JP2772215B2 - 静電誘導半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、静電誘導半導体装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の一つとして、静電誘導サイ
リスタなどの静電誘導半導体装置がある。図４は、従来
の表面ゲート型の静電誘導サイリスタの要部構成をあら
わしている。表面ゲート型の静電誘導半導体装置６０の
場合、図４にみるように、半導体基板６１の一側の表面
部分に、ゲート領域６２とカソード領域６３が形成され
ており、ゲート領域６２は幹部６２ａと枝部６２ｂおよ
びパッド用部（図示省略）からなり、ゲート領域６２の
枝部６２ｂの間にカソード領域６３が配置されている。
図５にみるように、カソード領域６３とゲート領域６２
の枝部６２ｂとが交互に位置して混在する活性領域６７
がいわゆるサイリスタ動作領域であり、複数の活性領域
６７がゲート領域６２の幹部の間に出来ている。サイリ
スタの場合、半導体基板６１の裏面側にはアノード領域
（図示省略）が設けられている。

【０００３】そして、図４および図５にみるように、ゲ
ート電極７２はゲート領域６２の幹部６２ａのうち半導
体基板６１の周囲に沿って設けられた外幹部とだけコン
タクトするように設けられており、カソード電極７３は
カソード領域６３とゲート領域６２の枝部６２ｂとの活
性領域６７略全域の上にあってカソード領域３にコンタ
クトするように形成されている。なお、図５ではカソー
ド電極７３は省略されており、また、７２ａはゲート電
極のパッド部である。

【０００４】ゲート電極７２とカソード電極７３の構造
については、図６にみるように、ゲート電極８２が、活
性領域６７においてもゲート領域６２の枝部６２ｂにコ
ンタクトするように設けられているものもある。この場
合、カソード電極８３は細長いストライプ状で何本も平
行に並んだ形となる。図４の電極構造の場合は低オン電
圧型である。なぜなら、図６の場合に比べてカソード電
極７３の面積が広く抵抗が低く主電流の電圧降下が少な
いからである。言い換えれば、図６の場合はカソード電
極８３の面積が小さくて抵抗が高くて主電流の電圧降下
が大きく低オン電圧とは言いがたい。しかし、図６の電
極構造の場合、ゲート電極８２が直にゲート領域６２の
枝部６２ｂにコンタクトしていてターンオフ時のゲート
電流の引き抜きが速くて高速スイッチング型なのである
が、図４の場合、ゲート電極７２がゲート領域６２の枝
部６２ｂに直にはコンタクトしておらず、ターンオフ時
の際のゲート電流の引き抜きが遅く、スイチング速度は
速くはない。

【０００５】ただ、スイッチング速度が速くなくてもよ
い用途では、低オン電圧型であることは電力損失が少な
くなるため、非常に有用である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４の
電極構造の静電誘導半導体装置は、ｄｉ／ｄｔ耐量が低
いという欠点がある。図４にみるように、中央の二つの
活性領域６７の斜線部分の領域は、その他の領域に比べ
てゲート電極７２のコンタクト部からの距離が長くて、
ターンオン時にオン信号の到達する時間が他の領域より
も遅れるからである。つまり、サイリスタ動作領域であ
る活性領域６７ではターンオン時に主電流が活性領域全
域で同時に万遍なく流れだすのではなく、ターンオン時
に偏って主電流が流れ出し、立ち上がり当初は導通状態
にある部分が僅かなため、ｄｉ／ｄｔ耐量が低くなる。
さらに、このような主電流の集中（偏り）が起こると、
その部分で劣化が速く進むため、十分な長期信頼性の確
保も難しいという問題もある。

【０００７】この発明は、上記事情に鑑み、低いオン電
圧を維持しつつｄｉ／ｄｔ耐量の向上と十分な長期信頼
性の確保を図れる実用性の高い静電誘導半導体装置を提
供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明にかかる静電誘導半導体装置は、半導体基
板の一側の表面部分に、ゲート領域とカソード領域が設
けられていて、前記ゲート領域は半導体基板の周囲に沿
って設けられた外幹部と外幹部から内側へ延びる内幹部
および各幹部に接続された枝部とを有し、前記ゲート領
域の枝部の間に前記カソード領域が配置されており、半
導体基板の上には、ゲート電極がゲート領域の外幹部沿
いにコンタクトするように設けられているとともにカソ
ード電極がカソード領域にコンタクトするように設けら
れている構成において、前記ゲート電極は内幹部沿いに
もコンタクトするように形成され、前記カソード電極は
カソード領域とゲート領域の枝部とが混在する活性領域
略全域の上を覆うように形成されていることを特徴とす
る。

【０００９】この発明にかかる静電誘導半導体装置の場
合、サイリスタ構成の他、トランジスタ構成のものもあ
る。トランジスタ構成の場合、普通、カソードはソー
ス、アノードはドレインと呼ばれる。

【００１０】

【作用】この発明の静電誘導半導体装置の場合、カソー
ド領域とゲート領域の枝部とが混在する活性領域に関し
ては、全ての活性領域において、ゲート領域の枝部とゲ
ート電極のコンタクト部までの距離が余り変わらない。
というのは、ゲート電極はゲート領域の内幹部にもコン
タクトしていて、基板の内側に位置する活性領域もゲー
ト電極のコンタクト部に近くなり、活性領域の位置の違
いによるコンタクト部までの距離の差が少なくなったか
らである。従来、基板の内側に位置する活性領域は、外
幹部のコンタクト部まで距離があり、活性領域の位置の
違いによるコンタクト部までの距離が大きくことなって
いたのが解消されたのである。

【００１１】このように、活性領域におけるゲート領域
の枝部とゲート電極のコンタクト部の間の距離が殆ど同
じに揃うため、ターンオン時のゲート信号はゲート領域
の全枝部に同時に到達するようなり、この結果、ターン
オン時に活性領域の全域で同時に主電流が流れ出し、活
性領域の特定域で主電流が集中する状態は起こらなくな
る。そのため、ｄｉ／ｄｔ耐量は向上するし、主電流の
集中に起因する劣化が起こらなくなり、十分な長期信頼
性も確保できるようになる。

【００１２】また、ゲート領域の内幹部にもゲート電極
がコンタクトすることによりゲート抵抗の低下がもたら
され、この結果、ゲートの駆動能力が従来より向上する
ようにもなる。一方、カソード電極は、活性領域略全域
の上を覆うように形成されていてカソード電極面積が広
いために、低オン電圧特性は何ら損なわれずに維持され
ている。

【００１３】また、ゲート電極は幹部に沿ってあるだけ
であり、パターンの細かな活性領域は全面的にカソード
電極形成域であり、その結果、絶縁膜への開孔形状は単
純であり微細でもなく、電極設計は容易であり、パター
ン精度は要求されないから製造し易く、電極の厚みも十
分に確保することが出来て抵抗値を低くできるという利
点も保持されている。

【００１４】

【実施例】続いて、この発明の実施例にかかる静電誘導
半導体装置を、図面を参照しながら詳しく説明する。図
１は、実施例の表面ゲート型の静電誘導サイリスタ（以
下、適宜「サイリスタ」と記す）のゲート電極とカソー
ド電極の形成面をあらわし、図２は、実施例のサイリス
タの半導体基板のゲート領域・カソード領域形成側の表
面をあらわす。図３は、実施例のサイリスタの要部を断
面してあらわす。

【００１５】実施例の静電誘導サイリスタの場合、図２
および図３にみるように、半導体基板１の一側の表面部
分にはゲート領域２とカソード領域３が形成されてお
り、半導体基板１の裏面側にはゲート領域２と同導電型
のアノード領域（図示省略）が形成されていて、カソー
ド領域３とアノード領域の間が主電流通路となる高比抵
抗領域４となっている。

【００１６】ゲート領域２は、外幹部２ａ、内幹部２ｂ
と枝部２ｃおよびパッド用部２ｄからなる。つまり、外
幹部２ａが半導体基板１の周囲に沿って四角形の枠状で
設けられていて、外幹部２ａから３本の内幹部２ｂが内
側に向かって延びるように設けられている。そして、各
幹部２ａ，２ｂより枝部２ｃが多数出ており、これら枝
部２ｃの間にストライプ状の長細いカソード領域３が配
置されている。カソード領域３はゲート領域に囲まれた
状態となっている。カソード領域３とゲート領域２の枝
部２ｃとが交互に位置して混在する活性領域６がいわゆ
るサイリスタ動作領域である。

【００１７】そして、図１にみるように、ゲート電極１
２はゲート領域２の外幹部２ａ沿いにコンタクトするよ
うに形成されているだけでなく内幹部２ｂにも沿ってコ
ンタクトするように形成されている。ゲート電極１２は
外周部１２ａも内延部１２ｂも、両方とも、絶縁膜７の
開孔部８，９を通してゲート領域の幹部２ａ，２ｂ表面
の両方にコンタクトしているのである。なお、図１にお
いて、２ｄはパッド部である。

【００１８】一方、カソード電極１３は、図２にみるよ
うに、カソード領域３とゲート領域の枝部２ｃとが混在
する活性領域６略全域の上にあってカソード領域３にコ
ンタクトするように広く形成されている。カソード電極
１３のカソード領域３へのコンタクトも勿論、絶縁膜７
の開孔部１０を通してなされる。実施例のサイリスタの
場合、図１にみるように、活性領域６の中間位置にゲー
ト電極１２の内延部１２ｂが張出てコンタクトしている
のであるが、活性領域６の中間のゲート電極１２のコン
タクトのための開孔部９は略長方形の単純な形状で幅約
５０μｍ程度であり、活性領域６間の間隔が２００μｍ
程度あるため、何らの困難なく余裕をもって内延部１２
ｂの形成が行える。開孔部を覆うゲート電極１２のオー
バーラップ寸法は５μｍ程度であり、ゲート電極１２と
カソード電極１３の間隔も５μｍ程度と製造の際の両電
極形成工程には何らの困難性もない。

【００１９】いずれの活性領域６のゲート領域２の枝部
２ｂに関しても、枝部２ｃとゲート電極１２のコンタク
ト部との間の距離は短く、各ゲート領域２の枝部２ｃと
コンタクト部との間の距離が同じに揃っており、ゲート
信号の伝達時間に差がないことは前述の通りである。こ
の発明は、上記実施例に限らない。例えば、図３におい
て、導電型のｎ型がｐ型、ｐ型がｎ型に反転したものが
他の実施例として挙げられる。また、トランジスタ構成
の場合はアノード領域がソース領域と同導電型のドレイ
ン領域となる。

【００２０】

【発明の効果】この発明の静電誘導半導体装置の場合、
カソード領域とゲート領域の枝部とが混在する活性領域
に関しては、全ての活性領域において、ゲート電極のコ
ンタクト部までの距離が余り変わらず、ターンオン時の
ゲート信号はゲート領域の全枝部に同時に到達するよう
なるため、ターンオン時に活性領域の全域で同時に主電
流が流れ出し、活性領域の特定域で主電流が集中する状
態は起こらなくなり、この結果、ｄｉ／ｄｔ耐量は向上
するし、十分な長期信頼性が確保されるのに加えて、カ
ソード電極が活性領域略全域の上を覆うように形成され
ているため、カソード電極面積が広くて低オン電圧特性
は何ら損なわれず、さらに、ゲート抵抗の低減によりゲ
ートの駆動能力も向上しているだけでなく、電極設計、
電極形成工程も容易であり、製造し易く、したがって、
この発明の静電誘導半導体装置は非常に実用性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の静電誘導サイリスタの電極形成面をあ
らわす平面図。

【図２】図１のサイリスタのゲート領域・カソード領域
形成側の基板表面の平面図。

【図３】図１のサイリスタの要部構成の断面図。

【図４】従来のサイリスタの要部構成の断面図。

【図５】図５のサイリスタのゲート電極まわりをあらわ
す平面図。

【図６】従来の他のサイリスタの要部構成の断面図。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ ゲート領域 ２ａ 外幹部 ２ｂ 内幹部 ２ｃ 枝部 ３ カソード領域 ６ 活性領域 ７ 絶縁膜 ８ 開孔部 ９ 開孔部 １２ ゲート電極 １３ カソード電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/332 H01L 21/337 - 21/338 H01L 27/095 - 27/098 H01L 29/74 - 29/749 H01L 29/775 - 29/778 H01L 29/80 - 29/812

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の一側の表面部分に、ゲート
   領域とカソード領域が設けられていて、前記ゲート領域
   は半導体基板の周囲に沿って設けられた外幹部と外幹部
   から内側へ延びる内幹部および各幹部に接続された枝部
   とを有し、前記ゲート領域の枝部の間に前記カソード領
   域が配置されており、半導体基板の上には、ゲート電極
   がゲート領域の外幹部沿いにコンタクトするように設け
   られているとともにカソード電極がカソード領域にコン
   タクトするように設けられている静電誘導半導体装置に
   おいて、前記ゲート電極は内幹部沿いにもコンタクトす
   るように形成され、前記カソード電極はカソード領域と
   ゲート領域の枝部とが混在する活性領域略全域の上を覆
   うように形成されていることを特徴とする静電誘導半導
   体装置。