JP2024037259A - semiconductor equipment - Google Patents

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いく子 小笠原
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

【課題】製造時の組み立て性の良さと高い破壊耐量を併せ持つ半導体装置を提供する。【解決手段】本発明は、第1のP型半導体層と、前記第1のP型半導体層上に配置された第1のN型半導体層と、前記第1のN型半導体層上に配置された第2のP型半導体層と、前記第2のP型半導体層上に配置されたエミッタ層14と、前記第2のP型半導体層上に配置されたゲート電極15と、を有するサイリスタ18を備え、前記ゲート電極15の直下の前記第2のP型半導体層の周囲がエミッタ層14に囲まれており、平面視においてゲート電極15は、サイリスタ18の中央に対してサイリスタ18の外周に近い側に配置されている半導体装置である。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a semiconductor device that has both good assemblability during manufacturing and high breakdown resistance. The present invention includes a first P-type semiconductor layer, a first N-type semiconductor layer disposed on the first P-type semiconductor layer, and a first N-type semiconductor layer disposed on the first N-type semiconductor layer. a second P-type semiconductor layer, an emitter layer 14 disposed on the second P-type semiconductor layer, and a gate electrode 15 disposed on the second P-type semiconductor layer. 18, the periphery of the second P-type semiconductor layer directly under the gate electrode 15 is surrounded by an emitter layer 14, and the gate electrode 15 is located between the center of the thyristor 18 and the outer periphery of the thyristor 18 in plan view. This is a semiconductor device located on the side closer to the [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.

従来のサイリスタではゲート電極がチップのコーナーに配置されている。このサイリスタにゲート電極からゲート電流が振り込まれ、ゲート電極の周りからのある一定の傾きの電流上昇率でサイリスタがOFFからONへ移行する。 In conventional thyristors, the gate electrode is located at the corner of the chip. A gate current is applied to this thyristor from the gate electrode, and the thyristor shifts from OFF to ON at a rate of current increase with a certain slope from around the gate electrode.

使用例によっては、寄生の平滑コンデンサなどからの放電により、急峻な電流上昇率でサイリスタのアノードから電流が流れ、ゲート電極の周りで電流集中の起こりやすい箇所で破壊に至る。この破壊耐量を臨界電流上昇率(di/dt)という。 Depending on the usage example, a current flows from the anode of the thyristor at a steep rate of current increase due to discharge from a parasitic smoothing capacitor, etc., leading to destruction at locations around the gate electrode where current concentration is likely to occur. This breakdown resistance is called the critical current rise rate (di/dt).

この破壊耐量を向上させるために、センターゲートのサイリスタが提案されている(例えば特許文献1の図2参照)。このセンターゲートとは、平面視においてゲート電極をサイリスタの中心に配置することである。 In order to improve this breakdown resistance, a center gate thyristor has been proposed (see, for example, FIG. 2 of Patent Document 1). This center gate means that the gate electrode is arranged at the center of the thyristor in plan view.

ゲート電極がサイリスタのチップ中央にある場合は、ゲート電極がチップのコーナーにある場合に比べて組み立て時にゲート電極に接続する接続子を長くしなければならない等、接続子の設計が難しくなる。そのため、ゲート電極はチップのコーナーに近い場所にあることが製造上は望ましい。 When the gate electrode is located at the center of the thyristor chip, the design of the connector becomes more difficult than when the gate electrode is located at the corner of the chip, as the connector connected to the gate electrode must be longer during assembly. Therefore, it is desirable for the gate electrode to be located close to the corner of the chip in terms of manufacturing.

そこで、製造時の組み立て性の良さと高い破壊耐量を併せ持つ半導体装置が求められている。 Therefore, there is a need for a semiconductor device that has both good assemblability during manufacturing and high breakdown resistance.

特開2019-160923号公報JP2019-160923A

本発明の種々の態様は、製造時の組み立て性の良さと高い破壊耐量を併せ持つ半導体装置を提供することを目的とする。 Various aspects of the present invention aim to provide a semiconductor device that has both good assemblability during manufacturing and high breakdown resistance.

以下に本発明の種々の態様について説明する。 Various aspects of the present invention will be explained below.

[1]第1の第1導電型半導体層と、
前記第1の第1導電型半導体層上に配置された第1の第2導電型半導体層と、
前記第1の第2導電型半導体層上に配置された第2の第1導電型半導体層と、
前記第2の第1導電型半導体層上に配置された第2の第2導電型半導体層と、
前記第2の第1導電型半導体層上に配置されたゲート電極と、
を有するサイリスタを備え、
前記ゲート電極の直下の前記第2の第1導電型半導体層の周囲が前記第2の第2導電型半導体層に囲まれており、
平面視において前記ゲート電極は、前記サイリスタの中央に対して前記サイリスタの外周に近い側に配置されていることを特徴とする半導体装置。
[1] A first first conductivity type semiconductor layer;
a first second conductivity type semiconductor layer disposed on the first first conductivity type semiconductor layer;
a second first conductivity type semiconductor layer disposed on the first second conductivity type semiconductor layer;
a second second conductivity type semiconductor layer disposed on the second first conductivity type semiconductor layer;
a gate electrode disposed on the second first conductivity type semiconductor layer;
Equipped with a thyristor having
The second first conductivity type semiconductor layer immediately below the gate electrode is surrounded by the second second conductivity type semiconductor layer,
A semiconductor device characterized in that, in plan view, the gate electrode is arranged closer to the outer periphery of the thyristor with respect to the center of the thyristor.

本発明の一態様の上記[1]に係る半導体装置によれば、平面視においてゲート電極を、サイリスタの中央に対してサイリスタの外周に近い側に配置するため、組み立て時にゲート電極に接続する接続子(電極、クリップ、端子なども含む)を長くする必要がなく、接続子の設計も容易となる。このため、従来のセンターゲートのサイリスタのような製造時の組み立て性の困難性を回避でき、製造時の組み立て性を良くすることができる。また、チップの良否を選別するプローバーのプローブユニットの複雑化を回避できる。
これに加え、ゲート電極の直下の第2の第1導電型半導体層の周囲が第2の第2導電型半導体層に囲まれている。このため、ゲート電極又はゲート電極の直下の第2の第1導電型半導体層の全外周が第2の第2導電型半導体層と接するため、従来のゲート電極の一部だけが第2の第2導電型半導体層と接するサイリスタと比べて電流集中を緩和することができる。別言すれば、ゲート電極の全外周が第2の第2導電型半導体層と接するため、ゲート電流の流れる方向が限定されることがなく、ゲート電極に電流集中する場所の発生を抑制でき、その結果、電流集中を緩和できる。従って、サイリスタの破壊耐量を高めることができる。
以上の説明により、製造時の組み立て性の良さと高い破壊耐量を併せ持つサイリスタを備えた半導体装置を提供することができる。
According to the semiconductor device according to the above [1] of one aspect of the present invention, since the gate electrode is arranged on the side closer to the outer periphery of the thyristor with respect to the center of the thyristor in plan view, the connection connected to the gate electrode during assembly There is no need to lengthen the connector (including electrodes, clips, terminals, etc.), and the design of the connector becomes easier. Therefore, it is possible to avoid the difficulty of assembling during manufacturing, which is the case with conventional center gate thyristors, and to improve the assembling during manufacturing. Further, it is possible to avoid complication of the probe unit of the prober that selects whether the chip is good or bad.
In addition, the second first conductivity type semiconductor layer directly under the gate electrode is surrounded by a second second conductivity type semiconductor layer. Therefore, since the entire outer periphery of the gate electrode or the second first conductivity type semiconductor layer immediately below the gate electrode is in contact with the second second conductivity type semiconductor layer, only a part of the conventional gate electrode is connected to the second conductivity type semiconductor layer. Current concentration can be alleviated compared to a thyristor in contact with a two-conductivity type semiconductor layer. In other words, since the entire outer periphery of the gate electrode is in contact with the second second conductivity type semiconductor layer, the direction in which the gate current flows is not limited, and it is possible to suppress the occurrence of areas where current concentrates on the gate electrode. As a result, current concentration can be alleviated. Therefore, the breakdown resistance of the thyristor can be increased.
According to the above description, it is possible to provide a semiconductor device including a thyristor that has both good assemblability during manufacturing and high breakdown resistance.

[2]上記[1]において、
前記サイリスタの平面形状は多角形、円形又は楕円形であることを特徴とする半導体装置。
[2] In [1] above,
A semiconductor device characterized in that the planar shape of the thyristor is polygonal, circular, or elliptical.

[3]上記[2]において、
平面視において前記ゲート電極は、前記多角形の中央に対して前記多角形の辺に近い側に配置されていることを特徴とする半導体装置。
[3] In [2] above,
The semiconductor device is characterized in that the gate electrode is disposed on a side closer to a side of the polygon with respect to the center of the polygon in plan view.

本発明の一態様の上記[3]に係る半導体装置によれば、平面視においてゲート電極を、多角形の中央に対して多角形の辺に近い側に配置するため、組み立て時にゲート電極に接続する接続子を長くする必要がなく、接続子の設計も容易になる。このため、従来のセンターゲートのサイリスタのような製造時の組み立て性の困難性を回避でき、製造時の組み立て性を良くすることができる。また、チップの良否を選別するプローバーのプローブユニットの複雑化を回避できる。 According to the semiconductor device according to the above aspect [3] of the present invention, since the gate electrode is arranged on the side closer to the side of the polygon with respect to the center of the polygon in plan view, it is connected to the gate electrode during assembly. There is no need to make the connector longer, and the design of the connector becomes easier. Therefore, it is possible to avoid the difficulty of assembling during manufacturing, which is the case with conventional center gate thyristors, and to improve the assembling during manufacturing. Further, it is possible to avoid complication of the probe unit of the prober that selects whether the chip is good or bad.

[4]上記[2]において、
平面視において前記ゲート電極は、前記多角形の中央に対して前記多角形のコーナーに近い位置に配置されていることを特徴とする半導体装置。
[4] In [2] above,
The semiconductor device is characterized in that the gate electrode is disposed at a position close to a corner of the polygon with respect to a center of the polygon when viewed in plan.

本発明の一態様の上記[4]に係る半導体装置によれば、ゲート電極を多角形のコーナーに近い位置に配置することで、組み立て時にゲート電極に接続する接続子を長くする必要がなく、接続子の設計も容易になる。また接続子の長さを短くすることが可能となることで、内部抵抗の低減が見込まれ、ゲート損失の低減が図られる。 According to the semiconductor device according to the above aspect [4] of the present invention, by arranging the gate electrode at a position close to the corner of the polygon, there is no need to lengthen the connector connected to the gate electrode during assembly. Connector design also becomes easier. Furthermore, since it becomes possible to shorten the length of the connector, it is expected that internal resistance will be reduced, and gate loss will be reduced.

[5]上記[1]から[4]のいずれか一項において、
平面視において前記ゲート電極の中心と前記サイリスタの外周との距離は、前記ゲート電極の中心と前記サイリスタの中心との距離より短いことを特徴とする半導体装置。
[5] In any one of the above [1] to [4],
A semiconductor device characterized in that the distance between the center of the gate electrode and the outer periphery of the thyristor is shorter than the distance between the center of the gate electrode and the center of the thyristor in plan view.

本発明の一態様の上記[5]に係る半導体装置によれば、ゲート電極の中心と前記サイリスタの外周との距離を、ゲート電極の中心とサイリスタの中心との距離より短くすることにより、組み立て時にゲート電極に接続する接続子(電極、クリップ、端子なども含む)をある程度短くすることができ、接続子の設計も容易となる。このため、従来のセンターゲートのサイリスタのような製造時の組み立て性の困難性を回避でき、製造時の組み立て性を良くすることができる。 According to the semiconductor device according to the above item [5] of one aspect of the present invention, the distance between the center of the gate electrode and the outer periphery of the thyristor is shorter than the distance between the center of the gate electrode and the center of the thyristor. In some cases, the connector (including electrodes, clips, terminals, etc.) connected to the gate electrode can be shortened to some extent, and the design of the connector becomes easier. Therefore, it is possible to avoid the difficulty of assembling during manufacturing, which is the case with conventional center gate thyristors, and to improve the assembling during manufacturing.

[6]上記[1]から[4]のいずれか一項において、
平面視において前記ゲート電極の平面形状は、円形状、楕円形状又は矩形を有することを特徴とする半導体装置。
[6] In any one of the above [1] to [4],
A semiconductor device characterized in that the gate electrode has a circular, elliptical, or rectangular planar shape in plan view.

本発明の種々の態様によれば、製造時の組み立て性の良さと高い破壊耐量を併せ持つ半導体装置を提供することができる。 According to various aspects of the present invention, it is possible to provide a semiconductor device that has both good assemblability during manufacturing and high breakdown resistance.

本発明の一態様に係る半導体装置を示す平面図である。1 is a plan view showing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 図1に示すA-A'に沿った断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA' shown in FIG. 1. FIG. 図1に示すサイリスタ18の変形例を示す平面図である。2 is a plan view showing a modification of the thyristor 18 shown in FIG. 1. FIG. 本発明の一態様に係る半導体装置の作用効果を説明するための平面図である。FIG. 2 is a plan view for explaining the effects of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 従来の半導体装置を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a conventional semiconductor device.

以下では、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, those skilled in the art will easily understand that the present invention is not limited to the following description, and that the form and details thereof can be changed in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be interpreted as being limited to the contents described in the embodiments shown below.

図1は、本発明の一態様に係る半導体装置を示す平面図であり、図2は、図1に示すA-A'に沿った断面図である。 FIG. 1 is a plan view showing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA' shown in FIG.

本発明の一態様に係る上記[1]の半導体装置は、第1の第1導電型半導体層11と、前記第1の第1導電型半導体層11上に配置された第1の第2導電型半導体層12と、前記第1の第2導電型半導体層12上に配置された第2の第1導電型半導体層13と、前記第2の第1導電型半導体層13上に配置された第2の第2導電型半導体層14と、前記第2の第1導電型半導体層13上に配置されたゲート電極15と、を有するサイリスタ18を備え、前記ゲート電極15の直下の前記第2の第1導電型半導体層13の周囲が前記第2の第2導電型半導体層14に囲まれており、平面視において前記ゲート電極15は、前記サイリスタ18の中央に対して前記サイリスタ18の外周に近い側に配置されている。 The semiconductor device according to [1] above according to one aspect of the present invention includes a first first conductivity type semiconductor layer 11 and a first second conductivity type semiconductor layer disposed on the first first conductivity type semiconductor layer 11. type semiconductor layer 12, a second first conductivity type semiconductor layer 13 disposed on the first second conductivity type semiconductor layer 12, and a second first conductivity type semiconductor layer 13 disposed on the second first conductivity type semiconductor layer 13. The thyristor 18 includes a second second conductivity type semiconductor layer 14 and a gate electrode 15 disposed on the second first conductivity type semiconductor layer 13, and the second thyristor 18 is provided directly below the gate electrode 15. The periphery of the first conductivity type semiconductor layer 13 is surrounded by the second second conductivity type semiconductor layer 14, and the gate electrode 15 is located at the outer periphery of the thyristor 18 with respect to the center of the thyristor 18 in plan view. It is placed on the side closest to.

以下に詳細に説明する。
この半導体装置は平面形状が四角形のサイリスタ18を有し、このサイリスタ18は、図2に示すように第1の第1導電型半導体層11を有する。第1の第1導電型半導体層11は、例えば第1のP型半導体層(第1のP型不純物拡散層)である。
This will be explained in detail below.
This semiconductor device has a thyristor 18 having a rectangular planar shape, and this thyristor 18 has a first first conductivity type semiconductor layer 11 as shown in FIG. The first first conductivity type semiconductor layer 11 is, for example, a first P type semiconductor layer (first P + type impurity diffusion layer).

第1の第1導電型半導体層(第1のP型半導体層)11上には第1の第2導電型半導体層12が配置されている。第1の第2導電型半導体層12は、例えば第1のN型半導体層(第1のN型半導体層)である。 A first second conductive type semiconductor layer 12 is arranged on the first first conductive type semiconductor layer (first P type semiconductor layer) 11 . The first second conductivity type semiconductor layer 12 is, for example, a first N-type semiconductor layer (first N - type semiconductor layer).

第1の第2導電型半導体層(第1のN型半導体層)12上には第2の第1導電型半導体層13が配置されている。第2の第1導電型半導体層13は、例えば第2のP型半導体層(第2のP型不純物拡散層)である。 A second first conductivity type semiconductor layer 13 is arranged on the first second conductivity type semiconductor layer (first N type semiconductor layer) 12 . The second first conductivity type semiconductor layer 13 is, for example, a second P type semiconductor layer (second P + type impurity diffusion layer).

第2の第1導電型半導体層(第2のP型半導体層)13上には第2の第2導電型半導体層14が配置されている。この第2の第2導電型半導体層14はエミッタ層である。第2の第2導電型半導体層14は、例えば第2のN型半導体層(第2のN型不純物拡散層)である。 A second second conductive type semiconductor layer 14 is arranged on the second first conductive type semiconductor layer (second P type semiconductor layer) 13 . This second second conductivity type semiconductor layer 14 is an emitter layer. The second second conductive type semiconductor layer 14 is, for example, a second N type semiconductor layer (second N + type impurity diffusion layer).

第2の第1導電型半導体層13上にはゲート電極15が配置されている。図2に示すサイリスタ18は、第1の第1導電型半導体層11、第1の第2導電型半導体層12、第2の第1導電型半導体層13及び第2の第2導電型半導体層(エミッタ層)14を有している。 A gate electrode 15 is arranged on the second first conductivity type semiconductor layer 13 . The thyristor 18 shown in FIG. 2 includes a first semiconductor layer 11 of the first conductivity type, a first semiconductor layer 12 of the second conductivity type, a second semiconductor layer 13 of the first conductivity type, and a second semiconductor layer of the second conductivity type. (emitter layer) 14.

詳細に説明すると、図2に示すように、第1の第1導電型半導体層(第1のP型半導体層)11と第1の第2導電型半導体層(第1のN型半導体層)12は接しており、第1のN型半導体層12と第2の第1導電型半導体層(第2のP型半導体層)13は接している。また、第1のP型半導体層11と第2のP型半導体層13は絶縁層(パッシベーション)31によって電気的に分離されており、第1のN型半導体層12と第2の第2導電型半導体層(エミッタ層)14は絶縁層31によって電気的に分離されている。 To explain in detail, as shown in FIG. 2, a first first conductivity type semiconductor layer (first P type semiconductor layer) 11 and a first second conductivity type semiconductor layer (first N type semiconductor layer) 12 are in contact with each other, and the first N-type semiconductor layer 12 and the second first conductivity type semiconductor layer (second P-type semiconductor layer) 13 are in contact with each other. Further, the first P-type semiconductor layer 11 and the second P-type semiconductor layer 13 are electrically separated by an insulating layer (passivation) 31, and the first N-type semiconductor layer 12 and the second second conductive layer The type semiconductor layer (emitter layer) 14 is electrically isolated by an insulating layer 31.

別言すれば、絶縁層31は、第1のP型半導体層11と第1のN型半導体層12の接合のパッシベーションとなり、第1のN型半導体層12と第2のP型半導体層13の接合のパッシベーションとなり、エミッタ電極(エミッタ層)14とゲート電極15のパッシベーションとなる。 In other words, the insulating layer 31 serves as a passivation for the junction between the first P-type semiconductor layer 11 and the first N-type semiconductor layer 12, and serves as a junction between the first N-type semiconductor layer 12 and the second P-type semiconductor layer 13. This is the passivation of the junction between the emitter electrode (emitter layer) 14 and the gate electrode 15.

図1及び図2に示すように、このゲート電極15の直下の第2の第1導電型半導体層(第2のP型不純物拡散層)13の周囲が第2の第2導電型半導体層(エミッタ層)14に囲まれている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the second first conductivity type semiconductor layer (second P + type impurity diffusion layer) 13 immediately below the gate electrode 15 is surrounded by a second second conductivity type semiconductor layer. (emitter layer) 14.

図1に示すように、サイリスタ18の平面形状は多角形(例えば四角形19)である。なお、サイリスタの平面形状は、多角形に限定されるものではなく、円形又は楕円形であってもよい。また、平面形状が多角形の場合、角の部分が尖ってなくてもよく、曲線としてもよい。 As shown in FIG. 1, the planar shape of the thyristor 18 is a polygon (for example, a quadrilateral 19). Note that the planar shape of the thyristor is not limited to a polygon, but may be circular or elliptical. Further, when the planar shape is a polygon, the corners do not need to be sharp and may be curved.

本実施形態によれば、平面視においてゲート電極15を、サイリスタの中央に対してサイリスタの外周に近い側に配置するため、組み立て時にゲート電極15に接続する接続子(電極、クリップ、端子なども含む)を長くする必要がなく、接続子の設計も容易となる。このため、従来のセンターゲートのサイリスタのような製造時の組み立て性の困難性を回避でき、製造時の組み立て性を良くすることができる。また、チップの良否を選別するプローバーのプローブユニットの複雑化を回避できる。
これに加え、ゲート電極15の直下の第2の第1導電型半導体層(第2のP型半導体層)13の周囲が第2の第2導電型半導体層(エミッタ層である第2のN型半導体層)14に囲まれている(図1及び図2参照)。このため、ゲート電極15又はゲート電極15の直下の第2のP型半導体層13の全外周がエミッタ層14と接するため、従来のゲート電極の一部だけがエミッタ層と接するサイリスタと比べて電流集中を緩和することができる。別言すれば、ゲート電極15の全外周がエミッタ層14と接するため、ゲート電流の流れる方向が限定されることがなく、ゲート電極15に電流集中する場所の発生を抑制でき、その結果、電流集中を緩和できる。従って、サイリスタの破壊耐量を高めることができる。
以上の説明により、製造時の組み立て性の良さと高い破壊耐量を併せ持つサイリスタを備えた半導体装置を提供することができる。
According to this embodiment, since the gate electrode 15 is arranged closer to the outer periphery of the thyristor with respect to the center of the thyristor in plan view, the connectors (electrodes, clips, terminals, etc.) connected to the gate electrode 15 during assembly are also There is no need to lengthen the connector (including the connector), and the design of the connector becomes easier. Therefore, it is possible to avoid the difficulty of assembling during manufacturing, which is the case with the conventional center gate thyristor, and it is possible to improve the assembling during manufacturing. Further, it is possible to avoid complication of the probe unit of the prober that selects whether the chip is good or bad.
In addition, the periphery of the second first conductivity type semiconductor layer (second P type semiconductor layer) 13 directly under the gate electrode 15 is a second second conductivity type semiconductor layer (second N type emitter layer). type semiconductor layer) 14 (see FIGS. 1 and 2). Therefore, since the entire outer circumference of the gate electrode 15 or the second P-type semiconductor layer 13 directly under the gate electrode 15 is in contact with the emitter layer 14, the current flow is higher than in a conventional thyristor in which only a part of the gate electrode is in contact with the emitter layer. Concentration can be eased. In other words, since the entire outer periphery of the gate electrode 15 is in contact with the emitter layer 14, the direction in which the gate current flows is not limited, and the occurrence of areas where current is concentrated on the gate electrode 15 can be suppressed, and as a result, the current It can relieve concentration. Therefore, the breakdown resistance of the thyristor can be increased.
According to the above description, it is possible to provide a semiconductor device including a thyristor that has both good assemblability during manufacturing and high breakdown resistance.

図1に示すように、平面視においてゲート電極15は、多角形(例えば四角形)19の中央に対して多角形(四角形)19の辺17に近い側に配置されている。なお、多角形(四角形)19は、角が尖ってないものも含み、例えば角が曲線のものも含む。また、ゲート電極15は、多角形(四角形)19の辺17に近い側に配置されていれば、図1に示すようにコーナー20に配置されてもよいし、図3に示すように辺17の中央21に配置されてもよい。なお、本実施形態では、多角形19を四角形として説明しているが、他の多角形、例えば五角形、六角形などであってもよい。また図3は、図1に示すサイリスタ18の変形例を示すサイリスタ18aであり、図1と同一部分には同一符号を付す。 As shown in FIG. 1, the gate electrode 15 is disposed on the side closer to the side 17 of the polygon (quadrangular) 19 with respect to the center of the polygon (for example, a quadrangle) 19 in plan view. Note that the polygons (quadrilaterals) 19 include those whose corners are not sharp, and also include those whose corners are curved, for example. Further, as long as the gate electrode 15 is placed on the side close to the side 17 of the polygon (quadrangular) 19, it may be placed on the corner 20 as shown in FIG. 1, or on the side 17 as shown in FIG. It may be arranged at the center 21 of. In this embodiment, the polygon 19 is described as a quadrilateral, but other polygons such as pentagons, hexagons, etc. may be used. 3 shows a thyristor 18a that is a modification of the thyristor 18 shown in FIG. 1, and the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals.

本実施形態によれば、平面視においてゲート電極15を、四角形19の中央に対して四角形19の辺17に近い側に配置するため、組み立て時にゲート電極15に接続する接続子を長くする必要がなく、接続子の設計も容易となる。このため、従来のセンターゲートのサイリスタのような製造時の組み立て性の困難性を回避でき、製造時の組み立て性を良くすることができる。また、チップの良否を選別するプローバーのプローブユニットの複雑化を回避できる。
これに加え、ゲート電極15の直下の第2の第1導電型半導体層(第2のP型半導体層)13の周囲が第2の第2導電型半導体層(エミッタである第2のN型半導体層)14に囲まれている(図1及び図2参照)。このため、ゲート電極15又はゲート電極15の直下の第2のP型半導体層13の全外周がエミッタ14と接するため、従来のゲート電極の一部だけがエミッタと接するサイリスタと比べて電流集中を緩和することができる。別言すれば、ゲート電極15の全外周がエミッタ14と接するため、ゲート電流の流れる方向が限定されることがなく、ゲート電極15に電流集中する場所の発生を抑制でき、その結果、電流集中を緩和できる。従って、サイリスタの破壊耐量を高めることができる。
以上の説明により、製造時の組み立て性の良さと高い破壊耐量を併せ持つサイリスタを備えた半導体装置を提供することができる。
According to this embodiment, since the gate electrode 15 is arranged on the side closer to the side 17 of the rectangle 19 with respect to the center of the rectangle 19 in plan view, it is not necessary to lengthen the connector connected to the gate electrode 15 during assembly. Therefore, the design of the connector becomes easy. Therefore, it is possible to avoid the difficulty of assembling during manufacturing, which is the case with conventional center gate thyristors, and to improve the assembling during manufacturing. Further, it is possible to avoid complication of the probe unit of the prober that selects whether the chip is good or bad.
In addition, the periphery of the second first conductivity type semiconductor layer (second P type semiconductor layer) 13 directly under the gate electrode 15 is a second second conductivity type semiconductor layer (second N type emitter). (see FIGS. 1 and 2). Therefore, the entire outer periphery of the gate electrode 15 or the second P-type semiconductor layer 13 directly under the gate electrode 15 is in contact with the emitter 14, so current concentration is reduced compared to a conventional thyristor in which only a portion of the gate electrode is in contact with the emitter. It can be relaxed. In other words, since the entire outer periphery of the gate electrode 15 is in contact with the emitter 14, the direction in which the gate current flows is not limited, and the occurrence of areas where current is concentrated on the gate electrode 15 can be suppressed. can be alleviated. Therefore, the breakdown resistance of the thyristor can be increased.
According to the above description, it is possible to provide a semiconductor device including a thyristor that has both good assemblability during manufacturing and high breakdown resistance.

図1に示すように、平面視においてゲート電極15は、多角形(四角形)19の中央に対して多角形(四角形)19のコーナー20に近い位置に配置されているとよい。
この場合においても上述した効果と同様の効果を得ることができる。
As shown in FIG. 1, the gate electrode 15 is preferably disposed at a position close to the corner 20 of the polygon (quadrangular) 19 with respect to the center of the polygon (quadrangular) 19 in plan view.
In this case as well, effects similar to those described above can be obtained.

また、ゲート電極15を多角形(四角形)19のコーナー20に近い位置に配置することで、図3に示す半導体装置に比べて組立がより容易となり、またゲート電極15と端子電極(図示せず)をつなぐ接続子(図示せず)の長さをより短くすることが可能となることで、内部抵抗の低減が見込まれ、ゲート損失の低減が図られる。
また、平面視においてゲート電極15の中心とサイリスタの外周との距離16は、ゲート電極15の中心とサイリスタの中心との距離16aより短いとよい(図1及び図3参照)。これにより、組み立て時にゲート電極15に接続する接続子(電極、クリップ、端子なども含む)をある程度短くすることができ、接続子の設計も容易となる。このため、従来のセンターゲートのサイリスタのような製造時の組み立て性の困難性を回避でき、製造時の組み立て性を良くすることができる。
Furthermore, by arranging the gate electrode 15 close to the corner 20 of the polygon (quadrangular) 19, assembly is easier than in the semiconductor device shown in FIG. ) by making it possible to further shorten the length of the connector (not shown), which is expected to reduce internal resistance and reduce gate loss.
Further, the distance 16 between the center of the gate electrode 15 and the outer periphery of the thyristor in plan view is preferably shorter than the distance 16a between the center of the gate electrode 15 and the center of the thyristor (see FIGS. 1 and 3). As a result, the connector (including electrodes, clips, terminals, etc.) connected to the gate electrode 15 during assembly can be shortened to some extent, and the design of the connector is also facilitated. Therefore, it is possible to avoid the difficulty of assembling during manufacturing, which is the case with the conventional center gate thyristor, and it is possible to improve the assembling during manufacturing.

図1に示すように、平面視においてゲート電極15の中心とサイリスタの外周との距離(例えば四角形19の辺17との距離16)は、電極15の中心とサイリスタ外周の辺17の対辺までの距離に対して、サージ電流耐量とdi/dt試験条件の電流値の比より大きくなるような距離とすることが望ましい。これは、局所的に、サージ電流耐量の弱い箇所が発生してしまうことを抑制するためである。なお、サージ電流耐量とは、例えば実力値であり、実力値とは、素子が破壊に至る電流値である。また、di/dt試験条件の電流値とは、EIAJ-4521に定めるオン電流のことである。di/dt試験条件の電流値を、実機回路の平滑コンデンサなどから流れる電流値に変更してもよい。実機回路の平滑コンデンサなどから流れる電流値とは、平滑コンデンサからの放電電流でありコンデンサの容量により決定する。
ゲートの位置よってコーナー20あるいは辺19とに囲まれるエミッタ層14に局部的に電流が集中し、サージ耐量以下で破壊に至る位置にあってはならず、それはサージ電流耐量とEIAJ-4521di/dt耐量試験時の条件とゲート面積などのバランスにより決定される。なお、EIAJ-ED4521とは、JEITA(電子情報技術産業協会)電子デバイス品目の3端子サイリスタの定格、特性および試験方法に規格化されているものである。
As shown in FIG. 1, the distance between the center of the gate electrode 15 and the outer periphery of the thyristor (for example, the distance 16 between the center of the gate electrode 15 and the outer periphery of the thyristor) is the distance between the center of the electrode 15 and the opposite side of the outer periphery of the thyristor 17. It is desirable that the distance be greater than the ratio of the surge current withstand capacity and the current value under the di/dt test conditions. This is to prevent localized locations with weak surge current resistance from occurring. Note that the surge current withstand capacity is, for example, an actual value, and the actual value is a current value that causes the element to break down. Furthermore, the current value under di/dt test conditions is the on-current specified in EIAJ-4521. The current value under the di/dt test conditions may be changed to the current value flowing from a smoothing capacitor or the like in the actual circuit. The current value flowing from a smoothing capacitor or the like in an actual circuit is a discharge current from the smoothing capacitor, and is determined by the capacitance of the capacitor.
Depending on the position of the gate, the current will locally concentrate in the emitter layer 14 surrounded by the corner 20 or the side 19, and the location must not be such that it will break down below the surge withstand capacity. It is determined by the balance between the conditions during the withstand test and the gate area. Note that EIAJ-ED4521 is a standard for ratings, characteristics, and test methods for 3-terminal thyristors, an electronic device item of JEITA (Japan Electronics and Information Technology Industries Association).

図1及び図3に示すように、平面視においてゲート電極15は円形状を有するが、楕円形状又は矩形などを有していてもよい。 As shown in FIGS. 1 and 3, the gate electrode 15 has a circular shape in plan view, but may have an elliptical shape, a rectangular shape, or the like.

次に、図4及び図5を用いて本実施形態の作用効果について詳細に説明する。
図4及び図5に示す矢印101は、OFFからONへの移行時(点弧時)の電流経路を示す。図4に示す本実施形態によるサイリスタのエミッタ層14と接するゲート電極15の面積を、図5に示す従来のサイリスタのエミッタ層14aと接するゲート電極15aの面積より大きくすることで、ゲート電極周辺一部への電界集中を防ぐことができる。
Next, the effects of this embodiment will be explained in detail using FIGS. 4 and 5.
An arrow 101 shown in FIGS. 4 and 5 indicates a current path at the time of transition from OFF to ON (at the time of ignition). By making the area of the gate electrode 15 in contact with the emitter layer 14 of the thyristor according to the present embodiment shown in FIG. 4 larger than the area of the gate electrode 15a in contact with the emitter layer 14a of the conventional thyristor shown in FIG. This prevents electric field from concentrating on the area.

ゲート電極15はトリガとなる電流を流すだけの面積があればよく、小さいほどよい。図5に示すゲート電極15aの平面の面積と同じ面積の図4に示すゲート電極15を、エミッタ層14で囲むように配置した場合、エミッタ層14の平面の面積中無効となる面積は同じでも、ゲート電極15がエミッタ層14の角に配置されてない図4に示すサイリスタでは、ON移行時(臨界時)に電流が拡がる有効なゲート周辺長は大きくなる。実際は、図2に示すように深さ方向に拡散されているため、その面積が広くなるに等しい。 The gate electrode 15 only needs to have an area large enough to allow a current to flow as a trigger, and the smaller the area, the better. When the gate electrode 15 shown in FIG. 4, which has the same area as the planar area of the gate electrode 15a shown in FIG. In the thyristor shown in FIG. 4 in which the gate electrode 15 is not arranged at the corner of the emitter layer 14, the effective gate peripheral length in which the current spreads during ON transition (critical time) becomes large. In reality, as shown in FIG. 2, since it is diffused in the depth direction, the area is equivalent to increasing.

一方で、臨界電流上昇率は、一般的にA/μsオーダーでサイリスタの破壊となる。電子の移動度は「cm/V・s」で表され、単位時間μs間の移動度は数mm以下である。エミッタ層への平面的な拡がりの影響よりもゲート電極の全外周が確保されていることが有効であるから、その位置は中央にある必要は無く、組み立て性を重視した位置にあっても良い。ゲート周りはサイリスタの保証耐圧による。 On the other hand, the critical current increase rate is generally on the order of A/μs, which causes destruction of the thyristor. The mobility of electrons is expressed in "cm 2 /V·s", and the mobility per unit time μs is several mm 2 or less. Since it is more effective to secure the entire outer periphery of the gate electrode than the influence of planar expansion on the emitter layer, its position does not have to be in the center, and may be located at a position that emphasizes ease of assembly. . The area around the gate depends on the guaranteed withstand voltage of the thyristor.

要するに、図4に示すようにエミッタ層14がゲート電極15を囲む場合、有効なゲート周辺長が長くなり、深さ方向にも拡散されるので、縦方向で見た場合も、円筒の側面の面積が広くなる。移動度については、臨界電流上昇率di/dtの値に比べて、電子の移動度が数μm/V・sと遅く、図4に示すようなゲート電極15がコーナー付近にあったとしてもエミッタ層14が狭くてキャリアの行先を失うような心配はなく、組立がしやすい場所で島状ゲートであれば、本実施形態の効果を実現できる。 In short, when the emitter layer 14 surrounds the gate electrode 15 as shown in FIG. The area becomes larger. Regarding the mobility, the electron mobility is slow at several μm 2 /V・s compared to the value of the critical current increase rate di/dt, and even if the gate electrode 15 is located near the corner as shown in FIG. There is no need to worry about carriers losing their destination due to the emitter layer 14 being narrow, and the effects of this embodiment can be achieved if the island-shaped gate is used in a location where it is easy to assemble.

要するに、図4に示すようにエミッタ層14がゲート電極15を囲む場合、有効なゲート周辺長が長くなり、深さ方向にも拡散されるので、縦方向で見た場合も、円筒の側面の面積が広くなる。移動度については、臨界電流上昇率di/dtの値に比べて、電子の移動度が数mm/V・s程度で、図4に示すようなゲート電極15がコーナー付近にあったとしても、コーナー20あるいは辺19とに囲まれるエミッタ層14はキャリアの行先を確保できれば、組立がしやすい場所で島状ゲートで、本実施形態の効果を実現できる。 In short, when the emitter layer 14 surrounds the gate electrode 15 as shown in FIG. The area becomes larger. Regarding the mobility, compared to the value of the critical current increase rate di/dt, the electron mobility is about several mm 2 /V・s, and even if the gate electrode 15 is located near the corner as shown in FIG. , the corner 20 or the side 19, if a carrier destination can be secured, the effects of this embodiment can be achieved with an island-shaped gate at a location where it is easy to assemble.

なお、移動度の単位については、電子やホールが1V/cmの電界をかけたときに、どのくらいの速度cm/sで移動するかを考えればよい。
(cm/s)/(V/cm)=cm/(V・s)
As for the unit of mobility, it is sufficient to consider at what speed cm/s electrons and holes move when an electric field of 1 V/cm is applied.
(cm/s)/(V/cm)= cm2 /(V・s)

11 第1の第1導電型半導体層(第1のP型半導体層、第1のP型不純物拡散層)
12 第1の第2導電型半導体層(第1のN型半導体層、第1のN型半導体層)
13 第2の第1導電型半導体層(第2のP型半導体層、第2のP型不純物拡散層)
14 第2の第2導電型半導体層(エミッタ層、第2のN型半導体層、第2のN型不純物拡散層
15 ゲート電極
16 ゲート電極の中心とサイリスタの外周との距離(四角形の辺との距離)
17 多角形の辺(四角形の辺)
18 サイリスタ
19 多角形(四角形)
20 コーナー
11 First first conductivity type semiconductor layer (first P type semiconductor layer, first P + type impurity diffusion layer)
12 First second conductivity type semiconductor layer (first N-type semiconductor layer, first N - type semiconductor layer)
13 Second first conductivity type semiconductor layer (second P type semiconductor layer, second P + type impurity diffusion layer)
14 Second second conductivity type semiconductor layer (emitter layer, second N type semiconductor layer, second N + type impurity diffusion layer distance)
17 Sides of polygon (sides of quadrilateral)
18 Thyristor 19 Polygon (square)
20 corner

Claims (6)

第1の第1導電型半導体層と、
前記第1の第1導電型半導体層上に配置された第1の第2導電型半導体層と、
前記第1の第2導電型半導体層上に配置された第2の第1導電型半導体層と、
前記第2の第1導電型半導体層上に配置された第2の第2導電型半導体層と、
前記第2の第1導電型半導体層上に配置されたゲート電極と、
を有するサイリスタを備え、
前記ゲート電極の直下の前記第2の第1導電型半導体層の周囲が前記第2の第2導電型半導体層に囲まれており、
平面視において前記ゲート電極は、前記サイリスタの中央に対して前記サイリスタの外周に近い側に配置されていることを特徴とする半導体装置。
a first first conductivity type semiconductor layer;
a first second conductivity type semiconductor layer disposed on the first first conductivity type semiconductor layer;
a second first conductivity type semiconductor layer disposed on the first second conductivity type semiconductor layer;
a second second conductivity type semiconductor layer disposed on the second first conductivity type semiconductor layer;
a gate electrode disposed on the second first conductivity type semiconductor layer;
Equipped with a thyristor having
The second first conductivity type semiconductor layer immediately below the gate electrode is surrounded by the second second conductivity type semiconductor layer,
A semiconductor device characterized in that, in a plan view, the gate electrode is arranged closer to the outer periphery of the thyristor with respect to the center of the thyristor.
請求項1において、
前記サイリスタの平面形状は多角形、円形又は楕円形であることを特徴とする半導体装置。
In claim 1,
A semiconductor device characterized in that the planar shape of the thyristor is polygonal, circular, or elliptical.
請求項2において、
平面視において前記ゲート電極は、前記多角形の中央に対して前記多角形の辺に近い側に配置されていることを特徴とする半導体装置。
In claim 2,
The semiconductor device is characterized in that the gate electrode is disposed on a side closer to a side of the polygon with respect to the center of the polygon in plan view.
請求項2において、
平面視において前記ゲート電極は、前記多角形の中央に対して前記多角形のコーナーに近い位置に配置されていることを特徴とする半導体装置。
In claim 2,
The semiconductor device is characterized in that the gate electrode is disposed at a position close to a corner of the polygon with respect to a center of the polygon when viewed in plan.
請求項1から4のいずれか一項において、
平面視において前記ゲート電極の中心と前記サイリスタの外周との距離は、前記ゲート電極の中心と前記サイリスタの中心との距離より短いことを特徴とする半導体装置。
In any one of claims 1 to 4,
A semiconductor device characterized in that the distance between the center of the gate electrode and the outer periphery of the thyristor is shorter than the distance between the center of the gate electrode and the center of the thyristor in plan view.
請求項1から4のいずれか一項において、
平面視において前記ゲート電極の平面形状は、円形状、楕円形状又は矩形を有することを特徴とする半導体装置。
In any one of claims 1 to 4,
A semiconductor device characterized in that the gate electrode has a circular, elliptical, or rectangular planar shape in plan view.
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