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JPH01196874A - Insulated gate semiconductor device - Google Patents

Insulated gate semiconductor device

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Publication number
JPH01196874A
JPH01196874A JP63021221A JP2122188A JPH01196874A JP H01196874 A JPH01196874 A JP H01196874A JP 63021221 A JP63021221 A JP 63021221A JP 2122188 A JP2122188 A JP 2122188A JP H01196874 A JPH01196874 A JP H01196874A
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JP
Japan
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region
current
source region
base
latch
Prior art date
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Granted
Application number
JP63021221A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2576173B2 (en
Inventor
Norihito Tokura
規仁 戸倉
Naoto Okabe
岡部 直人
Kunihiko Hara
邦彦 原
Kazuhiko Kondo
和彦 近藤
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.)
Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NipponDenso Co Ltd filed Critical NipponDenso Co Ltd
Priority to JP63021221A priority Critical patent/JP2576173B2/en
Publication of JPH01196874A publication Critical patent/JPH01196874A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2576173B2 publication Critical patent/JP2576173B2/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D12/00Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/411Insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/441Vertical IGBTs
    • H10D12/461Vertical IGBTs having non-planar surfaces, e.g. having trenches, recesses or pillars in the surfaces of the emitter, base or collector regions
    • H10D12/481Vertical IGBTs having non-planar surfaces, e.g. having trenches, recesses or pillars in the surfaces of the emitter, base or collector regions having gate structures on slanted surfaces, on vertical surfaces, or in grooves, e.g. trench gate IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/17Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
    • H10D62/393Body regions of DMOS transistors or IGBTs 

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  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To increase a latch-up current value largely without elevating ON resistance by making the energy gap of a semiconductor material in a source region smaller than that of a semiconductor material in a base region. CONSTITUTION:The energy gap of a semiconductor material in a base region 23 is made larger than that of a semiconductor material in a source region 24. The greater part of holes (or electrons) flowing into the p base region 23 from n<-> epitaxial 22 are bypassed to the source region 24. Accordingly, the inflow of electrons not controlled by a gate in electrons (or holes) flowing into the base region 23 from the source region 24 is prevented, thus solving the cause of a latch-up.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、大電流領域までラッチアップ現象が生じな
いようにした絶縁ゲート型半導体装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an insulated gate type semiconductor device that prevents latch-up from occurring even in a large current region.

[従来の技術] 従来、例えば特開昭60−196974号公報に示され
るD S A (D irf’usion  S el
fA lfgna+cnt)構造の絶縁ゲート型半導体
装置が知られている。この絶縁ゲート型半導体装置は一
般にパワーMOSに比較して、同一耐圧、同一チップサ
イズのときのオン抵抗を小さ(することができる利点を
t!jっでいるが、大電流領域でゲート電圧により1す
御不能になる、いわゆるラッチアップが発生する問題か
あった。そこで、従来ラッチアップが発生する電流値(
以下ラッチアップ電流値と称する)を高くするため、下
記の対策方法が提案されている。
[Prior Art] Conventionally, D SA (Dirf'usion S el
An insulated gate semiconductor device having an fA lfgna+cnt) structure is known. Compared to power MOS, this insulated gate type semiconductor device generally has the advantage of having a small on-resistance for the same breakdown voltage and same chip size, but it has the advantage of being able to have a small on-resistance when the voltage is the same and the chip size is the same. There was a problem that so-called latch-up occurred, which caused the motor to become uncontrollable.Therefore, the current value at which latch-up occurs
In order to increase the latch-up current value (hereinafter referred to as latch-up current value), the following countermeasures have been proposed.

a)p+ドレイン層と、n十エピタキシャル層の間にn
十型のバッファ層を設けて、正孔の注入を抑制する。
a) n between the p+ drain layer and the n+ epitaxial layer
A ten-shaped buffer layer is provided to suppress hole injection.

b)n+ソース幅を小さくして、ベース内横力向に走行
する正孔の長さを短くする。
b) Reduce the n+ source width to shorten the length of holes traveling in the transverse force direction within the base.

C)高エネルギー電子線等を照射して、n″″″エピタ
キシヤル層内数キャリアに対する再結合中心を作り込む
C) Create recombination centers for number carriers in the n'''' epitaxial layer by irradiating with a high-energy electron beam or the like.

しかし、上記a)およびC)の方法は、n−エピタキシ
ャル層の正孔濃度を減少させるため、オン抵抗が増加す
るという問題点がある。またb)の方法は、フォトリソ
グラフィ技術を用いるため、数μmの加工限界があり、
ラッチアップ電流の改汲に上限があった。
However, methods a) and c) above have a problem in that the on-resistance increases because the hole concentration in the n-epitaxial layer is reduced. In addition, method b) uses photolithography technology, so there is a processing limit of several μm.
There was an upper limit on how much latch-up current could be reduced.

[発明が解決しようとする課題] この発明はに記のような点に鑑みなされたもので、大電
流領域においてラッチアップ現象が発生されることを効
果的に抑止できるように、ラッチアップ電流が大幅に高
く設定できるようにし、さらにはラッチアップ現象を無
くすることができるようにする絶縁ゲート型半導体装置
を提供しようとするものである。
[Problems to be Solved by the Invention] This invention has been made in view of the points mentioned below, and is designed to reduce the latch-up current so that the latch-up phenomenon can be effectively suppressed from occurring in the large current region. The present invention aims to provide an insulated gate semiconductor device that can be set to a significantly higher value and further eliminate the latch-up phenomenon.

[課題を解決するための手段] すなわち、この発明に係る絶縁ゲート型半導体装置にあ
っては、特にベース領域を構成する半導体材料のエネル
ギーギャップに対して、ソース領域を構成する半導体材
料のエネルギーギャップを小さく設定させるものである
[Means for Solving the Problems] That is, in the insulated gate semiconductor device according to the present invention, the energy gap of the semiconductor material forming the source region is particularly smaller than the energy gap of the semiconductor material forming the base region. is set to a small value.

[作用] すなわち、この絶縁ゲート型半導体装置にあっては、ベ
ース領域の半導体材料のエネルギーギャップをEgsと
し、ソース領域の半導体材料のエネルギーギャップをE
gsとした場合、Egs<EgB・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・(1)の関係とされるも
のであり、n−エピタキシャル層よりpベース領域に流
入するようになる正孔(または電子)の大部分がソース
領域にバイパスされるようになり、ソース領域からベー
ス領域に流入する電子(または正孔)の内、ゲートによ
って制御されない電子の流入が阻止され、ラッチアップ
の原因が解決されるようになるものである。
[Function] That is, in this insulated gate semiconductor device, the energy gap of the semiconductor material in the base region is Egs, and the energy gap of the semiconductor material in the source region is Egs.
If gs, Egs<EgB...
・・・・・・・・・・・・・・・This is the relationship shown in (1), and most of the holes (or electrons) flowing into the p base region from the n-epitaxial layer are Among the electrons (or holes) that are bypassed to the source region and flow into the base region, the flow of electrons that are not controlled by the gate is prevented, and the cause of latch-up is resolved. It is.

[発明の実施例コ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。[Embodiments of the invention] Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図はV溝構造の絶縁ゲート型半導体装置の断面構成
を示しているものであり、第2図ではこの絶縁ゲート型
半導体装置(以下IGBTm I n5ulaLed 
 G ate B 1polar  T ransls
torと称する)の製造工程を示している。
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of an insulated gate semiconductor device with a V-groove structure, and FIG.
G ate B 1polar T ransls
(referred to as tor)).

すなわち、このIGBTはまず第2図の(A)で示され
るようにシリコンでなるp+ドレイン層21の表面に、
n−エピタキシャル層22を成長形成させ、このエピタ
キシャル層22の表面部に、第2図(B)で示すように
拡散工程によってpベース層23を形成する。
That is, in this IGBT, first, as shown in FIG. 2(A), on the surface of the p+ drain layer 21 made of silicon,
An n-epitaxial layer 22 is grown and a p base layer 23 is formed on the surface of the epitaxial layer 22 by a diffusion process as shown in FIG. 2(B).

このようにしてベース層23が形成されたならcf1第
2図(C)に示すようにこのベース層23の表面に、シ
リコンに比べてエネルギーノくンドギャップ(以下これ
をEgと略称する)の小さL1n十半導体材料、例えば
ゲルマニウムをエピタキシャル成長させ、n+ソース領
域24を形成する。このようにしてソース領域24が形
成されたならば、第2図(D)で示すように、ウェット
エツチングによってn−エピタキシャル層22に至るV
溝25を形成し、第2図(E)に示すように上記■溝2
5を含むソース領域24の表面に、ゲート酸化膜26を
形成する。
If the base layer 23 is formed in this way, as shown in cf1 FIG. A small L1n semiconductor material, such as germanium, is epitaxially grown to form the n+ source region 24. Once the source region 24 is formed in this way, as shown in FIG.
A groove 25 is formed, and as shown in FIG. 2(E),
A gate oxide film 26 is formed on the surface of the source region 24 including the source region 5.

そして、第2図(F)で示すようにn+ソース領域24
およびゲート酸化膜26をエツチングにより成型し、第
1図で示されるようにゲート電極27、ソース電極2B
、さらにドレイン電極29を所定位置に形成し、IGB
T素子が完成されるものである。
Then, as shown in FIG. 2(F), the n+ source region 24
Then, a gate oxide film 26 is formed by etching, and as shown in FIG.
Furthermore, a drain electrode 29 is formed at a predetermined position, and the IGB
This completes the T element.

尚、上記素子でpベース23とn÷ソース領域24とは
、シリコンとシリコン以外の例えばゲルマニウムとの接
合を形成するもので、これはへテロ接合を成す。
In the above element, the p base 23 and the n/source region 24 form a junction between silicon and a material other than silicon, such as germanium, and form a heterojunction.

ここで仮にV溝を有する構造のIGBTで、p−14ド
レイン層21. n入エピタキシャル層22、pベース
層23およびn+ソース領域24がそれぞれシリコンに
よって構成されているものを比較例とする。
Here, suppose that the IGBT has a V-groove structure, and the p-14 drain layer 21. As a comparative example, the n-type epitaxial layer 22, the p base layer 23, and the n+ source region 24 are each made of silicon.

第4図(A)は上記比較例の構成の素子の左半分部分を
示しくB)はその等価回路を示しているものであるが、
この素子のゲート電極27に充分な大きさの正電圧か印
加されるようになると、チャンネル31が開かれるよう
になり、電子電流■0がソース電極28からソース領域
24、エピタキシャル層22、そしてドレイン層21の
順に流れるようになる。この電子電流の流れによってド
レイン層21およびエピタキシャル層22のpn接合部
が順バイアスされるようになり、大量の正孔電流1hl
およびIh2の流れが生ずる。ここで、正孔電流1hl
はドレイン層21からエピタキシャル層22を介してベ
ース層23に流れるようになり、このベース層23では
上記正孔電流がこの層23に沿って横方向に流れ、ソー
ス電極28に至るようになる。また正孔電流Ih2はベ
ース層23で特に横方向に流れることなく、ソース電極
28に流入される。
FIG. 4(A) shows the left half of the element with the configuration of the above comparative example, and FIG. 4(B) shows its equivalent circuit.
When a sufficiently large positive voltage is applied to the gate electrode 27 of this device, the channel 31 becomes open, and an electron current 0 flows from the source electrode 28 to the source region 24, the epitaxial layer 22, and the drain. The liquid flows in the order of layer 21. Due to the flow of this electron current, the pn junction of the drain layer 21 and the epitaxial layer 22 becomes forward biased, and a large amount of hole current 1hl
and Ih2 flows. Here, the hole current 1hl
flows from the drain layer 21 through the epitaxial layer 22 to the base layer 23, where the hole current flows laterally along this layer 23 and reaches the source electrode 28. Further, the hole current Ih2 does not particularly flow laterally in the base layer 23, but instead flows into the source electrode 28.

この電子電流■0および正孔電流Ihl、I h2の流
れを等価回路によって説明すると、まず電子電流10の
流れは、ソース電極28内の点a、n+ソース領域24
の点b1チャンネル31の抵抗Rch。
To explain the flow of the electron current 0 and the hole currents Ihl and Ih2 using an equivalent circuit, the flow of the electron current 10 starts from point a in the source electrode 28 to point a in the n+ source region 24.
Resistance Rch of point b1 channel 31.

n″″エピタキシャル層22の点dを順次通過するよう
になる。
The point d of the n'''' epitaxial layer 22 is successively passed through.

また正孔電流Ihlは、エピタキシャル層22内の点d
、pベース層2層内3内c1ソース電極28内の点aを
順次通過するように流れる。ここで、上記正孔電流1h
lはpベース層23で横方向に流れるときに、この部分
の抵抗RDによって電圧降下vr3を生ずる。そして、
この電圧降下VBが、室温の状態でVI3<0.6V”
であれば、ソース領域24およびベース層23の接合部
に存在するダイオードDはオンされない。
Further, the hole current Ihl is at a point d in the epitaxial layer 22.
, flows sequentially through point a in the c1 source electrode 28 in the p base layer 2 layer 3. Here, the above hole current 1 h
When l flows laterally in the p base layer 23, a voltage drop vr3 occurs due to the resistance RD in this portion. and,
This voltage drop VB is VI3<0.6V at room temperature.
If so, the diode D present at the junction between the source region 24 and the base layer 23 is not turned on.

しかし、ドレイン電流が増加するような状態となると、
正孔電流1hも増加するようになり、“VB>0.6V
“の条件が成立するようになる。
However, when the drain current increases,
The hole current 1h also increases, and “VB>0.6V
“The condition comes to hold true.

したがってダイオードDがオンするようになり、点すか
ら点Cに向かって新たな電子の流れI elが発生する
Therefore, diode D turns on, and a new flow of electrons Iel is generated toward point C.

この電子の流れ1 clは第4図(A)で示したIGB
T素子の構造に内蔵されるpnpnのサイリスク構造の
動作を誘発したことになり、いわゆるラッチアップ現象
に突入したことになる。
This electron flow 1 cl is the IGB shown in Figure 4 (A).
This means that the operation of the pnpn silice structure built in the structure of the T element is induced, and a so-called latch-up phenomenon occurs.

このようなラブチアツブ現象が発生した状態においては
、第5図の(A)で示されるように、ゲート制御不1■
能な大量電子電流1cノの流れと、正孔電流の流れIh
ノが、p”n’−pn+の4層を横切って生ずるように
なり、この電子電流1eノおよび正孔電流Ihl!の流
れは、第5図(B)の等価回路においては、ソース・ベ
ース接合のダイオードDがオンしていることに相当する
ようになる。
In a state where such a love-throttle phenomenon occurs, as shown in FIG. 5(A), the gate control malfunctions.
The flow of a large amount of electron current 1c and the flow of hole current Ih
The flow of electron current 1e and hole current Ihl! occurs across the four layers p"n'-pn+, and in the equivalent circuit of FIG. 5(B), the flow of electron current 1e and hole current Ihl! This corresponds to the junction diode D being turned on.

このようなIGBT素子のラッチアップ現象は、サイリ
スタと同様にドレイン電流を所定値以下の状態に下げる
まで持続される。そして、このようなラッチアップ現象
は、シリコンの単一半導体材料を用いて構成する限り、
本質的に内在する問題である。
Similar to a thyristor, such a latch-up phenomenon of an IGBT element continues until the drain current is lowered to a predetermined value or less. This latch-up phenomenon can be avoided as long as a single semiconductor material of silicon is used.
This is an inherent problem.

第1図および第2図を用いて説明した実施例のI GB
T素子にあっては、上記のような問題点を解決するもの
であって、その動作状態を第3図(A)で示した左半分
の構成と、同図(B)の等価用路を用いて説明する。こ
の実施例の素子にあっては、前述したようにベース層2
3はn−エピタキシャル層22の表面に不純物を拡散す
ることによって構成されるものであり、ソース領域24
はシリコンに比べてエネルギーバンドギャップEgの小
さい、例えばゲルマニウムでなるn十半導体材料によっ
て構成され、ソース・ベース接合がへテロ接合で構成さ
れている。
IGB of the embodiment explained using FIGS. 1 and 2
The T element solves the above problems, and its operating state is shown in the left half configuration shown in Figure 3 (A) and the equivalent path in Figure 3 (B). I will explain using In the device of this example, the base layer 2 is
3 is constructed by diffusing impurities into the surface of the n-epitaxial layer 22, and the source region 24
is made of a semiconductor material made of germanium, for example, which has a smaller energy band gap Eg than silicon, and the source/base junction is made of a heterojunction.

したがって、第3図の(A)で示した構造において、ゲ
ート電極27に充分な正の電圧が印加設定されると、チ
ャンネル31が開き、電子電流IOの流れが生ずる。こ
れに対して正孔電流1hl、Ih2.1113およびI
h4が生ずるもので、特に正孔電流Ihlはpベース層
23に流入した後、横方向に流れる成分1h2とn÷ソ
ース領域24に流れる成分1h3とに分れる。すなわち
、第3図(B)の等価回路において、点dから点Cに流
入した正孔電流1hlは、2分されての一部の正孔電流
Ih2はpベース領域23の横方向の抵抗R,による電
圧降下vBlを生じて点aに流れるようになり、残りの
正孔電流1h3はダイオードDiを通過して点すから点
aに流れるようになる。すなわち、次の関係が成り立つ
Therefore, in the structure shown in FIG. 3A, when a sufficient positive voltage is applied to the gate electrode 27, the channel 31 opens and an electron current IO flows. On the other hand, the hole current is 1hl, Ih2.1113 and I
In particular, after the hole current Ihl flows into the p base layer 23, it is divided into a component 1h2 that flows in the lateral direction and a component 1h3 that flows into the n/source region 24. That is, in the equivalent circuit of FIG. 3(B), the hole current 1hl that has flowed from point d to point C is divided into two parts, and a part of the hole current Ih2 is caused by the lateral resistance R of the p base region 23. , a voltage drop vBl occurs and the current flows to point a, and the remaining hole current 1h3 passes through the diode Di and flows to point a. That is, the following relationship holds true.

1 hl −1h2+I h3・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・(2)ここで、第4図(A
)(B)で示した比較例の場合と、第3図(A)(B)
で示した実施例であるソース領域24に(1)式を満足
する材料(例えばゲルマニウム)を用いた構造の場合と
の、正孔電流および電子電流の流れの相違点を検討する
と次のようになる。
1 hl -1h2+I h3・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・(2) Here, Figure 4 (A
) (B) and the case of the comparative example shown in Fig. 3 (A) (B).
Examining the differences in the flow of hole current and electron current from the structure in which the source region 24 is made of a material (e.g., germanium) that satisfies equation (1), which is the example shown in , is as follows. Become.

a)正孔電流Ihlが等しい状態では、実施例の場合I
h2およびIb3に分流するので、抵抗R8部分での電
圧降下は次式のようになる。
a) In the state where the hole current Ihl is equal, in the example case I
Since the current is shunted to h2 and Ib3, the voltage drop at the resistor R8 is as shown in the following equation.

VBlくVB・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・(3)b)電圧降下分VDが所
定値(0,6V)より大きくなると、第4図の場合ダイ
オードDに電子電流1elの流れが生ずるのに対して、
第3図の実施例にあっては、抵抗RBにおける電圧降下
分V81が所定値(n+ソース領域24の材料により異
なる)を越えるとダイオードDIがオンし、ここに正孔
電流1h3が流れて、正孔電流Ihlの一部が点Cから
点すに流れるようになる。但し、電子電流は点すから点
Cに流れない。
VBlkuVB・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・(3)b) When the voltage drop VD becomes larger than the predetermined value (0.6V), an electron current of 1el flows through the diode D in the case of Fig. 4, whereas hand,
In the embodiment shown in FIG. 3, when the voltage drop V81 across the resistor RB exceeds a predetermined value (varies depending on the material of the n+ source region 24), the diode DI is turned on, and a hole current 1h3 flows therein. A part of the hole current Ihl begins to flow from point C to point C. However, since the electron current is turned on, it does not flow to point C.

C)正孔電流がさらに増大するようになると、比較例の
構造では第5図で説明したようにラッチアップ現象が発
生するようになる。しかし、第3図で示された実施例素
子では、前記(2)式において正孔電流1hlが増大し
ても、ダイオードDIを流れる正孔電流1h3が増大す
るのみであって、正孔電流1h2は増大しない。したが
って電圧降下Vslも増加しないものであり、点すから
点Cへの電子の流れは存在せず、ラッチアップ現象が生
じない。すなわち、第3図で示された実施例素子におい
ては、電子電流の流れはチャンネル31を介して流れる
経路に規制されるようになり、ゲート電圧が低下されれ
ば、上記チャンネル31はオフ状態とされ、このI G
BT素子はオフ制御されるようになる。
C) When the hole current increases further, the latch-up phenomenon begins to occur in the structure of the comparative example as explained in FIG. 5. However, in the example element shown in FIG. 3, even if the hole current 1hl increases in equation (2), only the hole current 1h3 flowing through the diode DI increases, and the hole current 1h2 does not increase. Therefore, the voltage drop Vsl does not increase, there is no flow of electrons from point C to point C, and no latch-up phenomenon occurs. That is, in the example device shown in FIG. 3, the flow of electron current is restricted to the path through the channel 31, and when the gate voltage is lowered, the channel 31 is turned off. and this IG
The BT element is now controlled to be off.

次に前記(1)式が満足されれば上記b)およびC)が
成り立つようになる原理を説明する。
Next, we will explain the principle by which the above b) and C) become true if the above equation (1) is satisfied.

第3図の(A)および(B)において、n+ソース領域
24とpベース層23のへテロ接合に相当するダイオー
ドDIを流れる正孔電流1h3と電子電流Ieを用いて
次の値γを定義する。
In (A) and (B) of FIG. 3, the following value γ is defined using the hole current 1h3 and electron current Ie flowing through the diode DI corresponding to the heterojunction between the n+ source region 24 and the p base layer 23. do.

γ箇1e / (Ih3+Ie )  ・・・・・・・
・・・・・ (4)この値γは、ヘテロ接合バイポーラ
トランジスタ(以下HB Tと略称する)のエミッタ効
率と同一である。そして、このエミッタ効率γは次式で
与えられる。
γ 1e / (Ih3+Ie) ・・・・・・・
(4) This value γ is the same as the emitter efficiency of a heterojunction bipolar transistor (hereinafter abbreviated as HBT). Then, this emitter efficiency γ is given by the following equation.

γ−1/  11 +  (PE DE We )/(
ns DB LE )  ・ cxp  (ΔEg /KT)l  ・−(5)但し、
P % n ’正孔濃度、電子濃度D=拡散係数 WD:ベース幅 LE:エミッタ中の少数キャリアの 拡散長 °ΔEg ””Eg E  Eg s・・・・・・・・
・(6)但し、K:ボルツマン定数 T:絶対温度 上記HBTてはγをできるだけ「1」に近付けるだめに
、エミッタとベースのバンドギャップEggおよびEg
oの差であるΔEg  (−Eg E−Ev、B)を大
きくするようにしている。すなわち、エミッタのバンド
ギャップをベースのバンドギャップより大きくする凄、
のである。
γ−1/11 + (PE DE We )/(
ns DB LE ) ・cxp (ΔEg /KT)l ・−(5) However,
P % n' Hole concentration, electron concentration D = Diffusion coefficient WD: Base width LE: Diffusion length of minority carriers in emitter °ΔEg ””Eg E Eg s・・・・・・・・・
・(6) However, K: Boltzmann's constant T: Absolute temperature In the above HBT, in order to make γ as close to "1" as possible, the band gaps Egg and Eg between the emitter and base are
ΔEg (−Eg E−Ev, B), which is the difference in o, is increased. In other words, it is important to make the emitter bandgap larger than the base bandgap.
It is.

これに対して(1)式はHBTとは逆の操作を意味する
ことになる。すなわち、ΔEgをIGBT素子において
は次式で再定義するようになる。
On the other hand, equation (1) means an operation opposite to that of HBT. That is, ΔEg in the IGBT element is redefined by the following equation.

ΔEg = Eg s −Eg Ll・・・・・・・・
・・・・・・・(7)この発明では“ΔEgB>Δgs
°よりΔEg<0となるもので、室温においC l ΔEg l >KT ”、 23aheV−・−−
−−・−(8)を満足すれば、次の結果が得られる。
ΔEg = Egs −Eg Ll・・・・・・・・・
(7) In this invention, “ΔEgB>Δgs
ΔEg<0 from °, and at room temperature C l ΔEg l > KT '', 23aheV-・--
--.- If (8) is satisfied, the following result is obtained.

0くγ(1・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・(9)したがって、上記(
9)式および(4)式より、’、  I c < I 
h・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
(10)したがって、上記(7)〜(10)式よりn+
ソース領域24にシリコンに比較してKT(エネルギー
バンドギャップ)の数倍乃至数十倍だけ小さい半導体材
料を用いれば上記(10)式が成立し、ソース・ベース
接合に相当するダイオードD1は、オン状態のときに整
合電流のみ流れ、電子電流がほとんど流れないことがわ
かる。この結果から、第3図に示されるダイオードD1
を介して流れる正孔電流Ih3が発生することが確認さ
れるもので、このダイオードDiには電子電流が流れな
いものである。
0kuγ(1・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・(9) Therefore, the above (
From equations 9) and 4, ', I c < I
h・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
(10) Therefore, from the above equations (7) to (10), n+
If a semiconductor material whose KT (energy band gap) is several times to several tens of times smaller than that of silicon is used for the source region 24, the above equation (10) is established, and the diode D1 corresponding to the source-base junction is turned on. It can be seen that only matching current flows in this state, and almost no electron current flows. From this result, the diode D1 shown in FIG.
It is confirmed that a hole current Ih3 flowing through the diode Di is generated, and no electron current flows through the diode Di.

尚、上記実施例にあっては、nチャンネル型のI GB
T素子について説明しているものであるが、これは実施
例中のnとpとを置き換えたpチャンネル型においても
同様である。また実施例では■溝構造についてその効果
等を説明しているものであるが、これは他の構造の場合
であっても、例えばDSA構造であっても、同様に実施
できるものである。
In the above embodiment, the n-channel type IGB
Although the explanation is for a T element, the same applies to a p-channel type in which n and p in the embodiment are replaced. Further, in the embodiment, the effects and the like are explained with respect to the groove structure, but the same can be applied to other structures, such as the DSA structure.

また、実施例ではベース領域23をシリコンで構成し、
ソース領域24をゲルマニウムで構成するように説明し
たが、その他にソース領域24を構成する材料としてゲ
ルマニウムとシリコンの混晶、3族と5族との化合物半
導体(例えばInASsGa Sb、In Sb) 、
2族と6族との化合物半導体等が挙げられる。
Further, in the embodiment, the base region 23 is made of silicon,
Although the source region 24 has been described as being made of germanium, other materials constituting the source region 24 include a mixed crystal of germanium and silicon, a group 3 and group 5 compound semiconductor (for example, InASsGa Sb, In Sb),
Examples include compound semiconductors of Group 2 and Group 6.

[発明の効果] 以上のようにこの発明に係る絶縁ゲート型半導体装置に
あっては、オン抵抗の増大という犠牲を払うことなく、
ラッチアップ電流値を大幅に高(することができるもの
であり、あるいはラッチアップ現象の発生を抑止するこ
とができるものであって、低損失な状態で信頼性が確実
に向上される絶縁ゲート型半導体装置とすることができ
るものである。
[Effects of the Invention] As described above, in the insulated gate semiconductor device according to the present invention, without sacrificing an increase in on-resistance,
An insulated gate type that can significantly increase the latch-up current value or suppress the occurrence of the latch-up phenomenon, and that reliably improves reliability with low loss. It can be made into a semiconductor device.

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

第1図はこの発明の二実施例に係る絶縁ゲート型半導体
装置の構成を説明する断面構成図、第2図の(A)〜(
F)は上記半導体装置の製造工程を順次示す図、第3図
の(A)は上記MO8FETの左半分部分の断面構成図
、同図(B)はその等価回路図、第4図および第5図の
それぞれ(A)は上記実施例素子の構造に対応する素子
の断面構成を示す図、同じく(B)はそれぞれ(A)図
で示した素子の等価回路を示す図である。 21・・・p+ドレイン層、22・・・n″″″エピタ
キシヤル層3・・・pベース層、24・・・n+ソース
層、27・・・ゲート電極、28・・・ソース電極、I
e・・・電子電流、Ih 、 Ib1−Ih3・・・正
孔電流。 出願人代理人  弁理士 鈴江武彦 じ 第1図 (A)            (B)(C)    
        (D)(E)           
 (F)第2図
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram illustrating the configuration of an insulated gate type semiconductor device according to two embodiments of the present invention, and FIG.
F) is a diagram sequentially showing the manufacturing process of the semiconductor device, FIG. 3A is a cross-sectional configuration diagram of the left half of the MO8FET, FIG. Each of the figures (A) is a diagram showing a cross-sectional configuration of an element corresponding to the structure of the example element described above, and similarly (B) is a diagram showing an equivalent circuit of the element shown in Figure (A). 21...p+ drain layer, 22...n""" epitaxial layer 3...p base layer, 24...n+ source layer, 27... gate electrode, 28... source electrode, I
e...Electron current, Ih, Ib1-Ih3...Hole current. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 1 (A) (B) (C)
(D) (E)
(F) Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 ドレイン領域である第1導電型層の主表面側に第2導電
型領域を有する半導体基板と、この半導体基板の主表面
側の所定領域に形成される第1の導電型のベース領域と
、このベース領域表面にチャンネル領域が残るように形
成された第2導電型のソース領域と、前記チャンネル領
域上に絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有する
絶縁ゲート型半導体装置において、 前記ベース領域の半導体材料のエネルギーギャップに対
して、前記ソース領域の半導体材料のエネルギーギャッ
プを小さくしたことを特徴とする絶縁ゲート型半導体装
置。
[Scope of Claims] A semiconductor substrate having a second conductivity type region on the main surface side of a first conductivity type layer which is a drain region, and a first conductivity type region formed in a predetermined region on the main surface side of this semiconductor substrate. an insulated gate type semiconductor having a base region, a second conductivity type source region formed so that a channel region remains on the surface of the base region, and a gate electrode formed on the channel region with an insulating film interposed therebetween. An insulated gate type semiconductor device, characterized in that an energy gap of a semiconductor material of the source region is smaller than an energy gap of a semiconductor material of the base region.
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