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JPH05235332A - Thyristor with insulated gate - Google Patents

Thyristor with insulated gate

Info

Publication number
JPH05235332A
JPH05235332A JP13909292A JP13909292A JPH05235332A JP H05235332 A JPH05235332 A JP H05235332A JP 13909292 A JP13909292 A JP 13909292A JP 13909292 A JP13909292 A JP 13909292A JP H05235332 A JPH05235332 A JP H05235332A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
type
base layer
drain
type base
Prior art date
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Granted
Application number
JP13909292A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3249175B2 (en
Inventor
Tsuneo Ogura
常雄 小倉
Kiminori Watanabe
君則 渡邉
Akio Nakagawa
明夫 中川
Yoshihiro Yamaguchi
好広 山口
Norio Yasuhara
紀夫 安原
Tomoko Sueshiro
知子 末代
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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 Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP13909292A priority Critical patent/JP3249175B2/en
Publication of JPH05235332A publication Critical patent/JPH05235332A/en
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  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Thyristors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a thyristor with an insulated gate, the turn-OFF performance of which is improved. CONSTITUTION:In thyristor structure composed of a p-type emitter layer 4, an n-type base layer 1, a p-type base layer 2 and an n-type emitter layer 3, a drain electrode 8 brought into contact with the p-type base layer 2 is formed at a position adjacent to one side of the n-type emitter layer 3, and an n-type drain electrode 7 short-circuited with the p-type base layer 2 by the drain electrode 8 is shaped. An n-type source layer 11 is formed separated at a fixed distance from the n-type drain layer 7, and an insulated gate electrode 10 for turn-off is formed between these n-type source layer 11 and n-type drain layer 7. A source electrode 12 is connected to a cathode electrode 5.

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、絶縁ゲート付きサイリ
スタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thyristor with an insulated gate.

【0002】[0002]

【従来の技術】高耐圧,大電流の電力用素子にその駆動
回路や保護回路を一体的に集積形成した電力用ICは、
今後の電力用素子の主流になる。この様な電力用素子で
のゲート駆動には、絶縁ゲート電極(MOSゲート)を
用いた電圧制御型が好ましい。電流駆動型に比べて小電
流でのゲート駆動ができるからである。
2. Description of the Related Art A power IC in which a driving circuit and a protection circuit are integrally formed on a power element of high withstand voltage and large current,
It will become the mainstream of power devices in the future. For gate driving in such a power device, a voltage control type using an insulated gate electrode (MOS gate) is preferable. This is because the gate can be driven with a small current as compared with the current drive type.

【0003】図25は、従来の絶縁ゲート型サイリスタ
のターンオフ用絶縁ゲート部の構造を示す。高抵抗のn
型ベース層1の一方の面にp型ベース層2が形成され、
このp型ベース層2内にn型エミッタ層3が形成されて
いる。n型ベース層1の他方の面にp型エミッタ層4が
形成されている。n型エミッタ層3にはカソード電極5
が、p型エミッタ層4にはアノード電極6が形成されて
いる。
FIG. 25 shows the structure of a turn-off insulated gate portion of a conventional insulated gate thyristor. High resistance n
The p-type base layer 2 is formed on one surface of the mold base layer 1,
An n-type emitter layer 3 is formed in this p-type base layer 2. A p-type emitter layer 4 is formed on the other surface of the n-type base layer 1. The cathode electrode 5 is provided on the n-type emitter layer 3.
However, an anode electrode 6 is formed on the p-type emitter layer 4.

【0004】p型ベース層2のn型エミッタ層3から所
定距離離れた位置にはn型ドレイン層7が形成され、こ
のn型ドレイン層7とn型カソード層3の間のp型ベー
ス層2上にゲート絶縁膜9を介してゲート電極10が形
成されている。このゲート電極10はターンオフ用であ
って、n型エミッタ層をソースとしてnチャネルMOS
FETが構成されている。n型ドレイン層7にコンタク
トするドレイン電極8は、同時にp型ベース層2にもコ
ンタクトさせており、p型ベース層2とn型ドレイン層
7がこのドレイン電極8により短絡されている。
An n-type drain layer 7 is formed at a predetermined distance from the n-type emitter layer 3 of the p-type base layer 2, and the p-type base layer between the n-type drain layer 7 and the n-type cathode layer 3 is formed. A gate electrode 10 is formed on the gate electrode 2 via a gate insulating film 9. The gate electrode 10 is for turn-off, and is an n-channel MOS with the n-type emitter layer as a source.
The FET is configured. The drain electrode 8 that contacts the n-type drain layer 7 is also in contact with the p-type base layer 2 at the same time, and the p-type base layer 2 and the n-type drain layer 7 are short-circuited by the drain electrode 8.

【0005】ターンオン用のゲート電極は図では示され
ていないが、例えば、選択的に拡散形成されるp型ベー
ス層2の周辺部に、ターンオフ用と同様にMOS構造を
もって形成される。
Although not shown in the drawing, a gate electrode for turn-on is formed, for example, in the peripheral portion of the p-type base layer 2 selectively diffused and formed, with a MOS structure similar to that for turn-off.

【0006】この様な構造の絶縁ゲート型サイリスタ
は、ターンオフ時、絶縁ゲート電極10にカソードに対
して正の電圧が印加される。これにより、ゲート電極1
0下にn型チャネルが形成され、p型ベース層2から直
接n型エミッタ層3に流れ込んでいたホール電流の一部
が、図に破線で示すようにドレイン電極8から吸い出さ
れ、n型ドレイン層7を通り、ゲート電極10下のチャ
ネルを通って、n型エミッタ層3からカソード電極5に
バイパスするようになる。このホール電流のバイパスに
よってやがてn型エミッタ層3からp型ベース層2への
電子注入が止まって、素子はターンオフする。
In the insulated gate thyristor having such a structure, a positive voltage with respect to the cathode is applied to the insulated gate electrode 10 at turn-off. Thereby, the gate electrode 1
N-type channel is formed below the n-type channel, and part of the hole current flowing from the p-type base layer 2 directly into the n-type emitter layer 3 is absorbed by the drain electrode 8 as shown by the broken line in the figure, and the n-type channel is formed. The n-type emitter layer 3 is bypassed to the cathode electrode 5 through the drain layer 7 and the channel below the gate electrode 10. Due to this bypass of the hole current, electron injection from the n-type emitter layer 3 to the p-type base layer 2 is stopped, and the device is turned off.

【0007】この従来構造の絶縁ゲート付きサイリスタ
では、十分なターンオフ能力が得られないという問題が
ある。これは、図25に破線で示したホール電流バイパ
ス経路の抵抗に原因がある。ホール電流バイパス経路の
抵抗は、主要にはp型ベース層2の横方向抵抗と絶縁ゲ
ート電極10下のチャネルのオン抵抗である。これらの
抵抗とバイパス電流によりきまる電圧降下がn型エミッ
タ層3とp型ベース層2間のビルトイン電圧以上になる
と、n型エミッタ層3からの電子注入が止まらないこと
になる。したがって主電流が大きくなると、ターンオフ
できない。
This conventional thyristor with an insulated gate has a problem that a sufficient turn-off ability cannot be obtained. This is due to the resistance of the Hall current bypass path shown by the broken line in FIG. The resistance of the hole current bypass path is mainly the lateral resistance of the p-type base layer 2 and the on-resistance of the channel below the insulated gate electrode 10. When the voltage drop determined by these resistances and the bypass current becomes equal to or higher than the built-in voltage between the n-type emitter layer 3 and the p-type base layer 2, the electron injection from the n-type emitter layer 3 is not stopped. Therefore, when the main current becomes large, it cannot be turned off.

【0008】一つの半導体基板上に複数個の半導体素子
を集積化した集積回路(IC)の中で、高耐圧素子を含
むものをパワーICと呼ぶ。この高耐圧素子として一般
的に用いられるMOSゲートを含むのも(パワーMOS
FET、IGBTなど)は、通常DSA(diffusion se
lf-alignment)構造でチャネル部を形成する。これは、
ソース拡散層および反対の極性のチャネル拡散層を同一
のポリシリコンゲート電極の一方の端面を拡散窓として
形成する方法である。
Among integrated circuits (IC) in which a plurality of semiconductor elements are integrated on one semiconductor substrate, one including a high breakdown voltage element is called a power IC. Including a MOS gate generally used as the high breakdown voltage element (power MOS
FETs, IGBTs, etc. are usually DSA (diffusion se)
lf-alignment) structure to form the channel part. this is,
This is a method of forming a source diffusion layer and a channel diffusion layer of opposite polarity by using one end face of the same polysilicon gate electrode as a diffusion window.

【0009】図39は、従来の技術で製造した横型パワ
ーMOSFETの断面を示す。まず、ゲート電極32と
なるポリシリコン膜をマスクとして位置Aより左側(図
中)からn型基板31中に不純物を拡散させ、p型チャ
ネル層33を形成する。次に、同じ場所からp型チャネ
ル層33中に不純物を拡散させ、ソースとなるn型拡散
層34を形成する。この際同時に、ドレインとなるn型
拡散層35を拡散により形成する。これにより図のよう
な横型パワーMOSFETが形成される。
FIG. 39 shows a cross section of a lateral power MOSFET manufactured by a conventional technique. First, using the polysilicon film to be the gate electrode 32 as a mask, impurities are diffused into the n-type substrate 31 from the left side of the position A (in the figure) to form the p-type channel layer 33. Next, impurities are diffused into the p-type channel layer 33 from the same location to form an n-type diffusion layer 34 serving as a source. At the same time, the n-type diffusion layer 35 to be the drain is simultaneously formed by diffusion. As a result, a lateral power MOSFET as shown in the figure is formed.

【0010】ところで、パワーICにおいては、このよ
うな高耐圧素子と同一基板に、ロジック回路を形成する
ためのCMOSなどの低耐圧素子を形成する必要があ
る。図40は、nチャネル型の低耐圧MOSFETの断
面を示す。まず、高耐圧素子と同一のn型基板31にp
型ウエル拡散層36を形成する。次に、ゲート電極37
となるポリシリコン膜をマスクとして、その両側にソー
スおよびドレインとなるn型拡散層38、39を形成す
る。これにより図のような低耐圧MOSFETが形成さ
れる。
By the way, in a power IC, it is necessary to form a low breakdown voltage element such as CMOS for forming a logic circuit on the same substrate as such a high breakdown voltage element. FIG. 40 shows a cross section of an n-channel type low breakdown voltage MOSFET. First, p on the same n-type substrate 31 as the high breakdown voltage element
A type well diffusion layer 36 is formed. Next, the gate electrode 37
Using the polysilicon film to be the mask as a mask, n-type diffusion layers 38 and 39 to be the source and the drain are formed on both sides thereof. As a result, a low breakdown voltage MOSFET as shown in the figure is formed.

【0011】上記高耐圧素子および低耐圧素子の製造工
程において、高耐圧素子のp型チャネル層33と低耐圧
素子のp型ウエル拡散層36とは、共にチャネル部を形
成するための拡散層である。しかしこれらは下記の理由
から別々の工程で形成する必要がある。これは、高耐圧
素子のp型チャネル部は、拡散層の横方向拡散領域を利
用しているのに対して、低耐圧素子のp型チャネル部
は、拡散層の縦方向拡散領域を利用しているための、本
質的な相違に起因するものである。このため、両層33
と36とでは、インプラドーズ量が異なる。更に、高耐
圧素子のp型チャネル部が拡散層33の横方向拡散領域
を利用しているため、拡散の深さでチャネル長Lが決ま
ってしまう。このため、高耐圧素子は、拡散の深さを低
耐圧素子とは別に独立に設計する必要がある。
In the process of manufacturing the high breakdown voltage element and the low breakdown voltage element, the p-type channel layer 33 of the high breakdown voltage element and the p-type well diffusion layer 36 of the low breakdown voltage element are diffusion layers for forming a channel portion. is there. However, these need to be formed in separate steps for the following reasons. This is because the p-type channel portion of the high breakdown voltage element uses the lateral diffusion region of the diffusion layer, whereas the p-type channel portion of the low breakdown voltage element uses the vertical diffusion region of the diffusion layer. It is due to the essential difference. Therefore, both layers 33
And 36 differ in the amount of implant dose. Furthermore, since the p-type channel portion of the high breakdown voltage element uses the lateral diffusion region of the diffusion layer 33, the channel length L is determined by the diffusion depth. Therefore, it is necessary to design the diffusion depth of the high breakdown voltage element independently of the low breakdown voltage element.

【0012】このようにパワーICに用いられている従
来の横型耐圧素子は、同時に集積化される低耐圧素子と
製造工程が独立しており、両者を1チップ上に集積化す
るためには製造工程が複雑にならざるを得ないという問
題があった。
As described above, the conventional lateral withstand voltage element used in the power IC has a manufacturing process independent from that of the low withstand voltage element which is integrated at the same time. There was a problem that the process had to be complicated.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の絶
縁ゲート付きサイリスタでは、大きな通電電流を流すこ
とができない、という問題があった。
As described above, the conventional thyristor with an insulated gate has a problem that a large energizing current cannot be passed.

【0014】本発明は、より大きな電流を流すことがで
きる絶縁ゲート付きサイリスタを提供する事を目的とす
る。
An object of the present invention is to provide a thyristor with an insulated gate capable of passing a larger current.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明に係る絶縁ゲート
付きサイリスタは、高抵抗の第1導電型ベース層、第1
導電型ベース層の一方の面に形成された第2導電型ベー
ス層、第1導電型ベース層を介して前記第2導電型ベー
ス層に接続される第2導電型エミッタ層、および第2導
電型ベース層内に形成された第1導電型エミッタ層のp
npn構造を有する。
A thyristor with an insulated gate according to the present invention is a high-resistance first conductivity type base layer, a first resistance type first base layer.
A second conductivity type base layer formed on one surface of the conductivity type base layer, a second conductivity type emitter layer connected to the second conductivity type base layer through the first conductivity type base layer, and a second conductivity type. P of the first conductivity type emitter layer formed in the type base layer
It has an npn structure.

【0016】この基本構造において、本発明は、第1
に、第2導電型ベース層上の第1導電型エミッタ層に隣
接する位置にドレイン電極が形成され、またこのドレイ
ン電極により第2導電型ベース層と短絡される第1導電
型ドレイン層が形成される。第2導電型ベース層には、
その第1導電型ドレイン層から所定距離離れて第1導電
型ソース層が形成される。そして、第1導電型ドレイン
層と第1導電型ソース層の間の前記第2導電型ベース層
上にゲート絶縁膜を介してターンオフ用絶縁ゲート電極
が形成される。第2導電型エミッタ層上には第1の主電
極が、第1導電型エミッタ層上には第2の主電極が形成
され、第1導電型ソース層上には第2の主電極と接続さ
れたソース電極が形成されていることを特徴とする。
In this basic structure, the present invention provides a first
A drain electrode is formed on the second conductive type base layer adjacent to the first conductive type emitter layer, and a first conductive type drain layer short-circuited with the second conductive type base layer by the drain electrode is formed. To be done. In the second conductivity type base layer,
A first conductivity type source layer is formed at a predetermined distance from the first conductivity type drain layer. A turn-off insulated gate electrode is formed on the second conductive type base layer between the first conductive type drain layer and the first conductive type source layer with a gate insulating film interposed therebetween. A first main electrode is formed on the second conductivity type emitter layer, a second main electrode is formed on the first conductivity type emitter layer, and the second main electrode is connected on the first conductivity type source layer. Characterized in that the formed source electrode is formed.

【0017】本発明は、第2に、第1導電型エミッタ層
が複数個に分割配置され、これら第1導電型エミッタ層
の一辺に隣接する位置で第2導電型ベース層にコンタク
トするドレイン電極が形成され、第1導電型エミッタ層
の他の辺に隣接する位置にドレイン電極によって第2導
電型ベース層と短絡された第1導電型ドレイン層が形成
され、この第1導電型ドレイン層と第1導電型エミッタ
層の間にターンオフ用絶縁ゲート電極が設けられている
ことを特徴とする。
In the second aspect of the present invention, the first conductivity type emitter layer is divided into a plurality of layers, and the drain electrode is in contact with the second conductivity type base layer at a position adjacent to one side of the first conductivity type emitter layer. And a first conductivity type drain layer short-circuited with the second conductivity type base layer by the drain electrode is formed at a position adjacent to the other side of the first conductivity type emitter layer. A turn-off insulated gate electrode is provided between the first conductivity type emitter layers.

【0018】本発明は、第3に、第2導電型ベース層に
第1導電型エミッタ層を挟んで第1導電型の第1,第2
のドレイン層が設けられ、第1導電型エミッタ層と第2
ドレイン層の間の第2導電型ベース層上に絶縁ゲート電
極が形成され、第2導電型エミッタ層上には第1の主電
極が、第1導電型エミッタ層上には第2の主電極が形成
され、第1,第2ドレイン層を接続する短絡電極が形成
されていることを特徴とする。
Thirdly, according to the present invention, the first conductive type first and second conductive layers are sandwiched between the second conductive type base layer and the first conductive type emitter layer.
A drain layer of the first conductivity type and a second conductivity type emitter layer
An insulated gate electrode is formed on the second conductivity type base layer between the drain layers, a first main electrode is on the second conductivity type emitter layer, and a second main electrode is on the first conductivity type emitter layer. Is formed, and a short-circuit electrode connecting the first and second drain layers is formed.

【0019】[0019]

【作用】図25の従来構造では、n型エミッタ層をソー
ス層としてターンオフ用のMOSFETが構成されてい
るため、ホール電流を吸い出すドレイン電極n型エミッ
タ層が離れて形成される。これに対して第1の発明にお
いては、ターンオフ用MOSFETのn型ソース層とn
型エミッタ層とが分離され、かつドレイン層とドレイン
電極がn型エミッタ層に隣接して形成された状態とす
る。ターンオフ時のホール電流吸い出し電極であるドレ
イン電極は、n型エミッタ層の直ぐ近くにおいてp型ベ
ース層にも直接コンタクトさせている。
In the conventional structure shown in FIG. 25, since the turn-off MOSFET is constructed with the n-type emitter layer as the source layer, the drain electrode n-type emitter layer for absorbing the hole current is formed separately. On the other hand, in the first invention, the n-type source layer and the n-type source layer of the turn-off MOSFET are
The type emitter layer is separated, and the drain layer and the drain electrode are formed adjacent to the n-type emitter layer. The drain electrode, which is a hole current sinking electrode at the time of turn-off, is also in direct contact with the p-type base layer in the immediate vicinity of the n-type emitter layer.

【0020】また第2の発明においては、n型ソース層
とn型エミッタ層は従来と同様に共通であるが、n型エ
ミッタ層が複数個に分割されて、その一辺に隣接する位
置で第2導電型ベース層にコンタクトするドレイン電極
が設けられ、他の辺に隣接してn型ドレイン層が設けら
れる。
In the second invention, the n-type source layer and the n-type emitter layer are common as in the conventional case, but the n-type emitter layer is divided into a plurality of parts, and the n-type emitter layer and the n-type emitter layer are adjacent to one side thereof. A drain electrode that contacts the two-conductivity-type base layer is provided, and an n-type drain layer is provided adjacent to the other side.

【0021】さらに第3の発明においては、ターンオン
用およびターンオフ用MOSFETのn型ドレイン層が
n型エミッタ層を挟んで第1,第2のドレイン層に分割
配置される。これによりオン時の正孔電流はn型エミッ
タ層の下を横方向に通ることなくカソード電極に直接流
れ込む。
Further, in the third invention, the n-type drain layers of the turn-on and turn-off MOSFETs are divided into the first and second drain layers with the n-type emitter layer interposed therebetween. As a result, the hole current when turned on flows directly into the cathode electrode without passing laterally under the n-type emitter layer.

【0022】したがって本発明の絶縁ゲート付きサイリ
スタでは、ターンオフ時のホール電流バイパス経路には
p型ベース層の横方向抵抗がはいることはなく、これに
よって、従来に比べて大きな通電電流を流すことがで
き、また大きな電流までターンオフできる絶縁ゲート付
きサイリスタが得られる。
Therefore, in the thyristor with an insulated gate according to the present invention, there is no lateral resistance of the p-type base layer in the hole current bypass path at the time of turn-off, which allows a larger energizing current to flow than in the conventional case. In addition, a thyristor with an insulated gate that can turn off even a large current can be obtained.

【0023】[0023]

【実施例】図1は、本発明の第1実施例に係る絶縁ゲー
ト付きサイリスタのターンオフゲート部の構造を示す。
従来の図25と対応する部分には、図25と同一符号を
付して詳細な説明は省略する。図25と比較して明らか
なように、この実施例では、ドレイン電極8がn型エミ
ッタ層3に隣接する位置でp型ベース層2にコンタクト
して設けられている。n型ドレイン層7はドレイン電極
8によりp型ベース層2と短絡されている。このn型ド
レイン層7から所定距離離れてn型ソース層11が形成
され、これらドレイン層7とソース層11間に絶縁ゲー
ト電極10が形成されている。ソース電極12は、カソ
ード電極5と一体形成されてカソード電極5と電気的に
接続されている。ソース電極12はまた、この実施例で
はドレイン電極8と同様に、p型ベース層2にも同時に
コンタクトするように配設されている。但しソース電極
12はソース層11のみにコンタクトするように配設さ
れていても良い。
1 shows the structure of the turn-off gate portion of a thyristor with an insulated gate according to the first embodiment of the present invention.
The parts corresponding to those in the conventional FIG. 25 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. As is apparent from comparison with FIG. 25, in this embodiment, the drain electrode 8 is provided in contact with the p-type base layer 2 at a position adjacent to the n-type emitter layer 3. The n-type drain layer 7 is short-circuited with the p-type base layer 2 by the drain electrode 8. An n-type source layer 11 is formed at a predetermined distance from the n-type drain layer 7, and an insulated gate electrode 10 is formed between the drain layer 7 and the source layer 11. The source electrode 12 is formed integrally with the cathode electrode 5 and is electrically connected to the cathode electrode 5. The source electrode 12 is also arranged so as to contact the p-type base layer 2 at the same time as the drain electrode 8 in this embodiment. However, the source electrode 12 may be provided so as to contact only the source layer 11.

【0024】この実施例の絶縁ゲート付きサイリスタ
は、ターンオフ時、絶縁ゲート電極10にカソードに対
して正の電圧が印加される。このときのホール電流のバ
イパス経路を破線で示している。ホール電流の一部は図
示のように、n型エミッタ層3の直ぐ近くでドレイン電
極8に吸い出され、ゲート電極10下のチャネルを通り
ソース電極12すなわちカソード電極5に排出される。
In the thyristor with an insulated gate of this embodiment, a positive voltage with respect to the cathode is applied to the insulated gate electrode 10 at turn-off. The bypass path of the Hall current at this time is shown by a broken line. As shown in the figure, a part of the hole current is absorbed by the drain electrode 8 in the immediate vicinity of the n-type emitter layer 3, passes through the channel under the gate electrode 10, and is discharged to the source electrode 12, that is, the cathode electrode 5.

【0025】この実施例では、図25の従来構造と比較
して明らかなように、ホール電流バイパス経路にはp型
ベース層2の横方向抵抗が入らない。したがってこのバ
イパスされるホール電流による電圧降下が従来構造に比
べて小さく、高いターンオフ能力が得られる。
In this embodiment, as apparent from comparison with the conventional structure of FIG. 25, the lateral resistance of the p-type base layer 2 does not enter the hole current bypass path. Therefore, the voltage drop due to the bypassed hole current is smaller than that of the conventional structure, and a high turn-off capability can be obtained.

【0026】電力用ICとしては、ロジック回路等を集
積する関係上、誘電体分離構造の半導体基板を用いて横
型のサイリスタとすることが好ましい。本発明は、その
様な横型の絶縁ゲート付きサイリスタに適用することが
できる。以下に横型の絶縁ゲート付きサイリスタの実施
例を説明する。なお以下の実施例において、図1と対応
する部分には図1と同一符号を付して、詳細な説明は省
略する。
The power IC is preferably a horizontal thyristor using a semiconductor substrate having a dielectric isolation structure in order to integrate a logic circuit and the like. The present invention can be applied to such a horizontal type thyristor with an insulated gate. An example of a horizontal type thyristor with an insulated gate will be described below. In the following embodiments, parts corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals as those in FIG. 1 and detailed description thereof will be omitted.

【0027】図2は本発明の第2実施例の横型の絶縁ゲ
ート付きサイリスタのレイアウトであり、図3は図2の
III −III 線断面図である。シリコン基板21に酸化膜
22により分離された状態でn型ベース層1が形成され
ている。この構造は例えば、2枚のシリコン基板を直接
接着する技術により得られる。n型ベース層1の表面に
所定距離おいてストライプ状をなして対向するp型ベー
ス層2とp型エミッタ層4が形成されている。p型ベー
ス層2内には、ストライプ状パターンをもってn型エミ
ッタ層3,n型ドレイン層7およびn型ソース層11が
形成されている。ドレイン電極8は、n型ドレイン層7
にコンタクトする同時にn型エミッタ層3の直ぐ近くで
p型ベース層2にもコンタクトするように、ストライプ
状にパターン形成されている。n型ドレイン層7とn型
ソース層11の間に、ストライプ状パターンをもってタ
ーンオフ用絶縁ゲート電極10が形成されている。この
ターンオフ用のMOSFET部の断面構造は、図1の実
施例と変わらない。
FIG. 2 is a layout of a horizontal type thyristor with an insulated gate according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a layout of FIG.
It is a III-III sectional view taken on the line. The n-type base layer 1 is formed on the silicon substrate 21 while being separated by the oxide film 22. This structure is obtained, for example, by the technique of directly bonding two silicon substrates. On the surface of the n-type base layer 1, a p-type base layer 2 and a p-type emitter layer 4 that are opposed to each other in a stripe shape are formed. In the p-type base layer 2, an n-type emitter layer 3, an n-type drain layer 7 and an n-type source layer 11 are formed in a stripe pattern. The drain electrode 8 is the n-type drain layer 7
The striped pattern is formed so as to contact the p-type base layer 2 in the immediate vicinity of the n-type emitter layer 3 as well. The turn-off insulated gate electrode 10 is formed between the n-type drain layer 7 and the n-type source layer 11 in a stripe pattern. The cross-sectional structure of the turn-off MOSFET portion is the same as that of the embodiment shown in FIG.

【0028】p型ベース層2のn型エミッタ層3とn型
ベース層1により挟まれた領域上には、ゲート絶縁膜2
3を介してストライプ状パターンをもってゲート電極2
4が形成されている。このゲート電極24は、図1の実
施例では省略したターンオン用のゲート電極である。
The gate insulating film 2 is formed on the region of the p-type base layer 2 sandwiched by the n-type emitter layer 3 and the n-type base layer 1.
Gate electrode 2 with a stripe pattern through 3
4 are formed. The gate electrode 24 is a gate electrode for turn-on which is omitted in the embodiment of FIG.

【0029】カソード電極5とソース電極12は、図2
に示すように周辺部で連結された状態で一体形成されて
いる。
The cathode electrode 5 and the source electrode 12 are shown in FIG.
As shown in FIG. 3, they are integrally formed in a state that they are connected at the peripheral portion.

【0030】この実施例の横型絶縁ゲート付きサイリス
タは、ターンオン時、ゲート電極10は零または負バイ
アスとして、ゲート電極24に正電圧が印加される。こ
れにより、n型エミッタ層3からゲート電極24下のn
型チャネルを介してn型ベース層1に電子が注入され、
これに見合った正孔がp型エミッタ層4からn型ベース
層1に注入されて、ターンオンする。ターンオフ時は、
ゲート電極24を零または負バイアスとして、ゲート電
極10に正の電圧が印加される。これにより、先の実施
例で説明したと同様にホール電流がバイパスされてター
ンオフする。
In the thyristor with a lateral insulated gate of this embodiment, when turned on, the gate electrode 10 is set to zero or a negative bias, and a positive voltage is applied to the gate electrode 24. As a result, n under the gate electrode 24 is n-type emitter layer 3
Electrons are injected into the n-type base layer 1 through the n-type channel,
Holes corresponding to this are injected from the p-type emitter layer 4 into the n-type base layer 1 and turned on. At turn off,
A positive voltage is applied to the gate electrode 10 with the gate electrode 24 set to zero or a negative bias. As a result, the hole current is bypassed and turned off as described in the previous embodiment.

【0031】この実施例においても、ドレイン電極8が
n型エミッタ層3に隣接して配置されているから、先の
実施例と同様に大きな電流をターンオフすることができ
る。図4は、図2を変形した本発明の第3実施例のサイ
リスタのレイアウトである。この実施例では、n型エミ
ッタ層3が複数個に分割されて配置され、その分割され
たスペース領域でドレイン電極8を櫛型に挿入してp型
ベース層2にコンタクトさせている。
Also in this embodiment, since the drain electrode 8 is arranged adjacent to the n-type emitter layer 3, a large current can be turned off as in the previous embodiment. FIG. 4 is a layout of a thyristor of a third embodiment of the present invention which is a modification of FIG. In this embodiment, the n-type emitter layer 3 is divided into a plurality of regions, and the drain electrodes 8 are inserted in a comb shape in the divided space regions to make contact with the p-type base layer 2.

【0032】この実施例によれば、n型エミッタ層3の
下のp型ベース層の横方向抵抗による電圧降下も低減さ
れ、より高いターンオフ能力が得られる。
According to this embodiment, the voltage drop due to the lateral resistance of the p-type base layer below the n-type emitter layer 3 is also reduced, and a higher turn-off capability can be obtained.

【0033】図5は、本発明の第4実施例の横型絶縁ゲ
ート付きサイリスタの斜視図である。この実施例では、
ターンオフ用のゲート電極10をジグザグパターンとし
て、ターンオフ用MOSFETのチャネル幅を十分長く
確保している。この実施例ではまた、p型エミッタ層4
の周囲に高耐圧化のためのn型バッファ層25が設けら
れ、n型エミッタ層3とn型ドレイン層7の間に低抵抗
化のための高濃度p型層26が形成されている。
FIG. 5 is a perspective view of a thyristor with a lateral insulated gate according to a fourth embodiment of the present invention. In this example,
The turn-off gate electrode 10 has a zigzag pattern to ensure a sufficiently long channel width of the turn-off MOSFET. In this embodiment, the p-type emitter layer 4 is also used.
An n-type buffer layer 25 for increasing the withstand voltage is provided in the periphery of, and a high-concentration p-type layer 26 for reducing the resistance is formed between the n-type emitter layer 3 and the n-type drain layer 7.

【0034】この実施例によると、ターンオフ用MOS
FETのチャネル抵抗も小さくなって、より高いターン
オフ能力が得られる。
According to this embodiment, the turn-off MOS is
The channel resistance of the FET is also reduced, and higher turn-off capability is obtained.

【0035】ここまでの実施例では、n型ソース層をn
型エミッタ層とは別に設けて、ドレイン電極から吸い出
したホール電流をMOSトランジスタを介し、ソース層
を介してカソードに流すようにした。以下に説明する実
施例は、n型エミッタ層とn型ソース層を共有した従来
構造を採用して、これを改良したのである。
In the above-described embodiments, the n-type source layer is n
It is provided separately from the type emitter layer, and the hole current drawn from the drain electrode is made to flow to the cathode via the MOS transistor and the source layer. In the embodiments described below, the conventional structure in which the n-type emitter layer and the n-type source layer are shared is adopted and improved.

【0036】図6はその様な本発明の第5実施例の絶縁
ゲート付きサイリスタのカソード側レイアウトであり、
図7および図8はそれぞれ図6のVII −VII およびVIII
−VIII線断面図である。この実施例でも、先の実施例と
同様に誘電体分離基板を用いている。この実施例では、
p型ベース層2内に複数個に分割されてn型エミッタ層
3が配列形成されている。そして各n型エミッタ層3に
挟まれた領域にn型ドレイン層7が形成され、これらn
型ドレイン層7とn型エミッタ層3の間にターンオフ用
MOSFETを構成する絶縁ゲート電極10が形成され
ている。
FIG. 6 is a cathode side layout of such a thyristor with an insulated gate according to a fifth embodiment of the present invention,
7 and 8 are VII-VII and VIII of FIG. 6, respectively.
It is a VIII line sectional view. Also in this embodiment, the dielectric isolation substrate is used as in the previous embodiment. In this example,
In the p-type base layer 2, a plurality of divided n-type emitter layers 3 are arranged. Then, the n-type drain layer 7 is formed in the region sandwiched by the n-type emitter layers 3,
An insulated gate electrode 10 forming a turn-off MOSFET is formed between the type drain layer 7 and the n-type emitter layer 3.

【0037】ドレイン電極8は、n型エミッタ層3とタ
ーンオフ用MOSFETの配列と並行して走るように配
設されている。すなわち、ドレイン電極8は、n型エミ
ッタ層3のターンオフ用MOSFETが形成された辺と
別の辺に隣接する位置でp型ベース層2に直接コンタク
トする。そしてこのストライプ状のドレイン電極8は、
枝別れする状態でn型ドレイン層7上を横切って配設さ
れて、n型ドレイン層7にもコンタクトさせている。
The drain electrode 8 is arranged so as to run in parallel with the arrangement of the n-type emitter layer 3 and the turn-off MOSFET. That is, the drain electrode 8 directly contacts the p-type base layer 2 at a position adjacent to the side of the n-type emitter layer 3 where the turn-off MOSFET is formed and another side. The stripe-shaped drain electrode 8 is
It is disposed across the n-type drain layer 7 in a branched state, and is also in contact with the n-type drain layer 7.

【0038】ターンオン用の絶縁ゲート電極24は、分
割された各n型エミッタ層3とn型ベース層1の間のp
型ベース層2上に形成されている。ドレイン電極8は、
このターンオフ用絶縁ゲート電極24の間の領域でも、
p型ベース層2にコンタクトさせている。
The insulated gate electrode 24 for turn-on is a p-layer between the divided n-type emitter layer 3 and n-type base layer 1.
It is formed on the mold base layer 2. The drain electrode 8 is
Even in the region between the turn-off insulated gate electrodes 24,
It is in contact with the p-type base layer 2.

【0039】この実施例によっても、ターンオフ時、ホ
ール電流はn型エミッタ層3の一つの辺の直ぐ近くでp
型ベース層3からドレイン電極8に吸い出され、ターン
オフ用MOSFETのチャネルを通してカソードに排出
される。したがって大電流をターンオフすることができ
る。
Also in this embodiment, at the time of turn-off, the hole current is p in the vicinity of one side of the n-type emitter layer 3.
It is sucked from the mold base layer 3 to the drain electrode 8 and discharged to the cathode through the channel of the turn-off MOSFET. Therefore, a large current can be turned off.

【0040】図9〜図11は、図6〜図8の実施例を変
形した本発明の第6実施例のレイアウトと図9のX −X
およびXI−XI線断面図である。この実施例では、ターン
オン用の絶縁ゲート電極24を、先の実施例のように分
割することなくストライプ状に配設している。この実施
例によっても先の実施例と同様の効果が得られる。
9 to 11 are layouts of a sixth embodiment of the present invention which is a modification of the embodiments of FIGS. 6 to 8 and XX of FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along line XI-XI. In this embodiment, the turn-on insulated gate electrode 24 is arranged in stripes without being divided as in the previous embodiment. Also in this embodiment, the same effect as the previous embodiment can be obtained.

【0041】図12〜図14は、やはり図6〜図8の実
施例を変形した本発明の第7実施例のレイアウトと図1
2のXIII−XIIIおよびXIV −XIV 線断面図である。この
実施例では、島状のn型エミッタ層3を完全には分離さ
れず、p型ベース層2の端部で連続するように形成され
ている。そしてターンオン用絶縁ゲート電極24は、p
型ベース層2の端部にストライプ状パターンをもって配
設されている。
12 to 14 are layouts of the seventh embodiment of the present invention which is a modification of the embodiments of FIGS. 6 to 8 and FIG.
2 is a sectional view taken along line XIII-XIII and XIV-XIV of FIG. In this embodiment, the island-shaped n-type emitter layer 3 is not completely separated but is formed so as to be continuous at the end of the p-type base layer 2. The turn-on insulated gate electrode 24 is p
It is arranged in a striped pattern at the end of the mold base layer 2.

【0042】図6〜図8の実施例ではn型エミッタ層が
完全に複数個に分離されているために、ターンオン用M
OSFETのチャネル幅がそれだけ小さくなっている。
これは、図9〜図11の実施例のようにゲート電極24
をストライプ状パターンに形成しても変わらない。これ
に対してこの実施例では、ターンオン用MOSFETの
チャネル幅を十分大きくすることができ、分割エミッタ
構造を採用した時のターンオン特性の劣化を防止するこ
とができる。
Since the n-type emitter layers are completely separated in the embodiments of FIGS.
The channel width of the OSFET is reduced accordingly.
This is the same as the gate electrode 24 as in the embodiment of FIGS.
Forming a striped pattern does not change. On the other hand, in this embodiment, the channel width of the turn-on MOSFET can be made sufficiently large, and the turn-on characteristics can be prevented from deteriorating when the split emitter structure is adopted.

【0043】図15〜図17は本発明の第8実施例の絶
縁ゲート付きサイリスタのレイアウトと図15のXVI −
XVI およびXVII−XVII線断面図である。この実施例で
は、図6〜図8の実施例での分割n型エミッタ層3に対
するターンオフ用MOSFETとドレイン電極8のp型
ベース層2に対するコンタクト位置の関係が逆になって
いる。すなわち分割されて配列されたn型エミッタ層3
と並行して走るようにn型ドレイン層7がストライプ状
に形成され、このn型ドレイン層7とn型エミッタ層3
の間にターンオフ用絶縁ゲート電極10が配設される。
n型ドレイン層7にコンタクトするドレイン電極8は、
n型ドレイン層7に沿ってストライブ状に形成されると
共に、分割されたn型エミッタ層3の間の領域に枝別れ
した状態で挿入され、各n型エミッタ層3に挟まれた領
域でp型ベース層2にコンタクトさせている。
15 to 17 are layouts of the thyristor with an insulated gate according to the eighth embodiment of the present invention and XVI-of FIG.
It is a XVI and XVII-XVII sectional view taken on the line. In this embodiment, the relationship between the turn-off MOSFET for the divided n-type emitter layer 3 and the contact position of the drain electrode 8 with respect to the p-type base layer 2 in the embodiment of FIGS. 6 to 8 is reversed. That is, the n-type emitter layer 3 is divided and arranged.
The n-type drain layer 7 is formed in a stripe shape so as to run in parallel with the n-type drain layer 7 and the n-type emitter layer 3.
The insulated gate electrode 10 for turn-off is disposed between the two.
The drain electrode 8 that contacts the n-type drain layer 7 is
It is formed in a stripe shape along the n-type drain layer 7 and is inserted in a region between the divided n-type emitter layers 3 in a branched state. It is in contact with the p-type base layer 2.

【0044】この実施例によれば、n型エミッタ層3の
二辺に隣接してドレイン電極8がp型ベース層2にコン
タクトするため、先の実施例に比べてさらに高いターン
オフ能力が得られる。
According to this embodiment, since the drain electrode 8 is in contact with the p-type base layer 2 adjacent to the two sides of the n-type emitter layer 3, a higher turn-off ability can be obtained as compared with the previous embodiment. .

【0045】図18〜図20は、本発明の第9実施例の
絶縁ゲート付きサイリスタのレイアウトと図18のXIX
−XIX およびXX−XX線断面図である。この実施例では、
n型エミッタ層3はストライプ状パターンをもって連続
的に形成されている。n型ドレイン層7は、n型エミッ
タ層3側を凹凸パターンとして形成されている。ターン
オフ用の絶縁ゲート電極10は、n型ドレイン層7の凸
部のみをカバーする状態で形成されて、この凸部にのみ
ターンオフ用MOSFETが構成される(図19の断
面)。すなわちターンオフ用MOSFETは実質的に飛
び飛びに形成される。n型ドレイン層7の凹部はゲート
電極10によってカバーされることなく(図20の断
面)、ストライプ状にパターン形成されたドレイン電極
8は、ゲート電極10によってカバーされていない領域
に露出しているp型ベース層2にコンタクトさせてい
る。
18 to 20 are layouts of a thyristor with an insulated gate according to the ninth embodiment of the present invention and XIX of FIG.
FIG. 6 is a sectional view taken along line -XIX and XX-XX. In this example,
The n-type emitter layer 3 is continuously formed in a stripe pattern. The n-type drain layer 7 is formed with an uneven pattern on the n-type emitter layer 3 side. The turn-off insulated gate electrode 10 is formed so as to cover only the protrusion of the n-type drain layer 7, and the turn-off MOSFET is configured only in this protrusion (cross section in FIG. 19). That is, the turn-off MOSFETs are formed substantially discretely. The recess of the n-type drain layer 7 is not covered by the gate electrode 10 (cross section in FIG. 20), and the drain electrode 8 patterned in a stripe shape is exposed in a region not covered by the gate electrode 10. It is in contact with the p-type base layer 2.

【0046】この実施例によれば、ターンオフ時ホール
電流は、ターンオフ用MOSFETが実質的に形成され
ていない領域では、n型ドレイン層7の下を横方向に流
れることなくp型ベース層2から直接ドレイン電極8に
吸い出される。したがってこの実施例でも、ターンオフ
時、大きな電圧降下を発生させることなくホール電流の
吸い出しができ、高いターンオフ能力が得られる。
According to this embodiment, the hole current during turn-off does not flow laterally below the n-type drain layer 7 from the p-type base layer 2 in the region where the turn-off MOSFET is not substantially formed. It is directly sucked to the drain electrode 8. Therefore, also in this embodiment, at the time of turn-off, the hole current can be drained without causing a large voltage drop, and a high turn-off capability can be obtained.

【0047】以上、図1の実施例を除いて横型のサイリ
スタに本発明を適用した実施例を説明したが、これら横
型サイリスタの実施例の構造をそのまま縦型サイリスタ
にも適用することができる。また横型サイリスタの実施
例は誘電体分離基板を用いたが、pn接合分離を用いて
もよいし、また単体のサイリスタにも本発明を適用する
ことができることはいうまでもない。さらに、高抵抗n
型ベース層のp型ベース層側にn型バッファ層を設け
る、或いはトランジスタ構造を用いてエミッタをベース
に短絡することによりターンオフ速度を速くする等、種
々変形して実施することが可能である。
Although the embodiments in which the present invention is applied to the horizontal type thyristor have been described except for the example of FIG. 1, the structures of the embodiments of the horizontal type thyristor can be applied to the vertical type thyristor as it is. In addition, although the dielectric isolation substrate is used in the embodiment of the lateral thyristor, it is needless to say that the pn junction isolation may be used and the present invention can be applied to a single thyristor. Furthermore, high resistance n
The n-type buffer layer may be provided on the p-type base layer side of the mold base layer, or the turn-off speed may be increased by short-circuiting the emitter to the base using a transistor structure, and various modifications may be made.

【0048】図21は、本発明の第10実施例の絶縁ゲ
ート付サイリスタである。この実施例では、n型エミッ
タ層3の両側に隣接してn型の第1ドレイン層7a,第
2ドレイン層7bが設けられている。エミッタ層3はカ
ソード電極5によりp型ベース層2と短絡されている。
n型エミッタ層3と第2ドレイン層7bの間のp型ベー
ス層2上にゲート絶縁膜9を介してゲート電極10が形
成されている。第1ドレイン層7aに設けられたドレイ
ン電極8aと第2ドレイン層7bに設けられたドレイン
電極8bとは互いに接続されて短絡電極となっている
が、第1ドレイン層7a側のドレイン電極8aは第1ド
レイン層7aのみにコンタクトしているのに対して、第
2ドレイン層7b側のドレイン電極8bはp型ベース層
2にも同時にコンタクトしている。
FIG. 21 shows a thyristor with an insulated gate according to the tenth embodiment of the present invention. In this embodiment, the n-type first drain layer 7a and the n-type first drain layer 7b are provided adjacent to both sides of the n-type emitter layer 3. The emitter layer 3 is short-circuited with the p-type base layer 2 by the cathode electrode 5.
A gate electrode 10 is formed on the p-type base layer 2 between the n-type emitter layer 3 and the second drain layer 7b via a gate insulating film 9. The drain electrode 8a provided on the first drain layer 7a and the drain electrode 8b provided on the second drain layer 7b are connected to each other to form a short-circuit electrode, but the drain electrode 8a on the first drain layer 7a side is While contacting only the first drain layer 7a, the drain electrode 8b on the second drain layer 7b side also contacts the p-type base layer 2 at the same time.

【0049】この実施例の絶縁ゲート付きサイリスタ
は、ターンオン時、図示されないトリガ用ゲート電極に
加えて、ゲート電極10にカソードに対して正の電圧が
印加される。この時の電子電流の経路を破線で示してい
る。ターンオフ時には、ホール電流は、一点鎖線で示す
ようにn型エミッタ層3の直ぐ近くでp型ベース層2か
らカソード電極5に直接吸い出されて排出される。従っ
てこの実施例では、ホール電流バイパス経路にn型エミ
ッタ層3下のp型ベース層2の横方向抵抗が入ることが
なく、高いターンオフ能力が得られる。
In the thyristor with an insulated gate of this embodiment, at the time of turn-on, a positive voltage is applied to the cathode to the gate electrode 10 in addition to the trigger gate electrode (not shown). The path of the electron current at this time is shown by a broken line. At the time of turn-off, the hole current is directly sucked and discharged from the p-type base layer 2 to the cathode electrode 5 in the immediate vicinity of the n-type emitter layer 3, as shown by the chain line. Therefore, in this embodiment, the lateral resistance of the p-type base layer 2 below the n-type emitter layer 3 does not enter the hole current bypass path, and a high turn-off capability can be obtained.

【0050】図22は、図21の素子を横型にした本発
明の第11実施例のレイアウトであり、図23はそのXX
III ―XXIII 線断面図である。シリコン基板21に酸化
膜22により分離された状態でn型ベース層1が形成さ
れている。この構造は例えば、2枚のシリコン基板を直
接接着する技術により得られる。n型ベース層1の表面
に所定距離おいてストライプ状をなして対向するp型ベ
ース層2とp型エミッタ層4が形成されている。p型ベ
ース層2内には、ストライプ状パターンをもってn型エ
ミッタ層3,これを挟んでn型の第1ドレイン層7aお
よび第2ドレイン層7bが形成されている。カソード電
極5は、n型エミッタ層3にコンタクトする同時にp型
ベース層2にもコンタクトするように、ストライプ状に
パターン形成されている。n型エミッタ層3とn型第2
ドレイン層7bの間に、ストライプ状パターンをもって
ターンオンおよびターンオフ用絶縁ゲート電極10が形
成されている。このMOSFET部の断面構造は、図1
の実施例と変わらない。
FIG. 22 is a layout of the eleventh embodiment of the present invention in which the device of FIG. 21 is made horizontal, and FIG.
It is a III-XXIII line sectional view. The n-type base layer 1 is formed on the silicon substrate 21 while being separated by the oxide film 22. This structure is obtained, for example, by the technique of directly bonding two silicon substrates. On the surface of the n-type base layer 1, a p-type base layer 2 and a p-type emitter layer 4 that are opposed to each other in a stripe shape are formed. In the p-type base layer 2, an n-type emitter layer 3 having a striped pattern, and an n-type first drain layer 7a and a second drain layer 7b sandwiching this are formed. The cathode electrode 5 is patterned in a stripe shape so as to contact the n-type emitter layer 3 and simultaneously contact the p-type base layer 2. n-type emitter layer 3 and n-type second
The turn-on and turn-off insulated gate electrodes 10 are formed in a stripe pattern between the drain layers 7b. The cross-sectional structure of this MOSFET part is shown in FIG.
It is the same as the example.

【0051】p型ベース層2のn型第1ドレイン層7a
とn型ベース層1により挟まれた領域上には、ゲート絶
縁膜23を介してストライプ状パターンをもってゲート
電極24が形成されている。このゲート電極24は、図
1の実施例では省略したターンオン用のゲート電極であ
る。ドレイン電極8aと8bは、図に示すように周辺部
で連結された状態で一体形成されている。ドレイン電極
8bは、図示実施例ではp型ベース層2に接続されてい
ないが、同層2に接続されていてもよい。
The n-type first drain layer 7a of the p-type base layer 2
A gate electrode 24 having a stripe pattern is formed on a region sandwiched by the n-type base layer 1 and the gate insulating film 23. The gate electrode 24 is a gate electrode for turn-on which is omitted in the embodiment of FIG. The drain electrodes 8a and 8b are integrally formed in a state where they are connected at the peripheral portion as shown in the figure. The drain electrode 8b is not connected to the p-type base layer 2 in the illustrated embodiment, but may be connected to the same layer 2.

【0052】この実施例の横型絶縁ゲート付きサイリス
タは、ターンオン時、ゲート電極10およびゲート電極
24に正電圧が印加される。これにより、n型エミッタ
層3からゲート電極10下のn型チャネルおよびゲート
電極24下のn型チャネルを介してn型ベース層1に電
子が注入され、これに見合った正孔がp型エミッタ層4
からn型ベース層1に注入されて、ターンオンする。タ
ーンオフ時は、ゲート電極10および24に零または負
の電圧が印加される。先の実施例で説明したと同様にホ
ール電流がバイパスされてターンオフする。
In the thyristor with a lateral insulated gate of this embodiment, a positive voltage is applied to the gate electrode 10 and the gate electrode 24 when turned on. As a result, electrons are injected from the n-type emitter layer 3 into the n-type base layer 1 through the n-type channel under the gate electrode 10 and the n-type channel under the gate electrode 24, and holes corresponding to the electrons are injected into the p-type emitter. Layer 4
Is injected into the n-type base layer 1 and turned on. At turn-off, zero or negative voltage is applied to the gate electrodes 10 and 24. The hole current is bypassed and turned off in the same manner as described in the previous embodiment.

【0053】この実施例においても、カソード電極5が
n型エミッタ層3からはみ出してp型ベース層2にコン
タクトしているため、先の実施例と同様に大きな電流を
ターンオフすることができる。
Also in this embodiment, since the cathode electrode 5 protrudes from the n-type emitter layer 3 and contacts the p-type base layer 2, a large current can be turned off as in the previous embodiment.

【0054】図24は、本発明の第12実施例の横型絶
縁ゲート付きサイリスタの斜視図である。この実施例で
は、ターンオンおよびターンオフ用のゲート電極10を
ジグザグパターンとして、MOSFETのチャネル幅を
十分長く確保している。この実施例ではまた、p型エミ
ッタ層4の周囲に高耐圧化のためのn型バッファ層25
が設けられ、n型エミッタ層3とn型第1ドレイン層7
aの間に低抵抗化のための高濃度p型層26が形成され
ている。
FIG. 24 is a perspective view of a thyristor with a horizontal insulated gate according to a twelfth embodiment of the present invention. In this embodiment, the turn-on and turn-off gate electrodes 10 have a zigzag pattern to ensure a sufficiently long channel width of the MOSFET. In this embodiment, the n-type buffer layer 25 for increasing the breakdown voltage is also provided around the p-type emitter layer 4.
Are provided, and the n-type emitter layer 3 and the n-type first drain layer 7 are provided.
A high-concentration p-type layer 26 for reducing the resistance is formed between a.

【0055】この実施例によると、ターンオンおよびタ
ーンオフ用MOSFETのチャネル抵抗が小さくなっ
て、低いオン電圧が得られる。
According to this embodiment, the channel resistance of the turn-on and turn-off MOSFETs is reduced and a low on-voltage can be obtained.

【0056】次に、上述した図3、7、23等々に示し
たターンオン用のゲート電極24近傍の構造に適用可能
な本発明の別の視点について述べる。
Next, another viewpoint of the present invention applicable to the structure in the vicinity of the turn-on gate electrode 24 shown in FIGS.

【0057】図26は、本発明の第13実施例の横型高
耐圧MOSFETを示す。これは、不純物低濃度すなわ
ち高抵抗n型シリコン基板41中にp型チャネル層42
を有し、更にその中に、不純物高濃度n型ソース層43
を有する。またn型基板41中の他の位置に不純物高濃
度n型ドレイン層44を有する。これらの層は従来例と
同一であるが、本発明では、更に、ゲート電極45を挟
んでn型ソース層43の反対側に別の不純物高濃度n型
拡散層46を有する。このn型拡散層46は、図示の如
く、p型チャネル層42とn型基板41とに跨がるよう
に形成される。
FIG. 26 shows a lateral high withstand voltage MOSFET according to the thirteenth embodiment of the present invention. This is because the p-type channel layer 42 is formed in the low impurity concentration, that is, the high-resistance n-type silicon substrate 41.
And a high impurity concentration n-type source layer 43 therein.
Have. Further, an n-type drain layer 44 having a high impurity concentration is provided at another position in the n-type substrate 41. Although these layers are the same as those in the conventional example, the present invention further has another impurity high-concentration n-type diffusion layer 46 on the opposite side of the n-type source layer 43 with the gate electrode 45 interposed therebetween. The n-type diffusion layer 46 is formed so as to straddle the p-type channel layer 42 and the n-type substrate 41 as shown in the figure.

【0058】図27は、図26図示実施例の製造工程を
順に示す。
FIG. 27 shows, in sequence, the manufacturing process of the embodiment shown in FIG.

【0059】まず、公知の選択拡散法により位置Bより
左側(図中)からn型基板41中に不純物を拡散させ、
p型チャネル層42を形成する(図27(a))。次
に、全体に酸化膜47と、ゲート電極となるポリシリコ
ン膜48を形成する(図27(b))。そして、ポリシ
リコン膜48をゲート電極45の形状に加工する(図2
7(c))。次に、ゲート電極45をマスクとして、通
常の低耐圧CMOSと同様に、その両側にn型ソース層
43と新たなn型拡散層46をセルフアライメント技術
により形成する。この際同時に、n型ドレイン層44も
拡散により形成する(図27(d))。そして、酸化膜
47の不要な部分を除去し、ソース電極51およびドレ
イン電極52を形成することにより、図26図示の構造
が完成する。
First, impurities are diffused into the n-type substrate 41 from the left side of the position B (in the figure) by a known selective diffusion method,
The p-type channel layer 42 is formed (FIG. 27A). Next, an oxide film 47 and a polysilicon film 48 to be a gate electrode are formed on the entire surface (FIG. 27B). Then, the polysilicon film 48 is processed into the shape of the gate electrode 45 (FIG. 2).
7 (c)). Next, using the gate electrode 45 as a mask, an n-type source layer 43 and a new n-type diffusion layer 46 are formed on both sides of the gate electrode 45 by a self-alignment technique, similarly to a normal low breakdown voltage CMOS. At the same time, the n-type drain layer 44 is also formed by diffusion (FIG. 27D). Then, unnecessary portions of the oxide film 47 are removed and the source electrode 51 and the drain electrode 52 are formed, whereby the structure shown in FIG. 26 is completed.

【0060】上記製造工程において、n型拡散層46
は、図示の如く、p型チャネル層42とn型基板41と
に跨がるように形成する。これにより、n型ソース層1
3から注入された電子は、n型拡散層46を経由してn
型基板41に注入される。
In the above manufacturing process, the n-type diffusion layer 46 is used.
Is formed so as to straddle the p-type channel layer 42 and the n-type substrate 41 as shown in the figure. Thereby, the n-type source layer 1
The electrons injected from 3 pass through the n-type diffusion layer 46
It is injected into the mold substrate 41.

【0061】図26図示の横型高耐圧MOSFETにあ
っては、p型チャネル層42の横方向拡散領域をチャネ
ル部として用いていない。すなわち、高耐圧MOSFE
Tのチャネル部が、低耐圧MOSFETのチャネル部と
同様に、拡散層の縦方向拡散領域を利用することとな
る。このため、高耐圧および低耐圧MOSFETのそれ
ぞれのチャネル層のインプラドーズ量が同じでよくなる
ため、両チャネル層を一工程で製造できることとなる。
更に、通常の低耐圧CMOS製造工程で実現可能な微細
加工技術を生かして、チャネル長を短くでき、高耐圧M
OSFETのオン抵抗を小さくすることも可能となる。
In the lateral high breakdown voltage MOSFET shown in FIG. 26, the lateral diffusion region of the p-type channel layer 42 is not used as a channel portion. That is, high voltage MOSFE
The channel portion of T uses the vertical diffusion region of the diffusion layer, similarly to the channel portion of the low breakdown voltage MOSFET. Therefore, since the channel layers of the high breakdown voltage MOSFET and the low breakdown voltage MOSFET have the same implant dose, both channel layers can be manufactured in one step.
Furthermore, the channel length can be shortened and the high breakdown voltage M can be achieved by utilizing the fine processing technology that can be realized in the normal low breakdown voltage CMOS manufacturing process.
It is also possible to reduce the on resistance of the OSFET.

【0062】図28は、本発明の第14実施例の横型高
耐圧MOSFETを示す。なお、同図において図26中
の部材と対応する部分には同一符号を付してそれらの説
明は省略する。
FIG. 28 shows a lateral high withstand voltage MOSFET according to the fourteenth embodiment of the present invention. In the figure, the parts corresponding to the members in FIG. 26 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0063】本実施例は、図26の実施例に示したMO
SFETを誘電体分離基板に形成した例である。すなわ
ち、基板若しくはウェハは、酸化膜60により絶縁され
た支持層55とn型活性層41とを有する。このタイプ
の基板は、ウェハ直接接合法やSIMOX法などによっ
て得ることができる。
This embodiment is the MO shown in the embodiment of FIG.
In this example, the SFET is formed on the dielectric isolation substrate. That is, the substrate or wafer has the support layer 55 and the n-type active layer 41 insulated by the oxide film 60. This type of substrate can be obtained by a wafer direct bonding method, a SIMOX method, or the like.

【0064】活性層41には、高耐圧MOSFETと、
他の高耐圧素子或いは低耐圧素子とを誘電体分離するた
めの、酸化膜61およびポリシリコン埋め込み層62が
配設される。この横方向誘電体分離構造としては、トレ
ンチ或いはV溝による分離構造を採用することができ
る。
The active layer 41 includes a high breakdown voltage MOSFET,
An oxide film 61 and a polysilicon burying layer 62 are provided for dielectric isolation from other high breakdown voltage elements or low breakdown voltage elements. As the lateral dielectric isolation structure, a trench or V-groove isolation structure can be adopted.

【0065】図28においては、本発明の要部である高
耐圧MOSFET側の部分のみを示す。他の高耐圧素子
或いは低耐圧素子との関係は、図37および図38に示
すような態様となる。
In FIG. 28, only the portion on the high breakdown voltage MOSFET side, which is an essential part of the present invention, is shown. The relationship with other high breakdown voltage elements or low breakdown voltage elements is as shown in FIGS. 37 and 38.

【0066】図29は、図28の実施例のMOSFET
のゲートおよびソースの電極を短絡させ、ドレインとソ
ースとの間に10Vを印加した際の空乏層dの広がりを
示す。このように、低電圧で追加のn型拡散層46が空
乏層dで囲まれてしまうため、高耐圧においても絶縁破
壊を起こさないことが本発明の特徴となる。
FIG. 29 shows a MOSFET of the embodiment shown in FIG.
2 shows the spread of the depletion layer d when the gate and source electrodes are short-circuited and 10 V is applied between the drain and the source. As described above, since the additional n-type diffusion layer 46 is surrounded by the depletion layer d at a low voltage, it is a feature of the present invention that dielectric breakdown does not occur even at a high breakdown voltage.

【0067】図30乃至図36は、図28と同じ態様
で、本発明の第15乃至21実施例を示す。これらの図
において図28および先行する図の中の部材と対応する
部分には同一符号を付してそれらの説明は省略する。
30 to 36 show the 15th to 21st embodiments of the present invention in the same manner as FIG. 28. In these figures, parts corresponding to the members in FIG. 28 and the preceding figures are assigned the same reference numerals and explanations thereof are omitted.

【0068】図30の第15実施例は横型高耐圧IGB
T(或いは横型高耐圧サイリスタ)である。図28のM
OSFETのn型ドレイン層44を不純物高濃度p型ド
レイン層65に変更し、ドレイン層から正孔を注入させ
てオン電圧を低減させる。ここで、空乏層の広がりを抑
えるためのn型バッファ層64と、n型ソース層43の
ラッチアップを防止するための不純物高濃度p型層63
が形成されているが、これらは省略することも可能であ
る。
The fifteenth embodiment shown in FIG. 30 is a lateral high withstand voltage IGB.
T (or horizontal high withstand voltage thyristor). 28 M
The n-type drain layer 44 of the OSFET is changed to a high-concentration impurity p-type drain layer 65, and holes are injected from the drain layer to reduce the on-voltage. Here, the n-type buffer layer 64 for suppressing the spread of the depletion layer and the high impurity concentration p-type layer 63 for preventing the latch-up of the n-type source layer 43.
Are formed, but these can be omitted.

【0069】図31の第16実施例も横型高耐圧IGB
T(或いは横型高耐圧サイリスタ)であり、ここでは基
板が酸化膜60により絶縁された支持層55とp型活性
層66とからなる。そしてp型活性層66にn型ベース
層41が形成されている。
The sixteenth embodiment of FIG. 31 is also a horizontal type high withstand voltage IGB.
T (or lateral high withstand voltage thyristor), in which the substrate is composed of a support layer 55 and a p-type active layer 66 which are insulated by an oxide film 60. The n-type base layer 41 is formed on the p-type active layer 66.

【0070】図32の第17実施例も横型高耐圧IGB
T(或いは横型高耐圧サイリスタ)であり、ここではp
型チャネル層42およびn型バッファ層64が酸化膜6
0に接する位置まで延びるように形成されている。
The seventeenth embodiment of FIG. 32 is also a horizontal type high withstand voltage IGBT.
T (or horizontal high withstand voltage thyristor), here p
And the n-type buffer layer 64 is the oxide film 6.
It is formed so as to extend to a position in contact with 0.

【0071】図33の第18実施例も横型高耐圧IGB
T(或いは横型高耐圧サイリスタ)であり、ここでは不
純物低濃度n型リサーフ層67が追加され、耐圧設計の
最適化が図られている。
The eighteenth embodiment of FIG. 33 is also a horizontal type high withstand voltage IGBT.
T (or horizontal type high breakdown voltage thyristor), in which an impurity low concentration n type RESURF layer 67 is added to optimize the breakdown voltage design.

【0072】図34の第19実施例も横型高耐圧IGB
T(或いは横型高耐圧サイリスタ)であり、ここでもn
型リサーフ層67により耐圧設計の最適化が図られてい
るが、図33の実施例とは幾分態様が異なっている。
The nineteenth embodiment shown in FIG. 34 is also a horizontal type high withstand voltage IGB.
T (or horizontal type high withstand voltage thyristor)
Although the withstand voltage design is optimized by the mold resurf layer 67, the mode is slightly different from the embodiment of FIG.

【0073】図35の第20実施例も横型高耐圧IGB
T(或いは横型高耐圧サイリスタ)であり、ここではn
型拡散層とn型リサーフ層67が一体化される。
The twentieth embodiment of FIG. 35 is also a horizontal type high withstand voltage IGBT.
T (or horizontal high withstand voltage thyristor), where n
The type diffusion layer and the n-type RESURF layer 67 are integrated.

【0074】図36の第21実施例も横型高耐圧IGB
T(或いは横型高耐圧サイリスタ)であり、ここではn
型拡散層46がp型チャネル層42内に収まるように形
成される。そしてn型ソース層43とn型拡散層46と
の間の第1ゲート電極45aに対して、n型拡散層46
とn型リサーフ層67との間には第2ゲート電極45b
が配設される。
The twenty-first embodiment shown in FIG. 36 is also a horizontal type high withstand voltage IGBT.
T (or horizontal high withstand voltage thyristor), where n
The type diffusion layer 46 is formed so as to fit inside the p-type channel layer 42. Then, with respect to the first gate electrode 45a between the n-type source layer 43 and the n-type diffusion layer 46, the n-type diffusion layer 46 is formed.
And the n-type RESURF layer 67 between the second gate electrode 45b.
Is provided.

【0075】図37および図38は、高耐圧素子と、他
の高耐圧素子或いは低耐圧素子との関係を示す。これら
の図において先行する図の中の部材と対応する部分には
同一符号を付してそれらの説明は省略する。
37 and 38 show the relationship between the high breakdown voltage element and other high breakdown voltage element or low breakdown voltage element. In these figures, the parts corresponding to the members in the preceding figures are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0076】図37の第22実施例において、分離構造
61、62の図中右側には、図30図示の横型高耐圧I
GBT40が形成される。また左側には、低耐圧のCM
OS70が形成される。ここで高耐圧および低耐圧素子
のそれぞれのp型チャネル層42、72が同工程により
形成することが可能となる。
In the 22nd embodiment of FIG. 37, the lateral high breakdown voltage I shown in FIG. 30 is provided on the right side of the isolation structures 61 and 62 in the figure.
The GBT 40 is formed. On the left side, CM with low withstand voltage
The OS 70 is formed. Here, the p-type channel layers 42 and 72 of the high breakdown voltage and low breakdown voltage elements can be formed in the same process.

【0077】図38の第23実施例において、同一基板
上に図30図示のnチャネル型の横型高耐圧IGBT4
0と共に、pチャネル型の横型高耐圧IGBT80が集
積化される。
In the twenty-third embodiment of FIG. 38, the n-channel lateral high breakdown voltage IGBT 4 shown in FIG. 30 is formed on the same substrate.
0, the p-channel lateral high breakdown voltage IGBT 80 is integrated.

【0078】図26乃至図36のnチャネル型の高耐圧
素子と同様に、pチャネル型の高耐圧素子も、低耐圧C
MOSと同一基板上に集積化できる。各部の極性を反転
化した構造は、pチャネル型として形成可能であること
は明らかである。
Similar to the n-channel type high breakdown voltage element of FIGS. 26 to 36, the p-channel type high breakdown voltage element also has a low breakdown voltage C.
It can be integrated on the same substrate as the MOS. It is obvious that the structure in which the polarities of the respective parts are inverted can be formed as a p-channel type.

【0079】図26乃至図38の高耐圧素子構造は、ソ
ース拡散層と同一の極性を有する拡散層をチャネル拡散
層に付加することにより、上記チャネル拡散層内に形成
されるチャネル部を、低耐圧素子のチャネル部と同様に
縦方向拡散領域に配置することができる。したがって、
高耐圧素子および低耐圧素子のチャネル拡散層を単一の
工程で高精度に形成可能となり、従来の横型高耐圧素子
で用いられていたようなDSA構造を用いる必要がなく
なる。
In the high breakdown voltage element structure shown in FIGS. 26 to 38, the channel portion formed in the channel diffusion layer is made low by adding a diffusion layer having the same polarity as the source diffusion layer to the channel diffusion layer. Like the channel portion of the breakdown voltage element, it can be arranged in the vertical diffusion region. Therefore,
The channel diffusion layers of the high breakdown voltage element and the low breakdown voltage element can be formed with high accuracy in a single process, and it is not necessary to use the DSA structure used in the conventional lateral high breakdown voltage element.

【0080】図41および図42は、IGBTにおける
電圧降下および寄生サイリスタのラッチアップ耐量を改
善するESTを示す。これらの図において図36中の部
材と対応する部分には同一符号を付してある。
41 and 42 show an EST for improving the voltage drop in the IGBT and the latch-up withstanding capability of the parasitic thyristor. In these figures, parts corresponding to the members in FIG. 36 are designated by the same reference numerals.

【0081】図41の本発明に係る第24実施例は、不
純物高濃度n型(n+ )拡散層46が酸化膜60に接す
ることを特徴とする。図41の構造では、p型ドレイン
層65から出た正孔は、n型層46に遮られ、不純物高
濃度n型ソース層43の下には殆ど達しない。従来構造
のESTにおいて、寄生サイリスタのラッチアップはn
型ソース層43を流れる正孔電流によって生じる電圧降
下が原因であるため、このn型ソース層43の下を流れ
る正孔電流がなくなれば、本質的にラッチアップはなく
なる。
The twenty-fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 41 is characterized in that the high impurity concentration n-type (n +) diffusion layer 46 is in contact with the oxide film 60. In the structure of FIG. 41, the holes emitted from the p-type drain layer 65 are blocked by the n-type layer 46 and hardly reach below the heavily-doped n-type source layer 43. In the EST of the conventional structure, the latch-up of the parasitic thyristor is n
Since the voltage drop caused by the hole current flowing through the type source layer 43 is the cause, latch-up is essentially eliminated when the hole current flowing under the n-type source layer 43 disappears.

【0082】したがって、このESTによれば、サイリ
スタ動作するnpnp4層のエミッタとして働くn型拡
散層46が従来の構造より拡散深さが深いため、エミッ
タとしての注入効率が高く素子の電圧降下を低くでき
る。
Therefore, according to this EST, since the n-type diffusion layer 46 acting as the emitter of the npnp4 layer which operates as a thyristor has a deeper diffusion depth than the conventional structure, the injection efficiency as the emitter is high and the voltage drop of the element is low. it can.

【0083】この実施例のESTの製造にあっては、ま
ず、誘電体分離基板、すなわち、酸化膜60により絶縁
された支持層55とn型活性層41とを有する基板若し
くはウェハを調製する。このタイプの基板は、前述の如
く、ウェハ直接接合法やSIMOX法などによって得る
ことができる。
In the manufacture of the EST of this embodiment, first, a dielectric isolation substrate, that is, a substrate or wafer having the support layer 55 insulated by the oxide film 60 and the n-type active layer 41 is prepared. This type of substrate can be obtained by the wafer direct bonding method, the SIMOX method, or the like, as described above.

【0084】より具体的には、まず、高抵抗n型(n-
)活性層41となるウェハを酸化して2μmの酸化膜
60を形成する。これに、支持層55となるウェハを直
接接合し、さらに、活性層41を2μm程度に薄くす
る。次に、酸化膜60に達するまで活性層41にトレン
チを掘り、続いて、表面酸化により酸化膜61を形成す
ると共にポリシリコン層62を埋め込み、横方向誘電体
分離構造を形成する。
More specifically, first, a high resistance n-type (n-
) The wafer to be the active layer 41 is oxidized to form a 2 μm oxide film 60. A wafer to be the support layer 55 is directly bonded to this, and the active layer 41 is further thinned to about 2 μm. Next, a trench is formed in the active layer 41 until the oxide film 60 is reached, and then an oxide film 61 is formed by surface oxidation and a polysilicon layer 62 is embedded to form a lateral dielectric isolation structure.

【0085】次に、ゲート酸化膜およびポリシリコンゲ
ートによりゲート電極45a、45bを形成する。続い
て、n型バッファ層64、p型層42、更にp型層42
内に内に深いn型層46を拡散により形成する。次に、
不純物高濃度p型(p+ )の層63およびドレイン層6
5、更に不純物高濃度n型ソース層43を拡散により形
成する。そして、最後にソースおよびドレイン電極5
1、52を形成し、図示の構造が完成する。
Next, gate electrodes 45a and 45b are formed by the gate oxide film and the polysilicon gate. Then, the n-type buffer layer 64, the p-type layer 42, and the p-type layer 42
A deep n-type layer 46 is formed therein by diffusion. next,
High impurity concentration p-type (p +) layer 63 and drain layer 6
5. Further, the high-concentration impurity type n-type source layer 43 is formed by diffusion. And finally, the source and drain electrodes 5
1 and 52 are formed, and the illustrated structure is completed.

【0086】図42の第25実施例では、図41の構造
に加えてさらに、不純物高濃度n型(n+ )拡散層46
の上に電極75を形成してある。この電極は、n型層4
6の表面での電子および正孔の再結合を増加させる役割
を果たす。すなわち、n型ソース層43の下を流れる正
孔電流を、図41の構造よりもさらに低下させることが
可能となる。
In the twenty-fifth embodiment of FIG. 42, in addition to the structure of FIG. 41, a high impurity concentration n-type (n +) diffusion layer 46 is further used.
An electrode 75 is formed on the above. This electrode is the n-type layer 4
6 serves to increase the recombination of electrons and holes at the surface of 6. That is, the hole current flowing under the n-type source layer 43 can be further reduced as compared with the structure of FIG.

【0087】[0087]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、オン
状態での電流バイパス経路の電圧降下を、各部の拡散層
やゲート電極のレイアウトを考慮することによって小さ
くして、大きな電流を流すことを可能とした絶縁ゲート
付きサイリスタを提供することができる。
As described above, according to the present invention, the voltage drop of the current bypass path in the ON state is reduced by considering the layout of the diffusion layer and the gate electrode of each part, and a large current is passed. It is possible to provide a thyristor with an insulated gate that makes it possible.

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

【図1】本発明の第1実施例に係る絶縁ゲート付きサイ
リスタの断面図。
FIG. 1 is a sectional view of a thyristor with an insulated gate according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例に係るサイリスタのカソー
ド側レイアウト図。
FIG. 2 is a layout view of the cathode side of the thyristor according to the second embodiment of the present invention.

【図3】図2のIII −III 線断面図。3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.

【図4】本発明の第3実施例に係るサイリスタのカソー
ド側レイアウト図。
FIG. 4 is a cathode side layout diagram of a thyristor according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4実施例に係るサイリスタの斜視
図。
FIG. 5 is a perspective view of a thyristor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第5実施例に係るサイリスタのカソー
ド側レイアウト図。
FIG. 6 is a cathode side layout view of a thyristor according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】図6のVII −VII 線断面図。7 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG.

【図8】図6のVIII−VIII線断面図。8 is a sectional view taken along line VIII-VIII of FIG.

【図9】本発明の第6実施例に係るサイリスタのカソー
ド側レイアウト図。
FIG. 9 is a cathode side layout diagram of a thyristor according to a sixth embodiment of the present invention.

【図10】図9のX −X 線断面図。10 is a sectional view taken along line XX of FIG.

【図11】図9のXI−XI線断面図。11 is a sectional view taken along line XI-XI of FIG.

【図12】本発明の第7実施例に係るサイリスタのカソ
ード側レイアウト図。
FIG. 12 is a layout diagram of a cathode side of a thyristor according to a seventh embodiment of the present invention.

【図13】図12のXIII−XIII線断面図。13 is a sectional view taken along line XIII-XIII in FIG.

【図14】図12のXIV −XIV 線断面図。14 is a sectional view taken along line XIV-XIV in FIG.

【図15】本発明の第8実施例に係るサイリスタのカソ
ード側レイアウト図。
FIG. 15 is a cathode side layout view of a thyristor according to an eighth embodiment of the present invention.

【図16】図15のXVI −XVI 線断面図。16 is a sectional view taken along line XVI-XVI of FIG.

【図17】図15のXVII−XVII線断面図。17 is a sectional view taken along line XVII-XVII in FIG.

【図18】本発明の第9実施例に係るサイリスタのカソ
ード側レイアウト図。
FIG. 18 is a cathode side layout view of a thyristor according to a ninth embodiment of the present invention.

【図19】図18のXIX −XIX 線断面図。FIG. 19 is a sectional view taken along line XIX-XIX in FIG. 18.

【図20】図18のXX−XX線断面図。20 is a sectional view taken along line XX-XX in FIG.

【図21】本発明の第10実施例に係るサイリスタを示
す断面図。
FIG. 21 is a sectional view showing a thyristor according to a tenth embodiment of the present invention.

【図22】本発明の第11実施例に係るサイリスタのカ
ソード側レイアウト図。
FIG. 22 is a layout diagram of the cathode side of the thyristor according to the eleventh embodiment of the present invention.

【図23】図22のXXIII ―XXIII 線断面図。23 is a sectional view taken along line XXIII-XXIII of FIG.

【図24】本発明の第12実施例に係るサイリスタの斜
視図。
FIG. 24 is a perspective view of a thyristor according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図25】従来の絶縁ゲート付きサイリスタの断面図。FIG. 25 is a sectional view of a conventional thyristor with an insulated gate.

【図26】本発明の第13実施例の横型高耐圧MOSF
ETを示す断面図。
FIG. 26 is a lateral high withstand voltage MOSF according to a thirteenth embodiment of the present invention.
Sectional drawing which shows ET.

【図27】図26図示実施例の製造工程を順に示す断面
図。
FIG. 27 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the embodiment shown in FIG. 26 in order.

【図28】本発明の第14実施例の横型高耐圧MOSF
ETを示す断面図。
FIG. 28 is a lateral high withstand voltage MOSF according to a fourteenth embodiment of the present invention.
Sectional drawing which shows ET.

【図29】図28の実施例における空乏層dの広がりを
示す断面図。
29 is a sectional view showing the spread of the depletion layer d in the embodiment of FIG. 28.

【図30】本発明の第15実施例の横型高耐圧IGBT
を示す断面図。
FIG. 30 is a lateral high withstand voltage IGBT according to a fifteenth embodiment of the present invention.
FIG.

【図31】本発明の第16実施例の横型高耐圧IGBT
を示す断面図。
FIG. 31 is a lateral high withstand voltage IGBT according to a sixteenth embodiment of the present invention.
FIG.

【図32】本発明の第17実施例の横型高耐圧IGBT
を示す断面図。
FIG. 32 is a lateral high withstand voltage IGBT according to a seventeenth embodiment of the present invention.
FIG.

【図33】本発明の第18実施例の横型高耐圧IGBT
を示す断面図。
FIG. 33 is a lateral high withstand voltage IGBT according to the eighteenth embodiment of the present invention.
FIG.

【図34】本発明の第19実施例の横型高耐圧IGBT
を示す断面図。
FIG. 34 is a lateral high withstand voltage IGBT according to a nineteenth embodiment of the present invention.
FIG.

【図35】本発明の第20実施例の横型高耐圧IGBT
を示す断面図。
FIG. 35 is a lateral high withstand voltage IGBT according to the twentieth embodiment of the present invention.
FIG.

【図36】本発明の第21実施例の横型高耐圧IGBT
を示す断面図。
FIG. 36 is a lateral high withstand voltage IGBT according to the twenty-first embodiment of the present invention.
FIG.

【図37】本発明の第22実施例の断面図で、図30図
示の横型高耐圧IGBTと低耐圧CMOSが同一基板上
に集積された態様を示す。
FIG. 37 is a sectional view of a twenty-second embodiment of the present invention, showing a mode in which the lateral high breakdown voltage IGBT and the low breakdown voltage CMOS shown in FIG. 30 are integrated on the same substrate.

【図38】本発明の第23実施例の断面図で、n型およ
びp型の横型高耐圧IGBTが同一基板上に集積された
態様を示す。
FIG. 38 is a cross-sectional view of a twenty-third embodiment of the present invention, showing a mode in which n-type and p-type lateral high-voltage IGBTs are integrated on the same substrate.

【図39】従来の高耐圧MOSFETを示す断面図。FIG. 39 is a sectional view showing a conventional high breakdown voltage MOSFET.

【図40】従来の低耐圧MOSFETを示す断面図。FIG. 40 is a sectional view showing a conventional low breakdown voltage MOSFET.

【図41】本発明の第24実施例のEST(Emitter Sw
itching Thyristor )を示す断面図。
41 is an EST (Emitter Sw) of the twenty-fourth embodiment of the present invention. FIG.
Sectional drawing which shows itching Thyristor.

【図42】本発明の第25実施例のESTを示す断面
図。
FIG. 42 is a sectional view showing the EST of the 25th embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…高抵抗n型ベース層、 2…p型ベース層、 3…n型エミッタ層、 4…p型エミッタ層、 5…カソード電極、 6…アノード電極、 7…n型ドレイン層、 7a…n型第1ドレイン層 7b…n型第2ドレイン層 8…ドレイン電極、 9…ゲート絶縁膜、 10…ゲート電極(ターンオフ用)、 11…n型ソース層、 12…ソース電極、 21…シリコン基板、 22…酸化膜、 23…ゲート絶縁膜、 24…ゲート電極(ターンオン用)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... High resistance n-type base layer, 2 ... p-type base layer, 3 ... n-type emitter layer, 4 ... p-type emitter layer, 5 ... cathode electrode, 6 ... anode electrode, 7 ... n-type drain layer, 7a ... n Type first drain layer 7b ... n type second drain layer 8 ... drain electrode, 9 ... gate insulating film, 10 ... gate electrode (for turn-off), 11 ... n type source layer, 12 ... source electrode, 21 ... silicon substrate, 22 ... Oxide film, 23 ... Gate insulating film, 24 ... Gate electrode (for turn-on).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 好広 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 安原 紀夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 末代 知子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Yoshihiro Yamaguchi 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside the Toshiba Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Norio Yasuhara Komukai-Toshiba, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1 town, Toshiba Research Institute, Inc. (72) Inventor Tomoko Sueshiro No. 1, Komukai Toshiba Town, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】高抵抗の第1導電型ベース層と、 前記第1導電型ベース層の一方の面に形成された第2導
電型ベース層と、 前記第1導電型ベース層を介して前記第2導電型ベース
層と接続される第2導電型エミッタ層と、 前記第2導電型ベース層内に形成された第1導電型エミ
ッタ層と、 前記第2導電型ベース層上の前記第1導電型エミッタ層
に隣接する位置に形成されたドレイン電極と、 前記第2導電型ベース層に形成されて前記ドレイン電極
により前記第2導電型ベース層と短絡された第1導電型
ドレイン層と、 前記第2導電型ベース層に前記第1導電型ドレイン層か
ら所定距離離れて形成された第1導電型ソース層と、 前記第1導電型ドレイン層と第1導電型ソース層の間の
前記第2導電型ベース層上にゲート絶縁膜を介して形成
されたターンオフ用絶縁ゲート電極と、 前記第2導電型エミッタ層上に形成された第1の主電極
と、 前記第1導電型エミッタ層上に形成された第2の主電極
と、 前記第1導電型ソース層上に形成されて前記第2の主電
極と接続されたソース電極と、 を具備する絶縁ゲート付きサイリスタ。
1. A high resistance first conductivity type base layer, a second conductivity type base layer formed on one surface of the first conductivity type base layer, and the first conductivity type base layer interposed therebetween. A second conductive type emitter layer connected to the second conductive type base layer; a first conductive type emitter layer formed in the second conductive type base layer; and a first conductive layer on the second conductive type base layer. A drain electrode formed adjacent to the conductive type emitter layer; a first conductive type drain layer formed on the second conductive type base layer and short-circuited to the second conductive type base layer by the drain electrode; A first conductive type source layer formed on the second conductive type base layer at a predetermined distance from the first conductive type drain layer; and the first conductive type drain layer between the first conductive type drain layer and the first conductive type source layer. Formed on the two-conductivity-type base layer through a gate insulating film. An insulated gate electrode for turn-off, a first main electrode formed on the second conductive type emitter layer, a second main electrode formed on the first conductive type emitter layer, the first main electrode formed on the first conductive type emitter layer, A thyristor with an insulated gate, comprising: a source electrode formed on a conductive type source layer and connected to the second main electrode.
【請求項2】高抵抗の第1導電型ベース層と、 前記第1導電型ベース層の一方の面に形成された第2導
電型ベース層と、 前記第1導電型ベース層を介して前記第2導電型ベース
層と接続される第2導電型エミッタ層と、 前記第2導電型ベース層内に複数個に分割されて配列形
成された第1導電型エミッタ層と、 前記第1導電型エミッタ層の一辺に隣接する位置で、前
記第2導電型ベース層上に配設されたドレイン電極と、 前記第2導電型ベース層の前記第1導電型エミッタ層の
他の辺に隣接する位置に形成されて前記ドレイン電極に
より前記第2導電型ベース層と短絡された第1導電型ド
レイン層と、 前記第1導電型ドレイン層と第1導電型エミッタ層の間
の前記第2導電型ベース層上にゲート絶縁膜を介して形
成されたターンオフ用絶縁ゲート電極と、 前記第2導電型エミッタ層上に形成された第1の主電極
と、 前記第1導電型エミッタ層上に形成された第2の主電極
と、 を備えたことを特徴とする絶縁ゲート付きサイリスタ。
2. A high resistance first conductivity type base layer, a second conductivity type base layer formed on one surface of the first conductivity type base layer, and the first conductivity type base layer interposed therebetween. A second conductive type emitter layer connected to the second conductive type base layer; a first conductive type emitter layer formed in a plurality of divisions in the second conductive type base layer; and a first conductive type A position adjacent to one side of the emitter layer and a position adjacent to the other side of the first conductivity type emitter layer of the second conductivity type base layer, and a drain electrode disposed on the second conductivity type base layer. A first conductivity type drain layer formed on the first conductivity type drain layer and shorted to the second conductivity type base layer by the drain electrode, and the second conductivity type base between the first conductivity type drain layer and the first conductivity type emitter layer. Turn-off insulator formed on the layer through the gate insulating film. A gate electrode; a first main electrode formed on the second conductivity type emitter layer; and a second main electrode formed on the first conductivity type emitter layer. Thyristor with insulated gate.
【請求項3】前記第2導電型ベース層が前記第1導電型
ベース層表面に選択的に形成され、その終端部の前記第
1導電型エミッタ層と第1導電型ベース層により挟まれ
た領域上にゲート絶縁膜を介してターンオン用絶縁ゲー
ト電極が形成されたことを特徴とする請求項1または2
のいずれかに記載の絶縁ゲート付きサイリスタ。
3. The second conductive type base layer is selectively formed on the surface of the first conductive type base layer, and is sandwiched between the first conductive type emitter layer and the first conductive type base layer at the terminal end thereof. 3. A turn-on insulated gate electrode is formed on the region via a gate insulating film.
A thyristor with an insulated gate according to any one of 1.
【請求項4】高抵抗の第1導電型ベース層と、 前記第1導電型ベース層の一方の面に形成された第2導
電型ベース層と、 前記第1導電型ベース層を介して前記第2導電型ベース
層と接続される第2導電型エミッタ層と、 前記第2導電型ベース層内に形成された第1導電型エミ
ッタ層と、 前記第2導電型ベース層の前記第1導電型エミッタ層に
隣接する位置に形成された第1導電型の第1ドレイン層
と、 前記第2導電型ベース層の前記第1導電型エミッタ層に
隣接する,前記第1ドレイン層と反対側の位置に形成さ
れた第1導電型の第2ドレイン層と、 前記第1導電型エミッタ層と第2ドレイン層の間の前記
第2導電型ベース層上にゲート絶縁膜を介して形成され
た絶縁ゲート電極と、 前記第2導電型エミッタ層上に形成された第1の主電極
と、 前記第1導電型エミッタ層上に形成された第2の主電極
と、 前記第1ドレイン層と第2ドレイン層を接続する短絡電
極と、 を備えたことを特徴とする絶縁ゲート付きサイリスタ。
4. A high resistance first conductivity type base layer, a second conductivity type base layer formed on one surface of the first conductivity type base layer, and the first conductivity type base layer interposed therebetween. A second conductivity type emitter layer connected to a second conductivity type base layer; a first conductivity type emitter layer formed in the second conductivity type base layer; and a first conductivity type of the second conductivity type base layer. A first drain layer of a first conductivity type formed at a position adjacent to the first emitter layer, and a second drain layer of the second conductivity type base layer adjacent to the first conductivity type emitter layer and on the opposite side of the first drain layer. A first conductive type second drain layer formed at a position, and an insulation formed on the second conductive type base layer between the first conductive type emitter layer and the second drain layer via a gate insulating film. A gate electrode, and a first main electrode formed on the second conductivity type emitter layer. An insulated gate, comprising: a pole, a second main electrode formed on the first conductivity type emitter layer, and a short-circuit electrode connecting the first drain layer and the second drain layer. Thyristor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6965129B1 (en) * 2002-11-06 2005-11-15 T-Ram, Inc. Thyristor-based device having dual control ports
JP2010267896A (en) * 2009-05-18 2010-11-25 Toyota Motor Corp Igbt

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