JPH10107270A - High breakdown voltage semiconductor device - Google Patents

High breakdown voltage semiconductor device

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JPH10107270A
JPH10107270A JP25407696A JP25407696A JPH10107270A JP H10107270 A JPH10107270 A JP H10107270A JP 25407696 A JP25407696 A JP 25407696A JP 25407696 A JP25407696 A JP 25407696A JP H10107270 A JPH10107270 A JP H10107270A
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JP
Japan
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type
electrode
semiconductor device
layer
main electrodes
Prior art date
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Application number
JP25407696A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Yamaguchi
好広 山口
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Priority to US08/933,135 priority patent/US5981983A/en
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  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the area of an element without sacrificing the excellent characteristics of the element by deciding the distance from first and second main electrode lead-out sections so specific relations can be established respectively between the distances and the widths of first and second main electrodes at certain different two points. SOLUTION: A drain electrode lead-out section 8a and a source electrode lead-out section 9a are formed on both sides of an element area. When the widths of a drain electrode 8 and a p-type drain layer 3 on the section 8a side and opposite side are respectively represented as WDAI1 and WD1 and WDAI2 and WD2 and the widths between both sides of an n-type source layers 5 formed in a source electrode 9 and a p-type base electrode 4 on the section 9a side and opposite side are respectively represented as WSAI1 and WS1 and WSAI2 and WS2 , relations WDAI1 >WDAI2 , WD1 >WD2 , WSAI1 >WSAI2 , and WS1 >WS2 hold.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は高耐圧半導体装置に
係り、特にインバータ装置などの出力素子に用いられる
高耐圧半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high breakdown voltage semiconductor device, and more particularly to a high breakdown voltage semiconductor device used for an output element such as an inverter device.

【0002】[0002]

【従来の技術】インバータ装置などの出力素子に用いら
れる素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
(IGBT)がある。図6に誘電体分離基板(SOI基
板)を用いた従来の横形IGBTの平面図、図7に図6
のA―A´断面図を示す。
2. Description of the Related Art There is an insulated gate bipolar transistor (IGBT) as an element used for an output element such as an inverter device. FIG. 6 is a plan view of a conventional horizontal IGBT using a dielectric isolation substrate (SOI substrate), and FIG.
AA 'cross-sectional view of FIG.

【0003】図中、101はp型またはn型のSi基板
であり、基板101上に絶縁膜101aを介して高抵抗
のn型層102が形成されている。n型層102には選
択的にn型層102より高濃度のn型バッファ層102
bが形成され、このn型バッファ層102bの表面には
高濃度のp型ドレイン層103が形成されている。この
p型ドレイン層103から一定間隔をおいてp型ドレイ
ン層103を取り囲むようにp型ベース層104a、1
04bが形成されている。さらにp型ベース層104の
表面には選択的に高濃度のn型ソース層105が形成さ
れており、n型ソース層105とn型層102とに挟ま
れたp型ベース層104の表面にはゲート絶縁膜106
を介してゲート電極107が形成されている。そしてp
型ドレイン層103にオーミックコンタクトするドレイ
ン電極108、n型ソース層105とp型ベース層10
4の双方にオーミックコンタクトするソース電極がそれ
ぞれ設けられている。
In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a p-type or n-type Si substrate, and a high-resistance n-type layer 102 is formed on the substrate 101 via an insulating film 101a. An n-type buffer layer 102 having a higher concentration than the n-type layer 102 is selectively formed on the n-type layer 102.
b is formed, and a high-concentration p-type drain layer 103 is formed on the surface of the n-type buffer layer 102b. The p-type base layers 104a, 104a and 1a are spaced from the p-type drain layer 103 by a certain distance so as to surround the p-type drain layer 103.
04b is formed. Further, a high-concentration n-type source layer 105 is selectively formed on the surface of the p-type base layer 104, and is formed on the surface of the p-type base layer 104 sandwiched between the n-type source layer 105 and the n-type layer 102. Is the gate insulating film 106
The gate electrode 107 is formed via the gate electrode 107. And p
Electrode 108, ohmic contact with n-type drain layer 103, n-type source layer 105 and p-type base layer 10
4 are provided with source electrodes that make ohmic contact with each other.

【0004】また、図6の108aはドレイン電極取り
出し部、109aはソース電極取り出し部である。ドレ
イン電極108のp型ドレイン層103とのコンタクト
部108bは、図6に示すようにn型層102のウェハ
表面に露出した部分102aおよびゲート電極107に
取り囲まれており、これにより1つのIGBTセルが構
成される。
In FIG. 6, reference numeral 108a denotes a drain electrode take-out portion, and 109a denotes a source electrode take-out portion. The contact portion 108b of the drain electrode 108 with the p-type drain layer 103 is surrounded by the portion 102a of the n-type layer 102 exposed on the wafer surface and the gate electrode 107 as shown in FIG. Is configured.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】図6、7のように構成
された従来の横形IGBTの正孔電流は、図6の矢印に
示すようにドレイン電極取り出し部108aから各IG
BTセルのドレイン電極108を通り、各ソース電極1
09に抜けソース電極取り出し部109aに流出する。
The hole current of the conventional horizontal IGBT constructed as shown in FIGS. 6 and 7 is reduced from the drain electrode extraction portion 108a to each IG as shown by the arrow in FIG.
Each source electrode 1 passes through the drain electrode 108 of the BT cell.
09 and flows out to the source electrode take-out part 109a.

【0006】ここで各IGBTセルの長手方向の長さL
を例えば1mmにした場合、耐圧600Vの横形IGB
Tでは1つのIGBTセルに200mAの電流が流れ
る。ドレイン電極108およびソース電極109に厚さ
2μmのAlを用いるとすると、図7に示すドレイン電
極108の幅WDAl およびソース電極の幅WSAl は信頼
性を考慮して70μm以上にする必要があり、素子の面
積がこれらの電極幅に依存して大きいものとなってしま
っていた。
Here, the length L in the longitudinal direction of each IGBT cell
Is 1 mm, for example, a horizontal IGB with a withstand voltage of 600 V
At T, a current of 200 mA flows through one IGBT cell. When using Al having a thickness of 2μm to the drain electrode 108 and source electrode 109, the width W SAl width W DAl and the source electrode of the drain electrode 108 shown in FIG. 7 must be at least 70μm in consideration of reliability However, the area of the element becomes large depending on these electrode widths.

【0007】素子の面積を小さくするためには電極幅を
狭くすればよいが、電極幅を狭くすると電流密度が高く
なりAl電極の信頼性が悪くなってしまう。Al電極の
厚さを厚くすれば信頼性は確保されるが、この場合には
微細化が困難になり、また素子表面のパッシベーション
膜に段切れを起こすなどの新たな問題が発生してしま
い、いずれにしても良好な素子特性を維持したまま素子
の面積を小さくすることは困難であった。
To reduce the element area, the electrode width may be reduced. However, if the electrode width is reduced, the current density increases and the reliability of the Al electrode deteriorates. If the thickness of the Al electrode is increased, reliability is ensured, but in this case, miniaturization becomes difficult, and a new problem such as disconnection of the passivation film on the element surface occurs. In any case, it has been difficult to reduce the area of the device while maintaining good device characteristics.

【0008】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたもので、良好な素子特性を維持したまま素子の面積
が縮小できる高耐圧半導体装置を提供することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a high breakdown voltage semiconductor device capable of reducing the area of an element while maintaining good element characteristics.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに本発明は請求項1の発明として、基板と、この基板
に形成された素子領域と、この素子領域上に間隔が略平
行となるように形成された第1および第2の主電極とを
備えた半導体装置において、前記第1および第2の主電
極の取り出し部が前記素子領域を挟むように形成され、
前記第1の主電極取り出し部からの距離が異なるある2
点における前記第1の主電極の幅をそれぞれWDAl1、W
DAl2、前記第2の主電極取り出し部からの距離が異なる
ある2点における前記第2の主電極の幅をそれぞれW
SAl1、WSAl2とし、WDAl1がWDAl2よりも前記第1の主
電極取り出し部に近く、WSAl1がWSAl2よりも前記第2
の主電極取り出し部に近いときに、WDAl1>WDAl2、W
SAl1>WSAl2の関係を満たすことを特徴とする高耐圧半
導体装置を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to a first aspect of the present invention, in which a substrate, an element region formed on the substrate, and a space substantially parallel to the element region are provided. A first and a second main electrode formed so as to form a first and a second main electrode with a lead-out portion sandwiching the element region;
Certain distances from the first main electrode take-out portion are different
The width of the first main electrode at a point is W DAl1 , W
DAl2 , the width of the second main electrode at two points at different distances from the second main electrode take-out portion is W
SAL1, W and SAL2, W DAL1 is close to the main electrode extraction portion of the first than W DAl2, W SAl1 said second than W SAL2
W DAl1 > W DAl2 , W
A high withstand voltage semiconductor device characterized by satisfying the relationship of SAl1 > WSAl2 .

【0010】また請求項2の発明として、基板と、この
基板に形成された素子領域と、この素子領域上にそれぞ
れ略平行となるよう形成された第1および第2の主電極
とを備えた半導体装置において、前記第1および第2の
主電極の取り出し部が前記素子領域を挟むように形成さ
れ、前記第1および第2の主電極の幅がそれぞれ前記第
1および第2の主電極取り出し部から遠くなるにつれて
略連続的に減少することを特徴とする高耐圧半導体装置
を提供する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a substrate, an element region formed on the substrate, and first and second main electrodes formed on the element region so as to be substantially parallel to each other. In the semiconductor device, the lead-out portions of the first and second main electrodes are formed so as to sandwich the element region, and the widths of the first and second main electrodes are respectively equal to those of the first and second main electrodes. A high breakdown voltage semiconductor device characterized in that the voltage decreases substantially continuously as the distance from the portion increases.

【0011】また請求項3の発明として、基板と、この
基板に形成された素子領域と、この素子領域上にそれぞ
れ略平行となるよう形成された第1および第2の主電極
とを備えた半導体装置において、前記第1および第2の
主電極の取り出し部が前記素子領域を挟むように形成さ
れ、複数の素子領域上において前記第1および第2の主
電極が所定距離隔てて楔状にかつ相補的に組み合わさっ
た形状をなしていることを特徴とする高耐圧半導体装置
を提供する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a substrate, an element region formed on the substrate, and first and second main electrodes formed on the element region so as to be substantially parallel to each other. In the semiconductor device, a lead-out portion of the first and second main electrodes is formed so as to sandwich the element region, and the first and second main electrodes are wedge-shaped at a predetermined distance on a plurality of element regions. Provided is a high-breakdown-voltage semiconductor device characterized by having a complementary combination of shapes.

【0012】さらに請求項4の発明として、前記素子領
域に形成される素子がバイポーラ動作を行う素子である
ことを特徴とする請求項1〜3記載の高耐圧半導体装置
を提供する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a high breakdown voltage semiconductor device according to any one of the first to third aspects, wherein the element formed in the element region is an element which performs a bipolar operation.

【0013】また請求項5の発明として、前記バイポー
ラ動作を行う素子がIGBTであることを特徴とする請
求項4記載の高耐圧半導体装置を提供する。本発明によ
れば、第1および第2の主電極、例えばIGBTの場合
には、ドレインおよびソース電極の素子上面から見た形
状が従来のように素子領域内で一定の幅ではなく、ドレ
イン電極幅はドレイン電極取り出し部から遠い側の方が
近い側よりも狭く、ソース電極はソース電極取り出し側
から遠い側の方が近い側よりも狭くなり、しかもドレイ
ン電極およびソース電極間の幅は従来と同様に略平行を
保つため、素子特性を損なうことなく素子の面積が縮小
できる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a high withstand voltage semiconductor device according to the fourth aspect, wherein the element performing the bipolar operation is an IGBT. According to the present invention, in the case of the first and second main electrodes, for example, IGBTs, the shape of the drain and source electrodes as viewed from the upper surface of the device is not a constant width in the device region as in the related art, but is the drain electrode. The width is narrower on the side farther from the drain electrode extraction part than on the side closer to it, and the source electrode is narrower on the side farther from the source electrode extraction side than on the closer side, and the width between the drain electrode and the source electrode is the same as before. Similarly, since they are substantially parallel, the area of the element can be reduced without impairing the element characteristics.

【0014】また幅を狭くするには、電極幅が略連続的
に減少するようにすれば電流集中を防ぐことができる。
これにより、例えばIGBTの場合、電流集中に起因す
るラッチアップを防止することができる。
In order to reduce the width, the current concentration can be prevented by reducing the electrode width substantially continuously.
Thereby, for example, in the case of an IGBT, latch-up due to current concentration can be prevented.

【0015】このような形状として、製造の容易さや電
流集中を最も防ぎやすいなどの観点から、複数の素子領
域上において第1および第2の主電極が所定距離隔てて
楔状にかつ相補的に組み合わさった形状が最も望まし
い。
With such a shape, the first and second main electrodes are combined in a wedge shape and complementarily at a predetermined distance from each other over a plurality of element regions from the viewpoint of easiness of manufacture and prevention of current concentration most easily. A contoured shape is most desirable.

【0016】しかも素子領域に形成される素子がIGB
Tなどのバイポーラ動作を行う素子である場合には、例
えばIGBTにおけるp型ドレイン層下の高抵抗のn型
層のような高抵抗層の体積が小さくなるため、この領域
における正孔および電子の蓄積量が減り、これによっ
て、IGBTやバイポーラトランジスタなどのスイッチ
ング素子の場合にはターンオフ時間が早くなり、またダ
イオードの場合には逆回復時間が短くなる。
In addition, the device formed in the device region is IGB
In the case of an element that performs a bipolar operation such as T, the volume of a high-resistance layer such as a high-resistance n-type layer below a p-type drain layer in an IGBT is reduced, so that holes and electrons in this region are reduced. The amount of accumulation is reduced, thereby shortening the turn-off time in the case of a switching element such as an IGBT or a bipolar transistor, and shortening the reverse recovery time in the case of a diode.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施形態を説明する。図1に本発明の1実施形態に係る
高耐圧半導体装置としての横形IGBTの平面図、図2
(a)、(b)に図1のA―A′、B―B′断面図をそ
れぞれ示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a lateral IGBT as a high breakdown voltage semiconductor device according to one embodiment of the present invention, and FIG.
(A) and (b) are sectional views taken along the lines AA 'and BB' of FIG. 1, respectively.

【0018】図中、1はp型またはn型のSi基板であ
り、基板1上に厚さ約1〜3μmの酸化膜を用いた絶縁
膜1aを介して、厚さ約5〜15μmの高抵抗のn型層
2が形成されている。これら基板1、絶縁膜1a、n型
層2によってSOI基板が形成される。n型層2の表面
には選択的にn型層2よりも高濃度で厚さ約5〜15μ
mのn型バッファ層2bが形成され、このn型バッファ
層2bの表面には厚さ約0.2〜2μmの高濃度のp型
ドレイン層3が形成されている。このp型ドレイン層3
から一定間隔をおいてp型ドレイン層3を取り囲むよう
に厚さ約2〜4μmのp型ベース層4a、厚さ約10〜
15μmのp型ベース層4bが形成されている。p型ド
レイン層3とp型ベース層4とに挟まれた部分がn型層
のウェハ表面に露出する部分2aである。さらにp型ベ
ース層4の表面には選択的に厚さ約0.1〜0.3μm
の高濃度のn型ソース層5が形成されており、n型ソー
ス層5とn型層2とに挟まれたp型ベース層4の表面に
は厚さ約0.02〜0.06μmの酸化膜を用いたゲー
ト絶縁膜6を介してゲート電極7が形成されている。な
おゲート絶縁膜6の厚くなっている部分はフィールド酸
化膜として働き、その厚さは約0.5〜1μmである。
そしてp型ドレイン層3にオーミックコンタクトする第
1の主電極としての厚さ約2μmのAlを用いたドレイ
ン電極8、n型ソース層5とp型ベース層4の双方にオ
ーミックコンタクトする第2の主電極としての厚さ約2
μmのAlを用いたソース電極9がそれぞれ設けられて
いる。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a p-type or n-type Si substrate, which is formed on a substrate 1 through an insulating film 1a using an oxide film having a thickness of about 1 to 3 μm, and has a height of about 5 to 15 μm. An n-type layer 2 of resistance is formed. These substrate 1, insulating film 1a, and n-type layer 2 form an SOI substrate. The surface of the n-type layer 2 is selectively higher in concentration than the n-type layer 2 and has a thickness of about 5 to 15 μm.
An m-type n-type buffer layer 2b is formed, and a high-concentration p-type drain layer 3 having a thickness of about 0.2 to 2 μm is formed on the surface of the n-type buffer layer 2b. This p-type drain layer 3
A p-type base layer 4a having a thickness of about 2 to 4 μm and a thickness of about 10 to
A 15 μm p-type base layer 4b is formed. A portion sandwiched between the p-type drain layer 3 and the p-type base layer 4 is a portion 2a exposed on the wafer surface of the n-type layer. Further, the surface of the p-type base layer 4 has a thickness of about 0.1 to 0.3 μm selectively.
Is formed on the surface of the p-type base layer 4 sandwiched between the n-type source layer 5 and the n-type layer 2 with a thickness of about 0.02 to 0.06 μm. A gate electrode 7 is formed via a gate insulating film 6 using an oxide film. The thicker portion of the gate insulating film 6 functions as a field oxide film, and its thickness is about 0.5 to 1 μm.
Then, a drain electrode 8 using Al having a thickness of about 2 μm as a first main electrode that makes ohmic contact with the p-type drain layer 3 and a second ohmic contact with both the n-type source layer 5 and the p-type base layer 4 About 2 thickness as main electrode
Source electrodes 9 using μm of Al are provided.

【0019】また、図1の8aはドレイン電極取り出し
部、9aはソース電極取り出し部である。ドレイン電極
8のp型ドレイン層3とのコンタクト部8bは、図1に
示すようにn型層2の露出部分2aおよびゲート電極7
に取り囲まれており、これにより図1のCで示す実線で
囲まれた1つのIGBTセルが構成される。なおDとE
で示す点線で囲まれた部分は、ゲート電極7は形成され
ているものの素子としては動作しない領域となってい
る。
In FIG. 1, reference numeral 8a denotes a drain electrode take-out portion, and 9a denotes a source electrode take-out portion. As shown in FIG. 1, the contact portion 8 b of the drain electrode 8 with the p-type drain layer 3 is formed between the exposed portion 2 a of the n-type layer 2 and the gate electrode 7.
, Thereby forming one IGBT cell surrounded by a solid line shown by C in FIG. D and E
A portion surrounded by a dotted line indicated by a symbol is a region where the gate electrode 7 is formed but does not operate as an element.

【0020】この実施例の特徴は、ドレイン電極8の幅
がドレイン電極取り出し部8aからソース電極取り出し
部9aに向かって略連続的に減少して楔状となり、ソー
ス電極9は逆にソース電極取り出し部9aからドレイン
電極取り出し部8aに向かって略連続的に減少して楔状
となっている点である。しかも素子領域においてはドレ
イン電極8とソース電極9との間隔は平行、換言すれば
n型層2の露出部分2aの幅は一定であるので、ドレイ
ン電極8とソース電極9とは露出部分2aを介して相補
的に組み合わさった形状をなしているということができ
る。これは、p型ドレイン層3と、n型ソース層5を形
成したp型ベース層4の形状に対応したものである。
The feature of this embodiment is that the width of the drain electrode 8 decreases substantially continuously from the drain electrode take-out portion 8a to the source electrode take-out portion 9a to form a wedge shape. The point is that it decreases substantially continuously from 9a toward the drain electrode take-out portion 8a to form a wedge. Moreover, in the element region, the distance between the drain electrode 8 and the source electrode 9 is parallel, in other words, the width of the exposed portion 2a of the n-type layer 2 is constant. It can be said that they form a shape in which they are complementarily combined with each other. This corresponds to the shapes of the p-type drain layer 3 and the p-type base layer 4 on which the n-type source layer 5 is formed.

【0021】ここで図2、3に示すように、ドレイン電
極取り出し部8aに近い側のドレイン電極8、p型ドレ
イン層3の幅をそれぞれWDAl1、WD1、遠い側をそれぞ
れWDAl2、WD2とし、ソース電極取り出し部9aに近い
側のソース電極9、p型ベース層4内に形成された2つ
のn型ソース層5の端から端までの幅をそれぞれ
SAl1、WS1、遠い側をそれぞれWSAl2、WS2とする
と、WDAl1>WDAl2…(1)、WD1>WD2…(2)、W
SAl1>WSAl2…(3)、WS1>WS2…(4)の関係が成
り立つ。
[0021] Here, as shown in FIGS. 2 and 3, the drain electrode 8 near the drain electrode extraction portion 8a side, p-type drain layer 3 of the width of each W DAL1, W D1, the far side, respectively W DAL2, W Let D2 be the width of the source electrode 9 on the side closer to the source electrode extraction portion 9a and the width of the two n-type source layers 5 formed in the p-type base layer 4 from W SAl1 and W S1 to the far side. , W SAl2 and W S2 respectively, W DAl1 > W DAl2 (1), W D1 > W D2 (2), W
SAl1> W SAl2 ... (3) , W S1> W S2 ... relationship is established (4).

【0022】通常はp型ドレイン層3やn型ソース層5
を形成するp型ベース層4の幅が決定されれば、ドレイ
ン電極8やソース電極9の幅はこれに対応してp型ドレ
イン層3やp型ベース層4の幅よりも広く決定され、し
かも素子の面積はドレイン電極8やソース電極9の幅に
よって制限を受けるから、上記(1)〜(4)式は
(1)、(3)式でまとめることができる。
Usually, the p-type drain layer 3 and the n-type source layer 5
Is determined, the width of the drain electrode 8 or the source electrode 9 is correspondingly determined to be wider than the width of the p-type drain layer 3 or the p-type base layer 4, Moreover, since the area of the element is limited by the width of the drain electrode 8 and the source electrode 9, the above equations (1) to (4) can be summarized by the equations (1) and (3).

【0023】そこで、例えば図1のIGBTセルの長手
方向の長さLで示すような電極の直線部分についてL=
1mm、またWDAl1=70μm、WDAl2=6μm、W
SAl1=70μm、WSAl2=6μmとすると、IGBTセ
ルCの面積は図6、7のような従来の横形IGBTと比
較して30%強減少する。
Therefore, for example, for a linear portion of an electrode as shown by the length L in the longitudinal direction of the IGBT cell in FIG.
1 mm, W DAl1 = 70 μm, W DAl2 = 6 μm, W
If SAl1 = 70 μm and W SAl2 = 6 μm, the area of the IGBT cell C is reduced by more than 30% as compared with the conventional horizontal IGBT as shown in FIGS.

【0024】このような素子の面積縮小の程度と上記
(1)〜(4)式との関係を図3、4を用いて説明す
る。図3は、図1、2の横形IGBTでL=1mm、W
D1=70μm、露出部分2aの幅LD =60μmとして
固定したときの、WD1/WD2の変化量と1つのIGBT
セルCの面積S[mm2 ]の変化量との関係を示した図
である。図においては横軸がWD1/WD2、縦軸がS[m
2 ]である。なおSはS=(WD1+WD2+0.12)
×Lによって算出される。図より分かるように、WD1
D2=7を超えるとSはほぼ一定となる。
The relationship between the degree of such element area reduction and the above equations (1) to (4) will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows the horizontal IGBT of FIGS.
When D1 = 70 μm and the width L D of the exposed portion 2a are fixed at 60 μm, the change amount of WD1 / WD2 and one IGBT
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between an area S [mm 2 ] of a cell C and an amount of change. In the figure, the horizontal axis is W D1 / W D2 , and the vertical axis is S [m
m 2 ]. S is S = (W D1 + W D2 +0.12)
It is calculated by × L. As can be seen from the figure, W D1 /
When W D2 = 7, S becomes substantially constant.

【0025】より明確にするために縦軸をSの代わりに
面積縮小率[%]として示したのが図4である。図よ
り、WD1/WD2=7を超えると面積縮小率が30%を超
えて、十分な面積縮小の効果を得ることが可能となるの
で、WD1/WD2≧7が好ましい。
FIG. 4 shows the vertical axis as an area reduction rate [%] instead of S for more clarity. From the figure, if W D1 / W D2 = 7, the area reduction ratio exceeds 30% and a sufficient area reduction effect can be obtained. Therefore, W D1 / W D2 ≧ 7 is preferable.

【0026】このように、この実施形態の電極形状によ
れば面積縮小の効果が得られるが、この電極形状の効果
はこれにとどまるものではない。以下に、他の効果を列
挙する。
As described above, according to the electrode shape of this embodiment, the effect of reducing the area can be obtained, but the effect of this electrode shape is not limited to this. The other effects are listed below.

【0027】まず、正孔電流は従来のIGBTと同様に
ドレイン電極取り出し部8aから各IGBTセルCのド
レイン電極8を通り、各ソース電極9に抜けてソース電
極取り出し部9aに流出する。この際、正孔電流はドレ
イン電極取り出し部8aから離れる程減少するため、ド
レイン電極108の幅が狭くなっていっても電流密度が
大きくなることはなく、Al電極の信頼性が低下するこ
とはない。
First, like the conventional IGBT, the hole current passes through the drain electrode take-out portion 8a, passes through the drain electrode 8 of each IGBT cell C, passes through each source electrode 9, and flows out to the source electrode take-out portion 9a. At this time, since the hole current decreases as the distance from the drain electrode extraction portion 8a increases, the current density does not increase even if the width of the drain electrode 108 is reduced, and the reliability of the Al electrode is not reduced. Absent.

【0028】一方、電子電流はソース電極取り出し側9
aに近くなる程増大するが、ソース電極9の幅はソース
電極取り出し部9aに近くなる程広くなるように形成さ
れているため、正孔電流と同様、電流密度が大きくなる
ことはなく,Al電極の信頼性は低下しない。
On the other hand, the electron current is applied to the source electrode extraction side 9
a, but the width of the source electrode 9 is formed to be wider as it is closer to the source electrode extraction portion 9a, so that the current density does not increase as in the case of the hole current. The reliability of the electrodes does not decrease.

【0029】従来とAl電極の厚さが同等でも信頼性が
低下せず、しかも素子面積が縮小できるのであるから、
この実施形態によれば良好な素子特性を維持したまま素
子の面積を縮小できるという効果が得られる。
Even if the thickness of the Al electrode is the same as the conventional one, the reliability does not decrease and the element area can be reduced.
According to this embodiment, an effect is obtained that the area of the element can be reduced while maintaining good element characteristics.

【0030】さらにドレイン電極8の幅、換言すればp
型ドレイン層3が狭くなっている領域において、p型ド
レイン層3の下のn型層2の体積が小さくなっているた
め、この領域におけるp型ドレイン層103から注入さ
れる正孔とn型ソース層105から注入される電子の蓄
積量が減る。この結果、ターンオフ時間が短縮される。
Further, the width of the drain electrode 8, in other words, p
Since the volume of the n-type layer 2 under the p-type drain layer 3 is small in a region where the n-type drain layer 3 is narrow, holes injected from the p-type drain layer 103 in this region and n-type The amount of electrons injected from the source layer 105 is reduced. As a result, the turn-off time is reduced.

【0031】また同じL=1mmの条件である場合、図
6、7のような従来の横形IGBTと比較してチャネル
幅が広くなるため、チャネル抵抗が低減し、これにより
オン抵抗が低減する。
Under the same condition of L = 1 mm, the channel width is wider than that of the conventional horizontal IGBT as shown in FIGS. 6 and 7, so that the channel resistance is reduced, thereby reducing the on-resistance.

【0032】ところで本発明では、その要旨からして図
1以外の電極形状をとることも可能である。その1例を
図5に示す。図5においては説明の簡略化のためにドレ
イン電極8とソース電極9のみを示してある。
By the way, in the present invention, it is possible to take an electrode shape other than that shown in FIG. One example is shown in FIG. FIG. 5 shows only the drain electrode 8 and the source electrode 9 for simplification of the description.

【0033】図において、ドレイン電極8およびソース
電極9は略連続的ななだらかな階段状に形成されてい
る。電極をこのような形状としてドレイン電極8の下の
p型ドレイン層やソース電極9の下のp型ベース層も同
様な形状とする場合、n型ソース層下のp型ベース層を
流れる正孔電流が集中することに起因するラッチアップ
を防止するために、p型ベース層の角張ったコーナーの
部分にはチャネルを形成しないようにすることが望まし
い。
In the figure, the drain electrode 8 and the source electrode 9 are formed in a substantially continuous and gentle step shape. When the electrode is formed in such a shape, and the p-type drain layer under the drain electrode 8 and the p-type base layer under the source electrode 9 have the same shape, holes flowing through the p-type base layer under the n-type source layer are used. In order to prevent latch-up due to the concentration of current, it is desirable not to form a channel at the corners of the p-type base layer having sharp corners.

【0034】以上、本発明の実施形態を説明したが、本
発明は上述の実施例に限定されるものではない。例えば
n型層2をp型層としてもよいし、SOI基板の代わり
にバルク基板、エピタキシャル基板を用いてもよい。ま
た上述の実施形態の導電型を全て逆とすることも可能で
ある。さらにIGBTのp型ドレイン層をn型ドレイン
層に置き換えたMOSFETにも適用できるし、バイポ
ーラトランジスタやダイオードにも適用可能である。M
OSFETに用いた場合には、チャネル幅が大きくなる
のでIGBTと同様にオン抵抗が低減する。またバイポ
ーラトランジスタやダイオードはバイポーラ動作をする
素子であるので、バイポーラトランジスタの場合にはタ
ーンオフ時間が短縮され、ダイオードの場合には逆回復
時間が短くなる。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the n-type layer 2 may be a p-type layer, or a bulk substrate or an epitaxial substrate may be used instead of the SOI substrate. Further, the conductivity types of the above-described embodiments can be all reversed. Further, the present invention can be applied to a MOSFET in which the p-type drain layer of the IGBT is replaced with an n-type drain layer, and can also be applied to a bipolar transistor and a diode. M
When used for an OSFET, the channel width is increased, so that the on-resistance is reduced as in the case of the IGBT. In addition, since bipolar transistors and diodes are elements that perform a bipolar operation, the turn-off time is shortened in the case of a bipolar transistor, and the reverse recovery time is shortened in the case of a diode.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、良
好な素子特性を維持したまま素子の面積が縮小できる高
耐圧半導体装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a high withstand voltage semiconductor device capable of reducing the area of an element while maintaining good element characteristics.

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

【図1】 本発明の1実施形態に係る横形IGBTの平
面図。
FIG. 1 is a plan view of a horizontal IGBT according to one embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の1実施形態に係る横形IGBTの断
面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a horizontal IGBT according to one embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の1実施形態に係る横形IGBTのセ
ル面積と電極幅との関係を示した図。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a cell area and an electrode width of the lateral IGBT according to one embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の1実施形態に係る横形IGBTのセ
ル面積縮小率と電極幅との関係を示した図。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a cell area reduction ratio and an electrode width of the horizontal IGBT according to one embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の他の実施形態に係る横形IGBTの
電極形状を示した図。
FIG. 5 is a diagram showing an electrode shape of a horizontal IGBT according to another embodiment of the present invention.

【図6】 従来の横形IGBTの平面図。FIG. 6 is a plan view of a conventional horizontal IGBT.

【図7】 従来の横形IGBTの断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional horizontal IGBT.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板、2…高抵抗n型層、3…p型ドレイン層、4
…p型ベース層、5…n型ソース層、6…ゲート絶縁
膜、7…ゲート電極、8…ドレイン電極、9…ソース電
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... High resistance n-type layer, 3 ... P-type drain layer, 4
... p-type base layer, 5 ... n-type source layer, 6 ... gate insulating film, 7 ... gate electrode, 8 ... drain electrode, 9 ... source electrode

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、この基板に形成された素子領域
と、この素子領域上に間隔が略平行となるように形成さ
れた第1および第2の主電極とを備えた半導体装置にお
いて、 前記第1および第2の主電極の取り出し部が前記素子領
域を挟むように形成され、前記第1の主電極取り出し部
からの距離が異なるある2点における前記第1の主電極
の幅をそれぞれWDAl1、WDAl2、前記第2の主電極取り
出し部からの距離が異なるある2点における前記第2の
主電極の幅をそれぞれWSAl1、WSAl2とし、WDAl1がW
DAl2よりも前記第1の主電極取り出し部に近く、WSAl1
がWSAl2よりも前記第2の主電極取り出し部に近いとき
に、WDAl1>WDAl2、WSAl1>WSAl2の関係を満たすこ
とを特徴とする高耐圧半導体装置。
1. A semiconductor device comprising: a substrate; an element region formed on the substrate; and first and second main electrodes formed on the element region so as to be substantially parallel to each other. The extraction portions of the first and second main electrodes are formed so as to sandwich the element region, and the width of the first main electrode at two points at different distances from the first main electrode extraction portion is respectively set. W DAL1, W DAL2, said second width of said second main electrode in two points at different distances is from the main electrode extraction portion and W SAL1, W SAL2 respectively, W DAL1 is W
Closer to the first main electrode take-out part than DAl2,
Satisfies the relations of W DAl1 > W DAl2 and W SAl1 > W SAl2 when is closer to the second main electrode take-out part than W SAl2 .
【請求項2】 基板と、この基板に形成された素子領域
と、この素子領域上にそれぞれ略平行となるよう形成さ
れた第1および第2の主電極とを備えた半導体装置にお
いて、 前記第1および第2の主電極の取り出し部が前記素子領
域を挟むように形成され、前記第1および第2の主電極
の幅がそれぞれ前記第1および第2の主電極取り出し部
から遠くなるにつれて略連続的に減少することを特徴と
する高耐圧半導体装置。
2. A semiconductor device comprising: a substrate; an element region formed on the substrate; and first and second main electrodes formed on the element region so as to be substantially parallel to each other. The lead-out portions of the first and second main electrodes are formed so as to sandwich the element region, and the widths of the first and second main electrodes become substantially smaller as the widths of the first and second main electrodes become farther from the lead portions of the first and second main electrodes, respectively. A high breakdown voltage semiconductor device characterized by a continuous decrease.
【請求項3】 基板と、この基板に形成された素子領域
と、この素子領域上にそれぞれ略平行となるよう形成さ
れた第1および第2の主電極とを備えた半導体装置にお
いて、 前記第1および第2の主電極の取り出し部が前記素子領
域を挟むように形成され、複数の素子領域上において前
記第1および第2の主電極が所定距離隔てて楔状にかつ
相補的に組み合わさった形状をなしていることを特徴と
する高耐圧半導体装置。
3. A semiconductor device comprising: a substrate; an element region formed on the substrate; and first and second main electrodes formed on the element region so as to be substantially parallel to each other. A lead-out portion of the first and second main electrodes is formed so as to sandwich the element region, and the first and second main electrodes are combined in a wedge shape and complementarily at a predetermined distance on a plurality of element regions. A high breakdown voltage semiconductor device characterized by having a shape.
【請求項4】 前記素子領域に形成される素子がバイポ
ーラ動作を行う素子であることを特徴とする請求項1〜
3記載の高耐圧半導体装置。
4. The device according to claim 1, wherein the device formed in the device region performs a bipolar operation.
4. The high breakdown voltage semiconductor device according to 3.
【請求項5】 前記バイポーラ動作を行う素子がIGB
Tであることを特徴とする請求項4記載の高耐圧半導体
装置。
5. The device according to claim 1, wherein the element performing the bipolar operation is an IGB.
5. The high breakdown voltage semiconductor device according to claim 4, wherein T is T.
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US08/933,135 US5981983A (en) 1996-09-18 1997-09-18 High voltage semiconductor device

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