JPS62290179A - ゲ−トタ−ンオフサイリスタ - Google Patents

ゲ−トタ−ンオフサイリスタ

Info

Publication number
JPS62290179A
JPS62290179A JP61133203A JP13320386A JPS62290179A JP S62290179 A JPS62290179 A JP S62290179A JP 61133203 A JP61133203 A JP 61133203A JP 13320386 A JP13320386 A JP 13320386A JP S62290179 A JPS62290179 A JP S62290179A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
conductivity type
base layer
layer
conductivity
bonding
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.)
Pending
Application number
JP61133203A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaki Atsuta
昌己 熱田
Tsuneo Ogura
常雄 小倉
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP61133203A priority Critical patent/JPS62290179A/ja
Publication of JPS62290179A publication Critical patent/JPS62290179A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P10/00—Bonding of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P10/12—Bonding of semiconductor wafers or semiconductor substrates to semiconductor wafers or semiconductor substrates
    • H10P10/128—Bonding of semiconductor wafers or semiconductor substrates to semiconductor wafers or semiconductor substrates by direct semiconductor to semiconductor bonding

Landscapes

  • Thyristors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 [発明の目的コ (産業上の利用分野) 本発明は、二枚の半導体基板を直接接着技術により接着
して得られたウェーハを用いて構成されるゲートターン
オフサイリスク(以下、GTO)に関する。
(従来の技術) 一般にGTOは、ゲート雪掻に正または負のバイアスを
印加することによりターンオン及びターンオフを可能に
するため、整流回路が不要であり、またスイッチング時
間が短いので高周波で動作できる、という利点を有する
。−万GTOは、ターンオフ時の電力損失が一定の値に
達すると熱破壊を起こすため、流し得るアノード電流に
限界があり、その値は高々200OA程度であって通常
のサイリスタと比べて電流容量を大きくすることができ
ない、という欠点がある。その原因は、GTOをターン
オフする時に局所的に電流集中が生じることにある。こ
の様な現象を緩和するために通常、マルチエミッタ構造
、即ちカソード領域を分割して複数の小さいGTO(こ
れを、GTOエレメントと称する)を並列接続した構造
とづることが行われる。これにより電流集中箇所が分散
されるため、ある程度電流容量を増大(ることができる
。
しかし以上のような改善を行なっても、各GTOエレメ
ントにおいて上記した電流集中が生じるので、本質的な
問題解決にならない。ターンオフ時に各GTOエレメン
ト間のアノード電流のバランスが崩れ、ターンオフ過程
の最終時に一個ないし数個のGTOエレメントに電流集
中が起り、これらが破壊されるのである。この原因の一
つは、現在のプロセス技術では直径40m以上のウェー
ハ全面に均一な不純物拡散を施し、かつ一様なライフタ
イムを実現することが困難であるためである。第2の原
因は、各GTOエレメントのターンオフ破壊耐量が十分
でないためである。
この問題を解決するため、GTOのpベース製のシート
抵抗を小さくし、nエミッタ層とnベース層の間の接合
耐圧を大きくすることが提案されている(特開昭53−
110386号公報)。またnベース層を低抵抗の均一
不純物濃度層とするために、これをエピタキシャル法で
形成することも提案されている(特開昭52−1026
87号公報)。
ところで、nベース層のシート抵抗を十分小さくするた
めには、その幅を30μm程度以上にする必要がある。
また、nベース層内に拡散形成するnエミッタ層の幅は
、注入効率を十分なものとするためには20μm程度以
上を必要とする。そうすると、nベース層をエピタキシ
ャル成長法で形成するためにはエピタキシャル成長層と
して50μm以上の厚さを必要とすることになる。とこ
ろが、エピタキシャル成長は1300℃程度の高温で行
なうため、この工程で基板のnベース層に欠陥が形成さ
れ、これがライフタイムの低下をもたらし、GTOのオ
ン電圧上昇をもたらす。また40μm以上のエピタキシ
ャル成長層を形成すると、成長層内にも多数の欠陥が発
生するため、nベース層のライフタイムも低下し、これ
もGTOのオン電圧上昇の原因となる。
(発明が解決しようとする問題点) 以上のように従来のGTOでは、エピタキシャル法を利
用してターンオフ破壊耐量を高めようとすると、オン電
圧が上昇づるという問題があった。
本発明はこの様な゛問題を解決し、ターンオフ破11m
ff1が高く、しかもオン電圧が低いGTOを提供する
ことを目的とする。
[発明の構成コ (問題点を解決するための手段) 本発明にがかるGTOは、二枚の半導体基板を直接接着
して得られたウェーハを用いて構成され、第1導電型エ
ミッタ層、第2導電型ベース層。
第1導電型ベース層、及び第1導電型ベース層内に複数
に分割されて形成された第2Q電型エミッタ層を有する
ものであって、前記第1導電型ベース層内に直接接着界
面を有し、かつこの界面と前記第2導電型エミッタ層間
の距離が30μm以下であることを特徴とする。
(作用) この様なGTO構造においては、第2導電型エミッタ層
と第1導電型ベース層との接合面から離れた位置に第1
導電型ベース客の不純物最大濃度部分を設けることがで
きる。直接接着界面を最大不純物濃度部分とすることが
容易にできるからである。この結果、ゲート電流の通路
になる第1導電型ベース層の横方向抵抗が実質的に低減
されているにも拘らず、第1導′心型ベース層と第2導
電型エミッタ層間の接合部の不純物濃度は低く、この接
合部での破壊電圧を高いものとし、かつエミッタ注入効
率を高いものとすることができる。
従ってこの構造により、オン電圧が低く、かつターンオ
フ破壊耐量の高いGTOが実現される。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は一実施例のGTOを示す断面図である。この構
造を、第2図(a)〜(C)に示す工程断面図を参照し
ながら工程順に説明する。なおこの実施例では、第1導
電型としてn型、第2導電型としてn型を用いている。
先ず第2図(a>に示すように二枚の高抵抗のn−型S
i基板11.14を用意づる。これらの基板の互いに接
着すべき面は表面粗さ500人以下に鏡面研磨されてい
る。一方のn−型S1基板11はnベース層として用い
られるもので、その接着すべき面には、ボロンまたはガ
リウムなどのp型不純物を拡散してnベース層の一部と
なる厚さ10〜100μmの第1のnベース層13が形
成されている。また接着すべき面と反対側の面には、厚
さ30〜150μmのnエミッタ層12が拡散形成され
ている。他方のn−型3i基板14の接着すべき面には
、崩ざ10〜100μmの第2のnベース層15が拡散
形成されている。これら二枚の基板を、その表面状態に
よってはH2O2+H2SO4→ HF  → 稀HF
なる前処理工程で脱脂及びスティンフィルム除去を行な
う。次に各基板を清浄な水で数分程度水洗し、室温でス
ピンナ乾燥する。この工程は基板の接着すべき面に吸着
していると思われる水分はそのまま残し、過剰な水分を
除去するものである。
従って吸着水分の殆どが揮散する100℃以上の加熱乾
燥は避ける。
この様な処理を経た二枚の基板を、例えばクラス1以下
の清浄な雰囲気下に設置し、それぞれの鏡面研磨面に異
物が介在しない状態で第2図(b)に示すように研摩面
同士を接触させる。そして密着した基板を200℃以上
、好ましくは1000〜1200℃で熱処理して直接接
着した基板を得る。16が直接接着界面である。
なお、n−型Si基板11の厚さは、高抵抗nベース層
の厚さにより決まるので、例えば耐圧4.5KV素子で
は800μm程度とする。またn−型3i基板14の厚
さは、接着作業の容易さを考慮して300μm程度以上
とする。
この様にして形成された接着基板のn−型3i基板14
側を研磨して、接着界面16上の厚みを50μm程度に
設定し、その後第2図(C)に示すように第2のnベー
ス層15側にリンなどを拡散して20μm程度以上のn
エミッタ層17を形成する。これにより、実質的な第2
のnベース層15の幅W(即ち接着界面16からnエミ
ッタ層17の接合面までの距離)が30μm以下である
、pnpnウェー八が得へれる。
この後、公知の方法でnエミッタ層17をエツチングし
て複数個に分割し、第1図に示すようにカソード電極1
8.ゲート電極19.アノード電極20及び保護膜21
等を形成して、GTOが完成する。
第3図はこの実施例によるGTOの不純物濃度分布を示
す。図から明らかなようにnベース層は、第1のpベー
ス@13と第2のnベース層15の間即ち接着界面16
近傍に不純物最大濃度領域を有する。そしてこの接着界
面16からnエミッタ層17側にいくにつれてp型不純
物濃度は低下し、接着界面16からW−30um以下の
距離にnエミッタ層17が形成されている。
この実施例では、nベース層のシート抵抗ρ8PBとし
て5oΩ/口以下が冑られ、十分に高いターンオフ破壊
耐量が得られる。しかもnベース層のうらnエミッタ層
近傍の部分は十分不純物が低く、nエミッタ層からの注
入効率は高い。
このことと、Wが30μm以下であることと相まって、
このGTOでは十分に大きいαnpnが得られ、低いオ
ン電圧が得られる。なお、αnpnとオン電圧の間には
、αII p 11が大きくなる程オン電圧が低くなる
関係があることは、既に知られているコトテある(例え
ば、F、 E、 Gentry 。
“Sem1conductor  Controlle
dRectifiers ” 、 Prentice 
−Hall 、  r N C。
[:nglewood  Cl!ffs 、 New 
 Jersey 、 1964゜pp、103−108
 )。
第4図は、上記実施例において、最終的な第2のnベー
ス層15の幅Wを変え、そのシート抵抗をパラメータと
して作ったGTOでのαnpnを測定した結果を示す。
破線は、nベース層をウェー八表面より拡散形成した従
来法による場合のデータである。図から明らかなように
、Wが30μmを超えるとαnpnは急激に低くなる。
これは、nエミッタ層とpベース層間の接合(J3 )
近傍のp型不純物濃度が接着界面でのp型不純物濶度よ
り低いために、〜Vが余り大きいとnエミッタ層から注
入された電子に対するドリフト電界が小さくなり、電子
の輸送効率が低下するためである。Wが30μm以下で
あれば、この様なαnpnの低下はなく、従って十分低
いオン電圧が得られる。
なお本発明は、上記実施例に限られるものではなくその
趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することがで
きる。
[発明の効果コ 以上述べたように本発明によれば、pベース層内の所定
位置に接着界面を有する直接接着技術を利用したウェー
ハを用いることにより、低いオン電圧を保ちながらター
ンオフ破壊耐量の向上を図ったGTOを1りることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のGTOを示す断面図、第2
図(a)〜(C)はそのGTOの製造工程断面図、第3
図は同じくそのGTOの不純物濃度分布を示す図、第4
図は本発明の詳細な説明するためのpベース層幅とαn
pnの関係を示す図である。 11−n−型3i基板〈nベース1il)、12−・・
nエミッタ層、13・・・第1のpベース層、14・・
・n−型S;基板、15・・・第2のpベース層、16
・・・接着界面、17:・・nエミッタ層、18・・・
カソード電極、19・・・ゲート電極、20・・・アノ
ード電を引、21・・・保護膜。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第3 図 ′襲 2 闇

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 二枚の半導体基板を直接接着技術により接着して得られ
    たウェーハを用いて構成され、第1導電型エミッタ層、
    第2導電型ベース層、第1導電型ベース層、及び第1導
    電型ベース層内に複数個に分割されて形成された第2導
    電型エミッタ層を有するゲートターンオフサイリスタに
    おいて、前記第1導電型ベース層内に直接接着界面を有
    し、かつこの接着界面と前記第2導電型エミッタ層間の
    距離が30μm以下であることを特徴とするゲートター
    ンオフサイリスタ。
JP61133203A 1986-06-09 1986-06-09 ゲ−トタ−ンオフサイリスタ Pending JPS62290179A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61133203A JPS62290179A (ja) 1986-06-09 1986-06-09 ゲ−トタ−ンオフサイリスタ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61133203A JPS62290179A (ja) 1986-06-09 1986-06-09 ゲ−トタ−ンオフサイリスタ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS62290179A true JPS62290179A (ja) 1987-12-17

Family

ID=15099140

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61133203A Pending JPS62290179A (ja) 1986-06-09 1986-06-09 ゲ−トタ−ンオフサイリスタ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS62290179A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5313092A (en) * 1989-05-12 1994-05-17 Nippon Soken, Inc. Semiconductor power device having walls of an inverted mesa shape to improve power handling capability
US5550392A (en) * 1994-01-14 1996-08-27 Westinghouse Brake And Signal Holdings Limited Semiconductor switching devices
EP1037286A1 (de) * 1999-03-02 2000-09-20 Infineon Technologies AG Symmetrischer Thyristor mit verringerter Dicke und Herstellungsverfahren dafür

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5313092A (en) * 1989-05-12 1994-05-17 Nippon Soken, Inc. Semiconductor power device having walls of an inverted mesa shape to improve power handling capability
US5550392A (en) * 1994-01-14 1996-08-27 Westinghouse Brake And Signal Holdings Limited Semiconductor switching devices
EP1037286A1 (de) * 1999-03-02 2000-09-20 Infineon Technologies AG Symmetrischer Thyristor mit verringerter Dicke und Herstellungsverfahren dafür
US6924177B2 (en) 1999-03-02 2005-08-02 Infineon Technologies Ag Method for producing a thyristor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4259683A (en) High switching speed P-N junction devices with recombination means centrally located in high resistivity layer
JP3214343B2 (ja) 絶縁ゲート型サイリスタ
JPS61183966A (ja) サイリスタの製造方法
JPS6141145B2 (ja)
JPS60231363A (ja) ゲ−トタ−ンオフサイリスタの製造方法
JP2002261281A (ja) 絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法
US4236169A (en) Thyristor device
JP7134358B2 (ja) 半導体装置、および、半導体装置の製造方法
CN117810251A (zh) 功率半导体器件的终端结构、制造方法及功率器件
JP2579928B2 (ja) 半導体素子およびその製造方法
JP2003264288A (ja) 半導体装置
JPH08274306A (ja) 絶縁ゲート型サイリスタ
CN108321191B (zh) 功率半导体器件及其制造方法
JPS60198778A (ja) スイツチング素子
JPH0982955A (ja) 半導体装置の製法
JP3789580B2 (ja) 高耐圧半導体装置
JPS61183965A (ja) サイリスタの製造方法
JPH0543192B2 (ja)
JPH11204804A (ja) 半導体装置
JP4872208B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JPS61182259A (ja) ゲ−トタ−ンオフサイリスタ
JPS6262558A (ja) 電界効果型半導体スイツチング素子の製造方法
JP4467717B2 (ja) 主電極短絡型半導体装置
JPH0234187B2 (ja)
JPS6252967A (ja) Gtoサイリスタ