JPH041508B2 - - Google Patents

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JPH041508B2
JPH041508B2 JP57172684A JP17268482A JPH041508B2 JP H041508 B2 JPH041508 B2 JP H041508B2 JP 57172684 A JP57172684 A JP 57172684A JP 17268482 A JP17268482 A JP 17268482A JP H041508 B2 JPH041508 B2 JP H041508B2
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JP
Japan
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type impurity
impurity region
transistor
gate
thyristor
Prior art date
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JP57172684A
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English (en)
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JPS5961962A (ja
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Yoshimitsu Tanaka
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
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Publication of JPS5961962A publication Critical patent/JPS5961962A/ja
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    • 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
    • H01L29/744Gate-turn-off devices
    • H01L29/745Gate-turn-off devices with turn-off by field effect
    • H01L29/7455Gate-turn-off devices with turn-off by field effect produced by an insulated gate structure
    • 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
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    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/74Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
    • H01L29/749Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action with turn-on by field effect

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  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Thyristors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は絶縁ゲート型サイリスタに関するも
のである。
従来、絶縁ゲート型サイリスタは、通常、絶縁
ゲートに入力信号を送りオンさせることができる
が、オフさせるためには、オフ専用のゲートを必
要としていた。そのため、オン・オフの信号は2
系統で送るか、もしくは、1系統で送つても、オ
ン信号とオフ信号を分離するための別回路をサイ
リスタ前段に設けることが必要となつていた。し
かしながら、オン・オフの信号分離用の別回路を
設けることなく、1系統で送ることができれば極
めて便利である。もちろん、単に1系統で信号が
送れればよいというものではない。最適なオン・
オフ制御(確実なオン・オフ動作)が容易に行え
なければならないし、また、1系統の信号で駆動
できるようにするための構成が電流容量を制限す
るようなものであつては、やはり意味がない。
この発明は、このような事情に鑑み、P形不純
物裏面層を有するN形シリコン基板の表面側の一
部分に、第1のP形不純物領域が形成され、この
第1のP形不純物領域内にN形不純物領域が形成
され、さらにこのN形不純物領域に第2のP形不
純物領域が形成され、シリコン基板の表面側に、
少なくとも第1のP形不純物領域およびN形不純
物領域にまたがるようにゲート電極がゲート酸化
膜を介して形成され、N形不純物領域および第2
のP形不純物領域にまたがりかつこれらの領域に
接触するようにしてカソードが形成され、P形不
純物裏面層にアノードが形成されて、前記N形シ
リコン基板、第1のP形不純物領域およびN形不
純物領域によつて同第1のP形不純物領域表面部
分がチヤンネルとなるトランジスタが構成されて
いるとともに、前記第1のP形不純物領域、N形
不純物領域および第2のP形不純物領域によつて
同N形不純物領域表面部分がチヤネルとなるトラ
ンジスタが構成されている絶縁ゲート型サイリス
タをその要旨とするものである。
すなわち、この絶縁ゲート型サイリスタは、単
一の入力ゲートに、正または負の電圧を印加する
ことにより、オンまたはオフ状態になるため、オ
ン・オフの信号を1系統で送りうるのである。
つぎに、この発明を実施例にもとづいて説明す
る。
第1図はこの発明の一実施例の構成を示す断面
図である。図において、N1はN形シリコン基板
で、裏面側にP形不純物層P1が形成されている。
このN形シリコン基板N1の表面側には、第1の
P形不純物領域P2が形成され、この第1のP形
不純物領域P2内にN形不純物領域N2が形成され、
さらにこの領域N2内に第2のP形不純物領域P3
が形成されている。1はゲート酸化膜で、このゲ
ート酸化膜1の上に、ゲート電極2が、シリコン
基板N1、第1のP形不純物領域P2、N形不純物
領域N2および第2のP形不純物領域P3にまたが
るように形成されている。そして、3は、カソー
ドで、N形不純物領域N2および第2のP形不純
物領域P3に接続する。4はアノードである。
第2図は、このようにしてこの絶縁ゲート型サ
イリスタの内部に構成されたトランジストをあら
わす断面図であつて、P形不純物層P1、シリコ
ン基板N1、第1のP形不純物領域P2によつて第
1の寄生トランジスタT1が、また、シリコン基
板N1、第1のP形不純物領域P2、N形不純物領
域N2によつて第2の寄生トランジスタT2がそれ
ぞれ構成され、さらに、シリコン基板N1、第1
のP形不純物領域P2、N形不純物領域N2によつ
て同第1のP形不純物領域P2表面部分がチヤネ
ルとなるNチヤネルのエンハンスメント型MOS
トランジスタT3が、また第1のP形不純物領域
P2、N形不純物領域N2、第2のP形不純物領域
P3によつて同N形不純物領域N2表面部分がチヤ
ネルとなるPチヤネルのデイプレシヨン型MOS
トランジスタT4がそれぞれ構成されている。第
3図は、このようなトランジスタによつて構成さ
れる等価回路図である。
つぎに、第2図の断面図および第3図の等価回
路図を参照して動作説明を行う。まずオン動作に
ついて説明する。すなわち、アノード4に正電圧
が印加された状態でゲート2に正の電圧を加える
と、トランジスタT3やオン状態、トランジスタ
T4がオフ状態となり、電流が、P1→N1→(P2
→N2と流れる〔(P2)はチヤネル部分を表わす〕。
この場合、P1,N1,P2からなるトランジスタT1
とN1,P2,N2からなるトランジスタT2とは、互
にコレクタが相手のベースに接続された正帰還ル
ープを形成しており、この正帰還ループをつくつ
ているトランジスタT1,T2に飽和電流が流れる
ため、正帰還ループが自己保持(ラツチング)さ
れる。したがつて、ゲート電圧をゼロにし、トラ
ンジスタT3をオフ状態にしても、電流はトラン
ジスタT1,T2を通じて流れ続ける。
つぎに、オフ動作について説明する。アノード
4、カソード3間がオン状態のとき、ゲート2に
負の電荷を加えると、P2,N2,P3からなるトラ
ンジスタT4がオン状態となり、電流は一部がP2
→(N2)→P3という経路で流れる〔(N2)はチ
ヤネル部〕。すなわち、トランジスタT1のエミツ
タからトランジスタT4を通してカソード3へ流
れる電流が増大するのである。このようになつた
とき、このサイリスタにおいては、トランジスタ
T2を流れる電流が正帰還ループの保持電流より
小さくなるように抵抗成分R等が調整されている
ので、トランジスタT1,T2とも飽和状態が維持
できなくなり、前記正帰還ループのラツチングが
解消されて、アノード4、カソード3間がオフ状
態となる。なお、上記の実施例では、トランジス
タT3がエンハンスメント型、T4がデイプレシヨ
ン型となつているが、この逆になるようにしても
よい。また、ゲート電極は少なくとも第1のP形
不純物領域P2およびN形不純物領域N2にまたが
つておればよい。
このように、この絶縁ゲート型サイリスタは、
1個の共通入力ゲート2に正もしくは負の電圧を
印加することによりオン・オフできるため、オ
ン・オフの信号を1系統で送りうるようになり、
極めて便利である。
そして、この発明のサイリスタは、十分な電流
容量を確保することができる。オン用トランジス
タT3とオフ用トランジスタT4が隣接構造をとる
ことによりコンパクトに構成されていて、これら
トランジスタが半導体基板において専有する面積
が小さくてすみ、十分な主電流通路面積を半導体
基板に確保して単位面積当たりの電流値(電流容
量)を大きくすることができるからである。一定
の電流容量を考えた場合、オン抵抗を低く抑える
ことができることになる。下記に参考例として挙
げた第4図のサイリスタでは、オン用トランジス
タとオフ用トランジスタが隣接構造でないため、
トランジスタの専有面積が大きくなる。これらの
トランジスタが専有する面積が増えた分、主電流
通路面積の専有面積が減少するので、十分な電流
容量が確保されない。サイリスタが十分なスイツ
チ電流容量を有するものであるかどうかは、実用
上極めて重要なことである。
さらに、この発明のサイリスタでは、前述した
ように、オン用のトランジスタT3とオフ用のト
ランジスタT4が、それぞれ異なる不純物領域に
チヤネルをもつていて、いわば独立したかたちに
なつている。そのため、互いに相手のトランジス
タに拘束を受けることなく、それぞれのトランジ
スタを所定のオン・オフ信号に合せて最適のオ
ン・オフ制御を行わせるようにする(例えば、不
純物濃度等)ことができる。そのため、所定の入
力信号に対しオンオフ動作が確実な実用的なサイ
リスタとなるのである。
なお、以下に第4図に示す参考例のサイリスタ
についても簡単に説明しておく。
第4図は参考例の構成を示す断面図である。す
なわち、この絶縁ゲート型サイリスタは、第1の
P形不純物領域P2中にN形不純物領域N2を設け、
第2のP形不純物領域P3は、シリコン基板N1
表面側部分に第3のP形不純物領域P4と対峙さ
せた状態で設けている。そして、オンゲート5
を、シリコン基板N1、第1のP形不純物領域P2
N形不純物領域N2にまたがるようにゲート酸化
膜1を介して設けてPチヤネルのエンハンス型
MOSトランジスタを構成するとともに、オフゲ
ート6を、第2のP形不純物領域P3、シリコン
基板N1、第3のP形不純物領域P4にまたがるよ
うにゲート酸化膜1を介して設けてPチヤネルの
エンハンスメント型MOSトランジスタを構成し、
かつカソード3を基板N1の表面側に設けるとと
もに、裏面にアノードを設け、オフ回路のための
補助アノード電極7を基板N1の表面側に設けて
上記アノード4とともに2重アノード方式として
いる。P1はP形不純物層である。
この絶縁ゲート型サイリスタの動作説明を第5
図の断面図および第6図の等価回路図を参照して
行う。まずオン動作について説明する。すなわ
ち、アノード4に正電圧を印加しP2N1接合を逆
バイアスにした状態でオンゲート5に正の電圧を
加えるとトランジスタT3がオン状態、T4がオフ
状態となる。この時電流は、P1→N1(P2)→N2
と流れる。この場合、P1,N1,P2からなるトラ
ンジスタT1とN1,P2,N2とからなるトランジス
タT2とは正帰還ループを形成しており、これら
のトランジスタT1,T2に飽和電流が流れ、正帰
還ループが自己保持(ラツチング)される。した
がつて、ゲート電圧をゼロにしてトランジスタ
T3をオフにしても電流はトランジスタT1,T2
通して流れ続ける。
つぎに、オフ動作について説明する。ラツチン
グにより、P1→N1→(P2)→N2のルートで電流
が流れている状態において、オフゲート6に負の
電圧をかけるとトランジスタT4がオンとなり、
電流がアノード4からトランジスタT4を通つて
直接カソード3に流れ始める。このとき、トラン
ジスタT1,T2を通じて流れる電流が著しく減じ、
この電流がラツチングを保持できる最小電流より
小さくなると、トランジスタT1,T2ともオフ状
態になり、アノード4カソード3間がオフ状態と
なる。
このように、この絶縁ゲート型サイリスタは、
オン動作のための絶縁ゲート5とオフ動作のため
の絶縁ゲート6を有しているため、オン・オフの
動作が正確である。また、2重アノード方式のた
め、オフ動作が容易である。しかも、シリコン基
板N1の両面にそれぞれアノードとカソードを設
けているため縦形の絶縁サイリスタとなり、大電
流に対応しうるようになる。
以上のように、この発明の絶縁ゲート型サイリ
スタは、P形不純物裏面層を有するN形シリコン
基板の表面側に、第1のP形不純物領域が形成さ
れ、この第1のP形不純物領域内にN形不純物領
域が形成され、さらにこのN形不純物領域に第2
のP形不純物領域が形成され、シリコン基板の表
面側に、少なくとも第1のP形不純物領域および
N形不純物領域にまたがるようにゲート電極がゲ
ート酸化膜を介して形成され、N形不純物領域お
よび第2のP形不純物領域にまたがりかつこれら
の領域に接触するようにしてカソードが形成さ
れ、P形不純物裏面層にアノードが形成されてい
るため、オン・オフの信号を、分離するための別
回路を設けることなく1系統で送りうるのであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の構成を示す断面
図、第2図はその動作説明のための断面図、第3
図は同じくその等価回路図、第4図は参考例の構
成を示す断面図、第5図はその動作説明のための
断面図、第6図は同じくその等価回路図である。 1…ゲート酸化膜、2…ゲート電極、3…カソ
ード、4…アノード、N1…シリコン基板、P1
P形不純物層、P2,P3…P形不純物領域、N2
N形不純物領域、T1〜T4…トランジスタ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 P形不純物裏面層を有するN形シリコン基板
    の表面側の一部分に、第1のP形不純物領域が形
    成され、この第1のP形不純物領域内にN形不純
    物領域が形成され、さらにこのN形不純物領域に
    第2のP形不純物領域が形成され、シリコン基板
    の表面側に、少なくとも第1のP形不純物領域お
    よびN形不純物領域にまたがるようにゲート電極
    がゲート酸化膜を介して形成され、N形不純物領
    域および第2のP形不純物領域にまたがりかつこ
    れらの領域に接触するようにしてカソードが形成
    され、P形不純物裏面層にアノードが形成され
    て、前記N形シリコン基板、第1のP形不純物領
    域およびN形不純物領域によつて同第1のP形不
    純物領域表面部分がチヤネルとなるトランジスタ
    が構成されているとともに、前記第1のP形不純
    物領域、N形不純物領域および第2のP形不純物
    領域によつて同N形不純物領域表面部分がチヤネ
    ルとなるトランジスタが構成されている絶縁ゲー
    ト型サイリスタ。
JP17268482A 1982-09-30 1982-09-30 絶縁ゲ−ト型サイリスタ Granted JPS5961962A (ja)

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JPS5961962A JPS5961962A (ja) 1984-04-09
JPH041508B2 true JPH041508B2 (ja) 1992-01-13

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