JPH0693507B2 - 半導体構成素子 - Google Patents
半導体構成素子Info
- Publication number
- JPH0693507B2 JPH0693507B2 JP61059082A JP5908286A JPH0693507B2 JP H0693507 B2 JPH0693507 B2 JP H0693507B2 JP 61059082 A JP61059082 A JP 61059082A JP 5908286 A JP5908286 A JP 5908286A JP H0693507 B2 JPH0693507 B2 JP H0693507B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- protection zone
- zone
- semiconductor component
- diode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
- H10D84/101—Integrated devices comprising main components and built-in components, e.g. IGBT having built-in freewheel diode
- H10D84/131—Thyristors having built-in components
- H10D84/135—Thyristors having built-in components the built-in components being diodes
- H10D84/136—Thyristors having built-in components the built-in components being diodes in anti-parallel configurations, e.g. reverse current thyristor [RCT]
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
- H10D62/13—Semiconductor regions connected to electrodes carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. source or drain regions
- H10D62/141—Anode or cathode regions of thyristors; Collector or emitter regions of gated bipolar-mode devices, e.g. of IGBTs
- H10D62/142—Anode regions of thyristors or collector regions of gated bipolar-mode devices
Landscapes
- Thyristors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特許請求の範囲第（１）項記載の概念に従っ
た半導体構成素子に関するものである。
た半導体構成素子に関するものである。
本発明の概念はCH−PS594989に記載の技術に関連したも
のである。
のである。
CH−PS594989中には、逆導通サイリスタに関する記載が
なされており、同サイリスタは、１個のサイリスタと１
個の逆並列接続ダイオードをシリコン板上で接合してい
る。これらの両構成要素の相互的に及ぼす影響は、別の
構成要素である特殊な保護環によって回避されている。
なされており、同サイリスタは、１個のサイリスタと１
個の逆並列接続ダイオードをシリコン板上で接合してい
る。これらの両構成要素の相互的に及ぼす影響は、別の
構成要素である特殊な保護環によって回避されている。
この種の逆導通サイリスタは、直流整流器、変圧整流
器、連続稼動される電力供給装置、静電フィルタ等々に
用いられる。スイスのBrown Boveri社の社内報告誌Ｉ
（1979）、第５頁乃至10頁を参照のこと。逆導通サイリ
スタを用いて、例えば索引に用いられるモーターのよう
な誘導負荷が装着される場合は常に、サイリスタの順方
向に対する逆方向の電流回路を考慮すべきである。この
場合の欠点は、従来のサイリスタの場合、強制転換回路
を用いて切換えるために転換回路を必要とすることにあ
る。
器、連続稼動される電力供給装置、静電フィルタ等々に
用いられる。スイスのBrown Boveri社の社内報告誌Ｉ
（1979）、第５頁乃至10頁を参照のこと。逆導通サイリ
スタを用いて、例えば索引に用いられるモーターのよう
な誘導負荷が装着される場合は常に、サイリスタの順方
向に対する逆方向の電流回路を考慮すべきである。この
場合の欠点は、従来のサイリスタの場合、強制転換回路
を用いて切換えるために転換回路を必要とすることにあ
る。
しゃ断できる、つまりGTO（ゲートターンオフ）サイリ
スタを、従来のサイリスタの代わりに使用できると言う
ことは日立社の全31巻からなる論評集（1982年）、第１
巻、23乃至27頁から周知のことである。
スタを、従来のサイリスタの代わりに使用できると言う
ことは日立社の全31巻からなる論評集（1982年）、第１
巻、23乃至27頁から周知のことである。
GTOサイリスタは、非常に広範囲なしゃ断電流（20A・・
・＞2000A）と電圧600V・・・＞4500V）を維持できる。
IEEEの電子装置に関する会報全ED−31巻の第12巻、1984
年12月、1681頁乃至1686頁を参照のこと。
・＞2000A）と電圧600V・・・＞4500V）を維持できる。
IEEEの電子装置に関する会報全ED−31巻の第12巻、1984
年12月、1681頁乃至1686頁を参照のこと。
GTOのサイリスタが独立したダイオードに対し逆並列接
続される場合には、下記の問題が生ずる。
続される場合には、下記の問題が生ずる。
外部回路の漏れインダクタンスは、過電圧を招き、これ
はGTOサイリスタにとって不利な結果をもたらす可能性
がある。ダイオードの特性は、GTOサイリスタに適合す
る必要があるが、それが保証される場合は非常に少い。
又、価格が比較的高い。
はGTOサイリスタにとって不利な結果をもたらす可能性
がある。ダイオードの特性は、GTOサイリスタに適合す
る必要があるが、それが保証される場合は非常に少い。
又、価格が比較的高い。
本発明は、GTOサイリスタを逆並列接続ダイオードと一
つの半導体構成素子中で接合し、更にGTOサイリスタの
制御電流が可能な限り良好にダイオードと減結合される
ことにある。
つの半導体構成素子中で接合し、更にGTOサイリスタの
制御電流が可能な限り良好にダイオードと減結合される
ことにある。
本発明の利点は、利用者のための価格が安くなることに
ある。接合素子の価格は、従来のサイリスタ及びダイオ
ードの価格よりも安い。GTOサイリスタとダイオードの
減結合により、陰極短絡を回避できる。同時に、ダイオ
ードの電導相を通って少数の遊離荷電体のみがGTOサイ
リスタ領域へ到達するので、構成要素の破壊を招きうる
失弧から回避できる。
ある。接合素子の価格は、従来のサイリスタ及びダイオ
ードの価格よりも安い。GTOサイリスタとダイオードの
減結合により、陰極短絡を回避できる。同時に、ダイオ
ードの電導相を通って少数の遊離荷電体のみがGTOサイ
リスタ領域へ到達するので、構成要素の破壊を招きうる
失弧から回避できる。
次に図面の説明をするに、図面中では、同じ部品には同
じ関連符号が付されている。第１図に示されている縮尺
通りではないが円形の半導体は、中心にゲートターンオ
フ（GTO）制御電極７と、周囲に電気絶縁性の不活性不
動態化層６を有している。不動態化物質としては、ポリ
イミドが用いられる。この不動態化層６に基づいて、２
つの同心のゾーンに島状の多数の縦長なGTO陰極８及び
８′が突き出ている。GTO陰極８及び８′の長さｌは、2
mm乃至8mmの間であり、その巾は、200μｍ乃至400μｍ
の間であれば好都合であり、100μｍ乃至500μｍの間で
ある。円の周囲方向で隣接しているGTO陰極８又は８′
間の平均間隔ｔは、0.3mm乃至0.5mmの間である。GTO陰
極８と８′との間の放射線上の間隔ｒは、300μｍ乃至5
00μｍであれば好都合であり、100μｍ乃至1mmの間であ
る。第２図を参照のこと。
じ関連符号が付されている。第１図に示されている縮尺
通りではないが円形の半導体は、中心にゲートターンオ
フ（GTO）制御電極７と、周囲に電気絶縁性の不活性不
動態化層６を有している。不動態化物質としては、ポリ
イミドが用いられる。この不動態化層６に基づいて、２
つの同心のゾーンに島状の多数の縦長なGTO陰極８及び
８′が突き出ている。GTO陰極８及び８′の長さｌは、2
mm乃至8mmの間であり、その巾は、200μｍ乃至400μｍ
の間であれば好都合であり、100μｍ乃至500μｍの間で
ある。円の周囲方向で隣接しているGTO陰極８又は８′
間の平均間隔ｔは、0.3mm乃至0.5mmの間である。GTO陰
極８と８′との間の放射線上の間隔ｒは、300μｍ乃至5
00μｍであれば好都合であり、100μｍ乃至1mmの間であ
る。第２図を参照のこと。
円形半導体の外周に沿っては、ダイオードの陽極９があ
る。陽極９とGTOサイリスタ領域の間には、典型的な荷
電体拡散距離の少くとも２倍の巾ｓの保護ゾーンＳがあ
る。この巾ｓは、ダイオードＤの伝導相を通って少数の
遊離荷電体のみがGTOサイリスタ領域へ到達できるよう
な大きさでなければならない。GTO陰極８′の保護層Ｓ
との放射線上の間隔は、100μｍ乃至300μｍの間であれ
ば好都合であり、10μｍ乃至1mmの範囲にある。
る。陽極９とGTOサイリスタ領域の間には、典型的な荷
電体拡散距離の少くとも２倍の巾ｓの保護ゾーンＳがあ
る。この巾ｓは、ダイオードＤの伝導相を通って少数の
遊離荷電体のみがGTOサイリスタ領域へ到達できるよう
な大きさでなければならない。GTO陰極８′の保護層Ｓ
との放射線上の間隔は、100μｍ乃至300μｍの間であれ
ば好都合であり、10μｍ乃至1mmの範囲にある。
必要に応じた最大しゃ断アンペア数に応じて円形半導体
の直径は、10mm乃至100mmの範囲にあり、厚さは、必要
とされるしゃ断電圧に応じて200μｍ乃至1.5mmの範囲に
ある。
の直径は、10mm乃至100mmの範囲にあり、厚さは、必要
とされるしゃ断電圧に応じて200μｍ乃至1.5mmの範囲に
ある。
第１図の円形半導体の中心から右の縁までの線Ａに沿っ
た第２図に見られる横断面図中には、左側部分にGTOと
称する２個のしゃ断可能なサイリスタ領域、略してGTO
領域が図示されており、GTO領域は、保護層Ｓを介して
右側部分のダイオード領域Ｄと接合している。
た第２図に見られる横断面図中には、左側部分にGTOと
称する２個のしゃ断可能なサイリスタ領域、略してGTO
領域が図示されており、GTO領域は、保護層Ｓを介して
右側部分のダイオード領域Ｄと接合している。
GTO領域は、各々のサイリスタに対し交互にｎ型電導体
とｐ型電導体の重ねられた荷電体層を有している。つま
り、各々のサイリスタに対しては、1019cm-3乃至1021cm
-3の範囲で、表面に沿ってドナー凝縮体を有するGTO陰
極層として、不純物が多量に添加されている独立したｎ
電導型エミッタ層或いはn+エミッタ層１又は１′を有し
ており、両方のサイリスタに対しては、1017cm-3乃至10
19cm-3の範囲で、表面に沿ってアクセプタ凝縮体を有
し、中程度に不純物が添加されている両サイリスタに共
通なｐ電導型ｐベース層２と、1013cm-3乃至1015cm-3の
範囲で、ドナー凝縮体を有し不純物が少量添加されてい
る両サイリスタに共通なｎ電導型n-ベース層３と、1018
cm-3乃至1020cm-3の範囲で、表面に沿ってアクセプタ凝
縮体を有するGTO陽極層として両サイリスタ共通の不純
物が多量に添加されているｐ電導型p+エミッタ層４とを
有している。
とｐ型電導体の重ねられた荷電体層を有している。つま
り、各々のサイリスタに対しては、1019cm-3乃至1021cm
-3の範囲で、表面に沿ってドナー凝縮体を有するGTO陰
極層として、不純物が多量に添加されている独立したｎ
電導型エミッタ層或いはn+エミッタ層１又は１′を有し
ており、両方のサイリスタに対しては、1017cm-3乃至10
19cm-3の範囲で、表面に沿ってアクセプタ凝縮体を有
し、中程度に不純物が添加されている両サイリスタに共
通なｐ電導型ｐベース層２と、1013cm-3乃至1015cm-3の
範囲で、ドナー凝縮体を有し不純物が少量添加されてい
る両サイリスタに共通なｎ電導型n-ベース層３と、1018
cm-3乃至1020cm-3の範囲で、表面に沿ってアクセプタ凝
縮体を有するGTO陽極層として両サイリスタ共通の不純
物が多量に添加されているｐ電導型p+エミッタ層４とを
有している。
n+エミッタ層１及び１′と、ｐベース層２の間の第１の
pn接合箇所には16が符されており、ｐベース層２とn-ベ
ース層３の間の第２のpn接合箇所には17が、更にn-ベー
ス層３とp+エミッタ層４の間の第３のpn接合箇所には18
が符されている。第２のpn接合箇所17の両側にある空間
電荷ゾーンには５が符されている。n+エミッタ層１及び
１′と比較してより深くにある制御電極には、７が符さ
れており、同電極を、間隔を保ってGTO陰極電極８及び
８′が囲んでいる。制御電極層により覆われており且つ
接合されている制御電極領域の面19は、第１のpn接合箇
所16よりも低くなっている。
pn接合箇所には16が符されており、ｐベース層２とn-ベ
ース層３の間の第２のpn接合箇所には17が、更にn-ベー
ス層３とp+エミッタ層４の間の第３のpn接合箇所には18
が符されている。第２のpn接合箇所17の両側にある空間
電荷ゾーンには５が符されている。n+エミッタ層１及び
１′と比較してより深くにある制御電極には、７が符さ
れており、同電極を、間隔を保ってGTO陰極電極８及び
８′が囲んでいる。制御電極層により覆われており且つ
接合されている制御電極領域の面19は、第１のpn接合箇
所16よりも低くなっている。
ｐベース層２及びn-型ベース層３は、サイリスタ領域GT
Oから、保護ゾーンＳを通ってダイオード領域Ｄにまで
及んでいる。ｐベース層２は、そこでダイオードＤの陽
極を成しており、この陽極は、電極層９を支えており、
同電極層は、GTO陰極電極８及び８′と同じ高さになっ
ている。n-ベース層３は、ダイオード領域Ｄ中におい
て、不純物が多量に添加されているｎ電導型n+ダイオー
ド層と接合しており、同ダイオード層は、ダイオード陰
極を形成している。GTOのp+エミッタ層４も、保護ゾー
ンＳ領域内のn-ベース層３も、更にn+ダイオード層11も
その外面の水平面位置は同じであり、半導体構成素子の
主電極を成しているすべてに共通の金属10によって電気
的に接触している。
Oから、保護ゾーンＳを通ってダイオード領域Ｄにまで
及んでいる。ｐベース層２は、そこでダイオードＤの陽
極を成しており、この陽極は、電極層９を支えており、
同電極層は、GTO陰極電極８及び８′と同じ高さになっ
ている。n-ベース層３は、ダイオード領域Ｄ中におい
て、不純物が多量に添加されているｎ電導型n+ダイオー
ド層と接合しており、同ダイオード層は、ダイオード陰
極を形成している。GTOのp+エミッタ層４も、保護ゾー
ンＳ領域内のn-ベース層３も、更にn+ダイオード層11も
その外面の水平面位置は同じであり、半導体構成素子の
主電極を成しているすべてに共通の金属10によって電気
的に接触している。
すべての電極又は電極層は、アルミニウムから作られて
いる。勿論、電気的な接触のためには、金、プラチナ等
々のような他の金属も適している。
いる。勿論、電気的な接触のためには、金、プラチナ等
々のような他の金属も適している。
GTO制御電極層７と、GTO陰極電極８及び８′と、ダイオ
ードの陽極電極９の間には、不動態化６が設けられてい
る。この不動態化層６は、GTO陰極電極８及び８′は除
いて、制御電極層７の中心に至るまでの定められている
領域の電気的な接続に対し保護している。GTO陰極電極
が除かれている理由は、さもないとGTO陰極電極に共通
で、第２の主電極としての役目を有するモリブデン層1
3、〔第３図参照〕との電気的接触が保証され得なくな
るからである。不動態化層６は、安全性を考慮して、GT
O陰極電極８及び８′並びに電極９に対しわずかな間隔
を保っている。保護ゾーン領域中の面20の不動態化層
は、原則的には必要とされない。保護ゾーンＳの凹所の
GTO陰極層１及び１′の面に対する最大深度ａは、10μ
ｍ乃至100μｍの範囲にある。保護ゾーン領域Ｓの面20
は、隣接している制御電極領域の面19よりもわずかに低
い。空間電荷ゾーン５は、面20との間隔が１μｍ乃至10
μｍの範囲であれば好都合であるが、１μｍ乃至30μｍ
の範囲で面との間隔を保っているので、保護ゾーンＳの
何れの点においてもこの面20に達することはない。
ードの陽極電極９の間には、不動態化６が設けられてい
る。この不動態化層６は、GTO陰極電極８及び８′は除
いて、制御電極層７の中心に至るまでの定められている
領域の電気的な接続に対し保護している。GTO陰極電極
が除かれている理由は、さもないとGTO陰極電極に共通
で、第２の主電極としての役目を有するモリブデン層1
3、〔第３図参照〕との電気的接触が保証され得なくな
るからである。不動態化層６は、安全性を考慮して、GT
O陰極電極８及び８′並びに電極９に対しわずかな間隔
を保っている。保護ゾーン領域中の面20の不動態化層
は、原則的には必要とされない。保護ゾーンＳの凹所の
GTO陰極層１及び１′の面に対する最大深度ａは、10μ
ｍ乃至100μｍの範囲にある。保護ゾーン領域Ｓの面20
は、隣接している制御電極領域の面19よりもわずかに低
い。空間電荷ゾーン５は、面20との間隔が１μｍ乃至10
μｍの範囲であれば好都合であるが、１μｍ乃至30μｍ
の範囲で面との間隔を保っているので、保護ゾーンＳの
何れの点においてもこの面20に達することはない。
半導体構成素子のシリコン母材に見られる金又はプラチ
ナの様な重金属の原子構造が原因で又は電子ビーム或い
はガンマ線が原因で、ダイオードの荷電体寿命は、サイ
リスタの寿命より短く設定されているのが望ましい。
ナの様な重金属の原子構造が原因で又は電子ビーム或い
はガンマ線が原因で、ダイオードの荷電体寿命は、サイ
リスタの寿命より短く設定されているのが望ましい。
ダイオードＤとサイリスタGTOをより良好に減結合する
ために、本願発明では、第３図に示されている如く、保
護ゾーンＳ中で、わずかな間隔を保ってp+エミッタ層４
に隣接して不純物が多量に添加されているｎ電導型正孔
捕獲ゾーン15が、またわずかな間隔を保ってn+ダイオー
ド層11に隣接して不純物が多量に添加されているｐ電導
型電子捕獲ゾーン14が設けられている。こゝで重要な事
は、GTOサイリスタの点弧及び消弧プロセスの際にダイ
オード陽極へ向かう制御電極層７からの好ましくない電
流が極く少量に留まるように、保護ゾーンＳの巾ｓと、
腐食により作られた保護ゾーンＳの凹所の深さａは形成
されている必要がある。
ために、本願発明では、第３図に示されている如く、保
護ゾーンＳ中で、わずかな間隔を保ってp+エミッタ層４
に隣接して不純物が多量に添加されているｎ電導型正孔
捕獲ゾーン15が、またわずかな間隔を保ってn+ダイオー
ド層11に隣接して不純物が多量に添加されているｐ電導
型電子捕獲ゾーン14が設けられている。こゝで重要な事
は、GTOサイリスタの点弧及び消弧プロセスの際にダイ
オード陽極へ向かう制御電極層７からの好ましくない電
流が極く少量に留まるように、保護ゾーンＳの巾ｓと、
腐食により作られた保護ゾーンＳの凹所の深さａは形成
されている必要がある。
ダイオードＤとGTOサイリスタの減接合のための他の改
善は、第３図の横断面中に部分的に図示されている半導
体構成素子によって達成された。ここでは、空間電荷ゾ
ーン５は、保護ゾーンＳの一部分の巾ｘの縦方向で、保
護ゾーンの面20まで延びており、この場合、妨害のない
空間電荷ゾーン５とGTO陰極層１及び１′の面との間隔
ｄ、もしくは、p+ダイオード層12の面との間隔ｄは、保
護ゾーンＳの凹所の最大深度よりも小さい。ａとｄの差
は、１μｍ乃至10μｍの範囲であれば好都合であるが、
１μｍ乃至30μｍの範囲にある。部分的な巾ｘは、保護
ゾーンＳの巾とほゞ同じ大きさである。
善は、第３図の横断面中に部分的に図示されている半導
体構成素子によって達成された。ここでは、空間電荷ゾ
ーン５は、保護ゾーンＳの一部分の巾ｘの縦方向で、保
護ゾーンの面20まで延びており、この場合、妨害のない
空間電荷ゾーン５とGTO陰極層１及び１′の面との間隔
ｄ、もしくは、p+ダイオード層12の面との間隔ｄは、保
護ゾーンＳの凹所の最大深度よりも小さい。ａとｄの差
は、１μｍ乃至10μｍの範囲であれば好都合であるが、
１μｍ乃至30μｍの範囲にある。部分的な巾ｘは、保護
ゾーンＳの巾とほゞ同じ大きさである。
第２図中に見られる比較的深い保護ゾーンｓ領域の凹所
は、半導体構成素子の最後の高温による熱処理に基づい
て、エッチングにより作られるのが望ましい。
は、半導体構成素子の最後の高温による熱処理に基づい
て、エッチングにより作られるのが望ましい。
第２のpn接合箇所17は、保護ゾーン領域の最も深い面20
より十分下にあるので、この面20より下の電界強度は、
＜2.1014v/cmであれば良好であり、＜105v/cmである。
より十分下にあるので、この面20より下の電界強度は、
＜2.1014v/cmであれば良好であり、＜105v/cmである。
第４図乃至第７図に従った構造の場合、並びに半導体構
成素子の構造の場合、不動態化は、保護ゾーンＳ領域に
見られる不動態化層６によって行われる必要がある。
成素子の構造の場合、不動態化は、保護ゾーンＳ領域に
見られる不動態化層６によって行われる必要がある。
GTOサイリスタの点弧プロセス中は、半導体構成素子の
この状態により制御電極の寄生電流がしゃ断される。消
弧プロセスの主部の間は、電導性のみぞが設けられてい
る。副次的な効果として半導体構成素子のしゃ断電圧は
わずかなパーセント低減する。ダイオード領域では、ダ
イオード陽極としてのp+層12により、ｐ型ベース層２と
電極９の間により良好に荷電体の注入ができる。
この状態により制御電極の寄生電流がしゃ断される。消
弧プロセスの主部の間は、電導性のみぞが設けられてい
る。副次的な効果として半導体構成素子のしゃ断電圧は
わずかなパーセント低減する。ダイオード領域では、ダ
イオード陽極としてのp+層12により、ｐ型ベース層２と
電極９の間により良好に荷電体の注入ができる。
第４図に従った半導体構成素子の構造の場合、保護ゾー
ン領域Ｓに見られる第２のpn接合箇所17は、その最も深
い位置にある面20に接して案内されている。この面20
は、１μｍ乃至20μｍの範囲であれば好都合であるが、
１μｍ乃至50μｍの範囲で制御電極領域の面19よりも補
促深度もしくは間隔ｅだけ深くなっている。
ン領域Ｓに見られる第２のpn接合箇所17は、その最も深
い位置にある面20に接して案内されている。この面20
は、１μｍ乃至20μｍの範囲であれば好都合であるが、
１μｍ乃至50μｍの範囲で制御電極領域の面19よりも補
促深度もしくは間隔ｅだけ深くなっている。
半導体構成素子のこの構造は、シリコン板の上方領域に
硼素、アルミニウム又はガリウムのようなアクセプタを
均等に配置することで達成され、これは後にｐベース層
２を形成することになっている。次に、保護ゾーンＳの
部分巾ｘのためにｐベース層２は、例えばエッチングに
より取除かれて更に焼鈍される。焼鈍しの際、ｐ型ベー
ス層のアクセプタの熱拡散が生じ、それによりpn接合箇
所17の所望の深さが得られる。保護ゾーンＳの凹所領域
では、アクセプタが除去されて了っているので、第２の
pn接合箇所17はアーチ型となり、空間電荷ゾーン５は保
護ゾーンの端で上方へ湾曲している。保護ゾーン面もエ
ッチングされれば好都合であるが、GTOサイリスタの制
御領域の面は、引続き行われるエッチングにより、少く
ともn+型エミッタ層１又は１′の厚さだけ面19の高さま
で下げられる。保護ゾーンＳの部分巾ｘは、0.1mm乃至1
mmの範囲にある。巾ｘの大きな値に対しては、保護ゾー
ン領域中に非常に良好な不動態化層を必要とする。最大
電界強度がE0105v/cmに達するからである。
硼素、アルミニウム又はガリウムのようなアクセプタを
均等に配置することで達成され、これは後にｐベース層
２を形成することになっている。次に、保護ゾーンＳの
部分巾ｘのためにｐベース層２は、例えばエッチングに
より取除かれて更に焼鈍される。焼鈍しの際、ｐ型ベー
ス層のアクセプタの熱拡散が生じ、それによりpn接合箇
所17の所望の深さが得られる。保護ゾーンＳの凹所領域
では、アクセプタが除去されて了っているので、第２の
pn接合箇所17はアーチ型となり、空間電荷ゾーン５は保
護ゾーンの端で上方へ湾曲している。保護ゾーン面もエ
ッチングされれば好都合であるが、GTOサイリスタの制
御領域の面は、引続き行われるエッチングにより、少く
ともn+型エミッタ層１又は１′の厚さだけ面19の高さま
で下げられる。保護ゾーンＳの部分巾ｘは、0.1mm乃至1
mmの範囲にある。巾ｘの大きな値に対しては、保護ゾー
ン領域中に非常に良好な不動態化層を必要とする。最大
電界強度がE0105v/cmに達するからである。
点弧プロセスの際、制御電極の寄生電流はしゃ断され
る。消弧プロセスの際には、保護ゾーンＳは、制御電極
の寄生電流をしゃ断するベース電流を有さない水平方向
pnpトランジスタの様な作用をする。副次的な効果とし
て、大きな部分巾ｘの場合には、しゃ断電圧が著しく低
減する結果となる。
る。消弧プロセスの際には、保護ゾーンＳは、制御電極
の寄生電流をしゃ断するベース電流を有さない水平方向
pnpトランジスタの様な作用をする。副次的な効果とし
て、大きな部分巾ｘの場合には、しゃ断電圧が著しく低
減する結果となる。
GTOサイリスタの陽極領域では、制御電極領域中のp+エ
ミッタ層４′がｎ電導型正孔捕獲ゾーン15′によって中
断されており、同ゾーン15′によってサイリスタのしゃ
断が容易になる。
ミッタ層４′がｎ電導型正孔捕獲ゾーン15′によって中
断されており、同ゾーン15′によってサイリスタのしゃ
断が容易になる。
第５図に従った半導体構造素子の構造と第４図の半導体
構造素子の構造との違いは、制御電極領域中の面19と、
保護ゾーンＳ中の面20が同じ高さ上にあること、保護ゾ
ーン領域中の第2pn接合箇所17及び空間電荷ゾーン５が
著しく変形していることである。これは、保護ゾーン領
域Ｓで保護されながらアクセプタがｐ型ベース層２中へ
移動することと、最初のエッチングプロセスが行われな
いことによるものである。
構造素子の構造との違いは、制御電極領域中の面19と、
保護ゾーンＳ中の面20が同じ高さ上にあること、保護ゾ
ーン領域中の第2pn接合箇所17及び空間電荷ゾーン５が
著しく変形していることである。これは、保護ゾーン領
域Ｓで保護されながらアクセプタがｐ型ベース層２中へ
移動することと、最初のエッチングプロセスが行われな
いことによるものである。
第６図に従った半導体構造素子の構造の場合、n-ベース
層３より下に、1014cm-3乃至1016cm-3の範囲でドナ凝縮
体を有する不純物が少量添加されたnsベース層23を有し
ている。保護ゾーン領域Ｓでは、その都度同じ巾ｂで第
１及び第２保護ゾーンの接触点21及び22に接している第
2pn接合箇所17及び空間電荷ゾーン５が、保護ゾーン領
域の一番深い面20へ案内されている。この巾ｂは、横の
拡散によって左右され、100μｍまでの範囲であれば好
都合であるが、300μｍまでの範囲にある。空間電荷ゾ
ーン15の接触領域においてのみ面20は制御電極領域の面
19よりも低くなっているので、保護ゾーンの接触点21及
び22の間ではｐ型ベース層２の一部分が保護ゾーンＳの
面にまで達している。この構造は、第４図との関連にお
いて記載されている方法により得られるが、この場合、
最初の切削（例えば腐食による）は、保護ゾーンの両方
の接触点21及び22だけに限定されている。
層３より下に、1014cm-3乃至1016cm-3の範囲でドナ凝縮
体を有する不純物が少量添加されたnsベース層23を有し
ている。保護ゾーン領域Ｓでは、その都度同じ巾ｂで第
１及び第２保護ゾーンの接触点21及び22に接している第
2pn接合箇所17及び空間電荷ゾーン５が、保護ゾーン領
域の一番深い面20へ案内されている。この巾ｂは、横の
拡散によって左右され、100μｍまでの範囲であれば好
都合であるが、300μｍまでの範囲にある。空間電荷ゾ
ーン15の接触領域においてのみ面20は制御電極領域の面
19よりも低くなっているので、保護ゾーンの接触点21及
び22の間ではｐ型ベース層２の一部分が保護ゾーンＳの
面にまで達している。この構造は、第４図との関連にお
いて記載されている方法により得られるが、この場合、
最初の切削（例えば腐食による）は、保護ゾーンの両方
の接触点21及び22だけに限定されている。
ダイオードの構造は、第３図のそれに相応する。半導体
構成素子の中心領域中にあるｎ電導型正孔捕獲ゾーン1
5′は、第４図に従った同ゾーンよりも巾が広くなって
おり、制御電極７の中心部分の直径全体にまで及んでい
る。
構成素子の中心領域中にあるｎ電導型正孔捕獲ゾーン1
5′は、第４図に従った同ゾーンよりも巾が広くなって
おり、制御電極７の中心部分の直径全体にまで及んでい
る。
第７図に従った半導体構成素子の構造と第６図の同構造
との違いは、制御電極領域の面19が、保護ゾーンＳ中の
面20と同じ高さにあることである。これは、第５図に従
った構造と同様に、アクセプタがｐベース層２中へ保護
されながら移動することと、最初のエッチングプロセス
が行われないことによるものである。
との違いは、制御電極領域の面19が、保護ゾーンＳ中の
面20と同じ高さにあることである。これは、第５図に従
った構造と同様に、アクセプタがｐベース層２中へ保護
されながら移動することと、最初のエッチングプロセス
が行われないことによるものである。
保護ゾーンの２箇所の接触箇所21及び22ばかりでなく、
多数の接触箇所を設けることも可能であるが、その効果
は、日本応用物理学会誌第43巻、1974年、395頁乃至400
頁に公表されている保護環構造の及ぼす効果に類似して
いる。
多数の接触箇所を設けることも可能であるが、その効果
は、日本応用物理学会誌第43巻、1974年、395頁乃至400
頁に公表されている保護環構造の及ぼす効果に類似して
いる。
点弧の際、制御電極の寄生電流は、しゃ断される。消弧
の際の保護環は、制御電極の寄生電流をしゃ断するベー
ス電流を持たない多数の水平な直列接続pnpトランジス
タに相応する。これの利点は、保護ゾーン巾ｓがｓ≦1m
mに維持できるので、電導に対し半導体面のわずかしか
失われないからである。保護ゾーンにおける電界強度は
E0104v/cmのまゝである。つまり、受動層６にかゝる
負担が少ない。
の際の保護環は、制御電極の寄生電流をしゃ断するベー
ス電流を持たない多数の水平な直列接続pnpトランジス
タに相応する。これの利点は、保護ゾーン巾ｓがｓ≦1m
mに維持できるので、電導に対し半導体面のわずかしか
失われないからである。保護ゾーンにおける電界強度は
E0104v/cmのまゝである。つまり、受動層６にかゝる
負担が少ない。
しゃ断電圧は、約10％しか低減できない。しかしそれに
より、統合された保護機能とひいてはより強い強じんさ
で、面下における目的の電圧破壊が達成できるので、こ
れは望む所である。
より、統合された保護機能とひいてはより強い強じんさ
で、面下における目的の電圧破壊が達成できるので、こ
れは望む所である。
ダイオード領域Ｄの代わりに、同じ半導体構成素子上に
多数のダイオードを配置できると言うことは自明のこと
である。第１図に図示されているGTOサイリスタを有す
る２つの円形ゾーンの代わりに、GTOサイリスタを有す
る３つ又はそれ以上の個数の円形ゾーンを設けることも
可能である。半導体の本体は四角又は他の形を呈してい
ることが可能である。保護ゾーンＳは付加的に凹所又は
くぼみを有することが可能である。重要なことは、サイ
リスタとダイオード領域が良好にお互いに接合されてお
り、その結果、極く少量の荷電体しかその都度他の領域
へ移動しないと言うことである。
多数のダイオードを配置できると言うことは自明のこと
である。第１図に図示されているGTOサイリスタを有す
る２つの円形ゾーンの代わりに、GTOサイリスタを有す
る３つ又はそれ以上の個数の円形ゾーンを設けることも
可能である。半導体の本体は四角又は他の形を呈してい
ることが可能である。保護ゾーンＳは付加的に凹所又は
くぼみを有することが可能である。重要なことは、サイ
リスタとダイオード領域が良好にお互いに接合されてお
り、その結果、極く少量の荷電体しかその都度他の領域
へ移動しないと言うことである。
第１図は、上から見た円板状で、回転方向に対象的な半
導体構成素子を示す図。 第２図は、第１図に従った半導体構成素子の線（Ａ）に
沿って切断した横断面図。 第３図、第４図および第６図は、特殊な構造の半導体構
成素子の一部を示す横断面図。 第５図及び第７図は、ダイオードとGTOサイリスタの間
にある第４又は６図に従った保護ゾーンの特殊な構造を
示す図。 １、１′……n+エミッタ層、 ２……ｐベース層、 ３……n-ベース層、 ４……p+エミッタ層、 ５……空間電荷ゾーン、 ６……不動態化層 ７……ゲートターンオフ（GTO）制御電極層、 ８……GTO陰極、 ９……ダイオードの陽極、 11……n+ダイオード層、 12……p+ダイオード層、 13……モリブデン層、 14……ｐ電導型電子捕獲ゾーン 15、15′……ｎ電導型正孔捕獲ゾーン、 17……第２のpn接合箇所、 18……第３のpn接合箇所。
導体構成素子を示す図。 第２図は、第１図に従った半導体構成素子の線（Ａ）に
沿って切断した横断面図。 第３図、第４図および第６図は、特殊な構造の半導体構
成素子の一部を示す横断面図。 第５図及び第７図は、ダイオードとGTOサイリスタの間
にある第４又は６図に従った保護ゾーンの特殊な構造を
示す図。 １、１′……n+エミッタ層、 ２……ｐベース層、 ３……n-ベース層、 ４……p+エミッタ層、 ５……空間電荷ゾーン、 ６……不動態化層 ７……ゲートターンオフ（GTO）制御電極層、 ８……GTO陰極、 ９……ダイオードの陽極、 11……n+ダイオード層、 12……p+ダイオード層、 13……モリブデン層、 14……ｐ電導型電子捕獲ゾーン 15、15′……ｎ電導型正孔捕獲ゾーン、 17……第２のpn接合箇所、 18……第３のpn接合箇所。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−33872（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−141582（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−83781（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−40887（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−118672（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−83476（ＪＰ，Ａ) 特公 昭53−42234（ＪＰ，Ｂ２) 発明協会公開技報 公技番号 85−2722
Claims (9)
- 【請求項１】ａ）少なくとも１つのサイリスタを有して
おり、 ｂ）上記サイリスタは、第１電導型（ｎまたはｐ）と第
２電導型（ｐまたはｎ）を交互に重ねた少なくとも４つ
の荷電体層を有しており、 ｃ）上記荷電体層の内の第１の外側の荷電体層は、陰極
層として機能するｎ型エミッタ層（１、１′）を形成し
ており、 ｄ）第２の外側の荷電体層は、陽極層として機能するｐ
電導型エミッタ層（４、４′）を形成しており、 ｅ）ｎ電導型エミック層（１、１′）の内側に隣接した
上記荷電体層の一つはｐ電導型ベース層（２）を形成し
ており、このｐ電導型ベース層（２）の一方側に接して
制御電極（７）を有しており、 ｆ）ｐ電導型エミッタ層（４、４′）の内側に隣接した
上記荷電体層の一つはｎ型ベース層（３）を形成してお
り、 ｇ）少なくとも１つのダイオード（Ｄ）を有しており、 ｈ）上記ダイオードは、保護ゾーン（Ｓ）により上記の
少なくとも１つのサイリスタと間隔を保っており、上記
ｐ電導型ベース層（２）から上記ｎ電導型ベース層
（３）へのpn接合箇所（17）の両側に空間電荷ゾーン
（５）を有しており、 ｉ）上記空間電荷ゾーンは、上記サイリスタの領域から
上記ダイオードの領域にまで及んでいる半導体構成素子
にして、 ｊ）上記サイリスタは、しゃ断可能なサイリスタ（GT
O）構造を有しており、 ｋ）上記空間電荷ゾーン（５）は、上記保護ゾーン
（Ｓ）中で、上記pn接合箇所（17）に沿って上記保護ゾ
ーンの面（20）へ案内されており、 ｌ）上記保護ゾーンの面は、不動態化層（６）によって
覆われており、 ｍ）上記ダイオードの領域に見られる上記荷電体の寿命
は、上記サイリスタの領域（GTO）に見られる上記荷電
体の寿命よりも短く、 ｎ）上記保護ゾーン（Ｓ）には、GTOのｐ電導型エミッ
タ層（４）とこれと同じ水平面位置にあるｎ電導型ダイ
オード層（11）との間で上記ｎ電導型ダイオード層（1
1）とわずかな間隔を保って、不純物が多量に添加され
ているｐ型電子捕獲ゾーン（14）があり、 ｏ）上記保護ゾーン（Ｓ）には、GTOのｐ電導型エミッ
タ層（４）とこれと同じ水平面位置にあるｎ電導型ダイ
オード層（11）との間で上記GTOのｐ電導型エミッタ層
（４）に対してわずかな間隔を保って、不純物が多量に
添加されているｎ電導型正孔捕獲ゾーン（15、15′）が
あることを特徴とする半導体構成素子。 - 【請求項２】上記pn接合箇所（17）は、少なくとも保護
ゾーンの接触箇所（21）及び（22）で、上記保護ゾーン
（Ｓ）の面（20）へ案内されていることを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載の半導体構成素子。 - 【請求項３】上記pn接合箇所（17）は、保護ゾーンの２
箇所の接触箇所（21）及び（22）で、上記保護ゾーン
（Ｓ）の面（20）へ案内されており、上記保護ゾーンの
接触箇所（21）及び（22）の上記巾（ｂ）は、300μｍ
までの範囲にあることを特徴とする特許請求の範囲第
（２）項記載の半導体構成素子。 - 【請求項４】上記保護ゾーンの両方の接触箇所（21）及
び（22）の間では、上記保護ゾーン（Ｓ）の面（20）の
部分巾に沿って上記空間電荷ゾーン（５）は上記面（2
0）と間隔を保っていることを特徴とする特許請求の範
囲第（３）項記載の半導体構成素子。 - 【請求項５】上記電界強度（E0）が少なくとも上記保護
ゾーンの部内巾（ｘ）上で、105v/cm未満であるよう
に、上記pn接合箇所（17）は、上記保護ゾーン（Ｓ）の
面（20）より下にあり、この場合上記部分巾は、上記保
護ゾーン全体の巾（ｓ）とほゞ同じであることを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項記載の半導体構成素子。 - 【請求項６】上記保護ゾーン（Ｓ）の面（20）は、上記
pn接合箇所（17）に沿った上記空間電荷ゾーン（５）か
ら１μｍ乃至30μｍの範囲で間隔（ｃ）を保っているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の半導体
構成素子。 - 【請求項７】上記保護ゾーン（Ｓ）の面（20）は、制御
電極領域の面（19）と少なくとも同じ深度にあり、上記
制御電極領域上に上記制御電極（７）が置かれており、
少なくとも一つの制御電極領域は上記保護ゾーン（Ｓ）
と横に隣接していることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項乃至第（６）項の何れか１つに記載の半導体構
成素子。 - 【請求項８】上記保護ゾーン領域（Ｓ）の上記面の上記
くぼみ（ａ）は、10μｍ乃至100μｍの範囲にあること
を特徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第（７）項
の何れか一つに記載の半導体構成素子。 - 【請求項９】上記制御電極（７）と上記制御電極に隣接
した上記ｎ電導型エミック層（１）及び（１′）との間
には少なくとも１つの不動態化層が（６）があり、上記
不動態化層はポリイミドから成ることを特徴とする特許
請求の範囲第（１）項乃至第（８）項の何れか一つに記
載の半導体構成素子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH1237/85-0 | 1985-03-20 | ||
| CH1237/85A CH668505A5 (de) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | Halbleiterbauelement. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61219172A JPS61219172A (ja) | 1986-09-29 |
| JPH0693507B2 true JPH0693507B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=4205681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61059082A Expired - Lifetime JPH0693507B2 (ja) | 1985-03-20 | 1986-03-17 | 半導体構成素子 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4742382A (ja) |
| EP (1) | EP0200863B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0693507B2 (ja) |
| CH (1) | CH668505A5 (ja) |
| DE (1) | DE3665240D1 (ja) |
Families Citing this family (35)
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|---|---|---|---|---|
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| DE3750743T2 (de) * | 1986-12-01 | 1995-03-16 | Toshiba Kawasaki Kk | Halbleiter-Schaltanordnung mit einer Anodenkurzschlussstruktur. |
| DE3884652D1 (de) * | 1987-04-07 | 1993-11-11 | Bbc Brown Boveri & Cie | Gate-Ausschaltthyristor und Verfahren zu dessen Herstellung. |
| JPS63311764A (ja) * | 1987-06-15 | 1988-12-20 | Nippon Inter Electronics Corp | 半導体装置 |
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| DE3832208A1 (de) * | 1988-09-22 | 1990-03-29 | Asea Brown Boveri | Steuerbares leistungshalbleiterbauelement |
| FR2638022B1 (fr) * | 1988-10-14 | 1992-08-28 | Sgs Thomson Microelectronics | Thyristor asymetrique a extinction par la gachette, muni de courts-circuits d'anode et presentant un courant de declenchement reduit |
| EP0389430B1 (en) * | 1989-03-21 | 1994-10-26 | Ciba-Geigy Ag | N-hydrocarbyloxy hindered amine light stabilizers substituted with phosphorus moieties |
| US5017992A (en) * | 1989-03-29 | 1991-05-21 | Asea Brown Boveri Ltd. | High blocking-capacity semiconductor component |
| EP0391337B1 (en) * | 1989-04-04 | 1998-11-18 | Hitachi, Ltd. | Gate turn-off thyristor |
| EP0409010A1 (de) * | 1989-07-19 | 1991-01-23 | Asea Brown Boveri Ag | Abschaltbares Leistungshalbleiterbauelement |
| DE3941932A1 (de) * | 1989-12-19 | 1991-06-20 | Eupec Gmbh & Co Kg | Verfahren zum herstellen von anodenseitigen kurzschluessen in thyristoren |
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-
1986
- 1986-02-14 US US06/829,514 patent/US4742382A/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-02-27 EP EP86102558A patent/EP0200863B1/de not_active Expired
- 1986-02-27 DE DE8686102558T patent/DE3665240D1/de not_active Expired
- 1986-03-17 JP JP61059082A patent/JPH0693507B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5342234B2 (ja) | 2005-08-05 | 2013-11-13 | ユニバーシティ オブ マサチューセッツ メディカル スクール | パラミクソウイルス用ワクチンとしてのウイルス様粒子 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 発明協会公開技報公技番号８５−２７２２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US4742382A (en) | 1988-05-03 |
| JPS61219172A (ja) | 1986-09-29 |
| DE3665240D1 (en) | 1989-09-28 |
| EP0200863B1 (de) | 1989-08-23 |
| EP0200863A1 (de) | 1986-12-17 |
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