FET-双极晶体管组合制造技术

本公开涉及FET‑双极晶体管组合。提供了一种晶体管开关设备，其表现出相对良好的电压能力和相对容易的驱动要求以接通和断开设备。这可以减少可能扰乱其他组件的瞬态驱动电流。

FET bipolar transistor combination

The present invention relates to a bipolar transistor FET combination. A transistor switching device that exhibits relatively good voltage capability and relatively easy drive requirements to connect and disconnect devices. This reduces the transient drive current that may disturb other components.

【技术实现步骤摘要】
FET-双极晶体管组合
本公开涉及场效应晶体管和双极晶体管的组合。
技术介绍
通常需要能够切换相对高的电压，通常高达并在200伏特至300伏特范围内。实现这一目的的晶体管可以集成到具有较低电压处理和控制电路的集成电路封装中。在许多情况下，这种高电压晶体管与较低电压控制电路在同一晶片上是方便的和成本有效的。结果，非常期望在晶片的同一侧上形成到这种高电压晶体管的所有连接。在该电压范围内的开关应用包括电动机控制和逆变器，调光器，汽车开关，其中由于感性负载的瞬态电压可能发生，以及工业和家用电器中的整个电源电压相关的开关以及用于这样的电器的电源。开关通常可以通过高功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)等来完成。然而，通常希望由这种晶体管提供的驱动负载尽可能小，并且这往往是相对大的MOSFET的问题，因为尽管它们在栅极保持在恒定电压时，栅极具有相对大的电容，并且因此在晶体管开关期间流入和流出栅极的电流可导致大的瞬态电流流动，其可能扰乱其它电路的操作或者由于这样大的电流诱导的电源轨电压波动而引起其中的噪声。在选择交换技术时，其他考虑也成为一个因素。在较低电压开关范围内，高压MOSFET(例如，双扩散金属氧化物半导体(DMOS)晶体管)通常具有优于绝缘栅双极晶体管(IGBT)的竞争优势，其中IGBT随着电压增加超过700V至800V等而变得有利。
技术实现思路
根据本公开的第一方面，提供了一种电流流动控制设备，包括与半导体的隔离区域内部的场效应晶体管组合的双极晶体管。第一半导体区域由双极晶体管和场效应晶体管共享。这种布置可以允许场效应晶体管负责在关断状态下承载电流控制设备两端的大部分电压降。这又可以允许双极晶体管以比在某些现有IGBT中发现的更高的增益配置形成。这又可以减小双极晶体管的驱动电流的大小。优选地，双极晶体管是NPN晶体管，因为它们倾向于表现出比PNP晶体管更高的增益。这又意味着可以使用更小的驱动晶体管来为双极晶体管提供基极电流。因此，可以大大减少驱动晶体管的输入节点处的寄生电容，导致更小的瞬态电流。此外，可以在制造设备的晶片的一侧上进行到设备的所有连接。这可以促进设备与集成电路中的其它部件的集成，因为可以使用诸如标准互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的常用制造工艺来进行连接，因此可以避免额外的非标准工艺步骤。额外的步骤通常增加成本和降低产量。本文提出的结构可以与MOSFET/DMOS设备竞争用于切换任务。对于给定的设备尺寸，根据某些实施例的设备电阻相对于一些先前设备而言较低，因为发射极电流在发射极的基本上整个区域上垂直传导，而不是通过MOSFET的窄水平沟道。此外，由于用作“保持”区域的设备的部分在构成本公开的实施例的设备中垂直形成，而不是如典型DMOS设备在横向上形成，因此可以减小布局面积，从而减小硅实际成本。根据本公开的第二方面，提供了包括根据本公开的第一方面的至少一个电流控制设备的集成电路。根据本专利技术的第三方面，提供一种形成电流控制设备的方法，所述方法包括在隔离阱内形成第一半导体区，所述第一区域为具有第一掺杂浓度的第一型掺杂区；形成邻接所述第一区域的第二区域，所述第二区域是具有小于所述第一掺杂浓度的第二掺杂浓度的所述第一类型掺杂区域；形成邻接所述第二区域的第三区域，所述第三区域是第二类型掺杂区域；形成邻接所述第三区域的第四区域，所述第四区域比所述第三区域更高掺杂并且是所述第一类型掺杂区域；并且其中电流流动节点与第一和第四区域电流流动连通，并且其中在第三和第四区域之间的电流流动控制在第一和第四区域之间的电流流动。附图说明将结合附图通过非限制性示例参考那些教导的一些实施例来描述本公开的教导，在附图中：图1是为了在上下文中放置本教导的目的的现有技术的垂直IGBT的横截面；图2示出了用于表征双极晶体管的BVCE0和BVCB0的电路配置；图3示出了图1所示的晶体管内的寄生元件的位置；图4是图3的晶体管的等效电路；图5示出了对图1的布置的已知修改，以便减少寄生元件导致晶体管闭锁的风险；图6示出了IGBT的表面区域以缩放以示出驱动FET占用多少空间；图7是穿过构成本公开的第一实施例的晶体管的沿第一方向的横截面；图8是穿过本公开的第一实施例的穿过双极晶体管在垂直于第一方向的第二方向上的横截面；图9是设备的表面的平面图，没有示出钝化或金属层；图10是图7所示的设备的等效电路；图11a示出了图7的设备内的驱动FET电流流动，图11b示出了基极电流的分布，并且11c示出了发射极电流的分布；图12示出了当FET处于夹断状态时设备的FET部分内的电场梯度；图13示出了当设备导通时作为位置的函数的FET电流密度；图14示出了设备内的尺寸，用于考虑尺寸和掺杂如何控制夹断电压和击穿电压；图15a和15b是示出掺杂水平如何与电流密度以及夹断电压和击穿电压相互作用的曲线图；和图16示出了本公开的另一实施例的示意性横截面。具体实施方式FET-双极晶体管组合某些实施例的以下详细描述呈现了具体实施例的各种描述。然而，本文所描述的创新可以以多种不同的方式实施，例如，如权利要求所限定和涵盖的。在本说明书中，参考附图，其中相同的附图标记可以表示相同或功能相似的元件。应当理解，图中所示的元件不一定按比例绘制。此外，将理解，某些实施例可以包括比附图中示出的更多元件和/或附图中示出的元件的子集。此外，一些实施例可以结合来自两个或更多个附图的特征的任何合适的组合。在图中示出了一些晶体管结构。在附图中示出了不同掺杂浓度和掺杂剂类型的各个区域，并且为了图示的方便，由边界线表示。应当理解，由于所使用的掺杂技术，边界可以是漫射区域。图1示意性地示出了现有技术的垂直绝缘栅双极晶体管IGBT2的配置。垂直地形成晶体管减小其在晶片上的覆盖区，并因此降低晶体管的成本，但是这带来了必须接触晶片背面的不便到。图1所示的晶体管包括P型掺杂的处理晶片12，并且在其上形成金属接触14。在P型处理晶片12上提供半导体的N型区域14。区域14通常通过外延沉积生长，并且可以相对较厚，通常在高压设备中厚度超过100微米。区域14通常相对较轻掺杂并且在图1中被标记为N-，而区域12被相当地重掺杂并且被指定为P+。通常，在P+处理晶片12和N-外延层14之间形成区域16，并且区域16比区域14更高度N型掺杂。该层16有助于防止穿通。在N-外延层上形成P+区20。因此，该结构是垂直PNP晶体管10的结构。大深度区域14(其形成晶体管基极)使晶体管能够承受形成发射极的层12与形成集电极的层20之间的高电位差。设备可以承受的最大电压基本上与基层的厚度线性地变化。然而，厚的基极区域也倾向于产生低的电流增益，其中电流增益通常接近于1。因此，图1所示的高压PNP晶体管具有能够用作开关并承受高电压的优点，但是如果希望通过大的集电极电流，则它所引起的损失是大的基极电流。从关于双极晶体管的文献中已知的是，晶体管击穿电压BVCE0(其是基极断开的集电极到发射极击穿电压)与BVCB0相关，BVCB0是共发射极晶体管的集电极到基极击穿电压发射极浮动。相对电路配置和击穿电压如图2所示。BVCE0和BVCBO之间的关系由下式给出BVCE0＝BVCBO/(1/β)^(1/m)等式1其中β＝电流增益和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流流动控制设备，包括：双极晶体管；和与所述双极晶体管串联的场效应晶体管，其中所述双极晶体管和所述场效应晶体管设置在半导体的隔离区域内，其中所述双极晶体管被配置为将载流子注入所述场效应晶体管的耗尽区，以便接通所述场效应晶体管。

【技术特征摘要】
2015.11.10 US 14/937,6271.一种电流流动控制设备，包括：双极晶体管；和与所述双极晶体管串联的场效应晶体管，其中所述双极晶体管和所述场效应晶体管设置在半导体的隔离区域内，其中所述双极晶体管被配置为将载流子注入所述场效应晶体管的耗尽区，以便接通所述场效应晶体管。2.根据权利要求1所述的电流流动控制设备，进一步包括具有隔离栅极的驱动场效应晶体管，所述驱动场效应晶体管耦合到所述场效应晶体管和所述双极晶体管。3.根据权利要求2所述的电流流动控制设备，进一步包括：栅极端子，设置在所述电流流动控制设备的第一侧上并且连接到所述驱动场效应晶体管的所述隔离栅极；发射极端子，设置在所述电流流动控制设备的第一侧上并连接到所述双极晶体管；和集电极端子，设置在所述电流流动控制设备的第一侧上并且连接到所述场效应晶体管。4.根据权利要求2所述的电流流动控制设备，其中，所述驱动晶体管的源极电连接到所述双极晶体管的基极。5.根据权利要求1所述的电流流动控制设备，其中，所述场效应晶体管包括形成在沟槽内的栅极，所述栅极被布置为将所述栅极与所述双极晶体管隔离。6.根据权利要求1所述的电流流动控制设备，其，中所述双极晶体管具有大于50的增益。7.一种电流流动控制设备，包括：在半导体的隔离区域内与场效应晶体管串联组合的双极晶体管；和具有形成在沟槽内的栅极的驱动场效应晶体管，其被布置为将驱动场效应晶体管的栅极与双极晶体管隔离。8.根据权利要求7所述的电流流动控制设备，其中所述电流流动控制设备是三端子设备，其具有连接到所述双极晶体管的发射极区域的第一端子，连接到所述场的漏极区域的第二端子以及控制端子，连接到所述驱动场效应晶体管的栅极，以控制通过所述电流流动控制设备的电流，并且其中所述三个端子设置在所述电流流动控制设备的同一侧。9.根据权利要求7所述的电流流动控制设备，其中，所述电流流动控制设备在所述隔离区域内竖直地形成，并且所述场效应晶体管的漏极区域在所述电流流动控制设备的最下部分中形成在所述电流流动控制设备的表面具有用于连接到所述电流流动控制设备的端子。10.根据权利要求9所述的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·J·考尼，
申请(专利权)人：亚德诺半导体集团，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛,BM