JPS629230B2 - - Google Patents

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JPS629230B2
JPS629230B2 JP7632680A JP7632680A JPS629230B2 JP S629230 B2 JPS629230 B2 JP S629230B2 JP 7632680 A JP7632680 A JP 7632680A JP 7632680 A JP7632680 A JP 7632680A JP S629230 B2 JPS629230 B2 JP S629230B2
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JP
Japan
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transistor
impurity region
emitter
impurity
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Expired
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JP7632680A
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English (en)
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JPS572566A (en
Inventor
Yoshihito Amamya
Nobuhiko Mizushima
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone 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
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals

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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)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エミツタ・コレクタ間に並列接続さ
れたダイオードを有する逆導通トランジスタに関
する。 従来、サイリスタが使用されている分野では、
機械産業の電子化が促進されるに伴つて高速動作
を必要とすることが多くなり、サイリスタの代替
として使用できる大電力トランジスタが要求され
ている。具体的には、プリンタや各種端末機のモ
ータ制御と印字ドライブ用、空調等のフアンやコ
ンプレツサの駆動用として或は数値制御工作機
械、電磁弁、電気自動車等の広範囲にわたつて適
用されている。 而して、前述の適用分野でトランジスタの負荷
は誘導性となることが多い。この場合、スイツチ
ングのオフ時には、誘導性負荷に蓄積されたエネ
ルギーが高電圧大電流となつて放出されるため、
第1図乃至第3図に示す如く、トランジスタのエ
ミツタ・コレクタ間にフリーホイルダイオードを
逆並列接続して逆導通経路を構成する必要があ
る。第1図はエミツタ・コレクタ間にフリーホイ
ルダイオードを逆並列接続したトランジスタを示
すもので、図中Dが上記ダイオードである。ここ
で逆並列接続とは、トランジスタがnpn形の場合
は、ダイオードを形成するpn接合のn形領域を
コレクタと電気的に接続し、p形領域をエミツタ
と電気的にに接続することを意味する。トランジ
スタがpnp形の場合は、ダイオードのp形領域を
コレクタと接続し、n形領域をエミツタと接続す
る。第2図は、トランジスタをダーリントン接続
した例を示す。第3図に示すものは、第2図にバ
イアス抵抗R1とR2を加えたもので、第2図に示
す回路と比較して電流増幅率は小さいが、熱的安
定性が良くなる。 一方、トランジスタのスイツチング動作の高速
性は、一般に要求されていることであるが、上述
の逆導通トランジスタでは、トランジスタ部の高
速性と同時にダイオード部の高速逆回復性も要求
される。このフリーホイルダイオードの回復速度
が遅い場合には、スイツチング時の電力損失が大
きくなり、さらに同じ系に接続されている他のト
ランジスタを破壊する恐れが生じる。したがつ
て、フリーホイルダイオードは高速動作可能なダ
イオードとし、同時にその配線インダクタンスを
小さくするため同一ケース内に内蔵させることが
好ましい。さらに製造コストの低減と信頼性を考
えればトランジスタと同一ペレツト内に形成する
ことが好ましい。ところが、トランジスタとフリ
ーホイルダイオードをモノリシツク構成する場合
は、トランジスタの特性を劣化させないために、
ライフタイム制御のための金拡散を行なわない
か、あるいは金拡散をしても程度を軽くする必要
があり、フリーホイルダイオードを高速化するこ
とは困難であつた。 次に、フリーホイルダイオードを内蔵した従来
の逆導通トランジスタを第4図を参照して説明す
る。図中1は高不純物濃度で低抵抗率のn形層
で、トランジスタのコレクタならびにフリーホイ
ルダイオードのn形領域として動作する。2は低
不純物濃度で高抵抗率のn形層、3はトランジス
タのベースとなるp形拡散層、3′はベース3と
同一工程で拡散されフリーホイルダイオードのp
形領域として動作するp形層、4はn形エミツタ
拡散層、5は絶縁用シリコン酸化膜、6はベース
電極、7はダイオードのp形領域3′にも接続さ
れたエミツタ電極、8はコレクタ電極である。な
お、ベース・エミツタ間に抵抗が等価的に並列接
続されることを許容するならば、ベース層3とp
形領域3′とを接触させて形成してもよい。 このように構成された逆導通トランジスタで
は、電極7を電極8より正電位にとりフリーホイ
ルダイオードを導通させれば、n形領域1より電
子が注入されてp形領域3′に向かい、pn接合の
障壁を越えて電極7に到達する。このとき電子が
越えるべき電位障壁はp形拡散層3′の不純物濃
度に依存しその値が小さいほど小さいが、このp
形拡散層3′は電極との間に良好な電気的接触を
とるため表面濃度を少くとも1×1018cm-3以上、
好ましくは5×1018cm-3以上の高濃度とする必要
があるために、電子に対する電位障壁がかなり大
きくなる。その結果、n形領域1から注入された
電子がp形拡散層3′の直下の高抵抗率n形層2
中に蓄積されて、ダイオードの逆回復速度を低下
させる原因となつていた。 本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、
トランジスタと高速ダイオードとをモノリシツク
に構成して、トランジスタの所定の特性維持する
ことにより並列ダイオードの逆回復時間を短縮せ
しめた逆導通トランジスタを提供するものであ
る。 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。 第5図は、本発明の一実施例の断面図である。
図中11は、高不純物濃度で低抵抗率のn導電型
の半導体基体であり、トランジスタのコレクタな
らびにフリーホイルダイオードのn導電型領域と
して動作するものである。半導体基体11上には
低不純物濃度で高抵抗率のn導電型の半導体基板
12が形成されている。半導体基板12の所定領
域にはp導電型の第1不純物領域13と第2不純
物領域13′が形成されている。第1不純物領域
13はトランジスタのベースとなるものであり、
第2不純物領域13′はフリーホイルダイオード
のn導電型領域として動作するものである。第1
不純物領域13内にはn導電型のエミツタ領域1
4が形成されている。このエミツタ領域14とベ
ースとなる第1不純物領域13間に抵抗が等価的
に並列接続されることを許容するならば、第1不
純物領域13と第2不純物領域13′とを接触さ
せて形成しても良い。 第2不純物領域13′内には、その表面からn
導電型の電子吸収領域14′が所定間隔で延在し
ている。電子吸収領域14′の拡散深さは、第2
不純物領域13′を突き抜けない程度であれば良
い。また、電子吸収領域14′の形成は、エミツ
タ領域14の形成工程で同時に行うのが好まし
い。電子吸収領域14′の拡散幅Wは、高抵抗率
の半導体基板12におけるキヤリア拡散距離の2
倍より小さく設定する。拡散幅Wがキヤリア拡散
距離の2倍を越えると、電子吸収領域14′の周
辺から拡散距離以上にある部分では電子の吸収領
域として有効に動作しなくなる。また、電子吸収
領域14′の配置形状は、例えば第6図Aに示す
如く、くし形状とするもの、同図Bに示す如く矩
形島状とするもの、或は同図Cに示す如く円形島
状とするもの等何れものでも良い。要は拡散幅W
或は拡散直径Wをキヤリア拡散距離の2倍より小
とするものであれば良い。 また、半導体基板12、第1不純物領域13、
第2不純物領域13′及びエミツタ領域14の露
出表面には二酸化ケイ素からなる絶縁層15が形
成されている。この絶縁層15に穿設されたコン
タクトホールを介して第1不純物領域13(ベー
ス)に接合するベース電極6、エミツタ領域14
と第2不純物領域13′と電子吸収領域14′に接
合するエミツタ電極7が形成されている。半導体
基体11の表面にはコレクタ電極18が形成され
ている。 このように構成された逆導通トランジスタ20
によれば、第2不純物領域13′内に形成された
電子吸収領域14′が第2不純物領域13′に注入
された電子を吸収し、電子の流れを円滑にする働
きをする。すなわち、エミツタ電極17をコレク
タ電極18より正電位としてフリーホイルダイオ
ードを導通状態となしたとき、半導体基体11に
より電子が注入される。つまり、pn接合の障壁
を越えて第2不純物領域13′に侵入した電子は
第2不純物領域13′の表面に達する必要はなく
電子吸収領域14′に達すれば良いことになる。
第2不純物領域13′の不純物濃度は表面からの
深さが大きくなるに従い低下するため、表面濃度
を電極と良好な電気的接触をとるため5×1018cm
-3以上に設定しても、電子吸収領域14′の直下
はたとえば5×1017cm-3以下の低不純物濃度とす
ることが可能であつて、半導体基体11から注入
された電子が越えるべき障壁を第4図に示す従来
の逆導通トランジスタの場合より0.1V以上低下
させることができる。 その結果、フリーホイルダイオードの導通時に
第2不純物領域13′の直下の高抵抗率の半導体
基板12内に蓄積される電子量が小さくなり、逆
回復速度を向上することができる。 次に、本発明の効果を確認するため行つた実験
例について第5図を参照して説明する。 抵抗率50Ωcm厚さ300μmのn導電型シリコン
ウエハの両面に燐(P)拡散を行つて表面濃度1
×1020cm-3、深さ100μmの高濃度n形層を形成
してその中央部に高抵抗率層を残す。次に、その
片面の高濃度n形層をエツチングで取去し、さら
に高抵抗率層の一部をエツチングして高抵抗率層
を70μmの厚さに設定して半導体基板11上に半
導体基板12を形成したものを得る。次いで、半
導体基板12の所定領域に硼素(B)を選択的に
拡散せしめて表面濃度5×1018cm-3、拡散深さ20
μmの第1不純物領域13(ベース)、及び第2
不純物領域13′を同時に形成する。次いで、燐
(P)を拡散して表面濃度が2×1020cm-3、拡散
深さ10μmのエミツタ領域14を第1不純物領域
13内に、同じ表面濃度及び拡散深さの電子吸収
領域14′を第2不純物領域13′内に同時に形成
する。然る後、半導体基板12、第1不純物領域
13、第2不純物領域13′、エミツタ領域14
及び電子吸収領域14′の露出表面に絶縁層15
を形成してこの絶縁層15に開孔したコンタクト
ホールを介してベース電極16、エミツタ電極1
7を形成するとともに、半導体基体11の表面に
コレクタ電極18を形成して逆導通トランジスタ
20を得た。 このように構成した逆導通トランジスタ20
ベース・コレクタ耐圧は450V、ベース・エミツ
タ耐圧は350V、電流増幅率は20〜120であつた。
また、フリーホイルダイオードの逆回復時間の測
定値の一例は0.4μsecとなり、高速動作を達成す
ることができた。 実験例と比較するために第2不純物領域13′
に相当するp形層3′内に電子吸収領域14′を形
成しないようにして、他は実験例と全く同様にし
て第4図に示す如き逆導通トランジスタを作製し
た。この比較例の逆導通トランジスタの逆回復時
間を実験例のものと同一条件で測定したところ約
5μsecであり、実験例のものに比べて遥かに遅
いことが確認された。 以上説明した如く、本発明に係る逆導通トラン
ジスタによれば、半導体基板内に設けられた第2
不純物領域にエミツタ領域に電気的に接続されて
電子を吸収する電子吸収領域を設けたので、並列
ダイオードの逆回復時間を著しく短縮させること
ができる等顕著な効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第3図は、トランジスタのエミツ
タ・コレクタ間にフリーホイルダイオードを逆並
列接続したものを示す回路図、第4図は、従来の
逆導通トランジスタの断面図、第5図は、本発明
の一実施例の断面図、第6図A乃至同図Cは、同
実施例の逆導通トランジスタにおける電子吸収領
域の配列形状を示す平面図である。 11……半導体基体、12……半導体基板、1
3……第1不純物領域、13′……第2不純物領
域、14……エミツタ領域、14′……電子吸収
領域、20……逆導通トランジスタ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 1導電型の半導体基板の所定領域に形成され
    た該基板と逆導電型の第1不純物領域と第2不純
    物領域と、前記第1不純物領域内に形成されたエ
    ミツタ領域と、該エミツタ領域と前記第2不純物
    領域とを電気的に接続する電極とを具備する逆導
    通トランジスタにおいて、第2不純物領域内にエ
    ミツタ領域とは分離してかつ該エミツタ領域と同
    一導電型の電子吸収領域を形成し、該電子吸収領
    域を前記第2不純物領域及び前記エミツタ領域と
    電気的に接続せしめたことを特徴とする逆導通ト
    ランジスタ。
JP7632680A 1980-06-06 1980-06-06 Reverse conductive transistor Granted JPS572566A (en)

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