JPS6245710B2 - - Google Patents

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JPS6245710B2
JPS6245710B2 JP54082395A JP8239579A JPS6245710B2 JP S6245710 B2 JPS6245710 B2 JP S6245710B2 JP 54082395 A JP54082395 A JP 54082395A JP 8239579 A JP8239579 A JP 8239579A JP S6245710 B2 JPS6245710 B2 JP S6245710B2
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JP
Japan
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layer
resistance
low
electrode
type
Prior art date
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Expired
Application number
JP54082395A
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English (en)
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JPS566471A (en
Inventor
Tetsuo Sueoka
Yoshisuke Takita
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority to JP8239579A priority Critical patent/JPS566471A/ja
Publication of JPS566471A publication Critical patent/JPS566471A/ja
Publication of JPS6245710B2 publication Critical patent/JPS6245710B2/ja
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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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor 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
    • H01L29/10Semiconductor 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
    • H01L29/1066Gate region of field-effect devices with PN junction gate

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Thyristors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は大容量素子の製作を実現することを目
的とした電界効果形サイリスタ(以下、SIサイリ
スタと略称する)のゲート構造の改良に関するも
のである。
第1図は従来形SIサイリスタの構造を示し、同
図においてSIサイリスタはP+N-N+接合からなる
ダイオード部と、N-領域に埋込まれた低抵抗領
域P++層と、P+域に形成したアノード電極Aと、
N+域に形成したカソード電極Kと、P++域に形成
した制御電極Gとからなり、カソード電極Kと制
御電極G間には埋込P++層とN-ベース領域とでで
きるN-P++接合を逆バイアスするための電源1と
この電源1をオン、オフするスイツチ2とが直列
接続されている。なお、3はアノード電極取出端
子、4はカソード電極取出端子である。
このような第1図構成において、スイツチ2を
開の状態でアノード電極Aとカソード電極K間に
アノード電極Aからカソード電極K方向に電圧を
かけると、これはダイオードであるからそのまま
電流が流れるが、この負荷電流をオフするには、
スイツチ2を閉じてN-P++接合を逆バイアスし、
P++層間に挾まれたN-領域に高抵抗の空間荷層を
形成させ、電圧を高くしてP++層周辺部全域に高
抵抗層を広げ、負荷電流をしや断させるものであ
る。従つてN-層に流れ込んでいたキヤリア(こ
の場合、ホール)をゲート側(制御電極G側)に
掃引させるには、P++領域の抵抗ができる限り小
さいことが望ましい。アノード電極Aとカソード
電極K間の電圧を阻止させるに必要なN-P++接合
の逆バイアス電圧値は通常電圧利得G(G=VA
/VGK、VAK:阻止すべきアノード・カソード
間電圧、VGK:阻止させるに必要なゲート・カソ
ード間電圧)とよばれ、これは実用上高い事が望
ましく、このためにはP++層間の間隔を狭くしな
ければならない。ところが第1図構成の製法は、
N-基板の一方の面全面に拡散でP+層を形成し、
N-基板の他方の面にP++層を選択拡散で形成後、
この表面上にエピタキシヤル法によつてN-層を
成長させ、更にこの表面に低抵抗のN+層を拡散
などで構成するが、P++層を低抵抗化するために
不純物濃度を増すと、エピタキシヤル工程や他の
熱処理工程でP++層からN-層中に不純物が拡散し
てP++層をぼけさせてしまい、P++間に挾まれた
N-領域の実質的導通面積を小さくする結果負荷
電流の導通が阻害される欠点がある。従つて、
P++域の抵抗を小さくするには限回があり大容量
化が困難であつた。
この問題点を解決する方法として第2図の如き
構造のものが提案された。第2図においては、第
1図と同様の埋込P++層とこの表面から低抵抗P+
層を拡散で構成させ、このP+層表面に電極(た
とえばアルミニウム電極)Gを接着させ、これを
制御電極とし、P+域に挾まれた領域にN+層を形
成させこのN+層表面にカソード電極Kを接着し
たものである。
このような構成により、P++層の抵抗はP+層及
び表面電極Gの並列構成になるので、大幅に低下
し、大容量化が可能となるが、N+層表面に接着
したカソード電極Kは制御電極Gと分離しなけれ
ばならず、かつこれが互いに入り組んだ構造のた
め、構造が大変複雑である。
本発明は上記問題点を解決した新規構造のSIサ
イリスタを提供しようとするもので、以下実施例
を用いて説明する。
第3図は本発明によるSIサイリスタの一実施例
を示す概念構成図である。
第3図においては、P+層12とN+層20に挾
まれた中央N層(11,16,19よりなる)
に、二層のP形低抵抗埋込層13,18を設け、
このうちの一方の埋込層であるP++埋込層13は
できる限り低抵抗に不純物をドープするが、その
間隔は広くし、もう一方の埋込層であるP+埋込
層18は前者のP++埋込層13ほど低抵抗ではな
いが、その間隔を狭くし、その夫々に対してN+
層20から逆電圧を印加してターンオフさせるも
のである。ここで前記P++埋込層13は第1の低
抵抗層に相当するものであり、前記P+埋込層1
8は第2の低抵抗層に相当するものである。な
お、周辺部の幅広のP++層13aに接続された制
御電極G1とカソード電極K間に電源27とスイ
ツチ28とを直列接続したものが接続されてお
り、また周辺部の幅広のP+層18aに接続され
た制御電極G2とカソード電極K間に電源29と
スイツチ30とを直列接続したものが接続されて
いる。31はアノード電極取出端子、32はカソ
ード電極取出端子である。
次に第3図のSIサイリスタの製法について第4
図〜第9図を用いて説明する。
まず、第4図においてN形シリコン基板11の
一方の面全面に例えばアルミニウムを拡散して
P+層12を形成し、続いてN形シリコン基板1
1の他方の面に選択的に高濃度のボロンを拡散し
てP++層13を作る。この時選択拡散にはシリコ
ン(Si)酸化膜14,15を使う。P++層13の
パターンは周辺部のP++層13aを幅広とし、こ
れにメツシユ状にP++層13が連結されるが、こ
の形状は必要に応じて各種変更されうるものであ
る。続いて第5図に示すようにP++層13を形成
した全面にエピタキシヤル法を用いて単結晶N層
16を20μ成長させる。この単結晶N層16は15
Ω−cmとする。この単結晶N層16の表面から酸
化膜17を用いて選択拡散法によりボロンによる
P+拡散層18を形成する。この場合も周辺部の
P+拡散層18aを幅広とし、これにメツシユ状
にP+拡散層18が連結されるよう形成される。
次に、第6図に示すように、第5図で形成した
P+層18側全面に第5図と同様にエピタキシヤ
ル法によつてN形層19を形成する。このN形層
19は20μ、15Ω−cmで、このN形層19側の全
面にりんを用いて全面N+拡散層20を第7図に
示すように形成する。なお33は酸化膜である。
次に二つの埋込層即ちP++層13、P+層18の
周辺幅広のP++層13a、P+層18aに電極を接
着するため、第7図周辺のハツチ部をエツチング
除去して埋込層であるP++層13a、P+層18a
を露出させ、この部分にアルミニウム電極21,
22を第8図のように接着する。このアルミニウ
ム電極21,22が夫々第3図における制御電極
G1,G2に相当する。更に熱補償体としてのタン
グステン板23,24を第8図のようにアルミニ
ウム箔25,26によりシリコン(Si)表面と合
金接着する。そして、タングステン板23とアル
ミニウム箔25とでアノード電極Aを構成し、ま
たタングステン板24とアルミニウム箔26とで
カソード電極Kを構成する。
なお、前述した二つの埋込層、即ちP++層1
3、P+層18の第5図の配置および寸法は第9
図で示す如く構成される。即ち第9図において、
低抵抗埋込層であるP++層13のボロン不純物量
は5×1020、縦方向寸法aは20μ、横方向寸法d
は10μ、P++層13の間隔寸法eは50μとし、ま
た低抵抗埋込層であるP+層18のボロン不純物
量は2×1019、縦方向寸法bは10μ、横方向寸法
gは10μ、P+層18の間隔寸法fは20μ、上下
の埋込層即ちP++層13とP+層18の間隔寸法c
は10μとする。
次に前述した第4図〜第8図の工程により製作
した400V、10AクラスのSIサイリスタにおいて、
第3図に示したようにアルミニウム電極21(第
3図の制御電極G1に相当する)とカソード電極
K(タングステン板24)間に逆バイアスする電
源27とスイツチ28とを直列接続したものを接
続し、かつアルミニウム電極22(第3図の制御
電極G2に相当する)とカソード電極K(タング
ステン板23)間に逆バイアスする電源29とス
イツチ30とを直列接続したものを接続して、第
3図と同様の構成とし、そのしや断特性を測定し
た結果は次のようである。
即ち、まず第1図の従来の構造に対応する第3
図G2部だけで動作させると、埋込層であるP+
18の内部抵抗が大きいため、しや断できない。
次に低抵抗P++層13を制御電極G1とし、G2を使
わず、このG1部だけで動作させると、電流の掃
引は可能であるが、電源27の電圧を約200Vま
で高くしないとしや断できない。
次にP++層18、P+層13の二層を同時に動作
させると、電源27の電圧が20V、電源29の電
圧も20Vでしや断することができた。
これからわかるように、第3図の如き構成によ
り、P++層13で主電流を掃引し、P+層18でピ
ンチオフ(電圧をしや断させる)効果があり、そ
れが複合してSIサイリスタのしや断性能を向上さ
せているものと考えられる。
なお、第3図の半導体制御素子の製作において
は、エピタキシヤル工程が二回必要であるが(第
5図、第6図参照)、第2図に示したような複雑
な電極構造を形成する必要がないため、むしろ製
作工程が簡単であり、かつ電極接続の信頼性も高
い。さらに第3図では、カソード電極Kが第2図
と異なり一様であることから大容量化に向いてい
る。
上述のように本発明によれば、ベース層に比較
的抵抗値の小さい第1の低抵抗層を埋込んでいる
ため主電流の掃引効果が高く、しかもこの第1の
低抵抗層の埋込み間隔は広いため、熱処理工程等
で当該低抵抗層に挾まれたベース領域に不純物が
拡散してもベース領域の実質的導通面積が小さく
ならない。そしてベース層に比較的抵抗値の大き
い第2の低抵抗層を狭い埋込み間隔で埋込んでい
るため、高いピンチオフ効果(電圧をしや断させ
る効果)を得ることができ、しかもこの第2の低
抵抗層の不純物濃度は比較的低いため、熱処理工
程等における当該低抵抗層からのベース層への不
純物拡散量はきわめて少ない。この結果ベース層
の実質的導通面積を確保しながら高い主電流の掃
引効果及びピンチオフ効果を得ることができ、こ
のためしや断性能を向上させることができ、大容
量化が図れる。また本発明によれば構造が大変簡
単で、たとえば電極構造にしても簡単であるた
め、エピタキシヤル成長工程を二回必要であつて
も製作工程がむしろ簡単であり、かつ電極接続の
信頼性は高いなどきわめて大きな効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来形SIサイリスタの一例を示す構造
の縦断面図、第2図は従来形SIサイリスタの他の
例を示す構造の縦断面図、第3図は本発明による
SIサイリスタの一実施例を示す概念構成図、第4
〜第8図は第3図のSIサイリスタの製法を示す工
程図、第9図は第5図における二つの埋込層の配
置および寸法関係を示す説明図であつて、図中1
1はN形シリコン基板、12はP+層、13はP++
埋込層(P++層)、16は単結晶N層、18はP+
埋込層(P+層)、19はN形層、20はN+層、A
はアノード電極、Kはカソード電極、G1,G2
制御電極を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 P形及びN形のうちの一方の形の半導体層と
    他方の形のベース層とこのベース層よりも不純物
    濃度の高い他方の形の半導体層とを積層してダイ
    オード部を構成し、ベース層中には一方の形の低
    抵抗層を埋込み、この低抵抗層とベース層との接
    合を逆バイアスすることにより負荷電流をしや断
    する電界効果形サイリスタにおいて、 前記ベース層に、第1の低抵抗層と第1の低抵
    抗層よりも抵抗値の大きい第2の低抵抗層とを互
    にダイオード部の積層方向に間隔をおいて埋込
    み、 前記第1の低抵抗層の埋込み間隔を広くし、か
    つ前記第2の低抵抗層の埋込み間隔を狭くしたこ
    とを特徴とする電界効果形サイリスタ。
JP8239579A 1979-06-28 1979-06-28 Field effect type thyristor Granted JPS566471A (en)

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JPS566471A JPS566471A (en) 1981-01-23
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