JPH07307459A - 両面型半導体装置 - Google Patents

両面型半導体装置

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JPH07307459A
JPH07307459A JP15509194A JP15509194A JPH07307459A JP H07307459 A JPH07307459 A JP H07307459A JP 15509194 A JP15509194 A JP 15509194A JP 15509194 A JP15509194 A JP 15509194A JP H07307459 A JPH07307459 A JP H07307459A
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Shinichi Ito
伸一 伊藤
Yasushi Miyasaka
靖 宮坂
Shigeru Nishizawa
滋 西澤
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Fuji Electric Co Ltd
Hakusan Seisakusho Co Ltd
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Hakusan Seisakusho Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】双方向二端子サイリスタのサージ電流耐量を保
持電流を小さくすることなく増大させる。 【構成】半導体基板の両主面の電極が接触するエミッタ
専用領域が基板の中心点に対し点対称なくし型で、一面
側のエミッタ専用領域の歯の部分と他面側のエミッタ専
用領域の歯の間隙部分とが上下に対向するようにする。
これにより、エミッタ専用領域の周辺長が増大し、同一
保持電流でサージ電流耐量を増大させることができる。
さらに、エミッタ専用領域の電流集中の起こりやすい領
域に近接するベース・エミッタ兼用領域の部分の不純物
濃度を高めるか、エミッタ専用領域の内周部を電流集中
の起こりやすい外周部より深くすることにより電流集中
を阻止してサージ電流耐量を一層高める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板の両主面間
に流れる電流が双方向対称特性を有する両面型半導体装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】双方向対称特性を有する自己点弧の両面
型半導体装置は断面構造が対称となっている。図3は従
来の双方向二端子サイリスタの構造を示し、n- 層1を
はさむp+ 層21、22の表面層にn+ 層31、32が
線対称に形成されている。図示されていないが、両主面
にはn+ 層31の斜線で示した面とp+ 層21の露出面
とに共通に接触する電極と、n+ 層32の点線の斜線で
示した面とp+ 層22の露出面とに共通に接触する電極
が設けられている。
【0003】この半導体装置は、pエミッタ層21、n
ベース層1、pベース層22およびnエミッタ層32の
pnpn構造のサイリスタと、pエミッタ層22、nベ
ース層1、pベース層21およびnエミッタ層31のp
npn構造のサイリスタを逆並列に備えており、ブレー
クオーバ電圧以上の電圧を印加するか、臨界オフ電圧上
昇率以上の急峻な立ち上がりを有する電圧を印加するこ
とにより、双方向でオフ状態からオン状態へ移行させる
ことができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図3のような半導体装
置の保持電流とサージ電流耐量とはトレードオフの関係
にある。すなわち、例えば、nエミッタ層との界面に接
するpベース層の不純物濃度Cnpを高くすると、保持
電流IH は高くなるがサージ耐量が著しく低下する。サ
ージ電流耐量は、サージ電流が集中すると低下する。
【0005】本発明の目的は、サージ電流の集中を緩和
して同じ保持電流でサージ耐量を大きくできる両面型半
導体装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、半導体基板の両主面側に第一導電形の
ベース・エミッタ兼用領域およびその領域の表面層に形
成された第二導電形のエミッタ専用領域が露出し、両面
側のベース・エミッタ兼用領域およびエミッタ専用領域
の形状が基板の中心点に対して点対称である両面型半導
体装置において、エミッタ専用領域の形状がくし型であ
り、一面側のエミッタ専用領域の歯の部分が他面側のエ
ミッタ専用領域の歯の間隙部分に基板主面に垂直方向で
対向するものとする。一面側のエミッタ専用領域の歯の
周縁部と他面側のエミッタ専用領域の歯の周縁部が歯の
部分の幅の10%以下の幅だけ基板主面に垂直方向で重
なり合うことも有効である。ベース・エミッタ兼用領域
のエミッタ専用領域の外周部に近接する部分の不純物濃
度が他の部分に比して高くされたことが有効で、エミッ
タ専用領域の外周部のうち、半導体基板の外周部に近い
側の部分に近接する部分のみ、あるいは半導体基板のか
ど部に近い部分に近接する部分のみ、ベース・エミッタ
兼用領域の不純物濃度が高くされたことが良い。また、
エミッタ専用領域の深さがその領域の内周部において外
周部より深くされたことが有効で、エミッタ専用領域の
深さが外周部より内周部に向かうに従って深くされたこ
とも良い。
【0007】
【作用】くし型構造は、トランジスタで行われているよ
うに、周辺長を大きくすることによって同一占有面積の
エミッタ領域の電流容量を大きくするのに役立つ。従っ
てサージ電流に対しても、集中する電流が小さくなり、
電流集中による耐量低下を緩和することができる。両面
型半導体装置では、両面側に形成されるくし型構造を重
なり合わせないようにすることにより、点対称で形成さ
れる双方の層構造を生かすことができる。しかし、歯の
部分の周縁部が歯の幅の10%以下で重なり合う程度な
らば、有効な層構造面積を低減することが少なく、一方
エミッタ領域の周辺長がいくらか大きくなるので、サー
ジ耐量の向上に対しては有効にはたらくこともある。
【0008】さらにサージ耐量を高めるには、電流の集
中の起こりやすいエミッタ専用領域の外周部、特にその
基板の外周部に近い側の部分、あるいは基板のかど部に
近い部分に近接した部分でエミッタ・ベース兼用領域を
他の部分に比して高くすることが、その部分へのエミッ
タ専用領域からの注入効率を低下させるので、電流の集
中を阻止して有効である。あるいは、第二導電形のエミ
ッタ専用領域の内周部を外周部より深くすることも、そ
の部分で第一導電形のベース・エミッタ兼用領域、第二
導電形のベース領域とから構成されるバイポーラトラン
ジスタの電流増幅率を高め、他の層とからなるサイリス
タの動作を早めるので、外周部での電流集中を防ぐ。
【0009】
【実施例】以下、図3を含めて共通の部分に同一の符号
を付した図を引用して、本発明の双方向二端子サイリス
タにおける実施例について述べる。図1は、請求項1記
載の本発明の一実施例の双方向二端子サイリスタのチッ
プの平面図であり、図2は図1のA−A線断面図を併せ
て示す斜視図である。4mm角の半導体基板には、図か
ら明らかなように、エミッタ専用のn+ 層31および3
2がそれぞれくしの歯部41、42を有するくし型に形
成されており、n-層1の中心点に対して点対称である
が、図1に示すように約0.6mmの幅のくしの歯部4
1、42の位置とくしの歯部42、41の間隙の位置が
上下に重なるように配置されている。すなわち、くし型
のn+ 層31の歯の部分41の直下にもp+ 層21、n
- 層1、p+ 層22が存在して、pnpn4層構造であ
り、くしの歯n+ 層32の歯の部分42の直上にもp+
層22、n- 層1、p+ 層21が存在して図3の場合と
同様にpnpn4層構造が形成されている。
【0010】図4は、図1、図2に示した本発明の一実
施例の双方向二端子サイリスタと図3に示した双方向二
端子サイリスタのサージ耐量と保持電流との関係曲線を
それぞれ線51、52に示す。本発明の実施により、両
特性のトレードオフが改善され、大きな保持電流IH
おいても良好なサージ電流耐量を得ることができた。ま
た、同一サージ電流耐量とするダイサイズは80%とな
った。
【0011】図5は、請求項5記載の本発明の一実施例
を示し、サージ電流の集中しやすいnエミッタ専用層
(以下単にエミッタ層と記す) 31のチップのコーナー
部に近いコーナー部の直下に点線の斜線で示したp++
23を形成している。nエミッタ層からpベース兼用層
(以下単にベース層と記す) への注入効率は、p++層2
3の部分でp+ 層21に対するより低いため、このコー
ナー部での電流集中が阻止される。
【0012】図6は、請求項4記載の本発明の一実施例
を示し、n+ エミッタ層31のチップ外周部に近い外周
部直下にp++層23を形成したもので、図7はそのC−
C線断面図を併せ示す斜視図である。図8は、請求項3
記載の本発明の一実施例を示し、n+ エミッタ層31の
全外周部直下にp++層23を形成したものである。これ
らすべて、p++層23以外のp+ 層21に電流を流すよ
うにして電流の集中を防いでいる。
【0013】図9は、請求項3および5記載の本発明の
一実施例の双方向二端子サイリスタの図2のB−B線断
面に対応する断面を示し、n+ 層31の深さを中央部3
3において深くしている。こうすることにより、nエミ
ッタ層31、pベース層21、nベース層1からなるバ
イポーラトランジスタの電流増幅率が中央部で外周部よ
り高くなり、pnpnサイリスタの動作が起こりやすく
なるので、外周部での電流集中が避けられる。同時に前
述のp++層23もエミッタ層外周部直下に形成すること
により、サージ耐量の向上をはかっている。
【0014】図10は請求項6記載の本発明の実施例の
双方向二端子サイリスタの図9と同様な位置の断面図
で、n+ エミッタ層の深さを中央部34で最も深く、そ
の外側の部分35で次に深く、外周部で最も浅くしてい
る。図1、図2あるいは図7に示した実施例では、半導
体基板の上面側のn+ 層31と下面側のn+ 層32は上
下に全く重なり合っていないが、請求項2記載のように
一部重なり合ってもよい。図11はそのような実施例を
示し、n+ エミッタ層31の歯の部分41とn+ エミッ
タ層32の歯の部分42とが、幅aだけ重なっている。
図12はこの重なり部の幅aを歯の部分41、42の幅
bで割った値とサージ耐量の関係を示し、重なり幅が0.
1bを超えるとサージ耐量が低下するが、0.1b以下で
は支障がない。このように歯の部分が重なり合うように
することによりエミッタ面積を広げることができる。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、両方向半導体装置の両
面にそれぞれ露出するエミッタ専用領域をくし型にして
エミッタ領域の周辺長を大きくすることにより、同一占
有面積のエミッタ領域において電流容量が大きくなり、
サージ耐量が向上するため、サージ耐量特性と保持電流
特性のトレードオフが改善された。これにより大きな保
持電流でサージ耐量の大きな両方向半導体装置が得ら
れ、また両方向半導体装置のダイサイズを小さくするこ
とができた。さらに、電流集中の起こりやすいエミッタ
専用領域の外周部直下でベース・エミッタ領域の不純物
濃度を高めて注入効率を落とすか、あるいはトランジス
タ構造の電流増幅率を、内周部でエミッタ専用領域を深
くすることにより外周部に比して高めることにより、電
流集中を防ぐことができるので、サージ耐量の一層の向
上が達せられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の双方向二端子サイリスタ半
導体基板の平面図
【図2】本発明の一実施例の双方向二端子サイリスタ半
導体基板の図1のA−A線での切断斜視図
【図3】従来の双方向二端子サイリスタの切断斜視図
【図4】本発明の実施例および従来例の双方向二端子サ
イリスタとサージ耐量と保持電流の関係線図
【図5】本発明の異なる実施例の双方向二端子サイリス
タ半導体基板の平面図
【図6】本発明の異なる実施例の双方向二端子サイリス
タ半導体基板の平面図
【図7】図6のC−C線での切断斜視図
【図8】本発明の異なる実施例の双方向二端子サイリス
タ半導体基板の平面図
【図9】本発明の異なる実施例の双方向二端子サイリス
タ半導体基板の断面図
【図10】本発明の異なる実施例の双方向二端子サイリ
スタ半導体基板の断面図
【図11】本発明の異なる実施例の双方向二端子サイリ
スタ半導体基板の断面図
【図12】図11におけるb/a値とサージ耐量との関
係線図
【符号の説明】
1 n- 層 21、22 p+ 層 (ベース・エミッタ兼用領域) 23 p++層 31、32 n+ 層 (エミッタ専用領域) 41、42 くしの歯部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西澤 滋 東京都豊島区高田3丁目18番14号 株式会 社白山製作所内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板の両主面側に第一導電形のベー
    ス・エミッタ兼用領域およびその領域の表面層に形成さ
    れた第二導電形のエミッタ専用領域が露出し、両面側の
    ベース・エミッタ兼用領域とエミッタ専用領域との形状
    が基板の中心点に対し点対称であるものにおいて、エミ
    ッタ専用領域の形状がくし型であり、一面側のエミッタ
    専用領域の歯の部分が他面側のエミッタ専用領域の歯の
    間隙部分に基板主面に垂直方向で対向することを特徴と
    する両面型半導体装置。
  2. 【請求項2】一面側のエミッタ専用領域の歯の周縁部と
    他面側のエミッタ専用領域の歯の周縁部が歯の部分の幅
    の10%以下の幅だけ基板主面に垂直方向で重なり合う
    請求項1記載の両面型半導体装置。
  3. 【請求項3】ベース・エミッタ兼用領域のエミッタ専用
    領域の外周部に近接する部分の不純物濃度が他の部分に
    比して高くされた請求項1あるいは2記載の両面型半導
    体装置。
  4. 【請求項4】エミッタ専用領域の外周部のうち、半導体
    基板の外周部に近い側の部分に近接する部分のみベース
    ・エミッタ兼用領域の不純物濃度が高くされた請求項3
    記載の両面型半導体装置。
  5. 【請求項5】エミッタ専用領域の外周部のうち、半導体
    基板のかど部に近い部分に近接する部分のみベース・エ
    ミッタ兼用領域の不純物濃度が高くされた請求項3記載
    の両面型半導体装置。
  6. 【請求項6】エミッタ専用領域の深さがその領域の内周
    部において外周部より深くされた請求項1ないし5記載
    の両面型半導体装置。
  7. 【請求項7】エミッタ専用領域の深さが外周部より内周
    部に向かうに従って深くされた請求項6記載の両面型半
    導体装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002368209A (ja) * 2001-06-04 2002-12-20 Shindengen Electric Mfg Co Ltd 双方向型二端子サイリスタ
JP2003017681A (ja) * 2001-06-29 2003-01-17 Shindengen Electric Mfg Co Ltd 双方向型二端子サイリスタ
JP2003051592A (ja) * 2001-08-08 2003-02-21 Shindengen Electric Mfg Co Ltd 双方向型二端子サイリスタ
JP2003077932A (ja) * 2001-09-03 2003-03-14 Shindengen Electric Mfg Co Ltd 双方向型二端子サイリスタ

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JP2003051592A (ja) * 2001-08-08 2003-02-21 Shindengen Electric Mfg Co Ltd 双方向型二端子サイリスタ
JP2003077932A (ja) * 2001-09-03 2003-03-14 Shindengen Electric Mfg Co Ltd 双方向型二端子サイリスタ

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