JPS5996766A - ゲ−トタ−ンオフサイリスタ - Google Patents

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】 この発明はゲートターンオフ機能を有する半導体装置、
所謂ゲートターンオアサイリスタ（以下ＧＴＯと称す）
に関し、特にその可制御電流を向上させるための構造に
関する。

一般に、ＧＴＯは第１図に断面図で示すように。

カソード領域とゲート領域が交互に配置された複数個の
分割領域から成る。通常、この構造は次のように構成さ
れる。ｎベース領域となるｎ型シリコンｌの両面にポロ
ン、アルミニウム及びカリウムのうち１または２種類の
不純物を拡散してアノード領域２とＰベース領域３を形
成する。次にＰペース領域３となるＰ型層に燐などを拡
散して高濃度のｎ型層を形成し、そのあと、選択的蝕刻
により複数個のｎ型層から成るカソード領域４に分離す
る。しかる後に、アノード領域２．Ｐペース領域３及び
カソード領域４上に金属電極を形成し。

それぞれアノード電極５．ゲート電極６及びカソード電
極７とする。

しかしながら、上記のように形成されたＧＴＯにおいて
は次のような問題があって、可制御電流を高める上で問
題があった。即ち、可制御電流は。

Ｐベース領域３とカソード領域４の間の接合Ｊ３の逆阻
止能力（以下逆耐圧と言う）の大いさに比例して向上す
るが、従来のＧＴＯではＪ３接合の逆耐圧が比較的小さ
く、シたがって可制御電流も、Ｊ＼さくとどまっていた
。これは可制御電流ｌこ影響する他の因子、即ちカソー
ド領域直下のＰベース領域の幅の選択の問題に起因する
。即ち、可制御電流はＪ３接合の逆耐圧が高い程以外に
Ｐペース領域のシー′ト抵抗が小さい程、またＰベース
領域の幅が大きい程大きくなる。一方、可制御電流とそ
れをターンオフするのに必要なゲート電流の比、所謂タ
ーンオフ利得は１反対にＰベース領域のシート抵抗が大
きく、幅が小さい程大きくなる。

以上より、可制御電流の大いさとゲートターンオフ利得
間の協調を♂条ため（こ、Ｐベースシート抵抗とＰペー
ス幅とには制限が加わることがわかるが、その結果とし
て、一般にＧＴＯでは、Ｐベースシート抵抗は通常のサ
イリスタに比較して小さく設定される。このことは、Ｊ
３接合がＰベース領域の不純物濃度の比較的高いところ
に形成されることを意味し、したがってよく知られた不
純物量とブレークダウン電圧の関係から容易に想起でき
るように、Ｊ３接合の逆耐圧は低くなる。また。

不純物濃度の高い領域に形成された接合では、逆耐圧が
低い反面空乏層も狭いから、電界強度は高く、運転中に
劣化を起こ、す惧れもある。

この発明は、上記の欠点を除去して逆耐圧が実質的によ
り高いＪ３接合の形成することにより、可制御電流を改
善したＧＴＯを提供することを目的とする。

本発明では、カソード領域が蝕刻領域に接する縁部分に
おいて中心部よりも深くなるように形成することにより
、換言すれば、中心部分よりも縁部で不純物濃度の低い
領域にＪ３接合を形成するこさにより、Ｊ３接合の実効
的耐圧を上げ、もって可制御電流を改善する。

以下に１本発明の実施例を図面を参照して説明する。第
２図は本発明の一実施例を示す断面図で。

アノード領域（第１エミツタ）２、ｎベース領域（第１
ベース）１及びＰベース領域（第２ペース）３は第１図
と同様に形成される。しかし、このものはそのあとの高
濃度ｎ型層の拡散に先立ち、Ｐペース領域の一部が選択
的１こ蝕刻され凹部１８が形成される。そのあと高濃度
のｎ型層が形成され、それを凌駕する深さの選択蝕刻を
行いカソード領域（゛第２エミッタ）１４を分離形成す
る。この図でカソード領域縁部で深いカソード領域部分
１４ａが形成されていることが第１図と異なる。このあ
と金属電極５’、６．７　　を形成する。カソード領域
縁部１４ａでの接合Ｊ３は、Ｐベース領域のＰ型不純物
濃度の低い領域に形成されるから、中心部分よりも逆耐
圧が高い。

第３図は他の実施例を示す断面図で、アノード領域２、
ｎペース領域１及びＰペース領域３′を形成した後、相
異なる深さのｎ型拡散層２８．２９を形成し、深い拡散
層の領域２９にかかる部分を選択蝕刻してカソード領域
２人を形成する。この場合。

相異なる深さのｎ型按散層２８．２９を形成する方法と
しては、拡散速度の異なる２極類の不純物１例えば燐と
アンチモンの選択拡散による方法とか。

１種類の不純物、例えば燐の拡散時間を変える方法など
がある。この図で゛、カソード領域縁部２４ａが中心部
分よりも深く形成されていることが第１図の例と異なる
。この実施例の場合も、Ｊ３接合ｉＰ型不純物濃度の低
い領域に形成されるから逆耐圧が高くなり、さらに深い
ｎ型拡散層２９の表面濃度を低くして拡散不純物分布を
Ｊ３接合近傍でより小さい勾配となるように形成すれば
、この部分での逆耐圧の向上は一層顕著になる。

この発明によれば、拉２ペースと第２エミッタ間の接合
Ｊ３を第２エミツタ領域の縁部で不純物濃度の低い領域
に形成するようにして、当該領域での逆耐圧を向上させ
た。ＧＴＯをターンオフさせる時、ゲート電極と第２エ
ミッタ電極間に逆電圧を印加すると、まず第２エミツタ
領域の縁部のキャリアが引き出されて逆バイアス状態に
なり、その後順次逆バイアス領域が第２エミツタ領域の
中心に向かう。その除第２エミッタ領域の縁部程逆バイ
アスの度合は高いから、この領域の逆耐圧が高いという
ことは、可制御電流の増加に大きな効果がある。反面第
２エミッタ領域中心部では、比絞的遅くまで電子の注入
が行われ導通状態にあるが、これを早く終えんさせるた
めには中心部近−傍でのＰベースシート抵抗は成程度大
きくなければならない。換言すれば、Ｊ３接合はＰ型不
純物濃度が比較的高い第２ベース領域と境を接して形成
されていなければならない。本発明による構造では、第
２エミッタ領域縁部１４ａ　＋　２４ａを除く領域での
不純物濃度は大きいから、その必要は十分溝たされる。

また、第２エミッタ縁部のＪ３接合は、不純物濃度がよ
り低い領域に形成されているから、与えられた逆電圧に
対してより広い空乏層領域が形成される結果、電界強度
は低減され、それだけ劣化の惧れも小さくなる。殊に第
２エミッタ領域分離のための蝕刻は、低えば（１１１）
　　面のシリコンを用いる場合には、一般に垂直には行
われず数度乃至数１０度の角度を持つので、所謂角度の
大きなネガティブベベルとなり、電界強度がより高まる
傾向がある。本発明構成によればその影響も減じられる
。

他方、ターンオンさせる場合の挙動を考えると、本発明
によるＧＴＯでは第２エミッタ領域縁部でのＪ３接合を
Ｐベース不純物濃度の低い領域に形成し、また第２ペー
ス幅も小さいから、第２エミツタ・第２ペース・第１ベ
ースから成るトランジスタの注入効率と輸送率いずれも
大きく、したがって電流利得所謂α２が大きい。このこ
とは、ターンオン時にはターンオンし易いという効果が
あることを示している。

以上の実施例では、逆阻止能力を有する所謂逆阻止３端
子形のＧＴＯについて記述したが１本発明は、ターンオ
フ時間、オン電圧及びオフ電圧特性の関係を改善するた
めにしばしば行われるアノード領域とｎベース領域の間
にｎペース領域よりも高濃度のｎ型領域を挿入した形の
所謂Ｐｎｉｐｎ構造のＧＴＯζこ適用できることは勿論
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＧＴＯの一例を示す断面図、第２図およ
び第３図はそれぞれ本発明の異なる実施例を示す断面図
である。 １はｎベース領域、２はアノード領域、３ハＰペニス領
域、１４．２４　はカソード領域、１４ａ、２４ａはカ
ソード領域部分、５はアノード電極、６はゲート電極、
７はカソード電極である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）第１エミツタ、第１ベース、第２ベース及び第２エ
   ミツタを含む少くとも４つの半導体領域か□□□□□□ ら成り、第１エミツタ及び第２エミツタの主表面には主
   電極が形成され、第２エミツタの主表面から第１エミツ
   タ領域の深さを凌駕して第２ベース領域にくい込む選択
   的蝕刻領域が形成され、該蝕刻領域に制御電極が配置さ
   れているものにおいて、第２エミツタ領域の深さが蝕刻
   領域に接する縁部分では、接しない中心部分よりも大き
   くなっていることを特徴とするゲートターンオフサイリ
   スタ。