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JPS6148270B2 - - Google Patents
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JPS6148270B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6148270B2
JPS6148270B2 JP54019333A JP1933379A JPS6148270B2 JP S6148270 B2 JPS6148270 B2 JP S6148270B2 JP 54019333 A JP54019333 A JP 54019333A JP 1933379 A JP1933379 A JP 1933379A JP S6148270 B2 JPS6148270 B2 JP S6148270B2
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JP
Japan
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layer
thyristor
gate
turn
section
Prior art date
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Application number
JP54019333A
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Japanese (ja)
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JPS55111168A (en
Inventor
Tetsuo Sueoka
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.)
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D18/00Thyristors
    • H10D18/221Thyristors having amplifying gate structures, e.g. cascade configurations

Landscapes

  • Thyristors (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Thyristor Switches And Gates (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はゲートでオン・オフさせるかまたはオ
フを助勢する形式のP,N,P,N4層からなる
サイリスタのゲート構造に係り、特に、ターンオ
ン性能を改善させ、かつこれがターンオフ機能を
阻害しないようにした増巾形ゲート構造を有する
ターンオフサイリスタに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a gate structure of a thyristor consisting of P, N, P, N4 layers, which is turned on and off by the gate or is assisted in turning off, and particularly improves turn-on performance and This invention relates to a turn-off thyristor having an enlarged gate structure that does not inhibit the turn-off function.

第1図はかかるターンオフサイリスタの従来の
ものの等価回路を示し、主サイリスタ部1および
補助サイリスタ部2が抵抗3を介してそれぞれ互
いに並列接続された形態をなし、その構成の内部
説明図がセンターゲート構造として第2図に示し
てある。第2図において、P1層側が電極Kに対し
て正バイアスの状態で、ゲートGとカソードK間
にゲート電流を流すと、N3層からなる補助サイ
リスタ部2が点弧し、N3層部の電流は電極4か
ら抵抗部5を通つて、N2領域に流れ、主サイリ
スタ部1をオンさせる。一方、これをオフさせる
には、カソードKから電極G0に向つて逆バイア
ス電流を流して、主サイリスタ部1の電流をオフ
させるが、このとき補助サイリスタ部2は完全に
オフ状態にないと、上記逆バイアス電流を除去す
ると再点弧してしまい、オフ動作が確実に行われ
なくなる。すなわち、補助サイリスタ部2の電流
は電極4→P2層→電極G0→逆バイアス電源6→
スイツチ7→カソードKに流れており、スイツチ
7をオフすると、この電流はN2層に流入する。
したがつて、ゲートGに加えるオンゲート電流を
除去してかつ補助サイリスタ部2が確実にオフし
てからでないと制御不能を起す。これを改善する
ための従来技術として主サイリスタ部1のベース
領域N1及びP2層内のライフタイムに対して、補
助サイリスタ部の各ベース域N1,P2のライフタ
イムを短かくする事が提案されており、このため
には補助サイリスタ部2に施す金拡散などのライ
フタイム短縮化手段を主サイリスタ部1に比べて
強くすればよいが実製造行程ではこの区別がむつ
かしい欠点がある。
FIG. 1 shows an equivalent circuit of a conventional turn-off thyristor, in which a main thyristor section 1 and an auxiliary thyristor section 2 are connected in parallel to each other via a resistor 3, and an internal diagram of the configuration is a center gate. The structure is shown in FIG. In Fig. 2, when a gate current is passed between the gate G and the cathode K with the P1 layer side being positively biased with respect to the electrode K, the auxiliary thyristor part 2 consisting of the N3 layer is fired, and the N3 layer The current flows from the electrode 4 through the resistor section 5 to the N2 region, turning on the main thyristor section 1. On the other hand, in order to turn it off, a reverse bias current is passed from the cathode K toward the electrode G0 to turn off the current in the main thyristor section 1, but at this time the auxiliary thyristor section 2 must be completely off. If the reverse bias current is removed, it will be re-ignited and the off operation will not be performed reliably. That is, the current of the auxiliary thyristor section 2 is as follows: electrode 4 → P 2 layer → electrode G 0 → reverse bias power supply 6 →
The current flows from switch 7 to cathode K, and when switch 7 is turned off, this current flows into the N2 layer.
Therefore, unless the on-gate current applied to the gate G is removed and the auxiliary thyristor section 2 is turned off reliably, loss of control will occur. As a conventional technique to improve this, the lifetime of each base region N 1 and P 2 of the auxiliary thyristor section is made shorter than the lifetime of the base region N 1 and P 2 of the main thyristor section 1. has been proposed, and for this purpose, it is necessary to make the lifetime shortening means such as gold diffusion applied to the auxiliary thyristor part 2 stronger than that of the main thyristor part 1, but there is a drawback that this distinction is difficult in the actual manufacturing process.

本発明はかかる問題点を解決し、かつ補助サイ
リスタ部2のオフ動作を早めるようにしたサイリ
スタのゲート構造を提供するものであり、特に、
主サイリスタ部のカソード側のN2層を補助サイ
リスタ部のカソード側N3層の深さよりも浅くし
たものである。
The present invention solves these problems and provides a thyristor gate structure that speeds up the off operation of the auxiliary thyristor section 2. In particular,
The N2 layer on the cathode side of the main thyristor section is made shallower than the N3 layer on the cathode side of the auxiliary thyristor section.

第3図は本発明のターンオフサイリスタの構成
を示すもので、これをその形成順序にしたがつて
説明する。先ず、50Ω−cmのN形シリコンの両面
から熱拡散によりガリウムを表面濃度1×1018
拡散深さ60ミクロンに拡散して、P1,N1,P2
形成する。このときN1層の厚さが250ミクロンに
なるように、シリコンウエーハの初期厚さを調整
する。次に、P1,P2層の両表面に酸化膜を形成
し、N2層およびN3層が所定のパターンになるよ
うにマスク処理を行う。なお、第3図では明示し
てないが、通常電流容量が大きくなると、電極
G0はN2層を分割するように割り込ませる形状と
するが、N2層の外側端から電極G0までの抵抗が
あまり大きくならないような比較的小電流の場合
は、リング状にしても良い。次いで、N2層に該
当する部分の酸化膜を除去して、この部分に1×
1020の表面濃度で、5乃至10ミクロンの深さのリ
ンを拡散し、さらにN2層に該当する部分のシリ
コン酸化膜(SiO2)を除去して、N2層と同時に同
一濃度に拡散し、N2層の拡散深さが20ミクロ
ン、N3層の深さが10乃至15ミクロンにする。し
たがつて図示のΔxjは5乃至10ミクロンとなる。
次に、P1層側表面に金を塗布し、これを800乃至
860℃で10乃至30分間熱処理による金拡散を行つ
て、N1層およびP2層内のキヤリアの寿命を短く
するようにする。その後、カソード側にアルミニ
ウムを全面蒸着し、ゲート電極G,G0、カソー
ド電極K、電極4をそれぞれ所定パターンにエツ
チングして形成し、P1層表面にはアルミニウムを
介してタングステン板を溶着する。
FIG. 3 shows the structure of the turn-off thyristor of the present invention, which will be explained in the order of formation. First, gallium was deposited at a surface concentration of 1×10 18 by thermal diffusion from both sides of 50 Ω-cm N-type silicon.
Diffusion to a diffusion depth of 60 microns to form P 1 , N 1 , and P 2 . At this time, the initial thickness of the silicon wafer is adjusted so that the thickness of the N1 layer is 250 microns. Next, oxide films are formed on both surfaces of the P 1 and P 2 layers, and masking is performed so that the N 2 and N 3 layers form a predetermined pattern. Although it is not clearly shown in Figure 3, as the current capacity increases, the electrode
G 0 should be shaped to divide the N 2 layer, but in the case of a relatively small current where the resistance from the outer edge of the N 2 layer to the electrode G 0 is not too large, a ring shape may be used. good. Next, remove the oxide film in the part corresponding to the N2 layer, and apply 1× to this part.
Diffuse phosphorus to a depth of 5 to 10 microns with a surface concentration of 10 to 20 , then remove the silicon oxide film (SiO 2 ) in the area corresponding to the N 2 layer, and diffuse it to the same concentration at the same time as the N 2 layer. The diffusion depth of the N2 layer is 20 microns, and the depth of the N3 layer is 10 to 15 microns. Therefore, the Δxj shown is 5 to 10 microns.
Next, apply gold to the surface of the P1 layer and apply gold to the surface of the P1 layer.
Gold diffusion is performed by heat treatment at 860° C. for 10-30 minutes to shorten the lifetime of carriers in the N1 and P2 layers. Thereafter, aluminum is deposited on the entire surface of the cathode side, and gate electrodes G, G 0 , cathode electrode K, and electrode 4 are etched into predetermined patterns, respectively, and a tungsten plate is welded to the surface of the P 1 layer via aluminum. .

かくして形成されたターンオフサイリスタは補
助サイリスタ部2の電圧降下が、主サイリスタ部
1の電圧降下に対して、Δxj分だけ大きくなり、
この結果、補助サイリスタ部2から主サイリスタ
部1への移行時間が短縮される。この結果、第2
図において問題となつた、再点弧が防止される。
In the thus formed turn-off thyristor, the voltage drop in the auxiliary thyristor section 2 is larger than the voltage drop in the main thyristor section 1 by Δxj,
As a result, the transition time from the auxiliary thyristor section 2 to the main thyristor section 1 is shortened. As a result, the second
Re-ignition, which was a problem in the figure, is prevented.

実験によれば、Δxj=0の第2図の場合、ゲー
トGにバイアス電流を流してオン状態を保持させ
ている場合において、その電流を除去してからス
イツチ7をオンして主サイリスタ部1をオフさせ
るまでの時間が約20マイクロ秒要したのに対し、
Δxjを約5ミクロンに設定した場合には、約5マ
イクロ秒でオフできることが確認された。なお、
この場合にゲートオン時の性能は僅か低下する
が、実用上殆んど問題となるものではない。この
ように補助サイリスタ部2のN1層あるいはP2
で構成されるベースの幅が主サイリスタ部のそれ
より実質的に大きくなるようにすることにより、
ターンオフ機能の高性能化を図ることができる。
According to experiments, in the case of FIG. 2 where Δxj = 0, when a bias current is applied to the gate G to keep it in the on state, the main thyristor section 1 is turned on after the current is removed and the switch 7 is turned on. It took about 20 microseconds to turn off the
It was confirmed that when Δxj was set to about 5 microns, it could be turned off in about 5 microseconds. In addition,
In this case, the performance when the gate is turned on is slightly degraded, but this is hardly a problem in practice. By making the width of the base composed of the N1 layer or P2 layer of the auxiliary thyristor section 2 substantially larger than that of the main thyristor section in this way,
It is possible to improve the performance of the turn-off function.

第4図はターンオフ機能の向上を図るために、
ゲート電極層をゲート層内に埋め込んだ構造のも
のである。一般に、かかる構成になるものは、
N3層からなる補助サイリスタ部のターンオフ動
作が遅れるため、ターンオフ過程でN2層に流れ
ていた電流がN3層に近い領域に集中し、この部
分を破壊する欠点がある。このため補助サイリス
タ部が確実にオフしてから、スイツチをオンし
て、N2層にオフ用逆バイアス電流を印加しなけ
ればならなかつたが、第4図に示すようにN2
の拡散の深さに対してN3層の深さをΔxjだけ浅
くすることによつて、補助サイリスタ部の電圧降
下が高くなり、短時間にN3層を流れていた電流
は容易にN2層に移行するので、ゲートGをオフ
してからスイツチ5をオンするまでのゲート回路
の時間が短くできる利点がある。また、第5図に
示すように、ゲート電極層P2 +をN3層の下部まで
延ばしたものであるが、これによればN2層に対
向するゲート電極層P2 +の割合(インボリユート
パターンで)が50%とし、かつN3層に対向する
P2 +の占有率を75%にしたものを、ゲート電極G
をオフした後、スイツチ7をオンさせて、N2
が再点弧しない時間について、従来のものと比較
すると、約10マイクロ秒も短縮されたことが確認
された。
Figure 4 shows how to improve the turn-off function.
It has a structure in which the gate electrode layer is embedded within the gate layer. Generally, such a configuration is
Since the turn-off operation of the auxiliary thyristor section consisting of the N3 layer is delayed, the current flowing through the N2 layer during the turn-off process concentrates in a region close to the N3 layer, which has the disadvantage of destroying this part. For this reason, it was necessary to turn on the switch after the auxiliary thyristor section was turned off to apply a reverse bias current for off to the N2 layer, but as shown in Figure 4, the diffusion of the N2 layer By reducing the depth of the N3 layer by Δxj relative to the depth of This has the advantage that the time required for the gate circuit from turning off the gate G until turning on the switch 5 can be shortened. Furthermore, as shown in FIG. 5, the gate electrode layer P 2 + is extended to the bottom of the N 3 layer, and according to this, the ratio of the gate electrode layer P 2 + facing the N 2 layer (in in volute pattern) is 50% and facing N 3 layer
The gate electrode G has a P 2 + occupancy of 75%.
After turning off the switch 7 and turning on the switch 7, it was confirmed that the time required for the N2 layer to not re-ignite was reduced by approximately 10 microseconds compared to the conventional system.

以上詳細に説明したように、本発明によれば、
P1,N1,P2,N2の4層からなる主サイリスタ部
とP1,N1,P2を共通としてP1,N1,P2,N3の4
層からなる補助サイリスタ部とからなるサイリス
タにおいて、補助サイリスタ部のN1層あるいは
P2層で構成されるベース幅が主サイリスタ部のそ
れより実質的に大きくなるようにしたことによ
り、主サイリスタのオフ時の逆バイアス除去によ
つて再点弧することを確実に防止でき、かつその
主サイリスタをオフさせるまでの時間を大巾に短
縮することができる。また、これによりゲートオ
ン性能を損うものでなくなる。
As explained in detail above, according to the present invention,
The main thyristor part consists of four layers of P 1 , N 1 , P 2 , and N 2 and the 4 layers of P 1 , N 1 , P 2 , and N 3 with P 1 , N 1 , and P 2 in common.
In a thyristor consisting of an auxiliary thyristor section consisting of a layer, N 1 layer or
By making the base width made up of the P two layers substantially larger than that of the main thyristor part, it is possible to reliably prevent the main thyristor from re-igniting due to reverse bias removal when it is turned off. Moreover, the time required to turn off the main thyristor can be greatly shortened. Furthermore, this does not impair gate-on performance.

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

第1図は増巾形ゲート構造をもつたサイリスタ
の等価回路図、第2図はその具体的構造図、第3
図乃至第5図は本発明にかかるターンオフサイリ
スタの具体的構造図である。 1……主サイリスタ部、2……補助サイリスタ
部。
Figure 1 is an equivalent circuit diagram of a thyristor with an amplified gate structure, Figure 2 is its specific structural diagram, and Figure 3 is an equivalent circuit diagram of a thyristor with an expanded gate structure.
5 through 5 are concrete structural diagrams of the turn-off thyristor according to the present invention. 1...Main thyristor section, 2...Auxiliary thyristor section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 P1,N1,P2,N2の4層構造の主サイリスタ
部と、そのP1,N1,P2を共通としてP1,N1
P2,N3の4層構造の補助サイリスタ部とからな
り、上記補助サイリスタ部のN1層またはP2層で
構成されるベース幅が、主サイリスタのそれより
実質的に大きくなるようにしたことを特徴とする
ターンオフサイリスタ。
1 The main thyristor part has a four-layer structure of P 1 , N 1 , P 2 , and N 2 , and P 1 , N 1 , and
It consists of an auxiliary thyristor part with a four-layer structure of P 2 and N 3 , and the base width of the auxiliary thyristor part, which is composed of the N 1 layer or the P 2 layer, is substantially larger than that of the main thyristor. A turn-off thyristor characterized by:
JP1933379A 1979-02-21 1979-02-21 Turn-off thyristor Granted JPS55111168A (en)

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JPS57160161A (en) * 1981-03-27 1982-10-02 Meidensha Electric Mfg Co Ltd Gate turn-off thyristor
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