JPH0551188B2 - - Google Patents
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- JPH0551188B2 JPH0551188B2 JP60190735A JP19073585A JPH0551188B2 JP H0551188 B2 JPH0551188 B2 JP H0551188B2 JP 60190735 A JP60190735 A JP 60190735A JP 19073585 A JP19073585 A JP 19073585A JP H0551188 B2 JPH0551188 B2 JP H0551188B2
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は半導体装置に関し、特に大電力高速
高周波スイツチング素子をモノリシツクで実現し
た半導体装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device in which a high-power, high-speed, high-frequency switching element is monolithically realized.
[従来の技術]
従来から低オン抵抗の大電力高速高周波スイツ
チング素子としていくつかのものが用いられてお
り、たとえば第3図に示すようなものがあつた。[Prior Art] Several types of high-power, high-speed, high-frequency switching elements with low on-resistance have been used in the past, such as the one shown in FIG. 3.
第3図は、従来のモノリシツクに構成された伝
導変調金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ
(以下CAT素子と称す)の構造を示す断面図であ
る。初めにこのCAT素子の構成について説明す
る。図において、CAT素子の構成は、従来の二
重拡散で作られる金属酸化膜半導体電界効果トラ
ンジスタ(以下MOSFETと記す)のn+形ドレイ
ン基板をp+形ドレイン/コレクタ層で置き換え
たものである。さらに詳細に説明すると、p+形
ドレイン/コレクタ層7の一方表面に、たとえば
n形エピタキシヤル層からなるドレインドリフト
層6が形成されている。ドレインドリフト層6表
面に複数個のp形ベース領域5が互いに間隔を隔
てて形成されており、p形ベース領域5内のその
表面に2個のn+形ソース/エミツタ領域4が互
いに間隔を隔てて形成されている。p形ベース領
域5間のドレインドリフト層6表面、p形ベース
領域5の周辺部の表面、およびn+形ソース/エ
ミツタ領域4表面の一部に、たとえば二酸化シリ
コンからなる酸化膜3が形成されている。酸化膜
3の内部に金属からなるゲート電極2が形成され
ており、このゲート電極はn+形ソース/エミツ
タ領域4上まで延びている。また、p形ベース領
域5の中央部表面、n+形ソース/エミツタ領域
4表面の他の一部、および酸化膜3表面にソー
ス/エミツタ電極1が形成されている。ここで、
n+形ソース/エミツタ領域4とp形ベース領域
5とドレインドリフト層6とはMOSFETに寄生
するnpnトランジスタを構成し、p形ベース領域
5とドレインドリフト層6とp+形ドレイン/コ
レクタ層7とはMOSFETに寄生するpnpトラン
ジスタを構成している。p+形ドレインコレクタ
層7の他方表面にドレイン/コレクタ電極8が形
成されている。また、Gはゲート電極端子、S/
Eはソース/エミツタ電極端子、およびD/Cは
ドレイン/コレクタ電極端子である。 FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a conventional monolithically conduction modulated metal oxide semiconductor field effect transistor (hereinafter referred to as a CAT device). First, the configuration of this CAT element will be explained. In the figure, the configuration of the CAT element is that of a conventional double-diffused metal oxide semiconductor field effect transistor (hereinafter referred to as MOSFET), the n + type drain substrate is replaced with a p + type drain/collector layer. . More specifically, a drain drift layer 6 made of, for example, an n-type epitaxial layer is formed on one surface of the p + -type drain/collector layer 7 . A plurality of p-type base regions 5 are formed at intervals on the surface of the drain drift layer 6, and two n + -type source/emitter regions 4 are formed at intervals on the surface of the p-type base region 5. are formed separately. An oxide film 3 made of silicon dioxide, for example, is formed on the surface of the drain drift layer 6 between the p-type base regions 5, the surface of the peripheral part of the p-type base region 5, and a part of the surface of the n + type source/emitter region 4. ing. A gate electrode 2 made of metal is formed inside the oxide film 3, and this gate electrode extends up to above the n + type source/emitter region 4. Further, a source/emitter electrode 1 is formed on the central surface of the p-type base region 5, another part of the surface of the n + type source/emitter region 4, and the surface of the oxide film 3. here,
The n + type source/emitter region 4, the p type base region 5, and the drain drift layer 6 constitute an npn transistor parasitic to the MOSFET, and the p type base region 5, the drain drift layer 6, and the p + type drain/collector layer 7 constitutes a pnp transistor that is parasitic to the MOSFET. A drain/collector electrode 8 is formed on the other surface of the p + type drain collector layer 7 . In addition, G is the gate electrode terminal, S/
E is a source/emitter electrode terminal, and D/C is a drain/collector electrode terminal.
第4図は、第3図のCAT素子の等価回路を示
す図である。このCAT素子の等価回路は、理想
的な電流の流れから言えばMOSFETとpinダイオ
ードD2とを直列に接続したものになるべきであ
るが、実際はMOSFETと、これに寄生するnpn
トランジスタとpnpトランジスタとから構成され
るサイリスタとを組合わせたものになる。 FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the CAT element shown in FIG. 3. Considering the ideal current flow, the equivalent circuit of this CAT element should be a series connection of a MOSFET and a pin diode D2 , but in reality it consists of a MOSFET and a parasitic npn diode.
It is a combination of a transistor and a thyristor made up of a PNP transistor.
次にこのCAT素子の動作について説明する。
ゲート電極端子Gとソース/エミツタ電極端子
S/Eとを短絡してドレイン/コレクタ電極端子
D/Cとソース/エミツタ電極端子S/E間に逆
バイアス電圧を印加すると、pinダイオーD2が逆
バイアスとなり逆バイアス阻止特性が現われる。
また、ドレイン/コレクタ電極端子D/Cとソー
ス/エミツタ電極端子S/E間に順バイアス電圧
を印加すると、ダイオードD1が逆バイアスにな
り順バイアス阻止特性が現われる。この状態で、
ゲート電極端子Gとソース/エミツタ電極端子
S/E間にMOSFETのしきい値電圧以上の電圧
を印加すると、p形ベース領域5にチヤンネルが
形成されてMOSFETが動作する状態になると同
時に、pinダイオードD2はpinダイオード動動現
象を起こし、p+形ドレイン/コレクタ層7から
ドレインドリフト層6へホールが注入されてこの
ドレインドリフト層の伝導度が増大し、CAT素
子が低オン抵抗でターンオンする。また、CAT
素子をターンオフするためには、ゲート電極端子
Gとソース/エミツタ電極端子S/Eとを短絡し
てこれら端子間に印加されている電圧を
MOSFETのしきい値電圧以下にし、これによつ
て、ゲート電極2下のp形ベース領域5表面の反
転領域を元に戻してドレインドリフト層6への電
子の供給を止める。ターンオフの開始時には、ド
レインドリフト層6にそれまでの間に注入された
電子が大量に集中しているが、これらの電子は
p+形ドレイン/コレクタ層7に注入され、それ
に見合つたホールによる電流がp形ベース領域5
に流れる。このような状態が続くとドレインドリ
フト層6の電子の集中度は低下するが、CAT素
子がターンオフするためには残されたホールと電
子のプラズマは再結合によつて打消し合わなけれ
ばならない。 Next, the operation of this CAT element will be explained.
When the gate electrode terminal G and the source/emitter electrode terminal S/E are short-circuited and a reverse bias voltage is applied between the drain/collector electrode terminal D/C and the source/emitter electrode terminal S/E, the pin diode D 2 reverses. This becomes a bias and reverse bias blocking characteristics appear.
Furthermore, when a forward bias voltage is applied between the drain/collector electrode terminal D/C and the source/emitter electrode terminal S/E, the diode D1 becomes reverse biased and a forward bias blocking characteristic appears. In this state,
When a voltage higher than the threshold voltage of the MOSFET is applied between the gate electrode terminal G and the source/emitter electrode terminal S/E, a channel is formed in the p-type base region 5 and the MOSFET becomes operational, and at the same time the pin diode D 2 causes a pin diode dynamic phenomenon, holes are injected from the p + type drain/collector layer 7 to the drain drift layer 6, the conductivity of this drain drift layer increases, and the CAT element turns on with low on-resistance. . Also, CAT
To turn off the device, short-circuit gate electrode terminal G and source/emitter electrode terminal S/E to reduce the voltage applied between these terminals.
The voltage is lowered to below the threshold voltage of the MOSFET, thereby returning the inverted region on the surface of the p-type base region 5 under the gate electrode 2 to its original state and stopping the supply of electrons to the drain drift layer 6. At the start of turn-off, a large amount of electrons injected into the drain drift layer 6 are concentrated, but these electrons
A current due to holes is injected into the p + type drain/collector layer 7 and a corresponding amount of current flows into the p type base region 5.
flows to If this state continues, the concentration of electrons in the drain drift layer 6 will decrease, but in order for the CAT element to turn off, the remaining hole and electron plasma must cancel each other out through recombination.
以上は、MOSFETに寄生するサイリスタ領域
がターンオン時にラツチングしない場合での
CAT素子の動作の説明であるが、CAT素子の一
番大きな問題点はサイリスタ領域が低電流レベル
でラツチング現象を起こすことであり、サイリス
タ領域がラツチングするとCAT素子のゲート制
御能力がなくなつてこれをターンオフするのが困
難になる。ラツチング現象を起こす原因は、ター
ンオン時に高電流密度でサイリスタの領域のnpn
トランジスタおよびpnpトランジスタが相互にフ
イードバツク作用をするためである。サイリスタ
領域がターンオン時にラツチングする条件は、
npnトランジスタおよびpnpトランジスタのそれ
ぞれの直流電流増幅率hFEの合計が>1であり、
ホール電流によるnpnトランジスタのp形ベース
領域5の抵抗RSでの電圧降下VSが300〓で0.4〜
0.8V以上になる場合である。 The above is the case when the thyristor region parasitic to the MOSFET does not latch at turn-on.
Explaining the operation of CAT devices, the biggest problem with CAT devices is that the thyristor region causes a latching phenomenon at low current levels, and when the thyristor region latches, the CAT device loses its gate control ability. becomes difficult to turn off. The cause of the latching phenomenon is that the NPN in the thyristor region at high current density during turn-on.
This is because the transistor and the pnp transistor have a mutual feedback effect. The conditions for the thyristor region to latch when turned on are:
The sum of the DC current amplification factors h FE of each of the npn transistor and pnp transistor is >1,
The voltage drop V S at the resistance R S of the p-type base region 5 of the npn transistor due to the Hall current is 0.4 to 300〓.
This is the case when the voltage exceeds 0.8V.
第5図は、上記のような問題点を或るレベルま
で解決した他のCAT素子の構造を示す断面図で
ある。図において、p形ベース領域5の中央部に
不純物濃度の高いp+形ベース中央領域50が形
成されており、ドレインドリフト層6とp+形ド
レイン/コレクタ層7間にn+形バツフア層9が
挿入されている。また、このCAT素子の等価回
路は第4図に示す回路と同じである。p+形ベー
ス中央領域50により寄生npnトランジスタの直
流電流増幅率hFEを下げ、かつ、n+形バツフア層
9によりp+形ドレイン/コレクタ層7からドレ
インドリフト層6へのホールの注入を抑えて寄生
pnpトランジスタの直流電流増幅率hFEを下げるこ
とによつて、CAT素子がターンオン時にラツチ
ングしにくいようにしている。すなわち、第3図
のCAT素子に比べラツチングする電流レベルを
上げている。 FIG. 5 is a sectional view showing the structure of another CAT element that has solved the above problems to a certain level. In the figure, a p + type base center region 50 with a high impurity concentration is formed in the center of the p type base region 5 , and an n + type buffer layer 9 is formed between the drain drift layer 6 and the p + type drain / collector layer 7 . is inserted. Further, the equivalent circuit of this CAT element is the same as the circuit shown in FIG. The p + -type base center region 50 lowers the direct current amplification factor h FE of the parasitic npn transistor, and the n + -type buffer layer 9 suppresses the injection of holes from the p + -type drain/collector layer 7 to the drain drift layer 6 parasitic
By lowering the DC current amplification factor hFE of the pnp transistor, the CAT element is made less likely to latch when turned on. That is, the latching current level is increased compared to the CAT element shown in FIG.
[発明が解決しようとする問題点]
大電力高速高周波スイツチング素子として用い
られている従来のCAT素子は、MOSFETに寄生
するサイリスタ領域がラツチングする電流レベル
が低く、CAT素子を正常に動作させるにはこれ
らをラツチングする電流レベル以下で使用する必
要があり、そのゲート制御範囲が狭いという問題
点があつた。[Problems to be solved by the invention] In conventional CAT devices used as high-power, high-speed, high-frequency switching devices, the current level at which the thyristor region parasitic to the MOSFET latches is low, making it difficult for the CAT device to operate normally. It is necessary to use these at a current level below the latching level, and the problem is that the gate control range is narrow.
この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、MOSFETに寄生するサイリ
スタ領域のラツチングする電流レベルを上げてゲ
ート制御範囲を広げることができる半導体装置を
得ることを目的とする。 This invention was made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to obtain a semiconductor device that can widen the gate control range by increasing the latching current level of the thyristor region parasitic to the MOSFET. .
[問題点を解決するための手段]
この発明に係る半導体装置は、第1の主面と第
2の主面とを有し、ドレイン層となる高不純物濃
度の第1導電形半導体基板と、この第1導電形半
導体基板の第1の主面に接する第1の主面とこの
第1の主面に互いに対向する第2の主面とを有す
る、ドレイン層となる低不純物濃度の第1の導電
形半導体層と、この第1導電形半導体層の第2の
主面の所定領域に露出面を有して島状に形成され
ると共に低不純物濃度の端部とこの端部より深く
形成された底面を備えた高不純物濃度の中央部と
を有する、少なくとも2つの第2導電形半導体か
らなるベース領域と、この各ベース領域の所定領
域に露出面を有して島状にかつ上記端部と中央部
との境界面を含むように配設された、高不純物濃
度の第1導電形半導体からなるソース領域と、上
記第1導電形半導体層の第2の主面に露出面を有
するドレイン層とこのドレイン層を介して対向し
それぞれの側に順次隣接して配設された上記ベー
ス領域およびソース領域とにわたつて、これらド
レイン層、ベース領域およびソース領域の露出面
上に絶縁膜を介して配設されたゲート電極と、前
記第1導電形半導体基板の第2の主面に露出面
を、第1導電形半導体基板内に底面を有し、この
底面がソース領域に正しく対向させて島状に配設
されると共に上記底面の幅が対向するソース領域
の幅と実質的に等しくかつ上記底面が上記第1導
電形半導体層の第1の主面に近接し、さらに上記
第1導電形半導体基板のドレイン層と同電位に接
続された高不純物濃度の第2導電形半導体領域と
を備えたものである。[Means for Solving the Problems] A semiconductor device according to the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface and having a high impurity concentration and serving as a drain layer; A first main surface with a low impurity concentration that becomes a drain layer and has a first main surface that is in contact with the first main surface of the first conductivity type semiconductor substrate and a second main surface that is opposite to the first main surface. a conductivity type semiconductor layer formed in an island shape with an exposed surface in a predetermined region of the second main surface of the first conductivity type semiconductor layer, and an end portion with a low impurity concentration and a region formed deeper than this end portion. a base region made of at least two second conductivity type semiconductors, having a central portion with a high impurity concentration and a bottom surface with a high impurity concentration; a source region made of a first conductivity type semiconductor with a high impurity concentration and arranged to include an interface between the first conductivity type semiconductor layer and the central part; and an exposed surface on a second main surface of the first conductivity type semiconductor layer. An insulating film is formed on the exposed surfaces of the drain layer, the base region, and the source region, spanning the drain layer and the base region and source region, which are arranged adjacent to each other and facing each other through the drain layer. a gate electrode disposed through the semiconductor substrate, an exposed surface on the second main surface of the first conductivity type semiconductor substrate, and a bottom surface within the first conductivity type semiconductor substrate, and the bottom surface correctly faces the source region. the bottom surface is substantially equal to the width of the opposing source region, and the bottom surface is close to the first main surface of the first conductivity type semiconductor layer; The second conductivity type semiconductor region has a high impurity concentration and is connected to the same potential as the drain layer of the first conductivity type semiconductor substrate.
[作用]
この発明においては、高不純物濃度の第2導電
形半導体領域が、前記第1導電形半導体基板の第
2の主面に露出面を、第1導電形半導体基板内に
底面を有し、この底面がソース領域に正しく対向
させて島状に配設されると共に上記底面の幅が対
向するソース領域の幅と実質的に等しくかつ上記
底面が上記第1導電形半導体層の第1の主面に近
接し、さらに上記第1導電形半導体基板のドレイ
ン層と同電位に接続されているので、第2導電形
半導体領域から第1導電形ドレイン半導体層への
キヤリアの注入が抑えられMOSFETに寄生する
トランジスタの直流電流増幅率hFEが下がる。ま
た、注入されたキヤリアはゲート電極直下の第1
導電形半導体層に流れる小部分とベース領域の中
央部の方向に流れる大部分とに分流される。この
ようにして、キヤリアが第2導電形半導体領域か
ら第1導電形ドレイン半導体層に効率的に注入さ
れるので、第1導電形ドレイン半導体層の伝導度
は従来と同程度に変調される。[Function] In the present invention, the second conductivity type semiconductor region having a high impurity concentration has an exposed surface on the second main surface of the first conductivity type semiconductor substrate and a bottom surface within the first conductivity type semiconductor substrate. , the bottom surface is arranged in an island shape so as to correctly face the source region, the width of the bottom surface is substantially equal to the width of the opposing source region, and the bottom surface is arranged in the first conductivity type semiconductor layer. Since it is close to the main surface and is connected to the same potential as the drain layer of the first conductivity type semiconductor substrate, injection of carriers from the second conductivity type semiconductor region to the first conductivity type drain semiconductor layer is suppressed. The DC current amplification factor h FE of the transistor parasitic on the transistor decreases. In addition, the injected carrier is in the first region directly under the gate electrode.
The flow is divided into a small portion flowing to the conductive semiconductor layer and a large portion flowing toward the center of the base region. In this way, carriers are efficiently injected from the second conductivity type semiconductor region into the first conductivity type drain semiconductor layer, so that the conductivity of the first conductivity type drain semiconductor layer is modulated to the same degree as in the prior art.
[実施例]
以下、この発明の実施例を図について説明す
る。なお、この実施例の説明において、従来の技
術の説明と重複する部分については適宜その説明
を省略する。[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of this embodiment, the description of parts that overlap with the description of the conventional technology will be omitted as appropriate.
第1図は、この発明の実施例であるモノリシツ
クに構成されたCAT素子の構造を示す断面図で
ある。この実施例の構成は以下の点を除いて第3
図の構成と同じである。すなわち、ドレイン/コ
レクタ電極8表面にp+形ドレンイ/コレクタ層
7の代わりにn+形ドレイン/コレクタ層10が
形成されており、このn+ドレイン/コレクタ層
の一方表面にドレインドリフト層6が形成されて
いる。また、各n+形ソース/エミツタ領域4直
下のn+形ドレイン/コレクタ層10の他方表面
にp+形ドレイン/コレクタ領域70が部分的に
形成されており、このp+形ドレイン/コレクタ
領域の底部はドレインドリフト層6表面と間隔を
隔てており、この間隔がn+形バツフア層100
を形成している。また、第5図と同様、p形ベー
ス領域5の中央部にp+形ベース中央領域50が
形成されている。n+形ソース/エミツタ領域4
とp形ベース領域5、p+形ベース中央領域50
とドレインドリフト層6、n+形ドレイン/コレ
クタ層10とはMOSFETに寄生するnpnトラン
ジスタを構成し、p形ベース領域5、p+形ベー
ス中央領域50とドレインドリフト層6、n+形
ドレイン/コレクタ層10とp+形ドレイン/コ
レクタ領域70とはMOSFETに寄生するpnpト
ランジスタを構成し、これら両トランジスタは寄
生サイリスタ領域を構成している。 FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a monolithically constructed CAT element according to an embodiment of the present invention. The configuration of this embodiment is as follows except for the following points.
The configuration is the same as the one shown in the figure. That is, an n + type drain/collector layer 10 is formed on the surface of the drain/collector electrode 8 instead of the p + type drain/collector layer 7, and a drain drift layer 6 is formed on one surface of this n + type drain/collector layer. It is formed. Further, a p + type drain/collector region 70 is partially formed on the other surface of the n + type drain/collector layer 10 directly below each n + type source/emitter region 4, and this p + type drain/collector region The bottom of the drain drift layer 6 is spaced apart from the surface of the drain drift layer 6, and this space is the n + type buffer layer 100.
is formed. Further, as in FIG. 5, a p + -type base center region 50 is formed in the center of the p-type base region 5 . n + type source/emitter region 4
and p type base region 5, p + type base central region 50
, the drain drift layer 6, the n + type drain/collector layer 10 constitute an npn transistor parasitic to the MOSFET, and the p type base region 5, the p + type base central region 50, the drain drift layer 6, the n + type drain/collector layer The collector layer 10 and the p + type drain/collector region 70 constitute a pnp transistor parasitic to the MOSFET, and both transistors constitute a parasitic thyristor region.
第2図は、第1図のCAT素子の等価回路を示
す図である。図において、このCAT素子の等価
回路は、ゲート電極端子Gとドレイン/コレクタ
電極端子D/C端子間にpinダイオードD2を寄生
するnチヤンネルMOSFETとなつている。 FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the CAT element shown in FIG. 1. In the figure, the equivalent circuit of this CAT element is an n-channel MOSFET in which a pin diode D2 is parasitic between the gate electrode terminal G and the drain/collector electrode terminal D/C terminal.
次にこのCAT素子の動作について説明する。
p+形ドレイン/コレクタ領域70が各n+形ソー
ス/エミツタ領域4直下のn+形ドレイン/コレ
クタ層10の他方表面に部分的に形成されてお
り、かつこのp+形ドレイン/コレクタ領域の底
部表面にn+形バツフア層100が形成されてい
るため、p+形ドレイン/コレクタ領域70(pnp
トランジスタのp+エミツタ)からドレインドリ
フト層6へホールが部分的に注入されるととも
に、この注入がn+形バツフア層100により抑
えられる。このため、寄生pnpトランジスタのベ
ース領域の輸送効率が低下してその直流電流増幅
率hFEが従来のCAT素子に比べて大幅に下がる。
また、p+形ドレイン/コレクタ領域70からの
ホールはドレインドリフト層6を絞られた状態で
上方に向かつて真つ直ぐ流れ、ホールの大部分は
p形ベース領域5の周辺部に、その一部分はp+
形ベース中央領域50に達してn+形ソース/エ
ミツタ電極1に抜ける。このため、ホール電流に
よるベース領域のRSでの電圧降下VSは従来の
CAT素子に比べて小さくなる。このように、こ
のCAT素子においては、寄生pnpトランジスタの
直流電流増幅率hFEが下がり、かつ寄生npnトラン
ジスタのp形ベース領域、p+形ベース中央領域
50で電圧降下VSが小さくなるため、従来の
CAT素子でのラツチングする電流レベルでは寄
生サイリスタ領域がラツチングしなくなる。すな
わち、従来のCAT素子に比べてラツチングする
電流レベルが上がることになる。このため、
CAT素子のターンオフが容易になつて高速高周
波スイツチング特性が向上する。また、この
CAT素子では、上述のようにラツチングする電
流レベルが上がるため、従来のCAT素子に比べ
てゲート制御範囲が広くなり、またその分CAT
素子の高電流密度化が可能となり、チツプサイズ
を小さくしてCAT素子の小形化、低コスト化を
図ることができる。また、ドレインドリフト層6
の伝導度変調については、n+形ソース/エミツ
タ領域4直下の部分で発生させるのが効果的であ
り、p+形ベース中央領域50直下での伝導度変
調は不必要である。このため、p+形ドレイン/
コレクタ領域70をn+形ソース/エミツタ領域
4直下にのみ部分的に形成して、p+形ドレイ
ン/コレクタ領域70からドレインドリフト層6
へのホールの注入を効率的に行なうようにしてお
り、これによつて、従来のCAT素子と同等の伝
導度変調効果を得ることができ、オン電圧を低く
することができる。また、従来のCAT素子にお
いてはp+形ドレイン/コレクタ層7がドレイン
ドリフト層6の全域にわたつて形成されているた
め、ターンオフ時において、ターンオン時にドレ
インドリフト層6に蓄積されたホールがp+形ド
レイン/コレクタ層7でブロツクされて抜けにく
かつたが、このCAT素子においてはホールがp+
形ドレイン/コレクタ領域70底部の狭い範囲で
しかブロツクされず、そのまわりのn+形ドレイ
ン/コレクタ層10に容易に抜けることができ、
これによつてもCAT素子のターンオフ動作が容
易となつて高速高周波スイツチング特性が向上す
る。 Next, the operation of this CAT element will be explained.
A p + -type drain/collector region 70 is partially formed on the other surface of the n + -type drain/collector layer 10 directly below each n + -type source/emitter region 4 , and Since the n + type buffer layer 100 is formed on the bottom surface, the p + type drain/collector region 70 (pnp
Holes are partially injected from the p + emitter of the transistor into the drain drift layer 6 , and this injection is suppressed by the n + type buffer layer 100 . For this reason, the transport efficiency of the base region of the parasitic pnp transistor is reduced, and its direct current amplification factor h FE is significantly lower than that of a conventional CAT element.
Further, the holes from the p + type drain/collector region 70 flow straight upwards while being squeezed through the drain drift layer 6, and most of the holes are located in the peripheral area of the p type base region 5 and a portion thereof. is p +
It reaches the central region 50 of the shaped base and exits to the n + type source/emitter electrode 1. Therefore, the voltage drop V S in the base region R S due to the Hall current is
Smaller than CAT elements. In this way, in this CAT element, the DC current amplification factor h FE of the parasitic pnp transistor decreases, and the voltage drop V S in the p-type base region and p + type base central region 50 of the parasitic npn transistor decreases. Traditional
At current levels that cause latching in the CAT device, the parasitic thyristor region no longer latches. In other words, the latching current level is higher than that of conventional CAT elements. For this reason,
Turn-off of the CAT element becomes easier, and high-speed high-frequency switching characteristics are improved. Also, this
With CAT devices, the latching current level increases as described above, so the gate control range is wider than with conventional CAT devices, and the CAT
It becomes possible to increase the current density of the device, and by reducing the chip size, it is possible to reduce the size and cost of the CAT device. In addition, the drain drift layer 6
It is effective to generate the conductivity modulation directly under the n + type source/emitter region 4, and the conductivity modulation directly under the p + type base central region 50 is unnecessary. For this reason, p + type drain/
The collector region 70 is partially formed only directly under the n + type source/emitter region 4, and the drain drift layer 6 is formed from the p + type drain/collector region 70.
Holes are efficiently injected into the CAT element, thereby achieving the same conductivity modulation effect as conventional CAT elements and lowering the on-state voltage. Furthermore, in the conventional CAT element, the p + -type drain/collector layer 7 is formed over the entire area of the drain drift layer 6, so that the holes accumulated in the drain drift layer 6 at the time of turn-off are p + However, in this CAT element, the holes are blocked by the p +
It is blocked only in a narrow area at the bottom of the type drain/collector region 70 and can easily penetrate into the surrounding n + type drain/collector layer 10.
This also facilitates the turn-off operation of the CAT element and improves high-speed high-frequency switching characteristics.
なお、上記実施例では、CAT素子がn形のも
のについて示したが、この発明は第1図の各層、
各領域の導電形を反対にしたp形のCAT素子に
ついても適用できることは言うまでもない。 In the above embodiment, the CAT element is of n-type, but the present invention is applicable to each layer in FIG.
Needless to say, the present invention can also be applied to a p-type CAT element in which the conductivity types of each region are reversed.
[発明の効果]
以上のように発明によれば、第1導電形半導体
基板の第2の主面に第1導電形ソース半導体領域
に正しく対向させて高不純物濃度の第2導電形半
導体領域を島状に形成し、この第2導電形半導体
領域の底面の幅が対向するソース領域の幅と実質
的に等しくかつ第1導電形ドレイン半導体層の第
1の主面に近接しているので、MOSFETに寄生
するサイリスタ領域のラツチングする電流レベル
を上げてゲート制御範囲を広げることができる半
導体装置を得ることができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the invention, the second conductivity type semiconductor region having a high impurity concentration is formed on the second main surface of the first conductivity type semiconductor substrate so as to correctly face the first conductivity type source semiconductor region. Formed in an island shape, the width of the bottom surface of the second conductivity type semiconductor region is substantially equal to the width of the opposing source region and is close to the first main surface of the first conductivity type drain semiconductor layer. It is possible to obtain a semiconductor device that can widen the gate control range by increasing the latching current level of the thyristor region parasitic to the MOSFET.
第1図は、この発明の実施例であるモノリシツ
クに構成されたCAT素子の構造を示す断面図で
ある。第2図は、第1図のCAT素子の等価回路
を示す図である。第3図は、従来のモノリシツク
に構成されたCAT素子の構造を示す断面図であ
る。第4図は、従来のCAT素子の等価回路を示
す図である。第5図は、従来のモノリシツクに構
成された他のCAT素子の構造を示す断面図であ
る。
図において、1はソース/エミツタ電極、2は
ゲート電極、3は酸化膜、4はn+形ソース/エ
ミツタ領域、5はp形ベース領域、50はp+形
ベース中央領域、6はドレインドリフト層、70
はp+形ドレイン/コレクタ領域、8はドレイ
ン/コレクタ電極、10はn+形ドレイン/コレ
クタ層、100はn+形バツフア層である。なお、
各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a monolithically constructed CAT element according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the CAT element shown in FIG. 1. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional monolithically constructed CAT element. FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of a conventional CAT element. FIG. 5 is a sectional view showing the structure of another conventional monolithically constructed CAT element. In the figure, 1 is a source/emitter electrode, 2 is a gate electrode, 3 is an oxide film, 4 is an n + type source/emitter region, 5 is a p type base region, 50 is a p + type base center region, and 6 is a drain drift. layer, 70
is a p + type drain/collector region, 8 is a drain/collector electrode, 10 is an n + type drain/collector layer, and 100 is an n + type buffer layer. In addition,
The same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
層となる高不純物濃度の第1導電形半導体基板
と、 この第1導電形半導体基板の第1の主面に接す
る第1の主面とこの第1の主面に互いに対向する
第2の主面とを有する、ドレイン層となる低不純
物濃度の第1導電形半導体層と、 この第1導電形半導体層の第2の主面の所定領
域に露出面を有して島状に形成されると共に低不
純物濃度の端部とこの端部より深く形成された底
面を備えた高不純物濃度の中央部とを有する、少
なくとも2つの第2導電形半導体からなるベース
領域と、 この各ベース領域の所定領域に露出面を有して
島状にかつ上記端部と中央部との境界面を含むよ
うに配設された、高不純物濃度の第1導電形半導
体からなるソース領域と、 上記第1導電形半導体層の第2の主面に露出面
を有するドレイン層とこのドレイン層を介して対
向しそれぞれの側に順次隣接して配設された上記
ベース領域およびソース領域とにわたつて、これ
らドレイン層、ベース領域およびソース領域の露
出面上に絶縁膜を介して配設されたゲート電極
と、 前記第1導電形半導体基板の第2の主面に露出
面を、第1導電形半導体基板内に底面を有し、こ
の底面がソース領域に正しく対向させて島状に配
設されると共に上記底面の幅が対向するソース領
域の幅と実質的に等しくかつ上記底面が上記第1
導電形半導体層の第1の主面に近接し、さらに上
記第1導電形半導体基板のドレイン層と同電位に
接続された高不純物濃度の第2導電形半導体領域
と、 を備えた半導体装置。[Claims] 1. A first conductivity type semiconductor substrate having a first principal surface and a second principal surface and having a high impurity concentration and serving as a drain layer; a first conductivity type semiconductor layer with a low impurity concentration and serving as a drain layer, the first conductivity type semiconductor layer having a first principal surface in contact with the principal surface and a second principal surface mutually opposing the first principal surface; A central portion with a high impurity concentration, which is formed in an island shape with an exposed surface in a predetermined region of the second main surface of the semiconductor layer, and has an end portion with a low impurity concentration and a bottom surface formed deeper than the end portion. a base region made of at least two second conductivity type semiconductors, and each base region has an exposed surface in a predetermined region in an island shape and includes a boundary surface between the end portion and the center portion. a source region made of a first conductivity type semiconductor having a high impurity concentration; and a drain layer having an exposed surface on the second main surface of the first conductivity type semiconductor layer, each facing the drain layer through the drain layer. a gate electrode disposed via an insulating film on the exposed surfaces of the drain layer, the base region, and the source region, spanning the base region and the source region disposed adjacent to each other in sequence on the side of the base region; The first conductivity type semiconductor substrate has an exposed surface on the second main surface and a bottom surface within the first conductivity type semiconductor substrate, and the bottom surface is disposed in an island shape so as to correctly face the source region, and the bottom surface is substantially equal to the width of the opposing source region, and the bottom surface is substantially equal to the width of the opposing source region.
A semiconductor device comprising: a second conductive type semiconductor region having a high impurity concentration and close to a first main surface of the conductive type semiconductor layer and further connected to the same potential as the drain layer of the first conductive type semiconductor substrate.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19073585A JPS6248073A (en) | 1985-08-27 | 1985-08-27 | Semiconductor device |
| DE19863628857 DE3628857A1 (en) | 1985-08-27 | 1986-08-25 | SEMICONDUCTOR DEVICE |
| US06/900,443 US4841345A (en) | 1985-08-27 | 1986-08-26 | Modified conductivity modulated MOSFET |
| FR868612130A FR2586862B1 (en) | 1985-08-27 | 1986-08-27 | SEMICONDUCTOR DEVICE IN PARTICULAR OF THE MOSFET TYPE. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19073585A JPS6248073A (en) | 1985-08-27 | 1985-08-27 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6248073A JPS6248073A (en) | 1987-03-02 |
| JPH0551188B2 true JPH0551188B2 (en) | 1993-07-30 |
Family
ID=16262905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19073585A Granted JPS6248073A (en) | 1985-08-27 | 1985-08-27 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6248073A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160002090A (en) * | 2014-06-30 | 2016-01-07 | 주식회사 에이원에듀 | Angle adjustment type Collection bookshelf |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006332199A (en) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | SiC semiconductor device |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE8107136L (en) * | 1980-12-02 | 1982-06-03 | Gen Electric | STEERING ELECTRICAL EQUIPMENT |
| JPS594077A (en) * | 1982-06-30 | 1984-01-10 | Toshiba Corp | Field-effect transistor |
-
1985
- 1985-08-27 JP JP19073585A patent/JPS6248073A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160002090A (en) * | 2014-06-30 | 2016-01-07 | 주식회사 에이원에듀 | Angle adjustment type Collection bookshelf |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6248073A (en) | 1987-03-02 |
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