JP3239738B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP3239738B2
JP3239738B2 JP06053796A JP6053796A JP3239738B2 JP 3239738 B2 JP3239738 B2 JP 3239738B2 JP 06053796 A JP06053796 A JP 06053796A JP 6053796 A JP6053796 A JP 6053796A JP 3239738 B2 JP3239738 B2 JP 3239738B2
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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】本発明は半導体装置及びその
製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】サイリスタの大電流化には、損失低減の
ため、任意のリカバリー電流Irpにおけるオン電圧を低
くする必要がある。Irpとは導通状態から阻止状態への
スイッチング時に逆方向に流れる最大電流のことで、3
000A以上の電流を流す電力変換等の用途では、Irp
は定格値より小さくする必要がある。オン電圧とIrp
間にはトレードオフの関係があるが、Irp一定の条件で
は、pベースの面積抵抗値が高い方がオン電圧が低い。
ここで、pベースはnエミッタ直下のp型拡散層領域を
意味し、nエミッタからの電子注入量を主に決める半導
体層である。しかし、pベースの面積抵抗値を高くする
とdv/dt耐量が悪化する。誤点弧を防ぎ、dv/d
t耐量を向上する手段としては、特開昭56−140661号公
報に記載されるように、主サイリスタ表面の多数の位置
においてnエミッタ層とpベース層を電極により接続す
る、いわゆるエミッタ短絡構造がよく知られている。
2. Description of the Related Art To increase the current of a thyristor, it is necessary to lower the on-voltage at an arbitrary recovery current Irp in order to reduce the loss. I rp is the maximum current flowing in the reverse direction when switching from the conducting state to the blocking state.
In applications such as power conversion that passes a current of 000 A or more, I rp
Must be smaller than the rated value. Although there is a trade-off relationship between the on-voltage and I rp, under a constant I rp condition, the higher the p-based sheet resistance, the lower the on-voltage.
Here, the p base means a p-type diffusion layer region immediately below the n emitter, and is a semiconductor layer that mainly determines the amount of electrons injected from the n emitter. However, when the sheet resistance of the p base is increased, the dv / dt resistance is deteriorated. Prevent false firing, dv / d
As a means for improving the t-resistance, a so-called emitter short-circuit structure in which an n-emitter layer and a p-base layer are connected by electrodes at a number of positions on the main thyristor surface, as described in JP-A-56-140661. well known.

【0003】また、サイリスタの大電流化にはサイリス
タの大面積化も有効である。大面積のサイリスタでは、
普通、主サイリスタの内側に比較的小さな補助サイリス
タ部分を内蔵した構造を採用している。エミッタ面積が
大きくなると、主サイリスタ部分のより広い面積を初期
ターンオンさせる必要がある。それには、大きなゲート
電流が必要で、従って小さなゲート電流でまず、補助サ
イリスタ部分を点弧し、ここに流れ込む付加電流を主サ
イリスタに対するゲート電流とすることにより、主サイ
リスタをより広い部分で初期ターンオンさせることがで
きる。
In order to increase the current of the thyristor, it is effective to increase the area of the thyristor. For large area thyristors,
Usually, a structure is adopted in which a relatively small auxiliary thyristor portion is built inside the main thyristor. As the emitter area increases, a larger area of the main thyristor portion must be initially turned on. This requires a large gate current, so a small gate current first ignites the auxiliary thyristor, and the additional current flowing into it becomes the gate current to the main thyristor, so that the main thyristor is initially turned on in a wider area. Can be done.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】サイリスタにおいて、
rp一定でオン電圧を低減するために、pベースの面積
抵抗値を高くするとdv/dt耐量が小さくなり、誤点
弧しやすくなる。主サイリスタ部分においては、短絡構
造により、dv/dt耐量を制御することができる。一
方、補助サイリスタ部分で短絡によりdv/dt耐量を
調整するとこの部分でサイリスタをオンするために必要
なゲート電流が増大し、点弧感度の大幅な低下をもたら
す。このため、補助サイリスタ部のdv/dt耐量向上
は困難である。従って、面積抵抗値を高くする従来技術
では、オン電圧とdv/dt耐量を同時に最適化するの
は困難であった。
SUMMARY OF THE INVENTION In a thyristor,
If the area resistance of the p-base is increased in order to reduce the on-voltage at a constant I rp , the dv / dt resistance is reduced and erroneous firing is liable to occur. In the main thyristor portion, the dv / dt resistance can be controlled by the short circuit structure. On the other hand, when the dv / dt resistance is adjusted by short-circuiting in the auxiliary thyristor portion, the gate current required to turn on the thyristor in this portion increases, resulting in a significant decrease in ignition sensitivity. For this reason, it is difficult to improve the dv / dt resistance of the auxiliary thyristor. Therefore, it is difficult to optimize the on-voltage and the dv / dt withstand capability at the same time in the related art in which the sheet resistance is increased.

【0005】本発明は、上記のような問題点を考慮して
なされたものであり、サイリスタ構造を有する半導体装
置のオン電圧とdv/dt耐量をともに最適化すること
を目的とする。
The present invention has been made in consideration of the above problems, and has as its object to optimize both the ON voltage and the dv / dt resistance of a semiconductor device having a thyristor structure.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
主サイリスタ部を有する第2領域のpベースの面積抵抗
値が、受光部,補助サリスタ部を有する第1領域のpベ
ースの面積抵抗値より高い。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
The area resistance of the p-base of the second region having the main thyristor portion is higher than the area resistance of the p-base of the first region having the light receiving portion and the auxiliary thyristor portion.

【0007】従って、主サイリスタ部は短絡構造を密に
することにより、dv/dt耐量を確保しながらオン電
圧を低くすることができる。
[0007] Therefore, the main thyristor section can reduce the on-voltage while ensuring the dv / dt resistance by making the short-circuit structure dense.

【0008】さらに補助サイリスタ部においては、点弧
感度を劣化させずにdv/dt耐量を確保できる。以上
により、サイリスタ構造を有する半導体装置のオン電圧
とdv/dt耐量を同時に最適化することが可能とな
る。
Further, in the auxiliary thyristor, dv / dt resistance can be secured without deteriorating the firing sensitivity. As described above, it is possible to simultaneously optimize the on-voltage and the dv / dt resistance of the semiconductor device having the thyristor structure.

【0009】上記本発明の半導体装置を製造する方法と
しては、pベースの幅でpベースの面積抵抗値を制御す
るプロセスが最も容易である。特に、拡散によりp層を
形成し、エッチング等により、前記p層の基板表面側に
段差をつけ、pベースの厚さを制御するプロセスによ
り、容易に本発明の半導体装置を製造できる。
As a method of manufacturing the semiconductor device of the present invention, the process of controlling the p-base sheet resistance with the p-base width is the easiest. In particular, the semiconductor device of the present invention can be easily manufactured by a process of forming a p-layer by diffusion, forming a step on the substrate surface side of the p-layer by etching or the like, and controlling the thickness of the p-base.

【0010】また、本発明の半導体装置は、エッチング
で基板表面に段差を形成した後、n層を拡散,エッチン
グにより、主サイリスタ部や補助サイリスタなどのn層
を分離するプロセスで最も容易に製造することができ
る。
Further, the semiconductor device of the present invention is most easily manufactured by a process of forming a step on the substrate surface by etching, and then diffusing and etching the n layer to separate the n layer such as a main thyristor and an auxiliary thyristor. can do.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて詳細に説明する。なお、実施例を説明する全図に
おいて、同一の機能を有するものには同一の符号をつけ
る。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In all the drawings describing the embodiments, components having the same functions are denoted by the same reference numerals.

【0012】(実施例1)図1は、本発明の第1の実施
例である光トリガサイリスタ構造を示す要部断面図であ
る。半導体基体10において、点弧サイリスタ部Qx
中央に、補助サイリスタ部分Qy はそのすぐ周辺に位置
する。QxとQyの存在する領域が第1領域Aである。そ
の周辺部の第2領域Bに主サイリスタ部Qzが存在す
る。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing a main part of a light trigger thyristor structure according to a first embodiment of the present invention. In the semiconductor substrate 10, the ignition thyristor Q x the center, the auxiliary thyristor part Q y is located in the immediate. The region where Q x and Q y exist is the first region A. A main thyristor portion Qz exists in a second region B around the periphery.

【0013】主サイリスタ部Qz のnエミッタ層4(第
4半導体層)は、平面的にある程度規則的に配置されて
いる点状に削除された領域を有し、この削除部分でpベ
ース層3(第3半導体層)がカソードに露出して、カソ
ード電極7(主電極2)と接続される。すなわち、nエ
ミッタ層4とpベース層3とは部分的に短絡されてい
る。一般に、これはエミッタ短絡構造41と呼ばれてお
り、エミッタ短絡構造41により主サイリスタ部のdv
/dt耐量は高まる。
[0013] n emitter layer 4 of the main thyristor unit Q z (fourth semiconductor layer) has a deleted region shape that is dimensionally somewhat regularly arranged, p base layer in this deleted part 3 (third semiconductor layer) is exposed to the cathode and is connected to the cathode electrode 7 (main electrode 2). That is, n emitter layer 4 and p base layer 3 are partially short-circuited. Generally, this is referred to as an emitter short-circuit structure 41, and the emitter short-circuit structure 41 causes the dv of the main thyristor portion to be dv.
/ Dt resistance is increased.

【0014】また、主サイリスタ部Qz のカソード側は
すべて主サイリスタカソード電極7zで覆われている
が、その内側の補助サイリスタ部Qy 領域のカソード電
極7yとは接続されていない。
Further, all the cathode side of the main thyristor unit Q z is covered with the main thyristor cathode electrode 7z, and the cathode electrode 7y of the auxiliary thyristor portion Q y region of the inside is not connected.

【0015】本実施例では、pベース層3の第2領域B
の面積抵抗値を第1領域Aのものより高い領域としてい
る。具体的には、第1領域においては500〜900Ω
/□、第2領域においては900〜2000Ω/□とす
る。これにより第2領域Bのpベース層濃度が低くなり
低オン電圧化が達成され、かつdv/dt耐量を保つこ
とができる。pベース層3の面積抵抗値の低い第1領域
Aと第2領域Bの境は、補助サイリスタ部Qyのnエミ
ッタが存在する領域の最外郭から0.5mm内側と、主サ
イリスタ部Qz のnエミッタが存在する領域の最も内側
との間に存在する。この範囲内では第1領域Aと第2領
域Bの境界をかえても、オン電圧とdv/dt耐量は、
共に影響を受けない。
In this embodiment, the second region B of the p base layer 3
Is a region higher than that of the first region A. Specifically, 500 to 900Ω in the first region
/ □, and 900 to 2000 Ω / □ in the second region. As a result, the concentration of the p base layer in the second region B is reduced, a low on-state voltage is achieved, and the dv / dt resistance can be maintained. p boundary of the base layer 3 of the first region A low sheet resistivity second region B, and 0.5mm inwardly from the outermost region n emitter of the auxiliary thyristor portion Q y is present, the main thyristor unit Q z Exists between the innermost region of the region where the n emitters exist. Within this range, even if the boundary between the first region A and the second region B is changed, the ON voltage and the dv / dt withstand capability are
Neither are affected.

【0016】図16は、本発明者の検討により明らかに
なった、主サイリスタ部QZ におけるオン電圧と短絡間
隔の関係を示す。本関係は、主サイリスタ部のpベース
層の面積抵抗値を変えて検討した結果であり、またリカ
バリー電流Irpを一定としている。本図が示すように、
面積抵抗値が900〜2000Ω/□の範囲では、オン
電圧に対する短絡間隔の影響は少ないが、面積抵抗値の
影響は大きい。図1の実施例では、主サイリスタ部であ
る第2領域のpベースの面積抵抗値を900〜2000
Ω/□に設定されるので、オン電圧が低減されると共
に、オン電圧に影響されること無く短絡間隔を密にする
ことによりdv/dt耐量を向上することができる。
[0016] Figure 16 is revealed by the study of the present inventors, showing a relationship between the ON voltage and the short interval in the main thyristor unit Q Z. This relationship is a result of studying by changing the sheet resistance of the p base layer of the main thyristor portion, and the recovery current Irp is fixed. As this figure shows,
When the sheet resistance is in the range of 900 to 2000 Ω / □, the influence of the short-circuit interval on the on-voltage is small, but the sheet resistance has a large effect. In the embodiment of FIG. 1, the p-base sheet resistance of the second region, which is the main thyristor portion, is 900 to 2000.
Since Ω / □ is set, the on-voltage is reduced, and the dv / dt withstand capability can be improved by making the short-circuit interval dense without being affected by the on-voltage.

【0017】さらに、本実施例においては、補助サイリ
スタ部である第領域のpベースの面積抵抗値を第
域よりも小さくしているので、補助サイリスタ部では短
絡間隔を密にしなくてもdv/dt耐量を向上すること
ができる。このため、補助サイリスタの点弧感度を損な
うことは無い。
Further, in this embodiment, since the area resistance of the p base of the first region, which is the auxiliary thyristor portion, is made smaller than that of the second region, the auxiliary thyristor portion does not need to have a short circuit interval. dv / dt resistance can be improved. For this reason, the ignition sensitivity of the auxiliary thyristor does not deteriorate.

【0018】以上のように本実施例の光トリガサイリス
タは、点弧感度を損なうこと無く低オン電圧特性と高d
v/dt耐量を兼ね備えることができる。なお、本実施
例においては、主サイリスタ部と補助サイリスタ部のd
v/dt耐量を独立に調整できる。このような場合、光
トリガサイリスタ全体としてのdv/dt耐量は主サイ
リスタ部および補助サイリスタ部のdv/dt耐量の内
どちらか低い方で制限される。従って、本実施例では、
補助サイリスタ部のdv/dt耐量が主サイリスタ部お
よび補助サイリスタ部のdv/dt耐量と略同じになる
ように補助サイリスタ部のpベースの面積抵抗値が設定
される。
As described above, the light trigger thyristor of this embodiment has a low on-voltage characteristic and a high d without impairing the ignition sensitivity.
v / dt resistance. In this embodiment, the main thyristor unit and the auxiliary thyristor unit have d.
v / dt resistance can be adjusted independently. In such a case, the dv / dt resistance of the entire light trigger thyristor is limited by the lower one of the dv / dt resistance of the main thyristor and the auxiliary thyristor. Therefore, in this embodiment,
The p-base sheet resistance of the auxiliary thyristor is set such that the dv / dt resistance of the auxiliary thyristor is substantially equal to the dv / dt resistance of the main thyristor and the auxiliary thyristor.

【0019】次に本実施例のサイリスタの製造方法を説
明する。
Next, a method of manufacturing the thyristor of this embodiment will be described.

【0020】まず、図4に示すように抵抗率が350Ω
/□・cmで、厚さが1200μmのn型シリコンの半導
体基体10を用意する。
First, as shown in FIG.
A semiconductor substrate 10 of n-type silicon having a thickness of 1200 μm is prepared.

【0021】次に図5に示すようにn型半導体基体10
の主表面に熱酸化法で0.1〜0.05μmの厚さのシリコ
ン酸化膜60を形成する。次に図6に示すようにホトレ
ジストマスク70を用いて片側の主表面の中央部のみ
に、打ち込み量が1×1014〜1×1016cm-2、エネル
ギーが10〜200keVの条件でボロンをイオン注入
する。次に、ホトレジストマスク70を除去し、再度、
全面にボロンを打ち込み量が1×1014〜1×1016cm
-2、エネルギーが10〜200keVの条件でイオン注
入する。次にもう片方の主表面にボロンを打ち込み量が
1×1014〜1×1016cm-2、エネルギーが10〜20
0keVの条件でイオン注入する。
Next, as shown in FIG.
A silicon oxide film 60 having a thickness of 0.1 to 0.05 .mu.m is formed on the main surface by thermal oxidation. Next, as shown in FIG. 6, using a photoresist mask 70, boron is implanted only in the central portion of one main surface under the conditions of an implantation amount of 1 × 10 14 to 1 × 10 16 cm −2 and an energy of 10 to 200 keV. Ions are implanted. Next, the photoresist mask 70 is removed, and again,
The amount of boron implanted over the entire surface is 1 × 10 14 to 1 × 10 16 cm
-2 , ions are implanted under the condition of energy of 10 to 200 keV. Next, the amount of boron implanted into the other main surface is 1 × 10 14 to 1 × 10 16 cm −2 , and the energy is 10 to 20.
Ion implantation is performed under the condition of 0 keV.

【0022】次に、1000℃〜1200℃の熱処理で
活性化と引き伸ばし拡散を行い、図7に示すように、所
定の深さのpエミッタ層2,pベース層3を形成する。
この時、pベース層3の第1領域Aの面積抵抗値は50
0〜900Ω/□、第2領域Bの面積抵抗値は900〜
2000Ω/□となる。
Next, activation and stretching diffusion are performed by a heat treatment at 1000 ° C. to 1200 ° C. to form a p emitter layer 2 and a p base layer 3 having a predetermined depth, as shown in FIG.
At this time, the sheet resistance of the first region A of the p base layer 3 is 50
0 to 900Ω / □, and the area resistance of the second region B is 900 to 900Ω / □.
2000Ω / □.

【0023】その後さらに、半導体基体10の両主表面
の全面に渡り、n型の不純物リンを拡散させてn+ 型拡
散層を形成する。そして、図8の様にアノード面のn+
型拡散層を除去し、カソード面にのみnエミッタ層4を
残す。
Thereafter, n-type impurity phosphorus is diffused over the entire surfaces of both main surfaces of the semiconductor substrate 10 to form an n + -type diffusion layer. Then, as shown in FIG.
The mold diffusion layer is removed, leaving the n emitter layer 4 only on the cathode surface.

【0024】次に図9に示すように、n+ 型拡散層4を
所定の平面パターンに加工してnエミッタ層4を得る。
中央に受光部Qx その周りに補助サイリスタ部Qy 、さ
らにその周辺部が主サイリスタ部Qz であり、受光部Q
xと補助サイリスタ部Qyと主サイリスタ部Qz のnエミ
ッタはそれぞれ独立しており、受光部Qx と補助サイリ
スタ部Qy はpベースの面積抵抗値の低い領域(第1領
域A)に存在する。
Next, as shown in FIG. 9, the n + type diffusion layer 4 is processed into a predetermined plane pattern to obtain an n emitter layer 4.
Central to the light receiving portion Q x the auxiliary thyristor Q y thereabout, a further peripheral portion main thyristor unit Q z, light receiving portion Q
n emitter of x and the auxiliary thyristor Q y and a main thyristor unit Q z are independent, the light-receiving portion Q x and the auxiliary thyristor Q y is p based low sheet resistivity regions (first region A) Exists.

【0025】最後に、半導体基体10の両主表面にアル
ミニウムを蒸着し、フォトレジストを用いてアノード面
とカソード面のアルミニウム膜を所定のパターンになる
ように加工してサイリスタが完成する。
Finally, aluminum is vapor-deposited on both main surfaces of the semiconductor substrate 10, and the aluminum film on the anode surface and the cathode surface is processed into a predetermined pattern using a photoresist, thereby completing a thyristor.

【0026】(実施例2)図2は、本発明の第2の実施
例である光トリガサイリスタ構造を示す要部断面図であ
る。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a sectional view showing a main part of a light trigger thyristor structure according to a second embodiment of the present invention.

【0027】半導体基体10において、点弧サイリスタ
部Qx は中央に、補助サイリスタ部Qy はそのすぐ周辺
に位置する。QxとQyの存在する領域が第1領域Aであ
る。その周辺部の第2領域Bに主サイリスタ部Qz が存
在する。本実施例の半導体基体は、半導体基体10のカ
ソード側表面において第1領域Aが第2領域Bより凸に
なっているため、第1領域Aの面積抵抗値が第2領域B
の面積抵抗値より低い。従って、補助サイリスタ部のd
v/dt耐量を劣化することなく、オン電圧を低減する
ことが可能となる。
[0027] In the semiconductor substrate 10, the ignition thyristor Q x the center, the auxiliary thyristor Q y is located in the immediate. The region where Q x and Q y exist is the first region A. A main thyristor portion Qz exists in a second region B around the periphery. In the semiconductor substrate of this embodiment, since the first region A is more convex than the second region B on the cathode side surface of the semiconductor substrate 10, the area resistance of the first region A is lower than the second region B.
Is lower than the sheet resistance. Therefore, d of the auxiliary thyristor section
The ON voltage can be reduced without deteriorating the v / dt resistance.

【0028】次に本実施例のサイリスタの製造方法を説
明する。まず、図4に示すように抵抗率が350Ω/□
・cmで、厚さが1200μmのn型シリコンの半導体基
体10を用意する。
Next, a method of manufacturing the thyristor of this embodiment will be described. First, as shown in FIG.
Prepare a semiconductor substrate 10 of n-type silicon having a thickness of 1200 μm in cm.

【0029】次にp型不純物であるアルミニウムを90
0℃〜1100℃の気相拡散法により拡散する。さらに
前記気相拡散時より高温で引き伸ばし拡散を行い、図1
0の様にnベース層1の両側に、所定の厚さのpエミッ
タ層2,pベース層3を形成する。pエミッタ層2、及
びpベース層3の面積抵抗値は500〜900Ω/□と
する。次に、図11の様にエッチング法により周辺部
(第2領域B)を除去し、周辺部(第2領域B)のpベ
ース層の面積抵抗値を900〜2000Ω/□とする。
その後さらに、半導体基体の両主表面の全面に渡り、n
型の不純物リンを拡散させてn+ 型拡散層を形成する。
そして、アノード面のn+ 型拡散層を除去し、図12の
様にカソード面にのみn+ 拡散層(4)を残す。
Next, aluminum, which is a p-type impurity, is
Diffusion is performed by a gas phase diffusion method at 0 ° C. to 1100 ° C. Further, stretching and diffusion are performed at a higher temperature than during the gas phase diffusion, and FIG.
On both sides of the n base layer 1 like p, p emitter layers 2 and p base layers 3 having a predetermined thickness are formed. The sheet resistance values of the p emitter layer 2 and the p base layer 3 are 500 to 900 Ω / □. Next, as shown in FIG. 11, the peripheral portion (second region B) is removed by an etching method, and the area resistance of the p base layer in the peripheral portion (second region B) is set to 900 to 2000 Ω / □.
Thereafter, over the entire surface of both main surfaces of the semiconductor substrate, n
Is diffused to form an n @ + -type diffusion layer.
Then, the n + type diffusion layer on the anode surface is removed, and the n + diffusion layer (4) is left only on the cathode surface as shown in FIG.

【0030】次に図13に示すように、n+ 型拡散層
(4)を所定のパターンに加工してnエミッタ層4を得
る。本発明においては、補助サイリスタ部Qy の最外郭
部分は半導体基体10の段差部に存在することが望まし
い。但し、本発明者の検討結果によれば補助サイリスタ
部Qyは半導体基体の凸部より0.5mm以上はみ出しては
ならない。0.5mm 以上はみ出すと急速にdv/dt耐
量が低下する。このような検討結果の一例として、補助
サイリスタ部のはみだし量Xとdv/dt耐量の関係を
図14に示しておく。
Next, as shown in FIG. 13, the n + type diffusion layer (4) is processed into a predetermined pattern to obtain an n emitter layer 4. In the present invention, the outermost portion of the auxiliary thyristor portion Q y is preferably present in the step portion of the semiconductor substrate 10. However, the auxiliary thyristor Q y according to the study results of the present invention have not protrude 0.5mm more than the convex portion of the semiconductor substrate. When the protrusion exceeds 0.5 mm, the dv / dt resistance rapidly decreases. As an example of such a study result, FIG. 14 shows the relationship between the protrusion amount X of the auxiliary thyristor unit and the dv / dt resistance.

【0031】最後に、半導体基体10の両主表面にアル
ミニウムを蒸着し、フォトレジストを用いてアノード面
とカソード面のアルミニウム膜を所定のパターンになる
ように加工してサイリスタが完成する。補助サイリスタ
部の最外郭部分の半導体基体10の段差部に存在すると
アルミニウム電極の加工が容易である。
Finally, aluminum is vapor-deposited on both main surfaces of the semiconductor substrate 10, and the aluminum film on the anode surface and the cathode surface is processed into a predetermined pattern using a photoresist, thereby completing a thyristor. If the outermost portion of the auxiliary thyristor portion is present at the step portion of the semiconductor substrate 10, the processing of the aluminum electrode is easy.

【0032】(実施例3)図3は、本発明の第3の実施
例である光トリガサイリスタ構造を示す要部断面図であ
る。半導体基体10においてQxは受光部、Qyは補助サ
イリスタ部を示す。QxとQyの存在する領域が第1領域
Aである。他の部分はメインサイリスタ部Qz(第2領
域B)である。
(Embodiment 3) FIG. 3 is a sectional view showing a main part of a light trigger thyristor structure according to a third embodiment of the present invention. Q x the light receiving portion in the semiconductor substrate 10, Q y represents an auxiliary thyristor. The region where Q x and Q y exist is the first region A. The other part is the main thyristor part Qz (second region B).

【0033】本実施例の半導体基体は、基体内において
第1領域Aのpベース層の拡散フロントが第2領域Bの
pベース層より凸になっていることに特徴がある。この
ため、第1領域Aの面積抵抗値が第2領域Bの面積抵抗
値より低い。従って、補助サイリスタ部のdv/dt耐
量を劣化することなく、オン電圧を低減することが可能
となる。
The semiconductor substrate of the present embodiment is characterized in that the diffusion front of the p base layer in the first region A is more convex than the p base layer in the second region B in the substrate. Therefore, the sheet resistance of the first region A is lower than the sheet resistance of the second region B. Therefore, the ON voltage can be reduced without deteriorating the dv / dt resistance of the auxiliary thyristor unit.

【0034】実施例1乃至3において、p層と電極のオ
ーミックコンタクトをとる目的で、nエミッタ層4を形
成した後、p型不純物であるアルミニウムを気相拡散
し、アノード電極8とpエミッタ層の接触部分や、カソ
ード電極とpベース層の接触部分にp+ 層を形成するこ
とがある。p+ 層は面積抵抗値がきわめて小さくなるも
ののdv/dt耐量には大きな影響せず、p+ 層が存在
しないnエミッタ層直下のpベース層の面積抵抗値でd
v/dt耐量が決まる。従って、電極とp層の接触部分
にp+ 層が存在するサイリスタにおいては、nエミッタ
層の直下の部分のpベース層の面積抵抗値をpベース層
の面積抵抗値と定義する。
In Examples 1 to 3, after forming an n-emitter layer 4 for the purpose of making ohmic contact between the p-layer and the electrode, aluminum as a p-type impurity is vapor-phase diffused to form an anode electrode 8 and a p-emitter layer. Layer or a contact portion between the cathode electrode and the p base layer in some cases. Although the p @ + layer has a very small sheet resistance, it does not significantly affect the dv / dt withstand capability, and the area resistance of the p base layer immediately below the n emitter layer where no p @ + layer exists is d.
v / dt resistance is determined. Therefore, in a thyristor in which a p + layer exists at a contact portion between an electrode and a p-layer, the area resistance of the p-base layer immediately below the n-emitter layer is defined as the area resistance of the p-base layer.

【0035】実施例1乃至3の構造により、直径140
mm,nベース幅960μm,pエミッタ幅70μm,短
絡間隔1.0mm ,直径40mmの第1領域のpベース層の
面積抵抗値が900Ω/□、第2領域のpベース層の面
積抵抗値が1500Ω/□の光サイリスタを作製する
と、耐圧:6kV,オン電圧:1.7V(電流5.5k
A),dv/dt耐量:3500V/μsを実現するこ
とができる。
With the structure of the first to third embodiments, the diameter 140
mm, n base width: 960 μm, p emitter width: 70 μm, short circuit interval: 1.0 mm, area resistance of the p base layer in the first region having a diameter of 40 mm is 900Ω / □, and area resistance of the p base layer in the second region is 1500Ω. / □, the breakdown voltage: 6 kV, the on-voltage: 1.7 V (current: 5.5 kV)
A), dv / dt resistance: 3500 V / μs can be realized.

【0036】また、本発明を適用した光サイリスタと、
従来技術であるpベースの面積抵抗値が一定の光サイリ
スタを用いて、Irpを固定したときのオン電圧とdv/
dt耐量の関係を図15に示す。本発明を適用した光サ
イリスタは、低いオン電圧で高いdv/dt耐量を実現
することがわかる。
An optical thyristor to which the present invention is applied;
The on-voltage and dv / d when the I rp is fixed using an optical thyristor having a constant p-based sheet resistance, which is a conventional technique, is used.
FIG. 15 shows the relationship between the dt tolerance. It can be seen that the optical thyristor to which the present invention is applied realizes a high dv / dt withstand voltage at a low ON voltage.

【0037】なお、本発明は光トリガサイリスタのみな
らず電気ゲートサイリスタにも実施可能である。また上
述の各実施例において各半導体層の導電型を逆にしても
本発明は同じ効果を奏する。
The present invention can be applied not only to a light trigger thyristor but also to an electric gate thyristor. The present invention has the same effect even if the conductivity type of each semiconductor layer is reversed in each of the above embodiments.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明によれば、dv/dt耐量を劣化
することなく、サイリスタの大電流化を実現することが
できる。
According to the present invention, it is possible to increase the current of the thyristor without deteriorating the dv / dt resistance.

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

【図1】本発明の第1の実施例である光トリガサイリス
タの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a light trigger thyristor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例である光トリガサイリス
タの断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a light trigger thyristor according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例である光トリガサイリス
タの断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a light trigger thyristor according to a third embodiment of the present invention.

【図4】図1に示す実施例1の光トリガサイリスタの製
造方法を説明するための図。
FIG. 4 is a diagram for explaining a method of manufacturing the light trigger thyristor of the first embodiment shown in FIG.

【図5】図1に示す実施例1の光トリガサイリスタの製
造方法を説明するための図。
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the light trigger thyristor of the first embodiment shown in FIG.

【図6】図1に示す実施例1の光トリガサイリスタの製
造方法を説明するための図。
FIG. 6 is a view for explaining a method of manufacturing the light trigger thyristor of the first embodiment shown in FIG.

【図7】図1に示す実施例1の光トリガサイリスタの製
造方法を説明するための図。
FIG. 7 is a diagram for explaining a method of manufacturing the light trigger thyristor according to the first embodiment shown in FIG.

【図8】図1に示す実施例1の光トリガサイリスタの製
造方法を説明するための図。
FIG. 8 is a diagram for explaining a method of manufacturing the light trigger thyristor according to the first embodiment shown in FIG.

【図9】図1に示す実施例1の光トリガサイリスタの製
造方法を説明するための図。
FIG. 9 is a diagram for explaining a method of manufacturing the light trigger thyristor of the first embodiment shown in FIG.

【図10】図2に示す実施例2の光トリガサイリスタの
製造方法を説明するための図。
FIG. 10 is a diagram for explaining a method of manufacturing the optical trigger thyristor according to the second embodiment shown in FIG.

【図11】図2に示す実施例2の光トリガサイリスタの
製造方法を説明するための図。
FIG. 11 is a view for explaining a method of manufacturing the optical trigger thyristor according to the second embodiment shown in FIG. 2;

【図12】図2に示す実施例2の光トリガサイリスタの
製造方法を説明するための図。
FIG. 12 is a diagram for explaining a method of manufacturing the optical trigger thyristor according to the second embodiment shown in FIG.

【図13】図2に示す実施例2の光トリガサイリスタの
製造方法を説明するための図。
FIG. 13 is a view for explaining a method of manufacturing the light trigger thyristor according to the second embodiment shown in FIG. 2;

【図14】図2に示す実施例2の光トリガサイリスタの
製造方法を説明するための図。
FIG. 14 is a view for explaining a method of manufacturing the optical trigger thyristor according to the second embodiment shown in FIG. 2;

【図15】図1に示す実施例1の光トリガサイリスタの
特性を示す。
FIG. 15 shows characteristics of the light trigger thyristor of the first embodiment shown in FIG.

【図16】オン電圧と短絡間隔の関係を示す。FIG. 16 shows a relationship between an on-voltage and a short-circuit interval.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…nベース層、2…pエミッタ層、3…pベース層、
4…nエミッタ層、7…カソード電極、7y…補助サイ
リスタカソード電極、7z…主サイリスタカソード電
極、8…アノード電極、10…半導体基体、31…pベ
ース層低面積抵抗値部、32…pベース層高面積抵抗値
部、41…エミッタ短絡構造、50…高濃度層、60…
酸化膜マスク、70…ホトマスク、A…第1領域、B…
第2領域、Qx …点弧サイリスタ部、Qy…補助サイリ
スタ部、Qz…主サイリスタ部。
1 ... n base layer, 2 ... p emitter layer, 3 ... p base layer,
4 ... n emitter layer, 7 ... cathode electrode, 7y ... auxiliary thyristor cathode electrode, 7z ... main thyristor cathode electrode, 8 ... anode electrode, 10 ... semiconductor substrate, 31 ... p base layer low area resistance part, 32 ... p base Layer high area resistance value, 41: emitter short-circuit structure, 50: high concentration layer, 60:
Oxide film mask, 70 photomask, A first region, B
Second area, Q x ... firing thyristor section, Q y ... auxiliary thyristor section, Q z ... main thyristor section.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横田 武司 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 石川 勝美 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 斉藤 克明 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 昭54−46488(JP,A) 特開 平7−122728(JP,A) 特開 昭63−84067(JP,A) 特開 平5−299641(JP,A) 特開 平6−318714(JP,A) 特開 平7−335861(JP,A) 特開 平6−169080(JP,A) 特開 平4−241461(JP,A) 特開 昭58−128765(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/74 H01L 21/332 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Takeshi Yokota 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Katsumi Ishikawa 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Katsuaki Saito 3-1-1 Kochicho, Hitachi-shi, Ibaraki Pref. Hitachi, Ltd. Hitachi Plant (56) References JP-A-54-46488 (JP, A) JP-A-7-122728 (JP, A) JP-A-63-84067 (JP, A) JP-A-5-299641 (JP, A) JP-A-6-318714 (JP, A) 335861 (JP, A) JP-A-6-169080 (JP, A) JP-A-4-241461 (JP, A) JP-A-58-128765 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 29/74 H01L 21/332

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一方導電型の第1半導体層と、第1半導体
層に隣接する他方導電型の第2半導体層と、第2半導体
層に隣接する一方導電型の第3半導体層と、第3半導体
層に隣接する他方導電型の第4半導体層と、を含む半導
体基板を備え、該半導体基体は、補助サイリスタ部を含
む第1領域と、主サイリスタ部を含む第2領域とを有す
る半導体装置において、前記補助サイリスタ部を含む第1領域が前記半導体基板
の中央部に位置し、 前記主サイリスタ部を含む第2領域が前記第1領域の周
辺部に位置していて、 前記第1領域の第3半導体層の面積抵抗値が、前記第2
領域における第3半導体層の面積抵抗値よりも低く、 かつ前記半導体基板の中央である第1領域の中央に、点
弧サイリスタを有する ことを特徴とする半導体装置。
A first semiconductor layer of one conductivity type; a second semiconductor layer of the other conductivity type adjacent to the first semiconductor layer; a third semiconductor layer of one conductivity type adjacent to the second semiconductor layer; A semiconductor substrate including a third semiconductor layer adjacent to the third semiconductor layer and a semiconductor region including a first region including an auxiliary thyristor portion and a second region including a main thyristor portion; In the device, the first region including the auxiliary thyristor portion is the semiconductor substrate.
And a second region including the main thyristor portion is located around a periphery of the first region.
And the third semiconductor layer in the first region has a sheet resistance of the second semiconductor layer.
Rather lower than the sheet resistance value of the third semiconductor layer in the region, and the center of the first region is a center of said semiconductor substrate, a point
A semiconductor device having an arc thyristor .
【請求項2】請求項1において、第1領域の第3半導体
層の厚さが第2領域の第3半導体層の厚さより厚いこと
を特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the third semiconductor layer in the first region is larger than the thickness of the third semiconductor layer in the second region.
【請求項3】請求項1において、第1領域の第3半導体
層と第4半導体層の界面が、第2領域の第3半導体層と
第4半導体層の界面より、凸出していることを特徴とす
る半導体装置。
3. The method according to claim 1, wherein an interface between the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer in the first region protrudes from an interface between the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer in the second region. Characteristic semiconductor device.
【請求項4】一方導電型の半導体基体の片側の主表面
中央部に他方導電体型の第1の不純物をイオン注入する
第1工程と、該第1工程の後に、前記半導体基体の前記片側の主表面
の全面に他方導電型の第1の不純物をイオン注入する第
2工程と、 該第2工程の後に、前記半導体基体の他方の片側の主表
面の全面に他方導電型の第1の不純物をイオン注入する
第3工程と、 該第3工程の後に、第1工程から第3工程で注入した他
方導電型の第1の不純物を熱拡散する第4工程と、 該第4工程の後に、 半導体基体主表面の全面に他方
導電体型の第2の不純物をイオン注入する第工程
有する半導体装置の製造方法。
4. A first step of ion-implanting a first impurity of the other conductive type into a central portion of a main surface on one side of a semiconductor substrate of one conductive type, and after the first step, the one side of the semiconductor base is provided. Main surface of
Ion implantation of a first impurity of the other conductivity type into the entire surface of
Two steps and, after the second step, a main table on the other side of the semiconductor substrate.
Ion-implanting a first impurity of the other conductivity type into the entire surface
A third step, and after the third step, other than the steps from the first step to the third step,
A fourth step of thermally diffusing anisotropy conductive type first impurity, after the fourth step, a fifth step of the entire surface to the second impurity ion implantation of the other conductivity type in both main table surface of the semiconductor substrate A method for manufacturing a semiconductor device having:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8029488B2 (en) 2005-01-26 2011-10-04 The Procter & Gamble Company Disposable pull-on diaper having a low force, slow recovery elastic waist
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