JPH0818030A - 逆導通gtoサイリスタの製造方法 - Google Patents

逆導通gtoサイリスタの製造方法

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JPH0818030A
JPH0818030A JP14880494A JP14880494A JPH0818030A JP H0818030 A JPH0818030 A JP H0818030A JP 14880494 A JP14880494 A JP 14880494A JP 14880494 A JP14880494 A JP 14880494A JP H0818030 A JPH0818030 A JP H0818030A
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JP
Japan
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electron beam
gto thyristor
metal plate
semiconductor substrate
diode
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JP14880494A
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Masahide Watanabe
雅英 渡邊
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】逆導通GTOサイリスタのGTOサイリスタ部
とダイオード部のライフタイムを個別に制御する方法に
電子線照射等を用いることにより、高温電圧印加時のも
れ電流を低減し、製造工程の短縮を図る。 【構成】GTOサイリスタ部2をAl板4で覆い、ダイ
オード部3に電子線5を照射した後、半導体基体1の全
面に電子線5を照射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、GTOサイリスタと
同一半導体基体に逆並列のダイオードを内蔵する逆導通
GTOサイリスタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】逆導通GTOサイリスタはGTOサイリ
スタ部およびダイオード部が同一半導体基体に集積され
た構造になっている。逆導通GTOサイリスタの電流を
遮断する特性(遮断特性)およびダイオード部がオフす
る特性(転流特性)などの電気的特性を向上させるため
に、GTOサイリスタ部およびダイオード部のライフタ
イムを個別に制御する必要があり、従来は金(Au)拡
散によりGTOサイリスタ部およびダイオード部を別々
に制御する方法がとられていた。図5はアロイ形逆導通
GTOサイリスタとアロイフリー形逆導通GTOサイリ
スタの半導体基体とモリブデン板の位置関係を示す構成
図を示す。同図(a)はアロイ形逆導通GTOサイリス
タの構成図で、半導体基体1の全面はこの半導体基体1
を支持するモリブデン板8と合金層10を介して結合さ
れ、さらに半導体基体1の周縁部に耐圧を確保するため
のベベル部11が形成され、その表面はパッシベーショ
ン用のシリコーンゴム9が被着している。同図(b)は
アロイフリー形逆導通GTOサイリスタの構成図で半導
体基体1とモリブデン板8とは外部からの圧接力によっ
て接触する構造となっている。また、シリコーンゴム9
はベベル部11と半導体基体1の両主面の周縁部とを覆
っている。このモリブデン板8の大きさはシリコーンゴ
ム9を噛まないように、シリコーンゴムの内周より小さ
くする必要があり、従って、半導体基体1のベベル部直
下はモリブデン板8と接触しない。従来のアロイ形素子
では同図(a)に示すようにベベル部直下もモリブデン
板8で合金され、このモリブデン板8がベベル部11お
よび半導体基体1での発熱を吸収するヒートシンクとし
ての役割をしている。このため、高温電圧印加時の素子
のもれ電流による発熱が大きくても放熱が十分行われ問
題なかった。しかし、最近、均一加圧による性能向上を
図るために逆導通GTOサイリスタのアロイフリー化が
行われるようになり、このアロイフリー形素子では同図
(b)に示すようにベベル部直下はモリブデン板8とは
接触せず、しかも半導体基体1とモリブデン板8は外部
の圧接力で接触する構造となっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、このア
ロイフリー形逆導通GTOサイリスタではベベル部での
発熱を吸収するものがない構造になっており、さらに、
半導体基体とモリブデン板とは合金されず、単に半導体
基体とモリブデン板は外部からの圧接力により接触して
いるだけなので、アロイ形素子に比べると熱抵抗が大き
く、半導体基体で発生した熱はモリブデン板に逃げにく
い構造になっている。このために、特に高温電圧印加時
において、ベベル部を含む半導体基体内で発生したもれ
電流による発熱で、半導体基体が熱暴走を起こし、素子
の破壊を招くことがあるため、アロイフリー形逆導通G
TOサイリスタでは高温電圧印加時のもれ電流を減少さ
せることが極めて重要となる。しかし、金拡散はライフ
タイム制御としては半導体基体への均一拡散を容易に図
れるなどの効果はあるが、高温電圧印加時のもれ電流が
大きく、アロイフリー形素子への適用は不向きである。
【0004】この発明は上記の問題点を解決し、高温電
圧印加時のもれ電流を小さくできる逆導通GTOサイリ
スタの製造方法を提供する。
【0005】
【課題を解決するための手段】pnpnの4層構造から
なるGTOサイリスタ部とpnの2層構造からなるダイ
オード部とが同一半導体基体に集積された逆導通GTO
サイリスタにおいて、GTOサイリスタ部およびダイオ
ード部のライフタイム制御を少なくとも電子線を用いて
個別に行う。このライフタイム制御は電子線を遮蔽する
非透過金属板でGTOサイリスタ部を覆い、ダイオード
部のみに電子線を照射し、その後、該非透過金属板を除
去し、半導体基体全面に電子線を照射することが有効で
ある。また、半導体基体全面に電子線を照射し、その
後、GTOサイリスタ部を該非透過金属板で覆い、ダイ
オード部のみに電子線を照射することでもよい。また、
GTOサイリスタ部を該非透過金属板で覆い、ダイオー
ド部のみに電子線を照射し、その後、ダイオード部を該
非透過金属板で覆い、GTOサイリスタ部のみに電子線
を照射することも効果的である。また、ダイオード部に
白金を拡散し、その後、ダイオード部を該非透過金属板
で覆い、GTOサイリスタ部に電子線を照射してもよ
い。さらに、ダイオード部に白金を拡散し、その後、半
導体基体全面に電子線を照射することも好ましい。ま
た、該非透過金属板にシリコンより比重の大きい金属板
を用いると効果的である。
【0006】
【作用】シリコン(Si)結晶に電子線を照射すると電
子線によってSi原子が飛ばされSi原子の無い空孔と
いう格子欠陥ができる。この格子欠陥が荷電粒子である
電子と正孔を結びつけたり、逆に電子と正孔を発生させ
たりする再結合中心の働きをする。また、白金原子およ
び金原子などの重金属の原子も再結合中心の働きをす
る。電子線および白金原子でできた再結合中心の局在準
位と金原子の局在準位は異なり、そのため、電子線照射
および白金拡散でライフタイム制御した場合は、金拡散
の場合に比べ半導体基体に電圧を印加したときに発生す
る電子と正孔の量は一桁小さく、従って、もれ電流も一
桁小さくなる。次に、電子線および白金原子のSiへの
進入を阻止する方法を説明する。電子線の場合、進入深
さは物質の比重と密接な関係があり、Si中では加速電
圧1MeVで2mm程度の深さまで電子線が進入するこ
とは良く知られている。従って、Si上に例えばアルミ
ニウム(Al)金属などSiと比重の同程度(比重 S
i:2.33、Al:2.71)のもので、2mm以上
の厚さをもつ非透過金属板を置けば、Si中には電子線
は照射されない。この作用によりGTOサイリスタ部と
ダイオード部の電子線量を変えて、ライフタイム制御を
個々に行うことができる。また、比重の大きい非透過金
属板を使うと電子線の透過率が低下するため、板厚は薄
くできる。一方、白金の場合は酸化膜により拡散が阻止
されるので、この作用により、選択的にライフタイム制
御ができる。
【0007】
【実施例】図1ないし図4はこの発明の実施例を示す。
これらの図には示さないがダイオード部3の周縁部には
耐圧を確保するためのベベル部(図5の11と同一)が
形成され、このベベル部のライフタイム制御はダイオー
ド部3と同時に行う。図1はダイオード部3を電子線照
射した後、半導体基体1の全面に電子線照射する工程図
を示す。同図1(a)に示すようにGTOサイリスタ部
2に厚さ3mmの非透過金属板としてのAl板4を置い
て、電子線5を1MeVの加速電圧で5Mrad打ち込
み、次に、同図(b)に示すように半導体基体1の全面
に電子線5を1MeVで5Mrad打ち込む。従って、
電子線5の照射量はGTOサイリスタ部2が5Mra
d、ダイオード部3が10Mradとなる。図2は半導
体基体1の全面を電子線照射した後、ダイオード部3に
電子線照射する工程図を示す。同図(a)に示すように
半導体基体1の全面に電子線5を1MeVで5Mrad
打ち込み、次に、同図(b)に示すようにGTOサイリ
スタ部2に厚さ3mmのAl板4を置いて電子線5を1
MeVで5Mrad打ち込む。2回目の電子線照射時、
GTOサイリスタ部2はAl板4で遮蔽されるため、G
TOサイリスタ部2に電子線5は打ち込まれない。その
ため、電子線5の照射量はGTOサイリスタ部2が5M
rad、ダイオード部3が10Mradとなる。図3は
GTOサイリスタ部2およびダイオード部3をそれぞれ
単独に電子線照射する工程図を示す。同図(a)に示す
ようにGTOサイリスタ部2に厚さ3mmのAl板4を
置いて、電子線5をダイオード部3にのみに1MeVで
10Mdad打ち込み、次に、同図(b)に示すように
厚さ3mmのドーナッツ状Al板41をダイオード部3
が遮蔽されるように置き、GTOサイリスタ部に電子線
5を1MeVで5Mrad打ち込む。図4はダイオード
部3を白金拡散した後、GTOサイリスタ部2に酸化膜
を付けたまま、半導体基体1の全面に電子線照射する工
程図を示す。同図(a)は酸化膜6のダイオード部3の
みに窓明けし、水溶液状の白金7を付けた状態を示し、
その後で800°Cで1時間の拡散を行い、次に、同図
(b)に示すように、半導体基体1の全面に電子線5を
1MeVで5Mrad打ち込む。この場合、GTOサイ
リスタ部2は電子線5が5Mrad打ち込まれたことに
なり、またダイオード部は白金拡散に加え電子線5が5
Mrad打ち込まれたことになる。また、電子線照射は
酸化膜6をフッ酸(HF)液で除去した上で行っても良
い。前記の全ての実施例において、電子線照射後の半導
体基体1は水素雰囲気中で400°C程度、1時間程度
の熱処理が行われ、GTOサイリスタ部2のオン電圧、
ダイオード部3の逆電圧などの電気的特性で所定の特性
値を得る。また、非透過金属板の材質をAlより比重の
さらに大きい鉄、銅、モリブデンおよび鉛などの金属に
すると板厚をさらに薄くできる。また、白金拡散の場合
の遮蔽膜としては窒化膜も利用できる。これらの方法を
アロイ形逆導通GTOサイリスタに適用する場合は、半
導体基体1とモリブデン板8(図5)を合金した後、モ
リブデン板8が合金されていない半導体基体1の主面か
ら電子線照射をする。電子線照射とその後の処理の方法
は前記と同じである。
【0008】
【発明の効果】この発明では、電子線照射か、または電
子線照射と白金拡散の組み合わせによるライフタイム制
御方法を用いることにより、従来の金拡散に比べ、高温
電圧印加時のもれ電流を従来の十分の一程度の4500
Vで10mA以下(125°C)に抑えることが可能と
なり、アロイフリー形逆導通GTOサイリスタでの高温
電圧印加時の熱暴走による破壊をなくすることができ
る。また、GTOサイリスタ部とダイオード部の電子線
照射量を変えて、同時に熱処理することで、GTOサイ
リスタ部のオン電圧、ダイオード部の逆電圧を同時に適
正値にすることができるため製造工程を短縮できる。ま
た、アロイ形逆導通GTOサイリスタに適用した場合も
同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ダイオード部を電子線照射した後、半導体基体
全体を電子線照射する実施例を示す工程図で、同図
(a)はダイオード部に電子線照射する工程図、同図
(b)は半導体基体全面に電子線照射する工程図。
【図2】半導体基体全面を電子線照射した後、ダイオー
ド部に電子線照射する他の実施例を示す工程図で、同図
(a)は半導体基体全面に電子線照射する工程図、同図
(b)はダイオード部に電子線照射する工程図。
【図3】GTOサイリスタ部およびダイオード部をそれ
ぞれ単独に電子線照射する別の実施例を示す工程図で、
同図(a)はダイオード部に電子線照射する工程図、同
図(b)はGTOサイリスタ部に電子線照射する工程
図。
【図4】ダイオード部を白金拡散した後、GTOサイリ
スタ部に酸化膜を付けたまま、半導体基体全面に電子線
照射する更に他の実施例を示す工程図で、同図(a)は
ダイオード部を白金拡散する工程図、同図(b)はGT
Oサイリスタ部に酸化膜を付けたまま半導体基体全面に
電子線照射する工程図。
【図5】従来例を説明するための構成図で、同図(a)
はアロイ形逆導通GTOサイリスタの構成図、同図
(b)はアロイフリー形逆導通GTOサイリスタの構成
図。
【符号の説明】
1 半導体基体 2 GTOサイリスタ部 3 ダイオード部 4 Al板 5 電子線 6 酸化膜 7 白金 8 モリブデン板 9 シリコーンゴム 10 合金層 11 ベベル部 41 ドーナッツ状Al板

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】pnpnの4層構造からなるGTOサイリ
    スタ部とpnの2層構造からなるダイオード部とが同一
    半導体基体に集積された逆導通GTOサイリスタにおい
    て、GTOサイリスタ部およびダイオード部のライフタ
    イム制御を少なくとも電子線を用いて個別に行うことを
    特徴とする逆導通GTOサイリスタの製造方法。
  2. 【請求項2】電子線を遮蔽する非透過金属板でGTOサ
    イリスタ部を覆い、ダイオード部のみに電子線を照射
    し、その後、該非透過金属板を除去し、半導体基体全面
    に電子線を照射することを特徴とする請求項1記載の逆
    導通GTOサイリスタの製造方法。
  3. 【請求項3】半導体基体全面に電子線を照射し、その
    後、電子線を遮蔽する非透過金属板でGTOサイリスタ
    部を覆い、ダイオード部のみに電子線を照射することを
    特徴とする請求項1記載の逆導通GTOサイリスタの製
    造方法。
  4. 【請求項4】電子線を遮蔽する非透過金属板でGTOサ
    イリスタ部を覆い、ダイオード部のみに電子線を照射
    し、その後、ダイオード部を該非透過金属板で覆い、G
    TOサイリスタ部のみに電子線を照射することを特徴と
    する請求項1記載の逆導通GTOサイリスタの製造方
    法。
  5. 【請求項5】ダイオード部に白金を拡散し、その後、電
    子線を遮蔽する非透過金属板でダイオード部を覆い、G
    TOサイリスタ部に電子線を照射することを特徴とする
    請求項1記載の逆導通GTOサイリスタの製造方法。
  6. 【請求項6】ダイオード部に白金を拡散し、その後、半
    導体基体全面に電子線を照射することを特徴とする請求
    項1記載の逆導通GTOサイリスタの製造方法。
  7. 【請求項7】電子線を遮蔽する非透過金属板として比重
    がシリコンより大きい金属板を使うことを特徴とする請
    求項2、3、4又は5のいずれか記載の逆導通GTOサ
    イリスタの製造方法。
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