JPS6276557A - Insulated gate type self turn-off element - Google Patents
Insulated gate type self turn-off elementInfo
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- JPS6276557A JPS6276557A JP60214578A JP21457885A JPS6276557A JP S6276557 A JPS6276557 A JP S6276557A JP 60214578 A JP60214578 A JP 60214578A JP 21457885 A JP21457885 A JP 21457885A JP S6276557 A JPS6276557 A JP S6276557A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、pnpnサイリスタ構造を有し、MOSゲー
トによりオンオフ制御を行う絶縁ゲート型自己ターンオ
フ素子に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to an insulated gate self-turn-off element having a pnpn thyristor structure and performing on/off control using a MOS gate.
絶縁ゲート型の自己ターンオフ素子として従来、第4図
に示すものが知られている。これは、n型エミッタ層6
1に接してn型ベース1162が形成され、このn型ベ
ース層62内にn型ベース層63、n型エミッタ層64
が順次拡散形成されたpnpn構造を有し、n型エミッ
タ層にカソード電極65が、n型エミッタ層61にアノ
ード電極66がそれぞれ形成されたサイリスタが基本と
なっでいる。n型エミッタ層64とn型ベース層62の
間のn型ベース層63表面をチャネル領域73としてこ
の上にゲート絶縁膜67を介してゲート電極68を形成
することにより、ターンオン用MOSゲートG1を構成
している。またn型エミッタ層64に隣接してn型層6
9を設け、この間のp型ベース!!63表面部をチャネ
ル領域74としてこの上にゲート絶縁170を介してゲ
ート電極71を形成して、ターンオフ用MOSゲートG
2を構成している。n+型層69は電極72によりn型
ベース層63と短絡されている。As an insulated gate type self-turn-off element, the one shown in FIG. 4 is conventionally known. This is the n-type emitter layer 6
1, an n-type base layer 63 and an n-type emitter layer 64 are formed in this n-type base layer 62.
The thyristor is basically a thyristor having a pnpn structure in which a cathode electrode 65 is formed in an n-type emitter layer and an anode electrode 66 is formed in an n-type emitter layer 61. By using the surface of the n-type base layer 63 between the n-type emitter layer 64 and the n-type base layer 62 as a channel region 73 and forming a gate electrode 68 thereon via a gate insulating film 67, a turn-on MOS gate G1 is formed. It consists of Further, the n-type layer 6 is adjacent to the n-type emitter layer 64.
9, and a p-type base between these! ! A gate electrode 71 is formed on the surface of 63 as a channel region 74 via a gate insulator 170, and a turn-off MOS gate G is formed.
2. The n+ type layer 69 is short-circuited to the n-type base layer 63 by an electrode 72.
この素子の動作は次の通りである。ターンオン用ゲート
G1に正電圧を印加すると、チャネル類1a73が導通
し、n型エミッタ層64からn型ベース1ii62に電
子が注入され、これによりサイリスタがターンオンする
。一方、ゲートG1の電圧を零としてターンオフ用ゲー
トG2に正の電圧を印加すると、n型エミッタ層64は
チャネル領域74、n型層69.電極72を通してn型
ベース1163と短絡される。これによりサイリスタは
ターンオフする。The operation of this element is as follows. When a positive voltage is applied to the turn-on gate G1, the channels 1a73 become conductive, and electrons are injected from the n-type emitter layer 64 to the n-type base 1ii62, thereby turning on the thyristor. On the other hand, when the voltage of the gate G1 is set to zero and a positive voltage is applied to the turn-off gate G2, the n-type emitter layer 64 is connected to the channel region 74, the n-type layer 69. It is short-circuited to the n-type base 1163 through the electrode 72. This turns off the thyristor.
第5図は第4図の素子を変形した従来例である。FIG. 5 shows a conventional example in which the element shown in FIG. 4 is modified.
これは、サイリスタをオンオフ制御するMOSFETと
してnチャネルとnチャネルを組合わせることにより、
MOSゲートを一つにして 。This is achieved by combining n-channel and n-channel MOSFETs that control on/off of the thyristor.
Combine MOS gates into one.
いる。ρ型エミッタ1181.n型ベース層82゜n型
ベース層83.n型エミッタ1184の411構造を有
し、カソード電極85およびアノード電極86を有する
基本構造は第4図と変らない。第4図と異なる点は、n
型エミッタ層84の端部にp型1i187を設け、この
n型層87はカソード電極85によりn型エミッタ層8
4と短絡し、またp型187とn型ベース層82に挟ま
れた領域の表面部に連続的にゲート絶縁l1188を介
してゲート電極89を形成して一つのMOSゲートGを
構成していることである。n型エミッタ層84とn型ベ
ース1F182の間のチャネル領域90がターンオン用
であり、n型層87とn型ベース層83の間のチャネル
領域91がターンオフ用となっている。There is. ρ type emitter 1181. n-type base layer 82° n-type base layer 83. The basic structure having a 411 structure of an n-type emitter 1184, a cathode electrode 85 and an anode electrode 86 is the same as in FIG. The difference from Figure 4 is that n
A p-type 1i 187 is provided at the end of the type emitter layer 84, and this n-type layer 87 is connected to the n-type emitter layer 8 by the cathode electrode 85.
4, and a gate electrode 89 is continuously formed on the surface of the region sandwiched between the p-type base layer 187 and the n-type base layer 82 via a gate insulator 1188, thereby forming one MOS gate G. That's true. A channel region 90 between the n-type emitter layer 84 and the n-type base 1F182 is for turn-on, and a channel region 91 between the n-type layer 87 and the n-type base layer 83 is for turn-off.
この素子では、MOSゲートGに正電圧を印加するとチ
ャネル類[90が導通して第4図の場合と同様にサイリ
スタがターンオンする。同じMOSゲートGに負電圧を
印加すると、チャネル領域91が導通してn型エミッタ
層84とp型ベース層83間が短絡されてサイリスタは
ターンオフする。In this device, when a positive voltage is applied to the MOS gate G, the channels [90 are made conductive and the thyristor is turned on as in the case of FIG. 4. When a negative voltage is applied to the same MOS gate G, the channel region 91 becomes conductive, the n-type emitter layer 84 and the p-type base layer 83 are short-circuited, and the thyristor is turned off.
これら従来の自己ターンオフ素子には次のような欠点が
ある。第1は、ターンオフ動作が難しいことである。第
4図の素子でのターンオフ動作について見ると、チャネ
ル領域74を導通させた時、n型エミッタ層64とn型
ベース層63の接合面のうちターンオン用のチャネル領
域73の部分が最も遅くオフする。何故なら、n型エミ
ッタ層64がチャネル領域73とは反対側のチャネル領
域74を介してn型層691電極72を通してn型ベー
ス層63と短絡するため、この電極72の電位はn型ベ
ース層63の横方向抵抗を通してチャネル領域73の部
分に最も遅れて伝わるからである。そしてこのn型ベー
ス1163内の横方向電圧降下が大きい場合にはn型ベ
ース層63とn型エミッタ層64間の短絡ができなくな
る。第5図の素子では、ターンオフ時チャネル領域91
を導通させた場合、n型エミッタ膚84とn型ベース層
83の接合の内ターンオン用のチャネル領域90から最
も遠い位置でのオフ動作が遅れる。図のM4造が左右対
称的に構成されている場合には、素子の中央部のターン
オフが遅れることになる。These conventional self-turn-off devices have the following drawbacks. The first is that the turn-off operation is difficult. Looking at the turn-off operation of the device shown in FIG. 4, when the channel region 74 is made conductive, the portion of the channel region 73 for turn-on among the junction surfaces of the n-type emitter layer 64 and the n-type base layer 63 is turned off most slowly. do. This is because the n-type emitter layer 64 is short-circuited to the n-type base layer 63 through the n-type layer 691 electrode 72 via the channel region 74 on the opposite side of the channel region 73, so that the potential of this electrode 72 is lower than that of the n-type base layer. This is because it is transmitted through the lateral resistance 63 to the channel region 73 most slowly. If the lateral voltage drop within the n-type base 1163 is large, short-circuiting between the n-type base layer 63 and the n-type emitter layer 64 will not be possible. In the device shown in FIG. 5, the channel region 91 at turn-off
When conductive, the off operation at the farthest position from the turn-on channel region 90 in the junction between the n-type emitter layer 84 and the n-type base layer 83 is delayed. If the M4 structure shown in the figure is configured symmetrically, the turn-off of the central part of the element will be delayed.
この場合も、n型ベース層83の横方向抵抗が大きいと
ターンオフができなくなる。第4図および第5図の構造
ではいずれもp型ベース層の抵抗は大きい。即ち第4図
では、n型エミッタt!64の片側にターンオン用のチ
ャネル領域73があるため、ターンオフ用のチャネル領
域74を両側に設けることができない。また第5図では
ターンオフの際にチャネル領域91を通してp型層87
と導通するn型ベース層83の表面部はターンオン用の
チャネル領域90となっているため、この部分の抵抗を
似くすることはできない。もしn型ベース層63.83
の不純物濃度を大きくすると、ターンオン用チャネル領
域のしきい値電圧が増大し、拡散深さを大きくすると同
じくターンオン用チャネル領域の抵抗が増大してしまう
のである。Also in this case, if the lateral resistance of the n-type base layer 83 is large, turn-off will not be possible. In both the structures shown in FIGS. 4 and 5, the resistance of the p-type base layer is large. That is, in FIG. 4, the n-type emitter t! Since there is a channel region 73 for turn-on on one side of 64, channel regions 74 for turn-off cannot be provided on both sides. Further, in FIG. 5, the p-type layer 87 is passed through the channel region 91 during turn-off.
Since the surface portion of the n-type base layer 83 that is electrically conductive with the substrate serves as a turn-on channel region 90, the resistance of this portion cannot be made similar. If n-type base layer 63.83
Increasing the impurity concentration increases the threshold voltage of the turn-on channel region, and increasing the diffusion depth also increases the resistance of the turn-on channel region.
第2の欠点は、これら従来の素子構造では高耐圧化が難
しいことである。高耐圧化のためにn型ベース層の抵抗
を大きくすると、ターンオンの際の電流を充分に流すこ
とができなくなるからである。The second drawback is that it is difficult to increase the breakdown voltage with these conventional device structures. This is because if the resistance of the n-type base layer is increased in order to increase the withstand voltage, a sufficient current cannot flow during turn-on.
本発明は上記した点に鑑みなされたもので、ターンオフ
能力の向上を図ると共に、ターンオン時のゲート感度向
上を図った絶縁ゲート型の自己ターンオフ素子を提供す
ることを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and an object of the present invention is to provide an insulated gate type self-turn-off element that has improved turn-off ability and improved gate sensitivity during turn-on.
本発明は、MOSゲートによりオンオフ制御を行なうサ
イリスタ構造の自己ターンオフ素子において、第1導電
型ベース層内に第2導電型エミッタ層とは別に第2導電
型ソース層を形成し、このソース層と第1導電型ベース
層を短絡するソース′I4極を設け、かつ上記第2導電
型ソース層と第2導電型ベース層間の第1導電型ベース
層表面部にMOSゲートを形成した導電変調MOSFE
Tをターンオン用素子として構成し、かつ第2導電型丁
ミッタ層と第1導電型ベース層間を短絡するターンオフ
用のMOSFETを設けたことを特徴とする。The present invention provides a self-turn-off element with a thyristor structure in which on-off control is performed by a MOS gate, in which a second conductivity type source layer is formed in a first conductivity type base layer separately from a second conductivity type emitter layer, and this source layer and A conductivity modulation MOSFE in which a source 'I4 pole is provided to short-circuit the first conductivity type base layer, and a MOS gate is formed on the surface of the first conductivity type base layer between the second conductivity type source layer and the second conductivity type base layer.
The present invention is characterized in that T is configured as a turn-on element, and a turn-off MOSFET is provided to short-circuit between the second conductivity type transmitter layer and the first conductivity type base layer.
[発明の効果〕
本発明によれば、サイリスタの第2導電型エミッタ否と
は別に第2導電型ソース層を設けて導電変調型MOSF
ETを構成することにより、第1導電型ベース層のうち
導電変調型MOSFETのチャネル領域となる部分のみ
を別工程で高抵抗層により形成して、サイリスタの第1
導電型ベース層抵抗を小さくすることができ、ターンオ
フ能力を大きいものとすることができる。また本発明で
は導電変調型MOSFETの電流がサイリスタのベース
電流として供給される増幅ゲート構造となるため、ター
ンオン時のゲート感度が高いものとなる。[Effects of the Invention] According to the present invention, the second conductivity type source layer is provided separately from the second conductivity type emitter of the thyristor to form a conductivity modulation type MOSF.
By configuring the ET, only the portion of the first conductivity type base layer that becomes the channel region of the conductivity modulation type MOSFET is formed with a high resistance layer in a separate process, and the first conductivity type of the thyristor is
The conductive base layer resistance can be reduced and the turn-off ability can be increased. Furthermore, the present invention has an amplification gate structure in which the current of the conductivity modulation type MOSFET is supplied as the base current of the thyristor, so that the gate sensitivity at turn-on is high.
以下本発明の詳細な説明する。 The present invention will be explained in detail below.
第1図は一実施例の素子構造を示す。この実施例では第
1導電型としてp型、第2導電型としてn型を用いてい
る。p型エミッタ層11.n型ベース層12.13.0
型ベ一ス層14およびn型エミッタ1115からなる4
層構造を有し、カソード電極(第1の主電極)16およ
びアノード電極(第2の主電極)17を有するサイリス
タ構造は、基本的に従来と同様である。またサイリスタ
本体のn型ベース層14の端部にはこれと重ねてn型ベ
ース層18が形成されている。このn型ベース層18は
n型ベース層14に比べて不純物濃度が低く、かつ拡散
深さも浅い。そしてこのn型ベース層18内の端部にn
型ソース層19が形成され、このn型ソースIf!11
9とn型ベース層18を短絡するソース電極22が形成
され、またn型ソース層19とn型ベース層13に挟ま
れたn型ベース層18の表面部をチャネル領域26とし
て、この上にゲート絶縁膜20を介してゲート電極21
が形成されて、導電変調型MOSFETが構成されてい
る。この導電変調型MOSFETのゲート電・極21が
ターンオン用ゲートG1となる。一方n型エミッタ層1
5をソース領域とし、その両側にドレイン領域となるn
型層23が設けられ、このn型層23とn型エミッタ層
15の間の領域をチャネル領域27としてこの上にゲー
ト絶縁l1124を介してゲート電極25が形成され、
nチャネルMOSFETが構成されている。導電変調型
MOSFETのソース電極22はこの
MOSFETのn型層23にも接続されている。FIG. 1 shows the device structure of one embodiment. In this embodiment, p type is used as the first conductivity type, and n type is used as the second conductivity type. p-type emitter layer 11. n-type base layer 12.13.0
4 consisting of a type base layer 14 and an n-type emitter 1115
The thyristor structure, which has a layered structure and includes a cathode electrode (first main electrode) 16 and an anode electrode (second main electrode) 17, is basically the same as the conventional one. Further, an n-type base layer 18 is formed at the end of the n-type base layer 14 of the thyristor body so as to overlap this. This n-type base layer 18 has a lower impurity concentration and a shallower diffusion depth than the n-type base layer 14. Then, at the end of this n-type base layer 18,
type source layer 19 is formed, and this n type source If! 11
A source electrode 22 is formed to short-circuit the n-type base layer 18 and the n-type base layer 18, and a channel region 26 is formed on the surface of the n-type base layer 18 sandwiched between the n-type source layer 19 and the n-type base layer 13. Gate electrode 21 via gate insulating film 20
is formed to constitute a conductivity modulation type MOSFET. The gate electrode/pole 21 of this conductivity modulation type MOSFET becomes the turn-on gate G1. On the other hand, n-type emitter layer 1
5 is the source region, and on both sides n is the drain region.
A type layer 23 is provided, and a region between the n-type layer 23 and the n-type emitter layer 15 is used as a channel region 27, and a gate electrode 25 is formed thereon via a gate insulator 1124.
An n-channel MOSFET is configured. The source electrode 22 of the conductivity modulation type MOSFET is also connected to the n-type layer 23 of this MOSFET.
このMOSFETのゲート電極25がターンオフ用ゲー
トG2となる。The gate electrode 25 of this MOSFET becomes the turn-off gate G2.
この素子の具体的な製造工程例を説明すると、n型ベー
ス層13となる120〜150Ω・α。To explain a specific manufacturing process example of this element, the n-type base layer 13 is 120 to 150 Ω·α.
厚さ350μmのn型Siウェーハを用意し、n+拡散
およびp+拡散により、例えば30μmの高濃度n型層
12および30μ而のn型エミッタ層11を形成する。An n-type Si wafer with a thickness of 350 μm is prepared, and a high concentration n-type layer 12 of, for example, 30 μm and an n-type emitter layer 11 of 30 μm are formed by n+ diffusion and p+ diffusion.
次にウェーハの反対側にp型不純物を拡散してn型ベー
ス層14を形成する。Next, a p-type impurity is diffused to the opposite side of the wafer to form an n-type base layer 14.
この後熱酸化により約1000人のゲート絶縁膜20.
24を形成し、多結晶シリコン膜を5000人程度堆積
してゲート電極21.25を形成する。次にゲート電極
21.25をマスクの一部として用いてn型エミッタ層
15、n型ベース層18、n型ソース層19およびn型
層23を順次拡散形成する。そして最後にカソード電極
、ソース電極22およびアノード電極17を形成して完
成する。After this, thermal oxidation is applied to the gate insulating film 20.
Then, about 5,000 polycrystalline silicon films are deposited to form gate electrodes 21 and 25. Next, using the gate electrodes 21 and 25 as part of a mask, the n-type emitter layer 15, the n-type base layer 18, the n-type source layer 19, and the n-type layer 23 are sequentially diffused. Finally, a cathode electrode, a source electrode 22, and an anode electrode 17 are formed to complete the process.
この素子の動作は次の通りである。ターンオン動作はM
OSゲートG1に正電圧を印加することにより行なう。The operation of this element is as follows. Turn-on operation is M
This is done by applying a positive voltage to the OS gate G1.
これによりチャネル領域26が導通して導電変調MOS
FETがオンし、そのソース電流がソース電極22を介
してn型ベース層18および14に供給される。これに
より、サイリスタはターンオンする。次にターンオフの
際にはMOSゲートG1の電圧を零とし、MOSゲート
G2に正電圧を印加する。これによりnチャネルMOS
FETのチャネル領域27が導通し、n型エミッタ層1
5がこのチャネル領域27を介し、n型層23.ソース
電極22を介してn型ベース層18よび14と短絡して
、ターンオフする。This makes the channel region 26 conductive and the conduction modulation MOS
The FET is turned on and its source current is supplied to n-type base layers 18 and 14 via source electrode 22. This turns on the thyristor. Next, at turn-off, the voltage of MOS gate G1 is set to zero, and a positive voltage is applied to MOS gate G2. This allows n-channel MOS
The channel region 27 of the FET becomes conductive, and the n-type emitter layer 1
5 through this channel region 27, and the n-type layer 23 . It is short-circuited to the n-type base layers 18 and 14 via the source electrode 22 and turned off.
こうしてこの実施例の素子では、ターンオンの場合は導
電変調型MOSFETのソース′R流がサイリスタのベ
ース電流となり、増幅ゲート型サイリスタの同じ原理で
ゲート感度が高いものとなる。Thus, in the device of this embodiment, when turned on, the source 'R current of the conduction modulation type MOSFET becomes the base current of the thyristor, and the gate sensitivity is high based on the same principle as the amplification gate type thyristor.
またターンオフ用のチャネル領域27はn型エミッタ層
15の両側に形成されているおり、しかも導電変調型M
OSFETのn型ベース層18とサイリスタ本体部分の
n型ベース層14を別工程で形成しているためにn型ベ
ース層18の抵抗を低くすることなくn型ベース層14
の抵抗を低くすることができる。これらの理由でこの素
子はターンオフ能力が高いものとなる。Further, channel regions 27 for turn-off are formed on both sides of the n-type emitter layer 15, and conductivity modulation type M
Since the n-type base layer 18 of the OSFET and the n-type base layer 14 of the thyristor main body are formed in separate processes, the n-type base layer 14 can be formed without lowering the resistance of the n-type base layer 18.
resistance can be lowered. For these reasons, this device has a high turn-off ability.
第2図は本発明の他の実施例の自己ターンオフ素子であ
る。この素子は、第1図の素子全体を増幅段として、即
ち補助サイリスタとして用いてこれとは別に形成された
主サイリスタを駆動するように構成したものである。従
って第1図と対応する部分には第1図と同一符号を付し
て詳細な説明は省略する。補助サイリスタ部のn型ベー
ス層14と隣接して主サイリスタ部のn型ベース層28
およびn型エミッタ層29が形成され、このn型エミッ
タ層29にカソード電極3oが形成されている。主サイ
リスタ部のn型エミッタ層2つの両側にはこれに隣接し
てn型層32が形成され、これらn型エミッタW429
とn型層32の間の基板表面にゲート絶縁膜33を介し
てゲート電極34が形成されている。このゲート電極3
4はターンオフ用であり、補助サイリスタ部のターンオ
フ用ゲート電極25と共通接続されている。またn型層
32とn型ベース層28間を短絡する電極31が設けら
れ、この電極32は補助サイリスタ部のカソードff1
tffi16と接続されている。FIG. 2 is a self-turn-off device according to another embodiment of the present invention. This device is constructed so that the entire device shown in FIG. 1 is used as an amplification stage, that is, as an auxiliary thyristor to drive a main thyristor formed separately. Therefore, the same reference numerals as in FIG. 1 are given to the parts corresponding to those in FIG. 1, and detailed explanation thereof will be omitted. The n-type base layer 28 of the main thyristor section is adjacent to the n-type base layer 14 of the auxiliary thyristor section.
and an n-type emitter layer 29 are formed, and a cathode electrode 3o is formed on this n-type emitter layer 29. N-type layers 32 are formed adjacent to the two n-type emitter layers on both sides of the main thyristor section, and these n-type emitters W429
A gate electrode 34 is formed on the substrate surface between the n-type layer 32 and the n-type layer 32 with a gate insulating film 33 interposed therebetween. This gate electrode 3
Reference numeral 4 is for turn-off, and is commonly connected to the turn-off gate electrode 25 of the auxiliary thyristor section. Further, an electrode 31 is provided to short-circuit between the n-type layer 32 and the n-type base layer 28, and this electrode 32 is connected to the cathode ff1 of the auxiliary thyristor section.
It is connected to tffi16.
この素子は、第1図の素子で説明したようにして補助サ
イリスタをオンすると、そのカソード電流がカソード電
極16から主サイリスタ部の短絡電極31を介して主サ
イリスタのn型ベース層28にベース電流として供給さ
れ、これにより主サイリスタがターンオンする。ターン
オフ動作は、補助サイリスタ側のゲート電極22および
主す、イリスタ側のゲート電極34に同時に正の電圧を
印加して、両方のn型エミッタ層とp型ベース層間を同
時に短絡することにより行なわれる。In this element, when the auxiliary thyristor is turned on as explained in connection with the element in FIG. This turns on the main thyristor. The turn-off operation is performed by simultaneously applying a positive voltage to the gate electrode 22 on the auxiliary thyristor side and the gate electrode 34 on the main thyristor side to short-circuit both n-type emitter layers and p-type base layer at the same time. .
従ってこの素子では、ターンオン時はベース電流が2段
の増幅を受けることになり、第1図の場合に比べて更に
ターンオンのゲート感度が高いものとなる。Therefore, in this element, the base current undergoes two stages of amplification during turn-on, and the gate sensitivity at turn-on becomes even higher than in the case of FIG.
第3図は本発明の更に他の実施例の自己ターンオフ素子
である。この素子は、第5図に示した従来の素子即ち、
ターンオフ用とターンオン用にpチャネルMOSFET
とnチャネルNII OS F E Tを組合わせて一
つのMOSゲートでオンオフ制御を行なうようにした素
子を改良したものである。FIG. 3 shows a self-turn-off device according to yet another embodiment of the present invention. This element is similar to the conventional element shown in FIG.
p-channel MOSFET for turn-off and turn-on
This is an improved device in which on-off control is performed by a single MOS gate by combining a MOS transistor and an n-channel NII OS FET.
n型エミッタ層41、n型ベース層42.43、n型ベ
ース層44、n型エミッタ層45の4層構造にカソード
電極47およびアノード電極48を有するサイリスタの
基本構造は従来と変らない。The basic structure of the thyristor, which has a four-layer structure of an n-type emitter layer 41, an n-type base layer 42, 43, an n-type base layer 44, and an n-type emitter layer 45, and a cathode electrode 47 and an anode electrode 48, is unchanged from the conventional one.
カソード電極47の下には高濃度n型エミッタ層46が
形成されている。n型ベース層44の端部にはこれと別
の拡散工程でn型ベース層49が形成されている。そし
てこのn型ベース層49内にn型ソースlff150が
形成され、このn型ソース層50とn型ベース層43に
挟まれたn型ベース層49表面をチャネル領域56とし
てこの上にゲート絶縁膜51を介してゲート電極52が
形成され、またn型ソース層50とn型ベース層49間
を短絡するソース電極53が形成されて導電変調MOS
FETが構成されている。この導電変調型MOSFET
は先の実施例と同様にターンオフ制御の増幅ゲート部を
構成している。一方、n型エミッタ層45の端部近傍に
ソース領域となるn型層58が形成され、このn型層5
8とドレイン領域となるn型ベース層44に挟まれたn
型エミッタ層45表面部をチャネル領域57としてその
表面にゲート絶縁If!154を介してゲート電極55
が形成され、pチャネルMOSFETが構成されている
。このMOSFETはターンオフ制御に用いられるもの
である。なおこのMOSFETのn型層58はカソード
電極47によりn型層46と同電位に保たれるようにな
っている。そしてこのMOSFETのゲート電極55と
導゛慝変調型MOSFETのゲート電極52は共通接続
されて一つのMOSゲートGとなっている。A heavily doped n-type emitter layer 46 is formed under the cathode electrode 47 . An n-type base layer 49 is formed at the end of the n-type base layer 44 in a separate diffusion process. An n-type source lff150 is formed in this n-type base layer 49, and the surface of the n-type base layer 49 sandwiched between this n-type source layer 50 and n-type base layer 43 is used as a channel region 56, and a gate insulating film is formed thereon. A gate electrode 52 is formed through the gate electrode 51, and a source electrode 53 is formed to short-circuit between the n-type source layer 50 and the n-type base layer 49.
FET is configured. This conductivity modulation type MOSFET
constitutes an amplification gate section for turn-off control as in the previous embodiment. On the other hand, an n-type layer 58 serving as a source region is formed near the end of the n-type emitter layer 45.
8 and an n-type base layer 44 which becomes a drain region.
The surface of the type emitter layer 45 is used as a channel region 57, and gate insulation If! Gate electrode 55 via 154
is formed to constitute a p-channel MOSFET. This MOSFET is used for turn-off control. Note that the n-type layer 58 of this MOSFET is kept at the same potential as the n-type layer 46 by the cathode electrode 47. The gate electrode 55 of this MOSFET and the gate electrode 52 of the conductive modulation type MOSFET are commonly connected to form one MOS gate G.
この素子の動作は、MOSゲートGに正電圧を印加して
導電変調型M OS F E Tをオンにし、そのソー
ス電流をn型ベース層44にベース電流として供給する
ことによりターンオンする。これは先の実施例と同様で
ある。ターンオフの際はMOSゲートGに負電圧を印加
する。これによりpチャネルMOSFETがオンし、n
型エミッタ@45とp型ベースIt!i44が短絡され
て素子はターンオフする。The operation of this element is turned on by applying a positive voltage to the MOS gate G to turn on the conductivity modulation type MOS FET, and supplying its source current to the n-type base layer 44 as a base current. This is similar to the previous embodiment. At turn-off, a negative voltage is applied to the MOS gate G. This turns on the p-channel MOSFET and n
Type emitter @45 and p type base It! i44 is shorted and the device turns off.
この実施例によっても導電変調型MOSFETが増幅ゲ
ートとして作用するため、先の実施例と同様にターンオ
ン時に高いグー1−感度が得られる。In this embodiment as well, since the conductivity modulation type MOSFET acts as an amplification gate, high Gou1-sensitivity can be obtained at turn-on as in the previous embodiment.
またターンオフの際にMOSFETに流れる電流通路に
は、導電変調型MOSFETのチャネル領域56の部分
が入らない。またサイリスタ本体のn型ベース層44と
は別工程で4電変調MOSFET部のn型ベース層49
を形成しており、従ってこのn型ベース層44の抵抗を
小さいものとすることができ、更にn型ベース層44と
49の重なる部分は一層低抵抗となるため、ターンオフ
能力が非常に高いものとなる。Furthermore, the channel region 56 of the conductivity modulation type MOSFET does not enter the current path flowing through the MOSFET during turn-off. In addition, the n-type base layer 49 of the quadrupolar modulation MOSFET section is formed in a separate process from the n-type base layer 44 of the thyristor body.
Therefore, the resistance of the n-type base layer 44 can be made small, and the overlapping portion of the n-type base layers 44 and 49 has an even lower resistance, so the turn-off ability is extremely high. becomes.
本発明は上記した実施例に限られるものではなく、その
趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することがで
きる。The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented with various modifications without departing from the spirit thereof.
第1図は本発明の一実施例の絶縁ゲーI−型自己ターン
オフ素子を示す図、第2図は他の実施例の絶縁ゲート型
自己ターンオフ素子を示す図、第3図は更に他の実施例
の絶縁ゲート型自己ターンオフ素子を示す図、第4図お
よび第5図は従来の絶縁ゲート型自己ターンオフ素子を
示す図である。
11・・・n型エミッタ層、12.13・・・n型ベー
ス層、14・・・n型ベース層、15・・・n型エミッ
タ層、16・・・カソード電極、17・・・アノード電
極、18・・・n型ベース層、19・・・n型ソース層
、20・・・ゲート絶縁膜、21・・・ゲート電極、2
2・・・ソース電極、23・・・n型層(ドレイン領域
)、24・・・ゲート絶縁膜、25・・・ゲート電極、
26・・・チャネル領域(導電変調型MOSFET>、
27・・・チャネルl[(nチャネルMOSFET)、
28・ p型ベース禎、29・・・[)型エミッタ層、
30・・・カソード電極、31・・・短絡電極、32・
・・n型層(ドレイン領域)、33・・・ゲート絶縁膜
、34・・・ゲート電極、41・・・n型エミッタ層、
42.43・・・n型ベース居、44・・・p型ベース
居、45.46・・・n型エミッタ層、47・・・カソ
ード電を引、48・・・アノード電極、49・・・p型
ベース居、50・・・n型ソース層、51・・・ゲート
絶縁膜、52・・・ゲート電極、53・・・ソース電極
、54・・・ゲート絶縁膜、55・・・ゲート電極、5
6・・・チャネル領域(導電変調型MOSFET)、5
7・・・チャネル領域(pチャネルMO3FE丁)、5
8・・・n型層(ソース領域)。
出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
第3図
第4図FIG. 1 is a diagram showing an insulated gate I-type self-turnoff device according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an insulated gate type self-turnoff device according to another embodiment, and FIG. 3 is a diagram showing still another embodiment. FIGS. 4 and 5 are diagrams showing conventional insulated gate self-turn-off devices. DESCRIPTION OF SYMBOLS 11... N-type emitter layer, 12.13... N-type base layer, 14... N-type base layer, 15... N-type emitter layer, 16... Cathode electrode, 17... Anode electrode, 18... n-type base layer, 19... n-type source layer, 20... gate insulating film, 21... gate electrode, 2
2... Source electrode, 23... N-type layer (drain region), 24... Gate insulating film, 25... Gate electrode,
26...Channel region (conductivity modulation type MOSFET>,
27...Channel l [(n-channel MOSFET),
28. p-type base layer, 29...[)-type emitter layer,
30... Cathode electrode, 31... Short circuit electrode, 32...
... n-type layer (drain region), 33 ... gate insulating film, 34 ... gate electrode, 41 ... n-type emitter layer,
42.43...n-type base layer, 44...p-type base layer, 45.46...n-type emitter layer, 47...cathode current, 48...anode electrode, 49... -p type base layer, 50... n type source layer, 51... gate insulating film, 52... gate electrode, 53... source electrode, 54... gate insulating film, 55... gate electrode, 5
6... Channel region (conductivity modulation type MOSFET), 5
7... Channel region (p channel MO3FE), 5
8...n-type layer (source region). Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 3 Figure 4
Claims (4)
層を有し、この第2導電型ベース層表面部に第1導電型
ベース層および第2導電型エミッタ層が拡散形成され、
第2導電型エミッタ層に第1の主電極、第1導電型エミ
ッタ層に第2の主電極がそれぞれ形成されたサイリスタ
構造を有し、MOSゲートによりオン、オフ制御を行な
うように構成された自己ターンオフ素子において、前記
第1導電型ベース層内に前記第2導電型エミッタ層とは
別に設けられた第2導電型ソース層、このソース層と前
記第1導電型ベース層間を短絡するソース電極、および
前記第2導電型ソース層と前記第2導電型ベース層に挟
まれた領域の前記第1導電型ベース層表面に形成された
MOSゲートを有するターンオン用の導電変調型MOS
FETと、前記第2導電型エミッタ層と第1導電型ベー
ス層間を短絡するターンオフ用のMOSFETとが一体
形成されていることを特徴とする絶縁ゲート型自己ター
ンオフ素子。(1) having a second conductivity type base layer in contact with the first conductivity type emitter layer, the first conductivity type base layer and the second conductivity type emitter layer being diffused and formed on the surface of the second conductivity type base layer;
It has a thyristor structure in which a first main electrode is formed in the second conductivity type emitter layer and a second main electrode is formed in the first conductivity type emitter layer, and is configured to perform on/off control by a MOS gate. In the self-turn-off element, a second conductivity type source layer provided within the first conductivity type base layer separately from the second conductivity type emitter layer, and a source electrode shorting between this source layer and the first conductivity type base layer. , and a turn-on conductivity modulation type MOS having a MOS gate formed on the surface of the first conductivity type base layer in a region sandwiched between the second conductivity type source layer and the second conductivity type base layer.
An insulated gate self-turn-off element, characterized in that an FET and a turn-off MOSFET that short-circuits between the second conductivity type emitter layer and the first conductivity type base layer are integrally formed.
型エミッタ層をソース領域とし、このソース領域と所定
距離離れて前記第1導電型ベース層内に形成され前記導
電変調MOSFETのソース電極により前記第1導電型
ベース層と短絡された第2導電型ドレイン領域を有し、
これらソース、ドレイン領域の間にMOSゲートが形成
された第2導電チャネルMOSFETである特許請求の
範囲第1項記載の絶縁ゲート型自己ターンオフ素子。(2) The turn-off MOSFET has the second conductivity type emitter layer as a source region, is formed in the first conductivity type base layer at a predetermined distance from the source region, and is connected to the source electrode of the conductivity modulation MOSFET. a second conductivity type drain region short-circuited with a first conductivity type base layer;
2. The insulated gate self-turn-off device according to claim 1, which is a second conductive channel MOSFET in which a MOS gate is formed between these source and drain regions.
型エミッタ層内に形成され前記第1の主電極によりn型
エミッタ層と短絡された第1導電型ソース領域を有し、
この第1導電型ソース領域と前記第1導電型ベース層に
挟まれた第2導電型エミッタ層上にMOSゲートが形成
された第1導電チャネルMOSFETである特許請求の
範囲第1項記載の絶縁ゲート型自己ターンオフ素子。(3) the turn-off MOSFET has a first conductivity type source region formed in the second conductivity type emitter layer and short-circuited to the n-type emitter layer by the first main electrode;
The insulation according to claim 1, wherein the first conductive channel MOSFET is a first conductive channel MOSFET in which a MOS gate is formed on a second conductive type emitter layer sandwiched between the first conductive type source region and the first conductive type base layer. Gate type self turn-off element.
第1導電型ベース層部分は、サイリスタ本体の第1導電
型ベース層の端部に重なるようにこれとは別に拡散形成
されたものである特許請求の範囲第1項記載の絶縁ゲー
ト型自己ターンオフ素子。(4) The first conductivity type base layer portion which becomes the channel region of the conductivity modulation MOSFET is formed by diffusion separately from the first conductivity type base layer of the thyristor body so as to overlap with the end portion of the first conductivity type base layer. The insulated gate self-turn-off device according to item 1.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60214578A JPS6276557A (en) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | Insulated gate type self turn-off element |
EP86307495A EP0219995B1 (en) | 1985-09-30 | 1986-09-30 | Gate turn-off thyristor with independent turn-on/off controlling transistors |
DE3689680T DE3689680T2 (en) | 1985-09-30 | 1986-09-30 | Thyristor that can be switched off by means of a control electrode with independent ignition / extinguishing control transistors. |
US06/913,753 US4760431A (en) | 1985-09-30 | 1986-09-30 | Gate turn-off thyristor with independent turn-on/off controlling transistors |
US07/157,584 US4914496A (en) | 1985-09-30 | 1988-02-19 | Gate turn-off thyristor with independent turn-on/off controlling transistors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60214578A JPS6276557A (en) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | Insulated gate type self turn-off element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6276557A true JPS6276557A (en) | 1987-04-08 |
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ID=16658034
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60214578A Pending JPS6276557A (en) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | Insulated gate type self turn-off element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6276557A (en) |
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US5194394A (en) * | 1989-10-23 | 1993-03-16 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thyristor and method of manufacturing the same |
US5793065A (en) * | 1990-09-17 | 1998-08-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Insulated-gate thyristor |
-
1985
- 1985-09-30 JP JP60214578A patent/JPS6276557A/en active Pending
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