JPH08316457A - Insulated gate power semiconductor device and its driving method - Google Patents
Insulated gate power semiconductor device and its driving methodInfo
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- JPH08316457A JPH08316457A JP23703695A JP23703695A JPH08316457A JP H08316457 A JPH08316457 A JP H08316457A JP 23703695 A JP23703695 A JP 23703695A JP 23703695 A JP23703695 A JP 23703695A JP H08316457 A JPH08316457 A JP H08316457A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁ゲートにより
ターンオフ制御を行なう絶縁ゲート型電力用半導体装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate power semiconductor device in which turn-off control is performed by an insulated gate.
【0002】[0002]
【従来の技術】高耐圧、大電流の絶縁ゲート電力用半導
体素子におけるゲート駆動には、電圧制御型のものと、
電流駆動型のものとがあるが、前者の方が望ましい。こ
れは電圧制御型の方が電流駆動型に比べて、より小電流
でゲート駆動が行なえるからである。2. Description of the Related Art In a high breakdown voltage, high current insulated gate power semiconductor element, a gate drive type is used for gate drive.
The current drive type is available, but the former is preferable. This is because the voltage control type can drive the gate with a smaller current than the current driving type.
【0003】図32は、従来の電圧制御型の絶縁ゲート
電力用半導体素子の1つである絶縁ゲート型ターンオフ
サイリスタの素子構造を示す断面図である。FIG. 32 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate type turn-off thyristor which is one of conventional voltage controlled type insulated gate power semiconductor elements.
【0004】図中、701は高抵抗のn型ベース層を示
しており、このn型ベース層701の表面にはp型ベー
ス層702が選択的に形成されている。このp型ベース
層702の表面にはn型エミッタ層703が選択的に形
成されている。In the figure, reference numeral 701 denotes a high resistance n-type base layer, and a p-type base layer 702 is selectively formed on the surface of the n-type base layer 701. An n-type emitter layer 703 is selectively formed on the surface of the p-type base layer 702.
【0005】一方、n型ベース層701の裏面には高濃
度のp型エミッタ層704が形成されている。n型エミ
ッタ層703上にはカソード電極705が、p型エミッ
タ層704にはアノード電極706が設けられている。
これら4層によりpnpn構造のサイリスタ本体が形成
されている。On the other hand, a high-concentration p-type emitter layer 704 is formed on the back surface of the n-type base layer 701. A cathode electrode 705 is provided on the n-type emitter layer 703, and an anode electrode 706 is provided on the p-type emitter layer 704.
A thyristor body having a pnpn structure is formed by these four layers.
【0006】また、n型エミッタ層703から所定距離
離れた位置のp型ベース層702の表面にはn型ドレイ
ン層714が形成されており、このn型ドレイン層71
4とn型エミッタ層703との間のp型ベース層702
上には、ゲート絶縁膜709を介してゲート電極710
が配設されている。An n-type drain layer 714 is formed on the surface of the p-type base layer 702 at a position separated from the n-type emitter layer 703 by a predetermined distance.
4 and the n-type emitter layer 703 between the p-type base layer 702
A gate electrode 710 is formed over the gate insulating film 709.
Is provided.
【0007】このゲート電極710はターンオフ用であ
って、このn型エミッタ層703をソースとし、領域C
H1をnチャネルとするnチャネルのターンオフ用MO
SFETが構成されている。The gate electrode 710 is for turn-off, and the n-type emitter layer 703 is used as a source for the region C.
N-channel turn-off MO with H1 as n-channel
The SFET is configured.
【0008】なお、n型ドレイン層714にコンタクト
するドレイン電極715は、同時にp型ベース層702
にもコンタクトし、このようなドレイン電極715によ
りp型ベース層702とn型ドレイン層714とは短絡
している。The drain electrode 715 contacting the n-type drain layer 714 is simultaneously formed with the p-type base layer 702.
The p-type base layer 702 and the n-type drain layer 714 are short-circuited by such a drain electrode 715.
【0009】一方、n型ベース層701とn型エミッタ
層703との間のp型ベース層702上には、ゲート絶
縁膜711を介してゲート電極712が配設されてい
る。On the other hand, on the p-type base layer 702 between the n-type base layer 701 and the n-type emitter layer 703, a gate electrode 712 is provided via a gate insulating film 711.
【0010】このゲート電極712はターンオフ用であ
って、このn型エミッタ層703をソースとし、領域C
H2をnチャネルとするnチャネルのターンオフ用MO
SFETが構成されている。This gate electrode 712 is for turning off, and this n-type emitter layer 703 is used as a source and the region C is used.
N-channel turn-off MO with H2 as n-channel
The SFET is configured.
【0011】このような構造の絶縁ゲート型ターンオフ
サイリスタの動作原理は以下の通りである。The operating principle of the insulated gate turn-off thyristor having such a structure is as follows.
【0012】まず、素子をターンオンするには、ターン
オン用ゲート電極712にカソードに対して正の電圧を
印加する。これにより、ターンオン用ゲート電極712
直下のnチャネルCH2が導通状態となって、n型エミ
ッタ層703からn型ベース層701に電子が注入さ
れ、それに見合う量の正孔がp型エミッタ層704から
注入されて、素子はターンオンする。First, to turn on the device, a positive voltage is applied to the turn-on gate electrode 712 with respect to the cathode. Accordingly, the turn-on gate electrode 712
The n-channel CH2 immediately below is brought into a conductive state, electrons are injected from the n-type emitter layer 703 to the n-type base layer 701, and holes corresponding to it are injected from the p-type emitter layer 704, and the device is turned on. .
【0013】一方、素子をターンオフするには、ターン
オフ用ゲート電極710にカソードに対して正の電圧を
印加する。これにより、ターンオフ用ゲート電極710
直下のnチャネルCH1が導通状態となって、p型ベー
ス層702から直接n型エミッタ層703に流れ込んで
いた正孔電流の一部が、図に破線で示すようにドレイン
電極715から吸い出され、n型ドレイン層714、n
チャネルCH1を通って、n型エミッタ層703からカ
ソード電極705にバイパスするようになる。このよう
に正孔電流がバイパスされることにより、やがてn型エ
ミッタ層703からp型ベース層702への電子注入が
止まり、素子はターンオフする。On the other hand, in order to turn off the device, a positive voltage is applied to the turn-off gate electrode 710 with respect to the cathode. Accordingly, the turn-off gate electrode 710
A part of the hole current flowing directly from the p-type base layer 702 to the n-type emitter layer 703 is drained from the drain electrode 715 as shown by a broken line in FIG. , N-type drain layer 714, n
The n-type emitter layer 703 is bypassed to the cathode electrode 705 through the channel CH1. By bypassing the hole current in this manner, the injection of electrons from the n-type emitter layer 703 to the p-type base layer 702 is stopped, and the device is turned off.
【0014】しかしながら、この種の絶縁ゲート型ター
ンオフサイリスタにあっては、十分なターンオフ能力が
得られないという問題があった。これは、図32に破線
で示した正孔電流バイパス経路の抵抗に原因がある。However, the insulated gate type turn-off thyristor of this type has a problem that a sufficient turn-off ability cannot be obtained. This is due to the resistance of the hole current bypass path shown by the broken line in FIG.
【0015】正孔電流バイパス経路の抵抗は、主要には
p型ベース層702の抵抗(R1,R2)およびターン
オフ用ゲート電極710下のnチャネル710のオン抵
抗である。The resistance of the hole current bypass path is mainly the resistance (R1, R2) of the p-type base layer 702 and the on-resistance of the n-channel 710 below the turn-off gate electrode 710.
【0016】これらの抵抗とバイパス電流により決まる
電圧降下が、n型エミッタ層703とp型ベース層70
2のビルトイン電圧以上になると、n型エミッタ層70
3からの電子注入が止まらないことになる。特に、発明
者の研究によれば、上記バイパス抵抗のうちp型ベース
層702の横方向拡散部分における抵抗R2が非常に大
きいことが分かった。A voltage drop determined by these resistances and bypass currents causes an n-type emitter layer 703 and a p-type base layer 70.
When the voltage exceeds the built-in voltage of 2, the n-type emitter layer 70
The electron injection from 3 does not stop. In particular, according to the research by the inventor, it has been found that the resistance R2 in the lateral diffusion portion of the p-type base layer 702 among the bypass resistances is very large.
【0017】したがって、従来構造の絶縁ゲート型ター
ンオフサイリスタは、アノード電流(主電流)が大きく
なると、電圧降下はビルトイン電圧以上になり易く、タ
ーンオフできなくなるという問題がある。Therefore, the insulated gate type turn-off thyristor of the conventional structure has a problem that when the anode current (main current) becomes large, the voltage drop easily exceeds the built-in voltage and cannot be turned off.
【0018】図33は、従来の横型の絶縁ゲート型ター
ンオフサイリスタの構造を示す断面図である(T.Ogura a
nd A.Nakagawa, IEDM92,p.241,1992)。FIG. 33 is a sectional view showing the structure of a conventional lateral insulated gate turn-off thyristor (T. Ogura a.
nd A. Nakagawa, IEDM92, p.241, 1992).
【0019】図中、801はシリコン基板を示し、この
シリコン基板801上にはシリコン酸化膜802を介し
て高抵抗のn型ベース層803が設けられている。この
n型ベース層803の表面には選択的にp型ベース層8
04が形成されている。このp型ベース層804の表面
にはn型エミッタ層807、n型ドレイン層808、n
型ソース層809が形成されている。In the figure, reference numeral 801 denotes a silicon substrate, and a high resistance n-type base layer 803 is provided on the silicon substrate 801 via a silicon oxide film 802. A p-type base layer 8 is selectively formed on the surface of the n-type base layer 803.
04 are formed. On the surface of the p-type base layer 804, an n-type emitter layer 807, an n-type drain layer 808, n
A mold source layer 809 is formed.
【0020】n型エミッタ層807にはカソード電極8
11が設けられている。n型エミッタ層807とn型ベ
ース層803との間のp型ベース層804上にはゲート
絶縁膜816を介してターンオン用ゲート電極814が
配設されている。A cathode electrode 8 is formed on the n-type emitter layer 807.
11 is provided. A turn-on gate electrode 814 is provided on the p-type base layer 804 between the n-type emitter layer 807 and the n-type base layer 803 via a gate insulating film 816.
【0021】n型ソース層809にはカソード電極81
1に接続されたソース電極812が設けられている。n
型ドレイン層808はベース電極813によりp型ベー
ス層804と短絡している。n型ドレイン層808とn
型ソース層809との間のp型ベース層804上にはゲ
ート絶縁膜816を介してターンオフ用ゲート電極81
5が設けられている。The n-type source layer 809 has a cathode electrode 81.
A source electrode 812 connected to 1 is provided. n
The type drain layer 808 is short-circuited with the p-type base layer 804 by the base electrode 813. n-type drain layer 808 and n
The gate electrode 81 for turn-off is formed on the p-type base layer 804 between the gate electrode 81 and the source layer 809 via the gate insulating film 816.
5 are provided.
【0022】また、n型ベース層803の表面にはn型
バッファ層805が形成され、このn型バッファ層80
5の表面にはp型エミッタ層806が形成されている。
このp型エミッタ層806にはアノード電極810が設
けられている。なお、817は絶縁膜を示している。An n-type buffer layer 805 is formed on the surface of the n-type base layer 803, and the n-type buffer layer 80 is formed.
A p-type emitter layer 806 is formed on the surface of No. 5.
An anode electrode 810 is provided on the p-type emitter layer 806. In addition, 817 has shown the insulating film.
【0023】このような構造の絶縁ゲート型ターンオフ
サイリスタの動作原理は以下の通りである。The operating principle of the insulated gate turn-off thyristor having such a structure is as follows.
【0024】まず、素子をターンオンするには、ターン
オン用ゲート電極814にカソードに対して正の電圧を
印加する。これにより、n型エミッタ層807はターン
オン用ゲート電極814下のp型ベース層4の表面に形
成されたnチャネルを介してn型ベース層803と短絡
し、n型ベース層803内に電子が注入される。そし
て、p型エミッタ層806からそれに見合った量の正孔
がn型ベース層803内に注入され、素子はターンオン
する。First, to turn on the device, a positive voltage is applied to the turn-on gate electrode 814 with respect to the cathode. As a result, the n-type emitter layer 807 is short-circuited with the n-type base layer 803 via the n-channel formed on the surface of the p-type base layer 4 below the turn-on gate electrode 814, and electrons are stored in the n-type base layer 803. Injected. Then, holes of an amount corresponding to the p-type emitter layer 806 are injected into the n-type base layer 803, and the device is turned on.
【0025】一方、素子をターンオフするには、ターン
オン用ゲート電極814にカソードに対して正の電圧を
印加したまま、ターンオフ用ゲート電極815にカソー
ドに対して正の電圧を印加する。On the other hand, to turn off the device, a positive voltage is applied to the cathode to the turn-off gate electrode 815 while a positive voltage is applied to the turn-on gate electrode 814.
【0026】このとき、電子電流は図33の実線で示す
ように、n型エミッタ層807、p型ベース層804、
n型ベース層803の順に流れる。また、正孔電流は図
33破線で示すように、n型ベース層803、p型ベー
ス層804と流れたあとn型エミッタ層807のすぐ近
くでベース電極813に吸い出され、ターンオフ用ゲー
ト電極815下のnチャネルを通りソース電極812に
排出される。At this time, the electron current is, as shown by the solid line in FIG. 33, the n-type emitter layer 807, the p-type base layer 804,
It flows in order of the n-type base layer 803. 33, the hole current flows to the n-type base layer 803 and the p-type base layer 804, and then is drained to the base electrode 813 in the immediate vicinity of the n-type emitter layer 807 to turn off the gate electrode. It is discharged to the source electrode 812 through the n channel below 815.
【0027】このような電流の経路は、いわゆるIGB
T(絶縁ゲート型バイポーラトンジスタ)と同じであ
る。したがって、ターンオフ用絶縁ゲート電極815に
正の電圧を印加した後一定時間が終わってからターンオ
ン用絶縁ゲート電極814に電圧を印加しないようにす
ると、電子の注入が止まり素子はターンオフする。Such a current path is a so-called IGB.
This is the same as T (insulated gate bipolar transistor). Therefore, if a voltage is not applied to the turn-on insulated gate electrode 814 after a certain time has elapsed after applying a positive voltage to the turn-off insulated gate electrode 815, the injection of electrons is stopped and the device is turned off.
【0028】しかしながら、このような絶縁ゲート型タ
ーンオフサイリスタにあっても、先の絶縁ゲート型ター
ンオフサイリスタと同様に十分なターンオフ能力が得ら
れないという問題があった。However, even with such an insulated gate type turn-off thyristor, there is a problem that a sufficient turn-off ability cannot be obtained like the insulated gate type turn-off thyristor.
【0029】すなわち、アノード電流が大きくなると、
ターンオフの際に、正孔バイパス電流による電圧降下が
p型ベース層804とn型エミッタ層807のビルトイ
ン電圧以上になると、n型エミッタ層804からの電子
注入が止まらず、ラッチアップ状態のままとなり、ゲー
トコントロールが不可能となる。That is, when the anode current increases,
At the time of turn-off, if the voltage drop due to the hole bypass current exceeds the built-in voltage of the p-type base layer 804 and the n-type emitter layer 807, the electron injection from the n-type emitter layer 804 does not stop and the latch-up state remains. , Gate control becomes impossible.
【0030】ところで、絶縁ゲート型電力用半導体素子
の一つに、GTO(Gate Turn-Offthyristor)というも
のがある。GTOは、npnpの4層構造のサイリスタ
を基礎とし、そのn型エミッタ層にはカソード電極が設
けられ、p型ベース層にはゲート電極が設けられ、そし
て、p型エミッタ層にはアノード電極が設けられた構造
となっている。By the way, one of the insulated gate power semiconductor elements is a GTO (Gate Turn-Off thyristor). The GTO is based on an npnp four-layer structure thyristor, in which the n-type emitter layer is provided with a cathode electrode, the p-type base layer is provided with a gate electrode, and the p-type emitter layer is provided with an anode electrode. It has a structure provided.
【0031】この素子をターンオンするには、ゲート電
極にカソードに対して正の電圧を印加する。これによ
り、n型エミッタ層より電子がn型ベース層に注入さ
れ、これに応じて量の正孔がp型エミッタ層からn型ベ
ース層に注入される結果、伝導度変調が起こって素子は
ターンオンする。To turn on this element, a positive voltage is applied to the gate electrode with respect to the cathode. As a result, electrons are injected from the n-type emitter layer into the n-type base layer, and a corresponding amount of holes are injected from the p-type emitter layer into the n-type base layer. Turn on.
【0032】一方、素子をターンオフするには、ゲート
電極にカソードに対して負の電圧を印加する。これによ
ってアノード電流(主電流)がゲート回路にバイパスさ
れ、n型エミッタ層からの電子注入が止まって素子はタ
ーンオフする。On the other hand, in order to turn off the device, a negative voltage is applied to the gate electrode with respect to the cathode. As a result, the anode current (main current) is bypassed to the gate circuit, the electron injection from the n-type emitter layer is stopped, and the element is turned off.
【0033】GTOは、伝導度変調を起こすため、パワ
ーMOSFETなどに比べて、オン電圧が低くいという
利点があり、また、ゲート回路により自己消弧できるの
で電力用半導体素子としての利用範囲が広い。Since the GTO causes conductivity modulation, it has an advantage that the on-state voltage is lower than that of a power MOSFET, and since it can be self-extinguished by a gate circuit, it can be widely used as a power semiconductor element. .
【0034】しかしながら、GTOは電流駆動型の素子
であるので、ゲート回路が大きくなったり、また、伝導
度変調によりターンオンするため、スイッチング速度が
速くできないなどの欠点があった。また、特にターンオ
フ時に電流集中を起こしやすく、破壊耐量が小さいとい
う欠点もあった。However, since the GTO is a current-driven element, it has drawbacks such as a large gate circuit and a high switching speed because it is turned on by conductivity modulation. In addition, there is a drawback that current concentration is likely to occur particularly at turn-off, and the breakdown resistance is small.
【0035】また、MOSゲート電極構造により、サイ
リスタのターンオンおよびターンオフを制御する素子と
して、EST(Emitter Switched Thyristor) が提案さ
れている。An EST (Emitter Switched Thyristor) has been proposed as an element for controlling the turn-on and turn-off of a thyristor with a MOS gate electrode structure.
【0036】図34は、ESTの素子構造を示す断面図
である。p型エミッタ層941、n型ベース層940、
p型ベース層938およびn型エミッタ層937はpn
pnサイリスタ構造を形成している。p型ベース層93
8は高濃度のp型コンタクト層934を介してカソード
電極935に接続している。また、p型エミッタ層94
1には図示しないアノード電極が設けられている。FIG. 34 is a sectional view showing the element structure of the EST. p-type emitter layer 941, n-type base layer 940,
The p-type base layer 938 and the n-type emitter layer 937 are pn
A pn thyristor structure is formed. p-type base layer 93
8 is connected to the cathode electrode 935 through the high-concentration p-type contact layer 934. In addition, the p-type emitter layer 94
1 is provided with an anode electrode (not shown).
【0037】p型ベース層938の表面には、カソード
電極935により、p型ベース層938と短絡したn型
ソース層939が高濃度のp型コンタクト層934に接
して形成されている。n型エミッタ層937とn型ソー
ス層939との間のp型ベース層938、n型エミッタ
層937とn型ベース層940との間のp型ベース層9
38上には、それぞれ、ゲート絶縁膜を介してゲート電
極936が配設されている。On the surface of the p-type base layer 938, an n-type source layer 939 short-circuited with the p-type base layer 938 is formed in contact with the high-concentration p-type contact layer 934 by the cathode electrode 935. A p-type base layer 938 between the n-type emitter layer 937 and the n-type source layer 939, and a p-type base layer 9 between the n-type emitter layer 937 and the n-type base layer 940.
A gate electrode 936 is provided on each of the electrodes 38 via a gate insulating film.
【0038】この種の絶縁ゲート型ターンオフサイリス
タによれば、ゲート電極936に印加する電圧により、
サイリスタのターンオンおよびターンオフを制御できる
ので、GTOの場合とは異なり、ゲート回路が大きくな
ったり、スイッチング速度が遅くなるという問題はな
い。According to the insulated gate turn-off thyristor of this type, the voltage applied to the gate electrode 936 causes
Since the turn-on and turn-off of the thyristor can be controlled, there is no problem that the gate circuit becomes large and the switching speed becomes slow unlike the case of the GTO.
【0039】しかしながら、p型ベース層938とカソ
ード電極935が短絡されているので、オン電圧が高く
なるという問題がある。However, since the p-type base layer 938 and the cathode electrode 935 are short-circuited, there is a problem that the on-voltage becomes high.
【0040】さらに、p型コンタクト層934が形成さ
れているので、アノード電流が大きくなると、ターンオ
フ時に、p型コンタクト層934、n型ソース層93
9、n型ベース層940およびp型エミッタ層941か
らなる寄生サイリスタがラッチアップして、ターンオフ
できなくなるという問題があった。Further, since the p-type contact layer 934 is formed, when the anode current increases, the p-type contact layer 934 and the n-type source layer 93 are turned off at the time of turn-off.
There is a problem that the parasitic thyristor composed of the n-type base layer 940 and the p-type emitter layer 941 latches up and cannot be turned off.
【0041】[0041]
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の絶
縁ゲート型ターンオフサイリスタにあっては、アノード
電流が大きくなると、正孔バイパス電流により生じる電
圧降下によって電子注入が止まらなくなったり、寄生サ
イリスタがラッチアップするため、ターンオフできなく
なるという問題があった。As described above, in the conventional insulated gate type turn-off thyristor, when the anode current becomes large, the electron injection cannot be stopped due to the voltage drop caused by the hole bypass current, and the parasitic thyristor is not generated. Since it latches up, there is a problem that it cannot be turned off.
【0042】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、従来よりもターンオフ
能力に優れた絶縁ゲート型電力用半導体装置を提供する
ことにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an insulated gate type power semiconductor device having a better turn-off capability than ever before.
【0043】[0043]
[概要]上記の目的を達成するために、本発明に係る絶
縁ゲート型電力用半導体装置(請求項1)は、第1導電
型ベース層と、この第1導電型ベース層の表面に直接ま
たは間接的に接する第2導電型エミッタ層と、この第2
導電型エミッタ層と反対側の前記第1導電型ベース層の
表面に選択的に形成された第1および第2の第2導電型
ベース層と、この第1の第2導電型ベース層の表面に選
択的に形成された第1導電型エミッタ層と、前記第1の
第2導電型ベース層の表面に前記第1導電型エミッタ層
から離れて形成された第1導電型層と、前記第2の第2
導電型ベース層の表面に選択的に形成された第1導電型
ソース層と、前記第2の第2導電型ベース層の表面に前
記第1導電型ソース層から離れて形成された第1導電型
ドレイン層と、この第1導電型ドレイン層と前記第1導
電型ソース層との間の前記第2の第2導電型ベース層上
にゲート絶縁膜を介して設けられたターンオフ用ゲート
電極と、前記第1導電型ベース層と前記第1導電型層と
の間の前記第1の第2導電型ベース層上にゲート絶縁膜
を介して設けられたターンオン用ゲート電極と、前記第
2導電型エミッタ層に設けられた第1の主電極と、前記
第1導電型エミッタ層に設けられた第2の主電極と、前
記第1の第2導電型ベース層および前記第1導電型層に
設けられたベース電極と、前記第1導電型ソース層に設
けられ、前記第2の主電極と電気的に接続されたソース
電極と、前記第1導電型ドレイン層に設けられ、前記ベ
ース電極と電気的に接続されたドレイン電極とを備えて
いることを特徴とする。[Outline] In order to achieve the above-mentioned object, an insulated gate power semiconductor device according to the present invention (claim 1) has a first conductive type base layer and a surface directly or directly on the first conductive type base layer. A second conductive type emitter layer that is indirectly in contact with the second conductive type emitter layer;
First and second second conductivity type base layers selectively formed on the surface of the first conductivity type base layer opposite to the conductivity type emitter layer, and the surface of the first second conductivity type base layer A first conductive type emitter layer selectively formed on the first conductive type emitter layer, a first conductive type emitter layer formed on a surface of the first second conductive type base layer and separated from the first conductive type emitter layer, 2nd of 2
A first conductivity type source layer selectively formed on the surface of the conductivity type base layer and a first conductivity type formed on the surface of the second second conductivity type base layer away from the first conductivity type source layer. -Type drain layer, and a turn-off gate electrode provided on the second second-conductivity-type base layer between the first-conductivity-type drain layer and the first-conductivity-type source layer via a gate insulating film. A turn-on gate electrode provided on the first second conductivity type base layer between the first conductivity type base layer and the first conductivity type layer via a gate insulating film, and the second conductivity type. The first main electrode provided on the emitter layer of the first conductivity type, the second main electrode provided on the emitter layer of the first conductivity type, the base layer of the first conductivity type and the first conductivity type layer. The base electrode provided and the second conductive type source layer, A main electrode and electrically connected to the source electrode, provided on the first conductivity type drain layer, characterized in that it includes a said base electrode electrically connected to a drain electrode.
【0044】ここで、第2の第2導電型ベース層は、第
1の第2導電型ベース層と同一の層であっても良い。こ
の場合、第1導電型ソース層は第1導電型エミッタ層と
同一の層となり、ソース電極は第2の主電極と同一の電
極となる。Here, the second base layer of the second conductivity type may be the same layer as the first base layer of the second conductivity type. In this case, the first conductivity type source layer is the same layer as the first conductivity type emitter layer, and the source electrode is the same electrode as the second main electrode.
【0045】また、本発明(請求項2)に係る他の絶縁
ゲート型電力用半導体装置は、第1導電型ベース層と、
この第1導電型ベース層の表面に直接または間接的に接
する第2導電型エミッタ層と、この第2導電型エミッタ
層と反対側の前記第1導電型ベース層の表面に選択的に
形成された第2導電型ベース層と、この第2導電型ベー
ス層の表面に選択的に形成された第1導電型エミッタ層
と、前記第2導電型ベース層の表面に前記第1導電型エ
ミッタ層から離れて形成された第1導電型ソース層と、
この第1導電型ソース層および前記第1導電型エミッタ
層から離れて前記第2導電型ベース層の表面に形成され
た第1導電型ドレイン層と、この第1導電型ドレイン層
と前記第1導電型ソース層との間の前記第2導電型ベー
ス層上にゲート絶縁膜を介して設けられたターンオフ用
ゲート電極と、前記第1導電型ベース層と前記第1導電
型エミッタ層との間の前記第2導電型ベース層上にゲー
ト絶縁膜を介して設けられたターンオン用ゲート電極
と、前記第2導電型エミッタ層に設けられた第1の主電
極と、前記第1導電型エミッタ層に設けられた第2の主
電極と、前記第1導電型ソース層に設けられ、前記第2
の主電極と電気的に接続されたソース電極と、前記第1
導電型ドレイン層および前記第2導電型ベース層に設け
られたベース電極とを備えてなり、前記ターンオン用ゲ
ート電極側の前記第1導電型エミッタ層と前記第1導電
型ベース層との間の前記第2導電型ベース層の一部は、
前記第1導電型エミッタ層側に向かって窪んでいること
を特徴とする。Further, another insulated gate type power semiconductor device according to the present invention (claim 2) comprises a first conductivity type base layer,
A second conductivity type emitter layer that is in direct or indirect contact with the surface of the first conductivity type base layer and a surface of the first conductivity type base layer opposite to the second conductivity type emitter layer. A second conductivity type base layer, a first conductivity type emitter layer selectively formed on a surface of the second conductivity type base layer, and a first conductivity type emitter layer on a surface of the second conductivity type base layer. A first conductivity type source layer formed apart from
A first conductivity type drain layer formed on the surface of the second conductivity type base layer away from the first conductivity type source layer and the first conductivity type emitter layer, the first conductivity type drain layer and the first conductivity type drain layer. Between the turn-off gate electrode provided on the second conductive type base layer between the conductive type source layer and the gate insulating film, and between the first conductive type base layer and the first conductive type emitter layer. Turn-on gate electrode provided on the second conductivity type base layer via a gate insulating film, a first main electrode provided on the second conductivity type emitter layer, and the first conductivity type emitter layer A second main electrode provided on the first conductive type source layer and the second main electrode provided on the first conductive type source layer;
A source electrode electrically connected to the main electrode of the
A drain electrode of a conductive type and a base electrode provided on the base layer of the second conductive type, and between the first conductive type emitter layer and the first conductive type base layer on the turn-on gate electrode side. A part of the second conductive type base layer is
It is characterized in that it is recessed toward the first conductivity type emitter layer side.
【0046】本発明に係る他の絶縁ゲート型電力用半導
体装置(請求項3)は、第1の主電極が設けられたサイ
リスタ部を有する第1のウェハと、この第1のウェハと
一体的に形成されるとともに、第2の主電極が設けら
れ、前記サイリスタ部に流す電流を制御する電流制御部
を有する第2のウェハとを備え、絶縁ゲート型電力用半
導体装置であって、前記サイリスタ部は、前記第1の主
電極が設けられた第2導電型エミッタ層と、この第2導
電型エミッタ層の表面に選択的に形成された第1導電型
ベース層と、この第1導電型ベース層の表面に選択的に
形成された第2導電型ベース層と、この第2導電型ベー
ス層の表面に選択的に形成された第1導電型エミッタ層
と、この第1導電型エミッタ層と前記第1導電型ベース
層とを選択的に短絡する第1の絶縁ゲート構造とからな
り、前記電流制御部は、前記第1導電型エミッタ層に接
続した第1導電型ドレイン層と、前記第2の主電極に接
続した第1導電型ソース層と、この第1導電型ソース層
と前記第1導電型ドレイン層とを選択的に短絡する第2
の絶縁ゲート構造とからなる絶縁ゲート型FETと、前
記第1導電型ドレイン層と分離されるとともに、前記第
2導電型ベース層に接続した第1導電型カソード層と、
この第1導電型カソード層と接して形成されるともに、
前記第2の主電極と接続する第2導電型アノード層とか
らなるツェナーダイオードとからなることを特徴とす
る。In another insulated gate type power semiconductor device according to the present invention (claim 3), a first wafer having a thyristor portion provided with a first main electrode and an integrated body with the first wafer are provided. And a second wafer provided with a second main electrode and having a current control section for controlling a current flowing through the thyristor section, the insulated gate power semiconductor device comprising: The part includes a second conductivity type emitter layer provided with the first main electrode, a first conductivity type base layer selectively formed on a surface of the second conductivity type emitter layer, and the first conductivity type. A second conductivity type base layer selectively formed on the surface of the base layer, a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer, and a first conductivity type emitter layer Selectively short-circuits the first conductive type base layer And a first conductive type drain layer connected to the first conductive type emitter layer, and a first conductive type source layer connected to the second main electrode. And a second selectively short-circuiting the first conductivity type source layer and the first conductivity type drain layer.
An insulated gate type FET having the above-mentioned insulated gate structure, and a first conductive type cathode layer which is separated from the first conductive type drain layer and is connected to the second conductive type base layer,
Formed in contact with the first conductivity type cathode layer,
A zener diode including a second conductivity type anode layer connected to the second main electrode.
【0047】ここで、上記絶縁ゲート構造とは、例え
ば、半導体層にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設け
られたもの、半導体層にゲート絶縁膜を介して光照射手
段が設けられたものなどエミッタからベースへキャリア
を注入できる構造である。Here, the insulated gate structure is, for example, one in which a semiconductor layer is provided with a gate electrode via a gate insulating film, one in which a semiconductor layer is provided with a light irradiation means via a gate insulating film, and the like. This structure allows carriers to be injected from the emitter to the base.
【0048】上記発明(請求項3)に係る絶縁ゲート型
電力用半導体層は、より具体的には、第1の主電極が設
けられたサイリスタ部を有する第1のウェハと、この第
1のウェハと一体的に形成されるとともに、第2の主電
極が設けられ、前記サイリスタ部に流す電流を制御する
電流制御部を有する第2のウェハとを備えた絶縁ゲート
型電力用半導体装置であって、前記サイリスタ部は、前
記第1の主電極が設けられた第2導電型エミッタ層と、
この第2導電型エミッタ層の表面に選択的に形成された
第1導電型ベース層と、この第1導電型ベース層の表面
に選択的に形成され、第1の接続電極が設けられた第2
導電型ベース層と、この第2導電型ベース層の表面に選
択的に形成され、第2の接続電極が設けられた第1導電
型エミッタ層と、この第1導電型エミッタ層と前記第1
導電型ベース層とを選択的に短絡する第1のMOS構造
電極とからなり、前記電流制御部は、第3の接続電極を
介して前記第2の接続電極に接続した第1導電型ドレイ
ン層と、第4の接続電極を介して前記第2の主電極に接
続した第1導電型ソース層と、前記第1導電型ドレイン
層と前記第1導電型ソース層とを選択的に短絡する第2
のMOS構造電極とからなるMOSFETと、第5の接
続電極を介して前記1の接続電極に接続し、分離層によ
り前記第1導電型ドレイン層と分離された第1導電型カ
ソード層と、この第1導電型カソード層と接して形成さ
れ、第6の接続電極を介して前記第2の主電極と接続す
る第2導電型アノード層とからなるツェナーダイオード
とからなることを特徴とする。More specifically, the insulated gate power semiconductor layer according to the present invention (claim 3) is a first wafer having a thyristor portion provided with a first main electrode, and the first wafer. An insulated gate power semiconductor device comprising: a second wafer which is integrally formed with a wafer, is provided with a second main electrode, and has a current control section for controlling a current flowing through the thyristor section. And the thyristor portion has a second conductivity type emitter layer provided with the first main electrode,
A first conductivity type base layer selectively formed on the surface of the second conductivity type emitter layer, and a first connection electrode provided on the surface of the first conductivity type base layer and provided with a first connection electrode. Two
A conductive type base layer, a first conductive type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductive type base layer and provided with a second connection electrode, the first conductive type emitter layer and the first conductive type emitter layer.
A first conductivity type drain layer comprising a first MOS structure electrode for selectively short-circuiting the conductivity type base layer and the current control section connected to the second connection electrode via a third connection electrode. And a first conductivity type source layer connected to the second main electrode through a fourth connection electrode, and a first conductivity type drain layer and the first conductivity type source layer are selectively short-circuited. Two
And a first conductivity type cathode layer connected to the first connection electrode via a fifth connection electrode and separated from the first conductivity type drain layer by a separation layer, A zener diode formed of a second conductivity type anode layer formed in contact with the first conductivity type cathode layer and connected to the second main electrode via a sixth connection electrode.
【0049】本発明(請求項4)に係る他の絶縁ゲート
型電力用半導体装置は、第1導電型ベース層と、この第
1導電型ベース層の表面に直接または間接的に接する第
2導電型エミッタ層と、この第2導電型エミッタ層と反
対側の前記第1導電型ベース層の表面に選択的に形成さ
れた第2導電型ベース層と、この第2導電型ベース層の
表面に選択的に形成された第1導電型エミッタ層と、前
記第2導電型ベース層の表面に前記第1導電型エミッタ
層から離れて形成された第1導電型ソース層と、この第
1導電型ソース層および前記第1導電型エミッタ層から
離れて前記第2導電型ベース層の表面に形成された第1
導電型ドレイン層と、この第1導電型ドレイン層と前記
第1導電型エミッタ層との間の前記第2導電型ベース層
上にゲート絶縁膜を介して配設されたターンオフ用ゲー
ト電極と、前記第1導電型ベース層と前記第1導電型ソ
ース層との間の前記第2導電型ベース上にゲート絶縁膜
を介して配設された第1のターンオン用ゲート電極と、
前記第1導電型ソース層と前記第1導電型エミッタ層と
の間の前記第2導電型ベース層上にゲート絶縁膜を介し
て形成され、前記第1のターンオン用ゲート電極と電気
的に接続された第2のターンオン用ゲート電極と、前記
第2導電型エミッタ層に形成された第1の主電極と、前
記第1導電型エミッタ層に形成された第2の主電極と、
前記第2導電型ベース層の表面の前記第1導電型ソース
層および前記第1導電型エミッタ層に近接した位置に形
成されたベース電極と、前記第1導電型ドレイン層およ
び前記第2導電型ベース層に設けられ、前記ベース電極
と電気的に接続されたドレイン電極とを備えいることを
特徴とする。Another insulated gate type power semiconductor device according to the present invention (claim 4) is a first conductivity type base layer and a second conductivity type which is in direct or indirect contact with the surface of the first conductivity type base layer. Type emitter layer, a second conductivity type base layer selectively formed on the surface of the first conductivity type base layer opposite to the second conductivity type emitter layer, and a surface of the second conductivity type base layer. A first conductive type emitter layer selectively formed, a first conductive type source layer formed on the surface of the second conductive type base layer and separated from the first conductive type emitter layer, and the first conductive type A first layer formed on the surface of the second conductive type base layer away from the source layer and the first conductive type emitter layer;
A conductive type drain layer, and a turn-off gate electrode disposed on the second conductive type base layer between the first conductive type drain layer and the first conductive type emitter layer via a gate insulating film, A first turn-on gate electrode provided on the second conductive type base between the first conductive type base layer and the first conductive type source layer via a gate insulating film;
It is formed on the second conductive type base layer between the first conductive type source layer and the first conductive type emitter layer via a gate insulating film, and is electrically connected to the first turn-on gate electrode. A second turn-on gate electrode, a first main electrode formed on the second conductivity type emitter layer, and a second main electrode formed on the first conductivity type emitter layer,
A base electrode formed on the surface of the second conductive type base layer in a position close to the first conductive type source layer and the first conductive type emitter layer, the first conductive type drain layer and the second conductive type A drain electrode provided on the base layer and electrically connected to the base electrode is provided.
【0050】また、本発明(請求項5)に係る他の絶縁
ゲート型電力用半導体装置は、上記絶縁ゲート型電力用
半導体装置(請求項4)において、前記第2導電型ソー
ス層の幅が前記第2導電型エミッタ層の幅以下であるこ
とを特徴とする。Another insulated gate type power semiconductor device according to the present invention (claim 5) is the above-mentioned insulated gate type power semiconductor device (claim 4), in which the width of the second conductivity type source layer is The width is less than or equal to the width of the second conductivity type emitter layer.
【0051】また、本発明(請求項6)に係る絶縁ゲー
ト型電力用半導体装置の駆動方法は、上記絶縁ゲート型
電力用半導体装置(請求項4)の駆動方法であって、前
記第1のターンオン用ゲート電極、前記第2のターンオ
ン用ゲート電極および前記ターンオフ用ゲート電極にそ
れぞれ所定の電圧を印加して、前記第1のターンオン用
ゲート電極により形成される第1のターンオン用MOS
FETをオン状態、前記第2のターンオン用ゲート電極
により形成される第2のターンオン用MOSFETをオ
ン状態、前記ターンオフ用ゲート電極により形成される
ターンオフ用MOSFETをオフ状態にすることによ
り、前記第1導電型エミッタ層、前記第2導電型ベース
層、前記第1導電型ベース層および前記第2導電型エミ
ッタ層からなるサイリスタをターンオンし、前記第1お
よび第2のターンオン用MOSFETをオン状態にした
状態で、前記ターンオフ用ゲート電極に所定の電圧を印
加して、前記ターンオフ用MOSFETをオン状態に
し、この状態を経た後に前記第1および第2のターンオ
ン用ゲート電極にそれぞれ所定の電圧を印加して、前記
ターンオン用MOSFETをオフ状態にすることによ
り、前記サイリスタをターンオフすることを特徴とす
る。A method for driving an insulated gate power semiconductor device according to the present invention (claim 6) is the method for driving the above insulated gate power semiconductor device (claim 4). A first turn-on MOS formed by the first turn-on gate electrode by applying a predetermined voltage to each of the turn-on gate electrode, the second turn-on gate electrode, and the turn-off gate electrode.
The FET is turned on, the second turn-on MOSFET formed by the second turn-on gate electrode is turned on, and the turn-off MOSFET formed by the turn-off gate electrode is turned off. A thyristor composed of a conductive type emitter layer, the second conductive type base layer, the first conductive type base layer and the second conductive type emitter layer was turned on to turn on the first and second turn-on MOSFETs. In this state, a predetermined voltage is applied to the turn-off gate electrode to turn on the turn-off MOSFET, and after this state, a predetermined voltage is applied to each of the first and second turn-on gate electrodes. The thyristor by turning off the turn-on MOSFET. Characterized in that it-off.
【0052】[作用]本発明(請求項1)に係る絶縁ゲ
ート型電力用半導体装置では、第2導電型ベース層の表
面に従来にはない第1導電型層が形成されている。そし
て、この第1導電型層および第2導電型ベース層にはド
レイン電極に接続されたベース電極が設けられている。[Operation] In the insulated gate power semiconductor device according to the present invention (claim 1), the first conductivity type layer which has not been heretofore formed is formed on the surface of the second conductivity type base layer. A base electrode connected to the drain electrode is provided on the first conductivity type layer and the second conductivity type base layer.
【0053】したがって、ターンオフ時にターンオフ用
ゲート電極に所定レベル以上の電圧して、ターンオフ用
ゲート電極下の第2導電型ベース層の表面にチャネルを
形成すれば、第2導電型エミッタ層の多数キャリアと同
極性のキャリア(以下、第1極性キャリアという)は、
第1導電型ベース層、第1の第2導電型ベース層、ベー
ス電極、ドレイン電極、第1導電型ドレイン層、上記チ
ャネル、第1導電型ソース層、ソース電極、第2の主電
極というバイパス経路で素子外に排出されるので、従来
に比べて、ターンオフ時の電流バイパス経路における第
2導電型ベース層の横方向抵抗が減少する。Therefore, when a voltage of a predetermined level or more is applied to the turn-off gate electrode at the time of turn-off to form a channel on the surface of the second-conductivity-type base layer below the turn-off gate electrode, the majority carriers of the second-conductivity-type emitter layer are formed. A carrier having the same polarity as (hereinafter, referred to as a first polar carrier) is
By-pass, which is a first conductivity type base layer, a first second conductivity type base layer, a base electrode, a drain electrode, a first conductivity type drain layer, the channel, a first conductivity type source layer, a source electrode, and a second main electrode. Since it is discharged to the outside of the element through the path, the lateral resistance of the second conductivity type base layer in the current bypass path at the time of turn-off is reduced as compared with the conventional case.
【0054】また、本発明によれば、ターンオフ時にタ
ーンオン用MOSFETを一定期間オン状態にし、第1
導電型エミッタ層の多数キャリアと同極性のキャリア
(以下、第2極性キャリアという)の電流を流すことに
より、第2極性キャリアの電流の導通領域の減少による
第2極性キャリアの電流集中を防止することができる。
さらに、本発明によれば、第1導電型エミッタ層とは別
に形成された第1導電型層によりターンオン用MOSF
ETが構成されているので、ターンオフ時に第2導電型
ベース層内で最も電位が高くなる第2導電型ベース層の
横方向拡散部分には第1導電型エミッタ層が存在しなく
なる。このため、従来とは異なって、たとえ第2導電型
ベース層の横方向拡散部分の電位が第1導電型エミッタ
層と第2導電型ベース層との間のビルトイン電圧以上に
なっても、第1導電型エミッタ層からの第2極性キャリ
アの注入は生じない。According to the present invention, the turn-on MOSFET is turned on for a certain period at turn-off, and
By causing a current of carriers having the same polarity as the majority carriers of the conductivity type emitter layer (hereinafter referred to as a second polarity carrier) to flow, the current concentration of the second polarity carriers due to the reduction of the conduction region of the current of the second polarity carriers is prevented. be able to.
Further, according to the present invention, the turn-on MOSF is formed by the first conductivity type layer formed separately from the first conductivity type emitter layer.
Since the ET is formed, the first conductivity type emitter layer does not exist in the lateral diffusion portion of the second conductivity type base layer having the highest potential in the second conductivity type base layer at turn-off. Therefore, unlike the prior art, even if the potential of the lateral diffusion portion of the second conductivity type base layer becomes equal to or higher than the built-in voltage between the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type base layer, The injection of the second polar carrier from the one conductivity type emitter layer does not occur.
【0055】したがって、本発明によれば、ターンオフ
時の第1極性キャリアのバイパス経路の抵抗を低減で
き、さらに、ターンオフ時に第1導電型エミッタ層から
の第2極性キャリアの注入を抑制できるので、ターンオ
フ特性を大幅に改善できるようになる。Therefore, according to the present invention, the resistance of the bypass path of the first polarity carrier at the time of turn-off can be reduced, and the injection of the second polarity carrier from the first conductivity type emitter layer can be suppressed at the time of turn-off. The turn-off characteristic can be greatly improved.
【0056】また、本発明(請求項2)に係る絶縁ゲー
ト型電力用半導体装置では、ターンオン用ゲート電極側
の第1導電型エミッタ層と第1導電型ベース層との間の
第2導電型ベース層の一部が、第1導電型エミッタ層側
に向かって窪んでいる。Further, in the insulated gate power semiconductor device according to the present invention (claim 2), the second conductivity type between the first conductivity type emitter layer and the first conductivity type base layer on the turn-on gate electrode side is provided. A part of the base layer is recessed toward the first conductivity type emitter layer side.
【0057】このため、ターンオフ時において、第2導
電型ベース層を介してベース電極に排出される第2極性
キャリアの電流の排出経路のうち、ターンオン用ゲート
電極側の窪みがない部分の第2導電型ベース層を介して
ベース電極に排出される第2極性キャリアの電流の排出
経路は、その上部に第1導電型エミッタ層が存在しなく
なる。For this reason, at the time of turn-off, of the discharge path of the current of the second polarity carrier discharged to the base electrode through the second conductivity type base layer, the second part of the portion without the depression on the turn-on gate electrode side. The first conductivity type emitter layer does not exist above the discharge path of the current of the second polarity carrier discharged to the base electrode through the conductivity type base layer.
【0058】したがって、この排出経路では、第2導電
型ベース層の横方向拡散部分の電位が、第1導電型エミ
ッタ層と第2導電型ベース層との間のビルトイン電圧以
上になり、第1導電型エミッタ層から第2導電型ベース
層への第2極性キャリアの注入が止まらなくなるという
問題は生じない。Therefore, in this discharge route, the potential of the lateral diffusion portion of the second conductivity type base layer becomes equal to or higher than the built-in voltage between the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type base layer, The problem that the injection of the second polar carrier from the conductive type emitter layer to the second conductive type base layer is not stopped does not occur.
【0059】よって、本発明によれば、上記排出経路に
より、ターンオフ時に第1導電型エミッタ層からの第2
極性キャリアの注入を抑制できるので、ターンオフ特性
を改善できるようになる。Therefore, according to the present invention, the second discharge path from the first conductivity type emitter layer is turned off at the time of turn-off by the discharge path.
Since the injection of polar carriers can be suppressed, the turn-off characteristic can be improved.
【0060】また、本発明(請求項3)に係る絶縁ゲー
ト型電力用半導体装置では、サイリスタ部を有する第1
のウェハと、このサイリスタ部に流す電流を制御する電
流制御部を有する第2のウェハとから構成されている。
すなわち、サイリスタ部とこのサイリスタ部に流す電流
を制御する電流制御部とがそれぞれ別々のウェハに形成
されており、これにより、従来のメインサイリスタ内に
電流制御部が組み込まれた素子に比べて、ターンオフ特
性やターンオン特性を改善できるようになる。その理由
は以下の通りである。Further, in the insulated gate power semiconductor device according to the present invention (claim 3), the first thyristor portion is provided.
Wafer and a second wafer having a current control section for controlling the current flowing through the thyristor section.
That is, the thyristor section and the current control section for controlling the current flowing through the thyristor section are formed on separate wafers, respectively, and as a result, compared with the element in which the current control section is incorporated in the conventional main thyristor, The turn-off characteristic and turn-on characteristic can be improved. The reason is as follows.
【0061】電流制御部の第1導電型ドレイン層はサイ
リスタ部の第1導電型エミッタ層に接続しており、この
第1導電型ドレイン層から第1導電型エミッタ層に電流
が流される。The first conductivity type drain layer of the current control portion is connected to the first conductivity type emitter layer of the thyristor portion, and a current flows from this first conductivity type drain layer to the first conductivity type emitter layer.
【0062】ターンオンは、この第1導電型ドレイン層
が第1の絶縁ゲート構造により選択的に第1導電型ベー
ス層に短絡することにより行なわれる。すなわち、サイ
リスタ部は、第1導電型ベース層が第2の主電極と接続
されていない構造でもって、ターンオフ動作できるよう
になっている。The turn-on is performed by selectively short-circuiting the drain layer of the first conductivity type to the base layer of the first conductivity type by the first insulated gate structure. That is, the thyristor portion can be turned off with a structure in which the first conductivity type base layer is not connected to the second main electrode.
【0063】したがって、第1導電型ベース層が第2の
主電極と接続されているEST等の素子の場合とは異な
り、オン電圧は高くならないので、ターンオン特性は改
善される。Therefore, unlike the case of an element such as EST in which the first conductivity type base layer is connected to the second main electrode, the turn-on characteristic is improved because the on-voltage does not increase.
【0064】さらに、EST等の素子の場合とは異な
り、コンタクト層が存在しないので、このコンタクト層
に起因する寄生サイリスタがターンオフ時にラッチアッ
プしないので、ターンオフ特性は改善される。Further, unlike the case of the element such as EST, since the contact layer does not exist, the parasitic thyristor due to this contact layer does not latch up at the time of turn-off, so that the turn-off characteristic is improved.
【0065】本発明(請求項4)に係る絶縁ゲート型電
力用半導体装置では、図32の従来構造にはないベース
電極を備えている。この結果、ターンオフの際に、ター
ンオフ用ゲート電極に所定の電圧を印加して、ターンオ
フ用ゲート電極下の第2導電型ベース層の表面にチャネ
ルを形成すれば、素子内の第1極性キャリアは、第1導
電型ベース層、第2導電型ベース層、ベース電極(=ド
レイン電極)、第1導電型ドレイン層、上記チャネル、
第1導電型エミッタ層、第2の主電極というバイパス経
路で素子外に排出される。したがって、従来に比べて、
ターンオフ時の電流バイパス経路におけるp型ベース層
の横方向抵抗が減少し、ターンオフ特性が改善される。The insulated gate power semiconductor device according to the present invention (claim 4) is provided with a base electrode which is not in the conventional structure of FIG. As a result, at the time of turn-off, if a predetermined voltage is applied to the turn-off gate electrode to form a channel on the surface of the second conductivity type base layer below the turn-off gate electrode, the first polar carriers in the device are A first conductivity type base layer, a second conductivity type base layer, a base electrode (= drain electrode), a first conductivity type drain layer, the above channel,
It is discharged to the outside of the device by a bypass path of the first conductivity type emitter layer and the second main electrode. Therefore, compared to the conventional
The lateral resistance of the p-type base layer in the current bypass path at turn-off is reduced, and the turn-off characteristic is improved.
【0066】また、本発明によれば、ターンオフ時にタ
ーンオン用MOSFETをオン状態にして第2極性キャ
リアの電流を流すことにより、第2極性キャリアの電流
の導通領域の減少による第2極性キャリアの電流集中現
象を防ぐことができる。According to the present invention, the current for the second polarity carrier is reduced by reducing the conduction region of the current for the second polarity carrier by turning on the turn-on MOSFET and turning on the current for the second polarity carrier at the time of turn-off. The concentration phenomenon can be prevented.
【0067】さらに、本発明では、ターンオン用MOS
FETが、第1導電型エミッタ層とは別の第1導電型ソ
ース層により構成されている。すなわち、ターンオフ時
に第2導電型ベース層内で最も電位が高くなる第2導電
型ベース層の横方向拡散部分には第1導電型エミッタ層
が存在しない。また、第1、第2のターンオン用ゲート
電極間にベース電極413bが設けられ、ターンオフ時
にはこのベース電極413bから第1極性キャリアの電
流が排出される。この結果、ターンオフ時において、第
1導電型エミッタ層直下の第2導電型ベース層は正孔電
流のバイパス経路とはならない。Further, according to the present invention, a turn-on MOS is provided.
The FET is composed of a first conductivity type source layer different from the first conductivity type emitter layer. That is, the first conductivity type emitter layer does not exist in the lateral diffusion portion of the second conductivity type base layer having the highest potential in the second conductivity type base layer at turn-off. A base electrode 413b is provided between the first and second turn-on gate electrodes, and the current of the first polarity carrier is discharged from the base electrode 413b at the time of turn-off. As a result, at the time of turn-off, the second conductivity type base layer immediately below the first conductivity type emitter layer does not serve as a bypass path for the hole current.
【0068】したがって、たとえターンオフ時に第1極
性キャリアの電流により第2導電型ベース層の横方向拡
散部分の電位が第1導電型エミッタ層と第2導電型ベー
ス層との間のビルトイン電圧以上になっても、第1導電
型エミッタ層からの第2極性キャリアの注入は生じない
ので、ターンオフ特性が大幅に改善される。Therefore, the potential of the lateral diffusion portion of the second conductivity type base layer becomes equal to or higher than the built-in voltage between the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type base layer due to the current of the first polarity carrier at the time of turn-off. Even so, the injection of the second polarity carrier from the first conductivity type emitter layer does not occur, so that the turn-off characteristic is significantly improved.
【0069】本発明(請求項5)に係る絶縁ゲート型電
力用半導体装置では、第1導電型ソース層の幅を第1導
電型エミッタ層の幅以下にしている。このため、ターン
オフ時にターンオン用MOSFETを一定期間オン状態
にして第2極性キャリアの電流を流す場合でも、第1導
電型ソース層、第2導電型ベース層、第1導電型ベース
層、第2導電型エミッタ層からなる寄生サイリスタのラ
ッチアップを防止できる。また、第1導電型ソース層の
幅を小さくすることにより、集積化が有利になる。In the insulated gate power semiconductor device according to the present invention (claim 5), the width of the first conductivity type source layer is set to be equal to or less than the width of the first conductivity type emitter layer. Therefore, even when the turn-on MOSFET is turned on for a certain period at the time of turn-off to allow the current of the second polarity carrier to flow, the first conductivity type source layer, the second conductivity type base layer, the first conductivity type base layer, and the second conductivity type base layer. It is possible to prevent the latch-up of the parasitic thyristor composed of the emitter layer. Further, by reducing the width of the first-conductivity-type source layer, integration becomes advantageous.
【0070】本発明(請求項6)に係る絶縁ゲート型電
力用半導体装置の駆動方法によれば、ターンオフ時にタ
ーンオン用MOSFETをオン状態にして第2極性キャ
リアの電流を流しているので、第2極性キャリアの電流
の導通領域の減少による第2極性キャリアの電流集中現
象を防ぐことができる。According to the method for driving an insulated gate power semiconductor device according to the present invention (claim 6), the turn-on MOSFET is turned on to pass the current of the second polarity carrier at the time of turn-off. It is possible to prevent the current concentration phenomenon of the second polar carrier due to the reduction of the conduction region of the polar carrier current.
【0071】なお、本発明の場合、サイリスタがオン状
態のときに、オン状態である第1のターンオン用MOS
FETにより、第1導電型ソース層に第2極性キャリア
が注入され、第1導電型ソース層、第2導電型ベース
層、第1導電ース層および第2導電型エミッタ層からな
る寄生サイリスタがラッチアップする可能性がある。In the case of the present invention, when the thyristor is in the on state, the first turn-on MOS which is in the on state.
A second polar carrier is injected into the first conductivity type source layer by the FET, and a parasitic thyristor composed of the first conductivity type source layer, the second conductivity type base layer, the first conductivity source layer and the second conductivity type emitter layer is formed. It may latch up.
【0072】しかし、寄生サイリスタがラッチアップし
たとしても、ターンオフの際に第1のターンオン用MO
SFETがオフ状態になるので、第1導電型ソースは電
気的に開放状態となり、ラッチアップは解ける。したが
って、第1極性キャリアの注入が停止し、素子は確実に
ターンオフする。However, even if the parasitic thyristor latches up, the first turn-on MO is turned off at turn-off.
Since the SFET is turned off, the first conductivity type source is electrically opened and the latch-up can be released. Therefore, the injection of the first polar carrier is stopped, and the device is surely turned off.
【0073】[0073]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら発明の
実施の形態(実施形態)を説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0074】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係る絶縁ゲート型ターンオフサイリスタの
素子構造を示す断面図である。また、図4は、図1の絶
縁ゲート型ターンオフサイリスタの等価回路図であり、
MOSFETと直列接続されたIGBTとメインサイリ
スタとが一体形成された構造を示している。(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to the embodiment of FIG. FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the insulated gate turn-off thyristor of FIG.
It shows a structure in which an IGBT connected in series with a MOSFET and a main thyristor are integrally formed.
【0075】図1において、101は高抵抗のn型ベー
ス層を示し、このn型ベース層101の表面には第1の
p型ベース層102と第2のp型ベース層113が形成
されている。第1のp型ベース層102の表面には高濃
度のn型エミッタ層103が形成されており、このn型
エミッタ層103にはカソード電極105が配設されて
いる。In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a high resistance n-type base layer, and a first p-type base layer 102 and a second p-type base layer 113 are formed on the surface of the n-type base layer 101. There is. A high-concentration n-type emitter layer 103 is formed on the surface of the first p-type base layer 102, and a cathode electrode 105 is provided on the n-type emitter layer 103.
【0076】さらに、第1のp型ベース層102上のn
型エミッタ層103に隣接する位置にはベース電極10
8が設けられ、このベース電極108により第1のp型
ベース層102と短絡される高濃度のn型半導体層10
7が形成されている。Further, n on the first p-type base layer 102
The base electrode 10 is provided at a position adjacent to the mold emitter layer 103.
8 is provided, and the high-concentration n-type semiconductor layer 10 is short-circuited with the first p-type base layer 102 by the base electrode 108.
7 are formed.
【0077】このn型半導体層107とn型ベース層1
01との間の第1のp型ベース層102上には、ゲート
絶縁膜111を介してターンオン用ゲート電極112が
配設されている。すなわち、ゲート電極112、ゲート
絶縁膜111、n型ベース層101、p型ベース層10
2、n型半導体層107によってターンオン用MOSF
ETが構成されている。The n-type semiconductor layer 107 and the n-type base layer 1
The turn-on gate electrode 112 is provided on the first p-type base layer 102 between the first and second electrodes 01 and 01 via the gate insulating film 111. That is, the gate electrode 112, the gate insulating film 111, the n-type base layer 101, the p-type base layer 10
2. Turn-on MOSF by n-type semiconductor layer 107
ET is configured.
【0078】一方、第2のp型ベース層113の表面に
は高濃度のn型ソース層116が形成され、このn型ソ
ース層116から所定距離離れて高濃度のn型ドレイン
層114が形成されている。On the other hand, a high-concentration n-type source layer 116 is formed on the surface of the second p-type base layer 113, and a high-concentration n-type drain layer 114 is formed at a predetermined distance from the n-type source layer 116. Has been done.
【0079】n型ドレイン層114とn型ソース層11
6との間の第2のp型ベース層113上には、ゲート絶
縁膜109を介してターンオフ用ゲート電極110が配
設されている。すなわち、ゲート電極110、ゲート絶
縁膜109、n型ドレイン層114、p型ベース層11
3、n型ソース層116によってターンオフ用MOSF
ETが構成されている。N-type drain layer 114 and n-type source layer 11
A turn-off gate electrode 110 is provided on the second p-type base layer 113 between the gate electrode 6 and the gate insulating film 109 via a gate insulating film 109. That is, the gate electrode 110, the gate insulating film 109, the n-type drain layer 114, the p-type base layer 11
3. Turn-off MOSF by n-type source layer 116
ET is configured.
【0080】さらに、n型ドレイン層114にはドレイ
ン電極115が配設され、n型ソース層116にはソー
ス電極117が第2のp型ベース層113にも同時にコ
ンタクトするように配設されている。Further, a drain electrode 115 is provided on the n-type drain layer 114, and a source electrode 117 is provided on the n-type source layer 116 so as to be in contact with the second p-type base layer 113 at the same time. There is.
【0081】ここで、ドレイン電極115は、ベース電
極108と一体形成されてベース電極108と電気的に
接続され、同様にソース電極117は、カソード電極1
05と一体形成されてカソード電極105と電気的に接
続されている。Here, the drain electrode 115 is integrally formed with the base electrode 108 and electrically connected to the base electrode 108. Similarly, the source electrode 117 is the cathode electrode 1.
05 is formed integrally and is electrically connected to the cathode electrode 105.
【0082】一方、n型ベース層101の裏面には、高
濃度のp型エミッタ層104が形成されており、このp
型エミッタ層104にはアノード電極106が配設され
ている。On the other hand, a high-concentration p-type emitter layer 104 is formed on the back surface of the n-type base layer 101.
An anode electrode 106 is provided on the mold emitter layer 104.
【0083】なお、本実施形態のようにn型ベース層1
01に直接接するp型エミッタ層104を形成する代わ
りに、n型ベース層101とp型エミッタ層104との
間にn型バッファ層を設け、n型ベース層101に間接
的に接するp型エミッタ層4を形成しても良い。The n-type base layer 1 as in the present embodiment is used.
In place of forming the p-type emitter layer 104 directly in contact with 01, an n-type buffer layer is provided between the n-type base layer 101 and the p-type emitter layer 104, and the p-type emitter indirectly in contact with the n-type base layer 101. The layer 4 may be formed.
【0084】本実施形態の絶縁ゲート型ターンオフサイ
リスタは、図2に示すようなタイムチャートに従ったゲ
ート駆動方法によりスイッチング動作させることができ
る。すなわち、ターンオン時には、ターンオン用ゲート
電極112およびターンオフ用ゲート電極110の両方
にカソードに対して正の電圧を印加した後、一定時間
(△t1 )後に両者に零または負の電圧を印加する。The insulated gate turn-off thyristor of this embodiment can be switched by the gate driving method according to the time chart as shown in FIG. That is, at the time of turn-on, a positive voltage is applied to both the turn-on gate electrode 112 and the turn-off gate electrode 110 with respect to the cathode, and then a zero or negative voltage is applied to both after a fixed time (Δt 1 ).
【0085】図1において、期間△t1 の電子電流を実
線で、また正孔電流を破線で示している。電子電流は、
図示のように、ソース電極117からターンオフ用MO
SFET、n型半導体層107、ターンオン用MOSF
ETのnチャネルを介してn型ベース層101に注入さ
れる。[0085] In FIG 1 shows an electronic current period △ t 1 by a solid line and the hole current by a broken line. The electron current is
As shown in FIG.
SFET, n-type semiconductor layer 107, turn-on MOSF
It is injected into the n-type base layer 101 through the n channel of ET.
【0086】その結果、電子電流に見合った量の正孔電
流がp型エミッタ層104からn型ベース層101に注
入され、ベース電極108に吸い出され、ターンオフ用
MOSFETのnチャネルを通りソース電極117、つ
まり、カソード電極105に流れる。As a result, a hole current of an amount commensurate with the electron current is injected from the p-type emitter layer 104 into the n-type base layer 101, is sucked out into the base electrode 108, passes through the n-channel of the turn-off MOSFET, and is the source electrode. 117, that is, the cathode electrode 105.
【0087】このような電流の経路は、いわゆるIGB
T(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)と同じであ
る。そして、期間△t1 経過後、ターンオフ用MOSF
ETをオフ状態にすると、n型ベース層101内に残留
している正孔の逃げ道が失われ、p型ベース層102の
電位が上昇してサイリスタがターンオンする。Such a current path is a so-called IGB.
This is the same as T (insulated gate bipolar transistor). Then, after the lapse of the period Δt 1 , the turn-off MOSF is turned on.
When ET is turned off, the escape route for holes remaining in the n-type base layer 101 is lost, the potential of the p-type base layer 102 rises, and the thyristor turns on.
【0088】一方、ターンオフ時は、まず、ターンオン
用MOSFETをオン状態にするために、ターンオン用
ゲート電極112にカソードに対して正の電圧を印加し
た後、一定時間(△t3 )後にターンオフ用ゲート電極
110にカソードに対して正の電圧を印加する。On the other hand, at the time of turn-off, first, in order to turn on the turn-on MOSFET, a positive voltage is applied to the turn-on gate electrode 112 with respect to the cathode, and then the turn-off MOSFET is turned off after a fixed time (Δt 3 ). A positive voltage is applied to the gate electrode 110 with respect to the cathode.
【0089】図1には、期間Δt2 の電子電流が実線
で、また、正孔電流のバイパス経路が破線で示されてい
る。In FIG. 1, the electron current in the period Δt 2 is shown by a solid line, and the hole current bypass path is shown by a broken line.
【0090】正孔電流は、図示のように、n型エミッタ
層103のすぐ近くでベース電極108に吸い出され、
n型ドレイン層114、ターンオフ用ゲート電極110
下のnチヤネル(CH1)、n型ソース層116を通り
ソース電極117、つまり、カソード電極105から素
子外へ排出される。The hole current is drained to the base electrode 108 in the immediate vicinity of the n-type emitter layer 103, as shown in the figure,
n-type drain layer 114, turn-off gate electrode 110
It is discharged to the outside of the device from the source electrode 117, that is, the cathode electrode 105, through the lower n-channel (CH1) and the n-type source layer 116.
【0091】このような電流の経路はIGBTと同じで
あり、トランジスタ状態である。したがって、ターンオ
フ用ゲート電極110にカソードに対して正の電圧を印
加した後、一定時間(△t2 )後に、ターンオン用ゲー
ト電極112にカソードに対して零または負の電圧を印
加して、ターンオン用MOSFETをオフ状態にする
と、電子の注入が停止して素子はターンオフする。The path of such a current is the same as that of the IGBT and is in a transistor state. Therefore, after a positive voltage is applied to the turn-off gate electrode 110 with respect to the cathode, and a certain time (Δt 2 ) is applied, zero or a negative voltage is applied to the turn-on gate electrode 112 with respect to the cathode to turn on. When the power MOSFET is turned off, electron injection is stopped and the device is turned off.
【0092】このとき、図1に示す構造では、図15に
示す従来の構造と比較して明らかなように、ターンオフ
時の正孔吸い出し電極であるベース電極108が、n型
エミッタ層3のすぐ近くにおいてp型ベース層102に
直接コンタクトして形成されている。At this time, in the structure shown in FIG. 1, as is apparent from comparison with the conventional structure shown in FIG. 15, the base electrode 108, which is a hole-extracting electrode at the time of turn-off, is located immediately above the n-type emitter layer 3. It is formed in direct contact with the p-type base layer 102 in the vicinity.
【0093】したがって、正孔電流のバイパス経路にお
いてp型ベース層102の横方向抵抗が低減され、これ
により、バイパスされる正孔電流による電圧降下が従来
構造に比べて小さくなり、高いターンオフ能力が得られ
る。Therefore, the lateral resistance of the p-type base layer 102 is reduced in the bypass path of the hole current, and thus the voltage drop due to the bypassed hole current is smaller than that in the conventional structure, and the high turn-off capability is achieved. can get.
【0094】また、ターンオフに際して一時的にターン
オン用MOSFETがオン状態にされるため、電子電流
が均一に流れ、従来の絶縁ゲート型ターンオフサイリス
タにおけるターンオフとは異なり、電子電流の導通経路
の縮小によるターンオフ電流の低下は生じない。Further, since the turn-on MOSFET is temporarily turned on at the time of turn-off, the electron current flows uniformly, which is different from the turn-off in the conventional insulated gate type turn-off thyristor, and the turn-off due to the reduction of the conduction path of the electron current. There is no reduction in current.
【0095】さらに、本実施形態では、ターンオン用M
OSFETが、n型エミッタ層103よりもターンオン
用ゲート電極112に近い高濃度のn型半導体層107
により構成されている。Further, in this embodiment, the M for turn-on is used.
The OSFET has a high-concentration n-type semiconductor layer 107 closer to the turn-on gate electrode 112 than the n-type emitter layer 103.
It consists of.
【0096】したがって、ターンオフ時のIGBT期間
において、n型エミッタ層103直下のp型ベース層1
02は正孔電流のバイパス経路とならないので、ターン
オフ特性が大幅に改善される。Therefore, in the IGBT period at turn-off, the p-type base layer 1 immediately below the n-type emitter layer 103 is formed.
Since 02 does not serve as a bypass path for the hole current, the turn-off characteristic is significantly improved.
【0097】図3は、本発明の絶縁ゲート型ターンオフ
サイリスタに適用される別のゲート駆動方法を示すタイ
ムチャートである。図2で示した駆動方法と基本的には
同じであるが、下記の点で異なっている。FIG. 3 is a time chart showing another gate driving method applied to the insulated gate type turn-off thyristor of the present invention. The driving method is basically the same as that shown in FIG. 2, but different in the following points.
【0098】すなわち、ターンオン用ゲート電極112
には、ターンオンからターンオフまでの間ずっと正の電
圧が印加され、ターンオフ用ゲート電極110には、タ
ーンオフ期間の間ずっと正の電圧が印加されている。こ
のゲート駆動方法によれば、誤動作を防止することがで
き、先の駆動方法に比べてさらに確実なスイッチング動
作が可能である。That is, the turn-on gate electrode 112
, A positive voltage is applied from the turn-on to the turn-off, and a positive voltage is applied to the turn-off gate electrode 110 during the turn-off period. According to this gate driving method, malfunction can be prevented, and more reliable switching operation can be performed as compared with the previous driving method.
【0099】(第2の実施形態)図5は、本発明の第2
の実施形態の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタの素子
構造を示す断面図である。以下の図において、前出した
図と同一符号は同一部分または相当部分を示し、詳細な
説明は省略する。(Second Embodiment) FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor of the embodiment. In the following figures, the same reference numerals as those used in the preceding figures indicate the same or corresponding parts, and detailed description thereof will be omitted.
【0100】本実施形態の特徴は、第1のp型ベース層
102内にターンオン用MOSFETのチャネル領域に
かからないように高濃度のp型ベース層102aを形成
し、第2のp型ベース層113内にターンオフ用MOS
FETのチャネル領域にかからないように高濃度のp型
ベース層113a,113bを形成したことにある。本
実施形態によれば、ターンオン用MOSFETおよびタ
ーンオフ用MOSFETのしきい値電圧を変えることな
く、第1のp型ベース層102および第2のp型ベース
層113の横方向抵抗を低減できるので、ターンオン用
MOSFETおよびターンオフ用MOSFETの特性劣
化を招かずに、より高いターンオフ能力が得られる。The feature of this embodiment is that the high-concentration p-type base layer 102a is formed in the first p-type base layer 102 so as not to cover the channel region of the turn-on MOSFET, and the second p-type base layer 113 is formed. Turn-off MOS
This is because the high-concentration p-type base layers 113a and 113b were formed so as not to cover the channel region of the FET. According to this embodiment, the lateral resistances of the first p-type base layer 102 and the second p-type base layer 113 can be reduced without changing the threshold voltages of the turn-on MOSFET and the turn-off MOSFET. Higher turn-off capability can be obtained without deteriorating the characteristics of the turn-on MOSFET and the turn-off MOSFET.
【0101】(第3の実施形態)図6は、本発明の第3
の実施形態の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタの素子
構造を示す断面図である。(Third Embodiment) FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor of the embodiment.
【0102】本実施形態の特徴は、n型エミッタ層10
3を挟んでn型半導体層107およびベース電極108
aと対向する位置のp型ベース層102にベース電極1
08bが配設されていることにある。The feature of this embodiment is that the n-type emitter layer 10 is provided.
3 and n-type semiconductor layer 107 and base electrode 108
the base electrode 1 on the p-type base layer 102 at a position facing a
08b is provided.
【0103】本実施形態によれば、サイリスタ状態から
IGBT状態(トランジスタ状態)に移行する際に、n
型エミッタ層103の両側のベース電極108a,10
8bから正孔電流が排出される。According to this embodiment, when the thyristor state shifts to the IGBT state (transistor state), n
Type base electrode 108a, 10 on both sides of the emitter layer 103
Hole current is discharged from 8b.
【0104】したがって、各正孔電流経路を流れる正孔
電流は第1および第2の実施形態のそれよりも小さくな
り、n型エミッタ層103下のp型ベース層102の横
方向抵抗と正孔電流とによる電圧降下が低減され、より
高いターンオフ能力が得られる。Therefore, the hole current flowing through each hole current path becomes smaller than that of the first and second embodiments, and the lateral resistance and hole of the p-type base layer 102 below the n-type emitter layer 103 are reduced. The voltage drop due to the current is reduced and a higher turn-off capability is obtained.
【0105】(第4の実施形態)図7は、本発明の第4
の実施形態の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタの素子
構造を示す断面図である。(Fourth Embodiment) FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor of the embodiment.
【0106】本実施形態の特徴は、n型半導体層10
7、ベース電極108およびターンオン用ゲート電極1
12の対がそれぞれがn型エミッタ層103を挟む形で
n型エミッタ層103の両側に形成されていることにあ
る。The feature of this embodiment is that the n-type semiconductor layer 10 is provided.
7, base electrode 108 and turn-on gate electrode 1
The twelve pairs are formed on both sides of the n-type emitter layer 103 with the n-type emitter layer 103 sandwiched therebetween.
【0107】本実施形態によれば、サイリスタ状態から
IGBT状態(トランジスタ状態)に移行する際に、n
型エミッタ層103の両側から正孔電流が排出され、ま
た、ターンオン用MOSFETのチャネル幅を大きくで
きることから、IGBT状態でのオン抵抗が低減される
と同時に、より均一に電子注入が行われるため先の実施
形態に比べていっそう高いターンオフ能力が得られる。According to this embodiment, when the thyristor state is switched to the IGBT state (transistor state), n
Since the hole current is discharged from both sides of the type emitter layer 103 and the channel width of the turn-on MOSFET can be increased, the on-resistance in the IGBT state is reduced and at the same time, more uniform electron injection is performed. The turn-off ability is much higher than that of the above embodiment.
【0108】(第5の実施形態)図8は、本発明の第5
の実施形態の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタの素子
構造を示す断面図である。(Fifth Embodiment) FIG. 8 shows the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor of the embodiment.
【0109】本実施形態の主要な構成は図7のそれと同
様であるが、本実施形態では、n型ドレイン層114、
p型ベース層113、n型ベース層101などによって
構成されるターンオン用MOSFETが付加されてい
る。これによって、ターンオン用MOSFETの総チャ
ネル幅はより広くなり、IGBT状態でのオン抵抗をさ
らに低減することができる。The main structure of this embodiment is the same as that of FIG. 7, but in this embodiment, the n-type drain layer 114,
A turn-on MOSFET composed of the p-type base layer 113, the n-type base layer 101, etc. is added. As a result, the total channel width of the turn-on MOSFET becomes wider, and the on-resistance in the IGBT state can be further reduced.
【0110】(第6の実施形態)図9は、本発明の第6
の実施形態の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタの素子
構造を示す断面図である。(Sixth Embodiment) FIG. 9 shows a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor of the embodiment.
【0111】本実施形態の主要な構成は図8のそれと同
様であるが、本実施形態では、n型ソース層116、p
型ベース層113、n型ベース層101などによって構
成されるターンオン用MOSFETが付加されている。
これによって、第5の実施形態の場合と同様に、ターン
オン用MOSFETの総チャネル幅はより広くなり、I
GBT状態でのオン抵抗をさらに低減することができ
る。The main structure of this embodiment is the same as that of FIG. 8, but in this embodiment, the n-type source layers 116 and p are formed.
A turn-on MOSFET composed of the type base layer 113, the n-type base layer 101, etc. is added.
As a result, as in the case of the fifth embodiment, the total channel width of the turn-on MOSFET becomes wider, and I
The ON resistance in the GBT state can be further reduced.
【0112】(第7の実施形態)図10は、本発明の第
7の実施形態の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタの素
子構造を示す断面図である。(Seventh Embodiment) FIG. 10 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a seventh embodiment of the present invention.
【0113】本実施形態では、n型エミッタ層103と
n型ソース層116とが絶縁膜118を挟んで互いに隣
接するように配置され、同様にn型半導体層107とn
型ドレイン層114とがターンオン用ゲート電極112
を挟んで互いに隣接するように配置されている。In the present embodiment, the n-type emitter layer 103 and the n-type source layer 116 are arranged so as to be adjacent to each other with the insulating film 118 interposed therebetween.
The type drain layer 114 is the turn-on gate electrode 112.
They are arranged so as to be adjacent to each other with a pinch in between.
【0114】そして、カソード電極105とソース電極
117とが絶縁膜118をまたぐ形で一体形成され、ベ
ース電極108とドレイン電極115とがターンオン用
ゲート電極112をまたぐ形で一体形成されている。The cathode electrode 105 and the source electrode 117 are integrally formed so as to straddle the insulating film 118, and the base electrode 108 and the drain electrode 115 are integrally formed so as to straddle the turn-on gate electrode 112.
【0115】本実施形態によれば、カソード電極105
およびソース電極117、ならびにベース電極108お
よびドレイン電極115が一体形成されているので、各
電極105,117,108,115の形成に微細加工
技術を用いずに済む。According to this embodiment, the cathode electrode 105
Since the source electrode 117, the base electrode 108, and the drain electrode 115 are integrally formed, it is not necessary to use a microfabrication technique for forming the electrodes 105, 117, 108, 115.
【0116】また、カソード電極105とソース電極1
17、ベース電極108とドレイン電極115とを接続
する配線の長さが短縮され、配線抵抗が低減されるた
め、大きなターンオフ能力が得られる。Further, the cathode electrode 105 and the source electrode 1
17. Since the length of the wiring connecting the base electrode 108 and the drain electrode 115 is shortened and the wiring resistance is reduced, a large turn-off capability can be obtained.
【0117】(第8の実施形態、第9の実施形態)図1
1、図12は、それぞれ、本発明の第8の実施形態、第
9の実施形態に係る絶縁ゲート型ターンオフサイリスタ
の素子構造を示す断面図である。図14は、これら実施
形態の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタの等価回路図
であり、IGBTにMOSFETおよび抵抗がそれぞれ
直列接続され、そのIGBTとメインサイリスタとが一
体形成された構造を示している。(Eighth Embodiment and Ninth Embodiment) FIG.
1 and 12 are cross-sectional views showing the element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to an eighth embodiment and a ninth embodiment of the present invention, respectively. FIG. 14 is an equivalent circuit diagram of the insulated gate turn-off thyristor of these embodiments, and shows a structure in which a MOSFET and a resistor are connected in series to an IGBT, and the IGBT and the main thyristor are integrally formed.
【0118】第8の実施形態、第9の実施形態は、それ
ぞれ、図1と図6で示した実施形態に対して、カソード
電極端子Kとベース電極108との間に所定の大きさの
抵抗体120を挿設した構造になっている。The eighth and ninth embodiments are different from the embodiments shown in FIGS. 1 and 6 in that a resistor having a predetermined size is provided between the cathode electrode terminal K and the base electrode 108. The body 120 is inserted.
【0119】これら本実施形態の絶縁ゲート型ターンオ
フサイリスタは、図13に示すようなタイムチャートに
従ったゲート駆動方法によりスイッチング動作させるこ
とができる。このゲート駆動方法が図2のそれと基本的
には同じであるが、ターンオン時にターンオフ用ゲート
電極110に正の電圧を印加する必要がない点で異なっ
ている。The insulated gate turn-off thyristor of this embodiment can be switched by the gate driving method according to the time chart as shown in FIG. This gate driving method is basically the same as that of FIG. 2, except that it is not necessary to apply a positive voltage to the turn-off gate electrode 110 at turn-on.
【0120】すなわち、本実施形態の場合、ターンオン
時に、ターンオン用ゲート電極112にカソードに対し
て正の電圧を印加すると、カソード電極端子Kから抵抗
体120、ベース電極108、n型半導体層107、タ
ーンオン用MOSFETを介してn型ベース層101に
電子が注入され、サイリスタがターンオンする。That is, in the case of the present embodiment, when a positive voltage is applied to the turn-on gate electrode 112 at the time of turn-on with respect to the cathode, the resistor 120, the base electrode 108, the n-type semiconductor layer 107 from the cathode electrode terminal K, Electrons are injected into the n-type base layer 101 through the turn-on MOSFET, and the thyristor turns on.
【0121】なお、ターンオン用ゲート電極112は、
図13に破線で示すように、ターンオンからターンオフ
までの間ずっと正の電圧を印加したままでもよい。これ
によって、より均一で確実なターンオン動作が可能とな
る。The turn-on gate electrode 112 is
As indicated by the broken line in FIG. 13, a positive voltage may be kept applied from the turn-on to the turn-off. This enables a more uniform and reliable turn-on operation.
【0122】(第10の実施形態)図15は、本発明の
第10の実施形態に係る絶縁ゲート型ターンオフサイリ
スタの素子構造を示す断面図である。(Tenth Embodiment) FIG. 15 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a tenth embodiment of the present invention.
【0123】本実施形態の絶縁ゲート型ターンオフサイ
リスタは、図1のそれにおいて、第2のp型ベース層1
13を第1のp型ベース層102と同一の層にし、さら
に、n型ソース層116をn型エミッタ層103と同一
の層にし、ソース電極117をカソード電極105と同
一の電極としたものである。The insulated gate turn-off thyristor of this embodiment is similar to that of FIG. 1 except that the second p-type base layer 1 is used.
13 is the same layer as the first p-type base layer 102, the n-type source layer 116 is the same layer as the n-type emitter layer 103, and the source electrode 117 is the same electrode as the cathode electrode 105. is there.
【0124】本実施形態でも、ターンオフ時には、素子
内の正孔はベース電極108bを介して排出されるの
で、n型エミッタ層103の下部のp型ベース層102
に流れる正孔電流によるラッチアップを効果的に防止で
きる。In the present embodiment as well, at the time of turn-off, holes in the device are discharged through the base electrode 108b, so that the p-type base layer 102 below the n-type emitter layer 103 is discharged.
It is possible to effectively prevent the latch-up due to the hole current flowing in.
【0125】したがって、本実施形態の絶縁ゲート型タ
ーンオフサイリスタでも、図1のそれと同様に、従来に
比べて、ターンオフ能力が高くなる。Therefore, also in the insulated gate type turn-off thyristor of the present embodiment, the turn-off capability is higher than in the conventional case, as in the case of FIG.
【0126】(第11の実施形態)図16は、本発明の
第11の実施形態に係る絶縁ゲート型ターンオフサイリ
スタの素子構造を示す断面図である。(Eleventh Embodiment) FIG. 16 is a sectional view showing the element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to the eleventh embodiment of the present invention.
【0127】本実施形態の絶縁ゲート型ターンオフサイ
リスタは、図6のそれにおいて、第2のp型ベース層1
13を第1のp型ベース層102と同一の層にしたもの
である。これに伴って、n型ソース層116はn型エミ
ッタ層103と同一の層となり、ソース電極117はカ
ソード電極105と同一の電極となる。The insulated gate turn-off thyristor of this embodiment is similar to that of FIG. 6 except that the second p-type base layer 1 is used.
13 is the same layer as the first p-type base layer 102. Accordingly, the n-type source layer 116 becomes the same layer as the n-type emitter layer 103, and the source electrode 117 becomes the same electrode as the cathode electrode 105.
【0128】本実施形態でも、ターンオフ時には、素子
内の正孔はベース電極108bを介して排出されるの
で、図6のそれと同様に、従来に比べて、ターンオフ能
力が高くなる。In the present embodiment as well, at the time of turn-off, holes in the element are discharged through the base electrode 108b, so that the turn-off ability is higher than in the conventional case as in the case of FIG.
【0129】(第12の実施形態)図17は、本発明の
第12の実施形態に係る絶縁ゲート型ターンオフサイリ
スタの素子構造を示す平面図である。また、図18、図
19は、それぞれ、図17の絶縁ゲート型ターンオフサ
イリスタのA−A´断面図、B−B´断面図である。(Twelfth Embodiment) FIG. 17 is a plan view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a twelfth embodiment of the present invention. 18 and 19 are an AA ′ sectional view and an BB ′ sectional view of the insulated gate turn-off thyristor of FIG. 17, respectively.
【0130】図中、203は高抵抗のn型ベース層を示
しており、このn型ベース層203の表面にはp型ベー
ス層204が選択的に形成されている。このp型ベース
層204の表面にはn型エミッタ層207が選択的に形
成されている。一方、n型ベース層203の裏面には高
濃度のp型エミッタ層207が形成されている。In the figure, reference numeral 203 denotes a high resistance n-type base layer, and a p-type base layer 204 is selectively formed on the surface of the n-type base layer 203. An n-type emitter layer 207 is selectively formed on the surface of the p-type base layer 204. On the other hand, a high-concentration p-type emitter layer 207 is formed on the back surface of the n-type base layer 203.
【0131】n型エミッタ層207とn型ベース層20
3との間のp型ベース層204上には、ゲート絶縁膜2
16を介してターンオンゲート電極214が配設され、
n型エミッタ層207をソースとするnチャネルのター
ンオン用MOSFETが構成されている。N-type emitter layer 207 and n-type base layer 20
On the p-type base layer 204 between the gate insulating film 2 and
A turn-on gate electrode 214 is provided via 16
An n-channel turn-on MOSFET whose source is the n-type emitter layer 207 is configured.
【0132】p型ベース層204にはベース電極213
が、n型エミッタ層207上にはカソード電極211
が、p型エミッタ層206にはアノード電極210が設
けられている。A base electrode 213 is formed on the p-type base layer 204.
However, the cathode electrode 211 is formed on the n-type emitter layer 207.
However, the p-type emitter layer 206 is provided with the anode electrode 210.
【0133】ここで、ターンオン用ゲート電極214と
反対側のベース電極213は従来と同様にコンタクトホ
ール218を介してp型ベース層204に接続してい
る。Here, the base electrode 213 on the side opposite to the turn-on gate electrode 214 is connected to the p-type base layer 204 via the contact hole 218 as in the conventional case.
【0134】また、従来とは異なり、ターンオン用ゲー
ト電極214のn型エミッタ層207と重なる部分には
一定間隔で窪みが設けられ(図17には二箇所の窪みが
示されている)、その窪みの部分に設けられたコンタク
トホール218´を介してベース電極213がp型ベー
ス層204に接続している。Unlike the prior art, the turn-on gate electrode 214 is provided with depressions at regular intervals in the portion overlapping the n-type emitter layer 207 (two depressions are shown in FIG. 17). The base electrode 213 is connected to the p-type base layer 204 through a contact hole 218 ′ provided in the hollow portion.
【0135】ターンオン用ゲート電極214が窪んだと
ころのp型ベース層204は、ベース電極213とコン
タクトが取れるように、図17に示すように、右側に突
出している。The p-type base layer 204 where the turn-on gate electrode 214 is recessed protrudes to the right side as shown in FIG. 17 so that it can make contact with the base electrode 213.
【0136】換言すれば、ターンオン用ゲート電極21
4側のp型ベース層204は、ターンオン用MOSFE
Tのチャネル幅方向に向かって一定間隔で窪みが設けら
れ(凹凸部が設けられ)、窪みのない部分(凸部)のp
型ベース層204にゲート電極214の窪みが形成され
ている。In other words, the turn-on gate electrode 21
The p-type base layer 204 on the fourth side is a turn-on MOSFE.
Indentations are provided at regular intervals in the channel width direction of T (concavo-convex portions are provided), and p of a portion without a depression (convex portion) is formed.
A recess of the gate electrode 214 is formed in the mold base layer 204.
【0137】また、図示されていないが、p型ベース層
204内には図33の従来の絶縁ゲート型ターンオフサ
イリスタと同様のターンオフ用MOSFETが形成され
ている。Although not shown, a turn-off MOSFET similar to the conventional insulated gate turn-off thyristor of FIG. 33 is formed in the p-type base layer 204.
【0138】すなわち、n型ソース層および型エミッタ
層207から所定距離離れた位置のp型ベース層204
の表面にはn型ドレイン層が形成されており、このn型
ドレイン層とn型エミッタ層207との間のp型ベース
層204上には、ゲート絶縁膜を介してターンオフ用ゲ
ート電極が配設され、n型エミッタ層207をソースと
するnチャネルのターンオフ用MOSFETが構成され
ている。That is, the p-type base layer 204 located at a predetermined distance from the n-type source layer and the type emitter layer 207.
Has an n-type drain layer formed on its surface, and a turn-off gate electrode is disposed on the p-type base layer 204 between the n-type drain layer and the n-type emitter layer 207 via a gate insulating film. An n-channel turn-off MOSFET having the n-type emitter layer 207 as a source is formed.
【0139】上記n型ドレイン層にコンタクトするドレ
イン電極は、同時にp型ベース層204にもコンタクト
しており、p型ベース層204とn型ドレイン層がこの
ドレイン電極により短絡している。The drain electrode contacting the n-type drain layer is also in contact with the p-type base layer 204 at the same time, and the p-type base layer 204 and the n-type drain layer are short-circuited by this drain electrode.
【0140】この素子をターンオンするには、ターンオ
ン用ゲート電極217にカソードに対して正の電圧を印
加する。この結果、ターンオン用MOSFETがオン状
態となり、n型エミッタ層207からn型ベース層20
3に電子が注入され、素子はターンオンする。To turn on this element, a positive voltage is applied to the turn-on gate electrode 217 with respect to the cathode. As a result, the turn-on MOSFET is turned on, and the n-type emitter layer 207 to the n-type base layer 20 are turned on.
Electrons are injected into 3 and the device is turned on.
【0141】一方、ターンオフするには、ターンオフ用
MOSFETをオン状態にし、ベース電極213とカソ
ード電極211とを短絡する。On the other hand, to turn off, the turn-off MOSFET is turned on and the base electrode 213 and the cathode electrode 211 are short-circuited.
【0142】このとき、図17の破線で示すように、正
孔hは、n型エミッタ層207の下のp型ベース層20
4を通らずに、窪みがない部分のp型ベース層204を
通ってベース電極213に吸い出され、素子外に排出さ
れるようになる。At this time, as shown by the broken line in FIG. 17, the holes h are generated in the p-type base layer 20 below the n-type emitter layer 207.
4 does not pass through, but is sucked to the base electrode 213 through the p-type base layer 204 where there is no depression, and discharged outside the element.
【0143】したがって、アノード電流が大きい場合で
も、正孔電流とp型ベース層204の抵抗とによる電圧
降下がp型ベース層204とn型エミッタ層207との
ビルトイン電圧を越え、素子がラッチアップし、ターン
オフできなくなるという問題を防止できる。Therefore, even when the anode current is large, the voltage drop due to the hole current and the resistance of the p-type base layer 204 exceeds the built-in voltage between the p-type base layer 204 and the n-type emitter layer 207, and the device latches up. However, it is possible to prevent the problem of being unable to turn off.
【0144】正孔がn型エミッタ層207の下のp型ベ
ース層204を通らないのは、n型エミッタ層207が
存在する分だけp型ベース層204の抵抗が高くなるか
らである。The holes do not pass through the p-type base layer 204 below the n-type emitter layer 207 because the resistance of the p-type base layer 204 is increased due to the presence of the n-type emitter layer 207.
【0145】(第13の実施形態)図20は、本発明の
第13の実施形態に係る絶縁ゲート型ターンオフサイリ
スタの素子構造を示す平面図である。また、図21は、
図20の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタのC−C´
断面図である。(Thirteenth Embodiment) FIG. 20 is a plan view showing the element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to the thirteenth embodiment of the present invention. In addition, FIG.
CC 'of the insulated gate type turn-off thyristor of FIG.
It is sectional drawing.
【0146】本実施形態の絶縁ゲート型ターンオフサイ
リスタが第12の実施形態のそれと異なる点は、n型エ
ミッタ層207をストライプ状にまっすぐに伸ばすので
はなく、ターンオン用ゲート電極214の窪み部分には
n型エミッタ層207を設けず、この窪み部分までベー
ス電極213を横方向に延在させることにより、n型エ
ミッタ層207の3辺(上辺、下辺、左辺)をベース電
極213により囲むようにしたことにある。The insulated gate turn-off thyristor of this embodiment is different from that of the twelfth embodiment in that the n-type emitter layer 207 is not straightly extended in a stripe shape, but is formed in the recessed portion of the turn-on gate electrode 214. The n-type emitter layer 207 is not provided, and the base electrode 213 is laterally extended to this recessed portion, so that three sides (upper side, lower side, left side) of the n-type emitter layer 207 are surrounded by the base electrode 213. Especially.
【0147】本実施形態によれば、n型エミッタ層20
7の下のp型ベース層204を通らない正孔の排出経路
が多くなるので(長くなるので)、第12の実施形態よ
りも高いターンオフ能力が得られるようになる。According to this embodiment, the n-type emitter layer 20
Since the number of holes discharging holes that do not pass through the p-type base layer 204 under 7 increases (becomes longer), a higher turn-off capability than that in the twelfth embodiment can be obtained.
【0148】(第14の実施形態)図22は、本発明の
第14の実施形態に係る絶縁ゲート型ターンオフサイリ
スタの素子構造を示す平面図である。(Fourteenth Embodiment) FIG. 22 is a plan view showing the element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to the fourteenth embodiment of the present invention.
【0149】本実施形態の絶縁ゲート型ターンオフサイ
リスタの基本構造は、図20の絶縁ゲート型ターンオフ
サイリスタにおいて、ターンオン用ゲート電極214の
窪みを取り除いた構造になっている。The basic structure of the insulated gate type turn-off thyristor of this embodiment is the structure of the insulated gate type turn-off thyristor of FIG. 20 in which the depression of the turn-on gate electrode 214 is removed.
【0150】すなわち、ターンオン用ゲート電極214
は、ターンオン用MOSFETのチャネル幅方向に平行
なストライプ形状となっている。また、窪みが無くなっ
たことに対応して、横方向に延在したターンオン用ゲー
ト電極214は短くなっている。That is, the turn-on gate electrode 214
Has a stripe shape parallel to the channel width direction of the turn-on MOSFET. Further, the turn-on gate electrode 214 extending in the lateral direction is shortened corresponding to the disappearance of the depression.
【0151】本実施形態でも、正孔hはn型エミッタ層
207の下のp型ベース層204を通らずにベース電極
に吸い出されるので、第12、第13の実施形態と同様
にターンオフ時における正孔電流によるラッチアップを
防止できる。Also in this embodiment, the holes h are sucked out to the base electrode without passing through the p-type base layer 204 below the n-type emitter layer 207. Therefore, at the time of turn-off as in the twelfth and thirteenth embodiments. It is possible to prevent latch-up due to the hole current in the.
【0152】また、ターンオフ時に、ターンオン用ゲー
ト電極214にカソードに対して負の電圧を印加するこ
とにより、正孔が吸い出されるターンオン用ゲート電極
214直下のp型ベース層204が蓄積モードとなるの
で、より正孔の排出抵抗を低くすることができる。At the time of turn-off, by applying a negative voltage to the turn-on gate electrode 214 with respect to the cathode, the p-type base layer 204 immediately below the turn-on gate electrode 214 from which holes are absorbed is in the accumulation mode. Therefore, the hole discharge resistance can be further lowered.
【0153】(第15の実施形態)図23は、本発明の
第15の実施形態に係る絶縁ゲート型ターンオフサイリ
スタの素子構造を示す断面図である。この絶縁ゲート型
ターンオフサイリスタの平面図は図17のそれと同じで
あり、また、図23の断面図は図17のA−A´断面に
相当するものである。(Fifteenth Embodiment) FIG. 23 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a fifteenth embodiment of the present invention. The plan view of this insulated gate turn-off thyristor is the same as that of FIG. 17, and the sectional view of FIG. 23 corresponds to the AA ′ section of FIG.
【0154】本実施形態の絶縁ゲート型ターンオフサイ
リスタが図18のそれと異なる点は、n型エミッタ層2
07直下のp型ベース層204に低濃度のp型ウエル層
219を設けたことにある。The insulated gate turn-off thyristor of this embodiment differs from that of FIG. 18 in that the n-type emitter layer 2
This is because the low-concentration p-type well layer 219 is provided on the p-type base layer 204 immediately below 07.
【0155】従来構造の場合、n型エミッタ層207直
下のp型ベース層204は、正孔のバイパス経路になっ
ているので、p型ベース層204の濃度を低くすると、
抵抗が高くなり、正孔電流による電圧降下が大きくなる
ので、ラッチアップが起こりやすくなり、可制御電流が
小さくなるという問題がある。In the case of the conventional structure, since the p-type base layer 204 immediately below the n-type emitter layer 207 serves as a hole bypass path, if the concentration of the p-type base layer 204 is lowered,
Since the resistance becomes high and the voltage drop due to the hole current becomes large, there is a problem that latch-up easily occurs and the controllable current becomes small.
【0156】しかし、本実施形態では、n型エミッタ層
207直下のp型ベース層204を介さずに正孔を排出
できるので、n型エミッタ層207直下のp型ベース層
204に低濃度のp型ウエル層219を設けることがで
きる。However, in the present embodiment, holes can be discharged without passing through the p-type base layer 204 directly below the n-type emitter layer 207, so that the p-type base layer 204 directly below the n-type emitter layer 207 has a low concentration of p. A mold well layer 219 can be provided.
【0157】したがって、本実施形態によれば、低濃度
のp型ウエル層219により、サイリスタがオン状態の
ときの電子の注入効率を高くできるので、ターンオフ能
力のみならず、オン状態での素子の抵抗を低くできる。Therefore, according to the present embodiment, the low-concentration p-type well layer 219 makes it possible to increase the electron injection efficiency when the thyristor is in the on-state, so that not only the turn-off capability but also the device in the on-state can be obtained. The resistance can be lowered.
【0158】(第16の実施形態)図24は、本発明の
第16の実施形態に係る絶縁ゲート型ターンオフサイリ
スタの素子構造を示す断面図である。この絶縁ゲート型
ターンオフサイリスタの平面図は図17のそれと同じで
あり、また、図24の断面図は図17のB−B´断面に
相当するものである。(Sixteenth Embodiment) FIG. 24 is a sectional view showing the element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to the sixteenth embodiment of the present invention. The plan view of this insulated gate turn-off thyristor is the same as that of FIG. 17, and the sectional view of FIG. 24 corresponds to the BB ′ section of FIG.
【0159】本実施形態の絶縁ゲート型ターンオフサイ
リスタが図19のそれと異なる点は、p型ベース層20
4内に低濃度のp型ウエル層219を設けたことにあ
る。このp型ウエル層219はターンオン用ゲート電極
214側にn型エミッタ層207と接するように形成さ
れている。The insulated gate turn-off thyristor of this embodiment differs from that of FIG. 19 in that the p-type base layer 20 is used.
This is because a low-concentration p-type well layer 219 is provided in the No. 4 structure. The p-type well layer 219 is formed on the turn-on gate electrode 214 side so as to be in contact with the n-type emitter layer 207.
【0160】本実施形態によれば、p型ウエル層219
により、第15の実施形態と同様に電子の注入効率を高
くでき、また、ターンオン用MOSFETのしきい値電
圧を低くできるので、低いオン電圧が得られる。したが
って、第15の実施形態と同様にターンオフ能力のみな
らず、オン特性もより高くできる。According to this embodiment, the p-type well layer 219 is used.
As a result, as in the fifteenth embodiment, the electron injection efficiency can be increased and the threshold voltage of the turn-on MOSFET can be lowered, so that a low on-voltage can be obtained. Therefore, similar to the fifteenth embodiment, not only the turn-off ability but also the on-characteristics can be improved.
【0161】(第17の実施形態)図25は、本発明の
第17の実施形態に係る絶縁ゲート型電力用半導体素子
の構造を示す断面図である。(Seventeenth Embodiment) FIG. 25 is a sectional view showing the structure of an insulated gate power semiconductor device according to the seventeenth embodiment of the present invention.
【0162】この絶縁ゲート型電力用半導体素子は、サ
イリスタ部が形成された下段の第1のウェハと、このサ
イリスタ部に流れる電流を制御する電流制御部が形成さ
れた上段の第2のウェハとが2段に重ねられた構成にな
っている。This insulated gate type power semiconductor device comprises a lower first wafer on which a thyristor portion is formed and an upper second wafer on which a current control portion for controlling the current flowing through this thyristor portion is formed. Are stacked in two layers.
【0163】第1のウェハのサイリスタ部は、pnpn
構造のサイリスタと、このサイリスタのn型エミッタ層
とn型ベース層とを選択的に短絡する絶縁ゲート構造と
から構成されている。The thyristor portion of the first wafer is pnpn.
The thyristor has a structure and an insulated gate structure for selectively short-circuiting the n-type emitter layer and the n-type base layer of the thyristor.
【0164】上記サイリスタは、高抵抗のn型ベース層
314と、このn型ベース層314の表面に形成された
p型ベース層315と、このp型ベース層315の表面
に形成されたn型エミッタ層316と、n型ベース層3
14の裏面に形成されたp型エミッタ層313から構成
されている。The thyristor has a high resistance n-type base layer 314, a p-type base layer 315 formed on the surface of the n-type base layer 314, and an n-type base layer 315 formed on the surface of the p-type base layer 315. Emitter layer 316 and n-type base layer 3
It is composed of a p-type emitter layer 313 formed on the back surface of 14.
【0165】このp型エミッタ層313にはアノード電
極318が設けられ、p型ベース層315にはベース電
極319が設けられている。また、n型エミッタ層31
6とn型ベース層314との間のp型ベース層315上
にはゲート絶縁膜309を介してゲート電極317が設
けられ、このようなMOS構造ゲート電極によりn型エ
ミッタ層316とn型ベース層314とを選択的に短絡
できるようになっている。The p-type emitter layer 313 is provided with an anode electrode 318, and the p-type base layer 315 is provided with a base electrode 319. In addition, the n-type emitter layer 31
6 and the n-type base layer 314, a gate electrode 317 is provided on the p-type base layer 315 via a gate insulating film 309, and the n-type emitter layer 316 and the n-type base layer are formed by the MOS structure gate electrode. The layer 314 can be selectively short-circuited.
【0166】一方、第2のウェハの電流制御部は、サイ
リスタに流す電流を制御するMOSFETと、ターンオ
フ時にサイリスタ内の正孔を排出するツェナーダイオー
ドとから構成されている。On the other hand, the current control section of the second wafer is composed of a MOSFET for controlling the current flowing through the thyristor and a Zener diode for discharging holes in the thyristor at turn-off.
【0167】上記MOSFETは、n型ドレイン層30
2と、このn型ドレイン層302上に設けられたn型半
導体層306と、このn型半導体層306内に形成され
たp型ウェル層304と、このp型ウェル層304内に
形成されたn型ソース層307と、このn型ソース層3
07とn型半導体層306との間のp型ウェル層304
上にゲート絶縁膜309を介して設けられたゲート電極
308とから構成されている。The MOSFET has the n-type drain layer 30.
2, the n-type semiconductor layer 306 provided on the n-type drain layer 302, the p-type well layer 304 formed in the n-type semiconductor layer 306, and the p-type well layer 304. The n-type source layer 307 and the n-type source layer 3
07 and the n-type semiconductor layer 306 between the p-type well layer 304
It is composed of a gate electrode 308 provided on the gate insulating film 309.
【0168】p型ウェル層304およびn型ソース層3
07はカソード接続電極310を介してカソード電極3
00に接続している。また、n型ドレイン層302には
ドレイン電極311が設けられており、n型ドレイン層
302はこのドレイン電極311を介してエミッタ電極
320に接続している。P-type well layer 304 and n-type source layer 3
07 is the cathode electrode 3 via the cathode connection electrode 310
Connected to 00. A drain electrode 311 is provided on the n-type drain layer 302, and the n-type drain layer 302 is connected to the emitter electrode 320 via the drain electrode 311.
【0169】上記ツェナーダイオードは、p型分離層3
01によりn型ドレイン層302と分離されたn型カソ
ード層303と、このn型カソード層303に接して形
成されたp型アノード層305とから構成されている。The Zener diode has the p-type isolation layer 3
The n-type cathode layer 303 is separated from the n-type drain layer 302 by 01, and the p-type anode layer 305 is formed in contact with the n-type cathode layer 303.
【0170】このp型アノード層305はカソード接続
電極310を介してカソード電極300に接続してい
る。また、n型カソード層303はベース接続電極31
2を介してベース電極319に接続している。The p-type anode layer 305 is connected to the cathode electrode 300 via the cathode connecting electrode 310. The n-type cathode layer 303 is the base connection electrode 31.
2 to the base electrode 319.
【0171】この素子をターンオンさせるには、ゲート
電極308,317にカソードに対して正の電圧を印加
する。To turn on this element, a positive voltage is applied to the gate electrodes 308 and 317 with respect to the cathode.
【0172】これにより、電流制御部のMOSFETが
オン状態になり、サイリスタのn型エミッタ層316に
電流が供給されるとともに、サイリスタのn型エミッタ
層316とn型ベース層314とが短絡され、n型エミ
ッタ層316からn型ベース層314に電子が注入され
る。この結果、サイリスタは導通状態となり、アノード
電極318とカソード電極300との間にアノード電流
(主電流)流れるようになる。As a result, the MOSFET of the current control section is turned on, current is supplied to the n-type emitter layer 316 of the thyristor, and the n-type emitter layer 316 and n-type base layer 314 of the thyristor are short-circuited. Electrons are injected from the n-type emitter layer 316 to the n-type base layer 314. As a result, the thyristor becomes conductive and the anode current (main current) flows between the anode electrode 318 and the cathode electrode 300.
【0173】このとき、サイリスタは導通状態であるの
で、サイリスタのベース電位はあまり上がらない。した
がって、電流制御部のツェナダイオードは動作せず、サ
イリスタ内の正孔がベース電極319、ベース接続電極
312、ツェナダイオードを介して素子外に排出される
ことはなく、サイリスタは十分低いオン電圧で動作す
る。At this time, since the thyristor is conductive, the base potential of the thyristor does not rise so much. Therefore, the Zener diode of the current control unit does not operate, the holes in the thyristor are not discharged to the outside of the element through the base electrode 319, the base connection electrode 312, and the Zener diode, and the thyristor has a sufficiently low ON voltage. Operate.
【0174】一方、ターンオフするには、ゲート電極3
08,317にカソードに対してゼロまたは負の電圧を
印加する。On the other hand, to turn off, the gate electrode 3
A zero or negative voltage is applied to the cathodes 08 and 317.
【0175】これにより、電流制御部のMOSFETか
らのサイリスタのn型エミッタ層316への電流の供給
が止まる。この結果、サイリスタのベース電位が上昇
し、ツェナダイオードが導通して、サイリスタ内の正孔
はベース電極319、ベース接続電極312、ツェナダ
イオードを介して素子外に排出され、素子はターンオフ
する。As a result, the supply of current from the MOSFET of the current controller to the n-type emitter layer 316 of the thyristor is stopped. As a result, the base potential of the thyristor rises and the Zener diode becomes conductive, holes in the thyristor are discharged to the outside of the element through the base electrode 319, the base connection electrode 312, and the Zener diode, and the element is turned off.
【0176】本実施形態では、サイリスタ部とこのサイ
リスタ部に流す電流を制御する電流制御部とがそれぞれ
別々のウェハに形成され、カソードからサイリスタのn
型エミッタ層316に流れる電流は、基本的には電流制
御部の専用のMOSFETにより制御される。このた
め、MOSFETのチャネル抵抗はサイリスタを考慮せ
ずに決定できるので、高速スイッチングが可能となる。
さらに、MOSFETは、サイリスタと別に微細に形成
できるので、MOSFETによる電圧降下は極めて小さ
い。In this embodiment, the thyristor section and the current control section for controlling the current flowing through the thyristor section are formed on different wafers, and the cathode to the thyristor n are formed.
The current flowing through the type emitter layer 316 is basically controlled by the dedicated MOSFET of the current control unit. Therefore, the channel resistance of the MOSFET can be determined without considering the thyristor, and high-speed switching is possible.
Furthermore, since the MOSFET can be minutely formed separately from the thyristor, the voltage drop due to the MOSFET is extremely small.
【0177】また、主耐圧はサイリスタが受け持つの
で、電流制御部のMOSFETはほとんど耐圧を必要と
せず、電流の導通特性のみが確保されれば良い。このた
め、素子全体の耐圧はサイリスタにより決定されるので
高いものとなる。Further, since the thyristor takes charge of the main withstand voltage, the MOSFET of the current control section needs almost no withstand voltage, and only the current conduction characteristic needs to be secured. For this reason, the breakdown voltage of the entire element is determined by the thyristor and is high.
【0178】したがって、本実施形態の絶縁ゲート型電
力用半導体素子によれば、従来のESTとは異なり、サ
イリスタ内にMOSFET(電流制御部)が組み込まれ
ていないので、高耐圧、高速動作が可能になる。Therefore, according to the insulated gate power semiconductor element of the present embodiment, unlike the conventional EST, the MOSFET (current control section) is not incorporated in the thyristor, so that high breakdown voltage and high speed operation are possible. become.
【0179】また、従来のESTと異はなり、p型ベー
ス層315はアノード電極300とコンタクトしていな
いので、オン電圧を容易に低減できる。また、オン電圧
が低くなることにより、発熱(放熱)の問題も容易に解
決できるようになる。Further, unlike the conventional EST, since the p-type base layer 315 is not in contact with the anode electrode 300, the on-voltage can be easily reduced. In addition, since the on-voltage decreases, the problem of heat generation (heat dissipation) can be easily solved.
【0180】さらに、従来のESTとは異なり、コンタ
クト層がないので、コンタクト層に起因する寄生サイリ
スタがラッチアップし、ターンオフが不可能になるとい
う問題もない。Further, unlike the conventional EST, since there is no contact layer, there is no problem that the parasitic thyristor due to the contact layer latches up and turn-off becomes impossible.
【0181】このようなチャネル抵抗の低減、オン抵抗
の低減、寄生サイリスタのラッチアップ防止により、サ
イリスタのターンオン特性(導通特性)を大幅に改善す
ることができる。By reducing the channel resistance, reducing the on-resistance, and preventing the parasitic thyristor from latching up, the turn-on characteristic (conduction characteristic) of the thyristor can be greatly improved.
【0182】また、GTOの場合とは異なり、電圧制御
なので、ゲート回路(電流制御部)が大きくなるという
問題もなく、小型化が容易である。Further, unlike the case of the GTO, since the voltage is controlled, there is no problem that the gate circuit (current control section) becomes large, and the miniaturization is easy.
【0183】なお、第1のウェハと第2のウェハとを重
ねる場合、ウェハ同士の合せ精度が問題となるように思
われるが、この素子で重要なことは接続する電極(ベー
ス接続電極312とベース電極319、ドレイン電極3
11とエミッタ電極320)の位置のみが重要であり、
通常これらの電極は素子の他の部分の構造に比べ非常に
大きいため、合せ精度ほとんど問題にならない。When the first and second wafers are overlapped with each other, the alignment accuracy between the wafers seems to be a problem, but what is important in this device is that the electrodes to be connected (base connecting electrode 312 and Base electrode 319, drain electrode 3
11 and the position of the emitter electrode 320) are only important,
Usually, these electrodes are much larger than the structures of other parts of the device, so that there is almost no problem in alignment accuracy.
【0184】図26は、第1のウェハ、第2のウェハの
平面図である。同図(a)は第2のウェハ、同図(b)
は第1のウェハを示している。FIG. 26 is a plan view of the first and second wafers. The same figure (a) is the 2nd wafer, the same figure (b)
Indicates the first wafer.
【0185】図26に示すような円形状のウェハを用い
た理由は以下の通りである。すなわち、高耐圧用の素子
でシステムへの組み込みを考慮した場合、圧接構造を採
用することが多いが、その際に応力問題を防止する観点
から、対称性の良い形状である円形状にすると、有利な
ことが多いからである。The reason for using the circular wafer as shown in FIG. 26 is as follows. That is, in consideration of incorporation into a system with a high breakdown voltage element, a pressure contact structure is often adopted, but in that case, from the viewpoint of preventing a stress problem, if a circular shape having good symmetry is used, This is because it is often advantageous.
【0186】第1のウェハはサイリスタを有するので、
耐圧を持たせる必要がある。このため、図26(b)に
示すように、第1のウエハの範囲には、リサーフ等の耐
圧を持たせる構造を有する接合終端部325が設けられ
ている。また、ターンオフ時に正孔を排出するベース電
極パッド324はやはり対称性が高い方が良いで、ベー
ス電極パッド324は第1のウエハの中央部に設けるの
が配置的には簡便である。Since the first wafer has thyristors,
It is necessary to have pressure resistance. For this reason, as shown in FIG. 26B, a junction termination portion 325 having a structure for withstanding voltage such as RESURF is provided in the range of the first wafer. Further, it is better that the base electrode pad 324 that discharges holes at the time of turn-off also has high symmetry. Therefore, it is easy to dispose the base electrode pad 324 at the center of the first wafer.
【0187】なお、図26(b)には細かくなってしま
うので書き入れていないが、ターンオフ特性を十分に上
げるには、ベース電極パッド324からベース電極を放
射状に張り巡らせることにより、正孔の排出抵抗を十分
下げることが有効である。Although not shown because it becomes fine in FIG. 26B, in order to sufficiently improve the turn-off characteristic, holes are exhausted by radially extending the base electrode from the base electrode pad 324. It is effective to lower the resistance sufficiently.
【0188】このとき、ベース電極は相互に接続されて
いる必要はなく、島状に形成されていても良い。ベース
電極の相互の接続は第2のウエハを重ねることによっ
て、ドレイン電極とベース電極と接続することにより行
なわれるからである。At this time, the base electrodes do not have to be connected to each other and may be formed in an island shape. This is because the base electrodes are connected to each other by stacking the second wafer and connecting the drain electrode and the base electrode.
【0189】(第18の実施形態)図27は、本発明の
第18の実施形態に係る絶縁ゲート型電力用半導体素子
の構造を示す断面図である。(Eighteenth Embodiment) FIG. 27 is a sectional view showing the structure of an insulated gate power semiconductor element according to the eighteenth embodiment of the present invention.
【0190】本実施形態の絶縁ゲート型電力用半導体素
子が第17の実施形態のそれと異なる点は、第1のウェ
ハをスペーサ326,327を介して第2のウェハと接
続したことにある。The insulated gate power semiconductor device of this embodiment differs from that of the seventeenth embodiment in that the first wafer is connected to the second wafer via spacers 326 and 327.
【0191】第1のウエハと第2のウエハとを重ねる場
合、直接重ねることはもちろん可能であるが、例えば、
圧接して重ねる場合、応力集中が生じ、ウエハが破壊さ
れなどの問題が生じる。When the first wafer and the second wafer are stacked, it is of course possible to directly stack them. For example,
In the case of pressing and stacking, stress concentration occurs, which causes problems such as destruction of the wafer.
【0192】しかしながら、本実施形態のようにスペー
サ326、327を介して重ねれば、応力集中による問
題を防止できる。また、ゲート電極間を接続するゲート
配線をスペーサの内部を通すことにより、容易にゲート
電極間の接続を行なえるようになる。However, if the spacers 326 and 327 are overlapped with each other as in this embodiment, the problem due to stress concentration can be prevented. Further, by connecting the gate wiring connecting the gate electrodes to the inside of the spacer, the gate electrodes can be easily connected.
【0193】(第19の実施形態)図28は、本発明の
第19の実施形態に係る絶縁ゲート型電力用半導体素子
の要部構造を示す断面図である。(Nineteenth Embodiment) FIG. 28 is a sectional view showing the essential structure of an insulated gate power semiconductor element according to the nineteenth embodiment of the present invention.
【0194】本実施形態の特徴は、ゲート電極に電圧を
印加してサイリスタをターンオンさせる代わりに、ゲー
ト絶縁膜309に光を照射することによりチャネルを形
成し、サイリスタをターンオンさせることにある。本実
施形態によれば、光を用いているのでノイズに強いスイ
ッチングが可能となる。なお、図中、328はゲート絶
縁膜309に光を導くための光ファイバ328を示して
いる。The feature of this embodiment is that, instead of applying a voltage to the gate electrode to turn on the thyristor, the gate insulating film 309 is irradiated with light to form a channel and turn on the thyristor. According to the present embodiment, since light is used, noise-resistant switching is possible. In the figure, reference numeral 328 denotes an optical fiber 328 for guiding light to the gate insulating film 309.
【0195】(第20の実施形態)次に上記電流制御部
を有する第2のウェハの形成方法について説明する。図
29は、第1のウェハの形成方法を示す工程断面図であ
る。(Twentieth Embodiment) Next, a method for forming a second wafer having the current control section will be described. FIG. 29 is a process cross-sectional view showing the method for forming the first wafer.
【0196】まず、図29(a)に示すように、高濃度
のn型半導体基板340を用意し、次いで図29(b)
に示すように、n型半導体基板340の裏面および表面
からp型不純物330を選択的にイオン注入し、アニー
ル処理によりp型不純物330を活性化・拡散すること
により、図29(c)に示すように、p型分離層(p型
拡散層)301を形成して、n型半導体基板340をM
OSFETのn型ドレイン層302とツェナダイオード
のn型カソード層303とに分離する。First, as shown in FIG. 29A, a high-concentration n-type semiconductor substrate 340 is prepared, and then FIG.
As shown in FIG. 29C, the p-type impurity 330 is selectively ion-implanted from the back surface and the front surface of the n-type semiconductor substrate 340, and the p-type impurity 330 is activated / diffused by an annealing treatment, as shown in FIG. As described above, the p-type separation layer (p-type diffusion layer) 301 is formed, and the n-type semiconductor substrate 340 is formed as an M
The n-type drain layer 302 of the OSFET and the n-type cathode layer 303 of the Zener diode are separated.
【0197】ここで、p型分離層301をn型半導体基
板303の両面から形成したのは、一般的、ウエハをハ
ンドリングする際にある程度の厚さが必要であり、片面
からの拡散ではn型ドレイン層302とツェナダイオー
ドのn型カソード層303を分離できない可能性がある
からである。Here, the p-type separation layer 301 is formed on both sides of the n-type semiconductor substrate 303. Generally, a certain thickness is required when handling a wafer, and diffusion from one side is an n-type. This is because there is a possibility that the drain layer 302 and the n-type cathode layer 303 of the Zener diode cannot be separated.
【0198】十分に高い分離が得られるのであれば、勿
論片側からの拡散で十分であり、また、両側から拡散し
た場合でもp型分離層301がつながって一体化する必
要はない。As long as a sufficiently high separation can be obtained, of course, diffusion from one side is sufficient, and even if diffusion is from both sides, it is not necessary that the p-type separation layers 301 be connected and integrated.
【0199】次に図29(d)に示すように、エピタキ
シャル成長または接着などによりn型半導体層331を
全面に形成した後、図29(e)に示すように、n型半
導体層331の表面にp型アノード層305をn型カソ
ード層303に接して形成する。Next, as shown in FIG. 29D, after the n-type semiconductor layer 331 is formed on the entire surface by epitaxial growth or adhesion, as shown in FIG. 29E, the surface of the n-type semiconductor layer 331 is formed. The p-type anode layer 305 is formed in contact with the n-type cathode layer 303.
【0200】次に図29(f)に示すように、n型半導
体層331の表面にp型ウェル層304、n型ソース層
307を形成した後、ゲート絶縁膜309、ゲート電極
308を順次形成する。Next, as shown in FIG. 29F, after the p-type well layer 304 and the n-type source layer 307 are formed on the surface of the n-type semiconductor layer 331, the gate insulating film 309 and the gate electrode 308 are sequentially formed. To do.
【0201】最後に、図29(g)に示すように、カソ
ード接続電極310、ドレイン電極311、ベース接続
電極312を形成して第1のウェハが完成する。Finally, as shown in FIG. 29G, the cathode connecting electrode 310, the drain electrode 311, and the base connecting electrode 312 are formed to complete the first wafer.
【0202】このように第1のウェハは、従来のプロセ
ス技術により、容易に得ることができる。また、第2の
ウエハのサイリスタは、通常行なわれているサイリス
タ、MOSサイリスタ、GTOのプロセスをそのまま流
用することができる。As described above, the first wafer can be easily obtained by the conventional process technique. Further, as the thyristor of the second wafer, the processes of thyristor, MOS thyristor, and GTO that are normally performed can be used as they are.
【0203】(第21の実施形態)図30は、本発明の
第21の実施形態に係る第2のウェハの形成方法を示す
工程断面図である。(Twenty-first Embodiment) FIGS. 30A to 30C are process sectional views showing a method for forming a second wafer according to a twenty-first embodiment of the present invention.
【0204】まず、図30(a)に示すように、高抵抗
のn型半導体基板332を用い、次いで図30(b)に
示すように、n型半導体基板332にn型不純物330
a,330bをイオン注入した後、アニール処理により
n型不純物330a,330bを活性化・拡散すること
により、図29(c)に示すように、MOSFETの高
濃度のn型ドレイン層302とツェナダイオードの高濃
度のn型カソード層303を形成する。First, as shown in FIG. 30A, a high resistance n-type semiconductor substrate 332 is used. Then, as shown in FIG. 30B, an n-type impurity 330 is formed on the n-type semiconductor substrate 332.
After ion-implanting a and 330b, the n-type impurities 330a and 330b are activated and diffused by an annealing process, so that the high-concentration n-type drain layer 302 and the Zener diode of the MOSFET are formed as shown in FIG. Forming a high-concentration n-type cathode layer 303.
【0205】このようにn型ドレイン層302、n型カ
ソード層303を基板両面から形成する理由は、第20
の実施形態のp型分離層301のそれと同じである。The reason for forming the n-type drain layer 302 and the n-type cathode layer 303 on both sides of the substrate in this manner is the 20th.
It is the same as that of the p-type separation layer 301 of the above embodiment.
【0206】ここでは、残った高低抗のn型半導体基板
332が分離層の役割を果たしているが、これでは不十
分の場合には、図30(d)に示すようにp型分離層3
01を形成してもよい。これ以降の工程は、第20の実
施形態のそれと同じである。 (第22の実施形態)図31は、本発明の第22の実施
形態に係る第2のウェハの形成方法を示す工程断面図で
ある。Here, the remaining high-resistance n-type semiconductor substrate 332 plays the role of a separation layer. However, if this is not sufficient, the p-type separation layer 3 is formed as shown in FIG.
01 may be formed. The subsequent steps are the same as those in the twentieth embodiment. (Twenty-second Embodiment) FIGS. 31A to 31D are process sectional views showing a method for forming a second wafer according to a twenty-second embodiment of the present invention.
【0207】まず、図31(a)に示すように、図30
(d)に示した基板と、表面にp型アノード層305と
しての高濃度のp型拡散層が形成された他の基板とを接
着する。次に図31(b)に示すように、他の基板の表
面を研磨してp型アノード層305の表面を露出させ
る。最後に、図29(f)、図29(g)と同様の工程
により、図31(c)に示す第1のウェハが完成する。First, as shown in FIG.
The substrate shown in (d) is bonded to another substrate having a high-concentration p-type diffusion layer as the p-type anode layer 305 formed on the surface thereof. Next, as shown in FIG. 31B, the surface of the other substrate is polished to expose the surface of the p-type anode layer 305. Finally, the first wafer shown in FIG. 31C is completed by the same steps as those in FIGS. 29F and 29G.
【0208】本実施形態のように、第1のウェハを二つ
の基板を互いに接着することにより形成する場合には、
あらかじめ様々な拡散層を各基板に形成できる利点があ
る。 (第23の実施態様)図35は、本発明の第23の実施
態様に係る絶縁ゲート型ターンオフサイリスタの素子構
造を示す断面図である。When the first wafer is formed by adhering two substrates to each other as in this embodiment,
There is an advantage that various diffusion layers can be previously formed on each substrate. (Twenty-third Embodiment) FIG. 35 is a sectional view showing the element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to the twenty-third embodiment of the present invention.
【0209】図中、401は高抵抗のn型ベース層を示
しており、このn型ベース層401の表面にはp型ベー
ス層402が選択的に形成されている。このp型ベース
層402の表面には高濃度のn型エミッタ層403a,
403bが互いに所定距離離れて形成されており、これ
らn型エミッタ層403a,403bにはそれぞれカソ
ード電極405a,405bが配設されている。In the figure, reference numeral 401 denotes a high resistance n-type base layer, and a p-type base layer 402 is selectively formed on the surface of the n-type base layer 401. On the surface of the p-type base layer 402, a high concentration n-type emitter layer 403a,
403b are formed so as to be separated from each other by a predetermined distance, and cathode electrodes 405a and 405b are provided on the n-type emitter layers 403a and 403b, respectively.
【0210】n型エミッタ層403bから所定距離離れ
た位置のp型ベース層402の表面には高濃度のn型ソ
ース層407aが形成されている。このn型ソース層4
07aとn型エミッタ層403bとの間のp型ベース層
402上にはゲート絶縁膜409を介して第1のターン
オン用ゲート電極410が配設されている。すなわち、
ゲート電極410、n型エミッタ層403b、n型ソー
ス層407a等によって、領域CH3をチャネル領域と
する第1のターンオン用FOSFETが構成されてい
る。A high concentration n-type source layer 407a is formed on the surface of the p-type base layer 402 at a position separated from the n-type emitter layer 403b by a predetermined distance. This n-type source layer 4
A first turn-on gate electrode 410 is provided on the p-type base layer 402 between the 07a and the n-type emitter layer 403b via a gate insulating film 409. That is,
The gate electrode 410, the n-type emitter layer 403b, the n-type source layer 407a, and the like form a first turn-on FOSFET having the region CH3 as a channel region.
【0211】また、n型ソース層407aから所定距離
離れた位置のp型ベース層402の表面には高濃度のn
型ソース層407bが形成されている。n型ソース層4
07a,407bにはそれぞれベース電極408a,4
08bが配設され、ベース電極408a,408bは互
いに電気的に接続されている。そして、n型ソース層4
07bとn型ベース層401との間のp型ベース層40
2上には、ゲート絶縁膜411を介して第2のターンオ
ン用ゲート電極412が配設されている。すなわち、ゲ
ート電極412、n型ソース層407b、n型ベース層
401等によって、領域CH1をチャネル領域とする第
2のターンオン用MOSFETが構成されている。Further, a high concentration of n is formed on the surface of the p-type base layer 402 at a position separated from the n-type source layer 407a by a predetermined distance.
The mold source layer 407b is formed. n-type source layer 4
07a and 407b have base electrodes 408a and 4
08b is provided, and the base electrodes 408a and 408b are electrically connected to each other. Then, the n-type source layer 4
07b and the n-type base layer 401 between the p-type base layer 40
A second turn-on gate electrode 412 is provided on the second insulating film 411 via a gate insulating film 411. That is, the gate electrode 412, the n-type source layer 407b, the n-type base layer 401, and the like form a second turn-on MOSFET having the region CH1 as a channel region.
【0212】ここで、第2のターンオン用ゲート電極4
12は、第1のターンオン用ゲート電極410と一体形
成されて電気的に接続され、これらターンオン用ゲート
電極410,412は同一のターンオン用ゲート入力端
子G1に接続されている。Here, the second turn-on gate electrode 4
12 is integrally formed with the first turn-on gate electrode 410 and electrically connected thereto, and these turn-on gate electrodes 410 and 412 are connected to the same turn-on gate input terminal G1.
【0213】一方、n型エミッタ層403aおよびn型
ソース層407a,407bから所定距離離れた位置の
p型ベース層402の表面には高濃度のn型ドレイン層
414が形成されている。このn型ドレイン層414と
n型エミッタ層403aとの間のp型ベース層402上
には、ゲート絶縁膜416を介してターンオフ用ゲート
電極417が配設されている。すなわち、ゲート電極4
17、n型エミッタ層403a、n型ドレイン層414
等によって、領域CH2をチャネル領域とするターンオ
フ用MOSFETが構成されている。On the other hand, a high-concentration n-type drain layer 414 is formed on the surface of the p-type base layer 402 at a predetermined distance from the n-type emitter layer 403a and the n-type source layers 407a and 407b. A turn-off gate electrode 417 is provided on the p-type base layer 402 between the n-type drain layer 414 and the n-type emitter layer 403a via a gate insulating film 416. That is, the gate electrode 4
17, n-type emitter layer 403a, n-type drain layer 414
As a result, a turn-off MOSFET having the region CH2 as a channel region is configured.
【0214】また、p型ベース層402のn型エミッタ
層403a,403bおよびn型ソース層407a,4
07bに近接した位置にはベース電極421a,413
bが設けられている。具体的には、n型エミッタ層40
3a,403b間のp型ベース層402にはベース電極
413aが接して設けられ、同様に、n型ソース層40
7a,407b間のp型ベース層402にはベース電極
413bが接して設けられている。Further, the n-type emitter layers 403a and 403b of the p-type base layer 402 and the n-type source layers 407a and 407a.
Base electrodes 421a and 413 at positions close to 07b.
b is provided. Specifically, the n-type emitter layer 40
A base electrode 413a is provided in contact with the p-type base layer 402 between 3a and 403b.
A base electrode 413b is provided in contact with the p-type base layer 402 between 7a and 407b.
【0215】また、n型ドレイン層414にはドレイン
電極415がp型ベース層402にも同時に接するよう
に配設されている。ここで、ドレイン電極415は、ベ
ース電極413a,413bと一体形成されてベース電
極413a,413bと電気的に接続されている。A drain electrode 415 is arranged on the n-type drain layer 414 so as to be in contact with the p-type base layer 402 at the same time. Here, the drain electrode 415 is integrally formed with the base electrodes 413a and 413b and electrically connected to the base electrodes 413a and 413b.
【0216】一方、n型ベース層401の裏面には、高
濃度のp型エミッタ層404が形成されており、このp
型エミッタ層404にはアノード電極406が配設され
ている。On the other hand, a high-concentration p-type emitter layer 404 is formed on the back surface of the n-type base layer 401.
An anode electrode 406 is provided on the mold emitter layer 404.
【0217】なお、n型ベース層401に直接接するp
型エミッタ層404を形成する代わりに、n型ベース層
401とp型エミッタ層404との間にn型バッファ層
を設け、n型ベース層401に間接的に接するp型エミ
ッタ層404を形成しても良い。It should be noted that p directly contacting the n-type base layer 401
Instead of forming the type emitter layer 404, an n type buffer layer is provided between the n type base layer 401 and the p type emitter layer 404, and the p type emitter layer 404 indirectly contacting the n type base layer 401 is formed. May be.
【0218】この実施態様の絶縁ゲート型サイリスタ
は、図36に示すようなタイムチャートに従ったゲート
駆動法によりスイッチング動作させることができる。The insulated gate thyristor of this embodiment can be switched by the gate driving method according to the time chart shown in FIG.
【0219】すなわち、ターンオン時には、ターンオフ
用ゲート電極417にカソードに対して零または負の電
圧を印加し、ターンオン用ゲート電極410,412に
カソードに対して正の電圧を印加する。That is, at the time of turn-on, zero or a negative voltage is applied to the turn-off gate electrode 417 with respect to the cathode, and a positive voltage is applied to the turn-on gate electrodes 410 and 412 with respect to the cathode.
【0220】この結果、n型エミッタ層403bからゲ
ート電極410下のnチャネルCH3、n型ソース層4
07a、電極408a,408b、n型ソース層407
b、ゲート電極412下のnチャネルCH1を介してn
型ベース層401に電子が注入されるとともに、この電
子の注入量に見合った正孔がp型エミッタ層404から
n型ベース層401に注入されて、サイリスタがターン
オンする。As a result, from the n-type emitter layer 403b to the n-channel CH3 below the gate electrode 410, the n-type source layer 4 is formed.
07a, electrodes 408a and 408b, n-type source layer 407
b, n through the n-channel CH1 under the gate electrode 412
Electrons are injected into the type base layer 401, and holes corresponding to the injection amount of the electrons are injected from the p type emitter layer 404 into the n type base layer 401, so that the thyristor is turned on.
【0221】一方、ターンオフ時には、まず、ターンオ
ン用MOSFETをオン状態にするために、ターンオン
用ゲート電極410,412にカソードに対して正の電
圧を印加した後、一定時間(Δt1)後にターンオフ用
ゲート電極417にカソードに対して正の電圧を印加す
る。On the other hand, at the time of turn-off, first, in order to turn on the turn-on MOSFET, a positive voltage is applied to the turn-on gate electrodes 410 and 412 with respect to the cathode, and after a certain time (Δt1), the turn-off gate is turned on. A positive voltage is applied to the electrode 417 with respect to the cathode.
【0222】なお、ターンオン用ゲート電極410,4
12は、ターンオンからターンオフまでの間ずっと正の
電圧を印加しておいても良く、ターンオフ用ゲート電極
417は、オフ期間の間ずっと正の電圧を印加しておい
ても良い。The turn-on gate electrodes 410, 4
12 may be applied with a positive voltage from the turn-on to the turn-off, and the turn-off gate electrode 417 may be applied with a positive voltage during the off-period.
【0223】図35には、ターンオン用ゲート電極41
0,412に正の電圧を印加してターンオン用MOSF
ETをオン状態にしたときの電子電流が実線で、また、
ターンオフ用ゲート電極417に正の電圧を印加してタ
ーンオフ用MOSFETをオン状態にしたときの正孔電
流のバイパス経路が破線で示されている。FIG. 35 shows the turn-on gate electrode 41.
Turn on MOSF by applying positive voltage to 0,412
The electron current when ET is turned on is a solid line, and
A dashed line indicates a bypass path of the hole current when a positive voltage is applied to the turn-off gate electrode 417 to turn on the turn-off MOSFET.
【0224】正孔電流は、n型ソース層408a,40
8bのすぐ近くでベース電極413bに吸い出され、ド
レイン電極415、n型ドレイン層414、ターンオフ
用ゲート電極417下のnチャネルCH2、n型エミッ
タ層403aを通り素子外へ排出される。The hole current is the n-type source layers 408a, 40
8b, it is sucked out to the base electrode 413b, and is discharged to the outside of the element through the drain electrode 415, the n-type drain layer 414, the n-channel CH2 under the turn-off gate electrode 417, and the n-type emitter layer 403a.
【0225】このような電流の経路はIGBTのそれと
同じであり、トランジスタ状態である。それゆえ、ター
ンオフ用ゲート電極417にカソードに対して正の電圧
を印加した後、一定時間後(Δt2後)に、ターンオン
用ゲート電極410,412にカソードに対して零また
は負の電圧を印加して、ターンオン用MOSFETをオ
フ状態にすると、電子の注入が停止して素子はオフす
る。The path of such a current is the same as that of the IGBT and is in a transistor state. Therefore, after a positive voltage is applied to the turn-off gate electrode 417 with respect to the cathode, zero or negative voltage is applied to the turn-on gate electrodes 410 and 412 with respect to the cathode after a predetermined time (after Δt2). Then, when the turn-on MOSFET is turned off, the injection of electrons is stopped and the element is turned off.
【0226】ここで、本実施態様では、正孔電流は上述
したバイパス経路で素子外に排出されるので、従来に比
べて、ターンオフ時の正孔電流のバイパス経路における
p型ベース層402の横方向抵抗が低減される。これに
より、バイパスされる正孔電流による電位降下が従来に
比べて小さくなり、高いターンオフ能力が得られる。ま
た、ターンオフに際して一時的にターンオン用MOSF
ETがオン状態にされるため、電子電流が均一に流れ、
従来の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタにおけるター
ンオフの場合とは異なり、電子電流の導通経路の縮小に
よるターンオフ電流の低下は生じない。Here, in the present embodiment, the hole current is discharged to the outside of the element through the above-mentioned bypass path, so that the side of the p-type base layer 402 in the bypass path of the hole current at the turn-off is compared to the conventional case. Directional resistance is reduced. As a result, the potential drop due to the bypassed hole current becomes smaller than in the conventional case, and a high turn-off capability can be obtained. Also, when turning off, the MOSF for turning on is temporarily
Since ET is turned on, the electron current flows uniformly,
Unlike the case of the turn-off in the conventional insulated gate turn-off thyristor, the turn-off current does not decrease due to the reduction of the conduction path of the electron current.
【0227】また、本実施態様では、第2のターンオン
用MOSFETが、n型エミッタ層403bとは別のn
型ソース層407bにより構成されている。すなわち、
ターンオフ時にp型ベース層402内で最も電位が高く
なるp型ベース層402の横方向拡散部分にはn型エミ
ッタ層403a,403bが存在しない。また、第1の
ターンオン用ゲート電極410と第2のターンオン用ゲ
ート電極412との間にベース電極413bが設けら
れ、ターンオフ時にはこのベース電極413bから正孔
電流が排出される。この結果、ターンオフ時のIGBT
期間において、n型エミッタ層403a,403b直下
のp型ベース層402は正孔電流のバイパス経路とはな
らない。In the present embodiment, the second turn-on MOSFET has an n-type emitter layer 403b different from the n-type emitter layer 403b.
It is composed of the mold source layer 407b. That is,
The n-type emitter layers 403a and 403b do not exist in the lateral diffusion portion of the p-type base layer 402 which has the highest potential in the p-type base layer 402 at the time of turn-off. A base electrode 413b is provided between the first turn-on gate electrode 410 and the second turn-on gate electrode 412, and a hole current is discharged from the base electrode 413b at the time of turn-off. As a result, the IGBT at turn-off
During the period, the p-type base layer 402 immediately below the n-type emitter layers 403a and 403b does not serve as a bypass path for the hole current.
【0228】したがって、たとえターンオフ時に正孔電
流によりp型ベース層402の横方向拡散部分の電位が
n型エミッタ層403a,403bとp型ベース層40
2との間のビルトイン電圧以上になっても、n型エミッ
タ層403a,403bからの電子注入は生じないの
で、ターンオフ特性が大幅に改善される。Therefore, even if the potential of the lateral diffusion portion of the p-type base layer 402 is changed by the hole current at the time of turn-off, the n-type emitter layers 403a and 403b and the p-type base layer 40.
Even if the voltage becomes higher than the built-in voltage between 2 and 2, electron injection from the n-type emitter layers 403a and 403b does not occur, so the turn-off characteristic is significantly improved.
【0229】なお、本実施態様の駆動方法の場合、オン
期間あるいはIGBT期間において、n型ソース層40
7a,407b、p型ベース層402、n型ベース層4
01およびp型エミッタ層404からなる寄生サイリス
タがラッチアップする可能性がある。In the case of the driving method of this embodiment, the n-type source layer 40 is turned on during the ON period or the IGBT period.
7a, 407b, p-type base layer 402, n-type base layer 4
01 and the p-type emitter layer 404 may cause a parasitic thyristor to latch up.
【0230】しかし、寄生サイリスタがラッチアップし
たとしても、ターンオフの際に第1、第2のターンオン
用MOSFETがオフ状態になるので、n型ソース層4
07a,407bは電気的に開放状態となり、ラッチア
ップは解ける。したがって、電子注入が停止し、主サイ
リスタは確実にターンオフする。However, even if the parasitic thyristor latches up, the first and second turn-on MOSFETs are turned off at the time of turn-off, so the n-type source layer 4
07a and 407b are electrically opened, and latch-up can be released. Therefore, electron injection is stopped and the main thyristor is reliably turned off.
【0231】図37に、本実施態様の絶縁ゲート型ター
ンオフサイリスタの等価回路を示しておく.主サイリス
タThy1のn型エミッタとp型ベースと間にターンオ
フ用MOSFETが挿入され、n型エミッタとp型ベー
スとの間に2つの直列接続されたターンオン用MOSF
ETが挿入されている。n型ソース、p型ベース、n型
ベースおよびp型エミッタからなる寄生サイリスタTh
y2は、ターンオン用MOSFETと直列接続されてお
り、ターンオフ時はこのターンオフ用MOSFETをオ
フすることにより、確実にターンオフする。FIG. 37 shows an equivalent circuit of the insulated gate turn-off thyristor of this embodiment. A turn-off MOSFET is inserted between the n-type emitter and the p-type base of the main thyristor Thy, and two series-connected turn-on MOSFs are connected between the n-type emitter and the p-type base.
ET is inserted. Parasitic thyristor Th consisting of n-type source, p-type base, n-type base and p-type emitter
The y2 is connected in series with the turn-on MOSFET, and when turned off, the turn-off MOSFET is turned off to surely turn off.
【0232】(第24の実施態様)図38は、本発明の
第24の実施態様に係る絶縁ゲート型ターンオフサイリ
スタの平面図である。また、図39および図40はそれ
ぞれ図38のA−A′およびB−B′断面図である。(Twenty-fourth Embodiment) FIG. 38 is a plan view of an insulated gate turn-off thyristor according to a twenty-fourth embodiment of the present invention. 39 and 40 are sectional views taken along the lines AA 'and BB' of FIG. 38, respectively.
【0233】本実施態様では、n型エミッタ層403が
矩形状に分割配置され、その1組の対辺に沿って第1の
ターンオン用ゲート電極410とターンオフ用ゲート電
極417が設けられる。そして、n型エミッタ層403
およびn型ソース層407を挟むように、ベース電極4
13が形成されている。In this embodiment, the n-type emitter layer 403 is divided and arranged in a rectangular shape, and the first turn-on gate electrode 410 and the turn-off gate electrode 417 are provided along the pair of opposite sides. Then, the n-type emitter layer 403
And the n-type source layer 407 so as to sandwich the base electrode 4
13 is formed.
【0234】したがって、本実施態様によれば、n型エ
ミッタ層403とn型ソース層407の両側から正孔が
排出されるため、バイパス抵抗が低減されて、より高い
ターンオフ能力が得られる。Therefore, according to this embodiment, holes are discharged from both sides of the n-type emitter layer 403 and the n-type source layer 407, so that the bypass resistance is reduced and a higher turn-off capability is obtained.
【0235】また、実施態様では、n型エミッタ層40
3の幅L1がn型ソース層407の幅L2以下に設定さ
れている。このため、ターンオフ時にターンオン用MO
SFETを一定期間オン状態にして電子電流を流す場合
でも、n型ソース層107、p型ベース層402、n型
ベース層401およびp型エミッタ層404からなるか
らなる寄生サイリスタのラッチアップを防止できる。ま
た、n型ソース層107の幅L2を小さくすることによ
り、集積化が有利になる。In addition, in the embodiment, the n-type emitter layer 40
3 has a width L1 set to be equal to or smaller than the width L2 of the n-type source layer 407. Therefore, the MO for turn-on at turn-off
Even when the SFET is turned on for a certain period of time to allow an electron current to flow, it is possible to prevent the parasitic thyristor composed of the n-type source layer 107, the p-type base layer 402, the n-type base layer 401 and the p-type emitter layer 404 from latching up. . Further, by reducing the width L2 of the n-type source layer 107, integration becomes advantageous.
【0236】(第25の実施態様)図41は、本発明の
第25の実施態様に係る絶縁ゲート型ターンオフサイリ
スタの平面図である。また、図42および図43はそれ
ぞれ図418のA−A′およびB−B′断面図である。(Twenty-fifth Embodiment) FIG. 41 is a plan view of an insulated gate turn-off thyristor according to a twenty-fifth embodiment of the present invention. 42 and 43 are sectional views taken along the lines AA 'and BB' of FIG. 418, respectively.
【0237】本実施態様の絶縁ゲート型ターンオフサイ
リスタが第24の実施態様のそれと異なる点は、第24
の実施態様ではMOSFETとして利用されていなかっ
た領域にもMOSFETを形成し、MOSFETのチャ
ネル幅を十分大きくしたことにある。したがって、本実
施態様によれば、正孔電流のバイパス経路の抵抗がさら
に低減され、より高いターンオフ能力が得られる。The insulated gate turn-off thyristor of this embodiment is different from that of the 24th embodiment in that
In the above embodiment, the MOSFET is formed in a region which is not used as the MOSFET, and the channel width of the MOSFET is made sufficiently large. Therefore, according to this embodiment, the resistance of the hole current bypass path is further reduced, and a higher turn-off capability is obtained.
【0238】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。例えば、上記実施形態では、第1導
電型をn型、第2導電型をp型とした場合の実施形態で
あるが、第1導電型をp型、第2導電型をn型としても
良い。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type. .
【0239】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施できる。Besides, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
【0240】[0240]
【発明の効果】以上詳述したように本発明(請求項1)
によれば、ターンオフ時の第1極性キャリアのバイパス
経路の抵抗を低減でき、さらに、ターンオフ時に第1導
電型エミッタ層からの第2極性キャリアの注入を抑制で
きるので、ターンオフ特性を大幅に改善できるようにな
る。As described above in detail, the present invention (Claim 1)
According to this, the resistance of the bypass path of the first polarity carrier at the time of turn-off can be reduced, and further, the injection of the second polarity carrier from the first conductivity type emitter layer at the time of turn-off can be suppressed, so that the turn-off characteristic can be greatly improved. Like
【0241】また、本発明(請求項2)によれば、上部
に第1導電型エミッタ層が存在しない第2導電型ベース
層を介して第2極性キャリアを排出できるので、第2極
性キャリアと第2導電型ベース層との電圧降下が第1導
電型エミッタ層と第2導電型ベース層との間のビルトイ
ン電圧以上になり、第1導電型エミッタ層からの第2極
性キャリアの注入が止まらなくなるという問題が生じな
いので、ターンオフ特性を改善できるようになる。Further, according to the present invention (claim 2), since the second polar carrier can be discharged through the second conductive type base layer on which the first conductive type emitter layer does not exist, the second polar carrier and the second polar carrier can be discharged. The voltage drop with the second conductivity type base layer becomes equal to or higher than the built-in voltage between the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type base layer, and the injection of the second polarity carrier from the first conductivity type emitter layer is stopped. Since the problem of disappearance does not occur, the turn-off characteristic can be improved.
【0242】また、本発明(請求項3)によれば、サイ
リスタ部とこのサイリスタ部に流す電流(主電流)を制
御する電流制御部とがそれぞれ別々のウェハに形成され
ているので、ターンオフ特性やターンオン特性を改善で
きるようになる。Further, according to the present invention (claim 3), since the thyristor section and the current control section for controlling the current (main current) flowing through the thyristor section are formed on different wafers, the turn-off characteristic is improved. And turn-on characteristics can be improved.
【0243】また、本発明(請求項4、5)によれば、
ターンオフ時の第1極性キャリアのバイパス経路の抵抗
を低減できるので、ターンオフ特性を大幅に改善できる
ようになる。According to the present invention (claims 4 and 5),
Since the resistance of the bypass path of the first polarity carrier at the time of turn-off can be reduced, the turn-off characteristic can be greatly improved.
【0244】また、本発明(請求項6)によれば、ター
ンオフ時にターンオン用MOSFETをオン状態にして
第2極性キャリアの電流を流しているので、第2極性キ
ャリアの電流の導通領域の減少による第2極性キャリア
の電流集中現象を防止できるようになる。Further, according to the present invention (claim 6), since the turn-on MOSFET is turned on to pass the current of the second polarity carrier at the time of turn-off, the conduction region of the current of the second polarity carrier is reduced. The current concentration phenomenon of the second polarity carriers can be prevented.
【図1】本発明の第1の実施形態に係る絶縁ゲート型タ
ーンオフサイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 1 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタのゲ
ート駆動方法を示すタイムチャートFIG. 2 is a time chart showing a gate driving method of the insulated gate turn-off thyristor of FIG.
【図3】図1の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタの他
のゲート駆動方法を示すタイムチャート3 is a time chart showing another gate driving method of the insulated gate turn-off thyristor of FIG.
【図4】図1の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタの等
価回路図4 is an equivalent circuit diagram of the insulated gate turn-off thyristor of FIG.
【図5】本発明の第2の実施形態の絶縁ゲート型ターン
オフサイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 5 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第3の実施形態の絶縁ゲート型ターン
オフサイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 6 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a third embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第4の実施形態の絶縁ゲート型ターン
オフサイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 7 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第5実施形態の絶縁ゲート型ターンオ
フサイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 8 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a fifth embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第6の実施形態の絶縁ゲート型ターン
オフサイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 9 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a sixth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第7の実施形態の絶縁ゲート型ター
ンオフサイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 10 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a seventh embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第8の実施形態の絶縁ゲート型ター
ンオフサイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 11 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to an eighth embodiment of the present invention.
【図12】本発明の第9の実施形態の絶縁ゲート型ター
ンオフサイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 12 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a ninth embodiment of the present invention.
【図13】図11、図12の絶縁ゲート型ターンオフサ
イリスタのゲート駆動方法を示すタイムチャートFIG. 13 is a time chart showing a gate driving method of the insulated gate turn-off thyristor of FIGS. 11 and 12.
【図14】図11、図12の絶縁ゲート型ターンオフサ
イリスタの等価回路FIG. 14 is an equivalent circuit of the insulated gate turn-off thyristor of FIGS. 11 and 12.
【図15】本発明の第10の実施形態に係る絶縁ゲート
型ターンオフサイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 15 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a tenth embodiment of the present invention.
【図16】本発明の第11の実施形態に係る絶縁ゲート
型ターンオフサイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 16 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate type turn-off thyristor according to an eleventh embodiment of the present invention.
【図17】本発明の第12の実施形態に係る絶縁ゲート
型ターンオフサイリスタの素子構造を示す平面図FIG. 17 is a plan view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a twelfth embodiment of the present invention.
【図18】図17の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタ
のA−A´断面図FIG. 18 is a sectional view of the insulated gate turn-off thyristor of FIG. 17, taken along the line AA ′.
【図19】図17の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタ
のB−B´断面図19 is a cross-sectional view of the insulated gate turn-off thyristor of FIG. 17, taken along the line BB ′.
【図20】本発明の第13の実施形態に係る絶縁ゲート
型ターンオフサイリスタの素子構造を示す平面図FIG. 20 is a plan view showing an element structure of an insulated gate type turn-off thyristor according to a thirteenth embodiment of the present invention.
【図21】図20の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタ
のC−C´断面図21 is a cross-sectional view taken along line CC ′ of the insulated gate turn-off thyristor of FIG.
【図22】本発明の第14の実施形態に係る絶縁ゲート
型ターンオフサイリスタの素子構造を示す平面図FIG. 22 is a plan view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a fourteenth embodiment of the present invention.
【図23】本発明の第15の実施形態に係る絶縁ゲート
型ターンオフサイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 23 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a fifteenth embodiment of the present invention.
【図24】本発明の第16の実施形態に係る絶縁ゲート
型ターンオフサイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 24 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a sixteenth embodiment of the present invention.
【図25】本発明の第17の実施形態に係る絶縁ゲート
型電力用半導体素子の構造を示す断面図FIG. 25 is a sectional view showing the structure of an insulated gate power semiconductor element according to the seventeenth embodiment of the present invention.
【図26】第1のウェハ、第2のウェハの平面図FIG. 26 is a plan view of a first wafer and a second wafer.
【図27】本発明の第18の実施形態に係る絶縁ゲート
型電力用半導体素子の構造を示す断面図FIG. 27 is a sectional view showing the structure of an insulated gate power semiconductor element according to the eighteenth embodiment of the present invention.
【図28】本発明の第19の実施形態に係る絶縁ゲート
型電力用半導体素子の要部構造を示す断面図FIG. 28 is a cross-sectional view showing the main structure of an insulated gate power semiconductor element according to a nineteenth embodiment of the present invention.
【図29】本発明の第20の実施形態に係る第2のウェ
ハの形成方法を示す工程断面図FIG. 29 is a process sectional view showing the method of forming the second wafer according to the twentieth embodiment of the present invention.
【図30】本発明の第21の実施形態に係る第2のウェ
ハの形成方法を示す工程断面図FIG. 30 is a process sectional view showing the method of forming the second wafer according to the twenty first embodiment of the present invention.
【図31】本発明の第22の実施形態に係る第2のウェ
ハの形成方法を示す工程断面図FIG. 31 is a process sectional view showing the method of forming the second wafer according to the twenty-second embodiment of the present invention.
【図32】従来の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタの
素子構造を示す断面図FIG. 32 is a sectional view showing an element structure of a conventional insulated gate turn-off thyristor.
【図33】従来の他の絶縁ゲート型ターンオフサイリス
タの素子構造を示す断面図FIG. 33 is a sectional view showing an element structure of another conventional insulated gate turn-off thyristor.
【図34】従来の他の絶縁ゲート型ターンオフサイリス
タの素子構造を示す断面図FIG. 34 is a sectional view showing an element structure of another conventional insulated gate turn-off thyristor.
【図35】本発明の第23の実施態様に係る絶縁ゲート
型ターンオフサイリスタの素子構造を示す断面図FIG. 35 is a sectional view showing an element structure of an insulated gate turn-off thyristor according to a 23rd embodiment of the present invention.
【図36】図35絶縁ゲート型ターンオフサイリスタの
ゲート駆動方法を示すタイムチャートFIG. 36 is a time chart showing a gate driving method of the insulated gate type turn-off thyristor.
【図37】図35絶縁ゲート型ターンオフサイリスタの
等価回路FIG. 37 is an equivalent circuit diagram of an insulated gate type turn-off thyristor.
【図38】本発明の第24の実施態様に係る絶縁ゲート
型ターンオフサイリスタの平面図FIG. 38 is a plan view of an insulated gate type turn-off thyristor according to a twenty-fourth embodiment of the present invention.
【図39】図38の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタ
のA−A´断面図39 is a cross-sectional view of the insulated gate turn-off thyristor of FIG. 38 taken along the line AA ′.
【図40】図38の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタ
のB−B´断面図40 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of the insulated gate turn-off thyristor of FIG. 38.
【図41】本発明の第25の実施態様に係る絶縁ゲート
型ターンオフサイリスタの平面図FIG. 41 is a plan view of an insulated gate type turn-off thyristor according to a twenty-fifth embodiment of the present invention.
【図42】図41の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタ
のA−A´断面図42 is a cross-sectional view of the insulated gate turn-off thyristor of FIG. 41 taken along the line AA ′.
【図43】図41の絶縁ゲート型ターンオフサイリスタ
のB−B´断面図43 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of the insulated gate turn-off thyristor of FIG. 41.
101…n型ベース層(第1導電型ベース層)、102
…第1のp型ベース層(第1の第2導電型ベース層)、
103…n型エミッタ層(第1導電型エミッタ層)、1
04…p型エミッタ層(第2導電型エミッタ層)、10
5…カソード電極(第2の主電極)、106…アノード
電極(第1の主電極)、107…n型半導体層(第1導
電型層)、108…ベース電極、109…ゲート絶縁
膜、110…ターンオフ用ゲート電極、111…ゲート
絶縁膜、112…ターンオン用ゲート電極、113…第
2のp型ベース層(第2の第2導電型ベース層)、11
4…n型ドレイン層(第1導電型ドレイン層)、115
…ドレイン電極、116…n型ソース層(第1導電型ソ
ース層)、117…ソース電極 203…n型ベース層(第1導電型ベース層)、204
…p型ベース層(第2導電型ベース層)、206…p型
エミッタ層(第2導電型エミッタ層)、207…n型エ
ミッタ層(第1導電型エミッタ層)、210…アノード
電極(第1の主電極)、211…カソード電極(第2の
主電極)、213…ベース電極、214…ターンオン用
ゲート電極、216…ゲート絶縁膜、217…ターンオ
ンゲート電極、218…コンタクトホール、218´…
コンタクトホール、219…p型ウエル層 300…カソード電極(第2の主電極)、301…p型
分離層、302…n型ドレイン層(第1導電型ドレイン
層)、303…n型カソード層(第1導電型カソード
層)、304…p型ウェル層、305…p型アノード層
(第2導電型アノード層)、306…n型半導体層、3
07…n型ソース層(第1導電型ソース層)、308…
ゲート電極、309…ゲート絶縁膜、310…カソード
接続電極、311…ドレイン電極、312…ベース接続
電極、313…p型エミッタ層(第2導電型エミッタ
層)、314…n型ベース層(第1導電型ベース層)、
315…p型ベース層(第2導電型ベース層)、316
…n型エミッタ層(第1導電型ベース層)、317…ゲ
ート電極、318…アノード電極(第1の主電極)、3
19…ベース電極、320…エミッタ電極 401…n型ベース層(第1導電型ベース層)、402
…p型ベース層(第2導電型ベース層)、403a,4
03b…n型エミッタ層(第1導電型エミッタ層)、4
05a,405b…カソード電極(第2の主電極)、4
06…アノード電極(第1の主電極)、407a,40
7b…n型ソース層(第1導電型ソース層)、408
a,408…ベース電極、409…ゲート絶縁膜、41
0…第1のターンオン用ゲート電極、411…ゲート絶
縁膜、412…第2のターンオン用ゲート電極、413
a,413b…ベース電極、414…n型ドレイン層
(第1導電型ドレイン層)、415…ドレイン電極、4
16…ゲート絶縁膜、417…ターンオフ用ゲート電極101 ... N-type base layer (first conductivity type base layer), 102
... first p-type base layer (first second-conductivity-type base layer),
103 ... N-type emitter layer (first conductivity type emitter layer), 1
04 ... p-type emitter layer (second conductivity type emitter layer), 10
5 ... Cathode electrode (second main electrode), 106 ... Anode electrode (first main electrode), 107 ... N-type semiconductor layer (first conductivity type layer), 108 ... Base electrode, 109 ... Gate insulating film, 110 ... turn-off gate electrode, 111 ... gate insulating film, 112 ... turn-on gate electrode, 113 ... second p-type base layer (second second-conductivity-type base layer), 11
4 ... N-type drain layer (first conductivity type drain layer), 115
... drain electrode, 116 ... n-type source layer (first conductivity type source layer), 117 ... source electrode 203 ... n-type base layer (first conductivity type base layer), 204
... p-type base layer (second conductivity type base layer), 206 ... p-type emitter layer (second conductivity type emitter layer), 207 ... n-type emitter layer (first conductivity type emitter layer), 210 ... anode electrode (first 1 main electrode), 211 ... Cathode electrode (second main electrode), 213 ... Base electrode, 214 ... Turn-on gate electrode, 216 ... Gate insulating film, 217 ... Turn-on gate electrode, 218 ... Contact hole, 218 '...
Contact hole, 219 ... P-type well layer 300 ... Cathode electrode (second main electrode), 301 ... P-type separation layer, 302 ... N-type drain layer (first conductivity type drain layer), 303 ... N-type cathode layer ( 1st conductivity type cathode layer), 304 ... p type well layer, 305 ... p type anode layer (second conductivity type anode layer), 306 ... n type semiconductor layer, 3
07 ... n-type source layer (first conductivity type source layer), 308 ...
Gate electrode, 309 ... Gate insulating film, 310 ... Cathode connection electrode, 311 ... Drain electrode, 312 ... Base connection electrode, 313 ... P-type emitter layer (second conductivity type emitter layer), 314 ... N-type base layer (first Conductive type base layer),
315 ... P-type base layer (second conductivity type base layer), 316
... n-type emitter layer (first conductivity type base layer), 317 ... gate electrode, 318 ... anode electrode (first main electrode), 3
19 ... Base electrode, 320 ... Emitter electrode 401 ... N-type base layer (first conductivity type base layer), 402
... P-type base layer (second conductivity type base layer), 403a, 4
03b ... n type emitter layer (first conductivity type emitter layer), 4
05a, 405b ... Cathode electrode (second main electrode), 4
06 ... Anode electrode (first main electrode), 407a, 40
7b ... n type source layer (first conductivity type source layer), 408
a, 408 ... Base electrode, 409 ... Gate insulating film, 41
0 ... First turn-on gate electrode, 411 ... Gate insulating film, 412 ... Second turn-on gate electrode, 413
a, 413b ... Base electrode, 414 ... N-type drain layer (first conductivity type drain layer), 415 ... Drain electrode, 4
16 ... Gate insulating film, 417 ... Gate electrode for turn-off
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 和也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Kazuya Nakayama 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Incorporated Toshiba Research and Development Center
Claims (6)
する第2導電型エミッタ層と、 この第2導電型エミッタ層と反対側の前記第1導電型ベ
ース層の表面に選択的に形成された第1および第2の第
2導電型ベース層と、 この第1の第2導電型ベース層の表面に選択的に形成さ
れた第1導電型エミッタ層と、 前記第1の第2導電型ベース層の表面に前記第1導電型
エミッタ層から離れて形成された第1導電型層と、 前記第2の第2導電型ベース層の表面に選択的に形成さ
れた第1導電型ソース層と、 前記第2の第2導電型ベース層の表面に前記第1導電型
ソース層から離れて形成された第1導電型ドレイン層
と、 この第1導電型ドレイン層と前記第1導電型ソース層と
の間の前記第2の第2導電型ベース層上にゲート絶縁膜
を介して設けられたターンオフ用ゲート電極と、 前記第1導電型ベース層と前記第1導電型層との間の前
記第1の第2導電型ベース層上にゲート絶縁膜を介して
設けられたターンオン用ゲート電極と、 前記第2導電型エミッタ層に設けられた第1の主電極
と、 前記第1導電型エミッタ層に設けられた第2の主電極
と、 前記第1の第2導電型ベース層および前記第1導電型層
に設けられたベース電極と、 前記第1導電型ソース層に設けられ、前記第2の主電極
と電気的に接続されたソース電極と、 前記第1導電型ドレイン層に設けられ、前記ベース電極
と電気的に接続されたドレイン電極とを具備してなるこ
とを特徴とする絶縁ゲート型電力用半導体装置。1. A first-conductivity-type base layer, a second-conductivity-type emitter layer that is in direct or indirect contact with the surface of the first-conductivity-type base layer, and the first-conductivity-type emitter layer opposite to the second-conductivity-type emitter layer. First and second second conductivity type base layers selectively formed on the surface of the first conductivity type base layer, and first conductivity selectively formed on the surface of the first second conductivity type base layer Type emitter layer, a first conductivity type layer formed on the surface of the first second conductivity type base layer away from the first conductivity type emitter layer, and a surface of the second second conductivity type base layer A first conductivity type source layer selectively formed on the first conductivity type source layer, and a first conductivity type drain layer formed on the surface of the second second conductivity type base layer away from the first conductivity type source layer. The second second conductivity type layer between the first conductivity type drain layer and the first conductivity type source layer. A turn-off gate electrode provided on the base layer via a gate insulating film, and on the first second conductivity type base layer between the first conductivity type base layer and the first conductivity type layer. A turn-on gate electrode provided via a gate insulating film, a first main electrode provided on the second conductivity type emitter layer, and a second main electrode provided on the first conductivity type emitter layer. A base electrode provided on the first second-conductivity-type base layer and the first-conductivity-type layer, and provided on the first-conductivity-type source layer and electrically connected to the second main electrode. An insulated gate power semiconductor device comprising a source electrode and a drain electrode provided in the first conductivity type drain layer and electrically connected to the base electrode.
する第2導電型エミッタ層と、 この第2導電型エミッタ層と反対側の前記第1導電型ベ
ース層の表面に選択的に形成された第2導電型ベース層
と、 この第2導電型ベース層の表面に選択的に形成された第
1導電型エミッタ層と、 前記第2導電型ベース層の表面に前記第1導電型エミッ
タ層から離れて形成された第1導電型ソース層と、 この第1導電型ソース層および前記第1導電型エミッタ
層から離れて前記第2導電型ベース層の表面に形成され
た第1導電型ドレイン層と、 この第1導電型ドレイン層と前記第1導電型ソース層と
の間の前記第2導電型ベース層上にゲート絶縁膜を介し
て設けられたターンオフ用ゲート電極と、 前記第1導電型ベース層と前記第1導電型エミッタ層と
の間の前記第2導電型ベース層上にゲート絶縁膜を介し
て設けられたターンオン用ゲート電極と、 前記第2導電型エミッタ層に設けられた第1の主電極
と、 前記第1導電型エミッタ層に設けられた第2の主電極
と、 前記第1導電型ソース層に設けられ、前記第2の主電極
と電気的に接続されたソース電極と、 前記第1導電型ドレイン層および前記第2導電型ベース
層に設けられたベース電極とを具備してなり、 前記ターンオン用ゲート電極側の前記第1導電型エミッ
タ層と前記第1導電型ベース層との間の前記第2導電型
ベース層の一部は、前記第1導電型エミッタ層側に向か
って窪んでいることを特徴とする絶縁ゲート型電力用半
導体装置。2. A first-conductivity-type base layer, a second-conductivity-type emitter layer that is in direct or indirect contact with the surface of the first-conductivity-type base layer, and the first-conductivity-type emitter layer opposite to the second-conductivity-type emitter layer. A second conductivity type base layer selectively formed on the surface of the first conductivity type base layer, a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer, and the second conductivity type A first conductivity type source layer formed on the surface of the type base layer away from the first conductivity type emitter layer, and a second conductivity type away from the first conductivity type source layer and the first conductivity type emitter layer. A first conductivity type drain layer formed on the surface of the base layer, and a gate insulation film on the second conductivity type base layer between the first conductivity type drain layer and the first conductivity type source layer. A turn-off gate electrode provided, and the first conductivity type A turn-on gate electrode provided on the second conductive type base layer between the base layer and the first conductive type emitter layer via a gate insulating film; and a turn-on gate electrode provided on the second conductive type emitter layer. No. 1 main electrode, a second main electrode provided on the first conductivity type emitter layer, and a source electrode provided on the first conductivity type source layer and electrically connected to the second main electrode. And a base electrode provided on the first conductivity type drain layer and the second conductivity type base layer, the first conductivity type emitter layer on the turn-on gate electrode side and the first conductivity type. An insulated gate power semiconductor device, wherein a part of the second conductive type base layer between the base layer and the base layer is recessed toward the first conductive type emitter layer side.
有する第1のウェハと、この第1のウェハと一体的に形
成されるとともに、第2の主電極が設けられ、前記サイ
リスタ部に流す電流を制御する電流制御部を有する第2
のウェハとを具備してなる絶縁ゲート型電力用半導体装
置であって、 前記サイリスタ部は、 前記第1の主電極が設けられた第2導電型エミッタ層
と、この第2導電型エミッタ層の表面に選択的に形成さ
れた第1導電型ベース層と、この第1導電型ベース層の
表面に選択的に形成された第2導電型ベース層と、この
第2導電型ベース層の表面に選択的に形成された第1導
電型エミッタ層と、この第1導電型エミッタ層と前記第
1導電型ベース層とを選択的に短絡する第1の絶縁ゲー
ト構造とからなり、 前記電流制御部は、 前記第1導電型エミッタ層に接続した第1導電型ドレイ
ン層と、前記第2の主電極に接続した第1導電型ソース
層と、この第1導電型ソース層と前記第1導電型ドレイ
ン層とを選択的に短絡する第2の絶縁ゲート構造とから
なる絶縁ゲート型FETと、 前記第1導電型ドレイン層と分離されるとともに、前記
第2導電型ベース層に接続した第1導電型カソード層
と、この第1導電型カソード層と接して形成されるとと
もに、前記第2の主電極と接続する第2導電型アノード
層とからなるツェナーダイオードとを有することを特徴
とする絶縁ゲート型電力用半導体装置。3. A first wafer having a thyristor portion provided with a first main electrode, and a second main electrode formed integrally with the first wafer and provided with a thyristor portion. Second having a current controller for controlling the current flowing through
An insulated gate power semiconductor device comprising: a second conductive type emitter layer provided with the first main electrode; and a second conductive type emitter layer. A first conductivity type base layer selectively formed on the surface, a second conductivity type base layer selectively formed on the surface of the first conductivity type base layer, and a surface of the second conductivity type base layer And a first insulated gate structure that selectively short-circuits the first conductivity type emitter layer and the first conductivity type base layer, the current control unit Is a first conductivity type drain layer connected to the first conductivity type emitter layer, a first conductivity type source layer connected to the second main electrode, the first conductivity type source layer and the first conductivity type. A second insulated gate structure for selectively shorting the drain layer And an insulated gate FET formed of the same, a first conductivity type cathode layer separated from the first conductivity type drain layer and connected to the second conductivity type base layer, and formed in contact with the first conductivity type cathode layer. And a zener diode composed of a second conductivity type anode layer connected to the second main electrode, and an insulated gate power semiconductor device.
する第2導電型エミッタ層と、 この第2導電型エミッタ層と反対側の前記第1導電型ベ
ース層の表面に選択的に形成された第2導電型ベース層
と、 この第2導電型ベース層の表面に選択的に形成された第
1導電型エミッタ層と、 前記第2導電型ベース層の表面に前記第1導電型エミッ
タ層から離れて形成された第1導電型ソース層と、 この第1導電型ソース層および前記第1導電型エミッタ
層から離れて前記第2導電型ベース層の表面に形成され
た第1導電型ドレイン層と、 この第1導電型ドレイン層と前記第1導電型エミッタ層
との間の前記第2導電型ベース層上にゲート絶縁膜を介
して配設されたターンオフ用ゲート電極と、 前記第1導電型ベース層と前記第1導電型ソース層との
間の前記第2導電型ベース上にゲート絶縁膜を介して配
設された第1のターンオン用ゲート電極と、 前記第1導電型ソース層と前記第1導電型エミッタ層と
の間の前記第2導電型ベース層上にゲート絶縁膜を介し
て形成され、前記第1のターンオン用ゲート電極と電気
的に接続された第2のターンオン用ゲート電極と、 前記第2導電型エミッタ層に形成された第1の主電極
と、 前記第1導電型エミッタ層に形成された第2の主電極
と、 前記第2導電型ベース層の表面の前記第1導電型ソース
層および前記第1導電型エミッタ層に近接した位置に形
成されたベース電極と、 前記第1導電型ドレイン層および前記第2導電型ベース
層に設けられ、前記ベース電極と電気的に接続されたド
レイン電極とを具備してなることを特徴とする絶縁ゲー
ト型電力用半導体装置。4. A first-conductivity-type base layer, a second-conductivity-type emitter layer that is in direct or indirect contact with the surface of the first-conductivity-type base layer, and the first-conductivity-type emitter layer opposite to the second-conductivity-type emitter layer. A second conductivity type base layer selectively formed on the surface of the first conductivity type base layer, a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer, and the second conductivity type A first conductivity type source layer formed on the surface of the type base layer away from the first conductivity type emitter layer, and a second conductivity type away from the first conductivity type source layer and the first conductivity type emitter layer. A first conductivity type drain layer formed on the surface of the base layer, and a gate insulation film on the second conductivity type base layer between the first conductivity type drain layer and the first conductivity type emitter layer. A disposed turn-off gate electrode, and the first conductive material A first turn-on gate electrode provided on the second conductive type base between the positive type base layer and the first conductive type source layer via a gate insulating film, and the first conductive type source layer. A second turn-on gate which is formed on the second-conductivity-type base layer between the first-conductivity-type emitter layer and a gate insulating film, and is electrically connected to the first turn-on gate electrode. An electrode, a first main electrode formed on the second conductivity type emitter layer, a second main electrode formed on the first conductivity type emitter layer, and a surface of the second conductivity type base layer A base electrode formed in a position close to the first conductivity type source layer and the first conductivity type emitter layer; and a base electrode provided on the first conductivity type drain layer and the second conductivity type base layer and electrically connected to the base electrode. With the drain electrode electrically connected Insulated gate power semiconductor device characterized by comprising comprises.
電型エミッタ層の幅以下であることを特徴とする請求項
4に記載の絶縁ゲート型電力用半導体装置。5. The insulated gate power semiconductor device according to claim 4, wherein the width of the second conductive type source layer is less than or equal to the width of the second conductive type emitter layer.
体装置の駆動方法であって、 前記第1のターンオン用ゲート電極、前記第2のターン
オン用ゲート電極および前記ターンオフ用ゲート電極に
それぞれ所定の電圧を印加して、前記第1のターンオン
用ゲート電極により形成される第1のターンオン用MO
SFETをオン状態、前記第2のターンオン用ゲート電
極により形成される第2のターンオン用MOSFETを
オン状態、前記ターンオフ用ゲート電極により形成され
るターンオフ用MOSFETをオフ状態にすることによ
り、前記第1導電型エミッタ層、前記第2導電型ベース
層、前記第1導電型ベース層および前記第2導電型エミ
ッタ層からなるサイリスタをターンオンし、 前記第1および第2のターンオン用MOSFETをオン
状態にした状態で、前記ターンオフ用ゲート電極に所定
の電圧を印加して、前記ターンオフ用MOSFETをオ
ン状態にし、この状態を経た後に前記第1および第2の
ターンオン用ゲート電極にそれぞれ所定の電圧を印加し
て、前記ターンオン用MOSFETをオフ状態にするこ
とにより、前記サイリスタをターンオフすることを特徴
とする絶縁ゲート型電力用半導体装置の駆動方法。6. The method for driving an insulated gate type power semiconductor device according to claim 4, wherein the first turn-on gate electrode, the second turn-on gate electrode and the turn-off gate electrode are respectively formed. A first turn-on MO formed by the first turn-on gate electrode is applied with a predetermined voltage.
The SFET is turned on, the second turn-on MOSFET formed by the second turn-on gate electrode is turned on, and the turn-off MOSFET formed by the turn-off gate electrode is turned off. A thyristor including a conductive type emitter layer, the second conductive type base layer, the first conductive type base layer and the second conductive type emitter layer was turned on, and the first and second turn-on MOSFETs were turned on. In this state, a predetermined voltage is applied to the turn-off gate electrode to turn on the turn-off MOSFET, and after this state, a predetermined voltage is applied to each of the first and second turn-on gate electrodes. The thyristor by turning off the turn-on MOSFET. A method for driving an insulated gate power semiconductor device, which is characterized by turning off.
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- 1995-09-14 JP JP23703695A patent/JP3300578B2/en not_active Expired - Fee Related
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KR101225225B1 (en) * | 2006-11-30 | 2013-01-22 | 페어차일드 세미컨덕터 코포레이션 | Integrated latch-up free insulated gate bipolar transistor |
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