JPS59163865A - ゲ−トタ−ンオフサイリスタ - Google Patents

ゲ−トタ−ンオフサイリスタ

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JPS59163865A
JPS59163865A JP3793383A JP3793383A JPS59163865A JP S59163865 A JPS59163865 A JP S59163865A JP 3793383 A JP3793383 A JP 3793383A JP 3793383 A JP3793383 A JP 3793383A JP S59163865 A JPS59163865 A JP S59163865A
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JP
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semiconductor region
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auxiliary transistor
region
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JP3793383A
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Hideo Matsuda
秀雄 松田
Yasunori Usui
碓氷 康典
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Publication date
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    • 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
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
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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〕 本発明は補助トランジスタ内蔵型のゲートターンオフサ
イリスタに関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
補助トランジスタによって駆動されるG、T。
0(ゲートターンオフサイリスタ)に関しての提案は特
開昭57−97670号公報においてなされている。こ
の提案例を第1図に示す。図中1はN型ペース1−12
はP型ベース層、3はP型エミッタ層、4Iは補助トラ
ンジスタ部5のN型エミツタ層、42はG、T、0部6
のN型エミツタ層、7は補助トランジスタ部5のコレク
タコンタクト1−18はS、U、D(スピードアップダ
イオード)で、第2図は゛第1図による電気回路である
上記の補助トランジスタ5をドライバーとして用いた場
合の利点は次の通りである。即ちゲート電流を内部に構
成したトランジスタで増幅するため釦見かけ上ゲート感
度が上がり、ゲートオン電流■□tが減少する。またゲ
ートG8、カソード電極に間にIIINバイアスを印加
してオン状態を維持した後、急激に:G、−に間に逆バ
イアスを加えると、G、T、OOP型ベース2に蓄積さ
れ念過剰正孔はゲート電極に回って移動し、過剰電子d
:N型エミッタを通りエミッタ電極へ、回って移IIt
llする。このためオフゲート電流は、P型ベース1峠
2→ゲート電極G2→S、U、D 8→ゲート電極G、
l →カソード電極に→N型エミッタ4.へと流れる。
一方補助トランジスタ5は、Glか6オンゲート電流が
流入しなくなると、トランジスタの蓄積時間(tstg
)と下降時間(tf)の和t6H(−tstg+tf)
後にオフ状態となる。第1図に示した如くゲートG!に
負バイアス(ゲート電極GIyGf間の逆バイアスはS
、U、Dの順方向′市圧降下vFによって生じ一般には
0.7 V程度)が印加されるとjoffけ更に短縮さ
れる。この時のトランジスタのターンオフ時間をt。f
fTrと表わし、同一ドライブ条件でのG、T、0部分
のターンオフ時間をtoff G、T、Oと表わすと、
G、T、0部6においてはPNPトランジスタのコレク
タ電流がNPN)ランジスタのベース電流となる帰還作
用があるため、補助トランジスタ5よりもターンオフが
おくれる。このことから t of f ()、T、O> t off Trの関
係が成り立つ。いいかえると補助トランジスタ内蔵のG
、T、Oにおいては、主G、’r、oのアノード電流が
減小し始める時点では、補助トランジスタは完全にオフ
状態となっているということである。このため補助サイ
リスタ(またはG、T、O)を内蔵したG、T、Oでみ
られるような補助サイリスタ(またはG、T、O)のタ
ーンオフ失敗に起因した素子破壊をなくすことが可能と
なる。
しかしながら第1図のものは、補助トランジスタのコレ
クタ層7はアノードA側からの不純物拡散により形成さ
れている。高耐圧GつT、0(順阻止電圧VDRM≧2
500V)Tは、N型ベース層1の幅WNB(ρNB−
1,50ΩcWL)は510μm程度必要である。一方
補助トランジスタの耐圧は、先に述べたようにターンオ
フ時補助トランジスタが完全にオフ状態にあることを考
慮すれば、VOBQ≧2500Vであればよいことが分
る。
余裕をみてVoBO−2800Vに設定すると、ρNB
−1500cmではトランジスタの高抵抗コレクタ層幅
はwON″−−200μmあればよい。以上より、アノ
ード佃からのN拡散の深さは WoN+−wNB+wPE−woN− −510μm+70μm−200μm −380μm 必要となることがわかる。上記WpEはP型エミッタ幅
であり、P型ベースと同時の拡散により形成されること
が多い。上記wON+を短縮することは可能で6るが、
このwaN+を短縮するとwON−が増加し、次式によ
って補助トランジスタの輸送効率αTが著しく低下し、
補助トランジスタの電流増幅率hオが急激に減少すると
いう欠点がある。
WBeffe −wB+w(、N−(1−寸)ただしγ
は補助トランジスタの注、メ効率、W II e f 
f cはP型ベース層の実効幅、Lnl″i電子拡散長
、WBはP型ベース幅、Jcは補助トランジスタのコレ
クタ電流密度、ρON−はN型ベースの比抵抗である。
このことからWoN−はBVOBOによって要請される
最小値にとることが理想的であることが分る。このため
には上述したように、アノードA側より380μmのN
+拡散を行なわなければならない。
第3図に接合深さと熱拡散時間の関係を示した。この図
から分るように燐を不純物として1250℃で熱拡散を
行なうと、WaN+−380μmを得るにはt−960
時間−40日が必要である。格子欠陥の発生によるライ
フタイムの低下及び製造コスト等を考慮すれば、このよ
うな高温、長時間にわたる拡散は実行困難である。
従って第1図の技術を用いたのでは、VDRM≧250
0Vの高耐圧の補助トランジスタ内蔵のG、T、Oを製
造することは困難であることが分る。
〔発明の目的〕
本発明は−t: F実情に鑑みてなされたもので、最適
設ぼ十どうりの袖& )ランジスタの高抵抗コレクタt
rlI畠を簡i1に得ることができ、またエッチオフに
よって生じた空隙(凹部)を良導電かつ良導熱性の材料
で埋めることKより熱抵抗を低下させることができ、こ
のため補助トランジスタ部の電力ロス許容量が増大し、
小面積の補助トランジスタで大面積のG、T、Oを駆動
できるようにしたものである。
〔発明の概要〕
本発明は、トランジスタ駆動型高耐圧G、T。
0を製造するに当り、補助トランジスタのコレクタ部分
をアノード側からエツチングし、更に高抵抗コレクタ領
域の表面にオーミックコンタクトを得るために同導電型
高一度層を形成し、更に前記エッチオフされた領域の熱
抵抗を低下させかつ機械的強度を増すために凹部にシリ
コン等の良導電材料を埋め込み、ウェハと合金化等で取
看きせるようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。まず
第4図(a)に示すように比抵抗ρ−150Qca、 
 )−タル厚620μmのシリコンウニへ(N型ベース
)21にボロン或いはガリウムを拡散して、P型ベース
層22、P型エミッタ層23を同時形成する。ここで順
阻止電圧V DRM≧2500 V以上とするために、
WNB≧490μm必要であり、P型ベース層22のシ
ート抵抗ρ8PBを低下させるためにWPB ”’= 
W PE −65μmとする。次に第4図(b)に示す
ようにレジスト24を保護膜として、アノード側中央部
を例えば360μmの深さまでエッチオフし、凹部25
を形成する。26は810.膜である。次に、第4図(
C)に示す如くP型ベース22表面より、N型エミッタ
或いはカソードとなるN 層27をWNg;15μm程
度の拡散で形成し、同時に補助トランジスタの高談度コ
レクタ層28を形成する。この時P型エミッタ層23側
の保護には810.膜26を用いる。次に第4図(d)
に示す如くN型エミツタ層27を例えば20μmメサエ
ッチングすることKより、エミツタ層27t t27、
を形成する。次に第4図(elに示す如くレジスト膜2
9を除去してから、アノード側にアルミニウム30を5
μm程度蒸着し、四部25の部分にはアルミニウムーシ
リコンホイル31及び凹部25の形状に合わせて加工し
た導電性物質32(ここではシリコンベレット)をはめ
込み、タングステン板或いはモリブデン板33とアロイ
加工する。ここで加熱時に溶融したアルミニウムが凹部
25に流入するため、巣ははとんど形成されない。次に
第4図if)に示す如く蒸着、パターニングにより、補
助トランジスタ34のエミッタ層27.とG、T、0J
50P型ベース22をゲート電極G、のアルミニウム配
線により短絡する。またベース電極G11カソード電極
K及びゲート電極G、を形成するものである。
しかして従来技術により、補助トランジスタ内蔵型高耐
圧G、T、O(VDRM≧2500V)O補助トランジ
スタ部分を最適設計どうりに形成するには、1250℃
×960時間の燐拡散をしなければならなかった。これ
は高温、長時間の熱処理によって欠陥が導入され、ライ
フタイムが低下すること、及び製造コストの上昇環を考
慮すればほとんど実親不可能なプロセスであると云って
よい。この技術的困蛙さを克服するために本発明では、
エツチングにより不必要なコレクタ層を取り除くには、
長くても1時間程度であり、1/960−1.04X 
10””に短縮された。
またエツチングにより熱工程が削除されたため、格子欠
陥の発生がなくてライフタイムが短縮されない。また補
助トランジスタのコレクタ部をエッチオフしたままアロ
イしたのでは、コレクタとW板33間に空隙が生じて熱
抵抗が著しく上昇する。このためラッチング電流がIO
Aを上まわるにうな大面積G、T、Oをターンオンする
際には、補助トランジスタ自体の発熱により補助トラン
ジスタ部が破壊されるという現象が発生する。これを防
止するため、良導電かっ良導熱性材料をエッチオフ溝2
5tlC合わせて加工したベレットをN型ベース部21
にアロイし、そのベレット32とW板33とを再びアロ
イする構造をとっている。このように良導体により凹部
25を叫めると、W iedemann −F ran
 jの法則かられかるように (Kは熱伝導度、rは電気伝導度、Tは温度、kはボル
ツマン定数、tは電荷量)の関係で熱伝導度が上昇し、
熱抵抗が低下する。このため補助トランジスタ部のパワ
ーロス許W )+’tが増大し、小面積の補助トランジ
スタで大面積のG。
T、Oをターンオンすることがi1能となる。また四部
25にペレット32をアロイすることにより強度が増加
し、オンゲート圧接或いはボンディングによるクラック
の発生を防ぐことができる。
〔発明の効果〕
以上説明した如く本発明によれば、補助トランジスタの
コレクタ部分を四部により形成し、ここに良導電かっ良
導熱性を有した材料を埋め込むようにしたため、最適設
計どうりの補助トランジスタの高抵抗コレクタ層幅を簡
単に得ることができ、また補助トランジスタ部の熱抵抗
を低下させることができてパワーロス許容量を増大でき
、小面積の補助トランジスタで大面積のG、T、0を駆
動できるなどの利点を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のG、T、Oの構成図、第2図は同構成の
等価回路図、第3図は同構成を得る際の説明に用いる特
性図、第4図falないしくf)は本発明の一実施例を
得る工程説明図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)肩比抵抗の第1導電型を有する第1の半導体領域
    と、この第1の半導体領域の一方の側に接して設けられ
    た比較的低比抵抗の第2導電型を有する第2の半導体領
    域と、上記第1の半導体領域の他方の側に接して設けら
    れた比較的低比抵抗の第2導電型を有する第3の半導体
    領域と、上記第2の半導体領域の表面部の一部に形成さ
    れ低比抵抗の第1導電型を有する第4の半導体領域と、
    上記第2の半導体領域の露出表面の一部にオーミック接
    触する主ゲート電極と、上記第4の半導体領域と主ゲー
    ト電極との間において上記第2の半導体領域の表面部の
    一部に形成され低比抵抗の第1導電型を有する第5の半
    導体領域と、この第5の半導体領域と該領域と上記第4
    の半導体領域との間に露出する上記第2の半導体領域の
    表面にわたってオーミック接触する補助ゲート電極と、
    上記@50半導体領域に対間する位置において上記第3
    の半導体領域の露出面から上記第1の半導体領域に達す
    るように形成された凹部と、核間部内において上記第3
    の半導体領域表面および上記第1の半導体領域表面に形
    成された低比抵抗の第1導電型を有する第6の半導体領
    域と、この凹部を坤めて一ヒ記第1の半導体領域から上
    記第3の半導体領域の露出面に達する良導電かっ良導熱
    性の第1の良導体領域と、上記第4の半導体領域にオー
    ミック接触する第1の主電極と、上記第3の半導体領域
    と第1の良導体領域とにオーミック接触する第2の主電
    極とを具備し、上記第1ないし第4の半導体領域で構成
    された主サイリスタ部、及び上記凹部、第1の良導体領
    域、第1、第2、第5、第6の半導体領域で構成された
    補助トランジスタ部を同一の半導体基体内に形成したこ
    とを特徴とするゲートターンオフサイリスタ。
  2. (2)上記凹部はエツチングにより形成したものである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1Jj[記載のゲー
    トターンオフサイリスタ。
JP3793383A 1983-03-08 1983-03-08 ゲ−トタ−ンオフサイリスタ Pending JPS59163865A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01171272A (ja) * 1987-12-25 1989-07-06 Fuji Electric Co Ltd ゲートターンオフサイリスタ
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