JPH07161967A - Composite semiconductor device - Google Patents

Composite semiconductor device

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JPH07161967A
JPH07161967A JP30411993A JP30411993A JPH07161967A JP H07161967 A JPH07161967 A JP H07161967A JP 30411993 A JP30411993 A JP 30411993A JP 30411993 A JP30411993 A JP 30411993A JP H07161967 A JPH07161967 A JP H07161967A
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JP
Japan
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layer
semiconductor layer
semiconductor
semiconductor device
composite
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Application number
JP30411993A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Kobayashi
秀男 小林
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to EP94302926A priority patent/EP0622854B1/en
Priority to DE69421749T priority patent/DE69421749T2/en
Priority to US08/233,744 priority patent/US5621226A/en
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Abstract

PURPOSE:To make the voltage between the terminals of a composite semiconductor device low, by providing a second conduction type third semiconductor layer having a high impurity concentration in a first semiconductor layer while it is separated from others, and by providing a second conduction type sixth semiconductor layer having a notch part for contacting the first semiconductor layer with a fifth semiconductor layer. CONSTITUTION:A P2<+>-layer (P-base layer) 6 in an IGBT and a P<->-layer (P-base layer) 9 in a thyristor region are so provided that they are separated from each other, and a notch part 9a is provided in the P<->-layer 9. When an n2<+>-layer (n-emitter layer) 8 in the thyristor region is contacted partly with an n<->-layer (n-base layer) 2, a thyristor current flows only through the MIS channel of one MISFET (MTR1). Therefore, the ON-voltage of a composite semiconductor device can be made low.

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、複合半導体装置に係わ
り、特に、絶縁ゲートに供給される制御電圧により半導
体装置がオン、オフされる際のオン時の抵抗を小さく
し、高耐圧特性または大電流特性を有する複合半導体装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite semiconductor device, and more particularly to reducing the on-resistance when the semiconductor device is turned on and off by a control voltage supplied to an insulated gate, and has a high withstand voltage characteristic or The present invention relates to a composite semiconductor device having large current characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、インバータ装置を始めとする電
力変換装置に用いられる半導体スイッチング素子は、電
力変換装置の高性能化の要求に基づいて、高速スイッチ
ング特性、低損失特性を持った半導体スイッチング素子
の開発が盛んになっている。
2. Description of the Related Art Generally, a semiconductor switching element used in a power conversion device such as an inverter device is a semiconductor switching device having a high speed switching characteristic and a low loss characteristic in response to a demand for higher performance of the power conversion device. Development is flourishing.

【0003】最近、このような特性を持った半導体スイ
ッチング素子として、絶縁ゲートバイポーラトランジス
タ(IGBT)が注目されている。このIGBTは、金
属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MISFET)
に比べ、オン時の端子間電圧、即ち、オン時の抵抗を極
力低くできるという利点を備え、しかも、ゲートターン
オフサイリスタ(GTOサイリスタ)等の電流制御型素
子と比べても、高速スイッチング特性が優れており、ゲ
ート回路の構成が簡便になって小型化が可能である等の
利点を有していることから、比較的小電力のインバータ
装置を中心にして、その応用範囲が拡がりつつあるもの
である。
Recently, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) has attracted attention as a semiconductor switching element having such characteristics. This IGBT is a metal oxide semiconductor field effect transistor (MISFET).
Compared with, it has the advantage that the voltage between terminals when on, that is, the resistance when on, can be made as low as possible, and it has excellent high-speed switching characteristics even when compared with current control type devices such as gate turn-off thyristors (GTO thyristors). Since the structure of the gate circuit is simple and can be downsized, the range of applications is expanding, centering on inverter devices with relatively low power. is there.

【0004】このようなIGBTは、例えば、アイ・エ
ス・ピー・エス・ディー(1991年)第220頁乃至
第225頁(Proceedings of 1991
International Symposium
on Power Semiconductor De
vice & ICs、Tokyo、pp.220−2
25)等に開示されている。
Such an IGBT is disclosed in, for example, I.S.P.S.D. (1991), pages 220 to 225 (Proceedings of 1991).
International Symposium
on Power Semiconductor De
vice & ICs, Tokyo, pp. 220-2
25) and the like.

【0005】図15は、かかる既知のIGBTの構成の
一例を示す概略の断面図であり、図16は、図15に図
示された既知のIGBTの等価回路図である。
FIG. 15 is a schematic sectional view showing an example of the configuration of such a known IGBT, and FIG. 16 is an equivalent circuit diagram of the known IGBT shown in FIG.

【0006】図15において、100は半導体基体、1
01は半導体基体100の一方の主表面、102は半導
体基体100の他方の主表面、103はn型低不純物濃
度層(n−層、第1の半導体層)、104はn−層10
3の一方の主表面101側に隣接する、n−層103よ
りも高いn型不純物濃度層(n層、第2の半導体層)、
105はn層104の一方の主表面101側に隣接する
第1のp型高不純物濃度層(p+層、第3の半導体
層)、106は他方の主表面102側におけるn−層1
03内に設けられたp型層(p層、第4の半導体層)、
107はp層106内に設けられたn型高不純物濃度層
(n+層、第5の半導体層)、108はp層106及び
n+層107のそれぞれに接触するように配置されたカ
ソード電極(K)、109はp+層105に接触配置さ
れたアノード電極(A)、110は少なくともp層10
6上に絶縁膜111を介して配置された絶縁ゲート電極
(G)である。
In FIG. 15, 100 is a semiconductor substrate, 1
01 is one main surface of the semiconductor substrate 100, 102 is the other main surface of the semiconductor substrate 100, 103 is an n-type low impurity concentration layer (n-layer, first semiconductor layer), 104 is the n-layer 10.
3, an n-type impurity concentration layer (n layer, second semiconductor layer) higher than the n − layer 103, adjacent to the one main surface 101 side,
Reference numeral 105 denotes a first p-type high impurity concentration layer (p + layer, third semiconductor layer) adjacent to one main surface 101 side of the n layer 104, and 106 denotes an n− layer 1 on the other main surface 102 side.
A p-type layer (p layer, fourth semiconductor layer) provided in 03,
Reference numeral 107 denotes an n-type high impurity concentration layer (n + layer, fifth semiconductor layer) provided in the p layer 106, and reference numeral 108 denotes a cathode electrode (K which is arranged so as to contact the p layer 106 and the n + layer 107, respectively). ), 109 is an anode electrode (A) disposed in contact with the p + layer 105, and 110 is at least the p layer 10
6 is an insulated gate electrode (G) disposed on the surface of the insulating film 111 via the insulating film 111.

【0007】また、図16において、TR1はp+層1
05、n−層103、p層106からなるpnpトラン
ジスタ、TR2はn−層103、p層106、n+層1
07からなるnpnトランジスタ、MTR1は絶縁ゲー
ト電極(G)110、n+層107、p+層106、n
−層103からなるnチャネルMISFET、rはp層
106の横方向抵抗、Rはn−層103の内部抵抗であ
って、図14及び図15に図示のIGBTは、MISF
ET(MTR1)とpnpトランジスタ(TR1)とを
複合した複合半導体装置を構成している。
Further, in FIG. 16, TR1 is a p + layer 1
05, an n-layer 103 and a p-layer 106, and TR2 is an n-layer 103, a p-layer 106 and an n + layer 1.
07 is an npn transistor, MTR1 is an insulated gate electrode (G) 110, an n + layer 107, a p + layer 106, n.
N is a n-channel MISFET made of a layer 103, r is a lateral resistance of the p layer 106, R is an internal resistance of the n-layer 103, and the IGBT shown in FIGS.
A composite semiconductor device in which an ET (MTR1) and a pnp transistor (TR1) are combined is configured.

【0008】前記構成によるIGBT(複合半導体装
置)は、次のように動作する。
The IGBT (composite semiconductor device) having the above structure operates as follows.

【0009】まず、このIGBTをターンオンさせる際
には、カソード電極(K)108に負の電位、アノード
電極(A)109に正の電位をそれぞれ印加し、絶縁ゲ
ート電極(G)110にカソード電極(K)108の電
位よりも正の電位を加える。このとき、絶縁ゲート電極
(G)110の下側のp層106の表面部に反転層(チ
ャネル)が形成され、n+層107とn−層103との
間が短絡されて、nチャネルMISFET(MTR1)
がターンオンするので、カソード電極(K)108から
このnチャネルMISFET(MTR1)を通して注入
された電子(MIS電流)は、n−層103を通してp
1+層105に流れ込み、一方、p1+層105からホ
ールがn−層103に注入される。その結果、n−層1
03は、これらキャリアの蓄積によって電導率変調を生
じ、n−層103の内部抵抗Rが低下するので、IGB
Tはオン状態になる。この場合、p層106における横
方向抵抗rは、十分小さくなるように設計されているの
で、n+層107、p層106、n−層103、p+層
105からなる寄生サイリスタ(2つのトランジスタT
R1、TR2で構成される)は、動作しにくい状態にな
っている。
First, when the IGBT is turned on, a negative potential is applied to the cathode electrode (K) 108, a positive potential is applied to the anode electrode (A) 109, and a cathode electrode is applied to the insulated gate electrode (G) 110. A potential more positive than the potential of (K) 108 is applied. At this time, an inversion layer (channel) is formed on the surface portion of the p layer 106 below the insulated gate electrode (G) 110, and the n + layer 107 and the n− layer 103 are short-circuited to each other, and an n channel MISFET ( MTR1)
Are turned on, the electrons (MIS current) injected from the cathode electrode (K) 108 through the n-channel MISFET (MTR1) p through the n-layer 103.
The holes flow into the 1+ layer 105, while holes are injected into the n− layer 103 from the p1 + layer 105. As a result, n-layer 1
No. 03 causes conductivity modulation due to the accumulation of these carriers, and the internal resistance R of the n− layer 103 decreases, so
T is turned on. In this case, since the lateral resistance r in the p layer 106 is designed to be sufficiently small, the parasitic thyristor (the two transistors T 1 and T 2) is composed of the n + layer 107, the p layer 106, the n− layer 103, and the p + layer 105.
R1 and TR2) are difficult to operate.

【0010】一方、このIGBTをターンオフさせる際
には、絶縁ゲート電極(G)110の電位を、カソード
電極(K)108の電位と同電位にするか、もしくはカ
ソード電極(K)108の電位よりも負の電位にする。
このとき、絶縁ゲート電極(G)110の下側のp層1
06の表面部に形成されていた反転層(チャネル)が消
滅し、n+層107からn−層103に至る電子の注入
通路が遮断されるので、p1+層105からn−層10
3に至るホールの注入もなくなり、このIGBTはオフ
状態になる。
On the other hand, when the IGBT is turned off, the potential of the insulated gate electrode (G) 110 is made equal to the potential of the cathode electrode (K) 108, or more than the potential of the cathode electrode (K) 108. Also to a negative potential.
At this time, the p layer 1 below the insulated gate electrode (G) 110
The inversion layer (channel) formed on the surface portion of 06 disappears, and the electron injection path from the n + layer 107 to the n− layer 103 is blocked, so that the p1 + layer 105 to the n− layer 10
The injection of holes up to 3 is also eliminated, and this IGBT is turned off.

【0011】このように、前記構成によるIBGTは、
p1+層105からn−層103へのホール注入によっ
て、n−層103の電導率変調、即ち、その内部抵抗R
に変化を生じさせるようにしているので、既知のMIS
FETに比べて、オン時の抵抗、即ち、端子間電圧を小
さくできるという利点がある。また、前記構成によるI
BGTは、バイポーラトランジスタのエミッタとなるn
+層107の電子が、絶縁ゲート電極(G)110の電
位により瞬時に注入または遮断されるようになるので、
MISFETに近い高速スイッチング動作を行うことが
可能になる。
As described above, the IBGT having the above structure is
By injecting holes from the p1 + layer 105 to the n− layer 103, conductivity modulation of the n− layer 103, that is, its internal resistance R
The known MIS
Compared with the FET, there is an advantage that the resistance when turned on, that is, the voltage between terminals can be reduced. In addition, I
BGT is n, which is the emitter of the bipolar transistor.
The electrons of the + layer 107 are instantaneously injected or blocked by the potential of the insulated gate electrode (G) 110,
It becomes possible to perform high-speed switching operation close to that of MISFET.

【0012】次に、前記IGBTの他にも、近年になっ
て、絶縁ゲート電極でサイリスタ制御を行うようにした
新しい型の複合半導体装置が提案されており、このよう
な複合半導体装置は、例えば、アイ・エス・ピー・エス
・ディー(1992年)第256頁乃至第260頁(P
roceedings of 1992 Intern
ational Symposium on Powe
rSemiconductor Device & I
Cs、Tokyo、pp.256−260)に開示され
ている。
Next, in addition to the above-mentioned IGBT, in recent years, a new type of composite semiconductor device has been proposed in which thyristor control is performed by an insulated gate electrode. , I.S.P.S.D. (1992) pp. 256-260 (P
rosecedings of 1992 Intern
national Symposium on Powe
rSemiconductor Device & I
Cs, Tokyo, pp. 256-260).

【0013】図17は、前記開示による複合半導体装置
の構成を示す概略の断面図であり、図18は、前記開示
による半導体装置の等価回路図である。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the composite semiconductor device disclosed above, and FIG. 18 is an equivalent circuit diagram of the semiconductor device disclosed above.

【0014】図17において、112は半導体基体、1
13は半導体基体112の一方の主表面、114は半導
体基体112の他方の主表面、115はn型低不純物濃
度層(n−層、第1の半導体層)、116はn−層11
5の一方の主表面113側に隣接する、n−層115よ
りも高いn型不純物濃度層(n層、第2の半導体層)、
117はn層116の一方の主表面113側に隣接する
第1のp型高不純物濃度層(p1+層、第3の半導体
層)、118は他方の主表面114側におけるn−層1
15内に設けられた第2のp型高不純物濃度層(p2+
層、第4の半導体層)、119は他方の主表面114側
におけるn−層115内に、p2+層118に隣接する
n−層115とp2+層118との間のp型低不純物濃
度層(p−層、第5の半導体層)、120はp2+層1
18とp−層119とに股がって設けられたp2+層1
18より高い第1のn型不純物濃度層(n1+層、第6
の半導体層)、121はp−層119内に、n1+層1
20と離間して設けられ、p−層119よりも高い第2
のn型不純物濃度層(n2+、第7の半導体層)、12
2はn1+層120とn2+層121の間のp−層11
9の露出面に、絶縁膜(図示なし)を介して対向形成配
置された第1の絶縁ゲート電極(G1)、123はn−
層115及びp2+層118の間のp−層119の露出
面に、絶縁膜(図示なし)を介して対向形成配置された
第2の絶縁ゲート電極(G2)、124はp2+層11
8及びn1+層120に接触するカソード電極(K)、
125はp1+層117に接触するアノード電極(A)
である。
In FIG. 17, 112 is a semiconductor substrate, 1
13 is one main surface of the semiconductor substrate 112, 114 is the other main surface of the semiconductor substrate 112, 115 is an n-type low impurity concentration layer (n-layer, first semiconductor layer), 116 is n-layer 11
5, an n-type impurity concentration layer (n layer, second semiconductor layer) higher than the n − layer 115, adjacent to the one main surface 113 side,
Reference numeral 117 denotes a first p-type high impurity concentration layer (p1 + layer, third semiconductor layer) adjacent to one main surface 113 side of n layer 116, and 118 denotes n− layer 1 on the other main surface 114 side.
The second p-type high impurity concentration layer (p2 +
P, a fourth semiconductor layer), and 119 are p-type low impurity concentration layers (n-layer 115 adjacent to the p2 + layer 118 and the p2 + layer 118) in the n− layer 115 on the other main surface 114 side. p− layer, fifth semiconductor layer), 120 is p2 + layer 1
18 and the p− layer 119, which is formed in a crotch manner on the p2 + layer 1
A first n-type impurity concentration layer higher than 18 (n1 + layer, sixth
Semiconductor layer) of the n1 + layer 1 in the p- layer 119.
20 separated from 20 and higher than the p − layer 119
N-type impurity concentration layer (n2 +, seventh semiconductor layer), 12
2 is the p− layer 11 between the n1 + layer 120 and the n2 + layer 121.
The first insulated gate electrodes (G1) and 123, which are formed to face each other on the exposed surface of 9 through an insulating film (not shown), are n-
A second insulated gate electrode (G2) and 124 are formed on the exposed surface of the p − layer 119 between the layer 115 and the p 2 + layer 118 so as to face each other via an insulating film (not shown).
8 and the cathode electrode (K) in contact with the n1 + layer 120,
125 is an anode electrode (A) in contact with the p1 + layer 117
Is.

【0015】また、図18において、TR1はp1+層
117、n−層115、p−層119からなる第1のp
npトランジスタ、TR2はn−層115、p−層11
9、n2+層121からなる第1のnpnトランジスタ
であって、それらはサイリスタを構成している。MTR
1は第1の絶縁ゲート電極(G1)122、n1+層1
20、p−層119、n2+層121からなる第1のn
チャネルMISFET、MTR2は第2の絶縁ゲート電
極(G2)123、n2+層121、p−層119、n
−層115からなる第2のnチャネルMISFETであ
る。さらに、TR3はp1+層117、n−層115、
p2+層118からなる第2のpnpトランジスタ、T
R4はn−層115、p2+層118、n1+層120
からなる第2のnpnトランジスタであって、それらは
寄生サイリスタを構成している。なお、r1はp−層1
19の横方向抵抗、r2はp2+層118の横方向抵
抗、Rはn−層115の内部抵抗である。
Further, in FIG. 18, TR1 is a first p-layer formed of a p1 + layer 117, an n- layer 115 and a p- layer 119.
np transistor, TR2 is n-layer 115, p-layer 11
9, a first npn transistor composed of the n2 + layer 121, which constitutes a thyristor. MTR
1 is the first insulated gate electrode (G1) 122, n1 + layer 1
20, p− layer 119, n2 + layer 121
The channel MISFET and MTR2 are the second insulated gate electrode (G2) 123, the n2 + layer 121, the p− layer 119, and n.
A second n-channel MISFET consisting of layer 115. Further, TR3 includes p1 + layer 117, n− layer 115,
a second pnp transistor made of the p2 + layer 118, T
R4 is an n− layer 115, a p2 + layer 118, and an n1 + layer 120.
A second npn transistor consisting of, which constitutes a parasitic thyristor. Note that r1 is the p-layer 1
19 is a lateral resistance, r2 is a lateral resistance of the p2 + layer 118, and R is an internal resistance of the n− layer 115.

【0016】前記構成による複合半導体装置は、次のよ
うに動作する。
The composite semiconductor device having the above structure operates as follows.

【0017】まず、この複合半導体装置をターンオンさ
せる際には、カソード電極(K)124に負の電位、ア
ノード電極(A)125に正の電位をそれぞれ印加し、
第1の絶縁ゲート電極(G1)122及び第2の絶縁ゲ
ート電極(G2)123のそれぞれにカソード電極
(K)124の電位よりも正の電位を印加する。このと
き、第1の絶縁ゲート電極(G1)122及び第2の絶
縁ゲート電極(G2)123のそれぞれの下側のp−層
119の表面部に反転層(チャネル)が形成され、n1
+層120とn2+層121との間、及び、n2+層1
21とn−層115との間がそれぞれ短絡されて、第1
のnチャネルMISFET(MTR1)及び第2のnチ
ャネルMISFET(MTR2)がともにターンオンす
るので、カソード電極(K)124から第1のnチャネ
ルMISFET(MTR1)及び第2のnチャネルMI
SFET(MTR2)を通して注入された電子(MIS
電流)がn−層115を通ってp1+層117に流れ込
み、一方、p1+層117からn−層115にホールが
注入される。このホールの注入に基づくホール電流がp
−層119に達し、そこからカソード電極(K)124
方向に流れると、p−層119の横方向抵抗r1によっ
てp−層119内に電位差が生じる。そして、この電位
差が、p−層119とn2+層121との間の拡散電位
(シリコンにおいては、室温で約0.7V)を超える
と、電子がn2+層121から直接n−層115に注入
され、これにより第1のpnpトランジスタ(TR1)
と第1のnpnトランジスタ(TR2)とからなるサイ
リスタが点弧し、この複合半導体装置がオン状態とな
る。この場合、p2+層118の横方向抵抗r2は、p
2+層118が高い不純物濃度を持つものであるため十
分に小さく、第2のpnpトランジスタ(TR3)と第
2のnpnトランジスタ(TR4)とからなる寄生サイ
リスタはオンしにくくなっている。
First, when the composite semiconductor device is turned on, a negative potential is applied to the cathode electrode (K) 124 and a positive potential is applied to the anode electrode (A) 125.
A positive potential higher than the potential of the cathode electrode (K) 124 is applied to each of the first insulated gate electrode (G1) 122 and the second insulated gate electrode (G2) 123. At this time, an inversion layer (channel) is formed on the surface portion of the p − layer 119 below each of the first insulated gate electrode (G1) 122 and the second insulated gate electrode (G2) 123, and n1 is formed.
Between the + layer 120 and the n2 + layer 121, and the n2 + layer 1
21 and the n − layer 115 are respectively short-circuited, and the first
Since both the n-channel MISFET (MTR1) and the second n-channel MISFET (MTR2) are turned on, the first n-channel MISFET (MTR1) and the second n-channel MISFET (MTR1) from the cathode electrode (K) 124 are turned on.
Electrons injected through the SFET (MTR2) (MIS
Current) flows through the n− layer 115 into the p1 + layer 117, while holes are injected from the p1 + layer 117 into the n− layer 115. The hole current due to this hole injection is p
Reaching the layer 119, from which the cathode electrode (K) 124
When flowing in the direction, the lateral resistance r1 of the p-layer 119 causes a potential difference in the p-layer 119. When this potential difference exceeds the diffusion potential between the p- layer 119 and the n2 + layer 121 (about 0.7 V at room temperature in silicon), electrons are directly injected from the n2 + layer 121 into the n- layer 115. , By this, the first pnp transistor (TR1)
And a first npn transistor (TR2) ignite, and the composite semiconductor device is turned on. In this case, the lateral resistance r2 of the p2 + layer 118 is p
Since the 2+ layer 118 has a high impurity concentration, it is sufficiently small, and the parasitic thyristor including the second pnp transistor (TR3) and the second npn transistor (TR4) is hard to turn on.

【0018】一方、この複合半導体装置をターンオフさ
せる際には、第1の絶縁ゲート電極(G1)122及び
第2の絶縁ゲート電極(G2)123の電位をカソード
電極(K)124の電位と同電位にするか、もしくはカ
ソード電極(K)124の電位よりも負の電位にする。
このとき、第1の絶縁ゲート電極(G1)122及び第
2の絶縁ゲート電極(G2)123の下側のp−層11
9表面部に形成されていた反転層(チャネル)が消滅
し、n2+層121からn−層115への電子の注入が
遮断されるので、p1+層117からn−層115への
ホールの注入もなくなり、この複合半導体装置はオフ状
態になる。
On the other hand, when the composite semiconductor device is turned off, the potentials of the first insulated gate electrode (G1) 122 and the second insulated gate electrode (G2) 123 are made equal to the potential of the cathode electrode (K) 124. The potential is set to be negative or more negative than the potential of the cathode electrode (K) 124.
At this time, the p − layer 11 under the first insulated gate electrode (G1) 122 and the second insulated gate electrode (G2) 123 is formed.
9 Since the inversion layer (channel) formed on the surface portion disappears and the electron injection from the n2 + layer 121 to the n− layer 115 is blocked, the hole injection from the p1 + layer 117 to the n− layer 115 is also performed. It disappears, and this composite semiconductor device is turned off.

【0019】この複合半導体装置(MISゲート型サイ
リスタ)は、サイリスタ機能を用いていることにより、
カソード電極(K)124から第1のnチャネルMIS
FET(MTR1)を通してn2+層119に供給され
た電子が、n2+層119内を横方向に拡がって流れる
ため、オン時の端子間電圧(オン時の抵抗)を既知のI
GBTに比べて小さくできるという利点がある。また、
この複合半導体装置は、第1の絶縁ゲート電極(G1)
122及び第2の絶縁ゲート電極(G2)123に所定
極性の電位を印加・除去することによりオン・オフする
ことができるので、既知のIGBTと同様にゲート回路
の構成が極めて簡略化できるという利点がある。
Since this composite semiconductor device (MIS gate type thyristor) uses the thyristor function,
From the cathode electrode (K) 124 to the first n-channel MIS
Since electrons supplied to the n2 + layer 119 through the FET (MTR1) spread laterally in the n2 + layer 119, the voltage between terminals at the time of on (resistance at the time of on) is known as I
It has an advantage that it can be made smaller than the GBT. Also,
This composite semiconductor device has a first insulated gate electrode (G1).
Since it can be turned on / off by applying / removing a potential of a predetermined polarity to 122 and the second insulated gate electrode (G2) 123, the structure of the gate circuit can be extremely simplified like the known IGBT. There is.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の複合半導体装置において、前記IGBTは、以下に述
べるように、高耐圧化及び大電流化に対する処置が難し
く、大容量の電力を取り扱うインバータ装置に適用する
ことが困難であるという問題があり、前記MISゲート
型サイリスタは、点弧しにくいという問題がある。
However, in these composite semiconductor devices, the IGBT is difficult to deal with high breakdown voltage and large current as described below, and is applied to an inverter device handling a large amount of electric power. However, there is a problem that the MIS gate type thyristor is difficult to fire.

【0021】即ち、図5(b)は、前記IGBTのオン
状態におけるカソード側の電流流線シュミレーションの
結果を示す動作説明図である。
That is, FIG. 5B is an operation explanatory view showing the result of the current stream line simulation on the cathode side in the ON state of the IGBT.

【0022】図5(b)に示されるように、カソード電
極(K)108から反転層(チャネル)を通してn−層
103に流入される電子は、絶縁ゲート電極(G)11
0直下にあるn−層103の表面に形成されるn+蓄積
層によって若干横方向にも拡がるが、このn+蓄積層の
抵抗が大きいために十分に拡がらない。このため、カソ
ード電極(K)108から離れている所(図16におい
ては右側の絶縁ゲート電極110の下側部分)は、電流
が流れにくく、オン電圧が大きくなってしまう。一方、
p層106の下側領域も、n−層105の電位降下に基
づく空乏化の発生により、電流が流れにくい。これらの
現象は、n−層105の不純物濃度が低い高耐圧のもの
程顕著に生じる。即ち、IGBTが高耐圧化されればさ
れる程、絶縁ゲート電極(G)110の長さを長くする
必要があり、この結果、n−層105における横方向へ
の電流の拡がりはより悪化する。これは要するに、カソ
ード電極(K)108側からの電子の供給が少なくなる
のと等価になるので、n−層105内の電導率変調効果
が小さくなり、IGBTにおけるオン電圧の増大を招く
ので、高耐圧化を図ると、大容量の電力処理が難しくな
ってしまうという問題を生じるようになる。
As shown in FIG. 5B, the electrons flowing from the cathode electrode (K) 108 into the n − layer 103 through the inversion layer (channel) are insulated gate electrodes (G) 11
The n + storage layer formed on the surface of the n− layer 103 immediately below 0 spreads slightly in the lateral direction, but the resistance of the n + storage layer is large, so that it does not spread sufficiently. For this reason, in a portion away from the cathode electrode (K) 108 (a lower portion of the right side insulated gate electrode 110 in FIG. 16), it is difficult for current to flow, and the on-voltage increases. on the other hand,
Also in the lower region of the p layer 106, a current hardly flows due to depletion due to the potential drop of the n − layer 105. These phenomena occur remarkably as the n-layer 105 has a low impurity concentration and a high breakdown voltage. That is, the higher the breakdown voltage of the IGBT, the longer the length of the insulated gate electrode (G) 110 needs to be, and as a result, the lateral spread of the current in the n− layer 105 becomes worse. . In short, this is equivalent to a decrease in the supply of electrons from the cathode electrode (K) 108 side, so that the conductivity modulation effect in the n − layer 105 is reduced and the on-voltage in the IGBT is increased. When the withstand voltage is increased, it becomes difficult to process a large amount of electric power.

【0023】また、前記MISゲート型サイリスタは、
そのターンオン時において、第1の絶縁ゲート電極(G
1)122及び第2の絶縁ゲート電極(G2)123の
下側のp−層119の表面部に反転層(チャネル)が形
成され、第1のnチャネルMISFET(MTR1)及
び第2のnチャネルMISFET(MTR2)がそれぞ
れオンし、n1+層120とn2+層121との間、及
び、n2+層121とn−層115との間がそれぞれ短
絡されので、電子(MIS電流)がカソード電極(K)
124からn−層115に注入される。このとき、図1
8に示された等価回路からも明らかなように、電子(M
IS電流)は、第1のnチャネルMISFET(MTR
1)及び第2のnチャネルMISFET(MTR2)の
2つの反転層(チャネル)を通る際に、これら反転層の
チャネル抵抗によってその電流の大きさが制限されるの
で、p1+層117からn−層115に注入されるホー
ル電流の大きさも小さくなり、第1のpnpトランジス
タ(TR1)及び第2のnpnトランジスタ(TR2)
からなるサイリスタは点弧しにくくなる。これを防ぐた
めに、第2のnチャネルMISFET(MTR2)のエ
リア(チャネル幅)を広くするか、もしくはn2+層1
21のエリアを小さくする手段が考えられるが、これら
の手段は、複合半導体素子全体に主電流を流すサイリス
タ領域の配置面積を小さくすることに他ならないことか
ら、オン時の端子間電圧(オン時の抵抗)が大きくなっ
てしまい、既知のIGBTと同様な問題が生ずるように
なる。
Further, the MIS gate type thyristor is
At the time of turn-on, the first insulated gate electrode (G
1) An inversion layer (channel) is formed on the surface of the p − layer 119 below the 122 and the second insulated gate electrode (G2) 123, and the first n-channel MISFET (MTR1) and the second n-channel are formed. Since the MISFET (MTR2) is turned on and the n1 + layer 120 and the n2 + layer 121 are short-circuited and the n2 + layer 121 and the n− layer 115 are short-circuited, electrons (MIS current) are generated in the cathode electrode (K).
Implanted from 124 into n-layer 115. At this time,
As is clear from the equivalent circuit shown in FIG.
The IS current is the first n-channel MISFET (MTR
1) and the second n-channel MISFET (MTR2) pass through the two inversion layers (channels), the channel resistance of these inversion layers limits the magnitude of the current. The magnitude of the hole current injected into 115 is also reduced, and the first pnp transistor (TR1) and the second npn transistor (TR2) are also included.
A thyristor consisting of is difficult to fire. In order to prevent this, the area (channel width) of the second n-channel MISFET (MTR2) is widened, or the n2 + layer 1 is formed.
Although it is conceivable to reduce the area of No. 21, since these means are nothing but to reduce the arrangement area of the thyristor region through which the main current flows in the entire composite semiconductor element, the inter-terminal voltage (ON time) is turned on. Resistance becomes large, and problems similar to those of known IGBTs occur.

【0024】本発明は、前記各問題点を除去するもので
あって、その目的は、オン時の端子間電圧(オン時の抵
抗)を小さくし、高耐圧化及び大電流化を達成可能にし
た複合半導体装置を提供することにある。
The present invention eliminates the above-mentioned problems, and an object thereof is to reduce the voltage between terminals at the time of ON (resistance at the time of ON), and to achieve high breakdown voltage and large current. To provide a composite semiconductor device.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、一対の主表面を有する半導体基体であっ
て、低不純物濃度の第1導電型の第1の半導体層と、一
方の主表面における前記第1の半導体層に隣接配置され
た高不純物濃度の第2導電型の第2の半導体層と、他方
の主表面における前記第1の半導体層内に、前記半導体
基体の一辺に平行であり、かつ、互いに離間して設けら
れた複数の帯状の高不純物濃度の第2導電型の第3の半
導体層と、前記複数本の第3の半導体層内のそれぞれに
その長手方向に沿って設けられた高不純物濃度の第1導
電型の第4の半導体層と、他方の主表面における前記第
1の半導体層内に、両側縁部が2つの前記第3の半導体
層内の対向する側縁部にそれぞれ接するように設けられ
た高不純物濃度の第1導電型の第5の半導体層と、前記
第1の半導体層及び前記第5の半導体層との間に設けら
れ、前記第1の半導体層及び前記第5の半導体層とを直
接接触させる少なくとも1つの切欠部を有する低不純物
濃度の第2導電型の第6の半導体層とからなる半導体基
体と、前記一方の主表面における前記第2の半導体層に
低抵抗接触状態で配置された第1の主電極と、前記他方
の主表面における前記第3の半導体層及び第4の半導体
層のそれぞれに低抵抗接触状態で配置された第2の主電
極と、前記他方の主表面における前記第4の半導体層及
び前記第5の半導体層との間の露出した前記第3の半導
体層に対向絶縁配置された制御電極とを具備する第1の
手段を備える。
In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor substrate having a pair of main surfaces, a first semiconductor layer of a first conductivity type having a low impurity concentration, and one of A second semiconductor layer of the second conductivity type having a high impurity concentration, which is disposed adjacent to the first semiconductor layer on the main surface of the second semiconductor layer, and one side of the semiconductor substrate in the first semiconductor layer on the other main surface. A plurality of strip-shaped high-concentration second-conductivity-type third semiconductor layers that are parallel to each other and are spaced apart from each other, and the longitudinal direction in each of the plurality of third semiconductor layers. A fourth semiconductor layer of the first conductivity type having a high impurity concentration provided along the first semiconductor layer on the other main surface, and a third semiconductor layer having two side edges in the third semiconductor layer. The high impurity concentration At least a first-conductivity-type fifth semiconductor layer is provided between the first semiconductor layer and the fifth semiconductor layer, and is in direct contact with the first semiconductor layer and the fifth semiconductor layer. A semiconductor substrate composed of a sixth semiconductor layer of the second conductivity type having a low impurity concentration having one cutout portion, and a first semiconductor element arranged in a low resistance contact state with the second semiconductor layer on the one main surface. Main electrode, a second main electrode arranged in low resistance contact with each of the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer on the other main surface, and the fourth main electrode on the other main surface. A semiconductor layer and a control electrode facing the third semiconductor layer between the fifth semiconductor layer and the exposed third semiconductor layer.

【0026】また、前記目的を達成するために、本発明
は、一対の主表面を有する半導体基体であって、低不純
物濃度の第1導電型の第1の半導体層と、一方の主表面
における前記第1の半導体層に隣接配置された高不純物
濃度の第2導電型の第2の半導体層と、他方の主表面に
おける前記第1の半導体層内に、前記半導体基体の一辺
に平行に設けられた帯状の高不純物濃度の第2導電型の
第3の半導体層と、前記第3の半導体層内にその長手方
向に沿って設けられた高不純物濃度の第1導電型の第4
の半導体層と、他方の主表面における前記第1の半導体
層内に、一方の側縁部が前記第3の半導体層の側縁部に
接するように設けられた高不純物濃度の第1導電型の第
5の半導体層と、他方の主表面における前記第1の半導
体層内に、前記第5の半導体層に平行離間配置された高
不純物濃度の第1導電型の第6の半導体層と、前記第1
の半導体層及び前記第6の半導体層との間に、一方の側
縁部が前記第5の半導体層の側縁部に接するように設け
られた高不純物濃度の第2導電型の第7の半導体層と、
前記第4の半導体層及び前記第5の半導体層との間の前
記第3の半導体層内表面に設けられ、低不純物濃度の第
2導電型の第8の半導体層と、前記第5の半導体層及び
前記第6の半導体層との間の前記第7の半導体層内表面
に設けられ、高不純物濃度の第1導電型の第9の半導体
層とからなる半導体基体と、前記一方の主表面における
前記第2の半導体層に低抵抗接触状態で配置された第1
の主電極と、前記他方の主表面における前記第3の半導
体層及び前記第4の半導体層のそれぞれに低抵抗接触状
態で配置された第2の主電極と、前記他方の主面におけ
る前記第4の半導体層及び前記第5の半導体層との間に
露出する前記第8の半導体層に対向絶縁配置された第1
の制御電極と、前記第5の半導体層及び前記第6の半導
体層との間に露出する前記第9の半導体層に対向絶縁配
置された第2の制御電極とを具備する第2の手段を備え
る。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is a semiconductor substrate having a pair of main surfaces, a first semiconductor layer of the first conductivity type having a low impurity concentration, and one main surface. The second semiconductor layer of the second conductivity type having a high impurity concentration disposed adjacent to the first semiconductor layer and the first semiconductor layer on the other main surface are provided in parallel to one side of the semiconductor substrate. A strip-shaped high impurity concentration second conductive type third semiconductor layer, and a high impurity concentration first conductive type fourth semiconductor layer provided in the third semiconductor layer along the longitudinal direction thereof.
Second semiconductor layer and the first semiconductor layer on the other main surface, the first conductivity type of high impurity concentration provided so that one side edge portion is in contact with the side edge portion of the third semiconductor layer. A fifth semiconductor layer, and a high-concentration first-conductivity-type sixth semiconductor layer, which is arranged in parallel with the fifth semiconductor layer in the first semiconductor layer on the other main surface, The first
Between the semiconductor layer and the sixth semiconductor layer, one side edge portion of which is provided so as to contact the side edge portion of the fifth semiconductor layer, and a high impurity concentration second conductivity type seventh A semiconductor layer,
An eighth semiconductor layer of the second conductivity type, which is provided on the inner surface of the third semiconductor layer between the fourth semiconductor layer and the fifth semiconductor layer and has a low impurity concentration; and the fifth semiconductor A semiconductor substrate, which is provided on the inner surface of the seventh semiconductor layer between the second semiconductor layer and the sixth semiconductor layer, and includes a ninth semiconductor layer of the first conductivity type having a high impurity concentration, and the one main surface. In a low resistance contact state on the second semiconductor layer in
Main electrode, a second main electrode arranged in a low resistance contact state with each of the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer on the other main surface, and the second main electrode on the other main surface. A fourth semiconductor layer and a first semiconductor layer, which is disposed so as to face the eighth semiconductor layer exposed between the fifth semiconductor layer and the fourth semiconductor layer.
Second control electrode and a second control electrode facing the ninth semiconductor layer exposed between the fifth semiconductor layer and the sixth semiconductor layer. Prepare

【0027】[0027]

【作用】前記第1の手段によれば、IGBT形成領域に
1個のMISFETを設けるだけであるので、カソード
電極からMISFETのチャネルを通って供給される電
子がサイリスタ形成領域に十分に拡がって流れるように
なり、複合半導体装置のオン時の端子間電圧(オン時の
抵抗)を十分低くすることができる。また、第1の半導
体層(n−層)と第5の半導体層(n2+層)との間
に、第1の半導体層(n−層)と第5の半導体層(n2
+層)とを直接接触させる少なくとも1つの切欠部を持
った第6の半導体層(p−層)を設けているので、サイ
リスタ形成領域のn−層(nエミッタ層)が部分的にn
2+層(nベース層)に接するようになり、サイリスタ
領域を点弧させるのに必要なMIS電流が1つのMIS
FETのチャネル抵抗だけを介して流れるので、比較的
小さなIGBT領域またはMIS領域を設けるだけで容
易にサイリスタを点弧でき、IGBT領域に存在する1
個のMISFETによってIGBT電流とサイリスタ電
流の双方を制御することができ、結果的に、複合半導体
装置の高耐圧化及び高電流化が可能になる。
According to the first means, since only one MISFET is provided in the IGBT formation region, the electrons supplied from the cathode electrode through the channel of the MISFET sufficiently spread in the thyristor formation region. As a result, the inter-terminal voltage (resistance when on) of the composite semiconductor device when it is on can be made sufficiently low. Further, the first semiconductor layer (n− layer) and the fifth semiconductor layer (n2− layer) are provided between the first semiconductor layer (n− layer) and the fifth semiconductor layer (n2 + layer).
Since the sixth semiconductor layer (p− layer) having at least one cutout portion that directly contacts the + layer) is provided, the n− layer (n emitter layer) in the thyristor formation region is partially n.
It comes into contact with the 2+ layer (n base layer), and the MIS current required to ignite the thyristor region is one MIS.
Since it flows only through the channel resistance of the FET, the thyristor can be easily ignited by providing a relatively small IGBT region or MIS region, and the thyristor exists in the IGBT region.
Both the IGBT current and the thyristor current can be controlled by the individual MISFETs, and as a result, the composite semiconductor device can have a high breakdown voltage and a high current.

【0028】また、前記第2の手段によれば、第1の半
導体層(n−層)の表面に、互いに離間配置された第1
導電型の高不純物濃度の第4の半導体層(n1+層)、
第5の半導体層(n2+層)、第6の半導体層(n3+
層)をそれぞれ設けるとともに、少なくとも第4の半導
体層(n1+層)と第5の半導体層(n2+層)の間に
第2導電型の高不純物濃度の第3の半導体層(p2+
層)、第5の半導体層(n2+層)と第6の半導体層
(n3+層)との間に第2導電型の低不純物濃度の第8
の半導体層(p−層)を設けたことによって、第1及び
第2のMISFETが形成されるが、サイリスタ領域を
点弧させるのに必要なMIS電流は、第1のMISFE
Tのチャネル抵抗だけを介して第1の半導体層(n−
層)に流れるので、容易にサイリスタを点弧することが
でき、一方、サイリスタ電流(電子流)は、第1及び第
2のMISFETを通して流れるものの、第2のMIS
FETはチャネル抵抗の小さいデプレッション型である
ので、実質的に第1のMISFETを通して流れたもの
と等価になり、複合半導体装置のオン時の端子間電圧
(オン時の抵抗)を十分低くすることができ、結果的
に、複合半導体装置の高耐圧化及び高電流化が可能にな
る。
Further, according to the second means, the first semiconductor layers (n-layer) are provided on the surface of the first semiconductor layer (n-layer) so as to be spaced apart from each other.
A conductive type fourth semiconductor layer (n1 + layer) having a high impurity concentration,
Fifth semiconductor layer (n2 + layer), sixth semiconductor layer (n3 +)
Layers) respectively, and at least between the fourth semiconductor layer (n1 + layer) and the fifth semiconductor layer (n2 + layer), the second conductive type third semiconductor layer (p2 +) having a high impurity concentration is provided.
Layer), and between the fifth semiconductor layer (n2 + layer) and the sixth semiconductor layer (n3 + layer), the second conductivity type eighth low impurity concentration layer.
Although the first and second MISFETs are formed by providing the semiconductor layer (p-layer) of the first MISFET, the MIS current required to ignite the thyristor region is the first MISFE.
The first semiconductor layer (n−
Layer), the thyristor can be easily ignited, while the thyristor current (electron current) flows through the first and second MISFETs, but the second MISFET.
Since the FET is a depletion type with a small channel resistance, it is substantially equivalent to that flowing through the first MISFET, and the inter-terminal voltage (ON resistance) of the composite semiconductor device at ON time can be made sufficiently low. As a result, it is possible to increase the breakdown voltage and current of the composite semiconductor device.

【0029】[0029]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0030】図1は、本発明に係わる複合半導体装置の
第1の実施例の構成を示すもので、(a)はカソード電
極や絶縁膜を部分的に除去している概略斜視断面図であ
り、(b)は同じくカソード電極や絶縁膜を部分的に除
去している平面図である。
FIG. 1 shows the structure of a first embodiment of a composite semiconductor device according to the present invention. FIG. 1A is a schematic perspective sectional view in which a cathode electrode and an insulating film are partially removed. , (B) are plan views in which the cathode electrode and the insulating film are also partially removed.

【0031】図1(a)、(b)において、1は半導体
基体、1aはその一方の主表面、1bはその他方の主表
面、2は半導体基体1の一方の主表面1a側に隣接する
n型低不純物濃度層(n−層、第1の半導体層)、3は
n−層2の一方の主表面1a側に隣接するn−層2より
も高濃度のn型不純物層(n層、第1の半導体層)、4
はn層3の一方の主表面1a側に隣接する第1のp型高
不純物層(p1+層、第2の半導体層)、5は他方の主
表面1bにおけるn−層2内に、半導体基体1の一対の
対向する辺に平行で、かつ、互いに離間して設けられた
2つの帯状のp型不純物層(p層、第3の半導体層)、
6は2つの帯状のp層5内の一部に、p層5の長手方向
に沿って設けられた同じく2つの帯状の第2のp型高不
純物層(p2+層、第3の半導体層)、7は2つの帯状
のp2+層6内の一部に、p2+層6の長手方向に沿っ
て設けられた同じく2つの帯状の第1のn型高不純物層
(n1+層、第4の半導体層)、8は他方の主表面1b
におけるn−層2内に、その両側縁部が2つの帯状のp
層5の向かい合う側縁部にそれぞれ接するように設けら
れた第2のn型高不純物濃度層(n2+層、第5の半導
体層)、9はn−層2とn2+層8との間に設けられ、
n−層2とn2+層8とを部分的に直接接触させる複数
の切欠部9aを有するp型低不純物濃度層(p−層、第
6の半導体層)、10はn1+層7とn2+層8との間
で露出したp層5の表面に絶縁層11を介して載置され
た2本の細長い絶縁ゲート電極(G)、12はn1+層
7のの露出面の一部、2本の絶縁ゲート電極(G)10
の上、n2+層8の露出面をそれぞれ覆うように設けら
れた絶縁膜、13はp1+層4の一方の主表面1a側に
低抵抗接触状態で設けられたアノード電極(A)、14
はp2+層6、n1+層7の各露出面に低抵抗接触状態
になり、かつ、絶縁膜12を覆うように設けられたカソ
ード電極(K)である。
In FIGS. 1A and 1B, 1 is a semiconductor substrate, 1a is one main surface thereof, 1b is the other main surface thereof, and 2 is adjacent to one main surface 1a side of the semiconductor substrate 1. The n-type low impurity concentration layer (n-layer, first semiconductor layer) 3 is an n-type impurity layer (n-layer) having a higher concentration than the n-layer 2 adjacent to the one main surface 1a side of the n-layer 2. , The first semiconductor layer), 4
Is a first p-type high impurity layer (p1 + layer, second semiconductor layer) adjacent to one main surface 1a of the n layer 3, and 5 is a semiconductor substrate in the n− layer 2 on the other main surface 1b. Two strip-shaped p-type impurity layers (p layer, third semiconductor layer) provided in parallel to one pair of opposing sides and spaced apart from each other;
Reference numeral 6 denotes two strip-shaped second p-type high impurity layers (p2 + layer, third semiconductor layer) also provided in a part of the two strip-shaped p layers 5 along the longitudinal direction of the p layer 5. , 7 are two strip-shaped first n-type high impurity layers (n1 + layer, fourth semiconductor layer) provided in a part of the two strip-shaped p2 + layers 6 along the longitudinal direction of the p2 + layer 6. ), 8 is the other main surface 1b
In the n-layer 2 in which the two edges are two strips of p.
A second n-type high impurity concentration layer (n2 + layer, fifth semiconductor layer) 9 is provided between the n− layer 2 and the n2 + layer 8 so as to be in contact with the opposite side edges of the layer 5, respectively. The
A p-type low impurity concentration layer (p- layer, sixth semiconductor layer) having a plurality of cutouts 9a for partially directly contacting the n− layer 2 and the n2 + layer 8, 10 is the n1 + layer 7 and the n2 + layer 8 Between the two elongated insulating gate electrodes (G) placed on the surface of the p layer 5 exposed between the insulating layer 11 and the insulating layer 11 and a part of the exposed surface of the n1 + layer 7 and two insulating gate electrodes. Gate electrode (G) 10
An insulating film provided so as to cover the exposed surface of the n2 + layer 8, and 13 are anode electrodes (A) provided in a low resistance contact state on one main surface 1a side of the p1 + layer 4;
Is a cathode electrode (K) provided on each exposed surface of the p2 + layer 6 and the n1 + layer 7 in a low resistance contact state and covering the insulating film 12.

【0032】そして、n−層2とn層3は、第1の半導
体層を構成し、p層5とp2+層6は、第3の半導体層
を構成する。n−層2、n層3、p1+層4、p層5、
p2+層6、n1+層7、n2+層8、p−層9は、全
体として半導体基体1を構成する。また、p−層9に設
けられる複数の切欠部9aは、帯状のものからなり、半
導体基体1の一対の対向する辺に略直交する方向、即
ち、絶縁ゲート電極(G)12の長手方向に略直交する
方向に向いて延びており、かつ、絶縁ゲート電極(G)
12の長手方向に沿って等間隔に配置されている。この
場合、p−層9の配置部分は、n−層2とn2+層8と
の間にp−層9が介在しているが、p−層9の切欠部9
aの配置部分は、n−層2とn2+層8とが切欠部9a
を通して直接結合されている。さらに、2つの絶縁ゲー
ト電極(G)12は、図示されない箇所において電気的
に互いに接続されている。
The n− layer 2 and the n layer 3 form a first semiconductor layer, and the p layer 5 and the p2 + layer 6 form a third semiconductor layer. n− layer 2, n layer 3, p1 + layer 4, p layer 5,
The p2 + layer 6, the n1 + layer 7, the n2 + layer 8 and the p− layer 9 constitute the semiconductor substrate 1 as a whole. The plurality of cutouts 9a provided in the p- layer 9 are formed in a strip shape, and are substantially orthogonal to the pair of opposed sides of the semiconductor substrate 1, that is, in the longitudinal direction of the insulated gate electrode (G) 12. Insulated gate electrode (G) that extends in a direction substantially orthogonal to each other
They are arranged at equal intervals along the longitudinal direction of 12. In this case, in the arrangement portion of the p− layer 9, the p− layer 9 is interposed between the n− layer 2 and the n2 + layer 8, but the cutout portion 9 of the p− layer 9 is formed.
In the arrangement portion of a, the n− layer 2 and the n2 + layer 8 are notched 9a.
Are directly connected through. Further, the two insulated gate electrodes (G) 12 are electrically connected to each other at a position not shown.

【0033】次に、図2は、図1(b)に示されたA−
Aライン部分及びB−Bライン部分の横断面図であり、
図3は、同じく図1(b)に示されたC−Cライン部分
の横断面図である。
Next, FIG. 2 shows the line A- shown in FIG.
It is a cross-sectional view of an A line portion and a BB line portion,
FIG. 3 is a cross-sectional view of the CC line portion shown in FIG.

【0034】図2及び図3において、図1(a)、
(b)に示された構成要素と同じ構成要素には同じ符号
を付けている。
2 and 3, in FIG. 1 (a),
The same components as those shown in (b) are designated by the same reference numerals.

【0035】そして、図2及び図3に示されるように、
p−層9は、切欠部9aの配置部分を除いて、n−層2
とn2+層8との間に介在され、n−層2とn2+層8
とが直接接触するのを避けているが、p−層9の切欠部
9aの配置部分は、n−層2とn2+層8とが直接接触
するように構成されている。
Then, as shown in FIG. 2 and FIG.
The p-layer 9 includes the n-layer 2 except for the portion where the cutout 9a is arranged.
And n2 + layer 8 interposed between the n− layer 2 and the n2 + layer 8
Although the direct contact with and is avoided, the disposition portion of the cutout portion 9a of the p − layer 9 is configured such that the n − layer 2 and the n 2+ layer 8 are in direct contact with each other.

【0036】続いて、図4は、図1(a)、(b)に図
示の複合半導体装置の電気的な等価回路を示す回路図で
ある。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an electrically equivalent circuit of the composite semiconductor device shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).

【0037】図4において、TR1はp1+層4、n−
層2、p−層9からなる第1のpnpトランジスタ、T
R2はn−層2、p−層9、n2+層8からなる第1の
npnトランジスタ、TR3はp1+層4、n−層2、
p2+層6からなる第2のpnpトランジスタ、TR4
はn−層2、p2+層6、n1+層7からなる第2のn
pnトランジスタ、MTR1は絶縁ゲート電極(G)1
0、n1+層7、p層5、n2+層8からなるnチャネ
ルMISFET、r0 はp−層9における横方向抵抗、
1 はp2+層6における横方向抵抗、Rはn−層2の
内部抵抗であり、その他、図1(a)、(b)に示され
た構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付けている。
In FIG. 4, TR1 is p1 + layer 4, n-
First pnp transistor consisting of layer 2, p-layer 9, T
R2 is a first npn transistor composed of an n− layer 2, a p− layer 9 and an n2 + layer 8, and TR3 is a p1 + layer 4, an n− layer 2,
Second pnp transistor, TR4, consisting of p2 + layer 6
Is a second n formed of the n− layer 2, the p2 + layer 6, and the n1 + layer 7.
pn transistor, MTR1 is an insulated gate electrode (G) 1
0, n1 + layer 7, p layer 5, and n2 + layer 8 are n channel MISFETs, r 0 is a lateral resistance in the p− layer 9,
r 1 is the lateral resistance in the p2 + layer 6, R is the internal resistance of the n− layer 2, and the same components as those shown in FIGS. 1A and 1B are denoted by the same reference numerals. ing.

【0038】そして、第1のpnpトランジスタ(TR
1)及び第1のnpnトランジスタ(TR2)とによっ
てサイリスタが形成され、nチャネルMISFET(M
TR1)と、第2のpnpトランジスタ(TR3)及び
第2のnpnトランジスタ(TR4)とによってIGB
Tが形成されている。
Then, the first pnp transistor (TR
1) and the first npn transistor (TR2) form a thyristor, and an n-channel MISFET (M
TR1) and the second pnp transistor (TR3) and the second npn transistor (TR4)
T is formed.

【0039】このように、この複合半導体装置は、図4
の等価回路で示すようにIGBTとサイリスタとを、そ
れらのカソード側においてMISFET(MTR1)に
より共通接続した複合半導体装置とみなせるものであ
る。
Thus, this composite semiconductor device is shown in FIG.
As can be seen from the equivalent circuit of 1), the IGBT and the thyristor can be regarded as a composite semiconductor device in which their cathode sides are commonly connected by a MISFET (MTR1).

【0040】ここにおいて、前記構成による複合半導体
装置の動作について述べる。
Here, the operation of the composite semiconductor device having the above structure will be described.

【0041】まず、この複合半導体装置をターンオンさ
せる際には、カソード電極(K)14に負の電位、アノ
ード電極(A)13に正の電位をそれぞれ印加し、絶縁
ゲート電極(G)10にカソード電極(K)14の電位
よりも正の電位を印加する。このとき、絶縁ゲート電極
(G)10の下側のp層5の表面部に反転層(チャネ
ル)が形成され、n1+層7とn2+層8とがこの反転
層を介して接続されて、nチャネルMISFET(MT
R1)がオンするので、カソード電極(K)14からn
チャネルMISFET(MTR1)を通して注入された
電子(MIS電流)は、n2+層8からn−層2を通っ
てp1+層4に流れ込み、第1のnpnトランジスタ
(TR1)がオン状態になって、p1+層4からホール
(ホール電流)がn−層2内に注入される。次いで、こ
のホール電流がp−層9及びnチャネルMISFET
(MTR1)を通してp層5に流れ込むと、p層5にお
ける大きな横方向抵抗r0 によって、p−層9の電位が
上昇し、p−層9とn2+層8との間に電位差が発生す
る。この電位差がp−層9とn2+層8との拡散電位
(シリコンにおいては、室温で約0.7V)を超える
と、第1のnpnトランジスタ(TR2)がオン状態に
なり、電子がn2+層8から直接n−層2に注入される
ようになるので、第1のpnpトランジスタ(TR1)
と第1のnpnトランジスタ(TR2)とからなるサイ
リスタが点弧し、この複合半導体装置がオン状態にな
る。
First, when the composite semiconductor device is turned on, a negative potential is applied to the cathode electrode (K) 14 and a positive potential is applied to the anode electrode (A) 13, and the insulated gate electrode (G) 10 is applied. A potential more positive than the potential of the cathode electrode (K) 14 is applied. At this time, an inversion layer (channel) is formed on the surface portion of the p layer 5 below the insulated gate electrode (G) 10, and the n1 + layer 7 and the n2 + layer 8 are connected via this inversion layer, and n Channel MISFET (MT
Since R1) turns on, the cathode electrode (K) 14 to n
Electrons (MIS current) injected through the channel MISFET (MTR1) flow from the n2 + layer 8 through the n− layer 2 into the p1 + layer 4, and the first npn transistor (TR1) is turned on to turn on the p1 + layer. Holes (hole current) from 4 are injected into the n-layer 2. This hole current is then transferred to the p-layer 9 and the n-channel MISFET.
When flowing into the p layer 5 through (MTR1), the potential of the p− layer 9 rises due to the large lateral resistance r 0 in the p layer 5, and a potential difference is generated between the p− layer 9 and the n2 + layer 8. When this potential difference exceeds the diffusion potential between the p− layer 9 and the n2 + layer 8 (in silicon, about 0.7 V at room temperature), the first npn transistor (TR2) is turned on, and electrons are n2 + layer 8. From the first pnp transistor (TR1).
And a first npn transistor (TR2) ignite a thyristor, and the composite semiconductor device is turned on.

【0042】この場合、p2+層6の横方向抵抗r
1 は、p2+層6が高不純物濃度であるために十分に小
さく、n1+層7、p2+層6、n−層2、p1+層4
からなる寄生サイリスタは極めてオンしにくくなってい
る。また、比較的高い不純物濃度のn層3は、第1のn
pnトランジスタ(TR1)及び第2のnpnトランジ
スタ(TR3)におけるホール注入効率を抑えるもので
あって、前記寄生サイリスタのラッチアップの防止やタ
ーンオフ時のテール電流により生ずる損失を低減するた
めに挿入されているものである。従って、n層3の不純
物濃度や厚みは、必要とされる複合半導体装置の特性に
よって適宜設定されるものである。なお、ホール注入効
率を抑える手段は、n層3を設定する手段に限られるも
のではなく、同様の機能を有する他の手段を用いるよう
にしてもよい。例えば、n層3を部分的にアノード電極
(A)13に短絡させる構造にしたり、p1+層4とn
−層2の接合部分に少数キャリアのライフタイムを下げ
る既知の手段を備えるようにしてもよい。
In this case, the lateral resistance r of the p2 + layer 6 is
1 is sufficiently small because the p2 + layer 6 has a high impurity concentration, and n1 + layer 7, p2 + layer 6, n− layer 2, p1 + layer 4
The parasitic thyristor consisting of is extremely difficult to turn on. Further, the n layer 3 having a relatively high impurity concentration is
A hole injection efficiency is suppressed in the pn transistor (TR1) and the second npn transistor (TR3), which is inserted to prevent the parasitic thyristor from latching up and to reduce the loss caused by the tail current at turn-off. There is something. Therefore, the impurity concentration and the thickness of the n layer 3 are appropriately set according to the required characteristics of the composite semiconductor device. The means for suppressing the hole injection efficiency is not limited to the means for setting the n-layer 3, and other means having the same function may be used. For example, the n layer 3 may be partially short-circuited to the anode electrode (A) 13 or the p1 + layer 4 and n
The junction of the layer 2 may be provided with known means for reducing the minority carrier lifetime.

【0043】一方、この複合半導体装置をターンオフさ
せる際には、絶縁ゲート電極(G)10の印加電位を、
カソード電極(K)14の印加電位と同じにするか、も
しくはカソード電極(K)14の印加電位よりも負にす
る。このとき、絶縁ゲート電極(G)10の下側のp層
5の表面部に形成されていた反転層(チャネル)が消滅
し、n1+層7からn2+層8に流れる電子の注入が遮
断され、それに伴って、n2+層8からn−層2に流れ
る電子の注入が遮断されるので、p1+層4からn−層
2へのホールの注入もなくなり、この複合半導体装置は
オフ状態になる。
On the other hand, when the composite semiconductor device is turned off, the applied potential of the insulated gate electrode (G) 10 is changed to
The applied potential is the same as that of the cathode electrode (K) 14 or is more negative than the applied potential of the cathode electrode (K) 14. At this time, the inversion layer (channel) formed on the surface portion of the p layer 5 below the insulated gate electrode (G) 10 disappears, and the injection of electrons flowing from the n1 + layer 7 to the n2 + layer 8 is blocked, Accordingly, the injection of electrons flowing from n2 + layer 8 to n− layer 2 is blocked, so that the injection of holes from p1 + layer 4 to n− layer 2 is also stopped, and this composite semiconductor device is turned off.

【0044】続く、図5(a)は、図2に図示された複
合半導体装置のB−Bライン部分断面における複合半導
体装置のオン状態時のカソード側の電流流線シュミレー
ションの結果を示す状態説明図である。
Next, FIG. 5A is a state explanation showing the result of the current streamline simulation on the cathode side when the composite semiconductor device is in the ON state in the partial cross section taken along the line BB of the composite semiconductor device shown in FIG. It is a figure.

【0045】図5(a)において、図1(a)、(b)
に示された構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付け
ている。
In FIG. 5A, FIGS. 1A and 1B are shown.
The same components as the components shown in FIG.

【0046】図5(a)に示されるように、この複合半
導体装置は、図5(b)に示された既知のIGBTのオ
ン状態時のカソード側の電流流線と比較して、カソード
電極(K)14からMISFET(MTR1)のチャネ
ルを通って供給される電子がサイリスタ領域に十分に拡
がり、一様に流れていることから、既知のIGBTより
もオン時の端子間電圧(オン時の抵抗)を十分低くする
ことができる。また、この複合半導体装置は、n2+層
8とn−層2との間に、複数の切欠部9aを有するp−
層9を挿入配置し、サイリスタ領域のn2+層8とn−
層2との一部を接触させるようにしているので、1つの
MISFET(MTR1)だけでMIS電流とサイリス
タ電流の双方を制御することが可能になる。即ち、サイ
リスタを点弧させるのに必要なMIS電流は、MISF
ET(MTR1)のチャネル抵抗を1つだけ通ればよ
く、一方、サイリスタ電流も、MISFET(MTR
1)のチャネル抵抗を1つ通るだけであるので、小さな
MISFET領域(チャネル幅)を有するだけで、容易
にサイリスタを点弧させることができる。そして、MI
SFET領域(チャネル幅)を小さくできれば、複合半
導体装置全体に占めるサイリスタ領域の面積を大きくす
ることが可能になり、それによりオン時の端子間電圧
(オン時の抵抗)を十分に低減させることができ、複合
半導体装置の高耐圧化または大電流化を容易に達成する
ことができる。さらに、既知の半導体装置に比べて、絶
縁ゲート電極(G)10の設置面積を格段に小さくでき
るので、ゲートの充放電電流が小さくて済み、スイッチ
ング動作の高速化とゲート回路の小型化が図れるという
利点もある。
As shown in FIG. 5A, this composite semiconductor device has a cathode electrode compared with the current stream line on the cathode side when the known IGBT shown in FIG. Since the electrons supplied from the (K) 14 through the channel of the MISFET (MTR1) have spread sufficiently in the thyristor region and are flowing uniformly, the voltage across the terminals at the time of the on-state (when the on-state is higher than that of the known IGBT). Resistance) can be made sufficiently low. In addition, this composite semiconductor device is a p− having a plurality of notches 9a between the n2 + layer 8 and the n− layer 2.
Layer 9 is inserted and arranged, and n2 + layer 8 and n− in the thyristor region are arranged.
Since a part of the MISFET (MTR1) is brought into contact with the layer 2, it is possible to control both the MIS current and the thyristor current. That is, the MIS current required to fire the thyristor is
Only one channel resistance of the ET (MTR1) needs to be passed, while the thyristor current is also MISFET (MTR1).
Since only one channel resistance of 1) is passed, the thyristor can be easily ignited only by having a small MISFET region (channel width). And MI
If the SFET region (channel width) can be made small, the area of the thyristor region in the entire composite semiconductor device can be made large, and thereby the inter-terminal voltage (ON resistance) at ON time can be sufficiently reduced. Therefore, it is possible to easily achieve high breakdown voltage or high current of the composite semiconductor device. Further, compared with the known semiconductor device, the installation area of the insulated gate electrode (G) 10 can be remarkably reduced, so that the charging / discharging current of the gate can be reduced, and the switching operation can be speeded up and the gate circuit can be downsized. There is also an advantage.

【0047】この他にも、この複合半導体装置は、絶縁
ゲート電極(G)10への所定極性の電位の印加・除去
によって、容易にオン・オフすることができ、しかも、
nチャネルMISFET(MTR1)の飽和特性を利用
しているので、サイリスタ動作を行っているにも係ら
ず、限流作用があるという特徴を有している。一般に、
この複合半導体装置の製品化する際には、図1(a)、
(b)に示された構造のものを1つのセルとし、このセ
ルを同一の半導体基体内に数百個乃至数万個集積化し、
それらを並列的に動作させるような接続を行ったものに
なるが、この並列動作時において、各セルにそれぞれ限
流作用があると、特定の1つのセルまたは少数のセルに
電流が集中することがなくなり、各セルが均一に電流を
分担するようになるので、電流集中による複合半導体装
置の破壊を防止することができるという利点もある。
In addition to this, this composite semiconductor device can be easily turned on / off by applying / removing a potential of a predetermined polarity to the insulated gate electrode (G) 10, and
Since the saturation characteristic of the n-channel MISFET (MTR1) is used, it has a characteristic that it has a current limiting action despite the thyristor operation. In general,
When commercializing this composite semiconductor device, as shown in FIG.
The structure shown in (b) is used as one cell, and hundreds to tens of thousands of the cells are integrated in the same semiconductor substrate.
Connections are made so that they operate in parallel, but in this parallel operation, if each cell has a current limiting effect, current will concentrate in a specific one cell or a small number of cells. Since each cell evenly shares the current, there is also an advantage that it is possible to prevent the destruction of the composite semiconductor device due to the current concentration.

【0048】次ぎに、図6、図7、図8は、図1に図示
の複合半導体装置において、p−層9の切欠部の構成及
び配置箇所をそれぞれ変更した第2、第3、第4の例を
示す概略平面図であり、図9(a)、(b)、(c)
は、図6、図7、図8のA−Aライン部分、B−Bライ
ン部分、C−Cライン部分、D−Dライン部分及びE−
Eライン部分の横断面図である 図6乃至図9(a)、(b)、(c)において、9bは
第2形状の切欠部、9cは第3形状の切欠部、9dは第
4形状の切欠部であり、その他、図1(a)、(b)に
示された構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付けて
いる。
Next, FIG. 6, FIG. 7, and FIG. 8 are second, third, and fourth structures in which the notch portion of the p- layer 9 and the arrangement position are changed in the composite semiconductor device shown in FIG. 9 is a schematic plan view showing an example of FIG. 9A, FIG. 9B, FIG.
Is the AA line portion, the BB line portion, the CC line portion, the DD line portion and the E- of FIG. 6, FIG. 7 and FIG.
6 to 9 (a), (b), and (c), which are cross-sectional views of the E line portion, 9b is a second shape notch, 9c is a third shape notch, and 9d is a fourth shape. In addition, the same components as those shown in FIGS. 1A and 1B are denoted by the same reference numerals.

【0049】そして、第2形状の切欠部9bは、短い帯
状のものからなり、半導体基体1の一対の対向する辺に
略直交する方向、即ち、絶縁ゲート電極(G)12の長
手方向に略直交する方向を向き、かつ、p−層9の幅方
向の途中まで延び、しかも、絶縁ゲート電極(G)12
の長手方向に沿って等間隔に配置されている。第3形状
の切欠部9cは、長い帯状のものからなり、半導体基体
1の一対の対向する辺に平行方向、即ち、絶縁ゲート電
極(G)12の長手方向に平行に延び、かつ、p−層9
の幅方向の中間部に沿って配置されている。また、第4
形状の切欠部9dは、円形状のものからなり、半導体基
体1の一対の対向する辺に平行方向、即ち、絶縁ゲート
電極(G)12の長手方向に沿って、かつ、p−層9の
幅方向の中間部に、等間隔に配置されている。
The second shape notch 9b is formed in a short strip shape, and is substantially orthogonal to the pair of opposed sides of the semiconductor substrate 1, that is, substantially in the longitudinal direction of the insulated gate electrode (G) 12. The insulating gate electrode (G) 12 extends in the width direction of the p − layer 9 in the direction orthogonal to each other, and
Are arranged at equal intervals along the longitudinal direction. The notch 9c of the third shape is formed in a long strip shape, extends in a direction parallel to a pair of opposite sides of the semiconductor substrate 1, that is, in the longitudinal direction of the insulated gate electrode (G) 12, and has p− Layer 9
Are arranged along the middle portion in the width direction. Also, the fourth
The notch 9d has a circular shape and is parallel to a pair of opposing sides of the semiconductor substrate 1, that is, along the longitudinal direction of the insulated gate electrode (G) 12 and in the p-layer 9. They are arranged at equal intervals in the middle portion in the width direction.

【0050】この場合、図6及び図9(a)、(b)に
示すように、第2形状の切欠部9bは、n2+層8とn
−層2との接触部分を、絶縁ゲート電極(G)10に隣
接した部分に限定しているもので、このような切欠部9
bを有するp−層9を用いれば、図1(a)、(b)に
図示された切欠部9aを有するp−層9を用いた場合に
比べ、p−層9の配置領域、即ち、n2+層8とn−層
2との非接触部分を大きくできるので、複合半導体装置
のオン時の端子間電圧(オン時の抵抗)を低減させるこ
とができる。また、図7及び図9(c)に示すように、
第3形状の切欠部9cは、n2+層8とn−層2との接
触部分を、絶縁ゲート電極(G)10から離れた部分
に、絶縁ゲート電極(G)10に平行した帯状部分に設
けているもので、このような切欠部9cを有するp−層
9を用いれば、nチャネルMISFET(MTR1)に
隣接するサイリスタ領域を大きくできるので、複合半導
体装置のオン時の端子間電圧(オン時の抵抗)を低減さ
せることができる。さらに、図8及び図9(a)、
(c)に示すように、第4形状の切欠部9dは、n2+
層8とn−層2との接触部分を、絶縁ゲート電極(G)
10から離れた部分に孤立点在させて設けているもの
で、このような切欠部9dを有するp−層9を用いれ
ば、第3形状の切欠部9bを用いた場合と同様に、p−
層9の配置領域、即ち、n2+層8とn−層2との非接
触部分を大きくでき、しかも、第4形状の切欠部9cを
用いた場合と同様に、nチャネルMISFET(MTR
1)に隣接するサイリスタ領域を大きくできるので、複
合半導体装置のオン時の端子間電圧(オン時の抵抗)を
低減させることができる。
In this case, as shown in FIGS. 6 and 9A and 9B, the second shape notch 9b is formed by n2 + layers 8 and n.
-The contact portion with the layer 2 is limited to the portion adjacent to the insulated gate electrode (G) 10, and such a cutout portion 9 is formed.
When the p-layer 9 having b is used, as compared with the case where the p-layer 9 having the cutout portion 9a shown in FIGS. 1A and 1B is used, the arrangement region of the p-layer 9, that is, Since the non-contact portion between the n2 + layer 8 and the n− layer 2 can be increased, the voltage between terminals when the composite semiconductor device is on (resistance when it is on) can be reduced. In addition, as shown in FIGS. 7 and 9C,
The notch 9c having the third shape is provided at a contact portion between the n2 + layer 8 and the n− layer 2 at a portion separated from the insulated gate electrode (G) 10 and at a strip portion parallel to the insulated gate electrode (G) 10. However, since the thyristor region adjacent to the n-channel MISFET (MTR1) can be enlarged by using the p − layer 9 having such a cutout 9c, the inter-terminal voltage (on-state) of the composite semiconductor device (on Resistance) can be reduced. 8 and 9 (a),
As shown in (c), the notch 9d of the fourth shape has n2 +
The contact portion between the layer 8 and the n-layer 2 is connected to the insulated gate electrode (G).
When the p− layer 9 having such cutouts 9d is used, the p− layer 9 is provided so as to be isolated and scattered in a portion apart from 10, as in the case of using the cutouts 9b having the third shape.
The arrangement region of the layer 9, that is, the non-contact portion between the n2 + layer 8 and the n− layer 2 can be increased, and moreover, as in the case of using the notch 9c of the fourth shape, the n-channel MISFET (MTR
Since the thyristor region adjacent to 1) can be enlarged, the voltage between terminals when the composite semiconductor device is on (resistance when it is on) can be reduced.

【0051】なお、p−層9に設ける切欠部の形状は、
図1(a)、(b)に示された切欠部9a、前記第2乃
至第4形状の切欠部9b、9c、9dに限られるもので
はなく、他の形状の切欠部を設けてもよい。この場合、
p−層9における切欠部の総合面積を小さくする、即
ち、n2+層8とn−層2との接触部分の面積を小さく
すれば、複合半導体装置のオン時の端子間電圧(オン時
の抵抗)を低減させることができ、耐圧低下の懸念が小
さくなるので好ましいことである。
The shape of the notch provided in the p-layer 9 is as follows.
The cutout portion 9a shown in FIGS. 1A and 1B and the cutout portions 9b, 9c, and 9d having the second to fourth shapes are not limited to the cutout portions 9a, 9c, and 9d, and cutout portions having other shapes may be provided. . in this case,
If the total area of the cutouts in the p- layer 9 is reduced, that is, the area of the contact portion between the n2 + layer 8 and the n- layer 2 is reduced, the inter-terminal voltage of the composite semiconductor device (the on-state resistance) is reduced. ) Can be reduced and the risk of lowering the breakdown voltage is reduced, which is preferable.

【0052】従って、この複合半導体装置においては、
点弧特性及び消弧特性を損なわない範囲内で、p−層9
における切欠部の総合面積をできるだけ小さくした平面
構造を採用することが望ましい。
Therefore, in this composite semiconductor device,
Within the range that does not impair the ignition and extinction characteristics, the p-layer 9
It is desirable to adopt a planar structure in which the total area of the cutout portions is minimized.

【0053】続いて、図10は、本発明に係わる複合半
導体装置の第2の実施例の構成を示す概略断面図であ
る。
Next, FIG. 10 is a schematic sectional view showing the structure of a second embodiment of the composite semiconductor device according to the present invention.

【0054】図10において、15は他方の主表面1b
のn−層2上においてn2+層8に対し離間配置された
第3のn型高不純物濃度層(n3+層、第6の半導体
層)、16はn2+層8とn3+層15との間及びn−
層2とn3+層15との間にそれぞれ介在配置されたp
型不純物層(p層、第7の半導体層)、17はn1+層
7とn2+層8との間に露出するp2+層6の表面に設
けられた第2のp型低不純物濃度層(p2−層、第8の
半導体層)、18はn2+層8とn3+層15との間に
露出するp層16の表面に設けられた第4のn型不純物
層(n4層、第9の半導体層)、19はp2−層17の
表面に絶縁層11を介して載置形成された第1の絶縁ゲ
ート電極(G1)、20はn4層18の表面に絶縁層1
1を介して載置形成された第2の絶縁ゲート電極(G
2)、また、MTR1は第1の絶縁ゲート電極(G1)
19、n1+層7、p2−層17を設けたp2+層6、
n2+層8からなる第1のMISFET、MTR2は第
2の絶縁ゲート電極(G2)20、n2+層8、n4層
18を設けたp層16、n3+層15からなる第2のM
ISFETであり、その他、図1(a)、(b)に示さ
れた構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付けてい
る。
In FIG. 10, 15 is the other main surface 1b.
On the n− layer 2, the third n-type high impurity concentration layer (n3 + layer, sixth semiconductor layer) spaced apart from the n2 + layer 8 is provided between the n2 + layer 8 and the n3 + layer 15, and n −
P interposed between the layer 2 and the n3 + layer 15 respectively
The type impurity layer (p layer, seventh semiconductor layer) 17, 17 is a second p type low impurity concentration layer (p2−) provided on the surface of the p2 + layer 6 exposed between the n1 + layer 7 and the n2 + layer 8. Layer, eighth semiconductor layer), 18 is a fourth n-type impurity layer (n4 layer, ninth semiconductor layer) provided on the surface of the p layer 16 exposed between the n2 + layer 8 and the n3 + layer 15. , 19 is a first insulated gate electrode (G1) mounted and formed on the surface of the p2-layer 17 via the insulating layer 11, and 20 is an insulating layer 1 on the surface of the n4 layer 18.
Second insulated gate electrode (G
2), and MTR1 is the first insulated gate electrode (G1)
19, n1 + layer 7, p2 + layer 6 provided with p2-layer 17,
The first MISFET MTR2 formed of the n2 + layer 8 is the second M formed of the second insulated gate electrode (G2) 20, the p layer 16 provided with the n2 + layer 8 and the n4 layer 18, and the n3 + layer 15.
It is an ISFET, and other components that are the same as those shown in FIGS. 1A and 1B are denoted by the same reference numerals.

【0055】そして、この第2の実施例と前述の第1の
実施例との違いは、第1の実施例がn−層2とn2+層
8との間に切欠部9a等を有するp−層9を設けている
のに対し、第2の実施例がそのようなp−層9を設けて
いない点、及び、第1の実施例が第2のMISFET
(MTR2)を備えていないのに対し、第2の実施例が
かかる第2のMISFET(MTR2)を備えている点
だけであって、その他、第2の実施例と第1の実施例と
の間に構成上の違いはないので、第2の実施例の構成に
対するこれ以上の説明は省略する。
The difference between the second embodiment and the above-mentioned first embodiment is that the first embodiment has a p- having a notch 9a between the n- layer 2 and the n2 + layer 8. Whereas the layer 9 is provided, the second embodiment does not provide such a p-layer 9 and the first embodiment has a second MISFET.
The second embodiment has only the second MISFET (MTR2), whereas the second embodiment has no (MTR2). Since there is no difference in structure between them, further description of the structure of the second embodiment will be omitted.

【0056】また、図11は、図10に図示の複合半導
体装置の電気的な等価回路を示す回路図である。
FIG. 11 is a circuit diagram showing an electrically equivalent circuit of the composite semiconductor device shown in FIG.

【0057】図11において、TR1はp1+層4、n
−層2、p層16からなる第1のpnpトランジスタ、
TR2はn−層2、p層16、n3+層15からなる第
1のnpnトランジスタ、TR3はp1+層4、n−層
2、p2+層6からなる第2のpnpトランジスタ、T
R4はn−層2、p2+層6、n1+層7からなる第2
のnpnトランジスタ、MTR1は第1の絶縁ゲート電
極(G1)19、n1+層7、p2−層17を設けたp
2+層6、n2+層8からなる第1のMISFET、M
TR2は第2の絶縁ゲート電極(G2)20、n2+層
8、n4層18を設けたp層16、n3+層15からな
る第2のMISFET、r0 はp層16における横方向
抵抗、r1 はp2+層6における横方向抵抗であり、そ
の他、図10に示された構成要素と同じ構成要素には同
じ符号を付けている。
In FIG. 11, TR1 is the p1 + layer 4, n
A first pnp transistor consisting of layer 2 and p layer 16;
TR2 is a first npn transistor including the n− layer 2, p layer 16 and n3 + layer 15, TR3 is a second pnp transistor including the p1 + layer 4, n− layer 2 and p2 + layer 6, and T3.
R4 is a second layer composed of the n− layer 2, the p2 + layer 6, and the n1 + layer 7.
Npn transistor, MTR1 is a p provided with a first insulated gate electrode (G1) 19, an n1 + layer 7, and a p2-layer 17.
A first MISFET M composed of a 2+ layer 6 and an n2 + layer 8,
TR2 is the second insulated gate electrode (G2) 20, n2 + layer 8, and second MISFET including the n3 + layer 15 provided with the n4 + layer 18, and r 0 is the lateral resistance in the p layer 16, r 1 Is the lateral resistance in the p2 + layer 6, and the same components as those shown in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals.

【0058】そして、第1のpnpトランジスタ(TR
1)及び第1のnpnトランジスタ(TR2)とによっ
てサイリスタが形成され、第1のMISFET(MTR
2)と、第2のpnpトランジスタ(TR3)及び第2
のnpnトランジスタ(TR4)とによってIGBTが
形成されている。
Then, the first pnp transistor (TR
1) and the first npn transistor (TR2) form a thyristor, and the first MISFET (MTR
2), the second pnp transistor (TR3) and the second
An IGBT is formed by the npn transistor (TR4).

【0059】この実施例においても、図11の等価回路
で示すようにIGBTとサイリスタとを、それらのカソ
ード側において第1のMISFET(MTR1)により
共通結合した複合半導体装置を構成しているものであ
る。
Also in this embodiment, as shown in the equivalent circuit of FIG. 11, the IGBT and the thyristor are commonly connected on the cathode side thereof by the first MISFET (MTR1) to form a composite semiconductor device. is there.

【0060】続く、図12は、第2の実施例の複合半導
体装置における動作時の状態を示す特性図であって、
(a)は複合半導体装置内のキャリアの流れを示し、
(b)はそのA−Aラインの断面部分及びB−Bライン
の断面部分の不純物濃度分布を示すものである。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing the operating state of the composite semiconductor device of the second embodiment.
(A) shows the flow of carriers in the composite semiconductor device,
(B) shows the impurity concentration distribution in the cross section of the AA line and the cross section of the BB line.

【0061】図12(b)から判るように、A−Aライ
ンの断面部分においては、p2+層6の表面に設けられ
たp2−層17の存在によって低不純物濃度になってお
り、これによりnチャネルMISFET(MTR1)の
しきい値電圧が所定の値に調整される。また、B−Bラ
インの断面部分においては、p層16の表面に設けられ
たn層18によってnチャネルMISFET(MTR
2)がディプリーション型またはノーマリオン型になっ
ている。この場合、これらMISFET(MTR1、M
TR2)の第1及び第2の絶縁ゲート電極(G1、G
2)19、20は、図示されていない箇所で互いに電気
的に接続されている。
As can be seen from FIG. 12B, the p2-layer 17 provided on the surface of the p2 + layer 6 has a low impurity concentration in the cross-section of the line AA, and as a result, n The threshold voltage of the channel MISFET (MTR1) is adjusted to a predetermined value. Further, in the cross section of the B-B line, the n layer MISFET (MTR) is provided by the n layer 18 provided on the surface of the p layer 16.
2) is a depletion type or normally-on type. In this case, these MISFETs (MTR1, M
TR2) first and second insulated gate electrodes (G1, G
2) 19 and 20 are electrically connected to each other at a position not shown.

【0062】ここで、前記構成による第2の実施例の複
合半導体装置の動作は、次ぎのとおりである。
Here, the operation of the composite semiconductor device of the second embodiment having the above-mentioned structure is as follows.

【0063】まず、この複合半導体装置をターンオンさ
せる際には、カソード電極(K)14に負の電位、アノ
ード電極(A)13に正の電位をそれぞれ印加し、第1
及び第2の絶縁ゲート電極(G1、G2)19、20に
カソード電極(K)14よりも正の電位を印加する。こ
のとき、第1の絶縁ゲート電極(G1)19の下側のp
2−層17に反転層(チャネル)が形成され、n1+層
7とn2+層8がこのチャネルと通して接続されて、第
1のMISFET(MTR1)がオン状態になるので、
カソード電極(K)14から第1のMISFET(MT
R1)を通して注入された電子(MIS電流)は、n2
+層8からn−層2を通ってp1+層4に流れ込み、第
1のpnpトランジスタ(TR1)がオン状態になり、
p1+層4からホール(ホール電流)がn−層2内に注
入される。このとき、このホール電流がp層16に流れ
込むと、その横方向抵抗r0 によってp層16の電位が
上昇し、p層16とn3+層15との間に電位差が生じ
る。そして、この電位差がp層16とn3+層15の拡
散電位(シリコンにおいては、室温で約0.7V)を超
えると、第1のnpnトランジスタ(TR2)がオン状
態になり、それまでカソード電極(K)14から第1の
MISFET(MTR1)及び同じくオン状態になって
いる第2のMISFET(MTR2)を通してn3+層
15に流れていた電子が、n3+層15から直接n−層
2に注入されるようになるので、第1のpnpトランジ
スタ(TR1)と第2のnpnトランジスタ(TR2)
からなるサイリスタが点弧し、この複合半導体装置がオ
ン状態となる。
First, when the composite semiconductor device is turned on, a negative potential is applied to the cathode electrode (K) 14 and a positive potential is applied to the anode electrode (A) 13, respectively.
Further, a positive potential higher than that of the cathode electrode (K) 14 is applied to the second insulated gate electrodes (G1, G2) 19 and 20. At this time, p on the lower side of the first insulated gate electrode (G1) 19 is
Since the inversion layer (channel) is formed in the 2-layer 17 and the n1 + layer 7 and the n2 + layer 8 are connected through this channel, the first MISFET (MTR1) is turned on.
From the cathode electrode (K) 14 to the first MISFET (MT
The electrons (MIS current) injected through R1) are n2
Flows from the + layer 8 through the n − layer 2 into the p1 + layer 4, and the first pnp transistor (TR1) is turned on,
Holes (hole current) are injected from the p1 + layer 4 into the n− layer 2. At this time, when this hole current flows into the p layer 16, the potential of the p layer 16 rises due to the lateral resistance r 0 , and a potential difference occurs between the p layer 16 and the n3 + layer 15. Then, when this potential difference exceeds the diffusion potential of the p layer 16 and the n3 + layer 15 (in silicon, about 0.7 V at room temperature), the first npn transistor (TR2) is turned on and the cathode electrode (until that time). (K) The electrons flowing from the n3 + layer 15 through the first MISFET (MTR1) and the second MISFET (MTR2) that are also in the ON state are injected from the n3 + layer 15 into the n− layer 2 directly. Therefore, the first pnp transistor (TR1) and the second npn transistor (TR2)
The thyristor consisting of ## EQU1 ## is ignited, and this composite semiconductor device is turned on.

【0064】この場合、p2+層6の横方向抵抗r1
は、p2+層6が高不純物濃度であるために十分小さ
く、n1+層7、p2+層6、n−層2、p1+層4か
らなる寄生サイリスタは極めてオンしにくくなってい
る。
In this case, the lateral resistance r 1 of the p2 + layer 6
Is sufficiently small because the p2 + layer 6 has a high impurity concentration, and the parasitic thyristor including the n1 + layer 7, the p2 + layer 6, the n− layer 2, and the p1 + layer 4 is extremely difficult to turn on.

【0065】一方、この複合半導体装置をターンオフさ
せる際には、第1及び第2の絶縁ゲート電極(G1、G
2)19、20の電位をカソード電極(K)14の印加
電位と同電位にするか、もしくはカソード電極(K)1
4の印加電位よりも負にする。このとき、第1の絶縁ゲ
ート電極(G1)19の下側のp2−層17に形成され
ていた反転層(チャネル)が消滅し、n1+層7からn
2+層8に流れる電子の注入が遮断され、第1のMIS
FET(MTR1)がオフになる。この結果、n1+層
7からn−層2に流れていた電子(MIS電流)と、n
1+層7からn2+層8及びn3+層15を通してn−
層2に流れていた電子(MIS電流)とがともに遮断さ
れるので、p1+層4からn−層2へのホールの注入も
なくなり、この複合半導体装置はオフ状態になる。
On the other hand, when the composite semiconductor device is turned off, the first and second insulated gate electrodes (G1, G
2) Make the potentials of 19 and 20 equal to the potential applied to the cathode electrode (K) 14, or make the cathode electrode (K) 1
The applied potential of 4 is made negative. At this time, the inversion layer (channel) formed in the p2-layer 17 below the first insulated gate electrode (G1) 19 disappears, and the n1 + layers 7 to n are formed.
The injection of electrons flowing into the 2+ layer 8 is blocked, and the first MIS
The FET (MTR1) is turned off. As a result, electrons (MIS current) flowing from the n1 + layer 7 to the n− layer 2 and n
1+ layer 7 through n2 + layer 8 and n3 + layer 15 to n−
Since the electrons (MIS current) flowing in the layer 2 are cut off together, holes are not injected from the p1 + layer 4 to the n− layer 2 and the composite semiconductor device is turned off.

【0066】この場合、第2のnチャネルMISFET
(MTR2)は、ディプレッション型であるためにオフ
しにくいが、第1のnチャネルMISFET(MTR
1)がオフすれば、複合半導体装置がオフ状態になるの
で、特に問題はない。
In this case, the second n-channel MISFET
Since the (MTR2) is a depletion type, it is difficult to turn it off, but the first n-channel MISFET (MTR2)
If 1) is turned off, the composite semiconductor device is turned off, so there is no particular problem.

【0067】このように、第2の実施例による複合半導
体装置においては、サイリスタを点弧させるのに必要な
MIS電流は、第1のnチャネルMISFET(MTR
1)のチャネル抵抗を1つだけ通ればよく、一方、サイ
リスタ電流は、第1のnチャネルMISFET(MTR
1)と第2のnチャネルMISFET(MTR2)の2
つのチャネルを通る必要があるが、第2のnチャネルM
ISFET(MTR2)はディプリーション型であるた
め、そのチャネル抵抗が極めて小さいので、サイリスタ
電流は、実質的に第1のnチャネルMISFET(MT
R1)のチャネル抵抗だけ通るものと等価になり、オン
時の端子間電圧(オン時の抵抗)を十分に低減させるこ
とができ、複合半導体装置の高耐圧化または大電流化を
容易に達成することができる。
As described above, in the composite semiconductor device according to the second embodiment, the MIS current required for firing the thyristor is the first n-channel MISFET (MTR).
1) only needs to pass through the channel resistance of 1), while the thyristor current is the first n-channel MISFET (MTR).
1) and 2 of the second n-channel MISFET (MTR2)
Must pass through one channel, but the second n-channel M
Since the ISFET (MTR2) is a depletion type, its channel resistance is extremely small, so that the thyristor current is substantially equal to the first n-channel MISFET (MT).
It becomes equivalent to R1) passing through only the channel resistance, and it is possible to sufficiently reduce the voltage between terminals at the time of on (resistance at the time of on), and easily achieve high breakdown voltage or large current of the composite semiconductor device. be able to.

【0068】また、この第2の実施例の複合半導体装置
も、前述の第1の実施例と同様に、第1及び第2の絶縁
ゲート電極(G1、G2)19、20への所定極性の電
位の印加・除去によって、容易にオン・オフさせること
ができ、しかも、第1のnチャネルMISFET(MT
R1)の飽和特性を利用しているので、サイリスタ動作
を行っているにも係らず、限流作用を持っているもので
ある。このため、図10に示された構造のものを1つの
セルとし、このセルを同一の半導体基体内に数百個乃至
数万個集積化し、それらを並列動作させるように接続を
行った場合においても、各セルにそれぞれ限流作用があ
るので、特定の1つのセルまたは少数のセルに電流が集
中することなくなり、各セルが均一に電流を分担して、
電流集中による複合半導体装置の破壊を防止できるとい
う利点がある。
Also, the composite semiconductor device of the second embodiment has the same polarity as the first and second insulated gate electrodes (G1, G2) 19, 20 as in the first embodiment. It can be easily turned on / off by applying / removing a potential, and the first n-channel MISFET (MT
Since the saturation characteristic of R1) is utilized, it has a current limiting action despite the thyristor operation. Therefore, in the case where one cell having the structure shown in FIG. 10 is integrated, hundreds to tens of thousands of the cells are integrated in the same semiconductor substrate, and the cells are connected to operate in parallel. Also, since each cell has its own current limiting effect, the current is not concentrated in a specific one cell or a small number of cells, and each cell evenly shares the current,
There is an advantage that the composite semiconductor device can be prevented from being destroyed due to current concentration.

【0069】さらに、この第2の実施例は、前述の第1
の実施例と比較して、サイリスタの点弧特性とオン電圧
の再現性が優れており、かつ、製造しやすいという利点
がある。即ち、第1の実施例においては、p−層9にお
ける切欠部9a乃至9dの形成位置、即ち、n2+層8
がn−層2に直接接触する部分が、p−層9を形成する
際のホトマスク合わせ精度の関係により左右にずれたと
すれば、前記切欠部9a乃至9d(前記直接接触する部
分)の大きさ、もしくは前記切欠部9a乃至9d(前記
直接接触する部分)と絶縁ゲート電極(G)10との距
離が設計値からずれるようになる。この結果、サイリス
タを点弧するためのMIS電流が複合半導体装置を製造
する度に変動したり、あるいはサイリスタ電流の大きさ
が変化して、複合半導体装置を製造する度にそのオン電
圧が変動する場合がある。これに対して、第2の実施例
は、n−層2とn2+層8とが接触する部分は、ゲート
セルフアライン技術によって製造することができるの
で、ホトマスクの合わせ精度によらずに、第1及び第2
の絶縁ゲート電極(G1、G2)19、20の間にくる
ように規定される。このため、第2の実施例は、n−層
2とn2+層8とが接触する部分の面積及びその位置
が、複合半導体装置を製造する度にばらつくこときがな
く、一定の特性、品質の複合半導体装置を得ることがで
きる。
Furthermore, this second embodiment is based on the above-mentioned first embodiment.
Compared with the embodiment described above, the ignition characteristics of the thyristor and the reproducibility of the on-voltage are excellent, and there is an advantage that it is easy to manufacture. That is, in the first embodiment, the formation positions of the notches 9a to 9d in the p− layer 9, that is, the n2 + layer 8 are formed.
If the portion directly contacting the n-layer 2 is displaced to the left or right due to the relationship of the photomask alignment accuracy when the p-layer 9 is formed, the size of the cutouts 9a to 9d (the portion directly contacting). Alternatively, the distance between the cutouts 9a to 9d (the portion that directly contacts) and the insulated gate electrode (G) 10 deviates from the designed value. As a result, the MIS current for firing the thyristor fluctuates each time the composite semiconductor device is manufactured, or the magnitude of the thyristor current changes, and the ON voltage fluctuates each time the composite semiconductor device is manufactured. There are cases. On the other hand, in the second embodiment, the contact portion between the n− layer 2 and the n2 + layer 8 can be manufactured by the gate self-alignment technique, so that the first mask can be manufactured independently of the alignment accuracy of the photomask. And the second
Of the insulated gate electrodes (G1, G2) 19 and 20. Therefore, in the second embodiment, the area and the position of the portion where the n− layer 2 and the n2 + layer 8 are in contact do not vary each time the composite semiconductor device is manufactured, and the characteristics and quality are constant. A composite semiconductor device can be obtained.

【0070】この他に、この第2の実施例は、第1のn
チャネルMISFET(MTR1)のしきい値電圧がp
2+層6の表面に設けられたp2−層17の不純物濃度
によって制御され、p2+層6の不純物濃度には依存し
ない。このため、p2+層6の不純物濃度を十分高く設
定でき、しかも、n1+層7を取り囲むように設けるこ
とができる。そして、n1+層7の下側にあるp2+層
7の横方向抵抗r1 は、前述の第1の実施例のものより
も小さくできるので、n1+層7、p2+層6、n−層
2、p1+層4からなる寄生サイリスタは、極めてオン
しにくくなり、一層の大電流化を達成できるという特徴
がある。
In addition to this, the second embodiment has the first n
The threshold voltage of the channel MISFET (MTR1) is p
It is controlled by the impurity concentration of the p2-layer 17 provided on the surface of the 2+ layer 6, and does not depend on the impurity concentration of the p2 + layer 6. Therefore, the impurity concentration of the p2 + layer 6 can be set sufficiently high, and moreover, it can be provided so as to surround the n1 + layer 7. Since the lateral resistance r 1 of the p2 + layer 7 below the n1 + layer 7 can be made smaller than that of the first embodiment described above, the n1 + layer 7, the p2 + layer 6, the n− layer 2 and the p1 + layer are formed. The parasitic thyristor made of the layer 4 is extremely difficult to turn on, and is characterized in that it can achieve a larger current.

【0071】この場合、p2+層6の表面に設けられた
p2−層17及びp層16の表面に設けられたn4層1
8の形成は、p2+層6及びp層16を設けた後、その
表面に補償用n型不純物をイオン注入することにより、
同時にかつ容易に形成できるものであって、特別な製造
技術は必要としないものである。
In this case, the p2-layer 17 provided on the surface of the p2 + layer 6 and the n4 layer 1 provided on the surface of the p layer 16
8 is formed by providing the p2 + layer 6 and the p layer 16 and then ion-implanting a compensation n-type impurity into the surface thereof.
They can be formed simultaneously and easily and do not require any special manufacturing technique.

【0072】なお、このp2+層6及びp層16の各表
面に補償用n型不純物をイオン注入する手段は、前述の
第1の実施例にも同様に適用可能である。即ち、図1
(a)に示されたp層5を高不純物濃度のものにする
か、あるいはp層5をp2+層6に置き換え、これらの
表面に補償用n型不純物をイオン注入し、より低不純物
濃度のp層を設けることにより実現可能になる。
The means for ion-implanting the n-type impurity for compensation into the respective surfaces of the p2 + layer 6 and the p layer 16 can be similarly applied to the first embodiment described above. That is, FIG.
The p-layer 5 shown in (a) is made to have a high impurity concentration, or the p-layer 5 is replaced with a p2 + layer 6, and a compensation n-type impurity is ion-implanted into the surface of the p-layer 5 to obtain a lower impurity concentration. This can be realized by providing the p layer.

【0073】次に、図13は、第2の実施例に類似した
複合半導体装置の構成例を示す構成図であって、(a)
は概略断面斜視図であり、(b)は概略平面図である。
Next, FIG. 13 is a structural diagram showing a structural example of a composite semiconductor device similar to that of the second embodiment.
Is a schematic sectional perspective view, and (b) is a schematic plan view.

【0074】図13において、21は絶縁膜であり、そ
の他、図10に示された構成要素と同じ構成要素には同
じ符号を付けている。なお、図13(a)、(b)にお
いては、内部構造を分かり易くするために、カソード電
極(K)及び絶縁膜を部分的に除去して示してある。
In FIG. 13, reference numeral 21 denotes an insulating film, and the other constituent elements that are the same as those shown in FIG. 10 are given the same reference numerals. 13 (a) and 13 (b), the cathode electrode (K) and the insulating film are partially removed to make the internal structure easy to understand.

【0075】そして、この構成例と、第2の実施例との
違いは、カソード電極(K)14の配置構成に関して、
この構成例が、n1+層7とp2+層6にそれぞれオー
ミック接続させるとともに、第1及び第12の絶縁ゲー
ト電極(G1、G2)19、20及びn2+層8、n3
+層15に対してそれぞれ絶縁膜21により電気的に絶
縁させ、他方の主表面1bの全面を覆うように設けたの
に対し、第2の実施例が、n1+層7とp2+層6にそ
れぞれオーミック接続させるだけで、その接続部分以外
の部分に延在させていない点だけであって、その他に、
この構成例と第2の実施例との間に構成上の違いはな
い。
The difference between this configuration example and the second embodiment is that the cathode electrode (K) 14 is arranged as follows.
In this configuration example, ohmic contact is made to the n1 + layer 7 and the p2 + layer 6, respectively, and the first and twelfth insulated gate electrodes (G1, G2) 19, 20 and the n2 + layers 8, n3 are formed.
The + layer 15 is electrically insulated from each other by the insulating film 21 and is provided so as to cover the entire surface of the other main surface 1b, whereas the second embodiment has the n1 + layer 7 and the p2 + layer 6 respectively. Only the ohmic connection is made, and it is not extended to parts other than the connection part, and in addition,
There is no structural difference between this structural example and the second embodiment.

【0076】この構成例によれば、カソード電極(K)
14についての微細な加工が不要であるばかりか、カソ
ード電極(K)14とn1+層7及びp2+層6との間
の電気抵抗を小さくでき、半導体基体1からの放熱効率
をよくすることができる。なお、この構成例において
も、第1及び第2の絶縁ゲート電極(G1、G2)1
9、20は、図示されない箇所で互いに接続されている
ものである。
According to this configuration example, the cathode electrode (K)
Not only fine processing of 14 is unnecessary, but the electric resistance between the cathode electrode (K) 14 and the n1 + layer 7 and the p2 + layer 6 can be reduced, and the efficiency of heat radiation from the semiconductor substrate 1 can be improved. . In this configuration example as well, the first and second insulated gate electrodes (G1, G2) 1
Reference numerals 9 and 20 are connected to each other at locations not shown.

【0077】続いて、図14は、本発明の複合半導体装
置を用いて構成した電動機駆動用インバータ装置の一例
を示す電気回路図である。
Subsequently, FIG. 14 is an electric circuit diagram showing an example of an inverter device for driving a motor constructed by using the composite semiconductor device of the present invention.

【0078】図14において、T1 、T2 は直流電源に
接続される一対の直流端子、T3 、T4 、T5 は三相誘
導電動機に接続される交流側相数と同数の交流端子、S
11、SW12、SW21、SW22、SW31、SW32は本発
明の複合半導体装置、D11、D12、D21、D22、D31
32はフライホイールダイオード、SB11、SB12、S
21、SB22、SB31、SB32はダイオードと抵抗との
並列回路にコンデンサを直列接続して構成されたスナバ
回路である。
In FIG. 14, T 1 and T 2 are a pair of DC terminals connected to a DC power source, and T 3 , T 4 and T 5 are the same number of AC terminals as the number of AC side phases connected to a three-phase induction motor. , S
W 11 , SW 12 , SW 21 , SW 22 , SW 31 , SW 32 are the composite semiconductor devices of the present invention, D 11 , D 12 , D 21 , D 22 , D 31 ,
D 32 is a flywheel diode, SB 11 , SB 12 , S
B 21 , SB 22 , SB 31 , and SB 32 are snubber circuits configured by connecting a capacitor in series to a parallel circuit of a diode and a resistor.

【0079】そして、本発明の複合半導体装置SW11
SW12、SW21、SW22、SW31、SW32は、2個づつ
直列接続されて三相分の直列接続回路が形成され、それ
ら直列接続回路が一対の直流端子T1 、T2 間に接続さ
れる。この場合、2個の複合半導体装置SW11、S
12、SW21、SW22、SW31、SW32の直列接続点
は、それぞれ交流端子T3 、T4 、T5 に接続される。
フライホイールダイオードD11、D12、D21、D22、D
31、D32は、各別に複合半導体装置SW11、SW12、S
21、SW22、SW31、SW32に逆並列接続され、スナ
バ回路SB11、SB12、SB21、SB22、SB31、SB
32も、各別に複合半導体装置SW11、SW12、SW21
SW22、SW31、SW32に並列接続され、全体として、
電動機駆動用インバータ装置が構成されている。
Then, the composite semiconductor device SW 11 of the present invention,
Two of SW 12 , SW 21 , SW 22 , SW 31 , and SW 32 are connected in series to form a series connection circuit for three phases, and the series connection circuit is connected between the pair of DC terminals T 1 and T 2 . Connected. In this case, two composite semiconductor devices SW 11 and S
The series connection points of W 12 , SW 21 , SW 22 , SW 31 , and SW 32 are connected to AC terminals T 3 , T 4 , and T 5 , respectively.
Flywheel diodes D 11 , D 12 , D 21 , D 22 , D
31 and D 32 are composite semiconductor devices SW 11 , SW 12 , and S, respectively.
Anti-parallel connection to W 21 , SW 22 , SW 31 , SW 32 , snubber circuits SB 11 , SB 12 , SB 21 , SB 22 , SB 31 , SB 31 , SB.
32 is also a composite semiconductor device SW 11 , SW 12 , SW 21 ,
Connected in parallel to SW 22 , SW 31 , and SW 32 ,
An inverter device for driving a motor is configured.

【0080】この電動機駆動用インバータ装置に、本発
明の複合半導体装置SW11、SW12、SW21、SW22
SW31、SW32を用いると、各複合半導体装置SW11
SW12、SW21、SW22、SW31、SW32を、その絶縁
ゲート電極(G)への電位の印加・除去によって容易に
オン・オフすることができ、既知のこの種の装置、例え
ば、GTOサイリスタのようにゲート電極に多量の電流
を流し込んだり、引き出したりする必要がなく、ゲート
回路を極めて簡略化することができるという特徴があ
る。また、各複合半導体装置SW11、SW12、SW21
SW22、SW31、SW32は、内蔵されているMISFE
T(MTR1)の飽和特性を利用しているので、サイリ
スタ動作を行っているにも係らず限流作用を持たせるこ
とができ、大きな電流を低いオン電圧により、しかも、
複合半導体装置を破壊することなく、高速で制御するこ
とができる。
This electric motor driving inverter device is provided with the composite semiconductor devices SW 11 , SW 12 , SW 21 , SW 22 , of the present invention.
If SW 31 and SW 32 are used, each composite semiconductor device SW 11 ,
SW 12 , SW 21 , SW 22 , SW 31 , SW 32 can be easily turned on / off by applying / removing a potential to the insulated gate electrode (G), and a known device of this type, for example, Unlike the GTO thyristor, there is no need to flow a large amount of current into or out of the gate electrode, and the gate circuit can be extremely simplified. In addition, each composite semiconductor device SW 11 , SW 12 , SW 21 ,
SW 22 , SW 31 , and SW 32 are built-in MISFE
Since the saturation characteristic of T (MTR1) is used, it is possible to give a current limiting action despite performing the thyristor operation, and to make a large current with a low ON voltage, and
It is possible to control at high speed without destroying the composite semiconductor device.

【0081】従って、電動機駆動用インバータ装置に、
既知のこの種の装置、例えば、GTOサイリスタを用い
た場合に比べて、高周波化の達成や易制御性によって、
インバータ装置の小型、軽量、低損失化及び低雑音化等
を達成でき、しかも、例えばIGBTを用いた場合に比
べても、低オン電圧化によるインバータ装置の大容量
化、低損失化等を達成することができる。
Therefore, in the inverter device for driving the electric motor,
Compared to the case of using a known device of this type, for example, a GTO thyristor, due to the achievement of high frequency and easy controllability,
It is possible to achieve small size, light weight, low loss, low noise, etc. of the inverter device, and also to achieve large capacity and low loss of the inverter device due to low on-voltage compared to the case of using an IGBT, for example. can do.

【0082】[0082]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、IGB
T内のp2+層(pベース層)6とサイリスタ領域内の
p−層(pベース層)9とを分離して設け、かつ、p−
層9(pベース層)に切欠部9aを設けることにより、
サイリスタ領域内のn2+層(nエミッタ層)8を部分
的にn−層(nベース層)2に接触させ、サイリスタ電
流(電子)が1つのMISFET(MTR1)のMIS
チャネルだけを通って流れるようにしているので、点弧
が容易になり、かつ、低いオン電圧を達成することがで
き、それにより高耐圧化または大電流化が可能な複合半
導体装置を得ることができるという効果がある。
As described above, according to the present invention, the IGB
The p2 + layer (p base layer) 6 in T and the p− layer (p base layer) 9 in the thyristor region are provided separately, and p−
By providing the notch 9a in the layer 9 (p base layer),
The n2 + layer (n emitter layer) 8 in the thyristor region is partially brought into contact with the n− layer (n base layer) 2 so that the thyristor current (electron) is one MISFET (MTR1) MIS.
Since it is made to flow only through the channel, it is possible to obtain a composite semiconductor device that can be easily ignited and can achieve a low on-voltage, thereby achieving a high breakdown voltage or a large current. The effect is that you can do it.

【0083】また、本発明によれば、IGBT内のp2
+層(pベース層)6とサイリスタ領域内のp層(pベ
ース層)16とを第1及び第2のMISFET(MTR
1、MTR2)により分離されるように設け、サイリス
タ領域に隣接する第2のMISFET(MTR2)をデ
ィプレッション型で構成したことにより、MIS電流
(電子)とサイリスタ電流(電子)とが実質的に第1の
MISFET(MTR1)のMISチャネルだけを通っ
て流れるものと等価にしているので、点弧が容易にな
り、かつ、低いオン電圧を達成することができ、それに
より高耐圧化または大電流化が可能な複合半導体装置を
得ることができるという効果がある。
Further, according to the present invention, p2 in the IGBT is
The + layer (p base layer) 6 and the p layer (p base layer) 16 in the thyristor region are connected to the first and second MISFETs (MTRs).
1, the second MISFET (MTR2) adjacent to the thyristor region is formed as a depletion type so that the MIS current (electrons) and the thyristor current (electrons) are substantially separated from each other. Since it is equivalent to the one that flows through only the MIS channel of the MISFET (MTR1) of 1, the ignition is facilitated and the low on-voltage can be achieved, thereby increasing the withstand voltage or the large current. There is an effect that it is possible to obtain a composite semiconductor device capable of

【0084】即ち、本発明に係わる複合半導体装置は、
IGBTにサイリスタ領域を最良の形で付加するように
しているので、カソード電極(K)からMISFET
(MTR1)のMISチャネルを通って供給される電子
がサイリスタ領域に十分に拡がって流れるようになり、
点孤特性を損なうことなく、オン電圧を十分低くするこ
とができるという効果がある。
That is, the composite semiconductor device according to the present invention is
Since the thyristor region is added to the IGBT in the best form, the cathode electrode (K) is changed to the MISFET.
The electrons supplied through the MIS channel of (MTR1) spread to the thyristor region and flow sufficiently,
There is an effect that the on-voltage can be made sufficiently low without impairing the firing characteristics.

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

【図1】本発明に係わる複合半導体装置の第1の実施例
の構成を示す概略斜視断面図及び概略平面図である。
FIG. 1 is a schematic perspective sectional view and a schematic plan view showing the configuration of a first embodiment of a composite semiconductor device according to the present invention.

【図2】図1(b)に図示の第1の実施例におけるA−
A及びB−Bライン部分の概略断面図である。、C−C
ライン部分の概略断面図である。
FIG. 2 is an A- in the first embodiment shown in FIG.
It is a schematic sectional drawing of an A and BB line portion. , C-C
It is a schematic sectional drawing of a line part.

【図3】図1(b)に図示の第1の実施例におけるC−
Cライン部分の概略断面図である。
FIG. 3 shows C- in the first embodiment shown in FIG.
It is a schematic sectional drawing of a C line part.

【図4】図1に図示された複合半導体装置の第1の実施
例の等価回路図である。
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a first embodiment of the composite semiconductor device shown in FIG.

【図5】本発明の複合半導体装置及び既知の複合半導体
装置におけるオン状態の電流通流図である。
FIG. 5 is an on-state current flow diagram in the composite semiconductor device of the present invention and a known composite semiconductor device.

【図6】第1の実施例におけるP−層の切欠部の構成及
び配置箇所を変更した第2の構成例を示す概略平面図で
ある。
FIG. 6 is a schematic plan view showing a second configuration example in which the configuration and arrangement location of the cutout portion of the P− layer in the first embodiment are changed.

【図7】第1の実施例におけるP−層の切欠部の構成及
び配置箇所を変更した第3の構成例を示す概略平面図で
ある。
FIG. 7 is a schematic plan view showing a third configuration example in which the configuration and the location of the cutout portion of the P− layer in the first embodiment are changed.

【図8】第1の実施例におけるP−層の切欠部の構成及
び配置箇所を変更した第4の構成例を示す概略平面図で
ある。
FIG. 8 is a schematic plan view showing a fourth configuration example in which the configuration and the location of the notch portion of the P− layer in the first embodiment are changed.

【図9】図6乃至図8に図示の各構成例におけるA−
A、B−B、C−C、D−D、E−Eライン部分の概略
断面図である。
9 is an A- in each configuration example shown in FIG. 6 to FIG.
It is a schematic sectional drawing of an A, BB, CC, DD, and EE line part.

【図10】本発明に係わる複合半導体装置の第2の実施
例の構成を示す概略断面図である。
FIG. 10 is a schematic sectional view showing the structure of a second embodiment of the composite semiconductor device according to the present invention.

【図11】図10に図示された複合半導体装置の第2の
実施例の等価回路図である。
11 is an equivalent circuit diagram of the second embodiment of the composite semiconductor device shown in FIG.

【図12】図10に図示された複合半導体装置のオン状
態におけるキャリアの流れ、及び、そのA−A、B−B
ライン部分の不純物濃度分布を示す動作説明図である。
12 is a flow chart of carriers in the ON state of the composite semiconductor device shown in FIG. 10 and A-A and B-B thereof.
It is an operation explanatory view showing an impurity concentration distribution of a line portion.

【図13】第2の実施例におけるカソード電極(K)の
構成を変更した構成例を示す概略斜視断面図及び概略平
面図である。
FIG. 13 is a schematic perspective sectional view and a schematic plan view showing a configuration example in which the configuration of the cathode electrode (K) in the second embodiment is changed.

【図14】本発明に係わる複合半導体装置を用いた電動
機駆動用インバータ装置の構成の一例を示す概略回路図
である。
FIG. 14 is a schematic circuit diagram showing an example of the configuration of an inverter device for driving a motor using the composite semiconductor device according to the present invention.

【図15】既知の半導体装置(IGBT)の構成の一例
を示す概略断面図である。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a known semiconductor device (IGBT).

【図16】図15に図示された既知のIGBTの等価回
路図である。
16 is an equivalent circuit diagram of the known IGBT shown in FIG.

【図17】既知の複合半導体装置(絶縁ゲート電極型サ
イリスタ)の構成の一例を示す概略断面図である。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a known composite semiconductor device (insulated gate electrode type thyristor).

【図18】図17に図示された既知の絶縁ゲート電極型
サイリスタの等価回路図である。
18 is an equivalent circuit diagram of the known insulated gate electrode type thyristor shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基体 1a 半導体基体1の一方の主表面 1b 半導体基体1の他方の主表面 2 n型低不純物濃度層(n−層、第1の半導体層) 3 n型不純物層(n層、第1の半導体層) 4 第1のp型高不純物層(p1+層、第2の半導体
層) 5 p型不純物層(p層、第3の半導体層) 6 第2のp型高不純物層(p2+層、第3の半導体
層) 7 第1のn型高不純物層(n1+層、第4の半導体
層) 8 第2のn型高不純物濃度層(n2+層、第5の半導
体層) 9 p型低不純物濃度層(p−層、第6の半導体層) 9a、9b、9c、9d 切欠部 10 絶縁ゲート電極(G) 12、21 絶縁膜 13 アノード電極(A) 14 カソード電極(K) 15 第3のn型高不純物濃度層(n3+層、第6の半
導体層) 16 p型不純物層(p層、第7の半導体層) 17 第2のp型低不純物濃度層(p2−層、第8の半
導体層) 18 第4のn型不純物層(n4層、第9の半導体層) 19 第1の絶縁ゲート電極(G1) 20 第2の絶縁ゲート電極(G2) TR1 第1のpnpトランジスタ TR2 第1のnpnトランジスタ TR3 第2のpnpトランジスタ TR4 第2のnpnトランジスタ MTR1 第1のnチャネルMISFET MTR2 第2のnチャネルMISFET r1 p2+層6における横方向抵抗 R n−層2の内部抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor base body 1a One main surface of the semiconductor base body 1b The other main surface of the semiconductor base body 2 n-type low impurity concentration layer (n- layer, 1st semiconductor layer) 3 n-type impurity layer (n layer, 1st) Semiconductor layer) 4 first p-type high impurity layer (p1 + layer, second semiconductor layer) 5 p-type impurity layer (p layer, third semiconductor layer) 6 second p-type high impurity layer (p2 + layer) , Third semiconductor layer) 7 first n-type high impurity layer (n1 + layer, fourth semiconductor layer) 8 second n-type high impurity concentration layer (n2 + layer, fifth semiconductor layer) 9 p-type low Impurity concentration layer (p-layer, sixth semiconductor layer) 9a, 9b, 9c, 9d Notch portion 10 Insulated gate electrode (G) 12, 21 Insulating film 13 Anode electrode (A) 14 Cathode electrode (K) 15 Third N-type high impurity concentration layer (n3 + layer, sixth semiconductor layer) 16 p-type impurity layer (p layer, seventh layer) Conductor layer 17 Second p-type low impurity concentration layer (p2-layer, eighth semiconductor layer) 18 Fourth n-type impurity layer (n4 layer, ninth semiconductor layer) 19 First insulated gate electrode ( G1) 20 second insulated gate electrode (G2) TR1 first pnp transistor TR2 first npn transistor TR3 second pnp transistor TR4 second npn transistor MTR1 first n-channel MISFET MTR2 second n-channel MISFET Lateral resistance in r 1 p 2+ layer 6 R n− internal resistance of layer 2

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一対の主表面を有する半導体基体であっ
て、低不純物濃度の第1導電型の第1の半導体層と、一
方の主表面における前記第1の半導体層に隣接配置され
た高不純物濃度の第2導電型の第2の半導体層と、他方
の主表面における前記第1の半導体層内に、前記半導体
基体の一辺に平行であり、かつ、互いに離間して設けら
れた複数の帯状の高不純物濃度の第2導電型の第3の半
導体層と、前記複数本の第3の半導体層内のそれぞれに
その長手方向に沿って設けられた高不純物濃度の第1導
電型の第4の半導体層と、他方の主表面における前記第
1の半導体層内に、両側縁部が2つの前記第3の半導体
層内の対向する側縁部にそれぞれ接するように設けられ
た高不純物濃度の第1導電型の第5の半導体層と、前記
第1の半導体層及び前記第5の半導体層との間に設けら
れ、前記第1の半導体層及び前記第5の半導体層とを直
接接触させる少なくとも1つの切欠部を有する低不純物
濃度の第2導電型の第6の半導体層とからなる半導体基
体と、前記一方の主表面における前記第2の半導体層に
低抵抗接触状態で配置された第1の主電極と、前記他方
の主表面における前記第3の半導体層及び第4の半導体
層のそれぞれに低抵抗接触状態で配置された第2の主電
極と、前記他方の主表面における前記第4の半導体層及
び前記第5の半導体層との間の露出した前記第3の半導
体層に対向絶縁配置された制御電極とを具備することを
特徴とする複合半導体装置。
1. A semiconductor substrate having a pair of main surfaces, the first semiconductor layer of a first conductivity type having a low impurity concentration, and a high-concentration layer disposed adjacent to the first semiconductor layer on one main surface. A plurality of second conductivity type second semiconductor layers having an impurity concentration and a plurality of semiconductor elements provided in the first semiconductor layer on the other main surface are provided parallel to one side of the semiconductor substrate and separated from each other. A band-shaped third semiconductor layer of high impurity concentration second conductivity type, and a first impurity type first semiconductor type of high impurity concentration provided in each of the plurality of third semiconductor layers along the longitudinal direction thereof. No. 4 semiconductor layer, and the high impurity concentration provided in the first semiconductor layer on the other main surface so that both side edge portions respectively contact opposite side edge portions in the two third semiconductor layers. A first conductive type fifth semiconductor layer, the first semiconductor layer, and A sixth low-impurity-concentration second conductivity type semiconductor device having at least one notch provided between the fifth semiconductor layer and in direct contact with the first semiconductor layer and the fifth semiconductor layer. A semiconductor substrate composed of a semiconductor layer, a first main electrode arranged in low resistance contact with the second semiconductor layer on the one main surface, the third semiconductor layer on the other main surface, and A second main electrode arranged in a low resistance contact state on each of the fourth semiconductor layers and the exposed first main electrode between the fourth semiconductor layer and the fifth semiconductor layer on the other main surface. 3. The composite semiconductor device according to claim 3, further comprising: a control electrode disposed on the semiconductor layer of FIG.
【請求項2】前記第1の半導体層は、第1の半導体層部
分と、前記第2の半導体層に隣接し、前記第1の半導体
層部分よりも高不純物濃度の第2の半導体層部分とから
なり、前記第3の半導体層は、前記第1の半導体層部分
及び前記第5の半導体層にそれぞれ隣接する第3の半導
体層部分と、前記制御電極から離れた箇所において前記
第2の主電極に接触し、前記第3の半導体層部分よりも
高不純物濃度の第4の半導体層部分とからなることを特
徴とする請求項1に記載の複合半導体装置。
2. The first semiconductor layer is adjacent to the first semiconductor layer portion and the second semiconductor layer, and the second semiconductor layer portion has a higher impurity concentration than the first semiconductor layer portion. And the third semiconductor layer includes a third semiconductor layer portion adjacent to each of the first semiconductor layer portion and the fifth semiconductor layer, and the second semiconductor layer at a position apart from the control electrode. The composite semiconductor device according to claim 1, wherein the composite semiconductor device comprises a fourth semiconductor layer portion that is in contact with the main electrode and has a higher impurity concentration than the third semiconductor layer portion.
【請求項3】前記第6の半導体層における切欠部は、前
記半導体基体の一辺に直交する方向に延びる帯状のもの
からなり、前記半導体基体の一辺に沿って規則的に設け
られていることを特徴とする請求項1乃至2のいずれか
に記載の複合半導体装置。
3. The notches in the sixth semiconductor layer are band-shaped and extend in a direction orthogonal to one side of the semiconductor substrate, and are regularly provided along one side of the semiconductor substrate. 3. The composite semiconductor device according to claim 1, wherein the composite semiconductor device is a semiconductor device.
【請求項4】前記帯状の切欠部は、それぞれ前記第6の
半導体層の全幅にわたって設けられていることを特徴と
する請求項3に記載の複合半導体装置。
4. The composite semiconductor device according to claim 3, wherein each of the band-shaped notches is provided over the entire width of the sixth semiconductor layer.
【請求項5】前記帯状の切欠部は、それぞれ前記第6の
半導体層の幅方向の一部に設けられていることを特徴と
する請求項3に記載の複合半導体装置。
5. The composite semiconductor device according to claim 3, wherein each of the band-shaped notches is provided in a part of the sixth semiconductor layer in the width direction.
【請求項6】前記第6の半導体層における切欠部は、前
記半導体基体の一辺に平行に延びる帯状のものからな
り、前記第6の半導体層の幅方向の略中央部に設けられ
ていることを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記
載の複合半導体装置。
6. The notch in the sixth semiconductor layer is formed in a strip shape extending in parallel to one side of the semiconductor substrate, and is provided at a substantially central portion in the width direction of the sixth semiconductor layer. 3. The composite semiconductor device according to claim 1, wherein the composite semiconductor device is a semiconductor device.
【請求項7】前記第6の半導体層における切欠部は、略
円形状のものからなり、前記半導体基体の一辺に沿って
規則的に設けられていることを特徴とする請求項1乃至
2のいずれかに記載の複合半導体装置。
7. The cutout portion of the sixth semiconductor layer is formed in a substantially circular shape, and is regularly provided along one side of the semiconductor substrate. 7. The composite semiconductor device according to any one.
【請求項8】前記半導体基体は、IGBT領域とサイリ
スタ領域とが隣接するように形成配置されて複合半導体
装置を構成し、前記IGBT領域は一対の主表面に設け
られた第1及び第2の主電極に直接接続され、前記サイ
リスタ領域はカソード側の端部領域が前記IGBT領域
に存在するMISFET領域を介して前記第2の主電極
に接続され、アノード側の端部領域が前記第1の主電極
に直接接続されていることを特徴とする請求項1に記載
の複合半導体装置。
8. The semiconductor substrate is formed and arranged so that an IGBT region and a thyristor region are adjacent to each other to form a composite semiconductor device, and the IGBT region is provided on a pair of main surfaces. The cathode side end region of the thyristor region is directly connected to the main electrode, is connected to the second main electrode via the MISFET region existing in the IGBT region, and the anode side end region is the first side. The composite semiconductor device according to claim 1, wherein the composite semiconductor device is directly connected to the main electrode.
【請求項9】一対の主表面を有する半導体基体であっ
て、低不純物濃度の第1導電型の第1の半導体層と、一
方の主表面における前記第1の半導体層に隣接配置され
た高不純物濃度の第2導電型の第2の半導体層と、他方
の主表面における前記第1の半導体層内に、前記半導体
基体の一辺に平行に設けられた帯状の高不純物濃度の第
2導電型の第3の半導体層と、前記第3の半導体層内に
その長手方向に沿って設けられた高不純物濃度の第1導
電型の第4の半導体層と、他方の主表面における前記第
1の半導体層内に、一方の側縁部が前記第3の半導体層
の側縁部に接するように設けられた高不純物濃度の第1
導電型の第5の半導体層と、他方の主表面における前記
第1の半導体層内に、前記第5の半導体層に平行離間配
置された高不純物濃度の第1導電型の第6の半導体層
と、前記第1の半導体層及び前記第6の半導体層との間
に、一方の側縁部が前記第5の半導体層の側縁部に接す
るように設けられた高不純物濃度の第2導電型の第7の
半導体層と、前記第4の半導体層及び前記第5の半導体
層との間の前記第3の半導体層内表面に設けられ、低不
純物濃度の第2導電型の第8の半導体層と、前記第5の
半導体層及び前記第6の半導体層との間の前記第7の半
導体層内表面に設けられ、高不純物濃度の第1導電型の
第9の半導体層とからなる半導体基体と、前記一方の主
表面における前記第2の半導体層に低抵抗接触状態で配
置された第1の主電極と、前記他方の主表面における前
記第3の半導体層及び前記第4の半導体層のそれぞれに
低抵抗接触状態で配置された第2の主電極と、前記他方
の主面における前記第4の半導体層及び前記第5の半導
体層との間に露出する前記第8の半導体層に対向絶縁配
置された第1の制御電極と、前記第5の半導体層及び前
記第6の半導体層との間に露出する前記第9の半導体層
に対向絶縁配置された第2の制御電極とを具備すること
を特徴とする複合半導体装置。
9. A semiconductor substrate having a pair of main surfaces, a first semiconductor layer of a first conductivity type having a low impurity concentration, and a high-level semiconductor layer disposed adjacent to the first semiconductor layer on one main surface. A second semiconductor layer of a second conductivity type having an impurity concentration and a strip-shaped second conductivity type of a high impurity concentration provided parallel to one side of the semiconductor substrate in the first semiconductor layer on the other main surface. A third semiconductor layer, a fourth semiconductor layer of the first conductivity type having a high impurity concentration and provided in the third semiconductor layer along its longitudinal direction, and the first semiconductor layer on the other main surface. The first high impurity concentration first semiconductor layer is provided in the semiconductor layer so that one side edge portion is in contact with the side edge portion of the third semiconductor layer.
A fifth semiconductor layer of a conductivity type and a sixth semiconductor layer of a first conductivity type having a high impurity concentration, which is arranged in parallel and spaced apart from the fifth semiconductor layer in the first semiconductor layer on the other main surface. Between the first semiconductor layer and the sixth semiconductor layer, one side edge portion of which is in contact with the side edge portion of the fifth semiconductor layer. Type seventh semiconductor layer and an eighth surface of the second conductivity type having a low impurity concentration, which is provided on the inner surface of the third semiconductor layer between the fourth semiconductor layer and the fifth semiconductor layer. A semiconductor layer and a ninth semiconductor layer of the first conductivity type, which is provided on the inner surface of the seventh semiconductor layer between the fifth semiconductor layer and the sixth semiconductor layer and has a high impurity concentration. A semiconductor substrate and a first main electrode arranged in low resistance contact with the second semiconductor layer on the one main surface. A second main electrode arranged in a low resistance contact state with each of the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer on the other main surface, and the fourth semiconductor on the other main surface. Between the fifth control layer and the sixth control layer, and the first control electrode opposed to the eighth control layer exposed between the fifth control layer and the fifth control layer. A composite semiconductor device, comprising: a second control electrode disposed so as to face and insulate the exposed ninth semiconductor layer.
【請求項10】前記第5の半導体層、前記第6の半導体
層、前記第7の半導体層、前記第9の半導体層及び前記
第2の制御電極からなる部分は、ディプレション型の第
2のMISFETを構成していることを特徴とする請求
項9に記載の複合半導体装置。
10. A portion comprising the fifth semiconductor layer, the sixth semiconductor layer, the seventh semiconductor layer, the ninth semiconductor layer and the second control electrode is a depletion type first. 10. The composite semiconductor device according to claim 9, wherein the MISFET of No. 2 is configured.
【請求項11】前記半導体基体は、IGBT領域とサイ
リスタ領域とが隣接するように形成配置されて複合半導
体装置を構成し、前記IGBT領域は前記第1及び第2
の主電極に直接接続され、サイリスタ領域はカソード側
の端部領域が前記IGBT領域に存在する第1のMIS
FET領域と前記ディプレッション型の第2のMISF
ET領域とを介して前記第2の主電極に接続され、アノ
ード側の端部領域が前記第1の主電極に直接接続されて
いることを特徴とする請求項9に記載の複合半導体装
置。
11. A composite semiconductor device is formed by arranging the semiconductor substrate such that an IGBT region and a thyristor region are adjacent to each other, and the IGBT region includes the first and second semiconductor regions.
Of the thyristor region, the cathode side end region of which is present in the IGBT region.
FET region and the depletion type second MISF
10. The composite semiconductor device according to claim 9, wherein the composite semiconductor device is connected to the second main electrode via an ET region, and the end region on the anode side is directly connected to the first main electrode.
【請求項12】一対の直流電圧入力端子と、交流出力相
数と同数の交流電圧出力端子と、前記直流電圧を前記交
流電圧に変換する交流出力相数と同数のインバータ単位
を有するインバータ装置とを備え、前記各インバータ単
位はスイッチング素子及び逆極性接続ダイオードの並列
接続回路を前記一対の直流電圧入力端子間に2つ直列接
続した構成からなり、かつ、前記スイッチング素子には
請求項1乃至8のいずれかに記載の複合半導体装置が用
いられることを特徴とする電力変換装置。
12. An inverter device having a pair of DC voltage input terminals, an AC voltage output terminal having the same number as the AC output phase, and an inverter unit having the same number as the AC output phase for converting the DC voltage into the AC voltage. 9. Each of the inverter units has a configuration in which two parallel connection circuits of a switching element and a reverse polarity connection diode are connected in series between the pair of DC voltage input terminals, and the switching element has a configuration in which: A power conversion device comprising the composite semiconductor device according to any one of 1.
【請求項13】一対の直流電圧入力端子と、交流出力相
数と同数の交流電圧出力端子と、前記直流電圧を前記交
流電圧に変換する交流出力相数と同数のインバータ単位
を有するインバータ装置とを備え、前記各インバータ単
位はスイッチング素子及び逆極性接続ダイオードの並列
接続回路を前記一対の直流電圧入力端子間に2つ直列接
続した構成からなり、かつ、前記スイッチング素子には
請求項9乃至11のいずれかに記載の複合半導体装置が
用いられることを特徴とする電力変換装置。
13. An inverter device having a pair of DC voltage input terminals, an AC voltage output terminal having the same number as the AC output phase, and an inverter unit having the same number as the AC output phase for converting the DC voltage into the AC voltage. 12. Each of the inverter units has a configuration in which two parallel connection circuits of a switching element and a reverse polarity connection diode are connected in series between the pair of DC voltage input terminals, and the switching element has a configuration in which: A power conversion device comprising the composite semiconductor device according to any one of 1.
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