JPS603791B2 - メサ型ゲ−トタ−ンオフサイリスタ - Google Patents
メサ型ゲ−トタ−ンオフサイリスタInfo
- Publication number
- JPS603791B2 JPS603791B2 JP4269878A JP4269878A JPS603791B2 JP S603791 B2 JPS603791 B2 JP S603791B2 JP 4269878 A JP4269878 A JP 4269878A JP 4269878 A JP4269878 A JP 4269878A JP S603791 B2 JPS603791 B2 JP S603791B2
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- Japan
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- anode
- gto
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- Expired
Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1012—Base regions of thyristors
- H01L29/1016—Anode base regions of thyristors
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はメサ型のゲートターンオフサイリスタ（以下
ＧＴＯと称する）に関する。
ＧＴＯと称する）に関する。
一般にＧＴＯはゲート電極に正及び負のパルスを印加す
ることによりターンオフ及びターンオフを可能にするた
め、転流回路などが不必要であり、またスイッチング時
間が著しく小さいので高周波で動作できるという利点を
有している。
ることによりターンオフ及びターンオフを可能にするた
め、転流回路などが不必要であり、またスイッチング時
間が著しく小さいので高周波で動作できるという利点を
有している。
一方ＧＴＯはターンオフ時のパワー損失が一定の値に達
すると、熱破壊現象を起すために流し得る陽極電流に限
界があり、その値は高々２００〔Ａ〕程度で−股サィリ
スタの約１／ＩＭ立で、電流容量を大きくできない欠点
がある。この原因はＧＴＯをターンオフするに際し、局
所的に電流集中が起り、わずかな面積に全陽極電流が流
れることにより、その電流密度が著しく増大するためス
イッチングパワーがその部分で急激に増加し熱破壊に至
るためである。このような現象を緩和するために、一般
にマルチ・ェミッタ構造即ちカソード領域を分割し実質
的に複数の小さなＧＴ○（ＧＴＯェレメントと呼ぶ）を
並列接続した構造を取り電流容量を大きくしている。こ
のような構造を用いれば電流集中箇所がある程度分散さ
れ、その結果スイッチングパワーが分散するので陽極電
流を多少増大させることができる。しかし上述のような
改善を行なっても各ＧＴＯェレメントにおいて、上記と
同じ現象が起こるので本質的な問題解決にはならなかっ
た。即ちターンオフ時に各ＧＴＯェレメント間の陽極電
流のバランスがくずれ、ターンオフ過程の最終時では１
個乃至数個のＧＴＯェレメントに電流集中が起こり、そ
れらが破壊してしまうのである。この原因は一つには現
在のプロセス技術において直径４仇肋以上のウェハ全面
に均一な拡散を施し、かつ一様なライフタイムを実現す
ることが困難なためであると考えられる。したがって上
記した理由により、陽極電流４００Ａ以上ましてや７０
０Ａ以上のものをゲート信号によりターンオフすること
ができなかった。この発明は上記した点に鑑みなされた
もので、７００〔Ａ〕以上の陽極電流をゲート信号によ
ってゲートターンオフでき、しかも装置内で熱が発生し
てその熱によって破壊するということがないメサ型ＧＴ
Ｏを提供するものである。
すると、熱破壊現象を起すために流し得る陽極電流に限
界があり、その値は高々２００〔Ａ〕程度で−股サィリ
スタの約１／ＩＭ立で、電流容量を大きくできない欠点
がある。この原因はＧＴＯをターンオフするに際し、局
所的に電流集中が起り、わずかな面積に全陽極電流が流
れることにより、その電流密度が著しく増大するためス
イッチングパワーがその部分で急激に増加し熱破壊に至
るためである。このような現象を緩和するために、一般
にマルチ・ェミッタ構造即ちカソード領域を分割し実質
的に複数の小さなＧＴ○（ＧＴＯェレメントと呼ぶ）を
並列接続した構造を取り電流容量を大きくしている。こ
のような構造を用いれば電流集中箇所がある程度分散さ
れ、その結果スイッチングパワーが分散するので陽極電
流を多少増大させることができる。しかし上述のような
改善を行なっても各ＧＴＯェレメントにおいて、上記と
同じ現象が起こるので本質的な問題解決にはならなかっ
た。即ちターンオフ時に各ＧＴＯェレメント間の陽極電
流のバランスがくずれ、ターンオフ過程の最終時では１
個乃至数個のＧＴＯェレメントに電流集中が起こり、そ
れらが破壊してしまうのである。この原因は一つには現
在のプロセス技術において直径４仇肋以上のウェハ全面
に均一な拡散を施し、かつ一様なライフタイムを実現す
ることが困難なためであると考えられる。したがって上
記した理由により、陽極電流４００Ａ以上ましてや７０
０Ａ以上のものをゲート信号によりターンオフすること
ができなかった。この発明は上記した点に鑑みなされた
もので、７００〔Ａ〕以上の陽極電流をゲート信号によ
ってゲートターンオフでき、しかも装置内で熱が発生し
てその熱によって破壊するということがないメサ型ＧＴ
Ｏを提供するものである。
次にこの発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図はこの発明のＧＴＯを説明するための図で、概略
的な不純物濃度分布を示す曲線図である。第１図におい
て１はｐ型の導電型を示すアノード領域、２は該アノー
ド領域１に隣接して設けられたｎ型の導電型を有するｎ
ベース領域、３は該ｎベース領域に隣接して設けられた
ｐ型の導電型を有するｐベース領域で、このｐベース領
域３からはゲート電極３ａが取り出されるようになって
いる。また４は上記ｐベース領域３に隣接して設けられ
たｎ型の導電型を有するカソード領域である。そして前
記アノード領域１及びカソード領域４からは夫々電極ｌ
ａ及び４ａが取り出されるようになっている。このよう
に構成されたＧＴＯのターンオフは、ゲート電極３ａに
印加する電圧によってｐベース領域３中の過剰キャリア
の排出を行うことによってできると理解される。
的な不純物濃度分布を示す曲線図である。第１図におい
て１はｐ型の導電型を示すアノード領域、２は該アノー
ド領域１に隣接して設けられたｎ型の導電型を有するｎ
ベース領域、３は該ｎベース領域に隣接して設けられた
ｐ型の導電型を有するｐベース領域で、このｐベース領
域３からはゲート電極３ａが取り出されるようになって
いる。また４は上記ｐベース領域３に隣接して設けられ
たｎ型の導電型を有するカソード領域である。そして前
記アノード領域１及びカソード領域４からは夫々電極ｌ
ａ及び４ａが取り出されるようになっている。このよう
に構成されたＧＴＯのターンオフは、ゲート電極３ａに
印加する電圧によってｐベース領域３中の過剰キャリア
の排出を行うことによってできると理解される。
即ちゲート電極３ａに負電圧を印刀ｏすることによりｐ
ベース領域３中の正孔がゲート電極３ａから素子外に排
出され、電子はカソード領域４とｐベース領域３のＰＮ
接合Ｊ３を通ってカソード電極４ａから排出される。し
たがって、ゲート電極３ａに負の電圧を印加することに
よりゲートに負電流が流れ、実質的にカソード−ゲート
電極間に電圧ＶＧＫを印放した状態と同じである。この
電圧はカソード領域４とｐベース領域３のＰＮ接合Ｊ３
の阻止方向にかかるからターンオフが進むにつれてカソ
ード領域４とｐベース領域３のＰＮ接合Ｊ３が逆バイア
ス状態になり、カソード領域４からｐベース領域３への
電子の注入が少なくなってｐベース領域３の過剰キャリ
アは排出効果と再結合によって減少する。
ベース領域３中の正孔がゲート電極３ａから素子外に排
出され、電子はカソード領域４とｐベース領域３のＰＮ
接合Ｊ３を通ってカソード電極４ａから排出される。し
たがって、ゲート電極３ａに負の電圧を印加することに
よりゲートに負電流が流れ、実質的にカソード−ゲート
電極間に電圧ＶＧＫを印放した状態と同じである。この
電圧はカソード領域４とｐベース領域３のＰＮ接合Ｊ３
の阻止方向にかかるからターンオフが進むにつれてカソ
ード領域４とｐベース領域３のＰＮ接合Ｊ３が逆バイア
ス状態になり、カソード領域４からｐベース領域３への
電子の注入が少なくなってｐベース領域３の過剰キャリ
アは排出効果と再結合によって減少する。
そしてｎベース領域２の過剰キャリアが再結合によって
消滅するまで逆バイアス状態が維持できればＧＴＯはタ
ーンオフされる。ところで、ｎベース領域２の過剰キャ
リアがほとんど消滅するまでの時間は、数マイクロ秒（
ムｓｅｃ）という短時間である。
消滅するまで逆バイアス状態が維持できればＧＴＯはタ
ーンオフされる。ところで、ｎベース領域２の過剰キャ
リアがほとんど消滅するまでの時間は、数マイクロ秒（
ムｓｅｃ）という短時間である。
この短時間のターンオフ時にアノード電流と電圧によっ
てｎベース領域２で生ずるジュール熱を外部に排出する
ことはほとんどできない。その為にｎベース領域２で温
度が上昇し、その温度（熱）によって装置が破壊したり
する場合が生ずるので、本発明者等はｎベース領域２内
で熱を吸収するように、ｎベース領域２の厚みを２６０
仏肌と厚くしたところ、陽極電流が７００Ａの場合でも
装置が熱によって破壊したりしないことが判明した。こ
れは最大陽極電流（１Ｍ。）を歩留り５０％以上でゲー
トターンオフできる事に相当し、第２図に示す如くｎベ
ース領域２の厚みを２６０仏の以上にすることにより、
最大陽極電流（１＾Ｔｏ）が７００Ａ以上のものでもゲ
ートターンオフ可能となる。即ち第２図から明らかの如
く、例えば７０Ｍの最大陽極電流（１＾Ｔ。）をゲート
ターンオフするにはｎベース領域の厚みを最低２６０〃
肌必要とし、８００Ａのときは約３００〃の、９００Ａ
のときは約３３５ムの必要とする。なおこの場合ｎベー
ス領域の比抵抗（ｐｎ）が２００・肌以上である。この
ようにｎベース領域の比抵抗（ｐｎ）を２００・肌以上
にすると、６００Ｖ以上の耐圧を得ることができる。さ
らに本発明者等の実験によれば、ｎベース領域の厚みが
大きくなるに従って、動作利得ＧｏＦＦ及び陽極電流１
＾も大きくなる傾向にあることが判明した、これを測定
した結果を第３図に示す。即ち第３図は、動作利得Ｇｏ
ＦＦと陽極電流１＾とがｎベース領域の厚みを変化した
場合どのように変化するかを示したもので、曲線の最終
部（黒Ｖ点）が最大陽極電流１＾Ｔｏのゲートターンオ
フできる所である。例えばｎベース領域の厚みが２６０
ム肌の時、動作利得Ｇ。ＦＦは４．甥茎度であり、ァノ
ード電流１＾７０船程度をゲートターンオフできる。こ
の時のゲート電流１８の最大値は１４の華度（ｄｉ／ｄ
ｔ＝−３Ｍ／山ｓｅｃ）である。次に７００Ａ以上の例
えば９５０Ａの陽極電流（１＾Ｔ）を流し得るＧＴＯの
具体的な製造方法を第４図を参照して説明する。なお第
４図の符号は第１図と同じ部分は同じ符号で示す。まず
４５０Ａの程度の厚みを有するｎベース領域となるｎ型
Ｓｉ板２を用意する。この基板２の比抵抗は１５００・
抑位である。その後このｎ型Ｓｉ基板２の両面から例え
ばボロンＢを５０Ａの拡散しｐ型領域を形成する。この
ｐ型領域の一方はアノード領域１、他方ｐベース領域３
となる。この夫々の領域１及び３の表面不純物濃度は１
×１び８ノ地位である。そしてｐベース領域３に例えば
ｐ（リン）を深さ１２．５山肌拡散してｎ型領域を形成
する。このｎ型領域を選択エッチングにより複数に分割
する。この分割されたｎ型領域がカソード領域４となる
。そしてこの分割されたカソード領域４により、実質的
に小さなＧＴＯが複数個設けられた所諮るマルチェミッ
タ構造になる。次にｐベース領域３からゲート電極３ａ
を取り出し、アノード領域１からアノード電極ｌａを取
り出し、カソード領域４からカソード電極４ａを取り出
す。そしてアノード電極ｌａ側とカソード電極４ａ側に
夫々パッケージ用電極１１ａ，１４ａを設け、カソード
電極４ａ側に設けたパッケージ用電極１４ａから矢印方
向の圧接するように構成して第４図に示すような圧接型
のＧＴＯを得ることができる。このようにして得られた
圧援型のＧＴＯは、ｎベース領域２の厚みが３５０ム仇
となり、この領域２の比抵抗が２００・狐以上であるた
め最大ゲートターンオフ陽極電流（１＾Ｔｏ）は第２図
から明らかの如く９５０Ａとなる。即ち９５Ｍまでの１
＾Ｔｏをゲート電流１６虫でターンオフできる（この時
ＧｏＦＦは約５．７である）。なお上記実施例の場合四
層構造のゲートターンオフサィリスタ（ＧＴＯ）につい
て述べたが、例えば五層構造でゲート電極にオンの信号
と逆の信号を加えることにより、素子がターンオフする
ＧＴＯにおいても本発明を適用することができる。
てｎベース領域２で生ずるジュール熱を外部に排出する
ことはほとんどできない。その為にｎベース領域２で温
度が上昇し、その温度（熱）によって装置が破壊したり
する場合が生ずるので、本発明者等はｎベース領域２内
で熱を吸収するように、ｎベース領域２の厚みを２６０
仏肌と厚くしたところ、陽極電流が７００Ａの場合でも
装置が熱によって破壊したりしないことが判明した。こ
れは最大陽極電流（１Ｍ。）を歩留り５０％以上でゲー
トターンオフできる事に相当し、第２図に示す如くｎベ
ース領域２の厚みを２６０仏の以上にすることにより、
最大陽極電流（１＾Ｔｏ）が７００Ａ以上のものでもゲ
ートターンオフ可能となる。即ち第２図から明らかの如
く、例えば７０Ｍの最大陽極電流（１＾Ｔ。）をゲート
ターンオフするにはｎベース領域の厚みを最低２６０〃
肌必要とし、８００Ａのときは約３００〃の、９００Ａ
のときは約３３５ムの必要とする。なおこの場合ｎベー
ス領域の比抵抗（ｐｎ）が２００・肌以上である。この
ようにｎベース領域の比抵抗（ｐｎ）を２００・肌以上
にすると、６００Ｖ以上の耐圧を得ることができる。さ
らに本発明者等の実験によれば、ｎベース領域の厚みが
大きくなるに従って、動作利得ＧｏＦＦ及び陽極電流１
＾も大きくなる傾向にあることが判明した、これを測定
した結果を第３図に示す。即ち第３図は、動作利得Ｇｏ
ＦＦと陽極電流１＾とがｎベース領域の厚みを変化した
場合どのように変化するかを示したもので、曲線の最終
部（黒Ｖ点）が最大陽極電流１＾Ｔｏのゲートターンオ
フできる所である。例えばｎベース領域の厚みが２６０
ム肌の時、動作利得Ｇ。ＦＦは４．甥茎度であり、ァノ
ード電流１＾７０船程度をゲートターンオフできる。こ
の時のゲート電流１８の最大値は１４の華度（ｄｉ／ｄ
ｔ＝−３Ｍ／山ｓｅｃ）である。次に７００Ａ以上の例
えば９５０Ａの陽極電流（１＾Ｔ）を流し得るＧＴＯの
具体的な製造方法を第４図を参照して説明する。なお第
４図の符号は第１図と同じ部分は同じ符号で示す。まず
４５０Ａの程度の厚みを有するｎベース領域となるｎ型
Ｓｉ板２を用意する。この基板２の比抵抗は１５００・
抑位である。その後このｎ型Ｓｉ基板２の両面から例え
ばボロンＢを５０Ａの拡散しｐ型領域を形成する。この
ｐ型領域の一方はアノード領域１、他方ｐベース領域３
となる。この夫々の領域１及び３の表面不純物濃度は１
×１び８ノ地位である。そしてｐベース領域３に例えば
ｐ（リン）を深さ１２．５山肌拡散してｎ型領域を形成
する。このｎ型領域を選択エッチングにより複数に分割
する。この分割されたｎ型領域がカソード領域４となる
。そしてこの分割されたカソード領域４により、実質的
に小さなＧＴＯが複数個設けられた所諮るマルチェミッ
タ構造になる。次にｐベース領域３からゲート電極３ａ
を取り出し、アノード領域１からアノード電極ｌａを取
り出し、カソード領域４からカソード電極４ａを取り出
す。そしてアノード電極ｌａ側とカソード電極４ａ側に
夫々パッケージ用電極１１ａ，１４ａを設け、カソード
電極４ａ側に設けたパッケージ用電極１４ａから矢印方
向の圧接するように構成して第４図に示すような圧接型
のＧＴＯを得ることができる。このようにして得られた
圧援型のＧＴＯは、ｎベース領域２の厚みが３５０ム仇
となり、この領域２の比抵抗が２００・狐以上であるた
め最大ゲートターンオフ陽極電流（１＾Ｔｏ）は第２図
から明らかの如く９５０Ａとなる。即ち９５Ｍまでの１
＾Ｔｏをゲート電流１６虫でターンオフできる（この時
ＧｏＦＦは約５．７である）。なお上記実施例の場合四
層構造のゲートターンオフサィリスタ（ＧＴＯ）につい
て述べたが、例えば五層構造でゲート電極にオンの信号
と逆の信号を加えることにより、素子がターンオフする
ＧＴＯにおいても本発明を適用することができる。
また上記で示した導電型を夫々逆にした場合においても
本発明を適用でき、さらにｎベース領域２とアノード領
域１との間にｎ十領域を設けた場合にも適用できる。以
上説明したことから明らかのように、本発明はゲート電
極の信号を制御することによりターンオフするＧＴＯに
おいて、ｎベース領域の厚みを３５０ぶれ以上、その比
抵抗を２００・抑以上に構成したものである。
本発明を適用でき、さらにｎベース領域２とアノード領
域１との間にｎ十領域を設けた場合にも適用できる。以
上説明したことから明らかのように、本発明はゲート電
極の信号を制御することによりターンオフするＧＴＯに
おいて、ｎベース領域の厚みを３５０ぶれ以上、その比
抵抗を２００・抑以上に構成したものである。
このように構成することにより例えば第２図から明らか
なように７０船以上の陽極電流をターンオフできる。今
迄は２８０Ａ位の陽極電流をターンオフできるのが最高
であり、７０船以上の陽極電流をターンオフできるＧＴ
Ｏはなかつた。
なように７０船以上の陽極電流をターンオフできる。今
迄は２８０Ａ位の陽極電流をターンオフできるのが最高
であり、７０船以上の陽極電流をターンオフできるＧＴ
Ｏはなかつた。
第１図は本発明を説明するためにＧＴＯ内部の夫々の領
域の不純物濃度を概略的に示す図、第２図は本発明の実
施例を説明するためにＧＴＯのｎベース領域の厚みと最
大陽極電流との関係を示した図、第３図は本発明の実施
例を説明するためにＧＴＯのｎベース領域の厚みを変え
た時の動作利得と陽極電流との関係を示した図、第４図
は本発明の一実施例の製造方法を説明するための断面図
である。 第２図において、２はｎベース領域、３はｐベース領域
、４はカソード領域、３ａはゲート電極、４ａはカソー
ド電極、Ｊ２，Ｊ３はｐｎ援合である。 第１図 第２図 第３図 第４図
域の不純物濃度を概略的に示す図、第２図は本発明の実
施例を説明するためにＧＴＯのｎベース領域の厚みと最
大陽極電流との関係を示した図、第３図は本発明の実施
例を説明するためにＧＴＯのｎベース領域の厚みを変え
た時の動作利得と陽極電流との関係を示した図、第４図
は本発明の一実施例の製造方法を説明するための断面図
である。 第２図において、２はｎベース領域、３はｐベース領域
、４はカソード領域、３ａはゲート電極、４ａはカソー
ド電極、Ｊ２，Ｊ３はｐｎ援合である。 第１図 第２図 第３図 第４図
Claims (1)
- １ ｐ型のアノード領域と、該アノード領域に設けられ
たアノード電極と、前記アノード領域に隣接して設けら
れたｎベース領域と、該ｎベース領域に隣接して設けら
れたｐベース領域と、該ｐベース領域に隣接し、溝によ
って複数の分離されたｐ型のカソード領域と、該分離さ
れた夫々のカソード領域に設けられたカソード電極と、
前記ｐベース領域に設けられた電流を制御するゲート電
極とを具備してなるメサ型ゲートターンオフサイリスタ
において、前記ｎベース領域の比抵抗を２０Ω・ｃｍ以
上にし、且つそのｎベース領域の厚さを２６０μｍ以上
にしたことを特徴とするメサ型ゲートターンオフサイリ
スタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4269878A JPS603791B2 (ja) | 1978-04-13 | 1978-04-13 | メサ型ゲ−トタ−ンオフサイリスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4269878A JPS603791B2 (ja) | 1978-04-13 | 1978-04-13 | メサ型ゲ−トタ−ンオフサイリスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54136185A JPS54136185A (en) | 1979-10-23 |
| JPS603791B2 true JPS603791B2 (ja) | 1985-01-30 |
Family
ID=12643262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4269878A Expired JPS603791B2 (ja) | 1978-04-13 | 1978-04-13 | メサ型ゲ−トタ−ンオフサイリスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS603791B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56131955A (en) * | 1980-09-01 | 1981-10-15 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
| EP0121068B1 (de) * | 1983-03-31 | 1988-01-13 | BBC Brown Boveri AG | Leistungshalbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung |
-
1978
- 1978-04-13 JP JP4269878A patent/JPS603791B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54136185A (en) | 1979-10-23 |
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