type layer and a P + type island at a position corresponding to the gate electrode 2 on the lower surface of the n + type layer. A CAT element provided with is disclosed. This p + type island has almost the same width as the gate electrode, and the drain / collector layer 7 of FIG.
Has the same thickness as. Since the p + type island is wider than the width between the base regions 5 and has the same thickness as the drain / collector layer 7, the effect of increasing the current level for latching is almost the same as that in the case of FIG.

[発明が解決しようとする問題点] 大電力高速高周波スイッチング素子として用いられてい
る従来のCAT素子は、MOSFETに寄生するサイリスタ領域
がラッチングする電流レベルが低く、CAT素子を正常に
動作させるにはこれをラッチングする電流レベル以下で
使用する必要があり、そのゲート制御範囲が狭いという
問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional CAT element used as a high-power, high-speed, high-frequency switching element, the thyristor region parasitic in the MOSFET has a low current level for latching, so that the CAT element operates normally. It is necessary to use this at a current level below the latching current level, and there is a problem that the gate control range is narrow.

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、MOSFETに寄生するサイリスタ領域のラッチン
グする電流レベルを上げてゲート制御範囲を拡げること
ができる半導体装置を得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain a semiconductor device capable of increasing a latching current level in a thyristor region parasitic on a MOSFET and expanding a gate control range. .

[問題点を解決するための手段] この発明にかかる半導体装置は、第1の主面と第2の主
面とを有し、ドレイン層となる高不純物濃度の第1導電
形半導体基板と、この第1導電形半導体基板の第1の主
面に接する第1の主面とこの第1の主面に互いに対向す
る第2の主面とを有する、ドレイン層となる低不純物濃
度の第1導電形半導体層と、この第1導電形半導体層の
第2の主面の所定領域に露出面を有して島状に形成され
た少なくとも2つの第2導電形半導体からなるベース領
域と、この各ベース領域の所定領域に露出面を有して島
状に配設された、高不純物濃度の第1導電形半導体から
なるソース領域と、第1導電形半導体層の第2の主面に
露出面を有するドレイン領域とこのドレイン領域を介し
て対向しそれぞれの側に順次隣接して配設された上記ベ
ース領域及びソース領域とにわたって、これら領域の露
出面上に絶縁膜を介して配設されたゲート電極と、基板
の第2の主面に露出面を、基板内に底面を有し、この底
面をゲート電極に対向させて、島状に配設されると共に
底面の幅が、対向するゲート電極に絶縁膜を介して配設
された2つのベース領域相互の間隔に対応し、かつ底面
が上記第1導電形半導体層の第1の主面に近接し、さら
に基板のドレイン層と同電位に接続された高不純物濃度
の第2導電形半導体領域と、を備えたものである。
[Means for Solving the Problems] A semiconductor device according to the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface, which serves as a drain layer and has a high impurity concentration. A first main surface of the first conductivity type semiconductor substrate, which is in contact with the first main surface, and a second main surface which faces the first main surface and which opposes each other. A conductive type semiconductor layer, a base region made of at least two second conductive type semiconductors formed in an island shape and having an exposed surface in a predetermined region of the second main surface of the first conductive type semiconductor layer; A source region made of a high-concentration first-conductivity-type semiconductor and having an exposed surface in a predetermined region of each base region and exposed in an island shape, and a second main surface of the first-conductivity-type semiconductor layer The drain region having a surface is opposed to the drain region through the drain region, and the drain region is sequentially adjacent to each side. A gate electrode is provided on the exposed surfaces of the base region and the source region through an insulating film, the exposed surface is on the second main surface of the substrate, and the bottom surface is in the substrate. Then, the bottom surface is opposed to the gate electrode, and the bottom surface is arranged in an island shape, and the width of the bottom surface corresponds to the distance between the two base regions arranged on the opposing gate electrode via the insulating film. And a second conductivity type semiconductor region having a high impurity concentration, the bottom surface of which is adjacent to the first main surface of the first conductivity type semiconductor layer and which is connected to the same potential as the drain layer of the substrate. .

[作用] この発明においては、高不純物濃度の第1導電形半導体
基板の第2の主面に露出面を、基板内に底面を有し、こ
の底面をゲート電極に対向させて、島状に配設された高
不純物濃度の第2導電形半導体領域を備えると共に、こ
の第2導電形半導体領域の底面の幅が、対向するゲート
電極に絶縁膜を介して配設された2つのベース領域相互
の間隔に対応し、かつこの底面が第1導電形半導体層の
第1の主面に近接し、さらにこの第2導電形半導体領域
が基板のドレイン層と同電位に接続されたので、第2導
電形半導体領域からドレイン層である第1導電形半導体
層へのキャリアの注入が抑えられMOSFETに寄生するトラ
ンジスタの直流電流増幅率hFEが下がる。また、キャリ
アが第2導電形半導体領域から、第2導電形半導体領域
の幅と少なくとも2つのソース領域同士の間隔とで規制
された狭い領域を通過する。したがって、この狭い領域
にのみキャリアモジュレーションをかけることができ
る。この結果、第1導電形ドレイン半導体層の伝導度は
従来と同程度に変調される。
[Operation] According to the present invention, the exposed surface is formed on the second main surface of the first-conductivity-type semiconductor substrate having a high impurity concentration, and the bottom surface is formed in the substrate. The bottom surface faces the gate electrode to form an island shape. The second conductivity type semiconductor region having a high impurity concentration is provided, and the width of the bottom surface of the second conductivity type semiconductor region is such that the two base regions provided on opposite gate electrodes with an insulating film interposed therebetween. Of the second conductivity type semiconductor region is connected to the drain layer of the substrate at the same potential as that of the second conductivity type semiconductor region. The injection of carriers from the conductivity type semiconductor region to the first conductivity type semiconductor layer, which is the drain layer, is suppressed, and the direct current amplification factor h FE of the transistor parasitic on the MOSFET decreases. Further, the carriers pass from the second-conductivity-type semiconductor region to a narrow region restricted by the width of the second-conductivity-type semiconductor region and the distance between at least two source regions. Therefore, carrier modulation can be applied only to this narrow region. As a result, the conductivity of the first-conductivity-type drain semiconductor layer is modulated to the same level as the conventional one.

[実施例] 以下、この発明の実施例を図について説明する。なお、
この実施例の説明において、従来の技術の説明と重複す
る部分については適宜その説明を省略する。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition,
In the description of this embodiment, the description overlapping with the description of the conventional technique will be appropriately omitted.

第1図は、この発明の実施例であるモノリシックに構成
されたCAT素子の構造を示す断面図である。この実施例
の構成は以下の点を除いて第3図の構成と同じである。
すなわち、ドレイン/コレクタ電極8表面にp+形ドレイ
ン/コレクタ層7の代わりにn+形ドレイン/コレクタ層
10が形成されており、このn+形ドレイン/コレクタ層の
一方表面にドレインドリフト層6が形成れている。ま
た、各ゲート電極2直下のn+形ドレイン/コレクタ層10
の他方表面にp+形ドレイン/コレクタ領域70が部分的に
形成されており、このp+形ドレイン/コレクタ領域の底
部はドレインドリフト層6表面と間隔を隔てており、こ
の間隔がn+形バッファ層100を形成している。また、こ
のp+形ドレイン/コレクタ領域70の幅Laはp形ベース領
域5同士の間隔LGに対応して設けられている。そして、
第5図と同様、p形ベース領域5の中央部にp+形ベース
中央領域50が形成されている。n+形ソース/エミッタ領
域4とp形ベース領域5,p+形ベース中央領域50とドレイ
ンドリフト層6,n+形ドレイン/コレクタ層10とはMOSFET
に寄生するnpnトランジスタを構成し、p形ベース領域
5,p+形ベース中央領域50とドレインドリフト層6,n+形ド
レイン/コレクタ層10とp+形ドレイン/コレクタ領域70
とはMOSFETに寄生するpnpトランジスタを構成し、これ
ら両トランジスタは寄生サイリスタ領域を構成してい
る。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a monolithically constructed CAT element that is an embodiment of the present invention. The structure of this embodiment is the same as that of FIG. 3 except for the following points.
That is, instead of the p + -type drain / collector layer 7, the n + -type drain / collector layer is formed on the surface of the drain / collector electrode 8.
10 is formed, and the drain drift layer 6 is formed on one surface of the n + type drain / collector layer. In addition, the n + -type drain / collector layer 10 immediately below each gate electrode 2
Has a p + -type drain / collector region 70 partially formed on the other surface thereof, and the bottom of the p + -type drain / collector region is separated from the surface of the drain drift layer 6 by the distance of n + -type. The buffer layer 100 is formed. The width La of the p + -type drain / collector region 70 is provided corresponding to the interval LG between the p-type base regions 5. And
Similar to FIG. 5, ap + type base central region 50 is formed in the central portion of the p type base region 5. The n + type source / emitter region 4, the p type base region 5, the p + type base central region 50, the drain drift layer 6, and the n + type drain / collector layer 10 are MOSFETs.
P-type base region
5, p + type base central region 50 and drain drift layer 6, n + type drain / collector layer 10 and p + type drain / collector region 70
And form a pnp transistor parasitic on the MOSFET, and these two transistors form a parasitic thyristor region.

第2図は、第1図のCAT素子の等価回路を示す図であ
る。図において、このCAT素子の等価回路は、ゲート電
極端子Gとドレイン/コレクタ電極端子D/C端子間にpin
ダイオードD2を寄生するnチャンネルMOSFETとなってい
る。
FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the CAT element shown in FIG. In the figure, the equivalent circuit of this CAT element is the pin between the gate electrode terminal G and the drain / collector electrode terminal D / C terminal.
It is an n-channel MOSFET that parasitizes the diode D 2 .

次にこのCAT素子の動作について説明する。p+形ドレイ
ン/コレクタ領域70が各ゲート電極2直下のn+形ドレイ
ン/コレクタ層10の他方表面に部分的に形成されてお
り、かつこのp+形ドレイン/コレクタ領域の底部表面に
n+形バッファ層100が形成されているため、p+形ドレイ
ン/コレクタ領域70(pnpトランジスタのp+エミッタ)
からドレインドリフト層6へホールが幅Laの範囲内に注
入されるとともに、この注入がn+形バッファ層100によ
り抑えられる。このため、寄生pnpトランジスタのベー
ス領域の輸送効率が低下してその直流電流増幅率hFE
従来のCAT素子に比べて大幅に下がる。また、p+形ドレ
イン/コレクタ領域70に注入されたホールはドレインド
リフト層6中の絞られた領域Xを通して上方に向かって
少ない量で流れ、p+形ベース中央領域50に達してソース
/エミッタ電極に抜ける。このため、ホール電流による
ベース領域のRSでの電圧降下VSは従来のCAT素子に比べ
て小さくなる。このように、このCAT素子においては、
寄生pnpトランジスタの直流電流増幅率hFEが下がり、か
つ寄生npnトランジスタのP形ベース領域,p+形ベース
中央領域50での電圧降下VSが小さくなるため、従来のCA
T素子でのラッチングする電流レベルでは寄生サイリス
タ領域がラッチングしなくなる。すなわち、従来のCAT
素子に比べてラッチングする電流レベルが上がることに
なる。このため、CAT素子のターンオフが容易になって
高速高周波スイッチング特性が向上する。また、このCA
T素子では、上述のようにラッチングする電流レベルが
上がるため、従来のCAT素子に比べてゲート制御範囲が
広くなり、またその分CAT素子の高電流密度化が可能と
なり、チップサイズを小さくしてCAT素子の小形化、低
コスト化を図ることができる。また、ドレインドリフト
層6の伝導度変調については、ゲート電極2直下の部分
で発生させるのが効果的であり、p+形ベース中央領域50
直下での伝導度変調は不必要である。このため、p+形ド
レイン/コレクタ領域70をゲート電極2直下にのみ部分
的にホール通過領域を領域Xに絞り込み、p+形ドレイン
/コレクタ領域70からドレインドリフト層6へのホール
の注入を効率的に行なうようにしており、これによっ
て、従来のCAT素子と同等の伝導度変調効果を得ること
ができ、オン電圧を低くすることができる。また、従来
のCAT素子においてはp+形ドレイン/コレクタ層7がド
レインドリフト層6の全域にわたって形成されているた
め、ターンオフ時において、ターンオフ時にドレインド
リフト層6に蓄積されたホールがp+形ドレイン/コレク
タ層7でブロックされて抜けにくかったが、このCAT素
子においてはホールがp+形ドレイン/コレクタ領域70底
部の狭い範囲でしかブロックされず、そのまわりのn+
ドレイン/コレクタ層10に容易に抜けることができ、こ
れによってもCAT素子のターンオフ動作が容易となって
高速高周波スイッチング特性が向上する。
Next, the operation of this CAT element will be described. A p + -type drain / collector region 70 is partially formed on the other surface of the n + -type drain / collector layer 10 directly below each gate electrode 2, and on the bottom surface of this p + -type drain / collector region.
Since the n + type buffer layer 100 is formed, the p + type drain / collector region 70 (p + emitter of the pnp transistor)
Holes are injected into the drain drift layer 6 from within the range of the width La, and this injection is suppressed by the n + -type buffer layer 100. For this reason, the transport efficiency of the base region of the parasitic pnp transistor is reduced, and its DC current amplification factor h FE is significantly reduced as compared with the conventional CAT element. Also, the holes injected into the p + -type drain / collector region 70 flow in a small amount upward through the narrowed region X in the drain drift layer 6, reach the p + -type base central region 50, and reach the source / emitter. Get out of the electrode. Therefore, the voltage drop V S at R S in the base region due to the hole current is smaller than that of the conventional CAT element. Thus, in this CAT element,
Since the DC current amplification factor h FE of the parasitic pnp transistor is reduced and the voltage drop V S in the P-type base region and the p + -type base central region 50 of the parasitic npn transistor is reduced, the conventional CA
At the latching current level in the T element, the parasitic thyristor region will not latch. That is, conventional CAT
The current level for latching will be higher than that of the device. For this reason, the turn-off of the CAT element is facilitated and the high-speed high-frequency switching characteristic is improved. Also this CA
In the T element, since the current level for latching increases as described above, the gate control range becomes wider than that of the conventional CAT element, and the current density of the CAT element can be increased correspondingly, and the chip size can be reduced. It is possible to reduce the size and cost of the CAT element. Further, regarding the conductivity modulation of the drain drift layer 6, it is effective to generate it in the portion directly below the gate electrode 2, and the p + -type base central region 50
The conductivity modulation immediately below is unnecessary. Therefore, the p + -type drain / collector region 70 is partially narrowed down to the region X only under the gate electrode 2 to efficiently inject holes from the p + -type drain / collector region 70 into the drain drift layer 6. By doing so, the conductivity modulation effect equivalent to that of the conventional CAT element can be obtained, and the ON voltage can be lowered. Further, in the conventional CAT element, since the p + -type drain / collector layer 7 is formed over the entire drain drift layer 6, at the time of turn-off, holes accumulated in the drain drift layer 6 at the time of turn-off are p + -type drain. It was difficult to escape because it was blocked by the / collector layer 7, but in this CAT element, holes were blocked only in a narrow area at the bottom of the p + type drain / collector region 70, and in the n + type drain / collector layer 10 around it. It can be easily removed, which also facilitates the turn-off operation of the CAT element and improves the high-speed and high-frequency switching characteristics.

なお、上記実施例では、CAT素子がn形のものについて
示したが、この発明は第1図の各層、各領域の導電形を
反対にしたp形のCAT素子についても適用できることは
言うまでもない。
In the above embodiments, the n-type CAT element is shown, but it goes without saying that the present invention is also applicable to a p-type CAT element in which the conductivity type of each layer and each region is reversed.

[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、基板に島状に配設され
た高不純物濃度の第2導電形半導体領域を備えると共
に、この第2導電形半導体領域の底面の幅が、対向する
ゲート電極に絶縁膜を介して配設された2つのベース領
域相互の間隔に対応し、かつこの底面が上記第1導電形
半導体層の第1の主面に近接されたので、MOSFETに寄生
するサイリスタ領域のラッチングする電流レベルを上げ
てゲート制御範囲を拡げることができる半導体装置を得
ることができる。
[Effect of the Invention] As described above, according to the present invention, the substrate is provided with the second-conductivity-type semiconductor regions of high impurity concentration which are arranged in an island shape, and the width of the bottom surface of the second-conductivity-type semiconductor region is small. , A MOSFET corresponding to a distance between two base regions arranged on opposite gate electrodes via an insulating film, and having a bottom surface close to the first main surface of the first conductivity type semiconductor layer. It is possible to obtain a semiconductor device capable of expanding the gate control range by increasing the latching current level in the thyristor region parasitic on the.

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

第1図は、この発明の実施例であるモノリシックに構成
されたCAT素子の構造を示す断面図である。第2図は、
第1図のCAT素子の等価回路を示す図である。第3図
は、従来のモノリシックに構成されたCAT素子の構造を
示す断面図である。第4図は、従来のCAT素子の等価回
路を示す図である。第5図は、従来のモノリシックに構
成された他のCAT素子の構造を示す断面図である。 図において、1はソース/エミッタ電極、2はゲート電
極、3は酸化膜、4はn+形ソース/エミッタ領域、5は
p形ベース領域、50はp+形ベース中央領域、6はドレイ
ンドリフト層、70はp+形ドレイン/コレクタ領域、8は
ドレイン/コレクタ電極、10はn+形ドレイン/コレクタ
層、100はn+形バッファ層である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a monolithically constructed CAT element that is an embodiment of the present invention. Figure 2 shows
It is a figure which shows the equivalent circuit of the CAT element of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional CAT element configured monolithically. FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of a conventional CAT element. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of another conventional CAT element configured monolithically. In the figure, 1 is a source / emitter electrode, 2 is a gate electrode, 3 is an oxide film, 4 is an n + type source / emitter region, 5 is a p type base region, 50 is a p + type base central region, and 6 is a drain drift. A layer, 70 is a p + type drain / collector region, 8 is a drain / collector electrode, 10 is an n + type drain / collector layer, and 100 is an n + type buffer layer. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1の主面と第2の主面とを有し、ドレイ
ン層となる高不純物濃度の第1導電形半導体基板と、 この第1導電形半導体基板の第1の主面に接する第1の
主面とこの第1の主面に互いに対向する第2の主面とを
有する、ドレイン層となる低不純物濃度の第1導電形半
導体層と、 この第1導電形半導体層の第2の主面の所定領域に露出
面を有して島状に形成された少なくとも2つの第2導電
形半導体からなるベース領域と、 この各ベース領域の所定領域に露出面を有して島状に配
設された、高不純物濃度の第1導電形半導体からなるソ
ース領域と、 上記第1導電形半導体層の第2の主面に露出面を有する
ドレイン領域とこのドレイン領域を介して対向しそれぞ
れの側に順次隣接して配設された上記ベース領域及びソ
ース領域とにわたって、これら領域の露出面上に絶縁膜
を介して配設されたゲート電極と、 上記基板の第2の主面に露出面を、基板内に底面を有
し、この底面をゲート電極に対向させて、島状に配設さ
れると共に上記底面の幅が、対向するゲート電極に絶縁
膜を介して配設された2つのベース領域相互の間隔に対
応し、かつ上記底面が上記第1導電形半導体層の第1の
主面に近接し、さらに上記基板のドレイン層と同電位に
接続された高不純物濃度の第2導電形半導体領域と、 を備えた半導体装置。
1. A first-conductivity-type semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface, which serves as a drain layer and has a high impurity concentration, and a first-main surface of the first-conductivity-type semiconductor substrate. A first conductivity type semiconductor layer having a low impurity concentration and serving as a drain layer, the first conductivity type semiconductor layer having a first major surface in contact with the first major surface and a second major surface facing the first major surface. A base region made of at least two second conductivity type semiconductors having an exposed surface in a predetermined region of the second main surface and formed in an island shape, and an exposed surface in a predetermined region of each base region. A source region made of a high-concentration first conductivity type semiconductor arranged in an island shape, a drain region having an exposed surface on the second main surface of the first conductivity type semiconductor layer, and the drain region The base region and the source region are opposed to each other and are sequentially adjacent to each other. Therefore, the gate electrode is disposed on the exposed surface of these regions via the insulating film, the exposed surface is on the second main surface of the substrate, and the bottom surface is in the substrate. The bottom surface faces the gate electrode. And the width of the bottom surface is arranged in the shape of an island, and the width of the bottom surface corresponds to the distance between the two base regions arranged on the opposing gate electrodes via the insulating film. A second conductivity type semiconductor region having a high impurity concentration, which is adjacent to the first main surface of the semiconductor layer and is connected to the same potential as the drain layer of the substrate.
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