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JPS592382B2 - reverse conducting thyristor - Google Patents
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JPS592382B2 - reverse conducting thyristor - Google Patents

reverse conducting thyristor

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Publication number
JPS592382B2
JPS592382B2 JP15995576A JP15995576A JPS592382B2 JP S592382 B2 JPS592382 B2 JP S592382B2 JP 15995576 A JP15995576 A JP 15995576A JP 15995576 A JP15995576 A JP 15995576A JP S592382 B2 JPS592382 B2 JP S592382B2
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thyristor
layer
electrode
base layer
emitter
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明 川上
勉 中川
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は大電力を高速度でスイッチング制御できる高性
能の逆導通サイリスタの新しい構造を提供するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a new structure for a high performance reverse conduction thyristor capable of controlling switching of large amounts of power at high speed.

逆導通サイリスタは車輛用チョッパをはじめ各種インバ
ータ、チョッパ分野に主に使用される。これらの分野に
おける実用化研究が進むにつれて逆導通サイリスタの制
御電力の増大が強く要求されるようになり、この為には
半導体ウエハの大口径化が避けられない傾向になつてき
た。ところが逆導通サイリスタの設計、製造においては
半導体ウエハの直径が大きくなると、素子性能に影響を
及ぼす基本的諸問題が発生し、常にウエハ直径を大きく
しただけでは所定の制御電力の増大を実現することが困
難である。すなわち、拡散などの熱処理工程で半導体ウ
エハに発生する結晶欠陥、結晶ひずみはウエハが大口径
になるほど不均一に分布しやすく、それ故大口径のサイ
リスタでは逆導通サイリスタのほとんどの糊牛l能に強
く影響するキヤリア寿命の正確な制御が非常にむずかし
くなる。
Reverse conduction thyristors are mainly used in various inverter and chopper fields, including vehicle choppers. As practical research in these fields progresses, there is a strong demand for an increase in the control power of reverse conduction thyristors, and for this purpose, it has become inevitable to increase the diameter of semiconductor wafers. However, when designing and manufacturing reverse conduction thyristors, as the diameter of the semiconductor wafer increases, fundamental problems that affect device performance arise, and it is difficult to achieve a given increase in control power by simply increasing the wafer diameter. is difficult. In other words, the crystal defects and crystal distortion that occur in semiconductor wafers during heat treatment processes such as diffusion tend to be unevenly distributed as the diameter of the wafer becomes larger. Accurate control of carrier life, which is strongly influenced, becomes very difficult.

〔従来例〕[Conventional example]

第1図に従来の逆導通サイリスタの代表例の断面を示す
FIG. 1 shows a cross section of a typical example of a conventional reverse conduction thyristor.

平面は回転対称形である。第1図に示す従来の逆導通サ
イリスタでは、n型の第1ベース層NBと、その第1主
面の周辺部を除いた部分に設けたp形の第1エミツタ層
PE<15P形の第2ベース層PBとその表面すなわち
第2主面の中央と周辺の中間部分に環状に設けたn形の
第2エミツタ層NEの4層が順次隣接して作られそれら
の間に第1のPn接合J1、第2のPn接合J2、第3
のPn接合J3を構成している。前記環状のn形第2エ
ミツタ層の下の部分はサイリスタ部分11を構成し、周
囲の第1ベース層NBと第2ベース層PBから成る部分
はダイオード部分12とを構成し、両者は逆並列の関係
で逆導通サイリスタウエハ13に内蔵されている。第2
エミツタ層NEの内側には、これと離間して環状の第4
エミツタ層NE′が設けられ、第2ベース層PBとの間
に接合J4を有している。この逆導通サイリスタウJハ
15の第1主面16には一般にA1又はAlSiなどの
薄層を介してMO板などのアノードとなる第1主電極1
7が合金蝋付けされておりこれは支持板としての役目も
兼ねそなえている。一方第2主面18のサイリスタ部分
11とダイオード部分12には共通に環状の第2主電極
19が設けられ同じく第2主面18の中心部の第2ベー
ス層PBが露出している部分にはゲート電極21が設け
られ、その外側の環状の第4エミツタ層NE′土にはサ
イリスタ部分11の方に寄つた位置に補助サイリスタ電
極20が設けられている。なおりソート用の第2主電極
19、ゲート電極21ともAlなどの蒸着層などで形成
されるのが普通である。上述したように逆導通サイリス
タウエハ13では中央にゲート電極21、その外側に補
助サイリスタ部分13及び主サイリスタ部分11及び最
外側にダイオード部分12を設ける配置構造が従来最も
よく用いられてきた。
The plane is rotationally symmetrical. The conventional reverse conduction thyristor shown in FIG. 1 includes an n-type first base layer NB, a p-type first emitter layer PE Four layers of the second base layer PB and the n-type second emitter layer NE provided in an annular manner between the center and the periphery of its surface, that is, the second main surface, are successively formed adjacent to each other, and between them, the first Pn Junction J1, second Pn junction J2, third
This constitutes a Pn junction J3. The lower part of the annular n-type second emitter layer constitutes a thyristor part 11, and the surrounding part consisting of the first base layer NB and second base layer PB constitutes a diode part 12, both of which are arranged in antiparallel. It is built into the reverse conduction thyristor wafer 13 due to the following relationship. Second
Inside the emitter layer NE, there is a fourth annular layer spaced apart from this.
An emitter layer NE' is provided and has a junction J4 with the second base layer PB. The first main surface 16 of this reverse conduction thyristor J-HA 15 is generally provided with a first main electrode 1 which becomes an anode of an MO plate or the like through a thin layer of A1 or AlSi.
7 is alloy-brazed, and this also serves as a support plate. On the other hand, a ring-shaped second main electrode 19 is provided in common to the thyristor part 11 and the diode part 12 of the second main surface 18, and is also provided in the central part of the second main surface 18 where the second base layer PB is exposed. A gate electrode 21 is provided, and an auxiliary thyristor electrode 20 is provided at a position closer to the thyristor portion 11 on the outer annular fourth emitter layer NE'. The second main electrode 19 for sorting and the gate electrode 21 are generally formed of a vapor deposited layer of Al or the like. As described above, in the reverse conduction thyristor wafer 13, an arrangement structure in which the gate electrode 21 is provided in the center, the auxiliary thyristor portion 13 and the main thyristor portion 11 outside the gate electrode, and the diode portion 12 on the outermost side has been most commonly used.

その理由は、ターンオン領域のひろがりを速くするため
には、ゲート電極を半導体ウエハの中央に配置する構造
(センターゲート構造)が最も有利であり、自然にサイ
リスタ部分はその周囲に配置されたのであり、またセン
ターゲート構造では素子構造を回転対称にすることがで
きるので、製造工程、特に電極形式及びアセンブリ工程
において作業性がよく、これに伴う製造歩留の上昇、高
信頼性等が得られやすいということである。しかし、半
導体ウエハが大口径、特に50m7!L以上の直径にな
ると、この構造には下記の問題が生じる。
The reason for this is that in order to speed up the spread of the turn-on region, it is most advantageous to place the gate electrode in the center of the semiconductor wafer (center gate structure), and the thyristor portion was naturally placed around it. In addition, since the center gate structure allows the element structure to be rotationally symmetrical, it is easy to work in the manufacturing process, especially in the electrode type and assembly process, resulting in increased manufacturing yield and high reliability. That's what it means. However, semiconductor wafers have large diameters, especially 50m7! When the diameter becomes larger than L, the following problems occur with this structure.

一般に半導体ウエハを不純物拡散、酸化膜形成工程など
で熱処理すると結晶欠陥が半導体ウエハの特に周辺附近
に多く発生しやすい。この現象は大口径になるほど著し
くなり、結晶欠陥をウエハ全体に均一に導入することが
むずかしくなることは従来より知られている。このため
第1図の従来構造例においては、ダイオード部分12に
サイリスタ部分11より多くの結晶欠陥が発生し、その
ため結晶欠陥に起因するキヤリア寿命が、サイリスタ部
分11では長くダイオード部分12では短かくなる。ま
た逆導通サイリスタでは、高速スイツチングの用途が多
く、ターンオフ時間を短縮することが要求されるので、
金などの重金属拡散法や放射線照射法や熱処理法を用い
てキヤリア寿命の制御を行う工程が導入されている。し
かしこれらの方法による効果は結晶欠陥に密接な依存性
をもつていて前述のような不均一な結晶欠陥分布のもと
ではキヤリア寿命の不均一性をますます助長する結果と
なる。そのため、得られる逆導通サイリスタの特性にお
いては、中心部に近く設けられた主サイリスタ部分11
のキヤリア寿命があまり短かくならない。このため、逆
導通サイリスタのターンオフ時間がそれほど短縮されな
いにもかかわらず他方周辺部に設けられたダイオード部
分12のキヤリア寿命が必要以上に短かくなる。このた
めダイオード部分での漏洩電流が増大し、結果的に耐圧
が低下するという基本的な問題に遭遇することになる。
本発明は従来のサイリスタの欠点を除去し、大口径半導
体ウエハを用いた大電流用でありながら高速スイツチン
グ性能と高耐圧の両性能を併せもつ逆導通サイリスタを
得るための新規な素子構造を提供しようとするものであ
る。
Generally, when a semiconductor wafer is heat-treated in an impurity diffusion process, an oxide film formation process, etc., many crystal defects are likely to occur, especially near the periphery of the semiconductor wafer. It has been known that this phenomenon becomes more pronounced as the diameter increases, making it difficult to uniformly introduce crystal defects throughout the wafer. Therefore, in the conventional structure example shown in FIG. 1, more crystal defects occur in the diode portion 12 than in the thyristor portion 11, and as a result, the carrier life due to crystal defects is longer in the thyristor portion 11 and shorter in the diode portion 12. . In addition, reverse conduction thyristors are often used for high-speed switching, and a short turn-off time is required.
Processes have been introduced to control carrier life using heavy metal diffusion methods such as gold, radiation irradiation methods, and heat treatment methods. However, the effects of these methods are closely dependent on crystal defects, and under the above-mentioned non-uniform distribution of crystal defects, the non-uniformity of the carrier life is further exacerbated. Therefore, in the characteristics of the obtained reverse conduction thyristor, the main thyristor portion 11 provided near the center
carrier life will not be too short. For this reason, although the turn-off time of the reverse conduction thyristor is not so shortened, the carrier life of the diode portion 12 provided in the other peripheral portion becomes shorter than necessary. As a result, leakage current in the diode portion increases, resulting in a fundamental problem of lowering the withstand voltage.
The present invention eliminates the drawbacks of conventional thyristors and provides a new element structure for obtaining a reverse conduction thyristor that uses a large-diameter semiconductor wafer and has both high-speed switching performance and high withstand voltage performance while being rated for large currents. This is what I am trying to do.

本発明の特徴はウエハ上での逆導通サイリスタを構成す
るゲート領域、サイリスタ部分、ダイオード部分の新規
な配置を行い、半導体ウエハの外周領域に主サイリスタ
部を、その内側にダイオード部分を更にその内側に補助
サイリスタ部を、そして、中央領域にゲート領域を配置
してウエハの外周領域に多く発生する結晶欠陥をサイリ
スタ部分において特性向上のために、有効に活用すると
共に、ゲートを中央に置くことにより前述したターンオ
ン領域の拡がりが速いというセンターゲート構造の特徴
をも充分に発揮するようにし、且つ補助サイリスタ電極
からダイオード部分の第2ベース層へ無効電流が漏洩す
ることを防ぎ、補助サイリスタによるターンオンを有効
に行なわせるようにしたものである。
A feature of the present invention is that the gate region, thyristor portion, and diode portion that constitute a reverse conduction thyristor are arranged in a new manner on the wafer, with the main thyristor portion being placed in the outer peripheral area of the semiconductor wafer, and the diode portion being placed inside the main thyristor portion. By arranging the auxiliary thyristor section in the center and the gate region in the central region, the crystal defects that often occur in the outer peripheral region of the wafer can be effectively utilized to improve the characteristics of the thyristor section, and by placing the gate in the center. The feature of the center gate structure that the turn-on region spreads quickly as described above is fully utilized, and leakage of reactive current from the auxiliary thyristor electrode to the second base layer of the diode portion is prevented, and turn-on by the auxiliary thyristor is prevented. It is designed to be carried out effectively.

つぎに本発明を第2a図以下に示す実施例について説明
する。
Next, the present invention will be described with reference to embodiments shown in FIG. 2a and subsequent figures.

本発明の特徴は、補助サイリスタ用電極とサイリスタ部
の中に入り込んで設けたゲート補助電極とを結ぶ電路の
ように第2ベース層の土を横断して設けられる電路から
、第2ベース層への無効な電流漏洩を防ぐことにあり、
その漏洩電路のインピーダンスを高くするべく、横断電
路の下の第2ベース層に第2ベース層とは逆の導電型の
分離層を設けることにある。
A feature of the present invention is that from an electric path provided across the soil of the second base layer, such as an electric path connecting the auxiliary thyristor electrode and the gate auxiliary electrode provided inside the thyristor part, to the second base layer. The purpose is to prevent invalid current leakage of
In order to increase the impedance of the leakage current path, a separation layer having a conductivity type opposite to that of the second base layer is provided on the second base layer below the crossing current path.

以下本発明を実施例にについて説明する。The present invention will be explained below with reference to Examples.

本発明の第1の実施例では直径60mm1比抵抗130
〜150Ω?のシリコンウエハの上に既知の拡散法、エ
ピタキシヤル法、メタライズ法等の製造方法を用いて逆
導通形サイリスタが作られた。
In the first embodiment of the present invention, the diameter is 60 mm and the specific resistance is 130 mm.
~150Ω? A reverse conduction type thyristor was fabricated on a silicon wafer using known manufacturing methods such as the diffusion method, epitaxial method, and metallization method.

その構造を第2a図の平面図及び第2b図及び第2c図
の側断面に示す。第2a図のb−b切断面による断面図
が第2b図、a−a切断面による断面図が第2c図であ
る。上記各図に示すようにこの実施例はウエハ105上
にn型の第1ベース層NBの第1主面側にn+形層を設
け、その外周に環状のp形第1エミツタ層PEを設け中
央部にはp型の第3エミツタ層PE/を設け、第1ベー
ス層NBに接してp型の第2ベース層PBを設け、その
外周部に環状のn型の第2エミツタ層NEを設け中央部
には環状の第4エミツタ層NE′を設けてある。但し第
2エミツタ層NEには2個の円弧状の欠除部115と各
円弧の一部からウエハ中心部へ向う放射状欠除部116
が設けられている。上記逆導通サイリスタにおいて周辺
部の第1エミツタ層PEとn+層と第1ベース層NBと
第2ベニス層PBと第2エミツタ層NEとは主サイリス
タ部分101を構成し、その内側においてn+層と第1
ベース層NBと第2ベース層PBとはダイオード部分1
02を構成し、その内側において第3エミツタ層PE′
とn+層と第1ベース層NBと第2ベース層PBと第4
エミツタ層NEとは補助サイリスタ部分104を構成す
る。更に中央部に設けたゲート電極109直下の第2ベ
ース層PBと第1ベース層NB<15n+層と第3エミ
ツタ層PE′とはゲート領域103を構成する。上記n
+層は第1ベース層NBより高い不純物濃度を有する層
であり、この層を設けることにより逆導通サイリスタを
等価的に既知のPin構造とし高比例抵抗層である第2
ベース層PBの厚さの減少を可能にし、耐圧を損わずに
オン電圧を減少させることを目的とする。このn+層は
通常工ピタキシヤル法によつて設けられる。上記の複合
サイリスタウエハ105の第1主面106には、A1蒸
着層を介してMO板のアノード電極107を合金蝋着し
、第2主面108にはAl蒸着により中央部のゲート電
極109、その外側に環状に設けられ円弧状及び放射状
の開口部をもつカソード電極110、第4エミツタ層N
E′上に環状に設けた補助サイリスタ電極111、前記
円弧状に設けられた開口部の中に設けられサイリスタ部
1旧の中に入り組んだ補助電極112、前記放射状開口
部を通つて前記補助サイリスタ電極111と補助電極1
12を接続する電路113を夫々形成する。
The structure is shown in plan view in FIG. 2a and in side cross-section in FIGS. 2b and 2c. FIG. 2b is a sectional view taken along the line bb in FIG. 2a, and FIG. 2c is a sectional view taken along the line aa in FIG. 2a. As shown in the above figures, in this embodiment, an n+ type layer is provided on the first principal surface side of the n type first base layer NB on the wafer 105, and an annular p type first emitter layer PE is provided on the outer periphery of the n+ type layer. A p-type third emitter layer PE/ is provided at the center, a p-type second base layer PB is provided in contact with the first base layer NB, and an annular n-type second emitter layer NE is provided at the outer periphery thereof. An annular fourth emitter layer NE' is provided at the center. However, the second emitter layer NE has two arcuate cutouts 115 and a radial cutout 116 extending from a part of each arc toward the center of the wafer.
is provided. In the reverse conduction thyristor, the first emitter layer PE, the n+ layer, the first base layer NB, the second Venice layer PB, and the second emitter layer NE in the peripheral part constitute the main thyristor part 101, and the n+ layer and 1st
The base layer NB and the second base layer PB are the diode portion 1
02, and a third emitter layer PE' inside thereof.
and the n+ layer, the first base layer NB, the second base layer PB, and the fourth
The emitter layer NE constitutes an auxiliary thyristor portion 104. Further, the second base layer PB, the first base layer NB<15n+ layer, and the third emitter layer PE' directly below the gate electrode 109 provided in the central portion constitute a gate region 103. Above n
The + layer is a layer having a higher impurity concentration than the first base layer NB, and by providing this layer, the reverse conduction thyristor is equivalently made into a known Pin structure, and the second base layer is a high proportional resistance layer.
The purpose is to enable the thickness of the base layer PB to be reduced and to reduce the on-voltage without impairing the withstand voltage. This n+ layer is provided by a conventional pitaxial method. On the first main surface 106 of the composite thyristor wafer 105, an anode electrode 107 of an MO plate is alloy soldered via an A1 vapor deposition layer, and on the second main surface 108, a central gate electrode 109 is formed by Al vapor deposition. A cathode electrode 110 provided in an annular shape on the outside thereof and having arcuate and radial openings, and a fourth emitter layer N
An auxiliary thyristor electrode 111 provided in an annular shape on E′, an auxiliary electrode 112 provided in the arc-shaped opening and entangled in the thyristor part 1, and an auxiliary thyristor electrode 112 provided in the arc-shaped opening and entangled in the thyristor part 1, Electrode 111 and auxiliary electrode 1
12 are respectively formed.

前記円弧状の補助電極112は前記第2エミツタ層中の
円弧状の欠除部115上に位置し、また放射状の電路1
13は前記放射状の欠除部116上に位置する。ここで
前記第2主面の各電極を形成する工程に先だつて、電路
113が配置される場所の下の少くとも一部の場所の第
2ベース層PBの表面部には第2ベース層PBとは逆の
n形分離層NDを設け、第2ベース層との間にPn接合
J6を形成させる。Aはアノード電極17に接続したア
ノード端子、Kはカソード電極19に接続したカソード
端子、Gはゲート電極21に接続したゲート端子である
。この素子においてアノード端子A1カソード端子K間
に前者を正とする極性の主電圧を印加し、かつゲート端
子Gとカソード端子K間に前者を正とする極性のゲート
電圧を印加すると、周知のように先ず補助サイリスタ部
分104がターンオンしてオン電流1ATが流れる。
The arc-shaped auxiliary electrode 112 is located on the arc-shaped cutout 115 in the second emitter layer, and the radial electric path 1
13 is located on the radial cutout 116. Here, prior to the step of forming each electrode on the second main surface, a second base layer PB is applied to the surface portion of the second base layer PB in at least a part of the area under the location where the electric circuit 113 is arranged. An n-type isolation layer ND opposite to the above is provided, and a Pn junction J6 is formed between it and the second base layer. A is an anode terminal connected to the anode electrode 17, K is a cathode terminal connected to the cathode electrode 19, and G is a gate terminal connected to the gate electrode 21. In this device, if a main voltage with a polarity that makes the former positive is applied between the anode terminal A and cathode terminal K, and a gate voltage with a polarity that makes the former positive is applied between the gate terminal G and the cathode terminal K, as is well known, First, the auxiliary thyristor portion 104 is turned on and an on-current of 1 AT flows.

この補助サイリスタ部分104のオン電流1ATの一部
は漏洩電流として補助サイリスタ電極111→電路11
3→第2ベース層PB→カソード電極110の経路でカ
ソードに流れようとする。しかし、この場合電路113
と第2ベース層PBの接する部分の大部分に分離層ND
が設けられ、そのPn接合J6は上記の漏洩電流に対し
て逆方向となり非常に高いインピーダンスを呈する。こ
のため電路113→第2ベース層PB→カソード電極1
10の経路の無効電流に対するインピーダンスが電路1
13→補助電極112→第2ベース層PB→第2エミツ
タ層NE→カソード電極110の経路のターンオンのた
めに有効なトリガ電流に対するインピーダンスよりも著
しく高くなる。その結果前述した無効電流を非常に小さ
くし、補助サイリスタ部分104のオン電流1ATの大
部分をサイリスタ部分101のトリガ電流として用いる
ことが可能になる。上記分離層NDの深さXjlは逆導
通サイリスタの他の特性を損わないためには、次に述べ
る理由で第2エミツタ層NEの深さXj2より浅くすべ
きである。
A part of the on-state current 1AT of this auxiliary thyristor portion 104 is leaked from the auxiliary thyristor electrode 111 to the electric path 11.
3→second base layer PB→cathode electrode 110. However, in this case, the electric line 113
A separation layer ND is provided on most of the contacting portion of the second base layer PB and the second base layer PB.
is provided, and its Pn junction J6 is in the opposite direction to the above leakage current and exhibits a very high impedance. Therefore, the electric path 113 → second base layer PB → cathode electrode 1
The impedance for the reactive current of the 10 paths is the electric path 1.
13→auxiliary electrode 112→second base layer PB→second emitter layer NE→cathode electrode 110, the impedance becomes significantly higher than the effective trigger current impedance for turn-on. As a result, the above-mentioned reactive current can be made very small, and most of the on-state current 1AT of the auxiliary thyristor section 104 can be used as the trigger current of the thyristor section 101. In order not to impair other characteristics of the reverse conduction thyristor, the depth Xjl of the separation layer ND should be shallower than the depth Xj2 of the second emitter layer NE for the following reasons.

すなわち、図示のように電路113の下に分離層NDを
配置した場合、分離層NDと第1エミツタ層PEが対向
し合う部分イ、口が形成される場合があるとこの部分は
Pnpnの4層からなりサイリスタ構造と等価となる。
従つて、この部分にダイオード部分102からダイオー
ド電流の担体となる少数のキヤリアが侵入すると、この
重なり合い部分がサイリスタ機能を発揮してターンオン
し、主サイリスタ部分101の転流を失敗させるという
好ましくない現象が生じやすい。この現象は分離層ND
の不純物濃度が高かつたり、層の厚さXjlが本来のエ
ミツタ層より厚いと起りやすい。したがつて、上記の好
ましくないターンオン現象を防ぐためには、分離層ND
の深さXjlを浅くして、この部分のサイリスタ機能を
生じにくくすることが効果的である。また、分離層ND
の不純物濃度を極力低く設定することも同様に効果的で
ある。本実施例では第2エミツタ層NEの表面不純物濃
度が1×1020cm−3、同層の深さXj2が20μ
に対し、分離層NDの表面不純物濃度を1X10190
frL−3、同深さXjlを10μに設定して逆導通サ
イリスタの転流能力を低くすることなく、本発明の効果
である無効ゲート電流減少の効果を十分発揮させること
ができた。
That is, when the separation layer ND is arranged under the electric circuit 113 as shown in the figure, the part A where the separation layer ND and the first emitter layer PE face each other, and if an opening is formed, this part is Pnpn 4. It consists of layers and is equivalent to a thyristor structure.
Therefore, when a small number of carriers serving as diode current carriers enter this portion from the diode portion 102, this overlapping portion exhibits a thyristor function and is turned on, causing an undesirable phenomenon in which the commutation of the main thyristor portion 101 fails. is likely to occur. This phenomenon is caused by the separation layer ND
This is likely to occur if the impurity concentration of the emitter layer is high or if the layer thickness Xjl is thicker than the original emitter layer. Therefore, in order to prevent the above-mentioned undesirable turn-on phenomenon, it is necessary to
It is effective to make the depth Xjl shallow to make it difficult for the thyristor function to occur in this part. In addition, separation layer ND
It is also effective to set the impurity concentration as low as possible. In this example, the surface impurity concentration of the second emitter layer NE is 1 x 1020 cm-3, and the depth Xj2 of the same layer is 20 μ.
In contrast, the surface impurity concentration of the separation layer ND is 1×10190
By setting frL-3 and the same depth Xjl to 10μ, the effect of reducing the reactive gate current, which is an effect of the present invention, could be fully exhibited without lowering the commutation ability of the reverse conduction thyristor.

さらに、分離層NDと第2エミツタ層PEが対向しない
ように各部分の形状、配置を行う方法も勿論有効である
。逆導通サイリスタのDi/Dt耐量をさらに向上させ
るために補助電極112をサイリスタ部分101の中に
複雑に入り組ませて、補助電極112に対面するカソー
ド長を長くすることが効果的であることは周知のとおり
である。しかし、この構成をとると補助電極112の占
有する面積が大きくなり、その結果、サイリスタの実効
面積が減少して必然的に電流容量の低減が余儀なくされ
るという欠点をもつ。したがつて、本発明の分離層効果
を発揮させつつこの実効面積問題を解決する方法として
、サイリスタ部分とダイオード部分の間の分離領域を利
用する例を下記の第2実施例に示す。第3a及び第3b
図は本発明の第2の実施例による逆導通サイリスタのそ
れぞれカソード側からみた平面図及び第3a図のa−a
切断面による断面図である。この逆導通サイリスタにお
いては、ウエハ210の外周部から中央部へかけてのサ
イリスタ部分201、ダイオード部分202、補助サイ
リスタ部分204、ゲート領域203の配置の順序は第
1実施例の場合と同様であるが、さらにサイリスタ部分
201とダイオード部分202の間に分離領域205が
追加して設けられている。そしてこの分離領域部分を利
用して補助サイリスタ電極213と補助電極207を接
続する電路206を設けている。この実施例においても
前述の実施例の場合と同じく電路206→第2ベース層
PB→ダイオード部分202の第2エミツタ層NE→カ
ソード電極208の経路のインピーダンスを高くするた
めに第3a図に点線で配置を示すように円弧状の電路2
06と複合ウエハ210の第2主面211で電路の下に
ある第2ベース層PBの表面部分に第2ベース層とは逆
のn形分離層NDを設置している。一般に分離領域はサ
イリスタ部分、ダイオード部分いずれの機能をももたな
いで、この分離領域の存在は素子の電力容量を向上させ
るためのウエハ面積の有効利用という面からは従来無駄
であつた。しかし、この実施例では分離領域の利用によ
りサイリスタ部分201の中に多数(図では6個)の補
助電極207を入り込ませ、各補助電極207を第2エ
ミツタ層と接続させた。これによつて、実効カソード面
積をそれほど減少させることなくサイリスタ部分201
における補助電極とカソード電極208対面部分の長さ
を極力長くした。そしてそれによつて定格臨界オン電流
上昇率(Di/Dt耐量)及び高周波特性の改善など逆
導通サイリスタのターンオンスイツチング特性を向上さ
せることに成功した。一方、この実施例においては分離
領域205が第1エミツタ層PEln+層、第1ベース
層NB、第2ベース層PBl分離層NDからなるPnp
n4層構造のサイリスタ状構造を形成している。したが
つて、この分離領域205にダイオード部分202から
ダイオード電流の担体となる少数キヤリアが侵入すると
、この部分がサイリスタ機能を発揮してターンオンし、
主サイリスタ部分201の転流能力が低くなる懸念があ
る。このため第1の実施例で述べたのと同様にNB層の
深さを浅くする方法やND層の不純物濃度を低くする方
法、あるいはこの分離領域の第1のエミツタ層PEと分
離層NDとを対向しないように対向部分の第1エミツタ
層PEを一部除去しあるいはその部分の深さ又は濃度を
減じる等の方法も上記の問題解決に有効である。なお、
この実施例においては、分離領域205は回転対称に設
けられているが、その一部分の上に電路206を設けず
にカソード電極208をサイリスタ部分201からダイ
オード部分202まで連続してなる連結部分210を設
けている。
Furthermore, it is of course also effective to shape and arrange each part so that the separation layer ND and the second emitter layer PE do not face each other. In order to further improve the Di/Dt tolerance of the reverse conduction thyristor, it is effective to make the auxiliary electrode 112 intricately intertwine within the thyristor portion 101 and to lengthen the length of the cathode facing the auxiliary electrode 112. As is well known. However, this configuration has the drawback that the area occupied by the auxiliary electrode 112 increases, resulting in a decrease in the effective area of the thyristor, which inevitably necessitates a reduction in current capacity. Therefore, as a method for solving this effective area problem while exhibiting the separation layer effect of the present invention, an example in which a separation region between the thyristor portion and the diode portion is utilized will be shown in the second embodiment below. 3rd a and 3rd b
The figures are a plan view of a reverse conduction thyristor according to a second embodiment of the present invention, viewed from the cathode side, and a-a of Fig. 3a.
FIG. In this reverse conduction thyristor, the arrangement order of the thyristor portion 201, diode portion 202, auxiliary thyristor portion 204, and gate region 203 from the outer periphery to the center of the wafer 210 is the same as in the first embodiment. However, an isolation region 205 is additionally provided between the thyristor portion 201 and the diode portion 202. An electric path 206 connecting the auxiliary thyristor electrode 213 and the auxiliary electrode 207 is provided using this separation region. In this embodiment, as in the previous embodiment, in order to increase the impedance of the path from the electric path 206 to the second base layer PB to the second emitter layer NE of the diode portion 202 to the cathode electrode 208, dotted lines are shown in FIG. 3a. Arc-shaped electric circuit 2 as shown in the layout
06 and the second main surface 211 of the composite wafer 210, an n-type separation layer ND opposite to the second base layer is provided on the surface portion of the second base layer PB under the electric circuit. In general, the isolation region does not have the function of either a thyristor portion or a diode portion, and the existence of this isolation region has conventionally been wasteful from the standpoint of effective use of the wafer area for improving the power capacity of the device. However, in this embodiment, a large number (six in the figure) of auxiliary electrodes 207 are inserted into the thyristor portion 201 by utilizing the separation region, and each auxiliary electrode 207 is connected to the second emitter layer. This allows the thyristor portion 201 to be removed without significantly reducing the effective cathode area.
The length of the portion where the auxiliary electrode faces the cathode electrode 208 is made as long as possible. As a result, we succeeded in improving the turn-on switching characteristics of the reverse conduction thyristor, such as improving the rated critical on-current increase rate (Di/Dt withstand capability) and high frequency characteristics. On the other hand, in this embodiment, the isolation region 205 is a PnP layer consisting of a first emitter layer PEln+ layer, a first base layer NB, a second base layer PBl isolation layer ND.
It forms a thyristor-like structure of n4 layer structure. Therefore, when a minority carrier serving as a diode current carrier enters this isolation region 205 from the diode portion 202, this portion exhibits a thyristor function and turns on.
There is a concern that the commutation ability of the main thyristor portion 201 will decrease. Therefore, as described in the first embodiment, there is a method of reducing the depth of the NB layer, a method of lowering the impurity concentration of the ND layer, or a method of reducing the depth of the NB layer or the impurity concentration of the ND layer, or Methods such as removing a portion of the first emitter layer PE in the facing portion or reducing the depth or concentration of that portion so as not to face each other are also effective in solving the above problem. In addition,
In this embodiment, the isolation region 205 is provided rotationally symmetrically, but the cathode electrode 208 is connected continuously from the thyristor portion 201 to the diode portion 202 without providing an electric path 206 on a portion thereof. It is set up.

これはアセンブリ工程における電極端子接続、たとえば
圧接方式による電極接続の作業性を容易にするための構
造であつて、何等本発明の本質により制約をうけた形状
ではない。したがつて、本発明は図示の実施例形状の他
、自由に所望の電極形状によつて実施でき、同様な効果
をあげることが可能である。
This is a structure for facilitating the workability of electrode terminal connection in the assembly process, for example, electrode connection by pressure contact, and the shape is not restricted in any way by the essence of the present invention. Therefore, the present invention can be implemented with any desired electrode shape in addition to the illustrated embodiment shape, and similar effects can be achieved.

本発明は実施例に示した逆導通サイリスタのp形、n形
を全く逆にした場合の素子についても同様の効果を充分
に発揮させることができることはもちろんである。
It goes without saying that the present invention can sufficiently exhibit the same effect even in the case where the p-type and n-type of the reverse conduction thyristor shown in the embodiments are completely reversed.

また、上記実施例はシリコンウエハを用いた場合を示し
たが、他の半導体ウエハを用いても本発明の効果は失な
われない。
Furthermore, although the above embodiments show the case where a silicon wafer is used, the effects of the present invention will not be lost even if other semiconductor wafers are used.

上記実施例においては、ターンオフ時間を短縮するのに
Au拡散法を用いることを示したが、その他の金属たと
えばCu,Pt,Znなどによる重金属不純物拡散法、
放射線照射法、急熱急冷法などを用いた場合、あるいは
これらの手段を極用しない場合においても、前記実施例
とすべて同様に本発明の効果が発揮されることが確認さ
れた。
In the above embodiment, it was shown that the Au diffusion method was used to shorten the turn-off time, but other metals such as heavy metal impurity diffusion methods such as Cu, Pt, and Zn,
It was confirmed that the effects of the present invention can be exhibited in the same manner as in the above embodiments even when radiation irradiation, rapid heating and cooling, etc. are used, or even when these methods are not used to the utmost.

この発明においては上記実施例について述べたように第
2ベース層PB上に設けられる電路113,206等の
下の部分のベース層PBの表面の少くとも一部に分離層
NDを設けたので、実施例のようにウエハ外周にサイリ
スタ部分を設けその内側にダイオード部分を配置してタ
ーンオン特性や耐圧性の向上をはかろうとする構成にお
いて、ダイオード部あるいはさらにカソード部の一部を
横切つて電路113,206等を設ける場合でも、この
電路を設けたために無効電流にもとずくターンオン不良
を生ずる恐れがなく、所期の性能を達成することができ
る。
In this invention, as described in the above embodiment, the separation layer ND is provided on at least a part of the surface of the base layer PB under the electric circuits 113, 206, etc. provided on the second base layer PB. In a configuration in which a thyristor portion is provided on the outer periphery of the wafer and a diode portion is placed inside the thyristor portion as in the embodiment, in order to improve the turn-on characteristics and voltage resistance, an electric circuit is connected across the diode portion or further across a part of the cathode portion. 113, 206, etc., there is no risk of turn-on failure due to reactive current due to the provision of this electric path, and the desired performance can be achieved.

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

第1図は従来の逆導通サイリスタの側断面図、第2a図
は本発明の第1実施例の逆導通サイリスタのカソード側
からみた平面図、第2b図は第2a図のb−b切断面に
よる断面図、第2c図は第2a図のa−a切断面による
断面図、第3a図は第2実施例の逆導通サイリスタのカ
ソード側からみた平面図、第3b図は第3a図のa−a
切断面による断面図である。 Aはアノード端子、Kはカソード端子、Gはゲート端子
、PEは第1エミツタ層、NBは第1ベース層、PBは
第2ベース層、NEは第2エミツタ層、PE′は第3エ
ミツタ層、NE′は第4エミツタ層、J1〜J6は接合
、17,107,211はアノード電極、19,110
,208は力ソード電極、21,109,212はゲー
ト電極、20,111,213は補助サイリスタ電極、
NDは電路113,206の下の第2ベース層PBに設
けた分離層、11,101,201はサイリスタ部分、
114,205は分離領域、12,102,202はダ
イオード部分、13,104,204は補助サイリスタ
部分、14,103,203はゲート領域部分である。
FIG. 1 is a side cross-sectional view of a conventional reverse conduction thyristor, FIG. 2a is a plan view of the reverse conduction thyristor according to the first embodiment of the present invention, viewed from the cathode side, and FIG. 2b is a bb section of FIG. 2a. Figure 2c is a cross-sectional view taken along the a-a section in Figure 2a, Figure 3a is a plan view of the reverse conduction thyristor of the second embodiment as seen from the cathode side, and Figure 3b is a cross-sectional view taken along line a in Figure 3a. -a
FIG. A is the anode terminal, K is the cathode terminal, G is the gate terminal, PE is the first emitter layer, NB is the first base layer, PB is the second base layer, NE is the second emitter layer, and PE' is the third emitter layer. , NE' is the fourth emitter layer, J1 to J6 are junctions, 17, 107, 211 are anode electrodes, 19, 110
, 208 are force sword electrodes, 21, 109, 212 are gate electrodes, 20, 111, 213 are auxiliary thyristor electrodes,
ND is a separation layer provided on the second base layer PB under the electric circuits 113, 206, 11, 101, 201 are thyristor parts,
114, 205 are isolation regions, 12, 102, 202 are diode portions, 13, 104, 204 are auxiliary thyristor portions, and 14, 103, 203 are gate region portions.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1導電形の第1エミッタ層と第2導電形の第1ベ
ース層と第1導電形の第2ベース層と第2導電形の第2
エミッタ層の4層が順次隣接してなるサイリスタ部分と
、前記第1ベース層と前記第2ベース層の2層からなる
ダイオード部分と前記第1導電形の第3エミッタ層と前
記第1ベース層と前記第2ベース層と第2導電形の第4
エミッタ層の4層が順次隣接してなる補助サイリスタ部
分とが含まれる複合サイリスタウェハに、前記第1エミ
ッタ層と前記第2ベース層が露出する第1主面に隣接さ
れた第1電極と前記第1主面に対向する第2主面の前記
サイリスタ部分および前記ダイオード部分に接続された
第2主電極と、前記第2主面の前記第2ベース層に接続
されたゲート電極および補助電極と、前記第2主面の前
記第4エミッタ層に接続された補助サイリスタ電極と、
前記第2主電極とは離間して前記ダイオード部分を横断
するように設置された少くとも1つの接続電路とがそれ
ぞれ形成され、前記接続電路が前記補助サイリスタ電極
と前記補助電極を電気的に接続し更に、前記第2ベース
層において前記接続電路下の少なくとも一部の部分に埋
込まれてpn接合をつくる第2導電形分離層を設け、そ
の上に前記電路が設けられたことにより、前記接続電路
−前記ダイオード部分−前記第2電極の経路に高インピ
ーダンス部が設けられ且つ前記複合サイリスタウェハの
中央から周縁の方向にむかつて、前記ゲート電極、前記
補助サイリスタ部分、前記ダイオード部分、前記サイリ
スタ部分が順次配置されていることを特徴とする逆導通
サイリスタ。 2 前記分離層の深さを前記第2エミッタ層の深さより
浅くしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項の逆導
通サイリスタ。 3 前記分離層の表面不純物濃度を前記第2エミッタ層
のそれより低くしたことを特徴とする特許請求の範囲第
1項の逆導通サイリスタ。 4 前記サイリスタ部分と前記ダイオード部分の間の分
離領域の少くとも一部に前記接続電路が設置されている
ことを特徴とする特許請求の範囲1項の逆導通サイリス
タ。 5 前記複合サイリスタウェハを重金属拡散法、熱処理
法、放射線照射法によつて処理することにより少数キャ
リア寿命を短縮したことを特徴とする特許請求の範囲第
1項の逆導通サイリスタ。 6 前記第1エミッタ層は前記分離層に対向しない形状
関係で設置されていることを特徴とする特許請求の範囲
第1項の逆導通サイリスタ。 7 前記分離層は前記第1エミッタ層に対向しない形状
関係としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項の逆
導通サイリスタ。
[Claims] 1. A first emitter layer of a first conductivity type, a first base layer of a second conductivity type, a second base layer of the first conductivity type, and a second emitter layer of the second conductivity type.
a thyristor part consisting of four layers of emitter layers adjacent to each other in sequence; a diode part consisting of two layers, the first base layer and the second base layer; the third emitter layer of the first conductivity type; and the first base layer. and the second base layer and a fourth layer of the second conductivity type.
A composite thyristor wafer includes an auxiliary thyristor portion including four emitter layers successively adjacent to each other; a first electrode adjacent to a first main surface where the first emitter layer and the second base layer are exposed; a second main electrode connected to the thyristor portion and the diode portion on a second main surface opposite to the first main surface; a gate electrode and an auxiliary electrode connected to the second base layer on the second main surface; , an auxiliary thyristor electrode connected to the fourth emitter layer on the second main surface;
At least one connection path is formed that is spaced apart from the second main electrode and is installed across the diode portion, and the connection path electrically connects the auxiliary thyristor electrode and the auxiliary electrode. Furthermore, a second conductivity type separation layer is provided in the second base layer to form a pn junction by being buried in at least a part of the area under the connection electric path, and the electric path is provided on the second conductivity type separation layer. A high impedance section is provided in the path of the connection circuit - the diode part - the second electrode, and from the center to the periphery of the composite thyristor wafer, the gate electrode, the auxiliary thyristor part, the diode part, and the thyristor are connected. A reverse conduction thyristor characterized in that parts are arranged in sequence. 2. The reverse conduction thyristor according to claim 1, wherein the depth of the separation layer is shallower than the depth of the second emitter layer. 3. The reverse conducting thyristor according to claim 1, wherein the surface impurity concentration of the separation layer is lower than that of the second emitter layer. 4. The reverse conduction thyristor according to claim 1, wherein the connection circuit is installed in at least a part of a separation region between the thyristor part and the diode part. 5. The reverse conduction thyristor according to claim 1, wherein the minority carrier lifetime is shortened by treating the composite thyristor wafer by a heavy metal diffusion method, a heat treatment method, or a radiation irradiation method. 6. The reverse conduction thyristor according to claim 1, wherein the first emitter layer is disposed in a shape such that it does not face the separation layer. 7. The reverse conduction thyristor according to claim 1, wherein the separation layer is shaped so as not to face the first emitter layer.
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