JP2633585B2 - 半導体装置 - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66363—Thyristors
- H01L29/66371—Thyristors structurally associated with another device, e.g. built-in diode
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- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
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- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
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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、主サイリスタと補助サイリスタ(パイロッ
トサイリスタとも呼ばれる)を1つの半導体基板に搭載
した半導体装置に関するもので、特に耐ノイズ性にすぐ
れた高感度サイリスタに係るものである。
トサイリスタとも呼ばれる)を1つの半導体基板に搭載
した半導体装置に関するもので、特に耐ノイズ性にすぐ
れた高感度サイリスタに係るものである。
(従来の技術) サイリスタは従来より電源コントロール用として多く
使用されてきた。第5図は従来のサイリスタの構成を示
す模式的な断面図である。サイリスタはNエミッタ領域
4、Pベース領域3、Nベース領域1及びPエミッタ領
域2の4層構造を有し、Nエミッタ領域4に陰極6、P
エミッタ領域2に陽極5、Pベース領域3にゲート電極
7をそれぞれ設ける。
使用されてきた。第5図は従来のサイリスタの構成を示
す模式的な断面図である。サイリスタはNエミッタ領域
4、Pベース領域3、Nベース領域1及びPエミッタ領
域2の4層構造を有し、Nエミッタ領域4に陰極6、P
エミッタ領域2に陽極5、Pベース領域3にゲート電極
7をそれぞれ設ける。
陽極電圧等所定条件で、オフ状態のサイリスタのゲー
ト電流を増加してゆくと、サイリスタはオン状態に移行
するが、このターンオンに必要な最小のゲート電流をゲ
ートターンオン電流IGTであらわし、IGTが小さい程感度
が良い。サイリスタのゲートターンオン電流IGTは種々
の方法で制御されている。例えば、ゲートとNエミッタ
間に抵抗を入れゲート信号電流の一部を抵抗に分流す
る、などである。
ト電流を増加してゆくと、サイリスタはオン状態に移行
するが、このターンオンに必要な最小のゲート電流をゲ
ートターンオン電流IGTであらわし、IGTが小さい程感度
が良い。サイリスタのゲートターンオン電流IGTは種々
の方法で制御されている。例えば、ゲートとNエミッタ
間に抵抗を入れゲート信号電流の一部を抵抗に分流す
る、などである。
またオフ状態のサイリスタの陽極と陰極間にノイズ電
圧などのうち、急激な立上りの電圧が印加されると、ゲ
ート信号を与えないのに、サイリスタはオン状態に移行
することがある。これはPベース領域とNベース領域の
接合容量が充電されるため、Cdv/dtの変位電流が接合全
面に流れる。ちょうど、この電流がゲート電流を流した
のと同様な効果をもち、サイリスタはターンオンする。
このオン状態に至るぎりぎりの電圧変化率dv/dtを臨界
オフ電圧上昇率と呼び、この値が高い程サイリスタはオ
ンしにくく、好ましい。これらの現象を総称してdv/dt
特性という。
圧などのうち、急激な立上りの電圧が印加されると、ゲ
ート信号を与えないのに、サイリスタはオン状態に移行
することがある。これはPベース領域とNベース領域の
接合容量が充電されるため、Cdv/dtの変位電流が接合全
面に流れる。ちょうど、この電流がゲート電流を流した
のと同様な効果をもち、サイリスタはターンオンする。
このオン状態に至るぎりぎりの電圧変化率dv/dtを臨界
オフ電圧上昇率と呼び、この値が高い程サイリスタはオ
ンしにくく、好ましい。これらの現象を総称してdv/dt
特性という。
第6図は従来のいわゆる増幅ゲート型サイリスタの構
成を示す模式的断面図である。同図において第5図と同
一符号は同一部分又は対応部分を表す。主サイリスタは
Nエミッタ領域4、Pベース領域3、Nベース領域1及
びPエミッタ領域2の4層構造を有し、dv/dt特性を高
めるため陰極側は短絡エミッタ構造となっている。補助
サイリスタはNエミッタ領域8、Pベース領域9、Nベ
ース領域1及びPエミッタ領域2の4層構造を有し、高
感度になるようにつくられる。補助サイリスタのNエミ
ッタ領域8と主サイリスタのPベース領域3とは配線10
により接続される。
成を示す模式的断面図である。同図において第5図と同
一符号は同一部分又は対応部分を表す。主サイリスタは
Nエミッタ領域4、Pベース領域3、Nベース領域1及
びPエミッタ領域2の4層構造を有し、dv/dt特性を高
めるため陰極側は短絡エミッタ構造となっている。補助
サイリスタはNエミッタ領域8、Pベース領域9、Nベ
ース領域1及びPエミッタ領域2の4層構造を有し、高
感度になるようにつくられる。補助サイリスタのNエミ
ッタ領域8と主サイリスタのPベース領域3とは配線10
により接続される。
ゲート電極7は補助サイリスタのPベース領域9に設
けられる。ゲート端子Gより、比較的小さなゲート電流
が与えられると補助サイリスタはオンし、この増幅され
たオン電流は配線10を通り、主サイリスタのゲート電流
となり、主サイリスタはターンオンする。
けられる。ゲート端子Gより、比較的小さなゲート電流
が与えられると補助サイリスタはオンし、この増幅され
たオン電流は配線10を通り、主サイリスタのゲート電流
となり、主サイリスタはターンオンする。
(発明が解決しようとする問題点) サイリスタのゲート感度は高いほうが望ましい。特に
最近マイコン等の家庭電気製品への応用が進みつつあ
り、ICによるサイリスタの直接駆動が望まれ、高いゲー
ト感度のサイリスタのニーズは非常に大きい。しかし従
来のサイリスタでは、ゲート感度を高くするとdv/dt特
性は低下し、使用中サイリスタの陽極陰極間に外部回路
から印加されるノイズ電圧により誤動作が発生し易くな
り、耐ノイズ性が劣化するという問題がある。
最近マイコン等の家庭電気製品への応用が進みつつあ
り、ICによるサイリスタの直接駆動が望まれ、高いゲー
ト感度のサイリスタのニーズは非常に大きい。しかし従
来のサイリスタでは、ゲート感度を高くするとdv/dt特
性は低下し、使用中サイリスタの陽極陰極間に外部回路
から印加されるノイズ電圧により誤動作が発生し易くな
り、耐ノイズ性が劣化するという問題がある。
高いdv/dtを得るための方法として、例えばPベース
領域の濃度を高くしベース抵抗を低くするとか、Pベー
ス領域と陰極との間に抵抗を入れるとかの方法がある
が、これらはゲートターンオン電流IGTを大きくして、
ゲート感度を損なう。従来技術ではサイリスタの高感度
化と高いdv/dt特性とを同時に得ることは困難な問題で
ある。
領域の濃度を高くしベース抵抗を低くするとか、Pベー
ス領域と陰極との間に抵抗を入れるとかの方法がある
が、これらはゲートターンオン電流IGTを大きくして、
ゲート感度を損なう。従来技術ではサイリスタの高感度
化と高いdv/dt特性とを同時に得ることは困難な問題で
ある。
本発明の目的は、高いゲート感度と高い耐ノイズ性
(高いdv/dt特性)を合わせ持つサイリスタを提供する
ことである。
(高いdv/dt特性)を合わせ持つサイリスタを提供する
ことである。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段と作用) 本発明の半導体装置は、(a)N型半導体基板の第2
主面からこれと反対側の第1主面にわたり形成される主
電流の流れるPNPN4層構造を有し、且つ比較的低感度で
あるが十分高いdv/dt特性を持つ主サイリスタと、
(b)前記N型半導体基板の第2主面から第1主面にわ
たり形成され主サイリスタをターンオンさせるに必要な
電流が流れるPNPN4層構造を有し、且つ十分高い感度を
持つ補助サイリスタと、(c)補助サイリスタのNエミ
ッタ領域と主サイリスタのNエミッタ領域又はPベース
領域との間に設けられるスイッチング用MOS FETと、
(d)電気的又は光学的なゲート信号により前記MOS FE
Tをオンすると共に補助サイリスタをターンオンさせる
ゲート付勢手段と、を有することを特徴とするものであ
る。
主面からこれと反対側の第1主面にわたり形成される主
電流の流れるPNPN4層構造を有し、且つ比較的低感度で
あるが十分高いdv/dt特性を持つ主サイリスタと、
(b)前記N型半導体基板の第2主面から第1主面にわ
たり形成され主サイリスタをターンオンさせるに必要な
電流が流れるPNPN4層構造を有し、且つ十分高い感度を
持つ補助サイリスタと、(c)補助サイリスタのNエミ
ッタ領域と主サイリスタのNエミッタ領域又はPベース
領域との間に設けられるスイッチング用MOS FETと、
(d)電気的又は光学的なゲート信号により前記MOS FE
Tをオンすると共に補助サイリスタをターンオンさせる
ゲート付勢手段と、を有することを特徴とするものであ
る。
尚第1の発明は、主サイリスタのNエミッタ領域と補
助サイリスタのNエミッタ領域とは一体化されたPベー
ス領域内に互いに分離して設けられ、両サイリスタのN
ベース領域及びPエミッタ領域はそれぞれ一体化された
領域であり、ゲート電流を直接Pベース領域に流してタ
ーンオンする従来のサイリスタに、前記(a)ないし
(d)記載の本発明を適用したものである。
助サイリスタのNエミッタ領域とは一体化されたPベー
ス領域内に互いに分離して設けられ、両サイリスタのN
ベース領域及びPエミッタ領域はそれぞれ一体化された
領域であり、ゲート電流を直接Pベース領域に流してタ
ーンオンする従来のサイリスタに、前記(a)ないし
(d)記載の本発明を適用したものである。
また、第1の発明におけるスイッチング用MOSFETは、
ゲート電極上に絶縁層を介して位置する別の電極など
の、動作特性を制御する周辺回路構成を持たない。ここ
でいう動作特性を制御する周辺回路構成とは、特開昭56
−110263号公報の第4図(A)における第1のゲート電
極と第2のゲート電極またはカソード電極を電気的に結
合させる抵抗領域、特にこの抵抗領域及び第1のゲート
電極の上の第2絶縁層上に位置して配置された第3ゲー
ト電極によって構成される回路などをいう。
ゲート電極上に絶縁層を介して位置する別の電極など
の、動作特性を制御する周辺回路構成を持たない。ここ
でいう動作特性を制御する周辺回路構成とは、特開昭56
−110263号公報の第4図(A)における第1のゲート電
極と第2のゲート電極またはカソード電極を電気的に結
合させる抵抗領域、特にこの抵抗領域及び第1のゲート
電極の上の第2絶縁層上に位置して配置された第3ゲー
ト電極によって構成される回路などをいう。
又第2の発明は、主サイリスタのPベース領域と補助
サイリスタのPベース領域を互いに分離し形成し各ベー
ス領域内にそれぞれのNエミッタ領域を設け、両サイリ
スタのNベース領域及びPエミッタ領域はそれぞれ一体
化された領域としたものであり、従来のいわゆる増幅ゲ
ート型サイリスタに前記(a)ないし(d)記載の本発
明を適用したものである。
サイリスタのPベース領域を互いに分離し形成し各ベー
ス領域内にそれぞれのNエミッタ領域を設け、両サイリ
スタのNベース領域及びPエミッタ領域はそれぞれ一体
化された領域としたものであり、従来のいわゆる増幅ゲ
ート型サイリスタに前記(a)ないし(d)記載の本発
明を適用したものである。
本発明の半導体装置がオフ状態にあるときは、前記MO
S FETはオフ状態で主サイリスタと補助サイリスタとは
分離され、本発明の半導体装置のdv/dt特性は主サイリ
スタのdv/dt特性により主として支配され、十分高いdv/
dt特性を示す。ゲート信号が入力されると前記MOS FET
はオンし、主サイリスタと補助サイリスタは連接される
と共に高感度の補助サイリスタはターンオンし、これに
より主サイリスタがターンオンする。即ち小さなゲート
信号により主サイリスタをターンオンさせることができ
る。
S FETはオフ状態で主サイリスタと補助サイリスタとは
分離され、本発明の半導体装置のdv/dt特性は主サイリ
スタのdv/dt特性により主として支配され、十分高いdv/
dt特性を示す。ゲート信号が入力されると前記MOS FET
はオンし、主サイリスタと補助サイリスタは連接される
と共に高感度の補助サイリスタはターンオンし、これに
より主サイリスタがターンオンする。即ち小さなゲート
信号により主サイリスタをターンオンさせることができ
る。
(実施例) 第1図は、第1の発明の半導体装置の実施例を示す模
式的な断面図である。N型半導体基板21には、この基板
21の第1の主面(図面の下方)から拡散されてアノード
となるPエミッタ領域22と、第2主面(上方)に形成さ
れるPベース領域23と、この領域23内に形成されたカソ
ードとなる第1Nエミッタ領域24と、Pベース領域23とP
エミッタ領域22とに挟まれるNベース領域21(基板21の
一部分)と、からなるPNPN構造を有し、Pエミッタ領域
22とオーミック接触する陽極25と、第1Nエミッタ領域と
オーミック接触をする陰極26を設けた主サイリスタが形
成されている。又同基板には、Pベース領域23内に第1N
エミッタ領域24と分離して形成される第2Nエミッタ領域
28、Pベース領域23、Nベース領域21及びPエミッタ領
域22とからなるPNPN4層構造を有する補助サイリスタが
形成されている。第1Nエミッタ領域24と、第2Nエミッタ
領域28と、これら第1、第2のNエミッタ領域に挟まれ
るPベース領域23の表面部分のチャネル領域33と、領域
33に絶縁膜を介して対向するゲート電極34と、からなる
スイッチングMOS FETM1が主サイリスタと補助サイリス
タとの間に設けられる。抵抗R1を通してPベース領域23
に接続されるゲート端子Gとゲート電極34とを接続する
配線30とからなるゲート付勢手段が設けられる。このゲ
ート付勢手段は、特許請求の範囲第2項記載のの実施態
様であり、電気的なゲート信号によるものである。Pベ
ース領域23内に、第1、第2のNエミッタ領域24,28を
分離してツェナーダイオードのN型層となる第3のN型
領域35が設けられる。符号31は基板の両面より拡散、接
続されるアイソレーション領域である。尚主サイリスタ
の第1Nエミッタ領域24及びPベース領域23の形状や不純
物濃度は、主サイリスタの注入効率が低くなるように即
ち低感度であるが所望の高いdv/dtが得られるようにな
っている。又補助サイリスタの第2Nエミッタ領域28及び
Pベース領域23の形状や不純物濃度は補助サイリスタが
高感度となるよう作られる。
式的な断面図である。N型半導体基板21には、この基板
21の第1の主面(図面の下方)から拡散されてアノード
となるPエミッタ領域22と、第2主面(上方)に形成さ
れるPベース領域23と、この領域23内に形成されたカソ
ードとなる第1Nエミッタ領域24と、Pベース領域23とP
エミッタ領域22とに挟まれるNベース領域21(基板21の
一部分)と、からなるPNPN構造を有し、Pエミッタ領域
22とオーミック接触する陽極25と、第1Nエミッタ領域と
オーミック接触をする陰極26を設けた主サイリスタが形
成されている。又同基板には、Pベース領域23内に第1N
エミッタ領域24と分離して形成される第2Nエミッタ領域
28、Pベース領域23、Nベース領域21及びPエミッタ領
域22とからなるPNPN4層構造を有する補助サイリスタが
形成されている。第1Nエミッタ領域24と、第2Nエミッタ
領域28と、これら第1、第2のNエミッタ領域に挟まれ
るPベース領域23の表面部分のチャネル領域33と、領域
33に絶縁膜を介して対向するゲート電極34と、からなる
スイッチングMOS FETM1が主サイリスタと補助サイリス
タとの間に設けられる。抵抗R1を通してPベース領域23
に接続されるゲート端子Gとゲート電極34とを接続する
配線30とからなるゲート付勢手段が設けられる。このゲ
ート付勢手段は、特許請求の範囲第2項記載のの実施態
様であり、電気的なゲート信号によるものである。Pベ
ース領域23内に、第1、第2のNエミッタ領域24,28を
分離してツェナーダイオードのN型層となる第3のN型
領域35が設けられる。符号31は基板の両面より拡散、接
続されるアイソレーション領域である。尚主サイリスタ
の第1Nエミッタ領域24及びPベース領域23の形状や不純
物濃度は、主サイリスタの注入効率が低くなるように即
ち低感度であるが所望の高いdv/dtが得られるようにな
っている。又補助サイリスタの第2Nエミッタ領域28及び
Pベース領域23の形状や不純物濃度は補助サイリスタが
高感度となるよう作られる。
次に上記サイリスタの動作について説明する。まずゲ
ート端子Gにゲート信号が印加されていないときは、MO
S FETM1はオフされ、主サイリスタと補助サイリスタと
は分離され、両サイリスタはオフ状態にある。誤動作の
おそれのある立上りが急峻なノイズ電圧が陽極及び陰極
間に印加されても、主サイリスタは十分なdv/dt特性を
持つのでターンオンしない。次にゲート端子Gに、ゲー
ト信号としてMOS FETM1のしきい値電圧Vth以上の正電圧
が印加されると、チャネル領域33の導電型はP型からN
型に反転し、M1はオンし、主サイリスタの第1Nエミッタ
領域と補助サイリスタの第2Nエミッタ領域とは接続され
ると同時に、ゲート端子Gからは抵抗R1を通してPベー
ス領域23にゲート電流が流れ込み、補助サイリスタがタ
ーンオンし、引続き主サイリスタがターンオンする。こ
のときのゲト端子Gにかかる電圧はMOS FETM1のしきい
値電圧Vthが約1.5V、補助サイリスタがターンオンする
ためのVGTが0.5Vで、たかだか2Vぐらいである。このと
きゲート電流は10μA程度であり、所望の高感度が得ら
れる。尚抵抗R1はVth,VGTを勘案し適正なゲート電流を
得るための調整抵抗、第3N型領域35はMOS FETM1のゲー
ト酸化膜保護用のツェナーダイオードのN型領域であ
る。
ート端子Gにゲート信号が印加されていないときは、MO
S FETM1はオフされ、主サイリスタと補助サイリスタと
は分離され、両サイリスタはオフ状態にある。誤動作の
おそれのある立上りが急峻なノイズ電圧が陽極及び陰極
間に印加されても、主サイリスタは十分なdv/dt特性を
持つのでターンオンしない。次にゲート端子Gに、ゲー
ト信号としてMOS FETM1のしきい値電圧Vth以上の正電圧
が印加されると、チャネル領域33の導電型はP型からN
型に反転し、M1はオンし、主サイリスタの第1Nエミッタ
領域と補助サイリスタの第2Nエミッタ領域とは接続され
ると同時に、ゲート端子Gからは抵抗R1を通してPベー
ス領域23にゲート電流が流れ込み、補助サイリスタがタ
ーンオンし、引続き主サイリスタがターンオンする。こ
のときのゲト端子Gにかかる電圧はMOS FETM1のしきい
値電圧Vthが約1.5V、補助サイリスタがターンオンする
ためのVGTが0.5Vで、たかだか2Vぐらいである。このと
きゲート電流は10μA程度であり、所望の高感度が得ら
れる。尚抵抗R1はVth,VGTを勘案し適正なゲート電流を
得るための調整抵抗、第3N型領域35はMOS FETM1のゲー
ト酸化膜保護用のツェナーダイオードのN型領域であ
る。
次に第1図のサイリスタのゲート付勢手段を光学的に
行う場合の実施例を第2図に示す。Pベース領域内の第
2Nエミッタ領域28とPベース領域23との接合近傍を受光
部とし、受光部に絶縁層(例えばSiO2膜)39によって素
子分離される例えば2つの領域を設ける。該領域内にそ
れぞれホトダイオード37及び38を形成し、ホトダイオー
ド37のP型領域37Pとゲート電極34と、ホトダイオード3
7のN型領域37Nとホトダイオード38のP型領域38Pと、
ホトダイオード38のN型領域38NとPベース領域23と、
をそれぞれ接続する。ホトダイオード37,38及び受光部
に信号光を照射すると、ホトダイオード37,38に起電力
が生じ、MOSFETM1をオンさせる。そしてPベース領域23
に発生した光電流により補助サイリスタがオンし、引続
き主サイリスタがオンする。
行う場合の実施例を第2図に示す。Pベース領域内の第
2Nエミッタ領域28とPベース領域23との接合近傍を受光
部とし、受光部に絶縁層(例えばSiO2膜)39によって素
子分離される例えば2つの領域を設ける。該領域内にそ
れぞれホトダイオード37及び38を形成し、ホトダイオー
ド37のP型領域37Pとゲート電極34と、ホトダイオード3
7のN型領域37Nとホトダイオード38のP型領域38Pと、
ホトダイオード38のN型領域38NとPベース領域23と、
をそれぞれ接続する。ホトダイオード37,38及び受光部
に信号光を照射すると、ホトダイオード37,38に起電力
が生じ、MOSFETM1をオンさせる。そしてPベース領域23
に発生した光電流により補助サイリスタがオンし、引続
き主サイリスタがオンする。
次に第2の発明の実施例を第3図及び第4図に示す。
この発明の半導体装置は、従来の増幅型ゲートサイリス
タに本発明を適用したもので、第3図はゲート付勢手段
を電気的に、第4図は光学的に行うものである。第3図
の実施例について説明する。主サイリスタの第1Pベース
領域43と補助サイリスタの第2Pベース領域49とは分離さ
れ、各ベース領域内に第1Nエミッタ領域44と第2Nエミッ
タ領域48が形成される。両サイリスタのNベース領域41
及びPエミッタ領域42はそれぞれ1体となっている。第
2Pベース領域内に第3N型領域56が設けられ、第2Nエミッ
タ領域48をドレイン、第3N型領域56をソース、両領域に
挟まれる第2主面部分のチャネル領域53と、領域53に絶
縁膜を介して対向するゲート電極54とからなるスイッチ
ング用MOS FETM2が設けられる。ソースとなる第3N型領
域56は、主サイリスタの第1Pベース領域43に配線52によ
り接続される。ゲート付勢手段は、抵抗R2を通して第2P
ベース領域49に接続されるゲート端子Gとゲート電極54
とを配線50によって接続したものである。符号45及び46
はそれぞれ陽極及び陰極で、A及びKは陽極端子及び陰
極端子である。主サイリスタの第1Nエミッタ領域は、い
わゆる短絡エミッタ構造とし、所望の十分高いdv/dt特
性が得られるよう作られる。又補助サイリスタは、例え
ば第2Pベース領域のトランジスタ作用をする実効ベース
幅を狭くする等、高感度特性を持つ。第4N型領域55は第
2Pベース領域49とツェナーダイオードを形成し、MOS FE
TM2のゲート酸化膜を保護する。
この発明の半導体装置は、従来の増幅型ゲートサイリス
タに本発明を適用したもので、第3図はゲート付勢手段
を電気的に、第4図は光学的に行うものである。第3図
の実施例について説明する。主サイリスタの第1Pベース
領域43と補助サイリスタの第2Pベース領域49とは分離さ
れ、各ベース領域内に第1Nエミッタ領域44と第2Nエミッ
タ領域48が形成される。両サイリスタのNベース領域41
及びPエミッタ領域42はそれぞれ1体となっている。第
2Pベース領域内に第3N型領域56が設けられ、第2Nエミッ
タ領域48をドレイン、第3N型領域56をソース、両領域に
挟まれる第2主面部分のチャネル領域53と、領域53に絶
縁膜を介して対向するゲート電極54とからなるスイッチ
ング用MOS FETM2が設けられる。ソースとなる第3N型領
域56は、主サイリスタの第1Pベース領域43に配線52によ
り接続される。ゲート付勢手段は、抵抗R2を通して第2P
ベース領域49に接続されるゲート端子Gとゲート電極54
とを配線50によって接続したものである。符号45及び46
はそれぞれ陽極及び陰極で、A及びKは陽極端子及び陰
極端子である。主サイリスタの第1Nエミッタ領域は、い
わゆる短絡エミッタ構造とし、所望の十分高いdv/dt特
性が得られるよう作られる。又補助サイリスタは、例え
ば第2Pベース領域のトランジスタ作用をする実効ベース
幅を狭くする等、高感度特性を持つ。第4N型領域55は第
2Pベース領域49とツェナーダイオードを形成し、MOS FE
TM2のゲート酸化膜を保護する。
次に第3図のサイリスタの動作について説明する。ゲ
ート信号が与えられない状態ではMOS FETM2はオフされ
主サイリスタと補助サイリスタとは分離される。陽極端
子Aと陰極端子Kとの間に急峻なノイズ電圧が印加され
ても、主サイリスタは十分高いdv/dt特性を持っている
ので、誤動作をしない。MOS FETM2のしきい値電圧Vthよ
り大きいゲート信号がゲート端子Gに印加されると、MO
S FETM2はオンすると共に、抵抗R2を通して補助サイリ
スタにゲート電流が流れ、補助サイリスタはオンする。
第2Nエミッタ領域48は配線52等を介して主サイリスタの
第1Pベース領域43と接続されているので、補助サイリス
タのオン電流は、主サイリスタのゲート電流となって第
1Pベース領域43に流入し、主サイリスタはターンオンす
る。即ちゲート端子Gから流入するゲート電流は、補助
サイリスタで増幅されるので、主サイリスタをターンオ
ンさせるに十分な大きいゲート電流が得られる。
ート信号が与えられない状態ではMOS FETM2はオフされ
主サイリスタと補助サイリスタとは分離される。陽極端
子Aと陰極端子Kとの間に急峻なノイズ電圧が印加され
ても、主サイリスタは十分高いdv/dt特性を持っている
ので、誤動作をしない。MOS FETM2のしきい値電圧Vthよ
り大きいゲート信号がゲート端子Gに印加されると、MO
S FETM2はオンすると共に、抵抗R2を通して補助サイリ
スタにゲート電流が流れ、補助サイリスタはオンする。
第2Nエミッタ領域48は配線52等を介して主サイリスタの
第1Pベース領域43と接続されているので、補助サイリス
タのオン電流は、主サイリスタのゲート電流となって第
1Pベース領域43に流入し、主サイリスタはターンオンす
る。即ちゲート端子Gから流入するゲート電流は、補助
サイリスタで増幅されるので、主サイリスタをターンオ
ンさせるに十分な大きいゲート電流が得られる。
この構造のサイリスタで、定格10A,600Vの半導体装置
を製作した試行結果では、R2を200KΩとしてIGTが10μ
A,dv/dtが400V/μsの素子が得られた。これは従来の構
造(第6図に示すもの)の増幅ゲート型サイリスタのI
GTが100μA,dv/dtが200V/μsであるのに較べ大幅に良
い値であり、本発明の効果は絶大といえよう。
を製作した試行結果では、R2を200KΩとしてIGTが10μ
A,dv/dtが400V/μsの素子が得られた。これは従来の構
造(第6図に示すもの)の増幅ゲート型サイリスタのI
GTが100μA,dv/dtが200V/μsであるのに較べ大幅に良
い値であり、本発明の効果は絶大といえよう。
次に第4図の実施例について説明する。このサイリス
タはゲート付勢手段を光学的に行うもので、第2図の実
施例におけるゲート付勢手段とほぼ等しい。第2Nエミッ
タ領域48、第2Pベース領域49、Nベース領域41、及びP
エミッタ領域42からなるPNPN4層構造のサイリスタは光
照射によりターンオンできる補助サイリスタで、同じ受
光部に設けられる絶縁層59による誘電体素子分離領域内
にホトダイオード57,58が形成される。ホトダイオード
57,58は、光起電力が直列になるよう即ちホトダイオー
ド57のN型領域57Nとホトダイオード58のP型領域58Pが
接続される。又光起電力が正極性となるホトダイオード
57のP型領域57PをMOS FETのゲート電極54に、負極性と
なるホトダイオード58のN型領域58Nを第2Pベース領域4
9にそれぞれ接続する。信号光を照射するとホトダイオ
ード57,58の光起電力によりMOS FETM2がオンすると共
にPベース領域49に発生した光電流により補助サイリス
タはオンし、引続き主サイリスタがターンオンする。
タはゲート付勢手段を光学的に行うもので、第2図の実
施例におけるゲート付勢手段とほぼ等しい。第2Nエミッ
タ領域48、第2Pベース領域49、Nベース領域41、及びP
エミッタ領域42からなるPNPN4層構造のサイリスタは光
照射によりターンオンできる補助サイリスタで、同じ受
光部に設けられる絶縁層59による誘電体素子分離領域内
にホトダイオード57,58が形成される。ホトダイオード
57,58は、光起電力が直列になるよう即ちホトダイオー
ド57のN型領域57Nとホトダイオード58のP型領域58Pが
接続される。又光起電力が正極性となるホトダイオード
57のP型領域57PをMOS FETのゲート電極54に、負極性と
なるホトダイオード58のN型領域58Nを第2Pベース領域4
9にそれぞれ接続する。信号光を照射するとホトダイオ
ード57,58の光起電力によりMOS FETM2がオンすると共
にPベース領域49に発生した光電流により補助サイリス
タはオンし、引続き主サイリスタがターンオンする。
[発明の効果] 本発明の半導体装置は、高いdv/dt特性の主サイリス
タと高い感度の補助サイリスタとを1つの半導体基板に
並設し、その間にスイッチング用MOS FETを設け、ゲー
ト信号のないときには両サイリスタは分離され、ゲート
信号の入力によって接続されるようにしたので、実施例
の試行結果にもみられるように、高い耐ノイズ性と高い
感度とを合せ持つサイリスタを提供することが可能とな
った。
タと高い感度の補助サイリスタとを1つの半導体基板に
並設し、その間にスイッチング用MOS FETを設け、ゲー
ト信号のないときには両サイリスタは分離され、ゲート
信号の入力によって接続されるようにしたので、実施例
の試行結果にもみられるように、高い耐ノイズ性と高い
感度とを合せ持つサイリスタを提供することが可能とな
った。
第1図及び第2図は第1の発明の半導体装置のそれぞれ
第1及び第2の実施例を示す断面図、第3図及び第4図
は第2の発明の半導体装置のそれぞれ第1及び第2の実
施例を示す断面図、第5図及び第6図は従来の半導体装
置のそれぞれ第1及び第2の従来例を示す断面図であ
る。 1,21,41……N型半導体基板(Nベース領域)、2,22,42
……Pエミッタ領域、3,23……Pベース領域、4,24,44
……第1Nエミッタ領域、8,28,48……第2Nエミッタ領
域、10,30,50,52……配線、11,31,51……アイソレーシ
ョン領域、33,53……チャネル領域、34,54……ゲート電
極、35……ツェナーダイオードの第3N型領域、37,38,
57,58……ホトダイオード、37N,38N,57N,58N……ホト
ダイオードのN型領域、37P,38P,57P,58P……ホトダイ
オードのP型領域、43……第1Pベース領域、49……第2P
ベース領域、55……ツェナーダイオードの第4N型領域、
56……第3N型領域、M1,M2……スイッチング用MOS FE
T、G……ゲート端子。
第1及び第2の実施例を示す断面図、第3図及び第4図
は第2の発明の半導体装置のそれぞれ第1及び第2の実
施例を示す断面図、第5図及び第6図は従来の半導体装
置のそれぞれ第1及び第2の従来例を示す断面図であ
る。 1,21,41……N型半導体基板(Nベース領域)、2,22,42
……Pエミッタ領域、3,23……Pベース領域、4,24,44
……第1Nエミッタ領域、8,28,48……第2Nエミッタ領
域、10,30,50,52……配線、11,31,51……アイソレーシ
ョン領域、33,53……チャネル領域、34,54……ゲート電
極、35……ツェナーダイオードの第3N型領域、37,38,
57,58……ホトダイオード、37N,38N,57N,58N……ホト
ダイオードのN型領域、37P,38P,57P,58P……ホトダイ
オードのP型領域、43……第1Pベース領域、49……第2P
ベース領域、55……ツェナーダイオードの第4N型領域、
56……第3N型領域、M1,M2……スイッチング用MOS FE
T、G……ゲート端子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 實方 宏司 神奈川県横浜市緑区中山町450番地 東 芝コンポーネンツ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−110254(JP,A) 特開 昭56−110263(JP,A) 特開 昭55−3694(JP,A)
Claims (8)
- 【請求項1】(a)N型半導体基板の第1主面より形成
されるアノードとなるPエミッタ領域と、第1主面と反
対側の第2主面より形成されるPベース領域と、Pベー
ス領域内に形成されるカソードとなる第1Nエミッタ領域
と、Pベース領域とPエミッタ領域とに挟まれる前記N
型半導体基板部分のNベース領域と、からなるPNPN4層
構造を有する主サイリスタと、 (b)前記Pベース領域内に第1Nエミッタ領域と分離し
て形成される第2Nエミッタ領域と、前記Pベース領域
と、前記Nベース領域と、前記Pエミッタ領域と、から
なるPNPN4層構造を有する補助サイリスタと、 (c)第1Nエミッタ領域と、第2Nエミッタ領域と、第1
及び第2のNエミッタ領域に挟まれ第2主面に露出する
Pベース領域の表面部分のチャネル領域と、このチャネ
ル領域と絶縁膜を介して対向するゲート電極とからなる
MOS構造を有するとともに、該MOS構造のゲート電極上に
絶縁層を介して位置する別の電極などの動作特性を制御
する周辺回路構成を持たない、スイッチング用MOS FET
と、 (d)前記MOS FETのゲート電極に接続するゲート付勢
手段と、 を有することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】ゲート付勢手段が、抵抗を通してPベース
領域に接続されるゲート端子と前記ゲート電極とを接続
する手段である特許請求の範囲第1項記載の半導体装
置。 - 【請求項3】ゲート付勢手段が、第2Nエミッタ領域近傍
のPベース領域内に設けられる素子分離領域に、ホトダ
イオードを形成し、このホトダイオードのP型領域と前
記ゲート電極とを接続し、ホトダイオードのN型領域と
Pベース領域とを接続する手段である特許請求の範囲第
1項記載の半導体装置。 - 【請求項4】前記Pベース領域内に第1及び第2のNエ
ミッタ領域と分離してツェナーダイオードを構成する第
3N型領域を設けた特許請求の範囲第1項ないし第3項い
ずれか記載の半導体装置。 - 【請求項5】(a)N型半導体基板の第1主面より形成
されるアノードとなるPエミッタ領域と、第1主面と反
対側の第2主面より形成される第1Pベース領域と、第1P
ベース領域内に形成されるカソードとなる第1Nエミッタ
領域と、第1Pベース領域とPエミッタ領域とに挟まれる
前記N型半導体基板部分のNベース領域とからなるPNPN
4層構造を有する主サイリスタと、(b)N型半導体基
板の第2主面より第1Pベース領域と分離して形成される
第2Pベース領域と、第2Pベース領域内に形成される第2N
エミッタ領域と、第2Pベース領域とPエミッタ領域とに
挟まれる前記N型半導体基板部分のNベース領域と、P
エミッタ領域と、からなるPNPN4層構造を有する補助サ
イリスタと、 (c)第2Pベース領域内に第2Nエミッタ領域と分離して
形成される第3N型領域と、第2Nエミッタ領域と、第2Nエ
ミッタ領域と第3N型領域とに挟まれ第2主面に露出する
第2Pベース領域の表面部分のチャネル領域と、このチャ
ネル領域と絶縁膜を介して対向するゲート電極と、から
なるスイッチング用MOS FETと、 (d)前記MOS FETのゲート電極に接続するゲート付勢
手段と、を有し、第1Pベース領域と第3N型領域とを電気
的に接続することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項6】ゲート付勢手段が、抵抗を通して第2Pベー
ス領域に接続されるゲート端子と前記ゲート電極とを接
続する手段である特許請求の範囲第5項記載の半導体装
置。 - 【請求項7】ゲート付勢手段が、第2Nエミッタ領域近傍
の第2Pベース領域内に設けられる素子分離領域に、ホト
ダイオードを形成し、このホトダイオードのP型領域と
前記ゲート電極とを接続し、ホトダイオードのN型領域
と第2Pベース領域とを接続する手段である特許請求の範
囲第5項記載の半導体装置。 - 【請求項8】前記第2Pベース領域内に第2Nエミッタ領域
及び第3N型領域と分離してツェナーダイオードを構成す
る第4のN型領域を設けた特許請求の範囲第5項ないし
第7項いずれか記載の半導体装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62260869A JP2633585B2 (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | 半導体装置 |
US07/257,673 US4982259A (en) | 1987-10-16 | 1988-10-14 | Sensitive thyristor having improved noise-capability |
EP88117118A EP0312088B1 (en) | 1987-10-16 | 1988-10-14 | Sensitive thyristor having improved noise-capability |
DE3855701T DE3855701T2 (de) | 1987-10-16 | 1988-10-14 | Empfindlicher Thyristor mit verbesserter Rausch-Festigkeit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62260869A JP2633585B2 (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01102963A JPH01102963A (ja) | 1989-04-20 |
JP2633585B2 true JP2633585B2 (ja) | 1997-07-23 |
Family
ID=17353881
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62260869A Expired - Lifetime JP2633585B2 (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | 半導体装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4982259A (ja) |
EP (1) | EP0312088B1 (ja) |
JP (1) | JP2633585B2 (ja) |
DE (1) | DE3855701T2 (ja) |
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---|---|---|---|---|
US5698454A (en) * | 1995-07-31 | 1997-12-16 | Ixys Corporation | Method of making a reverse blocking IGBT |
DE19857673C1 (de) * | 1998-12-14 | 2000-05-04 | Siemens Ag | Leistungshalbleiterbauelement mit Randabschluß |
US6936908B2 (en) | 2001-05-03 | 2005-08-30 | Ixys Corporation | Forward and reverse blocking devices |
EP1427107B1 (fr) * | 2002-12-04 | 2011-09-14 | STMicroelectronics S.A. | Commutateur de type SCR commande en HF |
FR2861229A1 (fr) * | 2003-10-17 | 2005-04-22 | St Microelectronics Sa | Commutateur scr a commande hf isole |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5629458B2 (ja) * | 1973-07-02 | 1981-07-08 | ||
SE392783B (sv) * | 1975-06-19 | 1977-04-18 | Asea Ab | Halvledaranordning innefattande en tyristor och en felteffekttransistordel |
JPS553694A (en) * | 1978-06-16 | 1980-01-11 | Motorola Inc | Device for triggering monolithic semiconductor |
JPS5552458A (en) * | 1978-10-12 | 1980-04-16 | Matsushita Electric Works Ltd | Eaves gutter and making method thereof |
JPS56110254A (en) * | 1980-02-04 | 1981-09-01 | Oki Electric Ind Co Ltd | Pnpn semiconductor switch |
JPS56110263A (en) * | 1980-02-04 | 1981-09-01 | Oki Electric Ind Co Ltd | Thyristor element |
DE3112942A1 (de) * | 1981-03-31 | 1982-10-07 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Thyristor und verfahren zu seinem betrieb |
DE3112941A1 (de) * | 1981-03-31 | 1982-10-07 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Thyristor mit innerer stromverstaerkung und verfahren zu seinem betrieb |
JPS60115263A (ja) * | 1983-11-28 | 1985-06-21 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
JPS6239065A (ja) * | 1985-08-14 | 1987-02-20 | Toshiba Corp | 増幅ゲ−ト型サイリスタ |
-
1987
- 1987-10-16 JP JP62260869A patent/JP2633585B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-10-14 DE DE3855701T patent/DE3855701T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1988-10-14 EP EP88117118A patent/EP0312088B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-10-14 US US07/257,673 patent/US4982259A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3855701T2 (de) | 1997-05-07 |
EP0312088B1 (en) | 1996-12-11 |
JPH01102963A (ja) | 1989-04-20 |
EP0312088A2 (en) | 1989-04-19 |
DE3855701D1 (de) | 1997-01-23 |
EP0312088A3 (en) | 1990-12-27 |
US4982259A (en) | 1991-01-01 |
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