JPS59132167A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS59132167A
JPS59132167A JP58006414A JP641483A JPS59132167A JP S59132167 A JPS59132167 A JP S59132167A JP 58006414 A JP58006414 A JP 58006414A JP 641483 A JP641483 A JP 641483A JP S59132167 A JPS59132167 A JP S59132167A
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JP
Japan
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semiconductor layer
semiconductor
critical
conductivity type
triac
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JP58006414A
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Takashi Shiraishi
隆 白石
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types 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
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/74Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
    • H01L29/747Bidirectional devices, e.g. triacs

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  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体装置に関する。
〔発明の技術的背景及びその問題点〕
トライアックは、公知のように2個の主電極と1個の制
御電極(ダート)を有し、ダートと−主電極間に正負の
バイアス信号を与えることによって主電極間の両方向の
バイアス状態において各方向独立につま94種類のモー
ドでオフ状態からオン状態にスイッチすることが可能な
3端子半導体装置である。数百ボルト、10アンペア程
度の定格をもつトライブックは一般にICからの出力信
号を制御信号として交流制御する目的で使われる。IC
の出力信号は傷→砿10 mA以下の場合が多いので、
トライアックの最小ゲートトリガ電流IGTが4種類の
ダートトリガモードすべてにおいて10mA以下でない
と直接ドライブは不可能で、ICとトライアックの制御
電極との間のトランジスタなどの増幅器を入れる必要が
ある。従来はゲート感度を上げるために、制御電極に接
する半導体層の厚さを小さくしてキャリアの稲送効ポを
高める方法や特公昭41−12978号(フィニス・イ
・ジエントリー・ゼネラル・エレクトリック・コムパニ
ー)に記載されているように、ウェハの厚さ方向に投影
した際に、2つのエミッタ領域に重な多部分をもだせる
ことによって注入されたキャリアを有効に利用する方法
が用いられてきた。しかし、これらの技術を駆使すれば
IGTを下げることはできるが、他の特性、特に臨界オ
フ電圧上昇率(dv/dt)s及び転流臨界オフ電圧上
昇率(dv/dt )cを大幅に損なうという欠点が生
じる。
このような欠点を解消するため、第1図及び第2図に示
す半導体装置が開発されている。半導体基体はp型の第
1半導体層!、n型の第2半導体層2、p型の第3半導
体層3の積層構造からなる。第1および第3半導体層1
および3側止面にそれぞれエミッタとなるn型の第4半
導体層4および第5半導体層5が形成されている。
第4.第5半導体層4,5のそれぞれに主電極6と7が
低抵抗接触する。まだ第3半導体層3の一部にはダート
電極8が低抵抗接触する。第3半導体層3のダート電極
近傍にはエミッタと同じn型の半導体層9が配置され、
これは第3の半導体層3とダート電極8で短絡される。
半導体層9はダートを負極性にするトリガモードの場合
補助サイリスタのエミッタとしての機能をもつ。第4お
よび第5半導体層4および5に設けられた小領域IOお
よび11は、それぞれペースである第1および第3半導
体層1および3まで貫通するp形層であって、各々主電
極6および7によって短絡される。すなわち両面のエミ
ッタ共、短絡エミッタ構造を形成する。第2図のAは平
面投影方向で両エミッタが重なる部分で、とのAにおい
ては、短絡小aq、。
11の分布密度が、エミ、りの他の領域におけるそれよ
シ大きいことが特徴である。またBは平面投影方向で両
エミッタが重ならない領域で、一般にペースのキャリア
拡散程度の隔離を設ける。これは転流時の(dv/dt
 )(にょって誤ターンオフを防ぐだめにあるものであ
る。
このように構成されるトライブックはエミッタの重なり
部分Aのためにダート感度は十分高く保たれながら、他
エミッタ領域よシも短絡小領域の数密度が大きいので(
dv/dt)cも大きいという効果をもつ。エミッタ領
域全体にわたってAと同じ密度の短絡小領域を設けると
、実効エミッタ面積が減少してオン状態の特性、特にオ
ン電圧、サージオン電流特性が悪くなるが、このように
重な多部分Aだけに慢定すれば)それらの特性を損なう
ことはない。またBの隔離部分に対して、これとは逆に
Aの呈うにして一ミッタの重なシをもたせて、その重な
多部分にはAのように短絡小領域の数密度を大きくする
ことも当然できる。この場合に″おいてもオン特性を損
なうととflはもちろんである。
しかしながら、第3図(λダ乃至同図側に示す如く、I
〜■の4つのモードの感度が得られる。
この場合、臨界オフ電圧上昇率(dv/dt )、転流
臨界オフ電圧上昇率(dv/dt−c )及び臨界電流
上昇率(di/dt )は、夫々、第4図(A)、同図
(B)、同図(C)に示す通シである。っまシ、■モー
ドにてターンオンさせた場合、第4図(C)に示す如く
、d i/d を特性が悪くなる。っまシ、di/dt
モードで急峻な立上は電流を流した場合、ダートの近傍
がターンオンしずらくなるためと考えられる。
〔発明の目的〕
本発明は、チップサイズの増大や工程の増加を阻止して
、且つ4つのモードのゲートトリガー感度を上げ、臨界
オフ電圧上昇率(dv/dt )。
転流臨界オフ電圧上昇率(dv/dt −c )及び臨
界電流上昇率(di/dt )の向上を図った半導体装
置を提供することをその目的とするものである。
〔発明の概要〕
本発明は、ダートに対向する第4及び第5半導体層に、
これらの層を貫通してそれぞれ第1及び第3半導体層に
達するように設けられ、がっ、それぞれ第1及び第2の
主電極で短絡される纂2導電型の小領域を分布させると
共に、第4及び第5半導体層は、積層方向に投影したと
きに、第6半導体層と隣接する部分の一部のみを重ねた
ことにより、チップサイズの増大や工程の増加を阻止し
て1、且つ4つのモードのダートトリガー感度を上げ、
臨界オフ電圧上昇率(dv/dt )、転流臨界オフ電
圧上昇率(dv/dt−c )及び臨界電流上昇率(d
i/dt )の向上を図った半導体装置である。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
第5図(A)は、本発明の一実施例の平面図、同図(B
)は同実施例のB−B線に沿う断面図、同図(C)は、
同実施例のC−C線に沿う断面図である。
なお、この半導体装置は、第1図及び第2図に示す従来
の半導体装置に対応して書かれたものである。従って、
第1図及び第2図にて示すものに対応する部分には、そ
れらと同一符号を付して詳細な説明は省く。この半導体
装置では、ダート部のp型の第3半導体層3から、主電
極7部の第5半導体層5に向って、第5半導体層5と第
4半導体層4の重ならない領域11が設けられている。
つまシ、綿4半導体層4及び第5半導体層5には、第1
の主電極6、第2の主屯柩7で短絡される第2導電型の
小領域が局在している。しかも、第4半導体層4及び第
5半導体層5は、ダート直下の第6半導体層(補助エミ
ッタ)と隣接する部分の一部のみを、積層物に投影した
ときに重なった領域10を有する状態に配置している。
このように構成された半導体装置では、ダートに対向す
る第4半導体層4を第5半導体層5とその・一部分で重
ならないようにしているので、この領域11でキャリア
の注入を起しゃすくして、第7図(C)に示す如くエモ
ードdi/dt耐量(臨界電流上昇率)を向上させるこ
とができる。
しかも、第4半導体層4は、ダート直下の第6半導体層
9で、第5半導体層5と一部分で重っでいるので、この
領域10によって第4モードのゲートトリガー電流を十
分に小さくすることができる。また、第6図(A)乃至
同図仲)に示す4モードのうちの1.IIIモードのゲ
ートトリガー電流に対して、転流臨界オフ電圧上昇率(
dv/dt−c )の特性を調べてみると、第7図(A
)及び同図(B)に示す如く、十分に改善されているこ
とが判る。
なお、本発明の他の実施例として、第8図(A)乃至同
図(C)に示す如く、ダート領域近傍の下方で、第4半
導体層4を第5半導体層5に重な、らせないように略凹
形に形成したものとしても良いし、或は第9図(A>及
び同図(B)に示す如く、略鉤形に第4半導体層4“を
ダート領域の下方に向って後退させたものとしても良い
次によシ具体的な実施例を記述する。
被レットのチップ寸法が4.2 tnn?にて、半導体
チップの中に第5図(A)乃至同図(C)に示す様な半
導体領域が存在する。主エミツタである第4゜3半導体
層1,3の平均不純物濃度は3×10m−i第2半導体
層2と第4.第5半導体層4゜5で狭まれる第1.第3
半導体層1,3の領域厚は40μmであシ、第2半導体
層2の平均不純物濃度は、2 X 10”副−3、その
領域厚は160μmである。補助エミッタである半導体
層9は主エミツタである。第4.第5半導体層4,5と
同時に形成される。第5図(A)乃至同図(C)に示さ
れる画工2ミッタの重なシ部分1oの距離は100μm
1重ならない部分11の距離は20μmで、両エミッタ
の重ならない隔離領域Aは200μmで、小領域12.
13は表面不純物濃度が2×10 m で直径は130
μmである。第4半導体M4の全面積は3.9 wn2
で、第5半導体層の全面積は5.6wIn、エミッタの
重なシ部分1oの面積は0.055■2である。このト
ライアックの全のモードでの最大ダートトリガ電流Ic
’rは30mA以下、dv/dtが1000 v/μS
 Xdv/dt−Cが20v/μS以上、di/dtが
数百A/μS以上で従来構造のトライアックに比べてd
v/dt % dv/dt−cが大幅に向上しているこ
とが判る。
〔発明の効果〕
以上説明した如く、本発明に係る半導体装置によれば、
チップサイズの増大や工程の増加を阻止して、且つ、4
つのモードのゲートトリガー感度を上げ、臨界オフ電圧
上昇率(dv/dt )、転流臨界オフ電圧上昇率(d
v/dt−c )及び臨界電流上昇率(di/dt )
を向上させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
第1′図は、従来構造のトライブックの断面図、第2図
は、同トライアックの平面図、第3図(A)乃至同図(
D)は、4つのダートトリガー信号の説明図、第4図(
A)及び同図(B)は、同トライアックの転流臨界オフ
電圧上昇率特性を示す説明図、同図(C)は、同トライ
アックの臨界電流上昇率特性を示す説明図、第5図(A
)乃至同図(C)は、本発明の一実施例の概略構成を示
す説明図、第6図(A)乃至同図(C?)は、4つのダ
ートトリガー信号の説明図、第7図(A)及び同図(B
)は、実施例のトラの実施例の概略構成を示す説明図で
ある。 1・・・第1半導体層、2・・・第2半導体層、3・・
・第3半導体層、4・・・第4半導体層、5・・・第5
半導体層、6・・・第1主電極、7・・・第2主電極、
8・・・制御電極、9・・・第6半導体層、10・・・
重な多領域、11・・・重ならない領域。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図 第3図 第4図 (A) (B) 特許庁長官  若 杉 和 夫 殿 1.事件の表示 特願昭58−6414号 2、発明の名称 半導体装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 (307)東京芝浦電気株式会社 4、代理人 5、補正命令の日付 昭和58年4月26日 6、補正の対象 明細書 7、補正の内容 第9図(A) (B)は、」と訂正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1導電型の第1半導体層、第2導電型の第2半導体層
    、第1導電型の第3半導体層がこの順に積層され、この
    積層構造の第1半導体層側主面に、゛部分的に第2導電
    型の第4半導体層が設けられ、第3半導体層側主面に部
    分的に第2導電型の第5半導体層が設けられ、第1半導
    体層側主面に第1・半導体層と第4半導体層に接触する
    第1の主電極が設けられ、第3半導体層主面に第3半導
    体層と第5半導体層に接触する第2の主・電極が設けら
    れ、第1まだは第3半導体層に第2導電型の第6半導体
    層が設けられ、第1″またけ第3半導体層と制御電極で
    短絡された半導体装置において、第4および第5半導体
    層に、これらの層を貫通してそれぞれ第1および第3半
    導体層に達するように設けられ、かつそれぞれ第1およ
    び第2の主電極で短絡される第2導電型の小領域を分布
    させると共に、第4および第5半導体層は積層方向に投
    影したときに、第6半導体層と隣接する部分の一部のみ
    を重ねたことを特徴とする半導体装置。
JP58006414A 1983-01-18 1983-01-18 半導体装置 Pending JPS59132167A (ja)

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DE19843401407 DE3401407A1 (de) 1983-01-18 1984-01-17 Halbleitervorrichtung
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