JPS5870571A - サイリスタの製造方法 - Google Patents
サイリスタの製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/74—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
- H01L29/744—Gate-turn-off devices
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はサイリスタの製造方法に係わり、特にpn接
合が表面に露出するサイリスタ装置の表面準位を減少す
るサイリスタの製造方法に関する。
合が表面に露出するサイリスタ装置の表面準位を減少す
るサイリスタの製造方法に関する。
−般K MO8デバイス、バイボー、9 ICなど半導
体基体の表面K pn接合を有し、その表面近傍の電流
、電界を制御することによって動作する半導体素子にお
いてはpn接合の表面近傍に形成されるチャンネルを通
して無効電流が流れ、頻々素子特性の劣化をもたらす、
これ社一般K on接合の露出部を覆うように8 to
2.813N4などの絶縁膜が設けられることが多く、
このll!綴膜中に含まれる電荷に誘起されて半導体表
面に4電荷曖が形成され、pn接合(バイアスが印加さ
れるとその電荷層中の電荷が移動するために起ころもの
である。この問題を解決する九めに従来は絶縁膜中に不
純物原子をドープすることによって寒効電荷量を減らし
九秒、水素の還元作用を利用して実効電荷を少なくする
水素アニール技術が使われてきた。
体基体の表面K pn接合を有し、その表面近傍の電流
、電界を制御することによって動作する半導体素子にお
いてはpn接合の表面近傍に形成されるチャンネルを通
して無効電流が流れ、頻々素子特性の劣化をもたらす、
これ社一般K on接合の露出部を覆うように8 to
2.813N4などの絶縁膜が設けられることが多く、
このll!綴膜中に含まれる電荷に誘起されて半導体表
面に4電荷曖が形成され、pn接合(バイアスが印加さ
れるとその電荷層中の電荷が移動するために起ころもの
である。この問題を解決する九めに従来は絶縁膜中に不
純物原子をドープすることによって寒効電荷量を減らし
九秒、水素の還元作用を利用して実効電荷を少なくする
水素アニール技術が使われてきた。
一方、サイリスタ、ゲートターンオアサイリスタ(以下
m℃と呼ぶ−)などの数百人を通電する電力素子は(無
効電流/通電電流)の比が極めて小さいこと(r′)た
めに制御電流、電圧が加わる領破のチャンネル形成は従
来は大きな問題ではなかった。
m℃と呼ぶ−)などの数百人を通電する電力素子は(無
効電流/通電電流)の比が極めて小さいこと(r′)た
めに制御電流、電圧が加わる領破のチャンネル形成は従
来は大きな問題ではなかった。
すなわち、一般の電力用サイリスタのn−ヱミッタタ、
p−ベース、n−ペースで構成されるnpn )ランジ
スタの電流増幅率αnpnは約0.90であるのに対し
て、小型のバイポーラトランジスタのhFFiは500
〜1000が普通であり、これをαに換算すると、0.
998〜0.999になる。しかし電力用サイリスタの
中でも0℃のようにカソード電極が複数個に分割される
構造を有するサイリスタにおいては、n−エミッタ、p
ペースで形成されるエミッタ接合の周囲長が一般のサイ
リスタに比べて数10倍から100倍になるので前記チ
ャンネル効果は無視できなくなる。すなわち直径57m
の一般のサイリスタのエミッタ接合全長は15.7cm
に対して、直径5cILの中に縦Q、(5111,横0
.15m1の長方形のエミッタを8000個含む0℃の
エミッタ接合全長は12mの長さにな抄、後者/前者の
比は76である。
p−ベース、n−ペースで構成されるnpn )ランジ
スタの電流増幅率αnpnは約0.90であるのに対し
て、小型のバイポーラトランジスタのhFFiは500
〜1000が普通であり、これをαに換算すると、0.
998〜0.999になる。しかし電力用サイリスタの
中でも0℃のようにカソード電極が複数個に分割される
構造を有するサイリスタにおいては、n−エミッタ、p
ペースで形成されるエミッタ接合の周囲長が一般のサイ
リスタに比べて数10倍から100倍になるので前記チ
ャンネル効果は無視できなくなる。すなわち直径57m
の一般のサイリスタのエミッタ接合全長は15.7cm
に対して、直径5cILの中に縦Q、(5111,横0
.15m1の長方形のエミッタを8000個含む0℃の
エミッタ接合全長は12mの長さにな抄、後者/前者の
比は76である。
つtbエミッタ接合の単位長当妙の無効電流を一定とす
ると、一般サイリスタに比べてGTOは76倍の無効電
流がエミッタ接合に流れることになる。
ると、一般サイリスタに比べてGTOは76倍の無効電
流がエミッタ接合に流れることになる。
はサイリスタのそれに比べて低くなる。
一方、電力用サイリスタのパッケージは一般に平形の加
圧接触型を用いるので、熱疲労試験(TF’r)等の信
頼性テストを経れば、加圧接触を受けるカソード電極の
金属にブレを生じてゲート電極金属に接触する短絡事故
が頻々起こる。これを防ぐための方法としてゲート電極
金属上に絶縁物質を被覆する構造が用いられる。絶縁物
質としてB 5io2.Si3N4 、CVD Ill
、” ス”fkJ 質s 固体y 4 ルAt’ リイ
ミドなどの高分子絶縁物があるが%膜を比較的厚くでき
てクラックが発生しない条件を備えているポリイミドな
どの高分子絶縁物が適している。
圧接触型を用いるので、熱疲労試験(TF’r)等の信
頼性テストを経れば、加圧接触を受けるカソード電極の
金属にブレを生じてゲート電極金属に接触する短絡事故
が頻々起こる。これを防ぐための方法としてゲート電極
金属上に絶縁物質を被覆する構造が用いられる。絶縁物
質としてB 5io2.Si3N4 、CVD Ill
、” ス”fkJ 質s 固体y 4 ルAt’ リイ
ミドなどの高分子絶縁物があるが%膜を比較的厚くでき
てクラックが発生しない条件を備えているポリイミドな
どの高分子絶縁物が適している。
81図に示すのは従来のサイリスタ構造を有する半導体
装置の製造方法である。ここでは電力用GrOを例にと
り従来技術を説明する。先づ平均不純物濃度が1o 1
2〜1014 cIL3のnfisi基Wtの両面から
ガリウム、ボロンなどのp型不純物源を拡散して9層2
.n響3,1114の3層を形成する。(第1図(b)
)次に片面から9んなどのn型不純物源を拡散して1層
5を形成し、npnpの411とする。(第1図(C)
)次に主面6にnl−5とp嗜2を分離するための溝7
を形成し、カソードとなるn115を複数個に分割する
。(第1図(d) )次に主面8側から金などのライフ
タイムキラーを拡散した後、1層5とpH2で形成され
るp0接合をパッジベーン璽ンするための絶縁膜例えば
s io2暎9を被覆する。(第1図(e))次に電極
形成のためにカソードとなるべき1層5.ゲートとなる
べき9層2.アレードとなるぺ!p層4の絶縁膜9を所
定箇所数9除き人1’pV、Ni、AVなど金属を蒸着
またはスパッタ等して各々カソード電極10、ゲート電
極11゛、アノード電極12を形成する。これら金属と
半導体を低抵抗接触するためにシンターをする。この時
多孔質の絶縁@99層してエミッタ接合界面の表面準位
を減少させるために頻々水素雰囲気中でアニールが施さ
れる0次にゲートの溝部7をポリイミド゛などの高分子
絶縁′@13を塗布した後、ゲート電極11を外部(取
り出すためK l−ド線14をポンディングする。この
後平形外囲器に封入されるが本発明に直接係わ9がない
ので省略する。
装置の製造方法である。ここでは電力用GrOを例にと
り従来技術を説明する。先づ平均不純物濃度が1o 1
2〜1014 cIL3のnfisi基Wtの両面から
ガリウム、ボロンなどのp型不純物源を拡散して9層2
.n響3,1114の3層を形成する。(第1図(b)
)次に片面から9んなどのn型不純物源を拡散して1層
5を形成し、npnpの411とする。(第1図(C)
)次に主面6にnl−5とp嗜2を分離するための溝7
を形成し、カソードとなるn115を複数個に分割する
。(第1図(d) )次に主面8側から金などのライフ
タイムキラーを拡散した後、1層5とpH2で形成され
るp0接合をパッジベーン璽ンするための絶縁膜例えば
s io2暎9を被覆する。(第1図(e))次に電極
形成のためにカソードとなるべき1層5.ゲートとなる
べき9層2.アレードとなるぺ!p層4の絶縁膜9を所
定箇所数9除き人1’pV、Ni、AVなど金属を蒸着
またはスパッタ等して各々カソード電極10、ゲート電
極11゛、アノード電極12を形成する。これら金属と
半導体を低抵抗接触するためにシンターをする。この時
多孔質の絶縁@99層してエミッタ接合界面の表面準位
を減少させるために頻々水素雰囲気中でアニールが施さ
れる0次にゲートの溝部7をポリイミド゛などの高分子
絶縁′@13を塗布した後、ゲート電極11を外部(取
り出すためK l−ド線14をポンディングする。この
後平形外囲器に封入されるが本発明に直接係わ9がない
ので省略する。
以上説明したような従来製造技術を用いたα℃は保持電
流IH,オン電Ff VTM特性が最終的に劣化する。
流IH,オン電Ff VTM特性が最終的に劣化する。
これは水素アニールを施すことKよっていったん増加し
たαnpnがポリイミドを塗布した後の窒農中でのベー
キング〈よって低下する丸めである。
たαnpnがポリイミドを塗布した後の窒農中でのベー
キング〈よって低下する丸めである。
本発明は以上の欠点についてなされたもので。
水素アニール工程をポリイミド塗布後に施すこと(よっ
て最終的なサイリスタ素子のαnpnを増加し。
て最終的なサイリスタ素子のαnpnを増加し。
低い保持電流、低いオン電圧など好ましいサイリスタ特
性が得られるサイリスタの製造方法を提供するにある。
性が得られるサイリスタの製造方法を提供するにある。
本発明d拡散等で形成されたpnpnの4層を主構造と
する半導体基体の一生面にnエミッタを複数制に分割し
、かつnエミッタとpペースを露出させる工程と、露出
し九n工2ツタ、pペースの接合を選択的に5t02な
どの絶縁物で覆う工程と、nエミッタ、pベース、pエ
ミッタにオーミック接触をとるための金属を接着し各々
カノード、ゲート、アノード電極としてから水素雰囲気
中でアニールする工程と、少なくともゲート電極上を2
μm以上の厚さを有する高分子絶縁物で覆う工程と。
する半導体基体の一生面にnエミッタを複数制に分割し
、かつnエミッタとpペースを露出させる工程と、露出
し九n工2ツタ、pペースの接合を選択的に5t02な
どの絶縁物で覆う工程と、nエミッタ、pベース、pエ
ミッタにオーミック接触をとるための金属を接着し各々
カノード、ゲート、アノード電極としてから水素雰囲気
中でアニールする工程と、少なくともゲート電極上を2
μm以上の厚さを有する高分子絶縁物で覆う工程と。
水素雰囲気中で480 ’Oのアニールをする工程を順
次行なうことを特徴とする。
次行なうことを特徴とする。
本発明と従来技術の対比を明確にするために第2図(8
)K本発明のサイリスタ製造方法を、第2図(b) K
従来方法を示す0本発明と従来法の違いはサイリスタの
製造方法の最終工程で水素雰囲気中のアニールを施すか
どうかである0本発明に従えば前記した効果によりαn
pnが高く、その時果保持電流IHが低く、オン電圧v
TMが低くなる。
)K本発明のサイリスタ製造方法を、第2図(b) K
従来方法を示す0本発明と従来法の違いはサイリスタの
製造方法の最終工程で水素雰囲気中のアニールを施すか
どうかである0本発明に従えば前記した効果によりαn
pnが高く、その時果保持電流IHが低く、オン電圧v
TMが低くなる。
これらの特性の差は以下の実施例によって明らかになっ
た。平均不純物濃度がl×lQ”(1’ff13厚さ3
00μmのn型基板の両面からガリウムを不純物源とし
て拡散しpnpを形成する。pliの表面不純物濃変け
1x10”cIL−3,層の厚さは50μmであった0
次に片面にリンを不純物源として拡散しpnpnXIO
20m3.n噛の厚さは12μmであった0次にn工之
ツタ側に写真蝕刻法とエツチングを用いてゲートになる
べき箇所に凹部を設けてnエミッタを複数個に分割する
と共Kpペースを露出させる。
た。平均不純物濃度がl×lQ”(1’ff13厚さ3
00μmのn型基板の両面からガリウムを不純物源とし
て拡散しpnpを形成する。pliの表面不純物濃変け
1x10”cIL−3,層の厚さは50μmであった0
次に片面にリンを不純物源として拡散しpnpnXIO
20m3.n噛の厚さは12μmであった0次にn工之
ツタ側に写真蝕刻法とエツチングを用いてゲートになる
べき箇所に凹部を設けてnエミッタを複数個に分割する
と共Kpペースを露出させる。
この実施例でけ凹部の深さは20μmであった0次に露
出し九nエミッタ、pベースの接合上に写真蝕刻法を用
いて厚さ約5000λの8102を被覆する。
出し九nエミッタ、pベースの接合上に写真蝕刻法を用
いて厚さ約5000λの8102を被覆する。
次にカノード、ゲート、アノード各電極を厚さ10μm
のアルミニウムを蒸着することによって形成した。アノ
ード電極はさらに温度保償板と1〜て厚さ2iu+のタ
ングステン板を共晶した。次に約500 ’Oの水素雰
囲気中で10分間アニールした。
のアルミニウムを蒸着することによって形成した。アノ
ード電極はさらに温度保償板と1〜て厚さ2iu+のタ
ングステン板を共晶した。次に約500 ’Oの水素雰
囲気中で10分間アニールした。
この工程を便宜上第1の水素アニールと呼ぶ0次にゲー
ト電極上にポリイミドを塗布し、300”Oの空気中で
ベーキングし、その後再び約500℃の水素雰囲気中で
10分間アニールした。この工程を便宜上$2の水素ア
ニールと呼ぶ、その後は半導体基体の周縁部にサンドブ
ラストをかけ、その箇所をエツチングして主耐圧を出し
、)(ツシベーシヨンの丸めにシリコンゴムをエンキャ
ップしてから、ゲートリード線をボンディングし、平形
外囲器に封入する周知のサイリスク技術を駆使した。
ト電極上にポリイミドを塗布し、300”Oの空気中で
ベーキングし、その後再び約500℃の水素雰囲気中で
10分間アニールした。この工程を便宜上$2の水素ア
ニールと呼ぶ、その後は半導体基体の周縁部にサンドブ
ラストをかけ、その箇所をエツチングして主耐圧を出し
、)(ツシベーシヨンの丸めにシリコンゴムをエンキャ
ップしてから、ゲートリード線をボンディングし、平形
外囲器に封入する周知のサイリスク技術を駆使した。
第3図に第1水素アニール、ポリイミドベーキング、第
2水素アニール工程(おける保持電流工Hの特性を示す
、同図かられかるように本発明(実線→a)のIHがI
Aであるのに従来法(a線→b)のIHは40Aであし
、本発明の効果は明らかである。その他の特性としてα
npnけ本発明が0.98 K対しテ従来法2>! 0
.89 、 V7vハ本発Ql! 1.3VK対して従
来法が2.1vであった。第2の水素アニールの条件は
アニール時間にはほとんど影響を受けないがアニール温
度には強く影響される。アニール時間を10分間一定と
してアニール温度に対してIH特性を見たところ、45
0℃以下ではIHはほとんど変わらず、従来法とほとん
ど同じの30A乃至40Aであったが450℃以上で急
激(減少し、480℃以上でほぼ一定の3人乃至1人と
なった。従って第2の水素アニール温度は480℃以上
であることが必要である。
2水素アニール工程(おける保持電流工Hの特性を示す
、同図かられかるように本発明(実線→a)のIHがI
Aであるのに従来法(a線→b)のIHは40Aであし
、本発明の効果は明らかである。その他の特性としてα
npnけ本発明が0.98 K対しテ従来法2>! 0
.89 、 V7vハ本発Ql! 1.3VK対して従
来法が2.1vであった。第2の水素アニールの条件は
アニール時間にはほとんど影響を受けないがアニール温
度には強く影響される。アニール時間を10分間一定と
してアニール温度に対してIH特性を見たところ、45
0℃以下ではIHはほとんど変わらず、従来法とほとん
ど同じの30A乃至40Aであったが450℃以上で急
激(減少し、480℃以上でほぼ一定の3人乃至1人と
なった。従って第2の水素アニール温度は480℃以上
であることが必要である。
また絶縁用ポリイミドけ400’O以上の熱処理をする
と一部蒸発して膜厚は減少する。その結果カソード電極
とゲート電極との絶縁に不良が生じることが、TFMr
などの信頼性試験で明らか(なった。
と一部蒸発して膜厚は減少する。その結果カソード電極
とゲート電極との絶縁に不良が生じることが、TFMr
などの信頼性試験で明らか(なった。
ポリイミド塗布の厚さと電極間短絡の頻度を調べ九とこ
ろ、ポリイミドの厚さが2μm以上では、電極間短絡は
全く起こらず、2μm未満では厚さが減少するにつれて
短絡頻度が増加中る。従ってポリイミドの厚さを2μm
以上になるように塗布することが必要である。
ろ、ポリイミドの厚さが2μm以上では、電極間短絡は
全く起こらず、2μm未満では厚さが減少するにつれて
短絡頻度が増加中る。従ってポリイミドの厚さを2μm
以上になるように塗布することが必要である。
なお以上の実施例はカソード電極がillで形成される
場合について示され九が、ゲート電極上に塗布されるポ
リイミドの上にもうill、すなわち合わせて2層のカ
ソード電極が配線される場合にも本発明は当然適用され
る。この場合はすべての電極金属配線とポリイミド塗布
の後に水素アニールすることが本発明の特徴となる。
場合について示され九が、ゲート電極上に塗布されるポ
リイミドの上にもうill、すなわち合わせて2層のカ
ソード電極が配線される場合にも本発明は当然適用され
る。この場合はすべての電極金属配線とポリイミド塗布
の後に水素アニールすることが本発明の特徴となる。
セスフローチャート、第3図は工程毎に測定された0℃
の保持電流■Hを示す図である。 1:nfJ18i基板、2#’ ” pl、;l、s:
n4.9 : 510211g、 10 : 力/
−)’電tm、11:ゲート電極、12ニアノード電極
。 第1図 +a)
tbノ第2図 L IL )
t /::zノ第3図
の保持電流■Hを示す図である。 1:nfJ18i基板、2#’ ” pl、;l、s:
n4.9 : 510211g、 10 : 力/
−)’電tm、11:ゲート電極、12ニアノード電極
。 第1図 +a)
tbノ第2図 L IL )
t /::zノ第3図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 pnpnの411を主構造とする半導体等体の一生面に
導電型が異な艶、少なくとも一方は複数個に分割され九
2種類の半導体層を露出させる工程と。 半導体表面〈露出するpn接合上に選択的に絶縁物質を
設ける工程と、前記導電型の異なる2種類の半導体表面
(各々金属を選択的に被覆し水素雰囲気中でアニールす
る工程と、前記2種類の半導体表面に形成された金属層
のうちの一方の表面上と前記絶縁物質上を2μm以上の
厚さを有する高分子絶縁物質で覆う工程から成るサイリ
スタの製造方法において、前記全ての工程の後で水素ガ
スを含む雰囲気中で480℃以上の熱処理をすることを
特徴とするサイリスタの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16788081A JPS5870571A (ja) | 1981-10-22 | 1981-10-22 | サイリスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16788081A JPS5870571A (ja) | 1981-10-22 | 1981-10-22 | サイリスタの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5870571A true JPS5870571A (ja) | 1983-04-27 |
JPH0324781B2 JPH0324781B2 (ja) | 1991-04-04 |
Family
ID=15857789
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16788081A Granted JPS5870571A (ja) | 1981-10-22 | 1981-10-22 | サイリスタの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5870571A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6344731A (ja) * | 1986-08-12 | 1988-02-25 | Matsushita Electronics Corp | 半導体装置の製造方法 |
DE10150640A1 (de) * | 2001-10-12 | 2003-04-30 | Eupec Gmbh & Co Kg | Thyristor mit integriertem Überkopfzündschutz |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS50120982A (ja) * | 1974-03-09 | 1975-09-22 | ||
JPS5651867A (en) * | 1979-10-05 | 1981-05-09 | Hitachi Ltd | Manufacturing of semiconductor |
JPS56107562A (en) * | 1980-01-31 | 1981-08-26 | Toshiba Corp | Manufacture of semiconductor device |
-
1981
- 1981-10-22 JP JP16788081A patent/JPS5870571A/ja active Granted
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS50120982A (ja) * | 1974-03-09 | 1975-09-22 | ||
JPS5651867A (en) * | 1979-10-05 | 1981-05-09 | Hitachi Ltd | Manufacturing of semiconductor |
JPS56107562A (en) * | 1980-01-31 | 1981-08-26 | Toshiba Corp | Manufacture of semiconductor device |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6344731A (ja) * | 1986-08-12 | 1988-02-25 | Matsushita Electronics Corp | 半導体装置の製造方法 |
DE10150640A1 (de) * | 2001-10-12 | 2003-04-30 | Eupec Gmbh & Co Kg | Thyristor mit integriertem Überkopfzündschutz |
DE10150640B4 (de) * | 2001-10-12 | 2005-02-10 | eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH & Co. KG | Thyristor mit integriertem Überkopfzündschutz und Verfahren zu seiner Herstellung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0324781B2 (ja) | 1991-04-04 |
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