JPH10321857A - Mos semiconductor device having high breakdown strength - Google Patents

Mos semiconductor device having high breakdown strength

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JPH10321857A
JPH10321857A JP6523998A JP6523998A JPH10321857A JP H10321857 A JPH10321857 A JP H10321857A JP 6523998 A JP6523998 A JP 6523998A JP 6523998 A JP6523998 A JP 6523998A JP H10321857 A JPH10321857 A JP H10321857A
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mos
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Tatsuhiko Fujihira
龍彦 藤平
Takeyoshi Nishimura
武義 西村
Takashi Kobayashi
小林  孝
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a MOS semiconductor device which can be operated surely, can be manufactured easily, and is improved in avalanche resistance by providing a plurality of Zener diodes reversely connected in series with each other between the source electrodes and gate electrodes of second and first MOS semiconductor elements. SOLUTION: An auxiliary IGBT section which is a second MOS semiconductor element 2 and Zener diodes 3 which are reversely connected in series with each other are connected in series between the drain and gate of a main IGBT section which is a first MOS semiconductor element 1. In addition, the drain and gate of the auxiliary IGBT section are shortcircuited. In the Zener diodes row 3, reversely connected Zener diodes are connected in multiple stages. Therefore, when an overvoltage is applied across the gate electrodes of the second MOS semiconductor element 2, the element 2 is turned on and a current is supplied to the gate electrode of the first MOS semiconductor element 1 through the Zener diodes 3, turns on the element 1, and increases the avalanche resistance of the element 1.

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、半導体基板の表面
層に分散して金属−酸化膜−半導体(MOS)構造のゲ
ートを持つ複数のソース領域が設けられるMOS型電界
効果トランジスタ(以下MOSFETと記す)、絶縁ゲ
ートバイポーラトランジスタ(以下IGBTと記す)な
どのMOS型半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MOS field effect transistor (hereinafter referred to as a MOSFET) in which a plurality of source regions having a gate of a metal-oxide-semiconductor (MOS) structure are provided dispersed in a surface layer of a semiconductor substrate. And a MOS type semiconductor device such as an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IGBT).

【0002】[0002]

【従来の技術】例えばMOS型半導体装置の一つのMO
SFETは、n型半導体基板の表面層に、不純物の選択
的な拡散によりpn接合が基板表面に露出するようなp
ベース領域を形成し、更にその表面層に同様のnソース
領域を形成し、nソース領域とn型半導体基板に挟まれ
たpベース領域の表面層であるチャネル領域の表面上に
絶縁膜を介してゲート電極を設け、pベース領域とnソ
ース領域に共通に接触するソース電極を設け、n型半導
体基板にドレイン電極を設けて製作される。ゲート電極
に適当な電圧を印加することにより、前記のチャネル領
域に反転層を生じ、その反転層を通じてドレイン電極・
ソース電極間が低抵抗化し、電流を流すものである。
2. Description of the Related Art For example, one MO of a MOS type semiconductor device is used.
The SFET has a structure in which a pn junction is exposed on the surface of the substrate by selective diffusion of impurities in a surface layer of the n-type semiconductor substrate.
A base region is formed, and a similar n-source region is formed in the surface layer. An insulating film is formed on the surface of the channel region which is the surface layer of the p-base region sandwiched between the n-source region and the n-type semiconductor substrate. In this case, a gate electrode is provided, a source electrode is provided in common contact with the p base region and the n source region, and a drain electrode is provided on the n-type semiconductor substrate. By applying an appropriate voltage to the gate electrode, an inversion layer is formed in the channel region, and through the inversion layer, the drain electrode
The resistance between the source electrodes is reduced, and a current flows.

【0003】IGBTの例は、MOSFETのドレイン
電極側にp型の領域を加えることにより、少数キャリア
の注入を利用し、伝導度変調型にしたものといえる。ス
イッチング回路において、オン抵抗の低さやスイッチン
グ速度の速さ、電圧による制御のし易さ等から、MOS
型半導体装置が多用されている。
An example of an IGBT can be said to be a conductivity-modulated type by adding a p-type region to the drain electrode side of a MOSFET and utilizing the injection of minority carriers. In switching circuits, MOS transistors are used because of their low on-resistance, high switching speed, and easy control by voltage.
Semiconductor devices are frequently used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】近年、スイッチング回
路において、そのスイッチング素子であるMOS型半導
体装置は、スナバ回路を省略化した等の回路の簡略化、
装置の小型化等により、発生したサージ電圧を受けやす
くなってきている。例えば、誘導性の負荷(所謂L負
荷)の電流を遮断しようとすると、インダクタンスに蓄
えられていたエネルギのため、MOS型半導体装置にか
かる電圧は上昇し、時には電源電圧以上になることすら
ある。この過電圧ストレスは、MOS型半導体装置にと
って破壊の原因につながり、その破壊耐量(アバランシ
ェ耐量)の向上が求められてきている。
In recent years, in a switching circuit, a MOS type semiconductor device as a switching element has a simplified circuit such as omitting a snubber circuit.
Due to miniaturization of the device and the like, it has become easier to receive the generated surge voltage. For example, when an attempt is made to cut off the current of an inductive load (so-called L load), the voltage applied to the MOS semiconductor device increases due to the energy stored in the inductance, and sometimes even exceeds the power supply voltage. This overvoltage stress leads to the cause of destruction of the MOS type semiconductor device, and there is a demand for an improvement in the destruction resistance (avalanche resistance).

【0005】このようなMOS型半導体装置のアバラン
シェ耐量を向上させるための一方法として、pベース領
域の一部の拡散深さを深くすることが行われる。しか
し、その拡散深さを深くすると、オン抵抗などの他の特
性に影響がでてしまう。例えば、あるMOSFETで、
その深さを5μmから7μmにすることにより、アバラ
ンシェ耐量は25%増大するが、同時にオン抵抗が15
%増大する。従ってこの方法は万能ではない。
As one method for improving the avalanche withstand capability of such a MOS type semiconductor device, the diffusion depth of a part of the p base region is increased. However, when the diffusion depth is increased, other characteristics such as on-resistance are affected. For example, in a MOSFET,
By increasing the depth from 5 μm to 7 μm, the avalanche resistance is increased by 25%, but at the same time, the on-resistance is reduced by 15%.
% Increase. Therefore, this method is not universal.

【0006】図11は、別の対策をおこなったMOSF
ETの断面図である[USP.5,365,099]。
図の左側部分は、普通のMOSFETである。すなわ
ち、n+ ドレイン層11上に積層されたnドリフト層1
3の表面層に、複数のpベース領域14とその内部のp
+ コンタクト領域15が形成され、さらにその表面層に
nソース領域16が形成されている。そして、例えば多
結晶シリコンからなるゲート電極層18が、pベース領
域14のnソース領域16とnドリフト層13の露出面
とに挟まれた部分の上にゲート酸化膜17を介して設け
られている。pベース領域14およびnソース領域16
に共通に接触して、Al合金からなるソース電極19が
設けられ、ほう素燐シリカガラス(BPSG)からなる
層間絶縁膜によって絶縁されて、ゲート電極層18の上
に延長されている。n+ ドレイン層11の裏面側には、
Al−Si合金からなるドレイン電極20が設けられて
いる。図のようなpベース領域14の上下にnソース領
域16、ソース電極19などをもった単位の構造をセル
構造と呼ぶことにする。セル構造は、多角形や方形にさ
れることが多く、実際のMOSFETにおいては、この
ようなセル構造が多数、並置されている。
FIG. 11 shows a MOSF in which another measure is taken.
FIG. 2 is a cross-sectional view of USP. 5,365,099].
The left part of the figure is a normal MOSFET. That is, the n drift layer 1 stacked on the n + drain layer 11
3 has a plurality of p base regions 14 and p
+ Contact region 15 is formed, and n source region 16 is formed in the surface layer. A gate electrode layer 18 made of, for example, polycrystalline silicon is provided via a gate oxide film 17 on a portion between the n source region 16 of the p base region 14 and the exposed surface of the n drift layer 13. I have. p base region 14 and n source region 16
, A source electrode 19 made of an Al alloy is provided, insulated by an interlayer insulating film made of borophosphosilicate glass (BPSG), and extended over the gate electrode layer 18. On the back side of the n + drain layer 11,
A drain electrode 20 made of an Al-Si alloy is provided. A unit structure having an n source region 16, a source electrode 19, and the like above and below a p base region 14 as shown in the figure is called a cell structure. The cell structure is often polygonal or rectangular, and many such cell structures are juxtaposed in an actual MOSFET.

【0007】図11の右側部分には、アバランシェ耐量
を増大させるための手段が描かれている。すなわち、n
ドリフト層13の表面層にn+ コンタクト領域7が形成
され、そのn+ コンタクト領域7に補助電極8が接触し
ている。nドリフト層13の表面上の厚い酸化膜9上に
互いに逆に接続された逆向直列ツェナーダイオード10
が設けられていて、先の補助電極8がこの逆向直列ツェ
ナーダイオード10の一端に接続され、逆向直列ツェナ
ーダイオード10の他端から取り出された電極はMOS
FETのゲート電極層18に接続されている。
On the right side of FIG. 11, means for increasing the avalanche resistance is shown. That is, n
An n + contact region 7 is formed in the surface layer of drift layer 13, and auxiliary electrode 8 is in contact with n + contact region 7. A reverse series Zener diode 10 connected in reverse to the thick oxide film 9 on the surface of the n drift layer 13
Is provided, the auxiliary electrode 8 is connected to one end of the reverse series Zener diode 10, and the electrode taken out from the other end of the reverse series Zener diode 10 is a MOS.
It is connected to the gate electrode layer 18 of the FET.

【0008】この構造では、補助電極8がドレイン電極
20と同電位になっているので、ドレイン電極20にか
かる高電圧が逆向直列ツェナーダイオード10のクラン
プ電圧以上になると、その高電圧とクランプ電圧との差
が、MOSFETのゲート電極層18に印加され、MO
SFETをオンさせて、素子の保護をおこなう。しか
し、図11の構成とするためには、厚い酸化膜9に窓を
開けてn+ コンタクト領域7を形成しなければならず、
しかも、動作を確実にするためには、n+コンタクト領
域7の面積を広くとらなければならない。
In this structure, since the auxiliary electrode 8 is at the same potential as the drain electrode 20, when the high voltage applied to the drain electrode 20 exceeds the clamp voltage of the reverse series Zener diode 10, the high voltage and the clamp voltage Is applied to the MOSFET gate electrode layer 18 and the
Turn on the SFET to protect the device. However, in order to obtain the structure of FIG. 11, a window must be opened in the thick oxide film 9 to form the n + contact region 7.
In addition, in order to ensure the operation, the area of n + contact region 7 must be made large.

【0009】以上の問題に鑑み、本発明の目的は、動作
が確実で製造も容易な、アバランシェ耐量を向上させた
MOS型半導体装置を提供することにある。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a MOS type semiconductor device which is reliable in operation and easy to manufacture and has improved avalanche withstand capability.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題解決のため本発
明の、高破壊耐量MOS型半導体装置は、主電流を流す
第一のMOS型半導体素子と、第一のMOS型半導体素
子と同じ構造で主電流より小さい電流を流す第二のMO
S型半導体素子とが同一の半導体基板に設けられ、第一
のMOS型半導体素子と第二のMOS型半導体素子との
ドレイン電極が共通で、第二のMOS型半導体素子のゲ
ート電極がそのドレイン電極に接続され、第二のMOS
型半導体素子のソース電極と第一のMOS型半導体素子
のゲート電極との間に、逆向直列に接続された複数のツ
ェナーダイオードを備えるものとする。
In order to solve the above problems, a high breakdown voltage MOS type semiconductor device according to the present invention has a first MOS type semiconductor element through which a main current flows and the same structure as the first MOS type semiconductor element. The second MO that passes a current smaller than the main current at
The S-type semiconductor element is provided on the same semiconductor substrate, the drain electrode of the first MOS type semiconductor element and the drain electrode of the second MOS type semiconductor element are common, and the gate electrode of the second MOS type semiconductor element has its drain Connected to the second MOS
A plurality of zener diodes connected in reverse series are provided between the source electrode of the semiconductor element and the gate electrode of the first MOS semiconductor element.

【0011】そのようにすれば、ドレイン電極と第一の
MOS型半導体素子のゲート電極との間に過電圧が印加
された時に、第二のMOS型半導体素子がオンし、その
電流が逆向直列ツェナーダイオード(少なくとも1組が
逆向であればよい)を通して第一のMOS型半導体素子
のゲート電極に供給され、第一のMOS型半導体素子を
オンさせて、MOS型半導体装置を過電圧から保護し、
破壊耐量を増大させる。
With this configuration, when an overvoltage is applied between the drain electrode and the gate electrode of the first MOS type semiconductor element, the second MOS type semiconductor element is turned on, and the current flows through the reverse series Zener. It is supplied to the gate electrode of the first MOS type semiconductor element through a diode (at least one set is only required to be in the opposite direction), turns on the first MOS type semiconductor element, protects the MOS type semiconductor device from overvoltage,
Increases breakdown strength.

【0012】特に、第一のMOS型半導体素子のゲート
電極とソース電極との間に、逆向直列のツェナーダイオ
ード(少なくとも1組が逆向であればよい)を備えるも
のがよい。そのようにすれば、ゲート電極とソース電極
との間に過電圧が印加された時に、そのツェナーダイオ
ードを通じてバイパスさせることができ、MOS型半導
体装置の薄いゲート絶縁膜等を過電圧から保護すること
ができる。
In particular, it is preferable that a reverse-connected series Zener diode is provided between the gate electrode and the source electrode of the first MOS type semiconductor element (at least one set of the zener diode is required to be in the reverse direction). By doing so, when an overvoltage is applied between the gate electrode and the source electrode, the overvoltage can be bypassed through the Zener diode, and the thin gate insulating film and the like of the MOS semiconductor device can be protected from the overvoltage. .

【0013】更に、第一のMOS型半導体素子のゲート
電極とソース電極との間に、抵抗を備えるものとすれ
ば、第一のMOS型半導体素子のゲート電極が、断線等
で浮遊した時に、ノイズ電圧からゲート電極を保護する
ことができる。更にまた、第一、第二のMOS型半導体
素子が共にIGBTであれば、伝導度変調型素子である
ため、第一のMOS型半導体素子の面積が少なくて済
む。
Further, if a resistance is provided between the gate electrode and the source electrode of the first MOS type semiconductor device, when the gate electrode of the first MOS type semiconductor device floats due to disconnection or the like, The gate electrode can be protected from noise voltage. Furthermore, if both the first and second MOS semiconductor elements are IGBTs, since they are conductivity modulation elements, the area of the first MOS semiconductor element can be reduced.

【0014】また、第一、第二のMOS型半導体素子
が、相対する第一、第二の主面と、第一導電型ドリフト
層と、その第一導電型ドリフト層の第一主面の側の表面
層に形成された第二導電型ベース領域と、その第二導電
型ベース領域によって第一導電型ドリフト層から離間さ
れた第一導電型ソース領域と、第一導電型ソース領域と
第一導電型ドリフト層とに挟まれた第二導電型ベース領
域の表面上に、ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート
電極層と、第一導電型ソース領域と第二導電型ベース領
域とに共通に接触して設けられたソース電極と、第一導
電型ドリフト層の他方の側に設けられたドレイン層と、
そのドレイン層の表面に接触して第二主面に設けられた
ドレイン電極と、ゲート電極層に接触して設けられたゲ
ート電極とを有するものであるものとすれば、縦型でプ
レーナタイプのMOS型半導体装置となり、半導体基板
の利用効率が高く、電力用半導体装置として用途が広
い。
Further, the first and second MOS type semiconductor elements are formed by opposing first and second main surfaces, a first conductivity type drift layer, and a first main surface of the first conductivity type drift layer. A second conductivity type base region formed on the side surface layer, a first conductivity type source region separated from the first conductivity type drift layer by the second conductivity type base region, On the surface of the second conductivity type base region sandwiched between the one conductivity type drift layer, the gate electrode layer provided via the gate insulating film, and the first conductivity type source region and the second conductivity type base region. A source electrode provided in common contact, a drain layer provided on the other side of the first conductivity type drift layer,
If it has a drain electrode provided on the second main surface in contact with the surface of the drain layer and a gate electrode provided in contact with the gate electrode layer, a vertical and planar type It becomes a MOS type semiconductor device, the utilization efficiency of the semiconductor substrate is high, and the application is wide as a power semiconductor device.

【0015】第一、第二のMOS型半導体素子が、相対
する第一、第二の主面と、高比抵抗の第一導電型ドリフ
ト層と、その第一導電型ドリフト層の第一主面の側の表
面層に形成された第二導電型ベース領域と、その第二導
電型ベース領域によって第一導電型ドリフト層から離間
された第一導電型ソース領域と、第一導電型ソース領域
が内壁に露出するように第二導電型ベース領域より深く
掘り下げたトレンチと、そのトレンチ内にゲート絶縁膜
を介して形成されたゲート電極層と、第一導電型ソース
領域と第二導電型ベース領域とに共通に接触して設けら
れたソース電極と、第一導電型ドリフト層の他方の側に
設けられたドレイン層と、そのドレイン層の表面に接触
して第二主面に設けられたドレイン電極と、ゲート電極
層に接触して設けられたゲート電極とを有するものであ
るものであるものとすれば、縦型でトレンチゲートタイ
プのMOS型半導体装置となり、更に半導体基板の利用
効率が高められ、電力用半導体装置として用途が広い。
A first and a second MOS type semiconductor element have opposing first and second main surfaces, a first conductivity type drift layer having a high specific resistance, and a first main type drift layer of the first conductivity type drift layer. A second conductivity type base region formed in the surface layer on the side of the surface, a first conductivity type source region separated from the first conductivity type drift layer by the second conductivity type base region, and a first conductivity type source region A trench dug deeper than the second conductivity type base region so that the first conductivity type base region is exposed to the inner wall, a gate electrode layer formed in the trench via a gate insulating film, a first conductivity type source region and a second conductivity type base. A source electrode provided in common with the region, a drain layer provided on the other side of the first conductivity type drift layer, and a second main surface provided in contact with the surface of the drain layer. Provided in contact with the drain electrode and the gate electrode layer Assuming the those in which a gate electrode, the vertical in becomes MOS type semiconductor device of a trench gate type, further enhanced semiconductor substrate utilization efficiency, versatile as the power semiconductor device.

【0016】第一の主面上の第一と第二のMOS型半導
体素子の間に厚いフィールド絶縁膜が配置され、第二の
MOS型半導体素子のゲート電極層の一部がそのフィー
ルド絶縁膜上へ延ばされ、第一の主面上の第二のMOS
型半導体素子の第二導電型ベース領域の周りの第一導電
型ドリフト層とゲート電極層との間に前記フィールド絶
縁膜より薄い絶縁膜を有する部分を備えるものとする。
A thick field insulating film is disposed between the first and second MOS type semiconductor elements on the first main surface, and a part of the gate electrode layer of the second MOS type semiconductor element is formed by the field insulating film. Second MOS on the first major surface, extended up
A portion having an insulating film thinner than the field insulating film between the first conductive type drift layer and the gate electrode layer around the second conductive type base region of the semiconductor device.

【0017】そのようにすれば、その薄い絶縁膜の部分
で、厚いフィールド絶縁膜の下に反転層を生じるのを防
止して、第一、第二のMOS型半導体素子の第二導電型
ベース領域間に電流が流れるのを抑制することができ
る。特に、前記薄い絶縁膜が、ゲート絶縁膜とほぼ同じ
厚さであるものとする。そのようにすれば、ゲート絶縁
膜の形成時に同時に形成できるので製造プロセスが複雑
にならない。
In this case, the inversion layer is prevented from being formed under the thick field insulating film in the thin insulating film portion, and the second conductive type base of the first and second MOS type semiconductor elements is prevented. It is possible to suppress a current from flowing between the regions. In particular, it is assumed that the thin insulating film has substantially the same thickness as the gate insulating film. In this case, the gate insulating film can be formed at the same time when the gate insulating film is formed, so that the manufacturing process is not complicated.

【0018】相対する第一、第二の主面と、高比抵抗の
第一導電型ドリフト層と、その第一導電型ドリフト層の
第一主面の側の表面層に形成された第二導電型ベース領
域と、その第二導電型ベース領域によって第一導電型ド
リフト層から離間された第一導電型ソース領域と、第一
導電型ソース領域と第一導電型ドリフト層とに挟まれた
第二導電型ベース領域の表面上に、ゲート絶縁膜を介し
て設けられたゲート電極層と、第一導電型ソース領域と
第二導電型ベース領域とに共通に接触して設けられたソ
ース電極と、第一導電型ドリフト層の他方の側に設けら
れた第二導電型ドレイン層と、その第二導電型ドレイン
層の表面に接触して第二主面に設けられたドレイン電極
と、ゲート電極層に接触して設けられたゲート電極とを
有する高破壊耐量MOS型半導体装置すなわちプレーナ
タイプの縦型IGBTにおいて、前記第一導電型ドリフ
ト層と第二導電型ドレイン層との間にバラスト抵抗層が
設けられ、このバラスト抵抗層の、比抵抗が0.05〜
1Ω・cmの範囲である部分の厚さが約30μm〜80
μmの範囲にあるものとすることが重要である。
The first and second main surfaces facing each other, the first conductivity type drift layer having high specific resistance, and the second conductive layer formed on the surface layer on the first main surface side of the first conductivity type drift layer. A conductivity type base region, a first conductivity type source region separated from the first conductivity type drift layer by the second conductivity type base region, and sandwiched between the first conductivity type source region and the first conductivity type drift layer. A gate electrode layer provided on the surface of the second conductivity type base region via a gate insulating film; and a source electrode provided in common contact with the first conductivity type source region and the second conductivity type base region. And a second conductivity type drain layer provided on the other side of the first conductivity type drift layer, a drain electrode provided on the second main surface in contact with the surface of the second conductivity type drain layer, and a gate. High breakdown strength with a gate electrode provided in contact with the electrode layer In an OS type semiconductor device, that is, a planar type vertical IGBT, a ballast resistance layer is provided between the first conductivity type drift layer and the second conductivity type drain layer, and the specific resistance of the ballast resistance layer is 0.05. ~
The thickness of the portion in the range of 1 Ω · cm is about 30 μm to 80 μm.
It is important to be in the range of μm.

【0019】第一導電型ソース領域が内壁に露出するよ
うに第二導電型ベース領域より深く掘り下げたトレンチ
を有するいわゆるトレンチゲートタイプのIGBTであ
っても、第一導電型ドリフト層と第二導電型ドレイン層
との間のバラスト抵抗層の、比抵抗が0.05〜1Ω・
cmの範囲である部分の厚さが約30μm〜80μmの
範囲にあるものとすることが重要である。
Even in the case of a so-called trench gate type IGBT having a trench dug deeper than the base region of the second conductivity type so that the source region of the first conductivity type is exposed on the inner wall, the first conductivity type drift layer and the second conductivity type are formed. Resistance of the ballast resistance layer between the gate type drain layer and the drain layer is 0.05 to 1Ω.
It is important that the thickness of the part, which is in the range of cm, is in the range of about 30 μm to 80 μm.

【0020】そのようにすれば、バラスト抵抗層が抵抗
となりアバランシェ電流を分散する作用があると思われ
る。比抵抗が低すぎ、あるいは厚さが薄すぎると、抵抗
としての作用が無く、比抵抗が高すぎ、あるいは厚さが
厚すぎると、抵抗としての作用は十分であるが、オン電
圧が増大する等他の特性に影響する。特に、前記バラス
ト抵抗層の比抵抗の範囲が、0.1〜0.4Ω・cmの
範囲であるものとする。
In this case, it is considered that the ballast resistance layer acts as a resistance and has an effect of dispersing the avalanche current. When the specific resistance is too low or the thickness is too small, there is no action as a resistance, and when the specific resistance is too high or the thickness is too thick, the action as the resistance is sufficient, but the ON voltage increases. And other properties. In particular, the range of the specific resistance of the ballast resistance layer is in the range of 0.1 to 0.4 Ω · cm.

【0021】そのような比抵抗の範囲が、実験の結果、
素子としても適当であり、アバランシェ電流を分散する
作用により、アバランシェ耐量が大きかった。前記バラ
スト抵抗層は、第一導電型であっても、ドリフト領域と
接する第一導電型の部分と、ドレイン領域と接する第二
導電型の部分とからなるものであってもよい。
As a result of the experiment, the range of the specific resistance was
It is also suitable as a device, and has an avalanche withstand capability due to the action of dispersing the avalanche current. The ballast resistance layer may be of the first conductivity type, or may be composed of a portion of the first conductivity type in contact with the drift region and a portion of the second conductivity type in contact with the drain region.

【0022】そのどちらでも、バラスト抵抗層が抵抗と
なりアバランシェ電流を分散する作用がある。相対する
第一、第二の主面と、第一導電型ドリフト層と、その第
一導電型ドリフト層の第一主面の側の表面層に形成され
た第二導電型ベース領域と、その第二導電型ベース領域
によって第一導電型ドリフト層から離間された第一導電
型ソース領域と、第一導電型ソース領域と第一導電型ド
リフト層とに挟まれた第二導電型ベース領域の表面上
に、ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極層と、
第一導電型ソース領域と第二導電型ベース領域とに共通
に接触して設けられたソース電極と、第一導電型ドリフ
ト層の他方の側に設けられた第一導電型ドリフト層より
低抵抗な第一導電型ドレイン層と、その第一導電型ドレ
イン層の表面に接触して第二主面に設けられたドレイン
電極と、ゲート電極層に接触して設けられたゲート電極
とを有する高破壊耐量MOS型半導体装置、すなわちプ
レーナタイプの縦型MOSFETにおいて、前記第一導
電型ドリフト層と第一導電型ドレイン層との間に第一導
電型のバラスト抵抗層が設けられ、このバラスト抵抗層
はMOS型半導体装置がオフ状態の時に高電圧が印加さ
れてアバランシェ降伏を生じた時にも空乏化されない領
域であり、比抵抗の範囲が、前記第一導電型ドリフト層
の比抵抗と同程度以下で、しかもその1/10以上であ
る部分の厚さが約1μm以上であるものとする。
In either case, the ballast resistor layer acts as a resistor to disperse the avalanche current. Opposite first and second main surfaces, the first conductivity type drift layer, and the second conductivity type base region formed on the surface layer on the first main surface side of the first conductivity type drift layer, A first conductivity type source region separated from the first conductivity type drift layer by the second conductivity type base region, and a second conductivity type base region sandwiched between the first conductivity type source region and the first conductivity type drift layer. A gate electrode layer provided on the surface with a gate insulating film interposed therebetween,
A source electrode provided in common contact with the first conductivity type source region and the second conductivity type base region; and a lower resistance than the first conductivity type drift layer provided on the other side of the first conductivity type drift layer. A first conductive type drain layer, a drain electrode provided on the second main surface in contact with the surface of the first conductive type drain layer, and a gate electrode provided in contact with the gate electrode layer. In a breakdown type MOS semiconductor device, that is, a planar type vertical MOSFET, a first conductive type ballast resistance layer is provided between the first conductive type drift layer and the first conductive type drain layer. Is a region that is not depleted even when a high voltage is applied when an avalanche breakdown occurs when the MOS type semiconductor device is in an off state, and the specific resistance range is approximately the same as the specific resistance of the first conductivity type drift layer. Under, moreover assumed thickness of the portion is 1/10 or more is about 1μm or more.

【0023】第一導電型ソース領域が内壁に露出するよ
うに第二導電型ベース領域より深く掘り下げたトレンチ
を有するいわゆるトレンチゲートタイプのMOSFET
であっても、前記第一導電型ドリフト層と第一導電型ソ
ースドレイン層との間に第一導電型のバラスト抵抗層が
設けられ、このバラスト抵抗層はMOS型半導体装置が
オフ状態の時に高電圧が印加されてアバランシェ降伏を
生じた時にも空乏化されない領域であり、比抵抗の範囲
が、前記第一導電型ドリフト層の比抵抗と同程度以下
で、しかもその1/10以上である部分の厚さが約1μ
m以上であるものとすることが重要である。
A so-called trench gate type MOSFET having a trench dug deeper than the second conductivity type base region so that the first conductivity type source region is exposed on the inner wall.
Also, a ballast resistance layer of the first conductivity type is provided between the drift layer of the first conductivity type and the source / drain layer of the first conductivity type, and the ballast resistance layer is provided when the MOS type semiconductor device is in the off state. This is a region that is not depleted even when avalanche breakdown occurs due to application of a high voltage, and the specific resistance range is equal to or less than the specific resistance of the drift layer of the first conductivity type, and more than 1/10 of the specific resistance. The thickness of the part is about 1μ
It is important to be at least m.

【0024】そして、前記バラスト抵抗層の部分の厚さ
が、前記第一導電型ドリフト層の厚さの1/2以下であ
るものとする。そのようにすれば、バラスト抵抗層が抵
抗となりアバランシェ電流を分散する作用があると思わ
れる。厚さが薄すぎると、抵抗としての作用が無く、あ
るいは厚さが厚すぎると、抵抗としての作用は十分であ
るが、オン抵抗が増大する等他の特性に影響する。
The thickness of the portion of the ballast resistance layer is 1 / or less of the thickness of the drift layer of the first conductivity type. In such a case, the ballast resistance layer serves as a resistor, and seems to have an effect of dispersing the avalanche current. If the thickness is too small, there is no effect as a resistor. If the thickness is too large, the effect as a resistor is sufficient, but other characteristics such as an increase in on-resistance are affected.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例に基づき本発明の実施の形態例を説明する。以
下の実施例では、n、pを冠した領域、層等はそれぞれ
電子、正孔を多数キャリアとする領域、層を意味するも
のとし、第一導電型をn型、第二導電型をp型とする
が、これを逆にすることも可能である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings based on embodiments of the present invention. In the following examples, regions and layers bearing n and p mean regions and layers having electrons and holes as majority carriers, respectively. The first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. Although it is a type, it is also possible to reverse this.

【0026】〔実施例1〕図2(a)は、本発明第一の
実施例(以下実施例1と記す)のIGBTのチップの平
面図である。1は第一のMOS型半導体素子であり、負
荷電流のスイッチングをおこなう主IGBT部、2は第
二のMOS型半導体素子であり、耐量向上のための補助
IGBT部である。3は逆向直列ツェナーダイオード、
4はゲートパッドである。図2(b)〜(d)は配置を
変えた変形例である。同じ符号は同じものを意味してい
る。このように、第二のMOS型半導体素子は、チップ
の周縁近傍に配置し、ゲートパット4との間に逆向直列
ツェナーダイオード3を配置するのが良い。
Embodiment 1 FIG. 2A is a plan view of an IGBT chip according to a first embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as Embodiment 1). Reference numeral 1 denotes a first MOS-type semiconductor element, which is a main IGBT section for switching a load current, and reference numeral 2 denotes a second MOS-type semiconductor element, which is an auxiliary IGBT section for improving the immunity. 3 is a reverse series Zener diode,
4 is a gate pad. 2B to 2D are modified examples in which the arrangement is changed. The same reference sign means the same thing. As described above, it is preferable that the second MOS type semiconductor element is disposed near the periphery of the chip, and the reverse series Zener diode 3 is disposed between the second MOS semiconductor element and the gate pad 4.

【0027】図3は実施例1のIGBTの等価回路図で
ある。ここでは、MOSFETと類似の呼称をすること
にする。すなわちIGBTのコレクタをドレイン、エミ
ッタをソースと呼ぶ。第一のMOS型半導体素子1であ
る主IGBT部のドレインD−ゲートG間に、第二のM
OS型半導体素子2である補助IGBT部と逆向直列ツ
ェナーダイオード3とが直列に接続されている。そし
て、補助IGBT部のドレインdと、補助IGBT部の
ゲートgとは短絡されている。逆向直列ツェナーダイオ
ード列3は、逆方向に接続されたツェナーダイオードが
多段に接続されているものである。また、主IGBT部
のソースS−ゲートG間には、逆方向に接続されたツェ
ナーダイオード5と、抵抗6とが並列に接続されてい
る。ツェナーダイオード5は、G−S間に過電圧が加え
られた際に、バイパスさせて素子を保護する作用をもつ
(従って、所要の過電圧によってツェナーダイオードの
特性を適宜選択すればよいので、必ずしも対である必要
はなく、少なくとも1対の逆向のツェナーダイオードが
あればよい)。また、抵抗6は、ゲートリードの断線な
どにより、ゲートGに高電圧ノイズ等が加えられるのを
防止する働きをする。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the IGBT of the first embodiment. Here, the names are similar to the MOSFETs. That is, the collector of the IGBT is called a drain and the emitter is called a source. Between the drain D and the gate G of the main IGBT section which is the first MOS type semiconductor element 1, the second M
An auxiliary IGBT section, which is an OS type semiconductor element 2, and a reverse series Zener diode 3 are connected in series. The drain d of the auxiliary IGBT section and the gate g of the auxiliary IGBT section are short-circuited. The reverse series zener diode array 3 is configured by connecting zener diodes connected in the reverse direction in multiple stages. Further, between the source S and the gate G of the main IGBT section, a Zener diode 5 and a resistor 6 connected in opposite directions are connected in parallel. The Zener diode 5 has a function of protecting the element by bypassing when an overvoltage is applied between G and S. (Therefore, since the characteristics of the Zener diode may be appropriately selected depending on the required overvoltage, the Zener diode 5 is not necessarily a pair. It need not be, but only need to have at least one pair of reverse zener diodes). Further, the resistor 6 functions to prevent high voltage noise or the like from being applied to the gate G due to disconnection of the gate lead or the like.

【0028】図4は、図2(a)の実施例1のIGBT
チップの補助IGBT部近傍を拡大した透視平面図であ
る。Alの各電極の端は点線で、多結晶シリコン層の端
は太線で示してある。IGBTチップの周縁電極32と
一部がかさなるように補助IGBT部のゲート電極層3
8となる多結晶シリコン層がパターン形成されている。
補助IGBTの補助ソース電極39は、ハッチングをほ
どこした部分でシリコン基板表面に接触している。また
補助IGBT部のソース電極39は、逆向直列ツェナー
ダイオード3の一端に接続されている。逆向直列ツェナ
ーダイオード3の他端は、主IGBT部のゲートパッド
4に接続されている。
FIG. 4 shows the IGBT of the first embodiment shown in FIG.
FIG. 4 is an enlarged perspective plan view of the vicinity of an auxiliary IGBT portion of the chip. The ends of the Al electrodes are indicated by dotted lines, and the ends of the polycrystalline silicon layer are indicated by thick lines. The gate electrode layer 3 of the auxiliary IGBT part is formed so as to partially overlap the peripheral electrode 32 of the IGBT chip.
8, a polycrystalline silicon layer is patterned.
The auxiliary source electrode 39 of the auxiliary IGBT is in contact with the silicon substrate surface at the hatched portion. Further, the source electrode 39 of the auxiliary IGBT section is connected to one end of the reverse series Zener diode 3. The other end of the reverse series Zener diode 3 is connected to the gate pad 4 of the main IGBT section.

【0029】図1は、図4のA−A線に沿った断面図で
ある。図の左端近傍は、電流のスイッチングをおこなう
主IGBT部1である。この部分の構造は、一般のIG
BTとほぼ同じである。すなわち、高比抵抗のnドリフ
ト層23の一方の面側の表面層に互いに離れたpベース
領域24が形成され、さらに、寄生サイリスタのラッチ
アップを防ぐ目的で、pベース領域24の一部に重複し
てpベース領域24より拡散深さの深いp+ ウェル領域
25が形成されている。nドリフト層23の他方の面側
には、nドリフト層23より低抵抗のn+ バッファ層2
2を介してpドレイン層21が形成されている。pベー
ス領域24の表面層には、nエミッタ領域26が選択的
に形成されている。そして、nエミッタ領域26とnド
リフト層23とに挟まれたpベース領域24の表面上に
ゲート酸化膜27を介して多結晶シリコンからなるゲー
ト電極層28が設けられてnチャネル型MOSFETが
構成されている。この側の表面は、ほう素りんガラス
(BPSG)等の絶縁膜31で覆われ、pベース領域2
4およびnソース領域26の表面上にソース電極29が
共通に接触するように、また図示しない金属のゲート電
極がゲート電極層28に接触するように接触孔が開けら
れている。pドレイン層21の表面上にはドレイン電極
30が設けられている。ソース電極29は、図のように
絶縁膜31を挟んで、ゲート電極層28の上まで延長さ
れることが多い。
FIG. 1 is a sectional view taken along line AA of FIG. Near the left end of the figure is a main IGBT unit 1 that performs current switching. The structure of this part is a general IG
It is almost the same as BT. In other words, p base regions 24 separated from each other are formed in a surface layer on one surface side of n drift layer 23 having a high specific resistance, and are further formed in a part of p base region 24 in order to prevent latch-up of a parasitic thyristor. A p + well region 25 having a greater diffusion depth than the p base region 24 is formed overlapping. On the other surface side of n drift layer 23, n + buffer layer 2 having a lower resistance than n drift layer 23 is provided.
2, a p drain layer 21 is formed. On the surface layer of p base region 24, n emitter region 26 is selectively formed. Then, a gate electrode layer 28 made of polycrystalline silicon is provided on the surface of p base region 24 interposed between n emitter region 26 and n drift layer 23 via gate oxide film 27 to form an n-channel MOSFET. Have been. The surface on this side is covered with an insulating film 31 such as borophosphorus glass (BPSG), and the p base region 2
Contact holes are formed so that the source electrode 29 is in common contact with the surface of the 4 and n source regions 26 and that a metal gate electrode (not shown) is in contact with the gate electrode layer 28. On the surface of the p drain layer 21, a drain electrode 30 is provided. The source electrode 29 often extends above the gate electrode layer 28 with the insulating film 31 interposed therebetween as shown in the figure.

【0030】図の右側は、補助IGBT部2の断面が示
されている。この補助IGBT部2の構造は、主IGB
T部1とほぼ同じであり、nドリフト層23の表面層に
補助pベース領域34が形成され、さらに、寄生サイリ
スタのラッチアップを防ぐ目的で、補助pベース領域3
4の一部に重複して補助pベース領域34より拡散深さ
の深い補助p+ ウェル領域35が形成されている。補助
pベース領域34の表面層には、補助nソース領域36
が選択的に形成されている。そして、補助nソース領域
36とnドリフト層23とに挟まれた補助pベース領域
34の表面上に補助ゲート酸化膜37を介して多結晶シ
リコンからなる補助ゲート電極層38が設けられてnチ
ャネル型MOSFETが構成されている。この側の表面
は、ほう素りんガラス(BPSG)等の絶縁膜31で覆
われ、補助pベース領域34および補助nソース領域3
6の表面上に補助ソース電極39が共通に接触するよう
に、接触孔が開けられている。nドリフト層23の他方
の面側は、主IGBT部と共通である。
On the right side of the figure, a cross section of the auxiliary IGBT unit 2 is shown. The structure of this auxiliary IGBT unit 2 is
Substantially the same as the T section 1, an auxiliary p base region 34 is formed in the surface layer of the n drift layer 23. Further, in order to prevent the latch-up of the parasitic thyristor, the auxiliary p base region 3
4, an auxiliary p + well region 35 having a greater diffusion depth than the auxiliary p base region 34 is formed. An auxiliary n source region 36 is provided on the surface layer of the auxiliary p base region 34.
Are selectively formed. An auxiliary gate electrode layer 38 made of polycrystalline silicon is provided on a surface of an auxiliary p base region 34 interposed between the auxiliary n source region 36 and the n drift layer 23 with an auxiliary gate oxide film 37 interposed therebetween. A type MOSFET is configured. The surface on this side is covered with an insulating film 31 such as boron phosphorus glass (BPSG), and the auxiliary p base region 34 and the auxiliary n source region 3
A contact hole is formed so that the auxiliary source electrode 39 is in common contact with the surface of the substrate 6. The other surface side of n drift layer 23 is common to the main IGBT portion.

【0031】主IGBT部1と、補助IGBT部2との
間には、厚い酸化膜33の上に直列ツェナーダイオード
列3が形成されている。そして、この断面図では、周縁
電極32が、補助ゲート電極層38と接続されているこ
と、補助ソース電極39が、直列ツェナーダイオード列
3の一端に接続されていること、直列ツェナーダイオー
ド列3の他端から取り出された電極が主IGBT部1の
ゲートパッド4と接続されていることがわかる。
A series Zener diode array 3 is formed on a thick oxide film 33 between the main IGBT 1 and the auxiliary IGBT 2. In this cross-sectional view, the peripheral electrode 32 is connected to the auxiliary gate electrode layer 38, the auxiliary source electrode 39 is connected to one end of the series Zener diode array 3, It can be seen that the electrode taken out from the other end is connected to the gate pad 4 of the main IGBT unit 1.

【0032】実施例1のIGBTは、600V用素子で
あり、比抵抗0.01Ω・cm、厚さ500μm のp基
板上にn+ バッファ層22として、比抵抗0.2Ω・c
m、厚さ30μm のn層、nドリフト層23として、比
抵抗40Ω・cm、厚さ約50μm のn層をエピタキシ
ャル成長させたウェハを用いた。その後のプロセスは、
マスクを変える等の多少の変化を加えるだけで、従来の
IGBTとほぼ同じ工程で製造できる。主IGBT部
と、補助IGBT部とは同じデイメンジョンでよいの
で、同時に作ることができる。すなわち、主、補助pベ
ース領域24、34、主、補助p+ ウェル領域25、3
5および直列ツェナーダイオード列3のp領域は、ホウ
素イオンのイオン注入および熱拡散により形成し、主、
補助nソース領域26、36、および直列ツェナーダイ
オード列3のn領域は、砒素イオンまたは燐イオンのイ
オン注入および熱拡散により形成した。直列ツェナーダ
イオード列3は、主、補助ゲート電極層28、38と同
じ減圧CVD法による多結晶シリコン層を利用した。
主、補助pベース領域24、34、主、補助nソース領
域26、36の端は、主、補助ゲート電極層28、38
をマスクの一部として、位置ぎめされて形成され、それ
ぞれの横方向拡散により、間隔が決められている。主、
補助ソース電極29、39およびゲート電極はAl合金
のスパッタリングとその後のフォトリソグラフィにより
形成し、ドレイン電極30は、金属基板に半田づけする
ためTi/Ni/Auの三層をスパッタリングで堆積し
て形成している。
The IGBT of Example 1 is an element for 600 V, and has a specific resistance of 0.2 Ω · c as an n + buffer layer 22 on a p substrate having a specific resistance of 0.01 Ω · cm and a thickness of 500 μm.
As the n layer having a thickness of 30 μm and the n drift layer 23, a wafer having a specific resistance of 40Ω · cm and an n layer having a thickness of about 50 μm epitaxially grown was used. The subsequent process is
The IGBT can be manufactured in almost the same process as that of the conventional IGBT only by slightly changing the mask or the like. The main IGBT section and the auxiliary IGBT section may have the same dimensions, and can be manufactured simultaneously. That is, the main and auxiliary p base regions 24 and 34, the main and auxiliary p + well regions 25 and 3
5 and the p region of the series Zener diode string 3 are formed by ion implantation and thermal diffusion of boron ions.
The auxiliary n source regions 26 and 36 and the n region of the series Zener diode row 3 were formed by ion implantation of arsenic ions or phosphorus ions and thermal diffusion. The series Zener diode array 3 uses a polycrystalline silicon layer formed by the same low-pressure CVD method as the main and auxiliary gate electrode layers 28 and 38.
The ends of the main and auxiliary p base regions 24 and 34 and the main and auxiliary n source regions 26 and 36 are connected to the main and auxiliary gate electrode layers 28 and 38, respectively.
Are formed as a part of a mask and are positioned, and the intervals are determined by the respective lateral diffusions. main,
The auxiliary source electrodes 29 and 39 and the gate electrode are formed by sputtering of an Al alloy and subsequent photolithography, and the drain electrode 30 is formed by depositing three layers of Ti / Ni / Au by sputtering for soldering to a metal substrate. doing.

【0033】各部の寸法例としては、主、補助p+ ウェ
ル領域25、35の拡散深さは6μm、主、補助pベー
ス領域24、34の拡散深さは2μm、主、補助nソー
ス領域26、36の拡散深さはそれぞれ0.4μmであ
る。主、補助ゲート絶縁膜27、37の厚さは25n
m、多結晶シリコンのゲート電極層28、38、絶縁膜
31の厚さはともに1μm、主、補助ソース電極29、
39の厚さは約5μmである。直列ツェナーダイオード
列3は幅100μmである。
As an example of the dimensions of each part, the diffusion depth of the main and auxiliary p + well regions 25 and 35 is 6 μm, the diffusion depth of the main and auxiliary p base regions 24 and 34 is 2 μm, and the main and auxiliary n source regions 26. , 36 have a diffusion depth of 0.4 μm. The thickness of the main and auxiliary gate insulating films 27 and 37 is 25 n
m, the thickness of the polycrystalline silicon gate electrode layers 28 and 38, and the thickness of the insulating film 31 are all 1 μm.
The thickness of 39 is about 5 μm. The series Zener diode array 3 has a width of 100 μm.

【0034】このように形成された実施例1のIGBT
の動作を次に説明する。主ソース電極29を接地し、ド
レイン電極30を誘導性の負荷を介して電源に接続す
る。IGBTをオンからオフにしたとき、前にも述べた
ように、インダクタンスに蓄えられていたエネルギのた
め、ドレイン電極30にかかる電圧は上昇する。このと
き、ドレイン電極30の電圧は、周縁電極32を通じて
補助ゲート電極層38にも印加される。一方補助IGB
T部2の補助ソース電極39は、逆向直列ツェナーダイ
オード3のクランプ電圧で規定された電圧だけ高い電圧
に固定される。ドレイン電極30の電圧がそのクランプ
電圧を越えると、補助IGBT部2がオンすることにな
る。直列ツェナーダイオード列3はツェナー電圧が約7
Vのツェナーダイオードの対を約50段直列に接続し
た。
The IGBT of the first embodiment thus formed
The operation of will be described next. The main source electrode 29 is grounded, and the drain electrode 30 is connected to a power supply via an inductive load. As described above, when the IGBT is turned off from on, the voltage applied to the drain electrode 30 increases due to the energy stored in the inductance. At this time, the voltage of the drain electrode 30 is also applied to the auxiliary gate electrode layer 38 through the peripheral electrode 32. On the other hand, auxiliary IGB
The auxiliary source electrode 39 of the T section 2 is fixed at a voltage higher by the voltage specified by the clamp voltage of the reverse series Zener diode 3. When the voltage of the drain electrode 30 exceeds the clamp voltage, the auxiliary IGBT unit 2 turns on. The series Zener diode array 3 has a Zener voltage of about 7
Approximately 50 stages of V zener diode pairs were connected in series.

【0035】補助IGBT部2がオンすると、その電流
は直列ツェナーダイオード列3を通って主IGBT部1
のゲート電極層29に供給され、主IGBT部1をオン
させる。このようにして、インダクタンスに蓄えられて
いたエネルギは、主IGBT部1全体を通じて放出され
る。本実施例1のIGBTのように、過電圧印加時の素
子保護のために、補助IGBT部2を通じた電流が主I
GBT部1のゲート電極層28に供給されるようにすれ
ば、伝導度変調を利用して電流が流せるので、小さい面
積で大きな電流を供給することができ、主IGBT部1
を速やかにオンさせることができ、アバランシェ耐量が
増大する。
When the auxiliary IGBT unit 2 is turned on, the current flows through the series Zener diode string 3 and the main IGBT unit 1
To turn on the main IGBT unit 1. In this manner, the energy stored in the inductance is released through the entire main IGBT unit 1. As in the case of the IGBT of the first embodiment, the current flowing through the auxiliary IGBT unit 2 is used to protect the element when an overvoltage is applied.
If the current is supplied to the gate electrode layer 28 of the GBT portion 1, a current can flow using the conductivity modulation, so that a large current can be supplied in a small area and the main IGBT portion 1 can be supplied.
Can be quickly turned on, and the avalanche resistance increases.

【0036】図1の断面図には示されていないが、図3
の等価回路に示したゲート−ソース間のツェナーダイオ
ード対5や抵抗6を同様に半導体基板に集積することは
容易てある。なお、図1において、厚い酸化膜33の一
部が掘り下げられて補助ゲート電極層38がシリコン基
板表面層に近づけられている部分33aがある。これ
は、厚い酸化膜33の下部ではnドリフト層の表面近傍
に反転層を生じ、補助pベース領域34およびp周縁領
域32aからpベース領域24へ電流が流れるのを抑制
するためである。薄い酸化膜部分33aはゲート酸化膜
27と同じ厚さとすれば、特に工程をふやす必要は無く
て済む。この部分は、図4においては、環状に示されて
いる。この環状部の外側で補助ゲート電極層38の下に
なる部分の幅はできるだけ狭い方が良い。
Although not shown in the cross-sectional view of FIG.
It is easy to similarly integrate the gate-source Zener diode pair 5 and the resistor 6 shown in the equivalent circuit on the semiconductor substrate. In FIG. 1, there is a portion 33a in which a part of the thick oxide film 33 is dug down to bring the auxiliary gate electrode layer 38 closer to the silicon substrate surface layer. This is because an inversion layer is formed near the surface of the n drift layer below the thick oxide film 33 to suppress the current from flowing from the auxiliary p base region 34 and the p peripheral region 32a to the p base region 24. If the thin oxide film portion 33a has the same thickness as the gate oxide film 27, there is no need to particularly increase the number of steps. This portion is shown in an annular shape in FIG. It is preferable that the width of the portion below the auxiliary gate electrode layer 38 outside the annular portion is as narrow as possible.

【0037】特に、実施例1のIGBTでは、n+ バッ
ファ層22の比抵抗を0.2Ω・cm、厚さを30μm
とした点も重要である。図5は、アバランシェ耐量のn
+ バッファ層の厚さ依存性を示す図である。横軸は、n
+ バッファ層の厚さ、たて軸は単位面積当たりのアバラ
ンシェ耐量である。n+ バッファ層の厚さが厚い程、ア
バランシェ耐量が増大しているが、30μm以上では飽
和する傾向が見られる。例えば、200mJのアバラン
シェ耐量を実現するために、厚さ30μmのn+ バッフ
ァ層とすれば、チップ面積(より正確には活性領域の面
積)は10mm2 で済むのに対し、厚さ10μmのn+
バッファ層であれば、倍の20mm2 のチップ面積を必
要とすることがわかる。
In particular, in the IGBT of the first embodiment, the specific resistance of the n + buffer layer 22 is 0.2 Ω · cm and the thickness is 30 μm.
It is important to note that FIG. 5 shows n of the avalanche resistance.
+ Is a diagram showing the thickness dependency of the buffer layer. The horizontal axis is n
+ The thickness of the buffer layer and the vertical axis are the avalanche resistance per unit area. The avalanche withstand capability increases as the thickness of the n + buffer layer increases, but tends to saturate at 30 μm or more. For example, if an n + buffer layer having a thickness of 30 μm is used to realize an avalanche withstand voltage of 200 mJ, the chip area (more precisely, the area of the active region) can be 10 mm 2 , whereas the n + buffer layer has a thickness of 10 μm. +
It can be seen that the buffer layer requires a double chip area of 20 mm 2 .

【0038】更に図6は、n+ バッファ層22の厚さを
30μmとしたときのアバランシェ耐量のn+ バッファ
層の比抵抗依存性を示す図である。横軸は、n+ バッフ
ァ層の比抵抗、たて軸はアバランシェ耐量である。実験
した範囲では、n+ バッファ層の比抵抗が大きい程、ア
バランシェ耐量が緩やかではあるが増す傾向が見られ、
0.1〜0.4Ω・cmの範囲では良いことがわかる。
FIG. 6 is a diagram showing the specific resistance dependence of the avalanche withstand voltage of the n + buffer layer when the thickness of the n + buffer layer 22 is 30 μm. The horizontal axis represents the specific resistance of the n + buffer layer, and the vertical axis represents the avalanche resistance. In the experimental range, the larger the specific resistance of the n + buffer layer is, the more the avalanche withstand capacity tends to increase, though moderately.
It can be seen that it is good in the range of 0.1 to 0.4 Ω · cm.

【0039】高電圧を印加してアバランシェ降伏を起こ
した時には、空乏層はnドリフト層内には全体に広がっ
て、n+ バッファ層にもかかっている筈である。図5、
6に示されたように、n+ バッファ層の厚さが厚い程、
また、比抵抗が大きい程アバランシェ耐量が大きくなる
のは、空乏層化していないn+ バッファ層が、バラスト
抵抗となり全体のアバランシェ電流を平均化する作用を
しているためと考えられる。
When avalanche breakdown occurs due to application of a high voltage, the depletion layer should spread throughout the n drift layer and also cover the n + buffer layer. FIG.
As shown in FIG. 6, as the thickness of the n + buffer layer is larger,
The reason why the avalanche resistance increases as the specific resistance increases is considered that the n + buffer layer which is not depleted acts as a ballast resistance and acts to average the overall avalanche current.

【0040】なお、n+ バッファ層の比抵抗を0.05
〜1Ω・cmの範囲にし、厚さを30〜80μmとする
ことの効果は、必ずしも実施例1のような逆向直列ツェ
ナーダイオードを有するMOS型半導体装置に限られる
ものでないことが、その後の実験により確かめられた。 〔実施例2〕図7は本発明の第二の実施例(以下実施例
2と記す)のIGBTの部分断面図である。基本的には
図1の実施例1と同じであるが、nドリフト層23aと
pドレイン層21aとの間に、単一導電型のn+ バッフ
ァ層でなく、p/n+ バッファ層22aが挟まれている
点が違っている。p/n+ バッファ層22aの比抵抗は
実施例1のn+ バッファ層とほぼ同じとした。そして、
p/n+ バッファ層22aのp層はpドレイン層21a
より低濃度である。
The specific resistance of the n + buffer layer is set to 0.05
The effect of setting the thickness in the range of 1 to 1 Ω · cm and the thickness of 30 to 80 μm is not necessarily limited to the MOS type semiconductor device having the reverse series Zener diode as in the first embodiment. I was assured. [Embodiment 2] FIG. 7 is a partial sectional view of an IGBT according to a second embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as Embodiment 2). Basically, it is the same as the first embodiment of FIG. 1, except that a p / n + buffer layer 22a is provided between the n drift layer 23a and the p drain layer 21a instead of a single conductivity type n + buffer layer. The difference is that they are sandwiched. The specific resistance of the p / n + buffer layer 22a was substantially the same as that of the n + buffer layer of Example 1. And
The p layer of the p / n + buffer layer 22a is a p drain layer 21a.
Lower concentration.

【0041】このように、p/n+ バッファ層22aを
有するIGBTにおいても、アバランシェ耐量のバッフ
ァ層厚さ依存性を調べたが、ほぼ実施例1と同様の結果
であった。 〔実施例3〕図8は本発明の第三の実施例(以下実施例
3と記す)のIGBTの部分断面図である。主IGBT
部と補助IGBTとの間に逆向直列ツェナーダイオード
が設けられている点は、図1の実施例1と同じである
が、主IGBT、補助IGBTの構造が少し違ってい
る。
As described above, the dependence of the avalanche resistance on the buffer layer thickness was also examined for the IGBT having the p / n + buffer layer 22a, and the results were almost the same as those of the first embodiment. [Embodiment 3] FIG. 8 is a partial sectional view of an IGBT according to a third embodiment (hereinafter, referred to as Embodiment 3) of the present invention. Main IGBT
The point that a reverse series Zener diode is provided between the unit and the auxiliary IGBT is the same as that of the first embodiment of FIG. 1, but the structures of the main IGBT and the auxiliary IGBT are slightly different.

【0042】すなわち、高比抵抗のnドリフト層43の
一方の面側の表面層にトレンチ40が設けられている。
そのトレンチ40の両側にpベース領域44が形成さ
れ、そのpベース領域44の表面層にnソース領域46
が形成されて、pベース領域44とnソース領域46と
がトレンチ40の内面に露出している。トレンチ40の
内部には、ゲート酸化膜47を介して多結晶シリコンか
らなるゲート電極層48が充填されていて、nチャネル
型MOSFETが構成されている。表面は、ほう素りん
ガラス(BPSG)等の絶縁膜51で覆われ、pベース
領域44およびnソース領域46の表面上にソース電極
49が共通に接触するように、また図示しない金属のゲ
ート電極がゲート電極層48に接触するように接触孔が
開けられている。pドレイン層41の表面上にはドレイ
ン電極50が設けられている。ソース電極49は、図の
ように絶縁膜51を挟んで、ゲート電極層48の上まで
延長されることが多い。
That is, the trench 40 is provided in a surface layer on one surface side of the n drift layer 43 having a high specific resistance.
A p base region 44 is formed on both sides of the trench 40, and an n source region 46 is formed on a surface layer of the p base region 44.
Is formed, and p base region 44 and n source region 46 are exposed on the inner surface of trench 40. The inside of the trench 40 is filled with a gate electrode layer 48 made of polycrystalline silicon via a gate oxide film 47 to form an n-channel MOSFET. The surface is covered with an insulating film 51 such as borophosphorus glass (BPSG), so that the source electrode 49 is in common contact with the surfaces of the p base region 44 and the n source region 46, and a metal gate electrode (not shown). A contact hole is formed such that the contact hole comes into contact with the gate electrode layer 48. On the surface of the p drain layer 41, a drain electrode 50 is provided. The source electrode 49 often extends above the gate electrode layer 48 with the insulating film 51 interposed therebetween as shown in the figure.

【0043】補助IGBT部も同様にトレンチ内に補助
ゲート酸化膜57を介して補助ゲート電極層58を充填
したIGBTとなっている。このようなトレンチゲート
のIGBTはセル密度を高められるので、電力用の半導
体装置として多用される傾向にある。 この実施例にお
いても、実施例1のIGBTと同様にドレイン電極70
と同電位の周縁電極52が、補助ゲート電極層58と接
続され、補助ソース電極59が、直列ツェナーダイオー
ド列60の一端に接続され、直列ツェナーダイオード列
60の他端から取り出された電極が主IGBT部1のゲ
ート電極層48と接続されている。
Similarly, the auxiliary IGBT portion is an IGBT in which the auxiliary gate electrode layer 58 is filled in the trench via the auxiliary gate oxide film 57. Since such a trench gate IGBT can increase the cell density, it tends to be frequently used as a power semiconductor device. In this embodiment, the drain electrode 70 is formed similarly to the IGBT of the first embodiment.
Is connected to the auxiliary gate electrode layer 58, the auxiliary source electrode 59 is connected to one end of the series Zener diode array 60, and the electrode extracted from the other end of the series Zener diode array 60 is It is connected to the gate electrode layer 48 of the IGBT section 1.

【0044】従って、動作も同じであり、補助IGBT
部がオンすると、その電流は直列ツェナーダイオード列
60を通って主IGBT部1のゲート電極層48に供給
され、主IGBT部をオンさせる。伝導度変調を利用し
て電流が流せるので、小さい面積で大きな電流を供給す
ることができ、主IGBT部を速やかにオンさせること
ができ、アバランシェ耐量が増大する。
Therefore, the operation is the same, and the auxiliary IGBT
When the section is turned on, the current is supplied to the gate electrode layer 48 of the main IGBT section 1 through the series Zener diode array 60 to turn on the main IGBT section. Since a current can flow using conductivity modulation, a large current can be supplied in a small area, the main IGBT portion can be quickly turned on, and the avalanche withstand capability increases.

【0045】[実施例4]図9は本発明の第四の実施例
(以下実施例4と記す)として、半導体素子がMOSF
ETの例の部分断面図である。図の左端近傍は、電流の
スイッチングをおこなう主MOSFET部の活性領域で
ある。この活性領域の構造は、一般のMOSFETとほ
ぼ同じである。すなわち、高比抵抗のnドリフト層63
の一方の面側の表面層に互いに離れたpベース領域64
が形成され、そのpベース領域64の表面層に選択的に
nソース領域66が形成されている。nドリフト層63
の他方の面側には、n+ ドレイン層61がある。そし
て、nソース領域66とnドリフト層63とに挟まれた
pベース領域64の表面上にゲート酸化膜67を介して
多結晶シリコンからなるゲート電極層68が設けられて
いる。この側の表面は、りんガラス(PSG)等の絶縁
膜71で覆われ、pベース領域64およびnソース領域
66の表面上に主ソース電極69が共通に接触するよう
に、また一部では、図示されないゲート電極がゲート電
極層68に接触するように接触孔が開けられている。n
+ ドレイン層61の表面上にはドレイン電極70が設け
られている。ソース電極69は、図のように絶縁膜71
を挟んで、ゲート電極層68の上まで延長されることが
多い。
[Embodiment 4] FIG. 9 shows a fourth embodiment (hereinafter referred to as Embodiment 4) of the present invention in which a semiconductor device is a MOSF.
It is a partial sectional view of an example of ET. The vicinity of the left end of the figure is an active region of the main MOSFET section that performs current switching. The structure of this active region is almost the same as a general MOSFET. That is, the n drift layer 63 having a high specific resistance
P base regions 64 separated from each other on the surface layer on one side of
Is formed, and an n source region 66 is selectively formed on the surface layer of p base region 64. n drift layer 63
There is an n + drain layer 61 on the other surface side. A gate electrode layer 68 made of polycrystalline silicon is provided on the surface of p base region 64 sandwiched between n source region 66 and n drift layer 63 via gate oxide film 67. The surface on this side is covered with an insulating film 71 of phosphor glass (PSG) or the like, so that the main source electrode 69 is in common contact with the surfaces of the p base region 64 and the n source region 66, and in part, A contact hole is formed so that a gate electrode (not shown) contacts the gate electrode layer 68. n
On the surface of the + drain layer 61, a drain electrode 70 is provided. The source electrode 69 has an insulating film 71 as shown in FIG.
, And often extends above the gate electrode layer 68.

【0046】図の右側には、補助MOSFET部が形成
されている。この補助MOSFETの構造は、主MOS
FETとほぼ同じであり、nドリフト層63の表面層に
補助pベース領域74が形成され、その補助pベース領
域74の表面層には、補助nソース領域76が選択的に
形成されている。そして、補助nソース領域76とnド
リフト層63とに挟まれた補助pベース領域74の表面
上に補助ゲート酸化膜77を介して多結晶シリコンから
なる補助ゲート電極層78が設けられてnチャネル型M
OSFETが構成されている。この側の表面は、りんガ
ラス(PSG)等の絶縁膜71で覆われ、補助pベース
領域74および補助nソース領域76の表面上に補助エ
ミッタ電極79が共通に接触するように、接触孔が開け
られている。nドリフト層63の他方の面側は、主MO
SFET部と共通である。
An auxiliary MOSFET section is formed on the right side of the drawing. The structure of this auxiliary MOSFET is
This is almost the same as the FET, in which an auxiliary p base region 74 is formed on the surface layer of the n drift layer 63, and an auxiliary n source region 76 is selectively formed on the surface layer of the auxiliary p base region 74. An auxiliary gate electrode layer 78 made of polysilicon is provided on a surface of an auxiliary p base region 74 interposed between an auxiliary n source region 76 and an n drift layer 63 via an auxiliary gate oxide film 77 to provide an n channel Type M
An OSFET is configured. The surface on this side is covered with an insulating film 71 made of phosphor glass (PSG) or the like, and a contact hole is formed so that the auxiliary emitter electrode 79 is in common contact with the surfaces of the auxiliary p base region 74 and the auxiliary n source region 76. It is open. The other surface side of n drift layer 63 is the main MO
It is common with the SFET section.

【0047】主MOSFET部と、補助MOSFET部
との間には、厚い酸化膜73の上に直列ツェナーダイオ
ード列80が形成されている。そして、この断面図で
は、周縁電極72が、補助ゲート電極層78と接続され
ていること、補助ソース電極79が、直列ツェナーダイ
オード列80の一端に接続されていること、直列ツェナ
ーダイオード列80の他端から取り出された電極が主I
GBT部のゲート電極層69と接続されていることがわ
かる。
A series Zener diode array 80 is formed on the thick oxide film 73 between the main MOSFET section and the auxiliary MOSFET section. In this cross-sectional view, the peripheral electrode 72 is connected to the auxiliary gate electrode layer 78, the auxiliary source electrode 79 is connected to one end of the series Zener diode array 80, The electrode taken out from the other end is the main I
It can be seen that it is connected to the gate electrode layer 69 in the GBT section.

【0048】なお、実施例4のMOSFETは、60V
用素子として、比抵抗0.004Ω・cm、厚さ350
μm のn型シリコン基板上にnドリフト層63として、
比抵抗0.5Ω・cm、厚さ約7.5μm のn層をエピ
タキシャル成長させたウェハを用いた。その後のプロセ
スは、マスクを変える等の多少の変化を加えるだけで、
従来のMOSFETとほぼ同じ工程で製造できる。すな
わち、主、補助pベース領域64、74および直列ツェ
ナーダイオード列80のp領域は、ホウ素イオンのイオ
ン注入および熱拡散により形成し、主、補助nソース領
域66、76、および直列ツェナーダイオード列80の
n領域は、砒素イオンまたは燐イオンのイオン注入およ
び熱拡散により形成した。直列ツェナーダイオード列8
0は、主、補助ゲート電極層68、78と同じ減圧CV
D法による多結晶シリコン層を利用した。主、補助pベ
ース領域64、74、主、補助nソース領域66、76
の端は、半導体基板上の多結晶シリコンからなる主、補
助ゲート電極層68、78等をマスクとして、位置ぎめ
されて形成され、それぞれの横方向拡散により、間隔が
決められている。主、補助ソース電極69、79および
ゲート電極はAl合金のスパッタリングとその後のフォ
トリソグラフィにより形成し、ドレイン電極70は、金
属基板に半田づけするためTi/Ni/Auの三層をス
パッタリングで堆積して形成している。
The MOSFET according to the fourth embodiment has a 60 V
Element, specific resistance 0.004Ω · cm, thickness 350
As an n drift layer 63 on a μm n-type silicon substrate,
A wafer on which an n layer having a specific resistance of 0.5 Ω · cm and a thickness of about 7.5 μm was epitaxially grown was used. The rest of the process is just a small change, such as changing the mask,
It can be manufactured in almost the same process as a conventional MOSFET. That is, the main and auxiliary p base regions 64 and 74 and the p region of the series Zener diode array 80 are formed by ion implantation and thermal diffusion of boron ions, and the main and auxiliary n source regions 66 and 76 and the series Zener diode array 80 are formed. Was formed by ion implantation of arsenic ions or phosphorus ions and thermal diffusion. Series Zener diode array 8
0 is the same reduced pressure CV as that of the main and auxiliary gate electrode layers 68 and 78.
A polycrystalline silicon layer by the D method was used. Main and auxiliary p base regions 64 and 74, main and auxiliary n source regions 66 and 76
Are formed by using the main and auxiliary gate electrode layers 68 and 78 made of polycrystalline silicon on a semiconductor substrate as masks, and the intervals are determined by their respective lateral diffusions. The main and auxiliary source electrodes 69 and 79 and the gate electrode are formed by sputtering of an Al alloy and subsequent photolithography, and the drain electrode 70 is formed by depositing three layers of Ti / Ni / Au by sputtering for soldering to a metal substrate. It is formed.

【0049】各部の寸法例としては、主、補助pベース
領域64、74の拡散深さは3μm、主、補助p+ コン
タクト領域65、75の拡散深さは0.6μm、主、補
助nソース領域66、76の拡散深さはそれぞれ0.3
μmである。主、補助ゲート絶縁膜67、77の厚さは
25nm、主、補助ゲート電極層68,78の多結晶シ
リコン層、絶縁膜71の厚さはともに1μm、主、補助
ソース電極69、79の厚さは約5μmである。
As an example of the dimensions of each part, the diffusion depth of the main and auxiliary p base regions 64 and 74 is 3 μm, the diffusion depth of the main and auxiliary p + contact regions 65 and 75 is 0.6 μm, and the main and auxiliary n source The diffusion depth of the regions 66 and 76 is 0.3
μm. The thickness of the main and auxiliary gate insulating films 67 and 77 is 25 nm, the thickness of the polycrystalline silicon layer of the main and auxiliary gate electrode layers 68 and 78 and the thickness of the insulating film 71 are both 1 μm, and the thickness of the main and auxiliary source electrodes 69 and 79. The length is about 5 μm.

【0050】このように形成された実施例4のMOSF
ETの動作を次に説明する。主ソース電極69を接地
し、ドレイン電極70に誘導性の負荷を介して電源に接
続する。MOSFETをオンからオフにしたとき、前に
も述べたように、インダクタンスに蓄えられていたエネ
ルギのため、ドレイン電極70にかかる電圧は上昇す
る。このとき、ドレイン電極70の電圧は、周縁電極7
2を通じて補助MOSFET部の補助ゲート電極層78
に印加される。一方補助IGBTの補助ソース電極79
は、主MOSFETのソース電極69より直列ツェナー
ダイオード列80のクランプ電圧で規定された電圧だけ
高い電圧に固定され、この電圧とコレクタ電圧との差が
ある値を越えると、補助MOSFETがオンすることに
なる。
The MOSF of the fourth embodiment thus formed
Next, the operation of the ET will be described. The main source electrode 69 is grounded, and the drain electrode 70 is connected to a power supply via an inductive load. As described above, when the MOSFET is turned off from on, the voltage applied to the drain electrode 70 increases due to the energy stored in the inductance. At this time, the voltage of the drain electrode 70 is
2 through the auxiliary gate electrode layer 78 of the auxiliary MOSFET section
Is applied to On the other hand, the auxiliary source electrode 79 of the auxiliary IGBT
Is fixed at a voltage higher than the source electrode 69 of the main MOSFET by the voltage specified by the clamp voltage of the series Zener diode array 80, and when the difference between this voltage and the collector voltage exceeds a certain value, the auxiliary MOSFET is turned on. become.

【0051】補助MOSFETがオンすると、その電流
は直列ツェナーダイオード列80を通って主MOSFE
T部のゲート電極層68に供給され、主IGBTをオン
させる。このようにして、インダクタンスに蓄えられて
いたエネルギは、放出される。本実施例4のMOSFE
Tのように、過電圧印加時に、素子保護のために主MO
SFETのゲート電極層68に補助MOSFETを通じ
て電流が供給されるようにすれば、確実に保護動作が実
現され、アバランシェ耐量が増大する。
When the auxiliary MOSFET is turned on, its current flows through the series Zener diode array 80 and the main MOSFET
The main IGBT is supplied to the gate electrode layer 68 in the T section to turn on the main IGBT. In this way, the energy stored in the inductance is released. MOSFE of Embodiment 4
When the overvoltage is applied, as shown in FIG.
If a current is supplied to the gate electrode layer 68 of the SFET through the auxiliary MOSFET, the protection operation is reliably realized, and the avalanche withstand capability is increased.

【0052】なお、図9において、厚い酸化膜73の一
部が掘り下げられて補助ゲート電極層78がシリコン基
板表面層に近づけられている部分73aがある。これ
は、厚い酸化膜の下部でシリコン基板表面層に反転層を
生じ、補助pベース領域74およびp周縁領域72aか
らpベース領域64へ電流が流れるのを抑制するためで
ある。
In FIG. 9, there is a portion 73a in which a part of the thick oxide film 73 is dug down to bring the auxiliary gate electrode layer 78 closer to the silicon substrate surface layer. This is because an inversion layer is formed in the surface layer of the silicon substrate under the thick oxide film, and current is suppressed from flowing from the auxiliary p base region 74 and the p peripheral region 72a to the p base region 64.

【0053】特に、この実施例4のMOSFETでは、
nドリフト層の厚さを7.5μmとした点も重要であ
る。図10は、アバランシェ耐量のnドリフト層の厚さ
依存性を示す図である。横軸は、nドリフト層の厚さ、
たて軸は単位面積当たりのアバランシェ耐量である。n
バッファ層の厚さが厚い程、アバランシェ耐量が増大し
ているが、7μm以上ではほぼ飽和している。この横軸
は、読み方を変えると、空乏化していないnドリフト層
の厚さの変化でもある。
In particular, in the MOSFET of the fourth embodiment,
It is also important that the thickness of the n drift layer is 7.5 μm. FIG. 10 is a diagram showing the dependency of the avalanche resistance on the thickness of the n drift layer. The horizontal axis is the thickness of the n drift layer,
The vertical axis is the avalanche resistance per unit area. n
As the thickness of the buffer layer is larger, the avalanche withstand capability is increased, but is substantially saturated at 7 μm or more. This abscissa also indicates a change in the thickness of the non-depleted n drift layer when the reading is changed.

【0054】実施例4のMOSFETは、60V定格の
もので、比抵抗0.5Ω・cmのとき、60Vでは空乏
層が約3μm広がる。pベース領域の拡散深さが3μm
であったから、アバランシェ耐量が非常に小さいnドリ
フト層の厚さが6μmのものは、殆ど空乏化していない
部分が無かったことになる。逆に空乏化していないnド
リフト層の厚さが1μm以上であれば、アバランシェ耐
量は大きく、かつ安定している。
The MOSFET of the fourth embodiment is rated at 60 V. When the specific resistance is 0.5 Ω · cm, the depletion layer expands by about 3 μm at 60 V. The diffusion depth of the p base region is 3 μm
Therefore, in the case of the n drift layer having a very small avalanche resistance and a thickness of 6 μm, there is almost no depleted portion. Conversely, if the thickness of the n-drift layer that is not depleted is 1 μm or more, the avalanche resistance is large and stable.

【0055】nドリフト層の厚さが厚いもので、アバラ
ンシェ耐量が大きくなるのは、空乏層化していないnド
リフト層すなわちバラスト層が、抵抗となり全体のアバ
ランシェ電流を平均化する作用をしているためと考えら
れる。高抵抗層としては、例えば、比抵抗がnドリフト
層の1/10になるまでの範囲とする。よって、高いア
バランシェ耐量を実現するには、アバランシェ降伏時に
空乏化しない高抵抗のバラスト層の厚さが0.5μm以
上であればよい。
The reason why the thickness of the n-drift layer is large and the avalanche withstand capability is large is that the n-drift layer that is not depleted, that is, the ballast layer acts as a resistor to average the entire avalanche current. It is thought to be. The high-resistance layer is, for example, in a range until the specific resistance becomes 1/10 of that of the n drift layer. Therefore, in order to realize a high avalanche withstand capability, the thickness of the high-resistance ballast layer that does not deplete at the time of avalanche breakdown should be 0.5 μm or more.

【0056】なお、高抵抗のバラスト層の厚さが0.5
μm以上とすることの効果は、必ずしも実施例1のよう
な逆向直列ツェナーダイオードを有するMOS型半導体
装置に限られるものでないことが、その後の実験により
確かめられた。以上、縦型IGBT、縦型MOSFET
の例を述べたが、他に絶縁ゲート型サイリスタなどにつ
いても適用できる。さらに、複数の発明を取り入れた素
子とすれば、それぞれの効果が重複して得られ、更に優
れた特性のMOS型半導体装置が得られる。
The thickness of the high-resistance ballast layer is 0.5
Subsequent experiments confirmed that the effect of having a thickness of not less than μm is not necessarily limited to the MOS semiconductor device having the reverse series Zener diode as in the first embodiment. As described above, the vertical IGBT and the vertical MOSFET
However, the present invention is also applicable to an insulated gate thyristor and the like. Furthermore, if the element incorporates a plurality of inventions, the respective effects can be obtained repeatedly, and a MOS type semiconductor device having more excellent characteristics can be obtained.

【0057】本発明の高破壊耐量MOS型半導体装置
は、ソレノイドバルプやモータ等の駆動あるいはDC−
DCコンバータ等のスイッチング電源のスイッチング素
子として優れている。特に本発明のIGBTにおいて
は、過酷な条件(接地電位を共通としてエンジンに直接
モジュールが取り付けられ、−30〜180度といった
急激な温度変化や種々のノイズの影響がある)で使用さ
れる自動車のイグニッションコイルの駆動回路のメイン
スイッチング素子へ適用することができ、顕著な効果を
奏する。
The high breakdown voltage MOS type semiconductor device of the present invention can be used for driving a solenoid valve, a motor, etc.
It is excellent as a switching element of a switching power supply such as a DC converter. In particular, in the IGBT of the present invention, a motor vehicle used under severe conditions (a module is directly mounted on an engine with a common ground potential and a sudden temperature change such as -30 to 180 degrees or various noises) is used. It can be applied to a main switching element of a drive circuit of an ignition coil, and has a remarkable effect.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上説明したように本発明の高破壊耐量
MOS型半導体装置は、主電流を流す第一のMOS型半
導体素子と、第一のMOS型半導体素子と同じ構造で主
電流より小さい電流を流す第二のMOS型半導体素子と
が同一の半導体基板に設けられ、第一のMOS型半導体
素子と第二のMOS型半導体素子とのドレイン電極が共
通で、第二のMOS型半導体素子のゲート電極がそのド
レイン電極に接続され、第二のMOS型半導体素子のソ
ース電極と第一のMOS型半導体素子のゲート電極との
間に、逆向直列に接続された複数のツェナーダイオード
対を備えるものとすることによって、ドレイン電極と第
一のMOS型半導体素子のゲート電極との間に過電圧が
印加された時に、第二のMOS型半導体素子がオンし、
その電流が逆向直列ツェナーダイオードを通して第一の
MOS型半導体素子のゲート電極に供給され、第一のM
OS型半導体素子をオンさせて、MOS型半導体装置の
アバランシェ耐量を大幅に増大させる。
As described above, the high breakdown voltage MOS type semiconductor device according to the present invention has a first MOS type semiconductor element through which a main current flows, and a structure smaller than the main current with the same structure as the first MOS type semiconductor element. A second MOS type semiconductor element for passing a current is provided on the same semiconductor substrate, and a drain electrode of the first MOS type semiconductor element and a drain electrode of the second MOS type semiconductor element are common, and a second MOS type semiconductor element is provided. A plurality of zener diode pairs connected in series in a reverse direction between the source electrode of the second MOS type semiconductor element and the gate electrode of the first MOS type semiconductor element. By this, when an overvoltage is applied between the drain electrode and the gate electrode of the first MOS type semiconductor element, the second MOS type semiconductor element turns on,
The current is supplied to the gate electrode of the first MOS semiconductor device through the reverse series Zener diode, and the first M
By turning on the OS type semiconductor element, the avalanche resistance of the MOS type semiconductor device is greatly increased.

【0059】特に、第一のMOS型半導体素子のゲート
電極とソース電極との間に、逆向直列のツェナーダイオ
ード対や抵抗を備えるものとすれば、過電圧印加時やゲ
ート電極の断線時にも素子を保護することができる。M
OS型半導体素子としては、プレーナタイプやトレンチ
ゲートタイプの縦型MOSFET、IGBTに適用され
る。
In particular, if a reverse series Zener diode pair and a resistor are provided between the gate electrode and the source electrode of the first MOS type semiconductor device, the device can be operated even when an overvoltage is applied or the gate electrode is disconnected. Can be protected. M
As an OS type semiconductor element, it is applied to a planar type or trench gate type vertical MOSFET or IGBT.

【0060】特に縦型IGBTにおいて、第一導電型ド
リフト層と第二導電型ドレイン層との間に比抵抗が0.
05〜1Ω・cmの範囲である部分の厚さが約30μm
〜80μmのバラスト抵抗層を設けることによって、ア
バランシェ耐量を大幅に増大できることを実施例で示し
た。また、縦型MOSFETにおいては、第一導電型ド
リフト層と第一導電型ドレイン層との間に、MOS型半
導体装置がオフ状態の時に高電圧が印加されてアバラン
シェ降伏を生じた時にも空乏化されない領域であり、比
抵抗の範囲が、前記第一導電型ドリフト層の比抵抗と同
程度以下で、しかもその1/10以上である部分の厚さ
が約1μm以上であるこのバラスト抵抗層を設けること
によって、アバランシェ耐量を大幅に増大できることを
示した。
In particular, in a vertical IGBT, the specific resistance between the first conductivity type drift layer and the second conductivity type drain layer is 0.5.
The thickness of the part in the range of 0.5 to 1 Ω · cm is about 30 μm
The examples show that the avalanche withstand capability can be greatly increased by providing a ballast resistor layer of 8080 μm. Further, in the vertical MOSFET, depletion occurs even when a high voltage is applied between the first conductivity type drift layer and the first conductivity type drain layer when the MOS type semiconductor device is in an off state and avalanche breakdown occurs. This ballast resistance layer is a region where the specific resistance is not more than the specific resistance of the first conductivity type drift layer, and the thickness of the portion where the specific resistance is 1/10 or more is about 1 μm or more. It has been shown that the avalanche withstand capability can be greatly increased by the provision.

【0061】スイッチング素子として多用されるMOS
型半導体装置の近年、スイッチング回路において、スナ
バ回路等の省略等の回路の簡略化、装置の小型化等によ
り、そのスイッチング素子であるMOS型半導体装置は
ますます過酷なストレスを受けつつある。そのような状
況で、アバランシェ耐量を向上させる本発明の寄与は大
きいものがある。
MOS frequently used as switching element
In recent years, MOS-type semiconductor devices, which are switching elements, have been subjected to more and more severe stress due to simplification of circuits such as elimination of snubber circuits and the like and miniaturization of devices in switching circuits. In such a situation, there is a great contribution of the present invention for improving the avalanche resistance.

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

【図1】本発明実施例1のIGBTの部分断面図FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an IGBT according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)は実施例1のIGBTのチップの平面
図、(b)、(c)、(d)はその変形例の平面図
FIG. 2A is a plan view of an IGBT chip according to a first embodiment, and FIGS. 2B, 2C, and 2D are plan views of modifications thereof.

【図3】実施例1のIGBTの等価回路図FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the IGBT according to the first embodiment.

【図4】実施例1のIGBTのチップの補助素子部分の
拡大図
FIG. 4 is an enlarged view of an auxiliary element portion of the IGBT chip according to the first embodiment;

【図5】アバランシェ耐量のn+ バッファ層の厚さ依存
性を示す図
FIG. 5 is a view showing the dependency of avalanche resistance on the thickness of an n + buffer layer.

【図6】アバランシェ耐量のn+ バッファ層の比抵抗依
存性を示す図
FIG. 6 is a graph showing the dependency of avalanche resistance on the specific resistance of an n + buffer layer.

【図7】本発明実施例2のIGBTの部分断面図FIG. 7 is a partial cross-sectional view of an IGBT according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明実施例3のIGBTの部分断面図FIG. 8 is a partial cross-sectional view of an IGBT according to a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明実施例4のMOSFETの部分断面図FIG. 9 is a partial cross-sectional view of a MOSFET according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】アバランシェ耐量のnドリフト層の厚さ依存
性を示す図
FIG. 10 is a diagram showing the dependency of avalanche resistance on the thickness of an n drift layer.

【図11】従来のMOSFETの部分断面図FIG. 11 is a partial cross-sectional view of a conventional MOSFET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第一MOS型半導体素子または主I
GBT部 2 第二MOS型半導体素子または補助
IGBT部 3 逆向直列ツェナーダイオード 4 ゲートパッド 5 逆向ツェナーダイオード 6 抵抗 7 n+ コンタクト領域 8 補助電極 9 酸化膜 10、60、80 逆向直列ツェナーダイオード 11、61 n+ ドレイン層 13、23、23a、43、63 nドリフト層 14、24、44、64 pベース領域 15、65 p+ コンタクト領域 16、26、46、66 nソース領域 17、27、47、67 ゲート酸化膜 18、28、48、68 ゲート電極層 19、29、49、69 ソース電極 20、30、50、70 ドレイン電極 21、21a、41 pドレイン層 22、42 n+ バッファ層 22a p/n+ バッファ層 25、45 p+ ウェル領域 31、51、71 絶縁膜 32、52、72 周縁電極 33、53、73 酸化膜 33a、53a、73a 薄い酸化膜部分 34、54、74 補助pベース領域 35 補助p+ ウェル領域 36、56、76 補助nソース領域 37、57、77 補助ゲート酸化膜 38、58、78 補助ゲート電極層 39、59、79 補助ソース電極 40 トレンチ 75 補助コンタクト領域
1 First MOS type semiconductor device or main I
GBT section 2 Second MOS type semiconductor element or auxiliary IGBT section 3 Reverse series Zener diode 4 Gate pad 5 Reverse Zener diode 6 Resistance 7 n + Contact region 8 Auxiliary electrode 9 Oxide film 10, 60, 80 Reverse series Zener diode 11, 61 n + drain layer 13, 23, 23a, 43, 63 n drift layer 14, 24, 44, 64 p base region 15, 65 p + contact region 16, 26, 46, 66 n source region 17, 27, 47, 67 Gate oxide film 18, 28, 48, 68 Gate electrode layer 19, 29, 49, 69 Source electrode 20, 30, 50, 70 Drain electrode 21, 21a, 41p Drain layer 22, 42n + buffer layer 22a p / n + buffer layer 25, 45 p + well region 31, 51, 71 insulating film 32,52,7 Peripheral electrode 33,53,73 oxide film 33a, 53a, 73a thin oxide portion 34, 54, 74 auxiliary p base region 35 the auxiliary p + well region 36,56,76 auxiliary n source regions 37,57,77 assist gate oxide Film 38, 58, 78 auxiliary gate electrode layer 39, 59, 79 auxiliary source electrode 40 trench 75 auxiliary contact region

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】主電流を流す第一のMOS型半導体素子
と、第一のMOS型半導体素子と同じ構造で主電流より
小さい電流を流す第二のMOS型半導体素子とが同一の
半導体基板に設けられ、第一のMOS型半導体素子と第
二のMOS型半導体素子とのドレイン電極が共通で、第
二のMOS型半導体素子のゲート電極がそのドレイン電
極に接続され、第二のMOS型半導体素子のソース電極
と第一のMOS型半導体素子のゲート電極との間に、逆
向直列に接続された複数のツェナーダイオードを備える
ことを特徴とする高破壊耐量MOS型半導体装置。
A first MOS type semiconductor element for flowing a main current and a second MOS type semiconductor element for flowing a current smaller than the main current having the same structure as the first MOS type semiconductor element are provided on the same semiconductor substrate. A drain electrode of the first MOS-type semiconductor element and a drain electrode of the second MOS-type semiconductor element are common, and a gate electrode of the second MOS-type semiconductor element is connected to the drain electrode; A high breakdown voltage MOS type semiconductor device, comprising: a plurality of Zener diodes connected in series in a reverse direction between a source electrode of the element and a gate electrode of the first MOS type semiconductor element.
【請求項2】第一のMOS型半導体素子のゲート電極と
ソース電極との間に、逆向直列のツェナーダイオードを
備えることを特徴とする請求項1記載の高破壊耐量MO
S型半導体装置。
2. The high breakdown voltage MO according to claim 1, further comprising a reverse series Zener diode between the gate electrode and the source electrode of the first MOS type semiconductor device.
S-type semiconductor device.
【請求項3】第一のMOS型半導体素子のゲート電極と
ソース電極との間に、抵抗を備えることを特徴とする請
求項1または2記載の高破壊耐量MOS型半導体装置。
3. The high breakdown voltage MOS type semiconductor device according to claim 1, wherein a resistance is provided between the gate electrode and the source electrode of the first MOS type semiconductor element.
【請求項4】第一、第二のMOS型半導体素子が共に絶
縁ゲートバイポーラトランジスタであることを特徴とす
る請求項1ないし3のいずれかに記載の高破壊耐量MO
S型半導体装置。
4. A high breakdown voltage MO according to claim 1, wherein both the first and second MOS semiconductor elements are insulated gate bipolar transistors.
S-type semiconductor device.
【請求項5】第一、第二のMOS型半導体素子が、相対
する第一、第二の主面と、第一導電型ドリフト層と、そ
の第一導電型ドリフト層の第一主面の側の表面層に形成
された第二導電型ベース領域と、その第二導電型ベース
領域によって第一導電型ドリフト層から離間された第一
導電型ソース領域と、第一導電型ソース領域と第一導電
型ドリフト層とに挟まれた第二導電型ベース領域の表面
上に、ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極層
と、第一導電型ソース領域と第二導電型ベース領域とに
共通に接触して設けられたソース電極と、第一導電型ド
リフト層の他方の側に設けられたドレイン層と、そのド
レイン層の表面に接触して第二主面に設けられたドレイ
ン電極と、ゲート電極層に接触して設けられたゲート電
極とを有するものであることを特徴とする請求項1ない
し4のいずれかに記載の高破壊耐量MOS型半導体装
置。
5. A semiconductor device according to claim 1, wherein said first and second MOS type semiconductor elements have opposing first and second main surfaces, a first conductivity type drift layer, and a first main surface of said first conductivity type drift layer. A second conductivity type base region formed on the side surface layer, a first conductivity type source region separated from the first conductivity type drift layer by the second conductivity type base region, On the surface of the second conductivity type base region sandwiched between the one conductivity type drift layer, the gate electrode layer provided via the gate insulating film, and the first conductivity type source region and the second conductivity type base region. A source electrode provided in common contact, a drain layer provided on the other side of the first conductivity type drift layer, and a drain electrode provided on the second main surface in contact with the surface of the drain layer. And a gate electrode provided in contact with the gate electrode layer. Claims 1, characterized in Rukoto high ruggedness MOS semiconductor device according to any one of 4.
【請求項6】第一、第二のMOS型半導体素子が、相対
する第一、第二の主面と、高比抵抗の第一導電型ドリフ
ト層と、その第一導電型ドリフト層の第一主面の側の表
面層に形成された第二導電型ベース領域と、その第二導
電型ベース領域によって第一導電型ドリフト層から離間
された第一導電型ソース領域と、第一導電型ソース領域
が内壁に露出するように第二導電型ベース領域より深く
掘り下げたトレンチと、そのトレンチ内にゲート絶縁膜
を介して形成されたゲート電極層と、第一導電型ソース
領域と第二導電型ベース領域とに共通に接触して設けら
れたソース電極と、第一導電型ドリフト層の他方の側に
設けられたドレイン層と、そのドレイン層の表面に接触
して第二主面に設けられたドレイン電極と、ゲート電極
層に接触して設けられたゲート電極とを有するものであ
ることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載
の高破壊耐量MOS型半導体装置。
6. The first and second MOS semiconductor elements are opposed to each other by first and second main surfaces, a first conductivity type drift layer having a high specific resistance, and a first conductivity type drift layer. A second conductivity type base region formed in the surface layer on the one main surface side, a first conductivity type source region separated from the first conductivity type drift layer by the second conductivity type base region, A trench dug deeper than the second conductivity type base region so that the source region is exposed on the inner wall, a gate electrode layer formed in the trench via a gate insulating film, a first conductivity type source region and a second conductivity type A source electrode provided in common contact with the mold base region; a drain layer provided on the other side of the first conductivity type drift layer; and a second main surface provided in contact with the surface of the drain layer. Provided in contact with the drain electrode and the gate electrode layer High ruggedness MOS semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the one having a gate electrode.
【請求項7】第一の主面上の第一と第二のMOS型半導
体素子の間に厚いフィールド絶縁膜が配置され、第二の
MOS型半導体素子のゲート電極層の一部がそのフィー
ルド絶縁膜上へ延ばされ、第一の主面上の第二のMOS
型半導体素子の第二導電型ベース領域の周りの第一導電
型ドリフト層とゲート電極層との間に前記フィールド絶
縁膜より薄い絶縁膜を有する部分を備えることを特徴と
する請求項5または6に記載の高破壊耐量MOS型半導
体装置。
7. A thick field insulating film is disposed between the first and second MOS type semiconductor elements on the first main surface, and a part of the gate electrode layer of the second MOS type semiconductor element is formed in the field. The second MOS on the first main surface is extended on the insulating film
7. The semiconductor device according to claim 5, further comprising a portion having an insulating film thinner than the field insulating film between the first conductive type drift layer and the gate electrode layer around the second conductive type base region of the semiconductor device. 2. A high breakdown voltage MOS type semiconductor device according to item 1.
【請求項8】前記薄い絶縁膜が、ゲート絶縁膜とほぼ同
じ厚さであることを特徴とする請求項7記載の高破壊耐
量MOS型半導体装置。
8. The high breakdown voltage MOS type semiconductor device according to claim 7, wherein said thin insulating film has substantially the same thickness as a gate insulating film.
【請求項9】相対する第一、第二の主面と、高比抵抗の
第一導電型ドリフト層と、その第一導電型ドリフト層の
第一主面の側の表面層に形成された第二導電型ベース領
域と、その第二導電型ベース領域によって第一導電型ド
リフト層から離間された第一導電型ソース領域と、第一
導電型ソース領域と第一導電型ドリフト層とに挟まれた
第二導電型ベース領域の表面上に、ゲート絶縁膜を介し
て設けられたゲート電極層と、第一導電型ソース領域と
第二導電型ベース領域とに共通に接触して設けられたソ
ース電極と、第一導電型ドリフト層の他方の側に設けら
れた第二導電型ドレイン層と、その第二導電型ドレイン
層の表面に接触して第二主面に設けられたドレイン電極
と、ゲート電極層に接触して設けられたゲート電極とを
有する高破壊耐量MOS型半導体装置において、前記第
一導電型ドリフト層と第二導電型ドレイン層との間にバ
ラスト抵抗層が設けられ、このバラスト抵抗層の、比抵
抗が0.05〜1Ω・cmの範囲である部分の厚さが約
30μm〜80μmの範囲にあることを特徴とする高破
壊耐量MOS型半導体装置。
9. The first and second main surfaces facing each other, the first conductivity type drift layer having a high specific resistance, and the surface layer on the first main surface side of the first conductivity type drift layer. A second conductivity type base region, a first conductivity type source region separated from the first conductivity type drift layer by the second conductivity type base region, and sandwiched between the first conductivity type source region and the first conductivity type drift layer. A gate electrode layer provided on the surface of the second conductive type base region provided via a gate insulating film, and provided in common contact with the first conductive type source region and the second conductive type base region. A source electrode, a second conductivity type drain layer provided on the other side of the first conductivity type drift layer, and a drain electrode provided on the second main surface in contact with the surface of the second conductivity type drain layer. High withstand voltage having a gate electrode provided in contact with the gate electrode layer In the OS type semiconductor device, a ballast resistance layer is provided between the first conductivity type drift layer and the second conductivity type drain layer, and the specific resistance of the ballast resistance layer is in a range of 0.05 to 1 Ω · cm. A high breakdown voltage MOS type semiconductor device, wherein a thickness of a certain portion is in a range of about 30 μm to 80 μm.
【請求項10】主電流を流す第一のMOS型半導体素子
と、第一のMOS型半導体素子と同じ構造で主電流より
小さい電流を流す第二のMOS型半導体素子とが同一の
半導体基板に設けられ、第一、第二のMOS型半導体素
子が、相対する第一、第二の主面と、高比抵抗の第一導
電型ドリフト層と、その第一導電型ドリフト層の第一主
面の側の表面層に形成された第二導電型ベース領域と、
その第二導電型ベース領域によって第一導電型ドリフト
層から離間された第一導電型ソース領域と、第一導電型
ソース領域と第一導電型ドリフト層とに挟まれた第二導
電型ベース領域の表面上に、ゲート絶縁膜を介して設け
られたゲート電極層と、第一導電型ソース領域と第二導
電型ベース領域とに共通に接触して設けられたソース電
極と、第一導電型ドリフト層の他方の側に設けられた第
二導電型ドレイン層と、その第二導電型ドレイン層の表
面に接触して第二主面に設けられたドレイン電極と、ゲ
ート電極層に接触して設けられたゲート電極とを有する
高破壊耐量MOS型半導体装置において、前記第一導電
型ドリフト層と第二導電型ドレイン層との間にバラスト
抵抗層が設けられ、このバラスト抵抗層の、比抵抗が
0.05〜1Ω・cmの範囲である部分の厚さが約30
μm〜80μmの範囲にあることを特徴とする請求項4
記載の高破壊耐量MOS型半導体装置。
10. A first MOS type semiconductor element for flowing a main current and a second MOS type semiconductor element having the same structure as the first MOS type element and flowing a smaller current than the main current are formed on the same semiconductor substrate. The first and second MOS type semiconductor elements are provided so that the first and second main surfaces oppose each other, the first conductivity type drift layer having a high specific resistance, and the first main type drift layer of the first conductivity type drift layer. A second conductivity type base region formed in the surface layer on the side of the surface,
A first conductivity type source region separated from the first conductivity type drift layer by the second conductivity type base region, and a second conductivity type base region sandwiched between the first conductivity type source region and the first conductivity type drift layer A gate electrode layer provided on the surface of the substrate via a gate insulating film, a source electrode provided in common contact with the first conductivity type source region and the second conductivity type base region, and a first conductivity type. A second conductivity type drain layer provided on the other side of the drift layer, a drain electrode provided on the second main surface in contact with the surface of the second conductivity type drain layer, and in contact with the gate electrode layer In the high breakdown voltage MOS type semiconductor device having the provided gate electrode, a ballast resistance layer is provided between the first conductivity type drift layer and the second conductivity type drain layer. Is 0.05 to 1Ω · c About the thickness of the portion in the range of 30
5. The method according to claim 4, wherein the distance is in the range of [mu] m to 80 [mu] m.
The high breakdown voltage MOS type semiconductor device as described in the above.
【請求項11】相対する第一、第二の主面と、高比抵抗
の第一導電型ドリフト層と、その第一導電型ドリフト層
の第一主面の側の表面層に形成された第二導電型ベース
領域と、その第二導電型ベース領域によって第一導電型
ドリフト層から離間された第一導電型ソース領域と、第
一導電型ソース領域が内壁に露出するように第二導電型
ベース領域より深く掘り下げたトレンチと、そのトレン
チ内にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極層
と、第一導電型ソース領域と第二導電型ベース領域とに
共通に接触して設けられたソース電極と、第一導電型ド
リフト層の他方の側に設けられた第二導電型ドレイン層
と、その第二導電型ドレイン層の表面に接触して第二主
面に設けられたドレイン電極と、ゲート電極層に接触し
て設けられたゲート電極とを有する高破壊耐量MOS型
半導体装置において、前記第一導電型ドリフト層と第二
導電型ドレイン層との間にバラスト抵抗層が設けられ、
このバラスト抵抗層の、比抵抗が0.05〜1Ω・cm
の範囲である部分の厚さが約30μm〜80μmの範囲
にあることを特徴とする高破壊耐量MOS型半導体装
置。
11. A first conductive type drift layer having a high specific resistance, and a first conductive type drift layer having a high specific resistance and a surface layer on the first main surface side of the first conductive type drift layer. A second conductive type base region, a first conductive type source region separated from the first conductive type drift layer by the second conductive type base region, and a second conductive type source region such that the first conductive type source region is exposed to the inner wall. A trench that is dug deeper than the mold base region, a gate electrode layer formed in the trench via a gate insulating film, and a first conductivity type source region and a second conductivity type base region. A source electrode, a second conductivity type drain layer provided on the other side of the first conductivity type drift layer, and a drain electrode provided on the second main surface in contact with the surface of the second conductivity type drain layer. And a gate provided in contact with the gate electrode layer In the high breakdown voltage MOS type semiconductor device having a pole, the ballast resistance layer is provided between the first conductivity type drift layer and a second conductivity type drain layer,
The ballast resistance layer has a specific resistance of 0.05 to 1 Ω · cm.
Characterized in that the thickness of the portion in the range of (1) is in the range of about 30 μm to 80 μm.
【請求項12】主電流を流す第一のMOS型半導体素子
と、第一のMOS型半導体素子と同じ構造で主電流より
小さい電流を流す第二のMOS型半導体素子とが同一の
半導体基板に設けられ、第一、第二のMOS型半導体素
子が、相対する第一、第二の主面と、高比抵抗の第一導
電型ドリフト層と、その第一導電型ドリフト層の第一主
面の側の表面層に形成された第二導電型ベース領域と、
その第二導電型ベース領域によって第一導電型ドリフト
層から離間された第一導電型ソース領域と、第一導電型
ソース領域が内壁に露出するように第二導電型ベース領
域より深く掘り下げたトレンチと、そのトレンチ内にゲ
ート絶縁膜を介して形成されたゲート電極層と、第一導
電型ソース領域と第二導電型ベース領域とに共通に接触
して設けられたソース電極と、第一導電型ドリフト層の
他方の側に設けられた第二導電型ドレイン層と、その第
二導電型ドレイン層の表面に接触して第二主面に設けら
れたドレイン電極と、ゲート電極層に接触して設けられ
たゲート電極とを有する高破壊耐量MOS型半導体装置
において、前記第一導電型ドリフト層と第二導電型ドレ
イン層との間にバラスト抵抗層が設けられ、このバラス
ト抵抗層の、比抵抗が0.05〜1Ω・cmの範囲であ
る部分の厚さが約30μm〜80μmの範囲にあること
を特徴とする請求項4記載の高破壊耐量MOS型半導体
装置。
12. A first MOS type semiconductor element for flowing a main current and a second MOS type semiconductor element having the same structure as the first MOS type element and flowing a smaller current than the main current are formed on the same semiconductor substrate. The first and second MOS type semiconductor elements are provided so that the first and second main surfaces oppose each other, the first conductivity type drift layer having a high specific resistance, and the first main type drift layer of the first conductivity type drift layer. A second conductivity type base region formed in the surface layer on the side of the surface,
A first conductivity type source region separated from the first conductivity type drift layer by the second conductivity type base region, and a trench dug deeper than the second conductivity type base region so that the first conductivity type source region is exposed on the inner wall. A gate electrode layer formed in the trench via a gate insulating film; a source electrode provided in common contact with the first conductivity type source region and the second conductivity type base region; A second conductivity type drain layer provided on the other side of the mold drift layer, a drain electrode provided on the second main surface in contact with the surface of the second conductivity type drain layer, and a gate electrode layer. In the high breakdown voltage MOS type semiconductor device having the gate electrode provided in the above manner, a ballast resistance layer is provided between the first conductivity type drift layer and the second conductivity type drain layer. Usually There high ruggedness MOS semiconductor device according to claim 4, wherein the thickness of the portion in the range of 0.05~1Ω · cm is in the range of about 30Myuemu~80myuemu.
【請求項13】前記バラスト抵抗層の比抵抗の範囲が、
0.1〜0.4Ω・cmの範囲であることを特徴とする
請求項9ないし12のいずれかに記載の高破壊耐量MO
S型半導体装置。
13. The range of the specific resistance of the ballast resistance layer is as follows:
The high breakdown strength MO according to any one of claims 9 to 12, wherein the MO is in a range of 0.1 to 0.4 Ω · cm.
S-type semiconductor device.
【請求項14】前記バラスト抵抗層が第一導電型である
ことを特徴とする請求項9ないし13のいずれかに記載
の高破壊耐量MOS型半導体装置。
14. The high breakdown voltage MOS type semiconductor device according to claim 9, wherein said ballast resistance layer is of a first conductivity type.
【請求項15】前記バラスト抵抗層がドリフト領域と接
する第一導電型の部分と、ドレイン領域と接する第二導
電型の部分とからなることを特徴とする請求項9ないし
13のいずれかに記載の高破壊耐量MOS型半導体装
置。
15. The ballast resistor layer according to claim 9, wherein said ballast resistance layer comprises a first conductivity type portion in contact with said drift region and a second conductivity type portion in contact with said drain region. High breakdown voltage MOS type semiconductor device.
【請求項16】相対する第一、第二の主面と、第一導電
型ドリフト層と、その第一導電型ドリフト層の第一主面
の側の表面層に形成された第二導電型ベース領域と、そ
の第二導電型ベース領域によって第一導電型ドリフト層
から離間された第一導電型ソース領域と、第一導電型ソ
ース領域と第一導電型ドリフト層とに挟まれた第二導電
型ベース領域の表面上に、ゲート絶縁膜を介して設けら
れたゲート電極層と、第一導電型ソース領域と第二導電
型ベース領域とに共通に接触して設けられたソース電極
と、第一導電型ドリフト層の他方の側に設けられた第一
導電型ドリフト層より低抵抗な第一導電型ドレイン層
と、その第一導電型ドレイン層の表面に接触して第二主
面に設けられたドレイン電極と、ゲート電極層に接触し
て設けられたゲート電極とを有する高破壊耐量MOS型
半導体装置において、前記第一導電型ドリフト層と第一
導電型ドレイン層との間に第一導電型のバラスト抵抗層
が設けられ、このバラスト抵抗層はMOS型半導体装置
がオフ状態の時に高電圧が印加されてアバランシェ降伏
を生じた時にも空乏化されない領域であり、比抵抗の範
囲が、前記第一導電型ドリフト層の比抵抗と同程度以下
で、しかもその1/10以上である部分の厚さが約1μ
m以上であることを特徴とする高破壊耐量MOS型半導
体装置。
16. A first conductive type drift layer opposed to a first conductive type drift layer and a second conductive type formed on a surface layer of the first conductive type drift layer on the first main surface side. A base region, a first conductivity type source region separated from the first conductivity type drift layer by the second conductivity type base region, and a second conductivity type sandwiched between the first conductivity type source region and the first conductivity type drift layer. On the surface of the conductive type base region, a gate electrode layer provided via a gate insulating film, a source electrode provided in common contact with the first conductive type source region and the second conductive type base region, A first conductive type drain layer having a lower resistance than the first conductive type drift layer provided on the other side of the first conductive type drift layer, and a second main surface in contact with the surface of the first conductive type drain layer. The provided drain electrode and the gate provided in contact with the gate electrode layer In the high breakdown voltage MOS type semiconductor device having a pole, a first conductivity type ballast resistance layer is provided between the first conductivity type drift layer and the first conductivity type drain layer, and the ballast resistance layer is a MOS type. It is a region that is not depleted even when avalanche breakdown occurs when a high voltage is applied when the semiconductor device is in an off state, and a specific resistance range is equal to or less than the specific resistance of the first conductivity type drift layer, and The thickness of the part which is 1/10 or more is about 1μ
m or more, and a high breakdown voltage MOS semiconductor device.
【請求項17】主電流を流す第一のMOS型半導体素子
と、第一のMOS型半導体素子と同じ構造で主電流より
小さい電流を流す第二のMOS型半導体素子とが同一の
半導体基板に設けられ、第一、第二のMOS型半導体素
子が、相対する第一、第二の主面と、第一導電型ドリフ
ト層と、その第一導電型ドリフト層の第一主面の側の表
面層に形成された第二導電型ベース領域と、その第二導
電型ベース領域によって第一導電型ドリフト層から離間
された第一導電型ソース領域と、第一導電型ソース領域
と第一導電型ドリフト層とに挟まれた第二導電型ベース
領域の表面上に、ゲート絶縁膜を介して設けられたゲー
ト電極層と、第一導電型ソース領域と第二導電型ベース
領域とに共通に接触して設けられたソース電極と、第一
導電型ドリフト層の他方の側に設けられた第一導電型ド
リフト層より低抵抗な第一導電型ドレイン層と、その第
一導電型ドレイン層の表面に接触して第二主面に設けら
れたドレイン電極と、ゲート電極層に接触して設けられ
たゲート電極とを有する高破壊耐量MOS型半導体装置
において、前記第一導電型ドリフト層と第一導電型ドレ
イン層との間に第一導電型のバラスト抵抗層が設けら
れ、このバラスト抵抗層はMOS型半導体装置がオフ状
態の時に高電圧が印加されてアバランシェ降伏を生じた
時にも空乏化されない領域であり、比抵抗の範囲が、前
記第一導電型ドリフト層の比抵抗と同程度以下で、しか
もその1/10以上である部分の厚さが約1μm以上で
あることを特徴とする請求項1記載の高破壊耐量MOS
型半導体装置。
17. A semiconductor device comprising: a first MOS type semiconductor element for flowing a main current; and a second MOS type semiconductor element having the same structure as the first MOS type semiconductor element and flowing a smaller current than the main current. The first and second MOS type semiconductor elements are provided, and opposing first and second main surfaces, a first conductivity type drift layer, and a first main surface side of the first conductivity type drift layer. A second conductivity type base region formed in the surface layer; a first conductivity type source region separated from the first conductivity type drift layer by the second conductivity type base region; a first conductivity type source region; A gate electrode layer provided on the surface of the second conductivity type base region interposed between the mold drift layer and the gate insulating film, and shared by the first conductivity type source region and the second conductivity type base region. A source electrode provided in contact with the first conductivity type drift layer A first conductivity type drain layer having a lower resistance than the first conductivity type drift layer provided on the other side, and a drain electrode provided on the second main surface in contact with the surface of the first conductivity type drain layer, In a high breakdown voltage MOS type semiconductor device having a gate electrode provided in contact with a gate electrode layer, a ballast resistance layer of a first conductivity type is provided between the first conductivity type drift layer and the first conductivity type drain layer. This ballast resistance layer is a region that is not depleted even when a high voltage is applied and an avalanche breakdown occurs when the MOS type semiconductor device is in an off state, and the specific resistance range is the first conductivity type drift. 2. A high breakdown voltage MOS according to claim 1, wherein the thickness of a portion which is about the same as or less than the specific resistance of the layer and which is 1/10 or more thereof is about 1 μm or more.
Type semiconductor device.
【請求項18】相対する第一、第二の主面と、高比抵抗
の第一導電型ドリフト層と、その第一導電型ドリフト層
の第一主面の側の表面層に形成された第二導電型ベース
領域と、その第二導電型ベース領域によって第一導電型
ドリフト層から離間された第一導電型ソース領域と、第
一導電型ソース領域が内壁に露出するように第二導電型
ベース領域より深く掘り下げたトレンチと、そのトレン
チ内にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極層
と、第一導電型ソース領域と第二導電型ベース領域とに
共通に接触して設けられたソース電極と、第一導電型ド
リフト層の他方の側に設けられた第一導電型ドリフト層
より低抵抗な第一導電型ドレイン層と、その第一導電型
ドレイン層の表面に接触して第二主面に設けられたドレ
イン電極と、ゲート電極層に接触して設けられたゲート
電極とを有する高破壊耐量MOS型半導体装置におい
て、前記第一導電型ドリフト層と第一導電型ドレイン層
との間に第一導電型のバラスト抵抗層が設けられ、この
バラスト抵抗層はMOS型半導体装置がオフ状態の時に
高電圧が印加されてアバランシェ降伏を生じた時にも空
乏化されない領域であり、比抵抗の範囲が、前記第一導
電型ドリフト層の比抵抗と同程度以下で、しかもその1
/10以上である部分の厚さが約1μm以上であること
を特徴とする高破壊耐量MOS型半導体装置。
18. The first and second main surfaces opposed to each other, the first conductivity type drift layer having a high specific resistance, and the surface layer on the first main surface side of the first conductivity type drift layer. A second conductive type base region, a first conductive type source region separated from the first conductive type drift layer by the second conductive type base region, and a second conductive type source region such that the first conductive type source region is exposed to the inner wall. A trench that is dug deeper than the mold base region, a gate electrode layer formed in the trench via a gate insulating film, and a first conductivity type source region and a second conductivity type base region. Source electrode, the first conductivity type drain layer provided on the other side of the first conductivity type drift layer, the first conductivity type drain layer having a lower resistance than the drift layer, and in contact with the surface of the first conductivity type drain layer. A drain electrode provided on the second main surface, and a gate In a high breakdown voltage MOS type semiconductor device having a gate electrode provided in contact with an extreme layer, a ballast resistance layer of a first conductivity type is provided between the first conductivity type drift layer and the first conductivity type drain layer. This ballast resistance layer is a region that is not depleted even when a high voltage is applied and an avalanche breakdown occurs when the MOS type semiconductor device is in an off state, and the specific resistance range is the first conductivity type drift layer. Less than or equal to the specific resistance of
A high breakdown voltage MOS type semiconductor device, characterized in that the thickness of a portion which is / 10 or more is about 1 μm or more.
【請求項19】主電流を流す第一のMOS型半導体素子
と、第一のMOS型半導体素子と同じ構造で主電流より
小さい電流を流す第二のMOS型半導体素子とが同一の
半導体基板に設けられ、第一、第二のMOS型半導体素
子が、相対する第一、第二の主面と、高比抵抗の第一導
電型ドリフト層と、その第一導電型ドリフト層の第一主
面の側の表面層に形成された第二導電型ベース領域と、
その第二導電型ベース領域によって第一導電型ドリフト
層から離間された第一導電型ソース領域と、第一導電型
ソース領域が内壁に露出するように第二導電型ベース領
域より深く掘り下げたトレンチと、そのトレンチ内にゲ
ート絶縁膜を介して形成されたゲート電極層と、第一導
電型ソース領域と第二導電型ベース領域とに共通に接触
して設けられたソース電極と、第一導電型ドリフト層の
他方の側に設けられた第一導電型ドリフト層より低抵抗
な第一導電型ドレイン層と、その第一導電型ドレイン層
の表面に接触して第二主面に設けられたドレイン電極
と、ゲート電極層に接触して設けられたゲート電極とを
有する高破壊耐量MOS型半導体装置において、前記第
一導電型ドリフト層と第一導電型ドレイン層との間に第
一導電型のバラスト抵抗層が設けられ、このバラスト抵
抗層はMOS型半導体装置がオフ状態の時に高電圧が印
加されてアバランシェ降伏を生じた時にも空乏化されな
い領域であり、比抵抗の範囲が、前記第一導電型ドリフ
ト層の比抵抗と同程度以下で、しかもその1/10以上
である部分の厚さが約1μm以上であることを特徴とす
る請求項1記載の高破壊耐量MOS型半導体装置。
19. A first MOS type semiconductor element for flowing a main current and a second MOS type semiconductor element having the same structure as the first MOS type element and flowing a smaller current than the main current are provided on the same semiconductor substrate. The first and second MOS type semiconductor elements are provided so that the first and second main surfaces oppose each other, the first conductivity type drift layer having a high specific resistance, and the first main type drift layer of the first conductivity type drift layer. A second conductivity type base region formed in the surface layer on the side of the surface,
A first conductivity type source region separated from the first conductivity type drift layer by the second conductivity type base region, and a trench dug deeper than the second conductivity type base region so that the first conductivity type source region is exposed on the inner wall. A gate electrode layer formed in the trench via a gate insulating film; a source electrode provided in common contact with the first conductivity type source region and the second conductivity type base region; A first conductivity type drain layer having a lower resistance than the first conductivity type drift layer provided on the other side of the mold drift layer, and provided on the second main surface in contact with the surface of the first conductivity type drain layer. In a high breakdown voltage MOS semiconductor device having a drain electrode and a gate electrode provided in contact with a gate electrode layer, a first conductivity type MOS transistor is disposed between the first conductivity type drift layer and the first conductivity type drain layer. Ballast The ballast resistance layer is a region that is not depleted even when a high voltage is applied and an avalanche breakdown occurs when the MOS type semiconductor device is in an off state, and the specific resistance range is the first conductive layer. 2. A high breakdown voltage MOS type semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of a portion which is equal to or less than the specific resistance of the mold drift layer and which is 1/10 or more thereof is about 1 μm or more.
【請求項20】前記バラスト抵抗層の部分の厚さが、前
記第一導電型ドリフト層の厚さの1/2以下であること
を特徴とする請求項16ないし19のいずれかに記載の
高破壊耐量MOS型半導体装置。
20. The height according to claim 16, wherein the thickness of the ballast resistance layer is not more than half the thickness of the first conductivity type drift layer. Destruction resistant MOS semiconductor device.
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