FET-双极晶体管组合以及包括该FET双极晶体管组合的开关制造技术

本公开涉及FET‑双极晶体管组合以及包括该FET双极晶体管组合的开关。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 and a switch combination including the FET bipolar transistor combination

The present invention relates to a bipolar transistor and a switch FET combination including the FET bipolar transistor 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-双极晶体管组合以及包括该FET双极晶体管组合的开关
本公开涉及场效应晶体管和双极晶体管的组合。
技术介绍
需要能够切换高电压，通常高达1200伏特范围。该范围内的开关应用包括电机控制和逆变器等。该开关可以通过使用绝缘栅双极晶体管IGBT来实现。IGBT已经非常成功。但是它不是没有自己的问题。因此，仍然需要可在包括超过1000伏特电压的电压范围上操作的改进的半导体开关。
技术实现思路
根据本公开的第一方面，提供了一种电流流量控制设备，包括与场效应晶体管组合的双极晶体管。双极晶体管与场效应晶体管串联布置。第一半导体区域由双极晶体管和场效应晶体管共享。这又意味着可以使用更小的晶体管来提供基极电流。因此，可以大大减少驱动晶体管的寄生电容和输入节点，导致较小的瞬态电流。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IGBT中发现的更高的增益配置形成。因此，可以减小用于双极晶体管的驱动电流的大小。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是构成本公开的第一实施例的晶体管的横截面；图7是本公开的第二实施例的双极晶体管部分的横截面；图8是具有集成驱动FET的本公开的实施例的平面图；图9是图6所示的设备的等效电路；图10a和10b是对于不同的集电极电压，设备内的电势作为图9的设备的顶部的距离的函数的曲线图；图11示出了图6所示的布置的变型；图12是图11所示的设备的等效电路；图13是示出可应用于所有实施例的另一变型的横截面；图14是根据本公开的教导的另一设备的平面图；图15a更详细地示出了图14的设备的一部分的平面图，图15b示出了该设备的横截面；和图16示出了用于讨论本公开的实施例的设备物理学的目的的横截面。具体实施方式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。此外，诸如“垂直”的术语是指在适当的附图中定向的设备。图1示意性地示出了现有技术的垂直IGBT2的配置。可以水平或垂直地形成IGBT。形成晶体管垂直地减小其在晶片上的占用面积，并因此降低晶体管的成本，尽管这伴随着不得不与晶片的背面接触的不便。水平晶体管可以具有晶片表面上的所有连接，但是结果在晶片的表面处占据更大的面积，并且因此更昂贵。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13。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14上形成P型区域20。因此，该结构是垂直PNP晶体管10的结构。可以提供高掺杂P+区域21以促进金属导体和P区域20之间的接触。形成晶体管的基极的区域14的大深度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深度线性地变化。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β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＝电流增益和对于NPN，m＝4，对于PNP硅晶体管，m＝2。因此，为了良好的击穿性能，非常需要低增益。为了解决低电流增益的这个问题，提供场效应晶体管FET以驱动基极电流。驱动FET可以作为单独的设备提供。然而，更紧凑的实施方式是在PNP晶体管的集电极区域内提供驱动FET。用户只能驱动由驱动FET的栅极呈现的负载，而不是提供由低增益双极晶体管提供的电流。可以提供驱动FET，使得FET的N型漏极区域由双极晶体管的N型区域14形成。在P型层20的一部分中提供N型掺杂24，以形成FET的源极端子。为了形成栅极，形成从设备的表面延伸到N-层14的沟槽30。沟槽由诸如氧化物，氮化物或聚酰胺的电介质32加衬，然后沟槽被填充导电材料34以形成栅电极。导电材料可以例如是金属或掺杂多晶硅。区域24与形成PNP晶体管的集电极的材料20接触，并且可以从层20的表面获取电流，并且凭借栅极耗尽邻近绝缘体32的P型材料的电压，以及从而形成与绝缘体32相邻的N型沟道，可以向基极区域提供电流以使双极晶体管导通。图3将驱动FET40的电路符号叠加到图1所示的结构上，以便示出FET40在IGBT中的有效位置。PNP晶体管的位置也被示出并标记为10。然而，图3还示出了N型区域24，P型区域20和N型区域14也形成垂直NPN晶体管42。垂直NPN晶体管是寄生元件，当被包括在图1的结构的等效电路图中时，如图4所示，示出了PNP晶体管10与寄生NPN晶体管42相互作用以形成寄生晶闸管50的电位。如果寄生晶闸管50切换到导通状态，则IGBT的控制丢失，并且设备将保持导通，而与施加到设备的栅极端子的控制电压无关。IGBT的现有技术工作集中在防止寄生晶闸管50导通。主要的努力集中在使形成寄生晶体管42的基极和设备集电极节点54之间的寄生电阻52的硅的电阻52最小化。如图5所示，通过使N型区域24邻接形成到金属层(未示出)的集电极接触的高掺杂P+型区域60。区域24和26两者可以与金属层接触。因此，嵌入式驱动FET可以为PNP晶体管提供基极电流。IGBT是一种成功的设备，并且将驱动信号从PNP双极晶体管所需的大电流转换为栅极电压的能力已经显着地有益于电路设计者。然而，当电流增益接近于1时，驱动FET40应该相对地大以提供大的基极电流。结果，IGBT的驱动FET具有相对较大的栅极，其又具有相对较大的栅极电容。其结果是快速地接通和关断IGBT(因为可以非常期望地节省它在高功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流流动控制设备，包括与场效应晶体管串联的双极晶体管，其中，所述双极晶体管和所述场效应晶体管共享第一半导体区，并且其中所述场效应晶体管具有夹断电压，被配置为将双极晶体管两端的电压限制为夹断电压。

【技术特征摘要】
2015.11.10 US 14/937,7051.一种电流流动控制设备，包括与场效应晶体管串联的双极晶体管，其中，所述双极晶体管和所述场效应晶体管共享第一半导体区，并且其中所述场效应晶体管具有夹断电压，被配置为将双极晶体管两端的电压限制为夹断电压。2.根据权利要求1所述的电流流动控制设备，其中，所述第一区域形成所述双极晶体管的集电极和所述场效应晶体管的漏极。3.根据权利要求2所述的电流流动控制设备，其中，所述双极晶体管的集电极由绝缘沟槽界定，并与形成所述场效应晶体管的扩展沟道的半导体的较少掺杂区域连接。4.根据权利要求3所述的电流流动控制设备，其中，所述双极晶体管的发射极区和基极区由所述绝缘沟槽界定。5.根据权利要求1所述的电流流动控制设备，其中，所述双极晶体管是NPN器件。6.根据权利要求1所述的电流流动控制设备，其中，形成与所述双极晶体管的集电极相反类型的半导体的区域，以围绕来自所述双极晶体管的载流子路径，所述相反类型的半导体，被配置为调制所述场效应晶体管的沟道宽度。7.根据权利要求1所述的电流流动控制设备，其中，所述场效应晶体管是结型场效应晶体管，并且到所述结型场效应晶体管的栅极区域的连接是通过与集电极分离的导体和双极晶体管的发射极区域。8.根据权利要求1所述的电流流动控制设备，还包括形成在所述场效应晶体管的沟道中的间断，以使得载流子在所述沟道内分散。9.根据权利要求1所述的电流流动控制设备，其中，所述装置还包括与所述双极晶体管集成的驱动场效应晶体管，以为所述双极晶体管提供基极电流。10.根据权利要求9所述的电流流动控制设备，其中，用于所述驱动场效应晶体管的源极的掺杂区域通过导体邻接或电连接到形成所述双极晶体管的基极的掺杂区域...

【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