JPH0548083A - 電力用半導体素子 - Google Patents

電力用半導体素子

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JPH0548083A
JPH0548083A JP3200708A JP20070891A JPH0548083A JP H0548083 A JPH0548083 A JP H0548083A JP 3200708 A JP3200708 A JP 3200708A JP 20070891 A JP20070891 A JP 20070891A JP H0548083 A JPH0548083 A JP H0548083A
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JP
Japan
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layer
type
base layer
electrode
type base
Prior art date
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JP3200708A
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English (en)
Inventor
Masaki Atsuta
昌己 熱田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】メサ構造を持つ電力用半導体素子のターンオフ
能力の向上を図ることを目的とする。 【構成】p+ 型エミッタ層2、n型バッファ層3、n-
型ベース層4、p型ベース層5およびn+ 型エミッタ層
6からなるpnpn構造を基本とし、基板表面側は凹凸
が形成されて、その凸部表面にn+ 型エミッタ層6が形
成され、p型エミッタ層2にアノード電極1が、n+
エミッタ層6にカソード電極11が形成され、凹部のp
型ベース層5にゲート電極10が形成されている。p型
ベース層5の凹部側面から底面にかけてベース横方向抵
抗を低減するために高濃度のp+ 型層7が形成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、メサ構造を持つゲート
ターンオフサイリスタやバイポーラトランジスタ等の電
力用半導体素子に関する。
【0002】
【従来の技術】ゲートターンオフサイリスタ(以下、G
TOサイリスタと称する)は、ゲート電極にバイアスを
与えて、アノード電流の一部をゲート電流として外部に
排出することにより自己ターンオフを行う素子である。
この様なGTOサイリスタにおいて、分割エミッタの面
とゲート電極面の間に段差を設けたメサ構造として、圧
接電極構造を用いたものが知られている。
【0003】図7にその様な従来のGTOサイリスタの
要部断面構造を示す。図の基板裏面から、p+ 型エミッ
タ層2、n型バッファ層3、n- 型ベース層4、p型ベ
ース層5およびn+ 型エミッタ層6からなるpnpn構
造を有する。基板表面側は凹凸が形成されて、その凸部
表面にn+ 型エミッタ層6が形成され、凹部にはp型ベ
ース層5が露出している。p型エミッタ層2にアノード
電極1が、n+ 型エミッタ層6にカソード電極11が形
成され、凹部のp型ベース層5にゲート電極10が形成
されている。ゲート電極10とカソード電極11の間の
基板面は第1の絶縁膜8により覆われ、さらにゲート電
極10は第2の絶縁膜9により覆われている。カソード
電極11とゲート電極10の間には段差があり、またゲ
ート電極10上は絶縁膜9で覆われているため、カソー
ド電極11を圧接電極により外部に接続することができ
る。
【0004】この様なGTOサイリスタにおいて、ゲー
ト電極10のコンタクト位置からn型エミッタ層6の中
央部までのp型ベース層5の横方向抵抗が電流遮断能力
(ターンオフ能力)を決定する大きな要因であることが
知られている。p型ベース層5の横方向抵抗が大きい
と、ターンオフの際のキャリア排出に伴うp型ベース層
5内の電圧降下によって、p型ベース層5とn型エミッ
タ層6の間に順バイアスがかかり、n型エミッタ層6か
らの電子注入が止まらずに素子がターンオフできない。
従ってp型ベース層5の横方向抵抗が小さい程、優れた
ターンオフ特性が得られることになる。
【0005】ところが、図7に示すようなメサ構造のG
TOサイリスタでは、ベース電極10のコンタクト位置
とn型エミッタ層6との間の距離が比較的長く、またp
型ベース層5が通常基板表面からの拡散により形成され
ているためにその底部の不純物濃度は低い。従ってゲー
ト電極10のコンタクト位置からn型エミッタ層6の中
央部までのp型ベース層5の横方向抵抗が大きな値にな
り、十分なターンオフ能力が得られないという問題があ
った。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のメ
サ構造を持つGTOサイリスタでは、p型ベース層の横
方向抵抗が高く、高いターンオフ能力が得られないとい
う問題があった。同様の問題は、同様の構造を持つ他の
電力用半導体素子例えば、同様の分割エミッタ構造とメ
サ構造を持つバイポーラトランジスタにもある。本発明
は、この様な点に鑑みなされたもので、ターンオフ能力
を改善した電力用半導体素子を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る電力用半導
体素子は、高抵抗の第1導電型半導体層表面に第2導電
型ベース層が形成され、この第2導電型ベース層の表面
に凹凸が形成され、その凸部表面に第1導電型エミッタ
層が形成されてここにエミッタ電極が形成され、凹部に
制御電極が形成された基本構造を有し、凹部の側面およ
び底面に高濃度第2導電型層が形成されていることを特
徴とする。
【0008】
【作用】本発明によれば、素子表面の凸部に形成された
第1導電型エミッタ層とその周囲の凹部に形成された制
御電極の凹部側面、すなわちメサ側面に高濃度第2導電
型層が形成されているため、第2導電型ベース層の横方
向抵抗が小さいものとなる。従って高いターンオフ能力
を持つGTOサイリスタやバイポーラトランジスタが得
られる。
【0009】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図1は、本発明の一実施例に係るGTOサイ
リスタの一つのカソード領域を示す平面図であり、図2
はそのA−A′断面図である。
【0010】基板裏面から、p+ 型エミッタ層2、n型
バッファ層3、n- 型ベース層4、p型ベース層5およ
びn+ 型エミッタ層6からなるpnpn構造を有する。
基板表面側は凹凸が形成されて、その凸部表面にn+
エミッタ層6が形成され、凹部にはp型ベース層5が露
出している。p型エミッタ層2にアノード電極1が、n
+ 型エミッタ層6にカソード電極11が形成され、凹部
のp型ベース層5にゲート電極10が形成されている。
ゲート電極10とカソード電極11の間の基板面は第1
の絶縁膜8により覆われ、さらにゲート電極10は第2
の絶縁膜9により覆われている。カソード電極11とゲ
ート電極10の間には段差があり、またゲート電極10
上は絶縁膜9で覆われている。ここまでの基本構造は、
従来のものと変わらない。
【0011】この実施例では、p型ベース層5の凹部側
面から底面にかけて高濃度のp+ 型層7が形成されてい
る。またこの実施例では、凸部表面のn+ 型エミッタ層
6はp+ 型層7に直接接触しないように、凸部表面に選
択的に形成されている。
【0012】図3は、この実施例によるGTOサイリス
タの製造工程である。p+ 型エミッタ層,n型バッファ
層3,n- 型ベース層4およびp型ベース層5のpnp
構造を周知の工程で形成した後、p型ベース層5の表面
に第1のマスク材12をパターン形成する((a) )。第
1のマスク材12は、n型エミッタ層形成領域およびゲ
ート電極形成領域に開口を有する。続いて、第1のマス
ク材12に一部重ねて、n型エミッタ層形成領域を覆う
ように第2のマスク材13をパターン形成する((b)
)。この状態で露出しているp型ベース層5をRIE
でエッチングして凹部を形成する((c) )。そして第
1,第2のマスク材12,13を残した状態で斜めイオ
ン注入を行って、凹部の側面および底面に高濃度のp+
型層7を形成する((d) )。
【0013】続いて、第1,第2のマスク材12,13
のうち、第2のマスク材13を除去し、改めて凹部を覆
う第3のマスク材14をパターン形成する。そして第
1,第3のマスク材12,14を用いて不純物イオン注
入を行って、凸部表面に選択的にn+ 型エミッタ層6を
形成する((e) )。以上により拡層形成散工程は終了
し、その後マスク材をすべて除去して((f) )、電極形
成を行なう。
【0014】この実施例のGTOサイリスタでは、凹凸
をもって形成されたp型ベース層5の凹部側面から底面
にかけてp+ 型層7が形成されているために、p型ベー
ス層6の横方向抵抗が小さいものとなる。これにより、
高いターンオフ能力が得られる。またこの実施例では、
+ 型エミッタ層6が、p+ 型層7とが直接接触しない
ように凸部表面に選択的に形成されており、したがって
+ 型層7を形成したことによるエミッタ・ベース間耐
圧の低下もない。
【0015】図4は、別の実施例のGTOサイリスタの
断面図を、図2に対応させて示している。この実施例で
は、先の実施例と異なり、p型ベース層5がゲート電極
形成部の凹部より浅く形成されている。
【0016】この様な構造であっても、凹部の側面から
底面にわたって高濃度のp+ 型層7が形成されるから、
p型ベース層5に対するバイアス印加は問題なく、p+
型層7により低い横方向抵抗が得られる。またこの実施
例の構造を採用すると、p型ベース層5の形成のための
不純物拡散時間が短縮できる。
【0017】図5は、さらに別の実施例のGTOサイリ
スタの要部断面構造を、図2に対応させて示している。
この実施例では、n+ 型エミッタ層6が凸部表面全面に
形成されており、したがってp+ 型層7と直接接触して
いる。
【0018】この実施例の構造では、図2の実施例のも
のに比べて耐圧が低くなるが、エミッタ面積が広くな
る。耐圧とオン電圧との兼ね合いで、先の実施例ほどの
耐圧が要求されない場合にはこの実施例のようにするこ
ともできる。
【0019】図6は、本発明をバイポーラトランジスタ
に適用した実施例の要部断面構造である。基板裏面か
ら、n+ 型コレクタ・コンタクト層22,高抵抗のn-
型コレクタ層23、p型ベース層24およびn+ 型エミ
ッタ層25のnpn構造を有する。これは、図2のGT
Oサイリスタのp+ 型エミッタ層2がない状態と同じで
ある。p型ベース層24は表面に凹凸加工がなされて、
+ 型エミッタ層25はその凸部に形成されている。そ
してGTOサイリスタの場合と同様に凹部側面から底面
に渡って高濃度のp+ 型層26が形成されている。エミ
ッタ側表面は絶縁膜27で覆われ、これに開口が開けら
れてエミッタ電極29,ベース電極28が形成されてい
る。ベース電極28上はさらに絶縁膜30で覆われてい
る。n+ 型コレクタ・コンタクト層22にはコレクタ電
極21が形成されている。
【0020】この実施例のnpnトランジスタの場合も
GTOサイリスタと同様に、定常オン状態で過剰ホール
が蓄積されるので、ターンオフ時にはゲート電極による
過剰ホール排出という動作が必要となる。したがって、
+ 型層26を形成すればベース抵抗が低減して過剰ホ
ールの排出が高速に行われて、高速ターンオフが可能に
なる。
【0021】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、メサ構造を持つ分割エミッタ型の電力用半導体素子
の凹部側面から底面に渡って高濃度層を形成することに
よって、高いターンオフ能力を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るGTOサイリスタの要
部平面図。
【図2】図1のA−A′断面図。
【図3】同実施例の製造工程を説明するための断面図。
【図4】別の実施例のGTOサイリスタの要部断面図。
【図5】別の実施例のGTOサイリスタの要部断面図。
【図6】別の実施例のバイポーラトランジスタの要部断
面図。
【図7】従来のGTOサイリスタの要部断面図。
【符号の説明】
1…アノード電極、 2…p+ 型エミッタ層、 3…n型バッファ層、 4…n- 型ベース層、 5…p型ベース層、 6…n+ 型エミッタ層、 7…p+ 型層、 8,9…絶縁膜、 10…ゲート電極、 11…カソード電極、 21…コレクタ電極、 22…n+ 型コレクタ・コンタクト層、 23…n- 型コレクタ層、 24…p型ベース層、 25…n+ 型エミッタ層、 26…p+ 型層、 29…エミッタ電極、 30…ベース電極。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/74 B 7013−4M J 7013−4M

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高抵抗の第1導電型半導体層表面に第2導
    電型ベース層が形成され、この第2導電型ベース層の表
    面に凹凸が形成され、その凸部表面に第1導電型エミッ
    タ層が形成されてここにエミッタ電極が形成され、凹部
    に制御電極が形成された電力用半導体素子において、前
    記凹部の側面および底面に高濃度第2導電型層が形成さ
    れていることを特徴とする電力用半導体素子。
JP3200708A 1991-08-09 1991-08-09 電力用半導体素子 Pending JPH0548083A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003031584A (ja) * 2001-07-16 2003-01-31 Toshiba Corp 半導体素子
JP2004516655A (ja) * 2000-12-11 2004-06-03 クリー インコーポレイテッド 炭化ケイ素中の自己整合バイポーラ接合トランジスタの製造方法およびそれにより作製されるデバイス
WO2004090990A1 (ja) * 2003-04-09 2004-10-21 The Kansai Electric Power Co., Inc. ゲートターンオフサイリスタ
JP2013515365A (ja) * 2009-12-22 2013-05-02 アーベーベー・テヒノロギー・アーゲー パワー半導体デバイス

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