JPH02278877A - Epitaxial gate turn off thyristor - Google Patents

Epitaxial gate turn off thyristor

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JPH02278877A
JPH02278877A JP10056289A JP10056289A JPH02278877A JP H02278877 A JPH02278877 A JP H02278877A JP 10056289 A JP10056289 A JP 10056289A JP 10056289 A JP10056289 A JP 10056289A JP H02278877 A JPH02278877 A JP H02278877A
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JP
Japan
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layer
epitaxial
gate
emitter
base layer
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Application number
JP10056289A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshikazu Takahashi
良和 高橋
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ゲート電極の設けられる第一導電形のベース
層の上に分散配置される第二導電形のエミッタ層がエピ
タキシャル技術を用いた低不純物濃度の第一導電形の層
を介して形成されるエピタキシャルゲートターンオフ 
(GTO)サイリスクに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides an emitter layer of a second conductivity type distributed on a base layer of a first conductivity type on which a gate electrode is provided, using an epitaxial technique. Epitaxial gate turn-off formed through a layer of first conductivity type with low impurity concentration
(GTO) Regarding Cyrisk.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

GTOサイリスタは、最大制御電流の大きいことが望ま
れる。一般にGTOサイリスタの最大制御電流を向上さ
せるために、ゲートインピーダンスを減少させる方法あ
るいはターンオフ時に、ゲート・カソード間にかける逆
バイアス電圧が大きく出来るようにゲート・カソード間
の逆耐圧を大きくする方法が考えられている。拡散法に
よりnエミフタ、pベースを形成するGTOサイリスタ
では、ゲート・カソード間の逆耐圧とゲートインピーダ
ンスの間には、互いに相反する関係がある。
It is desired that the GTO thyristor has a large maximum control current. Generally, in order to improve the maximum control current of a GTO thyristor, there are methods to reduce the gate impedance or to increase the reverse breakdown voltage between the gate and cathode so that the reverse bias voltage applied between the gate and cathode can be increased at turn-off. It is being In a GTO thyristor in which an n-emitter and a p-base are formed by a diffusion method, there is a mutually contradictory relationship between the reverse breakdown voltage between the gate and cathode and the gate impedance.

′すなわち、ゲートインピーダンスを小さくするために
は、ゲート部のpベース層の濃度が高(なければならな
い、しかしながらゲート・カソード間の逆耐圧を大きく
するためには、pベース層の濃度が低くなければならな
い、これらの相反する特性を解決するために、pベース
層とnエミッタ層の間にエピタキシャル技術による低濃
度のp−層を設けるエピタキシャルGTOサイリスタが
考案されるに至っている。
'In other words, in order to reduce the gate impedance, the concentration of the p-base layer in the gate part must be high. However, in order to increase the reverse breakdown voltage between the gate and cathode, the concentration of the p-base layer must be low. In order to solve these contradictory characteristics, an epitaxial GTO thyristor has been devised in which a low concentration p- layer is provided between the p base layer and the n emitter layer by epitaxial technology.

以下、このエピタキシャルGTOサイリスタの構造を図
を引用して説明する。従来のエピタキシャルGTOサイ
リスタは、第2図に示すような断面構造を備え、シリコ
ン基板はpエミッタ層l。
The structure of this epitaxial GTO thyristor will be explained below with reference to the drawings. A conventional epitaxial GTO thyristor has a cross-sectional structure as shown in FIG. 2, and the silicon substrate has a p-emitter layer.

nベース層2.p9ベース層3.p−エピタキシャルベ
ース層4+  nエミッタ層5を育し、nエミッタ層5
とp−エピタキシャルベース層4はD”ベース層3に囲
まれた多数の島状セグメントとして形成されている。p
エミッタ層1およびnエミッタ層5には、それぞれアノ
ード電極6およびカソード電極7が被着しており、例え
ば加圧接触電極体を介して、それぞれ主端子に接続され
る。また、p′″ベース層3には、ゲート電極8が被着
している。なお、島状セグメントの側面に保護膜として
の酸化膜9に覆われている。
n base layer 2. p9 base layer 3. Grow p- epitaxial base layer 4 + n emitter layer 5, and grow n emitter layer 5
The p-epitaxial base layer 4 is formed as a large number of island-like segments surrounded by the D'' base layer 3.
An anode electrode 6 and a cathode electrode 7 are applied to the emitter layer 1 and the n-emitter layer 5, respectively, and are connected to a main terminal, for example via a pressure contact electrode body. Further, a gate electrode 8 is attached to the p'' base layer 3. The side surfaces of the island-like segments are covered with an oxide film 9 as a protective film.

このようなエピタキシャルGTOサイリスタは、カソー
ド電極7に対してアノード電極6の電圧が正の時、カソ
ード電極7とゲート電ai8の間でゲート電極8に電流
を流し込むとオフ状態からオン状態に移行し、反対にゲ
ート電極8から電流を引き抜くとオン状態からオフ状態
に転する。
In such an epitaxial GTO thyristor, when the voltage of the anode electrode 6 is positive with respect to the cathode electrode 7, when a current is applied to the gate electrode 8 between the cathode electrode 7 and the gate electrode ai8, the state changes from the off state to the on state. On the other hand, when the current is extracted from the gate electrode 8, the ON state changes to the OFF state.

(発明が解決しようとする課題) ここで、可制御電流の向上という点にもう一度目を向け
て見ると、先に述べたエピタキシャルGTOサイリスタ
ではp−エピタキシャルベース層が設けられていゐため
、ゲート・カソード間の接合での濃度が低く、逆耐圧が
100 V〜150vの間へと向上させることが出来る
。従来の一般的なGTOサイリスタのゲート・カソード
間は20V〜30Vであるから、従って理論上は可制御
電流で約5倍が確保できるわけであるが、実際は1.5
倍ぐらいになることはあっても2倍以上になることはな
かった。このことを綿密に調査してみると・、エピタキ
シャルGTOサイリスタのカソード面内に多数配置され
たカソードセグメントのゲート・カソード間の逆耐圧の
ばらつきが理論上の可制御電流からの低下をもたらして
いることがわかった。すなわち、従来のエピタキシャル
GTOサイリスタのカソードセグメント構造は、第2図
に示すようにメサ型で作られているため、p−ベース層
4とnエミッタ層5の間の接合部の角度の微妙な違いに
よって、逆耐圧が30%程度ばらついており、この30
%のばらつきにより、たとえばtoov〜130Vの範
囲にセグメントの逆耐圧がばらつき、ターンオフ最終段
階で100VLか耐圧のかからない部分に電流が集中し
破壊に至っていた。このような問題は、ゲートがnベー
ス層に設けられ、pエミッタ層がゲートに囲まれて分散
配置されるエピタキシャルGTOサイリスタでも同様で
ある。
(Problem to be Solved by the Invention) Now, looking again at the point of improving the controllable current, the epitaxial GTO thyristor mentioned above is provided with a p-epitaxial base layer, so the gate and The concentration at the junction between the cathodes is low, and the reverse breakdown voltage can be improved to between 100V and 150V. Since the voltage between the gate and cathode of a conventional general GTO thyristor is 20V to 30V, theoretically it is possible to secure about 5 times the controllable current, but in reality it is 1.5
It may have doubled, but never more than doubled. When we investigated this matter closely, we found that variations in the reverse withstand voltage between the gate and cathode of the cathode segments arranged in large numbers on the cathode surface of the epitaxial GTO thyristor caused a drop from the theoretical controllable current. I understand. That is, since the cathode segment structure of the conventional epitaxial GTO thyristor is made in a mesa type as shown in FIG. The reverse breakdown voltage varies by about 30% due to
% variation, the reverse breakdown voltage of the segment varies, for example, in the range of toov to 130V, and at the final stage of turn-off, current concentrates in a portion where the breakdown voltage is not applied at 100VL, leading to breakdown. Such a problem also occurs in an epitaxial GTO thyristor in which the gate is provided in the n-base layer and the p-emitter layer is surrounded by the gate and arranged in a distributed manner.

本発明の課題は、可IIIJiI電流の向上に必要なゲ
ートとエミッタ電橋の間の逆耐圧の、分散したエミッタ
電極間でのばらつきの低減したエピタキシャルGTOサ
イリスタを提供することにある。
An object of the present invention is to provide an epitaxial GTO thyristor in which variations in reverse breakdown voltage between the gate and emitter bridge, which are necessary for improving the current, are reduced between dispersed emitter electrodes.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

ゲート電極の設けられる第一導電形のベース層の上に分
散配置される第二導電形のエミッタ層がエピタキシャル
層技術を用いた低不純物濃度の第一導電形の層を介して
形成されるエピタキシ中ルGTOサイリスタにおいて、
第二導電形のエミッタ層と低不純物濃度の第一導電形の
層の間のpn接合がエピタキシャル層の表面に露出して
いるものとする。
An epitaxial method in which an emitter layer of a second conductivity type, which is distributed over a base layer of a first conductivity type in which a gate electrode is provided, is formed via a layer of a first conductivity type with a low impurity concentration using epitaxial layer technology. In the Nakaru GTO thyristor,
It is assumed that the pn junction between the emitter layer of the second conductivity type and the layer of the first conductivity type with a low impurity concentration is exposed on the surface of the epitaxial layer.

〔作用〕[Effect]

第一導電形のベース層に、第二導電形のエミッタ層を選
択拡散で形成すると、その間のpn接合に接するベース
層の不純物濃度は表面に近い部分と表面から違い部分で
は異なり、表面に向けて指数間数的に大きくなっている
。従つてゲート主電極間の接合部の濃度を揃え、逆耐圧
を等しくする目的から濃度の高い部分をゲートエッチダ
ウンする必要があった。しかし、不純物濃度がどの部分
でも等しいエピタキシャル層ではゲートエッチダウンの
必要がなく、pn接合の表面露出部をそのまま残すプレ
ーナ構造をとることができる。従って、メサエッチング
の形伏のばらつきの問題がないため、ゲート・エミッタ
電極間の逆耐圧のエミッタ電極面内でのばらつきがなく
なる。
When an emitter layer of the second conductivity type is formed on the base layer of the first conductivity type by selective diffusion, the impurity concentration of the base layer in contact with the pn junction between them differs between the part near the surface and the part away from the surface, and is growing exponentially. Therefore, in order to equalize the concentration at the junction between the gate main electrodes and to equalize the reverse breakdown voltage, it was necessary to etch down the high concentration portion of the gate. However, in an epitaxial layer in which the impurity concentration is the same everywhere, there is no need to etch down the gate, and a planar structure can be obtained in which the surface of the pn junction is left exposed. Therefore, since there is no problem of variations in the shape of mesa etching, there is no variation in the reverse breakdown voltage between the gate and emitter electrodes within the emitter electrode surface.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の一実施例を示し、第2図と共通の部分
には同一の符号が付されている。このGToサイリスタ
においては、n形シリコン基板に不純物拡散によりpエ
ミッタ層1とp0ベース層3が形成され、基板本来の層
部分はnベース層2として残る。この基板の上に低不純
物濃度のp−エピタキシャル層4が積層され、この層に
表面からの不純物拡散によりnエミッタ層5が形成され
ている。ここまでは第2図に示したGTOサイリスタに
おけるのと同様な工程で製造される。このあと、ゲート
エツチングダウンを行わないで、nエミッタ層5を囲ん
でエピタキシャル層4の表面からp°ベース層3に到達
するp°接触層10を形成する。従ってp”層4とnエ
ミッタ層5との間のpn接合はエピタキシャル層表面に
露出し、酸化膜9で保護されているブレーナ構造となっ
ている。酸化膜9の開口部でnエミッタ層5にはカソー
ド電極7が、p′″接触層10にはゲート電極8が接触
し、pエミッタ層1にはアノード電極6が接触している
。各電極はMにより形成される。ゲート電極8がp4接
触層10を介してp0拡散ベース層3に接続されている
ため、ゲートインピーダンスが低減する。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and parts common to those in FIG. 2 are given the same reference numerals. In this GTo thyristor, a p emitter layer 1 and a p0 base layer 3 are formed in an n-type silicon substrate by impurity diffusion, and the original layer portion of the substrate remains as an n base layer 2. A p-epitaxial layer 4 with a low impurity concentration is laminated on this substrate, and an n-emitter layer 5 is formed in this layer by diffusion of impurities from the surface. Up to this point, the manufacturing process is similar to that of the GTO thyristor shown in FIG. Thereafter, a p° contact layer 10 is formed surrounding the n emitter layer 5 and reaching the p° base layer 3 from the surface of the epitaxial layer 4 without performing gate etching down. Therefore, the pn junction between the p'' layer 4 and the n emitter layer 5 is exposed on the surface of the epitaxial layer and has a brainer structure protected by the oxide film 9. A cathode electrode 7 is in contact with the p''' contact layer 10, a gate electrode 8 is in contact with the p''' contact layer 10, and an anode electrode 6 is in contact with the p emitter layer 1. Each electrode is formed by M. Since the gate electrode 8 is connected to the p0 diffused base layer 3 via the p4 contact layer 10, the gate impedance is reduced.

第3図は本発明の別の実施例を示し、この場合はカソー
ド電極7とゲート電極8の間に段差が設けられる。これ
はカソード電極7に対して電極体が加圧接触するとき、
ゲート電極8に接触してゲート・カソード関が短絡され
るのを防ぐためである。ゲート電極8はp゛拡散ベース
層3に直接接触するのでゲートインピーダンスが低い、
この場合もp゛エピタキシヤル層4nエミッタ層5の間
のpn接合露出部は酸化膜9により保護されているが、
さらにその上が逆電圧をかけた時の電界緩和のためのフ
ィールドプレートとして導電性膜、例えばアモルファス
シリコン膜11により被覆されている。このフィールド
プレートによる表面電界緩和により、ゲート・カソード
間耐圧をより大きくすることができる。
FIG. 3 shows another embodiment of the invention, in which a step is provided between the cathode electrode 7 and the gate electrode 8. FIG. This is because when the electrode body comes into pressure contact with the cathode electrode 7,
This is to prevent the gate-cathode connection from being short-circuited due to contact with the gate electrode 8. Since the gate electrode 8 is in direct contact with the p diffusion base layer 3, the gate impedance is low.
In this case as well, the exposed pn junction between the p′ epitaxial layer 4n emitter layer 5 is protected by the oxide film 9;
Further, the top thereof is covered with a conductive film, for example, an amorphous silicon film 11 as a field plate for mitigating an electric field when a reverse voltage is applied. By relaxing the surface electric field by the field plate, the breakdown voltage between the gate and the cathode can be further increased.

以上の実施例では、ゲート電極がpベース層に設けられ
ているが、ゲート電極がnベース層に設けられ、nベー
ス層上にn−エピタキシャル層を積層して可制御電流を
大きくしたGTOサイリスタにも同様に実施できる。
In the above embodiments, the gate electrode is provided on the p base layer, but the gate electrode is provided on the n base layer, and the GTO thyristor has an n-epitaxial layer laminated on the n base layer to increase the controllable current. This can also be done in the same way.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、可am電流向上のためにゲート電極の
設けられるベース層と隣接する分散した逆導電形のエミ
ッタ層の間に低不純物濃度のエピタキシャル・ベース層
を介在させたGTOサイリスタのゲート・エミッタ電極
間の逆耐圧のエミッタ層面内でのばらつきを、エピタキ
シャル層とエミッタ層とをブレーナ構造にすることによ
り小さくすることができた。この結果、ゲート・エミッ
タ電極間の逆耐圧が、例えば120v±194の高い値
に揃えることができ、従来のメサ構造によるエピタキシ
ャルGTOサイリスタと比較して可制御電流で2倍以上
の性能を得ることが可能となった。
According to the present invention, the gate of a GTO thyristor has an epitaxial base layer with a low impurity concentration interposed between a base layer provided with a gate electrode and an adjacent dispersed emitter layer of opposite conductivity type in order to improve the am current. - Variation in the reverse breakdown voltage between emitter electrodes within the plane of the emitter layer can be reduced by forming the epitaxial layer and the emitter layer into a brainer structure. As a result, the reverse withstand voltage between the gate and emitter electrodes can be adjusted to a high value of, for example, 120v±194V, and compared to the conventional epitaxial GTO thyristor with a mesa structure, it is possible to obtain more than twice the performance with controllable current. became possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例であるエピタキシャルGTO
サイリスタの一つのnエミッタ層を囲む部分の断面図、
第2図は従来のエピタキシャルGToサイリスタの一つ
のnエミッタ層を囲む部分の断面図、第3図は本発明の
別の実施例であるエピタキシャルGTOサイリスタの一
つのnエミッタ層を囲む部分の断面図である。 1:pエミッタ層、2:nベース層、3:pベース層、
4:p−エピタキシャル層、5:nエミッタ層、6:ア
ノード電極、7:カソード電極、8:ゲート電極、1o
op’接触層。
Figure 1 shows an epitaxial GTO which is an embodiment of the present invention.
A cross-sectional view of a portion surrounding one n-emitter layer of a thyristor,
FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion surrounding one n-emitter layer of a conventional epitaxial GTO thyristor, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion surrounding one n-emitter layer of an epitaxial GTO thyristor according to another embodiment of the present invention. It is. 1: p emitter layer, 2: n base layer, 3: p base layer,
4: p-epitaxial layer, 5: n emitter layer, 6: anode electrode, 7: cathode electrode, 8: gate electrode, 1o
op' contact layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1)ゲート電極の設けられる第一導電形のベース層の上
に分散配置される第二導電形のエミッタ層がエピタキシ
ャル層技術を用いた低不純物濃度の第一導電形の層を介
して形成されるものにおいて、第二導電形のエミッタ層
と低不純物濃度の第一導電形の層の間のpn接合がエピ
タキシャル層の表面に露出していることを特徴とするエ
ピタキシャルゲートターンオフサイリスタ。
1) An emitter layer of a second conductivity type distributed over a base layer of a first conductivity type in which a gate electrode is provided is formed via a layer of a first conductivity type with a low impurity concentration using epitaxial layer technology. An epitaxial gate turn-off thyristor characterized in that a pn junction between an emitter layer of a second conductivity type and a layer of a first conductivity type with a low impurity concentration is exposed at the surface of the epitaxial layer.
JP10056289A 1989-04-20 1989-04-20 Epitaxial gate turn off thyristor Pending JPH02278877A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105097908A (en) * 2014-05-20 2015-11-25 湖北台基半导体股份有限公司 Ultra high-speed pulse thyristor and manufacturing method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60210873A (en) * 1984-04-03 1985-10-23 Meidensha Electric Mfg Co Ltd Method for manufacturing power semiconductor devices
JPS61182260A (en) * 1985-02-08 1986-08-14 Toshiba Corp Gate turn-off thyristor
JPS62277766A (en) * 1986-05-27 1987-12-02 Meidensha Electric Mfg Co Ltd Manufacture of thyristor
JPS63284856A (en) * 1987-05-18 1988-11-22 Hitachi Ltd Buried-gate type gto thyristor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60210873A (en) * 1984-04-03 1985-10-23 Meidensha Electric Mfg Co Ltd Method for manufacturing power semiconductor devices
JPS61182260A (en) * 1985-02-08 1986-08-14 Toshiba Corp Gate turn-off thyristor
JPS62277766A (en) * 1986-05-27 1987-12-02 Meidensha Electric Mfg Co Ltd Manufacture of thyristor
JPS63284856A (en) * 1987-05-18 1988-11-22 Hitachi Ltd Buried-gate type gto thyristor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105097908A (en) * 2014-05-20 2015-11-25 湖北台基半导体股份有限公司 Ultra high-speed pulse thyristor and manufacturing method thereof

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