JPH08186248A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH08186248A
JPH08186248A JP6326204A JP32620494A JPH08186248A JP H08186248 A JPH08186248 A JP H08186248A JP 6326204 A JP6326204 A JP 6326204A JP 32620494 A JP32620494 A JP 32620494A JP H08186248 A JPH08186248 A JP H08186248A
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thyristor
type semiconductor
electrode
diode
gate electrode
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勇 大久保
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 形成されるチップサイズが小さく、また光入
力を必要としないゼロクロス動作を行うトライアックな
どの電力制御用素子である半導体装置を提供する。 【構成】 同一の構成をもつサイリスタを逆並列接合す
ることによってトライアックを形成することができるサ
イリスタ32において、サイリスタ32におけるゼロク
ロス動作を行うために設けられるMOSFET39は、
ダイオード部分41からの漏れ電流によってゲート電極
71が充電されている。ダイオード部分41を形成する
-型基板53とP+型拡散領域76とによるPN接合表
面部に、酸素ドープ半絶縁性ポリシリコンから成る導電
膜77a,77bを形成しているので、ダイオード部分
41から供給される漏れ電流が増加し、光入力がなくて
も確実にゼロクロス動作を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング回路など
に好適に用いられる光駆動型トライアックなどの電流制
御用素子である半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】交流制御用のオン・オフスイッチは、装
置にかかる端子間電圧の高いところでトリガするとノイ
ズの発生源となるので、端子間電圧の低いゼロクロスポ
イント近傍でトリガされることが望まれる。前記ゼロク
ロスポイントにおいてトリガを行うためには一般にMO
SFET(MOS(金属−酸化物−半導体)型電界効果
トランジスタ;Metal Oxide Semiconductor Field Effe
ct Transistor)を用いた光駆動型トライアックが用い
られる。
【0003】図6は、典型的な従来例であるトライアッ
ク1に含まれるサイリスタ2の断面図である。トライア
ック1は、図6に示すサイリスタ2を半導体表面方向に
対称となるように、サイリスタ2を逆並列に接続するこ
とによって形成される。サイリスタ2の断面構造を説明
する前に、図2のトライアック1の等価回路図を用いて
電気的な構成を説明する。サイリスタ2は、サイリスタ
部分29と、MOSFET39と、ショットキーダイオ
ード40と、ダイオード部分41とを含んで構成され
る。サイリスタ部分29は、端子33,34と、トラン
ジスタ36,37と、負荷抵抗38とを含んで構成され
る。端子33に+電圧を印加し、端子34に−電圧を印
加したときに、トランジスタ37のベースに電流を流す
ことによってトランジスタ37が導通し、トランジスタ
37が導通することによってトランジスタ36が導通し
て電流が流れる。
【0004】MOSFET39は、端子33,34間に
印加される主端子間電圧VAKがMOSFET39の閾
値電圧以上となったときにオンとなり、サイリスタ部分
29のゲート−カソード間を短絡させて感度を低下さ
せ、サイリスタ部分29がオンすることを制限する。し
たがって、サイリスタ2において主端子間電圧VAKの
極性が反転する地点であるゼロクロス近傍でトリガを行
うには、MOSFET39の閾値電圧は充分に低くする
必要がある。
【0005】MOSFET39の閾値電圧は、図6に示
すゲート電極21の直下の酸化膜11bの厚さによって
制限されており、当該酸化膜11bの厚さを薄くするこ
とによって閾値電圧を下げることができる。しかし、M
OSFET39のゲート電極21には、主端子間電圧V
AKとして600〜800Vの電圧が印加されるので、
前記酸化膜11bの厚さを薄く形成するとMOSFET
39のゲート部分が破壊される。ゼロクロスポイント近
傍のみでトリガを行うように形成されるMOSFET3
9のゲート部分を保護するために、ダイオード部分41
を形成する。ダイオード部分41についての詳細は後述
する。
【0006】再び図6を参照して、サイリスタ2におけ
るサイリスタ部分29は、N- 型基板3にアノード部P
+型拡散領域4とゲート部P+型拡散領域5とを形成し、
さらにゲート部P+型拡散領域5にカソード部N+型拡散
領域6を形成することによって基板部分としている。各
拡散領域が形成されたN- 型基板3の一方表面3aに酸
化膜11を形成し、他方表面3bに酸化膜12を形成す
る。酸化膜11における所定の領域を削除し、アルミニ
ウムなどによってアノード部P+ 型拡散領域4に接触さ
せてアノード電極17を形成し、カソード部N+ 型拡散
領域6と接触させてカソード電極18を形成し、ゲート
部P+ 型拡散領域6と接触させて電極19を形成する。
アノード電極17とカソード電極18とに挟まれた領域
の酸化膜11aに重ねて酸素ドープ半絶縁性ポリシリコ
ンから成るパッシベーション膜16を形成し、アノード
電極17とカソード電極18とに共通に接続する。アノ
ード電極17にアルミニウムなどから成る配線を介して
端子33が接続され、カソード電極18にアルミニウム
などから成る配線を介して端子34が接続される。
【0007】MOSFET39を形成する際には、N-
型基板3にP-型ウェル7を形成し、P-型ウェル7を取
囲むようにP+型拡散領域8a,8bを形成する。P-
型ウェル7において、所定の間隔をあけてMOSFET
39のソースもしくはドレイン領域となるN+ 型拡散領
域9a,9bを形成する。サイリスタ部分29と同様に
各拡散領域が形成されたN- 型基板3の一方表面3aに
酸化膜11を形成し、他方表面3bに酸化膜12を形成
する。酸化膜11における所定の領域を削除して、N+
型拡散領域9aに接触するようにアルミニウムなどによ
ってドレイン電極22を形成し、同様にN+ 型拡散領域
9bに接触するようにソース電極23を形成する。ま
た、P+ 型拡散領域8bに接触するように、アルミニウ
ムなどによって電極24を形成する。ドレイン電極22
とソース電極23との間に存在する酸化膜11b上に、
アルミニウムなどによってゲート電極21を形成する。
アルミニウムなどから成る信号線によって、ドレイン電
極22は電極19と接続され、ソース電極23はカソー
ド電極18と接続され、電極24はアノード電極17と
接続されてゲート電極21は後述する電極26と接続さ
れる。
【0008】ダイオード部分41は、N-型基板3にP+
型拡散領域10を拡散し、N- 型基板の一方表面3aに
酸化膜11を形成し、所定の領域の酸化膜11を削除し
てP+ 型拡散領域10と接触するように電極26を形成
する。ダイオード部分41においては、主端子間電圧V
AKに電圧が印加されると、P+ 型ゲート拡散領域5
と、MOSFET39のP+ 型拡散領域8とからダイオ
ード部分41に向かって空乏層が伸び、主端子間電圧V
AKが予め定める電圧、たとえば50V程度になると当
該空乏層がつながり、P+型拡散領域5とP+型拡散領域
10とが同電位となる。したがって、MOSFET39
のゲート電極21には前記予め定める電圧以上は印加さ
れなくなり、ゲート部分が保護されることになる。MO
SFET39のゲート印加電圧を制限するダイオード部
分41を形成することによって、MOSFET39のゲ
ート電極21は、ダイオード部分41の漏れ電流のみに
よって充電されるようになる。
【0009】図7は、サイリスタ2における各電圧の波
形図である。図7(1)に示す波形図は、主端子間電圧
VAKと閾値電圧Vthとを示しており、ダイオード部
分41を形成していない場合、サイリスタ2におけるM
OSFET39は、主端子間電圧VAKが閾値電圧Vt
hと交差する時刻t0において導通し、時刻t1におい
て主端子間電圧VAKが再び閾値電圧Vthと交差する
までサイリスタ2がオンするのを制限する。時刻t1以
降は、MOSFET39は遮断される。
【0010】図7(2)に示す波形図は、ダイオード部
分41を形成した場合のサイリスタ2における各電圧波
形を示しており、前述したようにMOSFET39のゲ
ート電極21はダイオード部分41の漏れ電流のみで充
電されるので、ゲート電圧VGは主端子間電圧VAKよ
りも低くなる。主端子間電圧VAKが時刻t2において
閾値電圧Vth以上となるのに対して、MOSFET3
9のゲート電圧VGは時刻t3において閾値電圧Vth
以上となり、時刻t3以降MOSFET39が導通す
る。MOSFET39が導通するタイミングが遅れるた
めに、サイリスタ2においてゼロクロスポイントでのト
リガが行われず動作不良となる。
【0011】上述した動作不良を解決するために、従来
では第1の方法として、ダイオード部分41を形成する
+ 型拡散領域10の面積を拡大することによって、ダ
イオード部分41の接合面積を広げて接合漏れ電流を増
加させ、ゲート電圧VGを上昇させる方法と、第2の方
法としてサイリスタ2とは独立して制御される図示しな
い発光ダイオードによって、ダイオード部分41をフォ
トダイオードとして動作させ、ダイオード部分41から
の漏れ電流を増加させてゲート電圧VGを上昇させる方
法とが用いられている。
【0012】図7(3)は、前記第2の方法を用いた場
合のサイリスタ2における各電圧の波形図である。時刻
t7において発光ダイオードが点灯されると、光起電力
によって発生する電流によって、MOSFET39のゲ
ート電極21が充電されて主端子間電圧VAKとゲート
電圧VGとが等しくなり、MOSFET39が所望のタ
イミングで動作するようになる。
【0013】ゼロクロス動作を行うトライアックに関す
る技術が、特公平4−44848号公報に開示されてい
る。前記公報において示されるトライアックは、ゼロク
ロス動作を行うためにMOSFETを設け、MOSFE
Tのゲート電極を充電するためにフォトダイオードが設
けられている。当該トライアックにおいてもフォトダイ
オードを動作させるための発光ダイオードが用意され
る。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】前記第1の方法を用い
たトライアック1においては、ダイオード部分41を形
成するP+ 型拡散領域10の面積を拡大するためにトラ
イアック1のサイズが大きくなり、製造コストが増加す
るという問題点がある。また、ダイオード部分41のP
+ 型拡散領域10の面積を拡大することによる漏れ電流
の増加には限界があるため、主端子間電圧VAKに対す
るゲート電圧VGが充分ではなく、ゼロクロス動作を正
確に行うことができない。また、前記第2の方法は、発
光ダイオードなどによる光入力が可能な場合に限られ、
光入力がない場合にはMOSFET39の動作が遅れ、
dv/dt(単位時間当たりの電圧の立上がり)などの
ノイズ耐量が低下するという問題点がある。
【0015】本発明の目的は、サイズが小さく、また光
入力を必要としないゼロクロス動作を行うトライアック
などの電力制御用素子である半導体装置を提供すること
である。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は、第1P型半導
体、第1N型半導体、第2P型半導体、および第2N型
半導体をこの順序で接合して構成され、アノード電極、
カソード電極、およびゲート電極を備える第1サイリス
タと、前記第1サイリスタに逆並列接続される第2サイ
リスタと、第1サイリスタのゲート電極とカソード電極
との間に接続される第1電界効果トランジスタと、第2
サイリスタのゲート電極とカソード電極との間に接続さ
れる第2電界効果トランジスタと、第1電界効果トラン
ジスタのゲート電極と第1サイリスタの第1N型半導体
との間に接続される第1ダイオードと、第2電界効果ト
ランジスタのゲート電極と第2サイリスタの第1N型半
導体との間に接続される第2ダイオードとを含み、第1
および第2ダイオードは、それぞれ第1N型半導体に第
3P型半導体を接合して形成され、接合部に接触させて
導電膜を形成したことを特徴とする半導体装置である。 また本発明は、第1P型半導体、第1N型半導体、第2
P型半導体、および第2N型半導体をこの順序で接合し
て構成され、アノード電極、カソード電極、およびゲー
ト電極を備える第1サイリスタと、前記第1サイリスタ
に逆並列接続される第2サイリスタと、第1サイリスタ
のゲート電極とカソード電極との間に接続される第1電
界効果トランジスタと、第2サイリスタのゲート電極と
カソード電極との間に接続される第2電界効果トランジ
スタと、第1電界効果トランジスタのゲート電極と第1
サイリスタの第1N型半導体との間に接続される第1ダ
イオードと、第2電界効果トランジスタのゲート電極と
第2サイリスタの第1N型半導体との間に接続される第
2ダイオードとを含み、第1および第2ダイオードは、
それぞれ第1N型半導体に第3P型半導体を接合して形
成され、接合部に重金属から成る拡散層を形成したこと
を特徴とする半導体装置である。 また本発明は、第1P型半導体、第1N型半導体、第2
P型半導体、および第2N型半導体をこの順序で接合し
て構成され、アノード電極、カソード電極、およびゲー
ト電極を備える第1サイリスタと、前記第1サイリスタ
に逆並列接続される第2サイリスタと、第1サイリスタ
のゲート電極とカソード電極との間に接続される第1電
界効果トランジスタと、第2サイリスタのゲート電極と
カソード電極との間に接続される第2電界効果トランジ
スタと、第1電界効果トランジスタのゲート電極と第1
サイリスタの第1N型半導体との間に接続される第1ダ
イオードと、第2電界効果トランジスタのゲート電極と
第2サイリスタの第1N型半導体との間に接続される第
2ダイオードとを含み、第1および第2ダイオードは、
それぞれ第1N型半導体に第3P型半導体を接合して形
成され、第1および第2ダイオードに対して並列に抵抗
素子を接続したことを特徴とする半導体装置である。
【0017】
【作用】本発明に従えば、半導体装置は、第1サイリス
タと第2サイリスタとを逆並列接続して形成され、各サ
イリスタのゲート電極とカソード電極との間に第1およ
び第2電界効果トランジスタが設けられ、第1電界効果
トランジスタのゲート電極と第1サイリスタの第1N型
半導体との間には、第2N型半導体に第3P型半導体を
拡散して形成された第1ダイオードが形成され、第2電
界効果トランジスタと第2サイリスタとに対しても同様
に第2ダイオードが形成され、各ダイオードにおけるP
N接合表面に導電膜が形成される。したがって、導電膜
によって各ダイオードからの漏れ電流が増加し、漏れ電
流が増加することで各電界効果トランジスタのゲート電
極への充電時間が短縮され、電界効果トランジスタの動
作タイミングが早くなり、半導体装置において確実にゼ
ロクロス動作を行うことができる。
【0018】また本発明に従えば、半導体装置は、第1
サイリスタと第2サイリスタとを逆並列接続して形成さ
れ、各サイリスタのゲート電極とカソード電極との間に
第1および第2電界効果トランジスタが設けられ、第1
電界効果トランジスタのゲート電極と第1サイリスタの
第1N型半導体との間には、第2N型半導体に第3P型
半導体を拡散して形成された第1ダイオードが形成さ
れ、第2電界効果トランジスタと第2サイリスタとに対
しても同様に第2ダイオードが形成され、各ダイオード
におけるPN接合表面から重金属による拡散層が形成さ
れる。したがって、拡散層に含まれる重金属原子によっ
てP+型半導体における正孔とN-型半導体における電子
との再結合が促進され、各ダイオードからの漏れ電流が
増加し、電界効果トランジスタの動作タイミングが早く
なり、半導体装置において確実にゼロクロス動作を行う
ことができる。
【0019】さらに本発明に従えば、半導体装置は、第
1サイリスタと第2サイリスタとを逆並列接続して形成
され、各サイリスタのゲート電極とカソード電極との間
に第1および第2電界効果トランジスタが設けられ、第
1電界効果トランジスタのゲート電極と第1サイリスタ
の第1N型半導体との間には、第2N型半導体に第3P
型半導体を拡散して形成された第1ダイオードが形成さ
れ、第2電界効果トランジスタと第2サイリスタとに対
しても同様に第2ダイオードが形成され、前記各ダイオ
ードに対して並列に抵抗素子を接続する。したがって、
抵抗素子が各ダイオードに対して並列に接続されている
ので、各ダイオードからの漏れ電流が増加し、電界効果
トランジスタの動作タイミングが早まり半導体装置にお
いて確実にゼロクロス動作を行うことができる。
【0020】
【実施例】図1は、本発明の第1実施例であるトライア
ック31を構成するサイリスタ32の断面図であり、図
2はトライアック31の等価回路図である。トライアッ
ク31は、2つのサイリスタ32,32aを逆並列接続
した構造となっている。サイリスタ32,32aは、そ
れぞれ4層の半導体領域によって形成され、第1P型領
域、第1N型領域、第2P型領域、第2N型領域となる
ように順番に接合され、第1P型領域にアノード電極、
第2N型領域にカソード電極、第2P型領域にゲート電
極が設けられる。トライアック31は、サイリスタ3
2,32aの各ゲート電極が共通に接続され、サイリス
タ32の第1P型領域とサイリスタ32aの第2N型領
域とが接続され、サイリスタ32の第1N型領域とサイ
リスタ32aの第2P型領域とが接続され、サイリスタ
32の第2P型領域とサイリスタ32aの第1N型領域
とが接続され、サイリスタ32の第2N型領域とサイリ
スタ32aの第1P型領域とが接続される構造である。
トライアック31は、光駆動型のトライアックであるの
でゲート端子は省略されており、ゲート領域部分に対す
る光入力によってトライアック31がトリガされる。な
お、サイリスタ32,32aに対して共通に設けられる
単一のゲート端子からの信号入力によってトライアック
31がトリガされてもよい。
【0021】図2を参照すると、サイリスタ32は、端
子33と端子34とを備え、サイリスタ部分46と、M
OSFET39と、ショットキーダイオード40と、ダ
イオード部分41とを含んで形成され、サイリスタ部分
46はトランジスタ36,37および負荷抵抗38によ
って形成される。トランジスタ36はPNP型のトラン
ジスタであり、トランジスタ37はNPN型のトランジ
スタである。なお、サイリスタ32aはサイリスタ32
と同一の構成であるので、図2において参照符に添字
「a」を付し、説明は省略する。
【0022】サイリスタ部分46は、トランジスタ36
のベースBとトランジスタ37のコレクタCとを接続
し、トランジスタ36のコレクタCとトランジスタ37
のベースBとを接続し、トランジスタ37のベースB−
エミッタE間に負荷抵抗38を接続して形成される。ト
ランジスタ37のエミッタEは端子33に接続され、ト
ランジスタ37のエミッタEは端子34に接続される。
【0023】サイリスタ部分46は、端子33に−電
圧、端子34に+電圧を印加したときには遮断状態にな
り電流は流れない。端子33に+電圧、端子34に−電
圧を印加し、トランジスタ37のベースBに電流を流す
ことによってサイリスタ部分46に電流が流れる。トラ
ンジスタ37のベース電流によってトランジスタ37が
導通し、コレクタC−エミッタE間に電流が流れ、トラ
ンジスタ36のエミッタE−ベースB間の電流が流れて
トランジスタ36が導通し、トランジスタ36のエミッ
タE−コレクタC間に電流が流れる。トランジスタ36
のコレクタCがトランジスタ37のベースBに接続され
ているので、トランジスタ36のエミッタE−コレクタ
C間の電流がトランジスタ37のベースBに入力され
る。負荷抵抗38によってトランジスタ37のベースB
に入力される電流が減少し、サイリスタ部分46の感度
が低減される。すなわち、トランジスタ37のエミッタ
E−ベースB間を分路することによってサイリスタ部分
が雑音信号などによって誤って動作するのを防止してい
る。
【0024】負荷抵抗38と並列となるように、トラン
ジスタ37のベースBとMOSFET39のドレインD
とを接続し、トランジスタ37のエミッタEとMOSF
ET39のソースSとを接続する。ショットキーダイオ
ード40は、アノードAがMOSFET39のソースS
と、カソードKがMOSFET39のゲートGと接続す
るように形成される。さらにMOSFET39のゲート
Gにはダイオード部分41のアノードAが接続され、ダ
イオード部分41のカソードKはトランジスタ37のコ
レクタCに接続される。ダイオード部分41からの漏れ
電流を示すために、抵抗42がダイオード部分41と並
列に接続される。
【0025】MOSFET39は、端子33,34を介
して印加される交流電圧のゼロクロスポイント近傍にお
いてトライアック31がトリガすることができるように
設けられており、MOSFET39が導通することによ
ってサイリスタ32の感度を低減させ、サイリスタ32
が導通することを制限することができる。MOSFET
39の閾値電圧は、ゲート電極の酸化膜の厚さによって
定められるので、ゼロクロスポイント近傍のみでトリガ
するために酸化膜の厚さを薄く形成し、閾値電圧を下げ
ている。
【0026】図1に示すサイリスタ32を形成した半導
体基板の断面図において、サイリスタ部分46とMOS
FET39とダイオード部分41とが示される。サイリ
スタ部分46としては、N- 型基板53の一方表面53
a側からサイリスタ32におけるアノード部分となるP
+型拡散領域54とゲート部分となるP+型拡散領域55
とを形成し、P+ 型拡散領域55にサイリスタ32にお
けるカソード部分となるN+型拡散領域56を形成す
る。トライアック31においては、ゲート部分となるP
+型拡散領域55に図示しない発光ダイオードによって
光入射を行うことによってトリガしている。
【0027】各領域が形成されたN-型基板53の一方
表面53aに酸化膜61を形成し、他方表面53bには
酸化膜62を形成する。酸化膜61の表面の予め定める
領域である酸化膜61aに、酸素ドープ半絶縁性ポリシ
リコンから成るパッシベーション膜66を形成する。酸
化膜61の所定の領域を削除して、P+ 型拡散領域54
に接触するようにアルミニウムなどによってアノード電
極67を形成し、同様にN+ 型拡散領域56に接触する
ようにカソード電極68を形成し、P+ 型拡散領域55
に接触するように電極69を形成する。アノード電極6
7はアルミニウムなどから成る信号線を介して端子33
と接続され、同様にカソード電極68は端子34と接続
される。また、アノード電極67とカソード電極68と
はパッシベーション膜66を介して接続される。
【0028】N- 型基板53において、サイリスタ部分
46を形成した領域と所定の間隔をあけてMOSFET
39が形成される。MOSFET39としては、N-
基板53の一方表面53a側からP-型ウェル57を形
成し、P-型ウェル57を取囲むようにP+型拡散領域5
8a,58bを形成する。P-型ウェル57において所
定の間隔をあけてMOSFET39のソースもしくはド
レイン領域となるN+ 型拡散領域59a,59bを形成
する。
【0029】各領域が形成されたN- 型基板53の一方
表面53aに酸化膜61を形成し、他方表面53bに酸
化膜62を形成する。酸化膜61の所定の領域を削除
し、N+ 型拡散領域59aに接触するようにアルミニウ
ムなどによってドレイン電極72を形成し、同様にN+
型拡散領域59bに接触するようにソース電極73を形
成し、P+ 型拡散領域58bに接触するように電極24
を形成する。ドレイン電極72とソース電極73との間
に存在する酸化膜11b上にアルミニウムなどによって
ゲート電極71を形成する。アルミニウムなどから成る
信号線によって、ドレイン電極72は電極69と接続さ
れ、ソース電極73はカソード電極68と接続され、電
極74はアノード電極69と接続され、ゲート電極71
は後述する電極78と接続される。
【0030】N-型基板53の一方表面53a側からP+
型拡散領域76を形成し、ダイオード部分41を形成す
る。N-型基板53の一方表面53aにおいてN-型基板
53とP+ 型拡散領域76とに共通に接するように、酸
素ドープ半絶縁性ポリシリコンから成る導電膜77a,
77bを形成する。P+ 型拡散領域76に接触し、導電
膜77a,77bに接触しないようにアルミニウムなど
によって電極78が形成される。導電膜77a,77b
は、P+ 型拡散領域76の接合漏れ電流が1.0×10
-8A以上となるように、ドープする酸素濃度を10〜3
0%に制御して形成する。導電膜77a,77bを含む
酸素ドープ半絶縁性ポリシリコン膜は、CVD(Chemica
l Vapor Deposition)法によって式(1)に示す反応を
行って形成される。
【0031】 SiH4 + N2 O → Sixy …(1) 式(1)の反応によって酸素ドープ半絶縁性ポリシリコ
ンによる膜を形成する際、N2 Oガス流量を制御するこ
とによって酸素ドープ半絶縁性ポリシリコンによる膜に
含まれる酸素の濃度を制御することができる。
【0032】図3は、酸素ドープ半絶縁性ポリシリコン
における酸素濃度と接合漏れ電流の関係を示すグラフで
ある。トライアック31において、ゼロクロス動作に必
要な漏れ電流量は10-8A程度である。図3に示すグラ
フにおいては、酸素濃度が0%であるとき接合漏れ電流
値が最高となり、酸素濃度が増加するに従って接合漏れ
電流値が低下するが、膜形成を行う際の膜厚および抵抗
率の制御のためドープされる酸素濃度は10〜30%の
間で定められる。膜中の酸素濃度を10〜30%にする
ためには、N2Oガスの流量比を15〜25%に制御す
る。
【0033】以上のように本実施例によれば、ダイオー
ド部分41におけるN- 型基板53とP+ 型拡散領域7
6とのPN接合表面に導電膜77a,77bを形成して
いるので、ダイオード部分41からの漏れ電流が増加
し、MOSFET39の動作タイミングが早くなり、確
実なゼロクロス動作を行うことができる。また、ダイオ
ード部分41からの漏れ電流を増加させるために形成さ
れる導電膜77a,77bはサイリスタ部分46のパッ
シベーション膜66と同一の酸素ドープ半絶縁性ポリシ
リコンによって形成されているため同一工程において作
成することができ、工程数の増加を抑えることができ
る。
【0034】図3は、本発明の第2実施例であるトライ
アック81を構成するサイリスタ82の断面図である。
トライアック81は、サイリスタ82を逆並列接続した
構造となっている。トライアック81の等価回路は、図
2に示すトライアック31の等価回路と同一であるので
説明は省略する。また、サイリスタ32と同一の構成要
素には同一の参照符を付して説明を省略する。
【0035】本実施例の特徴は、サイリスタ32におけ
るダイオード部41の代わりにダイオード部84が形成
されていることである。ダイオード部84は、N- 型基
板53にP+型拡散領域86を拡散させて形成し、N-
基板53とP+ 型拡散領域86とのPN接合表面部に、
たとえば金、白金などの比重が5.0または4.0以上
の重金属を拡散させた重金属拡散領域87a,87bを
形成する。重金属拡散層87a,87bを形成する際、
たとえば金を拡散源として用いると、処理温度950℃
で50分間拡散を行うことによって10-7Aの漏れ電流
を得ることができる。各領域が形成されたN- 型基板5
3の一方表面53aに、酸化膜61を形成する。P+
拡散領域86と、重金属拡散層87a,87bとに接触
するように酸化膜61を削除し、アルミニウムなどによ
って電極88を形成する。電極88は、アルミニウムな
どから成る信号線によってゲート電極71と接続され
る。
【0036】上述のように構成されたサイリスタ82で
は、重金属拡散層87a,87bにおける各重金属原子
が再結合中心として作用するので、P+型拡散領域86
とN-型基板53とから流入するそれぞれのキャリアに
よる再結合が促進され、再結合電流が増大し、ダイオー
ド部分84からの漏れ電流が増加する。そのため、MO
SFET39のゲート電圧VGの増加が促進される。
【0037】以上のように本実施例によれば、N-型基
板53とP+型拡散領域86とによって形成されるダイ
オード部分84のPN接合表面部に形成される重金属拡
散領域87a,87bにおける各重金属原子が再結合中
心として作用し、当該PN接合部からの漏れ電流が増大
するので、MOSFET39のゲート電圧VGの増加が
促進され、確実なゼロクロス動作を行うことができる。
また、重金属拡散層87a,87bを形成する際、拡散
源とする物質を変更することによって当該領域における
抵抗値を制御することができる。
【0038】図4は、本発明の第3実施例であるトライ
アック91を構成するサイリスタ92の断面図である。
トライアック91は、サイリスタ92を逆並列接続した
構造となっている。トライアック91の等価回路は、図
2に示すトライアック31の等価回路と同一であるので
説明は省略する。また、サイリスタ32と同一の構成要
素には同一の参照符を付して説明を省略する。
【0039】本実施例の特徴は、サイリスタ32におけ
るダイオード部分41の代わりにダイオード部分94を
形成することである。N-型基板53にP+型拡散領域9
6を形成し、N- 型基板53の一方表面53aに酸化膜
61を形成する。酸化膜61の所定の領域を削除し、酸
化膜部分61c上に酸素ドープ半絶縁性ポリシリコンか
ら成る抵抗膜97を形成する。抵抗膜97は、パッシベ
ーション膜66と同時に形成される。P+ 型拡散領域9
6に接触し、また互いに接触しないように酸化膜部分6
1dを挟んでアルミニウムなどによって電極98a,9
8bを形成する。電極98bは、前記抵抗膜97の一端
と接触し、電極98aはアルミニウムなどから成る信号
線によってゲート電極71と接続される。抵抗膜97の
他端には、N-型基板53に接触するように形成される
電極99が接続される。
【0040】上述のように構成されたサイリスタ92で
は、N-型基板53とP+型拡散領域96とによって形成
されるPN接合部に対して抵抗膜97を並列に設けてい
るので、図2においてダイオード部分41と並列に接続
されている抵抗42の抵抗値が小さくなり、PN接合部
からの漏れ電流が増加することになる。そのために、M
OSFET39のゲート電圧VGの増加が促進される。
【0041】以上のように本実施例によれば、N-型基
板53とP+型拡散領域96とによって形成されるPN
接合部に対して、抵抗膜97を並列に設けることによっ
てダイオード部分94からの漏れ電流を増加させている
ので、ゲート電圧VGの増加が促進され確実なゼロクロ
ス動作を行うことができる。また、抵抗膜97はサイリ
スタ部分46のパッシベーション膜66と同じ酸素ドー
プ半絶縁性ポリシリコンによって形成されるために、同
一工程によって形成することができ、工程数の増加を抑
えることができる。また、パッシベーション膜66と抵
抗膜97とを同時に形成した後に、抵抗膜97にリンな
どの不純物をドープすることによって任意の抵抗率をも
つ抵抗膜97を形成することができる。
【0042】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、逆並列接
続された第1サイリスタと第2サイリスタとに設けられ
る第1および第2ダイオードのPN接合表面に抵抗膜を
形成しているので、各ダイオードからの漏れ電流が増加
し、当該漏れ電流によって充電される電界効果トランジ
スタのゲート電極への充電時間が短縮され、電界効果ト
ランジスタの動作タイミングが早くなり、確実なゼロク
ロス動作を行うことができる。また、漏れ電流の増加に
よって第3P型半導体の形成領域を小さくすることがで
きるので、半導体装置のサイズを小さく形成することが
できる。
【0043】また本発明によれば、逆並列接続された第
1サイリスタと第2サイリスタとに設けられる第1およ
び第2ダイオードのPN接合表面から重金属による拡散
層を形成しているので、拡散層に含まれる重金属原子が
再結合中心として作用し、各ダイオードからの漏れ電流
が増加し、電界効果トランジスタのゲート電極への充電
時間が短縮されることによって確実なゼロクロス動作を
行うことができる。また、漏れ電流の増加によって第3
P型半導体の形成領域を小さくすることができるので、
半導体装置のサイズを小さく形成することができる。
【0044】さらに本発明によれば、逆並列接続された
第1サイリスタと第2サイリスタとに設けられる第1お
よび第2ダイオードに対して並列に抵抗素子を接続して
いるので、各ダイオードからの漏れ電流が増加し、当該
漏れ電流によって充電される電界効果トランジスタのゲ
ート電極への充電時間が短縮され、確実なゼロクロス動
作を行うことができる。また、漏れ電流の増加によって
第3P型半導体の形成領域を小さくすることができるの
で、半導体装置のサイズを小さく形成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例であるトライアック31を
構成するサイリスタ32の断面図である。
【図2】トライアック31,81,91の等価回路図で
ある。
【図3】導電膜77a,77bにおける酸素濃度と接合
漏れ電流の関係を示すグラフである。
【図4】本発明の第2実施例であるトライアック81を
構成するサイリスタ82の断面図である。
【図5】本発明の第3実施例であるトライアック91を
構成するサイリスタ92の断面図である。
【図6】典型的な従来例であるトライアック1を構成す
るサイリスタ2の断面図である。
【図7】サイリスタ2における各電圧の波形図である。
【符号の説明】
31,81,91 トライアック 32,82,92 サイリスタ 33,34 端子 36,37 トランジスタ 38 抵抗 39 MOSFET 41 ダイオード部分 53 N-型基板 54,55 P+型拡散領域 56 N+型拡散領域 57 P-型拡散領域 61 酸化膜 66 パッシベーション膜 71 ゲート電極 76 P+型拡散領域 77a,77b 導電膜 78 電極 97 抵抗膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/74 H03K 17/13 Z 9184−5K 17/567 17/78 J H01L 29/74 N 9184−5K H03K 17/56 C

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1P型半導体、第1N型半導体、第2
    P型半導体、および第2N型半導体をこの順序で接合し
    て構成され、アノード電極、カソード電極、およびゲー
    ト電極を備える第1サイリスタと、 前記第1サイリスタに逆並列接続される第2サイリスタ
    と、 第1サイリスタのゲート電極とカソード電極との間に接
    続される第1電界効果トランジスタと、 第2サイリスタのゲート電極とカソード電極との間に接
    続される第2電界効果トランジスタと、 第1電界効果トランジスタのゲート電極と第1サイリス
    タの第1N型半導体との間に接続される第1ダイオード
    と、 第2電界効果トランジスタのゲート電極と第2サイリス
    タの第1N型半導体との間に接続される第2ダイオード
    とを含み、 第1および第2ダイオードは、それぞれ第1N型半導体
    に第3P型半導体を接合して形成され、接合部に接触さ
    せて導電膜を形成したことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 第1P型半導体、第1N型半導体、第2
    P型半導体、および第2N型半導体をこの順序で接合し
    て構成され、アノード電極、カソード電極、およびゲー
    ト電極を備える第1サイリスタと、 前記第1サイリスタに逆並列接続される第2サイリスタ
    と、 第1サイリスタのゲート電極とカソード電極との間に接
    続される第1電界効果トランジスタと、 第2サイリスタのゲート電極とカソード電極との間に接
    続される第2電界効果トランジスタと、 第1電界効果トランジスタのゲート電極と第1サイリス
    タの第1N型半導体との間に接続される第1ダイオード
    と、 第2電界効果トランジスタのゲート電極と第2サイリス
    タの第1N型半導体との間に接続される第2ダイオード
    とを含み、 第1および第2ダイオードは、それぞれ第1N型半導体
    に第3P型半導体を接合して形成され、接合部に重金属
    から成る拡散層を形成したことを特徴とする半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 第1P型半導体、第1N型半導体、第2
    P型半導体、および第2N型半導体をこの順序で接合し
    て構成され、アノード電極、カソード電極、およびゲー
    ト電極を備える第1サイリスタと、 前記第1サイリスタに逆並列接続される第2サイリスタ
    と、 第1サイリスタのゲート電極とカソード電極との間に接
    続される第1電界効果トランジスタと、 第2サイリスタのゲート電極とカソード電極との間に接
    続される第2電界効果トランジスタと、 第1電界効果トランジスタのゲート電極と第1サイリス
    タの第1N型半導体との間に接続される第1ダイオード
    と、 第2電界効果トランジスタのゲート電極と第2サイリス
    タの第1N型半導体との間に接続される第2ダイオード
    とを含み、 第1および第2ダイオードは、それぞれ第1N型半導体
    に第3P型半導体を接合して形成され、第1および第2
    ダイオードに対して並列に抵抗素子を接続したことを特
    徴とする半導体装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109360825A (zh) * 2014-07-23 2019-02-19 意法半导体(图尔)公司 双向开关

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