JP2609608B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

Info

Publication number
JP2609608B2
JP2609608B2 JP62111574A JP11157487A JP2609608B2 JP 2609608 B2 JP2609608 B2 JP 2609608B2 JP 62111574 A JP62111574 A JP 62111574A JP 11157487 A JP11157487 A JP 11157487A JP 2609608 B2 JP2609608 B2 JP 2609608B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thyristor
pilot
emitter
stage
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP62111574A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS63177467A (ja
Inventor
良昭 角田
秀雄 松田
昌寿 金谷
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of JPS63177467A publication Critical patent/JPS63177467A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2609608B2 publication Critical patent/JP2609608B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/74Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
    • H01L29/7428Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action having an amplifying gate structure, e.g. cascade (Darlington) configuration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Thyristors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はサイリスタ(光サイリスタを含む)を構成す
る半導体装置に関する。
(従来の技術) 従来の光サイリスタとして第4図ないし第6図に示す
ものがある。第4図の例(特開昭58−3283号)は同心円
状に増幅ゲートを複数個設け、di/dt耐量を高めた構造
であるが、dv/dt耐量の面から増幅ゲートの段数には制
限がある。
第5図,第6図に示した構造(特開昭58−3282号)は
dv/dt補償型構造とよばれているもので、光感度、dv/dt
耐量などの光サイリスタの電気的特性を損なうことなく
多段増幅ゲートと採用し、di/dt耐量を高めている。第
5図はゲート電極の平面配置構成図、第6図は断面構成
図である。
Pエミッタ層1、Nベース層2、Pベース層3、Nエ
ミッタ層4の4つの積層された半導体層からなるメイン
サイリスタの上記Nエミッタ層4に隣接するPベース層
3表面には集電電極11が形成されており、この集電電極
11に囲まれて複数のパイロットサイリスタが形成されて
いる。ここでは、受光部8を備えた第1のパイロットサ
イリスタ12、そのエミッタ電極を集電電極11と共通化し
た第5のパイロットサイリスタ16まで、計5個のパイロ
ットサイリスタ12,13〜16が形成されている。尚、集電
電極11の周辺部、つまりパイロットサイリスタ12,13〜1
6の周りにはメインサイリスタ17が形成される。しかし
て、第1のパイロットサイリスタ12は、受光部8の周り
に円環状にNエミッタ層12aを形成し、その表面にエミ
ッタ電極(Al電極)12bを配設して構成される。また、
第2乃至第5のパイロットサイリスタ13,14,15,16は、
Pベース層3中に集電電極11に囲まれてNエミッタ層13
a,14a,15a,16aをそれぞれ形成し、これらのNエミッタ
層13a,14a,15a,16a上にそれぞれエミッタ電極13b,14b,1
5b,16を形成すると共に、Pベース層3上に各ゲート電
極13c,14c,15c,16cを形成して構成される。このうち、
第5のパイロットサイリスタ16のエミッタ電極16bは前
記集電電極11と共通化されている。また、上記Nエミッ
タ層14a,15aは便宜上図示していない。しかして、各段
のパイロットサイリスタ13,14,15,16の各ゲート電極13
c,14c,15c,16cは、それぞれ前段のパイロットサイリス
タ12,13,14,15の各エミッタ電極12b,13b,14b,15bにAl線
等の配線(Alワイヤ)18を介して順次電気的に接続され
ている。従って、各段のパイロットサイリスタ13,14,1
5,16は、それぞれ前段のパイロットサイリスタ12,13,1
4,15のターンオン電流をゲート電流として受けて、ター
ンオン動作するようになっている。そしてメインサイリ
スタ17は、第5のパイロットサイリスタ16のターンオン
電流を集電電極11を介して受けて、ターンオンするよう
になっている。尚、パイロットサイリスタ12〜16の配置
構造は、特に規定されるものではない。
さて、このように構成された本サイリスタの受光部8
に光ゲート信号hνを照射すると、第1のパイロットサ
イリスタ12の中央接合部の空乏層領域で発生した光電流
IphがPベース層3に流れ込む。この光電流IphはPベー
ス層3を横方向に流れ、Pベース層3に設けた集電電極
11を介したのち、Pベース層3とカソード電極6との間
に設けられた短絡部9を介して上記カソード電極6に流
れ込む。この結果、光電流Iphは、第1のパイロットサ
イリスタ12領域のPベース層3に横方向電位差を発生
し、これによって第1のパイロットサイリスタ12のNエ
ミッタ層12aが順方向にバイアスされることになる。こ
の順方向バイアス電圧の一番深い電位が、上記Nエミッ
タ層12aとPベース層3との間の接合部のビルトインポ
テンシャルの値に近付くと、これによってNエミッタ層
12aからPベース層3への電子の注入が急激に増加し、
第1のパイロットサイリスタ12は上記接合部からターン
オンすることになる。しかして、この第1のパイロット
サイリスタ12のターンオン電流は、配線18を介して第2
のパイロットサイリスタ13のゲート電極13cにゲート電
流として印加され、これによって第2のパイロットサイ
リスタ13がターンオンすることになる。同様にして、パ
イロットサイリスタ13のターンオンによって、第3〜第
5のパイロットサイリスタ14,15,16が順次ターンオンす
ることになる。そして第5のパイロットサイリスタ16の
ターンオン電流は、集電電極11から短絡部9を介してカ
ソード電極6に流れ、このとき上記ターンオン電流はメ
インサイリスタ17のゲート電流として機能することか
ら、メインサイリスタ17がターンオンすることになる。
(発明が解決しようとする問題点) しかし直流送電などの高電圧変換装置に使用されるサ
イリスタにおいては、定格電圧からのターンオンが要求
され、このようなターンオン時のdi/dt耐量は上記構造
でも非常に厳しくなる。というのは、第5図,第6図に
おいて本来、初段パイロットサイリスタ12のエミッタ電
極12bからゲート電極13cに流れるべきターンオン電流
が、アノード,カソード間の高電圧からのターンオン、
あるいはdi/dtが非常に急峻な場合には、上記エミッタ
電極12bから表面を通って集電電極11に電流が流れ、エ
ミッタ層12aとPベース層3間のPN接合が劣化し、素子
の致命的破壊につながることがある。
第7図はさらに光感度とdv/dt耐量のトレードオフを
改善するために、初段のパイロットサイリスタを形成す
る部分に凹部21を設け、受光部Nエミッタを段付きにし
たものである。第8図は上記凹部21の部分の拡大図であ
る。この段付きエミッタの形成法は、あらかじめエッチ
ングによって段差Xをつけておいた後、Nエミッタ12a
を拡散形成することにより得られる。しかし、この段差
が5μmを超える時、この段差上に形成されたAl電極12
bは、凹部21の深さと同じだけの段差が生じ、この段差
によってAl電極が部分部分で切れることがある。特に高
耐圧大容量サイリスタでは、di/dtが急峻なため、この
部分の電流密度が高く、Al電極が一部切れていれば電流
集中によりサイリスタの致命的破壊に結がることもあ
る。
また、第5図〜第7図に示すdv/dt補償型の構造で
は、各パイロットサイリスタをAlワイヤ18をAl電極にボ
ンディングして結線していた。しかし、このボンディン
グ作業は、Al電極のパターンが細かい場合、作業性が悪
く、ボンディング不良を起こすこともある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、高電圧か
らのターンオンや、急峻なdi/dtに耐えられるような高
いdi/dt耐量をもつゲート構造を有した半導体装置(サ
イリスタ)を提供しようとするものである。
(問題点を解決するための手段と作用) 本発明は、初段パイロットサイリスタのエミッタ層と
ベース層間のPN接合端(表面)をエッチングで切欠する
ことにより、上記PN接合耐圧を増し、ターンオン電流が
初段パイロットサイリスタのエミッタ電極と集電電極と
の間を流れずに、初段パイロットサイリスタのエミッタ
電極と次段パイロットサイリスタのゲート電極との間に
流れるようにしたものである。
(実施例) 以下図面を参照して本発明の第1実施例を説明する。
第1図は同実施例の断面構成図であるが、これは第6図
と対応する場合の例であるから対応個所には同一符号を
付して説明を省略し、特徴とする点を抽出して説明す
る。本実施例の特徴は、初段パイロットサイリスタ12の
N型エミッタ層12aとP型ベース層3とのPN接合端(表
面)をエッチングして切欠部31を設ける。この時のエッ
チング深さは、エミッタ層12aの深さが20〜25μmであ
れば5μm程度エッチングすればPN接合の耐圧は充分高
まる。つまりエッチングによる切欠部31があるため、エ
ミッタ電極12bと集電電極11との間に表面電流が流れる
おそれがないため、di/dt耐量が高まるものである。
第2図は本発明の途中過程で考えられた半導体装置の
概略断面図である。即ち耐圧の低い素子においては、第
1図の場合の如くエッチングしないで、酸化膜41でバッ
シベーションしただけでもエミッタ電極12b、集電電極1
1間に表面電流を流さない効果はあり、また第3図
(a)の第2実施例の如く第1図と第2図の構成を組み
合わせれば、効果は更に高まるものである。
第3図(b)に応用例を示す。光感度とdv/dtのトレ
ードオフを改善するために第8図に示すような段付Nエ
ミッタを形成する時、段差Xが5μmを超える場合は、
第3図(b)に示すように、トータル段差がXになるよ
うにほぼ均等にx1とx2となるようにステップ22を形成す
る。この時段差の形成はNエミッタ12aを拡散形成する
前にシリコンをx2だけエッチングした後、それよりも径
を大きくして再びx1だけエッチングする。この後工程で
Al電極をパターニングすればAl電極12bはそれぞれx1,x2
だけの段差をもち、この量は5μmを超えないため、Al
に亀裂は生じない。
第3図(c)に他の応用例を示す。第5図ないし第7
図では、例えば電極12bと13cを結線する場合、Alワイヤ
をボンディングして電極11,13bに接触しないようにして
いた。第3図(c)では、Nエミッタ層12aがPベース
層3間まで酸化膜19を形成し、この上にAl電極層18′を
パターニングし、電極12bと13cを結線する構造としてい
る。
従来は、第8図に示すように、部のAl電極の段差が
5μm以上と大きいと、Al電極に亀裂が生じることがあ
った。このAl電極の亀裂は大きい電流が流れると、電流
密度が高まり、サイリスタの致命的破壊に至ることがあ
る。これを第3図(b)の部のようにステップ22を設
けて二段以上の段にし、それぞれの段差X1,X2を小さく
すれば、Alに亀裂が生じることはない。
Alワイヤ18のボンディングは、電極パターンが非常に
狭いと作業時間はかかり、またボンディングの位置ずれ
によりショートすることありうる。しかもボンディング
したAlワイヤは、たわませて他の部分にショートしない
ようなしなければならない。増幅ゲートを多段にすれば
それだけボンディング数が増えるなど信頼性、作業性と
いう面で劣っている。そこで第3図(c)のように酸化
膜19を介して層構造で結線すれば、酸化膜19の形成、パ
ターニングという工程は増えるが、ボンディング工程は
なくなり、結線もAl電極のパターニングと同時に行なえ
るため、作業性が増し、信頼性も高まる。ただし、酸化
膜19のパターニング時には、Al電極層18′に亀裂が生じ
ないようにテーパーエッチングをすることが望ましい。
なお本発明は上記実施例に限定されることなく種々の
応用が可能である。例えば本発明は光サイリスタのみに
限定されるものではなく、電気サイリスタにも同様に適
用できる。また増幅ゲートの段数は2つ以上であればい
くつでもよい。また第3図(b)ではステップ22をつけ
た凹部18としたが、この凹部はその頂部から底部に行く
にしたがい狭くなるテーパ形状の凹部としてもよい。
〔発明の効果〕 以上説明した如く本発明によれば、高電圧からのター
ンオンや、急峻なdi/dtに耐えられるような高いdi/dt耐
量をもつゲート構造を有した半導体装置(サイリスタ)
を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例の要部を示す断面構成図、
第2図は本発明の途中過程で考えられた半導体装置の要
部を示す断面構成図、第3図は本発明の第2実施例にか
かる半導体装置の要部を示す断面構成図、第4図は従来
構成サイリスタの一例を示す断面構成図、第5図は他の
従来構成サイリスタを示す平面図、第6図は同サイリス
タの断面構成図、第7図は同構成の変形例の断面図、第
8図はその一部拡大図である。 3……Pベース層、4……Nエミッタ層、6……カソー
ド電極、8……受光部、9……短絡部、11……集電電
極、12,13,14,15,16……パイロットサイリスタ、17……
メインサイリスタ、12a,13a,14a,15a,16a……Nエミッ
タ層、12b,13b,14b,15b,16b……エミッタ電極、13c,14
c,15c,16c……ゲート電極、18′……Al配線層、31……
切欠部(エッチング部)、41……酸化膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金谷 昌寿 川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社 東芝多摩川工場内 (56)参考文献 特開 昭58−3282(JP,A) 特開 昭56−55068(JP,A) 特開 昭63−88863(JP,A) 特公 昭44−24982(JP,B1) 特公 昭61−48785(JP,B2) 特公 昭54−5953(JP,B2)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導型を交互に異ならせて積層された4つ
    の半導体層からなるメインサイリスタのベース層中に上
    記メインサイリスタのエミッタ層を除く他の3つの半導
    体層を共有する複数のパイロットサイリスタのエミッタ
    層を上記メインサイリスタのエミッタ層から分離し、且
    つこのメインサイリスタのエミッタ層と同導電型にそれ
    ぞれ形成してなるサイリスタにおいて、上記各パイロッ
    トサイリスタをメインサイリスタのエミッタ層に隣接す
    るベース層上に設けた集電電極の内側にそれぞれ配置
    し、且つ各パイロットサイリスタのエミッタ層に挟まれ
    る各ベース層上にそれぞれゲート電極を形成し、これら
    のパイロットサイリスタのゲート電極を前段のパイロッ
    トサイリスタのエミッタ層上に設けられたエミッタ電極
    に順次電気的に接続し、最終段のパイロットサイリスタ
    のエミッタ電極を上記集電電極と共通化し、上記各パイ
    ロットサイリスタのうちの初段のパイロットサイリスタ
    のエミッタ層とベース層間のPN接合端の表面に、ターン
    オン電流が初段のパイロットサイリスタのエミッタ電極
    から集電電極に流れるのを防止するための切欠部を設け
    たことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】初段のパイロットサイリスタは、光トリガ
    信号を受けて点弧駆動されるものである特許請求の範囲
    第1項記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】前記初段のパイロットサイリスタを形成す
    る部分に凹部を設け、該凹部の底部と頂部との間にステ
    ップを設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項に
    記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】前記初段のパイロットサイリスタを形成す
    る部分に凹部を設け、この凹部はその頂部から底部にい
    くに従がい狭くなるテーパ形状をなすことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項に記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】前記パイロットサイリスタ間で前段のター
    ンオン電流を次段のゲート電流として供給する部分は、
    前段のパイロットサイリスタのエミッタ層から後段のパ
    イロットサイリスタのエミッタ層に挟まれるベース層ま
    で絶縁膜を形成し、この絶縁膜上にパイロットサイリス
    タのゲート電極層を形成し、このゲート電極層で前段の
    パイロットサイリスタのエミッタ層と前記絶縁膜の縁部
    がのったベース層と接続したことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載の半導体装置。
JP62111574A 1986-09-29 1987-05-07 半導体装置 Expired - Lifetime JP2609608B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61-227975 1986-09-29
JP22797586 1986-09-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63177467A JPS63177467A (ja) 1988-07-21
JP2609608B2 true JP2609608B2 (ja) 1997-05-14

Family

ID=16869191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62111574A Expired - Lifetime JP2609608B2 (ja) 1986-09-29 1987-05-07 半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2609608B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2740034B2 (ja) * 1990-03-12 1998-04-15 株式会社東芝 半導体装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1588196A (en) * 1977-06-14 1981-04-15 Ono Pharmaceutical Co Prostaglandin analogues
JPS5655068A (en) * 1979-10-11 1981-05-15 Hitachi Ltd Thyristor
JPS583282A (ja) * 1981-06-30 1983-01-10 Toshiba Corp サイリスタ
JPS6148785A (ja) * 1984-08-17 1986-03-10 Yoshio Usui 光フアイバ−スイツチ

Also Published As

Publication number Publication date
JPS63177467A (ja) 1988-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0014098B1 (en) Gate turn-off thyristor
JP3369391B2 (ja) 誘電体分離型半導体装置
JPS5986260A (ja) ゲ−トタ−ンオフサイリスタ
JP2751650B2 (ja) 半導体回路
JP2609608B2 (ja) 半導体装置
EP0164106A2 (en) PNPN switch device
US4595939A (en) Radiation-controllable thyristor with multiple, non-concentric amplified stages
US4114178A (en) Semiconductor controlled rectifier having an auxiliary region with localized low resistance paths to the control gate
EP0069308B1 (en) Thyristor
US4649410A (en) Radiation controllable thyristor with multiple non-concentric amplified stages
JPS623987B2 (ja)
US6552325B1 (en) Photo diode array
US4546369A (en) Light-activated amplified gate bi-directional thyristor
JPH0691246B2 (ja) 半導体装置
JP2740034B2 (ja) 半導体装置
WO2023068264A1 (ja) 光半導体素子
JPH02263470A (ja) ゲートターンオフサイリスタ
JPH0468791B2 (ja)
JP2953623B2 (ja) プレーナ型サイリスタ
JPH0117266B2 (ja)
JPH0136261B2 (ja)
KR790001059B1 (ko) 반도체 장치
JPS6130755B2 (ja)
JPS6226194B2 (ja)
JP2000124503A (ja) 半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080213

Year of fee payment: 11