JPH036861A - Epitaxial gate turn-off thyristor - Google Patents

Epitaxial gate turn-off thyristor

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JPH036861A
JPH036861A JP14261289A JP14261289A JPH036861A JP H036861 A JPH036861 A JP H036861A JP 14261289 A JP14261289 A JP 14261289A JP 14261289 A JP14261289 A JP 14261289A JP H036861 A JPH036861 A JP H036861A
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epitaxial
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gate
recess
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Yoshikazu Takahashi
良和 高橋
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Abstract

PURPOSE:To provide a low gate extraction resistance necessary for improving a maximum turn-off current without variation by a method wherein a high impurity concentration first conductivity type layer is formed on the side and bottom surface of a recess surrounding a first conductivity type epitaxial layer. CONSTITUTION:A P<++>-type diffused layer 10 is formed on the side and bottom surface of a recess which is formed by etching so as to surround an island shape epitaxial layer 4. Even if there is variation in the surface impurity concentration of a P<+>-type base layer 3 exposed in the bottom of the recess or the P<->-type epitaxial layer remains owing to the variation in etching for forming the recess, a high impurity concentration gate extraction current path can be formed by the diffusion of the P<++>-type layer, so that a low gate impedance can be maintained.

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1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 1 degree
(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サイリスク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エミッタ1 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. In general, in order to improve the maximum control current of GTO Cyrisk, there is a method to reduce the gate impedance or a method to increase the reverse withstand 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 1 p base is 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くなければならない
、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エミツ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。
That is, 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 conflicting characteristics, an epitaxial GTO thyristor has been devised in which a low concentration p- layer is provided between a p base layer and an 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、りitnベース12.p”ベース層3
.  p−エピタキシャルベースIIW4.nエミフタ
層5を有し、nエミツタ層5とp″エピタキシヤルベー
ス層4p゛ベース層3囲まれた多数の島状セグメントと
して形成されている。nエミツタ層1およびnエミツタ
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は、
ゲート1i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。
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. p” base layer 3
.. p-epitaxial base IIW4. It has an n-emitter layer 5 and is formed as a number of island-like segments surrounded by an n-emitter layer 5 and a p'' epitaxial base layer 4p. An anode electrode 6 and a cathode electrode 7 are respectively deposited and are connected to the respective main terminals, for example via a pressurized contact electrode body.
Gate 1i pole 8 is deposited. Note that the side surfaces of the island 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とゲート電極8の間でゲート1i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から電流を弓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 flows into the gate 1i pole 8 between the cathode electrode 7 and the gate electrode 8, the epitaxial GTO thyristor 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〕[Problem to be solved by the invention]

上記のようなエピタキシャルGTOサイリスクでは、p
−エピタキシャルベースN4にnエミツタ層5が設けら
れているため、ゲート・カソード間の接合での不純物濃
度が低く、逆耐圧は従来の20〜30Vから100〜1
50 Vへと約5倍に向上させることができる。このこ
とは、ゲート・カソード間に印加する逆バイアスを従来
素子の約5倍に高めることが出来るということであり、
それゆえ、ゲートからの引き抜き能力が5倍に向上する
ことになる。しかしながら、nエミフタ層5直下のpベ
ース層4の濃度が従来素子のpヘース層沼度に対して低
いので、その部分のインピーダンスは従来素子よりも大
きくなる。従って、γ】廣の高いp拡散ベース層3を通
して、ターンオフ時にはゲートから1i流を引き抜くこ
とが必要となるわけである。このp′拡散ベース層3は
、拡散による不純物濃度分布を持っていて、p−エピタ
キシャルベース層4との境界近傍が不純物1度が高い、
それ故、ゲートエツチング時にこのp゛層3不純物1度
の高い部分まで均等にエツチングされない場合には、ゲ
ートインピーダンスにばらつきが生し、最大ターンオフ
電流を著しく損なうこととなる。
In the epitaxial GTO cyrisk as described above, p
- Since the n-emitter layer 5 is provided on the epitaxial base N4, the impurity concentration at the gate-cathode junction is low, and the reverse breakdown voltage is increased from 20-30V to 100-1
It can be improved approximately 5 times to 50 V. This means that the reverse bias applied between the gate and cathode can be increased to about five times that of conventional elements.
Therefore, the ability to pull out from the gate is improved five times. However, since the concentration of the p base layer 4 immediately below the n emifter layer 5 is lower than that of the p-base layer of the conventional element, the impedance of that portion becomes larger than that of the conventional element. Therefore, it is necessary to draw out the 1i current from the gate at turn-off through the p-diffusion base layer 3 having a high width of γ]. This p' diffusion base layer 3 has an impurity concentration distribution due to diffusion, and the impurity concentration is high near the boundary with the p- epitaxial base layer 4.
Therefore, if the impurity level of the p layer 3 is not uniformly etched during gate etching, the gate impedance will vary and the maximum turn-off current will be significantly impaired.

従来のゲートエツチング技術では、30−エツチングし
た時、4インチウェハで5fm程度のエツチングのばら
つきが生じ、ゲートインピーダンスのばらつきの原因と
なったり、p−低濃度エピタキシャルN4を全部エツチ
ングしないで残してしまうことがさけられない状態であ
った。特に、p−エピタキシャル層4が残るとゲートイ
ンピーダンスは掻端に上がるという問題があった。
With conventional gate etching technology, when performing 30-etching, an etching variation of about 5 fm occurs on a 4-inch wafer, causing variation in gate impedance, and leaving all of the p-low concentration epitaxial N4 unetched. The situation was unavoidable. In particular, there was a problem in that if the p-epitaxial layer 4 remained, the gate impedance would rise dramatically.

本発明の目的は、上述の問題を解決し、最大ターンオフ
電流の向上に必要な小さいゲート引き抜き抵抗をばらつ
きなく形成できるエピタキシャルGTOサイリスクを提
供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide an epitaxial GTO silicone which can uniformly form a small gate pull-out resistance necessary for improving the maximum turn-off current.

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

上述の目的を達成するために、本発明は、ゲートt8i
iの設けられる第一導電形のベース層の第二導電形のベ
ース層の反対側に前記第一導電形のベース層に達する深
さの凹部に囲まれた島状の低不純物濃度第−導電形エビ
タキノヤル層を有し、そのエピタキシャル層の表面部に
1!!沢的に第二導電形のエミツタ層が形成されるエピ
タキシャルGTOサイリスタにおいて、第一導電形エピ
タキシャル層を囲む凹部の側面および底面に高不純物1
度第一導電形層が形成されたものとする。
To achieve the above object, the present invention provides gate t8i
an island-like low impurity concentration third conductive layer surrounded by a recess with a depth that reaches the first conductive type base layer on the opposite side of the second conductive type base layer of the first conductive type base layer provided with i. The epitaxial layer has an epitaxial layer with 1! ! In an epitaxial GTO thyristor in which an emitter layer of the second conductivity type is often formed, high impurity 1 is added to the side and bottom surfaces of the recess surrounding the first conductivity type epitaxial layer.
It is assumed that the first conductivity type layer is formed.

〔作用] 島状の低不純物濃度第一導電形エピタキシャル層を囲む
凹部の側面および底面に形成された高不純物濃度第一導
電形はゲート引き抜き電流の径路となり、たとえ凹部の
エツチング深さにばらつきがあっても低ゲートインピー
ダンスが確保できる。
[Function] The high impurity concentration first conductivity type formed on the side and bottom surfaces of the recess surrounding the island-shaped low impurity concentration first conductivity type epitaxial layer becomes a path for the gate extraction current, and even if the etching depth of the recess is uneven. Low gate impedance can be ensured even if

一方、第一導電形のベースと第二導電形のエミッタの間
のpn接合は、低不純物濃度第一導電形エピタキシャル
層とその表面部に選択的に形成された第二導電形エミッ
タ層の間に存在するので高い逆耐圧が十分61!保でき
る。
On the other hand, the pn junction between the base of the first conductivity type and the emitter of the second conductivity type is between the low impurity concentration first conductivity type epitaxial layer and the second conductivity type emitter layer selectively formed on the surface thereof. Because it exists in 61, the high reverse voltage resistance is sufficient! Can be maintained.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の一実施例のエピタキシャルGTOサイ
リスクの断面構造を示し、第2図と共通の部分には同一
の符号が付されている。この場合も第2図のサイリスク
と同様、p−エピタキシャルベース層4はp4ベース層
3に囲まれた多数の島状のセグメントとして形成され、
その表面部に遺灰的にnエミッタN5が設けられている
。従って、nエミツタ層5はp−エピタキシャルベース
層4に囲まれ、その間に生ずるpn接合は高い逆耐圧を
有する。第2図のサイリスクと異なる点は、島状にエピ
タキシャル14を囲んでエツチングにより形成された凹
部の側面および底面に斜線をりいて示したp”拡散層1
0が設けられていることである。このp°゛拡散層は、
島状カソードセグメントの周囲をエツチングにより掘り
下げて凹部を形成するときにカソードセグメント部を保
護した酸化膜マスクをそのまま使用した公知のセルフア
ライメント方式の選択拡散により形成される。凹部形成
のための掘り下げエツチングにばらつきがあって、凹部
底面のp゛ベース層表面不純物濃度にばらつきがあった
り、あるいはp−エピタキシャル層が残ることがあって
も、このp”層の拡散により高不純物濃度のゲート引き
抜き電流の径路が形成され、低ゲートインピーダンスが
確保される。なお、以上の実施例はpベース層にゲート
電極を設けたGTOサイリスタについて述べたが、nベ
ース層にゲート電極を設けたエピタキシャル層GTOサ
イリスタについても同様に本発明を実施できる。
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of an epitaxial GTO silicone according to an embodiment of the present invention, and parts common to those in FIG. 2 are given the same reference numerals. In this case as well, the p-epitaxial base layer 4 is formed as a large number of island-like segments surrounded by the p4 base layer 3, as in the case of Cyrisk in FIG.
An n-type emitter N5 is provided on the surface thereof. Therefore, the n-emitter layer 5 is surrounded by the p-epitaxial base layer 4, and the pn junction formed therebetween has a high reverse breakdown voltage. The difference from the silicon risk shown in FIG. 2 is that the p'' diffusion layer 1 is shown with diagonal lines on the side and bottom surfaces of the recess formed by etching surrounding the epitaxial layer 14 in an island shape.
0 is provided. This p°゛ diffusion layer is
It is formed by selective diffusion using a known self-alignment method in which the oxide film mask that protects the cathode segment is used as is when etching the periphery of the island cathode segment to form a recess. Even if there are variations in the depth of etching to form the recesses, resulting in variations in the surface impurity concentration of the p base layer at the bottom of the recesses, or even if a p- epitaxial layer remains, the diffusion of this p'' layer will result in high etching. A path for gate extraction current with an impurity concentration is formed, and a low gate impedance is ensured.Although the above example describes a GTO thyristor in which a gate electrode is provided in the p base layer, a gate electrode is provided in the n base layer. The present invention can be implemented in the same manner with respect to the provided epitaxial layer GTO thyristor.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、第−導電形のベース層と第二導電形の
エミツタ層との間に、低不純物濃度のエピタキシャルベ
ース層を介在させてゲート電極と隣接主電極の間の逆耐
圧を従来素子の約5倍としたエピタキシャルGTOサイ
リスクの島状エピタキシャル層を囲む凹部の側面および
底面に第−導電形の高不純物濃度層を設けてゲート電極
への引き抜き電流の径路としたため、最大ターンオフ電
流で従来素子の約3倍の能力を持つエビクキシャ/l/
 CT Oサイリスタを得ることが可能となった。
According to the present invention, an epitaxial base layer with a low impurity concentration is interposed between the base layer of the first conductivity type and the emitter layer of the second conductivity type, thereby reducing the reverse breakdown voltage between the gate electrode and the adjacent main electrode. A high impurity concentration layer of the second conductivity type is provided on the side and bottom surfaces of the recess surrounding the island-like epitaxial layer of epitaxial GTO silice, which is approximately five times the size of the device, and serves as a path for the extraction current to the gate electrode. Ebikukisha/l/ has approximately three times the capacity of conventional elements.
It became possible to obtain a CTO thyristor.

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

第1図は本発明の一実施例のエピタキシャルGToサイ
リスクの断面図、第2図は従来のエピタキシャルCTO
サイリスタの断面図である。 l:pエミッタ層、2二〇ベ一ス層、3:p゛ベース層
4:p−エピタキシャルベース層、5:nエミツタ層、
6:アノードt8i、7:カソド電極、8:ゲート電極
、1o:p”拡散層。
Fig. 1 is a cross-sectional view of an epitaxial GTo silisk according to an embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a sectional view of a conventional epitaxial CTO.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a thyristor. 1: p emitter layer, 220 base layer, 3: p base layer 4: p-epitaxial base layer, 5: n emitter layer,
6: anode t8i, 7: cathode electrode, 8: gate electrode, 1o:p'' diffusion 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第
二導電形のベース層の反対側に前記第一導電形のベース
層に達する深さの凹部に囲まれた島状の低不純物濃度第
一導電形エピタキシャル層を有し、そのエピタキシャル
層の表面部に選択的に第二導電形のエミッタ層が形成さ
れるものにおいて、第一導電形エピタキシャル層を囲む
凹部の側面および底面に高不純物濃度第一導電形層が形
成された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 island-like low impurity concentration island surrounded by a recess with a depth reaching the first conductivity type base layer on the opposite side of the second conductivity type base layer where the gate electrode is provided. In a device having an epitaxial layer of the first conductivity type and in which an emitter layer of the second conductivity type is selectively formed on the surface of the epitaxial layer, high impurities are present on the side and bottom surfaces of the recess surrounding the epitaxial layer of the first conductivity type. An epitaxial gate turn-off thyristor characterized in that a concentration first conductivity type layer is formed.
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Cited By (1)

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US8698378B2 (en) 2008-12-23 2014-04-15 Robert Bosch Gmbh Ultrasonic transducer for use in a fluid medium

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