JPS63288064A - Composite thyristor - Google Patents

Composite thyristor

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JPS63288064A
JPS63288064A JP12140687A JP12140687A JPS63288064A JP S63288064 A JPS63288064 A JP S63288064A JP 12140687 A JP12140687 A JP 12140687A JP 12140687 A JP12140687 A JP 12140687A JP S63288064 A JPS63288064 A JP S63288064A
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JP
Japan
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region
thyristor
conductivity type
drain region
igbt
Prior art date
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Application number
JP12140687A
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Japanese (ja)
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Minoru Kato
実 加藤
Shigeru Onda
茂 恩田
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Toshiba Corp
Toshiba Components Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Components Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • HELECTRICITY
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    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/74Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
    • H01L29/7428Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action having an amplifying gate structure, e.g. cascade (Darlington) configuration

Abstract

PURPOSE:To prevent thyristor operation by the parasitic effect of an IGBT, and to enable a composite thyristor having stable characteristics by forming a mechanism shortening the diffusion length of minority carriers in a drain region in a bipolar type insulated gate field-effect transistor (IGBT) into the drain region. CONSTITUTION:A P-type semiconductor substrate 21 is prepared, an N<-> epitaxial layer 24b is laminated, and an impurity is diffused selectively to the N<-> epitaxial layer to shape an N<+> buried region 50. Epitaxial layers 24c laminated twice onto the P-type substrate through vapor growth are formed, and a P-type isolation region 32 for element isolation is shaped. A main thyristor and an IGBT are formed to the N<-> epitaxial layers 24c. That is, P base regions 23 in the main thyristor and N emitter regions 22 having short-circuit emitter structure divided into the plural are diffused and shaped. A gate oxide film 30 and a gate electrode 29 for the IGBT are formed, a P body region 23a and an N source region 22a are shaped through double diffusion, using the gate oxide film 30 and the gate electrode 29 as masks, and lastly an electrode wiring and an insulating film for protection, etc., are formed.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、1つの半導体基板に、PNPN  4層構造
の主サイリスタとトリが用のバイポーラ型絶縁ゲート電
界効果トランジスタ(I n5lJlatedGate
 Bipolar  Transister 、  I
 GB T)とを並設した複合サイリスタに間するもの
で、特にIGB丁の奇生ラッチアブ現象防止構造に使用
される。 なおバイポーラ型絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタは伝導度変調型MO8FETと呼ばれることもあ
り、一般に認められた一定の日本語の名称はなく、以F
IGBFと略記する。
Detailed Description of the Invention [Objective of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention provides a bipolar insulated gate field effect transistor (I n5lJlatedGate
Bipolar Transister, I
It is installed between a composite thyristor in which the thyristor (GBT) is installed in parallel, and is particularly used in the structure for preventing the abnormal latch-ab phenomenon of IGBT. Note that the bipolar insulated gate field effect transistor is sometimes called a conductivity modulated MO8FET, and there is no generally accepted Japanese name for it.
It is abbreviated as IGBF.

〈従来の技術) スイッチングレギュレータやテレビ用リモコンの過電圧
、過電流保護等に使用される小型サイリス9 (T O
220A B 外囲St ) テハi[/I ’# 電
II ’Fr小型にするため高感度化が求められている
。 一般に小型サイリスタで、例えば平均順電流I T
(AV)−10A程度のもものでは、ゲートトリガ電流
I GTを数10μAとした場合、臨界オフ電圧上昇率
dV/dtは、ゲートG、カソードに間開放時、0.I
V程度となり、同様にG−に間開放時、dV/dtン1
000V 、!:した場合、I GV≧数10 mAと
なる。 即ちI GTを小さくして感度向上を計るとd
V/dtが低下するという相反する特性を持っている。
<Prior art> Compact thyris 9 (T O
220A B Outer St) High sensitivity is required for miniaturization. In general, a small thyristor, for example, the average forward current I T
(AV) When the gate trigger current IGT is several tens of μA, the critical off-voltage increase rate dV/dt is 0.0. I
Similarly, when G- is opened, dV/dtton 1
000V,! : In this case, I GV≧several 10 mA. In other words, if you try to improve sensitivity by reducing IGT, d
It has contradictory characteristics that V/dt decreases.

 現在、このI GTとdV/dtのトレードオフを改
善するために増幅ゲートサイリスタ、MOSゲートサイ
リスタ等が考案されている。 以Fごれらの素子につい
て説明する。
Currently, amplification gate thyristors, MOS gate thyristors, and the like are being devised to improve the trade-off between IGT and dV/dt. Below, these elements will be explained.

増幅ゲートサイリスタの一般的な概略断面図と等価回路
図をそれぞれ第4図及び第5図に示す。
A general schematic cross-sectional view and an equivalent circuit diagram of an amplification gate thyristor are shown in FIGS. 4 and 5, respectively.

増幅ゲートサイリスタは、主サイリスタ丁h1と補助サ
イリスタ1h2とを1つの半導体基板1に並設し、主サ
イリスタのゲート電極と補助サイリスタのカソード電極
を配線機ejl18で一体に連結したものである。 主
サイリスタTh1はPエミッタ領域5、N−ベース領域
4、Pベース領域3、Nエミッタ領域2から、補助サイ
リスタTh2はPエミッタ領域5、N−ベース領域4、
Pベース−領域3、Nエミッタ領域2aからそれぞれ構
成される。 アノード電極6、カソード電極7間に電圧
Voを印加し1、ゲート電極9、カソード電極7問にゲ
ート電流としてI p、を流すと、補助サイリスタTh
2が点弧し、補助サイリスタ丁h2のオン電流(エミッ
タ′IB流)IE、が主サイリスタTil 1のゲート
に流れ込み主サイリスタが点弧する。 通常主サイリス
タのゲートトリガ電流I GTと補助サイリスタのI 
E+とにはIGT<IE、の関係があり、所謂オーバー
ドライブがかかり、主サイリスタの点弧領域の拡がりが
助長され、高感度で高い@WオンN流上昇率di/dt
を得ることかできる。 しかし補助サイリスタを高感度
にすると、増幅ゲートサイリスタのdV/dH,を補助
サイリスタのdV/dtに依存するためにあまり高いd
V/dtを得ることができないという問題点がある。
The amplification gate thyristor has a main thyristor h1 and an auxiliary thyristor 1h2 arranged side by side on one semiconductor substrate 1, and the gate electrode of the main thyristor and the cathode electrode of the auxiliary thyristor are integrally connected by a wiring machine ejl18. The main thyristor Th1 has a P emitter region 5, an N-base region 4, a P base region 3, an N-emitter region 2, and the auxiliary thyristor Th2 has a P emitter region 5, an N-base region 4,
Each of them is composed of a P base region 3 and an N emitter region 2a. When a voltage Vo is applied between the anode electrode 6 and the cathode electrode 7, and a gate current Ip is applied to the gate electrode 1, the gate electrode 9, and the cathode electrode 7, the auxiliary thyristor Th
2 is fired, the on-current (emitter'IB flow) IE of the auxiliary thyristor h2 flows into the gate of the main thyristor Til1, and the main thyristor is fired. Normally main thyristor gate trigger current I GT and auxiliary thyristor I
E+ has a relationship of IGT<IE, which causes a so-called overdrive, which promotes the expansion of the firing region of the main thyristor, resulting in a high sensitivity and high @W-on-N flow rate of rise di/dt.
Can you get it? However, if the auxiliary thyristor is made highly sensitive, the dV/dH of the amplification gate thyristor depends on the dV/dt of the auxiliary thyristor, so the dV/dH of the amplification gate thyristor becomes too high.
There is a problem that V/dt cannot be obtained.

次にMOSゲートサイリスタの一般的な概略断面図と等
価回路−とをそれぞれ第6図及び第7図に示1. なお
以下の図面において、同じ符号は同一部分又は相当部分
をあられす。 第6図において7ノードTi極6とカソ
ード電極17間にV。
Next, a general schematic cross-sectional view and an equivalent circuit of a MOS gate thyristor are shown in FIGS. 6 and 7, respectively. In the drawings below, the same reference numerals refer to the same or corresponding parts. In FIG. 6, V is applied between the 7-node Ti electrode 6 and the cathode electrode 17.

の正電圧を印加し、ゲート電極19とカソード電極17
I!lIにゲートトリガ電圧VGT以上の正バイアスを
加えると、Pベースi域13のゲート電極19直下の部
分に反転層が形成され、N−ベース領域4からこの反転
■を経てNエミッタ領域12にTi流が流れ、Pエミッ
タ領域5、N−ベース領域4、Pベース領域13、Nエ
ミッタ領域12から成る主サイリスタが点弧する。  
dV/dt耐壷は、Nエミッタ領域12とPペース領域
13がカソード電極17で短絡されているために、所謂
、短絡エミッタ構造のサイリスタと同様である。
Applying a positive voltage of
I! When a positive bias equal to or higher than the gate trigger voltage VGT is applied to lI, an inversion layer is formed in the portion of the P base i region 13 directly below the gate electrode 19, and Ti is transferred from the N-base region 4 through this inversion (2) to the N emitter region 12. The current flows and the main thyristor consisting of P emitter region 5, N-base region 4, P base region 13 and N emitter region 12 fires.
Since the N emitter region 12 and the P space region 13 are short-circuited by the cathode electrode 17, the dV/dt resistant pot is similar to a thyristor with a so-called short emitter structure.

即ちアノード電極6、カソード電極17に0激な順方向
電圧が印加された場合、N−ベース領域4とPベース領
域13との接合J、で生ずる変位電流1pと、Nエミッ
タ領域12とPベース領域13の交点抵抗Rとの積がV
ev未* (VGT > I pXR)であればサイリ
スタは点弧せず阻止状態を保つ。 従ってdV/dt向
上のためにはNエミッタ領域12とPベース領域13の
ショート率を高める必要がある。 このMOSゲートサ
イリスタの構造の問題点は、Nエミッタ領域12とPベ
ース領域13のショート率を高めたために導通領域の拡
がりが悪くなりdi/dt特性の低下(約数100A/
μS)を引き起こすことと、Nエミツタ領域12の有効
面積が減少し、チップサイズの増大を招来してしまうこ
とが挙げられる。
That is, when a zero forward voltage is applied to the anode electrode 6 and the cathode electrode 17, the displacement current 1p generated at the junction J between the N-base region 4 and the P-base region 13, and the The product of region 13 and intersection resistance R is V
If ev is not present* (VGT > I pXR), the thyristor does not fire and remains in the blocking state. Therefore, in order to improve dV/dt, it is necessary to increase the short-circuit ratio between the N emitter region 12 and the P base region 13. The problem with the structure of this MOS gate thyristor is that due to the increased short-circuit ratio between the N emitter region 12 and the P base region 13, the conduction region spreads poorly and the di/dt characteristics deteriorate (about several hundred A/d).
μS), and the effective area of the N emitter region 12 decreases, resulting in an increase in chip size.

上記の問題点を解決するため、最近特願昭6l−179
832Nによる複合サイリスタが提案された。
In order to solve the above problems, we recently applied for patent application No. 6l-179.
A composite thyristor according to 832N was proposed.

この複合サイリスタは第8図に示すように1つの半導体
基板21に、短絡エミッタ構造の主サイリスタTh1と
バイポーラ型絶縁ゲート電界効果トランジスタIGBr
とを並設し、主サイリスタのPベース領t423とIG
BTのNソース領域22aとを配線電極膜28で接続し
たものである。
As shown in FIG. 8, this composite thyristor includes a main thyristor Th1 with a short-circuited emitter structure and a bipolar insulated gate field effect transistor IGBr on one semiconductor substrate 21.
are installed in parallel, and the main thyristor's P base region t423 and IG
The N source region 22a of the BT is connected to the wiring electrode film 28.

アノード電極26とカソード電極27とに順電圧Voを
印加し、ゲート電極29にゲートトリガ電圧V、11を
加えるとrGBTはオンし、そのオン電流は配線電極1
!28を経て主サイリスタTh1のPベースf!’![
23へゲート電流として流入し、主サイリスタTh1は
点弧する。  IGBrのdV/dt耐屋は、前記増幅
ゲートサイリスタの補助サイリスタに比し十分大きいの
でIGBTを並設したこの複合サイリスタのdV /(
ltft4filは改善される。 又IGBTはゲート
がMOS構造で、高大カインピーダンス特性を持ち且つ
高伝導度特性を備えているので口の複合サイリスタは高
感度であり、前記MOSゲートサイリスタに比しdl/
dt特性は改善される。 IGBTは小電力で大電流を
制御でき、オン電圧も小さくなる。
When a forward voltage Vo is applied to the anode electrode 26 and the cathode electrode 27, and a gate trigger voltage V, 11 is applied to the gate electrode 29, the rGBT turns on, and its on-current flows to the wiring electrode 1.
! P base f! of main thyristor Th1 through 28. '! [
23 as a gate current, and the main thyristor Th1 is fired. Since the dV/dt resistance of IGBr is sufficiently larger than that of the auxiliary thyristor of the amplification gate thyristor, dV/(
ltft4fil is improved. In addition, since the gate of IGBT has a MOS structure and has high impedance characteristics and high conductivity characteristics, the composite thyristor at the mouth has high sensitivity and has a low dl/
dt characteristics are improved. IGBTs can control large currents with low power and have low on-state voltages.

(発明が解決しようとする問題点) 前述のように主サイリスタにI GBIを並設した複合
サイリスタは、高感度でありdV/dt及びdr/dt
特性も改善される。 しかしながらIGBTが寄生効果
によりサイリスタ動作をすることがあり、問題となって
いる。
(Problems to be Solved by the Invention) As mentioned above, the composite thyristor in which the IGBI is installed in parallel with the main thyristor has high sensitivity, and the dV/dt and dr/dt
Properties are also improved. However, the IGBT may operate as a thyristor due to parasitic effects, which poses a problem.

本発明の目的は、従来の複合サイリスタ(第8図に示す
もの)の高感度、高dV / dt、高dl/dt特性
を維持し、IGBTの寄生効果によるサイリスタ動作を
防止して、より安定した特性の複合サイリスタを提供す
ることである。
The purpose of the present invention is to maintain the high sensitivity, high dV/dt, and high dl/dt characteristics of the conventional composite thyristor (shown in Fig. 8), prevent thyristor operation due to parasitic effects of IGBT, and make it more stable. The object of the present invention is to provide a composite thyristor with such characteristics.

[発明の構成1 (問題点を解決するための手段) 本発明の複合サイリスタは、主サイリスタとバイポーラ
型絶縁ゲート電界効果トランジスタ(IGBT)を1つ
の半導体基板に並設し、主サイリスタのベース領域とI
GBrのソース領域とを導電性物質により接続した従来
の複合サイリスタ(特願昭61−179832号) ニ
、新しくぞ(IGBTのドレイン領域内にこの領域の少
数キャリア″゛の拡散長を低下させる機構を設けたこと
を特徴とする複合サイリスタである。 I GBTの構
造は、従来の絶縁ゲート縦型電界効果トランジスタ〈v
DMO8FEl又はV  MOS  FEl )+7)
−1電型ドレイン領域に接して反対導電型領域(便宜上
反対導電型トレイン領域と呼ぶ)を付加118層したも
のであり且つ本発明においては前記一導電型ドレイン領
域内に拡散長低下機構を設けたものである。
[Configuration 1 of the Invention (Means for Solving Problems) The composite thyristor of the present invention has a main thyristor and a bipolar insulated gate field effect transistor (IGBT) arranged side by side on one semiconductor substrate, and a base region of the main thyristor. and I
A conventional composite thyristor in which the source region of the GBr is connected with a conductive material (Japanese Patent Application No. 179832/1983) 2. New (a mechanism for reducing the diffusion length of minority carriers in this region in the drain region of the IGBT) It is a composite thyristor characterized by providing an IGBT structure.
DMO8FE1 or VMOSFE1)+7)
-118 layers of an opposite conductivity type region (referred to as an opposite conductivity type train region for convenience) are added in contact with the first conductivity type drain region, and in the present invention, a diffusion length reduction mechanism is provided in the one conductivity type drain region. It is something that

−sN型ドレイン領域に設ける少数キャリアの拡散長低
下機構としては、a濃度の一導電型埋込み領域、再結合
中心となる金、白金、並鉛の拡散或いは電子線又は中性
子照射よる格子欠陥の形成が望ましい実tSS*である
-The mechanism for reducing the diffusion length of minority carriers provided in the sN-type drain region is a buried region of one conductivity type with a concentration, diffusion of gold, platinum, or lead that serves as a recombination center, or formation of lattice defects by electron beam or neutron irradiation. is the desired real tSS*.

(作用) I G B T ハ、VD  MOS  FE−1(7
)一導電型ドレイン領域に反対導電型ドレイン領域を付
加積層したもので、オン状態における一導電型ドレイン
領域のキャリア密度は大きい。 このドレイン領域内に
設けられた拡散長低下RMAは、ターンオフ時に蓄積キ
ャリアを速やかに消滅させ、ターンオフ特性を改善する
。 又VD  MOS  FETの一導電型ソース領域
、反対導電型ボディ領域、−SS型ドレイン領域及び付
加積層された反対導電型ドレイン領域の4層から構成さ
れる寄生サイリスタがIGBT内に形成されている。 
一導電型ドレイン領域内の拡散長低下機構は、この奇生
サイリスタがサイリスタ動作を行わないように作用する
(Function) I G B T C, VD MOS FE-1 (7
) A drain region of one conductivity type is additionally laminated with a drain region of the opposite conductivity type, and the carrier density of the one conductivity type drain region in the on state is high. The diffusion length reducing RMA provided in the drain region quickly eliminates accumulated carriers during turn-off and improves turn-off characteristics. Also, a parasitic thyristor is formed in the IGBT, which is made up of four layers: a source region of one conductivity type, a body region of the opposite conductivity type, a -SS type drain region, and an additionally laminated drain region of the opposite conductivity type of the VD MOS FET.
The diffusion length reduction mechanism in the drain region of one conductivity type acts to prevent this parasitic thyristor from performing thyristor operation.

(実施例) 本発明の実施例について図面を参照して以下説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

 第1図は本発明の複合サイリスタの断面図で、1つの
半導体基板21に主サイリスタrh1と(GETとを並
設したものである。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the composite thyristor of the present invention, in which the main thyristor rh1 and (GET) are arranged side by side on one semiconductor substrate 21.

主サイリスタTh1は、基板21の第1主面からこれと
反対側の第2主面にわたり、主面に平行にNエミッタ領
域22、Pベース領域23、N−ベース領域24及びP
エミッタ領域25を積層したもので、短絡エミッタ構造
となっている。
The main thyristor Th1 extends from the first main surface of the substrate 21 to the second main surface on the opposite side, and includes an N emitter region 22, a P base region 23, an N-base region 24, and a P base region 24 in parallel to the main surface.
Emitter regions 25 are laminated to form a short-circuited emitter structure.

又IGBIは、基板21の第1主面の表面層にNソース
領1a22a及びPボディ領域23aのチャネル形成部
23bとを設け且つ基板内のPボディ領域に接してN−
ドレイン領域24aを形成したVD  MOS  FE
Tt、:)’ドレイン領域25aを付加したものである
が、本発明においては、N−ドレイン領hi!24a内
にこの領域の少数キャリア(正孔)の拡散長を低下させ
る機構としてN゛埋込領域50を設けたことが特徴であ
る。
Further, the IGBI is provided with an N source region 1a22a and a channel forming portion 23b of a P body region 23a in the surface layer of the first main surface of the substrate 21, and an N-
VD MOS FE with drain region 24a formed
Tt, :)' drain region 25a is added, but in the present invention, the N-drain region hi! A feature is that an N buried region 50 is provided in 24a as a mechanism for reducing the diffusion length of minority carriers (holes) in this region.

又主サイリスタThlのゲート電極28とIGBTのソ
ース電極31とは電気的に接続されている。 符号△、
K及びGは複合サイリスタのアノード、カソード、ゲー
トの端子を示し、それぞれ主サイリスタTh 1及びr
GBr共通の7ノード71極26、主サイリスタTh 
1のカソード端子27及びrGBTのゲート電極29に
接続される。
Further, the gate electrode 28 of the main thyristor Thl and the source electrode 31 of the IGBT are electrically connected. Sign △,
K and G indicate the anode, cathode, and gate terminals of the composite thyristor, respectively, the main thyristor Th 1 and r
GBr common 7 nodes 71 poles 26, main thyristor Th
It is connected to the cathode terminal 27 of 1 and the gate electrode 29 of rGBT.

N領域14とボディ領域23aはツェナーダイオードを
構成し1、ゲート酸化130の過電圧破壊を防止するた
めに挿入しである。 11は保護用の酸化膜である。
N region 14 and body region 23a constitute a Zener diode 1 and are inserted to prevent overvoltage breakdown of gate oxide 130. 11 is a protective oxide film.

第2図は上記複合サイリスタの等価回路を示す。FIG. 2 shows an equivalent circuit of the above composite thyristor.

同図のR吐はNエミッタ領域22とPベース領域23の
交点抵抗を表す。
The R discharge in the figure represents the intersection resistance between the N emitter region 22 and the P base region 23.

次にこの複合サイリスタの動作について説明する。 ア
ノード端子Aとカソード端子にとの間に正電圧Voを、
又ゲート端子Gとカソード端子に間に正バイアスV G
Tをそれぞれ印加すると、IGBFのゲート電極29直
下のチャネル形成部23bに反転層を生じチャネルが形
成される。
Next, the operation of this composite thyristor will be explained. A positive voltage Vo is applied between the anode terminal A and the cathode terminal,
Also, a positive bias V G is applied between the gate terminal G and the cathode terminal.
When T is respectively applied, an inversion layer is generated in the channel forming portion 23b directly under the gate electrode 29 of the IGBF, and a channel is formed.

これによりIGBTは導通状態となり、オン電流がアノ
ード電極26からソース電極31に流れる。
As a result, the IGBT becomes conductive, and an on-current flows from the anode electrode 26 to the source electrode 31.

このオン電流は主サイリスタ1゛h1のゲート電極28
からPベース領域23へ流れ込み、主サイリスタは点弧
する。 なおIGBTのターンオフ動作は、VD  M
OS  FEIと同様、ゲート電極29に印加していた
電圧をしきい値以下に低下させて行う。
This on-current is the gate electrode 28 of the main thyristor 1゛h1.
flows into the P base region 23, and the main thyristor fires. Note that the turn-off operation of the IGBT is performed using VDM.
Similar to OS FEI, this is performed by lowering the voltage applied to the gate electrode 29 below the threshold value.

IGBTには、N/−ス領域22a、Pボディ領域23
a、N−ドレイン領1424a及びPドレイン領域25
aから成る寄生サイリスタが構成されており、これがサ
イリスタ動作をしないようにする必要がある。 このた
めNソース領域22aとPボディ領域23aの交点濃度
を高めたり、N−ドレイン領域中に少数キャリア(正孔
)の拡散長を低下する機構例えばN1埋込み領域、再結
合中心としてはたらく重金属のドープあるいは電子線又
は中性子線を照射して選択的に格子欠陥を作る等寄生サ
イリスタのαOne及びα。pイを小さくすることによ
り寄生サイリスタ動作の発生を防止する。
The IGBT includes an N/- body region 22a and a P body region 23.
a, N- drain region 1424a and P drain region 25
A parasitic thyristor is constructed, and it is necessary to prevent this from operating as a thyristor. For this reason, a mechanism that increases the concentration at the intersection between the N source region 22a and the P body region 23a and reduces the diffusion length of minority carriers (holes) in the N-drain region, for example, the N1 buried region, doping with heavy metals that acts as a recombination center. Alternatively, αOne and α are parasitic thyristors that selectively create lattice defects by irradiating electron beams or neutron beams. By reducing p, the occurrence of parasitic thyristor operation is prevented.

又IGBTのN−ドレイン領域24aには、VD  M
OS  FETと相異してPトレイン領域25aから注
入された過剰の少数キャリア(正孔)が存在しターンオ
フ特性を悪<シていいるが、N−ドレインfft域24
aに少数キャリアの拡散長を低下する機構を設けること
により改善される。
Further, in the N-drain region 24a of the IGBT, VDM
Unlike the OS FET, there are excessive minority carriers (holes) injected from the P-train region 25a, which deteriorates the turn-off characteristics, but the N-drain fft region 24
This can be improved by providing a mechanism for reducing the diffusion length of minority carriers in a.

本発明の構造では先ずIGBTが定格N流以下では寄生
サイリスタが動作をしないように前記の方法で設計する
。 次に主サイリスタにおいて、短絡エミッタ構造の一
般の小型・サイリスタとしては容易に実現できる規格値
、例えば1.ニー!301A。
In the structure of the present invention, first, the IGBT is designed using the method described above so that the parasitic thyristor does not operate when the current is below the rated N current. Next, for the main thyristor, the standard value, for example 1. knee! 301A.

dV /dt> 1000V / μS IIr得るよ
うに設計する。
Design to obtain dV/dt>1000V/μS IIr.

主サイリスタのゲートトリガ電流fGtより数倍程度の
ソース電流が流れるようにIGBTのNソース領域22
aの面積を設計することで主サイリスタはゲートのオー
バードライブにより導通領域の拡がりが良好となり高d
l/dtを実現できる。
The N source region 22 of the IGBT is designed so that a source current several times higher than the gate trigger current fGt of the main thyristor flows.
By designing the area of a, the main thyristor can spread the conduction area well by overdriving the gate, resulting in a high d
l/dt can be achieved.

次に本発明の複合サイリスタの製造方法の概要を第3図
(a)及び(b )に基き説明する。 同図(a )に
示すようにまずP型半導体基板21を準備し、気相成長
により不純物濃度を約1014〜10”  atoms
/ ci’のN−IビタキシvJLt層24bを厚さ約
30μ−程度積層する。 次にこのN−エピタキシャル
瘤に濃度的10′98toms/ Cl113の不純物
を選択的に拡散しN1埋込み領域50を形成する。 次
に同図(b)に示すように更に気相成長により前記と同
濃度のN−エピタキシャル層を積載する。 P型基板上
に2回にわたり積層されるエピタキシャルtN24cの
へさは80〜90μ−とする。次に素子分離のためのP
型分離領[32を形成する。 これ以後の工程は図示し
ていないが、公知の方法によってN−エピタキシャル層
240に主サイリスタとIGBTを形成する。 即ち主
サイリスタのPベースfA1423(深さ約15〜20
μm)および複数に分割された短絡エミッタ構造のNエ
ミッタ領1a22(22さ約5μm)を拡散形成する。
Next, an outline of the method for manufacturing a composite thyristor of the present invention will be explained with reference to FIGS. 3(a) and 3(b). As shown in Figure (a), a P-type semiconductor substrate 21 is first prepared, and the impurity concentration is increased to approximately 1014 to 10'' atoms by vapor phase growth.
/ci' is laminated to a thickness of about 30 μm. Next, an N1 buried region 50 is formed by selectively diffusing impurities at a concentration of 10'98 toms/Cl113 into this N-epitaxial bump. Next, as shown in FIG. 6(b), an N-epitaxial layer having the same concentration as above is deposited by vapor phase growth. The height of the epitaxial tN24c layered twice on the P-type substrate is 80 to 90 .mu.-. Next, P for element isolation
A mold separation region [32] is formed. Although subsequent steps are not shown, the main thyristor and IGBT are formed in the N-epitaxial layer 240 by a known method. That is, the P base fA1423 of the main thyristor (depth approximately 15 to 20
.mu.m) and a plurality of divided N emitter regions 1a22 (about 5 .mu.m in length) having a short-circuited emitter structure.

次にIGBTのゲート酸化膜30、ゲート電極 29を
形成、これをマスクとして、Pボディ領域23a、Nソ
ース領域22aを二重拡散により形成する。 最後に電
極配線、保護用絶縁膜等を形成し第1図に示す複合サイ
リ′スタが得られる。  以上本実施例においてはN−
ドレイン領域内の少数キャリア拡散良低下目構としてN
+埋込み領域を設けた例について述べたが、再結合中心
となる重金属を拡散する場合の重金属としてはライフタ
イムキラーの材料Au、Pt%Cu1Ni等を使用する
ことが可能で、例えば拡散層形成後、Pエミッタ領域側
の主面にAUを選択的に蒸着して加熱拡散させる。 又
実施例では一導雷型がN型となるサイリスタについて述
べた。
Next, a gate oxide film 30 and a gate electrode 29 of the IGBT are formed, and using these as a mask, a P body region 23a and an N source region 22a are formed by double diffusion. Finally, electrode wiring, a protective insulating film, etc. are formed to obtain the composite thyristor shown in FIG. As described above, in this embodiment, N-
N as a mechanism for reducing minority carrier diffusion in the drain region
+Although we have described an example in which a buried region is provided, it is possible to use lifetime killer materials such as Au, Pt%Cu1Ni, etc. as heavy metals when diffusing heavy metals that serve as recombination centers.For example, after forming a diffusion layer, , AU is selectively deposited on the main surface on the P emitter region side and heated and diffused. Further, in the embodiment, a thyristor in which the single conductor type becomes the N type has been described.

し発明の効果〕 前述した通り、一般に増幅ゲートサイリスタでは高感度
、高dV/dt耐最の両特性を達成することは補助サイ
リスタの構造上難しい。 又MOSゲートサイリスタで
はNエミッタmhi!12とPベース領域13のショー
ト率を少なくすることによりdr/dtを高めることは
可能であるが逆にd/dtの耐量の低下を招く。
[Effects of the Invention] As described above, it is generally difficult to achieve both high sensitivity and high dV/dt durability with an amplification gate thyristor due to the structure of the auxiliary thyristor. Also, in MOS gate thyristor, N emitter mhi! Although it is possible to increase dr/dt by reducing the short circuit ratio between P base region 12 and P base region 13, this results in a decrease in d/dt tolerance.

本発明の複合サイリスタにおいては、IGBI’の寄生
サイリスタのサイリスタ動作を防止する構造即ち一導電
型ドレイン領域内にこの領域の少数キャリアの拡散長を
低下させる機構を設けたことにより、tGBTの寄生ラ
ッチアップ現象は防止され、安定した高感度(電圧駆!
11) 、ila dV/dt耐量、高dI/dt特性
を実現できた。 又デツプ面積は一般の増幅ゲートサイ
リスタと同等であり、MOSゲートサイリスタよりも小
さくできる。
In the composite thyristor of the present invention, a structure for preventing the thyristor operation of the parasitic thyristor of IGBI', that is, a mechanism for reducing the diffusion length of minority carriers in this region in the drain region of one conductivity type, is provided, thereby preventing the parasitic latch of tGBT. Up phenomenon is prevented and stable high sensitivity (voltage drive!
11) We were able to achieve ila dV/dt tolerance and high dI/dt characteristics. Further, the depth area is equivalent to that of a general amplification gate thyristor and can be smaller than that of a MOS gate thyristor.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の複合サイリスタの断面図、第2図はそ
の等価回路図、第3図は第1図の複合サイリスタの製造
工程を示す断面図、第4図は従来の増幅ゲートサイリス
タの断面図、第5図はその等価回路図、第6図は従来の
MOSゲートサイリスタの断面図、第7図はその等価回
路図、第8図は従来のIGBTを並設した複合サイリス
タの断面図である。 21・・・半導体基板、 22・・・一導電型エミッタ
領域(Nエミッタ領域)、 22a・・・一導電型ソー
ス領域(Nソース領域)、 23・・・反対導電型ベー
ス領1a(Pベース領域)、 23a・・・反対導電型
ボディ領[(Pボディ領域)、 23b・・・チャネル
形成部、 24・・・一導電型ペース領域(N−ベース
領ia)、 24a・・・一導電型ドレイン領域(N−
ドレイン領It)、 25・・・反対導電型エミッタ領
域(Pエミッタ領域)、 25a・・・付加積層する反
対導電型領域(Pドレイン領14)、26・・・アノー
ド電極、 27・・・カソード電極、29・・・ゲート
電極、 30・・・ゲート酸化膜、50・・・一導電型
埋込み領域(N+埋込み領域)。 第1図 第3図
Fig. 1 is a sectional view of the composite thyristor of the present invention, Fig. 2 is its equivalent circuit diagram, Fig. 3 is a sectional view showing the manufacturing process of the composite thyristor of Fig. 1, and Fig. 4 is a sectional view of the conventional amplification gate thyristor. 5 is an equivalent circuit diagram, FIG. 6 is a sectional diagram of a conventional MOS gate thyristor, FIG. 7 is an equivalent circuit diagram thereof, and FIG. 8 is a sectional diagram of a conventional composite thyristor in which IGBTs are arranged in parallel. It is. 21... Semiconductor substrate, 22... One conductivity type emitter region (N emitter region), 22a... One conductivity type source region (N source region), 23... Opposite conductivity type base region 1a (P base 23a...Body region of opposite conductivity type (P body region), 23b...Channel forming portion, 24...Pace region of one conductivity type (N-base region ia), 24a...One conductivity type Type drain region (N-
Drain region It), 25... Emitter region of opposite conductivity type (P emitter region), 25a... Region of opposite conductivity type to be additionally laminated (P drain region 14), 26... Anode electrode, 27... Cathode Electrode, 29... Gate electrode, 30... Gate oxide film, 50... One conductivity type buried region (N+ buried region). Figure 1 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 1つの半導体基板に、 (a)該基板の第1主面からこれと反対側の第2主面に
わたり主面に平行に一導電型エミッタ領域、反対導電型
ベース領域、一導電型ベース領域、及び反対導電型エミ
ッタ領域をこの順序に積層して成る主サイリスタと (b)該基板の第1主面の表面層に一導電型ソース領域
及び反対導電型ボディ領域のチャネル形成部を設け且つ
該基板内のボディ領域に接して一導電型のドレイン領域
を形成した絶縁ゲート縦型電界効果トランジスタの前記
ドレイン領域に接して反対導電型領域を付加積層して成
るバイポーラ型絶縁ゲート電界効果トランジスタとを並
設し、主サイリスタの一導電型ベース領域とバイポーラ
型絶縁ゲート電界効果トランジスタのソース領域とを導
電性物質により接続した複合サイリスタにおいて、 前記一導電型ドレイン領域内にこの領域の少数キャリア
の拡散長を低下させる機構を設けたことを特徴とする複
合サイリスタ。 2 前記拡散長を低下させる機構として、前記一導電型
ドレイン領域内にこれより高不純物濃度の一導電型埋込
み領域を設けた特許請求の範囲第1項記載の複合サイリ
スタ。 3 前記拡散長を低下させる機構として、前記一導電型
ドレイン領域内に再結合中心となる重金属を拡散した特
許請求の範囲第1項記載の複合サイリスタ。 4 前記拡散長を低下させる機構として、前記一導電型
ドレイン領域内に電子線又は中性子線を照射し格子欠陥
を形成した特許請求の範囲第1項記載の複合サイリスタ
[Claims] 1. In one semiconductor substrate, (a) an emitter region of one conductivity type and a base region of the opposite conductivity type extending parallel to the principal surface from the first principal surface of the substrate to the second principal surface on the opposite side thereof; , a main thyristor formed by laminating a base region of one conductivity type and an emitter region of the opposite conductivity type in this order; and (b) a source region of one conductivity type and a body region of the opposite conductivity type on the surface layer of the first main surface of the substrate. A bipolar type insulated gate vertical field effect transistor having a channel forming portion and a drain region of one conductivity type formed in contact with a body region in the substrate, and an additionally laminated region of an opposite conductivity type in contact with the drain region. In a composite thyristor in which an insulated gate field effect transistor is arranged in parallel and a base region of one conductivity type of the main thyristor and a source region of a bipolar insulated gate field effect transistor are connected by a conductive material, in the drain region of the one conductivity type. A composite thyristor characterized by having a mechanism for reducing the diffusion length of minority carriers in this region. 2. The composite thyristor according to claim 1, wherein a buried region of one conductivity type with a higher impurity concentration is provided in the drain region of one conductivity type as a mechanism for reducing the diffusion length. 3. The composite thyristor according to claim 1, wherein a heavy metal serving as a recombination center is diffused into the drain region of one conductivity type as a mechanism for reducing the diffusion length. 4. The composite thyristor according to claim 1, wherein, as the mechanism for reducing the diffusion length, lattice defects are formed by irradiating the one conductivity type drain region with an electron beam or a neutron beam.
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