JPH0832049A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過電圧耐量の高いサイリスタ，トライアック
などの半導体装置を提供する。 【構成】 第１の導電型の第１の半導体層１と、第１の
半導体層の片側の表面に設けられ第２の導電型の第２の
半導体層と、第２の半導体層２の半導体層と対向する表
面に設けられた第２の導電型の第３の半導体層３と、第
３の半導体層内に選択的に設けられた第１の導電型の第
４の半導体層４とにより形成された半導体装置の第１の
半導体層１の内部に、第１の導電型で第１の半導体層の
不純物濃度より高い不純物濃度領域を設けたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サイリスタ，トライア
ック等の半導体装置に関するものであり、特に過電圧耐
量の高い半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】サイリスタ，トライアック等の半導体装
置には図６及び図７に示すものが知られている。図６に
おいて１は例えばＮ型の第１の半導体層であり、第１の
半導体層１の両表面に例えばＰ型の第２の半導体層２と
第３の半導体層３を形成する。第３の半導体層３内に例
えばＮ型の第４の半導体層４を形成し、第１の半導体層
１と第２の半導体層２，第１の半導体層１と第３の半導
体層３のそれぞれ接合面を含めて保護酸化膜５を形成
し、酸化膜５の形成後第４の半導体層４にカソード電極
７、第２の半導体層２にアノード電極６，第３の半導体
層３にゲート電極８を形成し、半導体装置（サイリス
タ）を形成する。

【０００３】今アノード電極６に正，カソード電極７に
負の電圧を印加すると、第１半導体層１と第３の半導体
層３の接合１０の両側に空乏層が生じる。一般的に第３
の半導体層３の濃度が第１の半導体層１の濃度より高く
設計されるため、空乏層のほとんどが第１の半導体層１
側に生じる。そして印加する電圧を増加させると空乏層
は第１の半導体層１と第２の半導体層２との接合１１方
向に拡がって行くとともに、接合１０の電界強度が高く
なる。この状態では半導体装置はしゃ断特性を示してい
る。このとき、ゲート電極８に正，カソード電極７に負
の電圧を印加すると、ゲート電極８，第３の半導体層
３，第４の半導体層４，カソード電極７にゲート電流が
流れ、第３の半導体層３に注入された電子がアノード電
極６方向に引かれ、アノード電極６，第２の半導体層
２，第１の半導体層１，第３の半導体層３，第４の半導
体層４，カソード電極７に電流が流れ、半導体装置は導
通状態となる。

【０００４】また、ゲート電極８とカソード電極７との
間に電圧を印加せずにアノード電極６とカソード電極７
に印加する電圧を高くすると、印加する電圧に伴ない空
乏層は拡がり、接合１０の電界強度はどんどん高くな
る。そして、空乏層が接合１１に達するか、接合１０の
電界強度がある電界に達すると、アノード電極６からカ
ソード電極７に電流が流れ降伏現象を起こす。従って、
半導体装置の耐電圧は接合１１と接合１０との距離ある
いは接合１０の電界強度によって決定される。

【０００５】また、図７のものは図６の半導体装置のゲ
ート電極近傍の第３の半導体層３の一部を分割し、第５
の半導体層４ａを設け、第５の半導体層４ａと第３の半
導体層３との接合面に補助サイリスタカソード電極７ａ
を設けたものである。そして、アノード電極６に正、カ
ソード電極７に負の電圧印加し、さらにゲート電極８に
正、カソード電極７に負の電圧が印加すると、ゲート電
極８，第３の半導体層３，第５の半導体層４ａ，補助サ
イリスタカソード電極７ａ，第３の半導体層３，第４の
半導体層４，カソード電極７にゲート電流が流れ、この
半導体装置はターンオン動作が改善される。なお、第２
の半導体層２，第１の半導体層１，第３の半導体層３，
第５の半導体層４ａで形成されるサイリスタを、第２の
半導体層２，第１の半導体層１，第３の半導体層３，第
４の半導体層４で形成し、主電流が流れる主サイリスタ
に対し通常補助サイリスタと呼ばれている。

【０００６】また、図６の半導体装置と同様にゲート電
極８，カソード電極７に電圧を印加せずに、アノード電
極６とカソード電極７に印加する電圧を高くすると、印
加する電圧に伴い空乏層が広がり、接合１０の電界強度
は高くなる。そして、空乏層か接合１１に達するか、接
合１０の電解強度がある電圧に達するとアノード電極６
からカソード電極７に電流が流れ降伏現象を起こす。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体装置は
エッチングなどの工程によって接合端の表面は非常に複
雑で、このために、半導体装置の降伏電圧は半導体チッ
プ内部で決定されることは少なく、接合端の表面で決定
される。そして、半導体装置の降伏電流は接合端の一点
又は小さな面に集中し、降伏電圧と降伏電流との積によ
る降伏電力が接合端のその部分に集中し、半導体装置を
破損させることが多い。この接合端の表面状態を管理す
るのは非常に難しく、破損耐量は小さく、そのばらつき
も非常に大きく、降伏電圧値を保証するのは困難であっ
た。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記のよう
な点に留意してなされたものであり、第１の導電型の第
１半導体層と、上記第１の半導体層の片側の表面に設け
られた上記第２の導電型の第２の半導体層と、上記第２
の半導体層と対向する表面に設けられた第２の導電型の
第３の半導体層と、上記第３の半導体層内に選択的に設
けられた第１の導電型の第４の半導体層とを有する半導
体装置において、上記第１の半導体層内の表面接合端を
除く部分に第１の導電型で上記第１の半導体層の不純物
濃度より高い不純物濃度の領域を設けたものである。

【０００９】また、上記第４の半導体層近傍の上記第３
の半導体層の一部に選択的に設けられた第１の導電型の
第５の半導体層を形成し、上記第４の半導体層下の表面
接合端を除く第１の半導体層の部分に第１の導電型で上
記第１の半導体層の不純物濃度より高い不純物濃度の領
域を設けたものである。

【００１０】

【作用】第１の半導体層の片側の表面に上記第２の導電
型の第２の半導体層が形成され、第１の半導体層のもう
片側の表面に第２の導電型の第３の半導体層が設けら
れ、第３の半導体層内に選択的に第１の導電型の第４の
半導体層が形成される。さらに第１の半導体層内の接合
端を除く部分に第１の導電型で第１の半導体層の不純物
濃度より高い不純物濃度の領域が設けられ、第２の半導
体層に接続された電極に正の電圧を、また第４の半導体
層に接続された電極に負の電圧を印加し電圧を上昇させ
ると、空乏層の広がりが追加された高い不純物濃度の領
域以上に広がることができず、降伏現象をこの領域で起
こす。

【００１１】また、第４の半導体層近傍の第３の半導体
層の一部に選択的に設けられた第１の導電型の第５の半
導体層を形成することにより、第２の半導体層，第１の
半導体層，第３の半導体層と第５の半導体層が補助サイ
リスタとなり、これが第２の半導体層，第１の半導体
層，第３の半導体層と第４の半導体層を形成するサイリ
スタのゲート回路を形成し、主サイリスタを確実にオン
させることができる。

【００１２】

【実施例】本考案を実施例を示す図１に基づいて説明す
る。図１において、図６と同一符号のものは同じ機能の
ものを示す。図１が図６と異なる点は、第１の半導体層
の内部で接合端を除く部分に第１の半導体層１の不純物
濃度より高い不純物濃度で形成された領域１２を設けた
点にある。

【００１３】今、アノード電極６に正，カソード電極７
に負の電圧を印加し印加電圧を上昇させると、空乏層は
接合１０から第２の半導体層２側の接合１１の方向に拡
がって行く。空乏層が領域１２に達した後は、領域１２
の濃度が第１の半導体層１の濃度より高いためこの領域
から下部の接合１１へは拡がらず、以降は領域１２の電
界強度が上昇して行き、ある値に達すると降伏現象を起
こす。

【００１４】そして、領域１２に対向する接合部は、第
１の半導体層１内の単結晶連続部であるため、そのばら
つきは表面（接合端）に比較して非常に小さく、接合全
面で降伏現象を起こす。したがって、従来のスポット的
な降伏に対して降伏を起す箇所が接合端を除く面状とな
りそして、降伏時の許容電流が大きくなり、素子降伏時
にも破壊しにくい半導体装置を得ることができる。

【００１５】ところで、図１の半導体装置では、第１の
半導体層１内に高濃度の領域を設けているため、注入キ
ャリアの到達率が低下することになる。そこで、制御感
度を高めた実施例が図２である。すなわち、図２は、第
４の半導体層４の近傍の上記第３の半導体層３の一部に
選択的設けられた第１の導電型の第５の半導体層４ａを
形成したものである。また、この第５の半導体層４ａと
第３の半導体層３との接合面に補助サイリスタカソード
電極７ａを設けている。なお、第１の半導体層１内の高
濃度領域１２を形成するのは図１の実施例と同じであ
る。

【００１６】そして、第２の半導体層２，第１の半導体
層１，第３の半導体層３，第５の半導体層４ａにより補
助サイリスタが形成し、この補助サイリスタに流れる電
流が第２の半導体層２，第１の半導体層１，第３の半導
体層３，第４の半導体層４により形成する主サイリスタ
のゲート電流となり、主サイリスタを確実にオンさせる
ことができる。

【００１７】次に、第１の半導体層１に高濃度領域１２
を形成する方法を図３ないし図５により説明する。図３
において、例えばＮ型の第１の導電型のウェハー１ａ表
面に図（ｂ）に示すようにリンを高濃度の選択拡散を行
い、高濃度の層１２ａ形成し、その後同図（ｃ）に示す
ようにエピタキシャル成長法によって第１の導電型でウ
ェハ１ａと同等の濃度の半導体層１ｂを形成して、内部
に高濃度の領域１２を有する半導体層１を形成する。

【００１８】また、図４においては、図（ａ）のような
基板ウェハー１ａ表面に図（ｂ）に示すようにリンを高
濃度に選択拡散を行い、高濃度の層１２ａを形成し、そ
の後同図（ｃ）に示すような基板ウェハー１ａと同じ濃
度の基板ウェハー１ｂを貼り合わせ熱処理し、図（ｄ）
に示すように内部に高濃度の領域１２を有する半導体層
１を形成する。

【００１９】また、図５においては、図（ａ）のような
基板ウェハー１に図（ｂ）に示すような選択マスク１ｃ
を施し、イオン注入によって不純物を打込み、図（ｃ）
に示すような高濃度な領域１２を形成し、選択マスクを
除去して図（ｄ）に示すように内部に高濃度の領域１２
を有する半導体層１を形成する。

【００２０】また、上記実施例ではＰゲートのサイリス
タの例を示しているが、全ての導電層を反転させたＮゲ
ートのサイリスタにも適用でき、また、トライアックに
ついても適用できる。また、上記実施例では、メサ型で
説明したがプレーナ型の半導体についても同様の効果が
得られる。また、１２の層は、メッシュ状、放射状や渦
巻状でも同様の効果が得られる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、半導体装置の内部に高濃
度領域を設けることにより、空乏層の拡がりをその領域
で止めることができ、降伏現象を表面の接合端から半導
体内部で起こすことができ、降伏現象を表面に左右され
ず設計どおりの電圧にすることができ、その許容電流も
大きく過電圧耐量を向上させることができる。このた
め、半導体装置の実装時、半導体装置に付属させるスナ
バ等の種々の部品を簡素化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の半導体装置の実施例の断面図であ
る。

【図２】この発明の半導体装置の他の実施例の断面図で
ある。

【図３】この発明の半導体装置に係る高濃度領域を形成
させる概略工程を示す断面図である。

【図４】この発明の半導体装置に係る高濃度領域を形成
させる概略工程を示す断面図である。

【図５】この発明の半導体装置に係る高濃度領域を形成
させる概略工程を示す断面図である。

【図６】従来の半導体装置の断面図である。

【図７】従来の半導体装置の断面図である。

【符号の説明】

１ 第１の半導体層 ２ 第２の半導体層 ３ 第３の半導体層 ４ 第４の半導体層 ４ａ 第５の半導体層 ６ アノード電極 ７ カソード電極 ７ａ 補助サイリスタカソード電極 ８ ゲート電極 １０ 接合 １１ 接合 １２ 高濃度領域

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の導電型の第１半導体層と、上記第
   １の半導体層の片側の表面に設けられた第２の導電型の
   第２の半導体層と、上記第２の半導体層と対向する表面
   に設けられた第２の導電型の第３の半導体層と、上記第
   ３の半導体層内に選択的に設けられた第１の導電型の第
   ４の半導体層とを有する半導体装置において、上記第１
   の半導体層の内の接合端を除く部分に第１の導電型で上
   記第１の半導体層の不純物濃度より高い不純物濃度の領
   域を設けたことを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 上記第４の半導体層近傍の上記第３の半
   導体層の一部に選択的に設けられた第１の導電型の第５
   の半導体層を形成し、上記第４の半導体層下の表面接合
   端を除く第１の半導体層の部分に第１の導電型で上記第
   １の半導体層の不純物濃度より高い不純物濃度の領域を
   設けた請求項１記載の半導体装置。