JPH10135445A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH10135445A
JPH10135445A JP29179996A JP29179996A JPH10135445A JP H10135445 A JPH10135445 A JP H10135445A JP 29179996 A JP29179996 A JP 29179996A JP 29179996 A JP29179996 A JP 29179996A JP H10135445 A JPH10135445 A JP H10135445A
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JP
Japan
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thyristor
semiconductor
pilot
semiconductor layer
semiconductor region
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Application number
JP29179996A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Kitazawa
秀明 北澤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the dv/dt resistance of a main thyristor and also di/dt resistance by preventing the rush current to a pilot thyristor. SOLUTION: Around a first and second pilot thyristors 11, 12, the cathode 30 of a main thyristor 13 is disposed around a second thyristor 11, 12, and the lateral equivalent resistances of the pilot thyristors 11, 12 and main thyristor 13 are set to decrease approaching from the first thyristor 11 to the main one 13. This permits displacement current s generated by the pilot thyristors 11, 12 to flow in the cathode 30, thereby improving the dv/dt resistance and di/dt resistance of the main thyristor 13.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば電力制御
用の半導体装置に係わり、特に増幅ゲートを有するサイ
リスタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device for power control, for example, and more particularly to a thyristor having an amplification gate.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5乃至図7は、従来の増幅ゲートを有
するサイリスタを示している。図5において、サイリス
タ40の中央部には第1段目のパイロットサイリスタ4
1が設けられ、この第1段目のパイロットサイリスタ4
1の周囲には例えば4個の第2段目のパイロットサイリ
スタ42が設けられている。これら第2段目のパイロッ
トサイリスタ42の周囲にはメインサイリスタ43が配
置されている。
2. Description of the Related Art FIGS. 5 to 7 show a conventional thyristor having an amplification gate. In FIG. 5, the first stage pilot thyristor 4
1, the first stage pilot thyristor 4
For example, four second-stage pilot thyristors 42 are provided around 1. A main thyristor 43 is arranged around the pilot thyristor 42 of the second stage.

【0003】図6は、図5の一部を示し、図7は、図6
の断面図である。N- 型半導体基板45の裏面にはP+
型半導体層46が形成され、P+ 型半導体層46には例
えばアルミニウムからなるアノード電極47が設けられ
ている。前記N- 型半導体基板45の表面上にはP型半
導体層48が形成されている。このP型半導体層48内
には前記第1段目のパイロットサイリスタ41を構成す
るN+ 型半導体領域49、前記第2段目のパイロットサ
イリスタ42を構成するN+ 型半導体領域50、前記メ
インサイリスタ43のカソードKを構成するN+ 型半導
体領域51が形成されている。前記N+ 型半導体領域4
9、50はリング形状とされている。前記N- 型半導体
層46とP型半導体層48の接合部には空乏層52が形
成されている。前記メインサイリスタ43のカソードK
を構成するN+ 型半導体領域51は、図6に示すよう
に、メインサイリスタのゲート電極の周囲に形成されて
いる。
FIG. 6 shows a part of FIG. 5, and FIG.
FIG. On the back surface of the N - type semiconductor substrate 45, P +
A type semiconductor layer 46 is formed, and the P + type semiconductor layer 46 is provided with an anode electrode 47 made of, for example, aluminum. On the surface of the N type semiconductor substrate 45, a P type semiconductor layer 48 is formed. In the P-type semiconductor layer 48, an N + -type semiconductor region 49 forming the first-stage pilot thyristor 41, an N + -type semiconductor region 50 forming the second-stage pilot thyristor 42, and the main thyristor An N + -type semiconductor region 51 constituting the cathode K of 43 is formed. The N + type semiconductor region 4
Reference numerals 9 and 50 are ring-shaped. A depletion layer 52 is formed at the junction between the N type semiconductor layer 46 and the P type semiconductor layer 48. The cathode K of the main thyristor 43
N + -type semiconductor region 51 constituting the, as shown in FIG. 6, are formed around the gate electrode of the main thyristor.

【0004】前記N+ 型半導体領域51には前記P型半
導体層48からなり、前記N+ 型半導体領域51と接続
される複数のショーテッドエミッタ53が形成されてい
る。すなわち、前記P型半導体層48は前記カソード電
極51の表面に円形状に露出され、ショーテッドエミッ
タ53を形成する。これらエミッタ53はN+ 型半導体
領域51と後述するカソード電極によって接続される。
A plurality of shorted emitters 53 are formed in the N + -type semiconductor region 51 and are composed of the P-type semiconductor layer 48 and connected to the N + -type semiconductor region 51. That is, the P-type semiconductor layer 48 is exposed in a circular shape on the surface of the cathode electrode 51 to form a shorted emitter 53. These emitters 53 are connected to the N + type semiconductor region 51 by a cathode electrode described later.

【0005】図7に示すように、前記N+ 型半導体領域
49の中央に位置するP型半導体層48の上には、アル
ミニウムからなる第1段目のパイロットサイリスタ41
のゲート電極55が形成され、前記N+ 型半導体領域4
9の上にはアルミニウムからなる電極56が形成されて
いる。前記N+ 型半導体領域50の中央に位置するP型
半導体層48の上にはアルミニウムからなる第2段目の
パイロットサイリスタ42のゲート電極57が形成さ
れ、このゲート電極57は前記電極56に接続されてい
る。前記N+ 型半導体領域50の上にはアルミニウムか
らなる集電電極58が形成されている。前記N+ 型半導
体領域50と隣接する前記P型半導体層48の上にはア
ルミニウムからなるメインサイリスタ43のゲート電極
59が形成されている。このゲート電極59は前記集電
電極58に接続されている。前記N+ 型半導体領域51
及びショーテッドエミッタ53の全面上には、アルミニ
ウムからなるカソード電極60が形成される。
As shown in FIG. 7, a first-stage pilot thyristor 41 made of aluminum is provided on a P-type semiconductor layer 48 located at the center of the N + -type semiconductor region 49.
Is formed, and the N + type semiconductor region 4 is formed.
An electrode 56 made of aluminum is formed on 9. A gate electrode 57 of the second-stage pilot thyristor 42 made of aluminum is formed on the P-type semiconductor layer 48 located at the center of the N + -type semiconductor region 50, and this gate electrode 57 is connected to the electrode 56. Have been. A current collecting electrode 58 made of aluminum is formed on the N + type semiconductor region 50. On the P-type semiconductor layer 48 adjacent to the N + -type semiconductor region 50, a gate electrode 59 of the main thyristor 43 made of aluminum is formed. The gate electrode 59 is connected to the collecting electrode 58. The N + type semiconductor region 51
On the entire surface of the shorted emitter 53, a cathode electrode 60 made of aluminum is formed.

【0006】上記構成において、第1段目のパイロット
サイリスタ41のゲート電極55にトリガ電流を供給す
ると、第1段目のパイロットサイリスタ41がターンオ
ンする。第1段目のパイロットサイリスタ41がターン
オンすると、電極56を介して第2段目のパイロットサ
イリスタ42のゲート電極57に電流が流れ、第2段目
のパイロットサイリスタ42がターンオンする。続いて
集電電極58を介してメインサイリスタ43のゲート電
極59に電流が流れ、メインサイリスタ43がターンオ
ンする。すなわち、図5に示すサイリスタ40の中央部
から周囲に向かって順次ターンオンしていく。
In the above configuration, when a trigger current is supplied to the gate electrode 55 of the first-stage pilot thyristor 41, the first-stage pilot thyristor 41 is turned on. When the first-stage pilot thyristor 41 is turned on, a current flows through the gate electrode 57 of the second-stage pilot thyristor 42 via the electrode 56, and the second-stage pilot thyristor 42 is turned on. Subsequently, a current flows to the gate electrode 59 of the main thyristor 43 via the current collecting electrode 58, and the main thyristor 43 is turned on. That is, the thyristor 40 shown in FIG. 5 is sequentially turned on from the center to the periphery.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記空乏層
52は接合容量として作用する。サイリスタ40が非導
通状態の状態において、サイリスタ40に例えば高周波
ノイズが印加された場合、図7に示すように、第1、第
2段目のパイロットサイリスタ41、42、及びメイン
サイリスタ43の接合容量で変位電流i1、i2、i3
が発生する。このうち変位電流i1、i2は集電電極5
8を通って、メインサイリスタ43のゲート電極59に
流れる。このため、ゲート電極59に変位電流が集中し
て、メインサイリスタ43のdv/dt耐量を低下さ
せ、メインサイリスタ43をターンオンさせることがあ
る。
The depletion layer 52 functions as a junction capacitance. When, for example, high-frequency noise is applied to the thyristor 40 while the thyristor 40 is in the non-conducting state, as shown in FIG. 7, the junction capacitance of the first and second stage pilot thyristors 41 and 42 and the main thyristor 43 is increased. And displacement currents i1, i2, i3
Occurs. Of these, the displacement currents i1 and i2 are
8 and flows to the gate electrode 59 of the main thyristor 43. For this reason, the displacement current is concentrated on the gate electrode 59, the dv / dt resistance of the main thyristor 43 may be reduced, and the main thyristor 43 may be turned on.

【0008】そこで、例えばメインサイリスタ43の横
方向等価抵抗の値を小さくしてメインサイリスタ43の
dv/dt耐量を高くすることが考えられる。しかし、
メインサイリスタの横方向等価抵抗を小さくした場合、
メインサイリスタ43の感度が低下する。このため、通
常のターンオン動作時に、第1、第2段目のパイロット
サイリスタ41、42がターンオンした後、メインサイ
リスタ43がターンオンするまでに時間がかかり、この
間に第2段目のパイロットサイリスタ42へ突入電流が
集中する。したがって、第1、第2段目のパイロットサ
イリスタ41、42のdi/dt耐量が低下し、第1、
第2段目のパイロットサイリスタ41、42で多量の熱
が発生するため、これらパイロットサイリスタ41、4
2が破壊されやすくなるという問題が生ずる。
Therefore, for example, it is conceivable to reduce the value of the lateral equivalent resistance of the main thyristor 43 to increase the dv / dt resistance of the main thyristor 43. But,
When the lateral equivalent resistance of the main thyristor is reduced,
The sensitivity of the main thyristor 43 decreases. For this reason, in the normal turn-on operation, it takes time until the main thyristor 43 is turned on after the first and second stage pilot thyristors 41 and 42 are turned on, during which time the second stage pilot thyristor 42 is turned on. Inrush current is concentrated. Therefore, the di / dt resistance of the first and second stage pilot thyristors 41 and 42 is reduced,
Since a large amount of heat is generated in the second-stage pilot thyristors 41 and 42, these pilot thyristors 41 and 4
2 easily breaks.

【0009】この発明は、上記課題を解決するものであ
り、その目的とするところは、メインサイリスタのdv
/dt耐量を向上できるとともに、パイロットサイリス
タへの突入電流を防止して、di/dt耐量を向上する
ことが可能な半導体装置を提供しようとするものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a dv of a main thyristor.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of improving the / dt resistance and preventing the inrush current to the pilot thyristor, thereby improving the di / dt resistance.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決するため、PNPN構造を有する少なくとも1つの
パイロットサイリスタ、及びこれらパイロットサイリス
タの周囲に配置されたPNPN構造を有するメインサイ
リスタと、前記パイロットサイリスタの全周囲に配置さ
れた前記メインサイリスタのN型半導体層からなるカソ
ード電極と、前記パイロットサイリスタのカソードが形
成されるP型半導体層と前記カソード電極とを接続する
配線とを具備している。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides at least one pilot thyristor having a PNPN structure, a main thyristor having a PNPN structure disposed around these pilot thyristors, A cathode electrode formed of an N-type semiconductor layer of the main thyristor disposed all around the thyristor; and a wiring connecting the P-type semiconductor layer on which the cathode of the pilot thyristor is formed and the cathode electrode. .

【0011】すなわち、この発明は、各パイロットサイ
リスタをメインサイリスタのカソード電極の内側にそれ
ぞれ配置し、パイロットサイリスタのカソードが形成さ
れるP型半導体層をカソード電極に接続している。した
がって、各パイロットサイリスタの接合容量で発生した
変位電流を直接、カソード電極に流すことができるた
め、dv/dt耐量を向上できる。
That is, in the present invention, each pilot thyristor is arranged inside the cathode electrode of the main thyristor, and the P-type semiconductor layer on which the cathode of the pilot thyristor is formed is connected to the cathode electrode. Therefore, the displacement current generated at the junction capacitance of each pilot thyristor can be directly passed to the cathode electrode, so that the dv / dt resistance can be improved.

【0012】しかも、隣接するパイロットサイリスタの
横方向等価抵抗の差分をメインサイリスタの横方向等価
抵抗より大きく設定し、且つメインサイリスタから離れ
るほど横方向等価抵抗の差分を大きく設定している。こ
のため、dv/dt耐量を確実に向上できる。
Further, the difference between the lateral equivalent resistances of the adjacent pilot thyristors is set to be larger than the lateral equivalent resistance of the main thyristor, and the difference between the lateral equivalent resistances is set larger as the distance from the main thyristor increases. Therefore, the dv / dt resistance can be reliably improved.

【0013】また、ターンオン時、ターンオン電流がメ
インサイリスタの横方向抵抗に発生した電圧降下によっ
て、前段のパイロットサイリスタを逆バイアスすること
により、パイロットサイリスタへの突入電流を抑制でき
る。このため、di/dt耐量を向上できる。
Further, at the time of turn-on, the inrush current to the pilot thyristor can be suppressed by reverse-biasing the pilot thyristor at the preceding stage by a voltage drop generated in the lateral resistance of the main thyristor at the time of turn-on. For this reason, the di / dt resistance can be improved.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図1乃至図3は、この発
明の実施の形態に係わる半導体装置を示すものである。
図1において、サイリスタ10の中央部には第1段目の
パイロットサイリスタ11が設けられ、この第1段目の
パイロットサイリスタ11の周囲には例えば4個の第2
段目のパイロットサイリスタ12が設けられている。こ
れら第2段目のパイロットサイリスタ12の周囲にはメ
インサイリスタ13が配置されている。前記第1、第2
段目のパイロットサイリスタ11、12は、後述するよ
うに、カソードK内に配置され、第1、第2段目のパイ
ロットサイリスタ11、12とメインサイリスタ13は
カソードKにより分離されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 3 show a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a first-stage pilot thyristor 11 is provided at a central portion of the thyristor 10, and four second thyristors 11 are provided around the first-stage pilot thyristor 11, for example.
A pilot thyristor 12 at the stage is provided. A main thyristor 13 is arranged around the pilot thyristor 12 of the second stage. The first and second
The pilot thyristors 11 and 12 of the first stage are arranged in the cathode K as described later, and the pilot thyristors 11 and 12 of the first and second stages and the main thyristor 13 are separated by the cathode K.

【0015】図2は、図1の一部を示し、図3は、図2
の断面図である。図2、図3において、N- 型半導体基
板15の裏面にはP+ 型半導体層16が形成され、この
+型半導体層16には例えばアルミニウムからなるア
ノード電極(A)17が設けられている。前記N- 型半
導体基板15の表面上にはP型半導体層18が形成され
ている。このP型半導体層18内には前記第1段目のパ
イロットサイリスタ11のカソードを構成するN+ 型半
導体領域19、前記第2段目のパイロットサイリスタ1
2のカソードを構成するN+ 型半導体領域20、前記メ
インサイリスタ13のカソードを構成するN+ 型半導体
領域21が形成されている。前記N+ 型半導体領域1
9、20はリング形状とされている。前記N- 型半導体
層15とP型半導体層18の接合部には空乏層22が形
成されている。
FIG. 2 shows a part of FIG. 1, and FIG.
FIG. 2 and 3, a P + type semiconductor layer 16 is formed on the back surface of the N type semiconductor substrate 15, and an anode electrode (A) 17 made of, for example, aluminum is provided on the P + type semiconductor layer 16. I have. On the surface of the N type semiconductor substrate 15, a P type semiconductor layer 18 is formed. In this P-type semiconductor layer 18, an N + -type semiconductor region 19 constituting the cathode of the first-stage pilot thyristor 11 and the second-stage pilot thyristor 1
N + -type semiconductor region 20 constituting the second cathode, the N + -type semiconductor region 21 constituting the cathode of the main thyristor 13 are formed. The N + type semiconductor region 1
Reference numerals 9 and 20 are ring-shaped. A depletion layer 22 is formed at the junction between the N type semiconductor layer 15 and the P type semiconductor layer 18.

【0016】前記カソードを構成するN+ 型半導体領域
21には前記P型半導体層18からなり、カソードと接
続される複数のショーテッドエミッタ23が形成されて
いる。すなわち、前記P型半導体層18はN+ 型半導体
領域21の表面に円形状に露出され、エミッタ23を形
成する。これらエミッタ23はN+ 型半導体領域21と
後述するカソード電極によって接続される。
In the N + type semiconductor region 21 constituting the cathode, a plurality of shorted emitters 23 composed of the P type semiconductor layer 18 and connected to the cathode are formed. That is, the P-type semiconductor layer 18 is circularly exposed on the surface of the N + -type semiconductor region 21 to form the emitter 23. These emitters 23 are connected to the N + type semiconductor region 21 by a cathode electrode described later.

【0017】図3に示すように、前記N+ 型半導体領域
19の中央に位置するP型半導体層18の上には、アル
ミニウム等からなる第1段目のパイロットサイリスタ1
1のゲート電極(G)25が形成される。又、LTT
(光トリガサイリスタ)の場合、P型半導体層とN+
半導体領域19に光ゲートの受光部が形成される。前記
+ 型半導体領域19の上にはアルミニウムからなる電
極26が形成されている。前記N+ 型半導体領域20の
中央に位置するP型半導体層18の上にはアルミニウム
からなる第2段目のパイロットサイリスタ12のゲート
電極27が形成され、このゲート電極27は前記電極2
6に接続されている。前記N+ 型半導体領域20の上に
はアルミニウムからなる電極28が形成されている。前
記カソードとしての前記N+ 型半導体領域21と隣接す
る前記P型半導体層18の上にはアルミニウムからなる
メインサイリスタ13のゲート電極29が形成されてい
る。このゲート電極29は前記電極28に接続されてい
る。前記N+ 型半導体領域21とショーテッドエミッタ
23の全面上、前記第1段目のパイロットサイリスタ1
1と第2段目のパイロットサイリスタ12との間に位置
する前記P型半導体層18の上、及び第2段目のパイロ
ットサイリスタ12とメインサイリスタ13の上には、
アルミニウムからなるカソード電極(K)30が形成さ
れている。前記電極は例えば多層配線技術を用いて接続
される。
As shown in FIG. 3, a first-stage pilot thyristor 1 made of aluminum or the like is provided on a P-type semiconductor layer 18 located at the center of the N + -type semiconductor region 19.
One gate electrode (G) 25 is formed. Also, LTT
In the case of (light trigger thyristor), a light receiving portion of an optical gate is formed in the P-type semiconductor layer and the N + -type semiconductor region 19. An electrode 26 made of aluminum is formed on the N + type semiconductor region 19. A gate electrode 27 of the second-stage pilot thyristor 12 made of aluminum is formed on the P-type semiconductor layer 18 located at the center of the N + -type semiconductor region 20, and this gate electrode 27 is
6 is connected. An electrode 28 made of aluminum is formed on the N + type semiconductor region 20. On the P-type semiconductor layer 18 adjacent to the N + -type semiconductor region 21 as the cathode, a gate electrode 29 of the main thyristor 13 made of aluminum is formed. The gate electrode 29 is connected to the electrode 28. On the entire surface of the N + type semiconductor region 21 and the shorted emitter 23, the first-stage pilot thyristor 1
On the P-type semiconductor layer 18 located between the first and second-stage pilot thyristors 12, and on the second-stage pilot thyristors 12 and the main thyristor 13,
A cathode electrode (K) 30 made of aluminum is formed. The electrodes are connected using, for example, a multilayer wiring technique.

【0018】このように、前記第1、第2段目のパイロ
ットサイリスタ11、12を構成するN+ 型半導体領域
19、20は、前記メインサイリスタ13のカソードを
構成するカソード電極(K)30によって囲まれてい
る。また、メインサイリスタ13のゲート電極29もカ
ソードを構成するカソード電極(K)30によって囲ま
れている。
As described above, the N + type semiconductor regions 19 and 20 constituting the first and second stage pilot thyristors 11 and 12 are formed by the cathode electrode (K) 30 constituting the cathode of the main thyristor 13. being surrounded. Further, the gate electrode 29 of the main thyristor 13 is also surrounded by the cathode electrode (K) 30 constituting the cathode.

【0019】ここで、n段増幅のサイリスタにおいて、
i段目のサイリスタの電圧、電流密度で表せる横方向等
価抵抗をRDiとし、メインサイリスタ13の横方向等価
抵抗をRDMとした場合、これらは次の関係を満足するよ
うに設定される。
Here, in the thyristor of the n-stage amplification,
When the lateral equivalent resistance expressed by the voltage and current density of the ith thyristor is R Di and the lateral equivalent resistance of the main thyristor 13 is R DM , these are set to satisfy the following relationship.

【0020】 RDi−RD(i+1)≧RD(i+1)−RD(i+2)≧RDM (i=1,2,…n ) …(1) 又は、 RD1−RD2>RDi−RD(i+1)≧RDM (i=2,3 …n ) …(2) 上式のように、メインサイリスタ13から離れるに従っ
て、隣接するパイロットサイリスタの横方向等価抵抗の
差分が大きくなるように設定する。前記抵抗値は、N+
型半導体領域19、20、21の例えば幅、深さ、不純
物濃度のいずれかを変えることによって変えることがで
きる。前記N+ 型半導体領域19、20、21を、例え
ばイオン注入によって形成する場合、注入する不純物の
ドーズ量や加速電圧を変えることにより設定できる。
R Di −RD (i + 1)RD (i + 1) −RD (i + 2) ≧ R DM (i = 1,2,... N) (1) or R D1 −R D2 > R Di −RD (i + 1) ≧ R DM (i = 2,3... N) (2) As shown in the above equation, as the distance from the main thyristor 13 increases, the lateral direction of the adjacent pilot thyristor increases. The setting is made so that the difference in equivalent resistance becomes large. The resistance value is N +
For example, it can be changed by changing any of the width, depth, and impurity concentration of the type semiconductor regions 19, 20, and 21. When the N + -type semiconductor regions 19, 20, 21 are formed by, for example, ion implantation, they can be set by changing the dose of the impurity to be implanted or the acceleration voltage.

【0021】図4は、第1段目のパイロットサイリスタ
11の他の例を示すものである。この場合、例えばP型
半導体層18の表面に凹部31を形成し、この凹部31
の底部にN+ 型半導体領域19を形成している。このよ
うな構成とすることにより、N+ 型半導体領域19をP
型半導体層18のより深い位置に形成することができ
る。したがって、N+ 型半導体領域19直下に位置する
P型半導体層18の厚みが狭くなるため、横方向等価抵
抗を大きく設定できる。
FIG. 4 shows another example of the first stage pilot thyristor 11. In this case, for example, a concave portion 31 is formed on the surface of the P-type semiconductor layer 18 and the concave portion 31 is formed.
The N + type semiconductor region 19 is formed at the bottom of the substrate. With such a configuration, the N + type semiconductor region 19 is
It can be formed at a deeper position in the mold semiconductor layer 18. Therefore, since the thickness of the P-type semiconductor layer 18 located immediately below the N + -type semiconductor region 19 is reduced, the lateral equivalent resistance can be set large.

【0022】上記構成において、動作について説明す
る。先ず、通常動作について説明する。第1段目のパイ
ロットサイリスタ11のゲート電極25にトリガ電流を
供給する(LTTの場合、ゲートに光を照射する)と、
第1段目のパイロットサイリスタ11がターンオンす
る。第1段目のパイロットサイリスタ11がターンオン
すると、アノード電極Aから電極26を介して第2段目
のパイロットサイリスタ12のゲート電極27に電流が
流れ、第2段目のパイロットサイリスタ12がターンオ
ンする。第2段目のパイロットサイリスタ12がターン
オンすると、アノード電極Aから電極28を介してメイ
ンサイリスタ13のゲート電極29に電流が流れ、メイ
ンサイリスタ13がターンオンする。すなわち、図1に
示すサイリスタ10の中央部から周囲に向かって順次タ
ーンオンする。
The operation of the above configuration will be described. First, the normal operation will be described. When a trigger current is supplied to the gate electrode 25 of the first-stage pilot thyristor 11 (in the case of LTT, the gate is irradiated with light)
The first-stage pilot thyristor 11 turns on. When the first-stage pilot thyristor 11 is turned on, a current flows from the anode electrode A to the gate electrode 27 of the second-stage pilot thyristor 12 via the electrode 26, and the second-stage pilot thyristor 12 is turned on. When the second stage pilot thyristor 12 is turned on, a current flows from the anode electrode A to the gate electrode 29 of the main thyristor 13 via the electrode 28, and the main thyristor 13 is turned on. That is, the thyristor 10 shown in FIG. 1 is sequentially turned on from the center to the periphery.

【0023】一方、サイリスタ10が非導通状態におい
て、サイリスタ10に例えば高周波ノイズが印加された
場合、図3に示すように、第1、第2段目のパイロット
サイリスタ11、12、及びメインサイリスタ13の接
合容量で変位電流i1、i2、i3が発生する。しか
し、各パイロットサイリスタ11、12で発生した変位
電流i1、i2はメインサイリスタ13のカソード電極
30に流れ込むため、メインサイリスタ13のゲート電
極29に流れることがない。したがって、メインサイリ
スタ13に変位電流i1、i2が集中しないため、ター
ンオンすることを抑止できる。
On the other hand, when, for example, high-frequency noise is applied to the thyristor 10 while the thyristor 10 is non-conductive, as shown in FIG. 3, the first and second stage pilot thyristors 11, 12 and the main thyristor 13 Displacement currents i1, i2, and i3 are generated at the junction capacitance of. However, since the displacement currents i1 and i2 generated by the pilot thyristors 11 and 12 flow into the cathode electrode 30 of the main thyristor 13, they do not flow through the gate electrode 29 of the main thyristor 13. Therefore, since the displacement currents i1 and i2 do not concentrate on the main thyristor 13, turning on can be suppressed.

【0024】上記実施例によれば、第1、第2段目のパ
イロットサイリスタ11、12の周囲にメインサイリス
タ13のカソード電極30を配置するとともに、第1、
第2段目のパイロットサイリスタ11、12のP型半導
体層18をカソード電極30に接続している。したがっ
て、サイリスタ10が非導通時に各パイロットサイリス
タ11、12で発生した変位電流をカソード電極30に
流すことができるため、メインサイリスタ13のdv/
dt耐量を向上できる。
According to the above embodiment, the cathode electrode 30 of the main thyristor 13 is arranged around the first and second pilot thyristors 11 and 12, and
The P-type semiconductor layers 18 of the second-stage pilot thyristors 11 and 12 are connected to the cathode electrode 30. Therefore, when the thyristor 10 is non-conductive, the displacement current generated in each of the pilot thyristors 11 and 12 can flow to the cathode electrode 30.
The dt resistance can be improved.

【0025】しかも、第1、第2段目のパイロットサイ
リスタ、及びメインサイリスタの横方向等価抵抗を
(1)式又は(2)式のように設定している。したがっ
て、例えば通常のターンオン動作時に、ターンオン電流
がメインサイリスタ13の横方向等価抵抗RDMに流れた
場合、この横方向等価抵抗RDMに発生する電圧降下は第
2段目のパイロットサイリスタ12を逆バイアスする。
すなわち、横方向等価抵抗RDMに発生する電圧降下はゲ
ート電極29側が正、カソード電極(K)30側が負と
なる。したがって、第2段目のパイロットサイリスタ1
2のN+ 半導体領域20はゲート電極29、集電電極2
8の経路で正にバイアスされ、このN+ 半導体領域20
の周囲に位置するP型半導体層18はカソード電極30
により負にバイアスされる。このため、第2段目のパイ
ロットサイリスタへの突入電流を抑制してdi/dt耐
量を向上できる。
Further, the lateral equivalent resistances of the first and second stage pilot thyristors and the main thyristor are set as in the equations (1) and (2). Therefore, for example, when a turn-on current flows through the lateral equivalent resistance RDM of the main thyristor 13 during a normal turn-on operation, a voltage drop generated in the lateral equivalent resistance RDM reverses the voltage of the second stage pilot thyristor 12. Bias.
That is, the voltage drop generated in the lateral equivalent resistance RDM is positive on the gate electrode 29 side and negative on the cathode electrode (K) 30 side. Therefore, the second-stage pilot thyristor 1
The N + semiconductor region 20 includes a gate electrode 29 and a current collecting electrode 2.
8, the N + semiconductor region 20 is positively biased.
The P-type semiconductor layer 18 located around the
To be negatively biased. For this reason, the inrush current to the second-stage pilot thyristor can be suppressed, and the di / dt resistance can be improved.

【0026】一般に、dv/dt耐量を向上させた場
合、ゲートの感度が低下するため、di/dt耐量を向
上することは困難である。しかし、この実施例によれ
ば、メインサイリスタ13の横方向等価抵抗の値を大き
くしないため、ゲートの感度低下を招くことなくdv/
dt耐量を向上することができる。さらに、第1、第2
段目のパイロットサイリスタ11、12のP型半導体領
域18をカソード電極30に接続することにより、di
/dt耐量も向上できる。
In general, when the dv / dt withstand capability is improved, the sensitivity of the gate is reduced, so that it is difficult to improve the di / dt withstand capability. However, according to this embodiment, since the value of the lateral equivalent resistance of the main thyristor 13 is not increased, dv / d is not caused without lowering the gate sensitivity.
The dt resistance can be improved. Furthermore, the first and second
By connecting the P-type semiconductor regions 18 of the pilot thyristors 11 and 12 of the stage to the cathode electrode 30, di
/ Dt resistance can also be improved.

【0027】しかも、各パイロットサイリスタの横方向
等価抵抗を式(1)又は式(2)を満たす横方向等価抵
抗値に設定すれば、高周波ノイズなどによる誤点弧時に
も第1段目のパイロットサイリスタからメインサイリス
タに向かって順次ターンオンするため、誤点弧による破
壊を防止できる。尚、この発明は上記実施例に限定され
るものではなく、発明の要旨を変えない範囲において種
々変形実施可能なことは勿論である。
Furthermore, if the lateral equivalent resistance of each pilot thyristor is set to a lateral equivalent resistance value that satisfies the formula (1) or (2), the first stage pilot thyristor can be used even when erroneous firing due to high frequency noise or the like. Since the thyristor is sequentially turned on from the thyristor to the main thyristor, destruction due to erroneous firing can be prevented. It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、メインサイリスタのdv/dt耐量を向上できると
ともに、パイロットサイリスタへの突入電流を防止し
て、di/dt耐量を向上することが可能な半導体装置
を提供できる。
As described above in detail, according to the present invention, the dv / dt resistance of the main thyristor can be improved, and the inrush current to the pilot thyristor can be prevented to improve the di / dt resistance. A possible semiconductor device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施の形態を示す平面図。FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1の一部を取出して示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing a part of FIG.

【図3】図2の3−3線に沿った断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 in FIG. 2;

【図4】図3に示すパイロットサイリスタの他の例を示
す図。
FIG. 4 is a view showing another example of the pilot thyristor shown in FIG. 3;

【図5】従来の半導体装置を示す平面図。FIG. 5 is a plan view showing a conventional semiconductor device.

【図6】図5の一部を取出して示す平面図。FIG. 6 is a plan view showing a part of FIG. 5;

【図7】図6の7−7線に沿った断面図。FIG. 7 is a sectional view taken along the line 7-7 in FIG. 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…サイリスタ、 11、12…第1、第2段目のパイロットサイリスタ、 13…メインサイリスタ、 15…N- 型半導体基板、 16…P+ 型半導体層、 17…アノード電極(A)、 18…P型半導体層18、 19、20、21…N+ 型半導体層、 21…N+ 型半導体層、 25、27、29…ゲート電極(G)、 26、28…集電電極 30…カソード電極(K)。10 ... thyristors, 11, 12 ... first, second stage pilot thyristor, 13 ... main thyristors, 15 ... N - -type semiconductor substrate, 16 ... P + -type semiconductor layer, 17 ... anode (A), 18 ... P-type semiconductor layers 18, 19, 20, 21... N + -type semiconductor layers, 21... N + -type semiconductor layers, 25, 27, 29 ... gate electrodes (G), 26, 28 ... current collecting electrodes 30 ... cathode electrodes ( K).

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 PNPN構造を有する少なくとも1つの
パイロットサイリスタ、及びこれらパイロットサイリス
タの周囲に配置されたPNPN構造を有するメインサイ
リスタと、 前記パイロットサイリスタの全周囲に配置された前記メ
インサイリスタのN型半導体領域からなるカソード電極
と、 前記パイロットサイリスタの周囲に配置されたP型半導
体層と前記カソード電極とを接続する配線とを具備する
ことを特徴とする半導体装置。
At least one pilot thyristor having a PNPN structure, a main thyristor having a PNPN structure disposed around the pilot thyristor, and an N-type semiconductor of the main thyristor disposed all around the pilot thyristor A semiconductor device comprising: a cathode electrode formed of a region; and a wiring connecting the P-type semiconductor layer disposed around the pilot thyristor and the cathode electrode.
【請求項2】 第1導電型の半導体基板と、 前記半導体基板の裏面に形成された第2導電型の第1の
半導体層と、 前記第1の半導体層に設けられたアノード電極と、 前記半導体基板の表面に設けられた第2導電型の第2の
半導体層と、 前記第2の半導体層内に形成された第1段目のパイロッ
トサイリスタのカソードを構成する第1導電型の第1の
半導体領域と、 前記第2の半導体層内で、前記第1の半導体領域の近傍
に形成された第2段目のパイロットサイリスタのカソー
ドを構成する第1導電型の第2の半導体領域と、 前記第2の半導体層内で、前記第1、第2段目のパイロ
ットサイリスタの周囲に形成されたメインサイリスタの
カソードを構成する第1導電型の第3の半導体領域と、 前記第1の半導体領域の近傍に位置する前記第2の半導
体層の表面に形成された前記第1段目のパイロットサイ
リスタのゲート電極と、 前記第2の半導体領域の近傍に位置する前記第2の半導
体層の表面に形成され、前記第1の半導体領域に接続さ
れた前記第2段目のパイロットサイリスタのゲート電極
と、 前記第3の半導体領域の近傍に位置する前記第2の半導
体層の表面に形成され、前記第2の半導体領域に接続さ
れた前記メインサイリスタのゲート電極と、 前記第1の半導体領域と第2の半導体領域の間に位置す
る前記第2の半導体層、前記第2の半導体領域と第3の
半導体領域の間に位置する前記第2の半導体層、及び前
記メインサイリスタのカソードを構成する第3の半導体
領域とを接続する配線とを具備することを特徴とする半
導体装置。
2. a semiconductor substrate of a first conductivity type; a first semiconductor layer of a second conductivity type formed on a back surface of the semiconductor substrate; an anode electrode provided on the first semiconductor layer; A second conductive type second semiconductor layer provided on the surface of the semiconductor substrate; and a first conductive type first semiconductor forming a cathode of a first-stage pilot thyristor formed in the second semiconductor layer. A second conductivity type second semiconductor region forming a cathode of a second stage pilot thyristor formed in the second semiconductor layer near the first semiconductor region; A third semiconductor region of a first conductivity type forming a cathode of a main thyristor formed around the first and second stage pilot thyristors in the second semiconductor layer; The second located near the region A gate electrode of the first-stage pilot thyristor formed on a surface of the semiconductor layer; and a first semiconductor region formed on a surface of the second semiconductor layer located near the second semiconductor region. A gate electrode of the second-stage pilot thyristor connected to the second semiconductor layer formed on a surface of the second semiconductor layer located near the third semiconductor region, and connected to the second semiconductor region; A gate electrode of the main thyristor, the second semiconductor layer located between the first semiconductor region and the second semiconductor region, and the second semiconductor layer located between the second semiconductor region and the third semiconductor region. A semiconductor device comprising: a second semiconductor layer; and a wiring connecting a third semiconductor region forming a cathode of the main thyristor.
【請求項3】 前記第1の半導体領域はリング状に形成
され、前記第1段目のパイロットサイリスタのゲート電
極は前記リング状の第1の半導体領域の内側に露出する
前記第2の半導体層上に形成されることを特徴とする請
求項2記載の半導体装置。
3. The first semiconductor region is formed in a ring shape, and a gate electrode of the first-stage pilot thyristor is exposed to the inside of the ring-shaped first semiconductor region in the second semiconductor layer. 3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is formed on the semiconductor device.
【請求項4】 前記第2の半導体領域はリング状に形成
され、前記第2段目のパイロットサイリスタのゲート電
極は前記リング状の第2の半導体領域の内側に露出する
前記第2の半導体層上に形成されることを特徴とする請
求項2記載の半導体装置。
4. The second semiconductor region is formed in a ring shape, and a gate electrode of the second-stage pilot thyristor is exposed to the inside of the ring-shaped second semiconductor region in the second semiconductor layer. 3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is formed on the semiconductor device.
【請求項5】 前記各パイロットサイリスタのi段目の
パイロットサイリスタの電圧、電流密度で表せる横方向
等価抵抗をRDiとし、メインサイリスタの横方向等価抵
抗をRDMとした場合、これらは RDi−RD(i+1)≧RD(i+1)−RD(i+2)≧RDM (i=1,2,…n-1, RD(n+1)=RDM) の関係を満足することを特徴とする請求項1又は2記載
の半導体装置。
5. When the lateral equivalent resistance expressed by the voltage and current density of the i-th pilot thyristor of each pilot thyristor is R Di, and the lateral equivalent resistance of the main thyristor is R DM , these are R Di −RD (i + 1)RD (i + 1) −RD (i + 2)RDM (i = 1,2,..., N−1, RD (n + 1) = RDM ) 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the following relationship is satisfied.
【請求項6】 前記各パイロットサイリスタのi段目の
パイロットサイリスタの電圧、電流密度で表せる横方向
等価抵抗をRDiとし、メインサイリスタの横方向等価抵
抗をRDMとした場合、これらは RD1−RD2>RDi−RD(i+1)≧RDM (i=2,3 …n,RD(n+1)=RDM) の関係を満足することを特徴とする請求項1又は2記載
の半導体装置。
6. When the lateral equivalent resistance expressed by the voltage and current density of the i-th pilot thyristor of each pilot thyristor is R Di and the lateral equivalent resistance of the main thyristor is R DM , these are R D1 -R D2> R Di -R D ( i + 1) ≧ R DM claim 1, characterized by satisfying the relationship (i = 2,3 ... n, R D (n + 1) = R DM) Or the semiconductor device according to 2.
【請求項7】 PNPN構造を有する複数のパイロット
サイリスタ、及びこれらパイロットサイリスタの周囲に
配置されたPNPN構造を有するメインサイリスタと、 前記パイロットサイリスタの全周囲に配置された前記メ
インサイリスタのN型半導体層からなるカソード電極
と、 前記パイロットサイリスタのカソードが形成されるP型
半導体層と前記カソード電極とを接続する配線とを具備
し、 隣接する前記パイロットサイリスタの横方向等価抵抗の
差分を前記メインサイリスタの横方向等価抵抗より大き
く設定し、且つメインサイリスタから離れるほど前記横
方向等価抵抗の差分が大きく設定されることを特徴とす
る半導体装置。
7. A plurality of pilot thyristors having a PNPN structure, a main thyristor having a PNPN structure arranged around these pilot thyristors, and an N-type semiconductor layer of the main thyristor arranged around the entire periphery of the pilot thyristors And a wiring connecting the P-type semiconductor layer on which the cathode of the pilot thyristor is formed and the cathode electrode. The difference in the lateral equivalent resistance of the adjacent pilot thyristor is determined by the main thyristor. A semiconductor device, wherein the difference in the lateral equivalent resistance is set to be larger than the lateral equivalent resistance, and the difference in the lateral equivalent resistance increases as the distance from the main thyristor increases.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20130026479A (en) * 2010-06-21 2013-03-13 에이비비 테크놀로지 아게 Phase control thyristor with improved pattern of local emitter shorts dots

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130026479A (en) * 2010-06-21 2013-03-13 에이비비 테크놀로지 아게 Phase control thyristor with improved pattern of local emitter shorts dots
DE112011102082B4 (en) 2010-06-21 2022-05-05 Abb Power Grids Switzerland Ag Phase control thyristor with improved pattern of local emitter shorting points

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