Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JPH0476219B2 - - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JPH0476219B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0476219B2
JPH0476219B2 JP59106798A JP10679884A JPH0476219B2 JP H0476219 B2 JPH0476219 B2 JP H0476219B2 JP 59106798 A JP59106798 A JP 59106798A JP 10679884 A JP10679884 A JP 10679884A JP H0476219 B2 JPH0476219 B2 JP H0476219B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
conductivity type
type semiconductor
semiconductor region
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP59106798A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS60249370A (en
Inventor
Hiroshi Yamaguchi
Ikunori Takada
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric 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 Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP59106798A priority Critical patent/JPS60249370A/en
Publication of JPS60249370A publication Critical patent/JPS60249370A/en
Publication of JPH0476219B2 publication Critical patent/JPH0476219B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/64Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/66Vertical DMOS [VDMOS] FETs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/60Electrodes characterised by their materials
    • H10D64/62Electrodes ohmically coupled to a semiconductor

Landscapes

  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、電導度変調型半導体装置に関し、
特にその破壊耐量の改善に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a conductivity modulation type semiconductor device,
In particular, it relates to improving its fracture resistance.

〔従来技術〕[Prior art]

従来のこの種の半導体装置と同様な構成を備え
たパワーMOS FETを例にとつて以下に示す。
第1図は、パワーMOS FETの断面の一部であ
る。図中1は、第1導電形の半導体基板、即ち第
1導電形の低濃度ドレイン領域、1′は第1導電
型の高濃度ドレイン領域、2は半導体基板1表面
に形成された、該基板1とは反対の導電形、即ち
第2導電形の半導体領域、2′はその凸部、3は
第2導電形半導体領域2に形成された第1導電形
のソース領域(第1導電形半導体領域)、4は絶
縁膜、5はゲート電極、6は絶縁膜4によりゲー
ト電極5と絶縁されたソース電極、7はチヤネル
形成領域、8はドレイン電極である。
An example of a power MOS FET having a configuration similar to a conventional semiconductor device of this type is shown below.
Figure 1 shows a part of a cross section of a power MOS FET. In the figure, 1 is a semiconductor substrate of the first conductivity type, that is, a low concentration drain region of the first conductivity type, 1' is a high concentration drain region of the first conductivity type, and 2 is a semiconductor substrate formed on the surface of the semiconductor substrate 1. 2 is a convex portion thereof; 3 is a source region of a first conductivity type formed in the second conductivity type semiconductor region 2 (first conductivity type semiconductor region 2); 4 is an insulating film, 5 is a gate electrode, 6 is a source electrode insulated from the gate electrode 5 by the insulating film 4, 7 is a channel forming region, and 8 is a drain electrode.

なお、第1図中には図示していないが、第2、
第1導電形半導体領域2,3の表面とソース電極
6との間には、例えばシリコンとアルミニウムと
の合金層が形成されており、これはアルミ電極6
形成のシンタ工程において430℃程度に加熱した
ときに該加熱により上記半導体領域2,3のシリ
コンとソース電極6のアルミとが合金化して形成
されるものである。そしてこれはシリコンとアル
ミとの間の電流障壁をなくすものとして機能する
ものである。
Although not shown in FIG. 1, the second
For example, an alloy layer of silicon and aluminum is formed between the surfaces of the first conductivity type semiconductor regions 2 and 3 and the source electrode 6.
When heated to about 430° C. in the sintering step of formation, the silicon of the semiconductor regions 2 and 3 and the aluminum of the source electrode 6 are alloyed by the heating. This functions to eliminate the current barrier between silicon and aluminum.

パワーMOS FETは、このような基本ユニツ
トが多数並列接続された構造を有している。
A power MOS FET has a structure in which a large number of such basic units are connected in parallel.

以上のような構成になるパワーMOS FETに
おいて、ドレイン電極8とソース電極6間にドレ
イン電圧を印加した状態でゲート電極5とソース
電極6間にゲート電圧を印加するとチヤネル形成
領域7にチヤネルが形成され、ドレイン電極8と
ソース電極6間にドレイン電流が流れる。このと
き、ゲート電極5とソース電極6間に印加するゲ
ート電圧を制御することによつてドレイン電極8
とソース電極6間を流れるドレイン電流を制御す
ることができる。なおソース電極6による、領域
2とソース領域3の短絡は、チヤネル形成領域7
の電位を固定させるために不可欠である。
In the power MOS FET having the above configuration, when a drain voltage is applied between the drain electrode 8 and the source electrode 6 and a gate voltage is applied between the gate electrode 5 and the source electrode 6, a channel is formed in the channel forming region 7. Therefore, a drain current flows between the drain electrode 8 and the source electrode 6. At this time, by controlling the gate voltage applied between the gate electrode 5 and the source electrode 6, the drain electrode 8
The drain current flowing between the electrode 6 and the source electrode 6 can be controlled. Note that the short circuit between the region 2 and the source region 3 due to the source electrode 6 is caused by the channel forming region 7.
is essential for fixing the potential of

パワーMOS FETは、少数キヤリアの注入、
蓄積が基本的には問題にならないため、高速動作
が可能であるという利点がある半面、バイポーラ
トランジスタ、サイリスタのように少数キヤリア
による伝導度変調により高抵抗領域のON抵抗が
下がるという機構がないため、ON抵抗がバイポ
ーラ素子に較べて大きい。このため、パワー
MOS FETでは活性部の周辺長の増大と、高抵
抗領域1の薄層化が、電流容量増大のために懸案
となつている。従つて高抵抗領域1は、素子の耐
圧特性が許す限り薄くするのが効果的な設計と言
える。
Power MOS FET uses minority carrier injection,
Since accumulation is basically not a problem, it has the advantage of being able to operate at high speed, but it does not have a mechanism like bipolar transistors and thyristors in which conductivity modulation by minority carriers lowers the ON resistance in the high resistance region. , the ON resistance is larger than that of bipolar elements. For this reason, the power
In MOS FETs, increasing the peripheral length of the active region and thinning the high resistance region 1 are concerns in order to increase current capacity. Therefore, it can be said that an effective design is to make the high resistance region 1 as thin as the breakdown voltage characteristics of the element allow.

それにもかかわらず、第2導電形の半導体領域
2に図に示すような凸部2′が存在するのは、次
のような理由による。
Nevertheless, the reason why the convex portion 2' as shown in the figure exists in the second conductivity type semiconductor region 2 is as follows.

第2図は、パワーMOS FETの出力特性を示
したものである。第1図において、凸部2′がな
い場合、降伏電流が流れると、このパワーMOS
FETは瞬時に破壊する傾向がある。以下にこの
破壊モードの説明を行う。第3図aは、凸部2′
がない場合のパワーMOS FETの基本構成単位
の断面を示し、第3図bはこの部分の等価回路を
示すものである。今、ソース・ドレイン間に印加
した電圧を増大させていき、該電圧がドレイン領
域1と領域2間の降伏電圧値に達すると、第3図
a中に矢印で示した降伏電流が流れる。
Figure 2 shows the output characteristics of the power MOS FET. In Figure 1, if there is no convex portion 2', when a breakdown current flows, this power MOS
FETs tend to destroy instantly. This destruction mode will be explained below. Figure 3a shows the convex portion 2'
FIG. 3b shows the equivalent circuit of this part. Now, the voltage applied between the source and drain is increased, and when the voltage reaches the breakdown voltage value between drain region 1 and region 2, a breakdown current shown by the arrow in FIG. 3a flows.

そして、ソース領域3の両端では、第3図bに
示すように実質的にバイポーラ・トランジスタ
Trが寄生している構造となつている。このため、
ソース領域3の下に流れ込む電流Jcは、抵抗Ra
を経てソース電極6から流れ出すのであるが、式
(1)の条件を満たすとこの寄生トランジスタTrが
導通する状態が出現する。
At both ends of the source region 3, there are substantially bipolar transistors as shown in FIG. 3b.
It has a structure in which Tr is parasitic. For this reason,
The current Jc flowing under the source region 3 is the resistance Ra
It flows out from the source electrode 6 through the equation,
When condition (1) is satisfied, a state appears in which the parasitic transistor Tr becomes conductive.

0.6(v)<Jc*Ra ……(1) この現象は、パワーMOS FETのごく一部の
領域でまず起こり、寄生トランジスタが導通した
後も安定な状態はとり得ず、ブロツキング発振状
態に入る。このような状況で半導体素子は短時間
で破壊する。
0.6(v)<Jc*Ra...(1) This phenomenon first occurs in a small area of the power MOS FET, and even after the parasitic transistor becomes conductive, it cannot remain in a stable state and enters a blocking oscillation state. . In such a situation, the semiconductor element will be destroyed in a short time.

このモードの破壊は、凸部2′を形成すれば、
降伏は領域2の中央のみで起こるようになり、ソ
ース領域下の降伏電流を小さくでき、ソース領域
下の抵抗Raを小さくできることから著しく改善
できる。
This mode of destruction can be achieved by forming a convex portion 2'.
Breakdown occurs only in the center of region 2, and the breakdown current under the source region can be reduced, and the resistance Ra under the source region can be reduced, resulting in a significant improvement.

このように、この従来の構造においてもソー
ス・ドレイン間の降伏現象、即ち一般に言う半導
体素子の一次降伏現象には対処できている。一般
にMOS FETでは、バイポーラ・トランジスタ
で深刻な問題となる二次破壊現象がないと言われ
ているが、本発明の対象となつている縦形のパワ
ーMOS FETには、寄生トランジスタがあるた
め二次破壊現象が起きる。
In this way, even this conventional structure can cope with the breakdown phenomenon between the source and drain, that is, the generally-called primary breakdown phenomenon of semiconductor devices. Generally speaking, MOS FETs are said to be free from secondary breakdown phenomena, which is a serious problem with bipolar transistors, but the vertical power MOS FETs that are the subject of this invention have parasitic transistors, so A destructive phenomenon occurs.

この現象は、高電圧、高速スイツチング動作に
おいて起き易いのであるが、通常のスイツチン
グ・レギユレータのように、スイツチング素子に
印加される電圧と電流の位相がずれている場合に
は全く問題はなく、電流が流れたまま高電圧が印
加される動作モードで始めて起きる現象である。
This phenomenon is likely to occur in high-voltage, high-speed switching operations, but if the voltage and current applied to the switching element are out of phase, as in a normal switching regulator, there is no problem at all, and the current This phenomenon only occurs in an operating mode where high voltage is applied while the current is flowing.

例えば、第4図に示すインバータ回路で高速ス
イツチングを行うと、この二次破壊はたやすく発
生する。この回路で負荷Lに流れる電流を制御す
るためには、対角上に配置されたパワーMOS
FET A,DあるいはB,Cの対を任意の割合
(時間比)で、ON,OFFするようにすればよい。
負荷Lを流れる電流は連続した値をとるから、パ
ワーMOS FET A,Dの対をOFFにしておい
て、B,CをON,OFFする場合、B,CがOFF
の時、負荷Lを流れる電流はパワーMOS FET
A,Dと逆並列に接続されている還流ダイオード
A1,D1を通つて電源Vccに戻ることになる。
For example, when high-speed switching is performed in the inverter circuit shown in FIG. 4, this secondary destruction easily occurs. In order to control the current flowing to the load L in this circuit, power MOS transistors placed diagonally
The pair of FETs A, D or B, C may be turned ON and OFF at an arbitrary ratio (time ratio).
Since the current flowing through load L takes a continuous value, if power MOS FETs A and D are turned OFF and B and C are turned ON and OFF, B and C are OFF.
When , the current flowing through the load L is the power MOS FET
It returns to the power supply Vcc through freewheeling diodes A1 and D1 connected in antiparallel to A and D.

この還流ダイオードは高速用のものが必要なの
で、パワーMOS FET A〜Dとは別の素子A1
〜D1が接続されているのであるが、第3図に示
すようにパワーMOS FETの内部には、ダイオ
ードDが内蔵されている構造となつており、この
ため還流ダイオードを流れるべき還流電流の一部
は、パワーMOS FETチツプ中を流れることに
なる。
This freewheeling diode needs to be for high speed, so a separate element A1 from power MOS FETs A to D is used.
~D1 is connected, but as shown in Figure 3, the power MOS FET has a structure in which a diode D is built inside, so that part of the freewheeling current that should flow through the freewheeling diode is will flow through the power MOS FET chip.

この状態に続いて、OFF状態のパワーMOS
FET B,CにON信号を入力した時点以降のA,
D側還流ダイオードA1,D1の電圧Vd波形と、
パワーMOS FET B,Cに流れる電流Im波形の
例を第5図に示す。これは特にパワーMOS
FETのスイツチング・スピードを制限しなかつ
た場合の波形であり、パワーMOS FET B,C
がONすると、A,D側の還流ダイオードA1,
D1のリカバリー電流がほぼ直線的に増大してい
く。この上昇率は、電源電圧Vccと配線のインダ
クタンスLoとの比Vcc/Loで決つている。リカ
バリーしていない間は、還流ダイオードはごく低
いインピーダンスの値をとり、パワーMOS
FET B,Cが電源電圧を保持している。すなわ
ち、パワーMOS FET B,Cは電源電圧が印加
されたまま大電流が流れる状態にさらされる。こ
の状態は、一般に短絡状態と呼ばれている。A,
C側の素子には、リカバリー期間の途中から急峻
に電圧が加わり始め、リカバリー電流の減衰時に
過大なピーク値をとる。
Following this state, the power MOS in the OFF state
A after the ON signal is input to FET B and C,
The voltage Vd waveform of the D side freewheeling diodes A1 and D1,
Figure 5 shows an example of the waveform of the current Im flowing through power MOS FETs B and C. This is especially true for power MOS
This is the waveform when the FET switching speed is not limited, and is the waveform for power MOS FETs B and C.
When ON, the freewheeling diode A1 on the A and D side
The recovery current of D1 increases almost linearly. This rate of increase is determined by the ratio Vcc/Lo between the power supply voltage Vcc and the wiring inductance Lo. While not recovering, the freewheeling diode assumes a very low impedance value, and the power MOS
FETs B and C hold the power supply voltage. That is, the power MOS FETs B and C are exposed to a state in which a large current flows while the power supply voltage is applied. This state is generally called a short circuit state. A,
Voltage starts to be applied to the C-side element abruptly in the middle of the recovery period, and takes an excessive peak value when the recovery current attenuates.

このような短絡状態は、特に高周波動作におい
て還流ダイオードのリカバリー特性が悪い場合、
著しいパワー・ロスをもたらし、パワーMOS
FETの破壊の原因となることがある。このモー
ドの破壊は、典型としては発熱による温度上昇が
主な要因であり、二次破壊現象ではない。
Such a short-circuit condition may occur if the recovery characteristics of the freewheeling diode are poor, especially in high-frequency operation.
It causes significant power loss and power MOS
It may cause destruction of FET. This mode of destruction is typically caused mainly by temperature rise due to heat generation, and is not a secondary destruction phenomenon.

パワーMOS FETで問題となる二次破壊は、
上記説明のA,C側のMOS FETで起こる。A,
C側のMOS FETが破壊するための必要条件は、
次のようなものである。
The secondary destruction that is a problem with power MOS FETs is
This occurs in the A and C side MOS FETs explained above. A,
The necessary conditions for the C side MOS FET to be destroyed are:
It is as follows.

(1) 還流電流がMOS FETに流れること。(1) Freewheeling current flows through the MOS FET.

(MOS FETに直列にダイオードを結線し、
還流電流がもつぱら還流ダイオードにのみ流れ
るようにすると破壊は起こらない。) (2) 還流電流のリカバリー時間が、還流ダイオー
ドよりもMOS FETの方が長いこと。
(Connect a diode in series with the MOS FET,
If the freewheeling current is made to flow exclusively through the freewheeling diode, no damage will occur. ) (2) The recovery time of freewheeling current is longer for MOS FETs than for freewheeling diodes.

(還流ダイオードに高速用でなく通常型を使用
すれば破壊は起きない。) (3) リカバリー動作時に加わる電圧の立ち上がり
が急峻であること。
(If a normal type free wheel diode is used instead of a high speed type, no damage will occur.) (3) The rise of the voltage applied during recovery operation must be steep.

(スナバを付け電圧の立上がりを押さえると破
壊は起きない。) これらは、総てバイポーラ・トランジスタをイ
ンバータに使用した場合に問題となる二次破壊現
象と基本的に同一である。このモードの二次破壊
現象は、次のように説明しうる。
(Destruction does not occur if a snubber is installed to suppress the voltage rise.) All of these are basically the same secondary destruction phenomena that occur when bipolar transistors are used in inverters. The secondary fracture phenomenon of this mode can be explained as follows.

還流時に僅かでもパワーMOS FETに電流が
流れ、引き続きリカバリー時に急峻な電圧が印加
されるまでの間に、MOS FET内の接合がリカ
バリーされきれない場合を考える。このときドレ
インの高抵抗領域1に残留している少数キヤリア
は、電圧が印加されると同時に電界により加速さ
れ、ソース側の領域2に移動していく。高電圧の
立ち上がりが極めて急峻な場合には、残留してい
る少数キヤリアが総て領域2に到達するまでに、
電界による少数キヤリアのなだれ増倍現象が無視
できなくなり得る。領域2に移動する少数キヤリ
アは、ソース領域の両端部に形成されている寄生
トランジスタTrにとつてベース電流が供給され
ていることに相当する。すなわち、少数キヤリア
のなだれ増倍現象が(1)式で示す条件をみたせば、
寄生トランジスタは導通する。寄生トランジスタ
が導通すると、ドレインの高抵抗領域に新たなキ
ヤリアが供給されるわけで、このキヤリアがなだ
れ増倍現象により、再び寄生トランジスタのベー
ス領域に注入されるという正帰還ループが成立し
うる。
Consider a case where even a small amount of current flows through the power MOS FET during freewheeling, and the junction within the MOS FET is not fully recovered before a steep voltage is subsequently applied during recovery. At this time, the minority carriers remaining in the high resistance region 1 of the drain are accelerated by the electric field at the same time as a voltage is applied, and move to the region 2 on the source side. If the rise of the high voltage is extremely steep, by the time all remaining minority carriers reach region 2,
The avalanche multiplication phenomenon of minority carriers caused by the electric field may become impossible to ignore. The minority carriers moving to region 2 correspond to a base current being supplied to the parasitic transistors Tr formed at both ends of the source region. In other words, if the avalanche multiplication phenomenon of minority carriers satisfies the condition shown in equation (1), then
The parasitic transistor becomes conductive. When the parasitic transistor becomes conductive, new carriers are supplied to the high resistance region of the drain, and a positive feedback loop can be established in which these carriers are again injected into the base region of the parasitic transistor due to the avalanche multiplication phenomenon.

この正帰還ループの存立条件は、基本的にドレ
インの高抵抗領域中の電界強度、寄生トランジス
タのエミツタ・ベース間の抵抗値RaとhFE値に
依存する。すなわち電界強度が強く、抵抗値Ra
とhFEが大きいと、この正帰還は簡単に起り得
る。一旦正帰還状態に入ると、電源電圧が下がり
電界強度が小さくならない限りこの領域の導通は
止まることはない。この状況は、素子の局所領域
が、高電圧が印加されたまま大電流密度動作をし
ているわけで、素子は早晩発熱による温度上昇が
直接の原因となつて破壊することになる。
The conditions for the existence of this positive feedback loop basically depend on the electric field strength in the high resistance region of the drain and the emitter-base resistance value Ra and hFE value of the parasitic transistor. In other words, the electric field strength is strong and the resistance value Ra
When hFE and hFE are large, this positive feedback can easily occur. Once the positive feedback state is entered, conduction in this region will not stop unless the power supply voltage decreases and the electric field strength decreases. In this situation, a local region of the element operates at a high current density while a high voltage is applied, and sooner or later the element will be destroyed due to a direct temperature rise due to heat generation.

バイポーラ・トランジスタの場合は、そもそも
MOS FETほどの高周波動作をさせないと言う
楽な点があるが、エミツタ・ベース間に逆バイア
スを十分印加することにより、トランジスタに流
れる還流時の電流を遮断してこのモードの二次破
壊からのがれることができる。しかしながら、パ
ワーMOS FETには、バイポーラ・トランジス
タのように積極的に還流時の電流を遮断する機能
はない。このため、従来の縦型パワーMOS
FETには汎用電力用素子としては重大な欠陥が
あると言わざるを得ない。
In the case of bipolar transistors,
It has the advantage of not operating at as high a frequency as a MOS FET, but by applying a sufficient reverse bias between the emitter and base, the current flowing through the transistor during freewheeling can be cut off, preventing secondary breakdown in this mode. can escape. However, power MOS FETs do not have the ability to actively cut off current during freewheeling like bipolar transistors. For this reason, conventional vertical power MOS
It must be said that FETs have serious deficiencies as general-purpose power devices.

以上はパワーMOSFETについて説明したが、
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(以下
IGBTという)の最大の問題であるサイリスタ動
作の問題を解消せんとする場合においても、これ
はパワーMOSFETの寄生トランジスタに相当す
る部分の動作を抑制することが鍵である。この
IGBTとしては、第1図のパワーMOSFETの第
1導電型高濃度ドレイン領域を第2導電型高濃度
半導体領域にしたものである。たとえば第7図は
従来のIGBTであり、20は第1導電型の半導体
基板、21は第2導電型高濃度半導体層で半導体
基板20と接合されている。22は第1導電型半
導体領域としてのエミツタ層、23は第2の電極
としてのエミツタ電極、24は第1の電極として
のコレクタ電極である。
I have explained the power MOSFET above, but
Insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as
When trying to solve the problem of thyristor operation, which is the biggest problem with IGBTs, the key is to suppress the operation of the part that corresponds to the parasitic transistor of the power MOSFET. this
The IGBT is one in which the first conductivity type high concentration drain region of the power MOSFET shown in FIG. 1 is replaced with a second conductivity type high concentration semiconductor region. For example, FIG. 7 shows a conventional IGBT, in which reference numeral 20 is a semiconductor substrate of a first conductivity type, and reference numeral 21 is a high concentration semiconductor layer of a second conductivity type, which is bonded to the semiconductor substrate 20. 22 is an emitter layer as a first conductivity type semiconductor region, 23 is an emitter electrode as a second electrode, and 24 is a collector electrode as a first electrode.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

この発明は、上記のような従来のものの問題点
に鑑みてなされたもので、寄生トランジスタのエ
ミツタ・ベース間抵抗とhFEを小さくして2次破
壊耐量を改善できる電導度変調型半導体装置を提
供することを目的としている。
This invention was made in view of the problems of the conventional devices as described above, and provides a conductivity modulation type semiconductor device that can improve secondary breakdown resistance by reducing the emitter-base resistance and hFE of a parasitic transistor. It is intended to.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の電導度変調型半導体装置は第1導電形
の半導体基板の表面に第2導電形の半導体領域を
複数配設し、この各第2導電形半導体領域の表面
領域にその中央部を開けて第1導電形半導体領域
を配設し、この第1導電形半導体領域および上記
第2導電形半導体領域と電気的に接続された電極
を第1導電形半導体領域の中央部の表面上に配設
し、第1導電形半導体領域と半導体基板との間の
第2導電形半導体領域の表面上に絶縁膜を介して
ゲート電極を配設すると共に、第1導電形半導体
領域の中央部に相当する領域に第1導電形半導体
領域の厚さと同程度以上でかつ第2導電形半導体
領域の厚さを越えない厚さを有する、上記半導体
基板の半導体材料と金属とからなる合金層を設け
たものである。
A conductivity modulated semiconductor device of the present invention includes a plurality of semiconductor regions of a second conductivity type arranged on the surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type, and a center portion is opened in the surface region of each of the semiconductor regions of the second conductivity type. a first conductivity type semiconductor region is disposed, and an electrode electrically connected to the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region is disposed on a surface of a central portion of the first conductivity type semiconductor region. A gate electrode is disposed on the surface of the second conductivity type semiconductor region between the first conductivity type semiconductor region and the semiconductor substrate via an insulating film, and a gate electrode is provided in the central part of the first conductivity type semiconductor region. An alloy layer made of the semiconductor material of the semiconductor substrate and a metal is provided in the region where the alloy layer is made of the semiconductor material of the semiconductor substrate and has a thickness equal to or more than the thickness of the first conductivity type semiconductor region and not exceeding the thickness of the second conductivity type semiconductor region. It is something.

〔作用〕[Effect]

上記の様に構成された電導度変調型半導体装置
では、合金層を設けることによりエミツタ領域の
幅が狭くなり寄生トランジスタのエミツタ・ベー
ス間抵抗の抵抗値が小さくなり、さらに再結合中
心の密度の高い合金層がエミツタ領域の近辺にあ
ることからhFEも低下して、寄生トランジスタの
動作が起こり難い。
In the conductivity-modulated semiconductor device configured as described above, by providing an alloy layer, the width of the emitter region is narrowed, the resistance value of the emitter-base resistance of the parasitic transistor is reduced, and the density of recombination centers is also reduced. Since the high alloy layer is located near the emitter region, hFE is also reduced, making it difficult for parasitic transistor operation to occur.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、この発明の実施例を図について説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第6図は、本件出願の発明の一実施例の主要部
の断面を示したものである。図中、第7図と同一
または相当部分は同じ符号で示されている。
FIG. 6 shows a cross section of a main part of an embodiment of the invention of the present application. In the figure, parts that are the same as or corresponding to those in FIG. 7 are designated by the same reference numerals.

本実施例において、従来のものと異なる点は、
エミツタ電極23が半導体領域2,22と接合し
ている箇所に合金層9がある点である。この合金
層9は深さがエミツタ領域22よりも深く形成さ
れ、電極接合領域内のPN接合が壊されている。
そしてこの合金層9を深く形成したことによつ
て、最初第7図の場合と同じ幅に形成されたエミ
ツタ領域22は、その幅が第1図の場合に較べて
狭くなつており、これにより抵抗値Raが小さく
なつており、しかも再結合中心の密度の高い合金
層9が近辺にあることから、hFEも低下して、寄
生トランジスタの動作が起こり難い構造となつて
いる。
The difference between this embodiment and the conventional one is as follows:
The point is that the alloy layer 9 is present at the location where the emitter electrode 23 is joined to the semiconductor regions 2 and 22. This alloy layer 9 is formed deeper than the emitter region 22, and the PN junction in the electrode junction region is broken.
By forming this alloy layer 9 deeply, the emitter region 22, which was initially formed to have the same width as in the case of FIG. 7, has become narrower than that in the case of FIG. Since the resistance value Ra is small and the alloy layer 9 with high density of recombination centers is nearby, hFE is also reduced and the structure is such that parasitic transistor operation is difficult to occur.

なお深い合金層の形成は、例えばエミツタ電極
形成後のシンタ工程の温度を、従来の430℃程度
より高くすることによつて行うことができ、チツ
プの表面状態あるいは結晶状態の影響があるため
単なる温度制御だけで十分な精度が得られない場
合には、エミツタ電極23形成前にプラズマある
いはイオン注入などの方法で、エミツタ電極形成
領域内の表面に均一なダメージを与えると十分な
精度が得られ、しかも良い再現性が得られる。
The formation of a deep alloy layer can be achieved, for example, by increasing the temperature of the sintering process after forming the emitter electrode to a temperature higher than the conventional 430°C. If sufficient accuracy cannot be obtained by temperature control alone, sufficient accuracy can be obtained by uniformly damaging the surface within the emitter electrode formation area using a method such as plasma or ion implantation before forming the emitter electrode 23. , and good reproducibility can be obtained.

また、第6図と異なり、合金層9の深さがエミ
ツタ領域22よりも浅い場合には、従来例に較べ
て抵抗値Raの減少効果はないのであるが、寄生
トランジスタのhFEが低下する効果は期待でき
る。
Moreover, unlike FIG. 6, when the depth of the alloy layer 9 is shallower than the emitter region 22, there is no effect of reducing the resistance value Ra compared to the conventional example, but there is an effect of reducing the hFE of the parasitic transistor. can be expected.

なお、第6図には、中央部の凸部2′を記載し
てないが、この凸部2′を設ければより一層の効
果があることは明確である。ただ、この第6図
は、特に低耐圧用途のように、本発明による改善
効果だけでも、実使用上十分である場合には、凸
部2′を除去し、その分ドレイン高抵抗領域1の
厚みを薄くしON抵抗の改善を図ることができる
例として示したものである。
Note that although the central convex portion 2' is not shown in FIG. 6, it is clear that providing this convex portion 2' would provide an even greater effect. However, FIG. 6 shows that when the improvement effect of the present invention alone is sufficient for practical use, such as in particular for low voltage applications, the convex portion 2' may be removed and the drain high resistance region 1 may be increased by that amount. This is shown as an example of how the ON resistance can be improved by reducing the thickness.

以上のように、上記本願発明の実施例では、エ
ミツタ電極のコンタクト・ホール内に、半導体材
料と金属との合金層を従来の場合より深く形成す
るようにしたので、この合金層の深さがソース領
域3よりも浅い場合には、寄生トランジスタの
hFEを下げることができ、この合金層の深さがエ
ミツタ領域22よりも深い場合には、hFEの低下
と共に、実効的なエミツタ領域の幅を狭くするこ
とにより抵抗値Raを下げることができ、これに
より、IGBTの二次破壊耐量を向上することがで
きる。
As described above, in the embodiment of the present invention, the alloy layer of semiconductor material and metal is formed deeper than in the conventional case in the contact hole of the emitter electrode, so that the depth of this alloy layer is increased. If it is shallower than source region 3, the parasitic transistor
If hFE can be lowered and the depth of this alloy layer is deeper than the emitter region 22, the resistance value Ra can be lowered by reducing hFE and narrowing the effective width of the emitter region. Thereby, the secondary breakdown resistance of the IGBT can be improved.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は、以上説明したように構成されている
ので、第2導電形半導体領域に設けられた第1導
電形半導体領域の中央部に相当する領域に第1導
電形半導体領域の厚さと同程度以上でかつ第2導
電形半導体領域の厚さを越えない厚さを有すると
共に半導体基板の半導体材料と金属とからなる合
金層を形成するようにしたので、寄生トランジス
タのベース・エミツタ間抵抗値とhFEを小さくで
き、二次破壊耐量を向上できる効果がある。
Since the present invention is configured as described above, the thickness of the region corresponding to the center of the first conductivity type semiconductor region provided in the second conductivity type semiconductor region is approximately the same as that of the first conductivity type semiconductor region. By forming an alloy layer made of the semiconductor material of the semiconductor substrate and metal and having a thickness not exceeding the thickness of the second conductivity type semiconductor region, the base-emitter resistance value of the parasitic transistor is This has the effect of reducing hFE and improving secondary fracture resistance.

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

第1図は従来のパワーMOS FETの断面図、
第2図は従来のパワーMOS FETの出力特性を
示す図、第3図aは第2導電型領域に凸部2′が
ない場合のパワーMOS FETの基本構成単位の
断面図、第3図bは第3図aの等価回路を示す
図、第4図はパワーMOS FETを使つたインバ
ータの回路図、第5図は第4図における還流ダイ
オードの電圧波形とパワーMOS FETに流れる
電流波形を示す図、第6図は本発明の一実施例で
あるIGBTの断面図、第7図は従来例のIGBTの
断面図である。 図中、2は第2導電型半導体領域、4は絶縁
膜、5はゲート電極、9は合金層、20は第1導
電型の半導体基板、21は第2導電型半導体層、
22は第1導電型半導体領域、23はエミツタ電
極、24はコレクタ電極である。なお図中同一符
号は同一又は相当部分を示す。
Figure 1 is a cross-sectional view of a conventional power MOS FET.
Figure 2 is a diagram showing the output characteristics of a conventional power MOS FET, Figure 3a is a sectional view of the basic constituent unit of a power MOS FET when there is no convex portion 2' in the second conductivity type region, Figure 3b is a diagram showing the equivalent circuit of Figure 3a, Figure 4 is a circuit diagram of an inverter using power MOS FETs, and Figure 5 is a diagram showing the voltage waveform of the freewheeling diode and the current waveform flowing through the power MOS FET in Figure 4. FIG. 6 is a sectional view of an IGBT according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a sectional view of a conventional IGBT. In the figure, 2 is a second conductivity type semiconductor region, 4 is an insulating film, 5 is a gate electrode, 9 is an alloy layer, 20 is a first conductivity type semiconductor substrate, 21 is a second conductivity type semiconductor layer,
22 is a first conductivity type semiconductor region, 23 is an emitter electrode, and 24 is a collector electrode. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 その一方の主面に接合された第2導電形半導
体層を介して密接された第1の電極を有する半導
体基板と、 この半導体基板の他方の主面に複数配設された
第2導電形半導体領域と、 この各々の第2導電形半導体領域の表面領域
に、その中央部を開けて配設された第1導電形半
導体領域と、 この第1導電形半導体領域の中央部の表面上に
配設され、この第1導電形半導体領域および上記
第2導電形半導体領域と電気的に接続された第2
の電極と、 上記第1導電形半導体領域と上記半導体基板と
の間の第2導電形半導体領域の表面上に絶縁膜を
介して配設されたゲート電極と、 上記第1導電形半導体領域の中央部に相当する
領域に配設された、上記第1導電形半導体領域の
厚さと同程度以上でかつ上記第2導電形半導体領
域の厚さを越えない厚さを有すると共に上記半導
体基板の半導体材料と金属とからなる合金層と、 を備えた電導度変調型半導体装置。
[Claims] 1. A semiconductor substrate having a first electrode closely connected to one main surface of the semiconductor substrate through a second conductivity type semiconductor layer, and a plurality of electrodes arranged on the other main surface of the semiconductor substrate. a first conductivity type semiconductor region disposed in a surface region of each second conductivity type semiconductor region with an opening in the center thereof; A second conductivity type semiconductor region disposed on the surface of the central portion and electrically connected to the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region.
a gate electrode disposed on the surface of the second conductivity type semiconductor region between the first conductivity type semiconductor region and the semiconductor substrate with an insulating film interposed therebetween; The semiconductor of the semiconductor substrate has a thickness that is approximately the same or more than the thickness of the first conductivity type semiconductor region and does not exceed the thickness of the second conductivity type semiconductor region, which is disposed in a region corresponding to the central portion. A conductivity modulated semiconductor device comprising: an alloy layer made of a material and a metal;
JP59106798A 1984-05-24 1984-05-24 Planar type semiconductor device Granted JPS60249370A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59106798A JPS60249370A (en) 1984-05-24 1984-05-24 Planar type semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59106798A JPS60249370A (en) 1984-05-24 1984-05-24 Planar type semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60249370A JPS60249370A (en) 1985-12-10
JPH0476219B2 true JPH0476219B2 (en) 1992-12-03

Family

ID=14442896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59106798A Granted JPS60249370A (en) 1984-05-24 1984-05-24 Planar type semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60249370A (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0332822A1 (en) * 1988-02-22 1989-09-20 Asea Brown Boveri Ag Field-effect-controlled bipolar power semiconductor device, and method of making the same
US4985740A (en) * 1989-06-01 1991-01-15 General Electric Company Power field effect devices having low gate sheet resistance and low ohmic contact resistance
DE19600780B4 (en) * 1996-01-11 2006-04-13 Micronas Gmbh A method of contacting regions of different doping in a semiconductor device and semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JPS60249370A (en) 1985-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3243902B2 (en) Semiconductor device
JPH04291767A (en) Conductivity modulation mosfet
US5936267A (en) Insulated gate thyristor
US5079607A (en) Mos type semiconductor device
US5459339A (en) Double gate semiconductor device and control device thereof
JP2572210B2 (en) Vertical power MOS field effect semiconductor device
JPH07169868A (en) Circuit pattern having at least one bipolar power device and method of operating the same
Kondo et al. A new bipolar transistor—GAT
JP2946750B2 (en) Semiconductor device
JPH03155677A (en) Mosfet of conductivity modulation type
US5621229A (en) Semiconductor device and control method
JPH10321859A (en) Power semiconductor device containing discontinuous emitter area for preventing parasitic thyristor latch up
JP2617497B2 (en) Semiconductor device
EP0862220A1 (en) Semiconductor switching device and a power converter using the same and a drive method therefor
JPH0476219B2 (en)
JP3111725B2 (en) Dual gate semiconductor device
JP2527160B2 (en) Field effect type semiconductor device
Takahashi et al. 2.5 kV 100 A/spl mu/-stack IGBT
JPWO2019049251A1 (en) Semiconductor device
JPH07226511A (en) Semiconductor device
JP2022141423A (en) Semiconductor device
JP2856257B2 (en) P-channel insulated gate bipolar transistor
JPH03105977A (en) semiconductor equipment
JP3200328B2 (en) Composite semiconductor device
JP2777990B2 (en) Self-extinguishing thyristor