CN87101229A - 互补横向绝缘栅整流管 - Google Patents

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Abstract

一种互补横向绝缘栅整流管(LIGR)包括两个互补LIGR结构、它们分别制作在半导体基片中具有同类导电性的相邻面接触型各半导体井中。这两个LIGR结构具有一般相似结构形式、因此简化了制造工艺；所提出的设计使n沟道和p沟道能有相差不大的导通电阻。由隔开两个半导体井的基片部分所隔离的这两个LIGR结构是由公共源极连在一起的。所得互补LIGR以紧凑的集成结构为特色、其中组件的n沟道和p沟道部分的导通电阻是相差不大的。

Description

本发明属于金属-氧化物-半导体（MOS）器件领域、并且具体地涉及互补横向绝缘栅整流管、该管用于诸如各种放电管的电子控制装置之类的各种电源电路应用场合。
已知的电源控制电路经常采用一种半桥式接法，其中有两个串联连接的相同的开关晶体管，一个晶体管的源极接到另一个晶体管的漏极以构成共同输出端。这种线路接法一般用于各种集成电源电路，因为所需要的各晶体管额定电压最低。尽管如此，对于这种线路接法来说仍然存在某些缺点。例如，其中一个晶体管起源极跟随器的作用，具有固有的、比共源极接法高的导通电阻以及较高的对基片的击穿电压（当采用各种标准结构时）。虽然，例如采用已公开的欧洲专利申请EP-AO·114·435中所示的源极跟随器结构可以克服这些缺点，但是所得到的结构将更复杂和难于制造。
另一种解决办法（一般用于各种分立元件电路）是在共漏极接法中使用若干互补的金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）器件。但是这种线路接法在集成电路中是不实际的，其原因在于制造方面的各种困难以及如果采用集成方法，这两个器件就会具有显著不同的导通电阻，从而产生不平衡的输出波形。
因此，本发明的目的是提供一种互补器件，它适用于例如那些需要半桥式接法而不需要源极跟随器电路的电源电路应用场合。
本发明的另一些目的是要提供一种适用于各种电源电路应用场合的互补器件，它可以容易地和廉价地集成、同时有两个具有相差不大的导通电阻的互补开关器件。
根据本发明，通过一种独特的互补横向绝缘栅整流管（LIGR）结构形式来达到这些目的。LIGR是一种比较新的器件类型，实验已经证明它适用于各种高功率开关应用场合。例如在已经公开的欧洲专利申请EP-A111·803（相当于美国申请号449，321）中给出了若干特殊的LIGR器件的结构形式。正如在该参考文献中所能看到的，各个特殊的LIGR的结构形式与横向MOS晶体管的结构形式非常相似，并且关于将两个这种器件集成在一个互补集成电路结构中的一些问题也与上述器件相似。
根据本发明，通过采用一种独特的集成互补LIGR结构，已经基本上克服了这些问题。在该结构中，具有第一类导电性的半导体基片备有相邻的面接触型第一和第二半导体井，它们具有相反的第二类导电性;基片的一部分将两个相邻的井隔开。获得一种互补LIGR结构的方法是：在每个井中形成一个互补LIGR元件，然后使这两个LIGR元件横向连接以构成一种互补LIGR组件。根据本发明，以下文中将更详细描述的方法在这两个相邻的半导体井中形成两个互补的器件;尽管这两个器件是互补的，但是从制造的观点看来，它们在结构上是非常相似的，并且是可兼容的。这样，就获得一种简单的、易于制造的、平衡的、高性能的互补LIGR结构。
图1是根据本发明的第一实施例的一种LIGR的横截面图，以及
图2是根据本发明的第二实施例的一种LIGR器件的横截面图。
附图中，在具有相同类型导电性的各半导体层和区上划有相同方向的阴影线。此外，应当指出，各图未按比例绘制，而更具体地说，为改善清晰度已经把垂直方向各尺寸放大。
附图1表示一种互补横向绝缘栅整流管（LIGR）组件，它适用于诸如各种放电灯管的电子控制装置之类的各种电源电路应用场合。图1中，LIGR组件1有一个具有第一类导电性（下文中称为P型），并具有大约5×1514个原子/立方厘米的掺杂剂密度的半导体基片10。在该半导体基片的主表面11上设置两个相邻的、面接触型的半导体井12和13，它们具有与第一类导电性相反的第二类导电性（下文中称n型）并且具有大约1×1015个原子/立方厘米的掺杂剂密度。这些半导体井的厚度一般是在大约5-20微米的范围内。应当指出，这里所给定的所有各掺杂剂密度和各厚度都仅仅是例证性的，而给定器件的各种特殊参数将根据常规设计和各种制造技术来选择（取决于象工作电压、功率电平等条件）。虽然这两个半导体井是彼此相邻的，但是它们不直接接触，而宁可说是由半导体基片10的一个窄部分10a将它们彼此隔开的。
该互补LIGR组件的第一部分位于第一井12中，并包含在第一井12中的具有第一类导电性的面接触型的第一半导体区14;该第一部分还包含在第一半导体区14中的具有第二类导电性的、薄的面接触型的第一源区16。这里，第一半导体区14具有P型导电性，并且有大约1016-1017个原子/立方厘米的掺杂剂密度和大约3-4微米的厚度，而第一源区16具有n型导电性、并具有大约1018个原子/立方厘米的掺杂剂密度和大约1微米的厚度。
在该第一井中的该LIGR结构部分是由一个漏结构所完成的整体，该漏结构包括：在第一井12中的具有第二类导电性的面接触型第一漏区18，在第一漏区18中具有第一导电性的薄层面接触型第二漏区20以及在第一井12中的具有第一类导电性的面接触型第一漏延伸区22，延伸区22从第一漏区18向第一半导体区14延伸。区域18具有n型导电性，并具有大约3-4微米的厚度和等于或者大于约1017个原子/立方厘米的掺杂剂密度，而区域20具有P型导电性，并具有大约1018个原子/立方厘米的掺杂剂密度和小于或等于约1微米的厚度。区域22具有P型导电性、并具有大约2×1016个原子/立方厘米的掺杂剂密度和大约1微米的厚度。
在主表面11上的氧化物绝缘层24有一个第一绝缘层部分24a，它位于第一井12的上方并至少复盖位于第一源区16和第一漏区18之间的，第一半导体区14的一部分14a。
以下各电极使该LIGR结构的第一部分为完整的部分，这些电极是：与第二漏区20连接的漏极D1;在绝缘层部分24a上并且在区域14的部分14a上方的栅极G1以及与第一半导体区14和第一源区16连接的源极S，该源极S还连接到位于第二井13中的、具有第一类导电性的面接触型第二源区26。第二源区26具有P型导电性，并具有大约1016-1017个原子/立方厘米的掺杂剂密度和大约3-4微米的厚度。
该组件结构在第二半导体井13中的剩余部分在很大程度上是第一井12中的上述结构的镜象，其中有：在该第二井中的具有第一类导电性的面接触型第三漏区28以及在第三漏区28中的具有第二类导电性的薄层面接触型第四漏区。在该第二井中形成具有第一类导电性的面接触型第二漏延伸区32，并且该区从第三漏区28向第二源区26延伸。区域32的厚度和掺杂剂密度与上述区域22的一样，而区域28具有P型导电性，并具有大约1016-1017个原子/立方厘米的掺杂剂密度和大约3-4微米的厚度。区域30具有n型导电性，并且有小于或等于约1微米的厚度以及约1018个原子/立方厘米的掺杂剂密度。
主表面11上的绝缘层24的第二绝缘层部分24b使该组件结构成为完整的结构，该部分24b在第二井13的上方，并至少复盖在第二源区26和第二漏延伸区32之间的第二井的一部分。在第二绝缘部分24b上形成第二栅极G2、它至少复盖在所述第二源区和所述第二漏延伸区之间的所述第二井的一部分34。最后，第二漏极D2形成一个与第四漏区30的连接面。
应当指出，虽然该互补LIGR组件的两半部分总的来说是对称的（除了源区的结构形式之外），但是仍然是通过对称设置的各栅极在该组件的不同部分中形成各沟道区来实现所希望的互补工作模式。因此，在第一井12中，加到栅极G1的某一适当信号将在第一半导体区14的一部分14a中建立一个沟道区，而在第二半导体井13中，栅极G2将在第三井13的位于第二源区26和第二漏延伸区32之间的部分34中形成类似的沟道区。这样就以一般对称的组件结构实现了一种互补组件结构形式，该组件具有与此相关的简化制造工艺的优点。
图2中示出根据本发明的第二实施例的一种LIGR组件。在图2中，除了面接触型的第二和第四漏区20和30各自的结构之外，互补LIGR组件2具有基本上与上述组件1相同的结构形式。因此，用相同的标号表示两个组件的各相同的区域，并且为了简短起见不再描述这些区域。
图2的组件与图1的组件的不同之处在于各漏区的结构形式。在组件2中，在第一漏区18中形成具有第二类导电性（此处是n型）的面接触型第五漏区20a、它靠在第二漏区20的旁边并且与第一漏极D1连接。与此相似，在第三漏区28中形成具有第一类导电性（此处为P型）的面接触型第六漏区30a、它靠在第四漏区30的旁边并且与第二漏极D2连接。漏区20a和30a的掺杂剂密度与厚度分别与漏区30和20的相差不大。
该组件所呈现的改进的性能证明图2所示实施例中漏结构形式的附加复杂性是合算的。在图1所示的组件中，漏区18具有与漏区20相反类型的导电性，漏区28具有与漏区30相反类型的导电性，因此在导电通路中形成各P-n结。与此有关的大约0.7伏的正向电压降将产生额外的功率损耗，在各种大电流电平下这种功率损耗会成为重大问题。因为起始导电是通过包括漏区18、20a及28、30a的电阻性通道来实现的，所以在图2中的组件中基本避免了这种额外的功率损耗。因为每对漏区具有相同类型的导电性（漏区18与20a具有n型，而漏区28与30a具有P型），所以跨接在P-n结上的电阻性通路就消除了在图1的组件中由于正向偏置结所形成的电压降而产生的额外功率损耗。
概括地说，本发明提供一种能够容易地和廉价地集成的互补LIGR开关组件，该组件能提供两个具有相差不大的导通电阻的互补开关元件。此外，这些优点是在不需要源跟随器电路的情况下获得的。
虽然已参照本发明的若干实施例对本发明进行了描述和具体表示，但是本专业的技术人员很清楚：在不脱离本发明的实质和范围的情况下，是可以进行形式和细节方面的各种变化的。

Claims (2)

1、一种互补横向绝缘栅整流管，其特征在于所述整流管包括：
-一个具有第一类导电性并有一个主表面的半导体基片，
-相邻的面接触型第一和第二半导体井，它们具有与所述基片中的第一类导电性相反的第二类导电性，并且由所述基片的一部分把它们彼此隔开，
-在所述第一井中具有第一类导电性的面接触型第一半导体区以及在所述第一半导体区中具有第二类导电性的薄层面接触型第一源区，
-在所述第一井中具有第二类导电性的面接触型第一漏区以及在所述第一漏区中具有第一类导电性的薄层面接触型第二漏区，
-在所述第一井中具有第一导电性的面接触型第一漏延伸区，它从所述第一漏区向所述第一半导体区延伸，
-一个在所述主平面上的绝缘层，它具有在所述第一井上方并至少复盖所述第一源区和所述第一漏区之间所述第一半导体区的一部分的第一绝缘层部分，
-在所述第一绝缘层部分上的第一栅极，它至少在所述第一半导体区的一部分的上方并且是与所述基片绝缘的，
-在所述第二井中具有第一类导电性的面接触型第二源区，
-在所述第二井中具有第一类导电性的面接触型第三漏区以及在该第三漏区中具有第二类导电性的薄层面接触型第四漏区，
-在所述第二井中具有第一类导电性的面接触型第二漏延伸区，它从所述第三漏区向所述第二源区延伸，
-在所述主平面上的所述绝缘层的第二绝缘部分，它在所述第二井上方并且至少复盖所述第二源区和所述第二漏延伸区之间所述第二井的一部分，
-在所述第二绝缘层部分上的第二栅极，它至少在所述第二井的所述部分上方，并且是与所述基片绝缘的，
-分别与所述第二和第四漏区连接的第一和第二漏极，以及
-与所述第一半导体区，所述第一源区和所述第二源区连接的源极。
2、如权利要求1中的互补横向绝缘栅整流管（LIGR），其特征在于：
-所述整流管进一步包括一个在所述第一漏区中具有第二导电性的面接触型第五漏区，它与所述第二漏区接触并与所述第一漏极连接;以及
-所述整流管进一步包括一个在所述第三漏区中具有第一类导电性的面接触型第六漏区，它与所述第四漏区接触并与所述第二漏极连接。
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