JPH0786567A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH0786567A
JPH0786567A JP25233693A JP25233693A JPH0786567A JP H0786567 A JPH0786567 A JP H0786567A JP 25233693 A JP25233693 A JP 25233693A JP 25233693 A JP25233693 A JP 25233693A JP H0786567 A JPH0786567 A JP H0786567A
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JP
Japan
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region
thyristor
semiconductor
base region
diode
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Application number
JP25233693A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Michiaki Hiyoshi
道明 日吉
Susumu Yasaka
進 家坂
Hideo Matsuda
秀雄 松田
Takashi Fujiwara
隆 藤原
Akira Yanagisawa
暁 柳澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 スイッチングデバイスとダイオードとの間を
完全に分離する分離部を備えた逆導通スイッチングデバ
イスを提供する。 【構成】 円板状の半導体基板10断面において、この
基板は、GTOサイリスタ部B、ダイオード部D及び両
部を分ける分離部Cに分けられる。サイリスタ部のP
ベース領域1は、ダイオード部のPアノード領域2と
はNベース領域11の1部である分離部Cの分離領域
3によって完全に離隔されている。Pベース領域1と
アノード領域2とが接触していた従来の逆導通サイ
リスタの場合に発生したGTOサイリスタに逆バイアス
を印加したときのリーク電流が無くなる。Pベース領
域1とPアノード領域2の上にポリシリコンの抵抗膜
を形成することもできる。
(57) [Abstract] [PROBLEMS] To provide a reverse conduction switching device having a separating portion for completely separating a switching device and a diode. [Structure] In the cross section of the disk-shaped semiconductor substrate 10, this substrate is divided into a GTO thyristor portion B, a diode portion D, and a separation portion C that divides both portions. Thyristor P +
The base region 1 is completely separated from the P anode region 2 of the diode portion by the isolation region 3 of the isolation portion C which is a part of the N base region 11. The leak current when a reverse bias is applied to the GTO thyristor generated in the case of the conventional reverse conducting thyristor in which the P + base region 1 and the P anode region 2 are in contact is eliminated. It is also possible to form a resistance film of polysilicon on the P + base region 1 and the P anode region 2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に係り、特
に逆導通スイッチングデバイスのスイッチングデバイス
部とダイオード部との間の分離構造に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to an isolation structure between a switching device section and a diode section of a reverse conduction switching device.

【0002】[0002]

【従来の技術】逆導通スイッチングデバイス、例えば、
逆導通型ゲートターンオフサイリスタは、通常、GTO
(Gate Turn Off )サイリスタとこのGTOサイリスタ
と逆並列の接続されたフリーホイルダイオードを1つの
半導体基板に集積化したものである。GTOサイリスタ
を使用するインバータなどの装置の小型化に有効な半導
体装置である。逆導通GTOサイリスタが形成されてい
る半導体基板において、GTOサイリスタが形成されて
いるサイリスタ部とフリーホイルダイオードが形成され
ているダイオード部との間は抵抗で分離されている。図
10は、従来のアノードショート型逆導通GTOサイリ
スタの主面の半分を示す平面図であり、図11は、図1
0のA−A′線に沿う断面図であって、逆導通GTOサ
イリスタの半分を示している。図11に示すように、半
導体基板10の中央にサイリスタ部B、周辺にダイオー
ド部Dが形成され、その境界には、分離部Cが配置され
ている。半導体基板10には、Nベース領域31が形
成されており、Nベース領域31の上面及び下面上に
は、Pベース領域32及びNベース領域33が形成
されている。サイリスタ部BのNベース領域33内に
は、複数のPエミッタ領域34が選択的に形成され、
ベース領域32の上には、複数のNエミッタ領域
35が選択的に形成されている。
Reverse conduction switching devices, for example,
The reverse conduction type gate turn-off thyristor is usually a GTO.
(Gate Turn Off) A thyristor and a free wheel diode connected in anti-parallel with this GTO thyristor are integrated on one semiconductor substrate. It is a semiconductor device effective for downsizing devices such as inverters using GTO thyristors. In the semiconductor substrate in which the reverse conducting GTO thyristor is formed, the thyristor portion in which the GTO thyristor is formed and the diode portion in which the free wheel diode is formed are separated by a resistor. FIG. 10 is a plan view showing a half of a main surface of a conventional anode short type reverse conducting GTO thyristor, and FIG.
0 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of 0, showing half of a reverse conducting GTO thyristor. As shown in FIG. 11, a thyristor portion B is formed in the center of the semiconductor substrate 10 and a diode portion D is formed in the periphery thereof, and a separation portion C is arranged at the boundary thereof. An N base region 31 is formed on the semiconductor substrate 10, and a P + base region 32 and an N + base region 33 are formed on the upper surface and the lower surface of the N base region 31. In the N + base region 33 of the thyristor portion B, a plurality of P + emitter regions 34 are selectively formed,
A plurality of N + emitter regions 35 are selectively formed on the P + base region 32.

【0003】Pベース領域32の厚さは、約80μm
であり、Nベース領域31の厚さは、約650μmで
ある。Nベース領域33の厚さは、約20μmであ
る。分離部Cでは、Pベース領域32の表面を選択的
にエッチング除去して深さ約50μmのトレンチ36を
形成する。トレンチ36の下のベース領域32は、ダイ
オード部分まで不純物濃度の低い(濃度約10×1015
cm-3)Pベース領域321となっており、前記トレ
ンチ36の下の部分は、分離抵抗領域RGKとして作用す
る。トレンチ36は、サイリスタ部Bを取囲み、サイリ
スタ部Bとダイオード部Dを分離する。Nエミッタ領
域35及びダイオード部DのPベース領域321にA
lなどの金属層からなるカソード電極38が形成され、
これらを集めてカソード電極Kを構成する。サイリスタ
部BのPベース領域32上にはゲート電極39が形成
され、これらを集めてゲート電極Gを構成する。ゲート
電極39を絶縁膜40で被覆することによって、カソー
ド電極38とゲート電極39は、互いに絶縁される。一
方、Nベース領域33及びPエミッタ領域34上に
は、Alなどの金属層からなるアノード電極41が形成
され、アノード電極41は、アノード引出電極Aに接続
される。このアノード電極41によってNベース領域
33とPエミッタ領域34とを短絡して、ショートエ
ミッタ構造を形成する。この構造によってターンオフ能
力が向上する。
The thickness of the P + base region 32 is about 80 μm.
And the thickness of the N base region 31 is about 650 μm. The thickness of the N + base region 33 is about 20 μm. In the isolation portion C, the surface of the P + base region 32 is selectively removed by etching to form a trench 36 having a depth of about 50 μm. The base region 32 below the trench 36 has a low impurity concentration up to the diode portion (concentration of about 10 × 10 15).
cm −3 ) P base region 321, and the portion below the trench 36 functions as the isolation resistance region RGK. The trench 36 surrounds the thyristor portion B and separates the thyristor portion B and the diode portion D. A is formed in the N + emitter region 35 and the P base region 321 of the diode portion D.
a cathode electrode 38 made of a metal layer such as 1 is formed,
These are collected to form the cathode electrode K. A gate electrode 39 is formed on the P + base region 32 of the thyristor portion B, and these are collected to form a gate electrode G. By covering the gate electrode 39 with the insulating film 40, the cathode electrode 38 and the gate electrode 39 are insulated from each other. On the other hand, an anode electrode 41 made of a metal layer such as Al is formed on the N + base region 33 and the P + emitter region 34, and the anode electrode 41 is connected to the anode extraction electrode A. The anode electrode 41 short-circuits the N + base region 33 and the P + emitter region 34 to form a short emitter structure. This structure improves the turn-off ability.

【0004】図12は、逆導通GTOサイリスタの等価
回路図である。GTOサイリスタ42は、図11に示す
サイリスタ部Bを構成し、Pエミッタ領域34、N
ベース領域31、Pベース領域32及びNエミッタ
領域35を備えている。フリーホイルダイオード43
は、ダイオード部Dを構成し、Pベース領域321、
ベース領域31及びNベース領域33を備え、前
記GTOサイリスタ42とは逆並列に接続されている。
分離部Cは、トレンチ36下のPベース領域321の
分離抵抗RGKによって構成されている。分離抵抗RGK
は、等価回路上GTOサイリスタ42のゲート−カソー
ド間に挿入されている。この逆導通GTOサイリスタ
は、GTOサイリスタのオフ時には、Nエミッタ領域
35からPベース領域32への電子注入を抑制するた
めにNエミッタ領域35とPベース領域32が形成する
PN接合を逆バイアス状態に保つ必要がある。そこで、
オフ時には、カソード電極38及びゲート電極39には
逆バイアスを印加する。この時分離抵抗RGKを介して無
効電流が流れるのでゲート駆動回路(図示せず)の負担
が大きくなる。この負担を少なくするためには、分離抵
抗RGKの抵抗値は、出来るだけ大きいほうが良い。この
例では、分離抵抗RGKは、約70〜100Ω程度であ
る。
FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of a reverse conducting GTO thyristor. The GTO thyristor 42 constitutes the thyristor part B shown in FIG. 11, and includes the P + emitter region 34 and N −.
It comprises a base region 31, a P + base region 32 and an N + emitter region 35. Free wheel diode 43
Constitutes the diode portion D, and includes a P base region 321,
It has an N base region 31 and an N + base region 33, and is connected in antiparallel with the GTO thyristor 42.
The isolation portion C is configured by the isolation resistance RGK of the P base region 321 below the trench 36. Separation resistance RGK
Is inserted between the gate and the cathode of the GTO thyristor 42 on the equivalent circuit. This reverse conducting GTO thyristor reverse biases the PN junction formed by the N emitter region 35 and the P base region 32 to suppress electron injection from the N + emitter region 35 to the P + base region 32 when the GTO thyristor is off. You need to keep it. Therefore,
When turned off, a reverse bias is applied to the cathode electrode 38 and the gate electrode 39. At this time, since a reactive current flows through the separation resistor RGK, the load on the gate drive circuit (not shown) becomes heavy. In order to reduce this burden, the resistance value of the separation resistor RGK should be as large as possible. In this example, the separation resistance RGK is about 70 to 100Ω.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】逆導通型スイッチング
デバイス、例えば、逆導通GTOサイリスタは、フリー
ホイルダイオードに逆並列に接続されて使用される。そ
して、スイッチングのオフ期間中は、GTOサイリスタ
のゲート、カソード間に2〜18Vの負バイアスを印加
し続ける必要がある。前述のようにPベース領域とPア
ノード領域は、同じ領域として電気的につながってい
る。そのために、GTOサイリスタのゲート−カソード
間に負バイアスを印加すると、その分離抵抗を介して逆
電流が流れてしまう。したがって、ゲート回路の電源容
量をGTOサイリスタのみの場合より大きくしなければ
ならず、また、そのロスも大きい。従来使用されている
逆導通型GTOサイリスタの分離抵抗値は、大体70〜
100Ω程度であるが、トレンチ部分のメサエッチング
厚さとPベース領域(ダイオードのPアノード領域)の
拡散仕様により、その抵抗値は大きくバラつく、また、
この分離抵抗の温度依存性は強く、低温では抵抗値は下
がってしまう。そのため、製造時の分離抵抗の制御は困
難であり、かつ、使用の際にゲート回路の設計・設定が
困難であるという問題がある。本発明は、この様な事情
によりなされたものであり、スイッチングデバイスとダ
イオードとの間を完全に分離することの出来る分離構造
を有する分離部を備えた逆導通スイッチングデバイスを
提供することを目的にしている。
A reverse conduction type switching device, for example, a reverse conduction GTO thyristor is used by being connected in antiparallel with a free wheel diode. Then, during the OFF period of switching, it is necessary to continue to apply a negative bias of 2 to 18 V between the gate and cathode of the GTO thyristor. As described above, the P base region and the P anode region are electrically connected as the same region. Therefore, if a negative bias is applied between the gate and the cathode of the GTO thyristor, a reverse current will flow through the isolation resistance. Therefore, the power supply capacity of the gate circuit must be made larger than that of the GTO thyristor alone, and its loss is also large. The separation resistance value of the conventional reverse conducting GTO thyristor is about 70-
Although it is about 100Ω, its resistance value varies greatly depending on the mesa etching thickness of the trench portion and the diffusion specification of the P base region (P anode region of the diode).
The temperature dependency of this separation resistance is strong, and the resistance value decreases at low temperatures. Therefore, there is a problem that it is difficult to control the separation resistance during manufacturing, and it is difficult to design and set the gate circuit during use. The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to provide a reverse conduction switching device provided with an isolation portion having an isolation structure capable of completely isolating a switching device and a diode. ing.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、スイッチング
デバイスの第1導電型のベース領域とフリーホイルダイ
オードの第1導電型のアノード領域とは、第2導電型の
分離領域によって完全に分離されていることを特徴とし
ている。即ち、本発明の半導体装置は、第1及び第2の
主面を有する半導体基板と、前記半導体基板に形成され
た第1導電型の第1の半導体領域と、前記半導体基板の
第1の主面に形成され、前記第1の半導体領域に隣接す
る第2導電型の第2の半導体領域と、前記第2の半導体
領域に対応する前記半導体基板の第2の主面に形成さ
れ、前記第1の半導体領域に隣接する第2導電型の第3
の半導体領域と、前記半導体基板の第1の主面に形成さ
れ、前記第2の半導体領域に隣接する第1導電型の第4
の半導体領域と、前記半導体基板の第1の主面に形成さ
れ、前記第1の半導体領域に隣接する第2導電型の第5
の半導体領域と、前記半導体基板の第1の主面に形成さ
れ、前記第2の半導体領域と前記第5の半導体領域との
間に形成されている第1導電型の分離領域と、前記第1
の半導体領域及び第3の半導体領域上に形成された第1
の電極と、前記第4の半導体領域及び第5の半導体領域
上に形成された第2の電極と、前記第2の半導体領域上
に形成された第3の電極とを備えていることを特徴とし
ている。前記第2の半導体領域と前記分離領域との接合
部及び前記第5の半導体領域と前記分離領域との接合部
を被覆するように前記半導体基板の第1の主面上に絶縁
膜を形成しても良い。前記第2の半導体領域と前記第5
の半導体領域とを接続するように前記半導体基板の第1
の主面上に抵抗層を形成しても良い。
According to the present invention, the first conductivity type base region of the switching device and the first conductivity type anode region of the free wheel diode are completely separated by the second conductivity type isolation region. It is characterized by That is, the semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate having first and second main surfaces, a first conductive type first semiconductor region formed in the semiconductor substrate, and a first main surface of the semiconductor substrate. A second semiconductor region of a second conductivity type that is formed on a surface and is adjacent to the first semiconductor region, and a second main surface of the semiconductor substrate that corresponds to the second semiconductor region. The third of the second conductivity type adjacent to the first semiconductor region
Second semiconductor region formed on the first main surface of the semiconductor substrate and adjacent to the second semiconductor region.
And a second conductive type fifth region formed on the first main surface of the semiconductor substrate and adjacent to the first semiconductor region.
A semiconductor region, a first conductivity type isolation region formed on the first main surface of the semiconductor substrate, and formed between the second semiconductor region and the fifth semiconductor region; 1
Formed on the first semiconductor region and the third semiconductor region
Electrode, a second electrode formed on the fourth semiconductor region and the fifth semiconductor region, and a third electrode formed on the second semiconductor region. I am trying. An insulating film is formed on the first main surface of the semiconductor substrate so as to cover the junction between the second semiconductor region and the isolation region and the junction between the fifth semiconductor region and the isolation region. May be. The second semiconductor region and the fifth
Of the semiconductor substrate so as to connect to the semiconductor region of
A resistance layer may be formed on the main surface of the.

【0007】[0007]

【作用】第2の半導体領域と第5の半導体領域、例え
ば、スイッチングデバイスの第1導電型のベース領域と
フリーホイルダイオードの第1導電型のアノード領域と
は第2導電型の分離領域によって分離されているので、
2つの領域が完全に分離され、スイッチングデバイスの
負バイアスを印加するときにリーク電流が無くなり通常
のスイッチングデバイスと全く同じゲート回路を使用す
ることができる。また、分離領域表面に抵抗層を設ける
場合は、半導体基板表面の電位が安定するので、耐圧信
頼性が向上する。
The second semiconductor region and the fifth semiconductor region, for example, the first conductivity type base region of the switching device and the first conductivity type anode region of the free wheel diode are separated by the second conductivity type separation region. Since it has been
The two regions are completely separated, the leakage current is eliminated when the negative bias of the switching device is applied, and the same gate circuit as that of a normal switching device can be used. Further, when the resistance layer is provided on the surface of the isolation region, the potential on the surface of the semiconductor substrate is stabilized, and thus the breakdown voltage reliability is improved.

【0008】[0008]

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。まず、図1乃至図3を参照して第1の実施例を説明
する。この実施例では、逆導通型スイッチングデバイス
として逆導通GTOサイリスタをその一例として説明す
る。図1は、直径約91mmの円板状の半導体基板の半
分を表している。図2は、図1のR領域の拡大断面図、
図3は、図1及び図2の等価回路図である。ベベル構造
の半導体基板10の中央にサイリスタ部B、周辺にダイ
オード部Dが形成され、両部B及びDは、その中間の分
離部Cによって離隔配置されている。シリコン半導体基
板10には、第1の半導体領域のNベース領域11が
形成されており、Nベース領域11の上面及び下面上
には、サイリスタ部Bに第2の半導体領域であるP
ース領域1及びサイリスタ部B及びダイオード部DにN
ベース領域15が形成されている。サイリスタ部Bの
ベース領域内には、第3の半導体領域であるPエミッ
タ領域16が選択的に形成され、サイリスタ部BのP
ベース領域1の上には、第4の半導体領域であるメサ状
に形成された複数のNエミッタ領域14が選択的に形
成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a first embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a reverse conducting GTO thyristor will be described as an example of the reverse conducting type switching device. FIG. 1 shows a half of a disk-shaped semiconductor substrate having a diameter of about 91 mm. 2 is an enlarged cross-sectional view of the R region of FIG.
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of FIGS. 1 and 2. A thyristor portion B is formed in the center of the semiconductor substrate 10 having a bevel structure, and a diode portion D is formed in the periphery thereof, and the two portions B and D are separated by an intermediate separating portion C. On the silicon semiconductor substrate 10, the N base region 11 of the first semiconductor region is formed, and on the upper surface and the lower surface of the N base region 11, the thyristor portion B has the second semiconductor region P +. N in the base region 1, the thyristor part B and the diode part D
A + base region 15 is formed. A P + emitter region 16 which is a third semiconductor region is selectively formed in the base region of the thyristor portion B, and P + of the thyristor portion B is formed.
A plurality of mesa-shaped N + emitter regions 14, which are fourth semiconductor regions, are selectively formed on the base region 1.

【0009】また、ダイオード部DのNベース領域1
1の上面には、第5の半導体領域である厚さ約80μm
のPアノード領域2が形成されている。Pベース領
域1の基板表面からの厚さは、約80μmであり、N
ベース領域11の厚さは、約650μmである。N
ース領域15の厚さは、約20μmである。分離部につ
いては、図1の分離部とその周辺を示す領域Rを拡大し
た断面図の図2を参照して説明する。サイリスタ部Bと
ダイオード部Dは、分離部Cによって分離されている。
そして、サイリスタ部BのPベース領域1とダイオー
ド部DのPアノード領域2は、従来は1つにつながっ
ていたのに、この発明では分離領域3を介在させてい
る。分離領域3は、Nベース領域11の一部であり、
2.1×1013cm-3程度の不純物濃度を持っている。
ベース領域1は、高不純物濃度であってその表面
は、1×1017〜1×1018cm-3程度である。これに
対してPアノード領域2は、低不純物濃度であって、
その表面濃度は、1×1017cm-3程度である。このベ
ース領域1とアノード領域2とは、前記分離領域3によ
って20〜500μm程度隔てられている。
In addition, the N - base region 1 of the diode portion D
The upper surface of 1 is a fifth semiconductor region having a thickness of about 80 μm.
P anode region 2 is formed. The thickness of the P + base region 1 from the substrate surface is about 80 μm, and N
The thickness of the base region 11 is about 650 μm. The thickness of the N + base region 15 is about 20 μm. The separating portion will be described with reference to FIG. 2 which is an enlarged cross-sectional view of the separating portion of FIG. 1 and a region R showing the periphery thereof. The thyristor section B and the diode section D are separated by the separation section C.
The P + base region 1 of the thyristor portion B and the P anode region 2 of the diode portion D are connected to each other in the past, but the isolation region 3 is interposed in the present invention. The isolation region 3 is a part of the N base region 11,
It has an impurity concentration of about 2.1 × 10 13 cm −3 .
The P + base region 1 has a high impurity concentration and its surface is about 1 × 10 17 to 1 × 10 18 cm −3 . On the other hand, the P anode region 2 has a low impurity concentration,
The surface concentration is about 1 × 10 17 cm −3 . The base region 1 and the anode region 2 are separated by the separation region 3 by about 20 to 500 μm.

【0010】半導体基板10の第1の主面上には、この
分離領域3の各接合を被覆するようにSiO2 からなる
第1の絶縁膜4、BPSG(Boron-doped Phospho-Sili
cateGlass) からなる第2の絶縁膜5及びポリイミドか
らなる第3の絶縁膜6を順次積層する。このように接合
部を高抵抗の絶縁膜で保護しているので、分離性能が向
上する。絶縁材料としては、前述のものに限らず、既存
のどのような高抵抗材料をも使用することができる。外
部電極(図示しない)が電極板7(K)を介してカソー
ド電極8に圧接する際に、これら絶縁膜がカソード電極
板7に接触しないようにカソード電極8(ダイオード部
のアノード電極)の厚さは、これらの総厚さより厚く、
例えば、約14μm程度にしなければならない。N
ース領域15及びPエミッタ領域16上には、第1の
電極であるAlなどの厚さ14μm程度の金属層からな
るアノード電極12が形成され、アノード電極12は、
アノード引出電極A(図示せず)に接続される。このア
ノード電極12は、Nベース領域15とPエミッタ
領域16とを短絡して、ショートエミッタ構造を形成す
る。この構造によってターンオフ能力が向上する。N
エミッタ領域14及びダイオード部DのPアノード領
域2の表面に第2の電極であるAlなどの金属層からな
るカソード電極8が形成されている。
On the first main surface of the semiconductor substrate 10, a first insulating film 4 made of SiO 2 and BPSG (Boron-doped Phospho-Sili) so as to cover each junction of the isolation region 3.
A second insulating film 5 made of cateGlass) and a third insulating film 6 made of polyimide are sequentially laminated. In this way, since the junction is protected by the high resistance insulating film, the separation performance is improved. The insulating material is not limited to those mentioned above, and any existing high resistance material can be used. The thickness of the cathode electrode 8 (anode electrode of the diode part) is adjusted so that these insulating films do not contact the cathode electrode plate 7 when an external electrode (not shown) is pressed against the cathode electrode 8 via the electrode plate 7 (K). Is greater than these total thicknesses,
For example, it should be about 14 μm. On the N + base region 15 and the P + emitter region 16, an anode electrode 12 made of a metal layer having a thickness of about 14 μm, such as Al, which is a first electrode, is formed.
It is connected to an anode extraction electrode A (not shown). The anode electrode 12 short-circuits the N + base region 15 and the P + emitter region 16 to form a short emitter structure. This structure improves the turn-off ability. N +
On the surfaces of the emitter region 14 and the P anode region 2 of the diode portion D, a cathode electrode 8 made of a metal layer such as Al, which is a second electrode, is formed.

【0011】このカソード電極8に、例えば、Moなど
からなる集電電極である前記カソード電極板7を圧接す
る。サイリスタ部BのPベース領域1上には第3の電
極であるゲート電極9が形成され、これにゲート引出電
極G(図示せず)が電気的に接続されている。ゲート電
極9を絶縁膜6で被覆することによって、カソード電極
8とゲート電極9は、互いに絶縁されている。図3は、
この実施例の逆導通型GTOサイリスタの等価回路図で
ある。GTOサイリスタ18は、図1に示すサイリスタ
部Bを構成し、さらに、Pエミッタ領域16、N
ース領域11、Pベース領域1及びNエミッタ領域
14を備えている。フリーホイルダイオード19は、ダ
イオード部Dを構成し、Pアノード領域2、Nベー
ス領域11及びNベース領域15を備え、前記GTO
サイリスタ18とは逆並列に接続されている。分離部C
には、分離抵抗RGKは存在しない。半導体基板10の側
面は、絶縁保護のために、例えは、シリコーン樹脂のよ
うに絶縁性の高い絶縁保護体17を設ける。
The cathode electrode plate 7, which is a collector electrode made of Mo or the like, is pressed against the cathode electrode 8. A gate electrode 9 which is a third electrode is formed on the P + base region 1 of the thyristor portion B, and a gate lead electrode G (not shown) is electrically connected to this. By covering the gate electrode 9 with the insulating film 6, the cathode electrode 8 and the gate electrode 9 are insulated from each other. Figure 3
It is an equivalent circuit diagram of the reverse conduction type GTO thyristor of this embodiment. The GTO thyristor 18 constitutes the thyristor part B shown in FIG. 1, and further includes a P + emitter region 16, an N base region 11, a P + base region 1 and an N + emitter region 14. The free wheel diode 19 constitutes the diode part D, includes the P anode region 2, the N base region 11 and the N + base region 15, and includes the GTO.
The thyristor 18 is connected in antiparallel. Separation part C
Does not have a separation resistance RGK. On the side surface of the semiconductor substrate 10, an insulating protector 17 having a high insulating property such as a silicone resin is provided for insulating protection.

【0012】次に、図4を参照して第2の実施例を説明
する。図は、円板状の半導体基板の中心部断面の右半分
を示す断面図である。この実施例の逆導通GTOサイリ
スタは、サイリスタ部、ダイオード部及びこのサイリス
タ部とダイオード部とを分離する分離部から構成されて
いる。サイリスタ部のGTOサイリスタは、Pエミッ
タ領域16、Nベース領域11、Pベース領域1及
びメサ形状に形成されたNエミッタ領域14を備えて
いる。ダイオード部のフリーホイルダイオードは、P
アノード領域2、Nベース領域11及びNベース領
域15を備え、前記GTOサイリスタとは逆並列に接続
されている。サイリスタ部とダイオード部とを離隔する
分離部には、Nベース領域11の一部を構成する分離
領域3が形成されている。Nベース領域15及びP
エミッタ領域16上には、第1の電極であるAlなどの
金属層からなるアノード電極12が形成される。N
ミッタ領域14及びダイオード部のPアノード領域2
の表面に第2の電極であるAlなどの金属層からなるカ
ソード電極8が形成されている。このカソード電極8に
Moなどからなる集電電極であるカソード電極板7を圧
接する。サイリスタ部のPベース領域1上には第3の
電極であるゲート電極9が形成される。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. The figure is a cross-sectional view showing the right half of the central cross section of a disk-shaped semiconductor substrate. The reverse conducting GTO thyristor of this embodiment comprises a thyristor section, a diode section and a separating section for separating the thyristor section and the diode section. The GTO thyristor of the thyristor portion includes a P + emitter region 16, an N base region 11, a P + base region 1 and a mesa-shaped N + emitter region 14. Free-wheeling diode of the diode unit, P -
It is provided with an anode region 2, an N base region 11 and an N + base region 15, and is connected in antiparallel with the GTO thyristor. An isolation region 3 that forms a part of the N base region 11 is formed in the isolation portion that separates the thyristor portion and the diode portion. N + base region 15 and P +
On the emitter region 16, the anode electrode 12 made of a metal layer such as Al that is the first electrode is formed. N + emitter region 14 and P anode region 2 of the diode portion
A cathode electrode 8 made of a metal layer such as Al, which is a second electrode, is formed on the surface of the. The cathode electrode plate 7 which is a collector electrode made of Mo or the like is pressed against the cathode electrode 8. A gate electrode 9, which is a third electrode, is formed on the P + base region 1 of the thyristor portion.

【0013】ゲート電極9を絶縁膜6で被覆することに
よって、カソード電極8とゲート電極9は、互いに絶縁
されている。半導体基板10の側面は、絶縁保護のため
に、例えは、シリコーン樹脂のように絶縁性の高い絶縁
保護体17を設ける。以上の構成は、第1の実施例と同
じである。第1の実施例と同様に、半導体基板10の第
1の主面上には、分離領域3の各接合を被覆するように
SiO2 からなる第1の絶縁膜4、BPSGからなる第
2の絶縁膜5及びポリイミドからなる第3の絶縁膜6を
順次積層する。前述の第1の実施例においては外部電極
(図示しない)が電極板7を介してカソード電極8に圧
接する際に、これら絶縁膜がカソード電極板7に接触し
ないようにカソード電極8(ダイオード部のアノード電
極)の厚さは、これらの総厚さより厚くしなければなら
なかった。この実施例でも積層された絶縁膜がカソード
電極板7に接触しないようにする必要があるが、この実
施例では、分離領域3及びその付近の半導体基板10表
面を他の部分の基板表面より低くすることによって、積
層された絶縁膜の最上面がカソード電極8の表面より低
くしている。その結果これら絶縁膜と電極板7との接触
が防止される。図4では、Nエミッタ領域14は、メ
サ状に形成されている。
By covering the gate electrode 9 with the insulating film 6, the cathode electrode 8 and the gate electrode 9 are insulated from each other. On the side surface of the semiconductor substrate 10, an insulating protector 17 having a high insulating property such as a silicone resin is provided for insulating protection. The above configuration is the same as that of the first embodiment. Similar to the first embodiment, the first insulating film 4 made of SiO 2 and the second insulating film made of BPSG are formed on the first main surface of the semiconductor substrate 10 so as to cover the junctions of the isolation regions 3. The insulating film 5 and the third insulating film 6 made of polyimide are sequentially laminated. In the above-described first embodiment, when the external electrode (not shown) is pressed against the cathode electrode 8 via the electrode plate 7, the cathode electrode 8 (diode part) is prevented so that these insulating films do not contact the cathode electrode plate 7. The anode electrode) had to be thicker than these total thicknesses. In this embodiment as well, it is necessary to prevent the laminated insulating films from coming into contact with the cathode electrode plate 7. However, in this embodiment, the surface of the semiconductor substrate 10 in the isolation region 3 and its vicinity is lower than the surface of other portions. By doing so, the uppermost surface of the laminated insulating films is made lower than the surface of the cathode electrode 8. As a result, contact between these insulating films and the electrode plate 7 is prevented. In FIG. 4, the N + emitter region 14 is formed in a mesa shape.

【0014】この実施例では、メサ状の領域を形成する
ために半導体基板表面をメサエッチングするが、その際
に半導体基板の分離領域3及びその近傍表面も同時にメ
サエッチングして、その表面を低くする。したがって、
工程数を格別に増やすこと無く分離領域表面を低くする
ことが可能になる。このため、積層された絶縁膜4、5
は、ゲート電極9が形成されているメサエッチングされ
た基板表面と同一の低い面に形成される。そして、ゲー
ト電極9は、積層された絶縁膜の最上層の絶縁膜6によ
って保護被覆される。
In this embodiment, the surface of the semiconductor substrate is mesa-etched to form a mesa-shaped region. At this time, the isolation region 3 of the semiconductor substrate and the surface in the vicinity thereof are also mesa-etched at the same time to lower the surface. To do. Therefore,
It is possible to lower the surface of the separation region without increasing the number of steps. Therefore, the stacked insulating films 4 and 5 are
Are formed on the same low surface as the mesa-etched substrate surface on which the gate electrode 9 is formed. Then, the gate electrode 9 is protectively covered with the uppermost insulating film 6 of the stacked insulating films.

【0015】次に、図5を参照して第3の実施例を説明
する。図は、円板状の半導体基板の中心部断面の右半分
を示す断面図である。この実施例の逆導通GTOサイリ
スタは、サイリスタ部、ダイオード部及びこのサイリス
タ部とダイオード部とを分離する分離部から構成されて
いる。サイリスタ部のGTOサイリスタは、Pエミッ
タ領域16、Nベース領域11、Pベース領域1及
びメサ形状に形成されたNエミッタ領域14を備えて
いる。ダイオード部のフリーホイルダイオードは、P
アノード領域2、Nベース領域11及びNベース領
域15を備え、前記GTOサイリスタとは逆並列に接続
されている。サイリスタ部とダイオード部とを離隔する
分離部には、Nベース領域11の一部を構成する分離
領域3が形成されている。Nベース領域15及びP
エミッタ領域16上には、第1の電極であるアノード電
極12が形成される。Nエミッタ領域14及びダイオ
ード部のPアノード領域2の表面に第2の電極である
カソード電極8が形成されている。このカソード電極8
にMoなどのカソード電極板7を圧接する。サイリスタ
部のPベース領域1上には第3の電極であるゲート電
極9が形成される。ゲート電極9を絶縁膜6で被覆する
ことによって、カソード電極8とゲート電極9は互いに
絶縁されている。半導体基板10の側面は、絶縁保護の
ために、例えは、シリコーン樹脂のように絶縁性の高い
絶縁保護体17を設ける。以上の構成は、第1の実施例
と同じである。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. The figure is a cross-sectional view showing the right half of the central cross section of a disk-shaped semiconductor substrate. The reverse conducting GTO thyristor of this embodiment comprises a thyristor section, a diode section and a separating section for separating the thyristor section and the diode section. The GTO thyristor of the thyristor portion includes a P + emitter region 16, an N base region 11, a P + base region 1 and a mesa-shaped N + emitter region 14. Free-wheeling diode of the diode unit, P -
It is provided with an anode region 2, an N base region 11 and an N + base region 15, and is connected in antiparallel with the GTO thyristor. An isolation region 3 that forms a part of the N base region 11 is formed in the isolation portion that separates the thyristor portion and the diode portion. N + base region 15 and P +
The anode electrode 12, which is the first electrode, is formed on the emitter region 16. A cathode electrode 8 serving as a second electrode is formed on the surfaces of the N + emitter region 14 and the P anode region 2 of the diode portion. This cathode electrode 8
Then, the cathode electrode plate 7 such as Mo is pressed. A gate electrode 9, which is a third electrode, is formed on the P + base region 1 of the thyristor portion. By covering the gate electrode 9 with the insulating film 6, the cathode electrode 8 and the gate electrode 9 are insulated from each other. On the side surface of the semiconductor substrate 10, an insulating protector 17 having a high insulating property such as a silicone resin is provided for insulating protection. The above configuration is the same as that of the first embodiment.

【0016】第1の実施例と同様に、半導体基板10の
第1の主面上には、分離領域3の各接合を被覆するよう
にSiO2 からなる第1の絶縁膜4、BPSGからなる
第2の絶縁膜5及びポリイミドからなる第3の絶縁膜6
を順次積層する。前述の第1の実施例では、外部電極
(図示しない)が電極板7を介してカソード電極8に圧
接する際に、これら絶縁膜がカソード電極板7に接触し
ないようにカソード電極8(ダイオード部のアノード電
極)の厚さは、これらの総厚さより厚くしなければなら
なかった。この実施例でも積層された絶縁膜がカソード
電極板7に接触しないようにする必要があるが、この実
施例では、分離領域3及びその付近の半導体基板10表
面の高さを変えないで、カソード電極板7のカソード電
極8と接触する面の一部に凹部を形成することに特徴が
ある。即ち、絶縁膜6などが積層されている分離領域3
及びその近傍上に配置されるカソード電極板7に凹部7
1を形成する。その結果これら絶縁膜と電極板7との接
触が防止される。電極板7の一部を変形するだけで、カ
ソード電極などを構成するAlなどの金属層の厚みを格
別考慮すること無く両者の接触を防止することができ
る。
Similar to the first embodiment, a first insulating film 4 made of SiO 2 and BPSG are formed on the first main surface of the semiconductor substrate 10 so as to cover the junctions of the isolation region 3. Second insulating film 5 and third insulating film 6 made of polyimide
Are sequentially laminated. In the above-described first embodiment, when the external electrode (not shown) is pressed against the cathode electrode 8 via the electrode plate 7, the cathode electrode 8 (diode part) is prevented so that these insulating films do not contact the cathode electrode plate 7. The anode electrode) had to be thicker than these total thicknesses. In this embodiment as well, it is necessary to prevent the laminated insulating films from contacting the cathode electrode plate 7. However, in this embodiment, the height of the surface of the semiconductor substrate 10 in the separation region 3 and its vicinity is not changed, and It is characterized in that a recess is formed in a part of the surface of the electrode plate 7 that contacts the cathode electrode 8. That is, the isolation region 3 in which the insulating film 6 and the like are laminated
And the concave portion 7 in the cathode electrode plate 7 arranged on the vicinity thereof.
1 is formed. As a result, contact between these insulating films and the electrode plate 7 is prevented. Only by partially deforming the electrode plate 7, it is possible to prevent contact between the two without considering the thickness of the metal layer such as Al that constitutes the cathode electrode or the like.

【0017】次に、図6を参照して第4の実施例を説明
する。図は円板状の半導体基板の中心部断面の分離部及
びその近傍を示す部分断面図である。この実施例の逆導
通GTOサイリスタは、サイリスタ部、ダイオード部及
びこのサイリスタ部とダイオード部とを分離する分離部
から構成されている。前述の実施例では、分離部は、N
ベース領域11の一部であるN分離領域3によっ
て、サイリスタ部のPベース領域1とダイオード部の
アノード領域2とは離隔され、分離されている。こ
の実施例では、この分離領域3の中にPガードリング
20を形成することに特徴があり、その他の構造は、第
1の実施例と同じである。Pベース領域1とPアノ
ード領域2の基板表面からの深さは、約80μmであ
り、このガードリング20の基板表面からの深さも約8
0μm程度である。ガードリングの大きさは、素子の定
格によっても異なるが、ガードリング20は、分離領域
3のほぼ中央に複数形成され、基板表面に近い部分のガ
ードリングの幅W1 、W2 は20μm以上は必要であ
る。また、Pベース領域1とガードリング20との間
の距離D1 、ガードリング20間の距離D2 及びガード
リング20とPアノード領域2との間の距離D3 は、
いずれも20〜500μm程度の大きさがある。P
ース領域1の表面濃度は、1018cm-3程度であり、P
アノード領域2の表面濃度は、1017cm-3程度であ
る。一方、ガードリング20の表面濃度は、1018cm
-3程度である。
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. The figure is a partial cross-sectional view showing a separation part in the central cross section of a disk-shaped semiconductor substrate and the vicinity thereof. The reverse conducting GTO thyristor of this embodiment comprises a thyristor section, a diode section and a separating section for separating the thyristor section and the diode section. In the above-described embodiment, the separating unit is N
- the separation region 3, P of the P + base region 1 and the diode portion of the thyristor portion - - N is a part of the base region 11 and anode region 2 is separated, it is separated. This embodiment is characterized in that the P + guard ring 20 is formed in this isolation region 3, and the other structure is the same as that of the first embodiment. The depth of the P + base region 1 and the P anode region 2 from the substrate surface is about 80 μm, and the depth of the guard ring 20 from the substrate surface is also about 8 μm.
It is about 0 μm. Although the size of the guard ring varies depending on the rating of the element, a plurality of guard rings 20 are formed substantially in the center of the isolation region 3, and the widths W1 and W2 of the guard rings near the substrate surface need to be 20 μm or more. is there. Further, the distance D1 between the P + base region 1 and the guard ring 20, the distance D2 between the guard rings 20 and the distance D3 between the guard ring 20 and the P anode region 2 are
Both have a size of about 20 to 500 μm. The surface concentration of the P + base region 1 is about 10 18 cm −3 ,
- the surface concentration of the anode region 2 is approximately 10 17 cm -3. On the other hand, the surface concentration of the guard ring 20 is 10 18 cm.
-It is about -3 .

【0018】次に、図7を参照して第5の実施例を説明
する。図は、円板状の半導体基板の中心部断面の分離部
及びその近傍を示す部分断面図である。この実施例の逆
導通GTOサイリスタは、サイリスタ部、ダイオード部
及びこのサイリスタ部とダイオード部とを分離する分離
部から構成されている。前述の実施例では、分離部はN
ベース領域11の一部であるN分離領域3によっ
て、サイリスタ部のPベース領域1とダイオード部の
アノード領域2とは離隔され、分離されている。そ
して、分離領域3及びその近傍の基板表面には、積層さ
れた絶縁膜、すなわち、SiO2 からなる第1の絶縁膜
4、BPSGからなる第2の絶縁膜5及びポリイミドか
らなる第3の絶縁膜6が形成されている。特にポリイミ
ド膜6は、ゲート電極9も被覆保護している。この実施
例では、この分離領域3及びその近傍の基板表面に抵抗
膜を形成することに特徴があり、その他の構造は、第1
の実施例と同じである。抵抗膜21は、ダイオード部上
のカソード電極8とPベース領域1であって、メサエ
ッチングされて他の部分より低くなっている基板表面上
のゲート電極9との間にあり、サイリスタ部のPベー
ス領域1とダイオード部のPアノード領域2の間に第
1の絶縁膜4と第2の絶縁膜5を跨ぐように形成され
る。抵抗膜21の両端は、半導体基板10に接触してい
る。
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG. The figure is a partial cross-sectional view showing a separation part in the central part cross section of a disk-shaped semiconductor substrate and the vicinity thereof. The reverse conducting GTO thyristor of this embodiment comprises a thyristor section, a diode section and a separating section for separating the thyristor section and the diode section. In the above-described embodiment, the separating unit is N
- the separation region 3, P of the P + base region 1 and the diode portion of the thyristor portion - - N is a part of the base region 11 and anode region 2 is separated, it is separated. Then, on the surface of the substrate in the isolation region 3 and in the vicinity thereof, a laminated insulating film, that is, a first insulating film 4 made of SiO 2 , a second insulating film 5 made of BPSG, and a third insulating film made of polyimide. The film 6 is formed. In particular, the polyimide film 6 also covers and protects the gate electrode 9. This embodiment is characterized in that a resistance film is formed on the surface of the isolation region 3 and the substrate in the vicinity thereof, and the other structure is the first.
Is the same as the embodiment described above. The resistance film 21 is between the cathode electrode 8 on the diode portion and the P + base region 1 and the gate electrode 9 on the substrate surface which is mesa-etched and is lower than the other portions, and is formed in the thyristor portion. It is formed so as to straddle the first insulating film 4 and the second insulating film 5 between the P + base region 1 and the P anode region 2 of the diode portion. Both ends of the resistance film 21 are in contact with the semiconductor substrate 10.

【0019】抵抗膜21は、CVDなどにより堆積した
ポリシリコンをパターニングして形成されたポリシリコ
ン膜を用いる。ポリシリコン膜21は、ポリイミド膜6
によって保護されている。表面に抵抗層を形成すること
により、表面状態が安定し、表面電位が安定する。その
ために耐圧信頼性が向上する。この実施例の半導体装置
の回路図は、図12に示す従来の半導体装置の回路図と
同じである。しかし、その抵抗RGKは、70Ωより十分
大きい。
As the resistance film 21, a polysilicon film formed by patterning polysilicon deposited by CVD or the like is used. The polysilicon film 21 is the polyimide film 6
Protected by. By forming the resistance layer on the surface, the surface state is stabilized and the surface potential is stabilized. Therefore, the breakdown voltage reliability is improved. The circuit diagram of the semiconductor device of this embodiment is the same as the circuit diagram of the conventional semiconductor device shown in FIG. However, its resistance RGK is sufficiently larger than 70Ω.

【0020】次に、図8を参照して第6の実施例を説明
する。図は、円板状の半導体基板の中心部断面の分離部
及びその近傍を示す部分断面図である。この実施例の逆
導通GTOサイリスタは、サイリスタ部、ダイオード部
及びこのサイリスタ部とダイオード部とを分離する分離
部から構成されている。前述の実施例では、分離部はN
ベース領域11の一部であるN分離領域3によっ
て、サイリスタ部のPベース領域1とダイオード部の
アノード領域2とは離隔され、分離されている。こ
の実施例では、この分離領域3の中にP−−領域22を
形成することに特徴があり、その他の構造は、第1の実
施例と同じである。第1の実施例では、サイリスタ部の
ベース領域1とダイオード部のPアノード領域2
の間に介在する分離部は、N分離領域3から構成して
いるが、この実施例では、分離部の半導体基板表面から
所定の深さまでは、前記P−−領域22によって占めら
れている。この半導体基板表面からの所定の深さは、約
30〜70μmであり、サイリスタ部のNエミッタ領
域より深い。このときのPベース領域1とPアノー
ド領域2の半導体基板表面からの深さは、いずれも約8
0μmである。Pベース領域1の表面濃度は、1018
cm-3程度であり、Pアノード領域2の表面濃度は、
大体1017cm-3である。
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG. The figure is a partial cross-sectional view showing a separation part in the central part cross section of a disk-shaped semiconductor substrate and the vicinity thereof. The reverse conducting GTO thyristor of this embodiment comprises a thyristor section, a diode section and a separating section for separating the thyristor section and the diode section. In the above-described embodiment, the separating unit is N
- the separation region 3, P of the P + base region 1 and the diode portion of the thyristor portion - - N is a part of the base region 11 and anode region 2 is separated, it is separated. This embodiment is characterized in that the P -- region 22 is formed in this isolation region 3, and the other structure is the same as that of the first embodiment. In the first embodiment, the P + base region 1 of the thyristor portion and the P anode region 2 of the diode portion are provided.
The isolation portion interposed between the isolation portions is composed of the N isolation region 3. In this embodiment, the isolation portion is occupied by the P − − region 22 at a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate of the isolation portion. . The predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate is about 30 to 70 μm, which is deeper than the N + emitter region of the thyristor portion. At this time, the depths of the P + base region 1 and the P anode region 2 from the semiconductor substrate surface are both about 8
It is 0 μm. The surface concentration of the P + base region 1 is 10 18
cm −3 , and the surface concentration of the P anode region 2 is
It is approximately 10 17 cm -3 .

【0021】一方、P−−領域22の表面濃度は、10
15cm-3程度である。この実施例の半導体装置の回路図
は、図12に示す従来の半導体装置の回路図と同じであ
り、その抵抗RGKは約70Ωである。この実施例は、次
の実施例も同様であるが、その製造方法にも特徴があ
る。サイリスタ部のPベース領域1とダイオード部の
アノード領域2を形成する際に、従来は、各領域に
別々に不純物をイオン注入し、その後各領域のイオン注
入された不純物は、例えば、1200〜1300℃、約
100時間の条件で、同時に熱拡散を行っている。本発
明の実施例のうち分離部にP−−領域を有する実施例で
は、この従来とは異なる方法を用いる。まず、P−−
域を形成するためのP型不純物を半導体基板10の表面
領域の全面にイオン注入し、その後、イオン注入した不
純物を、例えば、1200〜1300℃、約20時間の
条件で、熱拡散し、この表面領域全面にP−−領域を形
成する。次いで、Pベース領域1とPアノード領域
2を形成するための不純物をP−−領域が形成された半
導体基板の表面領域の所定の領域にそれぞれ別にイオン
注入する。その後、それぞれの領域にイオン注入された
不純物は、例えば、1200〜1300℃、約100時
間の条件で、同時に熱拡散を行って、Pベース領域1
とPアノード領域2及び両領域間のP−−領域22を
形成する。イオン注入を利用するので、マスキングで行
うことができ、各領域が精度良く形成される。
On the other hand, the surface concentration of the P -- region 22 is 10
It is about 15 cm -3 . The circuit diagram of the semiconductor device of this embodiment is the same as the circuit diagram of the conventional semiconductor device shown in FIG. 12, and its resistance RGK is about 70Ω. This embodiment is the same as the next embodiment, but is also characterized by its manufacturing method. Conventionally, when forming the P + base region 1 of the thyristor portion and the P anode region 2 of the diode portion, impurities are ion-implanted into each region separately, and then the ion-implanted impurities in each region are, for example, Thermal diffusion is performed simultaneously under the conditions of 1200 to 1300 ° C. and about 100 hours. Among the embodiments of the present invention, the embodiment having the P − − region in the separation portion uses the method different from the conventional method. First, a P-type impurity for forming a P − − region is ion-implanted into the entire surface region of the semiconductor substrate 10, and then the ion-implanted impurity is subjected to, for example, 1200 to 1300 ° C. for about 20 hours. Heat is diffused to form a P region on the entire surface region. Then, impurities for forming the P + base region 1 and the P anode region 2 are separately ion-implanted into predetermined regions of the surface region of the semiconductor substrate on which the P − − region is formed. Then, the impurities ion-implanted into the respective regions are simultaneously subjected to thermal diffusion under the conditions of 1200 to 1300 ° C. and about 100 hours, and the P + base region 1 is formed.
And P anode region 2 and a P region 22 between the two regions are formed. Since ion implantation is used, masking can be performed and each region is formed with high precision.

【0022】次に、図9を参照して第7の実施例を説明
する。図は、円板状の半導体基板の中心部断面の分離部
及びその近傍を示す部分断面図である。この実施例の逆
導通GTOサイリスタは、サイリスタ部、ダイオード部
及びこのサイリスタ部とダイオード部とを分離する分離
部から構成されている。第6の実施例では、分離部はN
ベース領域11の一部であるN分離領域3及びP
−−領域22によって、サイリスタ部のPベース領域
1とダイオード部のPアノード領域2とは離隔され、
分離されている。この実施例では、この分離領域3の中
にP−−領域22及びN領域23を形成することに特
徴があり、その他の構造は、第1及び第6の実施例と同
じである。第1の実施例では、サイリスタ部のPベー
ス領域1とダイオード部のPアノード領域2の間に介
在する分離部は、N分離領域3から構成しているが、
この実施例では、分離部の下部には、N分離領域3が
形成され、上部には、N領域23が形成され、その中
央部には、P−−領域22が形成されている。分離部に
おいて、最上部に形成され半導体基板に露出しているN
領域23は、基板表面からの深さが約20μmであ
り、Nエミッタ領域14と同じ深さであり、同じ濃度
である。中央に形成されたP−−領域22は、その上の
領域23の底部から、その下のN分離領域3の表
面までの距離が約20〜50μm程度になるように形成
されている。
Next, a seventh embodiment will be described with reference to FIG. The figure is a partial cross-sectional view showing a separation part in the central part cross section of a disk-shaped semiconductor substrate and the vicinity thereof. The reverse conducting GTO thyristor of this embodiment comprises a thyristor section, a diode section and a separating section for separating the thyristor section and the diode section. In the sixth embodiment, the separation unit is N
- which is part of the base region 11 N - isolation region 3 and P
The region 22 separates the P + base region 1 of the thyristor part from the P anode region 2 of the diode part,
It is separated. This embodiment is characterized in that the P − − region 22 and the N + region 23 are formed in the isolation region 3, and the other structures are the same as those in the first and sixth embodiments. In the first embodiment, the isolation portion interposed between the P + base region 1 of the thyristor portion and the P anode region 2 of the diode portion is composed of the N isolation region 3.
In this embodiment, the N separation region 3 is formed in the lower part of the separation part, the N + region 23 is formed in the upper part, and the P − − region 22 is formed in the center part thereof. In the separation portion, N formed on the uppermost portion and exposed to the semiconductor substrate
The + region 23 has a depth of about 20 μm from the substrate surface, the same depth as the N + emitter region 14, and the same concentration. The P − − region 22 formed in the center is formed so that the distance from the bottom of the N + region 23 above it to the surface of the N separation region 3 below it is about 20 to 50 μm. .

【0023】このときのPベース領域1とPアノー
ド領域2の半導体基板表面からの深さは、いずれも約8
0μmである。Pベース領域1の表面濃度は、1018
cm-3程度であり、Pアノード領域2の表面濃度は、
大体1017cm-3である。一方、P−−領域22の表面
濃度は、1015cm-3程度である。この実施例の半導体
装置の回路図は、図12に示す従来の半導体装置の回路
図と同じであり、その抵抗RGKは約70Ωである。この
実施例は、前述の第6の実施例と同様なイオン注入法を
利用しているが、さらに、N領域23は、Nエミッ
タ領域14を形成する際に同時に形成することができる
ので、工程数を増やすこと無く容易に形成できる。
At this time, the depths of the P + base region 1 and the P anode region 2 from the surface of the semiconductor substrate are both about 8
It is 0 μm. The surface concentration of the P + base region 1 is 10 18
cm −3 , and the surface concentration of the P anode region 2 is
It is approximately 10 17 cm -3 . On the other hand, the surface concentration of the P − − region 22 is about 10 15 cm −3 . The circuit diagram of the semiconductor device of this embodiment is the same as the circuit diagram of the conventional semiconductor device shown in FIG. 12, and its resistance RGK is about 70Ω. This embodiment uses the same ion implantation method as in the sixth embodiment, but the N + region 23 can be formed at the same time when the N + emitter region 14 is formed. It can be easily formed without increasing the number of steps.

【0024】以上、実施例において、逆導通型スイッチ
ングデバイスは、スイッチングデバイスとしてGTOサ
イリスタを用いて説明したが、本発明は、このサイリス
タに限らず、IGBTやSCRなどの他のスイッチング
デバイスを用いることができる。また、実施例に用いた
GTOサイリスタには、円板状の半導体基板の周辺部に
ダイオード部が形成されているが、本発明は、ダイオー
ド部を半導体基板周辺にのみに配置する必要はなく、半
導体基板中央にダイオードが形成されたサイリスタにも
適用することができる。
Although the reverse conduction type switching device has been described using the GTO thyristor as the switching device in the embodiments, the present invention is not limited to this thyristor, and other switching devices such as IGBT and SCR may be used. You can Further, in the GTO thyristor used in the embodiment, the diode portion is formed in the peripheral portion of the disk-shaped semiconductor substrate, but the present invention does not need to dispose the diode portion only around the semiconductor substrate, It can also be applied to a thyristor having a diode formed in the center of a semiconductor substrate.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上の構成により、スイッチングデバイ
スのPベース領域とフリーホイルダイオードのPアノー
ド領域とは、完全に分離されているので、スイッチング
デバイスの負バイアス時のリーク電流が無くなり、例え
ば、通常のGTOサイリスタと同じゲート回路で使用で
きる。また、分離抵抗の制御の必要が無いので、製造が
容易になる。素子の特性上もスイッチングデバイスとフ
リーホイルダイオードを独立した拡散領域で形成するの
で最適化が容易になる。さらに、半導体基板表面に抵抗
層を形成した場合、表面電位が安定し、耐圧信頼性が向
上する。
As described above, since the P base region of the switching device and the P anode region of the free wheel diode are completely separated from each other, the leakage current when the switching device is negatively biased is eliminated. It can be used in the same gate circuit as the GTO thyristor. Further, since it is not necessary to control the separation resistance, the manufacturing becomes easy. Also in terms of device characteristics, the switching device and the free wheel diode are formed in independent diffusion regions, which facilitates optimization. Furthermore, when the resistance layer is formed on the surface of the semiconductor substrate, the surface potential is stabilized and the breakdown voltage reliability is improved.

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

【図1】本発明の第1の実施例の半導体基板の右側断面
を示した断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a right side section of a semiconductor substrate according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の領域Rの拡大断面図。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a region R of FIG.

【図3】図1の半導体装置の回路図。FIG. 3 is a circuit diagram of the semiconductor device of FIG.

【図4】第2の実施例の半導体装置の部分断面図。FIG. 4 is a partial sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment.

【図5】第3の実施例の半導体装置の部分断面図。FIG. 5 is a partial sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment.

【図6】第4の実施例の半導体装置の部分断面図。FIG. 6 is a partial sectional view of a semiconductor device according to a fourth embodiment.

【図7】第5の実施例の半導体装置の部分断面図。FIG. 7 is a partial sectional view of a semiconductor device according to a fifth embodiment.

【図8】第6の実施例の半導体装置の部分断面図。FIG. 8 is a partial sectional view of a semiconductor device according to a sixth embodiment.

【図9】第7の実施例の半導体装置の部分断面図。FIG. 9 is a partial sectional view of a semiconductor device according to a seventh embodiment.

【図10】従来の半導体装置の上部の半分を示す部分平
面図。
FIG. 10 is a partial plan view showing an upper half of a conventional semiconductor device.

【図11】図10のA−A′線に沿う半導体装置の断面
図。
11 is a cross-sectional view of the semiconductor device taken along the line AA ′ of FIG.

【図12】図11の半導体装置の回路図。12 is a circuit diagram of the semiconductor device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Pベース領域 2 Pアノード領域 3 分離領域 4 第1の絶縁膜 5 第2の絶縁膜 6 第3の絶縁膜 7 カソード電極板 8 カソード電極 9 ゲ−ト電極 10 半導体基板 11 Nベース領域 12 アノード電極 14 Nエミッタ領域 15 Nベース領域 16 Pエミッタ領域 17 絶縁保護体 18 GTOサイリスタ 19 フリーホイルダイオード 20 ガードリング 21 ポリシリコン抵抗層 22 P−−領域 23 N領域1 P + base region 2 P anode region 3 separation region 4 first insulating film 5 second insulating film 6 third insulating film 7 cathode electrode plate 8 cathode electrode 9 gate electrode 10 semiconductor substrate 11 N base Region 12 Anode electrode 14 N + Emitter region 15 N + Base region 16 P + Emitter region 17 Insulation protector 18 GTO thyristor 19 Free wheel diode 20 Guard ring 21 Polysilicon resistance layer 22 P − − Region 23 N + region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 隆 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者 柳澤 暁 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝多摩川工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Takashi Fujiwara, No. 1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside the Tamagawa Factory, Toshiba Corporation (72) Inventor Akira Yanagisawa Komukai-shiba, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1 Incorporation company Toshiba Tamagawa factory

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1及び第2の主面を有する半導体基板
と、 前記半導体基板に形成された第1導電型の第1の半導体
領域と、 前記半導体基板の第1の主面に形成され、前記第1の半
導体領域に隣接する第2導電型の第2の半導体領域と、 前記第2の半導体領域に対応する前記半導体基板の第2
の主面に形成され、前記第1の半導体領域に隣接する第
2導電型の第3の半導体領域と、 前記半導体基板の第1の主面に形成され、前記第2の半
導体領域に隣接する第1導電型の第4の半導体領域と、 前記半導体基板の第1の主面に形成され、前記第1の半
導体領域に隣接する第2導電型の第5の半導体領域と、 前記半導体基板の第1の主面に形成され、前記第2の半
導体領域と前記第5の半導体領域との間に形成されてい
る第1導電型の分離領域と、 前記第1の半導体領域及び第3の半導体領域上に形成さ
れた第1の電極と、 前記第4の半導体領域及び第5の半導体領域上に形成さ
れた第2の電極と、 前記第2の半導体領域上に形成された第3の電極とを備
えていることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor substrate having first and second main surfaces, a first conductivity type first semiconductor region formed in the semiconductor substrate, and a first main surface of the semiconductor substrate. A second semiconductor region of a second conductivity type adjacent to the first semiconductor region, and a second semiconductor region of the semiconductor substrate corresponding to the second semiconductor region.
A third semiconductor region of the second conductivity type formed on the main surface of the semiconductor substrate and adjacent to the first semiconductor region, and formed on the first main surface of the semiconductor substrate and adjacent to the second semiconductor region. A fourth semiconductor region of a first conductivity type; a fifth semiconductor region of a second conductivity type formed on the first main surface of the semiconductor substrate and adjacent to the first semiconductor region; A first-conductivity-type isolation region formed on a first main surface and formed between the second semiconductor region and the fifth semiconductor region; the first semiconductor region and the third semiconductor; A first electrode formed on the region, a second electrode formed on the fourth semiconductor region and the fifth semiconductor region, and a third electrode formed on the second semiconductor region A semiconductor device comprising:
【請求項2】 前記第2の半導体領域と前記分離領域と
の接合部及び前記第5の半導体領域と前記分離領域との
接合部を被覆するように前記半導体基板の第1の主面上
に絶縁膜を形成することを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置。
2. The first main surface of the semiconductor substrate is formed so as to cover the junction between the second semiconductor region and the isolation region and the junction between the fifth semiconductor region and the isolation region. The semiconductor device according to claim 1, wherein an insulating film is formed.
【請求項3】 前記第2の半導体領域と前記第5の半導
体領域とを接続するように前記半導体基板の第1の主面
上に抵抗層を形成することを特徴とする請求項1又は請
求項2に記載の半導体装置。
3. The resistance layer is formed on the first main surface of the semiconductor substrate so as to connect the second semiconductor region and the fifth semiconductor region. Item 2. The semiconductor device according to item 2.
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