JPH10275918A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPH10275918A
JPH10275918A JP9504397A JP9504397A JPH10275918A JP H10275918 A JPH10275918 A JP H10275918A JP 9504397 A JP9504397 A JP 9504397A JP 9504397 A JP9504397 A JP 9504397A JP H10275918 A JPH10275918 A JP H10275918A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
region
overvoltage protection
electrode
type semiconductor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9504397A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masashi Yura
昌士 由良
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Electric Manufacturing Ltd filed Critical Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority to JP9504397A priority Critical patent/JPH10275918A/en
Publication of JPH10275918A publication Critical patent/JPH10275918A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid the turn off breakdown without degrading the operational characteristics of element by a method wherein, when the title semiconductor device is applied with an over voltage in turning off, the structure absorbing the energy given by the over voltage as the main current is integrated. SOLUTION: Within an over voltage protective region 10, a cathode electrode 2 is connected to an auxiliary electrode 20 as well as an anode electrode 3 is connected to another auxiliary electrode 30 so as to lower the impurity concentration than that in a P layer in contact with the auxiliary electrode 20 as well as an n buffer layer 6 otherwise an n layer 11 in the shallowed diffusion depth from the surface of the anode electrode 3 is formed. Since this n layer 11 is depleted more easily than the n buffer layer 6, the punch through phenomenon occurs most rapidly in the over voltage protective region 10 so that the breakdown strength in the region 10 may be set up lower than that in a main element region 9 for absorbing the energy given when the semiconductor is applied with the over voltage in turning off thereby enabling the permanent breakdown of an element to be avoided.

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、SIT、SIサイ
リスタ、GTOサイリスタ、IGBT、MCT、EST
等の過電圧保護領域を有する半導体装置に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to SIT, SI thyristor, GTO thyristor, IGBT, MCT, EST
And the like having a overvoltage protection region.

【0002】[0002]

【従来の技術】図8は、一般によく知られているSIサ
イリスタに過電圧検知機能を付加した半導体装置の断面
構造図であり、図中に示した符号1はゲート電極、2は
カソード電極、3はアノード電極、4はpベース層、5
はpエミッタ層、6はnバッファ層、7はnベース層、
9は主素子領域、110は過電圧検知領域、11はn層
であり、バッファ層6よりも不純物濃度が低く、アノー
ド表面からの拡散深さが浅く形成されている。このよう
にすることにより、n層11はnバッファ層6よりも空
乏化し易くなり、過電圧検知領域110の耐圧は主素子
領域9の耐圧よりも低くできるので、素子に過電圧が加
わった時には瞬時にアバランシェ電流あるいはパンチス
ルー電流が発生し、ゲート電流として検知される。な
お、この例ではpベース層4に対向するnバッファ層6
の一部の位置にn層11が形成されて過電圧検知領域1
10が付加されている。
2. Description of the Related Art FIG. 8 is a cross-sectional view of a semiconductor device in which an overvoltage detection function is added to a generally well-known SI thyristor, wherein reference numeral 1 denotes a gate electrode, 2 denotes a cathode electrode, Is the anode electrode, 4 is the p base layer, 5
Is a p emitter layer, 6 is an n buffer layer, 7 is an n base layer,
Reference numeral 9 denotes a main element region, 110 denotes an overvoltage detection region, and 11 denotes an n layer. The impurity concentration is lower than that of the buffer layer 6 and the diffusion depth from the anode surface is shallower. By doing so, the n layer 11 is more likely to be depleted than the n buffer layer 6, and the withstand voltage of the overvoltage detection region 110 can be made lower than the withstand voltage of the main element region 9, so that when an overvoltage is applied to the element, it is instantaneous. An avalanche current or a punch-through current is generated and detected as a gate current. In this example, the n buffer layer 6 facing the p base layer 4
The n-layer 11 is formed at a portion of the overvoltage detection region 1
10 is added.

【0003】図9は過電圧保護機能内蔵型IGBTの断
面構造図であり、1993年電気学会研究会資料EDD
−93−27/SPC−93−49に記載された公知の
技術である。本従来例において10は過電圧保護領域で
あり、pベース層4よりも浅いp層15を形成すること
により、主素子領域9の耐圧よりも低い電圧でアバラン
シェが起きるようにして、過電圧のエネルギーを電流に
変換し保護機能を付加している。なお、20および30
は補助電極であり、20はカソード電極2に接続され、
30はアノード電極3に接続される。
FIG. 9 is a sectional view of an IGBT with a built-in overvoltage protection function.
-93-27 / SPC-93-49. In this conventional example, reference numeral 10 denotes an overvoltage protection region. By forming a p-layer 15 shallower than the p-base layer 4, avalanche occurs at a voltage lower than the withstand voltage of the main element region 9, and the energy of the overvoltage is reduced. It converts it to current and adds a protection function. In addition, 20 and 30
Is an auxiliary electrode, 20 is connected to the cathode electrode 2,
Reference numeral 30 is connected to the anode electrode 3.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】半導体装置をPWM方
式のインバータ回路や電圧共振回路に応用する際、素子
はターンオフ動作時に、回路上の不慮のトラブルや回路
の配線等のインダクタンス等に起因するサージ等の過電
圧により、ターンオフ破壊に至る危険があった。十分な
過電圧破壊耐量を確保する為にnベース層を厚くして素
子を高耐圧化すると、オン電圧(オン抵抗)が増大し、
ターンオン損失、ターンオフ損失も増大することにな
る。
When a semiconductor device is applied to a PWM type inverter circuit or a voltage resonance circuit, an element may generate a surge at the time of turn-off operation due to an unexpected trouble on the circuit or inductance of a circuit wiring or the like. There was a danger of turn-off destruction due to overvoltage. If the element has a high withstand voltage by increasing the thickness of the n-base layer in order to secure a sufficient withstand voltage, the on-voltage (on-resistance) increases.
Turn-on loss and turn-off loss also increase.

【0005】図8に示した従来の構造の半導体装置で
は、過電圧が印加されると、過電圧に基づくエネルギー
をゲート電流として吸収して素子破壊を防止するもので
あるため、このゲート電流が過度に大きくなるとゲート
回路を破壊する危険がある。また従来の方式では、ゲー
ト電流を検知する装置をゲート回路に付加し、過電圧を
検知したとき瞬時に保護装置を作動させて破壊を防止す
る手段を備えることも可能であるが、応用装置全体の重
量や体積が増大するため好ましいとは言えない。本発明
は上述した点に鑑みて創案されたものであり、その目的
とするところは、これらの課題を解決し、素子の動作特
性を低下させることなく、ターンオフ破壊を防止し、十
分な過電圧破壊耐量を有する半導体装置を提供すること
にある。
In the conventional semiconductor device shown in FIG. 8, when an overvoltage is applied, energy based on the overvoltage is absorbed as a gate current to prevent element destruction. If it becomes large, there is a risk of breaking the gate circuit. In the conventional method, it is possible to add a device for detecting a gate current to the gate circuit, and to provide a means for immediately activating the protection device when an overvoltage is detected to prevent destruction. It is not preferable because the weight and volume increase. The present invention has been made in view of the above points, and aims at solving these problems, preventing turn-off breakdown without deteriorating the operation characteristics of the element, and achieving sufficient overvoltage breakdown. An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a withstand voltage.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】その目的を達成するため
の手段は、ターンオフ動作時に過電圧が印加された際
に、過電圧に基づくエネルギーを主電流として吸収する
構造を集積化することである。
Means for attaining the object is to integrate a structure for absorbing energy based on the overvoltage as a main current when an overvoltage is applied during a turn-off operation.

【0007】すなわち具体的には、請求項1に示す如
く、第1の主電極と制御電極の付近に設けられた第1の
一導電形半導体層、第1の反導電形半導体層より成るベ
ース層、該ベース層を介して前記第1の半導体層と対向
する位置にあって、第2の主電極を備えた第2の導電形
半導体層より成るエミッタ層、該エミッタ層と前記ベー
ス層の間に設けられた第2の反導電形半導体層より成る
バッファ層を有する半導体装置において、前記第1の主
電極に接続される補助電極、該補助電極に接触する前記
ベース層内の第3の一導電形半導体層、該第3の一導電
形半導体層に対向する前記バッファ層中の少なくとも1
ヶ所の不純物濃度を低くするか、または深さを浅く形成
した第3の反導電形半導体層、前記エミッタ層を介して
前記第3の反導電形半導体層に対向する位置に設けられ
た第2の補助電極より成る過電圧保護領域を備え、前記
第2の補助電極は前記第2の主電極に接続して構成す
る。
More specifically, a base made of a first one-conductivity-type semiconductor layer and a first anti-conductivity-type semiconductor layer provided in the vicinity of the first main electrode and the control electrode. An emitter layer comprising a second conductive type semiconductor layer having a second main electrode at a position facing the first semiconductor layer via the base layer and the first semiconductor layer; In a semiconductor device having a buffer layer made of a second anti-conductivity type semiconductor layer provided therebetween, an auxiliary electrode connected to the first main electrode, and a third electrode in the base layer in contact with the auxiliary electrode. A first conductivity type semiconductor layer, at least one of the buffer layers facing the third one conductivity type semiconductor layer;
A third anti-conductivity type semiconductor layer having a low impurity concentration or a shallow depth, and a second anti-conductivity type semiconductor layer provided at a position facing the third anti-conductivity type semiconductor layer via the emitter layer. The second auxiliary electrode is connected to the second main electrode.

【0008】また、請求項2に示す如く、前記過電圧保
護領域は、前記エミッタ層の少なくとも1ヶ所の領域の
不純物濃度を高くするか、または深さを深くして形成す
る。この場合、前記バッファ層の有無に関わらず実現可
能である。
According to a second aspect of the present invention, the overvoltage protection region is formed by increasing the impurity concentration or increasing the depth of at least one region of the emitter layer. In this case, it can be realized regardless of the presence or absence of the buffer layer.

【0009】また、請求項3に示す如く、前記過電圧保
護領域は、前記バッファ層の少なくとも1ヶ所の領域で
不純物濃度が高く、または深さを深くして形成する。
According to a third aspect of the present invention, the overvoltage protection region is formed with a high impurity concentration or a large depth in at least one region of the buffer layer.

【0010】また、請求項4に示す如く、前記過電圧保
護領域における前記第3の一導電形半導体層を選択的に
形成して構成する。
According to a fourth aspect of the present invention, the third one conductivity type semiconductor layer in the overvoltage protection region is selectively formed.

【0011】また、請求項5に示す如く、前記過電圧保
護領域と主素子領域の間に分離領域を設ける。
According to a fifth aspect of the present invention, an isolation region is provided between the overvoltage protection region and the main element region.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の請求項の一実施例
を図面に基づいて詳述する。図1は本発明の請求項1記
載の実施例の断面構造図であり、図中符号10で示した
領域が過電圧保護機能を有している領域であり、以下こ
れを過電圧保護領域と呼ぶ。図中の符号について図8、
図9と同符号のものは、これと同じ構成、機能を有す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional structural view of an embodiment according to claim 1 of the present invention. In the drawing, a region indicated by reference numeral 10 is a region having an overvoltage protection function, and is hereinafter referred to as an overvoltage protection region. The reference numerals in FIG.
Those having the same reference numerals as those in FIG. 9 have the same configurations and functions.

【0013】過電圧保護領域10は、カソード電極2と
接続されている補助電極20と、アノード電極3と接続
されている補助電極30と、補助電極20に接触してい
るp層15と、nバッファ層6よりも不純物濃度を低く
するか、又はアノード表面からの拡散深さが浅く形成さ
れているn層11とから構成されている。このようにす
ることにより、n層11はnバッファ層6よりも空乏化
しやすいため、過電圧保護領域10において最も速くパ
ンチスルーが起きる。その結果、過電圧保護領域10の
耐圧は主素子領域9のそれよりも低く設定することが可
能となり、過電圧が印加された時、そのエネルギーを電
流として吸収し、素子が永久破壊に至らないようにする
ことができる。すなわちこの過電圧保護領域10を有さ
ない素子と比較すると、過電圧に対する破壊耐量は著し
く向上することになる。この場合、素子全体の耐圧は過
電圧保護領域10の耐圧によって決まるようになる。こ
の値は応用回路から要求される電圧であればよく、n層
11の不純物濃度と拡散深さはこの設定条件を満足する
ように決められる。
The overvoltage protection region 10 includes an auxiliary electrode 20 connected to the cathode electrode 2, an auxiliary electrode 30 connected to the anode electrode 3, a p-layer 15 in contact with the auxiliary electrode 20, and an n-buffer. An n layer 11 having a lower impurity concentration than the layer 6 or a shallower diffusion depth from the anode surface. By doing so, since the n-layer 11 is more likely to be depleted than the n-buffer layer 6, punch-through occurs most quickly in the overvoltage protection region 10. As a result, the withstand voltage of the overvoltage protection region 10 can be set lower than that of the main element region 9, and when an overvoltage is applied, the energy is absorbed as a current so that the element is not permanently destroyed. can do. That is, as compared with an element not having the overvoltage protection region 10, the breakdown voltage resistance against overvoltage is significantly improved. In this case, the withstand voltage of the entire device is determined by the withstand voltage of the overvoltage protection region 10. This value may be a voltage required from the application circuit, and the impurity concentration and diffusion depth of n layer 11 are determined so as to satisfy the set conditions.

【0014】素子構造として図8に示した従来例と大き
く違う点は、補助電極20と接触しているp層15を形
成する点である。つまり、素子に過電圧が印加されたと
きに過電圧保護領域10に流れる電流は、カソード電極
2と接続された補助電極20に接触していることによっ
て、従来例のようにゲート電極1から素子外部のゲート
回路に流れて行かず、カソード電極2から主電流通路を
流れるようになる。過電圧は不慮のトラブルに起因する
こともあり、その大きさを予測できない場合もあるが、
予測を上回るような過電圧が印加されても、その電流が
主電流通路を流れるようになっていれば、ゲート回路を
できるだけ小さくしたいという要望も可能になる。
The element structure is significantly different from the conventional example shown in FIG. 8 in that a p-layer 15 in contact with the auxiliary electrode 20 is formed. That is, when an overvoltage is applied to the element, the current flowing in the overvoltage protection region 10 is in contact with the auxiliary electrode 20 connected to the cathode electrode 2, so that the current flows from the gate electrode 1 to the outside of the element as in the conventional example. The current does not flow to the gate circuit but flows from the cathode electrode 2 to the main current path. Overvoltage can be due to accidental trouble, and its magnitude may not be predictable,
Even if an overvoltage exceeding expected is applied, if the current flows through the main current path, it is possible to request that the gate circuit be made as small as possible.

【0015】次に、図9に示した従来例と異なる点は、
図9の場合、pベース層の構造に工夫を施すことによっ
て保護機能を付加していたが、本発明では補助電極30
側(アノード電極3側)の接合構造に工夫を施した点が
大きく異なる。印加された過電圧のエネルギーを電流に
変換するには、パンチスルー効果を用いる方が、図9に
示した従来例のようにアバランシェ効果を用いるより
も、破壊耐量を大きくとることができる。
Next, the difference from the conventional example shown in FIG.
In the case of FIG. 9, the protection function is added by devising the structure of the p base layer.
The difference is that the joint structure on the side (the anode electrode 3 side) is devised. In order to convert the energy of the applied overvoltage into a current, the punch-through effect can be used to increase the breakdown strength compared to the avalanche effect as in the conventional example shown in FIG.

【0016】なお、図1にはn層11は一つしか存在し
ていないが、これが複数個ある場合についても全く同様
に本発明を実施することができることはいうまでもな
い。また、補助電極20および30は、それぞれカソー
ド電極2およびアノード電極3と接続されているが、接
続する方法によって制約を受けることはまったく無く、
いかなる方法を用いても構わない。具体的な方法として
は例えば、素子表面にアルミニウム等をパターニングし
て接続する方法や、ワイヤボンディングで接続する方法
や、あるいは圧接型素子で一般に広く用いられている金
属製の熱緩衝板を過電圧保護領域10にも接触するよう
にして接続する方法等がある。
Although only one n-layer 11 is present in FIG. 1, it goes without saying that the present invention can be implemented in exactly the same manner when there are a plurality of n-layers. The auxiliary electrodes 20 and 30 are connected to the cathode electrode 2 and the anode electrode 3, respectively, but are not limited by the connection method at all.
Any method may be used. As a specific method, for example, a method of connecting by patterning aluminum or the like on the element surface, a method of connecting by wire bonding, or a metal thermal buffer plate generally widely used in a pressure contact type element for overvoltage protection. For example, there is a method of connecting the area 10 so as to be in contact therewith.

【0017】またn層11の不純物濃度を下げていくか
または微細化していくと、n層11に静電誘導効果が作
用するようになる。すなわち、ターンオフ動作時におけ
る電圧上昇率が極めて高い場合でも、適切に機能する過
電圧保護領域を得ることが可能となる。また本実施例の
製造方法は、既存の一般的な半導体プロセスの組み合わ
せによって構成される方法でよい。すなわちn層11の
形成には、一例として、フォトリソグラフィー技術を用
いてnバッファ6を形成するための拡散源を過電圧保護
領域10以外に形成して熱処理を施し、その横方向拡散
によって形成する方法をとればよい。n層11の不純物
濃度や拡散深さをより精密に規定したい場合には、さら
にイオン注入技術を利用すればよい。またp層15の形
成には、フォトリソグラフィー技術を用いて過電圧保護
領域10にのみp層を形成し熱処理によって深さを調整
すればよい。
When the impurity concentration of the n-layer 11 is reduced or miniaturized, an electrostatic induction effect acts on the n-layer 11. That is, even when the voltage increase rate during the turn-off operation is extremely high, it is possible to obtain an overvoltage protection region that functions properly. Further, the manufacturing method of this embodiment may be a method configured by a combination of existing general semiconductor processes. That is, for example, in the formation of the n-layer 11, a diffusion source for forming the n-buffer 6 is formed in a region other than the overvoltage protection region 10 using a photolithography technique, heat-treated, and formed by lateral diffusion. Should be taken. If it is desired to more precisely define the impurity concentration and the diffusion depth of the n-layer 11, an ion implantation technique may be further used. In forming the p-layer 15, a p-layer may be formed only in the overvoltage protection region 10 using a photolithography technique, and the depth may be adjusted by heat treatment.

【0018】図2は本発明の請求項2に記載の一実施例
の断面構造図であり、過電圧保護領域10におけるp層
12はpエミッタ層5よりも不純物濃度が高く、アノー
ド表面からの拡散深さが深く形成されている。このこと
により、素子に逆電圧が印加された場合、nバッファ層
6中を拡がる空乏層がpエミッタ層5に到達するよりも
速くp層12に到達しやすくなり、過電圧保護領域10
において最も速くパンチスルーが起こることになる。そ
の結果過電圧保護領域10の耐圧は主素子領域9のそれ
よりも低く設定することができる。また図2にはp層1
2は一つしか存在していないが、これが複数個ある場合
についても全く同様に本発明を実施することができる。
さらにまた図2に示した構造は、nバッファ層6を有し
た構造となっているが、nバッファ層6のない構造であ
ってもまったく同一の原理により実施することが可能で
ある。なお本実施例の製造方法も既存の半導体プロセス
の組み合わせにより構成することができる。
FIG. 2 is a cross-sectional view of one embodiment of the present invention, in which the p-layer 12 in the overvoltage protection region 10 has a higher impurity concentration than the p-emitter layer 5 and diffuses from the anode surface. The depth is formed deep. As a result, when a reverse voltage is applied to the element, the depletion layer spreading in the n-buffer layer 6 easily reaches the p-layer 12 faster than reaches the p-emitter layer 5, and the overvoltage protection region 10
Will result in the fastest punch-through. As a result, the withstand voltage of the overvoltage protection region 10 can be set lower than that of the main element region 9. FIG. 2 shows a p-layer 1
Although only one exists, the present invention can be implemented in exactly the same manner when there are a plurality of them.
Further, the structure shown in FIG. 2 has a structure having the n-buffer layer 6, but a structure without the n-buffer layer 6 can be implemented according to exactly the same principle. Note that the manufacturing method of this embodiment can also be configured by a combination of existing semiconductor processes.

【0019】請求項1、請求項2における過電圧保護領
域10は、いずれも素子耐圧よりも幾分低い電圧でパン
チスルー現象が生じるようにアノード電極3側の接合構
造を設計するものであるため、素子耐圧がパンチスルー
現象によって決まる素子に適用するのが望ましい。その
理由は、素子耐圧がアバランシェ現象によって決まる素
子に適用すると、パンチスルー現象とアバランシェ現象
の温度依存性が反対であるために、最適設計が若干困難
になるためである。
The overvoltage protection region 10 in the first and second aspects is designed so that the junction structure on the anode electrode 3 side is designed so that the punch-through phenomenon occurs at a voltage slightly lower than the element withstand voltage. It is desirable to apply to an element whose element withstand voltage is determined by the punch-through phenomenon. The reason is that, when applied to an element whose element withstand voltage is determined by the avalanche phenomenon, the temperature dependence of the punch-through phenomenon and the avalanche phenomenon is opposite, so that the optimum design becomes slightly difficult.

【0020】以上においては、パンチスルー現象を利用
して過電圧保護領域を実現したが、請求項3はアバラン
シェ降伏を利用して過電圧保護領域を実現するものであ
る。図3は請求項3に記載の一実施例の断面構造図であ
り、過電圧保護領域10におけるn層13はnバッファ
層6よりも不純物濃度が高く、アノード表面からの拡散
深さが深く形成されている。このことにより素子に逆電
圧が印加された時、過電圧保護領域10での電界強度は
その他の領域での電界強度よりも高くなるため、過電圧
保護領域10で最もアバランシェ降伏しやすくなる。す
なわち過電圧保護領域10の耐圧を主素子領域9のそれ
よりも低く設定することができる。また図3にはn層1
3は一つしか存在していないが、これが複数個ある場合
についても全く同様に本発明を実施することができる。
本発明の請求項3に記載の構造では、温度特性を考慮す
ると、過電圧保護領域10の耐圧はアバランシェ現象に
より決まるため、素子耐圧がアバランシェ現象によって
決まる素子に適用するのが望ましい。なお本実施例の製
造方法も既存の半導体プロセスの組み合わせにより構成
することができる。
In the above description, the overvoltage protection region is realized by using the punch-through phenomenon. Claim 3 realizes the overvoltage protection region by using avalanche breakdown. FIG. 3 is a sectional structural view of an embodiment according to claim 3, wherein the n-layer 13 in the overvoltage protection region 10 has a higher impurity concentration than the n-buffer layer 6 and has a deeper diffusion depth from the anode surface. ing. As a result, when a reverse voltage is applied to the element, the electric field intensity in the overvoltage protection region 10 is higher than the electric field intensity in the other regions, so that the avalanche breakdown is most likely to occur in the overvoltage protection region 10. That is, the withstand voltage of the overvoltage protection region 10 can be set lower than that of the main element region 9. FIG. 3 shows the n-layer 1
Although only one is present, the present invention can be implemented in exactly the same manner when there are a plurality of these.
In the structure according to the third aspect of the present invention, in consideration of the temperature characteristics, the withstand voltage of the overvoltage protection region 10 is determined by the avalanche phenomenon. Therefore, it is preferable to apply the invention to an element whose element withstand voltage is determined by the avalanche phenomenon. Note that the manufacturing method of this embodiment can also be configured by a combination of existing semiconductor processes.

【0021】またこれまで説明した請求項1、2、およ
び3記載の本発明いずれに関しても、過電圧保護領域1
0の耐圧を主素子領域9のそれ以下に設定することが必
要であるため、p層15の深さはpベース層4以下の深
さとすることが望ましい。あるいはp層15の形状を図
4に示すような形状としてもよい。図4に示した形状の
構造は、請求項4記載の実施例の断面構造図であり、p
層15を選択的に形成することを特徴とするものであ
る。pベース層4と同じ拡散深さであっても、個々のp
層16相互の間隔を調整することによって、過電圧保護
領域10の耐圧を適宜設定することが可能である。図4
に示した構造はpベース層4と同時に形成することが可
能であるため、過電圧保護領域10を付加しても製造工
程数の増加は無くて済む。なお本実施例の製造方法も既
存の半導体プロセスの組み合わせにより構成することが
できる。
In any of the first, second and third aspects of the present invention described above, the overvoltage protection region 1
Since it is necessary to set the breakdown voltage of 0 to be lower than that of the main element region 9, it is desirable that the depth of the p layer 15 be equal to or less than the p base layer 4. Alternatively, the shape of the p layer 15 may be as shown in FIG. The structure having the shape shown in FIG. 4 is a sectional structural view of the embodiment according to claim 4,
It is characterized in that the layer 15 is selectively formed. Even if the diffusion depth is the same as that of the p base layer 4, individual p
By adjusting the distance between the layers 16, the withstand voltage of the overvoltage protection region 10 can be appropriately set. FIG.
Can be formed at the same time as the p-base layer 4, so that the number of manufacturing steps does not increase even if the overvoltage protection region 10 is added. Note that the manufacturing method of this embodiment can also be configured by a combination of existing semiconductor processes.

【0022】また主素子領域9が埋込ゲート型SIサイ
リスタ等、カソード側にエピタキシャル成長を用いる素
子である場合には、図5、図6に示すようなp層16を
2段階で構成する構造としても、製造工程数の増加無く
過電圧保護領域10の付加が可能である。過電圧保護領
域10に極めて強くキャリヤライフタイム制御を施す
と、過電圧が印加されて電流が生じた時に素子破壊に至
ってしまう危険があるため、過電圧保護領域10には極
力キャリヤライフタイム制御は行わず、微細化等による
構造の最適化を行う必要がある。そのため、図4の構造
よりも微細化が可能である図5、図6に示した構造は過
電圧保護領域10には適している。また必要によりp層
15が3段階以上で構成される構造となっても、本発明
の主旨が変わることはまったくない。
When the main element region 9 is an element using epitaxial growth on the cathode side, such as a buried gate type SI thyristor, the p-layer 16 as shown in FIGS. Also, the overvoltage protection region 10 can be added without increasing the number of manufacturing steps. If the carrier lifetime control is performed extremely strongly on the overvoltage protection region 10, there is a danger that the device will be destroyed when an overvoltage is applied and a current is generated. Therefore, the carrier lifetime control is not performed on the overvoltage protection region 10 as much as possible. It is necessary to optimize the structure by miniaturization or the like. Therefore, the structures shown in FIGS. 5 and 6, which can be made finer than the structure shown in FIG. 4, are suitable for the overvoltage protection region 10. The gist of the present invention does not change even if the p-layer 15 has a structure composed of three or more stages, if necessary.

【0023】図7は本発明の請求項5記載の半導体装置
の一実施例の断面構造図であり、前電圧保護領域10と
主素子領域9の間に分離領域8を有することが特徴であ
る。図7には分離領域8の具体的構造として、静電誘導
効果を利用してなるSISA(Static Indu
ction Separating Aria)構造を
用いた例を示してある。すなわちSISA構造とは、p
ベース層4と同等の深さを有するp型拡散層を適当な間
隔を置いて複数個配置したものである。このSISA構
造を応用した構造の他にもLOCOSを応用した構造、
不純物濃度の低い拡散層による高抵抗を応用した構造、
深い溝を切り込んだ構造等種々の構造が考えられる。極
端な例として、過電圧保護領域10と主素子領域9とを
機械的に完全分離して、両者を一つのパッケージに組み
込む構造までも含めてよい。なお本実施例の製造方法も
既存の半導体プロセスの組み合わせにより構成すること
ができる。
FIG. 7 is a sectional structural view of an embodiment of the semiconductor device according to claim 5 of the present invention, which is characterized in that an isolation region 8 is provided between the front voltage protection region 10 and the main element region 9. . FIG. 7 shows a specific structure of the isolation region 8 as a SISA (Static Indus) using an electrostatic induction effect.
1 shows an example using a Ction Separating Aria) structure. That is, the SISA structure is p
A plurality of p-type diffusion layers having the same depth as the base layer 4 are arranged at appropriate intervals. In addition to the structure applying this SISA structure, a structure applying LOCOS,
Structure applying high resistance by diffusion layer with low impurity concentration,
Various structures such as a structure in which a deep groove is cut are conceivable. As an extreme example, a structure in which the overvoltage protection region 10 and the main element region 9 are completely mechanically separated from each other and incorporated into one package may be included. Note that the manufacturing method of this embodiment can also be configured by a combination of existing semiconductor processes.

【0024】本発明の過電圧保護領域は一種のダイオー
ド構造となっており、本発明を適用した素子はスイッチ
ング素子の主電極間にダイオードを逆並列に配置した逆
導通型素子と言うことができる。一般に逆導通型素子は
主スイッチング素子の耐圧よりも逆並列に配置されたダ
イオードの耐圧の方が高くなるが、本発明をこれに適用
して主スイッチング素子の耐圧よりも逆並列ダイオード
の耐圧を低く設定すれば、ダイオードに主スイッチング
素子の過電圧保護機能を兼備させることが可能となる。
The overvoltage protection region of the present invention has a kind of diode structure, and the device to which the present invention is applied can be said to be a reverse conduction type device in which diodes are arranged in antiparallel between main electrodes of switching devices. In general, the reverse conduction type element has a higher withstand voltage of the diode arranged in antiparallel than the withstand voltage of the main switching element. If it is set low, the diode can also have the overvoltage protection function of the main switching element.

【0025】また本発明の実施例はすべて埋込ゲート型
SIサイリスタに適用する場合について説明したが、本
発明は特に埋込ゲート型SIサイリスタにのみについて
成り立つというものではなく、表面ゲート型およびリセ
スゲート型SIサイリスタ、SIT、GTOサイリス
タ、IGBT、MCT、EST等の半導体装置について
も同様に成り立つことは言うまでもない。また、いずれ
の半導体装置についても縦型構造に限らず、横型構造に
関しても本発明を同様に適用することができる。さら
に、本発明におけるnベース層7は不純物濃度が低けれ
ば、n形半導体に限らず、p形半導体でも真性半導体で
も構わないことは言うまでもないことである。また上記
実施例における各領域の導電形をすべて逆にしてなる構
造についても、本発明の主旨をまったく変更することな
く実施することができる。
Although the embodiments of the present invention have all been described as being applied to a buried-gate SI thyristor, the present invention is not limited to a buried-gate SI thyristor. It goes without saying that the same holds true for semiconductor devices such as the type SI thyristor, SIT, GTO thyristor, IGBT, MCT, and EST. In addition, the present invention can be similarly applied to a horizontal structure as well as a vertical structure for any semiconductor device. Further, it goes without saying that the n-base layer 7 in the present invention is not limited to the n-type semiconductor but may be a p-type semiconductor or an intrinsic semiconductor as long as the impurity concentration is low. Further, the structure in which the conductivity types of the respective regions in the above embodiments are all reversed can be implemented without changing the gist of the present invention at all.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、サ
ージ等の過電圧に対する十分な破壊耐量を有する半導体
装置を提供することが可能となった。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device having a sufficient breakdown strength against an overvoltage such as a surge.

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

【図1】図1は本発明の請求項1記載の一実施例の断面
構造図である。
FIG. 1 is a sectional structural view of a first embodiment of the present invention.

【図2】図2は本発明の請求項2記載の一実施例の断面
構造図である。
FIG. 2 is a sectional structural view of a second embodiment of the present invention.

【図3】図3は本発明の請求項3記載の一実施例の断面
構造図である。
FIG. 3 is a sectional structural view of a third embodiment of the present invention.

【図4】図4は本発明の請求項4記載の第1の実施例の
断面構造図である。
FIG. 4 is a sectional structural view of a first embodiment according to claim 4 of the present invention.

【図5】図5は本発明の請求項4記載の第2の実施例の
断面構造図である。
FIG. 5 is a sectional structural view of a second embodiment according to claim 4 of the present invention.

【図6】図6は本発明の請求項4記載の第3の実施例の
断面構造図である。
FIG. 6 is a sectional structural view of a third embodiment according to claim 4 of the present invention.

【図7】図7は本発明の請求項5記載の一実施例の断面
構造図である。
FIG. 7 is a sectional structural view of an embodiment according to claim 5 of the present invention.

【図8】図8は従来の一例の断面構造図である。FIG. 8 is a sectional structural view of an example of the related art.

【図9】図9は従来の一例の断面構造図である。FIG. 9 is a cross-sectional structural view of an example of the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ゲート電極 2 カソード電極 3 アノード電極 4 pベース層 5 pエミッタ層 6 nバッファ層 7 nベース層 8 分離領域 9 主素子領域 10 過電圧保護領域 11、13 n層 12、15、16 p層 20、30 補助電極 REFERENCE SIGNS LIST 1 gate electrode 2 cathode electrode 3 anode electrode 4 p base layer 5 p emitter layer 6 n buffer layer 7 n base layer 8 isolation region 9 main element region 10 overvoltage protection region 11, 13 n layer 12, 15, 16 p layer 20, 30 auxiliary electrode

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の主電極と制御電極の付近に設けら
れた第1の一導電形半導体層、第1の反導電形半導体層
より成るベース層、該ベース層を介して前記第1の半導
体層と対向する位置にあって、第2の主電極を備えた第
2の導電形半導体層より成るエミッタ層、該エミッタ層
と前記ベース層の間に設けられた第2の反導電形半導体
層より成るバッファ層を有する半導体装置において、前
記第1の主電極に接続される補助電極、該補助電極に接
触する前記ベース層内の第3の一導電形半導体層、該第
3の一導電形半導体層に対向する前記バッファ層中の少
なくとも1ヶ所の不純物濃度を低くするか、または深さ
を浅く形成した第3の反導電形半導体層、前記エミッタ
層を介して前記第3の反導電形半導体層に対向する位置
に設けられた第2の補助電極より成る過電圧保護領域を
備え、前記第2の補助電極は前記第2の主電極に接続し
たことを特徴とする半導体装置。
A first conductive type semiconductor layer provided near a first main electrode and a control electrode; a base layer made of a first anti-conductive type semiconductor layer; An emitter layer comprising a second conductive type semiconductor layer having a second main electrode at a position facing the semiconductor layer, and a second anti-conductive type provided between the emitter layer and the base layer. In a semiconductor device having a buffer layer composed of a semiconductor layer, an auxiliary electrode connected to the first main electrode, a third one conductivity type semiconductor layer in the base layer in contact with the auxiliary electrode, At least one impurity concentration in the buffer layer facing the conductive type semiconductor layer is reduced or the depth of the third anti-conductive type semiconductor layer is reduced, and the third anti-conductive type semiconductor layer is interposed between the third conductive layer and the emitter layer. A second electrode provided at a position facing the conductive type semiconductor layer; A semiconductor device, comprising: an overvoltage protection region including an auxiliary electrode, wherein the second auxiliary electrode is connected to the second main electrode.
【請求項2】 前記バッファ層の有無に関わらず、前記
過電圧保護領域は、前記エミッタ層の少なくとも1ヶ所
の領域の不純物濃度を高くするか、または深さを深くし
て形成したことを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。
2. The overvoltage protection region is formed by increasing the impurity concentration or increasing the depth of at least one region of the emitter layer regardless of the presence or absence of the buffer layer. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記過電圧保護領域は、前記バッファ層
の少なくとも1ヶ所の領域で不純物濃度が高く、または
深さを深くして形成したことを特徴とする請求項1記載
の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the overvoltage protection region has a high impurity concentration or a large depth in at least one region of the buffer layer.
【請求項4】 前記過電圧保護領域における前記第3の
一導電形半導体層が選択的に形成されていることを特徴
とする請求項1、2、または3記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the third one-conductivity-type semiconductor layer in the overvoltage protection region is selectively formed.
【請求項5】 前記過電圧保護領域と主素子領域の間に
分離領域を有することを特徴とする請求項1、2、3、
または4記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, further comprising an isolation region between said overvoltage protection region and said main element region.
Or the semiconductor device according to 4.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011521446A (en) * 2008-05-08 2011-07-21 セミサウス ラボラトリーズ, インコーポレーテッド Semiconductor device with non-punch-through semiconductor channel with enhanced conductivity and process
CN102683396A (en) * 2012-04-20 2012-09-19 谢可勋 Semiconductor apparatus with overvoltage protection and bidirectional polar device based on apparatus
CN109686784A (en) * 2018-12-27 2019-04-26 清华大学 A kind of GCT chip with wave buffer area

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