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JPH07130984A - Mos gate semiconductor device - Google Patents

Mos gate semiconductor device

Info

Publication number
JPH07130984A
JPH07130984A JP27511393A JP27511393A JPH07130984A JP H07130984 A JPH07130984 A JP H07130984A JP 27511393 A JP27511393 A JP 27511393A JP 27511393 A JP27511393 A JP 27511393A JP H07130984 A JPH07130984 A JP H07130984A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
type
semiconductor region
gate
cathode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP27511393A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshihiko Yoshida
稔彦 吉田
Masanori Inuta
昌功 乾田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyoda Automatic Loom Works Ltd filed Critical Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Priority to JP27511393A priority Critical patent/JPH07130984A/en
Publication of JPH07130984A publication Critical patent/JPH07130984A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To increase a breakdown-resistant amount in a turning-off operation and to shorten the time for the turning-off operation. CONSTITUTION:An n<-> type semiconductor region 12 is formed at the upper part of a p<+> type semiconductor substrate 11. A p-type channel region 13 and a p<+> type gate region 14 which surrounds the p-type channel region 13 are formed on the surface part of the n<-> type semiconductor region 12. In addition, an n<+> type cathode region 15 is formed on the surface part inside the p-type channel region 13. A p<+> type cathode short-circuit region 31 is formed on the surface part of the n<-> type semiconductor region 12 by keeping an interval of a channel length P from the p<+> type cathode region 15 so as to be shallower than the p<+> type gate region 14. The n<+> type cathode region 15 and the p<+> type cathode short-circuit region 31 are short-circuited electrically. A silicon oxide film 17 which is spread up to the upper part of the p<+> type gate region 14 is formed on the surface of the n<-> type semiconductor region 12 between the p<+> type gate region 14 and the p<+> type cathode short-circuit region 31. Gate electrodes 20 are formed on the surface of the silicon oxide film 17.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、MOSゲート半導体装
置に係わり、特に、カソードショート構造のMOSゲー
ト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 gate semiconductor device, and more particularly to a MOS gate semiconductor device having a cathode short structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】大電力を制御するパワー半導体装置が広
く普及しているが、これら半導体装置は、その用途によ
り、低消費電力、高速スイッチングや高耐圧が要求され
る。
2. Description of the Related Art Power semiconductor devices for controlling a large amount of power have been widely used. However, these semiconductor devices are required to have low power consumption, high speed switching and high breakdown voltage depending on their applications.

【0003】図2に、高速スイッチングを目的とした半
導体装置の一例として、カソード短絡型MOSゲートサ
イリスタを示す。同図において、アノード領域であるp
+ 型半導体基板11の上面に、n- 型半導体領域12が
形成されており、そのn- 型半導体領域12の表面部に
は、p型チャネル領域13が選択的に形成されている。
また、n- 型半導体領域12の表面部に、p型チャネル
領域13に接続しながら取り囲むようにそのp型チャネ
ル領域13よりも深くp+ 型ゲート領域14が形成され
ている。さらに、n- 型半導体領域12の表面部におい
て、p+ 型ゲート領域14から所定距離dを隔ててp+
型カソードショート領域16が形成されている。また、
p型チャネル領域13内の表面部には、選択的にn+
カソード領域15が形成されている。
FIG. 2 shows a cathode short circuit type MOS gate thyristor as an example of a semiconductor device intended for high speed switching. In the figure, the anode region p
An n type semiconductor region 12 is formed on the upper surface of the + type semiconductor substrate 11, and a p type channel region 13 is selectively formed on the surface of the n type semiconductor region 12.
Further, on the surface of the n type semiconductor region 12, a p + type gate region 14 is formed deeper than the p type channel region 13 so as to surround and connect to the p type channel region 13. Further, in the surface portion of the n type semiconductor region 12, the p + type gate region 14 is separated from the p + type semiconductor region 12 by a predetermined distance d.
A mold cathode short region 16 is formed. Also,
An n + type cathode region 15 is selectively formed on the surface of the p type channel region 13.

【0004】上記領域が形成されているn- 型半導体領
域12の上面にはシリコン酸化膜17が形成されている
が、n+ 型カソード領域15およびp+ 型カソードショ
ート領域16の各表面の一部でそのシリコン酸化膜17
は選択的に除去されている。そして、上記シリコン酸化
膜17が除去されているn+ 型カソード領域15および
+ 型カソードショート領域16の各表面に接続して、
それぞれカソード電極18およびカソードショート用電
極19が形成され、それら電極間は電気的に短絡されて
いる。また、シリコン酸化膜17の表面において、p+
型ゲート領域14とp+ 型カソードショート領域16と
の間に位置するn- 型半導体領域12の上部に、p+
ゲート領域14の上部からp+ 型カソードショート領域
16の端部にまで跨がるように、ゲート電極20が形成
されている。一方、p+ 型半導体基板11の下面には、
一様にアノード電極21が形成されている。
A silicon oxide film 17 is formed on the upper surface of the n -- type semiconductor region 12 in which the above-mentioned region is formed, but one surface of each of the n + -type cathode region 15 and the p + -type cathode short region 16 is formed. Part of the silicon oxide film 17
Have been selectively removed. Then, the silicon oxide film 17 is connected to the respective surfaces of the n + type cathode region 15 and the p + type cathode short region 16 from which the silicon oxide film 17 has been removed,
A cathode electrode 18 and a cathode shorting electrode 19 are formed respectively, and the electrodes are electrically short-circuited. On the surface of the silicon oxide film 17, p +
On the n type semiconductor region 12 located between the type gate region 14 and the p + type cathode short region 16, and from the upper portion of the p + type gate region 14 to the end of the p + type cathode short region 16. The gate electrode 20 is formed so as to rise. On the other hand, on the lower surface of the p + type semiconductor substrate 11,
The anode electrode 21 is formed uniformly.

【0005】次に、同図を参照しながら、上記構成のカ
ソード短絡型MOSゲートサイリスタの動作を説明す
る。ターンオン動作は、ゲートに正の電圧を印加するこ
とによって、ゲート容量を利用した変位電流をp+ 型ゲ
ート領域14およびp型チャネル領域13からn+型カ
ソード領域15に注入させる。この電流がn+ 型カソー
ド領域15からp型チャネル領域13へ電子を放出さ
せ、さらに、その電子はp+ 型半導体基板11に到達す
るようになる。そして、p+ 型半導体基板11に到達し
た電子は、p+型半導体基板11からn- 型半導体領域
12へのホールの注入を促進し、そのホールがn+ 型カ
ソード領域15へ流れて、サイリスタはラッチアップ状
態になる。
Next, the operation of the cathode short circuit type MOS gate thyristor having the above construction will be described with reference to FIG. In the turn-on operation, by applying a positive voltage to the gate, a displacement current utilizing the gate capacitance is injected from the p + type gate region 14 and the p type channel region 13 into the n + type cathode region 15. This current causes electrons to be emitted from the n + type cathode region 15 to the p type channel region 13, and the electrons reach the p + type semiconductor substrate 11. Electrons reaching the p + -type semiconductor substrate 11, a p + -type semiconductor substrate 11 n - promotes the injection of holes into the semiconductor region 12, flows the holes into the n + type cathode region 15, the thyristor Enters the latch-up state.

【0006】一方、ターンオフ動作は、ゲートに負の電
圧を印加することによって、p+ 型ゲート領域14とp
+ 型カソードショート領域16との間のn- 型半導体領
域12の表面近傍を、n型からp型に反転させてpチャ
ネルを形成する。このことによって、n- 型半導体領域
12およびp+ 型ゲート領域14に存在する過剰ホール
を、上記pチャネルおよびp+ 型カソードショート領域
16を通過させてカソード端子に掃き出させ、アノード
・カソード間のキャリアの流れを遮断する。
On the other hand, in the turn-off operation, by applying a negative voltage to the gate, the p + type gate regions 14 and p
The vicinity of the surface of the n type semiconductor region 12 between the + type cathode short region 16 is inverted from n type to p type to form a p channel. As a result, excess holes existing in the n type semiconductor region 12 and the p + type gate region 14 are swept out to the cathode terminal through the p channel and the p + type cathode short region 16, and the anode-cathode is removed. Cut off carrier flow.

【0007】このように、上記構成のカソード短絡型M
OSゲートサイリスタでは、ターンオフ時に過剰キャリ
アを短時間で消滅させて、高速スイッチング(高周波
化)を実現している。
As described above, the cathode short-circuit type M having the above structure
In the OS gate thyristor, excess carriers are extinguished in a short time at turn-off to realize high-speed switching (higher frequency).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成の
カソード短絡型MOSゲートサイリスタでは、一般に、
+ 型カソードショート領域16は、n- 型半導体領域
12の表面に導入したp型不純物を熱拡散させることに
よって形成している。このような熱拡散による半導体領
域の形成では、導入する不純物量、拡散時間および拡散
温度などに応じてその半導体領域の深さが決まる。ま
た、横方向への広がりはその深さとほぼ一定の割合で拡
散される。
By the way, in the cathode short circuit type MOS gate thyristor having the above structure, in general,
The p + type cathode short region 16 is formed by thermally diffusing the p type impurity introduced into the surface of the n type semiconductor region 12. In the formation of the semiconductor region by such thermal diffusion, the depth of the semiconductor region is determined according to the amount of impurities to be introduced, the diffusion time, the diffusion temperature, and the like. Further, the lateral spread is diffused at a substantially constant ratio with the depth.

【0009】ところが、上述のような熱拡散による半導
体領域の形成では、その半導体領域の広がりはガウス分
布に従うので、形成される半導体領域の深さおよび横方
向への広がりにはばらつきが生じてしまう。
However, in the formation of the semiconductor region by the thermal diffusion as described above, the spread of the semiconductor region follows a Gaussian distribution, so that the depth and the lateral spread of the formed semiconductor region vary. .

【0010】半導体領域の広がりにばらつきが生じた例
を図2を参照しながら説明する。同図において、半導体
領域13’〜16’は、それぞれ半導体領域13〜16
と同一工程で形成され、同一番号どうしが対応した半導
体領域である。
An example in which the spread of the semiconductor region varies will be described with reference to FIG. In the figure, the semiconductor regions 13 'to 16' are the semiconductor regions 13 to 16 respectively.
The semiconductor regions are formed in the same step as, and the same numbers correspond to each other.

【0011】同図の左側に示したサイリスタセルAにお
いては、n- 型半導体領域12の表面近傍のp+ 型ゲー
ト領域14とp+ 型カソードショート領域16との間の
距離d(MOSトランジスタのチャネル長)は、予め設
計した適切な距離である。ところが、上述したように、
熱拡散によって形成される半導体領域の広がりにはばら
つきが生じるので、上記MOSトランジスタのチャネル
長を正確に制御することは困難であり、同図の右側に示
したサイリスタセルBにおけるp+ 型ゲート領域14’
とp+ 型カソードショート領域16’との間の距離d’
は、距離dとは異なる場合がある。
In the thyristor cell A shown on the left side of the figure, the distance d between the p + type gate region 14 and the p + type cathode short region 16 near the surface of the n type semiconductor region 12 (of the MOS transistor The channel length) is an appropriate distance designed in advance. However, as mentioned above,
Since the spread of the semiconductor region formed by thermal diffusion varies, it is difficult to accurately control the channel length of the MOS transistor, and the p + type gate region in the thyristor cell B shown on the right side of FIG. 14 '
And the distance d'between the p + -type cathode short region 16 '
May be different from the distance d.

【0012】この距離d’が小さい場合には、ターンオ
フ動作においてn- 型半導体領域12の表面近傍に形成
されるpチャネルの距離が短くなるので、そのpチャネ
ルの電気的抵抗は小さくなる。したがって、ターンオフ
時に、n- 型半導体領域12およびp+ 型ゲート領域1
4’に存在する過剰キャリアをカソード端子に掃き出す
とき、上記キャリアの流れが距離d’の小さいpチャネ
ルに集中してしまい、そこで発熱などによる破壊が起こ
りやすくなっていた。
When the distance d'is small, the distance of the p channel formed near the surface of the n -- type semiconductor region 12 in the turn-off operation becomes short, and the electric resistance of the p channel becomes small. Therefore, at the time of turn-off, the n type semiconductor region 12 and the p + type gate region 1 are
When the excess carriers existing in 4 ′ were swept out to the cathode terminal, the carrier flow was concentrated in the p channel having a small distance d ′, and the destruction due to heat generation was likely to occur there.

【0013】また、サイリスタのラッチアップ状態にお
いては、アノード側から流れてくるキャリアの大部分
は、n+ 型カソード領域15(15’)を介してカソー
ド端子に到達するが、一部のキャリアは、p+ 型ゲート
領域14(14’),n- 型半導体領域12およびp+
型カソードショート領域16(16’)からなる寄生p
npトランジスタを介して流出してしまう。このとき、
距離d’が小さいと、その寄生pnpトランジスタの増
幅率が高く、その寄生pnpトランジスタを介して流出
するキャリアが増加してしまうので、サイリスタ部分を
流れる電流が減少することによって、オン電圧が高くな
っていた。
In the latch-up state of the thyristor, most of the carriers flowing from the anode side reach the cathode terminal through the n + type cathode region 15 (15 '), but some carriers are , P + type gate region 14 (14 ′), n type semiconductor region 12 and p +
Type cathode short circuit region 16 (16 ')
It flows out through the np transistor. At this time,
When the distance d ′ is small, the amplification factor of the parasitic pnp transistor is high, and the carriers flowing out through the parasitic pnp transistor increase. Therefore, the current flowing through the thyristor portion decreases and the on-voltage increases. Was there.

【0014】一方、上記距離d’が大きい場合には、タ
ーンオフ時に形成されるpチャネルの距離が長くなるの
で、そのpチャネルの抵抗は大きくなる。したがって、
そのpチャネルを介して上記過剰キャリアを掃き出しに
くくなり、そのサイリスタセルのターンオフ時間が長く
なってしまう。
On the other hand, when the distance d'is large, the distance of the p-channel formed at turn-off becomes long, and the resistance of the p-channel becomes large. Therefore,
It becomes difficult to sweep out the excess carriers through the p channel, and the turn-off time of the thyristor cell becomes long.

【0015】このように、従来のカソード短絡型MOS
ゲートサイリスタにおいては、熱拡散による半導体領域
の広がりにばらつきが生じることによって、ターンオフ
時の破壊耐量の低下、オン電圧の増加、ターンオフ時間
の増加などの問題が生じていた。
As described above, the conventional cathode short circuit type MOS
In the gate thyristor, variations in the spread of the semiconductor region due to thermal diffusion have caused problems such as a decrease in breakdown resistance at turn-off, an increase in on-voltage, and an increase in turn-off time.

【0016】本発明は上記問題を解決するものであり、
ターンオフ時の破壊耐量が高く、かつ、ターンオフ時間
を短くしたMOSゲート型の半導体装置を実現すること
を目的とする。
The present invention solves the above problems,
It is an object of the present invention to realize a MOS gate type semiconductor device which has a high breakdown resistance at turn-off and a short turn-off time.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
のMOSゲート半導体装置は、第1導電型の第1の半導
体領域の表面部に第2導電型の第2の半導体領域を選択
的に形成し、その第2の半導体領域内の表面部に第1導
電型の第3の半導体領域を選択的に形成し、上記第1の
半導体領域の表面部に上記第2の半導体領域から所定間
隔を隔ててその第2の半導体領域よりも浅く第2導電型
の第4の半導体領域を選択的に形成する。そして、上記
第3の半導体領域と上記第4の半導体領域とを電気的に
接続し、上記第2の半導体領域と上記第4の半導体領域
との間の上記第1の半導体領域の表面に絶縁膜を形成
し、さらにその絶縁膜の上部に電極を設ける。
In a MOS gate semiconductor device according to a first aspect of the present invention, a second conductivity type second semiconductor region is selected on a surface portion of a first conductivity type first semiconductor region. From the second semiconductor region to the surface of the first semiconductor region by selectively forming a third semiconductor region of the first conductivity type on the surface of the second semiconductor region. A fourth semiconductor region of the second conductivity type is selectively formed at a predetermined interval so as to be shallower than the second semiconductor region. Then, the third semiconductor region and the fourth semiconductor region are electrically connected, and insulation is provided on the surface of the first semiconductor region between the second semiconductor region and the fourth semiconductor region. A film is formed, and an electrode is provided on the insulating film.

【0018】本発明の請求項2に記載のMOSゲート半
導体装置は、第1導電型の第1の半導体領域の表面部に
第2導電型のチャネル領域を選択的に形成し、上記第1
の半導体領域の表面部に上記チャネル領域を取り囲むよ
うに第2導電型のゲート領域を形成し、上記チャネル領
域内の表面部に選択的に第1導電型のカソード領域を形
成し、上記第1の半導体領域の表面部に上記ゲート領域
から所定間隔を隔ててそのゲート領域よりも浅く第2導
電型の第2の半導体領域を形成し、さらに上記第1の半
導体領域の下面に第2導電型のアノード領域を形成す
る。ここで、上記第1の半導体領域は、不純物濃度の低
い半導体領域であり、例えばエピタキシャル層である。
In a MOS gate semiconductor device according to a second aspect of the present invention, the second conductivity type channel region is selectively formed on the surface portion of the first conductivity type first semiconductor region, and the first conductivity type channel region is formed.
A second conductivity type gate region is formed on the surface of the semiconductor region so as to surround the channel region, and a first conductivity type cathode region is selectively formed on the surface of the channel region. A second conductive type second semiconductor region is formed on the surface portion of the semiconductor region at a predetermined distance from the gate region and is shallower than the gate region, and the second conductive type is formed on the lower surface of the first semiconductor region. Forming an anode region of the. Here, the first semiconductor region is a semiconductor region having a low impurity concentration, and is, for example, an epitaxial layer.

【0019】そして、上記カソード領域と上記第2の半
導体領域とを電気的に接続(すなわち、上記第2の半導
体領域はカソードショート領域である)し、上記ゲート
領域と上記カソードショート領域との間の上記第1の半
導体領域の表面に、たとえば酸化膜(SiO2 )からな
る絶縁膜を形成し、さらに、その絶縁膜の上部にゲート
電極を設ける。
The cathode region and the second semiconductor region are electrically connected (that is, the second semiconductor region is a cathode short region), and the gate region and the cathode short region are connected to each other. An insulating film made of, for example, an oxide film (SiO 2 ) is formed on the surface of the first semiconductor region, and a gate electrode is provided on the insulating film.

【0020】本発明の請求項3に記載のMOSゲート半
導体装置は、上記請求項2に記載のMOSゲート半導体
装置を前提とし、上記絶縁膜を上記ゲート領域の上部に
まで拡張して形成し、さらに、その拡張した絶縁膜の上
面にまでゲート電極を形成する。
A MOS gate semiconductor device according to a third aspect of the present invention is based on the MOS gate semiconductor device according to the second aspect, and is formed by extending the insulating film to an upper portion of the gate region, Further, a gate electrode is formed even on the upper surface of the expanded insulating film.

【0021】[0021]

【作用】本発明の作用を請求項2に記載のMOSゲート
半導体装置について説明する。第1の半導体領域の表面
から不純物を熱拡散させることによってカソードショー
ト領域を形成する場合、そのカソードショート領域の広
がりはガウス分布に従うため、カソードショート領域を
浅く形成すると、カソードショート領域の深さおよび横
方向への広がりのばらつきは小さくなる。
The operation of the present invention will be described with respect to the MOS gate semiconductor device according to the second aspect. When the cathode short region is formed by thermally diffusing impurities from the surface of the first semiconductor region, the spread of the cathode short region follows a Gaussian distribution. Therefore, if the cathode short region is formed shallow, the depth of the cathode short region and The variation in the lateral spread is small.

【0022】カソードショート領域の横方向への広がり
のばらつきが小さくなると、第1の半導体領域の表面近
傍におけるカソードショート領域とゲート領域との間の
距離、すなわち、ターンオフ動作に用いるMOSトラン
ジスタのチャネル長のばらつきが小さくなる。
When the variation in the lateral spread of the cathode short region decreases, the distance between the cathode short region and the gate region near the surface of the first semiconductor region, that is, the channel length of the MOS transistor used for the turn-off operation. Variation is reduced.

【0023】したがって、上記チャネル長が短くなるこ
とによって生じる電流集中、および上記チャネル長が長
くなることによって生じるターンオフ速度の低下を防ぐ
ことができる。
Therefore, it is possible to prevent the current concentration caused by the shortened channel length and the decrease in the turn-off speed caused by the increased channel length.

【0024】また、カソードショート領域を浅く形成す
ることによって、カソードショート領域,第1の半導体
領域およびアノード領域からなる寄生トランジスタのベ
ース幅が広がり、その増幅率が低下するので、ターンオ
フ時間が短縮される。
Further, since the cathode short region is formed shallow, the base width of the parasitic transistor composed of the cathode short region, the first semiconductor region and the anode region is widened, and its amplification factor is lowered, so that the turn-off time is shortened. It

【0025】さらに、カソードショート領域を浅く形成
することによって、カソードショート領域,第1の半導
体領域およびゲート領域からなる寄生トランジスタのベ
ース幅が広がり、その増幅率が低下するので、半導体装
置のオン動作状態において、その寄生トランジスタを介
して流出するキャリアが減少し、オン抵抗の増加を防ぐ
ことができる。
Further, by forming the cathode short region shallow, the base width of the parasitic transistor formed of the cathode short region, the first semiconductor region and the gate region is widened and its amplification factor is lowered, so that the semiconductor device is turned on. In this state, the carriers flowing out through the parasitic transistor are reduced, and the increase of ON resistance can be prevented.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。図1は、本発明の一実施例であるカ
ソード短絡型MOSゲートサイリスタの断面である。同
図の符号で、従来例を説明するために用いた図2に付し
た番号と同一のものは、同じ部分を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross section of a cathode short circuit type MOS gate thyristor which is an embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those used to describe the conventional example in FIG. 2 indicate the same parts.

【0027】すなわち、アノード領域であるp+ 型半導
体基板11の上面に、n- 型半導体領域12(請求項
1,2の第1の半導体領域に対応)がエピタキシャル成
長などによって形成されている。そして、n- 型半導体
領域12の表面部には、p型チャネル領域13およびp
+ 型ゲート領域14(領域13,14は、請求項1の第
2の半導体領域に対応)が形成されており、さらに、そ
のp型チャネル領域13内の表面部には、選択的にn+
型カソード領域15(請求項1の第3の半導体領域に対
応)が形成されている。
That is, the n type semiconductor region 12 (corresponding to the first semiconductor region of claims 1 and 2) is formed by epitaxial growth or the like on the upper surface of the p + type semiconductor substrate 11 which is the anode region. Then, on the surface of the n type semiconductor region 12, the p type channel region 13 and the p type channel region 13 are formed.
A + type gate region 14 (the regions 13 and 14 correspond to the second semiconductor region of claim 1) is formed, and the surface of the p type channel region 13 is selectively n +.
The mold cathode region 15 (corresponding to the third semiconductor region of claim 1) is formed.

【0028】また、n- 型半導体領域12の表面部にお
いて、p+ 型ゲート領域14から距離D(チャネル長
D)を隔ててp+ 型カソードショート領域31(請求項
1の第4の半導体領域、請求項2の第2の半導体領域に
対応)がp+ 型ゲート領域14よりも浅く形成されてい
る。一例としては、約4μmの深さに形成したp+ 型ゲ
ート領域14に対して、p+ 型カソードショート領域3
1を1μm以下の深さに形成する。
Further, in the surface portion of the n type semiconductor region 12, the p + type cathode short region 31 (the fourth semiconductor region of claim 1 is separated from the p + type gate region 14 by a distance D (channel length D). (Corresponding to the second semiconductor region of claim 2) is formed shallower than the p + type gate region 14. As an example, for the p + type gate region 14 formed to a depth of about 4 μm, the p + type cathode short region 3 is formed.
1 is formed to a depth of 1 μm or less.

【0029】p+ 型カソードショート領域31の形成
は、たとえば、p型チャネル領域13およびp+ 型ゲー
ト領域14を形成した後に、n- 型半導体領域12の表
面の所定位置にp型不純物を注入し、そのp型不純物を
熱拡散させる。この熱拡散は、n+ 型カソード領域15
を形成するための熱拡散を同時に行うことも可能であ
る。すなわち、p型チャネル領域13の表面の一部にn
型不純物を注入した後に、n- 型半導体領域12の表面
の所定位置にp型不純物を注入し、あるいはその逆の順
序で不純物を注入し、同一工程でそれら不純物を拡散さ
せる。
The p + -type cathode short region 31 is formed, for example, by forming the p-type channel region 13 and the p + -type gate region 14 and then implanting a p-type impurity at a predetermined position on the surface of the n -type semiconductor region 12. Then, the p-type impurity is thermally diffused. This thermal diffusion is caused by the n + type cathode region 15
It is also possible to perform thermal diffusion simultaneously to form the. That is, n is formed on a part of the surface of the p-type channel region 13.
After implanting the type impurities, p-type impurities are implanted at a predetermined position on the surface of the n type semiconductor region 12, or impurities are implanted in the reverse order, and the impurities are diffused in the same step.

【0030】上記p+ 型カソードショート領域31の深
さおよび横方向への広がりは、n-型半導体領域12の
不純物濃度、その表面に注入するp型不純物量、拡散時
間、拡散温度などを適当に設定することによって調整で
きるが、その広がりはガウス分布に従う。このため、た
とえば、拡散温度を低くし、拡散時間を短く設定してp
+ 型カソードショート領域31を浅く形成すると、p+
型カソードショート領域31の深さおよび横方向への広
がりのばらつきが小さくなる。
The depth of the p + type cathode short region 31 and the lateral expansion thereof are appropriately determined by the impurity concentration of the n type semiconductor region 12, the amount of p type impurities implanted into the surface, the diffusion time, the diffusion temperature and the like. Can be adjusted by setting to, but its spread follows a Gaussian distribution. Therefore, for example, by setting the diffusion temperature low and the diffusion time short, p
If the + type cathode short region 31 is formed shallowly, p +
Variations in the depth and lateral spread of the mold cathode short region 31 are reduced.

【0031】この結果、n- 型半導体領域12の表面近
傍でのp+ 型ゲート領域14とp+型カソードショート
領域31との間の距離のばらつきが小さくなる。換言す
れば、カソード短絡型MOSゲートサイリスタを構成す
る多数のサイリスタセルがそれぞれ有するMOSトラン
ジスタのチャネル長のばらつきが小さくなる。
As a result, the variation in the distance between the p + type gate region 14 and the p + type cathode short region 31 near the surface of the n type semiconductor region 12 becomes small. In other words, the variation in the channel length of the MOS transistors included in each of the thyristor cells forming the cathode short circuit type MOS gate thyristor becomes small.

【0032】酸化膜、電極等の形成は、図2を用いて説
明した構成と同様である。すなわち、上記領域が形成さ
れているn- 型半導体領域12の上面にはシリコン酸化
膜17が形成されており、そのシリコン酸化膜17を選
択的に除去したn+ 型カソード領域15およびp+ 型カ
ソードショート領域31の各表面に接続して、それぞれ
カソード電極18およびカソードショート用電極19が
形成され、それら電極間は電気的に短絡されている。ま
た、シリコン酸化膜17の表面において、p+型ゲート
領域14とp+ 型カソードショート領域31との間のn
- 型半導体領域12の上部に、p+ 型ゲート領域14の
上部からp+ 型カソードショート領域31の端部にまで
跨がるように、ゲート電極20が形成されている。そし
て、p+型半導体基板11の下面には、一様にアノード
電極21が形成されている。
The formation of the oxide film, the electrodes, etc. is the same as the structure described with reference to FIG. That is, the silicon oxide film 17 is formed on the upper surface of the n type semiconductor region 12 in which the above region is formed, and the n + type cathode region 15 and the p + type cathode region 15 in which the silicon oxide film 17 is selectively removed are formed. A cathode electrode 18 and a cathode short-circuit electrode 19 are formed so as to be connected to the respective surfaces of the cathode short-circuit region 31, and these electrodes are electrically short-circuited. Further, on the surface of the silicon oxide film 17, n between the p + type gate region 14 and the p + type cathode short region 31 is formed.
A gate electrode 20 is formed on the type semiconductor region 12 so as to extend from the upper part of the p + type gate region 14 to the end of the p + type cathode short region 31. An anode electrode 21 is uniformly formed on the lower surface of the p + type semiconductor substrate 11.

【0033】上記構成のカソード短絡型MOSゲートサ
イリスタの動作は、図2を用いて説明した従来のものと
同じであり、ゲートに正の電圧を印加することによって
ターンオンを行い、ゲートに負の電圧を印加することに
よってターンオフを行う。
The operation of the cathode short circuit type MOS gate thyristor having the above structure is the same as that of the conventional one described with reference to FIG. 2. A positive voltage is applied to the gate to turn it on, and a negative voltage is applied to the gate. Is turned off by applying.

【0034】ターンオフ時には、p+ 型ゲート領域14
とp+ 型カソードショート領域31との間のn- 型半導
体領域12の表面近傍にpチャネルを形成し、そのpチ
ャネルを介してn- 型半導体領域12およびp+ 型ゲー
ト領域14内の過剰キャリアをカソード端子に掃き出さ
せるので、チャネル長が短くなると、そのチャネルの抵
抗値が小さくなり、そのチャネルにキャリアの流れが集
中してしまう。
At turn-off, the p + type gate region 14
A p-channel is formed in the vicinity of the surface of the n type semiconductor region 12 between the n type semiconductor region 12 and the p + type cathode short region 31, and the excess in the n type semiconductor region 12 and the p + type gate region 14 is provided via the p channel. Since the carriers are swept out to the cathode terminal, when the channel length becomes shorter, the resistance value of the channel becomes smaller and the carrier flow concentrates at the channel.

【0035】ところが、本実施例のMOSゲートサイリ
スタでは、各サイリスタセル毎のチャネル長Dのばらつ
きが小さいので、チャネル長Dが短くなることによって
発生する電流集中が起こりにくくなりターンオフ時の破
壊耐量が高くなる。
However, in the MOS gate thyristor of this embodiment, since the variation of the channel length D among the thyristor cells is small, current concentration caused by the shortening of the channel length D is less likely to occur and the breakdown resistance at turn-off is reduced. Get higher

【0036】また、チャネル長Dが長くなると、そのチ
ャネルの抵抗値が大きくなり、そのチャネルを有するサ
イリスタセルのターンオフ時間が長くなるが、本実施例
のMOSゲートサイリスタでは、各サイリスタセル毎の
チャネル長Dのばらつきが小さいので、ターンオフ特性
の悪化を防ぐことができる。
When the channel length D becomes long, the resistance value of the channel becomes large, and the turn-off time of the thyristor cell having the channel becomes long, but in the MOS gate thyristor of this embodiment, the channel of each thyristor cell is increased. Since the variation of the length D is small, it is possible to prevent the turn-off characteristic from deteriorating.

【0037】さらに、p+ 型カソードショート領域31
を浅く形成することによって、p+型カソードショート
領域31とp+ 型半導体基板11との間のn- 型半導体
領域12の幅が広がる。このため、p+ 型カソードショ
ート領域31,n- 型半導体領域12およびp+ 型半導
体基板11からなる寄生pnpトランジスタのベース幅
が広がり、その増幅率が低下するので、ターンオフ時に
キャリアの消滅が短時間で行われ、ターンオフ時間が短
くなる。
Further, the p + type cathode short region 31
By forming shallow, the width of the n type semiconductor region 12 between the p + type cathode short region 31 and the p + type semiconductor substrate 11 is widened. Therefore, the base width of the parasitic pnp transistor including the p + -type cathode short region 31, the n -type semiconductor region 12, and the p + -type semiconductor substrate 11 is widened, and the amplification factor thereof is lowered. Done in time, the turn-off time is shorter.

【0038】ところで、この実施例のMOSゲートサイ
リスタのオン状態(ラッチアップ状態)において、主電
流はアノード・カソード間を流れるが、p+ 型半導体基
板11から流れ出したキャリアの一部は、p+ 型ゲート
領域14,n- 型半導体領域12およびp+ 型カソード
ショート領域31からなる寄生pnpトランジスタを介
してカソード端子に到達する。この寄生pnpトランジ
スタを介して流れる電流が大きくなると、サイリスタの
オン抵抗が高くなる。
By the way, in the ON state (latch-up state) of the MOS gate thyristor of this embodiment, the main current flows between the anode and the cathode, but some of the carriers flowing out from the p + type semiconductor substrate 11 are p +. The cathode terminal is reached via the parasitic pnp transistor formed of the type gate region 14, the n type semiconductor region 12, and the p + type cathode short region 31. The larger the current flowing through this parasitic pnp transistor, the higher the on-resistance of the thyristor.

【0039】ところが、本実施例のMOSゲートサイリ
スタでは、p+ 型カソードショート領域31を浅く形成
している。したがって、p+ 型ゲート領域14からp+
型カソードショート領域31までのキャリアが通過する
経路Eが、従来の場合(E’で表す)に比べて長くな
り、すなわち、上記寄生pnpトランジスタのベース幅
が広くなり、その寄生pnpトランジスタの増幅率が小
さくなる。このため、この寄生pnpトランジスタを介
して流れる電流が小さくなり、n+ 型カソード領域15
に到達する主電流の減少を抑えられるので、サイリスタ
のオン抵抗の上昇を防ぐことができる。
However, in the MOS gate thyristor of this embodiment, the p + type cathode short region 31 is shallowly formed. Therefore, from the p + type gate region 14 to p +
The path E through which carriers pass to the type cathode short region 31 becomes longer than that in the conventional case (represented by E ′), that is, the base width of the parasitic pnp transistor is widened, and the amplification factor of the parasitic pnp transistor is increased. Becomes smaller. Therefore, the current flowing through this parasitic pnp transistor becomes small, and the n + type cathode region 15
Since it is possible to suppress the decrease in the main current that reaches, it is possible to prevent the on-resistance of the thyristor from increasing.

【0040】なお、上記実施例においては、p+ 型カソ
ードショート領域31を1μm以下の深さに形成する例
を示したが、本発明は、このp+ 型カソードショート領
域31を従来のもの(従来は、p+ 型ゲート領域14と
同一工程で形成していたので、p+ 型カソードショート
領域31とp+ 型ゲート領域14とを同じ深さに形成し
ていた)よりも浅く形成する場合をすべて含む。
Although the p + type cathode short region 31 is formed to a depth of 1 μm or less in the above embodiment, the present invention uses the p + type cathode short region 31 as a conventional one ( Conventionally, since the p + type gate region 14 is formed in the same step, the p + type cathode short region 31 and the p + type gate region 14 are formed at the same depth. Including all.

【0041】また、上記実施例としてMOSゲートサイ
リスタを採り上げて説明したが、本発明はこれに限定さ
れることはなく、たとえば、p+ 型半導体基板11の代
わりにn+ 型半導体基板を用いたトランジスタ構造にも
適応できる。
Although the MOS gate thyristor has been described as the above embodiment, the present invention is not limited to this. For example, an n + type semiconductor substrate is used instead of the p + type semiconductor substrate 11. It can also be applied to transistor structures.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のMOSゲ
ート半導体装置は、カソードショート領域を浅く形成し
たので、そのカソードショート領域の広がりのばらつき
が小さく、ターンオフ時に過剰キャリアを掃き出すため
のMOSトランジスタのチャネル長のばらつきが小さい
ので、そのチャネル長が短くなることによって生じる電
流集中が起こりにくく、ターンオフ時の破壊耐量が高く
なる。また、そのチャネル長が長くなることによって生
じるターンオフ速度の低下を防ぐことができる。
As described above, in the MOS gate semiconductor device of the present invention, since the cathode short region is formed shallow, the variation in the spread of the cathode short region is small, and the MOS transistor for sweeping out excess carriers at turn-off is provided. Since the variation in the channel length is small, the current concentration caused by the shortened channel length is unlikely to occur, and the breakdown resistance at turn-off is increased. Further, it is possible to prevent the turn-off speed from being lowered due to the increase in the channel length.

【0043】さらに、カソードショート領域を浅く形成
することによって、寄生トランジスタのベース幅が広く
なり、その増幅率が小さくなるので、その寄生トランジ
スタを介して流出する電流が小さく、オン抵抗に増加を
防ぐことができる。したがって、半導体装置の高効率化
に役立つ。
Furthermore, by forming the cathode short region shallow, the base width of the parasitic transistor becomes wider and its amplification factor becomes smaller, so that the current flowing out through the parasitic transistor is small and the increase in the on-resistance is prevented. be able to. Therefore, it is useful for improving the efficiency of the semiconductor device.

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

【図1】本発明の一実施例として採り上げたカソード短
絡型MOSゲートサイリスタの断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a cathode short circuit type MOS gate thyristor taken as an example of the present invention.

【図2】従来のカソード短絡型MOSゲートサイリスタ
の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional cathode short circuit type MOS gate thyristor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 p+ 型半導体基板(アノード領域) 12 n- 型半導体領域 13 p型チャネル領域 14 p+ 型ゲート領域 15 n+ 型カソード領域 17 シリコン酸化膜 18 カソード電極 19 カソードショート用電極 20 ゲート電極 21 アノード電極 31 p+ 型カソードショート領域11 p + type semiconductor substrate (anode region) 12 n type semiconductor region 13 p type channel region 14 p + type gate region 15 n + type cathode region 17 silicon oxide film 18 cathode electrode 19 cathode shorting electrode 20 gate electrode 21 anode Electrode 31 p + type cathode short circuit area

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の第1の半導体領域の表面部
に第2導電型の第2の半導体領域を選択的に形成し、該
第2の半導体領域内の表面部に第1導電型の第3の半導
体領域を選択的に形成し、前記第1の半導体領域の表面
部に前記第2の半導体領域から所定間隔を隔てて該第2
の半導体領域よりも浅く第2導電型の第4の半導体領域
を選択的に形成し、 前記第3の半導体領域と前記第4の半導体領域とを電気
的に接続し、前記第2の半導体領域と前記第4の半導体
領域との間の前記第1の半導体領域の表面に絶縁膜を形
成し、該絶縁膜の上部に電極を設けたことを特徴とする
半導体装置。
1. A second semiconductor region of the second conductivity type is selectively formed on a surface portion of the first semiconductor region of the first conductivity type, and the first conductivity type is formed on a surface portion of the second semiconductor region. A third semiconductor region of the mold is selectively formed, and the second semiconductor region is spaced apart from the second semiconductor region by a predetermined distance on the surface of the first semiconductor region.
A fourth semiconductor region of the second conductivity type is formed shallower than the second semiconductor region, and electrically connects the third semiconductor region and the fourth semiconductor region to each other. A semiconductor device, wherein an insulating film is formed on a surface of the first semiconductor region between the insulating film and the fourth semiconductor region, and an electrode is provided on the insulating film.
【請求項2】 第1導電型の第1の半導体領域の表面部
に第2導電型のチャネル領域を選択的に形成し、前記第
1の半導体領域の表面部に前記チャネル領域を取り囲む
ように第2導電型のゲート領域を形成し、前記チャネル
領域内の表面部に選択的に第1導電型のカソード領域を
形成し、前記第1の半導体領域の表面部に前記ゲート領
域から所定間隔を隔てて該ゲート領域よりも浅く第2導
電型の第2の半導体領域を形成し、前記第1の半導体領
域の下面に第2導電型のアノード領域を形成し、 前記カソード領域と前記第2の半導体領域とを電気的に
接続し、前記ゲート領域と前記第2の半導体領域との間
の前記第1の半導体領域の表面に絶縁膜を形成し、該絶
縁膜の上部にゲート電極を設けたことを特徴とする半導
体装置。
2. A channel region of the second conductivity type is selectively formed on the surface of the first semiconductor region of the first conductivity type, and the channel region is surrounded by the surface of the first semiconductor region. A second conductivity type gate region is formed, a first conductivity type cathode region is selectively formed on a surface portion in the channel region, and a predetermined space is provided from the gate region on the surface portion of the first semiconductor region. A second conductive type second semiconductor region shallower than the gate region is formed, and a second conductive type anode region is formed on the lower surface of the first semiconductor region, and the cathode region and the second region are formed. A semiconductor region is electrically connected, an insulating film is formed on the surface of the first semiconductor region between the gate region and the second semiconductor region, and a gate electrode is provided on the insulating film. A semiconductor device characterized by the above.
【請求項3】 前記絶縁膜を前記ゲート領域の上部にま
で形成し、さらにその絶縁膜の上面にまでゲート電極を
形成したことを特徴とする請求項2に記載の半導体装
置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the insulating film is formed up to the upper part of the gate region, and a gate electrode is formed up to the upper surface of the insulating film.
JP27511393A 1993-11-04 1993-11-04 Mos gate semiconductor device Withdrawn JPH07130984A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016009871A (en) * 2014-06-26 2016-01-18 アーベーベー・テクノロジー・アーゲー Reverse conducting power semiconductor device

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