CS274238B1

CS274238B1 - All-controlled semiconductor component

Info

Publication number: CS274238B1
Application number: CS892788A
Authority: CS
Inventors: Libor Ing Kalenda; Bohumil Ing Pina; Jaroslav Rndr Zamastil; Ilja Rndr Muller; Jaroslav Rndr Csc Homola
Original assignee: Kalenda Libor; Pina Bohumil; Zamastil Jaroslav; Ilja Rndr Muller; Homola Jaroslav
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1991-04-11
Also published as: CS892788A1

Abstract

The purpose of the solution is to improve dynamic parameters, increase the working frequency and the resistance against so called secondary disruptive discharge of all-controlled semiconductor part. The semiconductor structure contains a layer of the basic semiconductive material, adjacent to the basis of the opposed type of electric conductivity, adjacent to the structured emitter layer of the same type of electric conductivity, as the layer of the basic semiconductor material. In the layer of the base under the structured emitter layer there are definite low-resistance zones adjacent the structured emitter layer, where the concentration ratio of the base dopant of the definite low-resistance zones and the base layer on the interface of the structured emitter layer and the base layer is 2 to 10<3>.<IMAGE>

Description

Vynále2 ae týká celořízené polovodičové součástky s tvarovanou bází, jako je například bipolární tranzistor, vypínací tyristor, určené pro spínací provoz při středních kmitočtech.The invention relates to a solid-state semiconductor component with a shaped base, such as a bipolar transistor, a trip thyristor, for medium frequency switching operation.

Pro spínací provoz při středních kmitočtech se vyžaduje vypínání vysokých proudových hustot, nízké vypínací ztráty a vysoká odolnost proti druhému průrazu. Dosud známé konstrukce celořízených polovodičových součástek mají bázovou vrstvu přiléhající k členéné emitorové vrstvě vytvořenou rovnoměrnou difúzí. Případně je bázová vrstva tvořena rovnoměrnou odporovou vrstvou, která přechází směrem od členěné emitorové vrstvy do oblasti nízkoodporové vrstvy báze, která je například ve tvaru pásků kolmých na emitorové pásky jako podle patentního spisu DOS č. 3620618. Předností tohoto řešení je zejména snížení laterárního odporu báze, zvýšení vypínaného proudu i snížení vypínacích ztrát.For medium frequency switching operation, high current densities, low trip losses and high second breakdown resistance are required. The prior art structures of all-conductor semiconductor devices have a base layer adjacent to the articulated emitter layer formed by uniform diffusion. Optionally, the base layer is formed by a uniform resistive layer that extends from the segmented emitter layer to the low-resistance base layer region, for example in the form of strips perpendicular to the emitter strips as in DOS 3620618. , increasing the tripping current and reducing the tripping losses.

Nevýhodou konstrukce s bázovou vrstvou vytvořenou rovnoměrnou difúzí je nižší příčný odpor báze. Společným nedostatkem obou popsaných konstrukcí je vysoká injekční účinnost emitorového přechodu pod středy emitorových pásků. Z toho vyplývá zhoršení vypínání od středu emitorových pásků a snížená odolnost proti druhému průrazu. Další nevýhodou konstrukce podle DOS č. 3 620 618 je obtížná realizovatelnost nízkoodporové vrstvy báze vzdálené od členěné emitorové vrstvy. Konstrukce je v zásadě realizovatelná pouze použitím epitaxní technologie, která je však ve srovnání s běžnou difuzní technologií nepoměrně dražší a v oblasti výkonových polovodičových součástek je používána pouze v omezené míře.A disadvantage of a structure with a base layer formed by uniform diffusion is the lower transverse resistance of the base. A common drawback of both described structures is the high injection efficiency of the emitter transition below the centers of the emitter strips. This results in a worsening of the cut-off from the center of the emitter strips and a reduced resistance to the second breakdown. Another disadvantage of the design of DOS No. 3,620,618 is the difficult feasibility of a low resistance base layer remote from the segmented emitter layer. The construction is basically feasible only by using epitaxial technology, which, however, is disproportionately more expensive than conventional diffusion technology and is used only to a limited extent in the field of power semiconductor devices.

Uvedené nevýhody odstraňuje celořízená, polovodičová součástka s tvarovanou bází podle vynálezu, jehož podatata spočívá v tom, že ve vrstvě báze pod členěnou emitorovou vrstvou vytvořené ohraničené nízkoodporové oblasti přiléhají k členěné emitorové vrstvě. Poměr koncentrace bázového dopantu ohraničených nízkoodporových oblastí a bázové vrstvy na rozhraní členěné emitorové vrstvy a vrstvy báze Je 2 až 10³.The above-mentioned disadvantages are overcome by the whole-conductor, shaped base semiconductor component according to the invention, which is characterized in that the bounded low-resistance regions formed in the base layer below the segmented emitter layer adjoin the segmented emitter layer. The ratio of the base dopant concentration of the delimited low resistance regions and the base layer at the interface of the segmented emitter layer and the base layer is 2 to 10 ³ .

U celořízené polovodičové součástky s tvarovanou bází podle vynálezu dochází ke snížení odporu báze a ke snížení proudové hustoty v oblastech pod středy pásků emitorové vrstvy. Předností je zlepšení vypínání struktury v místě pod středy pásků Členěné emitorové vrstvy, což ve svóm důsledku přináší zlepšení dynamických parametrů, například u tranzistorů doby poklesu tf, zvýšení provozního kmitočtu a tím snížení vypínacích ztrát a zvýšení odolnosti proti tzv. sekundárnímu průrazu.The whole-shaped shaped semiconductor component according to the invention reduces the base resistance and reduces the current density in the regions below the centers of the emitter layer strips. The advantage is an improvement in the breaking of the structure below the center of the strips of the segmented emitter layer, which in turn results in improved dynamic parameters, such as tf drop time transistors, increased operating frequency and thereby reduced trip losses and increased breakdown resistance.

Na výkresu jsou znázorněny příklady struktur a řezy strukturami celořízených polovodičových součástek s tvarovanou bází, kde na obr. 1, 4, 5, 6 je pohled ze stra ny emitorové vrstvy, na obr. 2, 3 jaou znázorněny příčné řezy těchto struktur.1, 4, 5, 6 is a side elevation view of the emitter layer; FIGS. 2, 3 are cross-sectional views of the structures.

Na obr. 1 je pohled ze strany emitoru na bipolární N+PN-N+ tranzistor, kde šrafovaná pásy značí průmět ohraničených nízkoodporových oblastí 2b do roviny rozhraní mezi členěnou emitorovou vrstvou J s bázovou vrstvou 2a. Oj a 0₂ znázorňují osy řezu, která jsou na následujících výkresech.Fig. 1 is an emitter side view of a bipolar N + PN-N + transistor wherein the hatched bands indicate the projection of the delimited low resistance regions 2b to the interface plane between the articulated emitter layer J with the base layer 2a. The drawbar and 0 ₂ show the cutting axes shown in the following drawings.

Na obr. 2 Je řez strukturou z obr. 1 v rovině obsahující osu Oj a kolmé na rovinu rozhraní mezi členěnou emitorovou vrstvou J s bázovou vrstvou~?a. Vrstva 1 je základní polovodičový materiál.Fig. 2 is a cross-sectional view of the structure of Fig. 1 in a plane containing the axis Oj and perpendicular to the plane of the interface between the segmented emitter layer J with the base layer ?a. Layer 1 is a basic semiconductor material.

Obr. 3 znázorňuje řez součástkou z obr. 1 v rovině obsahující osu 0₂ a kolmé na rovinu rozhraní mezi členěnou emitorovou vrstvou J s bázovou vrstvou 2a, ve které se nachází ohraničené nízkoodporové oblasti 2b.Giant. 3 shows a section through the component of Fig. 1 in a plane containing the axis 0 ₂ and perpendicular to the plane of the interface between the structured emitter layer and the base layer J 2a which is bounded by a low-resistance region 2b.

Obr. 4 znázorňuje další příklad atruktury s tvarovanou bází ze strany členěné emitorové vrstvy £. Oblast báze obsahuje ohraničené nízkoodporové oblasti 2b umístěné pod středy emitorových pásků členěné emitorové vrstvy £, obklopené odporovou bázovou vrstvou 2a.Giant. 4 illustrates another example of a shaped base atruct by the segmented emitter layer 6. The base region comprises delimited low-resistance regions 2b located below the centers of the emitter strips of the articulated emitter layer 6, surrounded by a resistive base layer 2a.

CS 274238 BlCS 274238 Bl

Obr. 5 znázorňuje další příklad tvaru ohraničených nízkoodpórových oblastí 2b obklopených bázovou vratvou 2a.Giant. 5 shows another example of the shape of the delimited low resistor areas 2b surrounded by a base gate 2a.

Na obr. 6 jsou ohraničená nízkoodporové oblasti 2b tvořeny soustavou disjunktních útvarů, které jsou odděleny bázovou vrstvou 2a a v průmětu do roviny rozhraní mezi členěnou emitorovou vrstvou £ s bázovou vrstvou 2a neprotínají obdobně jako na obr. 4 vnější obrys emitorových pásků členěné emitorové vrstvy £.In Fig. 6, the delimited low-resistance areas 2b are formed by a set of disjoint objects which are separated by a base layer 2a and do not intersect the outer contour of the emitter strips of the segmented emitter layer 6 in a projection plane. .

Princip funkce celořízené polovodičové součástky s tvarovanou bází spočívá v rs gulaci skutečné efektivní šířky emitorového pásku s v regulaci hustoty vypínacího proudu procházející členěnou emitorovou vrstvou a bází. Tohoto účinku je dosaženo omezením injekční účinnosti emitorové členěné vrstvy £, v místech struktury, kde ohraničené nízkoodporové oblasti 2b přiléhají k členěné emitorové vrstvě £. Efekt je zesílen lokálním zvýšením příčné vodivosti báze v místech, kde se nachází ohraničená nízkoodporové oblast 2b, Oběma mechanismy lze velmi efektivně regulovat a zlepšit vypínací parametry celořízených struktur.The principle of the operation of an all-formed semiconductor component with a shaped base is based on rs guiding the actual effective width of the emitter strip with the regulation of the trip current density passing through the segmented emitter layer and base. This effect is achieved by limiting the injection efficiency of the emitter layer 6 at the locations of the structure where the delimited low resistance areas 2b abut the segmented emitter layer. The effect is enhanced by locally increasing the transversal conductivity of the base at the location of the delimited low-resistance region 2b. Both mechanisms can be very efficiently controlled and the tripping parameters of the whole-controlled structures can be improved.

Celořízsná polovodičová součástka s tvarovanou bází podle vynálezu je vhodná zejména pro použití ve střídačích a pulsnícb měničích.The whole-cut semiconductor component with a shaped base according to the invention is particularly suitable for use in inverters and pulse converters.

Claims

A whole-conductor shaped base semiconductor component comprising a base semiconductor material layer adjoining a base layer of opposite electrical conductivity to which is adjacent an emitted layer of the same type of electrical conductivity as the base semiconductor material layer, wherein in the base layer below the segmented emitter layer bounded low-resistance areas are formed, characterized in that the bounded low-resistance areas (2b) adjoin the segmented emitter layer (3), wherein the base dopant concentration ratio of the bounded low-resistance areas (2b) and base layer (2a) at the interface of the segmented emitter layer and the base layer is 2 to 1cP.

2. The semiconductor component according to claim 1, characterized in that the delimited low-resistance regions (2b) are formed in the form of strips, annulus or parts thereof arranged perpendicularly and / or parallel to the strips of the segmented emitter layer (3).