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JPH0640580B2 - Semiconductor device - Google Patents
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JPH0640580B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH0640580B2
JPH0640580B2 JP60053855A JP5385585A JPH0640580B2 JP H0640580 B2 JPH0640580 B2 JP H0640580B2 JP 60053855 A JP60053855 A JP 60053855A JP 5385585 A JP5385585 A JP 5385585A JP H0640580 B2 JPH0640580 B2 JP H0640580B2
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strip
gto
shaped
gate
outermost layer
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勉 八尾
行正 佐藤
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D18/00Thyristors
    • H10D18/60Gate-turn-off devices 

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  • Thyristors (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、制御電流により主電流の導通、非導通を制御
できるゲートターンオフ(以下、GTO と略記する)サイ
リスタあるいはトランジスタ(以下、TRS と略記する)
の如き半導体装置に係り、特に、最大しゃ断電流を大き
くするための接合構造を備えた半導体装置に関するもの
である。
The present invention relates to a gate turn-off (hereinafter abbreviated as GTO) thyristor or transistor (hereinafter abbreviated as TRS) capable of controlling conduction / non-conduction of a main current by a control current. )
And a semiconductor device having a junction structure for increasing the maximum breaking current.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

大容量のGTO サイリスタやTRS は、エミッタ層を、1個
以上のほぼ一定幅の細長い短冊状領域から成るものと
し、これに隣接するベース層と共に、半導体基体の一方
の主表面に露出せしめ、各短冊状領域には一方の主電極
が低抵抗接触され、また前記ベース層には、各短冊状領
域を実質的に取り囲むように、制御電極が低抵抗接触さ
れ、さらに半導体基体の他方の主表面には他方の主電極
が低抵抗接触され、各電極は夫々一対の主端子と制御端
子に接続された構成となっている。
Large-capacity GTO thyristors and TRSs have an emitter layer composed of one or more strip-shaped regions with a substantially constant width, and are exposed on one main surface of a semiconductor substrate together with a base layer adjacent to the emitter layer. One main electrode is brought into low-resistance contact with the strip-shaped region, and the control electrode is brought into low-resistance contact with the base layer so as to substantially surround each strip-shaped region, and the other main surface of the semiconductor substrate is further provided. The other main electrode is in low resistance contact with each other, and each electrode is connected to a pair of main terminal and control terminal.

「以下、GTO サイリスタを例に採って、その動作を詳細
に説明する。
"Hereinafter, the operation of the GTO thyristor will be described in detail by taking it as an example.

上記構造を有するGTO サイリスタのターンオフ動作は、
良く知られているように、半導体基体の中に蓄積された
電子、正孔などの過剰キャリアを、負のゲート電流によ
って素早く外部に排除することで起る。
The turn-off operation of the GTO thyristor with the above structure is
As is well known, this is caused by the rapid elimination of excess carriers such as electrons and holes accumulated in the semiconductor substrate to the outside by a negative gate current.

そのため、GTO サイリスタでは、電流の導通領域からゲ
ート電流をできるだけ引き出し易くするために、上記の
ような、周囲をゲート電極で取り囲んだ、細長い短冊状
のカソードエミッタ層(以下、単位GTO と略記)構造を
採用し、これを電流容量に応じて半導体基体に多数並置
した構造が従来から提案されている(特開56−131
955号公報)。
Therefore, in the GTO thyristor, in order to draw the gate current from the current conduction region as easily as possible, a striped cathode emitter layer (hereinafter abbreviated as unit GTO) structure surrounded by the gate electrode as described above. In the related art, a structure in which a large number of these are arranged on a semiconductor substrate according to the current capacity is proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 56-131).
955 publication).

前記のような従来の構造では、各単位GTO が同時にター
ンオフ動作をすれば、明らかなように、電流しゃ断容量
は単位GTO の数に比例して増大させることができる。
In the conventional structure as described above, if each unit GTO is turned off at the same time, the current cutoff capacity can be increased in proportion to the number of unit GTO, as is apparent.

しかしながら、ゲート電極リード部に近いところに配置
された単位GTO と、これから離れたところに配置された
ものとでは、ゲート電極の過剰キャリア引き出し抵抗の
差により、ゲート電流に差異を生ずるので、全ての単位
GTO を同時にターンオフ動作させるのは非常にむづかし
い。
However, since the difference in the excess carrier extraction resistance of the gate electrode causes a difference in the gate current between the unit GTO placed near the gate electrode lead part and the unit GTO placed far from this, unit
It is very difficult to turn off the GTO at the same time.

特に、ターンオフ動作時には、動作の遅れている単位GT
O に、早くターンオフ動作した単位GTO から電流が移っ
てくるので、動作の遅れた単位GTO は、なお一層ターン
オフしづらくなり、最後には、ターンオフできなくなっ
て熱破壊するという問題があった。
Especially, the unit GT that is delayed during turn-off
Since the current is transferred to O from the unit GTO that was turned off early, the unit GTO that was delayed in operation becomes even more difficult to turn off, and at the end, there was a problem that it could not be turned off and thermal destruction occurred.

このようなターンオフ失敗は、より大口径の半導体基体
を用い、単位GTO がより多重配列になる程顕著であっ
た。このような問題の解決法として、特開昭59−16
5457号公報に開示されたような半導体装置が提案さ
れた。
Such a turn-off failure was remarkable when a larger-diameter semiconductor substrate was used and the unit GTO had a more multiple array. As a solution to such a problem, Japanese Patent Laid-Open No. 59-16
A semiconductor device as disclosed in Japanese Patent No. 5457 has been proposed.

これは、短冊状をなし、その幅方向の両側にゲート電極
が対向配置されたエミッタ層の、幅方向一方側に対向す
るゲート電極を、他方側に対向するゲート電極と直接導
電接続することはせず、ベース層の高抵抗を介して、前
記一方側のゲート電極および/またはゲートリード接続
部と電気的に接続させて、フロートゲート電極とした構
造である。
This is in the form of a strip, and it is not possible to directly conductively connect the gate electrode facing one side in the width direction of the emitter layer with the gate electrodes facing each other in the width direction to the gate electrode facing the other side. Instead, it is a structure in which it is electrically connected to the gate electrode and / or the gate lead connection portion on the one side through the high resistance of the base layer to form a float gate electrode.

このようなフロートゲート電極構造によれば、ターンオ
フ動作の初期においては、ベース層による抵抗の影響に
より、半導体基体内の過剰キャリアは、エミッタ層の幅
方向の両側に対向するゲート電極からアンバランスに引
抜かれる。
According to such a floating gate electrode structure, in the initial stage of the turn-off operation, excess carriers in the semiconductor substrate become unbalanced from the gate electrodes facing each other in the width direction of the emitter layer due to the influence of the resistance of the base layer. It is pulled out.

しかし、ターンオフ動作の末期においては、キャリアを
前記他方側に偏倚させておいて、両側のゲート電極か
ら、ほゞ均等に引抜くことができるので、各単位GTO に
おける最大しゃ断電流を増大することができた。
However, at the end of the turn-off operation, the carriers can be biased to the other side and can be pulled out from the gate electrodes on both sides almost evenly, which can increase the maximum breaking current in each unit GTO. did it.

しかし、この構造においても、単位GTO 相互間のターン
オフ動作タイミングを均一にすることが難しく、特に、
円板状の半導体基体を用い、短冊状のエミッタ層および
ゲート電極を有する単位GTO を放射状に、かつ同心円状
に多重配列したGTO サイリスタやTRS では、単位GTO の
個数を増やしても、その割には最大しゃ断電流の増大が
達成できないという問題があった。
However, even in this structure, it is difficult to make the turn-off operation timing between the unit GTOs uniform.
With GTO thyristors and TRSs that use a disk-shaped semiconductor substrate and have multiple unit GTOs that have strip-shaped emitter layers and gate electrodes arranged radially and concentrically, even if the number of unit GTOs is increased, Has a problem that the maximum cutoff current cannot be increased.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

従って、本発明の目的は、電流しゃ断時の制御端子から
の電流引き抜き効果および単位GTO 相互間のターンオフ
動作タイミングの均一性を改善し、最大しゃ断電流を増
大することができる、大電力用の半導体装置を提供する
ことにある。
Therefore, an object of the present invention is to improve the current drawing effect from the control terminal at the time of current interruption and the uniformity of turn-off operation timing between unit GTOs, and to increase the maximum interruption current. To provide a device.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明の特徴とするところは、半導体基体の1対の主表
面間に、交互に、導電型を異にする、少なくとも3つの
半導体層が順次積層され、一方の最外層は、短冊状領域
に分割され、かつ互いに分離されて一方の主表面に露出
し、前記最外層に隣接する一方の中間層は、前記短冊状
領域を取り囲むように、一方の主表面に露出し、短冊状
の各一方最外層及び他方の最外層には、それぞれ主電極
が低抵抗接触し、前記一方の中間層には制御電極が低抵
抗接触し、短冊状の各一方最外層は、制御電極のリード
接続部に対して多重配列されている半導体装置におい
て、前記リード接続部に対して最離重配列された、短冊
状の各一方最外層の、幅方向の一方側に対向する制御電
極部分は、前記幅方向の他方側に対向する制御電極部分
より高インピーダンスをもって、リード接続部と電気的
に接続され、さらに、前記各一方最外層の幅方向の一方
側に対向する制御電極部分は、相互に導電接続手段によ
って接続し、これによって最大しゃ断電流を増大させた
点にある。
A feature of the present invention is that at least three semiconductor layers having different conductivity types are alternately laminated between a pair of main surfaces of a semiconductor substrate, and one outermost layer is a strip region. The intermediate layer, which is divided and is separated from each other and exposed on one of the main surfaces, and which is adjacent to the outermost layer, is exposed on one of the main surfaces so as to surround the strip-shaped region, and each strip-shaped one The main electrode is in low resistance contact with the outermost layer and the other outermost layer, the control electrode is in low resistance contact with the one intermediate layer, and each strip-shaped one outermost layer is in the lead connection portion of the control electrode. In the semiconductor device which is multiply arranged, the control electrode portion, which is arranged most distantly with respect to the lead connection portion and is opposed to one side in the width direction of each strip-shaped outermost layer, is formed in the width direction. Higher impedance than the control electrode part facing the other side of the , The control electrode portions electrically connected to the lead connection portion and facing one side in the width direction of each one outermost layer are connected to each other by the conductive connection means, thereby increasing the maximum breaking current. There is a point.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下、本発明をGTO サイリスタに適用した場合の一実施
例を、添付の図面を参照して説明する。
An embodiment in which the present invention is applied to a GTO thyristor will be described below with reference to the accompanying drawings.

第1図および第3図は、本発明の各々異なる実施例であ
るGTO サイリスタの半導体基体1のカソード側平面パタ
ーンを四半分して示す平面図である。第1図は、ゲート
接続部C1を半導体基体の中心に設けた、いわゆるセンタ
ーゲート構造の例であり、第3図は、ゲート接続部C2
リング状に、かつ多重同心円状に配列された単位GTO 配
列の中間に設けた、いわば中間リングゲート構造の例を
示している。
FIG. 1 and FIG. 3 are plan views each showing a cathode side plane pattern of a semiconductor substrate 1 of a GTO thyristor, which is a different embodiment of the present invention, in quarters. FIG. 1 shows an example of a so-called center gate structure in which the gate connecting portion C 1 is provided at the center of the semiconductor substrate. FIG. 3 shows the gate connecting portions C 2 arranged in a ring shape and in multiple concentric circles. An example of an intermediate ring gate structure provided in the middle of the unit GTO array is shown.

また、第2図(a)および(b)は、それぞれ第1図のA−
A,B−B線に沿う拡大断面図であり、第4図(a)およ
び(b)はそれぞれ第3図のC−C,D−D線に沿う断面
図である。
Further, FIGS. 2 (a) and 2 (b) respectively show A- of FIG.
It is an expanded sectional view which follows the A and BB line, and FIG. 4 (a) and (b) is sectional drawing which follows CC and DD line of FIG. 3, respectively.

当業者には周知であり、また第2図および第4図の断面
図から分るように、半導体基体1の内部にはpエミッタ
層11、nベース層12、pベース層13およびnエミ
ッタ層14が形成され、前記各層間にはサイリスタ動作
をするのに必要なpn接合が形成されている。
As is well known to those skilled in the art, and as can be seen from the sectional views of FIGS. 2 and 4, inside the semiconductor body 1 there are a p-emitter layer 11, an n-base layer 12, a p-base layer 13 and an n-emitter layer. 14 is formed, and a pn junction necessary for performing a thyristor operation is formed between the layers.

そして、pエミッタ層11にはアノード電極20が、n
エミッタ層14にはカソード電極2が、またpベース層
13にはゲート電極3がそれぞれ導電接続されている。
Then, the p-emitter layer 11 has an anode electrode 20
The cathode electrode 2 is conductively connected to the emitter layer 14, and the gate electrode 3 is conductively connected to the p base layer 13.

また、第1図および第3図に明示されるように、半導体
基体1のカソード側主表面には、カソード電極2をとり
囲むようにゲート電極3が形成された、短冊状の単位GT
O 1−1が、それぞれリング状に多数個並列に配置され
ている。
Further, as clearly shown in FIGS. 1 and 3, a strip-shaped unit GT in which a gate electrode 3 is formed so as to surround the cathode electrode 2 on the cathode-side main surface of the semiconductor substrate 1.
A large number of O 1-1 are arranged in parallel in a ring shape.

ゲート接続部C1及びC2より最も遠いリング状配列(本明
細書では、最離重配列という)には、通常の単位GTO と
は異なるフロートゲート単位GTO1−2及び1−2
構成されており、さらにフロートゲート電極3−1が互
いに電気的に接続されており、この点が本発明の主要な
特徴点である。
The ring-shaped array furthest from the gate connection parts C 1 and C 2 (herein referred to as the heaviest array) is composed of float gate units GTO 1-2 and 1-2 a different from the normal unit GTO. In addition, the float gate electrodes 3-1 are electrically connected to each other, which is the main feature of the present invention.

第5図は第1図および第3図のゲート接続部C1及びC2
り最も遠い位置−すなわち、半導体基体1の外周縁に配
置したフロートゲート単位GTO1−2及びその周辺の一
部拡大平面図を示している。
FIG. 5 shows a position farthest from the gate connecting portions C 1 and C 2 of FIGS. 1 and 3, that is, the float gate unit GTO1-2 arranged on the outer peripheral edge of the semiconductor substrate 1 and a partially enlarged plane of the periphery thereof. The figure is shown.

また第6図(a)(b)は、第5図のE−E及びF−F線にそ
う断面図をそれぞれ示している。すなわち、第6図(a)
は主ゲート電極3と短冊状のフロートゲート電極3−1
(カソード電極2の間に延び出している部分)の長手方
向の断面図であり、第6図(b)は、主ゲート電極3と短
冊状カソード電極部2及びベース抵抗領域3−2、連結
フロートゲート電極3−1−1の、同様な長手方向の断
面図である。
6 (a) and 6 (b) are sectional views taken along lines EE and FF in FIG. 5, respectively. That is, FIG. 6 (a)
Is the main gate electrode 3 and the strip-shaped float gate electrode 3-1.
FIG. 6B is a longitudinal sectional view of a portion (extending between the cathode electrodes 2), and FIG. 6 (b) shows the main gate electrode 3, the strip cathode electrode portion 2, the base resistance region 3-2, and the connection. It is a similar longitudinal sectional view of the float gate electrode 3-1-1.

それぞれの短冊状カソード電極2は、その幅方向の両側
を、主ゲート電極3とフロートゲート電極3−1とによ
って挾まれている。
Each strip-shaped cathode electrode 2 is sandwiched by the main gate electrode 3 and the float gate electrode 3-1 on both sides in the width direction.

さらに、それぞれのフロートゲート電極3−1の内側端
は、第6図(a)に良く示されるように、pベース抵抗領
域3−2i(第5図においては斜線をつけて示す)を介
して、主ゲート電極3と連結され、一方、その外側端は
連結フロートゲート電極3−1−1によって相互に導電
接続される。これにより、すべてのフロートゲート電極
3−1は実質上等電位を維持することができる。
Further, as shown in FIG. 6 (a), the inner ends of the respective floating gate electrodes 3-1 are connected to each other via a p base resistance region 3-2 i (shown by hatching in FIG. 5). And is connected to the main gate electrode 3, and the outer ends thereof are conductively connected to each other by the connection float gate electrode 3-1-1. Thereby, all the floating gate electrodes 3-1 can maintain substantially the same potential.

短冊状カソード電極2が導電接続されたnエミッタ層1
4の外側周縁は、第6図(b)に良く示されるように、p
ベース層13に形成されたpベース抵抗領域3−2
p(第5図においては、斜線をつけて示す)を介して、
連結フロートゲート電極3−1−1に接続される。
N-emitter layer 1 in which strip-shaped cathode electrodes 2 are conductively connected
As shown in FIG. 6 (b), the outer peripheral edge of 4 is p
P base resistance region 3-2 formed in the base layer 13
via p (shown with diagonal lines in FIG. 5),
It is connected to the connection float gate electrode 3-1-1.

第6図(a)および(b)から分るように、図示の実施例で
は、フロートゲート電極3−1および連結フロートゲー
ト電極3−1−1は、pベース抵抗領域3−2を介し
て主ゲート電極3と同一高さのpベース層13の表面に
形成される。
As can be seen from FIGS. 6A and 6B, in the illustrated embodiment, the float gate electrode 3-1 and the connection float gate electrode 3-1-1 are connected via the p base resistance region 3-2 p . Is formed on the surface of the p base layer 13 having the same height as the main gate electrode 3.

そして、前記pベース抵抗領域3−2および3−2
は、前記pベース層13を幾分除去して薄くすることに
よって形成されている。さらに、ゲート耐圧の向上及び
p−ベース抵抗領域3−2および3−2の保護のた
めに、半導体基体1の露出表面にはSiO2絶縁膜4が形成
されている。
Then, the p base resistance regions 3-2 i and 3-2 p
Are formed by removing the p base layer 13 to some extent to make it thin. Further, an SiO 2 insulating film 4 is formed on the exposed surface of the semiconductor substrate 1 in order to improve the gate breakdown voltage and protect the p -base resistance regions 3-2 i and 3-2 p .

以上に図示し、かつ説明したような構造にすることによ
り、仮りに、第1図において、各単位GTO の同心円状多
重配列を、ゲート接続部C1に近い側から第一列、第二
列、第三列と呼ぶことにすると、通常のゲート単位GTO
をもって構成された第一列および第2列の各単位GTO
と、第三列の各フロートゲート単位GTO とでは、ゲート
電極抵抗の差の分だけ、ターンオフ動作速度に差が生じ
る。
By adopting the structure shown and described above, it is assumed in FIG. 1 that the concentric multiple arrays of each unit GTO are arranged in the first row and the second row from the side close to the gate connecting portion C 1. , If you call it the third column, the normal GTO GTO
Unit GTO of the 1st and 2nd row
, And each float gate unit GTO in the third column, there is a difference in turn-off operation speed due to the difference in gate electrode resistance.

すなわち、第一列および第2列の各単位GTO はすみやか
にターンオフするが、それでも第一列の方が早いので、
しゃ断電流は第二列の方へ移転される。
That is, the unit GTOs in the first and second rows turn off promptly, but the first row is still faster, so
The breaking current is transferred to the second row.

一方、第三列のフロートゲート単位GTO のターンオフ動
作は、ゲート電極抵抗の差及びpベース領域13の抵抗
3−2,3−2によるフロートゲート効果の両方に
より、第一列、第二列よりもさらに若干遅れる。このた
め、第一列の各単位GTO から第二列の各単位GTO に移転
されてきたしゃ断電流は、さらに第三列の各フロートゲ
ート単位GTO に移転する。
On the other hand, the turn-off operation of the float gate unit GTO in the third column is caused by both the difference in gate electrode resistance and the float gate effect due to the resistances 3-2 i and 3-2 p of the p base region 13 in the first and second columns. A little later than the line. Therefore, the cutoff current transferred from each unit GTO in the first column to each unit GTO in the second column is further transferred to each float gate unit GTO in the third column.

そして、第三列の各フロートゲート単位GTO では、さき
に従来技術として、特開昭59−165457号公報に
関して述べたところから明らかなように、pベース抵抗
領域3−2の存在により、ターンオフ動作の末期にお
いて、キャリアを主ゲート電極3とフロートゲート電極
3−1の両方からほぼ均等に引抜くので、最大しゃ断電
流を増大することができる。
In addition, in each float gate unit GTO in the third column, as is clear from the description of Japanese Patent Laid-Open No. 165457/1984, as a prior art, it turns off due to the presence of the p base resistance region 3-2 i. At the end of the operation, the carriers are extracted from both the main gate electrode 3 and the float gate electrode 3-1 almost uniformly, so that the maximum breaking current can be increased.

この場合、主ゲート電極3と連結フロートゲート電極3
−1−1との間に介在するベース抵抗領域3−2の値
を調整することにより、主ゲート電極3およびフロート
ゲート電極3−1からの電流引抜きバランスを改善する
ことができる。
In this case, the main gate electrode 3 and the connection floating gate electrode 3
By adjusting the value of the base resistance region 3-2 p interposed between the main gate electrode 3 and the floating gate electrode 3-1, the current drawing balance from the main gate electrode 3 and the float gate electrode 3-1 can be improved.

また、前記特開昭59−165457号公報に開示した
カソード電極2とフロートゲート電極3−1間のインピ
ーダンス調整手法(蝕刻除去、反対導電型領域の形成、
間隔増大など)は、本発明にも適用し得るものである。
Further, the impedance adjusting method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-165457 (e.g., etching removal, formation of opposite conductivity type region, between the cathode electrode 2 and the float gate electrode 3-1).
(Increased spacing, etc.) is also applicable to the present invention.

さらに、本発明においては、第三列の各単位GTO を構成
するフロートゲート電極3−1が、それぞれ連結フロー
トゲート電極3−1−1によって連結されているので、
各フロートゲート単位GTO 2−1間のゲート電極間の電
位差は実質上零となる。
Furthermore, in the present invention, since the float gate electrodes 3-1 forming each unit GTO in the third column are connected by the connecting float gate electrodes 3-1-1,
The potential difference between the gate electrodes of each float gate unit GTO 2-1 is substantially zero.

このため、それぞれのフロートゲート単位GTOに移転
し、集合した末しゃ断の電流を均一に、かつ実質上同一
のタイミングでしゃ断でき、最大しゃ断電流を増大でき
る効果がある。
Therefore, it is possible to transfer the currents of the respective end gates, which are transferred to the respective float gate units GTO, uniformly and at substantially the same timing, and to increase the maximum interruption current.

第1図に示すように、短冊状の単位GTO を配列し、第三
列も通常の単位GTO 構造とした従来のGTO サイリスタで
は、耐圧が2.5KV、最大しゃ断電流が1200Aで
あったが、本実施例にしたがって、すべてのフロートゲ
ート電極を導電接続したフロートゲート単位GTO を最外
周に配置したGTO サイリスタでは、耐圧および半導体基
体1の寸法を同じにした場合、最大しゃ断電流は220
0Aと約2倍に向上した。
As shown in Fig. 1, in the conventional GTO thyristor in which strip-shaped unit GTOs are arranged and the third row also has a normal unit GTO structure, the withstand voltage is 2.5KV and the maximum breaking current is 1200A. According to the present embodiment, in the GTO thyristor in which all the floating gate electrodes are conductively connected to each other and the float gate unit GTO is arranged at the outermost periphery, the maximum breaking current is 220 when the breakdown voltage and the size of the semiconductor substrate 1 are the same.
It is about 2 times higher than 0A.

第7図は、第3図において、リング状ゲート接続部C2
ら最も遠い位置−すなわち、半導体基体1のほぼ中央部
に配置された、最離重配列のフロートゲート単位GTO 1
−2、およびその周辺の一部拡大平面図である。
FIG. 7 shows a position farthest from the ring-shaped gate connection portion C 2 in FIG. 3—that is, a float gate unit GTO 1 arranged in the most distant arrangement, which is arranged at substantially the center of the semiconductor substrate 1.
-2a and a partially enlarged plan view of the periphery thereof.

同図において、第5図と同一の符号は、同一または同等
部分をあらわしている。なお、この場合の断面構造は、
第6図(a)および(b)の実質上同じであるので、その図示
および説明は省略する。
In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 5 represent the same or equivalent parts. The sectional structure in this case is
Since FIGS. 6 (a) and 6 (b) are substantially the same, their illustration and description are omitted.

ターンオフ動作時には、第3図において、リング状ゲー
ト接続部C2から内側に向って、第一列、第二列、第三列
と電流が移転し、第四列目のフロートゲート単位GTO 1
−2で、ほぼ同時に、かつ均一に電流しゃ断が行なわ
れる。
In the turn-off operation, in FIG. 3, the current is transferred from the ring-shaped gate connection portion C 2 toward the inner side to the first row, the second row, and the third row, and the fourth row floating gate unit GTO 1
In -2 a, the current cut-off takes place almost simultaneously and uniformly.

一方、前記リング状ゲート接続部C2の外側領域では、第
1図に関して前述したのと同様に、前記リング状ゲート
接続部C2から外側に向って、第一列、第二列と電流が移
転し、第三列のフロートゲート単位GTO 1−2で、ほぼ
同時に、かつ均一に電流しゃ断が行なわれる。
Meanwhile, in the outer region of the ring-shaped gate connecting portion C 2, in a manner similar to that described above with respect to FIG. 1, said ring-shaped gate connecting portion C 2 toward the outside, the first row, the second row and the current After the relocation, the float gate unit GTO 1-2 in the third row will cut off the current almost simultaneously and uniformly.

したがって、第3図の実施例によれば、ターンオフ動作
末期において、電流しゃ断に寄与するフロートゲート単
位GTO の個数がより一層増加し、最大しゃ断電流をより
一層増大することができる。
Therefore, according to the embodiment of FIG. 3, in the final stage of the turn-off operation, the number of float gate units GTO contributing to the current interruption is further increased, and the maximum interruption current can be further increased.

第3図に示すように、短冊状の単位GTO を多重に配列
し、第三列も通常の単位GTO 構造とした従来のGTO サイ
リスタでは、耐圧が4.5KV、最大しゃ断電流200
0Aであったものが、本実施例にしたがって、半導体基
体の最外周および中心部にフロートゲート単位GTO を配
置し、それぞれのフロートゲート電極を導電接続したGT
O サイリスタでは、耐圧および半導体基体の寸法を同じ
にした場合、最大しゃ断電流が2500Aに向上した。
As shown in Fig. 3, in the conventional GTO thyristor in which strip-shaped unit GTOs are multiply arranged and the third row also has a normal unit GTO structure, the withstand voltage is 4.5KV and the maximum cut-off current is 200K.
According to the present embodiment, the floating gate unit GTO is arranged at the outermost periphery and the central portion of the semiconductor substrate, and the floating gate electrodes are conductively connected.
In the O 2 thyristor, when the breakdown voltage and the size of the semiconductor substrate were the same, the maximum breaking current was improved to 2500A.

なお、TRS については実施例を挙げなかったが、第2図
や第4図のnベース層12をn型コレクタ層に対応させ
れば良いことは明らかである。またゲートリード接続部
を多重中間リングゲート構造としたGTO サイリスタやNT
RSにおいても、それぞれのリード接続部から遠い列の単
位GTO に、本発明の連結フロートゲート単位GTO を適用
すれば、同様の作用効果を得ることができる。
Although no examples have been given for TRS, it is clear that the n base layer 12 in FIGS. 2 and 4 may be made to correspond to the n type collector layer. In addition, the GTO thyristor and NT with the gate lead connection part having a multiple intermediate ring gate structure
Also in RS, if the linked float gate unit GTO of the present invention is applied to the unit GTO in the row far from each lead connection portion, the same effect can be obtained.

さらに、前述の特開昭59−165457号公報に開示
したような角形の半導体基体を用いる場合においても、
フロートゲート電極同士を導電接続する手段を講ずるこ
とによって、同様の作用効果が達成される。
Furthermore, even when using a prismatic semiconductor substrate as disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 59-165457,
By providing a means for conductively connecting the floating gate electrodes to each other, the same effect can be achieved.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上に説明したように、本発明によれば、電流しゃ断時
の制御端子からの電流引き抜き効果を改善し、最大しゃ
断電流を向上させた、GTOサイリスタやTRS などの半導
体装置を得ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor device such as a GTO thyristor or TRS in which the current extraction effect from the control terminal at the time of current interruption is improved and the maximum interruption current is improved.

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

第1図および第3図は、それぞれ本発明の異なる実施例
に係るGTOサイリスタの半導体基体の四半分のカソー
ド側平面パターンを示す平面図、第2図(a)(b)は第1図
のA−A切断線およびB−B切断線に沿う断面図、第4
図(a)(b)は、第2図のC−C切断線およびD−D切断線
に沿う断面図、第5図は第1図および第3図において半
導体基体の外周縁に配置されたフロートゲート単位GT
Oおよびその周辺の一部拡大平面図、第6図(a)(b)は、
第5図のE−E切断線及び、F−F切断線に沿った断面
図、第7図は第3図において半導体基体の中心部に配置
されたフロートゲート単位GTOおよびその周辺の一部
拡大平面図である。 1……半導体基体、1−1……単位GTO、2……カソ
ード電極、1−2,1−2……フロートゲート単位G
TO、C1,C2……ゲート接続部、3……主ゲート電
極、3−1……フロートゲート電極、3−1−1……連
結フロートゲート電極、3−2,3−2……ベース
抵抗領域、11……pエミッタ層、12……nベース
層、13……pベース層、14……nエミッタ層、20
……アノード電極
1 and 3 are plan views showing a cathode side plane pattern of a quarter of a semiconductor substrate of a GTO thyristor according to a different embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are diagrams of FIG. Sectional drawing which follows the AA cutting line and the BB cutting line, 4th
(A) and (b) are sectional views taken along the lines C-C and D-D of FIG. 2, and FIG. 5 is arranged on the outer peripheral edge of the semiconductor substrate in FIGS. 1 and 3. Float gate unit GT
A partially enlarged plan view of O and its periphery, and FIGS. 6 (a) and 6 (b) are
FIG. 5 is a sectional view taken along the line EE and line FF in FIG. 5, and FIG. 7 is a partially enlarged view of the float gate unit GTO arranged in the central portion of the semiconductor substrate in FIG. 3 and its periphery. It is a top view. 1 ... Semiconductor substrate, 1-1 ... Unit GTO, 2 ... Cathode electrode, 1-2, 1-2 a ... Float gate unit G
TO, C 1 , C 2 ... Gate connection part, 3 ... Main gate electrode, 3-1 ... Float gate electrode, 3-1-1 ... Connection float gate electrode, 3-2 i , 3-2 p ... Base resistance region, 11 ... p emitter layer, 12 ... n base layer, 13 ... p base layer, 14 ... n emitter layer, 20
...... Anode electrode

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基体の1対の主表面間に、交互に、
導電型を異にする、少なくとも3つの半導体層が順次積
層され、 一方の最外層は、短冊状領域に分割され、かつ互いに分
離されて一方の主表面に露出し、 前記最外層に隣接する一方の中間層は、前記短冊状領域
を取り囲むように、一方の主表面に露出し、 短冊状の各一方最外層及び他方の最外層には、それぞれ
主電極が低抵抗接触し、 前記一方の中間層には制御電極が低抵抗接触し、 短冊状の各一方最外層は制御電極のリード接続部に対し
て多重配列されている半導体装置において、 前記リード接続部に対して最離重配列された、短冊状の
各一方最外層の幅方向の一方側に対向する制御電極部分
は、前記幅方向の他方側に対向する制御電極部分より高
インピーダンスをもってリード接続部と電気的に接続さ
れ、 さらに、前記各一方最外層の幅方向の一方側に対向する
制御電極部分は、相互に導電接続手段によって接続され
たことを特徴とする半導体装置。
1. Between a pair of major surfaces of a semiconductor body, alternately.
At least three semiconductor layers having different conductivity types are sequentially stacked, and one outermost layer is divided into strip regions and separated from each other to be exposed on one of the main surfaces, and one of which is adjacent to the outermost layer. Is exposed on one of the main surfaces so as to surround the strip-shaped region, and the main electrodes are in low-resistance contact with each of the strip-shaped one outermost layer and the strip-shaped outermost layer, respectively. In a semiconductor device in which the control electrodes are in low-resistance contact with the layers, and the strip-shaped outermost layers are multiply arranged with respect to the lead connection portions of the control electrodes The control electrode portion facing one side in the width direction of each strip-shaped outermost layer is electrically connected to the lead connecting portion with a higher impedance than the control electrode portion facing the other side in the width direction, Each one of the outermost layers A semiconductor device in which control electrode portions facing each other on one side in the width direction are connected to each other by conductive connecting means.
【請求項2】上記特許請求の範囲第1項において、各一
方最外層の幅方向の一方側に対向する制御電極部分とリ
ード接続部との間の高インピーダンスは、前記両者間に
介在する中間層の一部を蝕刻により除去すること、およ
び当該部分に反対導電型領域を形成することの、少なく
とも一方でもたらされたことを特徴とする半導体装置。
2. The high impedance between the control electrode portion and the lead connecting portion, which face one side in the width direction of each one outermost layer, has a high impedance between the two in the above claim 1. A semiconductor device, characterized in that at least one of removing a part of a layer by etching and forming a region of opposite conductivity type in the part is performed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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