JP2000058814A - Semiconductor element - Google Patents

Semiconductor element

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JP2000058814A
JP2000058814A JP22389998A JP22389998A JP2000058814A JP 2000058814 A JP2000058814 A JP 2000058814A JP 22389998 A JP22389998 A JP 22389998A JP 22389998 A JP22389998 A JP 22389998A JP 2000058814 A JP2000058814 A JP 2000058814A
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gate
type
layer
type semiconductor
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JP22389998A
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Japanese (ja)
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Toshinori Miura
敏徳 三浦
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain reliability in environment where a temperature change is large and to improve the cutoff capacity. SOLUTION: In the semiconductor element of a surface gate SI thyristor, more than two unit elements 66 are installed in parallel and slit-like segments 11 are formed. A plurality of segments 11 are radially arranged in a semiconductor element 10. The width t1 of a circumferential direction in the semiconductor element 10 of the segment 11 is set to be 50 μm-500 μm. The respective unit elements 66 constituting the segment are made in slit forms, and the length t2 of a long side in the unit element 66 is 50 times as large as the length of a short side in the unit element. An interlayer insulating film 65 is formed between a gate electrode 63 and a cathode electrode 64 in the segment. A p-- type diffusion layer is formed by ion implantation so that it covers respective n-type emitter layers 47 and a normally-off semiconductor element is formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、大容量圧接型の表
面ゲートSIサイリスタ(ノーマリオフ型)等の半導体素
子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device such as a large capacity press contact type surface gate SI thyristor (normally off type).

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的に知られている大容量圧接型の半
導体素子は、素子面積が大きく、複数個の単位素子を電
気的に並列接続して構成されている。それら各単位素子
のうち、一つでも不良な単位素子が存在する場合、その
不良な単位素子が素子全体における特性に影響を与えて
しまい、素子全体において不良特性が生じる。そのた
め、不良になった単位素子を回路から切り離す必要があ
る。
2. Description of the Related Art A generally known large-capacity pressure contact type semiconductor element has a large element area and is constituted by electrically connecting a plurality of unit elements in parallel. If at least one defective unit element exists among the unit elements, the defective unit element affects the characteristics of the entire element, resulting in defective characteristics of the entire element. Therefore, it is necessary to separate the defective unit element from the circuit.

【0003】また、大容量圧接型の半導体素子は、動作
時に発生する熱を効率的(効果的)に排除する必要がある
ため、その素子における両端面の大部分は電極とし、そ
の電極の表面の全てに対して接するように金属ブロック
を設け、その金属ブロックを素子の両端面方向から圧接
し、半導体ケースで覆って構成されている。
In addition, since a large-capacity pressure-contact type semiconductor element needs to efficiently (effectively) remove heat generated during operation, most of both end faces of the element are electrodes, and the surface of the electrode is , A metal block is provided so as to be in contact with all of them, and the metal block is pressed from both end surface directions of the element and covered with a semiconductor case.

【0004】図4Aは、増幅ゲート型サイリスタ(ペレ
ット状,カソード側)における電極構造を説明するため
の概略平面図である。図4Aにおいて、符号41はペレ
ット状の半導体素子(増幅ゲート型サイリスタ)を示すも
のである。その半導体素子41の一端面、すなわちカソ
ード面側には、それぞれ所望の形状のカソード電極42
が複数個放射状に設けられる。それら各カソード電極4
2の間にはゲート電極43がそれぞれ設けられ、それら
各ゲート電極43は、前記半導体素子41におけるカソ
ード面側の中央部に設けられたゲート電極(電気取り出
し部:以下、中央ゲート電極と称する)44に対して接
続される。なお、前記半導体素子41のアノード面側に
おいては、その詳細な説明を省略する。
FIG. 4A is a schematic plan view for explaining an electrode structure in an amplification gate type thyristor (pellet, cathode side). In FIG. 4A, reference numeral 41 denotes a pellet-shaped semiconductor element (amplifying gate thyristor). A cathode electrode 42 having a desired shape is provided on one end surface of the semiconductor element 41, that is, on the cathode surface side.
Are provided radially. Each of these cathode electrodes 4
2, a gate electrode 43 is provided between each of the gate electrodes 43. Each of the gate electrodes 43 is provided at a central portion on the cathode surface side of the semiconductor element 41 (electric extraction portion: hereinafter, referred to as a central gate electrode). 44. The detailed description on the anode side of the semiconductor element 41 is omitted.

【0005】図4Bは、前記図4Aに示した半導体素子
のa−a断面における部分断面構造図(カソード側:金
属ブロックを用いた場合)を示すものである。なお、図
4Aに示すものと同様なものには同一符号を付して、そ
の詳細な説明を省略する。図4Bにおいて、符号45
は、比較的低濃度のn型半導体から成る半導体基板(以
下、n-型半導体基板と称する)45を示すものであり、
そのn-型半導体基板45の一方の端面側(以下、上面側
と称する)にはp型半導体から成るゲート層(以下、p型
ゲート層と称する)46が形成される。
FIG. 4B is a partial cross-sectional structure diagram (cathode side: using a metal block) of the semiconductor device shown in FIG. 4A along the line aa. 4A are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In FIG. 4B, reference numeral 45
Represents a semiconductor substrate 45 made of a relatively low-concentration n-type semiconductor (hereinafter, referred to as an n - type semiconductor substrate) 45,
A gate layer (hereinafter, referred to as a p-type gate layer) 46 made of a p-type semiconductor is formed on one end surface side (hereinafter, referred to as an upper surface side) of the n type semiconductor substrate 45.

【0006】前記p型ゲート層46の上面側には、複数
個のn型半導体から成るエミッタ層(以下、n型エミッ
タ層と称する;n型カソード層)47がそれぞれ所定の
間隔を隔てて形成される。符号48は、金属ブロック
(カソード電極:モリブデンディスク)を示すものであ
り、その金属ブロック48は補助金属板49を介し各カ
ソード電極42に対して接続される。なお、符号41a
は補助サイリスタ部を示すものであり、符号43aは前
記補助サイリスタ部41aにおけるゲート電極、符号4
7aは前記補助サイリスタ部41aにおけるn型半導体
から成る拡散層(以下、n型拡散層と称する)を示すもの
である。また、前記補助金属板49は、ゲート電極43
(および43a)が位置する部分(ゲートパターン)を取り
除いたものとする。
On the upper surface side of the p-type gate layer 46, a plurality of emitter layers (hereinafter, referred to as n-type emitter layers; n-type cathode layers) 47 made of an n-type semiconductor are formed at predetermined intervals. Is done. Reference numeral 48 is a metal block
(Cathode electrode: molybdenum disk), and its metal block 48 is connected to each cathode electrode 42 via an auxiliary metal plate 49. Reference numeral 41a
Reference numeral 43a denotes an auxiliary thyristor unit, and reference numeral 43a denotes a gate electrode of the auxiliary thyristor unit 41a;
Reference numeral 7a denotes a diffusion layer (hereinafter, referred to as an n-type diffusion layer) made of an n-type semiconductor in the auxiliary thyristor section 41a. Further, the auxiliary metal plate 49 is provided with the gate electrode 43.
(And 43a) are removed (gate pattern).

【0007】図5は、GTOサイリスタ(ペレット状)に
おけるペレットパターンの一例を示す概略平面図であ
る。図5において、符号51は、半導体素子(GTOサ
イリスタ)、符号52はスリット状のカソード電極を示
すものである。前記カソード電極52は、前記半導体素
子51に対して放射状に形成された複数個の単位素子に
対してそれぞれ設けられる。
FIG. 5 is a schematic plan view showing an example of a pellet pattern in a GTO thyristor (pellet shape). In FIG. 5, reference numeral 51 denotes a semiconductor element (GTO thyristor), and reference numeral 52 denotes a slit-shaped cathode electrode. The cathode electrode 52 is provided for each of a plurality of unit elements formed radially with respect to the semiconductor element 51.

【0008】前記図4A,Bおよび図5に示したような
大容量サイリスタにおいて、各カソード電極と各ゲート
電極とがそれぞれ所定の間隔を隔てて設けられるため、
大容量サイリスタに構成された単位素子(1個以上)が不
良になった場合、その不良になった単位素子における電
極(カソード電極)を取り除くことにより、その電極が取
り除かれた部分と他の良好な単位素子における電極との
間に段差部(詳細を図6に基づいて後述する)を設けて、
不良な単位素子と金属ブロックとが接触しないようにす
ることができる。その結果、不良になった単位素子を回
路から切り離すことができる。
In the large-capacity thyristor as shown in FIGS. 4A, 4B and 5, the respective cathode electrodes and the respective gate electrodes are provided at predetermined intervals.
When a unit element (one or more) configured in a large-capacity thyristor becomes defective, the electrode (cathode electrode) of the defective unit element is removed, and the part from which the electrode has been removed and other good parts are removed. Provide a step (details will be described later with reference to FIG. 6) between the electrode and the unit element of
The defective unit element can be prevented from contacting the metal block. As a result, the defective unit element can be separated from the circuit.

【0009】しかし、SIサイリスタ等の半導体素子
は、静電誘導効果が利用されるため、各単位素子の間の
距離は数μm〜数十μmとなり、各単位素子のうち不良
な単位素子における電極のみを取り除くことは困難であ
る。埋め込みゲート型SIサイリスタの場合、複数個の
単位素子(スリット状)を並設して(束ねて)成るセグメン
ト(スリット状)を複数個用いて構成される。
However, since a semiconductor element such as an SI thyristor utilizes an electrostatic induction effect, the distance between each unit element is several μm to several tens μm, and the electrode of a defective unit element among the unit elements is It is difficult to remove only. In the case of a buried-gate type SI thyristor, a plurality of unit elements (slits) are juxtaposed (bundled) and a plurality of segments (slits) are used.

【0010】前記セグメントの表面には各々カソード電
極が設けられる。各セグメントのうち、不良な単位素子
を含むセグメントが存在する場合、そのセグメントのカ
ソード電極を取り除くことにより、不良な単位素子を回
路から切り離すことが可能となる。大容量圧接型の表面
ゲートSIサイリスタで、前記埋め込みゲート型SIサ
イリスタと同様に、複数個の単位素子を並設して成るセ
グメントを複数個用いて構成する場合においても、その
セグメントの表面にはカソード電極が設けられる。
A cathode electrode is provided on each of the segments. When a segment including a defective unit element exists in each segment, the defective unit element can be separated from the circuit by removing the cathode electrode of the segment. In the case of a large capacity pressure contact type surface gate SI thyristor, similarly to the buried gate type SI thyristor, when using a plurality of segments each having a plurality of unit elements arranged in parallel, the surface of the segment is A cathode electrode is provided.

【0011】図6は、前記セグメント(カソード側)の部
分断面構造図を示すものである。なお、図4A,Bに示
すものと同様なものには同一符号を付して、その詳細な
説明を省略する。図6に示すように、n-型半導体基板
45の上面側に対してn型エミッタ層47が複数個それ
ぞれ所定の間隔を隔てて形成される。p型ゲート層46
は、前記n-型半導体基板45の上面側で、前記の各n
型エミッタ層47と所定の間隔を隔てて形成される。
FIG. 6 is a partial sectional structural view of the segment (cathode side). The same components as those shown in FIGS. 4A and 4B are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. As shown in FIG. 6, a plurality of n-type emitter layers 47 are formed at predetermined intervals on the upper surface side of n -type semiconductor substrate 45. p-type gate layer 46
Is the upper surface of the n type semiconductor substrate 45,
It is formed at a predetermined distance from the mold emitter layer 47.

【0012】符号61は、比較的低濃度のp型半導体か
ら成る拡散層(以下、p-型拡散層と称する)を示すもの
であり、前記p型ゲート層46と各n型エミッタ層47
との間で、前記の各n型エミッタ層47を覆うように形
成される。符号62は、所望の形状(所望の形状のコン
タクトホールが形成されたパターン)に成形された酸化
膜(例えば、シリコン酸化膜)を示すものである。その酸
化膜62におけるp型ゲート層46が位置する部分に
は、所望の形状に成形されたゲート電極63がそれぞれ
設けられる。符号64はカソード電極を示すものであ
り、そのカソード電極64と前記の各ゲート電極63と
の間には層間絶縁膜65を介在させる。なお、符号66
は、単位素子を示すものである。
Reference numeral 61 denotes a diffusion layer made of a p-type semiconductor having a relatively low concentration (hereinafter referred to as a p - type diffusion layer). The p-type gate layer 46 and each of the n-type emitter layers 47 are provided.
Is formed so as to cover each of the n-type emitter layers 47. Reference numeral 62 denotes an oxide film (for example, a silicon oxide film) formed in a desired shape (a pattern in which a contact hole having a desired shape is formed). Gate electrodes 63 formed in a desired shape are provided in portions of the oxide film 62 where the p-type gate layer 46 is located. Reference numeral 64 denotes a cathode electrode, and an interlayer insulating film 65 is interposed between the cathode electrode 64 and each of the gate electrodes 63. Note that reference numeral 66
Indicates a unit element.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】以上示したように構成
する大容量サイリスタにおいて、高周波動作または断続
通電等を行った場合、素子温度の上昇および下降に伴っ
て半導体ケース内における各構成部材(カソード電極等)
が膨張および収縮してしまう。前記の各構成部材の熱膨
張率はそれぞれ異なるため、金属ブロックとセグメント
との接触面にて応力が生じる。複数個の単位素子から成
るセグメントを複数個用い圧接した構造の表面ゲートS
Iサイリスタ等の半導体素子の場合、各セグメント表面
を覆う為に用いられるメタル電極(カソード電極)の直下
に位置する部分が微細な構造であるため、その微細な構
造の部分が破壊され易い問題がある。
In the large-capacity thyristor configured as described above, when high-frequency operation or intermittent energization or the like is performed, each component (cathode) in the semiconductor case is increased as the element temperature rises and falls. (Electrodes, etc.)
Expands and contracts. Since the respective components have different coefficients of thermal expansion, stress is generated at the contact surface between the metal block and the segment. Surface gate S having a structure in which a plurality of segments composed of a plurality of unit elements are pressed and pressed.
In the case of a semiconductor device such as an I-thyristor, a portion located directly below a metal electrode (cathode electrode) used to cover the surface of each segment has a fine structure, and therefore, there is a problem that the fine structure portion is easily broken. is there.

【0014】図7は、ペレット状の表面ゲートSIサイ
リスタ(カソード側)における部分断面構造図を示すもの
である。なお、図6に示すものと同様なものには同一符
号を付して、その詳細な説明を省略する。図7に示すよ
うに、表面ゲートSIサイリスタにおける各構成部材
は、素子動作時(高周波動作または断続通電等)に、それ
ぞれ素子中央部から放射方向(素子中央部から素子外周
部方向,図7中の矢印方向)に膨張および収縮するた
め、素子の放射方向に対して直交方向に形成された各構
成部材の段差部71は、素子の放射方向に対し平行方向
に形成された各構成部材の段差部(図示省略)と比較し
て、応力集中を起こし易い。
FIG. 7 is a partial sectional structural view of a pellet-shaped surface gate SI thyristor (cathode side). Note that the same components as those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. As shown in FIG. 7, each component in the surface gate SI thyristor is radiated from the center of the element (from the center of the element to the outer periphery of the element; (In the direction of the arrow), the stepped portion 71 of each component formed in a direction perpendicular to the radiation direction of the element is a stepped portion of each component formed in a direction parallel to the radiation direction of the element. Stress concentration is more likely to occur as compared with the part (not shown).

【0015】SIサイリスタ等の半導体素子は、p型ゲ
ート層とn型エミッタ層とが互いに近接しているため、
そのn型エミッタ層用のコンタクトホール端部付近に対
して起こる応力集中により層間絶縁膜が破壊(または変
形)された場合、p型ゲート層とn型エミッタ層とが接
触し短絡してしまう恐れがある。
In a semiconductor device such as an SI thyristor, since a p-type gate layer and an n-type emitter layer are close to each other,
If the interlayer insulating film is destroyed (or deformed) due to stress concentration occurring near the end of the contact hole for the n-type emitter layer, the p-type gate layer and the n-type emitter layer may come into contact and short-circuit. There is.

【0016】本発明は、前記課題に基づいて成されたも
のであり、複数個の単位素子から成るセグメントの形
状、および半導体素子に対して配置される前記セグメン
トの配置位置を改良した半導体素子を提供することにあ
る。
The present invention has been made on the basis of the above-mentioned problems, and has a semiconductor element in which the shape of a segment comprising a plurality of unit elements and the position of the segment arranged with respect to the semiconductor element are improved. To provide.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題の解決
を図るために、第1発明は比較的低濃度のn型半導体基
板の一方の主面側には、n型半導体から成るバッファ層
を介在させてp型半導体から成るアノード層を形成し、
前記n型半導体基板の他方の主面側には、n型半導体か
ら成るエミッタ層を複数個それぞれ所定の間隔を隔てて
形成すると共に、それらエミッタ層と所定の間隔を隔て
てp型半導体から成るゲート層を形成し、前記アノード
層にはアノード電極、前記エミッタ層にはカソード電
極、前記ゲート層にはゲート電極を各々設けて、単位素
子を複数個構成した大容量圧接型の半導体素子におい
て、前記単位素子を2個以上並設してスリット状のセグ
メントを形成し、そのセグメント複数個を半導体素子に
対して放射状に配置するように構成したことを特徴とす
る。
According to a first aspect of the present invention, a buffer layer made of an n-type semiconductor is provided on one main surface side of a relatively low-concentration n-type semiconductor substrate. To form an anode layer made of a p-type semiconductor,
On the other main surface side of the n-type semiconductor substrate, a plurality of emitter layers made of an n-type semiconductor are formed at predetermined intervals, and the emitter layers are made of a p-type semiconductor at a predetermined interval from the emitter layers. Forming a gate layer, an anode electrode on the anode layer, a cathode electrode on the emitter layer, a gate electrode on the gate layer, and a large-capacity pressure-contact type semiconductor device comprising a plurality of unit elements; A slit-shaped segment is formed by arranging two or more unit elements in parallel, and a plurality of the segments are arranged radially with respect to the semiconductor element.

【0018】第2発明は、前記第1発明において、前記
セグメントにおける半導体素子の円周方向の幅は、50
μm以上500μm以下とすることを特徴とする。
In a second aspect based on the first aspect, the circumferential width of the semiconductor element in the segment is 50%.
It is characterized in that it is not less than μm and not more than 500 μm.

【0019】第3発明は、前記第1または第2発明にお
いて、前記セグメントを構成する各単位素子はスリット
状とし、その各単位素子における長辺の長さは、各単位
素子における短辺の長さの50倍以上とすることを特徴
とする。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, each unit element constituting the segment has a slit shape, and the length of the long side of each unit element is equal to the length of the short side of each unit element. It is characterized in that it is 50 times or more of the length.

【0020】第4発明は、前記第1,第2,または第3
発明において、前記セグメントにおけるゲート電極とカ
ソード電極との間には、層間絶縁膜を形成したことを特
徴とする。
A fourth aspect of the present invention is the first, second, or third aspect.
In the invention, an interlayer insulating film is formed between the gate electrode and the cathode electrode in the segment.

【0021】第5発明は、前記第1,第2,第3,また
は第4発明において、前記セグメントにおけるゲート層
と各エミッタ層との間には、その各エミッタ層を覆うよ
うに比較的低濃度のp型半導体から成る拡散層をイオン
注入により形成してノーマリオフ型の表面ゲートSIサ
イリスタとしたことを特徴とする。
In a fifth aspect based on the first, second, third or fourth aspect, a relatively low level is provided between the gate layer and each emitter layer in the segment so as to cover each emitter layer. A diffusion layer made of a p-type semiconductor with a high concentration is formed by ion implantation to form a normally-off type surface gate SI thyristor.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、本発明の実施の形態におけ
る表面ゲートSIサイリスタは、図2(詳細を後述する)
に示すような製造工程を経て形成したものとする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The surface gate SI thyristor according to the embodiment of the present invention is shown in FIG. 2 (details will be described later).
It has been formed through the manufacturing process shown in FIG.

【0023】図1Aは本発明の実施の第1形態における
表面ゲートSIサイリスタのセグメントの平面図を示す
ものであり、図1Bは前記図1Aに示すセグメントの端
部付近における拡大図を示すものである。なお、図6に
示すものと同様なものには同一符号を付して、その詳細
な説明を省略する。図1A,Bにおいて、符号11はセ
グメント(スリット状)を示すものであり、そのセグメン
ト11は単位素子66を2個以上(図1A,B中では5
個)並設したものから成る。
FIG. 1A is a plan view of a segment of the surface gate SI thyristor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view near the end of the segment shown in FIG. 1A. is there. Note that the same components as those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. 1A and 1B, reference numeral 11 denotes a segment (slit shape), and the segment 11 has two or more unit elements 66 (in FIG. 1A and FIG.
).

【0024】前記セグメント11の幅(セグメント11
の短辺t1の距離;素子円周方向の幅)は、そのセグメン
ト11における単位素子66が不良である場合に、その
不良な単位素子66を含むセグメント11のカソード電
極を針等により取り除けることが可能な幅(50μm以
上)とする。
The width of the segment 11 (segment 11
(The distance of the short side t 1 ; width in the element circumferential direction) is such that when the unit element 66 in the segment 11 is defective, the cathode electrode of the segment 11 including the defective unit element 66 can be removed with a needle or the like. (50 μm or more).

【0025】図1A,Bに示すようなセグメントによ
り、表面ゲートSIサイリスタにおいて不良な単位素子
を含むセグメントが存在する場合、そのセグメントにお
けるカソード電極を取り除いて、不良な単位素子を回路
から容易に切り離すことが可能となる。
When there is a segment including a defective unit element in the surface gate SI thyristor due to the segment as shown in FIGS. 1A and 1B, the cathode electrode in the segment is removed and the defective unit element is easily separated from the circuit. It becomes possible.

【0026】なお、前記の各セグメント11に構成され
る各単位素子66は、それぞれ半導体素子(表面ゲート
SIサイリスタ;ペレット状)10の径方向に対して平
行になるように並設して、図1Cの平面図に示すように
各セグメント11を半導体素子10に対して放射状に配
置するように形成する。図1Cに示したように配置され
たセグメント11におけるメタル電極(カソード電極)の
直下に位置し、半導体素子10の径方向に形成される段
差部の長さ(単位素子における径方向の長さ:長辺t2)
は、素子円周方向に形成される段差部の長さ(単位素子
における円周方向の長さ:短辺t1)の50倍以上とす
る。
The unit elements 66 formed in the segments 11 are arranged side by side so as to be parallel to the radial direction of the semiconductor element (surface gate SI thyristor; pellet) 10. As shown in the plan view of 1C, each segment 11 is formed so as to be radially arranged with respect to the semiconductor element 10. The length of a step portion formed directly below the metal electrode (cathode electrode) in the segment 11 arranged as shown in FIG. 1C and formed in the radial direction of the semiconductor element 10 (the radial length of the unit element: Long side t 2 )
Is 50 times or more the length of the step formed in the element circumferential direction (the length of the unit element in the circumferential direction: short side t 1 ).

【0027】前記のように、不良な単位素子を含むセグ
メントにおけるカソード電極を取り除いて、そのセグメ
ントを回路から容易に切り離すことが可能なノーマリオ
フ型の表面ゲートSIサイリスタを形成するには、図2
に示す製造工程(詳細を後述する)を経て形成する。
As described above, in order to form a normally-off type surface-gate SI thyristor capable of easily separating the segment from the circuit by removing the cathode electrode in the segment including the defective unit element, FIG.
(The details will be described later).

【0028】図2は、表面ゲートSIサイリスタの製造
工程図を示すものである。なお、図6に示すものと同様
なものには同一符号を付して、その詳細な説明を省略す
る。図2において、ステップS1はアノード層形成工程
を示すものであり、円盤状のn-型半導体基板45のア
ノード面側に対してp型アノード層21を形成する。な
お、符号22は、n型半導体から成るバッファ層(以
下、n型バッファ層と称する)を示すものである。
FIG. 2 shows a manufacturing process diagram of the surface gate SI thyristor. Note that the same components as those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In FIG. 2, step S1 shows an anode layer forming step, in which a p-type anode layer 21 is formed on the anode side of a disk-shaped n type semiconductor substrate 45. Reference numeral 22 denotes a buffer layer made of an n-type semiconductor (hereinafter, referred to as an n-type buffer layer).

【0029】ステップS2はp-型拡散層形成工程を示
すものであり、所望のパターンに成形されたシリコン酸
化膜23aを用いて、前記n-型半導体基板45の中央
部でカソード側に対してp-型拡散層61を形成する。
その後、ステップS3のp型ゲート層形成工程にて、所
望のパターンに成形されたシリコン酸化膜23bを用
い、前記n-型半導体基板45の中央部でカソード側(p
-型拡散層を含む)にはp型ゲート層46、前記n-型半
導体基板45の端部でカソード側にはp型半導体から成
るフィールドリミッティングリング(以下、p型ガード
リング層)24を各々形成する。
Step S2 is a step of forming a p - type diffusion layer, in which the silicon oxide film 23a formed into a desired pattern is used to form a central portion of the n - type semiconductor substrate 45 with respect to the cathode side. A p - type diffusion layer 61 is formed.
Thereafter, in the p-type gate layer formation step of step S3, a silicon oxide film 23b that is formed into a desired pattern, the n - cathode side in a middle portion of the type semiconductor substrate 45 (p
A p-type gate layer 46 (including a p-type diffusion layer) and a field limiting ring (hereinafter referred to as a p-type guard ring layer) 24 made of a p-type semiconductor on the cathode side at the end of the n -type semiconductor substrate 45. Each is formed.

【0030】ステップS4はn型エミッタ層形成工程を
示すものであり、前記p-型拡散層61のカソード側で
p型ゲート層46と所定の間隔を隔てて、所望のパター
ンに成形されたシリコン酸化膜23cを用いてn型エミ
ッタ層47を形成する。ステップS5はゲート電極形成
工程を示すものであり、所望のパターンのシリコン酸化
膜23dを用いて、前記p型ゲート層46に対してゲー
ト電極63を設ける。その後、ステップS6に示す層間
絶縁膜形成工程にて、前記ゲート電極63を覆うように
層間絶縁膜65を設ける。
Step S4 is a step of forming an n-type emitter layer. The silicon formed in a desired pattern is separated from the p - type diffusion layer 61 at a predetermined distance from the p-type gate layer 46 on the cathode side. The n-type emitter layer 47 is formed using the oxide film 23c. Step S5 is a step of forming a gate electrode, in which a gate electrode 63 is provided on the p-type gate layer 46 using the silicon oxide film 23d having a desired pattern. Thereafter, in an interlayer insulating film forming step shown in step S6, an interlayer insulating film 65 is provided so as to cover the gate electrode 63.

【0031】ステップS7はカソード電極形成工程を示
すものであり、前記シリコン酸化膜23dにおける各n
型エミッタ層47が位置する部分にそれぞれコンタクト
ホールを予め形成し、それらコンタクトホールを満たす
と共に前記層間絶縁膜65を覆うように、カソード電極
64を形成する。
Step S7 shows a cathode electrode forming step, in which each n in the silicon oxide film 23d is formed.
Contact holes are formed in advance at portions where the mold emitter layer 47 is located, and a cathode electrode 64 is formed so as to fill the contact holes and cover the interlayer insulating film 65.

【0032】以上示したように、本発明の実施の第1形
態によれば、半導体素子の動作等により生じる応力が集
中する箇所は単位素子の端部のみ存在し、単位素子が破
壊される確率を減少させることができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, only the end of the unit element is located where the stress generated by the operation of the semiconductor element is concentrated, and the probability that the unit element is broken is Can be reduced.

【0033】次に、本発明の実施の第2形態を説明す
る。図3は、本発明の実施の第2形態における表面ゲー
トSIサイリスタ(ペレット状)の平面図を示すものであ
る。図3において 符号31はセグメントを示すもので
あり、図1Cに示したセグメント11を2つ以上に断続
(図2中では3つ)し、半導体素子30に対して放射状に
配置して形成される。なお、前記セグメント31の幅
(円周方向の幅)は、そのセグメント31におけるゲート
抵抗を減少させるため、500μm以下とする。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a plan view of a surface-gate SI thyristor (pellet) according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, reference numeral 31 denotes a segment, and the segment 11 shown in FIG.
2 (three in FIG. 2) and are arranged radially with respect to the semiconductor element 30. The width of the segment 31
(Circumferential width) is 500 μm or less in order to reduce the gate resistance in the segment 31.

【0034】前記セグメン31は前記セグメント11と
比較して小さく、各セグメント31は半導体素子30に
対してそれぞれ均一(一定間隔)に配置するように形成さ
れる。そのため、図1Cに示した半導体素子10と比較
して、面積利用率が向上する。
The segments 31 are smaller than the segments 11, and the segments 31 are formed so as to be arranged uniformly (at regular intervals) with respect to the semiconductor element 30. Therefore, the area utilization ratio is improved as compared with the semiconductor device 10 shown in FIG. 1C.

【0035】以上示したように、本発明の実施の第2形
態における表面ゲートSIサイリスタによれば、実施の
第1形態における表面ゲートSIサイリスタと比較し
て、各セグメントにおけるp型ゲート層の抵抗を減少さ
せることができる。そのため、ターンオフ時において、
セグメントにおけるカソード領域からゲート領域へ転流
する電流のdi/dtの許容値を高くすることができる
と共に、半導体素子の遮断耐量を高くすることができ
る。
As described above, according to the surface gate SI thyristor of the second embodiment of the present invention, the resistance of the p-type gate layer in each segment is larger than that of the surface gate SI thyristor of the first embodiment. Can be reduced. Therefore, at the time of turn-off,
It is possible to increase the allowable value of di / dt of the current commutating from the cathode region to the gate region in the segment, and to increase the blocking resistance of the semiconductor element.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上示したように本発明によれば、不良
な単位素子を含むセグメントにおけるカソード電極を容
易に取り除くことが可能となり、その不良な単位素子を
回路から容易に切り離すことが可能となる。また、半導
体素子の動作により膨張および収縮して発生する応力の
集中を防ぐことができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to easily remove a cathode electrode in a segment including a defective unit element, and to easily disconnect the defective unit element from a circuit. Become. In addition, concentration of stress generated by expansion and contraction due to operation of the semiconductor element can be prevented.

【0037】ゆえに、素子の高周波動作等の温度変化を
ともなう動作による半導体素子の不具合を低減すること
ができ、温度変化が大きい環境下においても高い信頼性
を保つことができる。また、半導体素子の遮断耐量を向
上させることができる。
Therefore, it is possible to reduce defects of the semiconductor element due to an operation accompanied by a temperature change such as a high-frequency operation of the element, and to maintain high reliability even in an environment where the temperature change is large. In addition, the breaking tolerance of the semiconductor element can be improved.

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

【図1】本発明の実施の第1形態におけるセグメントの
概略図およびそのセグメントの配置図。
FIG. 1 is a schematic diagram of a segment and a layout diagram of the segment in a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態におけるノーマリオフ型の
表面ゲートSIサイリスタの製造工程図。
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a normally-off type surface gate SI thyristor according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の第2形態におけるセグメントの
配置図。
FIG. 3 is a layout diagram of segments according to a second embodiment of the present invention.

【図4】一般的に知られている増幅ゲート型サイリスタ
の平面図および部分断面構造図(a−a)。
FIG. 4 is a plan view and a partial cross-sectional structural view (aa) of a generally known amplification gate thyristor.

【図5】一般的に知られているGTOサイリスタの平面
図。
FIG. 5 is a plan view of a generally known GTO thyristor.

【図6】一般的に知られている表面ゲートSIサイリス
タの部分断面構造図。
FIG. 6 is a partial cross-sectional structural view of a generally known surface gate SI thyristor.

【図7】一般的に知られている表面ゲートSIサイリス
タにおける動作時の部分断面構造図。
FIG. 7 is a partial cross-sectional structural view during operation of a generally known surface gate SI thyristor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,30、41…半導体素子 11,31…セグメント 21…p型アノード層 22…n型バッファ層 23a〜23d…酸化膜 24…p型ガードリング層 45…n-型半導体基板 46…p型ゲート層 47…n型エミッタ層 61…p-型拡散層 63…ゲート電極 64…カソード電極 65…層間絶縁膜 66…単位素子10, 30, 41 semiconductor element 11, 31 segment 21 p-type anode layer 22 n-type buffer layer 23a to 23d oxide film 24 p-type guard ring layer 45 n - type semiconductor substrate 46 p-type gate Layer 47 n-type emitter layer 61 p - type diffusion layer 63 gate electrode 64 cathode electrode 65 interlayer insulating film 66 unit element

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 比較的低濃度のn型半導体基板の一方の
主面側には、n型半導体から成るバッファ層を介在させ
てp型半導体から成るアノード層を形成し、前記n型半
導体基板の他方の主面側には、n型半導体から成るエミ
ッタ層を複数個それぞれ所定の間隔を隔てて形成すると
共に、それらエミッタ層と所定の間隔を隔ててp型半導
体から成るゲート層を形成し、前記アノード層にはアノ
ード電極、前記エミッタ層にはカソード電極、前記ゲー
ト層にはゲート電極を各々設けて、単位素子を複数個構
成した大容量圧接型の半導体素子において、 前記単位素子を2個以上並設してスリット状のセグメン
トを形成し、そのセグメント複数個を半導体素子に対し
て放射状に配置するように構成したことを特徴とする半
導体素子。
An anode layer made of a p-type semiconductor is formed on one main surface side of a relatively low-concentration n-type semiconductor substrate with a buffer layer made of an n-type semiconductor interposed therebetween. On the other main surface side, a plurality of emitter layers made of an n-type semiconductor are formed at predetermined intervals, and a gate layer made of a p-type semiconductor is formed at a predetermined interval from these emitter layers. An anode electrode on the anode layer, a cathode electrode on the emitter layer, and a gate electrode on the gate layer, and a large-capacity pressure-contact type semiconductor device comprising a plurality of unit devices; A semiconductor element, wherein a plurality of segments are arranged in parallel to form a slit-shaped segment, and a plurality of the segments are arranged radially with respect to the semiconductor element.
【請求項2】 前記セグメントにおける半導体素子の円
周方向の幅は、50μm以上500μm以下とすること
を特徴とする請求項1記載の半導体素子。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a circumferential width of the semiconductor device in the segment is 50 μm or more and 500 μm or less.
【請求項3】 前記セグメントを構成する各単位素子は
スリット状とし、その各単位素子における長辺の長さ
は、各単位素子における短辺の長さの50倍以上とする
ことを特徴とする請求項1または2記載の半導体素子。
3. The device according to claim 1, wherein each of the unit elements constituting the segment has a slit shape, and the length of the long side of each unit element is at least 50 times the length of the short side of each unit element. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項4】 前記セグメントにおけるゲート電極とカ
ソード電極との間には、層間絶縁膜を形成したことを特
徴とする請求項1,2,または3記載の半導体素子。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein an interlayer insulating film is formed between the gate electrode and the cathode electrode in the segment.
【請求項5】 請求項1,2,3,または4記載の半導
体素子において、 前記セグメントにおけるゲート層と各エミッタ層との間
には、その各エミッタ層を覆うように比較的低濃度のp
型半導体から成る拡散層をイオン注入により形成してノ
ーマリオフ型の表面ゲートSIサイリスタとしたことを
特徴とする半導体素子。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a relatively low concentration of p is provided between the gate layer and each emitter layer in the segment so as to cover each emitter layer.
A semiconductor device comprising a normally-off type surface gate SI thyristor in which a diffusion layer made of a type semiconductor is formed by ion implantation.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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