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JPS6248391B2 - - Google Patents
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JPS6248391B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6248391B2
JPS6248391B2 JP53092415A JP9241578A JPS6248391B2 JP S6248391 B2 JPS6248391 B2 JP S6248391B2 JP 53092415 A JP53092415 A JP 53092415A JP 9241578 A JP9241578 A JP 9241578A JP S6248391 B2 JPS6248391 B2 JP S6248391B2
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JP53092415A
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JPS5519838A (en
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Kozo Yamagami
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPS5519838A publication Critical patent/JPS5519838A/en
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/17Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
    • H10D62/192Base regions of thyristors
    • H10D62/206Cathode base regions of thyristors

Landscapes

  • Thyristors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、3端子制御整流素子およびその製
造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a three-terminal controlled rectifier element and a method for manufacturing the same.

PNPN4層構造よりなる制御整流素子は別名サ
イリスタと呼ばれる。3端子を有するサイリスタ
には逆阻止サイリスタ、逆導通サイリスタ、逆導
電サイリスタ、双方向サイリスタなどがあげられ
る。また、最近では製造技術の進歩に伴い電流容
量では数百mA〜数千Aという広範囲にわたり生
産されるようになつてきている。
A controlled rectifying element with a PNPN four-layer structure is also called a thyristor. Thyristors having three terminals include reverse blocking thyristors, reverse conducting thyristors, reverse conducting thyristors, bidirectional thyristors, and the like. In addition, recently, with advances in manufacturing technology, a wide range of current capacities ranging from several hundred mA to several thousand A has come to be produced.

この発明は、これらのサイリスタのうち数A以
下の逆阻止サイリスタおよび逆導電サイリスタの
構造に関するものであるが、以下の説明では逆阻
止サイリスタを例にとりその詳細を説明すること
にする。
The present invention relates to the structure of a reverse-blocking thyristor of several amps or less and a reverse-conducting thyristor among these thyristors, and in the following description, details thereof will be explained by taking the reverse-blocking thyristor as an example.

まず、第1図に従来の逆阻止サイリスタの断面
構造を示す。また、第2図に第1図のX―X′部
分の縦方向の不純物分布の状態を示す。
First, FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a conventional reverse blocking thyristor. Further, FIG. 2 shows the state of the impurity distribution in the vertical direction along the line X--X' in FIG.

第1図において、1はN形シリコン単結晶基板
よりなるN形ベース領域、2は前記N形ベース領
域1を有するN形シリコン単結晶基板の下側表面
よりP形不純物を拡散せしめて形成したP形エミ
ツタ領域、3は同じくN形シリコン単結晶基板の
上側表面よりP形不純物を拡散せしめて形成した
P形ベース領域、4は前記P形ベース領域3の部
分的な表面領域より内部方向にN形不純物を拡散
せしめて形成したN形エミツタ領域である。5は
前記P形エミツタ領域2の表面と低抵抗接触をな
す陽極メタライズ電極(以下A電極という)、6
は前記N形エミツタ領域4の表面と低抵抗接触を
なす陰極メタライズ電極(以下K電極という)、
7は前記P形ベース領域3の表面の部分的領域に
形成された低抵抗接触をなすゲート電極(以下G
電極という)である。8はG―K電極間に外部的
に接続された抵抗、コンデンサよりなる外部イン
ピーダンスである。9,10は前記A電極5がK
電極6に対して正電位になるように所定の電圧を
印加し、接合J2を逆バイアスした時にN形ベース
領域1側およびP形ベース領域3側に伸びた空間
電荷領域のそれぞれの端を示す。N形ベース領域
1側への空間電荷領域の伸び幅Wdoと、P形ベー
ス領域3側への空間電荷領域の伸び幅Wdpとの和
が空間電荷領域の伸び幅Wdである。IAは前記A
電極5の端子部を流れる電流、IKは前記K電極
6の端子部を流れる電流、IGは前記G電極7の
端子部を流れる電極、ISは前記接合J2を流れる
電流、RPは実効P形ベース領域(WpBの幅の領
域)の横方向抵抗である。
In FIG. 1, 1 is an N-type base region made of an N-type silicon single crystal substrate, and 2 is an N-type base region formed by diffusing P-type impurities from the lower surface of the N-type silicon single crystal substrate having the N-type base region 1. A P-type emitter region 3 is also a P-type base region formed by diffusing P-type impurities from the upper surface of the N-type silicon single crystal substrate, and 4 is an inward direction from a partial surface region of the P-type base region 3. This is an N-type emitter region formed by diffusing N-type impurities. 5 is an anode metallized electrode (hereinafter referred to as A electrode) that makes low resistance contact with the surface of the P-type emitter region 2;
is a cathode metallized electrode (hereinafter referred to as K electrode) that makes low resistance contact with the surface of the N-type emitter region 4;
7 is a gate electrode (hereinafter referred to as G) forming a low resistance contact formed on a partial region of the surface of the P type base region 3.
(referred to as electrodes). 8 is an external impedance consisting of a resistor and a capacitor externally connected between the G and K electrodes. 9 and 10, the A electrode 5 is K
When a predetermined voltage is applied to the electrode 6 to have a positive potential and the junction J 2 is reverse biased, each end of the space charge region extending toward the N-type base region 1 side and the P-type base region 3 side is show. The sum of the extension width W do of the space charge region toward the N-type base region 1 side and the extension width W dp of the space charge region toward the P-type base region 3 side is the extension width W d of the space charge region. I A is the above A
A current flowing through the terminal portion of the electrode 5, I K is a current flowing through the terminal portion of the K electrode 6, I G is an electrode flowing through the terminal portion of the G electrode 7, I S is a current flowing through the junction J 2 , and R P is the lateral resistance of the effective P-type base region (region of width W pB ).

最近数A以下のサイリスタに対して、ゲート点
弧電流(IGT)が小さく、かつdV/dt(順方向
印加電圧上昇率)耐量の大きいものが、その用途
により強く要求されている。
Recently, thyristors of several amperes or less are required to have a small gate firing current (I GT ) and a large dV/dt (forward applied voltage increase rate) tolerance depending on the intended use.

一般にサイリスタのdV/dt耐量を大きくする
効果的な方法として、シヨートエミツタ構造にす
ることが知られているが、この構造にするとゲー
ト点弧電流が大きくなりすぎるという欠点があ
り、数A以下のサイリスタの構造としては使用で
きない。これに代わる方法としてG―K電極間に
抵抗やコンデンサを挿入して外部的にG―K電極
間のインピーダンスを下げる方法が用いられる
が、非常に高いdV/dt耐量が要求される場合、
この方法だけでは十分でなく、構造上の見直しが
必要となる。
In general, it is known that a short emitter structure is used as an effective method to increase the dV/dt withstand capability of a thyristor, but this structure has the disadvantage that the gate firing current becomes too large. It cannot be used as a structure. An alternative method is to insert a resistor or capacitor between the G and K electrodes to externally lower the impedance between the G and K electrodes, but if very high dV/dt tolerance is required,
This method alone is not sufficient and requires a structural review.

次に構造とdV/dt耐量との関係を述べる。N
形エミツタ領域4、P形ベース領域3、N形ベー
ス領域1で構成されるNPNトランジスタの電流
増幅率をαopo、P形エミツタ領域2、N形ベー
ス領域1、P形ベース領域3で構成されるPNPト
ランジスタの電流増幅率をαpop、空間電荷領域
での電子、正孔での増幅率をそれぞれMo,Mh
ゲート電流をIG、また、A電極5とK電極6間
にA電極5側が正電位になるように所定の電圧V
を印加した時の接合J2を流れる電流をISとする
と陽極電流IAは次式で表わされる。
Next, the relationship between structure and dV/dt tolerance will be described. N
α opo is the current amplification factor of an NPN transistor composed of a P-type emitter region 4, a P-type base region 3, and an N-type base region 1. The current amplification factor of the PNP transistor is α pop , and the amplification factors for electrons and holes in the space charge region are M o and M h , respectively.
The gate current is I G , and a predetermined voltage V is applied between the A electrode 5 and the K electrode 6 so that the A electrode 5 side has a positive potential.
Let I S be the current flowing through the junction J 2 when J 2 is applied, then the anode current I A is expressed by the following equation.

A=MαopoGT+I/1―(Mαop
+Mαpop)……(1) ここで、Moh=Mとおくと IA=MαopoGT+I/1−M(αopo
αpop)……(2) ここにISは IS=ISO+IGR+Idis ……(3) で表わされる。第(3)式の右辺のISOは電圧V印加
時の接合J2の飽和電流、IGRは空間電荷領域内で
の発生・結合電流、また、Idisは変位電流で電圧
V印加時の接合J2の接合容量の充電電流である。
このIdisは、接合J2の接合容量をC、電荷量をQ
とすると、 Idis=d/dt=d(CV)/dt=CdV/d
tVdC/dt……(4) また、接合容量C=εS/Wを代入すると、 Idis=CdV/dt−CV/W・dW/dt…
…(5) で表わされる。また、第(3)式のISは電圧V印加
時のP形実効ベース領域(Wdpで示す幅の領域)
を流れる電流成分ISpとN形エミツタ領域4へ流
れ込む電流成分ISoの和としても表わされる。I
Spが飽和する迄はISoは小さく、ISpが飽和して
くるとISoが急激に増えてくると考えられる。ま
た、2つのトランジスタの電流増幅率αopo,αp
opはトランジスタ内部を流れる電流の大きさに依
存し、電流が増加すると電流増幅率も増加する。
以上の関係式および前述した現象からdV/dtに
よるサイリスタのターンオン過程が説明される。
GT=0の場合を考え高いdV/dtの電位VをA
―K電極間にA電極5側が正電位になるように印
加すると、第(5)式で示すような充電々流(変位電
流)Idisが流れる。これに伴い第(3)式で示すよう
にISが大きく増える。ISの電流成分のうち、I
Spも増加するが、さらにISが増えると電流成分
Spが飽和し、ついにはISoが増えはじめ、NPN
トランジスタの電流増幅率αopoが大きくなる。
このαopoが大きくなると、第(2)式の分母の値が
小さくなりIA(=IS)が増える。このような正
帰還現象のくり返しにより、ついには 1−M(αopo+αpop)→0 となり、IAは外部回路のインピーダンスで決ま
るようになる。すなわちサイリスタはターンオン
する。ISpの最大値は、P形実効ベース領域の横
方向抵抗Rpによる電圧降下をVRP,接合J3の拡
散電位をVDとすると次の関係式で表わされる。
I A = M o α opo I GT + I S /1−(M o α op
o
+ M h α pop )……(1) Here, if M o M h = M, then I A = M α opo I GT + I S /1−M (α opo +
α pop )...(2) Here, I S is expressed as I S = I SO + I GR + I dis ... (3). On the right side of equation (3), I SO is the saturation current of the junction J 2 when voltage V is applied, I GR is the generated/combined current in the space charge region, and I dis is the displacement current when voltage V is applied. is the charging current of the junction capacitance of junction J 2 .
This I dis is the junction capacitance of the junction J 2 , and the electric charge is Q.
Then, I dis = d Q /dt=d(CV)/dt=CdV/d
tVdC/dt...(4) Also, by substituting the junction capacitance C=ε 0 S/W d , I dis =CdV/dt-CV/W d・dW d /dt...
...(5) In addition, I S in equation (3) is the P-type effective base area (area with a width indicated by W dp ) when voltage V is applied.
It is also expressed as the sum of the current component I Sp flowing through the current component I Sp and the current component I So flowing into the N-type emitter region 4 . I
It is thought that I So is small until Sp saturates, and when I Sp saturates, I So increases rapidly. Also, the current amplification factors α opo and α p of the two transistors are
op depends on the magnitude of the current flowing inside the transistor, and as the current increases, the current amplification factor also increases.
The thyristor turn-on process due to dV/dt can be explained from the above relational expression and the phenomenon described above.
Considering the case of I GT = 0, the high dV/dt potential V is A
- When voltage is applied between the K electrodes so that the A electrode 5 side has a positive potential, a charging current (displacement current) I dis flows as shown in equation (5). Along with this, I S increases significantly as shown in equation (3). Of the current components of I S , I
Sp also increases, but as I S increases further, the current component I Sp saturates, and finally I So begins to increase, resulting in NPN
The current amplification factor α opo of the transistor increases.
As this α opo becomes larger, the value of the denominator of equation (2) becomes smaller and I A (=I S ) increases. By repeating such a positive feedback phenomenon, the equation finally becomes 1-M (α opo + α pop ) → 0, and I A comes to be determined by the impedance of the external circuit. That is, the thyristor is turned on. The maximum value of I Sp is expressed by the following relational expression, where V RP is the voltage drop due to the lateral resistance R p of the P-type effective base region, and V D is the diffusion potential of the junction J 3 .

(VRP)ISp =ISpnax+ZGK×ISpnax=VD ……(6) ISpが第(6)式で決まる値ISpnaxより大きくな
ると、P形実効ベース領域→G―K電極間インピ
ーダンスZGKでの電圧降下が接合J3の拡散電位V
Dより大きくなり接合J3を順バイアスすることに
なり、第1図の矢印点線で示すようにN形ベース
領域4よりP形ベース領域3へ電子が注入される
ようになる。この電子はP形ベース領域3を拡散
し接合J2に達すると、P形エミツタ領域2よりN
形ベース領域1へ第1図の矢印実線で示すように
正孔の注入が起る。この結果、ISが増加し電流
増幅率αopoおよびαpopが増加しついには、 1−M(αopo+αpop)→0 となり、サイリスタはターンオンにする。dV/
dt耐量を大きくする方法としては第(1)式〜第(6)式
より大きく分けると次の3項目が挙げられる。
(V RP ) I Sp = I Spnax + Z GK × I Spnax = V D ...(6) When I Sp becomes larger than the value I Spnax determined by equation (6), the P-type effective base area → G-K electrode gap The voltage drop across impedance Z GK is the diffusion potential of junction J 3 V
becomes larger than D , forward biasing the junction J3 , and electrons are injected from the N-type base region 4 to the P-type base region 3, as shown by the dotted arrow line in FIG. When these electrons diffuse through the P-type base region 3 and reach the junction J2 , they are transferred from the P-type emitter region 2 to N
Holes are injected into the shaped base region 1 as shown by the solid arrow line in FIG. As a result, I S increases, current amplification factors α opo and α pop increase, and finally, the equation becomes 1-M (α opo + α pop )→0, and the thyristor is turned on. dV/
Broadly speaking, the following three methods can be cited as methods for increasing the dt tolerance, based on equations (1) to (6).

(1) 2つのトランジスタの電流増幅率αopo,αp
opを小さくする。
(1) Current amplification factors α opo and α p of the two transistors
Make op smaller.

(2) dV/dt印加による充電電流Idisを小さくす
る。
(2) Reduce the charging current I dis caused by applying dV/dt.

(3) ISの内N形エミツタ領域4へ流れ込む電流
成分ISoを小さくする。
(3) The current component I So flowing into the N-type emitter region 4 of I S is reduced.

これらのうち、(3)の方法について考える。漏れ
電流、すなわち接合J2を流れる電流ISの電流成
分ISoを小さくするためには、他の電流成分ISp
を大きくすればよい。第(6)式において、ZGKは回
路的な条件により制約を受けるため変えることは
むずかしい。VDも他の特性を考慮すると容易に
大きくすることはできない。従つて、横方向抵抗
pを小さくし電流成分ISpを大きくすることを
考える。第1図においてK電極6とG電極7が並
行に配置された構造を仮定し、N形ベース領域4
下のP形ベース領域3の横方向寸法をaとし奥行
幅をbとすると実行P形ベース領域幅WpBの横方
向抵抗Rpは第(7)式で表わされる。
Among these, consider method (3). In order to reduce the leakage current, that is, the current component I So of the current I S flowing through the junction J 2 , other current component I Sp
Just make it bigger. In equation (6), it is difficult to change Z GK because it is restricted by circuit conditions. V D cannot be easily increased considering other characteristics. Therefore, consider reducing the lateral resistance R p and increasing the current component I sp . In FIG. 1, assuming a structure in which the K electrode 6 and the G electrode 7 are arranged in parallel, the N-type base region 4
When the lateral dimension of the lower P-type base region 3 is a and the depth width is b, the lateral resistance R p of the effective P-type base region width W pB is expressed by equation (7).

p=ρ×a/b×Wdp ……(7) 従つてP形ベース領域をISの電流成分ISpnax
流れた時の電圧降下VRpはISpnaxが接合J2全体
で一様な電流密度で流れるものとすると、 (VRp)ISp=ISpnax=2Rp×ISpnax ……(8) で表わされ、∂VRp/∂Rp=2となり横方向抵
抗RpをΔRp減らせば電圧降下VRpは2Δ
RISpnax減少し、横方向抵抗Rpを小さくすること
による効果が大きいことがわかる。さらに第(7)式
のρは、P形ベース領域3の不純物分布をN=
N1(x)とすると次式で表わされる。
R p =ρ×a/b×W dp ……(7) Therefore, the voltage drop V Rp when the current component I Spnax of I S flows through the P-type base region is that I Spnax is uniform over the entire junction J 2 Assuming that the current flows with a current density of If ΔR p is reduced, the voltage drop V Rp will be 2Δ
It can be seen that the effect of reducing RI Spnax and reducing the lateral resistance R p is large. Furthermore, ρ in equation (7) represents the impurity distribution of the P-type base region 3 as N=
When N 1 (x), it is expressed by the following equation.

ここに、qは電子の電荷量、μは正孔の移動度
である。また、P形ベース領域3が従来のように
拡散法で形成される場合には、一般に距離xの誤
差関数や指数関数として表わされる。ただし、x
j2,xj3等は第2図に示されるように接合J2,J3
のK電極6からの距離である。第(9)式よりρを小
さくするには、第2図の斜線を施したP形ベース
領域3の平均不純物濃度を大きくすればよいこと
がわかる。ただし、他の特性定格、例えばゲート
点弧電流(IGT)やオン電圧(VTM)などの特性
定格を満足するためには、接合J3でのP形ベース
領域3の正孔の濃度Nj3を適当に小さくする必要
があり、P形ベース領域3の不純物分布全体を高
くし、ρを下げることは不可能となる。
Here, q is the amount of charge of electrons, and μ is the mobility of holes. Further, when the P-type base region 3 is formed by a diffusion method as in the conventional case, it is generally expressed as an error function or an exponential function of the distance x. However, x
j2 , x j3, etc. are the junctions J 2 , J 3 as shown in Figure 2.
is the distance from the K electrode 6. From equation (9), it can be seen that in order to reduce ρ, the average impurity concentration of the P-type base region 3, which is shaded in FIG. 2, should be increased. However, in order to satisfy other characteristic ratings, such as gate firing current (I GT ) and on-voltage (V TM ), the hole concentration Nj in the P-type base region 3 at junction J 3 must be 3 needs to be appropriately small, making it impossible to increase the overall impurity distribution in the P-type base region 3 and lower ρ.

この発明は、上述の点にかんがみなされたもの
で、接合J3での正孔濃度Nj3を変えることなく、
P形ベース領域の横方向抵抗を小さくしうる構造
を提供しようとするものである。以下この発明に
ついて説明する。
This invention was made in view of the above points, and without changing the hole concentration Nj 3 at the junction J 3 ,
The present invention aims to provide a structure that can reduce the lateral resistance of the P-type base region. This invention will be explained below.

第3図はこの発明の一実施例を示す逆阻止サイ
リスタの不純物分布を示すもので、P形ベース領
域3の不純物分布N=N2(x)をP形ベース領
域3のうち空間電荷領域の伸び幅Wdpを含む領域
を拡散で形成し、残りの領域はエピタキシヤル成
長法で一定の濃度Nj3になるように形成するもの
である。この実施例の場合他の特性、定格、例え
ばゲート点弧電流(IGT)やオン電圧(VTM)を
犠性にすることなく、横方向抵抗Rpを小さくし
たものである。また、第3図の構造のものは、空
間電荷領域をP形ベース領域3側にも伸ばして全
体の空間電荷領域の幅Wdを大きくすることによ
つて接合J2の接合容量を小さくし、第(4)式および
第(5)式よりわかるようにdV/dt印加時の充電電
流(変位電流)Idisを小さくし、かつP形ベース
領域3の横方向抵抗Rpも小さくしたものであ
る。
FIG. 3 shows the impurity distribution of a reverse blocking thyristor showing an embodiment of the present invention, where the impurity distribution N=N 2 (x) of the P-type base region 3 is expressed as A region including the extension width W dp is formed by diffusion, and the remaining region is formed by epitaxial growth so as to have a constant concentration Nj 3 . In this embodiment, the lateral resistance R p is reduced without sacrificing other characteristics and ratings, such as gate firing current (I GT ) and on-voltage (V TM ). Furthermore, in the structure shown in FIG. 3, the space charge region is extended to the P-type base region 3 side to increase the width W d of the entire space charge region, thereby reducing the junction capacitance of the junction J 2 . , as can be seen from equations (4) and (5), the charging current (displacement current) I dis when dV/dt is applied is made small, and the lateral resistance R p of the P-type base region 3 is also made small. It is.

接合J3での正孔の濃度Nj3とIGT,dV/dtの規
格化した値との間の相関を求めると第4図のよう
になる。一方、IGTとdV/dt耐量の規格は、IG
が上限値、dV/dt耐量が下限値で規定されるこ
とからNj3の適切な範囲は2×1016〜5×1016cm-3
であることがわかる。従つてNj3としては、2×
1016〜5×1016cm-3の範囲内の任意の濃度を選ん
で形成される。
The correlation between the hole concentration Nj 3 at the junction J 3 and the normalized value of I GT , dV/dt is as shown in FIG. 4. On the other hand, the standards for I GT and dV/dt tolerance are I G
Since T is defined as an upper limit and dV/dt tolerance is defined as a lower limit, the appropriate range for Nj 3 is 2×10 16 to 5×10 16 cm -3
It can be seen that it is. Therefore, as Nj 3 , 2×
It is formed by selecting an arbitrary concentration within the range of 10 16 to 5×10 16 cm −3 .

次に、この発明の実施例の製造方法について説
明する。
Next, a manufacturing method of an embodiment of the present invention will be explained.

第5図a〜eはこの発明の制御整流素子の製造
方法を説明するための工程図である。
FIGS. 5a to 5e are process diagrams for explaining the method of manufacturing the controlled rectifier of the present invention.

まず、第5図aのようなN形シリコン単結晶よ
りなる基板1の片側の表面よりP形不純物をその
表面濃度が比較的高濃度になるように深く拡散
し、P形エミツタ領域2を形成する。次に第5図
bのように基板1の他方の面よりP形不純物をそ
の表面濃度を比較的低濃度で浅く拡散しP形ベー
ス領域の一部3aを形成する。このP形ベース領
域の一部3aの形成拡散深さは、接合J2に所定の
逆バイアスがかかつた時に伸びる空間電荷領域の
幅Wdpより深くすることが行われる。次に第5図
cのように残りの部分のP形ベース領域3bを不
純物濃度が所定の一定濃度Nj3になるようにエピ
タキシヤル成長法を用いて形成する。これにより
基板1の一方の面にP形ベース領域3が形成され
る。11は拡散法で形成したP形ベース領域の一
部3aとエピタキシヤル成長法を用いて形成した
残りのP形ベース領域3bの境界線を示す。この
ように形成したP形ベース領域3の不純物分布は
第3図の不純物分布でN2(x)で示す部分の分
布(横軸のxj3〜xj2の間の分布)のようにな
る。次に第5図dのように、P形ベース領域3の
表面層領域の一部領域にN形不純物を高濃度で拡
散してN形エミツタ領域4を形成する。次に第5
図eのようにP形エミツタ領域2、N形エミツタ
領域4およびP形ベース領域3の各々の面と低抵
抗接触をなすメタライズ電極であるA電極5、K
電極6およびG電極7を形成する。
First, P-type impurities are deeply diffused from one surface of a substrate 1 made of N-type silicon single crystal as shown in FIG. do. Next, as shown in FIG. 5b, a P-type impurity is diffused shallowly from the other surface of the substrate 1 at a relatively low surface concentration to form a portion 3a of the P-type base region. The formation diffusion depth of this portion 3a of the P-type base region is set to be deeper than the width W dp of the space charge region that extends when a predetermined reverse bias is applied to the junction J 2 . Next, as shown in FIG. 5c, the remaining P-type base region 3b is formed by epitaxial growth so that the impurity concentration becomes a predetermined constant concentration Nj3 . As a result, a P-type base region 3 is formed on one surface of the substrate 1. Reference numeral 11 indicates a boundary line between a portion 3a of the P type base region formed by the diffusion method and the remaining P type base region 3b formed using the epitaxial growth method. The impurity distribution in the P-type base region 3 formed in this manner is as shown in the impurity distribution in the portion indicated by N 2 (x) in FIG. 3 (distribution between x j3 and x j2 on the horizontal axis). Next, as shown in FIG. 5d, N-type impurities are diffused at a high concentration into a part of the surface layer region of the P-type base region 3 to form an N-type emitter region 4. Next, the fifth
As shown in Figure e, A electrodes 5 and K are metallized electrodes that make low resistance contact with each surface of the P-type emitter region 2, N-type emitter region 4, and P-type base region 3.
Electrode 6 and G electrode 7 are formed.

ところで、P形ベース領域3の横方向抵抗Rp
を小さくすることはゲート点弧電流(IGT)を大
きくする方向に働き、損失電力を大きくする。こ
れを防ぐ方法としてその一実施例の構造を第6図
に示す。すなわちゲート近傍のP形ベース領域の
一部領域の幅を狭くし、その部分の横方向抵抗を
大きくしようとするものである。第6図の実施例
ではゲート近傍のN形エミツタ領域4aに凸部を
設け、その下部のP形ベース領域3の幅を狭くす
るものである。こうすることによりゲート電流1
3による電圧降下を大きくし、点線矢印14で示
すようにゲート近傍のN形エミツタ領域4aより
P形ベース領域3へ電子の注入を起させやすくす
ることができる。また、N形エミツタ領域4の凸
部4aは、ゲート近傍のみに形成することから
dV/dt耐量への影響は小さい。
By the way, the lateral resistance R p of the P-type base region 3
Reducing I GT works to increase the gate firing current (I GT ), which increases power loss. FIG. 6 shows the structure of an embodiment of a method for preventing this. That is, the width of a part of the P-type base region near the gate is narrowed to increase the lateral resistance of that part. In the embodiment shown in FIG. 6, a convex portion is provided in the N-type emitter region 4a near the gate, and the width of the P-type base region 3 below the convex portion is narrowed. By doing this, the gate current 1
By increasing the voltage drop caused by 3, electrons can be more easily injected into the P-type base region 3 from the N-type emitter region 4a near the gate, as shown by the dotted arrow 14. Furthermore, since the convex portion 4a of the N-type emitter region 4 is formed only near the gate,
The effect on dV/dt tolerance is small.

なお、第6図の実施例ではゲート近傍のP形ベ
ース領域3の幅を狭くするために、N形エミツタ
領域4に凸部4aを設けたが、これ以外にN形ベ
ース領域1に凸部を設けてP形ベース領域3の幅
を狭くしてもよく、また、N形エミツタ領域4お
よびN形ベース領域1のいずれにも凸部を設け、
P形ベース領域3の幅を狭くしても同様の効果が
得られることはいうまでもない。
In the embodiment shown in FIG. 6, a convex portion 4a is provided in the N-type emitter region 4 in order to narrow the width of the P-type base region 3 near the gate. The width of the P-type base region 3 may be narrowed by providing a convex portion in both the N-type emitter region 4 and the N-type base region 1,
It goes without saying that the same effect can be obtained even if the width of the P-type base region 3 is narrowed.

以上詳細に説明したように、この発明はP形ベ
ース領域の不純物濃度をN形ベース領域との接合
付近で傾斜をもたせ、その他の領域では一定濃度
に構成したので、空間電荷領域の伸びWdを大き
くし、すなわち、C=εS/Wを小さくし、Idis
を減 らし、かつP形ベース領域の横方向抵抗を小さく
してIdisによる電圧降下を小さくしてdV/dt耐
量を向上させることができる。
As explained in detail above, in this invention, the impurity concentration of the P-type base region has a slope near the junction with the N-type base region, and the other regions have a constant concentration, so that the extension of the space charge region W d , that is, C=ε 0 S/W d , and I dis
By reducing the lateral resistance of the P-type base region and reducing the voltage drop due to Idis , it is possible to improve the dV/dt tolerance.

かようにこの発明によれば、dV/dt耐量が大
きく、かつ損失電力が小さい制御整流素子を容易
に得ることができる利点がある。
Thus, according to the present invention, there is an advantage that a controlled rectifier element having a large dV/dt tolerance and a small power loss can be easily obtained.

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

第1図は従来の制御整流素子の断面構造を説明
するための図、第2図は第1図のX―X′縦断面
における不純物濃度分布を説明するための図、第
3図、第4図はNj3とIGT,dV/dtの規格化した
値との間の相関図、第5図a〜eはこの発明の制
御整流素子の製造方法の一実施例を示す工程図、
第6図はこの発明の他の実施例を示す制御整流素
子の構成断面図である。 図中、1はN形ベース領域、2はP形エミツタ
領域、3はP形ベース領域、4はN形エミツタ領
域、N2(x),N3(x)は不純物分布、Nj3は不
純物濃度である。なお、図中の同一符号は同一ま
たは相当部分を示す。
Fig. 1 is a diagram for explaining the cross-sectional structure of a conventional control rectifier, Fig. 2 is a diagram for explaining the impurity concentration distribution in the X-X' longitudinal section of Fig. 1, Figs. The figure is a correlation diagram between the normalized values of N j3 and I GT , dV/dt, and FIGS.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a controlled rectifier element showing another embodiment of the present invention. In the figure, 1 is an N-type base region, 2 is a P-type emitter region, 3 is a P-type base region, 4 is an N-type emitter region, N 2 (x), N 3 (x) are impurity distributions, and N j3 is an impurity. It is concentration. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 N形ベース領域、このN形ベース領域の一主
面に形成されたP形エミツタ領域、上記N形ベー
ス領域の他主面に形成されたP形ベース領域、こ
のP形ベース領域の部分的な表面領域に形成され
たN形エミツタ領域のPNPN4層構造よりなり、
上記P形エミツタ領域の表面に接触した陽極メタ
ライズ電極、上記N形エミツタ領域の表面に接触
した陰極メタライズ電極、上記P形ベース領域の
表面に接触したゲート電極を有する3端子制御整
流素子において、上記P形ベース領域を上記N形
エミツタ領域と接する一定不純物濃度の均一濃度
層と、この均一濃度層との接合部における不純物
濃度が均一濃度層の濃度より低く、かつその濃度
が上記N形ベース領域との接合部へ向かつて順次
低くされた傾斜濃度層とに分け、上記N形エミツ
タ領域とN形ベース領域とに挾まれたP形ベース
領域の上記陰極メタライズ電極とゲート電極との
境界部の厚みを、他の上記N形エミツタ領域とN
形ベース領域とに挾まれたP形ベース領域の厚み
より薄くしたことを特徴とする3端子制御整流素
子。
1. An N-type base region, a P-type emitter region formed on one main surface of this N-type base region, a P-type base region formed on the other main surface of the N-type base region, and a partial region of this P-type base region. It consists of a PNPN4 layer structure with an N-type emitter region formed on the surface region.
In the three-terminal control rectifier element having an anode metallized electrode in contact with the surface of the P-type emitter region, a cathode metallization electrode in contact with the surface of the N-type emitter region, and a gate electrode in contact with the surface of the P-type base region, a uniform concentration layer with a constant impurity concentration in which the P-type base region is in contact with the N-type emitter region; and the impurity concentration at the junction with the uniform concentration layer is lower than the concentration of the uniform concentration layer, and the concentration is lower than the concentration of the uniform concentration layer in the N-type base region. The boundary between the cathode metallized electrode and the gate electrode of the P-type base region sandwiched between the N-type emitter region and the N-type base region The thickness is the same as that of the other N-type emitter regions mentioned above.
A three-terminal control rectifying element characterized in that the thickness is thinner than that of a P-shaped base region sandwiched between the P-shaped base region and the P-shaped base region.
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